7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Aluminium

Aluminium (atau aluminum, alumunium, almunium, alminium) ialah

unsur kimia yang berpenampilan keperakan. Lambang aluminium ialah Al dan

nomor atomnya 13. Aluminium bukan merupakan jenis logam berat, namun

merupakan elemen yang berjumlah sekitar 8% dari permukaan bumi. Aluminium

termasuk logam golongan utama (IIIA) yang bersifat amfoter dan ringan bersama

magnesium dan platina.

Gambar 2.1 Jenis Alumanium

Aluminium merupakan unsur ketiga terbanyak dalam kulit bumi setelah

oksigen dan silikon. Aluminium juga merupakan logam terpenting dari golongan

IIIA. Namun demikian aluminium tergolong logam yang relatif mahal karena

mineral yang dapat dijadikan sebagai sumber Aluminium sangat terbatas dan

8

senyawa aluminium sukar direduksi. Di alam aluminium terutama terdapat

dalam bentuk senyawa aluminosilikat (Al2Si2O5)(OH)4, yaitu suatu mineral

yang mengandung aluminium, silikon dan oksigen. Mineral itu tidak mempunyai

nilai komersial karena sukar diolah. Adapun mineral yang merupakan sumber

aluminium hanyalah bauksit (Al2O3nH2O). Mineral lainnya yang cukup bernilai

yaitu kriolit (Na3AlF6) dan veldspath/spat padang (KAlSi3O8).

2.2 Sifat Mekanik Alumanium

Material dalam pengunanya dikenakan gaya atau beban. Karena itu perlu

diketahui karakter material agar deformasi yg terjadi tidak berlebihan dan tidak

terjadi kerusakan atau patah. Karakter material tergantung pada:

- Komposisi kimia

- Struktur mikro

- Sifat material: sifat mekanik, sifat fisik dan sifat kimia

Adapun sifat mamekanik pada alumanium di antaranya

- Kekuatan tarik (strength)

- Keuletan (ductility)

- Kekerasan (hardness)

- Modulus elastisitas

9

Sifat mekanik pada materian seperti pada tabel 2.1

2.3 Modulus Elastisitas (Modulus Young )

Selama gaya F yang bekerja pada benda elastis tidak melampaui batas

elastisitasnya, maka perbandingan antara tegangan (σ) dengan regangan (ε)

adalah konstan. Bilangan (konstanta) tersebut dinamakan modulus elastis atau

modulus Young (E). Jadi, modulus elastis atau modulus Young merupakan

perbandingan antara tegangan dengan regangan yang dialami oleh suatu benda.

Secara matematis ditulis seperti berikut.

10

Nilai modulus Young untuk beberapa jenis bahan ditunjukkan pada tabel berikut:

Tabel 2.2 Modulus Elastisitas berbagai bahan

2.4 Fatique Test

Fatigue atau kelelahan adalah kerusakan material yang diakibatkan oleh

adanya tegangan yang berfluktuasi yang besarnya lebih kecil dari tegangan

tarik maksimum (ultimate tensile strength) ( u) maupun tegangan luluh (yield)

material yang diberikan beban konstan. Terdapat tiga fase dalam perpatahan

fatik yaitu :

2.4.1 Permulaan retak

Mekanisme fatik umumnya dimulai dari crack initiation yang terjadi di

permukaan material yang lemah atau daerah dimana terjadi konsentrasi

tegangan di permukaan (seperti goresan, notch, lubang-pits dll) akibat adanya

pembebanan berulang.

2.4.2 Penyebaran retak

Crack initiation ini berkembang menjadi microcracks. Perambatan atau

perpaduan microcracks ini kemudian membentuk macrocracks yang akan

berujung pada failure.

11

2.4.3 Patah

Perpatahan terjadi ketika material telah mengalami siklus tegangan

dan regangan yang menghasilkan kerusakan yang permanen.

Penyajian data fatigue rekayasa adalah menggunakan kurva S-N yaitu

pemetaan tegangan (S) terhadap jumlah siklus sampai terjadi kegagalan (N).

Kurva S-N ini lebih diutamakan menggunakan skala semi log seperti ditunjukan

pada gambar 2.2. Untuk beberapa bahan teknis yang penting.

Gambar 2.2 Kurva S-N

Kurva tersebut didapat dari pemetaan tegangan terhadp jumlah siklus

sampai terjadi kegagalan pada benda uji. Pada kurva ini siklus

menggunakan skala logaritma. Batas ketahan fatigue (endurance limit ) baja

ditentukan pada jumlah siklus N>1 . (Dieter,1992)

12

Persamaan umum kurva S-N dinyatakan oleh persamaan ( dowling,1991).

S = B + C ln ( )

Dengan :

B dan C adalah konstanta empiris material

Pengujian fatigue dilakukan dengan Rotary Bending Machine. Jika

benda uji diputar dan diberi beban, maka akan terjadi momen lentur pada benda

uji. Momen lentur ini menyebabkan terjadinya beban lentur pada permukaan

benda uji dan besarnya dihitung dengan persamaan:

Dengan:

σ = Tegangan lentur ( kg/

W = Beban lentur (kg)

d = Diameter benda uji (cm)

2.5 Gaya Pada Bidang Miring

Bidang miring adalah suatu permukaan datar yang memiliki suatu sudut,

yang bukan sudut tegak lurus, terhadap permukaan horizontal. Penerapan bidang

miring dapat mengatasi hambatan besar dengan menerapkan gaya yang relatif

lebih kecil melalui jarak yang lebih jauh, daripada jika beban itu diangkat

vertikal. Dalam istilah teknik, kemiringan (rasio tinggi dan jarak) sering disebut

dengan gradien. Dari penlesan ini dapat di lihat gambar berikut:

13

Gambar 2.3 Diagram Benda Bebas (a) Mengangkat beban, (b) Menurunkan beban

Dengan menggunakan prinsip kesetimbangan gaya-gaya dalam arah x

dan y maka didapatkan:

∑

∑

2.6 Motor Listrik

Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang

mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan

untuk, misalnya, memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan

kompresor, mengangkat bahan, dan lain sebagainya. Motor listrik digunakan juga

di rumah (mixer, bor listrik, fan atau kipas angin) dan di industri. Motor

listrik dalam dunia industri seringkali disebut dengan istilah “kuda kerja” nya

industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban

listrik total di industri.

14

2.6.1 Prinsip Kerja Motor Listrik

Prinsip kerja motor listrik pada dasarnya sama untuk semua jenis

motor secara umum:

- Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya

- Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah

lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan

magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.

- Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torque untuk memutar

kumparan.

- Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk

memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya

dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan

medan.

Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang

dimaksud dengan beban motor listrik. Beban mengacu kepada keluaran tenaga

putar/ torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat

dikategorikan kedalam tiga kelompok:

- Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya

bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torque nya tidak bervariasi.

Contoh beban dengan torque konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan

pompa displacement konstan.

15

- Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi

dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah

pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kwadrat kecepatan).

- Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang

berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban

dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.

Prinsip kerja motor listrik dapat dijelaskan dengan lebih jelas melalui gambar

berikut:

Gambar 2.4 Prinsip kerja motor listrik

2.6.2 Jenis Jenis Motor Listrik

Pada dasarnya motor listrik terbagi menjadi 2 jenis yaitu motor listrik

DC dan motor listrik AC. Kemudian dari jenis tersebut digolongkan

menjadi beberapa klasifikasi lagi sesuai dengan karakteristiknya.

16

Gambar 2.5 Jenis Jenis Motor Listrik

Dari gambar diatas terlihat jelas pengelompokan jenis-jenis motor

listrik. Jenis-jenis motor listrik diatas akan diuraikan secara lebih lengkap

dalam artikel motor listrik DC dan motor listrik AC.

2.6.3 Variable Speed Electrical Drivers (Penggerak Elektrik Multikecepatan)

Untuk menghemat energi yang terpakai saat proses operasi ,

dibutuhkan penggerak bertenaga listrik yang memiliki kecepatan yang

dapat diatur sesuai kebutuhan. Penggerak elektrik multikecepatan dapat

dipakai pada kondisi dimana dibutuhkan laju putaran mesin yang berubah

semisal pada compressor, dimana pompa pada kompresor maupun

pipeline membutuhkan laju putaran yang berubah bergantung pada kondisi

input fluida. Hal ini juga terjadi pada drilling rig dimana dibutuhkan torsi

yang berubah bergantung pada kekerasan formasi.

Dua tipe motor yang dapat menghasilkan perubahan kecepatan putaran

yaitu:

1. Metode variasi kecepatan dengan motor AC :

- motor induksi squirrel-cage standar

17

- motor induksi wound-rotor

- motor synchronous

- motor komutator

variasi kecepatan putaran didapat dengan mengatur tegangan pada

stator dan rotor.

2. Metode variasi kecepatan dengan motor DC :

- shunt wound motor

- compound wound motor

Variasi laju putaran motor DC berada di range lebih kecil dibanding

motor AC sehingga dibutuhkan susunan motor DC seri untuk

menghasilkan torka yang besar pada laju putaran kecil. Motor DC disuplai

dengan arus DC yang dihasilkan dari konversi arus AC dengan

menggunakan thyristor. Thyristor merupakan semikonduktor yang dapat

diatur untuk mengalirkan atau menghentikan aliran.

Gambar 2.6 Simbol Thyristor

2.7 Load Cell

Load cell adalah kekuatan penginderaan modul, sebuah struktur logam

yang dirancang dengan hati-hati, dengan elemen kecil disebut ketegangan alat

18

pengukur dipasang di lokasi pada struktur tepat. Load cell yang berapa pada

gambar 2.7 yang dirancang untuk mengukur sebuah kekuatan spesifik, dan

mengabaikan kekuatan lain sedang diterapkan. Sinyal listrik keluaran

berdasarkan beban cellnya kosong sangat kecil dan membutuhkan amplifikasi

khusus. Untungnya, 4-input yang 1046. Phidgetbridge akan lakukan seluruh

amplifikasi dan pengukuran cell yang output.load listrik dirancang untuk

mengukur kekuatan dalam satu arah. Phidgetbridge akan sering mengukur gaya

dalam arah lain, tetapi sensor sensitivitas akan berbeda, sejak bagian dari load

cell beroperasi di bawah kompresi sekarang berada dalam ketegangan, dan

sebaliknya.

Gambar 2.7 Jenis-jenis Load Cell

Pengukuran regangan load cell mengkonversi beban yang bekerja padanya

menjadi sinyal listrik. pengukuran dilakukan dengan pola resistor yang sangat

19

kecil yang disebut pengukur regangan - efektif kecil, papan sirkuit fleksibel. Alat

pengukur terikat ke sebuah balok atau anggota struktural yang deformasi ketika

berat diterapkan, pada gilirannya deformasi strain-gauge. Sebagai strain gauge

adalah cacat, itu perubahan hambatan listrik sebanding dengan beban. Terlihat

pada gmabar di bawa ini:

Gambar 2.8 Konvigurrasi Umum Jembbatan Wheatstone

Perubahan pada sirkuit yang disebabkan oleh kekuatan jauh lebih kecil

dari perubahan yang disebabkan oleh variasi suhu. sel beban berkualitas tinggi

membatalkan efek dari suhu menggunakan dua teknik. Dengan mencocokkan

tingkat ekspansi dari strain gauge untuk tingkat ekspansi dari logam itu dipasang

pada, ketegangan yang tidak semestinya pada alat pengukur dapat dihindari

karena sel beban menghangat dan mendingin. Metode yang paling penting dari

kompensasi suhu melibatkan menggunakan beberapa alat ukur regangan, yang

semua menanggapi perubahan suhu dengan perubahan yang sama dalam

perlawanan. Beberapa desain load cell menggunakan alat pengukur yang tidak

pernah mengalami kekuatan apapun, tetapi hanya melayani untuk mengimbangi

efek suhu pada alat pengukur yang mengukur kekuatan. Sebagian besar desain

20

menggunakan 4 pengukur regangan, beberapa di kompresi, beberapa di bawah

ketegangan, yang memaksimalkan sensitivitas sel beban, dan secara otomatis

membatalkan pengaruh suhu.

Jenis lain dari load cell ada yang memiliki setengah jembatan (pengukur 2

strain) atau jembatan kuartal tetapi mereka memerlukan perangkat keras

tambahan untuk beroperasi karena Anda harus menyelesaikan jembatan untuk

mendapatkan pembacaan yang paling akurat.

2.8 Weighing Indicator/Timbangan Digital

Weighing Indicator Merupakan piranti elektronik yang difungsikan untuk

menimbang muatanTimbangan digital hadir dalam berbagai ukuran dan warna

serta berasal dari bermacam-macam material. Timbangan Digital tidaksama

dengan Timbangan manual karena Timbangan itu berguna berdasarkan prinsip

teknologi sel muatan di mana sel beban elektronik mengukur bobot benda pada

keadaan tertentu. Sesudah muatan ditimbang ditransfer ke sinyal digital atau

elektronik dan kemudian ditunjukkan ke bentuk digital. Timbangan tersebut

tersedia model, merek, ukuran, dan model yang berbeda, dan biasanya datang

dengan baterai dan bobot kalibrasi, bantalan timbangan, serta nampan.

Timbangan digital, seperti setiap tipe produk yang berbeda, bermacam-macam

dalam harga dan kualitas.

Ada bermacam-macam jenis timbangan digital yang beredar di pasar.

Timbangan digital dikelompokkan berdasarkan bagaimana Timbangan digital

tersebut digunakan. Namun demikian, Timbangan satu tipe dapat difungsikan

untuk kebutuhan lain juga. macam yang terpopuler ialah timbangan digital kamar

21

mandi, timbangan digital dapur atau makanan, timbangan digital pos, timbangan

digital point of skala, Timbangan digital saku dan Timbangan laboratorium

digital. Baru-baru ini, Timbangan telah dibawa ke level berikutnya dan bisa

membuat perhitungan lain berbeda dari bobot badan. Timbangan ini dimaknai

sebagai Timbangan pintar serta bisa menghitung kalori dan informasi nutrisi

lainnya.

Kemajuan teknologi yang begitu pesat membuat hidup kita lebih mudah

dan sederhana. Berbagai macam penemuan-penemuan dan ide-ide yang telah

diaplikasikan untuk penggunaan praktis sehari-hari telah terbukti dapat

menghemat waktu dan energi, Seperti halnya weighing indicator telah jelas

memiliki manfaat yang jauh lebih besar dibandingkan dengan model timbangan

analog.

Manfaat terbesar dari weighing indicator adalah tingkat akurasi yang lebih

tinggi dibanding timbangan analog. weighing indicator dapat mengukur berat

elemen-elemen yang kecil seperti satu butir pasir dengan akurasi yang

menakjubkan, sementara kebanyakan timbangan analog tidak cukup sensitif

untuk mencatat beban rendah seperti ini. Hal ini membuat Timbangan Digital

banyak dipakai di laboratorium dan tempat-tempat lain di mana bahkan partikel

yang paling kecil dapat diukur. Akurasi tidak saja terbatas pada penimbangan

yang kecil, Timbangan Digital juga lebih akurat untuk menunjukkan berat

keseluruhan.

Pada umumnya timbangan satu tipe dapat difungsikan untuk kebutuhan

lain juga. macam yang terpopuler ialah timbangan digital kamar mandi,

22

timbangan digital dapur atau makanan, timbangan digital pos, timbangan digital

point of skala, Timbangan digital saku dan Timbangan laboratorium digital. Baru-

baru ini, Timbangan telah dibawa ke level berikutnya dan bisa membuat

perhitungan lain berbeda dari bobot badan. Timbangan ini dimaknai sebagai

Timbangan pintar serta bisa menghitung kalori dan informasi nutrisi lainnya.

Pada umumnya, ruang makan, turunkan badan, serta timbangan gizi diperlukan

untuk menghitung banyaknya makanan yang dikonsumsi seseorang, serta oleh

karena itu, memungkinkan penjumlahan asupan kalori. tipe timbangan digital

tersebut difungsikan oleh semua orang yang melihat apa dan berapa jumlah yang

mereka konsumsi dan ukuranya bermacam-macam, dan tentunya detail serta

harga juga. macam timbangan digital tersebut menyertai piranti teknologi

perhitungan multi fitamin lainnya.

Timbangan mandi digital ialah ukuran berat yang difungsikan buat

menghitung volume badan seseorang.Timbangan itu adalah sejajar perubahan

timbangan kamar mandi manual kuno serta dimanfaatkan untuk mendapatkan

informasi yang akurat dari volume tubuh seseorang. tipe timbangan yang disebut

sebagai timbangan kamar mandi karena mereka paling kerap disimpan dalam

kamar mandi sebuah rumah.

Timbangan pos diartikan ukuran berat yang digunakan untuk menimbang

volume benda-benda berbentuk kecil, menengah serta disebut sebagai „pos‟

karena mereka secara luas dimanfaatkan di kantor pos untuk mengukur berat

tubuh surat serta paket. Kebanyakan timbangan pos digital yang tersedia di pasar

diprogram dengan cara yang mengukur upah kirim yang akurat yang digunakan

23

buat ukuran surat tertentu dan berat objek ke tujuan tertentu. Mereka ialah

„timbangan cerdas‟, seperti beberapa Timbangan makanan digital lainnya. dengan

cara timbangan tersebut dibuat dengan informasi tarif pos. Hal itu membantu

timbangan tersebut buat menyesuaikan nilai setiap kali evolusi nilai serta buat

menampilkan jumlah yang jelas untuk layanan pos.

Timbangan bayi digunakan di rumah sakit dan dunia kedokteran untuk mengukur

pertumbuhan bayi secara teratur.Timbangan Makanan, digunakakan untuk

mengetahui jumlah asupan makanan serta susunan gizi dari makanan. Diet dan

binaragawan menggunakan Timbangan badan dan orang-orang yang sadar

tentang berat badan mereka. Timbangan kamar mandi membantu dalam

pemantauan berat badan dan juga datang dengan fungsi tambahan seperti

pengukuran lemak tubuh.

Timbangan laboratorium digunakan untuk menimbang jumlah yang sangat

kecil atau akurat.Mereka digunakan dalam sekolah-sekolah, laboratorium medis

dan juga di laboratorium komersial dan industri. Timbangan gantung biasanya

tergantung dari crane. Ketika item tersebut diangkat oleh crane berat ini kemudian

ditampilkan. Timbangan crane digunakan di bagian belakang truk dan di gudang

besar.

Jembatan timbang yang digunakan untuk menimbang truk, Kadang-

kadang mereka disebut Timbangan truk. Jembatan timbang sangat penting karena

membantu pemerintah daerah dalam mengawasi berat truk yang melintas dan

meminimalkan kerusakan jalan.

24

Timbangan hitung/Counting Scale yang digunakan untuk menghitung

barang-barang seperti mur dan baut atau koin. Mereka digunakan dalam gudang

dan toko-toko perangkat keras.

Timbangan digital juga dapat mengurangi tingkat kesalahan manusia pada

saat membaca ukuran berat. Sementara timbangan analog menggunakan garis-

garis untuk menandai kenaikan berat, Timbangan Digital selalu menampilkan

digit. Oleh karena itu jika Anda membaca sesuatu yang beratnya 5 1/3 pon dan

garis-garis pada timbangan analog hanya mencatat dalam 1/4, jadi kemungkinan

besar apa yang Anda baca di timbangan analog tidak 100% akurat.

Tentu saja, seberapa mudah Timbangan Digital untuk dibaca akan tergantung

pada ukuran layar LED, lampu pada layar dan besarnya angka pada layar LED

tersebut. Namun, model-model baru dari Timbangan Digital memiliki layar yang

cukup besar dan pencahayaan yang baik sehingga untuk membaca ukuran berat

tidak menjadi masalah.

Timbangan Digital juga memiliki manfaat yang mampu mendistribusikan

informasi untuk beberapa orang sekaligus di lokasi yang berbeda, lebih cepat dari

timbangan analog. Beberapa Timbangan Digital dapat dihubungkan langsung ke

komputer, jadi ketika sebuah benda ditimbang bisa dibaca oleh beberapa orang

yang terletak di lokasi yang berbeda secara bersamaan.

Timbangan digital telah menjadi pilihan banyak orang atau industri,

dimana mengukur berat menjadi sesuatu yang penting, baik dalam skala kecil

ataupun industri besar. Kantor pos, bank, toko-toko perhiasan dan industri

makanan semua menggunakan Timbangan Digital kecil, sementara perusahaan

25

manufaktur banyak menggunakan model Floor Scale. Timbangan Digital telah

terbukti akurat, mudah dibaca dan digunakan, membuat Timbangan Digital

menjadi pilihan yang tepat kapan pun Anda perlu untuk mengukur berat. Jenis

timbangan digital Terlihat pada gambar berikut:

Gambar 2.9 Jenis timbangan digital

2.8.1 Weighing Indicator XK3118T1

XK3118T1 indikator berat mengadopsi tinggi anti-jamming Single-

Chip mikroprosesor dan presisi tinggi Σ- △ teknologi A / D konversi, liar

diterapkan dalam skala platform, saldo Platform dan aplikasi berat

lainnya. Fitur:

kg / lb satu saklar kunci, total, batas atas dan bawah, skala hewan, RS232

komunikasi. Pada Gambar di bawah ini terlihat Weighing Indicator

XK3118T1:

26

Gambar 2.10 Weighing Indicator XK3118T1

2.8.2 Technical Parameter

‹ - Accuracy Class：Ⅲ，n=3000

‹ - A/D Conversion Mode：Adopts Σ－ΔTechnology, 10 Times per

Second

‹ - Input Sensitivity ≥1.5uV/e

‹ - Excitation：DC 5V

- Input Signal: -16mV～18mV

‹ - Load Cell Connection Mode: 6 WireConnection (Long Wire Auto

Compensation)

‹ - Division 1/2/5/10/20/50 Optional

‹ - Power Supply：AC 85～245V，50Hz～60Hz；Build-in Battery DC

6V/4AH

‹ - Working Temperature：0～40℃；Working Humidity ≤90%RH

27

‹ - Working Temperature：-10oC∼40

oC，Humidity 10％∼85％，No

Condensation

‹ - Storing Temperature: -30oC∼60

oC，Humility 10％∼70％, No

Condensation

2.8.3 Indikator Interface

XK3118T1 Back Side pada gambar di bawah ini:

Gambar 2.11 XK3118T1 Back Side

28

2.8.3.1 Koneksi dengan Load Cell

Gambar 2.12 Koneksi Weighing Indicator XK3118T1 dengan Load Cell

2.8.3.2 Serial Port Komunikasi Kawat koneksi

Gambar 2.13 Serial Port Komunikasi Kawat koneksi