Simulasi Pembebanan Gaya Berat Pada Mill Shaft Roll Shell Di Pabrik Gula Sei Semayang Dengan Metode Elemen Hingga

(1)

SIMULASI PEMBEBANAN GAYA BERAT PADA

MILL SHAFT ROLL SHELL DI PABRIK GULA

SEI SEMAYANG DENGAN METODE

ELEMEN HINGGA

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

TAUFIK AKBAR ISKANDAR CHANDRA NIM. 040401044

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

SIMULASI PEMBEBANAN GAYA BERAT PADA

MILL SHAFT ROLL SHELL DI PABRIK GULA

SEI SEMAYANG DENGAN METODE

ELEMEN HINGGA

TAUFIK AKBAR ISKANDAR CHANDRA NIM. 040401044

Telah Disetujui dari Hasil Seminar Skripsi Periode ke-540 Pada Tanggal 25 Juli 2009

Pembanding I Pembanding II

Ir. Mulfi Hazwi MSc.

NIP.130 905 356 NIP.131 459 557

(3)

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : 814/TS/2008

FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA : / /2008

MEDAN PARAF :

========================= ====================

TUGAS SARJANA

N A M A : TAUFIK AKBAR ISKANDAR CHANDRA

NIM : 040401044

MATA PELAJARAN : METODE ELEMEN HINGGA

SPESIFIKASI :SIMULASIKAN DISTRIBUSI TEGANGAN YANG

DISEBABKAN GAYA BERAT DAN TORSI YANG

TERJADI PADA MILL SHAFT ROLL SHELL YANG

DIGUNAKAN OLEH SEBUAH PABRIK GULA

SEBAGAI CONTOH KASUS SEI SEMAYANG.

SIMULASI MELIPUTI :

- PERHITUNGAN TEORITIS

- SIMULASI DENGAN SOFTWARE ELEMEN

HINGGA

DIBERIKAN TANGGAL : 24 / 10 /2008

SELESAI TANGGAL : 02 / 05 /2009

KETUA MEDAN,...2009.

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, DOSEN PEMBIMBING,

DR.ING.IR. IKHWANSYAH ISRANURI DR.ING.IR. IKHWANSYAH ISRANURI

(4)

KARTU BIMBINGAN

N0 : 814 / TS / 2008

TUGAS SARJANA MAHASISWA

Sub. Program Studi : Teknik Produksi

Bidang Tugas : Metode Elemen Hingga

Judul Tugas : Simulasi Pembebanan Gaya Berat Pada Mill Shaft Roll Shell Di

Pabrik Gula Sei Semayang dengan Metode Elemen Hingga

Diberikan Tanggal : 21-07-2008 Selesai Tanggal : 02-05-2009

Dosen Pembimbing : DR.Ing.Ir. Ikhwansyah Nama Mahasiswa : Taufik Akbar

Isranuri Iskandar C.

1 30-08-2008 Survey lapangan

2 20-09-2008 Spesifikasi tugas

3 18-10-2008 Analisa pembebanan poros

4 22-01-2009 Asistensi Bab I dan Bab II, lanjutkan

5 03-02-2009 Asistensi Bab III, tambahkan

6 23-02-2009 Analisa torsi

7 21-03-2009 Asistensi Bab IV, perbaiki

9 14-04-2009 Asistensi Bab V, lanjutkan

10 02-05-2009 Siap diseminarkan

CATATAN :

Diketahui

1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada Ketua Departemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing setiap asistensi. FT. U.S.U

2. Kartu ini dijaga bersih dan rapi.

3. Kartu ini harus dikembalikan ke Departemen, bila kegiatan asistensi telah selesai.

(Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri NIP. 132 018 668

(5)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kehadirat Allah Swt atas berkat dan rahmat-Nya yang

telah memberikan penulis kesehatan jasmani dan rohani sehingga dapat

menyelesaikan Skripsi ini. Adapun Skripsi ini dibuat untuk melengkapi syarat

memperoleh gelar Sarjana Teknik dengan judul: “Simulasi Pembebanan Gaya

Berat Pada Mill Shaft Roll Shell Di Pabrik Gula Sei Semayang dengan

Metode Elemen Hingga.”

Selama penulisaan laporan ini penulis banyak mendapat bimbingan dan

bantuaan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis

menyampaikan banyak terima kasih kepada :.

1. Kedua Orang tua saya yang saya cintai yang telah memberikan segala

sesuatunya dengan penuh ikhlas serta abang dan kakak yang telah memberi

semangat dan perhatiannya.

2. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku dosen pembimbing dan sebagai

Ketua Departemen Teknik Mesin yang telah memberikan waktu dan

pikirannya dalam penyelesaian skripsi ini dan Bapak Tulus Burhanudin

Sitorus, ST.MT sebagai Sekretaris Departemen Teknik Mesin.

3. Seluruh staff pengajar di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara, terutama Bang Taufik, Bang Supriyono serta

Pak Henry IC Star yang telah mengubah pola pikir saya serta ilmu yang

(6)

4. Seluruh pegawai Departemen Teknik Mesin, Bang Syawal, Kak Ismawati,

Kak Sonta dan Bang Fauzi atas segala bantuannya kepada penulis dalam

pengurusan administrasi.

5. Pimpinan dan karyawan PTPN2 Pabrik Gula Sei Semayang yang telah

meluangkan waktunya untuk memberikan data dan masukan pada penulis

selama survey.

6. Teman–teman Teknik Mesin USU terutama stambuk 2004. Kepada Irfandi,

Nabahansyah, Kartiko, Alfansuri, Ucu, Anhar dan Novan sebagai tentor

juga motivator dalam mennyelesaikan skripsi ini, Fadli, Tarigan, Yasin,

Zainal dan Aziz yang telah memberikan fasilitas secara cuma-cuma.

7. Para asisten maupun calon asisten Laboratorium Teknologi Mekanik, dan

adik-adik praktikan yang turut membantu penyelesaian skripsi ini.

Segala kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan penulis guna

kesempurnaan skripsi ini. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat

bagi siapapun yang membacanya.

Medan, Juli 2009 Penulis,

(7)

DAFTAR ISI

halaman

HALAMAN JUDUL i

LEMBARAN PENGESAHAN DARI PEMBIMBING ii

SPESIFIKASI TUGAS iii

KARTU BIMBINGAN TUGAS SARJANA iv

KATA PENGANTAR v

DAFTAR ISI vii

DAFTAR TABEL ix

DAFTAR GAMBAR x

DAFTAR SIMBOL xii

BAB I PENDAHULUAN 1

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1 Tinjauan Umum 5

2.7 Pemeriksaan Kekuatan Poros 15

2.8 Kondisi Pembebanan Poros 15

3.4 Analisa Gaya Pada Mill Shaft Roll Shell 23

3.5 Perhitungan Gaya 25

3.5.1 Gaya – Gaya Luar Yang Terjadi Pada Poros 25 3.5.2 Gaya – Gaya Dalam Yang Terjadi Pada Poros 27

3.5.3 Diagram Momen Yang Timbul Pada Poros 31

(8)

BAB IV HASIL SIMULASI 41

4.1 Penjelasan 41

4.2 Analisa Simulasi 41

4.3 Kondisi Pembebanan 45

4.3.1 Kondisi Pembebanan Sebelum Tebu Masuk Roll 45 4.3.2 Kondisi Pembebanan Setelah Tebu Masuk Roll 47

4.4 Analisa Torsi 48

4.5 Interpretasi dan Evaluasi Hasil 57

4.6 Analisa Kekuatan Poros Mill Shaft Roll Shell

Berdasarkan Teori Kegagalan 58

BAB V KESIMPULAN 60

5.1 Kesimpulan 60

5.2 Saran 61

DAFTAR PUSTAKA

(9)

DAFTAR TABEL

halaman Tabel 2.1 Jenis-jenis faktor koreksi berdasarkan

daya yang ditransmisikan 13

Tabel 2.2 Baja karbon untuk konstruksi mesin

(10)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.5 Skema proses penggilingan 9

Gambar 2.6 Kondisi pembebanan pada poros 16

Gambar 2.7 Jenis-jenis gaya dalam 17

Gambar 2.8 Jenis-jenis gaya luar 17

Gambar 3.1 Spesifikasi daya dan putaran 20

Gambar 3.2 Ukuran dimensi untuk Mill Shaft Roll Shell 22

Gambar 3.3 Diagram pembebanan pada poros 23

Gambar 3.4 Diagram Momen 32

Gambar 3.5 Diagram alir simulasi menggunakan Ansys 5.4 34

Gambar 3.6 Tampilan pembuka Ansys 5.4 34

Gambar 3.7 Tampilan proses prefrensi 35

Gambar 3.8 Tampilan keypoints 36

Gambar 3.9 Tampilan setelah keypoints dihubungkan 36

Gambar 3.10 Tampilan setelah proses extrude 37

Gambar 3.11 Tampilan setelah penambahan silinder pejal 37

Gambar 3.12 Tampilan hasil geometri 38

Gambar 3.13 Sifat elemen 38

Gambar 3.14 Material properties 39

(11)

Gambar 4.1 Dialog tipe analisis 42

Gambar 4.2 Dialog displacement pada bantalan A 42

Gambar 4.3 Dialog displacement pada bantalan B 43

Gambar 4.4 Dialog force 43

Gambar 4.5 Dialog solving the system 44

Gambar 4.6 Dialog analisis 44

Gambar 4.7 Pembebanan sebelum tebu masuk roll 45

Gambar 4.8 Hasil simulasi kondisi 1 45

Gambar 4.9 Kotak dialog plot numbering controls 46

Gambar 4.10 Node distribusi tegangan 46

Gambar 4.11 Pembebanan setelah tebu masuk roll 47

Gambar 4.12 Hasil simulasi kondisi 2 47

Gambar 4.13 Node distribusi tegangan 48

(12)

DAFTAR SIMBOL

Kt Faktor koreksi untuk kemungkinan

terjadinya tumbukan -

Cb Faktor koreksi untuk kemungkinan

terjadinya beban lentur -

W Berat massa benda N

τ Tegangan geser akibat momen puntir kg/mm2

ρ Massa jenis logam (7,3 x 103 kg/m3) kg/m3

(13)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pabrik Gula Sei Semayang PTPN-II (PGSS) pada stasiun gilingan

memiliki 5 unit gilingan (5 Set Three Roller Mill) yang disusun seri dan

masing-masing unit gilingan terdiri dari 3 roll yaitu roll atas (Top Roll), roll belakang

(Bagasse Roll), dan roll depan (Feed Roll). Masing-masing roll tersebut ditopang

sebuah poros (Shaft) yang dinamakan mill shaft roll shell.

Mill shaft roll shell yang terdapat pada rol atas (Top roll) mengalami

pembebanan dari berat Top Roll, berat roda gigi, berat Square Coupling serta

berat kapasitas tebu. Sedangkan poros pada roll belakang (Bagasse Roll) dan roll

depan (Feed Roll) pembebanan hanya dari berat roda gigi, berat dari selubungnya

serta dari berat kapasitas tebu. Didalam perhitungan berat kapasitas tebu dari

150-200 kg, yang diambil adalah kapasitas tebu maksimum yakni 150-200 kg. Dari ketiga

roll tersebut poros pada top roll yakni mill shaft roll shell merupakan poros yang

mengalami banyak pembebanan. Kondisi inilah yang akan mempengaruhi

ketahanan mill shaft roll shell pada Top Roll tersebut.

Dalam menganalisa distribusi tegangan digunakan software Ansys 5.4

yang memfokuskan pada gaya berat serta torsi akibat dari pembebanan yang

(14)

Ansys 5.4 merupakan salah satu metode analisa yang dilakukan dengan cara

membagi sistem yang dianalisa menjadi elemen – elemen kecil yang berhingga

dengan bentuk yang sederhana. Elemen – elemen ini memiliki titik – titik yang

disebut node dimana perhitungan dilakukan atau dengan kata lain node adalah

representasi elemen terhadap jenis analisa dan pembebanan yang diberikan.

Tipe masalah teknis dan matematis phisis yang dapat diselesaikan dengan

metode elemen hingga terbagi dalam dua kelompok, yaitu kelompok analisa

struktur meliputi: analisa tegangan/Stress, buckling, dan analisa getaran dan

kelompok masalah-masalah non struktur meliputi: perpindahan panas, mekanika

fluida dan distribusi dari potensial listrik serta magnet[5, hal 1].

Dalam persoalan-persoalan yang menyangkut geometri yang rumit, seperti

persoalan pembebanan terhadap struktur yang kompleks, pada umumnya sulit

dipecahkan melalui matematis analisis. Hal ini disebabkan karena matematis

analisis memerlukan besaran atau harga yang harus diketahui pada setiap titik

pada struktur yang dikaji.

Penyelesaian analisis dari suatu persamaan diferensial suatu geometri yang

kompleks, pembebanan yang rumit, tidak mudah diperoleh. Formulasi dari

metode elemen hingga dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan ini.

1.2 Maksud dan Tujuan

Maksud dari penelitian pada mill shaft roll shell ini adalah untuk

mengetahui distribusi tegangan akibat pembebanan gaya berat dan torsi yang

(15)

Tujuan dari penelitian pada mill shaft roll shell ini adalah mensimulasikan

dampak dari pembebanan akibat gaya berat dan torsi terhadap distribusi tegangan

dengan menggunakan software Ansys 5.4.

1.3 Batasan Masalah

Dalam penelitian ini penulis membatasi permasalahan meliputi yaitu

mensimulasikan distribusi tegangan akibat pembebanan gaya berat pada mill shaft

roll shell, dalam 2 kondisi yakni kondisi 1, kondisi poros sebelum tebu masuk dan

kondisi 2, kondisi poros setelah tebu masuk serta torsi pada tiap jarak dan gaya

tertentu. Tidak melakukan perhitungan dengan metode elemen hingga, hanya

membandingkan hasil simulasi dengan hasil teori kegagalan (Von Misses).

1.4 Metode Penulisan

Metode penulisan yang digunakan dalam penulisan tugas sarjana ini

adalah :

1. Survey Lapangan

Survey lapangan telah dilakukan pada Pabrik Gula Sei Semayang PTPN-II,

guna mendapatkan spesifikasi poros mill shaft roll shell.

2. Studi Literatur

Berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku yang mendukung dan

membantu dalam menyelesaikan tugas sarjana ini.

3. Diskusi

Berupa Tanya jawab dengan dosen pembimbing dan teman-teman mahasiswa

(16)

1.5Sistematika Penulisan

Dalam penulisan tugas sarjana ini sistematika penulisannya meliputi, Bab

1 pendahuluan berisikan latar belakang, maksud dan tujuan, batasan masalah,

metode penulisan, dan sistematika penulisan. Diteruskan dengan Bab 2 yakni

tinjauan pustaka meliputi tentang teori-teori perhitungan meliputi daya, diameter

poros, panjang poros, momen puntir, tegangan izin serta kondisi pembebanan.

Kemudian masuk ke Bab 3 metode penelitian yang berisikan tentang pengambilan

data, perhitungan daya, diameter, panjang, momen puntir, tegangan geser dan izin,

ukuran dimensi poros, analisa gaya berat, gaya reaksi pada bantalan, diagram alir

menggunakan software Ansys 5.4, dan prosedur simulasi. Setelah data yang

diperoleh diperhitungkan, maka pada Bab 4 hasil disimulasikan diantaranya

analisis simulasi terhadap perbandingan 2 kondisi pembebanan dan analisa torsi

pada jarak tertentu. Dan pada Bab 5 berisikan kesimpulan secara garis besar dari

hasil simulasi dari 2 kondisi dan torsi pada mill shaft roll shell serta saran untuk

(17)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Umum

Proses produksi yang terdapat di Pabrik Gula Sei Semayang yang

memproduksi gula Gula Kristal Produk I dengan bahan baku utama adalah tebu

dengan berat bahan 4000 ton/hari ditambah dengan bahan pembantu proses yaitu

kapur tohor dan belerang. Setelah tebu dipanen dari kebun di sekitar pabrik, tebu

tersebut kemudian diangkut dengan menggunakan truk seperti terlihat pada

gambar 2.1 di bawah ini dan selanjutnya ditimbang di jembatan timbang.

Gambar 2.1 Tebu diturunkan dari truk

Tebu diangkut melalui conveyor (Cane Carier) dengan kecepatan 3-15

(18)

menuju Cane Cutter I sehingga tebu dipotong dengan merata seperti terlihat pada

gambar 2.2.

Gambar 2.2 Cane Cutter I

Setelah tebu dipotong-potong dengan alat pemotong II (Cane Cutter II)

pada gambar 2.3 yang berfungsi untuk menyayat tebu sampai menjadi serpihan

tebu masuk ke gilingan I, maka tebu harus melewati alat penangkap besi-besi

yang mungkin terikut dalam serpihan tebu.

(19)

Penggilingan (perahan) dilakukan sebanyak 12 kali dengan 5 unit gilingan

(5 Set Three Roller Mill) yang disusun seri dengan memakai tekanan hidrolik

yang berbeda-beda dengan masing-masing unit gilingan terdiri dari 3 roll. Jarak

antara roll atas (Top Roll) dengan roll belakang (Bagasse Roll) lebih kecil

daripada jarak antara roll atas dengan roll depan (Feed Roll) mempunyai

permukaan beralur berbentuk V dengan sudut 300 yang gunanya untuk

memperlancar aliran nira dan mengurangi terjadinya slip. Masing-masing roll

dipasangkan sebuah poros untuk melakukan putarannya dan poros tersebut

ditumpu oleh dua bantalan luncur .Pada gambar 2.4 di bawah ini, terlihat kondisi

mill shaft roll shell setelah dipasang top roll dan roda gigi lurus.

Gambar 2.4 Mill Shaft Roll, Top Roll dan Roda Gigi Lurus

Besarnya tekanan hidrolik yang digunakan untuk mengepres alat

penggiling adalah 150-200 kg/cm2 dengan putaran berbeda antara gilingan I

dengan yang lain dimana gilingan I skitar 5,3 rpm, gilingan II 5,2 rpm, gilingan III

5,0 rpm, gilingan IV 5,0 rpm, gilingan V 4,8 rpm.

TOP ROLL

RODA GIGI LURUS MILL SHAFT ROLL

(20)

Mekanisme kerja dari 5 Set Three Roller Mill adalah sebagai berikut :

1. Tebu yang sudah dicacah halus pada Cane Cutter I masuk ke pencacah Cane

Cutter II elevator masuk ke gilingan pertama. Air perahan nira dari gilingan

pertama ditampung pada bak penampung I yang disebut primary juice. Ampas

dari gilingan I masuk pada gilingan II untuk diperah lagi. Air perahan II

masuk dalam bak penampungan II.

2. Nira dari gilingan I dan II masih ada ampasnya yang sama-sama ditampung

pada bak penampungan I. Nira pada bak penampungan I disaring pada Juice

Strainer kemudian ampasnya dimasukkan pada gilingan II dan nira yang

disaring ditampung dalam satu tangki dan siap dipompakan ke stasium

pemurnian. Tangki penampungan ini disebut Raw Juice Tank.

3. Ampas dari gilingan II masuk ke gilingan III untuk diperah lagi. Air perasan

ditampung pada bak penampung III dan digunakan sebagai imbibisi yang

keluar dari gilingan I.

4. Ampas dari gilingan III masuk ke gilingan IV, air perasan (nira) ditampung

pada bak IV dan digunakan sebagai imbibisi ampas yang keluar dari gilingan

II.

5. Ampas dari gilingan IV masuk ke gilingan V untuk diperas lagi. Nira dari

gilingan V ditampung pada bak V dan digunakan sebagai imbibisi ampas yang

keluar dari gilingan III.

6. Ampas yang keluar dari gilingan IV diberi air imbibisi sebelum masuk ke

gilingan V yang memiliki temperatur air imbibisi sekitar 60-70 0C. Ampas

(21)

melalui suatu plat saringan, dimana ampas berserat kasar dilewatkan menuju

boiler sebagai bahan bakar dan sebagian dibawa menuju gudang ampas

sebagai cadangan.

Skema dari prosedur penggilingan dapat dilihat dari gambar 2.5 berikut :

Gambar 2.5 Skema proses penggilingan

2.2 Pengertian Dan Fungsi Poros

Poros merupakan salah satu bagian terpenting dalam setiap mesin yang

berfungsi untuk meneruskan daya dan putaran. Poros adalah suatu bagian

stasioner yang berputar, biasanya berpenampang bulat, dimana terpasang

elemen-elemen seperti roda gigi, pulley, roda gila (flywheel), engkol, sproket, dan elemen-elemen

pemindah daya lainnya.

Poros bisa menerima lenturan, tarikan, tekan, atau puntiran, yang bekerja

sendiri-sendiri atau berupa gabungan satu dengan lainnya. Bila beban tersebut

tergabung, kita bisa mengharapkan untuk mencari kekuatan statis dan kekuatan

lelah yang perlu untuk pertimbangan perencanaan, karena suatu poros tunggal bisa

diberi tegangan-tegangan statis, tegangan bolak-balik lengkap, tegangan berulang,

(22)

2.3 Macam –Macam Poros

Menurut pembebanannya poros diklasifikasikan menjadi :

a. Poros transmisi

Poros macam ini mendapat beban puntir murni atau puntir dan lentur. Daya

ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli sabuk atau

sproket rantai.

b. Poros spindel

Poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas,

dimana beban utamanya berupa puntiran, disebut spindel. Syarat yang harus

yang dipenuhi poros ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta

ukurannya harus teliti.

c. Poros gandar

Poros seperti yang dipasang diantara roda-roda kereta barang, dimana tidak

mendapat beban puntir, bahkan kadang-kadang tidak boleh berputar, disebut

gandar. Gandar ini hanya mendapat beban lentur, kecuali jika digerakkan oleh

penggerak mula dimana akan mengalami beban puntir juga.

2.4 Diameter Poros

Dalam perhitungan diameter poros ada beberapa hal yang perlu

diperhatikan yakni faktor koreksi yang dianjurkan ASME dan juga dipakai disini.

Faktor koreksi akibat terjadinya tumbukan yang dinyatakan dengan Kt, jika beban

dikenakan beban secara halus, maka dipilih sebesar 1,0. Jika terjadi sedikit

kejutan atau tumbukan, maka dipilih sebesar 1,0-1,5. Jika beban dikenakan

(23)

harga Kt diambil sebesar 2 karena cacahan tebu dijatuhkan langsung kedalam

mesin perah sehingga mendapatkan beban kejut atau tumbukan yang besar secara

tiba-tiba.

Meskipun dalam perkiraan sementara ditetapkan bahwa beban hanya

terdiri atas momen puntir saja, perlu ditinjau pula apakah ada kemungkinan

pemakaian dengan beban lentur. Dimana untuk perkiraan sementara ditetapkan

bahwa beban hanya terjadi karena momen puntir saja dengan harga diantara

1,2-2,3 (jika diperkirakan tidak akan terjadi pembebanan lentur maka Cb diambil 1,0),

dalam perencanaan diambil faktor koreksinya sebesar 1,2. Maka rumus untuk

merencanakan diameter poros ds diproleh:

ds =

Kt = faktor koreksi untuk kemungkinan terjadinya tumbukan

Cb = faktor koreksi untuk kemungkinan terjadinya beban lentur.

2.5 Daya Poros

Di stasiun gilingan tebu pada Pabrik Gula Sei Semayang poros Mill Shaft

Roll Shell akan mendapatkan daya dari turbin uap. Daya tersebut akan

ditransmisikan dari turbin ke poros melalui kopling dan roda gigi. Daya

(24)

Daya yang besar mungkin diperlukan pada saat mulai (start), atau mungkin beban

yang besar terus bekerja setelah start. Dengan demikian sering diperlukan koreksi

pada daya rata-rata yang diperlukan dengan menggunakan faktor koreksi pada

perencanaan.

Ada beberapa jenis faktor koreksi sesuai dengan daya yang akan

ditransmisikan sesuai dengan tabel 2.1.

Tabel 2.1 Jenis-jenis faktor koreksi berdasarkan daya yang ditransmisikan

Daya yang ditransmisikan fc

Daya rata-rata yang diperlukan

Daya maksimum yang diperlukan Daya normal

1,2 - 2,0

0,8 – 1,2 1,0 – 1,5

Sumber: Sularso,Kiyokatsu Suga, “ Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin “.

Dalam perhitungan poros ini diambil daya maksimum sebagai daya

rencana dengan faktor koreksi sebesar fc = 1,0. Harga ini diambil dengan

pertimbangan bahwa daya yang direncanakan akan lebih besar dari daya

maksimum sehingga poros yang akan direncanakan semakin aman terhadap

kegagalan akibat momen puntir yang terlalu besar. Sehingga besar daya rencana

(25)

Dengan adanya daya dan putaran, maka poros akan mendapat beban

berupa momen puntir. Oleh karena itu dalam penentuan ukuran-ukuran utama

poros akan dihitung berdasarkan beban puntir serta kemungkinan-kemungkinan

kejutan/tumbukan dalam pembebanan, seperti pada saat motor mulai berjalan.

Besarnya momen puntir yang dikerjakan pada poros dapat dihitung :

T = 9,74 .105

n P_d

……….[4, hal. 7]

Dimana :

T = momen puntir rencana (kg. mm)

Pd = daya rencana (kW)

n = putaran (rpm)

2.6 Pemilihan Bahan

Bahan poros yang direncanakan adalah baja cor yaitu jenis baja karbon

tinggi dengan kadar C > 0,5 %. Baja karbon konstruksi mesin (disebut bahan S-C)

dihasilkan dari ingot yang dikil (baja yang dioksidasikan dengan ferrosilikon dan

dicor), kadar karbon terjamin. Jenis-jenis baja S-C beserta dengan kekuatan

(26)

Tabel 2.2 Baja karbon untuk konstruksi mesin dan baja batang yang difinis dingin untuk poros.

Standar dan macam Lambang

Perlakuan

Sumber: Sularso,Kiyokatsu Suga, “ Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin “.

Dalam perencanaan poros ini dipilih bahan jenis S50C yang dalam

perencanaannya diambil kekuatan tarik sebesar σb =62kg/mm2. Maka tegangan

puntir izin dari bahan dapat diperoleh dari rumus :

2

Sf1 = faktor keamanan yang bergantung kepada jenis bahan.

Sf2 = faktor keamanan yang bergantung pada bentuk poros (harga 1,3-3,0)

Sesuai dengan standar ASME, batas kelelahan puntir adalah 18% dari

kekuatan tarikσ_b, dimana untuk harga ini faktor keamanan diambil sebesar

1

0,18 =5,6. Harga 5,6 diambil untuk bahan SF dan 6,0 untuk bahan S-C dengan

pengaruh massa dan baja paduan. Harga Sf1 diambil 6 karena dalam perencanaan

(27)

Sedangakan nilai Sf2, karena poros yang dirancang merupakan poros

bertingkat, sehingga dalam perencanaannya faktor keamanan diambil 1,4.

2.7 Pemeriksaan Kekuatan Poros

Ukuran poros yang telah direncanakan harus diuji kekuatannya. Pengujian

dilakukan dilakukan dengan memeriksa tegangan geser yang terjadi (akibat

momen puntir) yang bekerja pada poros. Apabila tegangan geser ini melampaui

tegangan geser izin yang dapat ditahan oleh bahan maka poros mengalami

kegagalan. Besar tegangan geser akibat momen puntir yang bekerja pada poros

diperoleh dari:

τp tegangan geser akibat momen puntir ( kg/mm

2

)

T = momen puntir yang terjadi (direncanakan) ( kg.mm )

ds = diameter poros ( mm )

2.8 Kondisi Pembebanan Poros

Dari hasil pengamatan survey pada Pabrik Gula Sei Semayang, poros yang

direncanakan ditumpu oleh dua buah bantalan luncur serta menumpu satu roda

gigi lurus, satu buah Top Roll, dan satu buah kopling untuk menghubungkan ke

motor penggeraknya. Dengan kondisi pembebanan yang terjadi pada mill shaft

(28)

Gambar 2.6 Kondisi pembebanan pada poros

Keterangan gambar:

1. Square Coupling

2. Roda gigi lurus

3. Bantalan luncur

4. Top roll

5. Bantalan luncur

Dalam ilmu statika struktur, kita mengenal berbagai jenis tumpuan, yakni

diantaranya: roller (rol), pada tumpuan jenis terdapat 1 variabel (kita misalkan

tumpuan itu adalah A, maka variabelnya RAY arah sumbu y). Kedua adalah pin

(engsel), pada tumpuan jenis ini terdapat 2 variabel (kita misalkan tumpuan itu

sama yakni A, maka variabelnya RAY untuk sumbu y dan RAX untuk sumbu x).

Berikutnya overhang (jepitan), pada tumpuan ini terdapat 3 variabel (dengan

permisalan yang sama, maka variabelnya RAY arah sumbu y, RAX arah sumbu x

dan MA momen yang terjadi). Dan terakhir adalah kabel (batang) dengan variabel T.

4 2

3 5

(29)

Suatu benda yang mendapat pembebanan, maka benda tersebut mendapat

gaya yang diperoleh dari luar yang disebut gaya luar yakni: gaya berat, gaya

reaksi dan gaya yang diberikan (load) dapat dilihat pada gambar 2.7.

Gambar 2.7 Jenis-jenis gaya dalam

Sedangkan gaya yang diperoleh dari dalam benda tersebut yang seterusnya

disebut gaya dalam yakni: gaya normal (N), gaya geser (V) dan momen lentur (M)

dapat dilihat pada gambar 2.8.

Gambar 2.8 Jenis-jenis gaya luar

2.9 Metode Elemen Hingga

Metode elemen hingga adalah metode numerik yang digunakan untuk

menyelesaikan permasalahan teknik dan problem matematis dari suatu gejala

phisis. Tipe masalah teknis dan matematis phisis yang dapat diselesaikan dengan

metode elemen hingga terbagi dalam dua kelompok, yaitu kelompok analisa

struktur dan kelompok masalah-masalah non struktur.

Tipe-tipe permasalahan struktur meliputi :

(30)

1. Analisa tegangan/Stress, meliputi analisa Truss dan Frame serta

masalah-masalah yang berhubungan dengan tegangan-tegangan yang terkonsentrasi.

2. Buckling

3. Analisa getaran

Masalah non struktur yang dapat diselesaikan dengan menggunakan metode ini

meliputi:

1. Perpindahan panas dan massa

2. Mekanika fluida, termasuk aliran fluida lewat media porus

3. Distribusi dari potensial listrik dan potensial magnet

Dalam persoalan-persoalan yang menyangkut geometri yang rumit, seperti

persoalan pembebanan terhadap struktur yang kompleks, pada umumnya sulit

dipecahkan melalui matematis analisis. Hal ini disebabkan karena matematis

analisis memerlukan besaran atau harga yang harus diketahui pada setiap titik

pada struktur yang dikaji.

Penyelesaian analisis dari suatu persamaan diferensial suatu geometri yang

kompleks, pembebanan yang rumit, tidak mudah diperoleh. Formulasi dari

metode elemen hingga dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan ini.

Metode ini akan menggunakan pendekatan terhadap harga-harga yang tidak

diketahui pada setiap titik secara diskrit. Dimulai dengan permodelan dari suatu

(31)

masih mempunyai sifat yang sama dengan benda yang utuh sebelum terbagi

dalam bagian yang kecil (diskritisasi).

Beberapa kelebihan dalam penggunaan metode ini adalah :

1. Benda dengan bentuk yang tidak teratur dapat dengan mudah dianalisa

2. Tidak terdapat kesulitan dalam menganalisa beban pada suatu struktur

3. Permodelan dari suatu benda dengan komposisi materi yang berlainan dapat

dilakukan karena tinjauan yang dilakukan secara individu untuk setiap

elemen.

4. Dapat menangani berbagai macam syarat batas dalam jumlah yang tak

terbatas

5. Variasi dalam ukuran elemen memungkinkan untuk memperoleh detail

analisa yang diinginkan.

6. Dapat memecahkan masalah-masalah dinamik.

Kekurangan yang terdapat dalam penggunaan metode ini adalah diperlukannya

(32)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tahap Penelitian

Dalam penelitian ini dilakukan beberapa tahap kegiatan atau pengerjaan

yaitu, pengambilan data, menganalisa secara teoritik dan melakukan simulasi

dengan menggunakan Ansys 5.4.

3.2. Pengambilan Data Dan Pengukuran

Data-data dari hasil survey pada Pabrik Gula Sei Semayang diperoleh:

Panjang kedua bantalan luncur : 600 mm dengan diameter dalam 450 mm

Panjang untuk tumpuan Top Roll : 1717 mm dengan diameter dalam 500 mm

Panjang roda gigi lurus : 400 mm dengan diamater dalam 500 mm

Panjang Square Coupling : ukuran dalam 300 mm x 300 mm x 220 mm

Untuk menentukan daya perencanaan yang dibutuhkan oleh poros,

dibutuhkan informasi berupa daya dan putaran. Data tersebut dapat dilihat pada

gambar 3.1.

(33)

Dari gambar 3.1 diperoleh data sebagai berikut :

P = 650 HP

= 650 x 0,735 kW

= 477,75 kW

n = 6,5 rpm

Maka besarnya daya rencana adalah:

Pd = 1,0 x 477,75 kW

Pd = 477,75 kW

Dengan adanya daya dan putaran, maka poros akan mendapat beban

berupa momen puntir. Besarnya momen puntir yang dikerjakan pada poros dapat

dihitung. Untuk daya rencana Pd = 477,75 kW dan putaran n = 6,5 rpm, maka

Bahan poros jenis S 50 C yang dalam perencanaannya diambil kekuatan

tarik sebesar σb =62kg/mm2.Dari rumus diatas maka tegangan geser izin bahan

jenis S 50 C adalah:

(34)

Maka diameter poros yang direncanakan :

Untuk momen puntir sebesar T = 715,89 . 105 kg.mm, dan diameter poros

ds =500mm, maka tegangan geser yang terjadi adalah :

3

Dari hasil diatas dapat dilihat bahwa tegangan geser yang terjadi lebih

kecil dari tegangan geser izinnya ( τp < τa) dimana τa = 7,380 kg/mm2, sehingga

dapat disimpulkan bahwa ukuran poros yang direncanankan cukup aman.

3.3 Ukuran Dimensi Poros

Dari perhitungan-perhitungan di atas dan data-data yang diperoleh dari

hasil survey, maka dapat digambarkan ukuran-ukuran dimensi untuk Mill Shaft

Roll Shell sebagai berikut:

(35)

3.4 Analisa Gaya Pada Mill Shaft Roll Shell

Mill shaft roll shell ditopang oleh dua bantalan luncur dan mengalami

pembebanan oleh gaya berat yang terdapat pada poros itu sendiri, top roll, roda

gigi dan square coupling serta ditambah berat kapasitas olah tebu yaitu 4000

TCD. Dengan menggunakan rumus dibawah ini dapat dihitung berat

masing-masing yang dibebani oleh poros.

W = m . g

keterangan :

W = berat massa benda (N)

m = massa benda (kg)

g = kecepatan gravitasi bumi yaitu sebesar 9,81 m/s2

Gambar 3.3 Diagram pembebanan pada poros

(36)

Untuk masing-masing benda dapat dihitung :

Kapasitas yang masuk dari tiap-tiap gilingan adalah 150-200 kg (hasil survey).

Untuk itu dalam perhitungan diambil kapasitas maksimumnya yaitu 200 kg:

(37)

C D A E F B

W1 _W2 W5

BY AY

W3+W4

445mm 525mm 890mm 1200mm

310mm

BX

3.5 Perhitungan Gaya

Untuk menghitung variabel-variabel yang diakibatkan oleh gaya luar dan

gaya dalam, perlu kita ketahui syarat –syarat seimbangnya, yakni:

a. ∑ FX = 0

b. ∑ FY = 0

c. ∑ M = 0

3.5.1 Gaya – Gaya Luar Yang Terjadi Pada Poros

Perlu kita ketahui, bahwa poros mill shaft roll shell ini bertumpu pada 2

bantalan dengan jenis tumpuan yang berbeda-beda. Pada bantalan A merupakan

jenis tumpuan rol dengan variabel AY sedangkan pada bantalan B merupakan jenis

tumpuan pin dengan 2 variabel BY dan BX. Untuk menghitung gaya reaksi

maupun gaya-gaya lainnya terlebih dahulu kita gambar terlebih dahulu diagram

benda bebasnya, seperti tampak pada gambar dibawah ini.

Dimana :

W1 = 6376,5 N

W2 = 3924 N

W3 + W4 = 72594 N

(38)

Syarat seimbang pada kondisi pembebanan di atas:

Disini terdapat 2 variabel yang tidak diketahui, maka nilai 2 varibel tersebut dapat

kita peroleh dengan menghitung ∑ M = 0 nya terlebih dahulu.

(39)

C D A E F B

W1 W2 W5

BY AY

445mm 525mm 890mm 1200mm

310mm

Dari perhitungan ∑ M = 0 diatas kita peroleh nilai AY sebesar 79,906 kN

dan nilai BY sebesar 50,469 kN.

3.5.2 Gaya – Gaya Dalam Yang Terjadi Pada Poros

Untuk menghitung gaya-gaya dalam yang terjadi dapat dihitung

berdasarkan diagram benda bebas dibawah berikut :

(40)

(41)

(42)

(43)

NX = - BX

3.5.3 Diagram Momen Yang Timbul Pada Poros

Dari perhitungan diatas dapat digambarkan diagram momen yang terjadi

akibat gaya-gaya dalam. Dimana nilai tertinggi didapat pada titik x =2,170 m

yaitu Mx = 60562,519 N.m . Dari perhitungan diperoleh hasil sebagai berikut:

(44)

C D A F B

BY AY

445mm 525mm 890mm 1200mm

310mm

BX

Diagram 3.4 Diagram momen

3.6 Diagram Alir Simulasi

Proses pemodelan membutuhan ketelitian dalam memasukan data yang

selanjutnya akan diolah oleh software ANSYS sebelum dilakukannya proses

simulasi. Dengan menggunakan Diagram Alir akan memudahkan dalam

menganalisa tahapan-tahapan dalam proses simulasi tersebut. Pada gambar 3.5

berikut ini disajikan diagram Diagram Alir yang digunakan dalam penelitian ini.

MX1

MX2

MX3

MX4

MX5

(45)

Berhasil ?

TYPE OF ELEMENT

MATERIAL PROPERTIES Membentuk GEOMETRY

MESHING

Tidak

B A

ANALYSIS TYPE Ya

BEBAN (LOAD)

CURENT LS

(46)

Gambar 3.5 Diagram Alir Simulasi Menggunakan Ansys 5.4

3.7 Prosedur Simulasi

Dalam simulasi ini digunakan suatu software bantu yang cukup populer

dikalangan engineer yaitu Ansys Versi 5.4, dimana software program ini mampu

melakukan analisis beban, pengaruh temperatur, deformasi, defleksi, dan tegangan

pada truss, dan sebagainya. Pada gambar 3.6 merupakan tampilan pembuka Ansys

versi 5.4.

Gambar 3.6 Tampilan pembuka Ansys 5.4 Selesai

Tidak

LIST RESULT Berhasil ?

Ya

A

(47)

1. Proses Preferensi

Proses Preferensi merupakan langkah pendahuluan untuk menentukan

model analisis terhadap kondisi material yang ada. Dalam masalah ini preferensi

yang di gunakan adalah struktural dengan langkah sebagai berikut:

Preference> Structural> OK

Gambar 3.7 Tampilan proses preferensi

2. Proses Mendefinisikan Geometry

Dimensi poros dapat dilihat pada gambar 3.2. Proses mendefinisikan

karakteristik geometri, terlebih dahulu diketahui koordinat awalnya yakni sebagai

berikut: Titik 1: (-0,150;-0,150;0), titik 2: (-0,150;0,150;0), titik 3:

(0,150;0,150;0), titik 4: (0,150;-0,150;0). Setelah menetapkan titik di atas maka

dengan melakukan perintah sebagai berikut:

(48)

Maka diperoleh gambar 3.8 seperti di bawah ini:

Gambar 3.8 Tampilan keypoints

Setelah itu, titik-titik koordinat (keypoints) di atas dihubungkan dengan

melakukan perintah sebagai berikut:

Main Menu> Preprocessor> Create> Areas> Arbitrary

Hasil perintah di atas dapat dilihat pada gambar 3.9 di bawah ini:

Gambar 3.9 Tampilan setelah keypoints dihubungkan

Kemudian model pada gambar 3.9 di atas dilakukan proses extrude atau

(49)

Main Menu> Preprocessor> Operate> Extrude

Pada proses extrude atau ketebalan dibuat nilainya sebesar 220 mm,

seperti tampak pada gambar 3.10 di bawah ini.

Gambar 3.10 Tampilan setelah proses extrude

Kemudian model di atas ditambahkan sebuah silinder pejal, dengan

melakukan langkah sebagai berikut:

Main Menu> Preprocessor> Create> Cylinder

Gambar 3.11 Tampilan setelah penambahan silinder pejal

(50)

Gambar 3.12 Tampilan hasil geometri

3. Sifat Elemen Material

Langkah selanjutnya adalah menerapkan sifat element dengan langkah,

sebagai berikut:

a. Menentukan Sifat Elemen

Main Menu> Preprocessor> Element type

Gambar 3.13 Sifat elemen

b. Mendefinisikan Material Properties

Setelah menentukan elemen yang akan digunakan, kita akan

(51)

mengetahui sifat stress dan strain dari material. Sedangkan material properties

yang diinput (Lampiran) yaitu:

Modulus Elastisitas, E = 2 .1E 11 N/m2

Poisson’s Ratio, = 0.3

Massa Jenis, = 7,85E 3 kg/m3

Dengan melakukan perintah sebagai berikut:

(52)

4. Proses Meshing

Setelah permodelan selesai dan material properties telah di input, maka

langkah berikutnya adalah proses meshing dengan node dan elemen. Proses

meshing adalah pembagian model menjadi elemen-elemen kecil. Untuk melihat

hasil dari proses penerapan ukuran mesh, maka langkah yang harus dilalui, yakni:

Main Menu> Preprocessor> Meshing> Mesh> Volume> Free dan pilih Area.

Gambar 3.15 Proses meshing

Pada gambar 3.15 di atas tampak hasil dari proses meshing. Sehingga

(53)

BAB IV

HASIL SIMULASI

4.1 Penjelasan

Simulasi ini merupakan proses terjadinya pembebanan oleh gaya berat

yang dialami mill shaft roll shell dalam 2 kondisi, yaitu:

1. Kondisi pembebanan poros sebelum tebu masuk roll

2. Kondisi pembebanan poros setelah tebu masuk roll

Pembebanan gaya berat dititik beratkan pada 2 kondisi di atas, akan tetapi

pengaruh berat dari square coupling, gaya berat roda gigi lurus diperhitungkan

(sebagai load/force) dan gaya reaksi dari 2 bantalan dijadikan sebagai

displacement. Sehingga nantinya akan dapat dilihat akibat gaya yang diberikan

terhadap kondisi poros tersebut dan dapat diketahui distribusi tegangannya.

4.2 Analisa Simulasi

1. Mendefinisikan Tipe Analisis

Dalam simulasi ini dianggap bahwa beban yang diberikan dalam keadaan

statik. Langkah ini dilakukan dengan memastikan bahwa analisis statik diberikan

(54)

Solution> Analysis Type> New Analysis.

Gambar 4.1 Dialog tipe analisis

2. Displacement

Poros tersebut bertumpu pada dua bantalan, dimana bantalan tersebut

merupakan gaya reaksi dari pembebanan, dengan langkah sebagai berikut:

Solution> Apply> Displacement

untuk bantalan A, jenis tumpuan yang dipakai adalah rol yakni arah sumbu y,

maka displacement-nya dapat dilihat pada kotak dialog di bawah ini

(55)

Sedangkan pada bantalan B, jenis tumpuan yang dipakai adalah pin yakni arah

sumbu z dan sumbu y, maka displacement-nya dapat dilihat pada kotak dialog di

bawah ini

Gambar 4.3 Dialog displacement pada bantalan B

3. Force

Selanjutnya, dilakukan penerapan load (beban) dengan pemberian gaya

dan langkah perintahnya adalah

Solution> Apply> Force> On Areas

Gambar 4.4 Dialog force

3. Solving The System

Untuk selanjutnya kita akan melihat hasil tampilan proses selanjutnya

(56)

Ansys Main Menu> Solution> Current LS

Gambar 4.5 Dialog solving the system

4. Analisis Force

Untuk analisis gaya dilakukan dengan mengikuti prosedur sebagai berikut:

Ansys Main Menu> General Postproc> Plot results> Nodal Solution> Stress>

Von mises

(57)

4.3 Kondisi Pembebanan

4.3.1 Kondisi Pembebanan Sebelum Tebu Masuk Roll

Pada kasus ke-1 kondisi pembebanan dipengaruhi oleh gaya berat pada

poros diatas, serta dipengaruhi juga oleh gaya berat top roll. Kondisi

pembebanannya dapat dilihat pada gambar 4.7 di bawah ini.

Gambar 4.7 Pembebanan sebelum tebu masuk roll

Gambar 4.8 Hasil simulasi kondisi 1 1860mm

445mm 525mm 1200mm 1200mm 350mm

AY BY

W2=3924 N

W3=70632 N

W5=47480,4 N

W1=6376,5 N

(58)

Setelah mendapatkan hasil dari simulasi, maka dapat pula kita ketahui

hasilnya dalam bentuk node-nodenya, dengan melakukan perintah sebagai berikut

Utility menu: PlotCtrls > Numbering > On

Gambar 4.9 Kotak dialog plot numbering controls

Gambar 4.10 Node distribusi tegangan

Dari hasil perintah di atas diperoleh bahwa tegangan maksimum berada

(59)

4.3.2 Kondisi Pembebanan Setelah Tebu Masuk Roll

Kondisi ke 2 merupakan pembebanan gaya berat poros, top roll dan tebu.

Gambar 4.11 Pembebanan setelah tebu masuk roll

Proses simulasi pembebanan tersebut dapat dilihat pada gambar 4.12

dibawah ini.

Gambar 4.12 Hasil simulasi kondisi 2 1860mm

445mm 525mm 1200mm 1200mm 350mm

W1= _{6376,5 N}

AY BY

W2= 3924 N

W5= 47480,4 N

W3 +W4 = 72594 N

(60)

Dengan melakukan langkah seperti kondisi 1, maka diperoleh node-node

dari distribusi tegangan akibat pembebanan pada kasus ke-2 pada gambar 4.13.

Gambar 4.13 Node distribusi tegangan

Dari hasil simulasi di atas diperoleh, bahwa tegangan maksimum pada

kasus ke-2 ini terletak disekitar node 883 yang nilainya sebesar 0,106E 8 N/m2.

4.4 Analisa Torsi

Dalam menganalisa torsi pada poros mill shaft roll shell, permodelan di

buat dalam bentuk 2D. Sebelum di input ke dalam program, terlebih dahulu

dilakukan perhitungan teoritisnya sebagai berikut:

T = F . s

Dimana :

T = torsi (N.mm)

F = gaya (N)

(61)

3,370 m 0,970 m

2,170 m 0,445 m

0,110 m

F1 F2 F3 F4 F5

dalam kasus ini nilai torsi diperoleh dari perhitungan momen torsi yakni

T = 715,89 . 105 kg.mm x 9,806 m/s2

= 7020,02 .105 N.mm = 702002 N.m

Gambar 4.14 Kondisi torsi tiap jarak

1. Torsi 1

Pada kasus 1, torsi disebabkan oleh gaya F1 dengan jarak s1 = 0,110 m,

maka gaya F1 diperoleh:

T = F1 s1

702002 N.m = F1 0,110 m

F1 = 6381836,4 N

Dengan gaya F1 = 6381836,4 N dan jarak s1 = 0,11 m, maka mill shaft roll

(62)

Gambar 4.15 Hasil simulasi torsi

Dari hasil simulasi diatas, dapat kita peroleh grafik untuk torsi 1 sebagai

berikut.

Gambar 4.16 Grafik torsi 1

Dari grafik diperoleh data bahwa distribusi tegangan maksimum terletak

(63)

2. Torsi 2

T = F2 s2

702002 N.m = F2 0,445 m

F2 = 1577532,6 N

Dengan gaya F2 = 1577532,6 N dan jarak s2 = 0,445 m, maka mill shaft

roll shell mengalami torsi seperti ditunjukan pada gambar 4.17 di bawah ini.

Gambar 4.17 Hasil simulasi torsi 2

(64)

pada node 28 dengan jarak 0,437 m dengan nilai sebesar 0,614E 8 N/m2.

3. Torsi 3

T = F3 s3

702002 N.m = F3 0,970 m

F3 = 723713,4 N

(65)

Dari hasil simulasi diatas, dapat kita peroleh grafik untuk torsi 3 sebagai

berikut.

(66)

4. Torsi 4

T = F4 s4

702002 N.m = F4 2,170 m

F4 = 323503,2 N

shell mengalami torsi seperti ditunjukan pada gambar 4.21 di bawah ini.

(67)

Maka diperoleh grafik untuk torsi 4 sebagai berikut:

pada node 198 dengan jarak 3,070 m dengan nilai sebesar 0,512E 7 N/m2.

5. Torsi 5

T = F5 s5

702002 N.m = F5 3,370 m

F5 = 208309,2 N

(68)

Maka diperoleh grafik untuk torsi 5 sebagai berikut:

(69)

4.5 Interpretasi dan Evaluasi Hasil

Dari hasil yang telah diperoleh maka didapatkan distribusi perpindahan

dan tegangan dari struktur poros mill shaft roll shell yang direncanakan. Sehingga

dapat dicari dan diketahui bagian-bagian poros mill shaft roll shell yang

mengalami tegangan kritis. Hasil-hasil ini kemudian diinterpretasikan terhadap

sasaran target pekerjaan desain yang telah ditentukan, yaitu dengan melakukan

evaluasi terhadap aspek-aspek keamanan dan kekuatan struktur. Aspek-aspek

keamanan atau kekuatan struktur akan dievaluasi terhadap kriteria-kriteria

kegagalan statik.

Secara mendasar kegagalan (failure) dari suatu struktur dinyatakan bila

struktur tidak dapat berfungsi lagi dengan baik untuk menerima pembebanan

sesuai dengan yang direncanakan. Ada 2 tipe kriteria kegagalan akibat

pembebanan statik, yaitu:

1. Deformasi Plastis

Merupakan jika material dari struktur sudah mengalami deformasi plastis

karena sudah melewati batas tegangan atau regangan luluh (yield point)

material.

2. Patah atau Rusak

Merupakan bila material dari struktur tersebut sudah patah atau sudah

(70)

4.6 Analisa Kekuatan Poros Mill Shaft Roll Shell Berdasarkan Teori

Kegagalan

Dengan suatu pengetahuan hanya pada tegangan yield dari suatu material,

teori kegagalan ini memprediksikan ductile yielding dibawah suatu kombinasi

pembebanan dengan akurasi lebih baik dari pada teori-teori kegagalan yang

lainnya. Teori kegagalan ini sering dikenal dengan teori kegagalan Von Misses.

Teori kegagalan ini di analisa pertama kali melalui tegangan octahedral, sehingga

disebut sebagai teori kegagalan tegangan octahedral maksimum yang menyatakan

bahwa luluh akan terjadi bila tegangan octahedral maksimum yang terjadi

melebihi harga limit yang diketahui dari hasil tes tarik material dengan beban

standar.

2

terjadi

Sy

σ

≤

Sy merupakan yield strength yakni nilai kekalahan dari bahan poros, bahan poros

mill shaft roll shell adalah baja karbon (carbon steels) yang nilai yield strength

terdapat pada lampiran. Nilai S yielding yang kita ambil adalah 450 Mpa maka:

2

Agar material tidak terjadi kegagalan maka tegangan maksimum yang

terjadi tidak boleh melebihi tegangan von misses 225E 6 N/m2. Pada torsi pertama

tegangan maksimum terjadi sebesar 282E 6 N/m2 maka pada kondisi ini dikatakan

tidak aman. Pada torsi kedua tegangan maksimum terjadi sebesar 61,4E 6 N/m2

(71)

sebesar 25E 6 N/m2 pada kondisi ini dikatakan aman. Pada torsi keempat tegangan

maksimum terjadi sebesar 5,12E 6 N/m2 pada kondisi ini dikatakan aman. Pada

torsi kelima tegangan maksimum terjadi sebesar 7,6E 6 N/m2 pada kondisi ini

dikatakan aman.

Suatu material dikatakan aman apabila tegangan yang terjadi tidak

melebihi tegangan ijin bahan. Akibat torsi karena pengaruh gaya dan jarak

tertentu maka dapat diketahui bahawa kondisi aman terjadi pada torsi kedua,

ketiga, keempat dan kelima. Sedangkan kondisi tidak aman pada kondisi pertama

karena pada torsi pertama tegangan maksimum yang terjadi pada simulasi (282E 6

N/m2) lebih besar dari tegangan yang diijinkan pada teori kegagalan von misses

(72)

BAB V

KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan

1. Pada kondisi pertama, pembebanan yang dialami poros sebelum tebu masuk

roll, dari hasil simulasi diperoleh distribusi tegangan maksimum terletak pada

disekitar node 883 dengan besarnya 0,104E 8 N/m2(gambar 4.10).

2. Pada kondisi kedua, pembebanan yang dialami poros setelah tebu masuk roll,

dari hasil simulasi diperoleh distribusi tegangan maksimum terletak disekitar

node 883 yang nilainya sebesar 0,106E 8 N/m2(gambar 4.13).

3. Saat terjadi hentakan / kejutan yang dialami mill shaft roll shell akibat adanya

slip saat berputar maka mill shaft roll shell mengalami distribusi tegangan

pada tiap-tiap titik sepanjang mill shaft roll shell yakni:

a. Torsi 1 pada jarak 0,11 m dan gaya 6381836,4 N, maka distribusi

tegangan maksimum terletak pada node 266 dengan jarak 0,670 m dengan

nilai sebesar 0,282E 9 N/m2(gambar 4.15 dan gambar 4.16).

b. Torsi 2 pada jarak 0,445 m dan gaya 1577532,6 N, maka distribusi

c. Torsi 3 pada jarak 0,970 m dan gaya 723713,4 N, maka distribusi

(73)

d. Torsi 4 pada jarak 2,170 m dan gaya 323503,2 N, maka distribusi

e. Torsi 5 pada dan jarak 3,370 m dan gaya 208309,2 N, maka distribusi

Dari perhitungan teori kegagalan von misses, diketahui bahwa akibat gaya yang

timbul akibat torsi, kondisi tidak aman terjadi pada torsi pertama karena distribusi

tegangan maksimum (282E 6 N/m2) terjadi lebih besar dari kekuatan tarik bahan

(225E 6 N/m2). Sedangkan pada torsi kedua, ketiga, keempat dan kelima

dinyatakan aman karena nilai tegangan maksimum terjadi lebih kecil dari

kekuatan tarik bahan.

5.2 Saran

1. Sebaiknya sebelum melakukan analisa, spesifikasi PC harus sesuai dan

mendukung untuk software Ansys 5.4, sehingga software tersebut dapat

berjalan dengan baik,

2. Pada penelitian ini, penulis memakai software Ansys 5.4 dimana pada

pemilihan material properties harus meng-input nilainya dari sumber lain

(bahan poros dipakai baja karbon), sehingga disarankan menggunakan

software misalnya nastran, solid works ataupun dengan software FEM lainya.

(74)

DAFTAR PUSTAKA

1. Moaveni, Saeed, Finite Element Analysis, Prentice Hall, New Jersey, 1999

2. E.Shigley, Joseph, D.Mitchell, Larry, Perencananaan Teknik Mesin jilid 2.

Trans. Ir. Gandhi Harahap, M,Eng. Edisi keempat, PT. Erlangga, Jakarta,

1995.

3. Hibbeler, R.C. Mechanics of Material, 6th ed. Prentice-Hall, Inc.,

Singapor, 2005.

4. Sularso, Ir.MSME, Suga, Kiyokatsu, Dasar–Dasar Perencanaan dan

Pemilihan Elemen Mesin, cetakan kesembilan, PT.Paradnya Paramitha,

Jakarta, 1997.

5. Susatio, Yerri, Dasar-Dasar Metode Elemen Hingga, Andi Yogyakarta,

Yogyakarta, 2004

7.

(75)

(76)

General Properties of Steels

The following table lists the typical properties of steels at room temperature (25°C). The wide ranges of ultimate tensile strength, yield strength, and hardness are largely due to different heat treatment conditions.

Properties Carbon Steels Alloy Steels Stainless Steels Tool Steels

Density (1000 kg/m3) 7.85 7.85 7.75-8.1 7.72-8.0 Elastic Modulus (GPa) 190-210 190-210 190-210 190-210 Poisson's Ratio 0.27-0.3 0.27-0.3 0.27-0.3 0.27-0.3 Thermal Expansion (10-6/K) 11-16.6 9.0-15 9.0-20.7 9.4-15.1

Melting Point (°C) 1371-1454

Thermal Conductivity (W/m-K) 24.3-65.2 26-48.6 11.2-36.7 19.9-48.3 Specific Heat (J/kg-K) 450-2081 452-1499 420-500

Electrical Resistivity (10-9W-m) 130-1250 210-1251 75.7-1020

Tensile Strength (MPa) 276-1882 758-1882 515-827 640-2000 Yield Strength (MPa) 186-758 366-1793 207-552 380-440

Percent Elongation (%) 10-32 4-31 12-40 5-25

Hardness (Brinell 3000kg) 86-388 149-627 137-595 210-620