2.1 Tinjau Pengolaha (TBS) dim sawit dar transporta kualitas m Sumber : PTPN IV. Pada gamb menjadi b menjadi m uan Umum an buah ke maksudkan ri biji. Per asi, dan pro minyak yang Gamb dimodifika bar 2.1 terd beberapa ba minyak dan TIN m elapa sawit untuk mem rlakuan ter oses pengol g akan dihas ar 2.1 Skem asi dari Bir
dapat diagra agian secara inti sawit BAB I NJAUAN P yang lazim mperoleh m rhadap tan lahan di pa silkan. ma proses P ro Perencan am alir pros a umum. P dapat dibag II PUSTAKA m disebut minyak sawit ndan buah abrik akan Pengolahan naan, Peng es pengolah ada dasarny gi dalam be dengan tan t dari dagin segar mu menentuka Kelapa Saw gkajian dan han buah sa ya proses p eberapa stas ndan buah ng buah da ulai dari p an kuantitas wit n Pengemba awit yang te pengolahan siun, antara segar n inti panen, s dan angan erbagi TBS a lain:
Stasiun Penerimaan Buah, Stasiun Perebusan (Sterilizing Station), Stasiun Penebahan (Threshing Station), Stasiun Pengempaan (Pressing Station), Stasiun Klarifikasi (Clarification Station), Stasiun Kernel (Kernel Station).
2.2 Stasiun Pengempaan (Pressing Station)
Pada stasiun pengempaan terdapat dua unit sistem yang memegang peranan dalam satuan operasi pengolahan kelapa sawit yang terdiri atas mesin digester dan mesin screw press. Instalasi digester dan screw press pada pabrik pengolahan kelapa sawit dapat dilihat pada gambar 2.2.
2.2.1 Pengadukan (Digester)
Digester berasal dari kata dasar “digest” yang berarti mencabik, jadi yang dimaksud dengan mesin digester adalah suatu mesin yang digunakan untuk mencabik sambil mengaduk, dalam hal ini yang diaduk adalah buah sawit yang lepas (rontok) setelah melewati stasiun threshing , dilumatkan dengan cara menyayat-nyayat daging buah dan diaduk dalam ketel adukan (digester). Buah dapat hancur akibat adukan pisau-pisau stirring arm sehingga buah dapat bergesekan dengan dinding digester, yang mana prosesnya dibantu oleh uap (steam) yang berasal dari Back Preassure Vessel (BPV) dengan suhu 115 0C dengan cara injeksi uap bertekanan 3 kg/cm2.
Pengadukan berlangsung selama 30 menit, baru pintu pengeluaran di buka, minyak yang mulai keluar dari bottom bearing ditampung ditalang minyak untuk selanjutnya di kirim ke vibrating screen. Setelah sampai pada tingkat terbawah maka buah selanjutnya di kirim oleh expeller arm ke bagian chute untuk selanjutnya diperas minyaknya di screw press yang berupa lumatan buah sawit yang disayat-sayat dimana struktur jaringan buah telah rusak dan membuka sel sel yang mengandung inti minyak, daging buah (pericarp) pecah dan terlepas dari biji (nut), serat –serat buah harus masih jelas kelihatan dan bersifat homogen.
Proses pengadukan maupun pemotongan yang harus dijalani oleh daging buah untuk memperoleh minyak secara maksimal merupakan proses yang cukup penting untuk dimengerti hakikatnya dengan baik, yaitu dari proses pengadukan untuk mendapat perhatian dan pengawasan dalam proses pengolahannya.
Gambar 2 Sawit. Secara um Tebal dag hingga 8 m Tujuan uta untuk di-p buah den diperlukan a. Pengad daging buah y b. Pengad c. Daging struktu 2.2 Instalas mum, buah ging buah d mm sesuai d ama dari pr press, sehin ngan kerug n syarat-sya dukan haru g buah terle yang utuh, d dukan haru g buah tida ur serabut d si Digester kelapa saw dari buah y dengan ukur roses penga ngga minya gian yang arat sebagai us menghas epas seluruh dimana dag s menghasil ak boleh ter dari daging b dan Screw wit terdiri d yang cukup ran buahnya adukan adal ak dengan sekecil-ke berikut : silkan pem hnya dari bi ging buah m lkan massa remas terlal buah. press pada dari daging p baik atau a. lah untuk m mudah dap cilnya. Un erasan/cinc ijinya dan ti masih meleka yang sama lu lumat me Pabrik Pen g buah, can u normal b mempersiapk pat dipisahk ntuk menca angan yang idak boleh a at pada bijin rata. enjadi bubu ngolahan K ngkang, dan berkisar ant kan daging hkan dari d apai tujuan g baik seh ada lagi ter nya. ur, harus ta Kelapa n inti. tara 2 buah aging n itu ingga rdapat mpak
Penelitian diperoleh pengaduka dikempa a memenuhi digester m gabungan waktu pe simultan. 2.2.2 Peng Pengempa digester, d pisau-pisa dan mend gambar 2. Gambar 2 Oleh karen sehingga m biji. Hasil ke Cake seperti pa berupa Sa dari screw n terhadap dari pengl an. Jangka atau di-pres i syarat-sya maka semak kedua fakt ngadukan gempaan (P aan bertuju dimana bua au stirring a dorongnya m 3 dapat dili 2.3 Model S na adanya t melalui lub yang kelua Bake Conv sir, serat-se and Trap Ta w press dan syarat-syara lihatan dan waktu pe ss juga me arat pengad kin lama bu or diatas da harus diusa Presser) uan untuk ah-buah yan arm di dige masuk ke d hat model w Screw press tekanan scre bang-lubang ar dari pros veyor dan m erat dan air
ank untuk m Vibrating S rat diatas a n pengamat engadukan erupakan fa dukan yang uah teraduk apat disimp ahakan sej mengambi ng telah di ester dimas dalam mesin worm screw s yang digun ew yang dit g press cag es berupa a minyak kas yang selanj memisahkan Screen untu adalah pent tan minyak yang diala ktor yang c g baik. Se k sebelum m ulkan bahw auh mungk il minyak aduk secar sukkan ke d n pengemp w press. nakan pada tahan oleh c ge minyak d ampas dan b sar yang m njutnya akan n pasir dari uk memisah ting sekali, k yang kel ami oleh d cukup pent makin ban masuk ke sc wa isian dig kin untuk dari aduka a bertahap dalam feed a (twin scr Pengolahan cone, massa dipisahkan biji yang se masih meng n melewati minyak ka hkan serat-s sebagian luar dari b digester seb ting untuk nyak isian crew press gester dan ja dipenuhi s an hasil o dengan ba screw con rew press). n Kelapa Sa a tersebut di dari serabu elanjutnya m gandung ko tahap klari asar yang be serat dari m besar bejana belum dapat suatu . Jadi angka secara output ntuan veyor Pada awit iperas ut dan masuk otoran fikasi erasal inyak
kasar tersebut dan selanjutnya dikirim ke Crude Oil Tank sebagai tangki penampungan minyak kasar.
Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam proses pengempaan ini antara lain:
a. Ampas kempa (press cake) harus merata keluar di sekitar konus b. Tekanan hidraulyc pada kumulator 30-40 kg/cm2
c. Bila screw press harus berhenti pada waktu yang lama, screw press harus dikosongkan.
d. Tekanan kempa yang terlalu tinggi akan mengakibatkan persentase inti pecah bertambah dan kerugian inti bertambah.
e. Tekanan kempa yang terlalu rendah akan mengakibatkan cake basah, looses pada ampas, pemisahan ampas dan biji tidak sempurna, bahan bakar ampas basah sehingga pembakaran dalam dapur boiler tidak sempurna.
2.3 Tegangan Geser Pada Poros
Perhitungan tegangan geser yang terjadi pada poros akibat torsi yang bekerja pada screw dari worm screw press dapat dilihat pada gambar 2.4.
P padat, ser poros pun deformasi sudut ra = DE = Regangan = Dengan pe Luas pen menghasil Dengan ko = 0 Dimana to s L s G
M Pada gamba rat AB yan ntir sebesar ini adalah adian, panja = r n geser satua ersamaan te nampang d lkan beban t ondisi kesei orsi yang be L r r L G Gambar ar 2.4. terl ng semula l . Sehingg busur lingk ang diberika an egangan ges diferensial tahanan dife imbangan st ekerja sama 2.4. Deform lihat torsi y lurus akan ga deformas karan denga an oleh :ser dari huk
M-N pada ferensial dP tatis dengan tor masi pada p yang bekerj memuntir si total an jari – jar um Hooke a jarak rad = dA. si tahanan d
s porosrja pada uju menjadi he sama deng ri r dan ber : dial r dar dari poros (T
ung poros eliks AC k gan DE. Pa rhadapan de ri sumbu Tr). bulat karena njang engan (2-1) (2-2) (2-3) porosT = Tr = (2-4) Subtiusi dari persamaan (2-4) sehingga
T =
T = (2-5)
Dengan mensubtitusikan persamaan (2-3) ke persamaan (2-5) diperoleh J =
Diperoleh rumus tegangan geser maksimun terhadap poros padat, yaitu :
(2-6)
Momen inersia polar (J) untuk poros berongga, yaitu : J =
Sehingga rumus tegangan geser maksimun terhadap poros berongga, yaitu :
(2-7)
2.4 Kosentrasi Tegangan
Suatu diskontinutas geometri dalam bentuk benda, seperti misalnya lubang atau takik, berakibat distribusi tegangan tak merata di sekitar diskontinuitas tersebut. Pada beberapa daerah di dekat diskontinuitas, tegangan akan lebih tinggi daripada tegangan rata – rata yang jauh letaknya dari diskontinuitas. Jadi, terjadi kosentrasi tegangan pada diskontinuitas, atau pembangkit tegangan (stress raiser). Gambar 2.5 memperlihatkan sebuah pelat dimana terdapat lubang sirkular yang mengalami beban uniaksial. Kalau beban tidak ada, tegangan akan terbagi rata pada penampang melintang pelat. Karena ada lubang, distribusi itu sedemikian rupa, sehingga aksial mencapai harga tinggi pada tepi lubang dan turun dengan cepat semakin jauh dari lubang.
r dP
r ( dA)
r dA L G 2
r2 dAJ J L G J Tr 2 4 r 3 4 2 2 . r T r r T 3 3 . 16 . 2 d T r T maks
4 4
2 R r r
4 4
16 d D TD maks Gambar 2 horizontal 2.5 Fakto Ko dengan te sementara penampan Pada dasar (a) Be Dengan ru (b) Be Dengan ru (c) Be Dengan ru no ma t K m I Mc nom A P nom J Tc nom 2.5 Distrib l (c) lubang or Kosentra osentrasi teg egangan n a ilmuwan ng melintang rnya kosent eban lentur umus tegang eban aksial umus tegang eban puntir umus tegang al aks min Mc busi teganga eliptis verti asi Tegang gangan diny ominal, ata memakai g pada daer trasi tegang gan yang di gan yang di gan yang di an akibat (a ikal (Shigle gan yatakan den as dasar p harga teg rah dimana t gan terjadi a gunakan : gunakan : gunakan : ) lubang sir ey, 2004). ngan faktor k penampang gangan nom tidak terdap kibat tiga b rkular dan ( kosentrasi t sesungguh minal atas pat kosentra eban yaitu : (b) lubang e tegangan teo hnya, seka s dasar se asi tegangan ( : eliptis oritis, alipun eluruh n. (2-8)
Diagram faktor kosentrasi tegangan dapat dilihat pada gambar 2.6. Pada skripsi ini kosentrasi tegangan yang terjadi akibat beban puntir, dengan momen inersia polar (J) untuk poros berongga . Maka tegangan geser nominal dihitung dengan persamaan :
Disamping menyebabkan kosentrasi tegangan, sebuah takik juga menimbulkan kondisi tegangan biaksial atau tegangan triaksial setempat. Umpamanya, untuk lubang sirkular dalam pelat dimana bekerja beban aksial, ditimbulkan baik tegangan radial maupun tegangan membujur. Tegangan yang ditimbulkan dalam sebuah pelat yang lebar tak terhingga dan dimana terdapat beban sirkular dan dibebani aksial, dapat dinyatakan sebagai (Hutton, 2004):
(2-9) ) ( 32 4 2 d D J ) ( 16 4 4 d D TD nom 1 3 4 cos2 2 1 2 2 2 2 4 2 2 r a r a r a r 1 3 cos2 2 1 2 2 4 2 2 r a r a 1 3 2 sin2 2 2 2 2 4 r a r a
Gambar beban pun Penelitian terjadi di t Dimana σ demikian sama deng 3 2.6 Faktor ntir (Harsok n terhadap titik A, bilam σ = teganga faktor kose gan 3. Mem maks kosentrasi koesoemo,19 tegangan in mana θ = π/ an tarik rat entrasi tegan mpelajari pe tegangan. ( 990). ni memper /2 dan r = a ta – rata ya ngan teori ersamaan in (a) beban l rlihatkan ba a. Untuk hal ang terdapa tis untuk p ni lebih lan entur, (b) b ahwa tega ini (Hutton t pada ujun elat dengan njut tampak beban aksia angan maks n, 2004) ( ng pelat. De n lubang sir k bahwa σθ al, (c) simun 2-10) engan rkular = -σ
untuk t = a dan θ = 0. karena itu, kalau pada pelat bekerja tegangan tarik, muncul tegangan tekan yang sama dengan besarnya pada tepi lubang di titik B dalam arah tegak lurus pada sumbu beban dalam bidang pelat.
Hal lain yang menarik perahatian dan yang memiliki pemecahan analitis untuk kosentrasi tegangan, ialah hal lubang eliptis kecil pada sebuah pelat. Gambar 2.5 memperlihatkan geometri lubang. Tegangan maksimun pada lubang diberikan oleh persamaan 2-11 (Hutton, 2004).
(2-11) Persamaan (2-11) memperlihatkan bahwa tegangan bertambah besar dengan
perbandingan a/b. Karena itu, lubang yang sangat sempit, seperti retak misalnya yang tegak lurus pada daerah arah tarik, akan berakibat tegangan yang sangat tinggi.
2.6. Metode Penentuan Kosentrasi Tegangan 2.6.1. Photoelastis
Suatu metode yang sangat dapat diandalkan dan banyak dipakai untuk mencari tegangan pada suatu titik adalah metode photoelastis (photoelastisity). Suatu bahan tembus sinar yang mempunyai sifat membias secara ganda, bila diberi tegangan, dipotong dalam bentuk yang sama seperti bagian mesin yang diinginkan akan menerima tegangan tersebut. Model tersebut diletakkan pada suatu rangka pembebanan, dan suatu berkas sinar polarisasi diarahkan pada model tersebut menuju pelat atau layar photograf. Bila model diberi beban, sinar berwarna yang berasal dari titik – titik tegangan maksimun akan meminggir, dan apabila bahan tersebut dinaikkan, berkas sinar berwarna tersebut akan bergerak dari sisi bayangan ke arah titik pusat. Suatu tegangan tertentu dikaitkan dengan setiap peminggiran warna tersebut sehingga seorang dapat mencari tegangan pada sisi hanya dengan menghitung peminggiran warna dari awalnya tadi.
b a maks 1 2
Gambar photoelast Ga photoelast oleh gaya juga pada 2.6.2 Me Teknik in dimungkin berupa ga pertama – mungkin pembeban – kendala kondisi te matrik dan Gambar 2 pelat yang berangsur terdapat ju 2.7 Distrib tis (Hutton, ambar 2.7 tis, berupa p a Wr . Pemu kedua jari – etode Elem ni sangat m nkan oleh aris, segitiga – tama diba dari bebe nan dan kon (constraint erpenuhi. Pe n elastisitas 2.8 bagaim g menerim – angsur uga pada sis
usi teganga 2004). adalah s peminggiran usatan tega – jari keleng men Hingga mujarab dan kemajuan b a, atau setia agi menjadi erapa ukura nsfigurasi da t), suatu ana enggunaan m linier dan k mana metod a beban ak berkurang si lingkaran an dalam su suatu gamb n sinar pada angan terjad gkungan (fi a n merupaka bidang kom ap bentuk g i sejumlah an yang b aerah batas alisa kompu metode ini kebiasaan d de ini dipak ksial. Dapa bila menja n. uatu roda g bar, yang a roda gigi d di pada titik llet) pada ak an suatu c mputer. Ele geometri. A elemen ter berbeda. D (boundary uter dibuat memerluka dengan suatu kai untuk m at dilihat b auh gaya F gigi didapat diambil dari roda gi k dimana g kar dari gig
ara pendek men hingg nggota yan rhingga yan Dimulai da configurati dan diitera an pengetah u bahasa ko menganalisa ahwa tegan F dan kose Wr at melalui p dengan m igi yang dib gaya bekerja gi tersebut. katan baru ga tersebut ng akan dian ng banyak, ari diketah ion) dan ke asi sampai s huan matem omputer. a tegangan ngan maksi entrasi tega Kosentrasi t Pada fillet proses metode bebani a dan yang biasa nalisa yang uinya endala semua matika pada imum angan tegangan
G 2.6.3 Met Adalah sa pemusatan tersebut. P diagaram percobaan An pemusatan diberikan setiap gari batang ada beri takika yang jauh Begitu gar usahanya tegangan i Gambar takikan (b Gambar 2.8 tode Intuis ngat pentin n tegangan Perasaan se atau dala n tak mungk nalogi aliran n tegangan tegangan, d is aliran dal alah merata an pada bata h dari takika ris – garis i mendekati ini berbandi 2.9 Garis b) dengan ta 8 Analisa te if g bagi peren tersebut m eperti ini ju am menaks kin dipakai. n mungkin a tersebut. G dan gaya di lam gambar a, garis alira ang untuk m an tersebut ini mendeka bukan yan ing lurus de aliran dalam kikan (Shig egangan pad ncanaan un muncul dan uga akan m sir faktor adalah satu Gambar 2.9a igambarkan r tersebut m an tersebut menunjukka akan berja ati takikan, ng terhamba engan jumla m menggam gley, 2004) da pelat met ntuk mengem n apa yang membantu d pemusatan – satunya c a menunjuk n seperti me mewakili bes jaraknya sa an kenaikan arak teratur akan lebih at tersebut. ah lengkung mbarkan pem ode elemen mbangkan s g harus dila dalam mera tegangan cara dalam m kkan suatu b engalir mela sar gaya tert
ama. Pada g tegangan. P sama sepe banyak me Kepelikan gan dari gari
musatan teg n hingga suatu “rasa” akukan ata amalkan K apabila s menggamb batang rata alui batang tentu, dan k gambar 2.9b Pada penam erti gambar elengkung d n dari pemu is arus. gangan (a) ” akan as hal Kt dari sarana arkan yang . Jadi karena b kita mpang 2.9a. dalam usatan tanpa
Kegagalan kegagalan lain harus Pada gam yang rend oleh peren potongan haruslah haruslah s sering san Gambar 2 Perbaikan 2.7 Teor Un luar yang Aspek – a tegangan d Pe pertimbag berarti pro n yang pali n karena kel duduk pad mbar 2.10 di
dah maka jar ncanaan ba di bawah b lebih dalam sedikit lebih ngat efektif d 2.10 Sebuah n rencana un ri – Teori K ntuk menga g bekerja, a aspek terse dan reganga mbahasan a gan bahwa m operti elastik ing sering lelahan dari da suatu bah tunjukkan b ri – jari kele agian terseb bahu (Gamb m dari tak h besar. Da dalam meng h poros berb ntuk mengur Kegagalan aji kekuatan akan memb ebut adalah an, tegangan aspek diata material sol k adalah sam terjadi pad i poros. Ba hu, dan pad bentuk gari engkungan but. Kt yan bar 2.10b). kikan kedua apat dilihat gurangi pem rbahu dalam rangi besar n suatu ma butuhkan p tegangan, n – teganga as dikaji den lid adalah k ma untuk ke da bagian m antalan, roda da dasar ba is aliran. Un r harus besa ng lebih ke Pada Gam a, tetapi d bahwa pem musatan tega m lenturan. ( pemusatan aterial solid pemahaman regangan d an utama dan ngan menga kontinue, ho e segala ara mesin yang a gigi, dan hu inilah ke ntuk menda ar, tetapi bi cil dapat d mbar 2.10d iameter pa motongan ta angan. (a) Perencan (Shigley, 2 sebagai ak terhadap b dan pemind n teori kega ambil beber omogen, dan ah. berputar a bagian – b kegagalan te apatkan har iasanya r dib dengan mem takikan per ada alas ta ambahan ta naan biasa; 2004). kibat dari b beberapa a dahan, hubu agalan. erapa asums n isotropis, adalah bagian erjadi. rga Kt batasi mbuat rtama kikan kikan (b-d) beban aspek. ungan si dan yang
Ketika komponen dibebani maka akan terjadi tegangan unaksial, yang mana tegangan dan kekuatan dapat langsung dibandingkan untuk menentukan faktor keamanan, atau menyelidiki kapan komponen rusak. Metode ini dapat digolongkan sederhana, karena hanya ada satu tegangan dan hanya ada satu nilai kekuatan, apakah itu kekuatan luluh, kekuatan ultimate, kekuatan geser atau lainya sebagai pendekatan.
Pada perancangan elemen mesin terdapat dua bentuk kegagalan yang terjadi, yaitu Kegagalan Statis dan Kegagalan Dinamis.
2.7.1 Kegagalan Statis
Suatu beban statis adalah suatu gaya atau momen yang bekerja secara diam pada suatu bagian mesin. Supaya diam, gaya atau momen tersebut haruslah mempunyai besaran yang tidak berubah, titik tangkap tidak berubah, dan arahnya tidak berubah. Suatu beban statis bisa berupa gaya tarik atau gaya tekan aksial, beban geser, beban lentur, atau berupa gabungan dari beban tersebut.
Permasalahan akan bertambah kompleks jika tegangan adalah biaksial atau triaksial. Dalam beberapa kasus ada tingkatan dari tegangan, tetapi hanya ada satu kekuatan yang menentukan. Untuk menentukan kekuatan itu ada beberapa teori yang umun dipergunakan yaitu : Teori Tegangan Normal Maksimum, Teori Regangan Normal Maksimum, Teori Energi Distorsi Maksimum.
1. Teori Tegangan Normal Maksimum
Teori ini menyatakan bahwa setiap kombinasi tegangan yang menghasilkan tegangan normal utama terbesar yang melebihi tegangan-batas yield σy akan menyebabkan komponen mengalami yield .
Tegangan normal utama terbesar terjadi dalam sebuah komponen mesin menentukan kekuatan komponen mesin. Jika tegangan-batas yield untuk tarik Syt berbeda untuk tegangan-batas yield untuk tekan Syc , maka beberapa keadaan tegangan dalam gambar 2.11 menunjukkan keadaan tegangan seperti yang ditunjukkan oleh lingkaran Mohr yang tepat mengakibatkan komponen mesin mengalami yield.
Gambar menunjuk (Harsokoe tegangan vertikal y mengakiba Re keadaan te 2.11 Dia kkan terjad esoemo,199 Dari yang sebag yang mela atkan komp epresentasi egangan dua agram Mo dinya yield 0). gambar 2. gian dari lin alui Syt da ponen meng grafik yait a dimensi d ohr untuk ld pada t .11 dapat ngkaran Mo an Syc ad galami yield tu dari teor diperlihatkan beberapa teori tegan ditarik ke ohr-nya terl dalah keada d. ri tegangan n pada gamb kondisi ngan norm esimpulan letak diluar aan tegang n normal m bar 2.12 tegangan mal maksi bahwa kea r dua buah gan yang maksimum u yang imum adaan garis telah untuk
Gambar (Harsokoe Pa yang mem dua dime persamaan Keadaan keadaan te empat. Da ternyata c yang dalam Syc masih normal ma 2 1, 2.12 Teo esoemo,199 ada diagram mpunyai ko ensi tersebu n : tegangan d egangan pad ari hasil pe ocok untuk m kenyataa dapat ditah aksimum te 2 y x ori teganga 0) m di atas sua ordinat σ1, ut tadi. Ke dua dimen da gambar 2 ercobaan ter k material y annya harga han oleh mat rnyata tidak 2 2 y x an normal atu keadaan σ2, yaitu te edua tegan nsi yang m 2.12 berupa rnyata bahw yang getas a a tegangan terial tanpa k cocok unt 2 yx maksimu n tegangan egangan uta ngan terseb menyebabka a sebuah titi wa teori te atau brittle hidrostatik yielding ata uk material m pada k digambarka ama dari ke but dapat d an kegagala ik yang terle egangan nor kecuali kea beberapa k au patah. yang ulet. koordinat an oleh satu eadaan tega dihitung de an yield a etak di luar rmal maksi adaan hidro kali lipat Sy Teori tega σ1-σ2 u titik angan engan adalah r segi-imum ostatik yt atau angan
2. Te Te tegangan geser bata ditentukan Pa Mohr-nya yang seba bahwa ke mengalam Gambar (Harsokoe eori Tegang eori teganga dua dimen as yield τy n dari uji tar ada gambar a tepat men agian dari li eadaan tega mi kegagalan Gambar 2 2.14. Ilustr esoemo,199 gan Geser M an maksimu nsi yang te mengakiba rik standar d r 2.13 ditun ngakibatkan ingkaran M angan dua n yield. 2.13 Prinsip rasi teori te 0) Maksimum um menyata egangan ges atkan kega dan τy = ½ σ unjukkan tig n keadaan y Mohr-nya ter dimensi t p diagram M egangan ges m akan bahwa ser maksim agalan yield σy . ga keadaan yield. Kead rletak di lua tersebut tel Mohr (Harso ser maksim a setiap kom mumnya me d. Besar te n tegangan daan tegang ar garis seja lah menyeb okoesoemo, mum pada k mbinasi kea elebihi tega egangan yie yang ling gan dua dim
ajar menand babkan ma 1990) koordinat σ1 adaan angan eld τy karan mensi dakan aterial 1 - σ2
Represent yang ditun 3 buah pe dalam arah Gambar Elemen or (Harsokoe maks 1 maks 1 maks 2
tasi teori teg njukkan pad ersamaan teg h tegangan 2.15 Repr riginal; (b) p esoemo,199 y 2 2 2 2 1 3 2 2 2 3 2 gangan gese da gambar 2 gangan ges utama σ1 > esentasi ele prinsip elem 0). y y er maksimu 2.14. Segi-e er maksimu σ2 > 0 dan σ emen dari men; (c) bid um pada dia enam pada um dan kea σ3 = 0 keadaan t dang 1-2; (d agram σ1 - σ gambar 2.1 adaan tegang egangan pa ) bidang 1-3 σ2 adalah se 14 diperoleh ngan dua dim
ada titik O 3; (e) bidan eperti h dari mensi O. (a) ng 2-3
Se ketika : Persamaan dengan pe Ka (2.12) dip σA ≥ Sy Ka (2.12) men σA – σB ≥ Ka persamaan σB ≥ -Sy Gambar dimensi pa 1 maks cara umum n tegangan ersamaan : asus 1 : σA eroleh yield asus 2 : σA ≥ njadi (Shigl Sy asus 3 : 0 ≥ n (2.12) men 2.16 Dia ada titik O ( 2 2 3 Sy m teori teg atau σ1 - σ bidang un ≥ σB ≥ 0. d (Shigley, 2 ≥ 0 ≥ σB. D ley, 2004) ≥ σA ≥ σB . njadi (Shigl agram Moh (Harsokoes gangan ges σ3 ≥ Sy ntuk setiap Pada kasu 2004) Disini, σ1 = untuk kasu ley, 2004) hr represent oemo,1990 er maksim kasus sesu us ini, σ1 = = σA dan σ3 us ini, σ1 = tasi dari ti ) um, memp uai gambar σA = 0. Se = σB , sehi = 0 dan σ3 = iga keadaan prediksi yie ( 2.14, dipe esuai persa ( ingga persa ( = σB , seh ( n tegangan elding (2.12) eroleh amaan (2.13) amaan (2.14) ingga (2.15) n tiga
Dari hasil percobaan ternyata bahwa teori tegangan geser maksimum cocok untuk material yang liat atau ductile.
3. Teori Energi Distorsi Maksimum
Bersamaan dengan terjadinya tegangan dalam elemen volume terjadi juga regangan dan energi regangan dalam elemen volume tersebut.
Pada elemen utama, tegangan dan regangan tersebut adalah : σ1 , σ2 dan σ3
e1 , e2 dan e3
sedangkan energi regangan total persatuan volume adalah :
Yang ditulis sebagai berikut (Harsokoesoemo,1990) :
(2.16) Keadaan tegangan utama σ1 , σ2 dan σ3 dapat dianggap terdiri dari keadaan
seperti pada gambar 2.17.
3 3 2 2 1 1 2 1 2 1 2 1 e e e U ) ( ) ( 2 1 3 2 3 1 2 1 2 3 2 2 2 1 E E U
Gambar Ketiga teg Dari hubu yang ditim ( 3 1 ave ( 3 1 e eave r 2.17 Teori gangan pada ungan tegang mbulkan ole 3 2 1 ) 3 2 1 e e e umum dist a keadaan te gan-reganga h σave adala ) 3 torsi tegang egangan per an σ1 = Ee1 ah : an maksimu rtama masin , σ2 = Ee2 d um (Harsok ng-masing a dan σ3 = Ee koesoemo,19 adalah : e3 maka rega 990) angan
Perubahan volume per satuan volume untuk keadaan tegangan (σ1 , σ2 , σ3) adalah (Harsokoesoemo,1990):
(2-17)
Atau, jika produk e1e2 , e1e3 , e2 e3 dan e1e2e3 diabaikan karena kecil dibandingkan e1 , e2 dan e3 :
Perubahan volume per satuan volume pada keadaan tegangan (σave , σave , σave) adalah (Harsokoesoemo,1990) :
(2-18)
atau
Jadi ternyata ev = ev’ atau dengan kata lain perubahan volume persatuan volume pada keadaan tegangan (σave , σave , σave) adalah sama dengan perubahan volume persatuan volume pada keadaaan tegangan (σ1 , σ2 , σ3). Kesimpulan selanjutnya ditarik bahwa keadaan tegangan (σ1 – σave , σ2 – σave , σ3 – σave ) tidak disertai dengan perubahan volume , yang terjadi pada perubahan bentuk elemen tanpa perubahan volume. Dengan kata lain hanya terjadi distorsi.
Perubahan volume per satuan volume pada keadaan tegangan (σ1 – σave , σ2 – σave , σ3 – σave ) adalah :
(e1 – eave ) + (e2 – eave ) + (e3 – eave ) = 0 z y x z y x v d d d d d d dz e dy e dx e e (1 1) (1 2) (1 3) 3 2 1 e e e ev z y x z y x ave ave ave v d d d d d d dz e dy e dx e e (1 ) (1 ) (1 ) ave ave ave ave v e e e e e 3
1 2 3
1 2 3 3 1 3 e e e e e e Energi total persatuan volume U dapat dianggap terdiri dari energi perubahan volume persatuan volume UV dan energi distorsi per satuan volume Ud (Harsokoesoemo,1990):
U = UV + Ud
Ur = ½ σave eave + ½ σave eave + ½ σave eave = ½ σave ev (2-19) Perubahan volume per satuan volume ev :
ev = (σ1 + σ2 + σ3) yaitu dengan mensubtitusikan e1 = (σ1 vσ2 - vσ3)
Ke dalam persamaan . Perubahan volume per satuan volume dapat ditulis sebagai :
ev = σave
Energi distorsi per satuan volume adalah selisih antara U dan Ur : Ud = U – Ur
atau
Ud = (2-20)
Dengan mensubtitusi ke dalam persamaan (2-20)
diperoleh persamaan (2-21) (Harsokoesoemo,1990): E v 2 1 E 1 3 2 1 e e e ev E v) 2 1 ( 3
2 3 2 3 1 2 1 2 3 2 2 2 1 (1 2 ) 2 3 2 1 ave E E E ) ( 3 1 3 2 1 ave Ud = Untuk kea Ud = Gambar (Harsokoe Te yang men akan meny karena yie Ud = Ke (Harsokoe Ud = atau 6 1 E 3 1 E v E v 3 1 E v 6 1
2 2 1 adaan uniak 2.18 Teg esoemo,199 eori energi nimbulkan e yebabkan k eld mempun edaan teg esoemo,199
2 2 1 1 v y v
v 2 2 1
2 3 2 ksial, maka : gangan uni 0) distorsi ma energi distro egagalan yi nyai energi d gangan um 0) :
2 3
2
23
3 2 : iaksial rep aksimum m osi sama de ield. Untuk distrosi : mum yan
3 1 2
3 1 2
2 2 1 2y presentasi d menyatakan b engan energ keadaan teg ng gagal
2
1
E v 3 1 2 dari teori bahwa kom gi distrosi u gangan unia karena y ( energi di mbinasi tega uniaksial σ1 aksial yang yield a (2 2-21) istorsi angan = σy gagal adalah -22a)Untuk kea menjadi : Persamaan Gambar 2 koordinat Perbandin gambar 2. 2 1 2 1 adaan tegan n tersebut a 2.19 Teori σ1 – σ2 (Ha ngan ketiga 20. 2 2 2 2 y
ngan dua dim
dalah sebua tegangan ge arsokoesoem teori kega mensi σ3 = ah elips pad eser maksim mo,1990). agalan dalam 0 , sehingg da diagram σ mum oktahe m bidang σ a energi dis σ1 – σ2 edral direpre σ1 – σ2 da storsi maksi (2 esentasikan apat dilihat imum -22b) n pada pada
2.7.2 Keg Beban di menimbul serat terte mengalam Kekuatan pemberian digambark ditunjukka jumlah si tegangan yang dip maksimum Gamba agalan Din inamis ada lkan tegang entu pada p mi kedua teg lelah sua n beban s kan dalam an pada gam iklus hingg yang meny etakan dap m) dan Smin ar 2.20 Teo namis alah suatu gan yang be permukaan gangan tarik atu bahan sampai terj suatu ben mbar 2.21. P ga terjadi k yebabkan te pat berupa (tegangan m ori kegagalan gaya yan erfluktuasi a poros yan k dan tekan p disusun d jadi kegag ntuk kurva Pada kurva kegagalan, erjadinya p a (tega minimum). a S n (Harsoko ng bekerja antara bebe ng berputar pada setiap dari serang galan pada S-N (Kur a S-N, tegan sedangkan patah sempu angan bola Menurut D esoemo,199 a pada ko erapa harga. diberi beb putaran dar gkaian per siklus ter rva Wohle ngan (S) dip n N adalah urna benda ak-balik), Dieter (1986 90) omponen m . Misalnya ban lentur, ri poros ters rcobaan de ertentu, has er) seperti petakan terh h jumlah s a uji . Tega (tega 6), nilai tega maks S mesin suatu akan sebut. engan silnya yang hadap siklus angan angan angan
adalah teg konsentras Ga F Pada baja mempuny sedangkan signifikan sejalan den Tegangan ditentukan dimana: Sc = tegan Mc = mom Yc = jarak perm Izx = mom dc = diame Hu sampai ter zx c c c I Y M S gangan nom si tegangan ambar 2.21 Fatik (Collin a, siklus (N yai umur ta n untuk log n, memiliki ngan bertam pada spesim n dengan rum ngan pada ti men pada tit k maksimum mukaan spesi men inersia p eter pada tit ubungan ant rjadi patah l c Y minalnya de . 1. Kurva S-ns, pp. 375) N) yang me ak terhingg am bukan b kurva S-N mbahnya jum men di suat mus berikut tik c di perm ik c akibat b m dari titik p imen polar spesim tik c spesim tara kekuata lelah sempu engan demik -N dari hasi elampaui b ga atau keg besi (non fe N dengan gr mlah siklus tu titik terten t (shigley, 1 mukaan spe beban pada pusat spesim men = men an spesime urna adalah: 64dc kian tidak t l pengujian batas lelah gagalan dip ferrous) tida radien yang . ntu dengan 1995): esimen spesimen men ke arah en akibat be : 4 c terdapat pe Metode Sta (N > 107) prediksi tida ak terdapat g turun sedi tipe pembe titik c pada eban dengan enyesuaian u andar Uji ), baja dian dak akan te batas lelah ikit demi se ebanan canti ( a n jumlah pu untuk nggap erjadi, yang edikit ilever 2-23) utaran
103 ≤ N ≤ 106 (2-24)
dimana :
Sf = Kekuatan lelah (MPa) N = Jumlah siklus tegangan
Se = ka. kb. kd. ke. Se’ (Shigley, 1995) dimana
Se’ = batas ketahanan (endurance limit) dari spesimen = 0,504 (Sut) Sut = kekuatan tarik maksimum (MPa)
ka = faktor permukaan kb = faktor ukuran kd = faktor suhu
ke = faktor modifikasi terhadap pemusatan tegangan
Sebaliknya bila diketahui Sf dan N yang dicari, maka persamaan (2-24) menghasilkan
103 ≤ N ≤ 106 (2-25)
Kegagalan lelah disebabkan beban berulang (beban dinamis) atau perubahan struktur permanen, terlokalisasi dan progresif yang terjadi pada bahan yang dibebani dengan tegangan/regangan fluktuasi yang dapat mengakibatkan retak atau patahan setelah jumlah siklus tertentu. Sedangkan yang menyebabkan kegagalan lelah adalah tegangan tarik maksimum yang cukup tinggi, variasi atau fluktuasi tegangan yang cukup besar, dan siklus penerapan tegangan yang cukup besar.
Tegangan berulang yang menyebabkan kelelahan digambarkan berbentuk sinusoidal antara tegangan maksimum dan minimum, tegangan tarik dianggap
b C f N S 10 e ut S S b log0.8 3 1
e ut S S C 2 8 . 0 log b f b C S N 10 / 1/positif dan tegangan tegangan t 2.8 Pemb Pada gam pada susun G Dengan σu Dalam per n tegangan maksimum tekan sepert Gambar 2 buatan Kur mbar 2.23 di nan sumbu Gambar 2. u = Sut meru rhitungan σ tekan dian dan minim ti yang ditun 2.22 Siklus rva S – N U ijelaskan pe log – log. .23 Pembua upakan keku n = Se seper nggap nega mum tidak unjukkan pad tegangan le Untuk Elem embuatan k atan kurva S uatan lelah rti yang tela
atif. Pada ti sama, tega da gambar 2 elah (Hertzb men Mesin B kurva S – N S – N (Harso spesimen st ah dijelaskan ipe pembeb ngan tarik 2.22. berg, R.W., Baja N untuk ele okoesoemo, tandar baja, n pada pasa banan canti lebih besar 1996) emen mesin ,1990). τu = 0,8 Sut al 2.7.2. lever, r dari n baja t .
2.9 Fakt Faktor-fak atau keku kelelahan tegangan kekuatan kosentrasi a. Faktor Gamba Faktor per perngerjaa worm scr akhir deng b. Faktor Pe pengaruh digunakan tor-Faktor ktor yang m uatan lelah bahan, ko kombinasi lelah pada i tegangan . Permukaa ar 2.24 Fak rmukaan ka an akhir da rew press m gan mesin. r Ukuran ngaruh ini k ukuran (si n dengan pe Yang Mem mempengar h yaitu tip omposisi k i. Faktor y skripsi ini an tor modifik a (dapat dil an kekuatan menggunaka karena ukur ize effect). rsamaan 2-2 mpengaruhi ruhi atau ce pe pembeba kimia bahan yang mem adalah fak kasi pengerja lihat pada g n tarik dari an bahan C ran, bentuk Penentuan 26 berikut ( i Kekuatan endrung m anan, putar n, tegangan mpengaruhi ktor permuk aan akhir un gambar 2.24 suatu bend Cast Carbon dan metod n faktor uk (R. Kuguel, n Lelah engubah ko ran, konsen n-tegangan dan cendr kaan, fakto ntuk baja (S 4) tergantun da. Pada sk n Steel den e pembeban kuran kb un 1961) : ondisi kele ntrasi tega sisa, suhu rung meng or ukuran, f Shigley, 199 ng pada ku kripsi ini b ngan penge nan yang di ntuk baja elahan angan, u dan gubah faktor 95) ualitas bahwa erjaan isebut dapat
(2-26) Untuk poros berongga d diperoleh dengan :
d =
c. Faktor Suhu
Suhu mempengaruhi sifat mekanis dari bahan dan bahwa adanya suatu tegangan statis atau rata – rata juga menyebabkan perubahan perlahan – lahan dalam bahan tersebut. Faktor pengaruh suhu kd terhadap baja dapat dilihat pada persamaan 2-27 berikut (Shigley, 1995):
(2-27)
d. Pengaruh Kosentrasi Tegangan
Hampir semua bagian mesin mempunyai lobang, alur, takikan, atau ketidak mulusan lainnya mengubah distribusi tegangan yang menyebabkan kosentrasi tegangan pada daerah tertentu.
Kosentrasi tegangan harus dipertimbangkan bila diberi beban lelah. Dalam kondisi ini, ternyata bahwa beberapa bahan tidak terlalu peka terhadap adanya takikan, sehingga tidak perlu memakai harga faktor kosentrasi tegangan teoritis secara penuh. Maka untuk bahan yang seperti ini dipakai harga Kt yang dikurangi. Faktor yang dihasilkan dinyatakan dengan persamaan :
Dimana Kt biasa disebut dengan faktor kelelahan pemusatan-tegangan (fatigue stress-concentraction factor).
Besar kepekaan takikan (Notch sensitivity) q dinyatakan dengan persamaan : mm d mm d mm d or in d kb 250 8 189 , 1 8 3 , 0 1 097 , 0 ) ( 2 2 p p d D C T F T C T C T F C T kd 0 0 3 0 0 3 0 0 550 840 ) 450 ( ) 10 ( 2 , 3 1 550 450 ) 450 ( ) 10 ( 8 , 5 1 ) 840 ( 450 0 , 1 bertakik percobaan bentuk ketahanan batas takikan bebas percobaan benda ketahanan batas Kf
Ap terhadap t mempuny Pa untuk bah Gambar tempa yan 1 1 t f K K q pabila harg takikan sam yai kepekaan ada gambar an baja dan 2.25 Grafi ng diberi beb 1 1 a q = 0, K ma sekali, n penuh. 2.25 dan 2.2 n aluminium ik kepekaan ban aksial b Kf = 1, da tetapi kala 26 diperliha m campuran. n takikan u bolak balik an bahan ti au q = 1, atkan grafik . untuk baja (Shigley, 19 idak memp maka Kf = k kepekaan dan alumi 995). ( punyai kepe = Kt dan b terhadap ta inium camp 2-28) ekaan bahan kikan puran
Gambar 2 balik (Shig 2.10 Mek Adap 2.27. Bro digester s pengempa Proses pe sedangkan pengempa 2.26 Grafik gley, 1995) kanisme Ke pun mekani ondolan yan sudah berup aan (mesin emisahan m n dari arah aan berlangs Gam k kepekaan . erja Mesin isme kerja d ng telah men pa ‘bubur’. screw pres minyak terja h berlawana
sung air pan
bar 2.27 M takikan unt Screw pres dari mesin ngalami pen Hasil caca ss) yang be adi akibat p an tertahan nas 900C dit Mekanisme k tuk bahan y ss screw press ncacahan da ahan terseb erada persis putaran scr n oleh slin tambahkan kerja mesin yang diberi s dapat dilih an keluar da ut langsung si dibagian rew mendes nding cone. ke dalam sc screw press puntiran bo hat pada ga ari bagian b g masuk ke bawah dig sak bubur Selama p crew press. s olak – ambar bawah e alat gester. buah, proses
Hal ini bertujuan untuk pengenceran (dillution) sehingga massa bubur buah yang dikempa tidak terlalu rapat. Proses pengempaan akan menghasilkan minyak kasar dan ampas.
