Nyosz Inc[Type the company name]

1/1/20132013

8.3 PENGUKURAN TORSIMAKALAH RESUME DARI KITAB INSTRUMENTATION FOR ENGINEERING MEASUREMENT

Oleh:

1. Berry Trisnamukti 6510040036

2. Elvan Adi Purnomo 6510040042

3. Nuzuliana Mahmudianti 6510040046

TEKNIK KESELAMATAN DAN KESEHATAN KERJA

POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA

2013

RESUME BAB 8.3 PENGUKURAN TORSI

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Di bengkel-bengkel dan pabrik-pabrik gaya putar selalu digunakan untuk

memindahkan energi dengan jalan memutar. Gaya putar diterapkan mungkin pada

puli atau elemen mesin lainnya yang ditetapkan pada poros dengan pasak atau

pengikat lainnya. Posisi gaya putar berjarak terhadap titik pusat poros maka akan

menumbulkan momen. Momen ini biasa disebut momen putar atau momen punter

dan porosnya dikatakan menerima torsi. Akibat torsi pada setiap lapisan

penampang poros terjadi tegangan punter yang bervariasi besarnya sebanding

dengan jarak lapisan penampang. Lain halnya bila penampang poros atau struktur

yang dibebani torsi penampangnya tidak sirkular, contohnya: persegi panjang,

elips, segitiga, plat tipis, tegangan puntir tidak otomatis yang paling besar adalah

sisi paling jauh tetapi perlu kajian lebih lanjut. Cara menentukan tegangan dan

sudut puntir pada penampang sirkular dapat menggunakan cara matematis. Untuk

penampang open section dapat digunakan metode lain yaitu metode analogi

membran.

Torsi banyak dijumpai yaitu pada proses pemindahan daya dan putaran.

Tetapi ada juga torsi yang tidak dikehendaki. Torsi yang dikehendaki dapat

direncanakan sedemikian rupa sehingga bahan, ukuran dan bentuk struktur

menyesuaikan. Torsi yang tidak dikehendaki, misalnya beban dari angin pada

rangka atap, kondisi tikungan jalan menyebabkan torsi pada body kendaraan yang

berjalan, sulit untuk diprediksi. Efek torsi pada struktur akan berbeda bila bentuk

penampang berbeda. Untuk mengantisipasi supaya struktur maka beban torsi perlu

diperhitungkan efeknya. Metode perhitungan efek torsi terhadap penampang

berbeda, misalnya penampang berbentuk sirkular perhitungan cukup dengan

matematis biasa. Penampang single cell maupun multi cell, perhitungannya

menggunakan analogi membran. Cara lainnya adalah dengan menggunakan

metode Elemen Hingga, yaitu dengan cara membagi-bagi penampang menjadi

beberapa elemen. Posisi yang diprediksi tegangannya kritis dibuat grid yang lebih

rapat. Untuk penampang simetri cukup dengan sebagian elemen simetrinya.

Metode yang paling baik adalah dengan cara mengkombinasikan teoritis baik itu

dengan paket program (MSC-Nastran, Ansys, MD-Solid) dilanjutkan dengan

pengujian laboratorium. Hasil analisis program dan pengujian dibandingkan.

1.2 Batasan Masalah

Dalam makalah ini, terdapat beberapa batasan diantaranya:

1. Referensi Utama yang digunakan adalah buku Instrumentation for

Engineering Measurement second Edition.

2. Membahas secara umum tentang Pengukuran Torsi yang meliputi: Torque

Cells-Design Concept, dan Torque Cells-Data Transmission

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Konsep Pengukuran Torsi

Torsi adalah gaya puntir atau gaya putar. Dalam hal ini, gaya torsi

digunakan dalam putaran mesin. Didalam sebuah mesin gaya puntir

mempunyai peranan yang sangat penting, karena didalam mesin terjadi putaran

yang sangat cepat. Pada umumnya suatu mesin mempunyai torsi maksimum pada

putaran mesin menengah yaitu antara 4000 – 6000 rpm. Torsi merupakan

perkalian antara gaya (F) dikalikan dengan jari-jari (r). F dapat dianalogikan

sebagai tekanan hasil pembakaran pada torak, sedangkan r merupakan jari-jari

poros engkol. Hal ini berarti bahwa besarnya torsi motor dipengaruhi oleh dua hal

pokok yaitu F dan jari-jari r. Besarnya F sangat dipengaruhi oleh kesempurnaan

pembakaran di dalam silinder, makin sempurna pembakaran di dalam sebuah

motor maka gaya tekan (F) yang dihasilkan makin besar pula sehingga torsi yang

terbangkit akan semakin maksimal.

Torsi diukur dengan merasakan adanya defleksi poros sebenarnya yang

disebabkan adanya gaya yang berputar atau dengan mendeteksi efek dari defleksi

tersebut. Permukaan poros di bawah torsi akan mengalami kompresi dan

ketegangan.

Untuk mengukur torsi, element strain gage biasanya di pasang pada poros,

satu gauge mengukur peningkatan panjang (ke arah di mana permukaan berada di

bawah tekanan), yang lain mengukur penurunan panjang pada arah lain.

2.2 Torsi Pengukuran (Sel Torsi)

Sel torsi adalah transduser yang mengubah suatu torsi diterapkan pada

sinyal output listrik. Dua jenis sel torsi dalam penggunaan umum adalah yang

terpasang pada poros tetap dan yang terpasang pada poros berputar. Jenis yang

terakhir ini lebih sulit untuk memanfaatkan, karena sinyal listrik harus transsited

dari poros berputar ke stasiun instrumen stasioner.

Gambar 2.1 Torsi

2.2.1 Torsi Sel - Konsep Desain

Torsi sel mirip untuk memuat sel, mereka mengandung elemen

mekanik (biasanya poros dengan penampang melingkar) dan sensor (gages

resistensi biasanya listrik regangan)

Gambar 2.2 Poros Melingkar Dengan Strain Gages Digunakan Sebagai Sel Torsi.

Sebuah poros melingkar dengan empat strain gages dipasang pada

dua tegak lurus 45 - deg heliks yang diametris berlawanan satu sama lain

ditunjukkan pada gambar. 8.6. gages 1 dan 3, dipasang pada helix kanan,

rasa ketegangan yang positif, dan gages 2 dan 4, dipasang di arti kiri, helix

strain negatif. Dua 45-deg helicesdefine stres pokok dan arah regangan

untuk poros melingkar mengalami torsi murni.

The Ƭ tegangan geser pada poros melingkar inrelated ke T torsi

diterapkan oleh persamaan

xz=TD2 J

=16 TπD ³

(8.22)

Dimana

D adalah diameter poros

J adalah momen inersia polar dari penampang lingkaran

Karena tekanan yang normal σx = σy = σz = 0 untuk poros melingkar

mengalami torsi murni, mudah untuk menunjukkan bahwa

σ 1=−σ 2=Ƭxz=16 TπD ³

(8.23)

Strain Principal ε1 dan ε2 diperoleh dengan menggunakan

Persamaan. 8.23 dan hukum Hooke untuk keadaan pesawat stres. Dengan

demikian,

ϵ 1=16 T

π D3( 1+v

E) ∈2=−16T

π D3(1+v

E) (8.24)

Tanggapan dari strain gages diperoleh dengan menggantikan

persamaan ini menjadi persamaan 5.5

Δ R 1R 1

=−Δ R 2R 2

= Δ R3R 3

=−Δ R 4R 4

=16 TπD ³

( 1+vE

)Sg (a)

Jika gages yang terhubung ke sebuah jembatan Wheatstone, seperti

digambarkan dalam gambar 8.4b, hubungan antara tegangan output v0 dan

torsi T diperoleh dengan menggantikan eq. A ke eq. 6.18 untuk memberikan

Vo=16 TπD ³

(1+vE

)SgVs (8.25)

Atau

T= πD ³ E16 (1+v ) SgVs

Vo=CVo (8.26)

Dimana

C= πD ³ E16 (1+v ) SgVs

(b)

Sensitivitas adalah

S=VoT

= 1C

=16 (1+v ) SgVs

πD ³ E(8.27)

Sensitivitas sel torsi tergantung pada diameter poros (D), bahan

poros (E dan v), faktor pengukur (Sg), dan tegangan diterapkan ke jembatan

Wheatstone (Vs).

Rentang sel torsi tergantung pada D diameter poros dan SƬ batas

proporsional bahan pada torsi. Untuk aplikasi statis, rentang diberikan oleh

eq. 8.22 sebagai

Tmax=πD ³ Sr16

(8.28)

Rasio tegangan pada torsi maksimum (Vo / Vs) max diperoleh dari

Persamaan. 8.27 dan 8.28 sebagai

(VoVs )max=

SrSg (1+v )E

(8.29)

Jika sel torsi dibuat dari perlakuan panas baja (SƬ ≈ 60.000 psi),

maka (Vo / Vs) max = 5,2 mV / V. Biasanya, sel-sel torsi dinilai pada nilai-

nilai (Vo / Vs) * antara 4 dan 5 mV / V. The T torsi sesuai dengan output

tegangan Vo kemudian diberikan oleh Persamaan. 8.7.

2.2.2 Torsi Sel - Transmisi Data

Torsi diukur pada poros berputar, yang memerlukan transmisi sinyal

antara jembatan Wheatstone pada poros berputar dan pusat instrumentasi

stasioner. Sinyal transmisi antara tubuh berputar dan instrumen tetap

dilakukan dengan baik cincin slip atau telemetri.

A. Sinyal Transmisi Dengan Cincin Slip

Sebuah ilustrasi skematis dari koneksi slip-ring antara jembatan

Wheatstone pada poros berputar dan alat perekam di lokasi stasioner

ditunjukkan pada gambar. 8.7. perakitan slip-ring berisi serangkaian

cincin terisolasi terpasang pada poros dan serangkaian pendamping sikat

terisolasi dipasang dalam kasus ini.

B. Signal Transmission with telemetry (Sinyal Transmisi dengan

telemetri)

Dalam banyak aplikasi, akhir poros tidak tersedia untuk

memasang perakitan slip-ring dan telemetri digunakan untuk

mengirimkan sinyal jembatan dari poros rotaring untuk instrumen

perekaman. Dalam sistem telemetri yang sederhana, jembatan

Wheatstone tegangan output digunakan untuk memodulasi sinyal radio.

Strain gages, jembatan, power supply dan pemancar radio yang dipasang

pada poros berputar, dan penerima dan perekam yang stasioner dekatnya.

Biasanya, sinyal ditransmisikan hanya beberapa meter, sehingga

pemancar berdaya rendah (dan berlisensi) yang digunakan.

Sebuah jarak pendek komersial telemetri sistem, yang dirancang

untuk mengukur berputar-poros torsi, ditunjukkan pada gambar 8.9.

Sebuah kerah split yang cocok atas poros berisi power supply,

modulator, osilator tegangan yang dikendalikan (VCO), dan antena.

Sinyal jembatan memodulasi lebar pulsa dari gelombang konstan

amplitudo 5 KHz persegi (lebar waktu bagian positif dari gelombang

persegi adalah proporsional terhadap output jembatan sementara periode

gelombang persegi tetap sama). Gelombang persegi digunakan untuk

bervariasi frekuensi VCO, yang berpusat di 10,7 MHz. Sinyal VCO

ditransmisikan pada daya rendah dengan antena yang mengelilingi kerah

perpecahan, seperti yang ditunjukkan pada gambar 8.9. unit transmisi

benar-benar mandiri dan menerima kekuasaan melalui kopling induktif

sinyal kHz 160 dari antena loop stasioner.

Sebuah sistem telemetri lebih kompleks diperlukan untuk aplikasi

jangkauan yang lebih panjang multiple-transduser. Perizinan diperlukan

untuk sistem ini, karena sinyal ditransmisikan memiliki kekuatan yang

jauh lebih besar dan transmisi yang tersedia terbatas hanya dua band:

1435-1535 MHz, dan 2200 sampai 2300MHz. sebagai jumlah transduser

meningkat dalam aplikasi yang membutuhkan telemetri, menjadi kurang

praktis untuk menggunakan pemancar terpisah dan musuh penerima

sinyal masing-masing. Sebaliknya, sinyal transduser beberapa

digabungkan menjadi sinyal, transmisi tunggal komposit dalam proses

multiplexing.

Dua jenis multiplexing adalah: frekuensi-division multiplexing

dan time-division multiplexing. Penerima radio berisi sirkuit untuk

memisahkan sinyal komposit ke sinyal individu yang direkam. Sebuah

pembagian frekuensi multiplexing sistem digambarkan dalam gambar

8.10. tegangan transduser tiga keluaran memodulasi frekuensi masing-

masing subcarrier. Sinyal-sinyal ini combained dan dikirim sebagai

sinyal tunggal. Seperti ditunjukkan, osilator transduser pertama berpusat

di 400Hz dan sinyal transduser menghasilkan deviasi frekuensi

maksimum ± 30 Hz (± 7,5 persen). Demikian pula, osilator transduser

kedua berpusat pada 560 Hz dengan deviasi maksimum ± 42 Hz, dan

osilator transduser ketiga berpusat pada 730 Hz dengan deviasi

maksimum ± 55 Hz. Ada tidak ada tumpang tindih antara saluran, dan

band penjaga yang ditempatkan di antara saluran untuk memastikan

pemisahan. Tiga sinyal saluran yang berbeda dicampur bersama untuk

membentuk sebuah sinyal komposit berkisar 370-785 Hz. Ini sinyal

komposit ditransmisikan pada 2200 MHz melalui radio link. Stasiun

penerima memiliki tiga band-pass filter, yang memisahkan sinyal

komposit menjadi tiga sinyal pemulihan band. Sinyal-sinyal ini

dipisahkan terhubung ke sirkuit diskriminator individu, yang demodulasi

dan memulihkan sinyal asli transduser untuk merekam. jelas bahwa

setiap saluran harus memiliki fase-pergeseran karakteristik yang sama

dalam rangka menjaga integritas fase relatif.

Dengan time-division multiplexing, semua saluran yang

ditransmisikan pada frekuensi transmisi yang sama, satu saluran pada

suatu waktu. Setiap saluran adalah sampel secara berurutan berulang

untuk memberikan sinyal komposit yang terdiri dari waktu-spasi segmen

setiap sinyal transduser. Karena masing-masing saluran tidak dipantau

terus menerus, laju sampling harus cukup untuk memastikan bahwa

amplitudo sinyal individu tidak berubah secara signifikan selama waktu

antara sampel. Sampling rate harus setidaknya lima kali lebih besar

dibandingkan komponen frekuensi tertinggi dalam sinyal untuk time-

division multiplexing dapat diterima.