BAB III PERENCANAAN DAN GAMBAR. Mulai. Studi Literatur. Gambar Sketsa. Perancangan Desain. Penentuan dan Pembelian Komponen.

commit to user

13 BAB III

PERENCANAAN DAN GAMBAR

3.1 Flow Chart Pembuatan Hole Post Auger

Gagal

Berhasil

Gambar 3.1. Alur kerja tim dalam pembuatan Pembuatan Mesin Hole Post Auger Proyek akhir ini mulai dikerjakan dari studi literatur dari jurnal, internet dan survei secara langsung dipasaran mengenai mesin pelubang tanah ini atau Hole Post Auger. Mencari informasi tentang prinsip kerja dan jenis bor yang digunakan. Selanjutnya tim melakukan gambar sketsa dan perancangan desain

Penentuan dan Pembelian Komponen

Laporan Perancangan Desain

Perakitan Proses Pembuatan

Gambar Sketsa

Analisa Dan Perbaikan

Uji Kinerja Studi Literatur

Selesai Mulai

Laporan dan Produk

commit to user

yang cocok untuk rangka mesin bor biopori ini. Perancangan desain rangka menggunakan software SolidWorks agar dapat dievaluasi apakah sudah sesuai dengan spesifikasi yang diharapkan dan juga menghitung jumlah material yang diperlukan dalam pembuatan mesin. Beriringan dengan perancangan desain tim juga menentukan spesifikasi mesin yang akan digunakan untuk bor tersebut.

Setelah itu tim membeli beberapa komponen dan melakukan proses pembuatan mesin.

3.2 Skema dan Prinsip Kerja Alat.

Prinsip kerja alat bor biopori atau hole post auger ini adalah motor bensin 2 langkah dan ditransmisikan ke bor spiral melalui kopling. Sehingga bor yang dipasang vertikal dapat berputar dan menekan ke bawah tanah. Putaran bor yang spiral menghasilkan lubang sebesar diameter bor tersebut. Sketsa mesin bor biopori dapat dilihat pada Gambar.3.2

Tabel 3.1 Keterangan nama komponen

Gambar 3.2 Skema Alat 3.3 Pengertian Alat

Mesin bor biopori dirancang untuk membuat lubang silindris pada tanah dengan menggunakan bor berbentuk spiral berdiameter 10cm. Mesin bor biopori ini merupakan mesin modifikasi dari mesin bor yang sudah ada dipasaran.

NO Nama Komponen 1 Rangka Utama 2 Rangka Gerak 3 Motor Bensin 4 Katrol Tangan 5 Bor Biopori

6 Roda

7 Reducer

4

2

6 5

1 3 7

commit to user

Modifikasi yang dilakukan adalah dengan menambahkan rangka pada mesin bor sehingga dapat membuat lubang biopori lebih efisien dan lebih cepat. Diharapkan mesin bor biopori yang dibuat dapat membantu dalam proses produksi lubang biopori untuk penanganan banjir.

3.4 Perencanaan Konstruksi

Dalam pembuatan mesin Hole Post Auger atau pembuat lubang biopori, rangka merupakan bagian yang penting untuk menompang semua komponen.

Oleh karena itu rangka harus didesain sedemikian rupa sehingga didapatkan hasil konstruksi yang kuat dan aman. Konstruksi rangka ditunjukan pada Gambar 3.3

Gambar 3.3 Perencanaan Konstruksi 3.4.1 Perencanaan rangka bagian atas

Perhitungan perencanan rangka bagian atas adalah sebagai berikut:

Data-data yang diketahui antara lain:

- Massa 1 buah katrol tangan = 1,5 kg - Massa 1 buah bor tanah = 6 kg - Massa 1 buah motor bensin 2 tak = 2,5 kg - Massa rangka bagian tengah = 5 kg - Massa 1 buah reducer = 5 kg

Massa total = massa 1 buah katrol tangan + massa 1 buah bor tanah + massa 1 buah motor bensin 2 tak + massa rangka bagian tengah + massa 1 buah reducer

Massa total = 1,5 kg + 6 kg + 2,5 kg + 5 kg + 5 kg Massa total = 20 kg

commit to user Beban (F) = massa total x gaya gravitasi

= 20 kg x 9,8 m/s²= 196 N

(Karena pembebanan terdistribusi sepanjang 100 mm dan terjadi di 2 batang besi maka massa total dibagi 2)

F = 196 N : 2 F = 98 N/100 mm

= 0,98 N/mm

Konstruksi rangka bagian atas ditunjukan pada Gambar 3.4

Gambar 3.4 konstruksi rangka bagian atas 1. Analisa pada batang A-C

Gaya yang bekerja pada batang dapat dilihat pada gambar 3.4

Gambar 3.5 Gaya yang bekerja pada batang Kesetimbangan Gaya Luar

ΣFx = 0 ΣFy = 0

RAY + RBY – 98 N = 0 R_AY + R_BY = 98 N

commit to user ΣMA = 0

- 98 N . 250 mm + RBY . 500 mm = 0 -24500 Nmm + RBY . 500 mm = 0 R_BY . 500 mm = 24500 Nmm RBY = 49 N

 R_AY + R_BY = 98 N R_AY + 49 N= 98 N R_AY = 98 N – 49 N RAY = 49 N

 ΣMA = 0

 ΣMC = 0

= RAY . 250 mm

= 49 N . 250 mm

= 12250 Nmm

 ΣMB = 0

= RAY . 500 mm – 98 N . 250 mm

= 49 N . 500 mm – 98 N . 250 mm

= 24500 Nmm – 24500 Nmm

= 0

Gambar 3.6 Gambar potongan gaya

commit to user Kesetimbangan gaya dalam

a. Potongan x-x

Gambar 3.7 Reaksi gaya dalam potongan x-x Nx = 0

Vx = 49 N Mx = 49. X

Tabel 3.2 Nilai gaya dalam potongan x-x

Jarak Titik Gaya Normal Gaya Geser Momen

x = 0 A N_A = 0 V_A = 49 N M_A = 0

x = 250 C NM = 0 VC = 49 N MC = 12250 Nmm b. Potongan y-y

Gambar 3.8 Reaksi gaya dalam potongan y-y Nx = 0

Vx = -49 N Mx = 49. x

Tabel 3.3 Nilai gaya dalam potongan y-y

Jarak Titik Gaya Normal Gaya Geser Momen

x = 0 B NB = 0 VB = - 49 N MB = 0

x = 250 C N_M = 0 V_C = - 49 N M_C = -12250 Nmm

 Diagram:

Diagram NFD, SFD dan BMD seperti terlihat pada Gambar 3.10

RAY=49 N VX

NX

X

NX

VX RBY=49 N

commit to user

Gambar 3.9 NFD, SFD dan BMD pada rangka bagian atas 2. Tegangan pada rangka atas

Rangka yang ingin dipakai berupa besi hollow kotak ST 37 dengan dimensi 40 mm x 40 mm x 1,6 mm seperti pada gambar 3.8

Gambar 3.10 Inersia besi hollow kotak

commit to user a. Momen inersia ( I )

I = ^– = ^–

= –

= 125952 mm⁴ b. Jarak titik berat

y = = = 20 mm

c. Momen maksimum (Mmax) = 12250 Nmm

d. Tegangan yield bahan (σ_{y bahan}) = 620,422 N/mm² e. Tegangan ultimate bahan (σ_{u bahan}) = 723, 825 N/mm²

f. Tegangan tarik pada rangka (σtarik rangka ) = =

= 1,95 N/mm² g. Faktor keamanan (Sf) = 3

Keterangan: Hal ini dikarenakan beban yang didapat oleh rangka adalah beban kejut.

h. Tegangan ijin (σ_{ijin bahan}) = =

= 206,8 N/mm²

Karena tegangan tarik rangka < tegangan ijin bahan maka pemilihan rangka dengan profil hollow kotak ST 37 dengan dimensi 40 mm x 40 mm x 1,6 mm aman untuk menahan beban.

3.4.2 Perencanaan rangka bagian bawah

Perhitungan perencanan rangka bagian atas adalah sebagai berikut:

Data-data yang diketahui antara lain:

- Massa 1 buah katrol tangan = 1,5 kg - Massa 1 buah bor tanah = 6 kg - Massa 1 buah motor bensin 2 tak = 2,5 kg - Massa rangka bagian tengah = 5 kg - Massa rangka bagian atas = 6 kg - Massa 1 buah reducer = 5 kg

commit to user

Massa total = massa 1 buah katrol tangan + massa 1 buah bor tanah + massa 1 buah motor bensin 2 tak + massa rangka bagian tengah + massa rangka bagian atas + massa 1 buah reducer Massa total = 1,5 kg + 6 kg + 2,5 kg + 5 kg + 6 kg + 5 kg

Massa total = 26 kg

Beban (F) = massa total x gaya gravitasi

= 26 kg x 9,8 m/s²

= 254,8 N

(Karena pembebanan terjadi di 2 batang besi maka massa total dibagi 2) F = 254,8 N : 2

F = 127,4 N

Konstruksi rangka bagian bawah ditunjukan pada gambar 3.10

Gambar 3.11 Konstruksi rangka bagian bawah 1. Analisa pada batang E-F

Gaya yang bekerja pada batang dapat dilihat pada gambar 3.11

Gambar 3.12 Gaya yang bekerja pada batang

commit to user ΣFx = 0

ΣFy = 0

REY + RFY – 127,4 N = 0 R_EY + R_FY = 127,4 N ΣME = 0

-127,4 N . 250 mm + R_FY . 500 mm = 0 -31850 Nmm + R_BY . 500 mm = 0 R_FY . 500 mm = 31850 Nmm R_FY = 63,7 N

 REY + RFY = 127,4 N REY + 63,7 N= 127,4 N REY = 127,4 N – 63,7 N REY = 63,7 N

 M_E = 0

 MG = 0

= REY . 250 mm

= 63,7 N . 250 mm

= 15925 Nmm

 MF = 0

= R_EY . 500 mm – 127,4 N . 250 mm

= 63,7 N . 500 mm – 127,4 N . 250 mm

= 31850 Nmm – 31850 Nmm

= 0

commit to user

Gambar 3.13 Gambar potongan gaya Kesetimbangan gaya dalam

a. Potongan x-x

Gambar 3.14 Reaksi gaya dalam potongan x-x Nx = 0

Vx = 63,7 N Mx = 63,7 . x

Tabel 3.4 Nilai gaya dalam potongan x-x

Jarak Titik Gaya Normal Gaya Geser Momen

x = 0 E NE = 0 VE = 63,7 N ME = 0

x = 250 G NG = 0 VG = 63,7 N MG = 15925 Nmm b. Potongan y-y

Gambar 3.15 Reaksi gaya dalam potongan y-y 63,7 N

63,7 N

commit to user Nx = 0

Vx = -63,7 N Mx = 63,7 . x

Tabel 3.5 Nilai gaya dalam potongan y-y

Jarak Titik Gaya Normal Gaya Geser Momen x = 0 F NF = 0 VF = - 63,7 N MF = 0 x = 250 G N_G = 0 V_G = - 63,7 N M_G = -15925 Nmm

 Diagram:

Diagram NFD, SFD dan BMD seperti terlihat pada gambar

Gambar 3.16 NFD, SFD dan BMD pada rangka bagian bawah 2. Tegangan pada rangka bawah

Rangka yang ingin dipakai berupa besi hollow kotak dengan dimensi 40 mm x 40 mm x 1,6 mm seperti pada Gambar 3.16

commit to user

Gambar 3.17 Inersia besi hollow kotak a. Momen inersia ( I )

I = ^– = ^–

= –

= 125952 mm⁴ b. Jarak titik berat

y = = = 20 mm

c. Momen maksimum (Mmax) = 15925 Nmm

d. Tegangan yield bahan (σ_{y bahan}) = 620,422 N/mm² e. Tegangan ultimate bahan (σ_{u bahan}) = 723, 825 N/mm²

f. Tegangan tarik pada rangka (σtarik rangka ) = =

= 2,53 N/mm² g. Faktor keamanan (Sf) = 3

Keterangan: Hal ini dikarenakan beban yang didapat oleh rangka adalah beban kejut.

h. Tegangan ijin (σ_{ijin bahan}) = =

= 206,8 N/mm²

Karena tegangan tarik rangka < tegangan max bahan maka pemilihan rangka dengan profil hollow kotak dengan dimensi 40 mm x 40 mm x 1,6 mm aman untuk menahan beban.

commit to user 3.4.3 Perencanaan rangka bagian tengah

Perhitungan perencanan rangka bagian atas adalah sebagai berikut:

Data-data yang diketahui antara lain:

- Massa 1 buah bor tanah = 6 kg - Massa 1 buah motor bensin 2 tak = 2,5 kg - Massa 1 buah reducer = 5 kg

Massa total = massa 1 buah bor tanah + massa 1 buah motor bensin 2 tak + 1 buah reducer

Massa total = 6 kg + 2,5 kg + 5kg Massa total = 13,5 kg

Beban (F) = massa total x gaya gravitasi

= 13,5 kg x 9,8 m/s²

= 132,3 N

(Karena pembebanan terjadi di 2 batang besi maka massa total dibagi 2) F = 132,3 N : 2

F = 66,15 N

Konstruksi rangka bagian tengah ditunjukan pada Gambar 3.18

Gambar 3.18 Konstruksi rangka bagian tengah 1. Analisa pada batang I-J

Gaya yang bekerja pada batang dapat dilihat pada Gambar 3.18

commit to user

Gambar 3.19 Gaya yang bekerja pada batang ΣFx = 0

ΣFy = 0

R_IY + R_JY – w_{1 .} a – w₂ .c = 0

R_IY + R_JY – 0,5 N/mm . 10 mm – 0,5 N/mm . 10 mm R_IY + R_JY = 100 N

ΣMI = 0

- (w1 . a) . a + (w2 . b) . ( b + a + c) + RJY . 340 mm = 0

- (0,5 N/mm . 100 mm) . 100 + (0,5 N/mm . 100 mm) . ( 100 mm + 140 mm + 100 mm) + RJY . 340 mm = 0

- R_JY . 340 mm = 17.000 Nmm - R_JY = 50 N

 RIY + RJY = 100 N R_IY + 50 N= 100 N RIY = 100 N – 50 N RIY = 50 N

 MX = RI.x – w.x.0,5.x

= 50 N . x – 0,5 N/mm . x . 0,5 . x

= 50 . x – 0.25 . x²

= 50 – 0,5 x

= 0  0,5 x = 50 x = 100 mm

commit to user

 MX = RI.x – w.x.0,5.x (x<a)

= 50 N . 100 mm – 0,5 N/mm . 100 mm . 0,5 . 100 mm

= 5000 Nmm – 2500 Nmm

= 2500 Nmm

 MX = R1.x – (2x-a) (x>a ; x < (a+b)

= 50.110 – (2.110-100)

= 5500 Nmm – 3000 Nmm

= 2500 Nmm



Mmax =

=

= 2500 Nmm

 V1 = R1 – w1.x

= 50 – 0,5.0

= 50 N

 VX = R1 – w1.a (x>a ; x < (a+b)

= 50 – 0,5.100

= 0

Gambar 3.20 Gambar potongan gaya Kesetimbangan gaya dalam

a. Potongan x-x

Gambar 3.21 Reaksi gaya dalam potongan x-x I

50 N

commit to user Nx = 0

Vx = R1 – w1.x

Mx = RI.x – w.x.0,5.x (x<a) b. Potongan y-y

Gambar 3.22 Reaksi gaya dalam potongan y-y Nx = 0

Vx = R₁ – w₁.a (x>a ; x < (a+b) Mx = R1.x – (2x-a) (x>a ; x < (a+b)

 Diagram:

Diagram NFD, SFD dan BMD seperti terlihat pada gambar

Gambar 3.23 NFD, SFD dan BMD pada rangka bagian tengah 50 N J

commit to user Tegangan pada rangka bawah

Rangka yang ingin dipakai berupa besi hollow kotak dengan dimensi 40 mm x 40 mm x 1,6 mm seperti pada gambar 3.22

Gambar 3.24 Inersia besi hollow kotak a. Momen inersia ( I )

I = ^– = ^–

= –

= 125952 mm⁴ b. Jarak titik berat

y =

= = 20 mm

c. Momen maksimum (M_max) = 2500Nmm

d. Tegangan yield bahan (σ_{y bahan}) = 620,422 N/mm² e. Tegangan ultimate bahan (σ_{u bahan}) = 723, 825 N/mm² f. Tegangan tarik pada rangka (σtarik rangka ) = =

= 0,39 N/mm² g. Faktor keamanan (Sf) = 3

Keterangan: Hal ini dikarenakan beban yang didapat oleh rangka adalah beban kejut.

h. Tegangan ijin (σ_{ijin bahan}) = =

= 206,8 N/mm²

commit to user

Karena tegangan tarik rangka < tegangan max bahan maka pemilihan rangka dengan profil hollow kotak dengan dimensi 40 mm x 40 mm x 1,6 mm aman untuk menahan beban.

3.4.4 Perencanaan rangka tengah bagian atas

Perhitungan perencanan rangka bagian atas adalah sebagai berikut:

Data-data yang diketahui antara lain:

- Massa 1 buah bor tanah = 6 kg - Massa 1 buah motor bensin 2 tak = 2,5 kg - Massa rangka tengah = 5 kg - Massa 1 buah reducer = 5 kg

Massa total = massa 1 buah bor tanah + massa 1 buah motor bensin 2 tak + massa rangka tengah + massa 1 buah reducer

Massa total = 6 kg + 2,5 kg + 5 kg + 5 kg Massa total = 18,5 kg

Beban (F) = massa total x gaya gravitasi

= 18,5 kg x 9,8 m/s²

= 181,3 N

Konstruksi rangka tengah bagian atas ditunjukan pada gambar 3.24

Gambar 3.25 Konstruksi rangka tengah bagian atas 1. Analisa pada batang M-N

Gaya yang bekerja pada batang dapat dilihat pada gambar 3.25

commit to user

Gambar 3.26 Gaya yang bekerja pada batang ΣFx = 0

ΣFy = 0

R_MY + R_NY – 181,3 N = 0 RMY + RNY = 181,3 N

ΣMM = 0

-181,3 N . 210 mm + RNY . 420 mm = 0 -8746,5 Nmm + RNY . 420 mm = 0 RNY . 420 mm = 38073 Nmm RNY = 90,65 N

 R_MY + R_NY = 90,65 N R_MY + 90,65 N= 181,3 N R_MY = 181,3 N – 90,65 N RMY = 90,65 N

 MM = 0

 ML = 0

= R_NY . 210 mm

= 90,65 N . 210 mm

= 29036,5 Nmm

commit to user

 MN = 0

= R_MY . 420 mm – 181,3 N . 210 mm

= 90,65 N . 420 mm – 181,3 N . 210 mm

= 38073 Nmm – 38073 Nmm

= 0

Gambar 3.27 Gambar potongan gaya Kesetimbangan gaya dalam

a. Potongan x-x

Gambar 3.28 Reaksi gaya dalam potongan x-x Nx = 0

Vx = 90,65 N Mx = 90,65 N . x

Tabel 3.6 Nilai gaya dalam potongan x-x

Jarak Titik Gaya Normal Gaya Geser Momen x = 0 M N_M = 0 V_M = 90,65 N M_M = 0 x = 210 L NL = 0 VL = 90,65 N ML = 19036,5 Nmm

b. Potongan y-y 90,65 N

M

commit to user

Gambar 3.29 Reaksi gaya dalam potongan y-y Nx = 0

Vx = - 90,65 N Mx = 90,65 N . x

Tabel 3.7 Nilai gaya dalam potongan y-y

Jarak Titik Gaya Normal Gaya Geser Momen x = 0 N NN = 0 VN = - 90,65 N MN = 0 x = 250 L N_L = 0 V_L = - 90,65 N M_L = -19036,5 Nmm

 Diagram:

Diagram NFD, SFD dan BMD seperti terlihat pada gambar 3.31

Gambar 3.30 NFD, SFD dan BMD pada rangka tengah bagian atas 90,65 N N

commit to user 2. Tegangan pada rangka atas

Rangka yang ingin dipakai berupa besi hollow kotak dengan dimensi 40 mm x 40 mm x 1,6 mm seperti pada gambar 3.29

Gambar 3.31 Inersia besi hollow kotak a. Momen inersia ( I )

I = ^– = ^–

= –

= 125952 mm⁴ b. Jarak titik berat

y = = = 20 mm

c. Momen maksimum (M_max) = 19036,5 Nmm d. Tegangan yield bahan (σ_{y bahan}) = 620,422 N/mm² e. Tegangan ultimate bahan (σ_{u bahan}) = 723,825 N/mm²

f. Tegangan tarik pada rangka (σtarik rangka ) = =

= 0.3 N/mm² g. Faktor keamanan (Sf) = 3

Keterangan: Hal ini dikarenakan beban yang didapat oleh rangka adalah beban kejut.

h. Tegangan ijin (σ_{ijin bahan}) = =

= 206,8 N/mm²

commit to user

Karena tegangan tarik rangka < tegangan max bahan maka pemilihan rangka dengan profil hollow kotak dengan dimensi 40 mm x 40 mm x 1,6 mm aman untuk menahan beban

3.5 Simulasi analisa kekuatan rangka menggunakan software SolidWorks 3.5.1. Faktor Keamanan (Factor of Safety)

Faktor keamanan atau factor of safety merupakan sesuatu yang sangat penting karenadengan diketahuinya suatu keamanan suatu struktur maka tingkat kegagalan pun akan jauh berkurang. Factor of safety merupakan faktor

keamanan dari suatu material.

Pada rangka bagian tetap kali ini, nilai FOS terkecil adalah 104,82 yang berarti rangka ini aman diberi beban sebesar 200 N. Nilai FOS tersebut dapat dilihat pada gambar 3.32

Gambar 3.32 Factor of Safety 3.5.2. Tegangan Von Mises

Metode Von Mises memiliki keakuratan lebih besar dibanding metode lain, karena melibatkan tegangan tiga dimensi. Tegangan Von Mises itu sendiri merupakan kriteria kegagalan untuk jenis material ulet, untuk menentukan konstuksi dari material tersebut dinyatakan aman atau tidak dapat menggunakan hasil analisis ini dimana jika tegangan Von Mises lebih kecil dari yield strength material yang digunakan maka kekuatan struktur tersebut aman. Nilai Tegangan Von Misses maksimal sebesar 29,1 N/m² dapat dilihat seperti pada gambar 3.33

commit to user

Gambar 3.33 Tegangan Von Mises 3.5.3. PerubahanBentuk (Displacement)

Displacement adalah perubahan bentuk pada benda yang dikenai gaya. Dalam hal ini, melengkung. Hasil analisis dari aplikasi SolidWorks 2013 yang dilakukan menyebabkan displacement seperti gambar 3.34. Nilai displacement maksimal yang didapat sebesar 0,0182 mm.

Gambar 3.34 Displacement

commit to user 3.6 Perencanaan Pengelasan

Perhitungan berdasarkan tipe pengelasan seperti pada gambar 3.35 dibawah ini.

Gambar 3.35 Bentuk Pengelasan

Dari data hasil perhitungan diatas diambil beban terberat untuk dilakukan perhitungan.

Perhitungan beban:

Dik: Diameter bor = 10 cm = 0,1 m  r = 0,05 m Kedalaman tanah (t) = 80 cm = 0,8 m

Torsi yang diteruskan = 76 Nm  76000 Nmm T = P x

76 Nm = P x P = 1520 N

P total = 196 N + 1520 N = 1716 N

Data : P = 1716 N

τ

_{ijin max}

=

⁼123,33 N/mm²

e = 210 mm l = 40 mm b = 40 mm

Area

A = t (2b + 2l)

= t (2 x 40 + 2 x 40) = 160 t mm² Direct shear stress

τ = N/mm² Moment

M = P x e = 1716 x 210

= 360360 Nmm

196 N

commit to user Section modulus

Z = t ( b.l + ) = t (40 x 40 + ) = 2400 t mm³ Bending stress

σb = = = N/mm² Maximum shear stress

τ

_{ijin max}

⁼ √

123,33 N/mm² = √ = N/mm

t = 0,6 mm ≈ 1 mm

Bending stress

σb = N/mm² = N/mm σb = 150,15 N/mm

Direct shear stress

τ = N/mm² = N/mm τ = 10,72 N/mm

Real maximum shear stress

τ

max = √ = √

τ

max = √ = 75,83 N/mm²

* Didapatkan hasil bahwa tegangan geser maksimum asli adalah 75,83 N/mm², lebih kecil dari tegangan geser ijin maksimum. Dapat disimpulkan bahwa las dengan ketebalan 1 mm aman..