ANALISIS KEKUATAN BAUT PONDASI REL CARRIER PADA IRADIATOR GAMMA UNTUK STERILISASI HASIL PERTANIAN

Transkripsi

1 ANALISIS KEKUATAN BAUT PONDASI REL CARRIER PADA IRADIATOR GAMMA UNTUK STERILISASI HASIL PERTANIAN ABSTRAK Sanda Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir Badan Tenaga Nuklir Nasional ANALISIS KEKUATAN BAUT PONDASI REL CARRIER PADA IRADIATOR GAMMA UNTUK STERILISASI HASIL PERTANIAN. Telah dirancang aut pondasi yang digunakan untuk mengikat rel carrier yang mempunyai lintasan tertutup pada ruang sterilisasi dan non sterilisasi dengan panjang lintasan rel sekitar 100 m. Rel merupakan lintasan carrier yang memawa seanyak 19 carrier dengan erat ean sekitar kg. Bean seesar kg dapat ergerak, diam dan menggantung dalam waktu 4 jam kerja, serta menimulkan getaran, oleh karenanya perlu dilakukan analisis terhadap rancangan kekuatan aut dan murnya agar dapat terjamin keselamatan terhadap alat, produksi dan operator. Dari perhitungan dihasilkan aut ukuran M16x dengan panjang efektif 455 mm dan getaran yang timul akiat gerakan carrier dapat diredam dengan gaya -31,4847 kg, sehingga dapat menghentikan getaran saat carrier ergerak. Kata kunci : analisis, kekuatan aut, carrier. ABSTRACTS An analysis of olt strenght carrier rail foundation of gamma irradiator for sterilization of agricultural products. It has een designed foundation olts to fasten the rail carrier at closed loop circuit in the sterilization and non sterilization room, in which the circuit lenght is aaut 100 meter. The rail will e used as a circuit y 19 carriers in whict each carrier has weight aaut kg. The kg load will e in motion or stand still, hung up for 4 working hours, and produce same virations. Therefore an analysis for the strenght of the olt foundition should e carried out for the sake of safety of related instruments, agricultural products, and the operator in duty. From the calculation shows that the olt of M16x with effective lenght 455 mm can e used, and the viration can e attenvated using gaya -31,4847 kg of force, so that the viration will stop at the time the carrier moving. Keywords : analysis, olt strength, carrier. 1. PENDAHULUAN Didalam pengawetan produk pertanian, salah satu teknologi yang diperlukan adalah iradiator gamma yang dapat digunakan untuk sterilisasi hasil pertanian. Sampai saat ini data tentang iradiator gamma masih perlu dilengkapi, salah satunya adalah data tentang aut pemegang rel carrier, untuk itu masih diperlukan penyempurnaan data-data dan perhitungan aut dan adanya getaran akiat gerakan carrier pada rel conveyor, walaupun seenarnya sampai sejauh ini sudah ada penulis lain yang telah menghitung kekuatan aut dan getaran, namun aplikasi aut yang digunakan dalam analisa ini untuk memegang ean vertikal keawah dan elum didapatkan datanya. Dengan dilakukan analisis ini, maka diharapkan dapat diperoleh hasil perhitungan aut yang dapat digunakan untuk memegang rel carrier sepanjang 50 meter. Selanjutnya dilakukan perhitungan dengan ilmu elemen mesin dan diuat desain gamar yang menunjukkan tata letak aut pada lintasan rel carrier. Sedangkan hasil yang diharapkan dalam analisis rancangan ini adalah terwujudnya 35

2 rancangan gamar aut yang diletakkan pada rel carrier, juga dihasilkan perhitungan aut yang konservatif dan gaya redaman terhadap gerak carrier yang dapat menjamin keamanan konstruksi sistem conveyor.. DASAR TEORI Untuk mengikat suatu konstruksi, diperlukan komponen yang harus disamung atau diikat untuk menghindari terjadinya getaran terhadap sesama komponen, atau mungkin isa terlepas dari agian yang disamung akiat kendor ahkan isa jadi agian yang disamung terseut terlepas akiat pengikatnya putus. Komponen yang digunakan untuk menyamung minimal dua komponen mesin, isa digunakan aut, pena, pasak, paku keling, pengelasan, press dan lain-lain. Dalam analisis ini dipilih komponen aut mur yang digunakan seagai komponen yang menyamung dua konstruksi mesin, karena aut dapat memenuhi keutuhan konstruksi yang dirancang, yaitu konstruksi yang menggantung pada plafon. Pemilihan aut mur seagai alat pengikat harus dilakukan dengan seksama untuk mendapatkan ukuran yang tepat, apaila dalam pemilihan aut mur terjadi kesalahan dapat erakiat aut putus, engkok atau ulirnya lumur (dol). Seagaimana ditunjukkan pada Gamar 1. Gamar 1. Jenis kerusakan pada aut Untuk menentukan ukuran aut mur, ada eragai faktor yang harus diperhatikan seperti sifat gaya yang ekerja pada aut, syarat kerja, 36 kekuatan ahan, ketelitian dan lain-lain, sedangkan gaya-gaya yang ekerja pada aut dapat erupa ean statis aksial murni, ean aksial ersama dengan ean puntir, ean geser dan ean tumukan aksial. Dalam perhitungan pemeanan aksial murni erlaku persamaan erikut : t (1) A Dengan : t = tegangan tarik yang terjadi pada diameter inti aut, kg/mm = ean tarik aksial pada aut, kg A = luas penampang atang aut, mm A d1 4 Dengan : d 1 = diameter inti aut, mm Pada umumnya diameter inti d 1 = 0,8d, ila dihitung dengan tegangan yang diijinkan σ a, maka diperoleh persamaan arikut : t a () ( / 4)(0,8 d) Sehingga diperoleh harga diameter aut seesar : d (3) a Harga σ a tergantung pada macam ahan dan perlakuan, misalnya Stainless Steel, Caron Steel, dengan perlakuan tinggi heat treathment dengan media pendingin oli tertentu, maka faktor keamanan dapat diamil seesar -4 dan jika perlakuan iasa heat treathment dengan media pendingin udara, esar faktor keamanan antara 4-6. Untuk aja dengan kadar karon 0,-0,3 %, tegangan yang diijinkan σ a seesar 14 kg/mm untuk perlakuan tinggi dan jika perlakuan iasa seesar 8,4 kg/mm. Pada ulir dalam (mur) tinggi ulir yang ekerja menahan gaya adalah h, seperti ditunjukkan pada Gamar. Bila

3 jumlah lilitan ulir dinyatakan z, diameter efektif ulir luar (aut) d, dan gaya tarik pada aut maka esarnya tekanan kontak pada permukaan ulir seesar q (kg/mm) adalah q qa dhz (4) qa = tekanan kontak pada permukaan yang diijinkan, kg/mm Gamar. Tekanan permukaan yang terjadi pada ulir Tekanan kontak yang diijinkan esarnya tergantung pada kelas ketelitian dan kekerasan permukaan ulir, ditunjukkan pada tael 1. Tael 1. Tekanan permukaan yang diijinkan pada ulir harga tinggi ulir (h) sekitar 50% dari kedalam penuhnya. Untuk jumlah ulir dan tinggi mur dapat dihitung dari persamaan erikut : z /(πd hq a ) (5) dan harga tinggi mur (H) : H = zp (6) p = jarak agi, mm, menurut standar harga H = (0,8 1,0) d Pada Gamar 3. ditunjukkan ahwa gaya juga dapat menimulkan tegangan geser pada luas idang silinder (πd 1 kpz), dengan kp adalah teal akar ulir luar/aut dengan esar tegangan geser (kg/mm ) seagai erikut : d1kpz (7) Jika teal akar ulir dalam/mur dinyatakan dengan jp, maka tegangan gesernya adalah n Djpz (8) Untuk ulir metris harga k dapat diamil 0,84 dan j = 0,75. Untuk pemeanan pada seluruh ulir yang dianggap merata, dan n harus leih kecil dari pada harga tegangan yang diijinkan a. Jika persyaratan dalam tael 1 dipenuhi, maka ulir tidak akan lumur (dol). Ulir yang aik mempunyai harga tinggi ulir (h) minimal 75% dari kedalam ulir penuh, untuk ulir iasa mempunyai 37

4 Dan untuk jarak posisi luang aut pengikat conveyor ditunjukkan pada Gamar 5. Gamar 3. Tegangan geser yang terjadi pada ulir Dengan gaya geser murni (kg), tegangan geser yang terjadi masih dapat diterima selama tidak meleihi harga yang diijinkan. Jadi (/(π/4)d), sehingga tegangan geser yang a diijinkan diamil seesar a = (0,5 0,7) σ a. Untuk perhitungan panjang aut yang masuk kedalam fondasi eton dapat dihitung dengan pertimangan ikatan aut terhadap eton (), dengan persamaan : = π.d. σ a (9) Untuk konstruksi aut pondasi pemegang rel conveyor ditunjukkan pada Gamar 4. Gamar 5. jarak antara luang aut pengikat rel conveyor Konstruksi carrier yang menggantung dan erjalan pada rel dengan kecepatan tertentu dapat menimulkan frekuensi pada ayunannya seagai erikut [1] : 1 g f (11) L f = frekuensi gerakan carrier, Hz g = percepatan gravitasi umi, m/detik L = panjang lengan carrier, m Besar kecilnya frekuensi getaran tergantung dari sistemnya. Pada sistem pegas massa, frekuensi tergantung pada massa ean (m) dan karakter pegas yang dinyatakan dengan konstanta pegas (k). Pegas yang keras mempunyai konstanta pegas yang esar, sedangkan pegas yang lemas mempunyai konstanta pegas yang kecil. Besaran frekuensi pegas dapat dihitung dengan persamaan : Gamar 4. Konstruksi aut pondasi pemegang rel conveyor. 38

5 1 k f (1) m k = konstanta pegas, N/m m = masa ean, kg Adapun ring pegas yang digunakan ditunjukkan pada Gamar 6. Gamar 6. Ring pegas Harga frekuensi getar pegas adalah : ' w (13) k m m sedangkan harga esar simpangan pegas dihitung erdasarkan persamaan erikut : t / m ' x Ae cos( w t ) x = panjang simpangan, m A = amplitudo gerakan, t = waktu gerak pegas, detik Ф = sudut defleksi pegas, o w = harga frekuensi getar, rad/detik Kecepatan getar pegas dapat ditentukan dengan persamaan erikut : k v ( A x ) (14) m Dalam suatu konstruksi, selain gaya yang menimulkan getaran juga terdapat gaya yang menghamat gerak getaran. Sehingga semua gerak getaran pada akhirnya erkurang energinya dan erhenti ergetar. Seagai model sederhana diasumsikan getaran teredam dengan gaya redaman yang seanding dengan kecepatan enda, sehingga persamaan gerak enda dapat ditulis seagai : F = -kx-v (15) F = gaya redaman, kg = konstanta redaman, Ndetik/m v = kecepatan getar pegas, m/detik Sedangkan entuk grafiknya ditunjukkan pada Gamar 7. Gamar 7. Gerak getaran peredaman Lintasan carrier yang merupakan siklus tertutup ditunjukkan pada Gamar 8, yang menjelaskan ahwa pada rel sepanjang 100 m didalam dan luar ruang radiasi terdapat 19 carrier dan 9 stopping carrier. 39

6 Baut fondasi dipilih yang mempunyai entuk engkok 90 o dimaksudkan agar ujung aut dapat memegang coran dan material yang telah disiapkan didalam coran, sehingga aut dapat memegang rel carrier dengan kuat. Sedangkan dimensi aut ditunjukkan pada Gamar 9. Gamar 8. Lintasan 19 dan 9 stopping carrier 40 Gamar 9. Baut mur pemegang rel carrier

7 Sedangkan ean yang menggantung pada rel terdiri atas tote seperti ditunjukkan pada Gamar 10, yaitu tempat produk pertanian yang akan diiradiasi perhitungan gempa dan ketika carrier erjalan menimulkan getaran yang mengakiatkan kendornya ikatan mur terhadap rel, padahal konstruksi ini dipersyaratkan ekerja selama minimal 8 jam dalam sehari. 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Gamar 10. Dimensi tote Selain itu terdapat carrier seagaimana ditunjukkan pada Gamar 11., yang fungsinya seagai tempat kedudukan tote dan carrier inilah yang ergerak pada lintasan rel aik pada daerah radiasi maupun pada daerah non radiasi. Gamar 11. Dimensi carrier 3. PROBLEM Dalam analisis rancangan ini masalah yang timul adalah keutuhan aut yang mampu memegang rel sepanjang sekitar 50 m didalam ruang radiasi dengan ean carrier, tote dan produk pertanian yang menggantung pada asumsi ean maksimum 4000 kg ditahan oleh 4 uah aut carrier, tanpa Hasil perhitungan aut dengan persamaan pada Elemen Mesin ditunjukkan seagai erikut : 1. Bean yang direncanakan d adalah d = ean asumsi maksimum carrier 4000 kg dipegang oleh 4 aut mur, sehingga satu aut menyangga ean d = 1000 kg d = d.fc (fc seagai faktor koreksi diamil 1,) d = , = 100 kg. Bahan aut yang dipilih adalah Baja liat /karon dengan 0,%C, mempunyai kekuatan tarik t = 4 kg/mm, dengan safety faktor = 3, maka diperoleh σ a = 14 kg/mm, dan a =0,5 x 14 = 7 kg/mm 3. diameter aut d adalah d d a d = 13,09 mm d 13,09 mm, dinaikkan menjadi 16 mm seagai alternatif pertama, ila dilihat dari tael aut ) diperoleh d = 16 mm (aut M16 x ). Pemilihan ulir yaitu ulir metrik, yaitu ulir M16x. Diameter luar ulir D = 16 mm Diameter efektif d = 14,701 mm Diameter dalam d 1 = 13,835 mm Tinggi kaitan h k = 1,083 mm Kekuatan ikatan eton dengan aut () : = π.d. σ σ = 7 kg/cm tegangan engkok ahan yang diijinkan dari referensi no. 3 = π.16.0,07 =,6376 kg/mm Panjang aut (H ) : 41

8 H = P/ H = 100/,6376 H = 455 mm 4. Jumlah ulir mur yang diperlukan z adalah z /(πd hq a ) 100 z.14,701.1,083.3 z = 8 5. Tekanan kontak yang terjadi pada permukaan ulir q qa dhz 100 q.14,701.1,083.8 q = 3 kg/mm 6. Tinggi mur H = 8.1,5 = 1 mm H (0,8 1,0)16 = 1,8 16 mm, diamil H maksimum = 14 mm 7. Tegangan geser aut adalah d1kpz ,835.0,84.1,5.8 =,74 kg/mm Tegangan geser mur adalah n Djpz 100 n.16.0,75.1,5.8 n =,65 kg/mm 8. Memandingkan tegangan geser aut dan mur dengan tekanan permukaan yang diijinkan : < q a =,74 3, harga ini aman n < q a =,65 3, harga ini aman 9. Baut dan mur yang digunakan adalah M16 x dari ahan aja dengan 0,%C. Sedangkan hasil perhitungan ring pegas seagai erikut : 10. Besarnya frekuensi yang terjadi pada atang/tali carrier : Panjang lengan (L) = 0,5 m f 1 1 g L 9,81 f 0,5 f = 0,7053 Hz 11. Harga kekakuan ring pegas seesar : k = (πf) m k = (π0,7053) 1000 k = 19618,56 N/m 1. Harga frekuensi getar ring pegas : Dengan harga : = 50 Ndet/m A = 0,01 m ' w k m m ' 19618,56 w 1000 ' w 4,49 rad/detik Harga esar simpangan pegas : t / m ' x Ae cos( w t ) x 0,01e /.1000 cos(4, ).15 0,01 e / ( Cos4, ) x x = 0,0016 mm 14. Kecepatan getar pegas (v) : v v k m ( A x 19618, ) 0,01 0, ,1 v (0,01 0,0001 ) 16 v = 0,0019 m/detik 15. Besar gaya redaman yang dapat menyeakan erhentinya getaran pada carrier : F = -kx-v Dengan harga : F=-(19618,56.0,0016)-(50.0,0019) F = -31,4847 kg 4

9 5. KESIMPULAN Hasil analisis rancangan menunjukkan ahwa aut pengikat rel conveyor yang digunakan erdimensi M16x panjang 455 mm seanyak 100 pasang dengan ahan aja liat atau aja karon dan entuk adan aut diengkokan seesar 90 o, dengan maksud agar leih kuat dan dapat memegang tulang coran pada fondasi plafon. Untuk ring pegas yang mempunyai kekakuan k = 19618,56 N/m dan frekuensi getar w 1 4,49 rad/detik dapat diredam dengan gaya - 31,4847 kg. Hasil analisis rancangan kekuatan aut dapat dijamin aman, karena esar tekanan kontak yang terjadi tidak meleihi tekanan kontak yang diijinkan (q = 3 kg/mm q a = 3 kg/mm ) dan adanya getaran saat carrier ergerak erhasil diredam dengan gaya tekan seesar -31,4847 kg. DAFTAR PUSTAKA [1.] Eugene A. Avallone and Theodore Baumeister III, STANDARD HANDBOOK FOR MECHANICAL ENGINEERS, McGraw Hill, New York, [.] Mashuri,dkk,: FISIKA, Departemen Pendidikan Nasional, CV. Arya Duta, Depok, 008. [3.] Sularso, Ir, MSME, Kiyokatsu Suga, DASAR PERENCACAAN DAN PEMILIHAN ELEMEN MESIN, PT. Pradnya Paramita, Jakarta, [4.] Theodore Baumeister, STANDARD HANDBOOK FOR MECHANICAL ENGINEERS, McGraw Hill Book Company, New York, [5.] Tyler G. Hicks, STANDARD HANDBOOK OF ENGINEERING CALCULATIONS, McGraw Hill, New York, 005. [6.] Tyler G. Hicks, HANDBOOK OF MECHANICAL ENGINEERING CALCULATIONS, McGraw Hill, New York, [7.] Yayasan Dana Normalisasi Indonesia, Peraturan eton ertulang, Departemen Pekerjaan Umum dan Tenaga Listrik, 1971 N.1-43