BLOG TEKNIK & VOKASI: Januari 2015

Sabtu, 31 Januari 2015

Sensor Suhu Thermocouple

Oke sobat blogger, untuk kali ini kita lanjutkan dengan membahas tentang sensor suhu termokopel. Untuk mengetahui dan lebih memahami tentang sensor suhu termokopel berikut ini urainnya. Sensor suhu termokopel adalah sensor yang mampu mengukur suhu sangat tinggi sehingga sensor suhu thermocouple ini sering digunakan untuk industri pengolahan minyak atau baja. Sensor suhu termokopel memiliki nilai output yang kecil pada kondisi level noise yang tinggi, sehingga memerlukan pengkondisi sinyal agar nilai output tersebut dapat dibaca.

Rangkaian dasar penyambungan thermokopel yang dilengkapi dengan alat ukur voltmeter dapat dilihat pada gambar 1 dan gambar 2 berikut ini.

Gambar 1. Rangkaian dasar termokopel

Gambar 2. Diagram rangkaian termokopel

Unsur-unsur lain yang dapat ditembahkan dalam siklus pemanasan rangkaian tertutup tersebut antara lain adalah pengontrol suhu, elemen pemanas dan pengalih (switch) daya listrik.

Termokopel diklasifikasikan dengan huruf dan kode warna. Jenis yang paling umum adalah jenis J (hitam), K (kuning) dan T (biru). Warna kawat menunjukkan apa jenis termokopel tersebut. (Contoh: isolasi kawat warna putih dan merah adalah yang digunakan untuk termokopel jenis J, sedangkan warna jack dan colokan untuk termokopel jenis J adaah hitam). Untuk lebih jelaskan berikut ini adalah tabel kode warna termokopel.

Tabel 1. Kode warna termokopel

Hal-hal penting yang perlu diperhatikan :

1. Termokopel mengukur suhu mereka sendiri.

2. Termokopel dapat berbuat salah dalam membaca suhu mereka sendiri, terutama setelah digunakan untuk bebrapa waktu, atau jika insulasi antara kabel kehilangan ketahanannya karena kelembaban atau kondisi termal

3. Hati-hati bahaya listrik dalam menggunakan termokopel, mereka adalah konduktor listrik, sedang RTD adalah kurang sensitif terhadap noice listrik.

4. Termokopel tidak dapat menguku suhu di titik persimpangan, mereka tidak bisa dan secara fisik tidak mungkin untuk memiliki gradien suhu pada titik persimpangan tersebut.

5. Jarak antara termokopel dan elemen pemanas akan menghasilkan panas tinggal (lagging termal) yang dapat dikompensasi oleh pengontrol suhu.

A. Sejarah Thermocouple

Berasal dari kata “Thermo” yang berarti energi panas dan “Couple”yang berarti pertemuan dari dua buah benda. Thermocouple adalah transduser aktif suhu yang tersusun dari dua buah logam berbeda dengan titik pembacaan pada pertemuan kedua logam dan titik yang lain sebagai outputnya. Thermocouple merupakan salah satu sensor yang paling umum digunakan untuk mengukur suhu karena relatif murah namun akurat yang dapat beroperasi pada suhu panas maupun dingin.

B. Konstruksi Sensor Suhu Thermocouple

Simbol dari thermocouple pada rangkaian listrik atau elektronika digambarkan seperti pada gambar 3 berikut ini, sedangkan konstruksinya digambar seperti pada gambar 4 berikut ini.

Gambar 3. Simbol termokopel

Gambar 4. Kostruksi termokopel

Macam-macam bentuk fisik dan model termokopel banyak sekali ragamnya yang telah tersedia di pasaran, kita harus memilih sesuai dengan peruntukannya. Berikut ini ditunjukkan beberapa macam bentuk dan model termokopel yang beredar di pasaran seperti terlihat pada gambar 5 berikut ini.

a. Termokopel model bayonet

b. Termokopel model siku (sudut 90 derajat)

c. Termokopel model probe

d. Termokopel tipe J dan T dengan steker

e. Termokopel tipe T dengan pengatur kompresi

f. Termokopel pt100 dari emas

g. Termokopel pt100 dari platinum

Gambar 5. Macam-macam bentuk dan model termokopel

Fenomena termoelektrik pertama kali ditemukan tahun 1821 oleh ilmuwan Jerman, Thomas Johann Seebeck. Ia menghubungkan tembaga dan besi dalam sebuah rangkaian. Di antara kedua logam tersebut lalu diletakkan jarum kompas. Ketika sisi logam tersebut dipanaskan, jarum kompas ternyata bergerak. Belakangan diketahui, hal ini terjadi karena aliran listrik yang terjadi pada logam menimbulkan medan magnet. Medan magnet inilah yang menggerakkan jarum kompas. Fenomena tersebut kemudian dikenal dengan efek Seebeck. Output sensor suhu thermocouple berupa tegangan dalam satuan mili Volt. Berikut ini beberapa perilaku jenis thermocouple dan karakteristiknya.

Gambar 6. Karakteristik beberapa jenis thermocouple

Penemuan Seebeck ini memberikan inspirasi pada Jean Charles Peltier untuk melihat kebalikan dari fenomena tersebut. Dia mengalirkan listrik pada dua buah logam yang direkatkan dalam sebuah rangkaian. Ketika arus listrik dialirkan, terjadi penyerapan panas pada sambungan kedua logam tersebut dan pelepasan panas pada sambungan yang lainnya. Pelepasan dan penyerapan panas ini saling berbalik begitu arah arus dibalik. Penemuan yang terjadi pada tahun 1934 ini kemudian dikenal dengan efek Peltier. Sir William Thomson, menemukan arah arus mengalir dari titik panas ke titik dingin dan sebaliknya, yang kemudian disebut dengan thermocouple model kompresi (Compression Style). Efek Seebeck, Peltier, dan Thomson inilah yang kemudian menjadi dasar pengembangan teknologi thermoelektrik.

Gambar 7. Thermokopel tipe J model kompresi (compression style)

Thermokopel model kompresi ini termasuk jenis yang paling tua, yang konstruksinya terdiri dari satu tabung gelas yang mempunyai pipa kapiler kecil berisi vacuum dan cairan ini biasa berupa air raksa. Perubahan panas menyebabkan perubahan ekspansi dari cairan atau dikenal dengan temperature to volumatic change kemudian volumetric change to level secara simultan. Perubahan level ini menyatakan perubahan panas atau temperatur, ketelitian jenis ini tergantung dari rancangan atau ketelitian tabung, juga penyekalannya. Cara lain dari jenis ini adalah mengunakan gas tabung yang diisi gas yang dihubungkan dengan pipa kapiler yang dilindungi oleh spiral menuju ke spiral bourdon yang dipakai untuk menggerakkan pivot, selanjutnya menggerakkan pointer. Data spesifikasi dari tipe thermokopel.

Tabel 2. Tipe dan spesifikasi termokopel

Tipe Thermokopel	Range Overall	Resolusi 0,1°C	Resolusi 0,025°C
B	20 s/d 1820	150 s/d 1820	600 s/d 1820
E	-270 s/d 910	-270 s/d 910	-260 s/d 910
J	-210 s/d 1200	-210 s/d 1200	-210 s/d 1200
K	-270 s/d 1370	-270 s/d 1370	-250 s/d 1370
N	-270 s/d 1300	-260 s/d 1300	-230 s/d 1300
R	-50 s/d 1760	-50 s/d 1760	20 s/d 1760
S	-50 s/d 1760	-50 s/d 1760	20 s/d 1760
T	-270 s/d 400	-270 s/d 400	-250 s/d 400

C. Aplikasi Thermocouple

Keuntungan dari termokopel seperti pembangkitan daya listrik sendiri, sederhana, murah dan berguna untuk range temperatur yang luas sering kali mengatasi kelemahan seperti non-linear, paling sensitif dan paling stabil.

Termokopel suhu tinggi didefinisikan sebagai sensor yang digunakan pada suhu 2000°F dan seterusnya. Sensor ini umumnya terbuat dari logam mulia atau refratory keramik (Molybdenum, Tantalum, Alumina, Circonia atau Quartz). Termokopel jenis ini dapat mengukur suhu sampai 5000°F dan digunakan dalam tungku temperture tinggi, mesin roket dan amunitions. Termokopel terbuat dari bahan mulia yang cukup mahal dan mungkin masuk akal digunakan bukan untuk metode pengukuran suhu non-kontak seperti sensor inframerah. (atau biasa disebut Pyrometer, Spectralmeter)

Termokopel harus dipilih untuk memenuhi kondisi aplikasi. Pertimbangan pemilihan tersebut adalah :

1. Suhu (pilih jenis J, K, M, T atau lainnya)

2. Waktu respon/Response time (diameter yang lebih besar mengurangi waktu respon)

3. Jangka waktu pemakaian (diameter yang lebih besar meningkatkan jangka waktu/usia pemakaian)

Gambar 8.

Grafik waktu respon termokopel berselubung berdasarkan berbagai ukuran diameter kawat

Seperti yang telah diuraikan di atas bahwa ada banyak model yang berbeda dari termokopel yang tersedia untuk industri yang berbeda seperti industri plastik, industri farmasi, dan industri makanan. Sebagai contoh: industri plastik lebih disukai harga termokopel yang hemat tanpa Magnesium Oksida (MgO). Juga harus disesuaikan dengan musim, model bayonet dengan topi cocok digunakan pada saat musim hujan atau musim semi karena lebih cepat dalam pemasangannya (instal). Sedangkan untuk industri jenis lainnya dapat melakukan perakitan termokopel yang terdiri dari thermo-elemen swaged dalam kemasan keras Magnesium Oksida (MgO) yang terbungkus dalam selubung logam annealed sehingga mereka dapat dibentuk dan ditekuk ke radius dua kali ukuran selubung luarnya.

Minggu, 25 Januari 2015

Buku Melilit Generator Listrik Arus Bolak-Balik (Genset)

Alhamdulillah satu lagi buku yang berjudul "Menggulung Generator Listrik Arus Bolak-Balik (Genset)" telah penulis selesaikan dan pada haris siap untuk diterbitkan, sehingga sobat-sobat blogger yang sedang menunggu diterbitkannya buku ini dapat memesannya mulai hari juga. Sebenarnya rencana penerbitan buku ini adalah masih sekitar bulan Mei 2015, tetapi mengingat banyaknya pertanyaan dari sobat-sobat blogger yang masuk baik via sms, email dan bbm yang menanyakan kapan buku ini bisa diterbitkan dan dipesan, maka dengan kerja keras dan kerja cerdas bahkan sampai lembur hingga larut malam dalam proses editingnya, akhirnya terselesaikan juga hingga hari ini dapat diterbitkan.

Maksud dan tujuan ditulisnya buku ini adalah untuk melengkapi buku yang telah penulis terbitkan terlebih dahulu yaitu buku "Menggulung Motor Listrik Arus Bolak-Balik (Motor Induksi)". Karena biasanya seorang teknisi yang bisa menggulung motor listrik juga harus bisa menggulung atau melilit generator arus bolak-balik (genset), mengingat kedua mesin listrik ini selalu dperlukan di dunia industri secara bersamaan. Pada dasarnya kumparan stator motor induksi dan generator sinkron hampir sama, tapi karena prinsip kerja antara kedua mesin listrik tersebut berbeda maka cara menggulung atau melilit kumparan statornyapun juga berbeda. Nah agar sobat-sobat bloger mengetahui dan memahami dengan jelas perbedaan menggulung atau melilit kumparan stator kedua mesin listrik tersebut bisa membacanya di buku ini bagi sobat blogger yang sudah memiliki "buku menggulung motor listrik arus bolak-balik (motor induksi)". Tapi bagi sobat blogger yang belum mempunyai kedua buku tersebut bisa memesan dua-duanya sekaligus.

Adapaun materi yang dibahas dalam buku "melilit generator listrik arus bolak-balik (genset)" ini antara lain adalah jenis dan prisip kerja generator listrik arus bolak-balik, konstruksi generator listrik arus bolak-balik, kumparan stator dan kumparan rotor generator listrik arus bolak-balik, alat bahan dan langkah melilit generator listrik arus bolak-balik, dan pengujian karakteristik generator listrik arus bolak-balik. Untuk lebih jelasnya berikut ini disajikan daftar isi dari buku ini.

DAFTAR ISI

Kata Pengantar ……………………………………………………………......….…… i

Daftar Isi …………………………………………………………………....…..…… ii

BAB I. JENIS & PRINSIP KERJA GENERATOR ARUS BOLAK-BALIK (AC)

A. Jenis-Jenis Generator Listrik AC …...…………………………...……….. 1

B. Prinsip Kerja Generator Listrik AC ………………………………....…..… 4

1. GGL Induksi Pada Kumparan Stator …………………………….…….. 6

2. Faktor Langkah (fp) Kumparan Stator …………………………...……. 8

3. Faktor Distribusi (fd) Kumparan Stator ………………………...…….. 11

4. Prinsip Kerja Generator Listrik AC 1 Fasa ……………….......………. 15

5. Prinsip Kerja Generator Listrik AC 3 Fasa …………………………… 16

6. Perbedan Derajat Mekanik dan Derajat Listrik ………………...…….. 17

BAB II. KONSTRUKSI GENERATOR LISTRIK ARUS BOLAK-BALIK (AC)

A. Stator Generator Listrik AC ………………..……………………...…... 25

1. Alur Terbuka (Open Slot)……………………...……………..…….… 26

2. Alur Setengah Tertutup (Semiclosed Slot) …………………..……… 27

3. Alur Tertutup (Closed Slot) ………………………………..…...…… 27

B. Rotor Generator Listrik AC ………………...…………………...……… 28

1. Rotor Kutub Sepatu/Menonjol (Salient Pole) ……………..………... 28

2. Rotor Kutub Silinder/Tak Menonjol (Non Salient Pole) ……………. 31

C. Celah Udara ……………………………………………………….……. 35

D. Cincin Seret dan Sikat-Sikat ……………………………………...…….. 37

E. Sistem Penguatan Medan Magnet (Field Excitation) …………...……… 39

1. Sistem Eksitasi Statik (Self Excited) ……………………………….. 39

2. Sistem Eksitasi Dinamik ……………………………………………. 41

3. Sistem Brushless Excitation (Permanet Magnet Pilot Exciter)………. 41

BAB III. KUMPARAN STATOR & KUMPARAN ROTOR GENERATOR AC

A. Prinsip & Sifat-Sifat Kumparan Stator ...……………………………… 44

1. Jumlah Alur (Slot) Stator ……………….……………………...……. 44

2. Langkah Kumparan Stator (Coil Pitch) ………………………......…. 44

3. Bentuk Kumparan Stator …………………………………………..... 48

a. Kumparan Memusat/Terkonsentrasi (Consentrated Winding) ..….. 48

b. Kumparan Menyebar/Terdistribusi (Distributed Winding)……….. 49

1) Kumparan Bergeser/Gelung (Lap Winding)……………...…… 49

2) Kumparan Bergelombang (Wave Winding)…………………… 50

c. Perbedaan Kumparan Terkonsentrasi dan Terdistribusi…..………. 51

d. Kumparan Satu Lapis (Single Layer) …………………………….. 55

1) Kumparan Penuh (Whole Coil Winding) ………..……………. 56

2) Kumparan Setengah Penuh (Half Coil Winding)…………...…. 57

e. Kumparan Dua Lapis (Double Layer) ……………………………. 60

f. Perbedaan Kumparan Fractional dan Integral Slot Winding………..62

B. Kumparan Stator Generator AC 1 Fasa ………………………...…...…. 69

1. Contoh Melilit Kumparan Stator ……………………………………. 69

2. Sambungan Ujung-Ujung Kumparan stator ………………………… 70

a. Sambungan Deret (Serie) ………………………………………… 71

b. Sambungan Jajar (Paralel) ……………………………………….. 71

c. Sambungan Serie-Paralel (Gabungan) …………………………… 72

C. Kumparan Stator Generator AC 3 Fasa …………………………...…… 72

1. Contoh Melilit Kumparan Stator ……………………………………. 73

2. Sambungan Ujung-Ujung Kumparan Stator …………………...…… 82

a. Sambungan Segitiga (Delta) ……………………………….…….. 82

b. Sambungan Bintang (Star) …………………………….…………. 84

D. Perhitungan Kumparan & Alur Stator …………………………………. 85

E. Kumparan Medan (Penguat Kutub Magnet Rotor) …………………..... 88

BAB IV. ALAT, BAHAN & LANGKAH MELILIT KUMPARAN STATOR

GENERATOR LISTRIK ARUS BOLAK-BALIK (AC)

A. Alat Ukur Kelistrikan …………..…………………………………..…... 90

1. Multi meter ………………………………………….…...…..…….. 90

2. Tang Ampere ………………………………………………....…... 93

3. Mega Ohm meter (Megger) …………………………….…………. 93

B. Alat Ukur Mekanik ………………………………………….……..….. 94

1. Mikrometer dan Mistar Sorong …………………………....……..... 94

2. Tacho meter ………………………………………………......…… 96

3. Timbangan ………………………………………………………… 97

4. Peralatan Pendukung …………….………………………………… 97

a. Crane (Alat Pengangkat) ………………………………………. 97

b. Kunci-Kunci dan Toolset …………………………………...… 101

c. Trecker ……………………………………………………...… 102

d. Winder dan Mal Gulungan …………………….……...………. 102

C. Bahan-Bahan Untuk Melilit Kumparan Stator Generator AC ….….… 105

1. Prespan ……………………………………………………………. 105

2. Kawat Email ………………………………………………………. 105

3. Bahan-Bahan Pendukung ………………………………………..... 107

a. Tali Rami ………………………………………………...…… 107

b. Pita Kain ……………………………………………………… 107

c. Pasak Alur Stator ……………………………………………... 108

d. Minyak Lak/Cat ………………………………………………. 109

D. Langkah Melilit Kumparan Stator Generator AC ………...…..…...…. 110

1. Membongkar/Melepas Kumparan Stator ………………..……….. 110

2. Melapisi Alur Dengan Prespan ………………………..………….. 112

3. Membuat Mal dan Menggulung Kumparan …………...………….. 114

a. Melilit Kumparan Secara Langsung ………………………….. 114

b. Melilit Kumparan Menggunakan Mal …………………...…… 114

c. Melilit Kumparan Secara Pintal ………………………………. 115

4. Memasang Kumparan Pada Alur Stator ….………….…………… 116

E. Pengelakan (Pengecatan) Kumparan Stator Generator AC …...……… 117

F. Pengovenan Kumparan Stator Generator AC ………………………… 122

BAB V. PENGUJIAN KARAKTERISTIK GENERATOR LISTRIK AC

A. Reaksi Jangkar …………………………………………..…………….. 124

1. Sifat Beban Resistif ……………………………...……..………..…125

2. Sifat Beban Kapasitif/Induktif Tidak Murni ………..……………... 125

3. Sifat Beban Kapasitif Murni …………………….……………….... 125

4. Sifat Beban Induktif Murni ………………………..…………….… 125

B. Regulasi Tegangan ………………………………………..……..…….. 128

C. Efisiensi Generator ……………………...……………………..………..129

D. Pengujian Karakteristik Generator Tanpa Beban …..………….……… 129

E. Pengujian Karakteristik Hubung Singkat ……………………….……... 131

F. Pengujian Karakteristik Generator Berbeban ………………...……….. 133

1. Jatuh Teganagan Karena Resistans iJangkar……………………..... 135

2. Jatuh Tegangan Karena Reaktansi Bocor Jangkar……...………….. 136

3. Jatuh Teganagan Karena Reaksi Jangkar………………………...… 136

G. Penentuan Besarnya GGL Induksi …………………………………….. 136

1. Cara Tegangan (EMF Methode) ……………………………...…… 136

2. Cara Segitiga Potier ……………………………………………….. 139

3. Cara ASA (American Standard Association Methode)……………..142

H. Pengukuran Tahanan Kumparan Stator ……………………………….. 144

DAFTAR PUSTAKA ……………………………………….…………………........ 145

Seperti halnya pada peneribitan buku-buku yang terdahulu, untuk buku ini pihak penerbit juga menyediakan buku ini dalam 2 bentuk, yaitu :

1. Bentuk buku cetak di kertas HVS 70 gram (Isi) dan Glossy 230 gram (Cover) dengan ukuran 20 x 28 Cm setebal 155 halaman, hanya seharga Rp. 95.000 (Belum termasuk ongkir, pengiriman via Pos, JNE atau J&T).

2. Bentuk ebook dengan format file Pdf sebesar 7 MB yang dikemas dalam kepingan CD/DVD, hanya seharga Rp. 55.000 (Belum termasuk ongkir, pengiriman via POS, JNE atau J&T).