REDESAIN OVERHEAD CRANE DENGAN ANALISA KEGAGALAN DI PLTU PAITON BERBASIS METODE ELEMEN HINGGA

(1)

i

(2)

ii

(3)

iii

(4)

iv

REDESAIN OVERHEAD CRANE DENGAN ANALISA KEGAGALAN DI PLTU PAITON BERBASIS

METODE ELEMEN HINGGA

Nama Mahasiswa : Alfian Aziz Sahadewa

NRP : 2113106026

Jurusan : Teknik Mesin FTI-ITS

Dosen Pembimbing : Alief Wikarta, ST., M.Sc.Eng, PhD.

Abstrak

Crane adalah alat bantu yang digunakan untuk mempermudah dalam memindahkan suatu obyek atau barang dengan ukuran yang relatif besar dan berat dari satu posisi ke posisi lainnya. Pada PLTU PAITON alat bantu crane digunakan untuk proses maintenace mesin grinding mill.

Penggunaan alat bantu Crane tak lantas memudahkan proses maintenance karena Hoist Grider Crane Mill terkendala ruang gerak yang terbatas.

terbatasnya ruang gerak menyebabkan tidak sejajarnya sumbu antara kawat penarik dengan sepesial tool yang menyebabkan beban pengangkatan menjadi 2x dari beban awal. Akibat tidak sejajarnya kawat overhead crane menakibatkan terjadinya patahan pada housing motor crane yang bertugas untuk menggerakan grider kearah vertikal Oleh karena itu perlu adanya modifikasi overhead girder dengan menggunakan perangkat lunak SolidWorks.

Hasil yang diperoleh dari penelitian ini yaitu

berdasarkan hasil pengujian, stress, displacement, dan

angka keamanan modifikasi 1 memiliki hasil simulasi yang

hampir sama dengan hasil dari simulasi awal dengan nilai

(5)

v

stress sebesar 36,19 Mpa, Displacement sebear 0,98 mm, dan angka keamanan sebesar 5,7. Pada modifikasi 2 perbedaan hasil simulasi yang paling besar terletak pada simulasi tegangan (stress) sebesar 158,3 Mpa. sedangkan hasil simulasi defleksi dan angka keamanan tidak berbeda jauh dengan simulai awal dimana defleksi sebesar 0,93 dan angka keamanan sebesar 3,1.

Kata Kunci : Elemen Hingga (Finite Elemen Analysis), Crane, , Teori Kegagalan, SolidWork, Simulasi.

(6)

(7)

vii

REDESING OF THE OVERHEAD CRANE WITH AN ANALYSIS OF THE FAILURE AT PLTU PAITON

USING FINITE ELEMENT

Name : Alfian Aziz Sahadewa

NRP : 21143106026

Department : Teknik Mesin FTI-ITS

Advisor Lecturer : Alief Wikarta, ST., M.Sc.Eng, PhD.

Abstract

Crane is a tool used to facilitate moving an object with a relatively large size and weight from one position to another position. At PLTU paiton crane used to process maintenace grinding mill machine.

The use of crane is not thus simplify the process maintenance because the Hoist Grider Cranes Mill constrained space is limited. the limited space causes no parallel axis between the towing wire with the sepesial tool that is causing the burden of adoption into the initial load of 2 x. Due to the overhead crane wire sejajarnya not caused the occurrence of the fault on the motor housing to drive the crane grider towards vertical and therefore the need for modifications to the overhead girder using SolidWorks software.

The results obtained from this research that is based on the test results, stress, displacement, and numbers of security modifications 1 has almost the same simulation results with the results of the initial value of the simulation of the stress of Displacement sebear 36.19 0.98 Mpa, mm, and the security of 5.7. On difference 2 modification results of simulation lies in voltage simulation (stress) of 158.3 Mpa. While the results of the simulation of deflection and security figures did not vary much with early simulai where deflection of 0.93 and security figures amounted to 3.1.

(8)

viii

Keyword :Finite Elemen Analysis, Crane, , failure theory, SolidWork, simulation.

(9)

ix

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur hanya milik Allah SWT, Tuhan penguasa alam, yang selalu melimpahkan rahmat dan hidayah- Nya sehingga saya dapat menyelesaikan tugas akhir. Dalam penulisan tugas akhir ini tidak semata-mata karena kemampuan penyusun, melainkan karena adanya bantuan dari berbagai pihak yang telah memberikan dorongan moral, pikiran dan tenaga untuk membantu penyusunan tugas akhir ini sehingga dapat terselesai- kan dengan baik. Untuk itu pada kesempatan ini saya ucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak, Ibu tercinta (Sihono dan Endah Sulistyowati) yang telah memberikan dorongan dan semangat dengan cinta dan kasih sayangnya yang tiada batas dan tak terbalaskan, serta doa restunya.

2. Bapak Alief Wikarta, ST., M.Sc.Eng, PhD.selaku dosen pembimbing yang telah menyumbangkan waktu, tenaga, serta pikirannya sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.

3. Bapak Bambang Pramujati, ST., MT., PhD. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS.

4. Bapak Bambang Arip, ST., M.Eng., PhD. selaku dosen wali.

5. Keluarga Om Santoso & Bulik Kus yang telah memberikan doa dan semangat serta gema sekar yang selalu menemani.

6. Bapak dosen penguji tugas akhir yang telah memberikan kritik dan saran demi kesempurnaan tugas akhir ini.

7. Semua Bapak dan Ibu dosen Teknik Mesin yang telah memberikan ilmu selama kuliah. Juga untuk seluruh karyawan Teknik Mesin atas pelayanannya.

(10)

x

8. Mahasiswa terpilih Kamal, Ferdy, Khoirul Selaku patner begadang tugas akhir. Juga seluruh angkatan 2013 Lintas Jalur atas canda dan tawanya selama kuliah dan teman seperjuangan selama asistensi.

9. Seluruh warga Mesin ITS serta berbagai pihak yang belum tertulis dan yang tidak mungkin disebutkan satu persatu yang telah berperan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.

10. Filipi Cahya selaku anggota GH telah menyumbangkan waktunya dan ilmunya dalam penyusunan tugas akhir ini.

11. Teruntuk pasangan masa depan yang masih dalam pelukan NYA.

Akhir kata semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua. Penulisan tugas akhir ini masih banyak kekurangan, oleh karena itulah segala kritik dan saran sangat kami harapkan.

Surabaya, Juli 2017

Penulis

(11)

xi DAFTAR ISI

Halaman Judul ... i

Lembar Pengesahan ... ii

Abstrak ... iii

Abstract ... v

Kata Pengantar ... vii

Daftar Isi ... viii

Daftar Gambar ... xii

Daftar Tabel ... xiv

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 4

1.3 Tujuan Penelitian ... 5

1.4 Batasan Masalah ... 5

1.5 Manfaat Penelitian ... 5

1.6 Sistematika Penulisan ... 6

BAB II DASAR TEORI 2.1 Crane dan Jenisnya ... 7

2.1.1 Hoist Crane ... 7

2.1.2 Overhead Crane ... 8

2.2 Bagian-bagian Overhead Crane ... 8

2.3 Cara Kerja Overhead Crane ... 10

2.3.1 Gerakan Hoist Naik Turun ... 10

2.3.2 Gerakan Tranversal ... 10

2.3.3 Gerakan Longitudinal ... 10

2.4 Perlakuan Panas ... 11

2.4.1 Hoist Girder Crane Mill Terkendala Ruang Gerak ... 12

2.4.2 Alat Bantu „Spesial Tool‟ Hoist Girder ... 13

2.4.3 Rusak Pengarah Gulungan Wire Rope ... 14

2.4.4 Kerusakan Housing Motor Hoist Crane ... 15

(12)

xii

2.5 Sifat Mekanik Material ... 16

2.5.1 Yield Strength ... 16

2.5.2 Tensile Strength ... 16

2.5.3 Density ... 17

2.5.4 Young Modulus ... 17

2.6 Tegangan... 17

2.6.1 Tegangan Normal ... 17

2.6.2 Tegangan Geser ... 18

2.6.3 Tegangan Lengkung... 18

2.6.4 Regangan ... 18

2.6.5 Factor of Safety ... 18

2.7 Teori Kegagalan ... 19

2.8 Metode Elemen Hingga ... 20

2.9 Studi Pustaka ... 21

2.9.1 Analisa Struktur Overhead Crane ... 22

BAB III METODOLOGI 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 25

3.1.1 Studi Literatur dan Data Penelitian ... 25

3.1.2 Perancangan ... 27

3.1.3 Simulasi ... 29

3.1.4 Data Material ... 35

3.1.5 Analisa Hasil dan Kesimpulan ... 37

3.1.6 Modifikasi Desain ... 37

3.2 validasi Overhead Crane ... 40

BAB IV HASIL DAN ANALISA 4.1 Hasil Analisa Simulasi Origin... 47

4.2 Hasil Simulasi Modifikasi ... 48

4.2.1 Hasil Modifikasi Pertama ... 48

4.2.2 Hasil Modifikasi Kedua ... 50

4.3 Pembahasan Hasil Simulasi ... 51

4.3.1 Analisa Perbandingan Pengujian Static Bending .... 51

(13)

xiii BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ... 55 5.2 Saran ... 56

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

(14)

xiv

“Halaman Ini sengaja dikosongkan”

(15)

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Patahan Housing Motor Hoist ... 2

Gambar 1.2 Letak Motor Hoist ... 2

Gambar 1.3 Panel Hoist Crane... 3

Gambar 1.4 Sekema Terbatasnya Ruang Gerak Crane ... 3

Gambar 1.5 Posisi Kawat yang Tidak Sejajar ... 4

Gambar 2.1 Hoist Crane ... 7

Gambar 2.2 Bagian-bagian Overhead Crane ... 10

Gambar 2.3 Gerakan Overhead Crane ... 11

Gambar 2.4 Proses Pemasangan/Pelepasan Grinding Mill... 12

Gambar 2.5 Panel Hoist Crane Menabrak Valve ... 12

Gambar 2.6 Space Hoist Crane Dengan Beban ... 13

Gambar 2.7 Spesial Tool Overhead Crane ... 13

Gambar 2.8 Pelepasan Grinding Mill dengan Bantuan Spesial Tool ... 14

Gambar 2.9 Kerusakan Penggulung Wire Rope ... 15

Gambar 2.10 Posisi Motor Listrik di Overhead Crane ... 15

Gambar 2.11 Motor Penggerak Hoist Girder Rusak ... 16

Gambar 2.12 Struktur Beam ... 23

Gambar 3.1 Diagram Alir Tugas Akhir ... 26

Gambar 3.2 Sketsa Geometri Profil I Beam ... 27

Gambar 3.3 Body Girder ... 28

Gambar 3.4 Assembly Profil I dan Body Girde ... 28

Gambar 3.5 Assembly Diafragma ... 29

Gambar 3.6 linear component pattern diafragma ... 29

Gambar 3.7 Diaglam Alir Simulasi... 30

Gambar 3.8 Meshing ... 31

Gambar 3.9 Bagian Meshing ... 31

Gambar 3.10 Baguan Meshing ... 37

Gambar 3.11 Pemberian Beban Pada Model ... 37

Gambar 3.12 Posisi Pembebanan ... 38

Gambar 3.13 Posisi Pembebanan ... 39

Gambar 3.14 Penerapan Fixed Constrain... 39

(16)

xvi

Gambar 3.15 Letak Stress Terbesar ... 40

Gambar 3.16 Jendela Pengaturan Material ... 41

Gambar 3.17 Space Hoist Crane Dengan Beban ... 41

Gambar 3.18 Posisi Kawat yang Tidak Tegak Lurus ... 36

Gambar 3.19 Bagian yang akan di Modifikasi... 43

Gambar 3.20 Modifikasi 1 ... 43

Gambar 3.21 Modifikasi 2 ... 43

Gambar 3.22 Sketsa Geometri Profil I ... 28

Gambar 3.23 Profil I lintasan Gilder Crane ... 29

Gambar 3.24 Data Hasil Simulasi Momen Inersia ... 30

Gambar 3.25 Free Body Diagram ... 31

Gambar 3.26 Free Body Diagram ... 31

Gambar 3.27 Hasil Simulasi Stress ... 34

Gambar 4.1 Tegangan Maksimal Simulasi awal ... 47

Gambar 4.2 Tegangan Maksimal Modifikasi 1 ... 49

Gambar 4.3 Tegangan Maksimal Modifikasi 2 ... 51

Gambar 4.4 Grafik Hasil Perbandingan Tegangan Static Bending ... 52

Gambar 4.5 Grafik Hasil Perbandingan Defleksi Static Bending ... 53

Gambar 4.6 Grafik Hasil Perbandingan FoS Static Bending ... 54

(17)

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Haasil Analisa Dengan

Menggunakan SolidWorks ... 22

Tabel 2.2 Hasil Simulasi Train I-J... 23

Tabel 3.1 Perbandingan Jumlah Nodal dan Elemen ... 32

Tabel 3.2 Komposisi A572 Gr 50 ... 36

Tabel 3.3 Komposisi Mekanik A572 Gr 50 ... 36

Tabel 4.1 Hasil Simulasi Awal ... 48

Tabel 4.2 Hasil Simulasi Modifikasi Pertama ... 49

Tabel 4.3 Hasil Simulasi Modifikasi Kedua ... 50

(18)

xviii

“Halaman Ini sengaja dikosongkan”

(19)

1 BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam dunia industri, untuk menunjang baik dalam proses pembangunan maupun produksi membutuhkan peralatan yang memadai agar dalam proses pengerjaanya lebih efisien. Pada industri bersekala besar peralatan dan material yang di gunakan relatif berat dan berukuran besar.karena hal itu diperlukannya pesawat angkat seperti crane untuk mempermudah proses pengerjaanya.

Di PT.PLN (Persero) crane sendiri terdapat di berbagai power plant, salah satunya pada grinding. Grinding berfungsi untuk menghaluskan batubara mencjadi bagian kecil sebelum dilakukan proses pembakaran. Proses penghalusan batubara secara terus menerus setiap hari, maka Grinding harus dilakukan maintenance setiap tahunnya. Proses maintenance yang dilakukan sangat tidak mudah karena alat Grinding Mill memiliki berat

±14,83 ton. Sehingga diharuskan menggunakan alat bantu berupa Crane.

Penggunaan alat bantu Crane tak lantas memudahkan proses maintenance karena lokasi grinding mill berada di dalam tangki. Kondisi tersebut menyebabkan tali overhead crane tidak sejajar dengan beban grinding mill (jarak ±50cm dari kail crane ke beban), karena hal terebut, maka diperlukannya penggunaan sepecial tool. Kondisi semakin parah saat pembongkaran Grinding Mill dilakukan di PLTU Paiton sekitar bulan Juni kemarin karena terjadi patahan fatigue. Overhead crane mengalami patahan pada housing motor crane yang bertugas untuk menggerakan grider kearah vertikal. Patahan housing motor hoist ditunjukan pada gambar 1.1 dan 1.2.

(20)

2

Gambar 1.1 Patahan Housing Motor Hoist

Gambar 1.2 Letak Motor Hoist Saat di Overhead crane

Special tool berfungsi untuk membantu pengangkat grinding mill dari tempatnya agar bisa dikeluarkan. Selain itu overhead crane mengalami terkendala ruang gerak. Kotak panel hoist overhead crane bertabrakan dengan manual valve, seperti ditunjukan pada gambar 1.3.

Letak motor hoist setelah terjadi patahan

(21)

3 (a)

Gambar 1.3 (a) Panel Hoist Crane dan (b) Valve Pada gambar 1.3 dan 1.4 gerakan girder crane arah longitudinal terbatas karena adanya valve pipa mill. Hal tersebut mengakibatkan panel hoist crane yg berada pada girder crane menabrak valve pipa mill dimana cover panel hoist mengalami kerusakan.

Gambar 1.4 Skema Terbatasnya Ruang Gerak Crane Selain itu, terbatasnya ruang gerak menyebabkan tidak sejajarnya sumbu antara kawat penarik dengan sepesial tool yang

PANEL

(22)

4

menyebabkan beban pengangkatan menjadi 2x dari beban awal.

Gambar 1.5 menunjukan tidak sejajarnya kawat dengan sepesial tool. Maka dari itu perlu adanya redisain struktur glider crane untuk menjadi salah satu referensi untuk menangani masalah tersebut.

Gambar 1.5 Posisi Kawat yang Tidak Sejajar

2.1 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas, maka penulis memutuskan permasalahan sebagi berikut :

1) Bagaimana hasil simulasi tegangan, defleksi, dan angka keamanan pada aplikasi SolidWorks dari rancangan awal Single Girder Under Running Overhead Cranes?

2) Bagaimana hasil simulasi tegangan, defleksi, dan angka keamanan pada aplikasi SolidWorks dari modifikasi Single Girder Under Running Overhead Cranes?

(23)

5

3) Bagaimana perbandingan hasil simulasi tegangan, defleksi, dan angka keamanan pada aplikasi SolidWorks dari rancangan awal dan modifikasi?

1.3 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam penilitian ini adalah :

1) Mengetahui hasil simulasi tegangan, defleksi, dan angka keamanan pada aplikasi SolidWorks dari rancangan awal Single Grider Under Running Overhead Cranes.

2) Mengetahui hasil simulasi tegangan, defleksi, dan angka keamanan pada aplikasi SolidWorks dari modifikasi Single Grider Under Running Overhead Cranes.

3) Membandingkan hasil simulasi tegangan, defleksi, dan angka keamanan pada aplikasi SolidWorks rancangan awal dan modifikasi.

1.4 Batasan Masalah

Dengan melihat permasalahan-permasalahan yang ada dan telah membuaat perumusan masalah, maka penulis membatasi permasalahan yang ada yaitu :

1. Tempat penelitian di PLTU PAITON unit 9.

2. Material yang digunakan pada Single girder under runing overhead crane adalah Steel Q345b.

3. Analisa dilakukan dengan cara simulasi menggunakan perangkat lunak berbasisi metode elemen hingga.

4. Pembebanan yang dilakukan bersifat statis.

5. Hasil simulasi yang hendak dianalisa adalah defleksi, angka faktor keamanan, dan shear stress yang terjadi pada glider crane.

6. Variasi redisain overhead crane dilakukan dengan mengubah profil girder crane menjadi 3 jenis glider crane.

1.5 Manfaat Penelitian 1. Penulis

(24)

6

Menambah pengetahuan dan pengalaman penulis terutama dalam pengambaran dan pensimulasian mengunakan aplikasi SolidWorks, serta penulis dapat menerapkan pengetahuan teoritis yang telah diperoleh selama di bangku kuliah pada kondisi yang sebenarnya.

2. PLTU PAITON

Diharapkan dapat menjadi bahan referensi baru dalam pemodifikasian Single Girder Under Running Overhead Cranes.

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan terdiri dari 5 bab dimana masing- masing bab berisi sebagai berikut :

Bab 1 Pendahuluan

Bab ini berisi tentang latar belakang peranvangan, rumusan masalah, batasan masalah, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan laporan.

Bab 2 Dasar Teori dan Kajian Pustaka

Bab ini berisi tentang dasar-dasar ilmu yang mendukung pengerjaan tugas akhir.

Bab 3 Metodologi

Bab ini berisi tentang langkah-langka yang dilakukan untuk memperoleh hasil yang diinginkan dalam penelitian ini, baik langkah langkah permodelan dan langkah-langkah simulasi.

Bab 4 Hasil dan Analisa

Bab ini berisi tentang analisa data hasil eksperimen yang telah dilakukan untuk mendapatkan suatu kesimpulan.

Bab 5 Kesimpulan dan saran

Pada bagian ini berisi kesimpulan hasil dan saran untuk penelitian lebih lanjut.

(25)

7 BAB II DASAR TEORI

2.1 Definisi Crane

Crane adalah salah satu diantara alat berat (heavy equipment) yang dipakai sebagai alat pengangkat dalam proyek kontruksi.

Crane bekerja dengan mengangkat material yang bakal dipindahkan, memindahkan dengan cara horizontal, lalu turunkan material di tempat yang dikehendaki. Alat ini memilki bentuk serta kekuatan angkat yang besar serta dapat berputar sampai 360^o serta jangkauan sampai beberapa puluh meter, Crane umumnya dipakai dalam pekerjaan pekerjaan proyek, pelabuhan, perbengkelan, industri, pergudangan dan lain-lain.

2.1.1 Hoist Crane

Hoist Crane yaitu alat pengangkat yang umumnya ada pada pergudangan serta perbengkelan. Hoist Crane diletakkan pada langit-langit serta jalan di atas rel spesial yang yang dipasangi pada langit-langit itu. Rel-rel tadi dapat juga bergerak dengan cara maju-mundur pada satu arah.

Gambar 2.1 Hoist Crane

2.1.2 Overhead Crane

Overhead Crane merupakan gabungan mekanisme pengangkat secara terpisah dengan rangka untuk mengangkat

(26)

8

sekaligus memindahkan muatan yang dapat digantungkan secara bebas atau dikaitkan pada crane itu sendiri.

Overhead traveing crane selain berfungsi sebagai alat pengankat, juga berfungsi sebagai alat pemindah barang dengan area yang terbatas (dalam ruangan). Dalam dunia industri konstruksi overhead crane adalah :

1. Overhead traveling crane berpalang tunggal (girder tunggal).

2. Overhead traveling crane berpalang ganda (girder ganda).

Didalam Overhead crane ganda terdapat dua jenis rancangan, yaitu :

1. Overhead crane dengan trolly berpalang diatas.

2. Overhead crane dengan trolly berpalang dibawah.

2.2 Bagian-bagian Overhead Crane

Didalam pengaplikasianya, overhead crane memiliki beberapa bagian-bagian utama yaitu :

1. Sistem pengangkatan a. Hook

Hook adalah tempat untuk menggantungkan atau mengkaitkan muatan. Jenis kait yang digunakan tergantung dari berat beban yang akan dipindahkan.

b. Sistem pulley dan tali baja

Shave atau puley adalah suatu perlatan yang digunakan untuk mengangkat beban dimana fungsinya adalah untuk dudukan kawat kabel.

c. Drum

Drum yang berfungsi sebagai tempat penggulung kabel yang biasanya terbuat dari besi cor dan dilengkapi dengan alur heliks sehingga tali akan tergulung dengan seragam.

d. Motor penggerak

(27)

9

Alat penggerak yang digunakan untuk mengerakan suatu elemen mesin sehingga mesin tersebut dapat bekerja sebagaimana fungsinya.

2. Sistem Trolley a. Roda jalan

Alat pengerak trolley ( mesin motor mengkait) dimana terdapat motor listrik yg terpadat pada setiap roda jalan biasanya berjumlah 1 pasang motor listrik yang berguna untuk mengerakan trolley arah tranversal.

b. Crane brigde girder

Crrane brigde glider adalah jembatan atau rel utama tempat bergeraknya roda jalan. Bentuk crane brigde glider bermacam-macam tergantung dari kapasitas berat yang inggin di angkat atau di pindahkan.

3. Sistem berjalan

Dugunakan untuk menggerakan perlengkapan pengangkatan dan perlengkapan gerak menyamping. Tenaga pengerak mengunakan dua buah motor listrik yang terletak pada sisi kiri dan kanan. Terdapat pada end truck.

(28)

10

Gambar 2.2 Bagian-bagian Overhead Crane

2.3 Carakerja Overhead Crane 2.3.1 Gerakan Hoist ( Naik turun)

Gerakan naik turun beban yang telah dipasang pada kait yang dihubungkan oleh tali pintal kawat menuju drum yang digerakan oleh motor listrik. Di dalam drum gerakan drum diatur oleh rem sehingga beban tidak akan naik atau turun setelah posisi yang diinginkan sesuai.

2.3.2 Gerakan tranversal

Gerakan dengan arah melintang yang digerakan oleh motor trolley dengan arah pergerakan sejajar dengan boom dan glider, sehingga trolley akan bergerak pada rel yang terletak pada glider.

Jarak perpindahan dapat diatur oleh operator, gerakan akan berhenti jika arus listrik pada motor diputuskan, disaat itu rem akan bekerja.

2.3.3 Gerakan longitudinal

Gerakan dengan arah melintang sepanjang rell yang terletak pada permukaan tanah yang dilakukan melalui roda gigi

(29)

11

transmisi. Dalam hal ini elektromotor akan memutar roda gantry dan gantry akan bergerak secara maju mundur ke arah yang diinginkan, dan setelah jarak yang dicapai telah pada tempatnya maka arus listrik akan terputus dan rem sekaligus akan berkerja.

Gambar 2.3 (a) gerakan longitudinal (b) gerakan tranversal (c) gerakan naik turun

2.4 Permasalahan dan Kerusakan Hoist Crane PLTU Paiton Dalam kasus yang telah terjadi di PLTU Paiton, hoist crane yang semulanya didesign sebagai alat bantu untuk mengangkat beban berat yang terdapat pada PLTU Paiton tidak sesuai dengan rencana. Keterbatasan tempat ruang gerak di tempat serta ukuran dimensi hoist crane yang cukup besar. Berikut permasalahan yang muncul pada hoist crane PLTU Paiton;

(30)

12

Gambar 2.4 Proses Pemasangan/Pelepasan Grinding Mill 2.4.1

Hoist Girder Crane Mill Terkendala Ruang Gerak

Permasalahan Hoist Girder Crane Mill terkendala ruang gerak disebabkan oleh kondisi bridge girder yang sudah pada posisi ujung (tidak bisa bergerak lagi sudah menyentuh valve manual coal pipe).

Gambar 2.5 Panel Hoist Crane Menabrak Valve

Panel hoist menabrak

(31)

13

Dikarenakan ruang gerak yang terbatas menyebabkan posisi kali crane tidak tegak lurus dengan posisi Grinding Mill yang akan dimaintenance (memiliki selisih jarak ±50cm)

Gambar 2.6 Space Hoist Crane Dengan Beban

2.4.2

Alat Bantu „Spesial Tool‟ Hoist Girder

Dalam proses maintenance grinding mill dilakukan pelepasan/pemasangan grinding mill. Proses pelepasan grinding mill sangat sulit karena posisi yang masuk kedalam. Sehingga dibuat alat bantu special tool hoist girder ini agar dapat memudahkan proses maintenance.

Gambar 2.7 Spesial Tool Overhead Crane

(32)

14

Gambar 2.8 Proses Pelepasan Grinding Mill dengan Bantuan Spesial Tool

2.4.3

Rusak Pengarah Gulungan Wire Rope

Ketidak lurusan antara wire rope dengan beban berdampak banyak rusaknya komponen pendukung, salah satunya yaitu pengarah gulungan wire rope crane. Informasi dari salah satu user PLTU Paiton ketika dilakukan pembongkaran/pemasangan beban dari spare part Grinding Mill posisi miring atau tidak tegak lurus terhadap beban. Kerusakan diperkirakan saat pengangkatan beban crane wire rope kurang panjang, sehingga saat pengangkatan wire rope tidak memiliki kekuatan dalam menumpu (sisa gulungan wire rope sebagai pegangan tumpuan crane). Pada saat proses pemasangan Grinding Mill ketika sudah direpair kemudian akan dipasang kembali, posisi wire rope hook turun kebawah sampai tidak ada sisa didrum penggulung. Dan ketika dilakukan pengangkatan crane sering mengalami kemacetan.

(33)

15

Gambar 2.9 Kerusakan Penggulung Wire Rope 2.4.4

Kerusakan Housing Motor Hoist Crane

Dalam kasus yang telah terjadi di PLTU Paiton, crane mengalami sebuah kerusakan yang cukup rumit. Crane yang berfungsi sebagai proses bantu memindahkan suatu barang pada saat itu digunakan untuk melepas Grinding Mill dari tempat. Saat proses sedang berlangsung, terjadi kerusakan (pecah) pada housing motor penggerak drum wire rope hook (crane untuk arah kanan-kiri). Terjadi sebuah retakan dan pecahan di housing motor tersebut, sehingga drum penggulung wire rope hampir jatuh.

Gambar 2.10 Posisi Motor Listrik di Overhead Crane

Wire Rope Hook tidak ada sisa gulungan diujung. Sering macet

Posisi Motor saat diCrane

(34)

16

Gambar 2.11 Motor Penggerak Hoist Girder Rusak

2.5 Sifat Mekanik Material

2.5.1 Yield Strength

Kekuatan material dimana material masih mampu menerima beban, dan karena pengaruh beban ini maka material mengalami deformasi. Yield strength sendiri adalah titik yang membatasi daerah elastis dan daerah plastis dari material. Pada daerah elastis material yang terdeformasi dapat kembali kebentuk semula, dan pada daerah ini berlaku hukum hooke. Pada daerah ini besarnya tegangan akan sebanding pada besarnya regangan.

Sedangkan pada daerah plastis hukum hooke tidak berlaku pada daerah ini, atau material yang terdeformasi tidak dapat kembali kebentuk semula.

2.5.2 Tensile Strength

kekuatan tarik adalah tegangan maksimum yang bisa ditahan oleh sebyah bahan ketika diregangkan atau ditarik sebelum bahan tersebut patah. Bahan yang bersifat getas (brittle) bahan yang dapat patah tanpa mengalami deformasi. Sedangkan bahan yang bersifat elastis (ductile) dapat meragang dan mengalami deformasi sebelum patah. Kekuatan uji tarik dapat dicari dengan mengunakan uji tarik dengan mencatat perubahan regangan dan tegangan. Titik tertinggi dari kurva tegangan – regangan disebut kekuatan tarik maksimum (ultimate tensile strength). Besarnya nilai tidak tergantung dari bahan, melainkan faktor jenis bahan.

(35)

17 2.5.3 Density

Density atau spesific gravity adalah perbandingan dari masa benda dengan volumnya. Satuan density dalam SI adalah kilogram per meter kubik (kg/m³), sedangan dalam CGS adalah gram per centi meter kubik (g/cm³).

2.5.4 Young Modulus

Young modulus adalah perbandingan antara stress dan strain, dimana satuan dari stress adalah tekanan dan strain adalah dimensional. Young modulus digunakan untuk mengukur stiffness dari sebuah material.

2.6 TEGANGAN (STRESS)

Pada Hukum newton pertama tentang aksi dan reaksi bila sebuah balok bergerak diatas permukaan lantai akan memberikan aksi pada lantai. Demikian pula sebaliknya lantai akan memberikan reaksi yang sama, sehingga benda akan berada pada keadaan setimbang.

2.6.1 Tegangan Normal

Tegangan normasl terjadi akibat adanya reaksi yang diberikan pada benda. Jika gaya dalam diukur dalam N, sedangkan luas penampang dalam m2, maka satuan tegangan adalah N/m2 atau dyne/cm2. Teganan normal dapat dirumuskan sebagai berikut :

Dimana :

σ : tegangan yang terjadi P : gaya yang diberikan A : luas penampang

(36)

18 2.6.2 Tegangan Geser

Tegangan geser terjadi jika suatu benda bekerja dengan dua gaya yang berlawanan arah, tegak lurus sumbu batang, tidak segaris gaya namun pada penampangnya tidak terjadi momen.

Tegangan ini banyak terjadi pada konstruksi. Misalnya:

sambungan keling, gunting, dan sambungan baut.

Dimana :

λ: tegangan yang terjadi F : gaya yang diberikan A : luas penampang 2.6.3 Teggangan Lengkung

Tegangan lengkung adalah tegangan yang diakibatkan karena adanya gaya yang menumpu pada titik tengah suatu beban sehingga mengakibatkan benda tersebut seakan-akan melengkung.

2.6.4 Regangan (Strain)

Regangan adalah bagian dari deformasi yang dideskripsikan sebagai perbahan relatif dari partikel-partikel didalam benda yang bukan merupakan benda kaku.

e = ΔL / L dimana : e =regangan

ΔL = pertambahan panjang (m) L = panjang mula-mula (m) 2.6.5 Factor of Safety

Faktor yang digunakan untuk mengevaluasi agar perencanaan suatu element terjamin keamanannya dengan dimensi yang minimum. Secara rumus safety factor adalah

(37)

19

perbandingan antara besarnya beban batas kekuatan material dengan beban yang terjadi pada desain.

 Faktor keamanan dipengaruhi oleh :

 Varias sifat dan bahan

 Pengaruh ukuran dari bahan yang diuji kekuatannya

 Jenis beban

 Pengaruh waktu lingkungan 2.7 Teori Kegagalan

Secara mendasar kegagalan (failure) dari suatu struktur dinyatakan bila struktur tidak dapat berfungsi lagi dengan baik untuk menerima pembebanan sesuai dengan yang direncanakan.

Terdapat beberapa teori kegagalan yang telah dikemukakan oleh para ilmuan, diantaranya adalah sebagai berikut :

 Teori tegangan normal maksimum (Rankine)

Kegagalan suatu material terjadi bila tegangan normal maksimum mencapai tegangan luluh, tanpa memperhatikan teganan utama (participal stress) lainnya. Teori ini cocok untuk material getas (brittle).

√(

) ( )

Bila gagal

 Teori tegangan geser maksimum (Tresca)

Suatu material yang mendapat beban tegangan biaksial atau tegangan triaksial dinyatakan gagal bila tegangan geser maksimum tang terjadi pada setiap titil mencapai tegangan luluh geser dari material tersebut. Tegangan luluh = ½

(38)

20

tegangan luluh tarik. Teori ini cocok untuk material ulet ( ductile).

√( ) ( ) (Tegangan Biaksial)

(teganan multiaksial)

Bila Gagal

 Teori energi distorsi (Von Mises)

Kegagalan diprediksi muncul dalam kondisi beban tegangan multiaksial bila energi distorsi per satuan volume menjadi sama atau melebihi energi distorsi satuan volume pada saat gagalnya material uji, teori ini cocok untuk material ulet yang mendapat beban tegangan biaxsial atau triaxsial.

√ [( ) ( ) ( ) ] Bila Gagal

2.8 Metode Elemen Hingga (Finite Elemen Analysis FEA) Metode elemen hingga adalah metode numeric untuk mempekirakan solusi dari permasalahan matematis sehingga memperoleh hasil yang mendekati dengan kondisi real. Secara garis besar, metode elemen hingga dilakukan dengan cara membagi-bagi suatu struktur menjadi beberapa elemen, dan elemen tersebut terhubung melalui nodal-nodal. Jenis-jenis elemen yang digunakan dalam metode elemen hingga adalah elemen satu dimensi (truss elemen, bar elemen, dsb) elemen dua dimensi (plane, plate elemen dsb) dan elemen 3 dimensi (solid elemen) [5].

(39)

21

Pada metode elemen hingga setiap elemen yang harus digunakan harus memiliki matriks kekauan tertentu, yaitu [K].

matriks kekauan tersebut digunakan dalam persamaan berikut : [K] x [X] = [F]. dimana [K] adalah matriks kekauan, [X] adalah deformasi, dan [F] adalah gaya. Langkah-langkah dalam metode elemen hingga dalam menganalisa suatu struksur adalah sebagai berikut:

1) Menentukan tipe analisa (static, dinamik, modal, bucking, contact, atau thermal)

2) Menentukan tipe elemen 2D atau 3D

3) Menentukan properties material (E, v, ρ, a, dsb.) 4) Menentukan nodal-nodal struktur

5) Membentuk elemen-elemen dengan menyambungkan ke nodal-nodal.

6) Menentukan boundary condition dan pemberian beban 7) Melakukan percobaan eksekusi agar mendapatkan hasil 8) Menganalisa hasil yang diperoleh (Displacement, Stress,

Strain, Natural Frequency, Temperatur, dan Time History) Penyelesaian metode elemen hingga menggunakan metode matriks. Sarana computer diperlukan untuk menghitung persamaan metode ini, hal ini dikarenakan perhitungan dalam metode ini sangat kompleks. Perhitungan dari seluruh system merupakan penyelesain persamaan serentak yang dinyatakan dalam bentuk matriks.

2.9 Studi Pustaka

2.9.1 Analisa struktur overhead crane

Pada tahun 2014, Eko Warsito melakukan penelitian tentang overhead crane yang berjudul “Analisis Struktur Overhead Crane Kapasitas 35 Ton dengan Modifikasi Tambahan beban 6 Ton”. Dalam pengujiannya, peneliti menggunakan metode elemen hingga (FMA) pada software Solidworks. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menganalisa kekuatan struktur kaki-kaki pada saat crane mengangkat beban, untuk mengetahui

(40)

22

apakah dengan struktur yang sudah ada perlu penambahan penguat pada kaki-kakinya, dan untuk mengetahui bebaan maksimal yang mampu diangkat oleh crane setelah penambahan beban.

Simulasi dilakukan pada 3 bagian, yaitu pada train A-B, F- G, I-J. Setelah dilakukan simulasi train I-J beban samping mengalami tegangan paling besar dan FOS paling kecil. Dari hasil analisa yang ada, kontruksi setiap train akan sangat berpengaruh pada hasil dari pada nilai simulasi. Hasil simulasi ditunjukan pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Hasil Analisa dengan menggunakan Solidworks

Setelah mengetahui hasil simulasi, optimasi dilakukan terhadap train I-Jdengan melakukan pengantian profil dimana profil I diganti menjadi profil T ditunjukan pada gambar 2..9.

hasil yang diperoleh menunjukan perkembangan yang signifikan.

Perbandingan FOS naik setelah di optimasi ditunjukan pada tabel 2.2.

(41)

23 (a)

(b)

Gambar 2.12 (a) struktur sebelum diganti (b) struktur setelah dioptimasi

Tabel 2.2 Hasil Simulasi Train I-J dengan profil I

(42)

24

Pada tabel 2.2 bisa dilihat bahwa perubahan profil pada train I-J mengalamin perubahan. Hal itu bisa dilihat pada Factor of Safety dimana pada analisa awal FOS sebesar 0.79 dan seltelah mengalami perubahan nilai FOS menjadi 3.1. dimana batas minimum FOS yang di setujui adala 1.

(43)

47 BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian

Sejumlah tahapan-tahapan disusun agar dalam penyelesaian tugas akhir ini di peroleh tujuan yang diharapkan. Tahapan- tahapan tersebut ditunjukan dalam bentuk diagram alur (Flowchart) seperti gambar 3.1

Metodelogi penyusunan tugas akhir ini dimulai dengan studi literatur mengenai crane, menentukan jenis pengujian yang hendak digunakan dalam analisa, menentukan titik pembebanan pada girder crane, dan mensimulasi pengujian pada software SolidWorks. Tahap terakhir yaitu analisa hasil simulasi dan membuat kesimpulan.

3.1.1. Studi Literatur dan Data Penelitian

Tahap pertama yang dilakukan adalah studi literatur. Studi literatur dilakukan untuk mengetahui landasan tori yang berhubungan dengan tugas akhir. Tahap selanjutnya mengumpulkan data-data yang bertujuan untuk menunjang tugas akhir ini. Pengumpulan data dapat dilakukan melalui media cetak atau soft file, dan juga media elektronik (internet). Topik-topik yang dibutuhkan dalam tugas akhir ini yaitu meliputi crane dan jenis-jenisnya, cara kerja crane, geometri overhead crane, jenis- jenis pengujian, dan jenis material yang sering digunakan dalam pembuatan crane.

Data material yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah data material A572 Gr 50. Data tersebut merupakan sifat mekanis pada tiap arah dari material tersebut dan dibutuhkan untuk melakukan analisa. Data ini diambil darri referensi yang ada pada internet.

(44)

48

Gambar 3.1 Diagram Alir Tugas akhir

(45)

49

Pada penelitian ini pengujian yang digunakan adalah pengujian stasis yang terdapat pada software SolidWorks. Pada pengujian statis di solidworks terdapat tiga jenis hasil yang akan dianalisa, yaitu teggangan (stress), displacement, dan factor of safety.

3.1.2. Perancangan

Perancangan adalah hal utama yang sangat menentukan dalam penelitian. Perancangan awal yang tepat akan menjadikan penelitian ini efektif dan efisien. Oleh karena itu pengambaran model, penentuan beban sangat diperlukan. Bagian pada overhead crane yang digunakan utnuk simulasi adalah girder crane, dan yang akan divariasi adalah girder crane. Bagian utama pada girder overhead crane yang akan di modelkan terdapat 2 part utama , yaitu profil I dimana sebagai lintasan dan body girder yang akan di modifikasi. Pada gambar 3.3 menunjukan sketsa awal pembuatan beam profil I.

(b)

Gambar 3.2 Sketsa Geometri Profil I (a) Model Profil I (b)

Langkah selanjutnya adalah pembuatan body gilder.

Setelah body gilder selesai di modelkan, body gilder di assembly

(46)

50

pada profil I lintasan. Assembly harus sesuai dengan kondisi gilder sesunguhnya karena akan mempengaruhi hasil dari simulasi.

Gambar 3.3 Body Girder

Gambar 3.4 Assembly Profil I dan Body Girder Langkah selanjutnya adalah menambahkan diafragma.

Diafragma terletak di dalam diantara body girder dan profil I. Langkah awal adalah dengan mengambar satu diafragma lalu di assembly kan pada bagian yang sudah ditentukan setelah itu pilih tab assembly – linear component pattern.

Jumlah komponen yang akan di linear component pattern

berjumlah 21.

(47)

51

Gambar 3.5 Assembly diafragma

Gambar 3.6 linear component pattern diafragma

3.1.3. Simulasi

Pada penelitian ini simulasi yang akan dilakukan adalah pada pengujian Gilder Overhead Crane. Simulasi pengujian ini bertujuan untuk mengetahui kapastias ketahanan overhead crane dalam menerima beban maksimal 20 Ton. Gambar 3.4 menunjukan diagram alir untuk simulasi Gilder Overhead Crane.

Pada tahapan ini untuk menelesaikan persoalan ini ada beberapa tahap yang harus dilakukan, yaitu (1) preprocessing; defining the problem, (2) solution; asigning loads, constraints, and solving dan (3) Postprocessing; further processing and viewing of the results.

1 Preprocessing; Defining The Problem

Sebeleum mendefinisikan persoalan, mula-mula struktur gilder overhead crane perlu disimulasikan ke dalam permodelan pada perangkat lunak Solidworks. Untuk melakukan permodelan struktur dengan material jenis A572 Gr 50. Pertama-tama struktur dimodelkan ke dalam bentuk

(48)

52

(49)

53

Gambar 3.7 Diaglam Alir Simulasi

solid. Setelah itu, bentuk tersebut diubah kedalam bentuk surface. Gambar selanjutnya menunjukan permodelan dalam bentuk solid dan surface. Langkah selanjutnya adalah mendefinisikan surface sebagai material jenis A572 Gr 50 dan mendefinisikan property material/geometri. Langkah berikutnya adalah menentukan meshing lines/areas/volumes pada model. Ada 3 cara mashing yang bisa dilakukan pada Solidworks 2016, yaitu Standart Mesh, Curvature Mesh, dan Blended Curvature Mesh. Perbedaan ketiga meshing terletak pada orientasi penerapan mesh, standart mesh lebih berorientasi pada face dari model, curvature mesh berorientasi pada volume dari model, dan blended-Curvature mesh memadukan cara meshing berdasarkan standart dan curvature mesh. Untuk menentukan cara mana yang sebaiknya digunakan, maka perlu dikaji kembali untuk masing-masing part.

Gambar 3.8 Curvature Mesh dengan ukuran elemen 200

mm

(50)

54

Gambar 3.9 Blended Curavture Mesh dengan ukuran elemen 200 mm

Tabel 3.1 Perbandingan Jumlah Nodal dan Jumlah Elemen Ukuran

elemen

Curvature Mesh Blended-Curvature Mesh Jumlah

Nodal

Jumlah Eleman

Jumlah Nodal

Jumlah Elemen

200 mm 135913 66574 72753 33900

180 mm 149099 74678 80661 37525

160 mm 157432 78700 58125 27776

Semakin banyak part dan ukuran elemen semakin kecil proses meshing akan semakin lama hasil prosesnya, namun akan lebih akurat jika setelah dilakukan simulasi. Setelah dilakukan simulasi, barulah dapat diketahui daerah terjadinya tegangan (stress) yang paling besar nilainya. Akan tetapi, ketika ukuran elemen meshing diperkecil, maka lokasi terjadinya tegangan maksimum berpindah tempat. Pada permodelan kali ini terdapat dua bagian yang di meshing, pada bagian profil I lintasan Crane (Beam), dan body utama (solid). Dapat dilihat pada gambar 3.6.

Gambar 3.10 Curvature Mesh Body (a) dan Curvature Mesh Beam (b)

2 Solution; asigning loads, constraints, and solving

a

B

(51)

55

C

Pada langkah ini, model diberikan pembebanan sesuai dengan mendekati kondisi lapangan yang terjadi pada proses maintenance grinding mill di PLTU Paiton. Beban yang di perhitungkan adalah beban setatis dan beban maksimum dari kapasitaas crane tersebut, beban motor penggerak arah longitudinal, dan beban momen. Besar dari pembebanan total adalah 20 ton.

Gambar 3.11 Pemberian Beban Pada Model

Pada gambar 3.10 menunjukan posisi pemberian beban dalam simulasi dimana pemberian beban dibagi menjadi 3 bagian yaitu A, B, dan C dimana tiap beban terdapat 3 kondisi pembebanan seperti pada gambar 3.12 dan 3.13.

Gambar 3.12 Beban Momen (a) Beban Motor (b) Beban Total (c)

A

B C

A B C

(52)

56

Gambar 3.13 Beban Momen (a) Beban Motor (b) Beban Total (c)

variasi beban yang akan diberikan adalah 5, 10, 15, dan 20 Ton. Hal itu dilakukan karena pada kondisi lapangan proses maintenace mengalami berbagai macam kondisi pembebanan dan struktur overhead gilder belum pernah dilakukan pengujian untuk mengetahui struktur overhead crane masih layak untuk digunakan atau tidak. Selain itu, beberapa boundary condition juga diterapkan, yaitu constaint pada bagian-bagian tertentu pada model. Gambar 3.14 menunjukan penerapan fixed constrain pada model pengujian gilder overhead crane. Fixed constrain bertujuan untuk menentukan titik atau bagian dari part yang akan ditumpu.

.Gambar 3.14 Penerapan Fixed Constrain

(53)

57

Setelah dilakukan simulasi, barulah dapat diketahui daerah dimana terjadinya tegangan (stress) yang paling besar nilainya pada simulasi awal. Gambar 3.14 menunjukan letak stress terbesar, dimana letak stress terbesar pada tiap posisi pembebanan A, B, dan C.

(a) (b)

(c)

Gambar 3.15 Letak Stress Terbesar Pada Tiap Pembebanan 3 Postprocessing; further processing and viewing of the results

Tahap ini terdiri dari meninjau ulang dan melakukan evaluasi terhadap hasil simulasi. Hasil-hasil tersebut ditinjau hingga diperoleh kesimpulan dari simulasi.

3.1.4. Data Material

Setelah validasi selesai lalu memasukan properties material. Material yang dipakai pada Gilder Crane PLTU Paiton ini adalah material jenis A572 Gr 50. Data mechanichal properties dari kedua material adalah sebagai berikut:

(54)

58

Tabel 3.2 Komposisi Kimia A572 Gr 50

Tabel 3.3 Komposisi Mekanik A572 Gr 50

Dari tabel data komposisi mekanik diatas maka bisa didapatkan elastic modulus, poission‟s ratio, dan yield strength yang digunakan ketika simulasi untuk mendefinisikan material yang akan digunakan.

Gambar 3.16 Jendela Pengaturan Material

(55)

59 3.1.5. Analisa Hasil dan Kesimpulan

Hasil-hasil dari sumulasi yang telah dilakukan kemudian di analisa. Hasil simulasi yang hendak dianalisa berupa tegangan (stress), defleksi maksimal yang terjadi, dan faktor keamanan.

Hasil simulasi-simulasi dituliskan dalam bentuk tabel selanjutnya ditampilkan dalam bentuk grafik.

Hasil dari simulasi tersebut akan berbentuk angka dimana Hasil –hasil tersebut digunakan sebagai acuan batas maksimal yang diguakan sebagai acuan dalam redisain model glider crane.

Hasil dari simulasi modifikasi overhead crane kemudian dianalisa dimana dengan cara membandingkan antar tiap modifikasi untuk mencari hasil simulasi yang terbaik. Setelah memperoleh hasil- hasil tersebut barulah diperoleh kesimpulan rancangan manakah yang akan dipilih untuk menjadi referensi untuk pengantian Glider pasa overhead crane.

3.1.6. Modifikasi Desain

Memodifikasi (redesain) desain dilakukan untuk mencari rancangan yang optimal pada overhead crane. Hal ini dilakukan karena dalam kondisi lapangan bagian body gilder overhead crane mengalami ruang gerak yang terbatas hanya 50 cm saja. Gambar 3.16 menunjukan posisi Space overhead gilder yang tidak sejajar dengan tempat sepesial tool. Karena terkendala ruang gerak menyebabkan tidak sejajarnya antara kawat dan sepecial tools yang digunakan untuk maintenace.

(56)

60

Gambar 3.17 Space Hoist Crane Dengan Beban

Gambar 3.18 Posisi Kawat yang Tidak Tegak Lurus

Karena kendala tersebut maka perlu adanya modifikasi desain dimana hanya body gilder saja yang akan dimodifikasi.

Hal-hal yang perlu dipertimbangkan dalam melakukan modifikasi adalah hasil dari analisa awal. Pada gambar 3.18 menunjukan bagian yang akan dimodifikasi.

(57)

61

Gambar 3.19 Bagian yang akan di Modifikasi Pada redesain ini terdapat 2 jenis model yang akan digunakan. Hal itu dapat dilihat pada gambar 3.19, 3.20.

Gambar 3.20 Modifikasi 1

Gambar 3.21 Modifikasi 2

3.2 Verifikasi Overhead Crane

(58)

62

Setelah melakukan simulasi dilakukan perhitungan handbook untuk menghitung tegangan yang berkerja pada pada Overhead Crane. Hasil akhir perhitungan diharapkan menjadi perbandingan hasil antara validasi dan hasil simulasi. Pada validasi ini part atau bagian yang digunakan adalah profil I pada gilder crane yang dapat dilihat pada gambar 3.11.

Gambar 3.22Sketsa Geometri Profil I

(59)

63

Gambar 3.23Profil I lintasan Gilder Crane

Langkah pertama setelah menggambarkan sketsa Profil I lintasan gilder crane adalah mencari total momen inersia dan resultan.

Dimana :

M : momen bending (N.mm).

C : Jarak gaya ke titik pusat (mm).

I : Moment area of inertia (mm⁴).

 Momen Inersia C : 250 mm

( ) ( )

...(1)

(60)

64

...(2)

Pada perhitungan manual momen inersia dengan simulasi menunjukan hasil yang sama, hal tersebut dapat dilihat pada gambar 3.12

(61)

65

Gambar 3.24 Data Hasil Simulasi Momen Inersia

 Momen Bending

Gambar 3.25 Free Body Diagram

( ) ( ) ( ) ( ) ( )

...(3)

...(4)

6000 6000

4500 4500

A B C

(62)

66

Gambar 3.26 Free Body Diagram

( )

...(5)

⁄ ...(7) Hasil perhitungan stress antara manual dan simulasi tidak terlampau jauh, hal itu bisa dilihat pada gambar 3.10.

M

A B C

(63)

67

Gambar 3.27 Hasil Simulasi Stress

(64)

68

(65)

69

BAB IV

HASIL dan ANALISA

Setelah dilakukan simulasi terhadap girder overhead crane dengan keadaan static bending test, maka diperoleh hasil berupa distribusi maupun nilai maksimum dan minimum dari interlaminar shear stress, factor safety, dan defleksi yang terjadi pada gilder overhead crane.

4.1 Hasil Analisa Simulasi Origin

Perlakuan yang diberikan pada simulasi pengujian statis banding test adalah dengan memberikan gaya tegak lurus ke bawah tehadap joint profil I lintasan beam dengan gaya sebesar 5 ton, 10 ton, 15 ton, dan 20 ton. Pada simulasi ini memakai material A572 Gr 50, kemudian progress simulasi ini mendefinisikan koneksi bonded pada setiap bagian-bagian sambungan. Hasil dari simulasi overhead crane dengan variasi pembebanan 20 ton didapatkan nilai tegangan masimum.

Gambar 4.1 Pembebanan A (a), Pembebanan B (b), Pembebanan C (c) Tegangan Maksimum

Tabel 4.1 Hasil Simulasi Origin A

B

C

(66)

70

Stress terbesar terdapat pada posisi pembebanan B dengan variasi pembebanan 20 Ton nilai 50,78 Mpa. Pada variasi pembebanan 20 Ton stress terkecil terdapat pada pembebanan C dengan nilai 17,69 Mpa. Displacemnt terbesar terdapat pada variasi beban 20 Ton pada posisi pembebanan B dengan nilai 0,9964 mm. Sedangkan displacement terkecil pada variasi beban 20 Ton terletak pada pembebanan C dengan nilai 0,3938 mm.

Angka keamanan terendah terletak pada variasi beban 20 Ton dengan posisi pembebanan B sebesar 2,93. Pada variasi pembebanan 20 Ton angka keamanan yang paling besar pada posisi pembebanan C sebear 8,5. Hasil simulasi diatas digunakan sebagai acuan untuk modifikasi 1 dan modifikasi 2.

4.2 Hasil Modifikasi

Setelah diperoleh hasil dari simulasi orgin, langkah selanjutnya adalah melakukan modifikasi terhadap body girder overhead crane. Modifikasi pertama dan kedua yang dilakukan adalah dengan mengubah dimensi body overhead crane.

4.2.1 Hasil Modifikasi Pertama

modifikasi pertama dilakukan dengan mengubah keseluruhan sayap pada bagian body gilder overhead crane, dapat dilihat pada gambar 3.16. Simulasi yang dilakukan sama seperti simulasi orgin pada overhead crane.

Tabel 4.2 Hasil Simulasi Modifikasi Pertama

(67)

71

Pada tabel hasil diatas dapat diketahui tegangan terbesar pada modifikasi 1 terdapat pada posisi pembebanan di A dengan variasi beban 20 Ton sebesar 36,19 Mpa, tegangan terkecil pada pembebanan C sebesar 17,11 Mpa. Sedangkan defleksi terbesar pada variasi beban 20 Ton terdapat pada pembebanan B sebesar 0,98 mm, tegangan terkecil terdapat pada pembebanan C sebebsar 0,33 mm. Angka keamanan terdah pada variasi beban 20 Ton terletak pada Pembebanan B sebesar 5,7 dan angka keamanan terbesar pada variasi beban 20 Ton sebesar 9,6.

Gambar 4.2 Pembebanan A (a), Pembebanan B (b), Pembebanan C (c) Tegangan Maksimum

4.2.2 Hasil Modifikasi Kedua

modifikasi pertama dilakukan dengan mengubah sebagian sayap sekitar plat sebelah kanan dan kiri pada bagian body gilder

A

B

C

(68)

72

overhead crane, dapat dilihat pada gambar 3.7. simulasi yang dilakukan sama seperti simulasi orgin pada overhead crane.

Tabel 4.3 Hasil Simulasi Modifikasi Kedua

Pada tabel diatas Stress terbesar terdapat pada posisi pembebanan B dengan variasi pembebanan 20 Ton nilai 158,3 Mpa. Pada variasi pembebanan 20 Ton stress terkecil terdapat pada pembebanan C dengan nilai 46,11 Mpa. Displacemnt terbesar terdapat pada variasi beban 20 Ton pada posisi pembebanan A dengan nilai 0,93 mm. Sedangkan displacement terkecil pada variasi beban 20 Ton terletak pada pembebanan C dengan nilai 0,37 mm. Angka keamanan terendah terletak pada variasi beban 20 Ton dengan posisi pembebanan A sebesar 3,1.

Pada variasi pembebanan 20 Ton angka keamanan yang paling besar pada posisi pembebanan C sebear 7,6.

(69)

73

Gambar 4.3 Pembebanan A (a), Pembebanan B (b), Pembebanan C (c) Tegangan Maksimum

4.3 Pembahasan Hasil Simulasi

4.3.1 Analisa Perbandingan Pengujian Static Bending

Berdasarkan analisa yang dilakukan terhadap girder overhead crane dengan mengunakan metode static test pada SolidWorks didapatkan hasil perbandingan deflesksi, tegangan, dan angka keamanan antara analisa awal dengan modifikasi. Data yang diambil adalah dengan variasi beban 20 Ton pada setiap pembebanan. Berdasarkan hasil tersebut, langkah selanjutnya adalah memperoleh hasil analisa modifikasi yg terbaik atau yang mendekati hasil analisa awal. Hasil-hasil terebut ditunjukan pada tabel 4.4 dan digambarkan dalam bentuk grafik seperti pada gambar 4.4 hingga 4.6.

A

B

C

(70)

74

Gambar 4.4 Grafik Hasil Perbandingan Tegangan Static Bending

Pada grafik 4.4 menunjukan tegangan (Stress) analisa awal terbesar terdapat pada pembebanan B sebesar 50,78 Mpa. Dari hasil modifikasi 1 dan 2 stress terbesar pada modifikasi 2 stress terletak pada pembebanan B dengan nilai 158,3 Mpa. Tegangan (stress) terkecil terdapat pada pembebanan C modifikasi 1 dengan nilai 17,11 Mpa. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa modifikasi 2 memiliki nilai stress yang paling besar melebihi dari analisa awal. Sedangkan pada modifikasi 1 nilai stress yang didapat hampir sama dengan hasil dari modifikasi awal.

(71)

75

Gambar 4.5 Grafik Hasil Perbandingan Defleksi Static Bending

Grafik 4.5 hasil dari simulasi menunjukan defleksi di tiap pembebanan antara analisa awal, modifikasi 1, dan modifikasi 2 tidak jauh berbeda hanya memiliki rata-rata selisih 0,001 mm.

Defleksi pada analisa awal terbesar terdapat pada posisi pembebanan B sebesar 0,9964 mm, sedangkan defleski terendah terdapat pada pembebanan C sebesar 0,3938 mm. Dari modifikasi 1 dan 2 defleksi terbesar terdapat pada modifikasi 1 dengan pembebanan B sebesar 0,98 mm, sedangkan defleksi terendah terdapat pada modifikasi 1 pada pembebanan C sebesar 0,33 mm.

(72)

76

Gambar 4.6 Grafik Hasil Perbandingan Angka Keamanan Static Bending

Grafik 4.6 hasil dari simulasi awal menunjukan angka keamanan terendah terletak pada pembebanan B sebesar 2,9 sedangkan akgna keamanan tertinggi terletak pada pembebanan C sebesar 8,5. Pada modifikasi 1 dan 2 angka keamanan terkecil terdapat pada pembebanan A modifikasi 2 sebesar 3,1. Sedangkan angka keamanan terbesar terdapat pada modifikasi 1 pada pembebanan C sebesar 9,6.

(73)

55 BAB V

KESIMPULAN dan SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari tabel analisa diatas yang telah dilakukan, didapatkan kesimpulan sebagai berikut:

1 Berdasarkan pengujian static bending yang telah dilakukan terhadap analisa origin :

a Tegangan yang terjadi pada tiap pembebanan antara A, B, dan C analisa origin terbesar terdapat pada pembebanan B sebesar 50,78 MPa. Tegangan terkecil pada pembebanan C sebesar 17,69 MPa. Defleksi terbesar pada analisa awal terdapat pada pembebanan B sebesar 0,9964 mm dan defleksi terkecil terdapat pada pembebanan C sebesar 0,3938 mm.

b Angka keamanan terrendah terletak pada pembebanan B sebesar 2,93 sedangkan terbesar terdapat pada pembebanan C 8,5.

2 Pada pengujian static bending terhadap modifikasi 1 dan 2:

a Tegangan yang terjadi pada modifikasi 1 terbesar pada pembebanan A sebesar 36,19 Mpa dan stress terendah terdapat pada pembeanan C sebesar 17,11 MPa. Pada modifikasi 2 stress terbesar pada pembebanan B sebesar 158,3 MPa dan stress terendah terdapat pada pembeanan C sebesar 46,11 MPa.

b Defleksi yang terjadi pada pada modifikasi 1 terbesar pada pembebanan B sebesar 0,98 mm dan defleksi terendah terdapat pada pembeanan C sebesar 0,33 mm.

Pada modifikasi 2 defleksi terbesar pada pembebanan A sebesar 0,93 mm dan defleksi terendah terdapat pada pembeanan C sebesar 0,37 mm.

c Angka keamanan (FoS) terendah yang terjadi pada modifikasi 1 terdapat pada posisi pembebanan B sebesar 5,7. Sedangkan angka keamanan terbesar terdapat pada pembebanan C sebesar 9,6. Pada modifikasi 2 angka

(74)

56

keamanan terendah terdapat pada posisi pembebanan A sebesar 3,1. Sedangkan angka keamanan terbesar terdapat pada pembebanan C sebesar 7,6.

3 Setelah dilakukan simulasi terhadap analisa awal dan seluruh modifikasi pada pengujian static bending :

a Tegangan yang paling besar terdapat pada modifikasi 2 dimana melebihi dari nilai hasil simulasi awal.

Sedangkan pada modifikasi 1 hasil simulasi tidak jauh berbeda terhadap simulasi awal.

b Perbandingan hasil simulasi terhadap simulasi origin dan modifikasi 1 dan 2 tidak jauh berbeda hanya memiliki rata-rata selisih 0,001 mm.

c Perbandingan angka keamanan antara simulasi awal dan modifikasi 1 dan 2, modifikasi 2 lebih rendah daripada modifikasi 1.

Jadi dapat disimpulkan dari perbandingan hasil diatas didapatkan modifikasi 1 lebih layak untuk dipilih sebagai alternatif dalam redesain overhead crane.

5.2 Saran

Hasil simulasi ini merupakan sarana pendukung alternatif

dalam redesain overhead crane untuk memodifikasi

overhead crane yang lama dimana pergerakan overhead

crane terdapat batasan yang mengakibatkan proses

maintenance di PLTU Paiton mengalami kendala. Untuk

memilih mdofikasi mana yang baik saya menyarankan

untuk memilih modifikasi 1, hal itu dikarenakan angka

keamanan dan defleksi yang lebih baik daripada modifikasi

1. Tapi jiga dilihat dari segi ekonomis dalam redesain lebih

baik memilih modifikasi 2.

(75)

55 DAFTAR PUSTAKA

[1] Eko Warsito., Juni 2014. Analisisi Struktur Overhead Crane Kapasitas 35 Ton Dengan Modifikasi Tambahan Beban 6 Ton. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh November.

[2] Dary L.Logan., (4th Edition). A First Course in The Finite Element Menthod. Platteville : University of Wisconsin.

[3] Russell C. Hibbeler., (9th Edition). Mechanics of Materials. USA.

[4] Sidney H. Avner., Second Edition. Intrduction to Physical Metallurgy. Ney York City: College City University of New York

[5] SolidWork Corporation. Solidworks 2016. USA:

SolidWork Corporation;2016

(76)

56

(77)