Perhitungan pada alat pembengkok pipa dengan mekanisme ratchet bar ini bertujuan untuk mendapatkan jumlah gaya yang bekerja pada handle. Gaya yang bekerja pada handle merupakan gaya operasi yang dikeluarkan oleh operator. Sumber tenaga secara manual (menggunakan tangan) dibatasi pada faktor ergonomi dan maksimal kekuatan dari manusia. Jumlah gaya yang mampu dikeluarkan manusia secara statik dan berulang ditentukan sebesar 10 [kg]. Hasil perhitungan alat pembengkok manual dengan mekanisme ratchet bar harus dapat menghasilkan gaya operasi sebesar 10 [kg].
3.1.1Perhitungan Momen Bengkok Pipa (MO)
Momen bengkok pipa merupakan jumlah momen yang mengasilkan pipa agar mengalami pembengkokan. Faktor yang mempengaruhi besarnya momen bengkok pipa adalah besarnya tegangan bengkok material pipa yang berhubungan dengan yield strength dan modulus penampang pipa.
Gambar 4 - Distribusi Gaya pada Pipa dan Rotary Dies
3.1.2 Perhitungan Gaya Bengkok Pipa (FC)
Gaya bengkok pipa merupakan jumlah gaya yang mengasilkan pipa agar mengalami pembengkokan. Faktor yang mempengaruhi besarnya gaya bengkok pipa adalah besarnya momen bengkok dan jarak pada titik yang menerima gaya kepada sumbu momen (lihat Gambar 4).
(Mekanika Statika, JL.Meriem; 25)
3.1.3 Perhitungan Gaya Putar Dies (FA)
Dies yang berputar untuk membengkokan pipa memiliki sumbu momen pada titik O, sehingga factor yang mempengaruhi gaya untuk memutarkan dies adalah panjang titik gaya terhadap sumbu momen (Lihat Gambar 4).
3.1.4 Perhitungan Gaya pada Swing Arm (FB)
Rotary dies yang berfungsi untuk membengkokan pipa bergerak berputar, gaya putar dihubungkan terhadap bagian swing arm, sehingga, gaya yang dibutuhkan untuk memutarkan swing arm diperoleh dengan menggunakan persamaan momen.
Gambar 2 - Distribusi Gaya yang bekerja pada Swing Arm dan Rotary Dies
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
3.1.5 Perhitungan Gaya yang bekerja pada Ratchet Bar (FB’)
Komponen Swing Arm yang berfungsi untuk memutarkan dies, digerakan oleh komponen ratchet bar agar dapat mengurangi gaya pengoperasian. Gaya yang bekerja pada ratchet bar (FB’) merupakan hasil kali dari gaya putar pada swing arm (FB) dan sudut yang dihasilkan oleh ratchet bar (α) ketika proses pembengkokan.
Gambar 3 - Distribusi gaya pada Ratchet Bar dan Handle
3.1.6 Perhitungan Momen Putar pada Titik D (MD)
Ratchet bar yang bekerja untuk menekan swing arm agar berputar, digerakan oleh komponen handle yang memiliki sumbu putar pada titik D. Sehingga besar momen yang terjadi pada titik D merupakan hasil kali antara Gaya tekan ratchet bar (FB’) dan jarak antara gaya tekan ratchet bar pada sumbu D (L3).
3.1.7 Perhitungan Gaya Operasi (FE)
Gaya operasi merupakan gaya yang digunakan operator untuk membengkokan sebuah pipa. Gaya operasi merupakan gaya yang ditentukan agar operator dengan mudah dapat membengkokan sebuah pipa. Panjang handle (L4) menentukan jumlah gaya operasi yang bekerja (FE) yang didapatkan dari persamaan momen pada titik D (Lihat Gambar 6).
3.2 Metode Percobaan
Umumnya profile pada dies untuk membengkokan sebuah pipa berbentuk setengah lingkaran.
Permasalahan pada profile setengah lingkaran adalah sebuah dies hanya mampu membengkokan pipa untuk satu ukuran diameter. Proses pembengkokan pipa untuk lebih dari satu diameter harus menggunakan dies sejumlah dengan ukuran diameter pipa. Produksi sebuah dies tergolong cukup tinggi. Percobaan ini dilakukan untuk membengkokan pipa dengan profile V agar mampu membengkokan pipa yang memiliki lebih dari 1 ukuran diameter.
Gambar 4 - Modifikasi Profile Rotary dies dan Pressure dies
Percobaan dilakukan dengan menggunakan 2 metode. Metode pertama dilakukan dengan menggunakan bantuan software SolidWorks, dengan merancang sebuah dies berbentuk V dan pipa berdiameter 1[in] dan 1,5[in], kemudian disimulasikan dengan diberikan gaya sebesar 350.000 [N]
pada ujung pipa, diujung lainnya pipa dianggap fix. Percobaan ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar displacement atau perubahan bentuk pipa setelah dibengkokan menggunakan dies dengan profile v.
Gambar 5 - Simulasi Pembengkokan menggunakan Software SolidWorks
Metode kedua dengan merancang dan memproduksi sebuah rotary dan pressure dies yang memiliki profile V. Dies tersebut disupport oleh rangka dan beberapa komponen pembantu agar dapat membengkokan secara sederhana. Percobaan ini bertujuan untuk mensimulasikan penggunaan dies dengan bentuk V pada pembengkokan pipa dengan ukuran diameter lebih dari satu untuk diaplikasikan dalam alat pembengkok pipa mekanisme ratchet bar. Hasil rancangan komponen-komponen pendukung yang digunakan dalam melakukan percobaan pembengkokan pipa dengan profil V akan dijelaskan pada gambar 8.
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
Gambar 6 - Rancangan Percobaan pembengkokan pipa menggunakan profile V
1. Rotary Dies dengan Profile V 2. Pressure Dies dengan Profile V 3. Pipa diameter 1 in
4. Ragum
5. Clamping Plate
6. Rangka Dudukan Rotary dan Pressure Dies 7. Handle
Dokumentasi hasil rancangan percobaan setelah dilakukan fabrikasi dan assembly
Gambar 7 - Hasil sancangan setelah difabrikasi dan diassembly IV. HASIL PERCOBAAN
Hasil percobaan pertama dengan metode percobaan menggunakan software SolidWorks Simulation:
Gambar 8 - Hasil Simulasi Pembengkokan Menggunakan Software SolidWorks
Deformasi yang terjadi pada sumbu Y pada bentuk penampang pipa, daerah perubahan maksimal terjadi pada bagian atas pipa yang ditunjukan pada bagian yang berwarna merah dan perubahan deformasi minimal terjadi pada bagian bawah pipa yang ditunjukan pada bagian yang berwarna biru.
Berikut tabel hasil perubahan bentuk penampang pipa dengan material ASTM A106 Gr. B untuk diameter 1 [in] dan 1.5 [in]:
Tabel 1 - Hasil Perubahan Bentuk Penampang Pipa
Pipe Size – Outer Diameter
Max. Displacement [mm]
Min. Displacement [mm]
1 [in] – 33.4 [mm] 1.725 1.490
1.5 [in] – 48.3 [mm] 2.973 2.869
Gambar 9 - Displacement pada sumbu Y pada pembengkokan pipa dengan profile V Pipa 1 [in]
Gambar 10 - Displacement pada sumbu Y pada pembengkokan pipa dengan profile V Pipa 1 [in]
Hasil Percobaan kedua dengan metode perancangan dan pembuatan mekanisme sederhana pembengkok pipa:
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
Gambar 11 - Proses Percobaan untuk membengkokan Pipa 1 [in]
Gambar 12 - Percobaan Pembengkokan Pipa menggunakan profile V
V. KESIMPULAN
Dari hasil perhitungan dan pembahasan mengenai alat pembengkok pipa dengan mekanisme ratchet bar didapat kesimpulan, sebagai berikut:
.Gaya pengoperasian alat pembengkok pipa dengan mekanisme ratchet bar ditentukan oleh variabel;
• Ukuran dan material pipa
• Jarak antara gaya bengkok terhadap sumbu momen O (L)
• Jarak antara gaya putar dies terhadap sumbu momen O (L1)
• Jarak antara gaya putar swing arm terhadap sumbu momen O (L2)
• Sudut miring ratchet bar (α)
• Jarak antara gaya tekan ratchet pada sumbu D (L3)
• Jarak antara gaya operasi dengan sumbu momen (L4)
Perubahan bentuk ellips pada pipa setelah dibengkokan menggunakan dies dengan profile v, mengalami displacement pada sumbu Y yang tidak signifikan (Tabel 1).
Pembengkokan menggunakan dies profile v mampu membengkokan pipa dengan ukuran diameter yang berbeda (Gambar 14 & 15).
Rangkaian tahap untuk membuat sebuah handrail dengan alat pembengkok pipa dengan mekanisme ratchet bar dapat mengurangi proses fabrikasi, waktu, SDM, dan biaya.