BAB III ANALISA PERHITUNGAN

(1)

Fakultas Teknoligi Industri Page 60 Universitas Mercu Buana

BAB III

ANALISA PERHITUNGAN

3.1 Data Informasi Awal Perancangan

(2)

Data-data umum dalam perencanaan sebuah Belt Conveyor Belt Barge

Loading didapat dari lapangan sebagai berikut yaitu :

1. Lokasi : Outdoor

2. Spesifikasi material angkut

a. Material : Batubara (coal) b. Bulk Density () : 0,78 (t/m3)

c. Lump size : 50 (mm)

3. Spesifikasi Belt Conveyor Barge Loading a. Kapasitas : 1000 (ton/jam) b. Kecepatan : 2,4 (m/dtk)

d. Panjang lintasan : 46 (m) center to center

e. Inklinasi (kemiringan) : 12 ()

4. Data Belt

a. Lebar Belt : 1200 mm, 3 roller, 30 trough b. Type Belt : EP-500/ 5P x 5.0 x 1.5

5. Drive Pulley : Tipe Single Drive a. Diameter Drive Pulley : 500 (mm)

b. Shaft/ As Bearing : 100 (mm) 6. Tail Pulley

a. Diameter Tail Pulley : 400 (mm) b. Shaft/ As Bearig : 80 (mm)

(3)

7. Drive Unit

a. Motor drive : Type YUEMA TR 147 Frame Y2-200L-4 30 kW/ 380 V/ 4 Pole/ 3 Phase/ 50 Hz, Ratio 1/20

3.2 Perhitungan Lebar Sabuk

Belt dengan penyangga yang digunakan adalah jenis carrier idler 3

roller troughing. Lebar belt dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

dibawah ini, yaitu :

Btr = (Q/324.v..C1)1/2

Diketahui :

- C1 = Faktor koreksi untuk troughing ( > 20, C1 = 0,85) (hal. 36)

Sehingga lebar sabuk yang digunakan adalah :

Btr = (Q/324.v..C1)1/2

= 1000/ (324 x 2,4 x 0,78 x 0,85) 1/2

= (1000/515,54)1/2 = 1,392 (m) = 1392 (mm)

(4)

Jadi lebar sabuk standar yang dipilih adalah B = 1200 (mm) dengan melihat (Tabel 2.13) dengan kapasitas 1000 TPH maka didapatkan lebar sabuk yang digunakan.

3.3 Perhitungan Kecepatan Sabuk

Untuk menghitung kecepatan konveyor, kita harus tahu terlebih dulu besar beban yang ada diatas konveyor. Dan untuk itu kita harus mengetahui luasan dari jatuhan beban curah.

3.3.1 Perhitungan Luas Penampang Beban (Cross-Section Load)

Luas penampang beban pada belt yang dibentuk oleh idler 3 roller trough dengan sudut troughing () 30 dan surcharge () 20.

A = K (0,9.B – 0.05)2 Diketahui :

- Koefisien luas penampang (K) = 0,1488 (Tabel 2.15) A = K (0,9.B – 0.05)2

= 0,1488 (0.9 x 1.2 – 0.05)2 = 0,1488 x 1,0609

(5)

Dibandingkan dengan (Tabel 2.17), Diketahui 0,1579 (m2) dengan menggunakan persamaan rumus luas penampang diatas dihasilkan perhtiungan A = 0,1578 (m2) dengan hasil yang sama.

3.3.2 Kecepatan Sabuk

Kecepatan konveyor dapat dicari dengan menggunakan rumus kapasitas setelah diketahui lebar sabuk, karakteristik material. Perhitungan kecepatan sabuk dapat digunakan rumus persamaan :

Q = 60.A.v..s

v = Q/(A..60.s)

Diketahui :

- Inklinasi/kemiringan () = 12 

- Coefficient by angle of inlcine (s) = 0.93 (Tabel 2.12) Sehingga kecepatan yang dibutuhkan adalah :

v = Q/(A..60.s)

= 1000/(0,1578x0,78x60x0,93)

= 1000/6,868 = 145,6 (m/menit) = 2,42 (m/dtk)

(6)

Dari hasil perhitungan diatas didapatkan kecepatan 2,42 (m/dtk). Dibandingkan dengan (Tabel 2.14), diketahui kecepatan maksimal v = 4 (m/dtk), maka desain aman karena 2,42 (m/dtk) < 4 (m/dtk).

3.4 Perhitungan Berat Material Dan Sabuk

3.4.1 Berat beban muatan curah (material)

Rumus yang digunakan untuk menghitung berat muatan curah :

q = 1000.A.

= 1000 x 0,1578 x 0,78

= 123,08 (kg/m)

3.4.2 Perhitungan Berat Sabuk (qb)

Rumus yang digunakan untuk menghitung berat sabuk : qb = 1,1 x B (I.i+1+ 2)

Diketahui :

- Lebar sabuk (B) = 1,2 (m)

- Jumlah lapisan (i) = 5 (ply)

- Bahan jenis digunakan (I) = Ordinary cotton belt

- Tebal cover pada sisi beban (1) = 5 (mm)

(7)

Maka berat pada sabuk permeter adalah :

qb = 1,1 x B (1.25.i + 1+ 2 )

= 1,1x1,2 [(1,25 x 5)+( 5 + 1,5)]

= 1,32 x 12,75

= 16,83 (kg/m)

3.5 Perhitungan Berat Komponen Idler

3.5.1 Berat Carrier Idler Troughing/ Idler Atas

Rumus yang digunakan yaitu : G’p = (10 x B) + 7

Sehingga berat idler atas adalah :

G’p = (10 x B)+7 = (10x1,2)+7 = 12+7

= 19 (kg)

3.5.2 Berat Return Idler Flat / Idler Bawah

Rumus yang digunakan yaitu : G”p = (10xB)+3

(8)

Sehingga berat idler atas adalah : G”p = (10xB)+3

= (10x1,2)+3 = 12+3

= 15 (kg)

3.5.3 Berat Idler Rotating

Diketahui :

- Jika jarak carrier troughing l1 = 850 (mm)

= 0,8 (m)

- Jika jarak carrier troughing l2 = 1200 (mm)

= 1,2 (m)

 Berat Idler Rotating Pada Bagian Atas q’p = G’p / l1

= 19/0,85

= 22,35 (kg/m)

 Berat Idler Rotating Pada Bagian Bawah q”p = G”p / l2

(9)

= 12,5 (kg/m)

3.6 Perhitungan Tarikan Sabuk Dan Daya Motor

Profil perancangan Conveyor Barge Loading seperti ditunjukkan pada gambar 3.2 dibawah ini :

Gambar 3.2 Profil Perancangan Belt Conveyor Barge Loading 3.6.1 Perhitungan Tahanan Gerak Sabuk

Beban-beban yang diterima oleh sabuk terdiri dari beban yang diangkut, berat sabut sendiri dan tahanan-tahanan yang terjadi disepanjang sistem sabuk konveyor. Tahanan-tahanan yang terjadi pada bagian sisi tahanan pengencang (tight tension) dan bagian sisi tahanan pembalik atau sisi kendor (slack tension), pda sabuk.

Diketahui :

- Inklinasi/ kemiringan () = 12 

(10)

- Koefisien tahanan sabuk terhadap bantalan roll (w’) = 0,025 (Tabel 2.6)

Sehingga tarikan-tarikan yang terjadi di sabuk adalah :

1. Tarikan S1 terletak pada titik 1, dimana belt meninggalkan pulli

penggerak = S1

2. Tarikan S2 pada titik 2 :

S2 = S1 + W1,2 = S1 + [(qb + q”p )x(L . w’. cos ) - (qb . L . sin  )] = S1 + [(16,83 + 12,5)x(46x0,025xcos12) - (16,83x46xsin12)] = S1 + (29,33x1,124) – 160,96 = S1 + 32,966 – 160,96 = S1 – 127,99 Jadi S2 = S1 - 127,99 (kg)

3. Tarikan S3 pada titik 3 :

Tahanan gesek pada pulli (sprocket atau drum) antara 5 – 7 % sehingga :

S3 = 1,07 . S2

= 1,07 . (S1 – 127,99)

= 1,07 . S1 - 136,94

(11)

4. Tarikan pada titik 4, dihitung untuk material langsung dijatuhkan pada ujung tail pulley (S4), sehingga :

S4 = S3 + W3,4 = S3 + [( q+ qb + q’p )x( L . w’. cos  ) + ( q + qb )x( L . sin  )] = S3+ [( 123,08+ 16,83+ 22,35 )x(46x0,025xcos12 ) + (123,08 + 16,83)x(46xsin 12 )] = S3+ [( 162,26x 1,124 ) + ( 139,91 x 9,563 )] = S3+ 182,38 + 1337,956 = S3+ 1520,36 = (1,07.S1)-(127,99+ 1520,36) S4 = 1,07.S1 + 1383,42 (kg)…...…...(*) Persamaan 1

5. Tarikan sabuk teoritis (St)

St ≤ Ssl . eµα St = S4 . Ssl . eµα = Ssl . 2,7180,2. 3,7 = Ssl . 2,09 = 2,09. S1 = 2,09.S1 (kg)……...(**) Persamaan 2

6. Dari dua rumusan yang didapatkan diatas yaitu (*) dan (**) sehingga : 2,09.S1 ≥ 1,07 S1+1383,42

2,09–1,07.S1 ≥ S1+1383,42

(12)

S1 = 1356,29(N) Dan S2 = S1-127,99 (N) = 1356,29–127,99 = 1228,3 (kg) S3 = (1,07.S1) – 136,94 = (1,07x1356,29) - 136,94 = 1451,23 – 136,94 = 1314,29 (N) S4 = (1,07.S1)+ 1383,42 = (1,07x1356,29) + 1383,42 = 2834,65 (kg)

Dari hasil perhitungan diatas dapat diketahui bahwa gaya tarik yang terjadi pada titik 4 (S4), dimana sabuk diputar oleh pulley penggerak yaitu

sebesar S4 = 2834,65 (kg)

3.6.2 Perhitungan Tarikan Pulley (Wdr)

Jika pulley berfungsi sebagai roda gigi pengencang dan penggerak konveyor, maka tahanan 3 – 5, dari jumlah tegangan, sehingga :

Wdr = 0,03(S4+ S1)

= 0,03(2834,65+ 1356,29) = 0,03x4190,94

(13)

3.6.3 Perhitungan Tarikan Efektif (Wo)

Besarnya tarikan efektif dapat dihitung dengan menggunakan persamaan dibawah ini, yaitu :

Wo = S4-S1+ Wdr . g

= [2834,65 (kg) –1356,29 (kg) + 125,72 (kg)].9,81 (m/s2) = 15736,02 (N)

3.6.4 Perhitungan Daya Motor

Daya motor merupakan daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan sabuk untuk melakukan perpindahan material yang diangkut.

Daya yang dibutuhkan belt conveyor yang memiliki tahanan atau tarikan efektif Wo pada Drive Pulley adalah :

= .

= 15736,02 N x 2,42 m/s

= 38081,18 (N.m/s)  (Watt)

= 38 (kW)

Berdasarkan perhitungan diatas daya motor yang diperlukan adalah sebesar 38 (kW), sehingga motor yang dipilih adalah 45 (kW) berdasarkan daya motor standar (Tabel 2.8) yang ada dipasaran.

(14)

3.6.5 Perhitungan Momen Start Motor Penggerak

Pada saat start, motor harus mampu menghasilkan torsi yang lebih besar untuk mengatasi beban statis dan beban dinamis dari perlengkapan yang digunakan.

1. Besarnya momen tahanan statis pada poros motor : Dimana :

n1 = Putaran motor = 1500 (rpm)

N = Daya motor yang dihasilkan pada gerak konstan = 45 (kW)

GD2Rotor = 0,1172 (kg.m2) Maka : = 974 = 974 45 1500 = 29,22 (N.m)

2. Besarnya momen gaya dinamis pada waktu percepatan : Dimana :

ts = Waktu start 3 (detik)

 = Koefisien karena pengaruh mekanisme transmisi (harga = 1,1 sampai 1,25) harga yang diambil 1,25

(15)

 = Efisiensi total mekanisme  = 80 

Maka : =. 375. + 0,975. . _. = 1,25.0,1172.1500 375.3 + 0,975.15736,02. (2,42) 1500.3.0,8 = 219,75 1125 + 89852,5 3600 = 0,195 + 24,95 = 25,15 (N.m)

3. Momen gaya start motor yang diperlukan adalah : Mstart= Mstatis + Mdinamis

= 29,22 + 24,95 = 54,37 (N.m)

4. Pemeriksaan terhadap beban lebih motor selama start adalah : =54,37

29,22

= 1,8

Jadi, kesimpulan dari perhitungan diatas adalah motor listrik dengan daya 45 (kW), memiliki Mstart/Mrtatis = 1,8 < Mstart/Mrtatis = 2,4

(16)

3.7 Pemeriksaan Kekuatan Lapisan (carcass) Sabuk

Kekuatan lapisan sabuk dapat dicari dengan menggunakan rumus persamaan dibawah ini, yaitu :

Textile fabric carcass strength = .

Sehingga kekuatan lapisannya adalah

Textile fabric carcass strength = .

= ,

= 23 (kg/mm)  230 (kg/cm)

Jadi hasil dari perhitungan diatas bahwa kekuatan lapisan (carcass

belt) adalah 230 (kg/cm) < 500 (kg/cm), maka sabuk digunakan untuk

memindahkan material curah aman.

3.8 Pemeriksaan Jumlah Lapisan Sabuk

Jumlah lapisan sabuk (i) minimum yang dapat dicari dengan menggunakan rumus persamaan sebagai berikut :

i > .

.

Dimana k adalah faktor kemanan yang besarnya tergantung dari jumlah lapisan sabuk. (Tabel 2.11) dengan nilai k = 9,5

(17)

Sehingga jumlah lapisan sabuk minimum adalah :

i = , , = ,

= 2,24 (Lapisan)

Dari perhitungan diatas bahwa minimal jumlah lapisan sabuk 2,24 lapisan sedangkan yang dipergunakan menggunakan jumlah lapisan 5. Sehingga lapisan yang dipilih aman dipergunakan.

3.9 Pemeriksaan Kekuatan Sabuk

Untuk mengetahui kemampuan belt dalam mengangkut beban, kekuatan belt perlu diperiksa dengan cara menghitung besarnya factor keamanan, menurut persamaan dibawah ini :

Sf = .

Sehingga faktor keamanan adalah :

Sf = .

Sf =

,

Sf = 4,7

Dari perhitungan diatas diketahui bahwa faktor keamanan yang digunakan sabuk cukup dan aman untuk dipergunakan.

(18)

3.10 Perhitungan Drive Pulley

Pulley digunakan untuk memindahkan daya darisatu poros ke poros lainnya dengan komponen pemindah daya yang menggunakan rantai. Pulley harus direncanakan dengan sebagaimana mestinya sehingga sabuk dapat berjalan dalam garis normal pada permukaan pulley.

a. Diameter pulley dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut : Dp ≥ K . i

Dp = 125 x 5 = 625 (mm)

Dari hasil perhitungan didapatkan diameter pulley = 625 (mm), jadi diameter yang akan dipilih adalah diameter pulley = 630 (Tabel 2.3) b. Lebar Pulley

Bp = B + 100 = 1200 + 100 = 1300 (mm)

3.11 Perhitungan Poros Drive Pulley

Pada poros yang terkena beban puntir dan beban lentur sekaligus, maka pada permukaan poros akan terjadi tegangan geser karena momen puntir dan tegangan lentur. Poros digunakan untuk meneruskan daya sebesar 45 (kW) pada putaran 1500 (rpm).

(19)

a. Daya yang akan ditransmisikan P = 45 (kW)

n1 = 1500 (rpm)

b. Faktor koreksi fc = 1,3 (Tabel 2.18) c. Daya yang direncanakan

Pd = fc.P = 1,3 x 45 = 58,5 (kW) d. Momen Puntir = 9,74 10 = 9,74 10 58,5 1500 = 974000 0,039 = 37986 (N.mm) e. Bahan Poros Bahan poros S45C, σB = 58 (N/mm2) Sf1 = 6 Sf2 = 2

Tegangan geser yang diizinkan : τa =



(20)

τa =

τa = 4,83 (N/mm2)

f. Faktor koreksi untuk momen puntir Kt = 1,5 (jika terjadi sedikit

kejutan), Faktor lenturan Cb = 2 (karena diperkirakan akan terjadi beban

lentur) g. Diameter poros : = 5,1 = 5,1 4,83 1,5 2 37986 = (1,055 x113958)1/3 = 49,35 (mm) = 49 (mm)

Dari hasil perhitungan diameter poros untuk shaft drive pulley = 49 (mm). Sedangkan dari perancangan yang sudah ada diameter shaft yang digunakan adalah 100 (mm). Maka keamanan design cukup besar terhadap momen torsi dan konsentrasi tegangan-tegangan yang terjadi. h. Tegangan geser yang terjadi :

τa =

,

= ,

(21)

Karena tegangan geser yang terjadi 1,64 (N/mm2) lebih kecil dari pada tegangan geser yang diijinkan yaitu 4,83 (N/mm2). Sehingga shaft yang digunakan aman untuk digunakan.