Analisis Perhitungan Tegangan Yang Terjadi Pada Bunch Scrapper Conveyor Dengan Kapasitas Angkut 6 Ton / Jam Di
PT.Perkebunan Nusantara II Tanjung Garbus
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Muhammad Aginta Sembiring Depari 130401004
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2018
KATA PENGANTAR Bismillahirrahmanirrahim
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah S.W.T karena atas rahmat dan karunianya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini tepat pada waktunya.
Skripsi ini adalah tugas akhir dan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Fakultas Teknik Universitas Sumatra Utara. Penulis juga menyadari dalam penulisan skripsi ini masih terdapat kekurangan, baik dari segi materi maupun penyusunan kalimat.
Penulis dengan senng hati menerima kritik dan saran dari semua pihak yang sifatnya membangun demi penambah baikan tulisan ini.
Melalui kesempatan ini penulis ingin berterima kasih kepada Para Dosen Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatra Utara :
1. Bapak Dr. Ir. M. Sabri., MT selaku Ketua Departemen Teknik Mesin.
2. Bapak Terang UHSG Manik., ST,MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin.
3. Bapak Ir. Tugiman., MT, selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak membatu dan membimbing saya dalam menyelesaikan penelitian ini.
4. Seluruh staff pengajar Departemen Teknik Mesin yang telah membina dan memberikan ilmunya selama penulis kuliah di DTM Fakultas teknik USU.
Secara khusus rasa hormat dan terima kasih yang paling dalam penulis ucapkan atau yang penulis sampaikan kepada Ayahanda dan Ibunda Tercinta ( H.
M.Samsul Sembiring., Bsc dan Hj. Yusnelli ) yang telah bersusah payah membesarkan, mendidik, dan menghantarkan penulis ke jenjang pendidikan yang lebih tinggi serta memberikan dorongan doa, moril, maupun materil kepada penulis, dan abang, kakak, dan adik yang penulis sayangi Harry Fachrozi Sembiring Depasi., SH, Devi Liana Lubis., SH, Hamimi Fahdiah Sembiring Depari., S.Keb dan Muhammad Mukhlis Sembiring Depari yang telah
memberikan dukungan selama ini. Serta spesial penulis ucapkan terima kasih kepada adinda Tercinta Winda Aristya br manullang., S.Pd yang telah banyak membantu penulis dalam pembuatan skripsi tersebut, dan tidak lupa penulis berterima kasih kepada keluarga besar saya yang telah memberikan dukungan dan terima kasih kepada seluruh teman-teman kuliah saya memberikan bantuan dan petunjuk untuk menyelesaikan skripsi ini.
Demikian penulis sampaikan, Semoga penulisan skripsi ini dapat bermanfaat bagi siapapun yang membacanya dan dengan kerendahan hati penulis ucapkan terima kasih.
Medan, 30 Nopember 2017
Muhammad Aginta Sembiring Depari NIM : 130401004
ABSTRAK
Mesin pemindah bahan ( material heandling equipment ) adalah peralatan yang digunakan untuk memindahkan muatan yang berat dari satu tempat ke tempat lain dalam jarak yang tidak jauh, misalnya pada bagian – bagian atau departemen pabrik, pada tempat-tempat penumpukan bahan, lokasi konstruksi, tempat penyimpanan dan pembongkaran muatan dan sebagainya.
Bunch scraper conveyor adalah mesin pengangkut yang berfungsi untuk mengangkut tandan kosong dari tresher ke tempat penampungan. Salah satu komponen penting yang terdapat pada bunch scraper conveyor adalah scraper yang berfungsi mengangkut tandan kosong. Penelitian ini bertujuan untuk menghitung gaya dorong yang terjadi pada scraper conveyor saat melakukan pengangkutan tandan kosong kelapa sawit dan menghitung distribusi tegangan yang terjadi pada scraper conveyor saat melakukan pengangkutan tandan kosong kelapa sawit. Hasil dari penelitian ini diperoleh gaya dorong yang terjadi pada scrapper conveyor saat melakukan pengangkutan tandan kosong kelapa sawit sebesar 49,05 N dan tegangan yang terjadi pada scrapper conveyor, terlihat bahwa tegangan yang terjadi pada bagian tengah scrapper.
Dari hasil perhitungan yang dilakukan diperoleh deformasi maksimum yang terjadi adalah sebesar 0,00611 mm.
Kata kunci : Scrapper conveyor, gaya dorong dan tegangan deformation
ABSTRACT
Material hearing equipment is an apparatus used for moving heavy loads from one place to another within a short distance, for example in parts or departments of factories, in places of material stockpiling, construction sites, storage areas and unloading and so on. Bunch scraper conveyor is a transport machine that serves to transport empty bunches of tresher to the shelter. One of the important components found in the scraper conveyor scraper is a scraper that works to carry empty bunches. This study aims to calculate the force of thrust that occurs in the scraper conveyor when transporting empty palm oil bunches and calculating the stress distribution that occurs in the scraper conveyor when transporting empty palm oil bunches. The results of this study obtained the thrust that occurs on the scrapper conveyor when carrying the empty bunch of palm oil bunches of 49.05 N and the voltage that occurs in the scrapper conveyor, it is seen that the voltage that occurs in the middle of the scrapper. From the calculation result obtained maximum deformation that happened is equal to 0,00611mm.
Keywords: Scrapper conveyor, thrust force and deformation voltage
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
ABSTRAK ... iii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR NOTASI ... xi
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah... 2
1.3 Batasan Masalah ... 2
1.4 Tujuan Penelitian ... 2
1.5 Manfaat Penelitian ... 2
1.6 Sistematika Penelitian ... 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1 Mesin Pemindah Bahan ... 4
2.2 Conveyor ... 5
2.1.1 Klasifikasi Conveyor ... 5
2.1.1.1 Belt Conveyor ... 5
2.1.1.2 Chain Conveyor ... 6
2.1.1.3 Screw Conveyor... 10
2.1.1.4 Pneumatic Conveyor ... 13
2.3 Dasar Pemilihan Mesin Pemindah Bahan ... 14
2.4 Penggunaan Umum Scrapper Conveyor ... 15
2.5 Kelas-Kelas Conveyor Rantai ... 16
2.6 Bagian-Bagian dari Scrapper Conveyor ... 17
2.7 Mekanisme Gerakan Bunch Scrapper Conveyor... 20
2.8 Material Scrapper Conveyor ... 21
2.9 Spesifikasi Scraper Konveyor... 22
2.10 Jenis-jenis Pembebanan ... 22
2.11 Jenis-jenis Batang ... 23
2.12 Jenis-jenis Tumpuan ... 25
2.13 Gaya Geser dan Momen Lentur ... 26
2.14 Fenomena Lendutan Batang ... 27
2.14.1 Aplikasi Lendutan Batang ... 28
2.14.2 Metode-metode Perhitungan Lendutan ... 29
2.15 Tegangan Normal ... 35
2.16 Tegangan Lentur Pada Balok... 36
2.17 Tegangan Geser Pada Balok ... 40
2.18 Tegangan Bidang (Plane Stress) ... 40
BAB 3 METODE PENELITIAN ... 42
3.1 Waktu dan Tempat ... 42
3.2 Alat dan Bahan ... 42
3.2.1 Alat ... 42
3.2.2 Bahan ... 43
3.3 Metode Penelitian ... 44
3.3.1 Pemodelan Scrapper ... 44
3.3.2 Tegangan ... 45
3.3.2.1 Simulasi ... 45
3.4 Diagram Alir ... 50
BAB 4 Analisa Perhitungan Gaya-gaya Pada Scrapper Conveyor ... 52
4.1 Hasil Analisa ... 52
4.1.1 Analisa Struktur Scrapper Conveyor ... 52
4.2 Hasil Perbandingan Antara Teoritis dan Simulasi ... 66
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 69
DAFTAR PUSTAKA ... xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Belt Conveyor Driver ... 6
Gambar 2.2 Scrapper Conveyor ... 7
Gambar 2.3 Apron Conveyor ... 8
Gambar 2.4 Bucket Conveyor ... 9
Gambar 2.5 Screw Conveyor ... 11
Gambar 2.6 Screw Conveyor Coupling ... 11
Gambar 2.7Wadah Screw Conveyor ... 11
Gamabr 2.8 Screw Conveyor Hanger ... 12
Gambar 2.9 Screw Conveyor Box End ... 12
Gambar 2.10 Pneumatic Conveyor ... 14
Gambar 2.11 Chain Sliding ... 16
Gambar 2.12 Chain Rolling ... 17
Gambar 2.13 Bagian-bagian Scrapper ... 17
Gambar 2.14 Sproket Penggerak... 18
Gambar 2.15 Rantai ... 18
Gambar 2.16 Scrapper ... 18
Gambar 2.17 Sproket Ekor ... 19
Gambar 2.18 Rangka ... 19
Gambar 2.19 Motor Penggerak ... 20
Gambar 2.20 Saluran ... 20
Gambar 2.21 Gerakan Scrapper Conveyor ... 21
Gambar 2.22 Pembebanan Terpadu ... 22
Gambar 2.23 Pembebanan Terbagi Merata ... 23
Gambar 2.24 Pembebanan Bervariasi uniform ... 23
Gambar 2.25 Batang Tumpuan Sederhana... 24
Gambar 2.26 Batang Kantilever ... 24
Gambar 2.27 Batang Overhang ... 24
Gambar 2.28 Batang Menerus... 25
Gambar 2.29 Tumpuan Engsel ... 25
Gambar 2.30 Tumpuan Rol ... 26
Gambar 2.31 Tumpuan Jepit ... 26
Gambar 2.32 Pembebanan Pada Balok ... 27
Gambar 2.33 Potongan Benda Bebas ... 27
Gambar 2.34 Metode Intergrasi ganda ... 30
Gambar 2.35 Balok Sederhana dengan Beban Tirik ... 32
Gambar 2.36 Defleksi pada Batang Dua Tumpuan ... 34
Gambar 2.37 Sebuah batang yang mengalami pembebanan tarik ... 35
Gambar 2.38 Segman batang yang sudah diberikan pembebanan ... 35
Gambar 2.39 Sifat Balok dalam Lentur ... 36
Gambar 2.40 Regangan pada Penampang Balok ... 37
Gambar 2.41 Distribusi Tegangan Akibat Lentur ... 37
Gambar 2.42 Tegangan Pada Lentur Murni ... 38
Gambar 2.43 Balok yang Mengalami Geseran Arah Memanjang ... 40
Gambar 2.44 Transformasi Sumbu ... 41
Gambar 3.1 Laptop... 42
Gambar 3.2 Tampilan Software Ansys ... 43
Gambar 3.3 Tampilan Software Solidworks ... 43
Gambar 3.4 Scrapper Conveyor ... 43
Gambar 3.5 Tampilan Depan Scrapper ... 44
Gambar 3.6 Tampilan 3D Scrapper ... 45
Gambarb 3.7 Geometri yang di Input dari Solidwork... 46
Gambar 3.8 Geometri yang akan di FaceSplit ... 46
Gambar 3.9 Geometri dilakukan Face Split ... 47
Gambar 3.10 Geometri Bidang Lain di Face Split ... 47
Gambar 3.11 Jendela Input Material ... 48
Gambar 3.12 Pembarian Meshing ... 48
Gamabr 3.13 Diagram Alir Penelitian ... 50
Gambar 4.1 Gaya yang Terjadi ... 52
Gambar 4.2 Gaya-gaya Luar yang Bekerja Pada Scrapper ... 53
Gambar 4.3 Gaya-gaya Dalam yang Bekerja Pada Scrapper ... 53
Gambar 4.4 Gaya-gaya Dalam yang Bekerja 0 x a ... 54
Gamabr 4.5 Gaya-gaya Dalam yang Bekerja a X2 L ... 55
Gambar 4.6 Diagram Geser... 56
Gambar 4.7 Diagram Momen Lentur ... 56
Gambar 4.8 Gambar Pendekatan Perhitungan Luar Permukaan ... 57
Gambar 4.9 Koordinat Titik Berat ... 58 Gambar 4.10 Koordinat Momen Inersia ... 59 Gambar 4.11 Scrapper Conveyor ... 66
DAFTAR NOTASI
Simbol Arti Satuan
F = Gaya N
M = massa kg
g = Gravitasi m/s2
Q = Beban yang diangkat N
v = Kecepatan angkat m/s2
ɳ = Efisiensi motor -
M = Torsi/Momen Nm
n = Putaran motor rpm
σ = Tegangan tekan MPa
P = Gaya kgf
A = Luas penampang m2
V = Gaya geser N
I = Momen inersia m4
E = Modulus Elastisitas MPa
ᵟ
= Defleksi mτ
g = Tegangan geser MPaσ
t = Tegangan permukaan MPaBAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Mesin pemindah bahan ( material heandling equipment ) adalah peralatan yang digunakan untuk memindahkan muatan yang berat dari satu tempat ke tempat lain dalam jarak yang tidak jauh, misalnya pada bagian – bagian atau departemen pabrik, pada tempat-tempat penumpukan bahan, lokasi konstruksi, tempat penyimpanan dan pembongkaran muatan dan sebagainya. Mesin pemindah bahan hanya memindahkan muatan dalam jumlah dan besar tertentu serta jarak tertentu dengan perpindahan bahan ke arah vertikal, horizontal atau kombinasi keduanya.
Berbeda dengan alat transfortasi yang memindahkan mauatan (bisa berupa barang atau manusia) pada jarak cukup jauh, mesin pemindah bahan hanya memindahkan mautan yang berupa bahan pada jarak yang tertentu, mekanisme mesin pemindah bahan dengan dilengkapi dengan alat pemegang khusus yang dioperasikan oleh mesin bantu atau secara manual. Mesin pemindah bahan mendistribusikan muatan keseluruh lokasi dalam perusahaan, memindahkan bahan diantara unit proses yang terlibat dalam produksi, membawa produk jadi (Finished product) ke tempat produk tersebut akan dimuat, dan memidahkan limbah produksi (Production waste) dari production site ke loading area.
Peralatan pemindahan (Conveyor), yaitu peralatan yang ditujukan untuk memindahkan muatan curah (banyak pertikel, homogen) maupun muatan satuan secara kontinu, misal : screw conveyor, belt conveyor, pneumatic conveyor, vibratory conveyor, dan sebagainya. (Zainuri , 2006)
Untuk dapat memindahkan tandan kosong dari satu tempat ke tempat lain, dibutuhkan sebuah mesin pengangkut yang memiliki mobilitas yang baik dan aman. Salah satu pengangkut yang memiliki mobilitas yang baik dan banyak digunakan pada PTPN adalah Bunch scraper conveyor. Bunch scraper conveyor
adalah mesin pengangkut yang berfungsi untuk mengangkut tandan kosong dari tresher ke tempat penampungan. Salah satu komponen penting yang terdapat pada bunch scraper conveyor adalah scraper yang berfungsi mengangkut tandan kosong.
Skripsi ini ditulis untuk menghitung gaya dan distribusi tegangan yang terjadi pada scraper conveyor dan menyesuaikannya dengan sifat mekanis material yang digunakan. Akibat yang terjadi diduga berupa melengkungnya scraper conveyor (Bending). Scraper conveyor yang telah melengkung tidak dapat digunakan lagi, dan harus diganti dengan unit yang baru.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah penelitian ini adalah scraper conveyor selalu mengalami kerusakan pada permukaan scraper conveyor. Kerusakan yang terjadi adalah deformasi (perubahan bentuk).
1.3 Batasan Masalah
Skripsi ini dilakukan untuk menganalisa tegangan yang bekerja pada scrapper conveyor dan menghitung gaya dorong dan gaya gesek yang terjadi pada scraper conveyor. Penelitian ini dibatasi hanya pada Bunch Scapper Conveyor di PT. Perkebunan Nusantara II Tanjung Garbus. Kegagalan yang terjadi pada scapper conveyor diduga berupa bending (melengkung). Tetapi pada opersai dilapang yang terjadi berupa melengkungnya scrapper conveyo.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah :
1. Menghitung gaya dorong yang terjadi pada scraper conveyor saat melakukan pengangkutan tandan kosong kelapa sawit.
2. Menghitung deformasi yang terjadi pada scraper conveyor saat melakukan pengangkutan tandan kosong kelapa sawit.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah : 1. Bagi mahasiswa :
Mahasiswa mendapatkan pengalaman dan bisa menganalisa suatu problem yang terjadi pada bunch scraper conveyor di PTPN II Tanjung Garbus.
2. Bagi fakultas :
Menambah jumlah dan memperbarui hasil karya mahasiswa yang dapat menjadi literarutr dan referensi bagi mahasiswa yang memperkaya dan meningkatkan penelitian yang berkaitan dengan perawatan mesin.
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan ini disajikan dalam tulisan yang terdiri dari lima bab dengan rincian, sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN, Bab ini berisikan tentang latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan, manfaat penelitian. BAB II TINJAUAN PUSTAKA, Pada Bab ini menjelaskan landasan teori dan literatur yang berkaitan.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN, Bab ini memberikan informasi mengenai tempat pelaksanaan penelitian dan metode yang digunakan dalam penelitian. BAB IV HASIL DAN PEMBAHAN, Bab ini membahas tentang hasil data yang diperoleh dari penelitian serta menghitung dan menganalisa hasil yang diperoleh. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN, Bab ini merupakan bagian penutup yang berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh dari penelitian.
DAFTAR PUSTAKA, Bagian ini berisi semua sumber bacaan yang digunakan sebagai acuan dalam penulisan skripsi. LAMPIRAN
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Mesin Pemindah Bahan
Mesin pemindah bahan (material handling equipment) merupakan salah satu peralatan yang digunakan untuk memindahkan muatan dari suatu tempat ke tempat lain dalam jarak yang tidak jauh misalnya pada bagian-bagian departemen atau pabrik, lokasi konstruksi, tempat penumpukan bahan, tempat penyimpanan, dan pembongkaran muatan. Mesin pemindah bahan pada prakteknya hanya memindahkan muatan dalam jumlah dan besar serta jarak tertentu dengan perpindahan bahan ke arah vertikal, horizontal, atau kombinasi keduanya. Jarak ribuan meter hanya dilakukan untuk perpindahan yang konstan antara dua lokasi atau lebih yang dihubungkan oleh kegiatan produksi yang sama.
Mesin pemindah bahan merupakan bagian terpadu perlengkapan mekanis dalam setiap industri modern. Desain mesin pemindah bahan yang beragam disebabkan oleh banyaknya jenis dansifat muatan yang dipindahkan serta banyaknya operasi pemindahan yang akan mendukung produksi. Dalam setiap perusahaan, proses produksi secara keseluruhan sangat ditentukan oleh pemilihan jenis mesin pemindah bahan yang tepat pemilihan parameter utama yang tepat dan efisiensi operasinya. Jadi, pengetahuan yang sempurna tentang ciri operasi dan desain mesin ini dan metode desainnya serta penerapan praktisnya sangat diperlukan.
Mesin pemindah bahan mendistribusikan muatan keseluruh lokasi di dalam perusahaan, memindahkan bahan diantara unit proses yang terlibat dalam produksi, membawa produk jadi (finished product) ketempat produk tersebut akan dimuat, dan memindahkan limbah produksi (production waste) dari poduction site keloading area. Untuk operasi bongkar muatan tertentu, mekanisme mesin pemindah bahan dilengkapi dengan alat pemegang khusus yang dioperasikan oleh mesin bantu atau secara manual. Pemilihan mesin pemindah bahan yang tepat dan sesuai pada tiap-tiap aktivitas diatas, akan meningkatkan effisiensi dan daya saing dari aktivitas tersebut.(simatupang, 2013)
2.2 Conveyor
Di dalam industri, bahan-bahan yang digunakan kadangkala merupakan bahan yang berat maupun berbahaya bagi manusia. Untuk itu diperlukan alat transportasi untuk mengangkut bahan-bahan tersebut mengingat keterbatasan kemampuan tenaga manusia baik itu berupa kapasitas bahan yang akan diangkut maupun keselamatan kerja dari karyawan.
Salah satu jenis alat pengangkut yang sering digunakan adalah conveyor yang berfungsi untuk mengangkut bahan-bahan industri yang berbentuk padat.
Pemilihan alat transportasi (conveying equipment) material padatan antara lain tergantung pada :
1. Kapasitas material yang ditangani 2. Jarak perpindahan material
3. Kondisi pengangkutan : horizontal, vertikal atau inklinasi 4. Ukutan (size), bentuk (shape) dan sifat material (properties) 5. Harga peralatan tersebut. (sianipar, 2008)
2.2.1 Klasifikasi Conveyor
Secara umum jenis/type Konveyor yang sering digunakan dapat diklasifikasikan
sebagai berikut : 1. Belt Conveyor 2. Chain Conveyor : 3. Screw Conveyor 4. Pneumatic Conveyor
2.2.1.1 Belt Conveyor
Belt Conveyor pada dasarnya merupakan peralatan yang cukup sederhana.
Alat tersebut terdiri dari sabuk yang tahan terhadap pengangkutan benda padat.
Sabuk yang digunakan pada belt conveyor ini dapat dibuat dari berbagai jenis bahan misalnya dari karet, plastik, kulit ataupun logam yang tergantung dari jenis dan sifat bahan yang akan diangkut. Untuk mengangkut bahan -bahan yang panas, sabuk yang digunakan terbuat dari logam yang tahan terhadap panas.
Karakteristik dan performance dari belt conveyor yaitu :
1. Dapat beroperasi secara mendatar maupun miring dengan sudut maksimum sampai dengan 18.
2. Sabuk disanggah oleh plat roller untuk membawa bahan.
3. Kapasitas tinggi.
4. Serba guna.
5. Dapat beroperasi secara continue.
6. Kapasitas dapat diatur.
7. Kecepatannya sampai dengan 600 ft/m.
8. Dapat naik turun.
9. Perawatan mudah.
Gambar 2.1 Belt Conveyor Driver
Kelemahan -kelemahan dari belt conveyor:
1. Jaraknya telah tertentu.
2. Biaya relatif mahal.
3. Sudut inklinasi terbatas.
2.2.1.2 Chain Conveyor
Chain conveyor dapat dibagi atas beberapa jenis conveyor, yaitu : 1. Scraper Conveyor
2. Apron Conveyor 3. Bucket Conveyor 4. Bucket Elevator
Keempat jenis elevator tersebut pada dasarnya menggunakan rantai sebagai alat bantu untuk menggerakkan material.
a. Scraper Conveyor
Scraper conveyor merupakan konveyor yang sederhana dan paling murah diantara jenis -jenis conveyor lainnya. Conveyor jenis ini dapat digunakan dengan kemiringan yang besar mencapai 45o. Conveyor jenis ini digunakan untuk mengangkut material - material ringan yang tidak mudah rusak, seperti : abu, kayu dan lainnya.
Keunggulan dari scaper conveyor:
1. Dapat beroperasi dengan kemiringan sampat 45°.
2. Mempunyai kecepatan maksimum 100-150 ft/min.
3. Kapasitas pengangkutan hingga 12 ton/jam. (antonius, 2014) Kelemahan - kelemahan pada scraper conveyor:
1. Mempunyai jarak yang pendek.
2. Tenaganya tidak konstan.
3. Biaya perawatan yang besar seperti service secara teratur.
4. Mengangkut beban yang ringan dan tidak tetap.
Gambar 2.2 Scrapper Conveyor b. Apron Conveyor
Apron Conveyor digunakan untuk variasi yang lebih luas dan untuk beban yang lebih berat dengan jarak yang pendek. Apron Conveyor yang sederhana terdiri dari dua rantai yang dibuat dari mata rantai yang dapat ditempa dan ditanggalkan dengan alat tambahan A. Palang kayu dipasang pada alat tambahan A diantara rantai dengan seluruh tumpuan dari tarikan conveyor. Untuk bahan yang berat dan pengangkutan yang lama dapat ditambahkan roda (roller) pada alat
tambahan A. Selain digunakan roller, palang kayu dapat juga digantikan dengan plat baja untuk mengangkut bahan yang berat.
Karakteristik dan performance dan apron conveyor:
1. Dapat beroperasi dengan kemiringan hingga 25°.
2. Kapasitas pengangkutan hingga 100 ton/jam.
3. Kecepatan maksimum 100 ft/m.
4. Dapat digunakan untuk bahan yang kasar, berminyak maupun yang besar.
5. Perawatan murah.
Kelemahan –kelemahan apron konveyor : 1. Kecepatan yang relatif rendah.
2. Kapasitas pengangkutan yang kecil 3. Hanya satu arah gerakan
Gambar 2.3 Apron Conveyor c. Bucket Conveyor
Bucket Conveyor sebenarnya merupakan bentuk yang menyerupai conveyor apron yang dalam.
Karakteristik dan performance dari bucket conveyor:
1. Bucket terbuat dari baja
2. Bucket digerakkan dengan rantai 3. Biaya relatif murah.
4. Rangkaian sederhana.
5. Dapat digunakan untuk mengangkut bahan bentuk bongkahan.
6. Kecepatan sampai dengan 100 ft/m.
7. Kapasitas kecil 100 ton/jam.
Kelemahan -kelemahan bucket conveyor:
1. Ukuran partikel yang diangkut 2-3 in.
2. Investasi mahal.
3. Kecepatan rendah.
Gambar 2.4 Bucket Conveyor d. Bucket Elevator
Belt, scraper maupun apron conveyor mengangkut material dengan kemiringan yang terbatas. Belt conveyor jarang beroperasi pada sudut yang lebih besar dari 15-20° dan scraper jarang melebihi 30o. Sedangkan kadangkala diperlukan pengangkutan material dengan kemiringan yang curam. Untuk itu dapat digunakan Bucket Elevator. Secara umum bucket elevator terdiri dari timba -timba (bucket) yang dibawa oleh rantai atau sabuk yang bergerak. Timba -timba (bucket) yang digunakan memiliki beberapa bentuk sesuai dengan fungsinya masing -masing. Bentuk - bentuk dari timba -timba (bucket) dapat dibagi atas :
1. Minneapolis Type
2. Buckets for Wet or Sticky Materials 3. Stamped Steel Bucket for Crushed Rock 4. Minneapolis Type
a). Bentuk ini hampir dipakai di seluruh dunia.
b). Dipergunakan untuk mengangkut butiran dan material kering yang sudah lumat.
5. Buckets for Wet or Sticky Materials.
a). Bucket yang lebih datar.
b). Dipergunakan untuk mengangkut material yang cenderung
lengket.
6. Stamped Steel Bucket for Crushed Rock
Dipergunakan untuk mengangkut bongkahan -bongkahan besar dan material yang berat.
2.2.1.3 Screw Conveyor
Jenis konveyor yang paling tepat untuk mengangkut bahan padat berbentuk halus atau bubur adalah konveyor sekrup (screw conveyor). Alat ini pada dasarnya terbuat dari pisau yang berpilin mengelilingi suatu sumbu sehingga bentuknya mirip sekrup. Pisau berpilin ini disebut flight.
Macam-macam flight adalah:
1. Sectional flight 2. Helicoid flight
3. Special flight, terbagi: ~cast iron flight ~ribbon flight ~cut flight
Konveyor berfiight section (Gambar 2.5-a) dibuat dari pisau-pisau pendek yang disatukan -tiap pisau berpilin satu putaran penuh- dengan cara disimpul tepat pada tiap ujung sebuah pisau dengan paku keling sehingga akhirnya akan membentuk sebuah pilinan yang panjang. Sebuah helicoid flight bentuknya seperti pita panjang yang berpilin mengelilingi suatu poros (Gambar 2.5-b). Untuk membentuk suatu konveyor, flight-flight itu disatukan dengan cara dilas tepat pada poros yang bersesuaian dengan pilinan berikutnya.
Flight khusus digunakan dimana suhu dan tingkat kerusakan tinggi adalah flight cast iron. Flight-flight ini disusun sehingga membentuk sebuah konveyor (Gambar 2.5-c). Untuk bahan yang lengket, digunakan ribbon flight (Gambar 2.5- d). Untuk mengaduk digunakan cut flight (Gambar 2.5-e). Flight pengaduk ini dibuat dari flight biasa, yaitu dengan cara memotong-motong flight biasa lalu membelokkan potongannya ke berbagai arah.
Untuk mendapatkan konveyor panjang yang lebih sederhana dan murah, biasanya konveyor tersebut itu disusun dari konveyor-konveyor pendek. Sepasang konveyor pendek disatukan dengan sebuah penahan yang disebut hanger dan disesuaikan pasangan pilinannya. Tiap konveyor pendek mempunyai standar tertentu sehingga dapat dipasang dengan konveyor pendek lainnya, yaitu dengan
cara memasukkan salah satu poros sebuah konveyor ke lubang yang terdapat pada poros konveyor yang satunya lagi (Gambar 2.6)
Gambar 2.5 Screw Conveyor : a Sectional ; b. Helicoid; c. Cast Iron; d.
Riboon ; e. Cut Flight
Gambar 2.6 Screw Conveyor Coupling
Wadah konveyor biasanya terbuat dan lempeng baja (Gambar 2.7), Panjang sebuah wadah antara 8, 10, dan 12 ft. Tipe wadah yang paling sederhana (Gambar 2.7-a) hanya bagian dasarnya, yang berbentuk setengah lingkaran dan terbuat dari baja, sedangkan sisi-sisi lurus lainnya terbuat dari kayu.
Untuk mendapatkan sebuah wadah yang panjang, wadah-wadah pendek disusun sehingga sesuai dengan panjang konveyor. Gambar 2.7-b menunjukkan wadah yang lebih rumit yang konstruksinya semuanya terbuat dari besi.
Gambar 2.7 Wadah Screw Conveyor
Perlu diketahui bahwa poros konveyor harus digantung pada persambungan yang tetap sejajar. Dua buah persambungan dibuat pada ujung
wadah, dan sepanjang wadah harus tetap ada hanger atau penahan, Biasanya ada sebuah hanger untuk tiap bagian.
Gambar 2.8 menunjukkan beberapa tipe hanger. Gbr 2.8-a menunjukkan tipe paling sederhana dan paling murah. Gbr 2.8-b menunjukkan tipe yang mempunyai persambungan terpisah dan ditempatkan di wadah baja. Bentuk yang lebih rumit mempunyai persambungan yang dapat disetel dan juga dengan cara meminyaki yang lehih baik.
Jika bahan yang diangkut konveyor bersentuhan dengan persambungan hanger, seringkali minyak atau pelumas tidak dapat dipakai karena akan mencemari bahan tersebut, dan wadah kayu akan basah oleh minyak. 0leh karena itu, wadah dalam hanger dibuat dari besi putih cor (Gbr 2. 8-c) sehingga tempat bergerak dapat digunakan walaupun tanpa pelumas.
Gambar 2.8 Screw Conveyor Hanger
Ujung dari wadah konveyor disebut box ends . Umumnya box ends awal berbeda konstruksinya dengan box ends akhir. Box ends awal memiliki roda gigi (gears) bevel untuk memutar poros konveyor.
Gambar 2.9 Screw Conveyor Box End
2.2.1.4 Pneumatic Conveyor
Konveyor yang digunakan unluk mcngangkul bahan yang ringan atau berbentuk bongkahan kecil adalah konvenyor aliran udara (pneumatic conveyor).
Pada jenis konveyor ini bahan dalam bentuk suspensi diangkut oleh aliran udara.
Pada konveyor ini banyak alat dipakai, antara lain:
1. Sebuah pompa atau kipas angin untuk menghasilkan aliran udara.
2. Sebuah cyclone untuk memisahkan partikel-partikel besar.
3. Sebuah kotak penyaring (bag filter) untuk menyaring debu.
Pada tipe yang sederhana (Gambar 2.11), sebuah pompa cycloida akan menghasilkan kehampaan yang sedang dan sedotannya dihubungkan dengan sistem pengangkulan. Bahan -bahan akan terhisap naik melalui selang yang dapat dipindahpindahkan ujungnya. Kemudian, aliran udara yang mengangkut bahan padat dalam bentuk suspensi akan menuju siklon dan selanjutnya menuju ke pompa. Jika bahan-bahan ini mengandung debu, debu ini tentunya akan merusak pompa dan debu ini juga akan membahayakan jika dibuang ke udara, dengan kala lain debu adalah produk yang tidak diinginkan. Karenanya, sebuah kotak penyaring ditempatkan diantara siklon dan pompa.
Jenis konveyor ini terutama digunakan untuk mengangkut bahan yang kebersihannya harus tetap terjaga baik (seperti biji-bijian, bahan-bahan lumat seperti soda abu, dan lain-lain) supaya keadaannya tetap baik dan tidak mengandung zat-zat beracun seperti timbal dan arsen. Konveyor ini juga dapat dipakai untuk mengangkut bahan-bahan yang berbentuk bongkahan kecil seperti chip kayu, bit pulp kering, dan bahan lainnya yang sejenis. Kadang-kadang juga digunakan bila jalan yang dilalui bahan berkelok-kelok atau jika bahan harus diangkat dan lain-lain hal yang pada tipe konveyor lainnya menyebabkan biaya pengoperasian lebih tinggi. (sianipar, 2008)
Gambar 2.10 Pneumatic Conveyor
2.3 Dasar Pemilihan Mesin Pemindah Bahan
Faktor-faktor teknis penting yang digunakan dalam menentukan pilihan jenis peralatan yang digunakan dalam proses pemindahan bahan :
1. Jenis dan sifat muatan yang akan diangkat.
Untuk muatan satuan (unit load): bentuk, berat, volume, kerapuhan, keliatan, dan temperatur. Untuk muatan curah (bulkload): ukuran gumpalan, kecenderungan menggumpal, berat jenis kemungkinan longsorsaat dipindahkan, sifat mudah remuk (friability), temperatur, dan sifat kimia.
2. Kapasitasper jamyang dibutuhkan.
Kapasitas pemindahan muatan perjam yang hampir takterbatas dapat diperoleh pada peralatan, seperti konveyor yang bekerja secara kontinu.
Sedangkan pada peralatan lain yang mempunyai siklus kerja dengan gerak balik muatan kosong, akan dapat beroperasi secara efisien jika alat ini mempunyai kapasitas angkat dan kecepatan yang cukup tinggi dalam kondisi kerja yang berat, seperti truk dan crane jalan.
3. Arah dan jarak perpindahan.
Berbagai jenis peralatan dapat memindahkan muatan kearah horizontal, vertikal, atau dalam sudut tertentu. Untuk gerakan vertikal diperlukan pengangkat seperti: crane, bucket elevator. Dan untuk gerakan horizontal diperlukan crane pada truk yang digerakkan mesin atau tangan, crane penggerak tetap, dan berbagai jenis konveyor. Ada beberapa alat yang dapat bergerak mengikuti jalur yang berliku dan ada yang hanya dapat bergerak lurus dalam satu arah.
4. Cara menyusun muatan pada tempat asal, akhir, dan antara.
Pemuatan ke kendaraandan pembongkaran muatan ditempat tujuan sangat berbeda, karena beberapa jenis mesin dapat memuat secara mekanis, sedangkan pada mesin lainnya membutuhkan alat tambahan khusus atau bantuan operator.
5. Karakteristik proses produksi yang terlibat dalampemindahan muatan.
Gerakan penanganan bahan berkaitan erat, bahkan terlibat langsung dengan proses produksi. Misalnya: crane khusus pada pengecoran logam, penempaan dan pengelasan; konveyor pada pengecoran logam dan perakitan; pada permesinan dan pengecatan.
6. Kondisi lokal yang spesifik.
Hal ini meliputi luas dan bentuk lokasi, jenis dan desain gedung, keadaan permukaan tanah, susunan yang mungkin untuk unit proses, debu, kelembaban lingkungan, adanya uap dan berbagai jenis gas lainnya, dan temperatur.
(simatupang, 2013)
2.4 Penggunaan Umum Scrapper Conveyor
Penggunaan umum Scrapper Conveyor adalah untuk memindahkan material dengan kelengkapan antara lain: saluran terbuka semacam talang yang diikat pada rangka dan talang ini dilengkapi alat penarik beban /rantai, dimana alat pembawa beban/scrapper terikat dan rantai bergerak melingkari rantai pada ujung- ujung pesawat, dimana salah satu sprocket dihubungkan dengan unit penggerak, sedang tarikan awal rantai dihasilkan oleh take-up bearing.
Material yang dipindahkan dimasukkan kedalam saluran/talang dan didorong oleh scrapper pembawa beban sepanjang saluran pengeluaran material/discharge dapat dilakukan sepanjang saluran dengan menempatkan pintu – pintu didasar saluran berupa gate atau sliding door. Pesawat ini dapat dipakai untuk mengangkut materaial curah, dari jenis tepung sampai yang berupa butiran atau bongkahan yang tidak terlalu besar, tetapi kurang baik utu material yang mempunyai sifat lengket, lembab, mudah termampatkan atau menggumpal.
Dengan peralatan khusus dapat dipakai untuk memindahkan material bentuk unit.
Keuntungan memakai pesawat ini adalah mudah dalam perencanaannya dan pembuatannya, dapat memindahkan dalam dua arah, mudah dalam pengeluaran dan pemasukan beban kedalam pesawat sepanjang lintasan yang dikehendaki. Kekurangan yang ada adalah kemungkinan material tersebut, akibat sifat pemindahan yang mendorong material tersebut dan keausan yang cepat terutama pada saluran/talang dan scrapper. Jarak pemindahan pesawat ini terbatas hanya sekitar 50 s/d 60 m. Dari arah pemindahan material, pesawat ini dapat memindahkan dengan lintasan horizontal, menyudut, keatas dan kebawah atau kombinasi dari arah-arah tersebut. Sudut inclinasi β dapat sampai 30o, tetapi makin besar sudut ini berkurangnya kapasitas bertambah besar juga.(rohman, 2015).
2.5 Kelas-Kelas Konveyor Rantai
Pertimbangan dalam perencanaan erat hubungannya terhadap jenis konveyor adalah kelas konveyor. Dua kelas konveyor telah ditentukan pada dasar faktor friksi/gesekan yang disertakan dengan pergerakan rantai (penyorong atau penggulungan) dan pergerakan material (penyorongan atau dibawah) Dua kelas ini digambarkan pada istilah rantai dan pergerakan material pada tabel berikut ini.
1. Chain Sliding ( Penyorongan rantai )
Metode ini adalah sederhana di dalam kontruksi, memiliki bagian pergerakan yang lebih sedikit dan biasanya paling rendah/murah biayanya untuk beban yang diberikan. Hal ini paling efektif pada peralatan “kotor” dan kontruksi tak datar, baik/cocok untuk pengaruh kondisi. Peralatan daya kuda adalah lebih tinggi dari pada untuk rantai penggulung.
Gambar 2.11 Chain Sliding
2. Chain Rolling (Penggulungan rantai)
Metode ini memiliki operasi yang lebih halus, pulsasi yang lebih sedikit bila dibandingkan dengan penyorongan rantai. Semakin lebih rendah gesekan padapusat yang lebih rendah, maka semakin sedikit pergerakan dan semakin rendah biaya operasi. Hal ini tidak cocok untuk peralatan kotor sebagai mana bahan luar dapat mengganggu penggulungan.
Gambar 2.12 Chain Rolling
2.6 Bagian – bagian dari Scrapper Conveyor
Gambar 2.13 Bagian – bagian Scrapper 1. Sproket penggerak
Sproket ini berfungsi untuk memutar rantai yang melekat atau yang menempel di sekeliling sporket, dimana sporket ini digerakan atau diputar oleh motor listrik, yang ditranmisi melalui rantai, bila sporket ini berputar maka akan terjadi putar juga pada rantai sehingga scrapper conveyor janjangan kosong yang ada diantara kedua rantai bersirkulasi.
Gambar 2.14 Sproket Penggerak 2. Rantai .
Rantai pada conveyor ini berfungsi sebagai tempat pemasangan atau penempelan scrapper pengangkut janjangan kosong dengan baut dan mur. Rantai yang digunakan pada bunch scrapper conveyor ini dibuat dari jenis bahan baja yang tergantung dari jenis dan sifat bahan yang akan diangkut.
Gambar 2.15 Rantai 3. Scrapper pengangkut janjangan kosong
Scrapper yang terdapat diatara kedua rantai berfungsi untuk memindahkan atau mengangkut janjangan kosong yang ada di atas lantai conveyor, hal ini disebabkan karena janjangan kosong yang ada diatas lantai conveyor akan tertarik oleh scrapper conveyor yang melekat diantara kedua rantai.
Gambar 2.16 Scrapper
4. Sporket ekor (sporcketbalik)
Sporket ekor ini berfungsi untuk mengatur supaya rantai tetap berada pada posisi yang direncanakan, mengatur tegangan rantai, dan mencegah terjadinya slipan tara rantai dan sporket penggerak, karena bertambah panjanganya rantai, Sporket ekor ini dapat diubah jaraknya sesusai dengan tegangan rantai yang dibutuhkan.
Gambar 2.17 Sproket Ekor 5. Rangka (Frame)
Rangka atau Frame adalah merupakan kontruksi yang menyangga seluruh dari alat atau komponen yang ada pada Bunch Scrapper Conveyor, rangka ini di tempatkan sedemikian rupa sehingga jalannya Bunch Scrapper Conveyor saat beroperasi dapat berlangsung dengan baik. Dan ini tergantung pada medan operasinya baik mendatar atau miring.
Gambar 2.18 Rangka 6. Motor penggerak
Motor penggerak ini berfungsi untuk mengerakkan sporket, disekeliling sporcket tersebut terdapat rantai bunch scrapper conveyor yang diantara kedua rantai tersebut terdapat scrapper conveyor janjangan kosong, sehingga rantai tersebut dapat digunakan untuk memindahkan janjangan kosong dari mesin perontokan kepenampungan.(antonius, 2014)
Gambar 2.19 Motor Penggerak 7. Saluran / talang
Saluran terbuka atau talang: dibuat dari plat baja yang dibentuk dengan sambungan las, atau untuk material yang ringan dapat dibuat dari papan kayu.
Celah antara dinding talang (atas dan bawah) dengan flight antara 3 s/d 6mm.(rohman,2015)
Gambar 2.20 Saluran
2.7 Mekanisme Gerakan Bunch Scrapper Conveyor
Prinsip kerja bunch scrapper conveyor adalah mentransport material yang ada di atas rell yang di dorong oleh scrapper yang ada diantara kedua rantai, dan setelah sampai dipenampungan material jatuh akibat sliding door. Rantai digerakkan oleh sprocket dimana sprocket ini digerakan atau di putar oleh motor listrik dengan menggunakan motorpenggerak.(antonius, 2014).
Gerakan Scrapper merupakan gerakan mendorong/kekanan untuk mengangkut tandan kosong yang telah keluar dari thresher kemudian diangkut menuju tempat pembuangan tandan kosong.
Gambar 2.21 Gerakan scrapper conveyor
Gambar 2.21 merupakan gambar gerakan scrapper conveyor yang mendorong tandan konsong kearah horizontal.
2.8 Material Scraper Conveyor
Material yang digunakan pada scrapper conveyor adalah baja AISI 1020. Untuk tabel material propertis AISI 1020 dapat dilihat pada tabel 2.1
Tabel 2.1 Material Propertis AISI 1020
Properties Metric
Tensile strength 420 Mpa
Density 7.87 g/cm3
Yield strength 350 Mpa
Modulus of elasticity 205 Gpa
Poisson’s ratio 0.29
Dua digit pertama menunjukkan jenis baja seperti baja karbon, baja manganese, baja nickel, dll. Pada material SAE-AISI (The American Iron & Steel Institue)1020, dua digit pertama menunjukkan angka 10. Sesuai tabel material sistem SAE-AISI, angka 10 berarti baja karbon. Dua digit di belakang menunjukkan kandungan karbon dalam peratus persen atau seperseratus persen.
Pada contoh, dua digit di belakang menunjukkan angka 20. Oleh karena itu
kandungan karbon yang ditambahkan sebesar 20/100% atau 0,20% (aktualnya 0,17-0,23% karbon). Jadi dapat disimpulkan bahwa material SAE-AISI 1020 merupakan baja karbon dengan kandungan karbon 0,20%.
2.9 Spesifikasi Scraper Konveyor
Pada scraper conveyor memiliki spesifikasi sebagai berikut :
Kapasita scrapper conveyor tergantung pada berat muatan tiap meter panjang (q – kg/m ) dan kecepatan pemindahan ( v / sec ). Jika kapasitas konveyor adalah qv – kg/det. Maka kapasitas perjamnya menjadi :
Q = q v= 3,6 qv Ton / Jam...(2.1) Panjang lintasan scrapper conveyor adalah sepanjang 40 m, diameter sproket (Ds) adalah 0,38 m, dengan jumlah scrapper 66 buah. Putaran pada sproket adalah 17 rpm dengan panjang rantai 82 m. Jarak antar scrapper adalah 1,24 m.
2.10 Jenis-jenis Pembebanan
Salah satu factor yang mempengaruhi besarnya defleksi pada batang adalah jenis beban yang diberikan kepadanya. Adapun jenis pembeban :
1. Beban terpusat
Titik kerja pada batang dapat dianggap berupa titik karena luas kontaknya kecil.
Gambar 2.22 Pembebanan Terpusat
Sumber : http://tazziemania.wordpress.com/link-tazzie/)
2. Beban terbagi merata
Disebut beban terbaf\gi merata karena merata sepanjang batang dinyatakan dalm qm (kg/m atau KN/m)
Gambar 2.23 Pembebanan Terbagi Merata Sumber : http://tazziemania.wordpress.com/link-tazzie/
3. Beban Bervariasi Uniform
Disebut beban bervariasi uniform karena beban sepanjang batang besarnya tidak merata
Gambar 2.24 Pembebanan Bervariasi uniform Sumber : http://tazziemania.wordpress.com/link-tazzie/)
2.11 jenis jenis Batang 1. Batang tumpuan sederhana
Bila tumpuan tersebut berada pada ujung-ujung dan pada pasak atau rol.
Gambar 2.25 Batang tumpuan sederhana
Sumber : http://tazziemania.wordpress.com/link-tazzie/) 2. Batang kartilever
Bila salah satu ujung balok dijepit dan yang lain bebas.
Gambar 2.26 Batang kantilever
Sumber : http://tazziemania.wordpress.com/link-tazzie/) 3. Batang Overhang
Bila balok dibangun melewati tumpuan sederhana
Gambar 2.27 Batang Overhang
Sumber : http://tazziemania.wordpress.com/link-tazzie/
4. Batang menerus
Bila tumpuan-tumpuan terdapat pada balok continue secara fisik.
Gambar 2.28 Batang menerus
Sumber : http://tazziemania.wordpress.com/link-tazzie/) 2.12 Jenis-jenis Tumpuan
1. Engsel
Engsel merupakan tumpuan yang dapat menerima gaya reaksi vertikal dan gaya reaksi horizontal. Tumpuan yang berpasak mampu melawan gaya yang bekerja dalam setiap arah dari bidang. Jadi pada umumnya reaksi pada suatu tumpuan seperti ini mempunyai dua komponen yang satu dalam arah horizontal dan yang lainnya dalam arah vertical. Tidak seperti pada perbandingan tumpuan rol atau penghubung, maka perbandingan antara komponen-komponen reaksi pada tumpuan yang terpasak tidaklah tetap. Untuk menentukan kedua komponen ini, dua buah komponen statika harus digunakan.
Gambar 2.29 Tumpuan engsel
Sumber : http://tazziemania.wordpress.com/link-tazzie/)
2. Rol
Rol merupakan tumpuan yang hanyadapat menerima gaya reaksi vertical.
Alat ini mampu melawan gaya-gaya dalam suatu garis aksi yang spesifik.
Penghubung yang terlihat pada gambar dibawah ini dapat melawan gaya hanya dalam arah AB rol. Pada gambar dibawah hanya dapat melawan beban vertical.
Sedang rol-rol hanya dapat melawan suatu tegak lurus pada bidang cp
Gambar 2.30 Tumpuan Rol
Sumber : http://tazziemania.wordpress.com/link-tazzie/) 3. Jepit
Jepit merupakan tumpuan yang dapat menerima gaya reaksi vertical, gaya reaksi horizontal dan momen akibat jepitan dua penampang. Tumpuan jepit ini mampu melawan gaya dalam setiap arah dan juga mampu melawan suatu kopel atau momen. Secara fisik,tumpuan ini diperoleh dengan membangun sebuah balok ke dalam suatu dinding batu bata. Mengecornya ke dalam beton atau mengelas ke dalam bangunan utama. Suatu komponen gaya dan sebuah momen.
Gambar 2.31 Tumpuan Jepit
2.13 Gaya Geser dan Momen Lentur
Pada saat suatu balok dibebani oleh gaya atau kopel, tegangan dan regangan akan terjadi diseluruh bagian interior balok. Untuk menentukan tegangan dan regangan ini, mula-mula kita harus mencari gaya internal dan kopel internal yang bekerja pada balok.
Gambar 2.32 Pembebanan pada balok
Sebagai ilustrasi, diperlihatkan seperti pada gambar 2.32. Balok dengan dua tumpuan AB dibebani oleh gaya P di tengah . kemudian kita memotong balok tersebut di potongan melintang , dan mengisolasi bagian tengah dari balok sebagai benda bebas. Ini ditunjukkan oleh gambar 2.33
Gambar 2.33 Potongan benda bebas
Benda bebas ini dipertahankan berada dalam kesetimbangan oleh gaya P dan tegangan yang bekerja pada penampang. Tegangan-tegangan ini mewakili aksi bagian sebelah kanan balok pada bagian kirinya; yang kita ketahui adalah bahwa resultan dari tegangan harus sedemikian rupa sehingga mempertahankan keseimbangan benda bebas. Dari statika kita ketahui bahwa resultan dari tegangan yang bekerja di penampang adalah gaya geser V dan momen lentur M.
Ini di perlihatkan oleh gambar 2.33.
2.14 Defleksi pada Batang
Untuk setiap batang yang ditumpu akan melendut apabila diberikan beban yang cukup besar. Lendutan batang untuk setiap titik dapat dihitung dengan menggunakan metode diagram atau cara integral ganda dan untuk mengukur gaya yang digunakan load cell. Lendutan batang sangat penting dalam konstruksi terutama konstruksi mesin,dimana pada bagian-bagian tertentu seperti poros, lendutan sangat tidak diinginkan karena adannya lendutan maka kerja poros atau operasi mesin akan tidak normal sehingga dapat menimbulkan kerusakan pada bagian mesin atau pada bagian lainnya.Pada semua konstruksi teknik,bagian- bagian pelengkap suatu bangunan haruslah diberi ukuran-ukuran fisik yang tertentu.
Bagian-bagian tersebut haruslah diukur dengan tepat untuk menahan gaya–gaya yang sesungguhnya atau yang mungkin akan dibebankan kepadanya.Jadi poros sebuah mesin haruslah diperlukan dan menahan gaya-gaya luar dan dalam. Demikian pula,bagian-bagian suatu struktur komposit harus cukup tegar sehingga tidak akan melentung melebihi batas yang diizinkan bila bekerja dibawah beban yang diizinkan (Soemono 1989).
2.14.1 Pengertian Lendutan Batang
Aplikasi dari analisa lendutan batang dalam bidang keteknikan sangat luas,mulai dari perancangan poros transmisi sebuah kendaraan bermotor ini,menujukkan bahwa pentingnya analisa lendutan batang ini dalam perancangan.
Sebuah konstruksi teknik,berikut adalah beberapa aplikasi dari lendutan batang:
1. Jembatan
Disinilah dimana aplikasi lendutan batang mempunyai perananan yang sangat penting. Sebuah jembatan yang fungsinya menyeberangkan benda atau kendaraan diatasnya mengalami beban yang sangat besar dan dinamis yang
bergerak diatasnya. Hal ini tentunya akan mengakibatkan terjadinya lendutan batang atau defleksi pada batang-batang konstruksi jembatan tersebut. Defleksi yang terjadi secara berlebihan tentunya akan mengakibatkan perpatahan pada jembatang tersebut dan hal yang tidak diinginkan dalam membuat jembatan 2. Poros Transmisi
Pada poros transmisi roda gigi yang saling bersinggungan untuk mentransmisikan gaya torsi memberikan beban pada batang poros secara radial.
Ini yang menyebabkan terjadinya defleksi pada batang poros transmisi. Defleksi yang terjadi pada poros membuat sumbu poros tidak lurus. Ketidaklurusan sumbu poros akan menimbulkan efek getaran pada pentransmisian gaya torsi antara roda gigi. Selain itu,benda dinamis yang berputar pada sumbunya.
3. Rangka (chasis) kendaraan
Kendaraan-kendaraan pengangkut yang berdaya muatan besar,memiliki kemungkinan terjadi defleksi atau lendutan batang-batang penyusun konstruksinya.
4. Konstruksi Badan Pesawat Terbang
Pada perancangan sebuah pesawat material-material pembangunan pesawat tersebut merupakan material-material ringan dengan tingkat elestitas yang tinggi namun memiliki kekuatan yang baik. Oleh karena itu,diperlukan analisa lendutan batang untuk mengetahui defleksi yang terjadi pada material atau batang-batang penyusun pesawat tersebut,untuk mencegah terjadinya defleksi secara berlebihan yang menyebabkan perpatahan atau fatik karena beban terus- menerus.
5. Mesin Pengangkut Material
Pada alat ini ujung pengankutan merupakan ujung bebas tak bertumpuan sedangkan ujung yang satu lagi berhubungan langsung atau dapat dianggap dijepit pada menara kontrolnya. Oleh karena itu,saat mengangkat material kemungkinan untuk terjadi defleksi. Pada konstruksinya sangat besar karena salah satu ujungnya
bebas tak bertumpuan. Disini analisa lendutan batang akan mengalami batas tahan maksimum yang boleh diangkut oleh alat pengangkut tersebut (James M.Gere 1978).
2.14.2 Fenomena Perhitungan Lendutan
Ada beberapa metode yang dapat dipergunakan untuk menyelesaikan persoalan-persoalan defleksi pada balok.terdiri dari:
1. metode integrasi ganda (”doubel integrations”) 2. metode luas bidang momen (”Momen Area Method”) 3. metode energy
4. serta metode superposisi.
Metode integrasi ganda sangat cocok dipergunakan untuk mengetahui defleksi sepanjang bentang sekaligus. Sedangkan metode luas bidang momen sangat cocok dipergunakan untuk mengetahui lendutan dalam satu tempat saja.
Asumsi yang dipergunakan untuk menyelesaiakan persoalan tersebut adalah hanyalah defleksi yang diakibatkan oleh gaya-gaya yang bekerja tegak lurus terhadap sumbu balok,defleksi yang terjadi relative kecil dibandingkan dengan panjang baloknya, dan irisan yang berbentuk bidang datar akan tetap berupa bidang datar walaupun berdeformasi.
Suatu struktur sederhana yang mengalami lentur dapat digambarkan sebagaimana gambar 12, dimana y adalah defleksi pada jarak x, dengan x adalah jarak lendutan yang ditinjau, dx adalah jarak mn, dθ sudut mon, dan r adalah jari-jari lengkung.
Gambar 2.34 Metode integrasi ganda
Sumber : http://ebookgratisan.net/bab-vi-defleksi-balok Berdasarkan gambar 3.34 didapat besarnya
dx = r tg dθ ... (2.2) karena besarnya dθ relatif sangat kecil maka tg dθ=dθ saja sehingga persamaannya dapat ditulis menjadi
...(2.3) Jika dx bergerak kekanan maka besarnya dθ akan semakin mengecil atau
semakin berkurang sehingga didapat persamaan
...(2.4)
Lendutan relatif sangat kecil, sehingga didapat persamaan
...(2.5)
Persamaan tegangan sehingga di dapat persamaan
....……….………...(2.6) Sehingga didapat persamaan
...(2.7) Jika persamaan (2.6) di integralkan sebanyak dua kali maka akan di peroleh persamaan:
...(2.8) ...(2.9) Persamaan tersebut di atas dapat di terapkan untuk mencari defleksi pada balok sesuai dengan penelitian seperti pada gambar di bawah ini.
Diagram benda bebas
Gambar 2.35. Balok Sederhana dengan beban titik Sumber : http://ebookgratisan.net/bab-vi-defleksi-balok
Dari gambar 14 diatas maka dapat di tentukan besarnya momen dan reaksi tiap tumpuan:
...(2.10)
Untuk 0 < x < a
...(2.11) Untuk a < x < l
...(2.12)
Untuk 0 < x < a
...(2.13) Untuk a < x < l
...(2.14)
Kemudian kedua persamaan (2.13) dan (2.14) di integralkan terhadap x sehingga di dapat
...(2.15)
...(2.16) Pada x = a, kedua persamaan (2.15) dan (2.16) di atas hasilnya akan sama.
Jika diintegral lagi mendapatkan persamaan :
...(2.17)
...(2.18) Pada x = a, maka nilai C1 harus sama dengan C2, maka C3 = C4, sehingga persamaannya menjadi :
...(2.19)
Untuk x = 0, maka y = 0, sehingga nilai C3 = C4 = 0 Untuk x = L, maka y = 0,
sehingga persamaan (2.20) dapat ditulis menjadi :
...(2.20)
Besarnya L – a = b
...(2.21)
...(2.22) Sehingga setelah disubstitusi menghasilkan persamaan :
Untuk 0 < x < a
...(2.23)
...(2.24) Untuk a < x < l
...(2.25)
...(2.26) Untuk a = b
...(2.27) Hubungan gaya peralihan antara gaya yang terjadi pada batang dan perpanjangannya ditunjukkan oleh gambar 2.36.
Gambar 2.36 Defleksi pada tumpuan sederhana Nilai defleksi pada batang dua tumpuan diatas adalah :
...(2.28) Dimana :
δ = Defleksi yang tejadi
P = Gaya yang bekerja pada cantilever l = Panjang batang
E = Modulus elastisitas I = Momen Inersia
2.15. Tegangan Normal
Konsep paling dasar dalam mekanika kekuatan bahan adalah tegangan dan regangan. Konsep ini dapat diilustrasikan dalam bentuk yang paling mendasar dengan meninjau sebuah batang yang mengalami gaya aksial. Gaya aksial adalah beban yang mempunyai sama arah dengan sumbu elemen sehingga mengakibatkan terjadinya teganga tarik atau tekan pada batang.
F F
Gambar 2.37. Sebuah batang yang mengalami pembebanan tarik
Gambar 2.37 merupakan gambar sebuah batang dengan penampang b dan diberikan pembebanan tarik sebesar P. Batang tersebut merupakan sebuah elemen prismatis yang mengalami tarikan.
σ F
Gambar 2.38. Segmen batang yang sudah diberikan pembebanan
Dengan mengasumsikan tegangan terbagi rata diseluruh permukaan potongan mn, sedangkan gaya terdistribusi kontiniu bekerja pada seluruh penampang (Gambar 2.38). Intensitas gaya (yaitu gaya per satuan luas) disebut dengan tegangan dan diberi notasi σ. Dengan demikian persamaan untuk tegangan adalah :
...(2.29) Dimana :
σ = Tegangan yang terjadi P = Gaya yang diberikan A = Luas penampang
Persamaan ini memberikan intensitas tegangan merata pada batang prismatis yang dibebani secara aksial dengan penampang sembarang. Apabila batang ini ditarik dengan gaya P, maka tegangannya adalah tegangan tarik (tensile stress), apabila gayanya mempunyai arah sebaliknya, sehingga batang tersebut mengalami tekan, maka terjadi tegangan tekan(compressive stress).
2.16 Tegangan Lentur Pada balok
1. Penampang-penampang sebuah balok yang tegak lurus sumbunya akan tetap merupakan bidang datar setelah terjadi lenturan. Titik pangkal sumbu x,y,z adalah titik berat penampang Sebelum balok dibebani, maka bidang ABCD (berimpit dengan bidang xy) merupakan persegi seperti terlihat pada Gambar 2.39a dan Gambar 2.39b. Setelah balok dibebani maka balok akan melengkung, titik A dan titik C saling mendekat, sedangkan titik B dan titik D saling menjauh, dapat dilihat pada Gambar 2.39c. Dengan demikian serat atas balok mengalami tegangan tekan dan serat bawah balok mengalami tegangan tarik. Batas antara tegangan tekan dengan tegangan tarik disebut garis netral, pada Gambar 2.39b, garis netral digambarkan oleh sumbu x
Gambar 2.39. Sifat Balok dalam Lentur
Pada balok yang mengalami lentur, regangan yang terjadi pada penampang berbanding langsung dengan jaraknya ke garis netral.
Perhatikan kembali Gambar 2.39.b dan Gambar 2.39c, pada AC terjadi regangan sebesar
AC AC
AC
...(2.30)
demikian pula pada BD akan terjadi regangan sebesar
BD BD
BD
...(2.31) Semakin dekat ke garis netral maka nilai regangan akan semakin kecil, dan nilai regangan nol pada garis netral, seperti terlihat pada Gambar 2.40.
Gambar 2.40. Regangan Pada Penampang Balok
Tegangan normal yang diakibatkan oleh lentur berubah secara linier dengan jaraknya ke garis netral. Sesuai dengan hokum Hooke, nilai tegangan akan berbanding lurus dengan regangan. Dengan demikian semakin dekat ke garis netral nilai tegangan akibat lentur akan semakin kecil dan nol pada garis netral, terlihat pada Gambar 2.41.
Gambar 2.41. Distribusi Tegangan Akibat Lentur
Diagram tegangan pada balok yang mengalami lentur merupakan benda tegangan dengan arah tegangan sesuai dengan arah momen yang bekerja, pada momen positip serat atas akan tertekan dan serat bawah akan tertarik seperti terlihat pada Gambar 2.41a. Namun diagram benda tegangan biasanya digambar seperti pada Gambar 2.41b.
Gambar 2.42. Tegangan Pada Lentur Murni
Tanda negatip pada maks c
y merupakan serat tekan, dan tanda positip untuk serat tarik, demikian pula halnya dengan nilai y, pada serat tekan bertanda positip dan pada serat tarik bertanda negatip.
Gaya = Tegangan x Luas penampang
Tegangan = - maks c
y (dapat juga diambil tanda positip)
Luas penampang = dA
Maka gaya = - maks c
y dA
Fx = 0
A
maksdA c
y . 0
A maks ydA
c 0
A
A y
ydA 0y adalah ordinat titik berat
Karena A tidak nol maka y harus nol.
Dengan demikian maka garis netral harus melalui titik berat penampang.
M = 0
Mluar = Mdalam
M =
A
maks dAy c
y .
...(2.32)
M =
A maks y dA c
2
...(2.33)
M = maks Ix c
...(2.34)
x
maks I
c
M .
...(2.35) Tanda negatip dapat dihilangkan dan disesuaikan saja dengan tanda momen yang bekerja. Apabila momen yang bekerja positip maka serat bawah tertarik, tegangan nya diberi tanda positip, dan serat atas tertekan, tegangannya diberi tanda negatif.
Secara umum untuk tegangan sejauh y dari garis netral:
...(2.36)
dengan:
: tegangan normal akibat lentur M : momen luar
Y : jarak tegangan yang ditinjau ke garis netral Ix : momen inersia terhadap sumbu x
2.17 Tegangan Geser pada Balok
Balok yang menerima lentur dapat mengalami geseran ke arah memanjang. Ilustrasi perilaku balok yang mengalami geseran pada arah memanjang beserta diagram tegangan geser yang terjadi ditunjukkan seperti pada Gambar 3.43.
Gambar 2.43 Balok yang mengalami geseran arah memanjang
Tegangan geser paling besar terjadi pada garis netral tampang. Besaran tegangan geser maksimum ke arah memanjang balok dengan tampang persegi panjang ditunjukkan gambar 3.53, dapat dihitung dengan formula sebagai berikut.
Dimana:
V = Gaya geser / gaya lintang A = Luas tampang melintang batang 2.18 Tegangan Bidang (Plane Stress)
Dalam analisis tegangan, biasanya tegangan-tegangan normal dan geser yang bekerja pada elemen dan suatu kedudukan atau sumbu-sumbu acuan misalnya sumbu x dan y sudah diketahui. Dengan tegangan-tegangan dalam arah sembarang. Tegangan-tegangan ini akan dipengaruhi oleh orientasi sumbu- sumbunya. Persamaan-persamaan keseimbangan dapat dibentuk dari sebuah elemen yang dipotong dengan sudut kemiringan Ѳ, seperti diperlihatkan pada gambar 2.44 (a). Disini transformasi tegangan dihitung dari sumbu acuan (sumbu xy) ke sumbu x’y’ dengan sudut rotasi Ѳ, σx , σy , dan , adalah tegangan- tegangan yang sudah diketahui dari sumbu acuan.
(a) (b)
Gambar 2.44 Transformasi sumbu
BAB 3
METODE PENELITIAN 3.1 Waktu Dan Tempat
Waktu penelitian, melingkupi waktu survei, desain, dan simulasi, dimulai pada 13 juni 2017. Penelitian ini dilakukan di PT. Perkebunan Nusantara II Tanjung Garbus.
3.2 Alat Dan Bahan 3.2.1 Alat
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
Gambar 3.1 Laptop dan Mouse Laptop yang digunakan dengan spesifikasi sebagai berikut :
- Procesor Intel Inside Core i3 - RAM 4 Gb
- NVIDIA GEFORCE GTX 2 Gb
Gambar 3.2 Tampilan Software Ansys 15.0
Gambar 3.3 Tampilan Software Solidworks 2013 3.2.2 Bahan
Dalam penelitian ini, material yang digunakan adalah Baja AISI 1020 pada scraper conveyor , dengan spesifikasi sebagai berikut :
Gambar 3.4 Scrapper Conveyor
Tabel 3.1 Properties Material
Properties Metric
Tensile strength 420 MPa
Density 7.87 g/cm3
Yield strength 350 MPa
Modulus of elasticity 205 GPa
Poisson’s ratio 0.29
3.3 Metode Penelitian
3.3.1 Pemodelan Scrapper Conveyor
Desain Scrapper Conveyor dibuat menggunakan software Solidwork 2013.
Solidwork adalah software cad yang dapat digunakan untuk mendesain benda 2D atau 3D yang lebih kompleks (Curtis, 2010). Dimulai dari pembuatan sket desain scraper yang akan dibuat. Setelah itu, program secara otomatis akan menggabungkan sket dan membuatnya menjadi solid. Pada gambar 3.5 ditunjukkan desain scrapper yang dibuat di solidwork 2013.
Gambar 3.5 Tampilan Depan Scrapper
Gambar 3.6 Tampilan 3D Scrapper
3.3.2 Tegangan
Untuk mengetahui tegangan (respon) yang terjadi pada scrapper setelah terjadi pembebanan, terlebih dahulu harus mengetahui dan membuat simulasi menggunakan software ansys 15.0. Ansys 15.0 adalah software analisa yang dapat menyelesaikan problem mechanical (Ifrc, 2012).
3.3.2.1 Simulasi
Setelah selesai didesain di Solidwork 2013, hasil desain di import ke Ansys 15.0 untuk disimulasikan. Berikut langkah-langkah untuk simulasi yang dilakukan.
1. Return to project kemudian pilih geometri untuk mendesain geometri yang akan didesain. Karena desain gambar sudah dikerjakan terlebih dahulu pada solidwork 2013, maka gambar langsung di input ke Ansys 15.0, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.7. Dengan langkah, klik file, klik import external geometri file, pilih file yang dimaksud, dan klik generate.
Gambar 3.7 geometri yang di input dari solidwork
2. Pada geometri , pilih bidang yang akan di lakukan face split , klik bidang edge kemudian pilih bagian ujung bidang , setelah dipilih klik kanan end selection.
Gambar 3.8 geometri yang akan di face split
3. Klik menu tools kemudian klik face split ,setelah dilakukan face split klik generate untuk mendapatkan hasilnya.
Gambar 3.9 geometri dilakukan face split
4. Pada geometri, pilih bidang lainnya yang akan di lakukan face split, pilih sketching dan klik line kemudian buat garis dari titik tengah setelah di klik, pilih tool, face split untuk mendapatkan hasil split dari bidang tersebut.
Gambar 3.10 geometri bidang lain di face split
5. Pada model, pilih material untuk masing-masing komponen gambar sesuai material yang digunakan, seperti pada gambar 3.11, dengan langkah, klik part 1, kemudian pada kolom assignment, pilih struktural steel .
Gambar 3.11 Jendela Input material
6. Langkah berikutnya pemberian meshing pada benda, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.12. Langkah-langkahnya adalah klik mesh, klik kanan pada body sizing, Kemudian klik kanan pada mesh dan pilih generate mesh.
Gambar 3.12 Pemberian meshing
Setelah langkah-langkah, secara garis besar di atas selesai, kita dapat memperoleh hasil simulasi yang diminta.
3.4 Diagram Alir Penelitian
Diagram alir penelitian dibuat sebagai pedoman dalam melakukan penelitian ini. Diagram alir penelitian ini dapat dilihat pada gambar 3.19.
