BAB IV PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN ELEVATOR DENGAN. KAPASITAS 1150 kg

(1)

BAB IV

PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN ELEVATOR DENGAN

KAPASITAS 1150 kg

4.1. Perencanaan Elevator

Dalam merencanakan unit lift yang akan digunakan pada sebuah gedung pertama-tama yang harus di hitung adalah spesifikasi teknik. Dasar perhitungan spesifikasi teknik pada setiap gedung adalah sama, yang membedakan adalah data masukan. Untuk itu pada tugas akhir ini penulis mengambil salah satu contoh gedung yang sedang dibangun dan memerlukan sistem transportasi elevator barang dengan data sebagai berikut :

• Gedung : Apartement

(2)

• Jumlah lantai : 30

• Tinggi lantai ke lantai : Rata-rata 3 m • Luas lantai (gross area) : 1200 m2

Bedasarkan fungsi gedung, luas lantai tiap gedung dan tinggi gedung, maka komponen-komponen dari elevator barang dapat di pilih dan di tentukan sebagai berikut :

1. Mesin penggerak dan sistem pergerakan tali baja (roping system), jenis penggerakan adalah :

- Mesin traksi dengan gir (geared traction machine). Lihat gambar 3.1 2. Sistem Pergerakan tali baja adalah

- Double wrap dengan perbandingan tali baja antara sangkar dengan pengimbang (roping) 2 : 1 dengan bentuk roping U-rroove Undercur 90º lihat gambar dibawah ini :

(3)

Dengan sistem coba ulang (trial and error) direncanakan suatu elevator barang (lift) dengan variable data rancangan. Data dibawah ini terdapat dari catalog lift dengan merk Sanyo Yusoki Kogyo :

• Kapasitas : 1150 kg

• Kecepatan Lift : v = 120 m/mt

2 m/s

Ukuran sangkar untuk kapasitas 1150 kg

Tabel.4.1 Kapasitas ukuran sangkar

(4)

Tinggi total : 96 m

Overhead : 4,6 m

Pit depth : 1,5 m

Panjang : 3,5 m

Lebar : 4,0

4.2 Perhitungan Komponen Elevator (Freight Elevator)

4.2.1. Perhitungan Kereta (Car) dan Pengimbang (Counter Weight)

a. Berat Kereta (car)

diketahui :

Kapasitas beban penuh Q = 1150 kg

Maka berat kereta kosong adalah P = 2,0 x Q = 2,0 x 1150 = 2300 kg b. Berat Bobot Pengeimbang (Conter Weight)

Untuk lift berkapasitas Q = 1150 kg keatas over balance (OB) = 0,45. (Referensi 5 hal 7

Maka diketahui Q = 1150 kg.

P = 2300 kg

OB = 0,45

Maka berat bobot imbang (counter weight) Z = P + OB + Q

= 2300 + 0,45 x 1150 kg = 2817.5 kg

(5)

4.2.2. Perhitungan Tarikan dan Slip a. Rumus Hubungan Tarik

TR = T1/T2 = efka

Diketahui :

T1 = P + Q = 2300 + 1150 = 3450 kg

T2 = Z = 2817.5 kg

b. Rumus Hubungan Traksi Statis TR = T1/T2 = 3450/2817.5 = 1,22

Karena adanya gaya dinamis data perlambatan dan percepatan dengan demikian, maka saat terjadi percepatan (lift berangkat) dan perlambatan (lift mau berhenti) tidak terjadi slip. Nilai percepatan a di dapat dari tabel dibawah ini :

Kecepatan Lift m/s 1,0 1,5 1,75 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 5,0 6,0 (m/m) 60 90 105 120 150 180 210 240 300 360 Percepatan (m/s2) 0,60 0,70 0,80 0,85 0,95 1,10 1,20 1,25 1,25 1,25 Tabel 4.1. . Percepatan

Faktor dinamis CD = (1 + a/g) / (1 – a/g)

= (1 + 0,85/9,8) / (1 – 0,85/9,8)

= 1,19

(6)

TRD = CD x TR Diketahui : a = 0,85 CD = 1,19 TRD = CD x TR = 1,19 x 1,22 = 1,45

Traksi yang di peroleh dari roda Ta = efkα Lihat lampiran 1

e = 2,718

f = 0,11

k = 1,3 untuk alur puli U-groove U/C 90º α = 90º = = 1,57 radian

Ta = (2,718) 0,11x1,3x3,14 = 1,55

TRD = CD x TR ≤ Ta

= 1,45 ≤ 1,55 aman (tidak terjadi slip)

4.2.3. Perhitungan Tali Baja

Dalam perencanaan ini penulis memilih jenis tali baja seale 8 x 19 FC (Fibre core). Lihat gambar 4.2

(7)

Gambar 4.2 Jenis Seale 8 x 19 FC

Diameter tali baja menurut standar eropa sedikitnya 8 mm dan menurut standar amerika 9,5 mm. untuk itu penulis mengasumsikan diameter tali baja berdasarkan lampiran 4.

Diasumsikan diameter tali baja untuk jenis seale 8 x 19 FC Diketahui :

• Diameter tali baja = 11 mm

• Batas patah maksimal = 5000 kg (lihat lampiran 4) • Faktor keamanan = 9,75 (lihat lampiran 2) • Roping 2 : 1

a. Perhitungan penentuan jumlah tali baja yang dibutuhkan

Tb berat tali di abaikan untuk sementara sehingga

= 3.36 atau di bulatkan menjadi 4 helai

(8)

Tb = n x tinggi lintasan x perkiraan berat (lihat lampiran 4)

= 4 x 96 x 0,42

= 161.3 kg/tali = 1582 N ( kg forta ke Newton )

Koreksi dengan berat tali n = = 3,5 = 4 lembar ok

b. Perhitungan beban patah pada kabel S

S = Tb.fk = 1582 x 9.75

= 15097.6 N = 15.4 KN/tali

c. Tegangan patah yang di izinkan τ = = = 512.8 kg/mm²

d. Kecepatan tali dengan roping 2 : 1 kecepatan kereta = 120 m/m Kecepatan tali = 2 x 120 = 240 m/m e. Koefisien gesek

Koefisien gesek tali dengan puli penggerak dan puli penuntunan adalah μ = 0,173 di tentukan dari kabel dibawah ini. (ref 6 hal 360)

β 00₃₀0₆₀0 ₉₀0 ₁₀₀0₁₁₀0₁₂₀0₁₃₀0

μ 0,107 0,117 0,137 0,173 0,192 0,216 0,246 0,289 Nilai koefisien gesek μ untuk berbagai sudut β tali terhadap alur puli.

4.2.4 Perhitungan Gaya

(9)

F = =

F = =

F = 862.5 kg = 8458.24 N = 8.5 KN b. Gaya statis pada tali tegang

T1 = P + Q + Tb

= 2300 + 1150 + 161.3

= 3611.3 kg = 35414.76 N = 35.4 KN c. Kerugian akibat gesekan

= F x μ

= 1150 x 0,173 = 198.9 kg Maka gaya total pada tali adalah : F = 1150 + 198.9

= 1348.9 kg = 13328.2 N = 13.3 KN

d. Tegangan tarik izin yang terjadi pada tiap tali adalah :

τ = (P + Q ) g / A1

A1 = adalah luas metalik tali baja di asumsikan 40% dari luas fisik tali

Maka A1 = 0,4 x π (r)² x 4 lembar

= 0,4 x 3,14 (11/2)² x 4 = 151.9 mm2 Maka τ = = 222.5 N/mm²

(10)

τ = E.ε atau ε = τ/E

E = Modulus elastisitas dari tali baja bernilai dari 0,7 + 1,0 x 105 N/mm²

ε = = 0,31 mm atau kemuluran tali elastic = 3,1 cm

f. Perhitungan umur tali berdasarkan gambar di dibawah ini :

Gambar 4.3 Alur pada pully m = banyaknya bengkokan yang berulang

m = 3

dari lampiran 11 diambil m = 2,94 dan didapat Z = 600000 bengkokan

Maka umur tali baja N:

Dimana :

N = Umur tali kawat baja

Z = Jumlah lengkungan yang berulang α = Jumlah siklus kerja rata-rata perbulan

(11)

β = Faktor perubahan daya tahan tali akibat mengangkat beban = Jumlah lengkungan berulang persiklusan kerja

= 2,5

Dari tabel lampiran 12 di dapat : a = 3400

Z2 = 3 β = 0,3 Ǿ = 2,5 N =

= 78,43 bulan = 6,53 tahun = 6,5 tahun

4.2.5. Perhitungan Puli

a. Puli Penggerak

Diketahui diameter tali baja d = 11 mm

Maka diameter puli penggerakan adalah ± 50 kali diameter tali baja ± x 50

D = 11 x 50 D = 550 mm

• Jumlah alur puli untuk roping doble wrap = jumlah tali baja x 2 = 4 x 2 = 8

(12)

• Lebar alur puli = 1,2 . d (ref 1 hal 368) = 1,2 x 11 = 13.2 mm

• Dalam alur puli = 1,4 x d

= 1,4 x 11 = 15.4 mm

• Tebal dinding puncak alur = 0,15 x d + 5 mm

= 0,15 x 11 + 5 = 6.6 mm • Jarak antara sumbu alur = 1,35 x d + 5 mm

= 1,35 x 11 + 5 = 19.8 mm • Tinggi puncuk alur = 1,5 x d

= 1,5 x 11 = 16.5 mm

• Panjang puli = (tebal dinding alur) x 5 + (lebar alur puli) x Jumlah alur puli

= (0,5 x d + 5) x 5 + (1,2 x d) x 8 = (6.6) x 5 + (13.2) x 8

= 139 mm b. Puli Penuntun

Untuk puli penuntun ukuran-ukuran penampangnya sama dengan puli penggerak, sedangkan diameternya adalah :

• Ǿ Puli Penuntun = Ǿ puli penggerak – (Ǿ puli penggerak x 0,25) = 550 mm – (550mm x 0,25)

(13)

Besar keausan (gesekan) pada alur puli yang terjadi tergantung pada tekanan tali pada alur puli.

4.2.5.1. Perhitungan tekanan spesifik yang terjadi pada puli

= x

a. Untuk puli penggerak

= x

= x = 2.45 x 2,59 = 6.34 N/mm²

b. Untuk puli penuntun

= x

ρ = x = 3.26 x 2,59 = 8.44 N/mm²

4.2.6. Perhitungan Efisiensi Dan Daya

a. Perhitungan efisiensi gigi reduksi diketahui

untuk efisiensi transmisi gigi reduksi penulis memilih dengan dua didi ulir . Rh = ± 0,60.

b..Perhitungan efisiensi total ηt = η1 x η2 x η3

= 0,90 x 0,60 x 0,97 = 0,52 (dua gigi ulir)

(14)

4.2.7. Perhitungan Daya Atau Power Poutput = = = = = 18.54 kW 1 Hp = 0,746 kw = = 24.85 Hp

Gambar 4.4 Name Plate kapasitas motor traction

4.2.8. Perhitungan Pemilihan Rel Dan Penetuan Jarak Rentang Braket

Untuk Lift bahan yang digunakan untuk rel pemandu adalah baju mutu Fe 370 dan Fe 430 sesuai dengan SNI.

(15)

Tegangan tekuk maksimal yang diizinkan. Untuk Fe 370 = 140 N/mm²

Untuk Fe 430 = 170 N/mm²

Bahan yang dipilih untuk rel adalah baja mutu Fe 370 Diketahui :

Berat kereta kosong P = 2300 kg Kapasitas lift Q = 1150 kg

λ maka ditetapkan = 140 (maksimal kelangsingan 150 mengacu pada standart ISO 7465)

Menurut lampiran 13 ω faktor tekuk = 3,31 untuk baja mutu Fe 370 dipilih :

τ max = 15 (P+Q) . ω /A (Pesawat pengaman agak luwes)

140 = 15 (2300 + 1150) 3.31 / A 140 =

A = = 1223.5 mm² = 12.23 cm²

Berdasarkan tabel lampiran 7 Digunakan rel T 89/B

Berat 12.30Kg/m

Dimana A = 1570 mm² > 1223.5 mm² Radius grasi r = 26,50 mm

Jarak rentang braket mak, L = λ . r = 140 x 26,50

(16)

Dtetapkan jarak rentang braket = 3,7 m Periksa Tmax = 15 (P + Q) ω/A

= 15 (3450) 3,31 / 1570

= 109 N/mm² < 140 N/mm² ( ) aman

4.2.9. Perhitungan Buffer

Pada dasarnya pesawat pengaman bekerja karena terjadi kecepatan berlebih (overspeed) yaitu sebesar 115% dan perlambatan maksimal sebesar g = 9,8 m/s² menurut ANSI A17.1 sesaat benturan tidak boleh melebihi dari 2,5 g (24,5 m/s²) 1,15 V 24,5 m/s

Diketahui :

Over speed 115% dari V, untuk V = 120 m/m = 2 m/s digunakan peredam hidrolis. a. Jarak langkah minimal peredam hidrolis

L = ½ (1,15 x V)²/ga = ½ (1,15 x 2)²/9,81 = 2.6/9,81

= 0,269 m atau 26.9 cm b. Gaya reaksi penyangga Ro ≤ 40 (P+Q)

R = 40 (2300 + 1150) = 138000 N

(17)

Untuk a menurut ANSI demi kenyamanan penumpang lift. Kejutan yang terjadi saat kereta menimpa atau membentur peredam, benturan harus dibatasi akselerasinya ao = 2,5g = 24,5 m/s²

S =

=

= = 0,075 m

Sehingga jumlah langkah s + L = 0.269 + 0,075 = 0,214 m = 21.4 cm

Gambar 4.5 buffer 4.2.10. Perhitungan Jarak kemerosotan Kereta

Diketahui :

v = 120 m/m = 2 m/s over speed = 115 %

V = v x over speed = 2 x 1,15 = 2.3 d = ½ V²/g

(18)

= ½ (2.3)²/9,81 = 0,27 m

4.2.11. Perhitungan Kecepatan Dan Frequency

2.1.11.1. Perhitungan Kecepatan Radial Puli ω = V/π D

diketahui V = kecepatan kereta x kecepatan tali untuk roping 2 : 1 = 120 x 2 = 240 m/m

Dpuli = 550 mm = 0,55 m

ω = = 138.7 rpm

4.2.11.2. Kecepatan Radial Motor

Berdesarkan tebel digunakan gear ratio 10 : 1 dengan 2 buah gigi ulir ω2 = 15 x 138.7 = 2080.5 rpm.

4.2.11.3 Frequency Motor

Berdasarkan tabel jumlah pole adalah 4 dan slip saat beban penuh = 13 %

f =

(19)

Kecepatan Kereta’ (m/m) Kecepatan Tali (m/m) Diameter Puli (m) G/R (Gear Ratio) RPM Puli Frequency (Hz) No. Poles 60 120 0,55 20 : 1 70 48 4 90 180 0,60 15 : 1 95,5 49 4 105 210 0,65 19 : 1 103 35 4 120 240 0,65 10 : 1 117 40 4 150 300 0,70 10 : 1 136 47 4

Tabel 4.2 Geared Machine, VVVF Speed Control

4.2.12. Perhitungan Rem Pada Elevator

1. Analisa gaya-gaya yang terjadi pada rem mekanik :

Dengan terungkitnya baji bergerigi oleh tuas pengungkit, maka biji bergerak keatas dan menjepit antara rel pengarah kereta dengan rel biji bergiri.

Pada masing-masing rel pengarah, terdapat 2 biji bergerigi yang menjepit sehingga kereta akan berhenti :

Gambar 4.6 Cara Kerja Rem Biji

(20)

2..Perhitungan Pada Salah Satu Biji :

Gaya yang di terima oleh masing-masing biji :

Fbg = Dimana :

Fbg = Gaya-gaya diterima masing-masing biji.

n = Jumlah biji bergerigi

P = Berat kereta kosong (2300 kg) Q = Kapasitas maksimum (1150 kg)

α = Sudut kemiringan biji terhadap rel pengarah kabin (direncanakan 15º maka :

Fbg =

Fbg =

= 1725 kg = 16916.47 N = 16.9 KN Dari gambar analisa gaya-gaya, maka : F2 = Fbg cos α = 1725 kg cos 15º = 1666.2 kg = 16339.84 N = 16.3 KN F1 = Fbg sin α = 1725 kg sin 15º = 446.46 kg = 4378.28 N = 4.4 KN

(21)

3. Gaya tekan pada rel pengarah kereta : F3 = F1 cos α = 446.46 kg cos 15º = 431.2 kg = 4228.6 N = 4.2 KN F4 = F1 sin α = 446.46 kg sin 15º = 115.6 kg = 1133 N = 1.1 KN Bahan yang di pergunakan :

• Rel pengarah kereta = baja mutu Fe 370 • Biji bergerigi = duralumin

Koefisien gesek antara baja dan duralumin (kering) :

φ = 0,1 + 0,2 (ref 7 hal 80)

= dipilih 0,1

Besarnya gaya gesek yang diijinkan minimum (fk)

fk = φ x F3

= 0,1 x 431.2 kg = 43.12 kg = 422 N Syarat kereta berhenti adalah :

fkt = gaya gesek yang terjadi antara rel pengarah kereta dengan biji bergerigi

F4 = Kapasitas maksimum yang terjadi

φ = Koofisien gesek yang terjadi fkt = F1 sin α

(22)

fkt = φ x F3