pengukuran enersi traktor

28
II.4. PENGUKURAN TENAGA. Oleh: Ir. A.A. Wanders. Proyek NUFFIC THE/LHW-1 (IPB Bogor) Sumber enersi yang digunakan dalam pertanian adalah: 1. Tenaga manusia 2. Tenaga ternak 3. Motor yang digerakkan oleh bensin, diesel dan listrik 4. Sumber enersi lain seperti angin dan matahari. Tulisan ini khusus mengenai pengganaan atau pengeluaran enersi yang perlu untuk melakukan kerja pertanian tertentu dalam waktu tertentu. Dengan kata lain kita hanya membicarakan pengukuran tenaga. Catatan: Kerja adalah satuan gaya (Newton = N) dikalikan satuan jarak (m). Tenaga adalah kemampuan melakukan kerja (N.m/detik). 1. TENAGA MANUSIA. Di negara berkembang. sumber tenaga pertanian masih tenaga manusia dengan tenaga fisik tertentu untuk melakukan kerja mekanis. Kebanyakan operasi pertanian memerlukan tenaga manusia. Walaupun dengan menggunakan alat pembantu (ternak, motor) tenaga manusia tetapi diperlukan. 1.1. PENGUKURAN PENGELUARAN TENAGA SELAMA BEKERJA. Pengukuran konsumsi oksigen selama bekerja menunjukkan tingkat pengeluaran enersi. Pada penelitian lapang biasanya digunakan “indirect calorimeter”: - langkah pertama adalah mengukur udara bekas pernapasan dan mengambil sampel untuk dianalisa. Alat yang praktis adalah Max Plank respirometer (dry gas meter). - langkah kedua adalah analisa sampel (oxigen content). Untuk test lapangan, portable analyser sudah cukup (para magnetic oxigen analyser). - yang terakhir adalah perhitungan pengeluaran enersi dari udara pernapasan dan oxygen content dengan rumus Weir: 1

Upload: marwanard

Post on 03-Jul-2015

348 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: Pengukuran Enersi Traktor

II.4. PENGUKURAN TENAGA.

Oleh: Ir. A.A. Wanders.Proyek NUFFIC THE/LHW-1 (IPB Bogor)

Sumber enersi yang digunakan dalam pertanian adalah:1. Tenaga manusia2. Tenaga ternak3. Motor yang digerakkan oleh bensin, diesel dan listrik4. Sumber enersi lain seperti angin dan matahari.

Tulisan ini khusus mengenai pengganaan atau pengeluaran enersi yang perlu untuk melakukan kerja pertanian tertentu dalam waktu tertentu. Dengan kata lain kita hanya membicarakan pengukuran tenaga.Catatan:

Kerja adalah satuan gaya (Newton = N) dikalikan satuan jarak (m). Tenaga adalah kemampuan melakukan kerja (N.m/detik).

1. TENAGA MANUSIA.

Di negara berkembang. sumber tenaga pertanian masih tenaga manusia dengan tenaga fisik tertentu untuk melakukan kerja mekanis. Kebanyakan operasi pertanian memerlukan tenaga manusia. Walaupun dengan menggunakan alat pembantu (ternak, motor) tenaga manusia tetapi diperlukan.

1.1. PENGUKURAN PENGELUARAN TENAGA SELAMA BEKERJA.

Pengukuran konsumsi oksigen selama bekerja menunjukkan tingkat pengeluaran enersi. Pada penelitian lapang biasanya digunakan “indirect calorimeter”:- langkah pertama adalah mengukur udara bekas pernapasan dan

mengambil sampel untuk dianalisa. Alat yang praktis adalah Max Plank respirometer (dry gas meter).

- langkah kedua adalah analisa sampel (oxigen content). Untuk test lapangan, portable analyser sudah cukup (para magnetic oxigen analyser).

- yang terakhir adalah perhitungan pengeluaran enersi dari udara pernapasan dan oxygen content dengan rumus Weir:

dimana:

= pengeluaran enersi dalam k.cal/menit

= volume udara pernapasan dalam liter/menit

FO2 = oxygen content dari udara pernapasan (%)

Hasil pengukuran berbeda tergantung pada keadaan fisik pekerja, metode kerja, alat yang digunakan dan sebagainya. Pengukuran ini harus dilakukan pada berbagai pekerja, jika angka yang representatip diinginkan untuk suatu pekerjaan tertentu.

1

Page 2: Pengukuran Enersi Traktor

Contoh: (dari pekerjaan Dr. J.H. VAN LOON, LW).

a. Penebangan kayu di hutan

Enersi yang masuk per hari melalui makanan adalah 4500 kcal (18.8 MJ) per 24 jam. Dari jumlah ini 50% digunakan untuk kerja, sisanya untuk santai dan tidur. Karena itu kira-kira 4.6 kcal/menit (0.32 kW) tersedia selama 8 jam kerja sehari (total 2200 kcal atau 9.4 MJ untuk 8 jam). Selama periode ini dilakultan pengukuran enersi sebagai berikut: (Gambar 1).- selama menjatuhkan pohon (2.7 jam) - 8.5 kcal/menit (0.60 kW);- selama pekerjaan ringan (2.2 jam) - 3.5 kcal/menit (0.25 kW);- selarna istirahat (3.1 jam) - 2.5 kcal/menit (0.18 kW).

Fig. 1. Total energy expenditure of a forest worker (4500 kcal 24 hours). (By Dr. van Loon, LHW, Wageningen).

b. Pengolahan tanah dengan traktor 2 roda:

Pengeluaran enersi selama bekerja adalah sebagai beriltut:● tanah sawah:

- meluku dengan traktor tangan* - 8.9 kcal/menit (0.62 kW);- menggaru dengan traktor tangan* - 8.5 kcal/menit (0.60 kW);- rotari tillage dengan power-tiller - 6.2 kcal/menit (0.43 kW);

● tanah kering:- meluku dengan traktor tangan* - 9.0 kcal/menit (0.63 kW);

● tanah sawah:

2

Page 3: Pengukuran Enersi Traktor

- penyiapan tanah dengan cangkul dan sebagainya mengeluarkan 5 - 11 kcal/menit (0.35-0.77 kW).

Keterangan: * tanpa kopling.

Gambar 2 dan 3: Pengeluaran enersi dan rata-rata heart rate selama bekerja dengan traktor 2 roda (kecepatan traktor dapat ubah).

Fig. 2. Human energy expenditure in working with two-wheel tractors. (By Dr. van Loon, LHW, Wageningen)

Fig. 3. Heart rate recordings during ploughing with a power-tiller in a sawah field.

Dari contoh di atas pengeluaran tenaga berkisar 0.4 - 0.7 kW. Dengan memperhitungkan waktu istirahat selama 8 jam kerja, maka kebutuhan

3

Page 4: Pengukuran Enersi Traktor

tenaga kira-kira 0.32-0.35 kW, atau kira-kira setengah enersi yang dikeluarkan selama 24 jam.

Dalam literatur ditentukan bahwa batas kemampuan kira-kira 6 kcal/menit atau 0.42 kW selama bekerja. Pencatatan sekitar 6 - 10 kcal/menit menunjukkan bahwa menebang pohon dan mentraktor benar-benar suatu pekerjaan berat.

Batas kemampuan 6 kcal/menit sama dengan enersi 0.42 kilowatt (kW). Oleh karena sebagian besar enersi ini dirubah menjadi panas, hanya 10% – 15% saja yang dapat digunakan untuk kerja yaitu 0.04 kW. Dalam literatur sering disebutkan tenaga manusia sebesar 0.07 kW. Dari studi ini diketahui bahwa hal tersebut benar untuk periode yang singkat.

Di bawah ini adalah tabel klasifikasi beban kerja secara kasar disebut skala CHRISTENSEN: (umur antara 20 - 50 tahun).

Energy expenditure (kW)

Heart rate (beats/min.)

Very light work less than 0. 17 less than 75Light work 0.17-0.33 75-100Moderately heavy work

0.33-0.55 100-125

Heavy work 0.55-0.67 125-150Very heavy work 0.67-0.84 150-175Extremely heavy work more than 0.84 more than 175

Tabel Konversi

Enersi Tenaga atau Pengeluaran Enersi

● Calori (cal) adl panas yang perlu menaikkan temperatur 1 kg air, 1 oC

● Kalori per satuan waktu (cal/detik, cal/menit)

● 1 kcal = 1000 cal● 1 BTU (Britis Thermal Unit) panas

yang dibutuhkan menaikkan temperatur 1 pound, 1 oF.

● 1 BTU = 0, 252 cal.● Joule = Watt. detik.● kWh (kilo watt jam) = 3,6 x 106 J =

3.6 MJ● 1 Joule = 0, 24 cal

● Watt (J/detik) adlh tenaga yang dihasilkan oleh gaya: 1 Newton sejarak 1 m dalam 1 detik atau W = N.m/dt.

● 1 kWh = ± 860 kcal ● 1 kilo watt (kW) = 860 kcal/ jam = 14,3 kcal/menit

● 1 kcal/menit = 0.07 kW.

1.2. PENCATATAN DAN ANALISA DENYUT JANTUNG DALAM STUDI LAPANG.

Khususnya untuk studi komparatif, cara ini penting untuk mengetahui ketegangan fisik yang dialami seorang pekerja dalam pekerjaan tertentu. (Gambar 3). Pencatatan denyut jantung dapat dilakukan dengan manual (arterial palpations) atau dengan metode electro cardio graphic (memberikan curva denyut jantung atau jumlah denyut per satuan waktu misaInya 7.5, 15, 30 atau 60 detik dengan digital counter).

4

Page 5: Pengukuran Enersi Traktor

Pengukuran harus diulangi terhadap beberapa pekerja.

Contoh: (dari pekerjaan Dr. J.H. VAN LOON LHW).

a. Penebangan Pohon.

Rata-rata heart rates (Jumlah denyut/menit)

selama kerja rata-rata termasuk istirahat

Gergaji tangan dan kampak

129 121

Hanya kampak 134 123Gergaji dan kampak 144 135

b. Pengolahan tanah dengan traktor 2 roda.

Tempat Kegiatan denyut/menitTanah Sawah meluku dengan traktor*

meluku dengan power tiller menggaru dengan traktor tangan* menggaru dengan power tiller mencangkul

162 135 147 114 128

Tanah Kering meluku dengan traktor tangan* meluku dengan power tiller mencangkul

141 129 113

* tanpa kopling.

1.3. PENGUKURAN KAPASITAS KERJA FISIK DAN KEADAAN FIS1K.

Untuk mengukur kapasitas kerja fisik, berbagai sepeda ergometers dapat digunakan. Pengukuran dilakukan di Wageningen (LHW) selama periode 10 menit masing-masing 50, 100 dan 1,50 Watts. Dalam setiap tingkat, pencatatan "heart rate" dan pengukuran pengeluaran enersi terus dilakukan. Dengan pengukuran ini kita mendapat kesan tentang kapasitas kerja seseorang (baik waktu singkat dan cukup lama) dan besarnya kapasitas kerja maksimum yang dapat diharapkan tanpa menimbulkan risiko terlalu letih. (Studi di LHW misalnya menunjukkan bahwa dari pekerja-pekerja yang sudah tua, jangan mengharapkan kerja lebih dari 180 watt untuk pekerjaan-pekerjaan tertentu. Karena itu dalam melakukan percobaan ini perlu bantuan dari seorang ahli kesehatan).

2. TERNAK TARIK.

Tenaga yang dapat diberikan oleh ternak sangat tergantung pada jenis, umur, berat dan sebagainya. Studi umum tentang tenaga ternak menunjukkan bahwa untuk waktu yang lama besarnya tenaga yang tersedia untuk kerja hanya 10% dari total enersi dalam makanannya. Terlihat bahwa ternak hanya efisien jika makan cukup. Besar tenaga ini dapat lebih besar dalam periode yang singkat, tapi ternak cepat lelah jika sering mengeluarkan tenaga yang besar.

Catatan: Untuk manusia juga sekitar 10%, sedang untuk

5

Page 6: Pengukuran Enersi Traktor

motor bakar efisiensi sekitar 20 - 30%.

2.1. TENAGA TERNAK TARIK.

Tenaga yang dihasilkan oleh ternak tergantung pada besarnya rata-rata ternak tarik yang dapat dipertahankan selama bekerja. Tenaga tarik sangat tergantung pada berat badan: sepasang sapi menghasilkan 1/7 sampai 1/10 berat badan, tergantung keadaan lapangan, adanya rintangan (akar-akar) dan sebagainya.

Beberapa hasil studi di Alfrika.

Studi ini menunjukkan bahwa ternak tidak mampu menghasilkan rata-rata 100 kg, jika ada waktu-waktu ia harus mengeluarkan 150 - 200 kg gaya, bahkan tidak mampu menghasilkan gaya 80 kg jika ada puncak beban sebesar 250-275 kg. Biasanya sepasang sapi dengan berat 700 - 1000 kg dapat menghasilkan gaya 80 - 150 kg dengan kecepatan 2 - 3 km/jam. Berarti tenaga yang dihasilkan sekitar 0,5 - 1 kW dengan jam kerja efektif 3 - 5 jam per hari (Lihat Tabel berikut).

Meluku dengan berbagai pasang ternak dalam waktu yang lama per hari

(Afrika).

Weight

(kg)

Average tract. effort(kg)

Maximum effort

(kg)

Working speed(km/h)

Power Number of effective working

hours/day(kg.m/s) (kW)

657 90 170 2,2 54 0,55 5,5800 80 215 2,0 44 0,45 4,0650 80 150 2,5 56 0,57 4,7790 100 175 2,5 72 0,74 4,2

1060 147 310 2,4 97 1,00 4,41110 150 360 2,9 120 1,25 3,4

2.2. KEBUTUHAN TENAGA.

Untuk menentukan tenaga tarik, berbagai type dynamometer dapat digunakan jika alat ditarik dengan rantai dan membentuk sudut tarik (angle of pull). Draft atau daya tarik adalah gaya tercatat di kali dengan konsinus sudut tarik:

Draft = Gaya tarik x cos (sudut tarik).

Untuk mengetahui tenaga yang dikeluarkan oleh ternak, perlu dicatat waktu dan jarak.

Instrumen yang digunakana. Spring dynamometer. (Gambar 4).

Karena cepatnya variasi beban, ketelitian kurang baik. Dengan jarum penunjuk tenaga tarik maksimum dapat diukur dalam suatu test.

b. Hydrolic dynamometer.

6

Page 7: Pengukuran Enersi Traktor

Dengan alat ini pembacaan tenaga tarik lebih mudah, karena goncangan (fluktuasi) jarum penunjuk telah dihilangkan. Alat ini dapat diperlengkapi dengan alat pencatat secara kontinu pada kertas.

c. Strain gauge dynamometer: Suatu per dengan menggunakan strain gauge dapat mengukur tenaga tarik secara lebih teliti.

Gambar 4. Spring dynamometer

3. PERALATAN BERMOTOR.

Dalam bab ini dibahas motor bakar Internal sebagai sumber tenaga untuk mesin-mesin pertanian. Juga dibicarakan uraian khusus tentang tenaga yang dihasilkan motor dan besarnya tenaga yang dibutuhkan untuk menggerakkan mesin-mesin pertanian.

3.1. URAIAN RINGKAS TENTANG MOTOR BAKAR INTERNAL.

▪ Semua bentuk enersi dapat saling merubah bentuk dan enersi dalam suatu sistem tertutup dan terisolir adalah konstan.

▪ Benda gas dapat ditekan dan volumenya berbanding terbalik dengan tekanan asal temperaturnya tidak berubah (Hukum Boyle).

▪ Perubahan temperatur suatu gas akan mengakibatkan berubahnya volume dan tekanan (Hukum Charles).

▪ Terutama dalam motor diesel, kebenaran hukum ini jelas terlihat: (Gambar 5).

7

1. Intake stroke;2. Compression stroke;3. Powerstroke;4. Exhauststroke;

Page 8: Pengukuran Enersi Traktor

Fig. 5. Principle of a 4-stroke diesel engine.▪ Udara masuk dalam kamar pembakaran. Volume mengecil selama

langkah tekanan, memperbesar temperatur dan tekanan.▪ Bahan bakar yang disemprotkan, akhirnya membakar udara yang

bertemperatur tinggi ini dan menghasilkan tenaga yang menekan piston pada langkah tenaga.

▪ Tekanan yang dihasilkan tergantung pada tingkat pembakaran dan jumlah panas yang tertahan dalam gas tidak terbuang melalui dinding silinder atau exhaust system.

Dalam suatu motor, enersi yang ada sebagian dirubah menjadi kerja, tetapi sebagian besar hilang dalam bentuk panas.

Efisiensi Thermal adalah perbandingan enersi untuk kerja yang dilakukan (indicative work) dengan enersi yang tersedia dari basil pembakaran baban bakar. Untuk motor bensin - 4 langkah, efisiensi sekitar 40% dan untuk diesel 50%. Diesel lebih efisien karena Compression Ratio yang tinggi (18:1 dibanding dengan 8: 1). (Lihat juga P-V diagram kerja + dan - ) (Gambar 6).

Fig. 6. P-V Diagram of a diesel engine (4-stroke cycle), illustrating positive and negative work done in a cylinder.

Tenaga yang dapat digunakan, tergantung juga pada efisiensi mekanis dari motor, yaitu gesekan dan kehilangan tenaga pompa (piston rings,

8

Page 9: Pengukuran Enersi Traktor

bearings, oil pump, kipas pendingin, generator). Pada umumnya efisiensi mekanis kira-kira 70%.

Efisiensi keseluruhan (brake thermal efficiency) untuk motor bensin 4-langkah menjadi 19 - 28%. Sedang untuk motor disel 4-langkah menjadi 30 - 35%.

Dari segi ini, motor bakar adalah pengubah enersi yang paling tidak efisien.

3.2. TENAGA TERSEDIA SUATU MOTOR: Pengukuran dan perhitungan tenaga motor di dalam silinder.

3.2.1.INDICATIVE POWER (Pi)

Kemampuan tenaga kerja di dalam silinder. Ini adalah tenaga yang menekan piston dan dihitung sebagai berikut:▪ tekanan rata-rata dalam silinder selama power stroke (indicative pressure

pi):Untuk motor bensin6,5 - 11,0 kg/cm2 atau (x 105 N/m2). Untuk motor diesel 6,2 - 8,8 kg/cm2 atau (x 105 N/m2).

▪ Rata-rata tenaga yang diberikan pada piston adalah pi x luas permulaan piston: Gaya (dlm N) = pi (dlm N/m2) x (/4) D2 dimana D diameter piston dalam (m)

▪ mengalikan gaya ini dengan jarak langkah piston (s dalam meter) dan jumlah putaran per detik (N) akan menghasilkan Indicative power (Pi) dalam N.m/s (Watt).

(N.m/s atau watt), (a)

dimana: n adalah jumlah silinder dan angka 2 ditambahkan khusus untuk motor 4 langkah karena

hanya satu power stroke tiap dua putaran. pi (tekanan rata-rata dalam silinder) dapat dihitung dari P-V

Diagram motor. Diagram ini hanya dapat ditentukan dalam laboratorium dengan alat tertentu. (lihat Gambar).

3.2.2.TENAGA EFEKTIP DARI BRAKE Hp, (Pe).

Tenaga efektip (brake Power) adalah tenaga yang tersedia pada roda gila (flywheel), dan dengan memperhatikan tenaga untuk mengatasi gesekan.

Pe = efisiensi mekanis x Pi (b)Efisiensi ini sekitar 70%. Kehilangan tenaga (Pe - Pi) ini disebut friction

Hp dari motor dan dapat diukur dengan Electric Dynamometer yang menjalankan motor tersebut.

3.2.3.EFISIENSI KONVERSI ENERSI DALAM MOTOR.Efisiensi thermal 40 %, nilai energi bahan bakar 10000 kcal/kg, dan 1kWh = 860 kcal

Efisiensi keseluruhan (Brake thermal efficiency) adalah Brake Hp (efective power Pe) yang dihasilkan motor dibagi dengan nilai panas bahan bakar, kedua-duanya dikonversikan misalnya menjadi kcal sebagai berikut:- misalkan sebuah motor menghasilkan 50 kW tenaga efektip (yang akan

diukur dengan dynamometer misalnya water-brake) selama satu jam.

9

Page 10: Pengukuran Enersi Traktor

50 kW = 43.000 kcal. (1 kWh = 860 kcal).- misalkan motor ini membutuhkan solar 250 gram per kWh (yang akan

diukur selama test dengan dynamometer) atau selama 1 jam dengan 50 kWh membutuhkan 12,5 kg solar.

nilai panas 1 kg solar = 10.000 kcal, sehingga enersi 12,5 kg solar = 125.000 kcal. Bagian tenaga pada roda gila sebesar 43.000 kcal, berarti hanya 34%.

Bahan bakar

Berat bahan bakar/lt.

Nilai panas per lt. atau kg

Bensin 725 gr/lt. 7.300 kcal/lt.* 10.100 kcal/kg

Solar 800 gr/lt. 7.850 kcal/lt.* 9.800 kcal/lt,

3.2.4. KOPPEL MOTOR.

Koppel (maksimum) suatu motor penting karena ini akan menentukan besarnya tenaga tarik maksimum suatu mesin:

Dimana: Pe = Brake Hpn = jumlah putaran per detik.

3.3. PENGUKURAN P.T.O. Hp.

Cara yang berbeda tersedia untuk mengukur PTO-Hp, yang memberikan keterangan praktis tentang tenaga yang secara efektip dapat diambil dari suatu motor. Mesin yang digerakkan dapat digandengkan: langsung pada motor (misalnya pompa air). melalui PTO shaft traktor. Dalam hal ini 10 - 15% dari Brake Hp hilang

karena gesekan pada transmisi.

Tabel Konversi.

▪ Unit tenaga yang sekarang dianjurkan adalah kilo Watt (kW).1 kW = tenaga yang dihasilkan gaya 1000 Newton bergerak 1 m/detik (N. m /s).

▪ Unit Horsepower mempunyai arti yang berbeda:a. Eropa, Affica dan Asia:

1 Hp = gaya 75 kg pada kecepatan 1 m/detik = 75 kg.m/s.1 Hp = 0.736 kW, atau 1 kW = 1,36 Hp.

b. U.S.A. dan United Kingdom.1 Hp = gaya 550 lb pada kecepatan 1 ft/min. = 550 lb ft/min.1 Hp = 75,9 kg m/s (75,9 x g) kg m/s atau1 kW = 1,34 Hp.

Karena itu ada faktor konversi sebesar 1.014 diantara dua nilai tersebut.- Klasifikasi DIN-Hp (Standard Jerman Barat), SAE-Hp (Society of Automotive

Engineers-USA), dan OECD-Hp (Eropah), digunakan oleh berbagai Testing

10

Page 11: Pengukuran Enersi Traktor

Center berbagai negara dengan prosedur testing yang sedikit berbeda (misalnya ada bagian-bagian mesin yang dilepas)

Biasanya 1 DIN-Hp sama dengan 1,10 – 1,15 SAE-Hp. Karena SAE, mendasarkan testingnya pada motor terlepas. Karena itu dalam praktek 1 SAE-Hp hanya = 0,660 kW.

3.3.1.ALAT PENGUKUR PTO Hp.

Dibedakan dua jenis dynamometer. Brake (torsion) dynamometer dan Absorption (transmission) dynamometer.

a. Absorption dynamometer, mengukur besarnya tenaga, sementara itu merubahnya ke enersi bentuk lain biasanya panas.

Fig. 7a. Prom Brake.

1. Prony Brake (lihat Gambar 7a, b), adalah bentuk yang paling sederhana, dimana roda gila atau pulley direm dengan ajustable brake band. Rem ini menahan pulley agar tidak berputar lebih jauh, oleh suatu tangan yang dihubungkan dengan alat pengukur gaya (Gaya F dalam Newton). Dengan radius tangan torsi (R dalam m) dan jumlah putaran per menit (N), rumus tenaga menjadi:

Dimana: M = torsi (F x R)Biasanya tangan torsi R, sedemikian rupa, sehingga konstanta 2R/60 menjadi baik untuk digunakan.

11

Page 12: Pengukuran Enersi Traktor

Fig. 7b. Prony brake with 2-wheel tractor.

2. Hydraulic Dynamometer: (Gambar 8) juga bekerja dengan prinsip merubah kerja menjadi panas. Media kerja biasanya air (Water Brake) yang ada dalam suatu ruang tertutup, dan karena gesekan, temperaturnya naik. Bagian luar berputar pada as dihubungkan dengan tangan torsi. Rumus tenaga, sama dengan point 1, hanya ketelitiannya lebih baik.

Fig. 8. Hydraulic dynamonleter - Waterbrake.

3. Air brake, bekerja dengan prinsip sama dengan point 2, tenaga dialihkan ke udara oleh kipas, dan tergantung pada besarnya kipas dan jarak kipas dari as. Alat ini harus dikalibrasi dan ketelitiannya kurang sekali.

b. Transmission Dynamorneter Cradled engine:

Sebuah motor bakar atau motor listrik ditempelkan pada suatu kreta dengan rangka yang ditunjang oleh bearing. Dengan torque arm dan scale, reaksi torque output terhadap mesin yang diputar, diukur. Tenaga dihitung dari torsi dan rpm output shaft.

c. Electric current dvnamometer.

Menggunakan generator listrik, dan tenaga ditentukan dengan mengukur output dari generator. Dalam hal ini perlu diketahui efisiensi generator.

Electric power input measured

d. Torsion dymamometer.

Torque meter strain gauge type. Strain gauge elektris tersedia dalam berbagai bentuk untuk mengukur torsi PTO. Alat ini disambungkan pada PTO traktor. As lain dari mesin yang ditest dihubungkan dengan ujung lain dari alat. Semua torsi disalurkan ke alat, dan suatu alat pengukur digunakan untuk mengukur torsi.

12

Page 13: Pengukuran Enersi Traktor

3.3.2.MENGUKUR PERFORMANCE MOTOR TRAKTOR.

Gambar 9 memberikan contoh hasil test suatu motor traktor.

a. Tenaga maksimum:Menaikkan beban dynamometer sampai batas kecepatan mesin yang

ditetapkan pabrik, akan memberikan tenaga maksimum yang dapat diperoleh.

b. Kurva torsi:Kurva torsi yang dikehendaki adalah menarik maksimum jauh disebelah kiri

(pada kecepatan rendah). Ini menunjukkan kemampuan untuk menarik. Perubahan torsi akan merubah kecepatan motor.

Fig. 9. Performance curves of a tractor engine.

c. Kebutuban bahan bakar:Biasanya satuan yang digunakan adalah gram per kWh. Efisiensi dari

konversi bahan bakar menjadi kerja adalah paling tinggi pada titik torsi maksimum. (Untuk diesel misalnya sekitar 250 gr/kWh. Suatu motor yang menghasilkan tenaga 50 kWh selama 1 jam akan membutuhkan kira-kira 0,250 x 50 = 12,5 kg solar/jam, jika beban penuh). Karena traktor biasanya bekerja pada 40% tenaga maksimum, kebutuhan bahan bakar adalah 5 kg/jam. Untuk perkiraan: Kebutuhan bahan bakar untuk 40% dari tenaga maksimum (rated Brake Hp) adalah 1 lt per jam per 10 rated brake Hp. Dalam hal ini (50 kW = 50 x 1.36 = 67.5 Hp) konsumsi 6.75 liter/jam atau 5 kg/jam.

3.4. PENGUKURAN DRAWBAR HORSEPOWER:

13

Page 14: Pengukuran Enersi Traktor

Berbagai drawbar dynamometer tersedia untuk mengukur drawbar pull suatu traktor (spring, hydrolic dan strain gauge dynamometer, (lihat bab II). Dalam semua pengukuran tersebut, rumus berikut dapat digunakan:

Drawbar hp (kW) = besarnya gaya (N) x Kecepatan (m/s) X 1000.

3.4.1.EFISIENSI TENAGA TARIK.

Ini adalah perbandingan drawbar horespower dengan input hp pada gear box atau final drive dari roda. Efisiensi ini menyangkut konversi enersi dan tergantung pada rolling resistance dan slip roda dengan gesekan dan defleksi alat tarik. Kebutuhan tenaga suatu mesin terdiri dari kebutuhan fungsinya (drawbar power) dan tenaga untuk mengatasi rolling resistance dan kehilangan tenaga karena slip.

Drawbar Hp = (Brake Hp – Hp gear box - Hp rolling res) x (100 - %s).

dimana: Brake Hp = tenaga yang dihasilkan enjin, yang tersedia pada roda gila;Hp gear box = kehilangan tenaga pada gear box dan final drive dari

traktor;Hp rolling res = tenaga yang hilang karena rolling resistance roda; %s = % slip dari roda penarik.

Efisiensi Tenaga mekanisasi pada permukaan berbatu, tanah keras dan tanah olahan adalah masing-masing 85% -75% dan 45% (lihat gbr. 10). Keadaan ini adalah pada penggunaan 2/3 drawbar pull maksimum. Untuk penggunaan drawbar pull yang lebih besar, efisiensi akan berkurang karena terjadi slip. (gbr. 11).

14

Tractive Efficiency

Fig. 10. Effect of surface condition on tractive efficiency for a tractor of a certain weight.

Fig. 11. Tractive power efficiency of a tractor (with energy balance) and % slip in relation to drawbar pull.

Page 15: Pengukuran Enersi Traktor

3.4.2.TRAKTOR DAN COEFFICIENT OF TRACTION:

Biasanya dalam pengukuran ini unit tenaga diganti dengan unit gaya tarik yang diukur (gaya yang ditimbulkan roda dan sebagainya). Reaksi tanah terhadap roda, memungkinkan roda mampu menghasilkan tenaga tarik, dan tergantung pada ketahanan tanah terhadap shearing (keretakan), karena itu tergantung pada kohesi tanah (penting untuk tanah liat sewaktu basah) dan internal friction tanah (penting untuk tanah pasir).

3.4.2.1. MEKANIKA TANAH DALAM HUBUNGANNYA DENGAN TRACTION (M.G. BEKKER: Off the road locomotion).

Jumlah Fmax = A(C + Pa x ) = A x C + W x .

dimana,Jumlah Fmax = tenaga maksimum yang dikerahkan roda pada tanah

(N).A = contac area antara tanah dan ban (m2)C = kohesi tanah (N/m2)Pa = tekanan ban (N/m2), sama dengan beban dinamis (W dalam Newton)

dibagi contac area A atau (A x Pa = W). = koefisien gesekan antara ban dan tanah.

15

Page 16: Pengukuran Enersi Traktor

Drawbar pull implemen = Jumlah F max – F rolling resistance

Tenaga drawbar untuk menarik implemen:

Tenaga drawbar Nm/dt = (Jumlah Fmax - Frol.res.) x kecepatan (m/dt) .

Faktor-faktor yang mempengaruhi Fmax adalah:

1. Tanah: Struktur dan kelembaban.a. Misalnya tanah berpasir, dengan kohesi kecil (C); kemampuan traction

dapat ditingkatkan dengan menambah beban dinamis pada roda (W).Tenaga Traction menjadi W x , jika kohesi sangat kecil.

b. Untuk tanah-tanah yang tidak mempunyai interal friction (tanah liat basah), menambah beban pada roda tidak akan menaikkan kemampuan traction. Dalam hal ini, kemampuan traction dapat ditingkatkan dengan memperbesar contact area antara ban dan tanah, (A): roda berdiameter besar, ban radial dan rantai.Tenaga Traction menjadi A x C, jika sangat kecil.

2. Traktor: berat, penyebaran berat, besar roda, type profil dan keadaannya tekanan ban, extensi roda dan sebagainya adalah faktor-faktor yang mempengaruhi parameter W dan A.

catatan: Tenaga yang tersedia pada enjin biasanya kurang penting dalam soal traction, karena tenaga tersebut tidak membatasi drawbar pull.

3.4.2.2. TRACTION COEFFICIENT:

Ini adalah perbandingan drawbar pull dengan beban dinamis pada

roda.

Efisiensi adalah perbandingan dua gaya dan tergantung pada semua faktor-faktor di atas.

misalnya:Tractor on concrete road (5% slip) ------- 0,66 traction coefficient

on gravel road (5% slip) ------- 0,36 ,,Tractor on dry clay soil (16% slip) ------ 0,55 ,,

on sandy loam soil (16% slip) ------ 0,50 ,,on dry fine sand (16% slip) ------ 0,36 ,,

misalnya:size of wheel 8 – 32 traction coefficient of 0,53 (28% slip);

9 – 36 ,, 0,58 ,,15 – 30 ,, 0.64 ,,

3.4.2.3. ROLLING RESISTANCE:

Drawbar pull efektif dipengaruhi oleh rolling resistance (tarikan yang dibutuhkan untuk menagerakkan traktor di atas suatu permukaan):

16

Page 17: Pengukuran Enersi Traktor

Fig. 13. Drawbar pull and % slip, influenced by the tire inflation on hard road and loose soil surfaces.

b. Tire inflation 1,6 kg/cm2a. Tire inflation 0,8 kg/cm2.

▪▪ ban karet mempunyai rolling resistance yang lebih kecil dari ban besi- ban ber diameter besar mempunyai rolling resistance yang lebih kecil

dibanding dengan ban kecil- rolling resistance meningkat, jika ban semakin terbenam - rolling resistance pada permukaan keras (tidak terbenam); hanya

tergantung pada internal friction dari roda dan ini akan berkurang jika tekanan ban bertambah. (gbr. 12).

Koefisien rolling resistance didefinisikan sebagai rolling resistance dibagi dengan beban dinamis pada roda.

Nilai kasar dari koefisien rolling resistance adalah:0,3 to 0,4 for wet and heavy. clay soils (sinkage)0,2 to 0,3 for plowed sandy loam field0, 1 to 0,3 for loose sand (depending on tire profile and lug design)0,05 - 0,1 for firm and dry stubble fiel0,01 - 0,04 for concrete.

4.3.2.4. SLIP.

Walaupun traktor tanpa beban, slip juga terjadi pada roda. Slip bertambah dengan meningkatkan drawbar pull. (gbr. 13).

dimanan1 = jumlah putaran roda pada jarak tertentu dalarn keadaan menarik.d1 = jarak yang ditempuh dalam waktu tertentu dalam keadaan menarik.n2 = jumlah putaran roda pada jarak tertentu jika traktor tanpa beban.d2 = jarak yang ditempuh dalam waktu tertentu jika tidak menarik.Drawbar pull masih dapat ditambah dengan jalan menambah slip sampai

30% maksimum. Dalam literatur % slip optimum adalah 16%, berarti dengan slip 16% efisiensi traction mencapai maksimum (efisiensi konversi enersi). (lihat gbr. 13).

17

Fig. 12. Coefficient of rolling resistance in relation to type of soil and wheel diameter. (Same weight, inflation and width).

Page 18: Pengukuran Enersi Traktor

3.4.3.CARA-CARA MENINGKATKAN KEMAMPUAN TRACTION.

a. Prosedur standard:≈ mempengaruhi contact area (A) : Pemilihan ban (misalnya ban

besar untuk sawah): desain bunga ban, tinggi gandengan (tarikan) dan pengurangan tekanan ban.

≈ mempengaruhi beban (W) : Air dalam ban dan tambalan berat pada pelak.

b. Penambah traction:≈ ektensi roda (fixed atau retractable wheel stroks, cage wheels, step

wheels dan dual tires).≈ penutup roda (half tracts, tire chains).

c. Full Tracks (traktor rantai) (lihat gbr. 14).

- Dibanding dengan traktor roda, bekerja paling efektif pada drawbar pull maksimum pada tanah lembek dan remah.

- Rolling resistance lebih besar karena internal resistance yang lebih tinggi.

d. Weight Transfer (dari gandengan drawbar ke three-point hitch).1.Gandengan Drawbar mengurangi reaksi tanah pada roda depan dan

menambah reaksi tanah pada roda belakang, dan terus bertambah sampai drawbar pull max. (lihat trailer gbr. 15).

2.Three-point hitch system: Pengalihan berat dimungkinkan, jika sistem hidrolik menimbulkan tekanan tertentu dalam silinder hydrolic, mencoba mengangkat implemen (misalnya plow) (gbr. 16).

18

Fig. 14. Contact area between traction device and the soil surface. Track layers enabling higher drawbar pull, especially on soft, loose soils; however increased rolling resistance as compared to wheels.

Page 19: Pengukuran Enersi Traktor

Fig. 15. Weight transfert to rear wheels of a tractor because of drawbar pulling a trailer.

Weight of trailer: 3000 kg:- 3/4 x 3000 = 2250 kg on trailer-wheels (Wt);- 1/4 x 3000 = 750 kg on tractor hook (Wh).

Static load on tractor-wheels:

- Rear wheels: 3000 x 1,5/2,5 = 1800 kg being part of tractor-weight:+ 750 x 3/2,5 = 900 kg being weight of trailer;

Total: 2700 kg (Wr static load)

- Front wheels: 3000 x 1/2,5 = 1200 kg as part of tractor-weight;750 x 0,5/2,5 = 150 kg lift because of trailer-weight.

Total: 1050 kg (Wf static load).

Dynamic load on tractor wheels: pulling the trailer (Pull 500 kg):

- Extra weight-transfert to rear wheels: 500 x 0,5/2,5 = 100 kg.Therefore total of 2800 kg (Wr dynamic load);

- Lift at front wheels: 500 x 0,5/2,5 = 100 kg.Therefore total of 950 kg (Wf dynamic load).

19Fig. 16. Weight transfert in plowing: increased traction through

increased dynamic load on rear wheels.

Page 20: Pengukuran Enersi Traktor

Fig. 17. The use of the hydraulic pump of a tractor for tipping a trailer.

With pressure of 50 kg/cm2 and an oil flow rate of 30 l/min., the hydraulic power is: With a pump efficiency of 85%, the power delivered by tractor engine is 3 kW

The force that is developed at the first cylinder ( 160 mm) is: 50 x /4 x 162 = 10 ton;

At the second cylinder ( 120 mm) this force is: 50 x /4 x 122 = 5,6 ton;

At the third cylinder ( 80 mm) this force is: 50 x /4 x 82 = 2,5 ton.

3.5. TENAGA HYDROLIK TRAKTOR.

Pompa hydrolik traktor dapat merubah tenaga mekanis dari enjin menjadi tenaga hydrolik dalam bentuk sirkulasi oli dengan tekanan dan kecepatan aliran tertentu.

dimana: - tekanan fluida dalam kg/cm2

- kecepatan aliran dalam liter/detik.

Efisiensi pompa traktor biasanya sekitar 85%. Tekanan oli dalam sistem hydrolik traktor biasanya berkisar antara 70 -180 kg/cm2 (bar) atau (x 105

N/m2) dan kecepatan aliran antara 0,15 - 0,5 liter/dt. Aliran tersebut dengan tekanan tertentu, mampu mengangkat implemen (plow) atau trailer. (gbr. 17).

20

Page 21: Pengukuran Enersi Traktor

3.6. TENAGA HYDROLIK POMPA AIR YANG DIGERAKKAN OLEH ENJIN:

Tenaga hydrolik yang dihasilkan olch sebuah pompa air:

Total manometric height termasuk:- perbedaan tinggi permukaan air sebelum dan sesudah dipompa, - ditambah friction losses pada discharge level.

Catatan: 10 m Water colum = 0,981 bar (kg/cm2), atau1 bar = 10,3 Water colum.

Tenaga yang dibutuhkan dalam proses ini tergantung pada efisiensi pompa misal: 70%. Pada gambar 18 dan 19 disajikan characterics performance curves dari sebuah pompa centrifugal, (three stages high pressure pump).

21

Fig. 18. Characteristic performance curves of a centrifugal pump (3 stage).

Page 22: Pengukuran Enersi Traktor

CONVERSION UNITS.

One acre = 43.560 sq ft. = 4840 sq yds = 4046.86 sq mt = 0.4047 haOne are = 100 sq mt = 119.6 sq yd = 1076.387 sq ftOne hectare (ha) = 100 are = 10,000 sq unit = 11959.85 sq yd

One cantalweight (cwt)= 100 IbsOne pikul = 133 1/3 lbsOne catty = 1 1/3 lbOrie cavan = 44 IbsOne kilogram (kg) = 2.2046 IbsOne quintal = 100 kilograms = 220.451bsOne metric ton (MT) = 1000 kilogram = 0.9842 long ton = 1.1023 short tonOne kg/Ha = 0.89 lb per acreOne lb/acre = 1.121 Kg/HaOne barrel (rice) U.S.A.= 162 lb paddyOne cu ft = 0.0283 m3

One bushel (U.S. or Imp.) = 8 gal (U.S. or Imp.)One barrel (oil) = 42 U.S. gal= 306 IbsOne U.S. gallon = 3.785 literOne atmosphere (atni) = 14.7 psi (Eng.)One metric atmosphere = 1 kg per sq. cm

22

Fig. 19. Influence of the speed of the pump and the output of the pump, and efficiency curves. (n = normal speed of the pump).

Page 23: Pengukuran Enersi Traktor

One kg per sq cm = 14.2234 lb per sq. in.One lb per sq. in. = 0.07031 kg per sq. cm

23