SIMULASI PEMBEBANAN GAYA BERAT PADA
POROS DEPERICARPER FAN DI PABRIK KELAPA
SAWIT (PKS) KEBUN RAMBUTAN MENGGUNAKAN
MSC. NASTRAN 4.5
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
MHD. PRANATA SANJAYA NIM. 040401038
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
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 POROS DEPERICARPER FAN DI PABRIK KELAPA SAWIT (PKS)KEBUN RAMBUTAN MENGGUNAKAN MSC. NASTRAN 4.5.”
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. 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.
2. Kedua Orang tua saya yang saya cintai yang telah memberikan segala sesuatunya
dengan penuh ikhlas serta kakak dan abang dan special buat Boneka saya (Ais) kibo
dan kekasih tercinta (dwi) yang telah memberi semangat dan perhatiannya.
3. Seluruh staff pengajar di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara yang telah mengubah pola pikir saya serta ilmu yang sangat
berharga.
4. Seluruh pegawai Departemen Teknik Mesin, Bang Syawal, Kak Ismawati,
5. Kak Sonta dan Bang Fauzi atas segala bantuannya kepada penulis dalam pengurusan
6. Pimpinan dan karyawan Pabrik Kelapa Sawit Rambutan PTPN III yang telah
meluangkan waktunya untuk memberikan data dan masukan pada penulis selama
survey.
7. Teman–teman Teknik Mesin USU stambuk 2004 terutama (Partai LenG).
8. 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, Desember 2009 Penulis,
DAFTAR ISI
Hal
HALAMAN JUDUL
LEMBARAN PENGESAHAN DARI PEMBIMBING SPESIFIKASI TUGAS
KARTU BIMBINGAN TUGAS SARJANA
KATA PENGANTAR ... i
2.1.3 PRINSIP DAN DESAIN PENGUJIAN MODEL SKALA . 8 2.1.4 BAHAN POROS PADA CENTRIFUGAL FAN ... 10
2.2 PENGERTIAN DAN FUNGSI POROS ... 12
2.3 MACAM MACAM POROS ... 12
2.4 DIAMETER POROS 13
2.5 DAYA POROS 14
3.3 PEMBUATAN PROTOTYPE ... 26
3.4 UKURAN DIMENSI POROS 30
3.5 ANALISA GAYA PADA POROS DEPERICARPER FAN ... 31
3.6 PERHIYUNGAN GAYA ... 32
3.6.1 GAYA LUAR YANG TERJADI PADA POROS ... 33
3.6.2 GAYA DALAM YANG TERJADI PADA POROS ... 35
3.7 DIAGRAM ALIR SIMULASI ... 40
3.8 PROSEDUR SIMULASI ... 42
BAB 4 HASIL PEMBAHASAN 4.1 PENJELASAN ... 48
4.2 ANALISIS SIMULASI ... 48
4.3 ANALISA TORSI ... 61
BAB 5 KESIMPULAN 5.1 KESIMPULAN ... 62
5.2 SARAN ... 63
DAFTAR TABEL
halaman
Tabel 2.1 Jenis-Jenis Faktor Koreksi Berdasarkan
Daya yang Ditransmisikan……….. 14
Tabel 2.2 Baja Karbon Untuk Konstruksi Mesin
dan Baja Batang yang Difinis Dingin Untuk Poros…. 16
Tabel 2.3 Spesifikasi Bantalan Bola Unit Terpadu Model
Square Four Bolt……….. 20
DAFTAR GAMBAR
halaman
Gambar 1.1 Diagram Skematik Proses Pemisahan Antara Serabut
Biji sawit dengan Depericarper Fan ... 2
Gambar 2.1 Tiga Jenis Blade Axial Fanp ... 6
Gambar 2.2 Lima Jenis Blade Centrifugal Fan ... 7
Gambar 2.3 Model Skala Centrifugal Fan Tipe 2 SWSI ... 11
Gambar 2.4 Model Skala Impeller Centrifugal Fan ... 18
Gambar 2.5 Bantalan ... 20
Gambar 2.6 Poros ... 21
Gambar 2.7 Pulley ... 22
Gambar 2.8 Kondisi Pembebanan pada Poros ... 22
Gambar 3.1 Prototype Depericarper ... 27
Gambar 3.2 Desain Model Skala Depericarper Fan 30
Gambar 3.3 Ukuran Dimensi Poros Depericarper Fan 32
Gambar 3.4 Diagram Pembebanan pada Poros ... 33
Gambar 3.5 Diagram pembebanan pada Poros ... 35
Gambar 3.6 Diagram Alir Simulasi dengan Msc. Nastran 4.5... 41
Gambar 3.7 Tampilan Pembuka Msc. Nastran 4.5 ... 42
Gambar 3.8 Dialog Import Geometri ... 43
Gambar 3.9 Dialog Pendefenisian Material Properties ... 44
Gambar 3.10 Mendefinisikan Element/ Property Type ... 44
Gambar 3.11 Dialog Proses Meshing ... 45
Gambar 3.12 Geometri Hasil dari Proses Meshing ... 45
Gambar 3.13 Tampilan Constraint ... 46
Gambar 3.14 Tampilan Penerapan Load ... 47
Gambar 3.15 Tampilan Analyze ... 47
Gambar 4.1 Dialog Proses Analyzing ... 49
Gambar 4.2 Dialog Constraint 1 ... 49
Gambar 4.3 Constraint Pinned ... 50
Gambar 4.4 Dialog Constraint 2 ... 50
Gambar 4.5 Constraint Fixed ... 50
Gambar 4.6 Hasil Geometri Setelah Pemberian Constraint ... 51
Gambar 4.7 Kotak Dialog Penerapan Load ... 51
Gambar 4.8 Kotak Dialog Titik Load 1 ... 52
Gambar 4.9 Kotak Dialog Pemberian Load 1 ... 52
Gambar 4.10 Kotak Dialog Titik Load 2 ... 53
Gambar 4.11 Kotak Dialog Pemberian Load 2 ... 53
Gambar 4.13 Kotak Dialog Pemberian Load 3 ... 54
Gambar 4.14 Hasil Geometri Setelah Pemberian Load ... 55
Gambar 4.15 Tampilan Hasil Proses ... 55
Gambar 4.16 Tampilan View Select ... 56
Gambar 4.17 Hasil Solving The System ... 56
Gambar 4.18 Kondisi Torsi Tiap Jarak ... 57
Gambar 4.19 Hasil Simulasi Torsi ... 58
Gambar 4.20 Grafik Torsi 1 ... 58
Gambar 4.21 Hasil Simulasi Torsi 2 ... 59
Gambar 4.22 Grafik Torsi 2 ... 60
Gambar 4.23 Hasil Simulasi Torsi 3 ... 61
DAFTAR SIMBOL
ds Diameter Poros yang Direncanakan
Kt Faktor Koreksi untuk Kemungkinan
Terjadinya Tumbukan
Cb Faktor Koreksi untuk Kemungkinan
Terjadinya Beban Lentur
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Mesin dan peralatan di Pabrik Kelapa Sawit (PKS) memiliki variasi yang cukup banyak
sesuai fungsinya, dengan tujuan utama yaitu mengolah Tandan Buah Segar (TBS)
menjadi minyak sawit dan inti sawit dengan tingkat performa pengolahan yang disyaratkan, antara
lain:
1. Kapasitas olah dalam Ton TBS/Jam, misalnya: 30 Ton TBS/Jam, 45 Ton TBS/Jam dan
lainnya.
2. Rendemen produksi, misalnya rendemen minyak sawit sebesar 23 % serta inti sawit
sebesar 5%.
3. Mutu produksi, misalnya: Asam Lemak Bebas (ALB) minyak sawit maksimum 3,5 %,
kadar air inti sawit maksimum 7% dan lainnya.
4. Harga pokok pengolahan (Rp/kg) yaitu perbandingan jumlah berat TBS yang diolah
terhadap jumlah biaya yang dikeluarkan untuk mengolah TBS
5. Efisiensi proses pengolahan seperti: Efisiensi Pengutipan Minyak Sawit (EPM) sebesar
90 – 93 % dan Efisiensi Pengutipan Inti Sawit (EPI) sebesar 91-93%
6. Jam stagnasi, misalnya: maksimum 5%, yang merupakan indikator tingkat kehandalan
pabrik.
Untuk mencapai performa sesuai persyaratan, ada sejumlah faktor yang mempengaruhi
seperti: faktor desain layout PKS, desain proses, pemilihan jenis dan jumlah mesin/peralatan,
kondisi operasional mesin, serta pemeliharaan mesin dan peralatan. Keseluruhan faktor
ini pada perencanaan awal pembangunan PKS juga akan mempengaruhi besar biaya investasi
Depericarper fan adalah salah satu mesin tunggal yang berperan penting pada pengolahan
di dalam pabrik kelapa sawit(PKS). Depericarper fan merupakan fan jenis backward inclined
curve centrifugal fan type 2 SWSI, yang mana mesin ini berfungsi sebagai penyedia udara yang akan digunakan untuk memisahkan serabut dan biji sawit yang berasal dari ampas
press yang telah dicacah sebelumnya di cake breaker conveyor (CBC), seperti yang dapat dilihat
pada Gambar 1.1. Serabut yang telah dipisahkan merupakan bahan bakar utama untuk
pembangkitan listrik dan pembangkitan uap di PKS, selain cangkang yang berasal dari pengolahan
biji.
Gambar 1.1. Diagram skematik proses pemisahan antara serabut dengan biji sawit
dengan depericarper fan.
Dengan dilandasi pada latar belakang di atas dan melihat fungsinya yang cukup
vital dan sangat mempengaruhi elemen mesin, dalam hal ini adalah poros yang mengalami
pembebanan akibat Impeller dan pulley yang terdapat pada depericarper fan
Melihat bentuk dan ukuran yang begitu besar dan sulit untuk diteliti secara
detil di lapangan (PKS) maka penulis menggunakan prototype skala model,
prototype adalah skala lab yang telah dibuat tanpa mengurangi bentuk dan ukuran
yang sebenarnya. Prototype ini bertujuan untuk mempermudah dalam
pengambilan data dan melakukan analisa yang mempengaruhi pada poros.
1.2. Maksud dan Tujuan.
Maksud dari penelitian pada poros prototype Depericarper Fan ini adalah
untuk mengetahui distribusi tegangan akibat pembebanan gaya berat dan torsi
yang terjadi dengan menggunakan simulasi metode elemen hingga.
Tujuan dari penelitian pada poros prototype Depericarper Fan ini adalah
mensimulasikan dampak dari pembebanan akibat gaya berat dan torsi terhadap
distribusi tegangan dengan menggunakan software Msc. Nastran 4.5.
1.3. Batasan Masalah
Dalam penelitian ini penulis membatasi permasalahan meliputi yaitu
mensimulasikan distribusi tegangan akibat pembebanan gaya berat pada poros
1.4. Metode Penulisan
Metode penulisan yang digunakan dalam penulisan tugas sarjana ini
adalah :
1. Survey Lapangan
Survey lapangan telah dilakukan pada pabrik kelapa sawit (PKS) Rambutan milik
PT Perkebunan Nusantara III guna mendapatkan spesifikasi poros kemudian membuat
prototype skala model.
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 yang lain mengenai simulasi yang dibahas.
1.5. Sistematika 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,
alir menggunakan software Msc.Nastran 4.5, dan prosedur simulasi. Setelah data
yang diperoleh diperhitungkan, maka pada Bab 4 hasil disimulasikan diantaranya
analisis simulasi terhadap pembebanan. Dan pada Bab 5 berisikan kesimpulan
secara garis besar hasil simulasi dari kondisi pembebanan pada Poros Prototype
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Tinjauan Umum
2.1.1. Model Skala Centrifugal Fan
Secara teknis, fan dan blower merupakan dua alat/mesin yang berbeda yang memiliki
fungsi yang sama yaitu memindahkan sejumlah udara atau gas pada tekanan tertentu. Istilah fan
digunakan untuk menyatakan mesin yang tekanannya tidak melebihi 2 psig, sedangkan blower
untuk menyatakan mesin dengan tekanan discharge antara 2 – 10 psig. Untuk mesin dengan
tekanan discharge di atas 10 psig disebut sebagai kompresor. Istilah blower juga digunakan untuk
kompresor rotari (positive displacement) kapasitas aliran rendah yang memiliki rasio kompresi
tinggi.
2.1.2. Klasifikasi Fan
Fan dapat diklasifikasikan dalam 2 (dua) tipe yaitu: axial dan centrifugal. Axial fan
beroperasi seperti propeler, yang menghasilkan aliran udara disepanjang porosnya. Axial fan dapat
dibagi menjadi 3 jenis, yaitu: tube-axial fan, vane axial fan dan propeller fan, yang dapat dilihat
pada Gambar 2.1.
Tube-axial fan lebih efisien dari pada propeller fan dengan ciri housing fan yang
berbentuk silinder dipasang teapt pada radius ujung blade, dan diaplikasikan untuk sistem
pemanas, ventilasi, air conditioning dan industri, dengan tekanan rendah dan jumlah volume udara
yang dialirkan besar.
Vane axial fan merupakan fan axial dengan efisiensi tinggi dengan ciri housing fan yang berbentuk
silinder dipasang tepat pada radius blade, dan diaplikasikan untuk sistem sistem pemanas,
ventilasi, dan air conditioning yang memerlukan aliran lurus dan efisiensi tinggi. Propeller fan
yang dialirkan sangat besar volume. Fan jenis ini biasa diaplikasikan untuk sistem ventilasi yang
menembus tembok.
Gambar 2.1. Tiga Jenis Blade Axial Fan
Tipe kedua yaitu centrifugal fan menghasilkan aliran udara dengan mempercepat arus udara secara
radial dan mengubah energi kinetik menjadi tekanan. Centrifugal fan dapat menghasilkan tekanan
tinggi dengan efisiensi tinggi, dan dapat dibuat dalam berbagai tingkat kondisi operasional. Fan
jenis ini memiliki beberapa jenis blade.
Seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.2 (a) forward curve, (b) radial blade, (c) radial
tip, (d) backward-inclined, dan (e) air foil.
Gambar 2.2. Lima Jenis Blade Centrifugal Fan
(a) (b)
Forward curve fan memiliki kecepatan putar yang sangat rendah untuk mengalirkan
sejumlah udara serta bentuk lengkungan blade menghadap arah putaran, sehingga kurang efisien
dibandingkan tipe air foil dan backward inclined. Fan jenis ini biasanya diaplikasikan untuk
sistem pemanas bertekanan rendah, ventilasi, dan air conditioning radial blade fan secara umum
yang paling efisien diantara centrifugal fan yang memiliki bentuk blade mengarah titik poros. Fan
jenis ini digunakan untuk pemindahan bahan dan industri yang membutuhkan fan dengan tekanan
di atas menengah.
Radial tip fan lebih efisien dibandingkan fan tipe radial blade yang di desain tahan
terhadap keausan dan aliran udara yang erosif.
Backward-inclined fan memiliki blade yang lurus dengan ketebalan tunggal. Fan ini
diaplikasikan pada sistem pemanas, ventilasi, air conditioning dan industri dimana blade akan
mengalami lingkungan yang korosif dan lingkungan yang erosif.
Air foil fan adalah tipe centrifugal fan yang dikembangkan untuk memperoleh efisiensi
tinggi. Fan ini diaplikasikan pada sistem pemanas, ventilasi, air conditioning dan udara bersih
industri dimana penghematan energi sangatlah penting.
2.1.3. Prinsip dan Desain Pengujian Model Skala
Persyaratan dari suatu model yang diskalakan harus memenuhi ketiga tujuan berikut ini:
a. Dapat mentranformasikan secara proporsional fitur pada kondisi asli yang sulit untuk
ditangani sehingga dapat dikelola, seperti: ukuran yang sangat besar, aliran yang sangat
lambat, pelepasan energi yang sangat cepat, dan dimensi yang mikroskopis.
b. Memperpendek waktu eksperimen dengan menyederhanakan sejumlah variabel.
c. Dapat memberikan pemahaman yang mendalam terhadap suatu fenomena.
Berbagai jenis model telah banyak digunakan dengan tujuan yang berbeda, antara lain:
a. Model subjektif, model ini merupakan model konseptual yang dikembangkan oleh
filsuf atau sosiologis, untuk merefleksikan pandangannya terhadap struktur
b. Model kualitatif, model ini merupakan model yang sesuai dengan spesifikasi,
contohnya:
i. Breadboard model, yang memiliki sedikit kemiripan, namun fisiknya dapat
membantu dalam memastikan suatu alat baru dapat berfungsi dengan baik
ii. Mock-up model, yang menampilkan bagian eksternal dari suatu konsep baru
namun kurang berfungsi dengan baik.
iii. Test bed, pilot plant, dan development model, yang merupakan perangkaian awal
elemen yang esensial dari mesin baru, dengan tujuan untuk mengetahui adanya
malfuction dan untuk mengarahkan pengembangan selanjutnya.
iv. Prototype, merupakan produk akhir dari tahap pengembangan, dapat dilakukan
penyesuaian final dan mengawali suatu seri dari produksi awal.
c. Model Analog, model ini dirancang untuk menampilkan hubungan kuantitatif antar
parameter yang dapat diatur, contoh sederhananya: model boneka dari mobil, kapal,
pesawat terbang, dan peta geografi.
d. Model Matematis, model ini berkembang dengan adanya komputer dan analisis
sistem yang diterapkan mulai ilmu pengetahuan hingga keilmuan yang tidak dapat
diukur secara kualitatif seperti, perilaku manusia, proses kejiwaan, fungsi biologis,
rencana tata kota, dan management.
e. Model Skala, merupakan suatu model eksperimen/pengujian untuk menampilkan
perilaku fisik dari suatu fenomena asli, atau suatu prototype.
2.1.4. Bahan Poros Pada Centrifugal Fan
Dalam penelitian ini, poros ditumpu oleh dua buah bantalan yang terhubung dengan
motor listrik melalui V – Belt serta puli pada gambar 3.1 dengan data sebagai berikut :
• Daya motor : 1 HP
• Voltage : 380 volt
• Phase : 3
• Diameter puli : 100 mm di elektro motor 100 mm di fan/ blade
• Diameter poros : 25 mm
• Jenis Bantalan : bantalan bola (UKF 206 J/ FYH)
Material yang digunakan pada poros adalah DURINOX F12N sesuai data terlampir, dengan data sebagai berikut :
• Tensile Strenght : 455 Mpa
• Modulus Elastisitas : 220 GPa
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,
yang semuanya bekerja pada waktu yang sama.
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
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
dengan kejutan atau tumbukan besar, maka dipilih sebesar 1,5-3,0. Dalam hal ini
harga Kt diambil sebesar 3 karena cangkang terhisap langsung kedalam mesin fan
sehingga mendapatkan beban kejut atau tumbukan yang besar secara tiba-tiba.
Meskipun dalam perkiraan sementara ditetapkan bahwa beban hanya terdiri atas
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 Kernel pada Pabrik Kelapa Sawit, poros Depericarper Fan akan
mendapatkan daya dari boiler. Daya tersebut akan ditransmisikan dari turbin ke
poros melalui V-Belt. Daya merupakan daya nominal output dari motor
penggerak dalam hal ini turbin uap. 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
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
Dalam perhitungan poros ini diambil daya rata-rata sebagai daya rencana
dengan faktor koreksi sebesar fc = 2,0. 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 Pd yaitu :
Pd = N.fc ……….…...………...…………..[4, hal. 7]
Dimana :
Pd = daya rencana (kW)
fc = faktor koreksi
N = daya normal keluaran motor penggerak (kW)
Dengan adanya daya dan putaran, maka poros akan mendapat beban
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
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
tariknya dapat dilihat dari tabel 2.2.
Tabel 2.2 Baja karbon untuk konstruksi mesin dan baja batang yang difinis dingin untuk poros.
Standar dan macam Lambang
Perlakuan panas
Kekuatan tarik
(kg/mm2) Keterangan
Baja karbon konstruksi mesin (JIS G 4501)
Sumber: Sularso,Kiyokatsu Suga, “ Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen
Dalam perencanaan poros ini dipilih bahan jenis S30C yang dalam
perencanaannya diambil kekuatan tarik sebesar 2
/
48kg mm
b =
σ . 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 tarikσb, 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
pemilihan bahan diambil jenis S30C. Sedangakan nilai Sf2, karena poros yang
dirancang merupakan poros bertingkat, sehingga dalam perencanaannya faktor
keamanan diambil 1,4.
2.6. Pemeriksaan Kekuatan Poros
Ukuran poros yang telah direncanakan harus diuji kekuatannya. Pengujian
dilakukan dilakukan dengan memeriksa tegangan geser yang terjadi (akibat
tegangan geser izin yang dapat ditahan oleh bahan maka poros mengalami
kegagalan. Besar tegangan geser akibat momen puntir yang bekerja pada poros
diperoleh dari:
3
16 p
s
T d
τ =π …...……….[2, hal. 263]
dimana:
=
τp tegangan geser akibat momen puntir ( kg/mm
2 )
T = momen puntir yang terjadi (direncanakan) ( kg.mm )
ds = diameter poros ( mm )
2.7 Pemilihan Bahan
a. Impeller
Dalam penelitian ini bahan impeler centrifugal fan terbuat dari pelat
ferritic stainless steel buatan Durinox grade F12N [8], seperti yang dapat dilihat
pada Gambar 2.4.
Komposisi kimia ferritic stainless stell plate Durinox F12N antara lain:
• Carbon : 0.01 %
• Chromium : 11.5 %
• Ni : 0.4 %
• PRE : 11,5 %
Stainless steel grade PRE (pitting resistance equivalent) adalah petunjuk tingkat
ketahanan stainless steel terhadap korosi, semakin tinggi nilainya maka semakin
baik ketahanannya terhadap korosi.
b. Bantalan
Dalam penelitian ini Bantalan yang digunakan adalah bantalan bola unit
terpadu (ball bearing units) model square four bolt flanged UKF 206 J merk
FYH, seperti pada Tabel 2.3.
Tabel.2.3. Spesifikasi Bantalan Bola Unit Terpadu Model Square Four
Bolt Flanged
Bantalan bola unit terpadu FYH dibuat dengan bentuk yang bervariasi
untuk memenuhi standar bantalan bola deep groove dan housing yang
lubrikasinya terlindungi. Bantalan ini memiliki keunggulan self-aligning hingga
yang memudahkan dalam pemasangan serta dilengkapi dengan nipples lubrikasi
(gemuk) agarmemudahkan dalam pelaksanaan lubrikasi kembali, seperti pada
gambar 2.5.
Gambar .2.5. Bantalan
c. Poros
Dalam penelitian ini bahan Poros yang digunakan adalah baja karbon
konstruksi mesin (disebut bahan S-C) yang dihasilkan dari ingot yang dikil (baja
yang dideoksidasikan dengan ferrosilikon dan di cor, kadar karbon terjamin).
Meskipun demikian , bahan ini agak kurang tetap dan dapat mengalami deformasi
karena tegangan yang kurang seimbang misalnya bila diberi alur pasak karena
ada tegangan sisa di dalam terasnya, seperti yang dapat di lihat pada gambar 2.6.
d. Pulley
Jarak yang jauh antara dua buah poros sering tidak memungkinkan transmisi langsung dengan roda
gigi. Dalam hal demikian, cara transmisi putaran atau daya yang lain dapat diterapkan, dimana
sebuah sabuk-V dibelitkan sekelilig puli. Puli ini berpenampang bulat dengan diameter (4 in)
bertujuan untuk menghubungkan antara poros penggerak dengan poros motor, seperti yang dapat
dilihat pada gambar 2.7.
2.8. Kondisi Pembebanan Poros
Dari hasil pengamatan survey pada Depericarper Fan skala model, poros yang direncanakan
ditumpu oleh dua buah bantalan (bearing) serta menumpu satu Impeller (fan), dan satu buah pulley
untuk menghubungkan ke motor penggeraknya. Dengan kondisi pembebanan yang terjadi pada
Poros dapat di lihat pada gambar 2.8 di bawah ini.
Gambar 2.8. Kondisi Pembebanan pada Poros
W1 W2
W3
Keterangan gambar:
1. Impeller
2. Pulley
3. Bearing (Bantalan)
4. Poros
5. Bearing (Bantalan)
Dalam ilmu statika struktur, kita mengenal berbagai jenis tumpuan, yakni : 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.
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 2.9. 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 2.10. Jenis-Jenis Gaya Luar
2.9. MSC/NASTRAN 4.5
Metode Elemen Hingga (MEH) yang digunakan untuk menganalisa struktur diselesaikan
dengan bantuan NASTRAN, suatu paket program yang dikembangkan di Amerika Serikat oleh
National Aeronautics and Space Administration (NASA). Perangkat Schwendler Corporation
adalah program analisa elemen hingga untuk analisa tegangan (stress), getaran (vibration), dan
perpindahan panas (heat transfer) dari struktur dan komponen mekanika. Dengan
MSC/NASTRAN, kita dapat mengimport geometri CAD (Computer Aided Design) atau dengan
membuat geometri sendiri dengan MSC/NASTRAN.
Tidak ada masalah dimana kita membuat geometry, kita dapat memakai untuk membuat
model elemen hingga yang lengkap. Mesh, dapat dibuat dengan banyak metode: secara manual
sampai automatis. Pemakaian material dan penentuan sifat material dapat dibuat atau dipilih dari
MSC/NASTRAN’s libraries. Demikian juga banyak tipe kondisi batas dan kondisi pembebanan
dapat diterapkan.
Analisa tegangan dengan metode elemen hingga dapat memecahkan beberapa kasus
banyak menggunakan pendekatan prosedur dua dimensi. Prosedur dua dimensi digunakan karena
praktis lebih mendekati, dan modelnya lebih sederhana. Pada kasus yang sebenarnya analisa tiga
dimensi yang banyak digunakan karena analisa tegangan tiga dimensi dengan metode elemen
hingga mendekati masalah yang sebenarnya. F
RA
Y W
RBY
Kajian numerik yang umum digunakan dilakukan dengan dua cara yaitu dengan beda
hingga dan elemen hingga. Beda hingga (finite difference) dilakukan dengan mendiskretisasi
persamaan differensial. Metode ini memiliki kelemahan utama yaitu syarat-syarat batasnya sangat
susah dipenuhi. Kelemahan yang lain adalah akurasi hasil perhitungan yang relatif rendah. Kajian
elemen hingga adalah analisis pendekatan yang berasumsi peralihan atau asumsi tegangan atau
berdasarkan kombinasi keduanya pada setiap elemennya.
Mesh dapat dibuat dengan berbagai metode yaitu Generate Between, Generate Region,
On Geometry, Boundary Mesh, dan Transition. Material dan sifat material dapat dibuat atau dipilih
dari MSC/NASTRAN libraries. MSC/NASTRAN juga dapat menampilkan secara grafik setiap
BAB 3
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 bantuan software Msc.Nastran 4.5.
3.2. Tempat Dan Waktu 3.2.1. Tempat
Tempat pelaksanaan penelitian yaitu di laboratorium noise and vibration
teknik mesin pascasarjana Universitas Sumatera Utara Medan.
3.2.2. Waktu
Penelitian ini berlangsung selama ± 3 bulan yaitu pada bulan juni sampai
dengan agustus 2009.
3.3. Pembuatan Prototype
Prototype merupakan produk akhir skala model dari tahap pengembangan,
dapat dilakukan penyesuaian final dan mengawali suatu seri tanpa mengubah
bentuk dari produksi awal (sesungguhnya) yang kegunaannya untuk
mempermudah dalam
pengujian secara eksperimental dari bahan keseluruhan. Seperti yang dapat dilihat
Gambar 3.1. Prototype Depericarper Fan
Keterangan Gambar :
1. Motor Penggerak
2. Pulley
3. Poros
4. Impeller
Data-data dari hasil Depericarper Fan skala model diperoleh:
Panjang Poros : 317 cm terdiri dari:
- diameter poros pada Impeller 30 mm dan
- diameter poros pada Pulley 25 mm.
Berat Poros : 1,4 kg
Berat Impeller : 2,72 kg
Berat Bearing : 1, 3 kg
Berat Pulley : 1,25 kg 1
2
3
Data dari Depericarper Fan merupakan input pada simulasi yang akan di kerjakan.Untuk
menentukan daya perencanaan yang dibutuhkan oleh poros, dibutuhkan informasi berupa daya dan
putaran.
Daya yang terdapat pada motor adalah 1 HP dengan putaran n = 1500 rpm, dengan demikian dapat
kita hitung daya rencananya sebagai berikut:
P = 1.00 HP
= 1.00 x 0,735 kW
= 0,735 kW
n = 1500 rpm
Dari persamaan (1) diatas maka dapat diperoleh besarnya daya rencana adalah:
Pd = 2,0 x 0,735 kW
Pd = 1,47 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 = 1,47 kW dan putaran n = 1500 rpm, maka
momen puntirnya adalah:
T = 9,74 .105 x
Bahan poros jenis S30C yang dalam perencanaannya diambil kekuatan
tarik sebesar 2
/
48kg mm
b =
σ .Dari rumus diatas maka tegangan geser izin bahan
)
Maka diameter poros yang direncanakan :
ds=
Untuk momen puntir sebesar T = 954,52 kg.mm, dan diameter poros
ds=25mm, 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 = 2,66 kg/mm2, sehingga
dapat disimpulkan bahwa ukuran poros yang direncanankan cukup aman.
3.4. Ukuran Dimensi Poros
Dari perhitungan-perhitungan di atas dan data-data yang diperoleh dari hasil
Gambar 3.2. Ukuran dimensi Poros Depericarper Fan
3.5. Analisa Gaya Pada Poros Depericarper Fan
Poros ditopang oleh dua bantalan (Bearing) dan mengalami pembebanan oleh
gaya berat yang terdapat pada poros itu sendiri, Impeller, dan Pulley. 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)
W1 W 2
Gambar 3.3. Gambar Pembebanan pada Poros
Keterangan :
W1 = Berat Impeller (N)
W2 = Berat Pulley (N)
W3 = Berat Poros (N)
Untuk masing-masing benda dapat dihitung :
a. Berat Impeller
m = 2,72 kg
W1 = m . g
W1 = 2,72 kg . 9,81 m/s2
W1 = 26,6832 N
b. Berat Pulley
m = 1,25 kg
W2 = m . g
W2 = 1,25 kg . 9,81 m/s2
W2 = 12,2625 N
AY W3 BY
c. Berat Poros
m = 1,4 kg
W3 = m . g
W3 = 1,4 kg . 9,81 m/s2
W3 = 13,734 N
3.6. Perhitungan Gaya
Untuk menghitung variabel-variabel yang diakibatkan oleh gaya luar, perlu kita
ketahui syarat –syarat seimbangnya, yakni:
a. ∑ FY = 0
b. ∑ FY = 0
c. ∑ M = 0
3.6.1. Gaya Luar Yang Terjadi Pada Poros
Perlu kita ketahui, bahwa poros Depericarper Fan 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 diagram benda bebasnya,
2
Gambar 3.4. Diagram Pembebanan pada Poros
Dimana :
W1 = 26,6832 N
W2 = 12,2625 N
W3 = 13,734 N
Syarat seimbang pada kondisi pembebanan di atas:
a. ∑ FX = 0
Disini terdapat 2 variabel yang tidak diketahui yakni AY dan BY, maka
dapat kita peroleh nilainya dengan menghitung ∑ M = 0 nya terlebih dahulu
c. ∑ M = 0
• ∑ MA = 0
W1. 97 - W3. 13 + BY. 140 – W2. 220 = 0
2588,2704 – 178,542 + BY. 140 – 2697,75 = 0
BY. 140 = 288,0216
BY = 2,0573 N
Dari persamaan (3.1) maka dapat diperoleh nilai variabel AY sebagai
berikut:
AY – 52,6797 + BY = 0
AY – 52,6797 + 2,0573 = 0
AY = 50,6224 N
Dari perhitungan ∑ M = 0 diatas kita peroleh nilai BY sebesar 2,0573 N dan nilai
AY sebesar 50,6224 N.
3.6.2. Gaya Dalam Yang Terjadi Pada Poros
Untuk menghitung gaya-gaya dalam terjadi dapat dihitung berdasarkan diagram
W1 W2 W3
A B
Mx
B’
Nx
Vx
97
• ∑ Fy = 0
-W1 - Vx = 0
Vx = -26,6832 N
• ∑ MA’ = 0
W1x + Mx = 0
Mx = -W1x
= - 26,6832x
x = 0 Mx = 0 N.m
x = 0,097m Mx = -2,588 N.m
b.
97 ≤ x ≤ 110
• ∑ Fx = 0
Nx = 0
• ∑ Fx = 0
-W1 + Ay –Vx = 0
Vx = -26,6832 + 50,6224 – 13,734 + 2,0573
= 12,2625 N
• ∑ MD’ = 0
-W1x –Ay(x-97) – W3(x-110) – By(x-250) + Mx = 0
Mx = 12,2625x + 3,9139578
x = 0,25 Mx = -0,848 N.m
x = 0,317 Mx = -0,0267 N.m
3.7. Diagram Alir Simulasi
Dalam skripsi ini, aliran proses simulasi menggunakan bantuan software
pendukung, disini saya menggunakan software Msc.Nastran 4.5. Dengan
menggunakan flow chart akan memudahkan dalam menganalisa tahapan-tahapan
dalam proses simulasi tersebut. Pada gambar 3.6 berikut ini disajikan flow chart
diagram alir simulasi dengan Msc.Nastran 4.5.
B
Material Properties
Import Geometry
Element/Property Type
Start
Gambar 3.6. Diagram Alir Simulasi dengan Msc. Nastran 4.5. 3.8. Prosedur Simulasi
3.8.1. Permodelan Poros Depericarper Fan
Karena keterbatasan software Msc. Nastran 4.5 dalam hal permodelan,
maka proses permodelan akan menggunakan bantuan software Autocad 2000.
Dengan menggunakan autocad 2000 pemodelan dibuat 3 dimensi dalam bentuk
solid sehingga dapat di export dalam format *.sat. Format tersebut mampu dibaca Tidak
Ya Berhasil ?
Constraint
Berhasil ?
Ya
Tidak
Meshing
Result
Finish Analyzing
Load
secara baik oleh Msc. Nastran 4.5 baik dimensi maupun goemetri objeknya.
3.8.2. Proses import ke Msc Nastran
Hasil asembling dari autocad kemudian di export ke Software simulasi.
Simulasi dilakukan dengan menggunakan software komputer Msc. Nastran 4.5,
dimana software program ini mampu melakukan analisa pembebanan statis dan
dinamis, analisa temperatur, deformasi, defleksi, tegangan pada truss, dan
sebagainya. Pada gambar 3.7. merupakan tampilan awal Msc.Nastran 4.5.
Gambar 3.7. Tampilan Pembuka Msc. Nastran 4.5
Adapun proses import dari autocad dilakukan langsung dari program Msc.
Nastran yaitu dari menu file pilih import geometri. Pada gambar 3.8. akan tampak
Gambar 3.8. Dialog Import Geometry
3.8.3. Mendefinisikan Material Properties
Langkah selanjutnya adalah menentukan sifat material poros. Jenis
material yang digunakan adalah baja karbon. Langkah mendefenisikan material
properties adalah sebagai berikut: pilih model > Material. Berikut merupakan
tampilan dialog pendefinisian material properties (Gambar 3.9).
3.8.4. Mendefinisikan Element/Property Type
Untuk mendefinisikan karakteristik geometri, maka langkah prosesnya
adalah sebagai berikut: pilih menu Model >Property. Lalu pilih jenis materialnya
dan jenis element yang akan dianalisa, dipilih elemen solid seperti pada gambar
3.10 dibawah ini.
Gambar 3.10. Mendefinisikan Element/Property Type. 3.8.5. Proses Meshing
Ukuran mesh sangat mempengaruhi hasil dalam analisa ini. Namun dalam
skripsi ini tidak dibahas lebih lanjut mengenai pengaruh ukuran tersebut. Di sini
proses menerapkan ukuran mesh sesuai kemampuan komputer yaitu dengan
X Y
Z
X 135.2597
150.2597 165.2597 Y
142.1307 157.1307 V1
Gambar 3.11. Dialog Proses Meshing
Gambar 3.12. Geometri Hasil dari Proses Meshing
Gambar 3.12 diatas merupakan tampilan geometri hasil dari proses
meshing, dengan melakukan perintah element size dirubah menjadi 10 dan klik
OK.
3.8.6. Penerapan Constraint
Pada penerapan constraint langkah perintahnya adalah pilih menu model >
constraint > set. Masukan nama pada constraint lalu klik OK. Kemudian pilih
constraint dan pilih jenis constraint pinned. Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat
seperti terlihat pada Gambar 3.12.
Gambar 3.12. Kotak Dialog Constraint
Gambar 3.13. Tampilan Constraint 3.8.7. Penerapan Load
Besar nilai pembebanan yang diberikan merupakan nilai beban yang
terjadi oleh Impeller,Pulley dan poros itu sendiri. Untuk memasukkan nilai
pembebanan dilakukan dengan cara: pilih menu model> load >set > on elements
Gambar 3.14. Tampilan Penerapan Load 3.8.8. Proses Analyzing
Untuk menganalisa dilakukan dengan cara: pilih menu file > Analyze > OK.
Tampilan Analyze seperti tampak pada gambar 3.15.
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Penjelasan
Pada bab ini penulis membahas simulasi proses terjadinya pembebanan
yang dialami poros akibat dari impeller dan pulley.
Pembebanan terjadi pada poros hanya dipengaruhi oleh berat impeller dan
pulley yang diperhitungkan sebagai load (beban) serta gaya reaksi dari 2 bantalan
yang dijadikan sebagai tumpuan. Tumpuan yang dipakai pada poros ini ada 2 jenis
yakni: tumpuan jenis rolled dan tumpuan jenis pinned.
Sehingga nantinya akan dapat dilihat akibat load (beban) yang diberikan
terhadap kondisi poros tersebut dan dapat diketahui distribusi tegangannya.
4.2. Analisis Simulasi
1. Proses
Dalam simulasi ini dianggap bahwa beban yang diberikan dalam keadaan
statik. Untuk menganalisa dilakukan dengan cara: pilih menu file > Analyze > OK.
Gambar 4.1. Dialog Proses Analyzing
2. Penerapan constraint
Pada penerapan constraint langkah perintahnya adalah pilih menu model >
constraint > set. Masukan nama pada constraint lalu klik OK. Kemudian pilih
menu model > constraint > on surface, lalu pilih bagian bawah poros sebagai
constraint dan pilih jenis constraint pinned. Seperti terlihat pada Gambar 4.2 dan
Gambar 4.3.
Gambar 4.3. Constraint Pinned
Pada poros terdapat juga terdapat constraint fixed, seperti tampak pada
kotak dialog gambar 4.4. dan gambar 4.5. dibawah ini.
Gambar 4.4. Dialog Constraint 2
Gambar 4.6. Hasil Geometri Setelah Pemberian Constraint
3. Penerapan Load
Untuk memasukkan nilai pembebanan dilakukan dengan cara: pilih menu
model> load >set > on elements seperti terlihat pada gambar 4.6.
Gambar 4.7. Kotak Dialog Penerapan Load
X Y
Z
123456 123
123456 123456 123123
123456 123456 123123
123456 123
Proses pembebanan yang dialami pada poros terjadi 3 tahap yakni
pembebanan oleh impeller. Terlebih dahulu titik load pada pembebanan akibat
impeller ditentukan, seperti tampak pada gambar di bawah ini.
Gambar 4.8. Kotak Dialog Titik Load 1
Setelah penentuan titik pembebanan atau titik load maka nilai pembebanan
dapat diberikan, seperti tampak pada gambar dibawah ini.
Kedua merupakan pembebanan oleh pulley, terlebih dahulu penentuan titik
pembebanannya atau titik load 2, seperti tampak pada gambar di bawah ini.
Gambar 4.10. Kotak Dialog Titik Load 2
Setelah pemberian titik pembebanan, maka dimasukan nilai pembebanan
atau nilai load 2, seperti dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Terakhir merupakan pembebanan oleh berat poros itu sendiri, sama seperti
pada tahap-tahap sebelumnya yakni pemberian titik load 3. Seperti tampak pada
gambar dibawah ini.
Gambar 4.12. Kotak Dialog Titik Load 3
Kemudian nilai pembebanan di-input-kan kedalam kotak dialog yang
tersedia, seperti dapat dilihat pada gambar 4.12 di bawah ini.
X
Gambar 4.14. Hasil Geometry Setelah Pemberian Load
Pada gambar 4.14. di atas menunjukkan hasil geometri setelah mendapat
pembebanan (load) oleh impeller dan pulley.
4. Solving The System
Selanjutnya kita akan melihat hasil tampilan proses dari dari pembebanan
seperti dapat kita lihat pada gambar 4.14 di bawah ini.
Gambar 4.15. Tampilan Hasil Proses
Pada tampilan gambar di atas menunjukkan bahwa proses berjalan
Gambar 4.16. Tampilan View Select
Setelah solving the system dijalankan akan diperoleh hasil sebagai berikut.
Gambar 4.17. Hasil Solving The System
Dari Gambar diatas diketahui batas tegangan maksimum Solid Von Mises Stress
adalah 1,993 MPa.
4.4. Analisa Torsi
Dalam menganalisa torsi pada poros depericarper fan, permodelan di buat
dalam bentuk 2D. Sebelum di input ke dalam program, terlebih dahulu dilakukan
perhitungan teoritisnya sebagai berikut:
T = F . s
F3
F1
F2
F = gaya (N) s = jarak (mm)
dalam kasus ini nilai torsi diperoleh dari perhitungan momen torsi yakni
T = 954,52 kg.mm x 9,806 m/s2
= 9360,02 N.mm
Gambar 4.13. Kondisi Torsi Tiap Jarak
1. Torsi 1
Pada kasus 1, torsi disebabkan oleh gaya F1 dengan jarak s1 = 27 mm,
maka gaya F1 diperoleh:
T = F1 s1
9360,02 N.mm = F1 27 mm
F1 = 346,66 N
Dengan gaya F1 = 346,66 N dan jarak s1 = 27 mm, maka mill shaft roll
shell mengalami torsi seperti ditunjukan pada gambar 4.14. mm
XY 346.66346.66346.66346.66
123 123 123 123123123
123123 123123123123
123123123
123123123 123123123123123123123123123123123123123123
27.69
1826 2115 2404 2693 2982 3271 3560 3849 4138 4427 4716 5005 5294 5583 5872 6161
Element ID 2809
5686
Gambar 4.14. Hasil simulasi torsi
Dari hasil simulasi diatas, dapat kita peroleh grafik untuk torsi 1 sebagai berikut.
Gambar 4.15. Grafik torsi 1
Dari grafik diperoleh data bahwa distribusi tegangan max terletak pada node 2809
dengan jarak 27 mm dengan nilai sebesar 2769 N/mm2 = 2769 MPa.
2. Torsi 2
Pada kasus 2, torsi disebabkan oleh gaya F2 dengan jarak s2 = 33 mm,
T = F2 s1
9360,02 N.mm = F2 33 mm
F2 = 283,63 N
Dengan gaya F2 = 283,63 N dan jarak s2 = 33 mm, maka mill shaft roll
shell mengalami torsi seperti ditunjukan pada gambar 4.16 di bawah ini.
Gambar 4.16. Hasil simulasi torsi 2
Dari hasil simulasi diatas, dapat kita peroleh grafik untuk torsi 2 sebagai berikut
Gambar 4.17. Grafik torsi 2
X 283.63283.63283.63283.63
123 123
123 123123123123
123123123
123123123123 123123123123123123123123123123 123123123
123 123123123123
229.2
1: MSC/NASTRAN Case 1, Solid Y Normal Stress -40.75
1826 2115 2404 2693 2982 3271 3560 3849 4138 4427 4716 5005 5294 5583 5872 6161
Element ID 2123
X 29.5229.5229.5229.52 123
123123123123 123123123123123123123123123123123 123123123
123 123123123
27.45
Dari grafik diperoleh data bahwa distribusi tegangan max terletak pada node 2123
dengan jarak 33 mm dengan nilai sebesar 22959 N/mm2 = 22959 MPa
3. Torsi 3
shell mengalami torsi seperti ditunjukan pada gambar 4.18.
Dari hasil simulasi diatas, dapat kita peroleh grafik untuk torsi 3 sebagai
berikut.
Gambar 4.19. Grafik torsi 3
Dari grafik diperoleh data bahwa distribusi tegangan max terletak pada node 5293
dengan jarak 1278.26 mm dengan nilai sebesar 8265 N/mm2 = 8265MPa.
1: MSC/NASTRAN Case 1, Solid Z Normal Stress -15.36
1826 2115 2404 2693 2982 3271 3560 3849 4138 4427 4716 5005 5294 5583 5872 6161
Element ID 5293
BAB 5
KESIMPULAN
5.1. Kesimpulan
1. Pembebanan yang dialami poros akibat beban impeller, pulley dan poros
itu sendiri, hasil simulasi diperoleh distribusi tegangan terletak pada kiri
bawah dari bantalan A sebesar 1,993 N/mm2 (gambar. 4.18).
2. Saat terjadi hentakan / kejutan yang dialami poros depericarper fan akibat
adanya slip saat berputar maka poros depericarper fan mengalami
distribusi tegangan pada tiap-tiap titik sepanjang mill shaft roll shell yakni:
a. Torsi 1 pada jarak 27 mm dan gaya 346,66N,
maka distribusi tegangan terletak pada jarak 27mm dengan nilai
sebesar 27,69 N/mm2 (gambar. 4.14).
b. Torsi 2 pada jarak 33 mm dan gaya 283,63N,
maka distribusi tegangan terjadi pada jarak 33mm dengan nilai
sebesar 229,2 N/mm2 (gambar. 4.16).
c. Torsi 3 pada jarak 317 mm dan gaya 29,52N,
maka distribusi tegangan terletak pada jarak 317mm dengan nilai
5.2. Saran
1. Sebaiknya sebelum melakukan analisa, spesifikasi PC harus sesuai dan
mendukung untuk software Msc.Nastran, sehingga software tersebut dapat
berjalan dengan baik,
2. Simulasi dengan menggunakan bantuan komputer sangat membantu dalam
proses desain komponen suatu mesin. Namun pengujian laboratorium juga
merupakan syarat yang mutlak untuk mengetahui kondisi di lapangan.
3. Untuk meneruskan penelitian ini penulis mengharapkan agar penelitian
selanjutnya dilakukan pada Depericarper Fan yang sebenarnya.
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
6. http://www.eFunda:TypicalProperties of Steels.com
7. http://www.AlbertaCanada.com
