Balance massa

II. TEORI DASAR

A.                Definisi-definisi:

a.      Balance adalah dalam keadaan seimbang, berpaduan dengan, berbanding dengan, sama berat, setimbang atau sebanding.

b.      Balance Massa adalah adalah membuat seimbang gaya-gaya yang bekerja pada suatu benda sehingga terjadi keseimbangan pada benda tersebut.

c.       Vector adalah objek geometri yang memiliki besar dan arah. Vektor juga dilambangkan dengan tanda panah (      )

d.      Keseimbangan Statis adalah kondisi dimana jumlah momen dari gaya-gaya grafitasi terhadap sumbu putar sama dengan nol.

Keseimbangan dinamis adalah kondisi dimana jumlah momen gaya-gaya inersia dari sistem sama dengan nol.

e.       Kinematika adalah suatu ilmu yang mempelajari mengenai gerakan (meliputi llintasan, kecepatan, percepatan) dari mesin atau mekanisme tanpa memperhitungkan penyebabnya.

Dinamika adalah suatu ilmu yang mempelajari mengenai gerakan (meliputi llintasan, kecepatan, percepatan) dari mesin atau mekanisme dengan memperhitungkan penyebabnya.

f.       Gaya Gravitasi adalah gaya tarik menarik yang terjadi antara semua partikel yang mempunyai massa dialam semesta.

Gaya Inersia adalah gaya kelembaman pada suatu elemen mesin yang sangat tergantung pada besarnya massa.

g.      Gaya berat adalah gaya yang bersifat menarik suatu benda menuju benda lain. Gaya berat juga biasa disebut gaya gravitasi.

h.      Balance Point adalah titik dimana suatu benda atau system dalam keadaan seimbang atau biasa disebut titik seimbang.

B.                 Rumus Keseimbangan Statis dan Dinamis

a.       Keseimbangan Statis

Keseimbangan gaya-gaya horizontal dan vertical

Untuk bidang horizontal

W1R1 cos q1+ W2 R2 cos q2 + W3 R3 cos q3 + . . . . . Wa Ra cos qa + Wb Rb cos qb = 0

Atau  Wi Ri cos qi = 0

Untuk bidang vertical

W1R1 sin q1+ W2 R2 sin q2 + W3 R3 sin q3 + . . . . . Wa Ra sin qa + Wb Rb sin qb = 0

Atau Wi Ri sin qi = 0

b.      Keseimbangan Dinamis

Pada dasarnya momen adalah gaya yang dikalikan lengan

Untuk bidang horizontal

W1R1 a1 cos q1+ W2 R2 a2 cos q2 + W3 R3 a3 cos q3 + . . . . . Wa Ra aa cos qa +  Wb Rb ab cos qb = 0

Atau  Wi Ri ai cos qi = 0

Untuk bidang vertical

W1R1 a1 sin q1+ W2 R2 a2 sin q2 + W3 R3 a3 sin q3 + . . . . . Wa Ra aa sin qa +  Wb Rb ab sin qb = 0

Atau  Wi Ri ai sin qi = 0

Dimana :

W = berat massa eksentrik

R  = jarak titik berat massa eksentrik ke sumbu poros (m)

X  = jarak titik berat massa eksentrik ke suatu bidang

q   = posisi sudut massa eksentrik

C.                Power Steering, Balancing, Dongkrak dan Flywheel

a.      Power Steering

Untuk menambah kenyamanan berkendara, kebanyakan mobil-mobil modern menggunakan ban berukuran besar dan bertekanan rendah yang mampu menambah daerah daerah kontak permukaan roda kejalan. Sebagai hasilnya diperlukan tenaga kemudi yang lebih berat. Tenaga kemudi dapat diturunkan dengan menurunkan rasio roda gigi steering lebih banyak saat kendaraan berbelok, sehingga tidak berbelok tajam. Dengan demikian untuk menjaga kelincahan steering dan roda saat yang sama membuat tenaga kemudi tetap ringan, diperlukan semacam alat bantu.

Steering dengan kata lain, power steering telah banyak digunakan untuk kendaraan besar, sekarang juga sudah banyak digunakan untuk mobil-mobil penumpang kecil.

Power steering mempunyai tipe hidrolik dan elektrik. Belakangan power steering hidrolik digunakan pada hamper semua mobil.

Gambar 1.  Power Steering

Ada tiga komponen utama dari power steering hidrolik yaitu:

-          Pompa Vans

-          Katup Kontrol

-          Power Cylinder

b.      Balancing

Balancing adalah salah satu cara untuk memperoleh keseimbangan pada komponen kendaraan dengan pemasangan massa penyeimbang atau mengurangi (melubangi) komponen tersebut.

Gambar 2.  Balancing pada kendaraan mobil

c.       Flywheel

Flywheel atau roda gila adalah suatu massa berputar yang digunakan sebagai suatu reservoir energi dalam sebuah mesin. Apabila kecepatan berkurang, energi akan dilepaskan oleh roda gila, dan sebaliknya apabila kecepatan bertambah maka energi akan disimpan di dalam roda gila.

Dinyatakan sebagai :

½ I₀ .W

Dimana: I₀ : Momen inersia massa dari benda terhadap sumbu putaran

              W : Kecepatan sudut-sudut putaran

Analisa mengenai flywheel atau roda gila akan dijumpai hanya pada mesin-mesin penerima daya laju yang dapat bervariasi dan menyampaikan ke poros pada suatu laju yang hampir konstan.

Gambar 3.  Flywheel

d.      Dongkrak

Dongkrak adalah suatu alat pemindah bahan yang digunakan untuk menaikkan suatu benda yang berat. Ada beberapa jenis dongkrak yang bekerja secara manual seperti dongkrak ulir dan dongkrak hidrolik. Biasanya digunakan untuk mobil pada saat perbaikan. Selain itu, juga ada dongkrak yang bekerja secara otomatis.

Gambar 4. Dongkrak Hidrolik

Gambar 5. Dongkrak Ulir

D.                Mekanisme Poros Engkol

Mekanisme crank shaft (poros engkol) digunakan dengan gaya tekan yang memiliki silinder pertama dan kedua. Bagian pertama adalah diputar didalam perumahan pada sumbu longitudional dan bagian kedua diameternya lebih besar dari bagian pertama. Memiliki pusat yang berfungsi radial dari sumbu longitudional. Sebuah shave eksentrik rotatably dipasang pada lingkar luar bagian kedua dari poros engkol dan anggota penghubungnya dipasang pada bagian lingkar luar sheave tersebut. Bagian kedua dari sheave poros engkol dan penghubungya disediakan dengan bor radial pertama. Kedua dan ketiga masing-masing yang selaras saat poros engkol beroda pada posisi tengah bawah matinya.

Gambar 6. Poros Engkol

E.                 Metode Penyeimbang

a.      Cara Coba-coba

Metode coba-coba dapat di terapkan pada penyeimbang statis maupun penyeimbang dinamis. Dalam penyeimbang statis, komponen diletakkan diatas komponen datar dan operator memasangkan bobot-bobot sementara pada komponen tetap dalam keseimbangan disuatu posisi pada tumpuan diatas setelah dapat ditentukan besar dan lokasi keseimbangan bobot-bobot permanen kedalam komponen.

b.      Metode Penyeimbang Statik Taylor

Metode penyeimbang statik taylor adalah sebuah mesin yang dikembangkan secara khusus untuk penyeimbang statis, mesin dibuat sedemikian sehingga pada saat benda kerja ditumpu terletak dibawah titik suspensi dan suatu kesetimbangan akan menyebabkan benda kerja berputar untuk membawa titik berat langsung dibawah titik suspensi. Besarnya keseimbangan demikian pula dengan posisinya, dinyatakan pada sebuah spirit level benda kerja di ikatkan dalam penyeimbangan, pemakaian bola dimaksudkan untuk memperkecil efek gesekan.

c.       Metode Penyeimbang Dinamik

Terdapat banyak macamnya pada mesin-mesin penyeimbang dinamik yang tersedia. Beberapa diantaranya didasarkan pada peralatan mekanis dalam penentuan besarnya dan lokasi bobot seimbang. Beberapa diantaranya memakai peralatan elektrik.

Mesin penyeimbang dinamik tinius olsen dirancang untuk memberikan besar dan lokasi letak keseimbangan di dua bidang acuan sehingga dapat diperoleh suatu keseimbangan lengkap untuk sebuah komponen putar oleh rangkaian-rangkaian elektronik. Keseimbangan ditandai baik dengan amplitude ataupun dengan fasa bentuk hubungan fasa antara kedua fase ini ditentukan secara elektronik dari sudut ketakseimbangan dibaca pada meteran sudut yang merupakan meteran yang tersendiri pada panel.

Perlu diketahui bahwa diterpakan persamaan-persamaan dasar dari analisa dengan mesin melakukan antimatik dua persamaan momen dan dengan momen-momen yang diambil terhadap dua bidang acuan atau bidang koreksi.

d.      Mesin Penyeimbang Yang beroperasi Secara Elektrik

Mesin penyeimbang ini dikembangkan oleh Tinius Olsen Company, untuk penyeimbangan statik komponen. Komponen relative ramping disbanding dengan diameternya. Rangka getar mesin ini berbeda dengan konstruksi ayunan yaitu dalam hal rangka getarnya dipasangkan sedemikian sehingga ditahan untuk bergetar dalam satu bidang horizontal terhadap suatu sumbu vertical. Rangka getar membawa spindle yang menghubungkan kesebuah kotak magnetic yang membangkitkan arus listrik bolak-balik yang sebanding dengan getaran dari rangka getar, dengan demikian sebanding pula dengan ketakseimbangan yang diukur.

F.                 Prinsip Kerja Balance Massa

Gaya-gaya yang timbul dalam mesin dapat terjadi karena adanya beberapa factor. Misalnya karena adanya gaya tarik bumi, perakitan, beban yang dikenakan, dan tenaga yang dipindahkan. Juga timbul karena adanya gesekan, kelembaman pegas, tekanan dan juga temperature. Semua gaya ini harus diperhatikan dari perancangan akhirnya dari sebuah mesin, sehingga bagian daripada mesin dapat dibuat seimbang.

            Tujuan dari balance massa sebenarnya adalah membuat seimbang gaya-gaya yang bekerja pada suatu benda sehingga terjadi keseimbangan pada benda tersebut. Seperti kita ketahui bahwa ketidak seimbangan suatu benda yang bergerak, baik yang bergerak berputar maupun bergerak bolak-balik akan menyebabkan getaran. Jadi untuk menghilangkan getaran yang merugikan tadi dilakukan penyeimbangan (Balance Massa).

            Penyeimbangan massa yang berputar dapat dilakukan dengan penambahan dua bobot penyeimbang, masing-masing satu bobot pada dua bidang acuan. Dalam satu system, ada dua jenis gaya yang dapat diklasifikasikan sebagai gaya-gaya statis dan dinamis, dimana gaya-gaya tersebut haruslah seimbang.

            Penyeimbangan massa yang berputar dapat dijumpai pada industri otomotif misalnya pada poros engkol mesin mobil, komponen dirakit seperti rotor  dari sebuah motor listirk atau roda dari suatu kendaraan. Hal-hal diatas perlu diseimbangkan untuk menghindari kerugian-kerugian yang ditimbulkannya.

III. METODOLOGI PERCOBAAN

A.    Waktu dan Tempat percobaan

Waktu pelaksanaan percobaan balance massa pada tanggal 24 maret 2011 di Laboratorium Mekanika Terpakai Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin, Makassar.

B.     Prosedur Percobaan

1.      Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan

2.      Massa eksentris dipasang pada sumbu poros

3.      Mengukur massa eksentris sesuai dengan jarak yang ditentukan

4.      Kemudian ember 1 dan 2 dalam keadaan seimbang (tinggi ember sama)

5.      Tentukan sudutnya, (ditentukan oleh asisten yang bertugas)

6.      Lalu msukkan bola-bola baja satu persatu sesuai dengan sudut yang ditentukan

7.      Apabila bola-bola baja kurang pada ember maka tambahkan hingga tidak melewati sudut yang telah ditentukan

8.      Mengeluarkan bola-bola baja dan menghitung jumlahnya serta selisih antara bola-bola baja ember 1 dan 2

9.      Mencatat hasil data ditabel data yang telah disediakan oleh asisten

10.  Mengulangi prosedur 3-7 dengan jarak dan sudut yang berbeda yang ditentukan oleh asisten

11.  Merapikan alat serta menyimpan ditempat semula.

C.    Alat dan Bahan

1.      Alat

a.       Gambar alat

b.      Fungsi bagian-bagian alat

1.      Water pas            : untuk menunjukkan keseimbangan alat

2.      Alat ukur sudut   : untuk menunjukkan sudut putaran yang terjadi

3.      Ember                  : sebagai tempat menyimpan bola-bola baja

4.      Bola-bola baja     : sebagai massa penyeimbang

5.      Massa Eksentrik : sebagai massa yang akan diseimbangkan

6.      Alat ukur jarak    : untuk mengatur jarak massa eksentrik

7.      Rangka                : sebagai penopang utama alat balancemassa.

IV. ANALISA DATA DAN PERHITUNGAN

A.    Tabel Data Balance Massa

B.     Perhitungan

            Diketahui : Massa Bola baja = 1 gram = 0,01 Kg

                               Jari-jari Girasi      = 0,04 meter

                               Θ₂ = 130^o                 x₂ = 60

                               Θ₃ = 195^o             x3 = 60

                               m₁ = 32 gram       = 0,032 kg

                               m₂ = 54 gram       = 0,054 kg

                               m₃ = 21 gram       = 0,021 kg

                               m₄ = 60 gram       = 0,060 kg

Berat Massa Eksentrik

W = m.g (N)          ; dimana : m = jumlah rata-rata bola baja x 0,0001 kg

                                               g = percepatan gravitasi (m/s²)

W₁ = 0,032 x 9,8 = 0,31 N

W₂ = 0,054 x 9,8 = 0,53 N

W₃ = 0,021 x 9,8 = 0,20 N

W₄ = 0,060 x 9,8 = 0,58 N

Menghitung Momen Keseimbangan Massa Eksentrik

T₁ = W₁.R = 0,31 x 0,04 = 0,012

T₂ = W₂.R = 0,53 x 0,04 = 0,021

T₃ = W₃.R = 0,20 x 0,04 = 0,008

T₄ = W₄.R = 0,58 x 0,04 = 0,023

Menghitung Keseimbangan Momen dan Gaya

a.       Keseimbangan Statis

-          Vertikal

Maka,

…………………… (1)

-          Horizontal

Maka,

…………………… (2)

b.      Keseimbangan Dinamis

-          Vertikal

Maka,

 

…………………… (3)

-          Horizontal

Maka,

 

…………………… (4)

Mencari Nilai , serta X₁ dan X₄ secara analitis dan grafis

-          Secara Analitis

 

Dimana :

= 115^o

Dimana,

Sehingga,

Sedangkan,

Sehingga diperoleh,

Maka,

Untuk mencari nilai X₁ dan X₄, substitusikan nilai ,ke persamaan (3) & (4)

    

…………………… (5)

0,004X₁ + 0,013X₄ = 1,273…………………… (6)

Eliminasi persamaan (5) dan (6)

     

      

          +

Substitusi ke persamaan (6)

0,004X₁ + 0,013X₄ = 1,273

0,004 (57,09) + 0,013X₄ = 1,273

0,013X₄ = 1,273-0,228

X₄ = 80,38

-          Secara Grafis

Dari perhitungan analitis diperoleh:

T₁ = 0,012                               = 67,57                               = 18,33

T₂ = 0,021                               = 130                                  = 55,14

T₃ = 0,008                               = 195                                  = 55,65

T₄ = 0,023                               = 304,86                             = 25,34

Skala 1 mm ; 0,002

T₁ = 0,012/0,002 = 6

T₂ = 0,021/0,002 = 10,5

T₃ = 0,008/0,002 = 4

T₄ = 0,023/0,002 = 11,5

Sehingga didapat

0,012.X₁ = 0,685

X₁ = 57,08

0,023.X₄ = 1,848

X₄ = 80,34

Secara Analitis                                                               Secara Grafis

                                                                   

                                                                 

X₁ = 57,09                                                                     X₁ = 57,08

X₄ = 80,38                                                                     X₄ = 80,34

C.    Tabel Hasil Perhitungan

TABEL HASIL PERHITUNGAN
No	M	W	T	θ°		X  (mm)		PK (%)
	(kg)	(N)	(Nm)	Analitis	Grafis	Analitis	Grafis	θ	X
1	0.060	0.589	0.024	45	45	80	80	0	0
	0.068	0.667	0.027	140	140	80	80	0	0
	0.054	0.530	0.021	233.56	224	-2	-2	4.093	0
	0.070	0.687	0.027	282.32	269	15	15.18	4.718	0.132
2	0.032	0.314	0.013	67.57	60	57.09	57.08	11	0.018
	0.054	0.530	0.021	130	130	60	60	0	0
	0.021	0.206	0.008	195	195	60	60	0	0
	0.060	0.589	0.024	304.86	300	80.38	80.34	1.594	0.050
3	0.060	0.589	0.024	75.400	52	35	35.650	31.034	1.823
	0.050	0.491	0.020	135.52	100	37	38.420	26.210	3.695992
	0.052	0.510	0.020	231	231	65	65.000	0	0
	0.050	0.491	0.020	274	274	65	65.000	0	0
4	0.048	0.471	0.019	55	55	100	100	0	0
	0.057	0.559	0.022	290.31	125	82	81.8	56.943	0.274
	0.057	0.559	0.022	264.84	222	110	110	16.176	0
	0.068	0.667	0.027	318	318	100	100	0	0

D.    Grafik Hasil Percobaan

V. PEMBAHASAN

A.    Pembahasan Umum

B.     Pembahasan Khusus

VI. PENUTUP

A.    Kesimpulan

B.     Saran

DAFTAR PUSTAKA