LEMBAR PENGESAHAN ANALISA STRUKTUR KONSTRUKSI BOX PANEL FREE STANDING STANDAR PT INDUSTIRA

(1)

LEMBAR PENGESAHAN

ANALISA STRUKTUR KONSTRUKSI BOX PANEL

FREE STANDING STANDAR PT INDUSTIRA

Disusun oleh :

Dhony Fajar Prasetyo

NIM 4130412-042

Koordinator Tugas Akhir Pembimbing

( Ariosuko DH. ST ) ( Ir. Rulli Nutranta M.Eng )

Jakarta, Maret 2007 Mengetahui

Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

(2)

HALAMAN MOTO DAN PERSEMBAHAN

MOTTO

• Hidup adalah perjuangan.

• Tidak ada yang mudah tetapi tidak ada yang tidak mungkin.

(COLOMBUS)

• Sesungguhnya sesudah kesulitan itu adalah kemudahan.

(QS : 94 : 6)

• Salah satu perbedaan yang mendasar antara orang sukses dengan orang yang tidak sukses adalah terletak pada penggunaanya waktu senggangnya.

(W.J. BROWN)

• Science without religion is blind, religion without science is lame

(A. EINSTEIN) • Jangan menyerah sebelum anda melakukn sekali lagi, jangan takut jatuh,

selagi anda masih mampu berdiri. Kesuksesan akan menjadi milik orang yang memiliki semangat juang tinggi. ubahlah apa yang tidak mungkin menjadi mungkin.

(ROBERT R. TIYOSAKI)

Tugas Akhir ini saya persembahkan kepada : Agamaku Islam dan Almamaterku.

Ibu tercinta dan Ayah yang memberikan segala sesuatu yang terbaik bagiku.

My soulmate Endah Jubaedah, thanks for your love.

My inspiration, motivation and thinking made this finally job finish.

Semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini.

(3)

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh sebutan keahlian di suatu jenjang perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah/karya tugas akhir ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Jakarta, Maret 2007

Dhony Fajar Prasetyo NIM. 4130412-042

(4)

ABSTRAK

Analisa ini membahas tentang kekuatan konstruksi box free standing HML standar dari PT Industira. Dalam analisa ini menggunakan metode kesetaraan, yaitu analisa yang dilakukan adalah analisa pada konstruksi yang sudah ada yang paling sering digunakan. Konstruksi tesebut berdimensi lebar 600mm, tinggi 1900 mm dan tebal 600 mm.

Material yang digunakan untuk pembuatan konstruksi box ini adalah plat SPHC 2 mm, dengan dibending atau ditekuk sedemikian rupa dan di gabungkan dengan dilas hingga membentuk suatu konstruksi box. Analisa yang dilakukan adalah dari segi kekuatan box terhadap berat komponen dan gaya short circuit yang terjadi sewaktu komponen yang berada didalam box dialiri arus listrik. Berat komponen yang berada didalam konstruksi diasumsikan 650 Kg. Dari perhitungan antara besarnya arus dan jarak antar busbar didapat gaya short circuit sebesar 7109 N. Analisa terhadap gaya yang mampu ditahan oleh konstruksi adalah sebesar 69.302 N.

Dari analisa perhitungan terhadap berat komponen, short circuit dan gaya konstruksi maka dapat disimpulkan bahwa konstruksi box aman terhadap gaya – gaya yang terjadi terhadap konstruksi.

(5)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan karunia-NYA sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.

Skripsi dengan judul “Analisa Struktur Konstruksi Box Panel Free Standing Standar PT Industira” ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan Strata I Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknologi Industri Universitas Mercu Buana.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa tugas akhir ini selesai berkat bantuan moril maupun material dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Ir. Rulli Nutranta, selaku pembimbing I yang telah banyak memberikan bimbingan dan pengarahan selama penulisan Tugas Akhir ini. 2. Ayah dan Ibu serta seluruh keluarga yang telah memberikan dorongan dan

motivasi baik secara moral maupun material untuk keberhasilan penulis. 3. Teman – teman PKSM Teknik Mesin angkatan 2005 yang telah memberi

dorongan selama penyelesaian tugas akhir.

4. Heri Kusuma Dharma selaku Engineering Riset & Development PT Industira, yang banyak membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini. 5. Pihak management PT Industira, yang telah mengijinkan penelitian

terhadap produk PT Industira.

6. Endah Jubaedah, yang telah memberikan dukungan moril kepada penulis serta semua pihak yang telah memberikan bantuan kepada penulis hingga terselesainya penulisan skripsi ini.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan dan jauh dari sempurna dalam pembuatan tugas akhir ini, sehingga segala saran dan kritik akan diterima dengan senang hati. Akhir kata penulis berharap semoga tugas akhir ini akan memberikan sumbangan yang berarti bagi perkembangan ilmu dan teknologi.

(6)

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PENGESAHAN ... ii

HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN ... iii

HALAMAN PERNYATAAN ... iv

ABSTRAK ... v

KATA PENGANTAR ... vi

DAFTAR ISI ... vii

DAFTAR LAMPIRAN ... x

DAFTAR GAMBAR ... xi

DAFTAR SIMBOL DAN NOTASI ... xii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Alasan Pemilihan Judul ... 2

1.3 Perumusan Masalah ... 3

1.4 Batasan Masalah ... 4

1.5 Tujuan Penelitian ... 4

1.6 Metodologi Penulisan ... 5

a. Obyek Penelitian ... 5

b. Teknik Pengumpulan Data ... 5

1.7 Sistematika Penulisan ... 6

BAB II DASAR TEORI 2.1 Tinjauan Umum Box Free Standing ... 8

2.2 Jenis Box Free Standing ... 8

2.3 Analisa Gaya ... 11

2.3.1 Momen Inersia Frame ... 11

2.3 .2 Gaya Defleksi Yang Diiinkan ... 12

(7)

c. Struktur Balok Tumpuan Dengan Posisi Beban

Tidak Tetap ... 14

d. Struktur Balok Tumpuan Balok Cantilever Dengan Beban Seragam ... 15

2.3.3 Gaya Short Circuit ... 16

2.3.4 Diameter Eye Bolt ... 17

2.3.5 Perhitungan Kekuatan Baut ... 17

2.3.6 Tegangan Yang Diijinkan dan Faktor Keamanan ... 18

BAB III DESAIN KONSTRUKSI 3.1 Desain Konstruksi Box Free Standing HML ... 21

BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA 4.1 Perhitungan Lay Out Dan Proses Pengerjaan ... 27

4.1.1 Lay Out Frame Tegak Depan Kanan dan Kiri ... 28

4.1.2 Lay Out Frame Tegak Belakang Kanan dan Kiri ... 30

4.1.3 Lay Out Frame Lebar Depan Atas dan Bawah ... 31

4.1.4 Lay Out Frame Lebar Belakang Atas dan Bawah ... 32

4.1.5 Lay Out Frame Tebal Atas dan Bawah ... 33

4.2 Perhitungan Short Circuit ... 34

4.2.1 Perhitungan Shot Circuit 50 kA – (5000 A) ... 35

4.3 Perhitungan Gaya yang Terjadi Pada Frame ... 41

4.3.1 Perhitungan Momen Inersia Fame Tegak Deapn ... 41

(8)

4.4.1 Ditinjau dari gaya geser permuakaan sisi – sisi baut... 47 4.4.2 Ditinjau dari gaya tarik pada diameter baut ... 48 4.5 Perhitungan Kekuatan Eye Bolt ... 49

BAB VI PENUTUP

5.1 Kesimpulan ... 51 5.2 Saran ... 52

DAFTAR PUSTAKA ... ix LAMPIRAN

(9)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Spesifikasi Bahan Teknik Lampiran 2. Momen Inersia Benda

Lampiran 3. Lanjutan Momen Inersia Benda Lampiran 4. Lanjutan Momen Inersia Benda Lampiran 5. Tabel Angka Keamanan Lampiran 6. Tabel Dimensi Baut & Mur Lampiran 7. Nilai Koefisien

(10)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Konstruksi Box ... 3

Gambar 2.1 Rangka Box Free Standing Tipe HMK ... 9

Gambar 2.2 Rangka Box Free Standing Tipe HML ... 10

Gambar 2.3 Momen inersia benda ... 11

Gambar 2.4 Balok tumpuan beban terpusat ... 12

Gambar 2.5 Balok tumpuan beban merata ... 13

Gambar 2.6 Balok tumpuan beban tidak tetap ... 14

Gambar 2.7 Balok tumpuan cantilever beban seragam ... 15

Gambar 2.8 Lay Out Busbar ... 16

Gambar 2.9 Baut M6 ... 17

Gambar 3.1 Konstruksi Box Panel Free Standing HML ... 22

Gambar 4.1 Pembengkokan ... 27

Gambar 4.2 Penampang Frame Depan Kanan Kiri ... 28

Gambar 4.3 Penampang Frame Tegak Belakang Kanan dan Kiri ... 30

Gambar 4.5 Penampang Frame Lebar Belakang Atas dan Bawah ... 32

Gambar 4.6 Penampang Frame Tebal Atas dan Bawah ... 33

Gambar 4.7 Lay Out Busbar 50kA – (5000A) ... 35

Gambar 4.10 Lay Out Busbar 50kA – (4500A) ... 39

Gambar 4.11 Lay Out Busbar 50kA – (1500A) ... 40

Gambar 4.12 Penampang Frame Tegak Depan Kanan dan Kiri ... 41

(11)

DAFTAR SIMBOL DAN NOTASI

Simbol Satuan A Luas mm2 B Panjang busur mm Dc Diamter ulir mm D Diameter baut mm E Modulus elastisitas N/mm2

F Gaya yang bekerja N

Fb1 Gaya bending N

Fb Gaya baut N

Fsc Gaya Short Circuit daN

Fn Gaya normal N

g Percepatan gravitasi m/det2

I Momen inersia mm4

Isc Arus hubungan singkat kA

K Konstanta

l Panjang mm

n Jumlah baut

P Penetrasi mm

Rd Radius penekukan mm

R1 Radius luar penekukan mm

Sn Defleksi ijin mm

t Tebal plat mm

v Angka keamanan

W Berat N

(12)

σtm Tegangan tarik maksimum N/mm2

(13)

BAB I PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang Masalah

Kemajuan dunia industri di Indonesia berkembang sangat pesat, terutama untuk industri – insustri yang bergerak dalam kebutuhan panel listrik. Dalam industri panel listrik sendiri untuk penempatan komponen – komponen yang mendukung suatu sistem tertentu dibutuhkan suatu tempat atau ruangan sendiri. Ruangan ini bisa berupa box panel free standing, wall mounting, kios, dan masih banyak lagi macam – macam tipe box.

Dalam menempatkan komponen – komponen untuk panel listrik tipe tegangan menengah keatas maka digunakan type box free standing. Adapun untuk box free standing sendiri terdiri dari bermacam – macam ukuran, mulai dari yang terkecil sampai yang sangat besar. Besar kecilnya dimensi box ini tergantung dari jenis komponen didalamnya.

Berdasarkan uraian diatas penulis mencoba untuk menganalisa struktur konstruksi box free standing standar PT Industira. Analisa ini diharapkan dapat memberi masukan kepada perusahaan, dalam hal ini kepada PT Industira dalam menentukan jenis konstruksi untuk penempatan komponen – komponen elektrical. Sehingga didapatkan suatu konstruksi yang kuat dan dapat menunjang dari fungsi secara keseluruhan.

(14)

I.2. Alasan Pemilihan Judul

Dalam penyusuna Tugas Akhir ini penulis memilih judul “ Analisa Struktur Konstruksi Box Panel Free Standing Standar PT Industira “

Box ini nantinya digunakan untuk menempatkan kompoenen – komponen dan material elektrik lainnya untuk menjalankan suatu sistem elektrical.

Hal – hal lain yang mendasari penulis memilih judul ini adalah ; 1. Analisa ini bertujuan untuk mencari sebuah konstruksi yang kuat. 2. Belum adanya penelitian mengenai struktur konstruksi box standar 3. Dari hasil analisa ini nantinya akan menjadikan standar baku dalam

menentukan konstruksi box panel di PT Industira.

Adapun bentuk dan konstruksi dari box free standing adalah seperti gambar 1.1.

(15)

Gambar 1.1 Konstruksi Box

I.3. Perumusan Masalah

(16)

I.4. Batasan Masalah

Untuk menghindari meluasnya permasalahan agar lebih terfokus maka ditentukan batasan-batasan masalahnya sebagai berikut:

1. Pengamatan hanya dilakukan pada segi kekuatan konstruksi box.. 2. Box free standing yang dianalisa berdimensi W = 600mm, H = 1900,

dan D = 600

3. Box tersebut dalam standar PT Industira dinamakan Box tipe HML. 4. Analisa dibatasi hanya untuk struktur rangka box.

I.5. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penulisan dan pemecahan masalah tentang analisa kekuatan konstruksi dari box HMK ini yaitu:

1. Untuk memenuhi salah satu syarat dalam menempuh gelar sarjana pada jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercubuana Jakarta..

2. Mahasiswa dapat menerapkan ilmu yang telah diperoleh di bangku kuliah didunia nyata sehingga ilmu yang diperoleh dibangku kuliah tersebut tidak mubadzir.

3. Mahasiswa dapat mendalami ilmu dibangku kuliah dengan mendetail karena tuntutan untuk menerapkan didunia nyata.

4. Mahasiswa dapat menciptakan sebuah pemikiran hasil analisa yang dapat bermanfaat bagi dunia industri maupun masyarakat.

(17)

5. Perusahaan mendapatkan suatu hasil analisa yang sangat bermafnaat bagi perusahaam dalam menentukan sebuah konstruksi yang cocok untuk pembuatan penel listrik.

I.6. Metodologi Penulisan

Dalam penyusunan tugas akhir ini sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan studi pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercubuana Jakarta digunakan beberapa metode, yaitu:

a. Obyek Penelitian

i. Data Primer

Adalah data yang diperoleh secara langsung dari obyek box free standing HMK yang akan diteliti.

ii. Data Sekunder

Adalah data yang diperoleh dari studi pustaka dan data-data atau dokumen yang sudah dibuat oleh orang lain.

b. Teknik Pengumpulan Data

Adapun teknik-teknik yang digunakan dalam pengumpulan data adalah:

i. Metode Interview

Adalah metode pengumpulan data dengan cara mengadakan interview secara langsung dengan bagian yang bersangkutan untuk memperoleh data yang diperlukan.

(18)

ii. Metode Observasi

Adalah metode pengumpulan data dengan dengan mengadakan pengamatan dan pencatatan secara langsung pada obyek penelitian untuk mendapatkan data serta informasi yang dibutuhkan.

iii. Metode Studi Pustaka

Adalah metode pengumpulan dari referensi buku-buku literature yang berhubungan dengan masalah-masalah yang akan dibahas.

I.7. Sistematika penulisan

Dalam penulisan tugas akhir ini penulis menggunakan sistematika penulisan sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Berisi tentang : latar belakang, tujuan penulisan, perumusan masalah, sistematika penulisan.

BAB II DASAR TEORI

Berisi tentang : landasan teori yang digunakan dalam perhitungan dan analisa.

BAB III DESAIN KONSTRUKSI

Berisi tentang : penentuan desain konstruksi yang akan dianalisa dan gambaran umum mengenai konstruksi box.

BAB IV PEPERHITUNGAN DAN ANALISA

Berisi tentang : Analisa mengenai struktur konstruksi terhadap pembebanan akibat gaya berat box dan gaya short circuit.

(19)

BAB V KESIMPULAN

Berisi tentang : kesimpulan dan saran dari hasil analisa. DAFTAR PUSTAKA

(20)

BAB II DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Umum Box Free Standing

Box free standing adalah suatu konstruksi box dimana box ini untuk pemasangannya atau penempatannya sesuai dengan namanya “free standing” dilakukan berdiri sendiri diatas base atau digabungkan dengan

box lain. Adapun mengenai dimensi box ini bervariasi menurut jenisnya, dan harus sesuai dengan komponen – komponen yang ada didalamnya.

Box free standing ini sering digunakan untuk panel distribusi, dimana dalam penempatannya di lapangan tidak hanya terdiri dari 1 jenis, melainkan banyak panel dengan fungsi yang berbeda – beda pula, yang kesemuanya di gabung menjadi satu.

2.2 Jenis Box free Standing

Ditinjau dari jenisnya box free standing dibagi menjadi 2 macam, yaitu:

1. Free standing tipe HMK

Box free standing dengan tipe HMK adalah box yang cara perakitannya dilakukan dengan cara knock down atau perakitan semua frame-nya sebagian besar dengan cara di baut antara frame satu dengan yang lain.

(21)

Gambar 2.1 Gambar rangka box free standing tipe HMK 2. Free standing tipe HML

(22)

Gambar 2.2 Gambar rangka box free standing tipe HML

Dalam tugas akhir ini yang akan penulis bahas adalah untuk box free standing tipe HML. Dikarenakan box tipe ini adalah yang paling sering digunakan.

(23)

2.3 Analisa Gaya

Kekuatan (Strenght) adalah suatu sifat atau perilaku dari suatu bahan atau suatu elemen atau mesin. Berdasarkan ilmu perhitungan kekuatan bahan (strength of material calculation) dihitung tegangan nominal (nominal stress) yang disebabkan oleh beban nominal pada tempat – tempat yang kritis dari komponen tersebut dan dibandingkan dengan tegangan yang diijinkan (permissible stress). Atau sebaliknya dari beban nominal dan tegangan yang diijinkan, dapat ditentukan ukuran – ukuran komponen yang diperlukan pada tempat – tempat kritis tersebut.

2.3.1 Momen Inersia Frame

Gambar 2.3 Gambar Momen Inersia Benda

3 . . 12 1 h b I_x = (mm4) 3 . . 12 1 b h I_y = (mm4) (2.1)

(24)

2.3.2 Gaya defleksi yang Diijinkan

a. Struktur balok tumpuan dengan beban terpusat

Gambar 2.4 Balok tumpuan beban terpusat Tegangan antara beban dan titik tumpuan :

Z x W s . 2 . − =

Tegangan pada titik pusat perpotongan :

Z l W s . 4 . − =

Defleksi diantara beban dan titik tumpuan :

) 4 3 ( . . 48 . 2 2 x l I E x W Y = − Defleksi maksimum : I E l W Y . . 48 . 3 = (2.3)

Keterangan : y = Defleksi yang diijinkan (mm) W = Gaya yang terjadi (N)

l = Panjang rangka yang terkena gaya (mm) E = Modulus elastisitas (N/mm2) I = Momen inersia (mm4)

s = Tegangan tarik (N/mm2)

Z = Modulus bagian

(25)

b. Struktur balok tumpuan dengan beban merata

Gambar 2.5 Balok tumpuan beban merata

Tegangan di setiap titik :

) ( . 2Zlx l x W s=− −

Tegangan pada titik pusat perpotongan :

Z l W s . 8 . − =

Defleksi di setiap titik :

)] ( [ . . . 24 ) ( . _l2 _x_l _x l I E x l x W Y = − + − Defleksi maksimum : I E l W Y . . 384 5 . .3 = (2.4)

l = Panjang rangka yang terkena gaya (mm) E = Modulus elastisitas (N/mm2) I = Momen inersia (mm4)

s = Tegangan tarik (N/mm2₎

(26)

c. Struktur balok tumpuan dengan posisi beban tidak tetap

Gambar 2.6 Balok tumpuan beban tidak tetap Tegangan diantara beban dan titik beban “a” :

Zl x b W s=− . .

Tegangan diantara beban dan titik beban “b” :

Zl v a W s=− . .

Tegangan beban yang diaplicasikan :

Zl b a W s=− . .

Defleksi antara beban dan titik “a” :

) ( . . 6 . . 2 2 2 b x l l I E x b W Y = − −

Defleksi antara beban dan titik “b” :

) ( . . 6 . . ₂ ₂ ₂ a v l l I E v a W Y = − − Defleksi maksimum : l I E b a W Y . . 3 . . 2 2 = (2.5)

(27)

E = Modulus elastisitas (N/mm2) I = Momen inersia (mm4₎

s = Tegangan tarik (N/mm2)

Z = Modulus bagian

= I / jarak dari garis sumbu axis

d. Struktur balok tumpuan balok cantilever dengan beban seragam

Gambar 2.7 Balok tumpuan cantilever beban seragam

Tegangan dititik spesifik :

( )2

. 2Zl l x

W

s=− −

Defleksi dititik spesifik:

[2 (2 ) ] . . 24 . 2 2 2 x l l l I E x W Y = + −

Defleksi titik akhir tanpa support :

I E l W Y . 8 .3 = (2.6)

(28)

Z = Modulus bagian

= I / jarak dari garis sumbu axis

2.3.3 Gaya Short Circuit

Gambar 2.8 Gambar lay out busbar F = 1.53 x k x n2 x Isc2 x

d L

x 10−2 (2.7) Keterangan :

F : Gaya yang timbul ( daN )

k : Suatu koefisien, dimana besarnya tergantung dari ukuran busbar dan jaraknya ( lihat tabel MG page A-4)

N : Koefisien assymetri Menurut standar IEC : n = 1.5 untuk Isc < 5 kA

n = 1.7 untuk 5 kA < Isc < 10 kA n = 2 untuk 10 kA < Isc < 20 kA n = 2.1 untuk 20 kA < Isc < 50 kA n = 2.2 untuk Isc > 50 kA

Isc : Arus hubungan singkat ( kA) L : Jarak antar busbar support ( mm ) d : Jarak antar phase ( mm )

(29)

2.3.4 Diameter Eye bolt

P = 4

π

.dc2.ft (2.8)

Keterangan : P = Beban yang diterima eye bolt ( N ) dc = Diameter ulir eye bolt ( mm )

ft = Tegangan tarik bahan yang diijinkan ( N/mm2)

2.3.5 Perhitungan Kekuatan Baut

a. Ditinjau dari gaya geser permuakaan sisi –sisi baut

Gambar 2.9 Baut M6 α π α cos ). ( 4 1 cos . 2 2 n d D F V P − = ( 2.9 )

Dimana : P = Tekanan pada ulir ( N/mm2) Æ St 370 : 37 N / mm2 F = Gaya geser ( N )

(30)

b. Ditinjau dari gaya tarik dari diameter baut V A F t= . σ ( 3.0 )

Dimana : σt = Tegangan tarik ( N/mm2) Æ St 370 : N / mm2 F = Gaya tarik ( N )

A = luasan ( mm2 )

V = Faktor keamanan Æ beban kejut : 6

2.3.6 Tegangan yang diijinkan dan faktor keamanan

Dalam merencanakan bagian suatu konstruksi untuk menahan kegagalan, biasanya kita meyakinkan diri sendiri bahwa tegangan dalam yang terjadi tidak melebihi dari kekuatan bahan.

Kalau bahan yang akan dipakai adalah daktail, maka biasanya kita perhatikan adalah kekuatan mengalah, karena perubahan permanent akan menimbulkan kegagalan.

Dalam hal ini, tegangan yang diijinkan merupakan perbandingan antara kekuatan mengalah bahan dan factor keamanan yang diterapkan.

n y σ σ =

(

2

)

mm N (3.1)

dengan : σ = Tegangan yang diijinkan

(

_N _mm2

)

y

σ = Kekuatan mengalah bahan

(

_N _mm2

)

n = Faktor keamanan

Dalam menentukan factor keamanan harus ditimbang dua hal, pertama pelampauan kekuatan guna (bahaya fatal dan interupsi kerja yang rumit atau mudah mengatasi kerusakan) dan hal yang kedua pengaruh factor n terhadap kelayakan dan nilai pakai komponen tersebut. Biasanya n dipilih

(31)

n = 1,5 – 3 Perhitungan terhadap patah kekal n = 1.2 – 2 Perhitungan terhadap deformasi n = 2 – 4 Perhitungan terhadap patah

(32)

(33)

BAB III

DESAIN KONSTRUKSI

3.1. Desain Konstruksi Box Free Standing HML

Pada bab ini akan di bahas mengenai desain box free standing tipe HML Material dari box ini adalah plat SPHC 2 mm. Kemudian di bending sedemikian rupa hinga membentuk suatu profil frame. Penggabungan dari masing – masing frame ini dilakukan dengan pengelasan. Adapun gambaran umum dari desain box free standing dapat dilihat di gambar 3.1.

Box ini banyak dipakai sebagai box relay ataupun server baik pada tegangan rendah ( low voltage ) maupun tegangan menengah ( medium voltage ). Box ini biasa dipakai untuk menempatkan komponen – komponen elektrikal seperti ACB, MCCB, relay, terminal kabel, dan busbar. Box ini lebih sering digunakan untuk penempatan busbar. Dari gaya tarik menarik ataupun tolak menolak dari susunan busbar inilah box ini menerima gaya terbesar.

Kekuatan konstruksi ini sangat dipengaruhi oleh gaya short circuit (hubungan singkat) antar busbar. Agar konstruksi kuat terhadap gaya hubungan singkat maka yang harus diperhitungkan adalah:

1. Kekuatan busbar support, terutama terhadap gaya / tahanan geser. 2. Kekuatan baut pengikat busbar support.

(34)

(35)

Gambar 3.1 Desain konstruksi box panel free standing HML Keterangan :

A. Frame tegak depan B. Frame tegak belakang C. Frame lebar depan atas D. Frame lebar belakang atas E. Frame tebal kanan dan kiri atas F. Frame lebar depan bawah G. Frame lebar belakang bawah H. Frame tebal kanan dan kiri bawah I. Support post isolator busbar J. Support power matt busbar K. Support mounting plat L. Support box & busbar M. Support cover N. Baut support busbar

Komponen – komponen dalam konstruksi box tersebut adalah sebagai berikut :

A. Frame tegak depan

Adalah frame yang berada tegak pada sisi depan box, frame ini berhubungan langsung dengan daun pintu box.

(36)

B. Frame tegak belakang

Adalah frame yang berada tegak pada sisi belakang box, frame ini selain untuk penopang box juga sebagai penempatan cover belakang box.

C. Frame lebar depan atas

Adalah frame yang berada pada sisi atas depan box, frame ini selain untuk menopang dari sisi lebar box juga digunakan untuk tempat penempatan eye bolt.

D. Frame lebar belakang atas

Adalah frame yang berada pada sisi belakang atas box, frame ini selain untuk penempatan cover belakang juga digunakan untuk penempatan eye bolt belakang.

E. Frame tebal kanan dan kiri atas

Adalah frame yang berada pada sisi kanan dan kiri atas box. Frame ini juga sebagai penempatan cover samping box.

F. Frame lebar depan bawah

Adalah frame yang berada pada sisi depan bawah box, frame ini digunakan untuk penempatan baut join box dengan base dan baut angkur ke tanah.

G. Frame lebar belakang bawah

Adalah frame yang berada pada sisi belakang bawah box. Selain sebagai tempat penempatan cover belakang juga sebagai penempatan baut join box dengan base dan baut angkur pada sisi belakang box.

(37)

H. Frame tebal kanan dan kiri bawah

Adalah frame yang brada pada sisi kanan dan kiri bawah box, frame ini digunakan sebagai pengikat cover samping.

I. Support post isolator busbar

Adalah plat yang digunakan untuk menempatkan post isolator busbar kecil yang melintang di tengah box. Busbar yang ada disini adalah busbar pendukung dari main busbar.

J. Support power matt busbar

Adalah plat yang digunakan untuk penempatan poer matt main busbar yang melintang di tengah box atau dengan box sebelahnya (bila digabungkan dengan box lain).

K. Support mounting plat

Adalah plat yang digunakan untuk penempatan mounting plat. Mounting plat disini digunakan untuk penempatan komponen listrik. L. Support box dan busbar

Adalah plat yang berfungsi sebagai support box dan juga sebagai support busbar dan berbagai part – part box lainnya.

M. Support cover

Adalah plat yang digunakan untuk penempatan cover busbar. N. Baut support busbar

(38)

Dari desain konstruksi box tersebut yang akan penulis analisa adalah mengenai kekuatan konstruksinya, terutama terhadap gaya short circuit yang terjadi diantara busbar.

(39)

BAB IV

PERHITUNGAN DAN ANALISA

Perhitungan konstruksi dilakukan dengan metode kesetaraan yaitu analisa

dilakukan pada konstruksi yang sudah ada dengan mengasumsikan sebagai beban merata akibat berat konstruksi box. Beban konstruksi box yang diasumsikan adalah 700 Kg. Pada bab ini penulis akan membahas perhitungan kekuatan konstruksi frame tegak depan dan belakang. Karena dibagian frame inilah beban terbesar diterima box.

4.1 Perhitungan Lay Out dan Proses pengerjaan

Sebelum menghitung kekuatan pada masing – masing frame maka perlu dilakukan perhitungan bentangan material yang mengalami proses pembentukan. Untuk bentangan dapat dicari dengan menggunakan rumus seperti gambar 3.1 :

(40)

Rumus yang digunakan untuk menghitung bentangan adalah : ) . ( . 2 . 360 Rd+Kt = α π β (Frank W. Wilson, 1984:222) Keterangan

β = panjang busur pada sumbu netral (mm)

α = sudut bending (0) Rd = radius dalam (mm) T = tebal plat (mm)

K = konstanta untuk letak sumbu netral Untuk Rd ≤ 2t, maka K = 0,33

Untuk Rd ≥ 2t, maka K = 0,5

4.1.1 Lay Out Frame Tegak Depan Kanan dan Kiri

(41)

Diketahui : t = 2 (mm)

Ukuran lebar bentangan :

L = L1 + L2 + L3 + L4 + L5 Dimana, L1 = 20 mm L2 = 22 – (2.t) = 18 mm L3 = 40 – (2.t) = 36 mm L4 = 40 - (2.t) = 36 mm L5 = 25 mm L = L1 + L2 + L3 + L4 + L5 = 20 + 18 + 36 + 36 + 25 = 135 mm

Ukuran panjang bentangan H = 1900 mm

Jadi untuk ukuran potongan plat frame tegak depan kanan dan kiri L = 135 mm

(42)

4.1.2 Lay Out Frame Tegak Belakang Kanan dan Kiri

Gambar 4.3 Penampang frame tegak belakang kanan dan kiri

Ukuran lebar bentangan :

L = L1 + L2 + L3 + L4 + L5 Dimana L1 = 20 mm L2 = 22 - (2.t) = 18 mm L3 = 40 – (2.t) = 36 mm L4 = 40 – (2.t) = 36 mm L5 = 14 – t = 12 mm Jadi ukuran lebar bentangan :

L = L1 + L2 + L3 + L4 + L5

(43)

Jadi untuk ukuran potonan frame belakang kanan dan kiri adalah : L = 122 mm

H = 1900 mm

4.1.3 Lay Out Frame Lebar Depan Atas dan Bawah

Gambar 4.4 Penampang frame tegak belakang kanan dan kiri Ukuran lebar bentangan :

L = L1 + L2 + L3 + L4 + L5 Dimana, L1 = 20 mm L2 = 22 – (2.t) = 18 mm L3 = 40 – (2.t) = 36 mm L4 = 40 - (2.t)

(44)

L = L1 + L2 + L3 + L4 + L5 = 20 + 18 + 36 + 36 + 25

= 135 mm

Ukuran panjang bentangan : W = 596 mm

Jadi untuk ukuran potongan plat frame lebar depan atas dan bawah : L = 135 mm

W = 596 mm

4.1.4 Lay Out Frame Lebar Belakang Atas dan Bawah

Gambar 4.5 Penampang frame lebar belakang atas dan bawah

Ukuran lebar bentangan :

L = L1 + L2 + L3 + L4 + L5 Dimana L1 = 20 mm

(45)

L3 = 40 – (2.t) = 36 mm L4 = 40 – (2.t) = 36 mm L5 = 14 – t = 12 mm Jadi ukuran lebar bentangan :

L = L1 + L2 + L3 + L4 + L5 = 20 + 18 + 36 + 36 + 12

= 122 mm

Jadi untuk ukuran potongan frame lebar belakang atas dan bawah adalah : L = 122 mm

W = 596 mm

(46)

Ukuran lebar bentangan :

L = L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6 Dimana L1 = 20 mm L2 = 22 – (2.t) = 18 mm L3 = 40 – (2.t) = 36 mm L4 = 40 – (2.t) = 36 mm L5 = 22 – (2.t) = 18 mm L6 = 20 mm Jadi ukuran lebar bentangan :

L = L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6 = 20 + 18 + 36 + 36 + 18 + 20

= 148 mm

Jadi untuk ukuran potongan frame tebal atas dan bawah adalah : L = 148 mm

D = 524 mm

4.2 Perhitungan Short Circuit

Short circuit atau korsleting atau hubungan singkat (dari bahasa

(47)

sangat kecil, mengakibatkan aliran listrik yang sangat besar dan bila tidak ditangani dapat mengakibatkan ledakan dan kebakaran.

4.2.1 Perhitungan short circuit 50 kA – (5000 A)

Gambar 4.7 Lay out busbar 50 kA – (5000 A) Dari gambar diatas dapat dihitung gaya short circuit dengan :

F = 1.53 x k x n x 2 Isc x 2 d L

x 10−2 (Merlin Gerlin, 1987 : A1)

Keterangan :

F : Gaya yang timbul ( daN )

k : Suatu koefisien, dimana besarnya tergantung dari ukuran busbar dan jaraknya ( lihat tabel MG page A-4)

(48)

n = 2 untuk 10 kA < Isc < 20 kA n = 2.1 untuk 20 kA < Isc < 50 kA n = 2.2 untuk Isc > 50 kA

Isc : Arus hubungan singkat ( kA) L : Jarak antar busbar support ( mm ) d : Jarak antar phase ( mm )

a b = 100₃₀ = 3.33 a d ₌ 30 75 = 2.5 k = 0.85 ( lihat table ) Jadi : F = 1.53 x 0.85 x ₂_.₂2_x_{50 x}2 75 300 x ₁₀−2 = 629,44 daN F = 6294,4 N

(49)

Gambar 4.8 Lay out busbar 50 kA – (5000 A)

a b = 100₃₀ = 3.33 a d ₌ 30 200 = 6.67 k = 0.99 ( lihat table ) Jadi : F = 1.53 x 0.99 x 2 2 . 2 x 2 50 x 200 800 x 2 10− = 733.11 daN

(50)

a b = 125₃₀ = 4.17 a d ₌ 30 75 = 2.5 k = 0.75 ( lihat table ) Jadi : F = 1.53 x 0.75 x 2.22 x 50 x 2 75 350 x 10−2 = 647.95 daN F = 6479,5 N

(51)

a b = 125₃₀ = 4.17 a d ₌ 30 200 = 6.67 k = 0.96 ( lihat table ) Jadi : F = 1.53 x 0.96 x 2.22 x 50 x 2 200 800 x 10−2

(52)

a b = 30 50 = 1.67 a d ₌ 30 75 = 2.5 k = 0.96 ( lihat table ) Jadi : F = 1.53 x 0.96 x 2.22 x 50 x 2 75 300 x 10−2 = 929.28 kg F = 9292,8 N

(53)

4.3 Perhitungan Gaya yang Terjadi Pada Frame 4.3.1 Perhitungan Momen Inersia Frame Tegak Depan

Tebal plat 2 mm

1

2

3

4

5

Gambar 4.12 Penampang frame tegak depan kanan kiri Titik berat pada masing – masing bidang :

X1 : 10 mm Y1 : 21 mm

X2 : 21 mm Y2 : 11 mm

X3 : 40 mm Y3 : 1 mm

X4 : 59 mm Y4 : 20 mm

X5 : 72.5 mm Y5 : 39 mm

Titik berat bidang :

X = 5 4 3 2 1 5 . 5 4 . 4 3 . 3 2 . 2 1 . 1 A A A A A A X A X A X A X A X + + + + + + + + ) 50 . 5 . 72 ( ) 80 . 59 ( ) 72 . 40 ( ) 44 . 21 ( ) 40 . 10 ( + + + +

(54)

Y = 50 80 72 44 40 ) 50 . 39 ( ) 80 . 20 ( ) 72 . 1 ( ) 44 . 11 ( ) 40 . 21 ( + + + + + + + + Y = 17,3 mm Momen inersia : Ix = Ix1+ A1(Y −Y1)2+Ix2+A2(Y −Y2)2+Ix3+A3(Y −Y3)2+ 2 2 ) 5 ( 5 5 ) 4 ( 4 4 A Y Y Ix A Y Y Ix + − + + − = +

(

−

)

+ +

(

−

)

+ + 12 2 . 36 11 3 , 17 44 12 22 . 2 21 3 , 17 40 12 2 . 20 2 3 3 2 3

(

)

(

)

(

)

2 3 2 3 2 20 3 , 17 50 12 2 . 25 20 3 , 17 80 12 40 . 2 1 3 , 17 72 − + + − + + − = 35101.4 mm4 Ix = _Iy₁+_A₁₍_X −_X₁₎2+_Iy₂+ _A₂₍_X −_X₂₎2+_Iy₃+ _A₃₍_X −_X₃₎2+ Iy4+A4(X −X4)2+Iy5+A5(X −X5)2 = +

(

−

)

+ +

(

−

)

+ + 12 36 . 2 21 88 , 43 44 12 2 . 22 10 88 , 43 40 12 20 . 2 2 3 3 2 3

(

)

(

)

(

)

2 3 2 3 2 5 , 72 88 , 43 50 12 25 . 2 60 88 , 43 80 12 2 . 40 40 88 , 43 72 − + + − + + − = 143525.39 mm4

Jadi momen inersia untuk frame tegak depan adalah : I = Ix + Iy

= 35101.4 + 143525.39 = 178626.79 mm4

4.3.2 Perhitungan Gaya yang diijinkan pada konstruksi

I E V L F Y . . 384 . . 3 = (Ferdinand L. Singer, 1995 : 265)

(55)

Keterangan : Y = Defleksi yang diijinkan (mm) F = Gaya yang terjadi (N)

L = Panjang rangka yang terkena gaya (mm) E = Mosulus elastisitas (N/mm2₎ I = Momen inersia ( mm4) V = Faktor keamanan = 5 Diketahui : Y = 1 mm L = 1900 mm E = 2.1 x 105 N/mm2 I = 178626.79 mm4 Jadi : 79 . 178626 . 10 1 , 2 . 384 5 . 1900 . 1 ₅ 3 x F = F = 5 . 1900 79 . 178626 . 10 1 , 2 . 384 3 5 x F = 84 N

4.3.3 Perhitungan Momen Inersia Frame Tegak Belakang

Tebal plat 2 mm

Titik berat pada masing – masing bidang :

X1 : 10 mm Y1 : 21 mm

(56)

1

2

3

4

5

Gambar 4.13 Penampang frame tegak depan kanan kiri Titik berat bidang :

X = 5 4 3 2 1 5 . 5 4 . 4 3 . 3 2 . 2 1 . 1 A A A A A A X A X A X A X A X + + + + + + + + X = 24 80 72 44 40 ) 24 . 52 ( ) 80 . 59 ( ) 72 . 40 ( ) 44 . 21 ( ) 40 . 10 ( + + + + + + + + X = 39,12 mm Y = 24 80 72 44 40 ) 24 . 39 ( ) 80 . 20 ( ) 72 . 1 ( ) 44 . 11 ( ) 40 . 21 ( + + + + + + + + Y = 15,12 mm Momen inersia : Ix = Ix1+ A1(Y −Y1)2+Ix2+A2(Y −Y2)2+Ix3+A3(Y −Y3)2+ Ix4+A4(Y −Y4)2+Ix5+A5(Y −Y5)2 = +

(

−

)

+ +

(

−

)

+ + 12 2 . 36 11 12 , 15 44 12 22 . 2 21 12 , 15 40 12 2 . 20 3 2 3 2 3

(57)

(

)

(

)

(

)

2 3 2 3 2 39 12 , 15 24 12 2 . 12 20 12 , 15 80 12 40 . 2 1 12 , 15 72 − + + − + + − = 44803,93 mm4 Ix = Iy1+A1(X −X1)2+Iy2+ A2(X −X2)2+Iy3+ A3(X −X3)2+ Iy4+A4(X −X4)2+Iy5+A5(X −X5)2 = +

(

−

)

+ +

(

−

)

+ + 12 36 . 2 21 12 , 39 44 12 2 . 22 10 12 , 39 40 12 20 . 2 3 2 3 2 3

(

)

(

)

(

)

2 3 2 3 2 39 12 , 39 24 12 12 . 2 59 12 , 39 80 12 2 . 40 40 12 , 39 72 − + + − + + − = 89477,64 mm4

Jadi momen inersia untuk frame tegak belakang adalah : I = Ix + Iy

= 44803,93 + 89477,64 = 134281,57 mm4

4.3.4 Perhitungan Gaya yang diijinkan pada konstruksi

I E V L F Y . . 384 . . 3 =

Keterangan : Y = Defleksi yang diijinkan (mm) F = Gaya yang terjadi (N)

L = Panjang rangka yang terkena gaya (mm) E = Mosulus elastisitas (N/mm2₎

(58)

E = 2.1 x 105 N/mm2 I = 134281,57 mm4 V = 5 Jadi : 57 , 134281 . 10 1 . 2 . 384 5 . 1900 . 1 ₅ 3 x F = F = 5 . 1900 57 , 134281 . 10 1 , 2 . 384 3 5 x F = 63,2 N

4.3.5 Perhitungan Gaya Konstruksi

Perhitungan gaya konstruksi yang terjadi diambil dari jarak support busbar yang ada pada konstruksi. Jarak support busbar pada konstruksi adalah 500 mm, maka gaya yang terjadi adalah :

I E V L F Y . . 384 . . 3 = 57 , 134281 . 10 1 . 2 . 384 5 . 500 . 1 ₅ 3 x F = F = 5 . 500 57 , 134281 . 10 1 , 2 . 384 3 5 x F = 17325,5 N

Untuk 4 buah tiang maka F = 17.325,5 x 4

= 69.302 N

(59)

Jadi menurut perhitungan diatas, konstruksi frame aman dikarenakan frame mampu menahan beban dan gaya yang terjadi akibat gaya short cicuit.

4.4 Perhitungan Kekuatan Baut Support Busbar

4.4.1 Ditinjau dari gaya geser permukaan sisi-sisi baut

Gambar 4.14 Baut M6 α π α cos ). ( 4 1 cos . 2 2 n d D F V P −

= (Strength of Material, PEDC Bandung, 1983)

Dimana : P = Tekanan pada ulir ( N/mm2) Æ St 37 : 370 N / mm2 F = Gaya geser ( N )

D = Diameter ulir bagian luar ( mm) d = Diameter ulir bagian dalam (mm)

(60)

V n d D P F 4 ( ). 1 . 2− 2 = π 6 75 . 0 2 ). 25 . 5 6 ( 4 1 . 370 2− 2 = π F F = 1084,4 N

Masing - masing support busbar mempunyai 4 baut dan 1 unit panel terdapat 8 support busbar, jadi jumlah baut support busbar = 32 baut

Kemampuan menahan gaya beban akibat short circuit : F = 1084.4 kg x 32

F = 346998 N Fsc = 9292,8 N F > Fsc

Jadi menurut perhitungan diatas, maka baut yang ada mampu menahan gaya akibat short circuit yang terjadi pada support busbar.

4.4.2 Ditinjau dari gaya tarik pada diameter baut

Masing - masing support busbar mempunyai 4 baut dan 1 unit panel terdapat 8 support busbar, jadi jumlah baut support busbar = 32 baut Kemampuan menahan gaya beban akibat short circuit :

Diketahui : P = 9292,8 N t σ = 100 Mpa = 100 N/mm2 n = 32 Maka : P = π (dc)2.σt.n (Machine Design, 2005 : 349)

(61)

dc2= n P . 100 . 4

π dc = diameter dalam ulir

= 32 . 100 . 4 8 , 9292 π = 3.7 dc = 1,9 mm

Dari perhitungan diatas dapat diketahui di table (terlampir) dapat diambil kesimpulan bahwa diameter nominal baut adalah 2.5 mm. Jadi dengan menggunakan baut M 06 maka aman.

4.5 Perhitungan Kekuatan Eye Bolt

Eye bolt digunakan untuk mengangkat panel pada saat penempatan di

lokasi. Adapun eye bolt yang dipakai adalah dengan ukuran M12, sedangkan beban panel diasumsikan 700 Kg. Tegangan tarik yang diijinkan eye bolt tidak lebih dari 100 Mpa. Maka :

Diketahui : P = 700 Kg = 6867 N t σ = 100 Mpa = 100 N/mm2 Maka : P = π (dc)2.σt _{(Machine Design, 2005 : 349)}

(62)

= 100 . 4 6867 π = 87.5 dc = 9.35 mm

Dari perhitungan diatas dapat diketahui di table (terlampir) dapat diambil kesimpulan bahwa diameter nominal baut adalah 10 mm. Jadi dengan menggunakan eye bolt M 12 maka aman.

(63)

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Dari hasil analisa perhitungan terhadap struktur kekuatan rangka box HML maka dapat diketahui besarnya gaya short circuit yang terjadi di dalam box panel adalah sebesar 929,8 N sedangkan gaya yang terjadi pada frame keseluruhan adalah 69.302 N, jadi gaya – gaya pada frame mampu menahan gaya short circuit, dengan demikian konstruksi box dengan tinggi 1900 mm lebar 600mm dan tebal 600mm dan tebal plat 2 mm tersebut aman untuk digunakan sebagai box panel.

Pemakaian baut – baut M6, dengan menempel pada plat 2 mm adalah aman, dengan syarat bahwa hasil dari ulir tap sempurna atau tidak cacat. Demikian juga untuk penggunaan baut M6 untuk menggabungkan 2 part dinyatakan aman.

5.2. Saran

Desain box free standing HML ini masih terkesan seperti kurang kokoh atau ringkih, oleh sebab itu untuk lebih dapat menampilkan kesan kokoh baik secara visual dan perhitungan maka perlu diadakan perubahan terhadap dimensi tekukan pada frame. Yaitu dengan merubah dimensi tekukan yang semula 40 mm menjadi 50 mm.

(64)

Kesalahan dalam pengetapan akan mengakibatkan kurangnya kekuatan ulir terhadap baut.

Untuk box panel dengan KVA lebih tinggi sebaiknya baut busbar menggunakan mur baut M8, hal ini untuk menjaga terjadinya gaya short circuit yang berlebihan.

(65)

DAFTAR PUSTAKA

1. Gerlin, Merlin, 1987 : Text book of Short Circuit, Germany. 2. Khurmi, RS. 2005 : Strenght Of Material, New Delhi.

3. Luchsinger, HR. 1984 : Toll Design, Politeknik Mekanik Swiss, Bandung. 4. Sato Takhesi, N. Sugiarto, H. 1989 : Menggambar Mesin Menurut Standar

ISO, Pradnya Paramita, Jakarta.

5. Singer, Ferdinand, 1995 : Ilmu Kekuatan Bahan, Erlangga, Jakarta. 6. Uchida, 1999 ; Calculation of Short ircuit, Togami, Japan.

7. Wilson Frank. W, 1984 : Fundamentals Of Tool Design, Prentice Of India