LEMBAR PENGESAHAN ANALISA STRUKTUR KONSTRUKSI BOX PANEL FREE STANDING STANDAR PT INDUSTIRA

Transkripsi

1 LEMBAR PENGESAHAN ANALISA STRUKTUR KONSTRUKSI BOX PANEL FREE STANDING STANDAR PT INDUSTIRA Disusun oleh : Dhony Fajar Prasetyo NIM Koordinator Tugas Akhir Pembimbing ( Ariosuko DH. ST ) ( Ir. Rulli Nutranta M.Eng ) Jakarta, Maret 007 Mengetahui Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana Ir. Rulli Nutranta M.Eng ii

2 HALAMAN MOTO DAN PERSEMBAHAN MOTTO Hidup adalah perjuangan. Tidak ada yang mudah tetapi tidak ada yang tidak mungkin. (COLOMBUS) Sesungguhnya sesudah kesulitan itu adalah kemudahan. (QS : 94 : 6) Salah satu perbedaan yang mendasar antara orang sukses dengan orang yang tidak sukses adalah terletak pada penggunaanya waktu senggangnya. (W.J. BROWN) Science without religion is blind, religion without science is lame (A. EINSTEIN) Jangan menyerah sebelum anda melakukn sekali lagi, jangan takut jatuh, selagi anda masih mampu berdiri. Kesuksesan akan menjadi milik orang yang memiliki semangat juang tinggi. ubahlah apa yang tidak mungkin menjadi mungkin. (ROBERT R. TIYOSAKI) Tugas Akhir ini saya persembahkan kepada : Agamaku Islam dan Almamaterku. Ibu tercinta dan Ayah yang memberikan segala sesuatu yang terbaik bagiku. My soulmate Endah Jubaedah, thanks for your love. My inspiration, motivation and thinking made this finally job finish. Semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini. iii

3 PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh sebutan keahlian di suatu jenjang perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah/karya tugas akhir ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Jakarta, Maret 007 Dhony Fajar Prasetyo NIM iv

4 ABSTRAK Analisa ini membahas tentang kekuatan konstruksi box free standing HML standar dari PT Industira. Dalam analisa ini menggunakan metode kesetaraan, yaitu analisa yang dilakukan adalah analisa pada konstruksi yang sudah ada yang paling sering digunakan. Konstruksi tesebut berdimensi lebar 600mm, tinggi 1900 mm dan tebal 600 mm. Material yang digunakan untuk pembuatan konstruksi box ini adalah plat SPHC mm, dengan dibending atau ditekuk sedemikian rupa dan di gabungkan dengan dilas hingga membentuk suatu konstruksi box. Analisa yang dilakukan adalah dari segi kekuatan box terhadap berat komponen dan gaya short circuit yang terjadi sewaktu komponen yang berada didalam box dialiri arus listrik. Berat komponen yang berada didalam konstruksi diasumsikan 650 Kg. Dari perhitungan antara besarnya arus dan jarak antar busbar didapat gaya short circuit sebesar 7109 N. Analisa terhadap gaya yang mampu ditahan oleh konstruksi adalah sebesar N. Dari analisa perhitungan terhadap berat komponen, short circuit dan gaya konstruksi maka dapat disimpulkan bahwa konstruksi box aman terhadap gaya gaya yang terjadi terhadap konstruksi. v

5 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Skripsi dengan judul Analisa Struktur Konstruksi Box Panel Free Standing Standar PT Industira ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan Strata I Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknologi Industri Universitas Mercu Buana. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa tugas akhir ini selesai berkat bantuan moril maupun material dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Ir. Rulli Nutranta, selaku pembimbing I yang telah banyak memberikan bimbingan dan pengarahan selama penulisan Tugas Akhir ini.. Ayah dan Ibu serta seluruh keluarga yang telah memberikan dorongan dan motivasi baik secara moral maupun material untuk keberhasilan penulis. 3. Teman teman PKSM Teknik Mesin angkatan 005 yang telah memberi dorongan selama penyelesaian tugas akhir. 4. Heri Kusuma Dharma selaku Engineering Riset & Development PT Industira, yang banyak membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini. 5. Pihak management PT Industira, yang telah mengijinkan penelitian terhadap produk PT Industira. 6. Endah Jubaedah, yang telah memberikan dukungan moril kepada penulis serta semua pihak yang telah memberikan bantuan kepada penulis hingga terselesainya penulisan skripsi ini. Penulis menyadari masih banyak kekurangan dan jauh dari sempurna dalam pembuatan tugas akhir ini, sehingga segala saran dan kritik akan diterima dengan senang hati. Akhir kata penulis berharap semoga tugas akhir ini akan memberikan sumbangan yang berarti bagi perkembangan ilmu dan teknologi. Jakarta, Maret 007 Penulis vi

6 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN... iii HALAMAN PERNYATAAN... iv ABSTRAK... v KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI... vii DAFTAR LAMPIRAN... x DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR SIMBOL DAN NOTASI... xii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Alasan Pemilihan Judul Perumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Metodologi Penulisan... 5 a. Obyek Penelitian... 5 b. Teknik Pengumpulan Data Sistematika Penulisan... 6 BAB II DASAR TEORI.1 Tinjauan Umum Box Free Standing Jenis Box Free Standing Analisa Gaya Momen Inersia Frame Gaya Defleksi Yang Diiinkan... 1 a. Struktur Balok Tumpuan Dengan Beban Terpusat... 1 b. Struktur Balok Tumpuan Dengan Beban Merata vii

7 c. Struktur Balok Tumpuan Dengan Posisi Beban Tidak Tetap d. Struktur Balok Tumpuan Balok Cantilever Dengan Beban Seragam Gaya Short Circuit Diameter Eye Bolt Perhitungan Kekuatan Baut Tegangan Yang Diijinkan dan Faktor Keamanan BAB III DESAIN KONSTRUKSI 3.1 Desain Konstruksi Box Free Standing HML... 1 BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA 4.1 Perhitungan Lay Out Dan Proses Pengerjaan Lay Out Frame Tegak Depan Kanan dan Kiri Lay Out Frame Tegak Belakang Kanan dan Kiri Lay Out Frame Lebar Depan Atas dan Bawah Lay Out Frame Lebar Belakang Atas dan Bawah Lay Out Frame Tebal Atas dan Bawah Perhitungan Short Circuit Perhitungan Shot Circuit 50 ka (5000 A) Perhitungan Shot Circuit 50 ka (5000 A) Perhitungan Shot Circuit 50 ka (4500 A) Perhitungan Shot Circuit 50 ka (4500 A) Perhitungan Shot Circuit 50 ka (1500 A) Perhitungan Gaya yang Terjadi Pada Frame Perhitungan Momen Inersia Fame Tegak Deapn Perhitungan Gaya yang Diijinkan pada Konstruksi Perhitungan Momen Inersia Frame Tegak Belakng Perhitungan Gaya yang Diijinkan Pada Konstruksi Perhitungan Gaya Konstruksi Perhitungan Kekuatan Baut Support Busbar viii

8 4.4.1 Ditinjau dari gaya geser permuakaan sisi sisi baut Ditinjau dari gaya tarik pada diameter baut Perhitungan Kekuatan Eye Bolt BAB VI PENUTUP 5.1 Kesimpulan Saran... 5 DAFTAR PUSTAKA... LAMPIRAN ix ix

9 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Lampiran. Lampiran 3. Lampiran 4. Lampiran 5. Lampiran 6. Lampiran 7. Spesifikasi Bahan Teknik Momen Inersia Benda Lanjutan Momen Inersia Benda Lanjutan Momen Inersia Benda Tabel Angka Keamanan Tabel Dimensi Baut & Mur Nilai Koefisien x

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Konstruksi Box... 3 Gambar.1 Rangka Box Free Standing Tipe HMK... 9 Gambar. Rangka Box Free Standing Tipe HML Gambar.3 Momen inersia benda Gambar.4 Balok tumpuan beban terpusat... 1 Gambar.5 Balok tumpuan beban merata Gambar.6 Balok tumpuan beban tidak tetap Gambar.7 Balok tumpuan cantilever beban seragam Gambar.8 Lay Out Busbar Gambar.9 Baut M Gambar 3.1 Konstruksi Box Panel Free Standing HML... Gambar 4.1 Pembengkokan... 7 Gambar 4. Penampang Frame Depan Kanan Kiri... 8 Gambar 4.3 Penampang Frame Tegak Belakang Kanan dan Kiri Gambar 4.4 Penampang Frame Tegak Belakang Kanan dan Kiri Gambar 4.5 Penampang Frame Lebar Belakang Atas dan Bawah... 3 Gambar 4.6 Penampang Frame Tebal Atas dan Bawah Gambar 4.7 Lay Out Busbar 50kA (5000A) Gambar 4.8 Lay Out Busbar 50kA (5000A) Gambar 4.9 Lay Out Busbar 50kA (4500A) Gambar 4.10 Lay Out Busbar 50kA (4500A) Gambar 4.11 Lay Out Busbar 50kA (1500A) Gambar 4.1 Penampang Frame Tegak Depan Kanan dan Kiri Gambar 4.13 Penampang Frame Tegak Belakang Kanan dan Kiri Gambar 4.14 Baut M xi

11 DAFTAR SIMBOL DAN NOTASI Simbol Satuan A Luas mm B Panjang busur mm Dc Diamter ulir mm D Diameter baut mm E Modulus elastisitas N/mm F Gaya yang bekerja N Fb 1 Gaya bending N Fb Gaya baut N Fsc Gaya Short Circuit dan Fn Gaya normal N g Percepatan gravitasi m/det I Momen inersia mm 4 Isc Arus hubungan singkat ka K Konstanta l Panjang mm n Jumlah baut P Penetrasi mm Rd Radius penekukan mm R1 Radius luar penekukan mm Sn Defleksi ijin mm t Tebal plat mm v Angka keamanan W Berat N X Titik berat bidang terhadap sumbu X mm Y Titik berat bidang terhadap sumbu Y mm Yc Defleksi maksimum yang diijijnkan mm Yn Defleksi normal mm α Sudut bending 0 xii

12 σt m Tegangan tarik maksimum N/mm σt Tegangan tarik ijin N/mm xiii

13 BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Masalah Kemajuan dunia industri di Indonesia berkembang sangat pesat, terutama untuk industri insustri yang bergerak dalam kebutuhan panel listrik. Dalam industri panel listrik sendiri untuk penempatan komponen komponen yang mendukung suatu sistem tertentu dibutuhkan suatu tempat atau ruangan sendiri. Ruangan ini bisa berupa box panel free standing, wall mounting, kios, dan masih banyak lagi macam macam tipe box. Dalam menempatkan komponen komponen untuk panel listrik tipe tegangan menengah keatas maka digunakan type box free standing. Adapun untuk box free standing sendiri terdiri dari bermacam macam ukuran, mulai dari yang terkecil sampai yang sangat besar. Besar kecilnya dimensi box ini tergantung dari jenis komponen didalamnya. Berdasarkan uraian diatas penulis mencoba untuk menganalisa struktur konstruksi box free standing standar PT Industira. Analisa ini diharapkan dapat memberi masukan kepada perusahaan, dalam hal ini kepada PT Industira dalam menentukan jenis konstruksi untuk penempatan komponen komponen elektrical. Sehingga didapatkan suatu konstruksi yang kuat dan dapat menunjang dari fungsi secara keseluruhan. 1

14 I.. Alasan Pemilihan Judul Dalam penyusuna Tugas Akhir ini penulis memilih judul Analisa Struktur Konstruksi Box Panel Free Standing Standar PT Industira Box ini nantinya digunakan untuk menempatkan kompoenen komponen dan material elektrik lainnya untuk menjalankan suatu sistem elektrical. Hal hal lain yang mendasari penulis memilih judul ini adalah ; 1. Analisa ini bertujuan untuk mencari sebuah konstruksi yang kuat.. Belum adanya penelitian mengenai struktur konstruksi box standar 3. Dari hasil analisa ini nantinya akan menjadikan standar baku dalam menentukan konstruksi box panel di PT Industira. Adapun bentuk dan konstruksi dari box free standing adalah seperti gambar 1.1.

15 Gambar 1.1 Konstruksi Box I.3. Perumusan Masalah Dalam tugas akhir ini penulis akan menganalisa struktur konstruksi box free standing standar PT Industira, guna mendapatkan suatu konstruksi yang kuat, kokoh dan dapat berfungsi sesuai fungsinya dalam sistem. 3

16 I.4. Batasan Masalah Untuk menghindari meluasnya permasalahan agar lebih terfokus maka ditentukan batasan-batasan masalahnya sebagai berikut: 1. Pengamatan hanya dilakukan pada segi kekuatan konstruksi box... Box free standing yang dianalisa berdimensi W = 600mm, H = 1900, dan D = Box tersebut dalam standar PT Industira dinamakan Box tipe HML. 4. Analisa dibatasi hanya untuk struktur rangka box. I.5. Tujuan Penelitian Adapun tujuan penulisan dan pemecahan masalah tentang analisa kekuatan konstruksi dari box HMK ini yaitu: 1. Untuk memenuhi salah satu syarat dalam menempuh gelar sarjana pada jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercubuana Jakarta... Mahasiswa dapat menerapkan ilmu yang telah diperoleh di bangku kuliah didunia nyata sehingga ilmu yang diperoleh dibangku kuliah tersebut tidak mubadzir. 3. Mahasiswa dapat mendalami ilmu dibangku kuliah dengan mendetail karena tuntutan untuk menerapkan didunia nyata. 4. Mahasiswa dapat menciptakan sebuah pemikiran hasil analisa yang dapat bermanfaat bagi dunia industri maupun masyarakat. 4

17 5. Perusahaan mendapatkan suatu hasil analisa yang sangat bermafnaat bagi perusahaam dalam menentukan sebuah konstruksi yang cocok untuk pembuatan penel listrik. I.6. Metodologi Penulisan Dalam penyusunan tugas akhir ini sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan studi pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercubuana Jakarta digunakan beberapa metode, yaitu: a. Obyek Penelitian i. Data Primer Adalah data yang diperoleh secara langsung dari obyek box free standing HMK yang akan diteliti. ii. Data Sekunder Adalah data yang diperoleh dari studi pustaka dan data-data atau dokumen yang sudah dibuat oleh orang lain. b. Teknik Pengumpulan Data Adapun teknik-teknik yang digunakan dalam pengumpulan data adalah: i. Metode Interview Adalah metode pengumpulan data dengan cara mengadakan interview secara langsung dengan bagian yang bersangkutan untuk memperoleh data yang diperlukan. 5

18 ii. Metode Observasi Adalah metode pengumpulan data dengan dengan mengadakan pengamatan dan pencatatan secara langsung pada obyek penelitian untuk mendapatkan data serta informasi yang dibutuhkan. iii. Metode Studi Pustaka Adalah metode pengumpulan dari referensi buku-buku literature yang berhubungan dengan masalah-masalah yang akan dibahas. I.7. Sistematika penulisan Dalam penulisan tugas akhir ini penulis menggunakan sistematika penulisan sebagai berikut: BAB I PENDAHULUAN Berisi tentang : latar belakang, tujuan penulisan, perumusan masalah, sistematika penulisan. BAB II DASAR TEORI Berisi tentang : landasan teori yang digunakan dalam perhitungan dan analisa. BAB III DESAIN KONSTRUKSI Berisi tentang : penentuan desain konstruksi yang akan dianalisa dan gambaran umum mengenai konstruksi box. BAB IV PEPERHITUNGAN DAN ANALISA Berisi tentang : Analisa mengenai struktur konstruksi terhadap pembebanan akibat gaya berat box dan gaya short circuit. 6

19 BAB V KESIMPULAN Berisi tentang : kesimpulan dan saran dari hasil analisa. DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN 7

20 BAB II DASAR TEORI.1 Tinjauan Umum Box Free Standing Box free standing adalah suatu konstruksi box dimana box ini untuk pemasangannya atau penempatannya sesuai dengan namanya free standing dilakukan berdiri sendiri diatas base atau digabungkan dengan box lain. Adapun mengenai dimensi box ini bervariasi menurut jenisnya, dan harus sesuai dengan komponen komponen yang ada didalamnya. Box free standing ini sering digunakan untuk panel distribusi, dimana dalam penempatannya di lapangan tidak hanya terdiri dari 1 jenis, melainkan banyak panel dengan fungsi yang berbeda beda pula, yang kesemuanya di gabung menjadi satu.. Jenis Box free Standing Ditinjau dari jenisnya box free standing dibagi menjadi macam, yaitu: 1. Free standing tipe HMK Box free standing dengan tipe HMK adalah box yang cara perakitannya dilakukan dengan cara knock down atau perakitan semua frame-nya sebagian besar dengan cara di baut antara frame satu dengan yang lain. 8

21 Gambar.1 Gambar rangka box free standing tipe HMK. Free standing tipe HML Box free standing dengan tipe HML ini untuk perakitan semua framenya dilakukan dengan cara dilas, hanya sebagian saja yang dibaut diantaranya untuk support support komponen. 9

22 Gambar. Gambar rangka box free standing tipe HML Dalam tugas akhir ini yang akan penulis bahas adalah untuk box free standing tipe HML. Dikarenakan box tipe ini adalah yang paling sering digunakan. 10

23 .3 Analisa Gaya Kekuatan (Strenght) adalah suatu sifat atau perilaku dari suatu bahan atau suatu elemen atau mesin. Berdasarkan ilmu perhitungan kekuatan bahan (strength of material calculation) dihitung tegangan nominal (nominal stress) yang disebabkan oleh beban nominal pada tempat tempat yang kritis dari komponen tersebut dan dibandingkan dengan tegangan yang diijinkan (permissible stress). Atau sebaliknya dari beban nominal dan tegangan yang diijinkan, dapat ditentukan ukuran ukuran komponen yang diperlukan pada tempat tempat kritis tersebut..3.1 Momen Inersia Frame Gambar.3 Gambar Momen Inersia Benda I x =. b. h (mm 4 ) I y =. h. b (mm 4 ) (.1) Dimana: I x = Momen inersia untuk frame terhadap sumbu x I y = Momen inersia untuk frame terhadap sumbu y I = I x + I y (mm 4 ) (.) 11

24 .3. Gaya defleksi yang Diijinkan a. Struktur balok tumpuan dengan beban terpusat Gambar.4 Balok tumpuan beban terpusat Tegangan antara beban dan titik tumpuan : W. x s =. Z Tegangan pada titik pusat perpotongan : W. l s = 4. Z Defleksi diantara beban dan titik tumpuan : Y =. W x (3l 48. E. I 4x ) Defleksi maksimum : Y W. l 3 = (.3) 48. E. I Keterangan : y = Defleksi yang diijinkan (mm) W = Gaya yang terjadi (N) l = Panjang rangka yang terkena gaya (mm) E = Modulus elastisitas (N/mm ) I = Momen inersia (mm 4 ) s = Tegangan tarik (N/mm ) Z = Modulus bagian = I / jarak dari garis sumbu axis 1

25 b. Struktur balok tumpuan dengan beban merata Gambar.5 Balok tumpuan beban merata Tegangan di setiap titik : W s =. Zl x( l x) Tegangan pada titik pusat perpotongan : W. l s = 8. Z Defleksi di setiap titik : Y W x( l x) = [ l 4. E. I. l. + x( l x)] Defleksi maksimum : W. l 3.5 Y = (.4) 384. E. I Keterangan : y = Defleksi yang diijinkan (mm) W = Gaya yang terjadi (N) l = Panjang rangka yang terkena gaya (mm) E = Modulus elastisitas (N/mm ) I = Momen inersia (mm 4 ) s = Tegangan tarik (N/mm ) Z = Modulus bagian = I / jarak dari garis sumbu axis 13

26 c. Struktur balok tumpuan dengan posisi beban tidak tetap Gambar.6 Balok tumpuan beban tidak tetap Tegangan diantara beban dan titik beban a : W. b. x s = Zl Tegangan diantara beban dan titik beban b : W. a. v s = Zl Tegangan beban yang diaplicasikan : W. a. b s = Zl Defleksi antara beban dan titik a : Y W b. x = ( l 6E. I. l. x b ) Defleksi antara beban dan titik b : Y W a. v = ( l 6E. I. l. v a ) Defleksi maksimum : Y W. a. b = (.5) 3E. I. l Keterangan : y = Defleksi yang diijinkan (mm) W = Gaya yang terjadi (N) l = Panjang rangka yang terkena gaya (mm) 14

27 E = Modulus elastisitas (N/mm ) I = Momen inersia (mm 4 ) s = Tegangan tarik (N/mm ) Z = Modulus bagian = I / jarak dari garis sumbu axis d. Struktur balok tumpuan balok cantilever dengan beban seragam Gambar.7 Balok tumpuan cantilever beban seragam Tegangan dititik spesifik : W s = ( l x) Z. l Defleksi dititik spesifik: W x Y = [l 4E. I. l. + (l x) ] Defleksi titik akhir tanpa support : W. l 3 Y = (.6) 8E. I Keterangan : y = Defleksi yang diijinkan (mm) W = Gaya yang terjadi (N) l = Panjang rangka yang terkena gaya (mm) E = Modulus elastisitas (N/mm ) I = Momen inersia (mm 4 ) s = Tegangan tarik (N/mm ) 15

28 Z = Modulus bagian = I / jarak dari garis sumbu axis.3.3 Gaya Short Circuit F = 1.53 x k x Gambar.8 Gambar lay out busbar n x L Isc x x 10 (.7) d Keterangan : F : Gaya yang timbul ( dan ) k : Suatu koefisien, dimana besarnya tergantung dari ukuran busbar dan jaraknya ( lihat tabel MG page A-4) N : Koefisien assymetri Menurut standar IEC : n = 1.5 untuk Isc < 5 ka n = 1.7 untuk 5 ka < Isc < 10 ka n = untuk 10 ka < Isc < 0 ka n =.1 untuk 0 ka < Isc < 50 ka n =. untuk Isc > 50 ka Isc : Arus hubungan singkat ( ka) L : Jarak antar busbar support ( mm ) d : Jarak antar phase ( mm ) 16

29 .3.4 Diameter Eye bolt P = 4 π.dc.ft (.8) Keterangan : P = Beban yang diterima eye bolt ( N ) dc = Diameter ulir eye bolt ( mm ) ft = Tegangan tarik bahan yang diijinkan ( N/mm ).3.5 Perhitungan Kekuatan Baut a. Ditinjau dari gaya geser permuakaan sisi sisi baut Gambar.9 Baut M6 V. F P = cosα (.9 ) 1 π ( D d ). n 4 cosα Dimana : P = Tekanan pada ulir ( N/mm ) St 370 : 37 N / mm F = Gaya geser ( N ) D = Diameter ulir bagian luar ( mm ) d = Diameter ulir bagian dalam (mm) n = Banyaknya ulir yang menahan persatuan keliling α = Sudut kemiringan dari ulir ( 0 ) V = Faktor keamanan beban kejut : 6 17

30 b. Ditinjau dari gaya tarik dari diameter baut σ t = F. V ( 3.0 ) A Dimana : σ t = Tegangan tarik ( N/mm ) St 370 : N / mm F = Gaya tarik ( N ) A = luasan ( mm ) V = Faktor keamanan beban kejut : Tegangan yang diijinkan dan faktor keamanan Dalam merencanakan bagian suatu konstruksi untuk menahan kegagalan, biasanya kita meyakinkan diri sendiri bahwa tegangan dalam yang terjadi tidak melebihi dari kekuatan bahan. Kalau bahan yang akan dipakai adalah daktail, maka biasanya kita perhatikan adalah kekuatan mengalah, karena perubahan permanent akan menimbulkan kegagalan. Dalam hal ini, tegangan yang diijinkan merupakan perbandingan antara kekuatan mengalah bahan dan factor keamanan yang diterapkan. σ y n σ = ( mm ) N (3.1) dengan : σ = Tegangan yang diijinkan ( N mm ) σ = Kekuatan mengalah bahan ( N mm ) y n = Faktor keamanan Dalam menentukan factor keamanan harus ditimbang dua hal, pertama pelampauan kekuatan guna (bahaya fatal dan interupsi kerja yang rumit atau mudah mengatasi kerusakan) dan hal yang kedua pengaruh factor n terhadap kelayakan dan nilai pakai komponen tersebut. Biasanya n dipilih sebagai berikut : 18

31 n = 1,5 3 n = 1. n = 4 n = 3 5 Perhitungan terhadap patah kekal Perhitungan terhadap deformasi Perhitungan terhadap patah Perhitungan terhadap instabilitas/tekuk 19

32 0

33 BAB III DESAIN KONSTRUKSI 3.1. Desain Konstruksi Box Free Standing HML Pada bab ini akan di bahas mengenai desain box free standing tipe HML Material dari box ini adalah plat SPHC mm. Kemudian di bending sedemikian rupa hinga membentuk suatu profil frame. Penggabungan dari masing masing frame ini dilakukan dengan pengelasan. Adapun gambaran umum dari desain box free standing dapat dilihat di gambar 3.1. Box ini banyak dipakai sebagai box relay ataupun server baik pada tegangan rendah ( low voltage ) maupun tegangan menengah ( medium voltage ). Box ini biasa dipakai untuk menempatkan komponen komponen elektrikal seperti ACB, MCCB, relay, terminal kabel, dan busbar. Box ini lebih sering digunakan untuk penempatan busbar. Dari gaya tarik menarik ataupun tolak menolak dari susunan busbar inilah box ini menerima gaya terbesar. Kekuatan konstruksi ini sangat dipengaruhi oleh gaya short circuit (hubungan singkat) antar busbar. Agar konstruksi kuat terhadap gaya hubungan singkat maka yang harus diperhitungkan adalah: 1. Kekuatan busbar support, terutama terhadap gaya / tahanan geser.. Kekuatan baut pengikat busbar support. 3. Kekuatan baut / dudukan busbar support. 4. Berat busbar sendiri. 1

34

35 Gambar 3.1 Desain konstruksi box panel free standing HML Keterangan : A. Frame tegak depan B. Frame tegak belakang C. Frame lebar depan atas D. Frame lebar belakang atas E. Frame tebal kanan dan kiri atas F. Frame lebar depan bawah G. Frame lebar belakang bawah H. Frame tebal kanan dan kiri bawah I. Support post isolator busbar J. Support power matt busbar K. Support mounting plat L. Support box & busbar M. Support cover N. Baut support busbar Komponen komponen dalam konstruksi box tersebut adalah sebagai berikut : A. Frame tegak depan Adalah frame yang berada tegak pada sisi depan box, frame ini berhubungan langsung dengan daun pintu box. 3

36 B. Frame tegak belakang Adalah frame yang berada tegak pada sisi belakang box, frame ini selain untuk penopang box juga sebagai penempatan cover belakang box. C. Frame lebar depan atas Adalah frame yang berada pada sisi atas depan box, frame ini selain untuk menopang dari sisi lebar box juga digunakan untuk tempat penempatan eye bolt. D. Frame lebar belakang atas Adalah frame yang berada pada sisi belakang atas box, frame ini selain untuk penempatan cover belakang juga digunakan untuk penempatan eye bolt belakang. E. Frame tebal kanan dan kiri atas Adalah frame yang berada pada sisi kanan dan kiri atas box. Frame ini juga sebagai penempatan cover samping box. F. Frame lebar depan bawah Adalah frame yang berada pada sisi depan bawah box, frame ini digunakan untuk penempatan baut join box dengan base dan baut angkur ke tanah. G. Frame lebar belakang bawah Adalah frame yang berada pada sisi belakang bawah box. Selain sebagai tempat penempatan cover belakang juga sebagai penempatan baut join box dengan base dan baut angkur pada sisi belakang box. 4

37 H. Frame tebal kanan dan kiri bawah Adalah frame yang brada pada sisi kanan dan kiri bawah box, frame ini digunakan sebagai pengikat cover samping. I. Support post isolator busbar Adalah plat yang digunakan untuk menempatkan post isolator busbar kecil yang melintang di tengah box. Busbar yang ada disini adalah busbar pendukung dari main busbar. J. Support power matt busbar Adalah plat yang digunakan untuk penempatan poer matt main busbar yang melintang di tengah box atau dengan box sebelahnya (bila digabungkan dengan box lain). K. Support mounting plat Adalah plat yang digunakan untuk penempatan mounting plat. Mounting plat disini digunakan untuk penempatan komponen listrik. L. Support box dan busbar Adalah plat yang berfungsi sebagai support box dan juga sebagai support busbar dan berbagai part part box lainnya. M. Support cover Adalah plat yang digunakan untuk penempatan cover busbar. N. Baut support busbar Adalah baut yang digunakan untuk pengikat support box dan busbar dengan box. 5

38 Dari desain konstruksi box tersebut yang akan penulis analisa adalah mengenai kekuatan konstruksinya, terutama terhadap gaya short circuit yang terjadi diantara busbar. 6

39 BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA Perhitungan konstruksi dilakukan dengan metode kesetaraan yaitu analisa dilakukan pada konstruksi yang sudah ada dengan mengasumsikan sebagai beban merata akibat berat konstruksi box. Beban konstruksi box yang diasumsikan adalah 700 Kg. Pada bab ini penulis akan membahas perhitungan kekuatan konstruksi frame tegak depan dan belakang. Karena dibagian frame inilah beban terbesar diterima box. 4.1 Perhitungan Lay Out dan Proses pengerjaan Sebelum menghitung kekuatan pada masing masing frame maka perlu dilakukan perhitungan bentangan material yang mengalami proses pembentukan. Untuk bentangan dapat dicari dengan menggunakan rumus seperti gambar 3.1 : Gambar 4.1 Pembengkokan 7

40 Rumus yang digunakan untuk menghitung bentangan adalah : α β =.. π ( Rd + K. t) 360 (Frank W. Wilson, 1984:) Keterangan β = panjang busur pada sumbu netral (mm) α = sudut bending ( 0 ) Rd T K = radius dalam (mm) = tebal plat (mm) = konstanta untuk letak sumbu netral Untuk Rd t, maka K = 0,33 Untuk Rd t, maka K = 0, Lay Out Frame Tegak Depan Kanan dan Kiri Gambar 4. Penampang frame tegak depan kanan dan kiri 8

41 Diketahui : t = (mm) Ukuran lebar bentangan : L = L1 + L + L3 + L4 + L5 Dimana, L1 L = 0 mm = (.t) = 18 mm L3 = 40 (.t) = 36 mm L4 = 40 - (.t) = 36 mm L5 L = 5 mm = L1 + L + L3 + L4 + L5 = = 135 mm Ukuran panjang bentangan H = 1900 mm Jadi untuk ukuran potongan plat frame tegak depan kanan dan kiri L = 135 mm H = 1900 mm 9

42 4.1. Lay Out Frame Tegak Belakang Kanan dan Kiri Gambar 4.3 Penampang frame tegak belakang kanan dan kiri Ukuran lebar bentangan : L = L1 + L + L3 + L4 + L5 Dimana L1 L = 0 mm = - (.t) = 18 mm L3 = 40 (.t) = 36 mm L4 = 40 (.t) = 36 mm L5 = 14 t = 1 mm Jadi ukuran lebar bentangan : L = L1 + L + L3 + L4 + L5 = = 1 mm 30

43 Jadi untuk ukuran potonan frame belakang kanan dan kiri adalah : L = 1 mm H = 1900 mm Lay Out Frame Lebar Depan Atas dan Bawah Gambar 4.4 Penampang frame tegak belakang kanan dan kiri Ukuran lebar bentangan : L = L1 + L + L3 + L4 + L5 Dimana, L1 L = 0 mm = (.t) = 18 mm L3 = 40 (.t) = 36 mm L4 = 40 - (.t) = 36 mm L5 = 5 mm 31

44 L = L1 + L + L3 + L4 + L5 = = 135 mm Ukuran panjang bentangan : W = 596 mm Jadi untuk ukuran potongan plat frame lebar depan atas dan bawah : L = 135 mm W = 596 mm Lay Out Frame Lebar Belakang Atas dan Bawah Gambar 4.5 Penampang frame lebar belakang atas dan bawah Ukuran lebar bentangan : L Dimana L1 L = L1 + L + L3 + L4 + L5 = 0 mm = - (.t) = 18 mm 3

45 L3 = 40 (.t) = 36 mm L4 = 40 (.t) = 36 mm L5 = 14 t = 1 mm Jadi ukuran lebar bentangan : L = L1 + L + L3 + L4 + L5 = = 1 mm Jadi untuk ukuran potongan frame lebar belakang atas dan bawah adalah : L = 1 mm W = 596 mm Lay Out Frame Tebal Atas dan Bawah Gambar 4.6 Penampang frame tebal atas dan bawah 33

46 Ukuran lebar bentangan : L Dimana L1 L = L1 + L + L3 + L4 + L5 + L6 = 0 mm = (.t) = 18 mm L3 = 40 (.t) = 36 mm L4 = 40 (.t) = 36 mm L5 = (.t) = 18 mm L6 = 0 mm Jadi ukuran lebar bentangan : L = L1 + L + L3 + L4 + L5 + L6 = = 148 mm Jadi untuk ukuran potongan frame tebal atas dan bawah adalah : L = 148 mm D = 54 mm 4. Perhitungan Short Circuit Short circuit atau korsleting atau hubungan singkat (dari bahasa Belanda kortsluiting) adalah suatu hubungan dengan tahanan listrik yang 34

47 sangat kecil, mengakibatkan aliran listrik yang sangat besar dan bila tidak ditangani dapat mengakibatkan ledakan dan kebakaran Perhitungan short circuit 50 ka (5000 A) Gambar 4.7 Lay out busbar 50 ka (5000 A) Dari gambar diatas dapat dihitung gaya short circuit dengan : F = 1.53 x k x n x L Isc x x 10 (Merlin Gerlin, 1987 : A1) d Keterangan : F : Gaya yang timbul ( dan ) k : Suatu koefisien, dimana besarnya tergantung dari ukuran busbar dan jaraknya ( lihat tabel MG page A-4) N : Koefisien assymetri Menurut standar IEC : n = 1.5 untuk Isc < 5 ka n = 1.7 untuk 5 ka < Isc < 10 ka 35

48 n = untuk 10 ka < Isc < 0 ka n =.1 untuk 0 ka < Isc < 50 ka n =. untuk Isc > 50 ka Isc : Arus hubungan singkat ( ka) L : Jarak antar busbar support ( mm ) d : Jarak antar phase ( mm ) b = 100 a 30 d = a = =.5 k = 0.85 ( lihat table ) Jadi : F = 1.53 x 0.85 x. x x x = 69,44 dan F = 694,4 N 36

49 4.. Perhitungan short circuit 50 ka (5000 A) b = 100 a 30 d = a = = 6.67 Gambar 4.8 Lay out busbar 50 ka (5000 A) k = 0.99 ( lihat table ) Jadi : F = 1.53 x 0.99 x. x x x = dan F = 7331,1 N 37

50 4..3 Perhitungan short circuit 50 ka (4500 A) b = 15 a 30 d = a = =.5 Gambar 4.9 Lay out busbar 50 ka (4500 A) k = 0.75 ( lihat table ) Jadi : F = 1.53 x 0.75 x. x x x = dan F = 6479,5 N 38

51 4..4 Perhitungan short circuit 50 ka (4500 A) b = 15 a 30 d = a = = 6.67 Gambar 4.10 Lay out busbar 50 ka (4500 A) k = 0.96 ( lihat table ) Jadi : F = 1.53 x 0.96 x. x x x = dan F = 7109 N 39

52 4..5 Perhitungan short circuit 50 ka (1500 A) b = a d = a = =.5 Gambar 4.11 Lay out busbar 50 ka (1500 A) k = 0.96 ( lihat table ) Jadi : F = 1.53 x 0.96 x. x x x = 99.8 kg F = 99,8 N 40

53 4.3 Perhitungan Gaya yang Terjadi Pada Frame Perhitungan Momen Inersia Frame Tegak Depan Tebal plat mm Gambar 4.1 Penampang frame tegak depan kanan kiri Titik berat pada masing masing bidang : X1 : 10 mm X : 1 mm X3 : 40 mm X4 : 59 mm X5 : 7.5 mm Y1 : 1 mm Y : 11 mm Y3 : 1 mm Y4 : 0 mm Y5 : 39 mm Titik berat bidang : X = X = X1. A1 + X. A + X 3. A3 + X 4. A4 + X 5. A5 A1 + A + A3 + A4 + A5 (10.40) + (1.44) + (40.7) + (59.80) + (7.5.50) X = 43,88 mm 41

54 Y = (1.40) + (11.44) + (1.7) + (0.80) + (39.50) Y = 17,3 mm Momen inersia : Ix = Ix 1+ A1( Y Y1) + Ix + A( Y Y ) + Ix3 + A3( Y Y3) + Ix 4 + A4( Y Y 4) + Ix5 + A5( Y Y 5) = + ( ) + + ( ) , , ( 17,3 1) ( 17,3 0) ( 17,3 0) = mm 4 Ix = Iy 1+ A1( X X1) + Iy + A( X X ) + Iy3 + A3( X X 3) Iy 4 + A4( X X 4) + Iy5 + A5( X X 5) = + ( ) + + ( ) , , ( 43,88 40) ( 43,88 60) ( 43,88 7,5) = mm 4 Jadi momen inersia untuk frame tegak depan adalah : 1 3 I = Ix + Iy = = mm Perhitungan Gaya yang diijinkan pada konstruksi F. L 3. V Y = (Ferdinand L. Singer, 1995 : 65) 384. E. I 4

55 Keterangan : Y = Defleksi yang diijinkan (mm) F = Gaya yang terjadi (N) L = Panjang rangka yang terkena gaya (mm) E = Mosulus elastisitas (N/mm ) I = Momen inersia ( mm 4 ) V = Faktor keamanan = 5 Diketahui : Y = 1 mm L = 1900 mm E =.1 x 10 5 N/mm I = mm 4 Jadi : 3 F = 384.,1x F = ,1x F = 84 N Perhitungan Momen Inersia Frame Tegak Belakang Tebal plat mm Titik berat pada masing masing bidang : X1 : 10 mm X : 1 mm X3 : 40 mm X4 : 59 mm X5 : 5 mm Y1 : 1 mm Y : 11 mm Y3 : 1 mm Y4 : 0 mm Y5 : 39 mm 43

56 Gambar 4.13 Penampang frame tegak depan kanan kiri Titik berat bidang : X = X = X1. A1 + X. A + X 3. A3 + X 4. A4 + X 5. A5 A1 + A + A3 + A4 + A5 (10.40) + (1.44) + (40.7) + (59.80) + (5.4) X = 39,1 mm Y = (1.40) + (11.44) + (1.7) + (0.80) + (39.4) Y = 15,1 mm Momen inersia : Ix = Ix 1+ A1( Y Y1) + Ix + A( Y Y ) + Ix3 + A3( Y Y3) + Ix 4 + A4( Y Y 4) + Ix5 + A5( Y Y 5) = + 40( 15,1 1) ( 15,1 11)

57 ( 15,1 1) ( 15,1 0) + + 4( 15,1 39) = 44803,93 mm 4 Ix = Iy 1+ A1( X X1) + Iy + A( X X ) + Iy3 + A3( X X 3) + Iy 4 + A4( X X 4) + Iy5 + A5( X X 5) = + 40( 39,1 10) ( 39,1 1) ( 39,1 40) ( 39,1 59) + + 4( 39,1 39) = 89477,64 mm 4 Jadi momen inersia untuk frame tegak belakang adalah : 3 I = Ix + Iy = 44803, ,64 = 13481,57 mm Perhitungan Gaya yang diijinkan pada konstruksi Y F. L 3. V = 384. E. I Keterangan : Y = Defleksi yang diijinkan (mm) F = Gaya yang terjadi (N) L = Panjang rangka yang terkena gaya (mm) E = Mosulus elastisitas (N/mm ) I = Momen inersia ( mm 4 ) V = Faktor keamanan Diketahui : Y = 1 mm L = 1900 mm 45

58 E =.1 x 10 5 N/mm I = 13481,57 mm 4 V = 5 Jadi : 3 F = x , F = ,1x , F = 63, N Perhitungan Gaya Konstruksi Perhitungan gaya konstruksi yang terjadi diambil dari jarak support busbar yang ada pada konstruksi. Jarak support busbar pada konstruksi adalah 500 mm, maka gaya yang terjadi adalah : Y F. L 3. V = 384. E. I 3 F = x , F = ,1x , F = 1735,5 N Untuk 4 buah tiang maka F = 17.35,5 x 4 = N Sedangkan gaya short circuit yang terjadi adalah 99,8 N F > Fsc 46

59 Jadi menurut perhitungan diatas, konstruksi frame aman dikarenakan frame mampu menahan beban dan gaya yang terjadi akibat gaya short cicuit. 4.4 Perhitungan Kekuatan Baut Support Busbar Ditinjau dari gaya geser permukaan sisi-sisi baut Gambar 4.14 Baut M6 V. F P = cosα (Strength of Material, PEDC Bandung, 1983) 1 π ( D d ). n 4 cosα Dimana : P = Tekanan pada ulir ( N/mm ) St 37 : 370 N / mm F = Gaya geser ( N ) D = Diameter ulir bagian luar ( mm ) d = Diameter ulir bagian dalam (mm) n = Banyaknya ulir yang menahan persatuan keliling α = Sudut kemiringan dari ulir ( 0 ) V = Faktor keamanan beban kejut : 6 47

60 F = P. 1 π ( D 4 V d ). n F π (6 = ) F = 1084,4 N Masing - masing support busbar mempunyai 4 baut dan 1 unit panel terdapat 8 support busbar, jadi jumlah baut support busbar = 3 baut Kemampuan menahan gaya beban akibat short circuit : F = kg x 3 F = N Fsc = 99,8 N F > Fsc Jadi menurut perhitungan diatas, maka baut yang ada mampu menahan gaya akibat short circuit yang terjadi pada support busbar Ditinjau dari gaya tarik pada diameter baut Masing - masing support busbar mempunyai 4 baut dan 1 unit panel terdapat 8 support busbar, jadi jumlah baut support busbar = 3 baut Kemampuan menahan gaya beban akibat short circuit : Diketahui : P = 99,8 N σ t = 100 Mpa = 100 N/mm n = 3 Maka : π P = ( dc). σt.n (Machine Design, 005 : 349) 4 48

61 dc = = P π.100. n 4 99,8 π dc = diameter dalam ulir = 3.7 dc = 1,9 mm Dari perhitungan diatas dapat diketahui di table (terlampir) dapat diambil kesimpulan bahwa diameter nominal baut adalah.5 mm. Jadi dengan menggunakan baut M 06 maka aman. 4.5 Perhitungan Kekuatan Eye Bolt Eye bolt digunakan untuk mengangkat panel pada saat penempatan di lokasi. Adapun eye bolt yang dipakai adalah dengan ukuran M1, sedangkan beban panel diasumsikan 700 Kg. Tegangan tarik yang diijinkan eye bolt tidak lebih dari 100 Mpa. Maka : Diketahui : P = 700 Kg = 6867 N σ t = 100 Mpa = 100 N/mm Maka : π P = ( dc). σt 4 dc = P π (Machine Design, 005 : 349) dc = diameter dalam ulir 49

62 = 6867 π = 87.5 dc = 9.35 mm Dari perhitungan diatas dapat diketahui di table (terlampir) dapat diambil kesimpulan bahwa diameter nominal baut adalah 10 mm. Jadi dengan menggunakan eye bolt M 1 maka aman. 50

63 BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan Dari hasil analisa perhitungan terhadap struktur kekuatan rangka box HML maka dapat diketahui besarnya gaya short circuit yang terjadi di dalam box panel adalah sebesar 99,8 N sedangkan gaya yang terjadi pada frame keseluruhan adalah N, jadi gaya gaya pada frame mampu menahan gaya short circuit, dengan demikian konstruksi box dengan tinggi 1900 mm lebar 600mm dan tebal 600mm dan tebal plat mm tersebut aman untuk digunakan sebagai box panel. Pemakaian baut baut M6, dengan menempel pada plat mm adalah aman, dengan syarat bahwa hasil dari ulir tap sempurna atau tidak cacat. Demikian juga untuk penggunaan baut M6 untuk menggabungkan part dinyatakan aman. 5.. Saran Desain box free standing HML ini masih terkesan seperti kurang kokoh atau ringkih, oleh sebab itu untuk lebih dapat menampilkan kesan kokoh baik secara visual dan perhitungan maka perlu diadakan perubahan terhadap dimensi tekukan pada frame. Yaitu dengan merubah dimensi tekukan yang semula 40 mm menjadi 50 mm. Baut support busbar yang semula menggunakan ulir pada tebal plat sebaiknya diganti menjadi mur baut M6. Hal ini ditinjau dari aspek teknis dan human eror saat melakukan pengetapan pada plat. 51

64 Kesalahan dalam pengetapan akan mengakibatkan kurangnya kekuatan ulir terhadap baut. Untuk box panel dengan KVA lebih tinggi sebaiknya baut busbar menggunakan mur baut M8, hal ini untuk menjaga terjadinya gaya short circuit yang berlebihan. 5

65 DAFTAR PUSTAKA 1. Gerlin, Merlin, 1987 : Text book of Short Circuit, Germany.. Khurmi, RS. 005 : Strenght Of Material, New Delhi. 3. Luchsinger, HR : Toll Design, Politeknik Mekanik Swiss, Bandung. 4. Sato Takhesi, N. Sugiarto, H : Menggambar Mesin Menurut Standar ISO, Pradnya Paramita, Jakarta. 5. Singer, Ferdinand, 1995 : Ilmu Kekuatan Bahan, Erlangga, Jakarta. 6. Uchida, 1999 ; Calculation of Short ircuit, Togami, Japan. 7. Wilson Frank. W, 1984 : Fundamentals Of Tool Design, Prentice Of India Private Limited, New Delhi.