Rancang bangun rangka mesin wind tunnel tipe open circuit

(1)

i

LAPORAN TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN RANGKA MESIN

WIND TUNNEL

TIPE

OPEN CIRCUIT

Mohamad Syaifudin

201554147

DOSEN PEMBIMBING

Ir. Masruki Kabib, MT.

Rianto Wibowo, ST., M.Eng.

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MURIA KUDUS

2019

(2)

(3)

(4)

(5)

v

RANCANG BANGUN RANGKA MESIN WIND TUNNEL TIPE OPEN

CIRCUIT

Nama mahasiswa : Mohamad Syaifudin

NIM : 201554147

Pembimbing :

1. Ir. Masruki Kabib, MT. 2. Rianto WIbowo, ST., M.Eng.

RINGKASAN

Mesin wind tunnel sebagai sarana yang berfungsi untuk membantu proses analisis besaran aerodinamika yang dialami suatu benda. Dalam mekanisame mesin wind tunnel perlu rangka yang kuat untuk memenuhi tujuan tertentu. Tujuan yang akan dicapai adalah mendesain rangka mesin wind tunnel ini agar rangka mampu menahan beban dari bodi wind tunnel. Metode yang dilakukan adalah study literature, menganalisa kebutuhan rangka, memiliki konsep desain, pemilihan konsep, perancangan dan perhitungan, menganalisa kekuatan rangka yang selanjutnya disimulasikan dengan software inventor, membuat desain manufaktur, dan proses manufaktur. Hasil yang diperoleh dari simulasi frame analysis pada rangka menghasilkan defleksi pada batang 1 (simulasi) 0,017 mm, defleksi pada batang 2 (simulasi) 0,035 mm, defleksi pada batang 3 (simulasi) 0,034 mm, defleksi pada batang 4 (simulasi) 0,035 mm, defleksi pada batang 5 (simulasi) 0,035 mm, defleksi pada batang 6 (simulasi) 0,017 mm.

(6)

vi

DESIGN AND DEVELOPMENT OF WIND TUNNEL MACHINE TYPE OPEN CIRCUIT TYPE

Student Name : Mohamad Syaifudin Student Identity Number : 201554147

Supervisor :

1. Ir. Masruki Kabib, MT. 2. Rianto Wibowo, ST., M.Eng.

ABSTRACT

Wind tunnel machine as a means that serves to help the process of analyzing the amount of aerodynamics experienced by an object. In the mechanics of the wind tunnel engine needs a strong framework to meet certain objectives. The goal to be achieved is to design the wind tunnel engine frame so that the frame is able to withstand the load from the wind tunnel body. The method used is the study of literature, analyzing frame requirements, having a design concept, selecting concepts, designing and calculating, analyzing frame strength which is then simulated with inventor software, making manufacturing designs, and manufacturing processes. The results obtained from frame analysis simulation in order to produce deflection on rod 1 (simulation) 0.017 mm, deflection on rod 2 (simulation) 0.034 mm, deflection on rod 3 (simulation) 0.034 mm, deflection on rod 4 (simulation) 0.035 mm, deflection in rod 5 (simulation) 0.035 mm, deflection in rod 6 (simulation) 0.017 mm.

(7)

vii

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT, akhirnya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Rancang Bangun mesin wind tunnel tipe open circuit “, dapat terselesaikan. Skripsi ini merupakan syarat yang harus dipenuhi dalam rangka mencapai derajat Sarjana S1 Teknik Mesin Universitas Muria Kudus.

Dalam proses penyelesaian laporan ini, banyak pihak yang telah membantu, baik secara langsung maupun secara tidak langsung, secara materi, moral, maupun secara spritual. Untuk itu kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih dan hormat yang sebesar-besarnya :

1. Allah SWT yang telah memberi kesehatan dan kekuatan untuk menyelesaikan tugas akhir ini.

2. Keluarga tercinta yang telah memberikan dukungan dan memberikan kasih sayang yang tak terbatas.

3. Bapak Ir. Masruki Kabib, MT. selaku dosen pembimbing I yang telah sabar membimbing penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

4. Bapak Rianto Wibowo, ST., M.Eng. selaku dosen pembimbing II yang sabar membimbing dalam penyusunan laporan.

5. Bapak Qomaruddin, ST., MT. selaku dosen penguji yang telah memberikan masukan pada laporan akhir ini.

6. Bapak Sugeng slamet, ST., MT. selaku dosen penguji yang telah memberikan masukan pada laporan akhir ini.

7. Tim mesin wind tunnel yang telah memberikan saran dan masukan. 8. Rekan-rekan mahasiswa yang telah banyak mendukung membantu

sehingga terselesaikan laporan ini.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan ini masih terdapat kekurangan. Oleh karena itu penulis mengharap kritik dan saran dari pembaca yang bersifat membangun demi terciptanya laporan yang baik.

Kudus, 24 Agustus 2019 Penulis

(8)

viii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

LEMBAR PERSETUJUAN ... ii

HALAMAN PENGESAHAN ... iii

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN ... iv

ABSTRAK ... v

ABSTRACT ... vi

KATA PENGANTAR ... vii

DAFTAR ISI ... viii

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR TABEL ... xv

DAFTAR SIMBOL ... xvi

DAFTAR LAMPIRAN ... xvii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang ... 1 1.2 Perumusan Masalah ... 3 1.3 Batasan Masalah ... 3 1.4 Tujuan ... 3 1.5 Manfaat ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem rangka wind tunnel ... 5

2.2 Jenis pembebanan pada rangka ... 6

2.3 Defleksi ... 7

2.4 Analisa kekuatan tegangan pada rangka ... 8

BAB III METODOLOGI 3.1 Diagram alir ... 12

3.2 Analisa kebutuhan rangka mesin wind tunnel ... 13

3.3 Konsep desain ... 14

3.3.1 Konsep 1 ... 14

3.3.2 konsep 2 ... 15

3.4 Pemilihan konsep ... 16

(9)

ix

3.6 Gaya-gaya yang terdapat dalam pembuatan rangka ... 17

3.7 Tegangan ... 19

3.8 Tegangan tekuk pada batang ... 21

3.9 Defleksi pada balok ... 22

3.10 Perhitungan las ... 22 3.11 Simulasi software ... 23 3.12 Proses manufaktur ... 23 3.12.1 Bahan ... 23 3.12.2 Alat ... 23 3.12.3 Proses pemotongan ... 24 3.12.4 proses pengelasan ... 24 3.12.5 proses pengeboran ... 25 3.12.6 proses perakitan ... 25 3.12.7 proses finishing ... 25

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisis gaya pada rangka ... 27

4.2 Analisis massa bodi wind tunnel ... 28

4.2.1 analisis massa bodi 1 ... 29

4.3 Analisa gaya terhadap tekanan angin ... 34

4.3.1 Gaya bodi 1 ... 34

4.3.2 Gaya bodi 2 ... 36

4.3.3 Gaya bodi 3 ... 37

4.3.4 Gaya bodi 4 ... 38

4.3.5 Gaya bodi 5 ... 39

4.4 Penentuan titik berat ... 40

4.4.1 Perhitungan koordinat titik tengah bodi 1 terhadap sumbu x ... 40

(10)

x

4.5 Analisa gaya tumpuan ... 44

4.5.1 Tumpuan bodi 1 ... 44 4.5.2 Tumpuan bodi 2 ... 45 4.5.3 Tumpuan bodi 3 ... 46 4.5.4 Tumpuan bodi 4 ... 47 4.5.5 Tumpuan bodi 5 ... 48 4.6 Analisa batang ... 49 4.6.1 Batang 1 ... 49 4.6.2 Batang 2 ... 52 4.6.3 Batang 3 ... 55 4.6.4 Batang 4 ... 58 4.6.5 Batang 5 ... 61 4.6.6 Batang 6 ... 64 4.6.7 Batang 7 ... 67 4.6.8 Batang 8 ... 70

4.7 Perhitungan kekuatan profil rangka ... 73

4.7.1 Bentuk profil rangka ... 73

4.7.2 Analisa kekuatan profil rangka ... 75

4.8 Perhitungan kekuatan sambungan las ... 75

4.9 Perhitungan proses sambungan las pada rangka ... 81

4.9.1 Pengelasan rangka ... 81

4.9.2 Perhitungan biaya pengelasan ... 82

4.10 Prosedur simulasi ... 83

4.10.1 Pemodelan pada rangka mesin ... 83

4.10.2 Simulasi rangka dengan software inventor ... 80

4.11 Hasil frame analisys menggunakan software inventor 2015 ... 86

4.11.1 Pembebanan pada keenam sisi batang rangka atas ... 86

4.12 Desain manufaktur ... 89

4.12.1 Urutan proses manufaktur ... 89

4.12.2 Kebutuhan alat dan bahan ... 99

4.13 Proses manufaktur ... 99

(11)

xi

4.13.2 Proses pengeboran dudukan motor ... 101

4.13.3 Proses finishing ... 104

4.13.4 Biaya finishing pembuatan rangka mesin wind tunnel... 105

4.13.5 Perhitungan biaya pembuatan ... 106

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 108 5.2 Saran ... 109 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN BIODATA PENULIS

(12)

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Bentuk rangka 1 wind tunnel open circuit ... 5

Gambar 2.2 Bentuk rangka 2 wind tunnel open circuit ... 6

Gambar 2.3 Jenis-jenis pembebanan ... 7

Gambar 2.4 Balok sebelum deformasi ... 7

Gambar 2.5 Balok setelah terjadi deformasi ... 7

Gambar 2.6 Distribusi tegangan pada rangka ... 10

Gambar 2.7 Hasil tegangan pada dudukan mesin ... 11

Gambar 2.8 Tegangan von mises akibat pembebanan ... 11

Gambar 3.1 Diagram alir rancang bangun ... 13

Gambar 3.2 Konsep 1 rangka mesin wind tunnel ... 14

Gambar 3.3 Konsep kedua wind tunnel ... 15

Gambar 3.4 Konsep yang dipilih ... 17

Gambar 3.6 Reaksi gaya pada rangka ... 18

Gambar 3.7 Sebuah batang yang mengalami pembebanan tarik sebesar P ... 20

Gambar 3.8 Segmen batang yang sudah diberikan pembebanan ... 20

Gambar 3.9 Defleksi pada batang ... 22

Gambar 4.1 Titik pembebanan pada rangka ... 27

Gambar 4.2 Bodi wind tunnel ... 28

Gambar 4.3 Profil L ... 29 Gambar 4.4 bodi 1 ... 29 Gambar 4.5 Bodi 2 ... 30 Gambar 4.6 Bodi 3 ... 31 Gambar 4.7 Bodi 4 ... 32 Gambar 4.8 Bodi 5 ... 33

Gambar 4.9 Gaya pembebanan ... 34

Gambar 4.10 Arah gaya bodi 1 ... 34

Gambar 4.15 Bodi wind tunnel ... 40

Gambar 4.16 Titik tengah bodi 1 ... 40

(13)

xiii

Gambar 4.21 Gambar tumpuan bodi 1 ... 44

Gambar 4.22 Perhitungan gaya bodi 1 ... 44

Gambar 4.24 Perhitungan gaya bodi 2 ... 45

Gambar 4.26 Analisa tumpuan bodi 3 ... 46

Gambar 4.31 Batang 1 ... 49

Gambar 4.32 Perhitungan pembebanan batang 1 ... 50

Gambar 4.33 SFD dan BMD batang 1 ... 51

Gambar 4.34 Gambar batang 2 ... 52

Gambar 4.53 perhitungan pembebanan batang 8 ... 71

(14)

xiv

Gambar 4.55 Persegi hollow ... 73

Gambar 4.56 Kekuatan sambungan las ... 76

Gambar 4.57 Tampilan awal software inventor ... 83

Gambar 4.58 Hasil pemodelan rangka menggunakan software inventor 201784 Gambar 4.59 Pemilihan material ... 85

Gambar 4.60 Frame analysis di inventor ... 85

Gambar 4.61 Proses menentukan besar pembebanan ... 86

Gambar 4.62 Hasil analisa dengan pembebanan pada keenam sisi rangka ... 86

Gambar 4.63 Defleksi pada rangka ... 87

Gambar 4.64 Rangka wind tunnel ... 89

(15)

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Analisa kebutuhan ... 13

Tabel 3.2 Pemilihan konsep ... 16

Tabel 4.1 profil ST37 ukuran 50x50 ... 74

Tabel 4.2 profil ST37 ... 74

Tabel 4.3 waktu pemesinan untuk pengelasan ... 83

Tabel 4.4 Urutan proses pembuatan rangka ... 89

(16)

xvi

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Satuan Nomor Persamaan

𝜎 Tegangan n/m2 1

𝜎𝑖𝑧𝑖𝑛 Momen lentur (N/𝑚𝑚2) 2

F Gaya (Newton) 3

𝜎𝑚𝑎𝑥 Tegangan max Mpa 4

𝑛

Kecepatan Potong mm/menit 5

A Panjang Lasan mm 6 Q Beban merata (N/mm) 7 m Massa kg 8 d Diameter mm 9 r Jari-jari mm 10 w Gaya N 11

(17)

xvii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Foto rangka mesin wind tunnel ... 111

Lampiran 2. Gambar kerja rangka mesin wind tunnel ... 113

Lampiran 3. Lembar Revisi ... 115

Lampiran 4. Hasil tunitin ... 118