Presentasi Tugas Akhir

Transkripsi

1 Presentasi Tugas Akhir Oleh : Septia Wardana Dosen Pembimbing : Ir.Eddy Widiyono,MSc Program Studi D3 Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2010

2 Kebutuhan akan produksi tempa besi dari hari ke hari semakin meningkat baik dari segi kuantitas maupun kualitas sehingga para pengrajin pandai besi tradisional kewalahan untuk memenuhi kebutuhan pasar ini. Adapun faktor yang menyebabkan hal ini terjadi adalah peralatan produksi dari pandai besi tradisional yang masih sangat tradisional dengan mengandalkan tenaga manusia dan alat Bantu yang sangat sederhana. Dengan mengetahui kebutuhan produksi pandai besi yang lebih baik, maka kita dapat mendesain, merencanakan dan menghitung seberapa besar jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk memanaskan beda kerja yang menjadi bahan baku pandai besi serta daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan komponen mesin forging mekanik seperti : belt, pulley, pen penarik, poros, pasak, dan bantalan Hasil dari perencanaan dan perhitungan, didapat tungku briket batubara dengan kapasitas 1 benda kerja denga jumlah bahan bakar briket 5 kg/jam serta mesin forging mekanik dengan kekuatan 2 ton daya 15 hp dan putaran 1765 rpm Next

3 Pendahuluan Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Perhitungan

4 Latar Belakang Pande besi adalah proses pembentukan besi yang telah lama dikenal sejak jaman dahulu.permintaan pasar akan kebutuhan produk pande besi semakin meningkat dengan tuntutan baik dari segi kuantitas maupun kualitas, namun dilain pihak tuntutan produksi pande besi tidak diiringi dengan Optimalisasi alat untuk meningkatkan hasil pruduksi pande besi. Berdasarkan pengamatan kami di lapangan, tepatnya di Pasar Purwantoro, Desa Mbangsri Kecamatan Purwantoro Kabupaten Wonogiri Jawa Tengah, kami melihat dalam proses produksi pande besi masih sederhana menggunakan tungku yang terbuat dari tanah liat yang dikipas secara bergiliran dengan tenaga manusia, serta proses tempa yang manual memakai tangan manusia. Peralatan yang digunakan menurut kami masih kurang maksimal dalam hal produksi dan juga kurang efisien dalam hal pengoperasian. Dari situlah kami mencoba untuk mengembangkan tungku dengan blower sebagai sistem pemasukan udaranya dan mesin Forging dengan sistem mekanik menggunakan motor sebagai sumber tenaganya,dengan pertimbangan sistem tersebut merupakan salah satu alternative yang dapat digunakan dalam menunjang pada proses pande besi di atas karena mempunyai beberapa keuntungan, terutama terletak pada keefisiensian tungku dan mesin forging yang dapat meningkatkan produk pande besi baik secara kuantitas maupun kualitas.. Dimana dalam Tugas Akhir ini akan direncanakan dan dihitung peralatan peralatan proses pande besi yaitu, tungku briket dan mesin forging mekanik sehingga didapatkan analisa dan perhitungan yang tepat dalam merencanakan mesin mesin terkait proses pande besi. Next

5 Rumusan Masalah Berangkat dari latar belakang diatas, maka rumusan masalah dalam tugas akhir ini adalah : Perencanaan dan perhitungan tungku Perencanaan dan perhitungan tungku briket dan mesin forging mekanik.

6 Batasan Masalah Untuk menyelesaikan permasalahan-permasalahan dalam proses perencanaan tungku briket dan mesin forging mekanik ini diperlukan adanya batasan-batasan dengan tujuan untuk memudahkan perhitungan perencanaan, penitik beratan permasalahan dan agar pembahasan berlangsung dengan baik. Dalam hal ini kami mempunyai batasan batasan sebagai berikut : Perpinadahan panas pada tungku diabaikan. Kerugian kerugian akibat gesekan, elektrik dan panas diabaiakan. Getaran selama mesin bekerja diabaikan. Hasil Las dan kerangka diasumsikan aman. Tidak menghitung beban merata pada kerangka mesin

7 Mulai Studi Literatur Observasi Sketsa Gambar Perencanaan Alat Tidak Ya Perhitungan Alat Penulisan Laporan Selesai Next

8 TUNGKU BRIKET BATUBARA Next

9 TUNGKU BRIKET BATUBARA Kotak Briket Meja Plat Besi Pipa Udara Tempat Abu Penyangga Next

10 Cara Kerja Briket batubara dibakar menggunakan pemicu (solar), setelah api mulai membesar tambahkan briket lalu nyalakan blower dan atur udara yang masuk sampai briket benar benar terbakar merata. Kemudian besarkan udara yang masuk melalui blower untuk membuat api semakin besar.lalu masukan benda kerja berupa plat, bakar hingga plat mencapai suhu austenit ( berwarna merah ke kuning-kuningan kuningan ) Next

11 Next URUTAN PERENCANAAN TUNGKU BRIKET Perhitungan Jumlah Batubara Perhitungan Konstruksi Volume kotak Batubara Perhitungan dan Konstruksi Plat Batubara Perhitungan dan Konstruksi Penampung Abu Perhitungan dan Konstruksi Pipa Perhitungan Kontruksi Meja Perhitungan Beban Total Konstruksi Penyangga

12 Mesin Forging Mekanik Besi Pengangkat Penumbuk Punch Baja Penarik Pen Penarik Pulley BENDA KERJA Poros Bearing Next Motor

13 Cara Kerja Motor listrik berputar menggerakkan pulley melalui belt. Pulley tersebut disambung dengan poros yang selanjutnya tersambung ke pen penarik. Sehingga putaran pulley sama dengan putaran pen penarik. Pada pen penarik terdapat baja memanjang yang menghubungkan dengan besi penarik dan besi penarik terhubung dengan penumbuk dan punch.bahan diletakkan diantara kedua punch. Ketika pen penarik berputar,maka baja penarik bergerak naik turun yang mengakibatkan pegas daun mengangkat penumbuk dan punch ddan setelah itu penumbuk dan punch bergerak kebawah untuk menumbuk benda kerja yang masih dalam kondisi panas, sehingga benda kerja dapat dibentuk sesuai dengan yang diinginkan. Penumbukan ini dilakukan berulang ulang sampai dirasa benda kerja telah terbentuk sesuai dengan yang diinginkan sebelum akhirnya di finishing Next

14 Urutan Perencanaan Pada Mesin Forging Mekanik. Gambar Perencanaan Perencanaan Punch Perhitungan Gaya Pembentukan Perhitungan dan Konstruksi Penampung Abu Perencanaan Poros Perencanaan Bantalan Perencanaan Pasak Spesifikasi Mesin Forging Mekanik Next

15 Kesimpulan KESIMPULAN Berdasarkan hasil perhitungan, maka didapatkan data peralatan pande besi sebagai berikut : Tungku Briket Batu bara Dengan mengetahui konstruksi tungku briket batubara maka dapat direncanakan proses produksi 1 benda kerja dalam sekali proses Carburishing (120 menit) dimana bahan bakar briket batubara yang digunakan cukup efisien (5,7kg/jam) dalam proses pemanasan sampai suhu optimal (9500) Mesin Forging Mekanik Dengan spesifikasi sebagai berikut : Kapasitas : 2 ton Putaran : 200 rpm Daya Motor : 15 hp Putaran Motor : 1765 rpm Bantlan : Ball Bearing Pasak : Datar segi empat

16

17 Dimensi Kotak yang Diperlukan Briket Dari perhitungan sebelumnya telah diketahui bahwa jumlah minimal briket yang diperlukan ialah 5,7 kg Disini diasumsikan bahwa kebutuhan untuk skala produksi minimal menggunakan 25 biji briket,dengan berat per biji briket diasumsikan 0,2 kg jadi berat total 25 biji briket ialah 5 kg Untuk lebih memudahkan perencanaan, maka diambil dimensi ruang bakar briket yaitu : = 300 mm x 300 mm x 150 mm = mm3 Karakteristik Batubara Energi yang Dibutuhkan Baja Nilai Kalor (LHV)

18 Karakteristik Batubara Batubara yang digunakan berasal dari batubara P.T bukit asam dengan komposisi sebagai berikut Karbon (C) : 84% Kadar Hidroen (H) : 2,4% Kadar Oksgen (O) : 6% Kadar Moisture (M) : 25% Kadar Nitrogen (N) : 4% Kadar Ash (ash) : 10%

19 Energi yang dibutuhkan baja Pada proses caburishing ini direncanakan volume benda keja adalah 0,00025 m 3 ( 0,10m x 0,05m x 0,05m ) Spesifikasi baja : Jenis : AISI 1045 Volume : 0,0002 m 3 Cp : 505 j.kg : 7700 kg/m 3 ρ Qbaja = 1,925 kg x 505 j/kgk x ( ) C = 1,925 kg x 505 j/kgk x 1193,15 = ,3 j = ,71 kj

20 Nilai Kalor Nilai kalor adalah besarnya energy yang dapat dibebaskan oleh bahan bakar saat pembakaran (Kj/Kg). dalam hal ini nilai kalor sudah diketahui dari data yaitu sebesar 5000 kkal/g atau kj/kg maka LHV adalah kj/kg Mencari jumlah batu bara Qbaja = LHV x B ,71 kj = x B B = 5,7 kg Jadi kebutuhan bahan bakar oven untuk setiap jamnya sebesar 5,7 kg

21 Plat Besi Untuk Briket Plat besi digunakan untuk menampung briket sejkaligus digunakan untuk membuang sisa pembakaran (abu) yang nantinya terlewatkan melalui lubang

22 Pipa pipa Jumlah Kebutuhan Udara Kecepatan Udara Pipa

23 Jumlah Kebutuhan Udara Mta = 8/3 C + 8 ( H O/8 ) + S Mta = 8/3 ( 0,84 ) + 8 ( 0,124 0,006/8) + 0,005 Mta = 3,321 kg/kg bb Mud = 10/23,15 x 3,231 Kg/kg bb Mud = 13,95 kg/kg bb Mud = Mud + Ra % Mud Mud = 13, % (13,95) Mud = 16,74 kg/kg bb

24 Kecepatan Udara dalam pipa m = m. bahanbakar waktu M udara = Mta x Mbb = 3,321 kg/kgbb. 5 kgbb/jam = 16,6 kg/jam = 0,0046 kg/dt = m p 0,0046 kg / dt 7900 kg / m 3 = m3/dt Next

25 Disini direncanakan spesifikasi blower (E3) diketahui debit udara ( Q ) sebesar 600m3/jam maka : V = V = Q 2 1/ 4 π ( D ) m / dt 2 1/ 4 (0,1 ) π V = 76433,12 m/dt Next

26 Pipa masuk blower sebesar 0,1m lalu kemudian didistribusikan melalui pipa ditribusi sebesar 0,02 m, maka kecepatan udara dicari dengan hukum kontinuitas : = Q1 = Q2 = Q1 = V2.A ,12 m/dt = V 2 1. π ( D 2 ) 4 V 2 = 76433,12 m/dt 1. (0,05 2 ) 4 π V2 = ,74 m/dt NEXT

27 Distribusi udara yang keluar dari lubang pipa distribusi, dimana diameter lubang sebesar 0,02 m maka : Q1 = Q ,74 m/dt = V3.A3 V3 = ,74 m/dt 2 1/4. π.(0,02 ) V3 = m/s Next

28 Karena jumlah lubang pada pipa distribusi berjumlah 16 buah maka kecepatan udara tiap-tiap lubang sbesar: V3 = m/s 24 V3 = m/s Next

29 Vmeja = = mm3 = 0,0113 m3 Dimana : ρ besi = 7900 Kg/mm3 Maka : ρ M = x V = 7900 kg/m3 x 0,0113 m3 = 89,27 kg

30 V = = mm3 = 0,00064 m3 Dimana : ρ besi= 7900 Kg/mm3 Maka : M = ρ x V = 7900 kg/m3 x 0,00064 m3 = 5,056 kg x 4 = 20,224 kg

31 Konstruksi Penyangga Untuk konstruksi penyangga maka kita harus mengetahui dahulu beban yang harus disangga oleh penyangga ini. berat total tungku briket ini adalah sebagai berikut = 20,856 kg + 5,8934 kg + 11,85 kg + 89,27 kg + 20,224 kg = 148,0934 kg Dari berat total tungku logam diatas maka direncankan tungku ini akan disangga oleh 4 penyangga. Spesifikasi tiap tiap penyangga adalah sebagai berikut Luas tiap penyangga = 50 mm x 20 mm x 2 tebal = 20 mm (Solid) Bahan = AISI 304 = 7900 Kg/mm3 Sehingga tiap penyangga akan menahan beban sebesar = 37,02335 kg

32 Perencanaan Punch Bahan AISI 1050 F = Gaya Forging (forging Force ) gaya pembentukan yang dibutuhkan σ c = = kgf kgf F = σ c x A = kgf x (0,05 m x 0,05 m ) = 252,5 kgf

33 Penumbuk AISI 304 Beban = 7900kg/m3 x 0,0065 m3 = 51,35 kg

34 Perencanaan Pen penarik F = 252,5 kgf η m = 0,92 α = 4 0 β = 79 0 δ Perhitungan Beban = 11 0 R η m 251,88 0,92 X R = Cos α x F = cos 40 x 252,5 = 251,88 = cosδxr = cos 80 x 251,88 = 247,5 kg F = = = 2737,7 kgf = 2678,3 N

35 Spesifikasi Benda Kerja Properties Density ( 1000 kg/m 3 ) Poisson's Ratio Elastic Modulus (Kgf) Tensile Strength (Kgf) Yield Strength (Kgf) X X X10 3 Elongation (%) 12 Reduction in Area (%) 45 Hardness (HB) 170

36 Sebelum menghitung torsi terlebih dahulu dihitung gaya yang bekerja pada punch dalam menumbuk benda kerja Data-data yang direncanakan adalah : Putaran poros (n) = 200 rpm Data yang didapatkan adalah : Ftang = 2737 kgf M punch = 5 kg M penumbuk = 51,35 kg M pegas daun = 50,17 kg M baja penarik = 10,18 kg D = 0,4 m r = 0,2 m Putaran

37 Kecepatan Putaran Pen Penarik 2 π 200 0,2 60 = 4,1 m/s F tot = Fbk Wtot = 2678,3 N 552,23 N = 2126,07 N Perhitungan torsi Data yang diketahui T = Fr.r = 2126,07 N. 0,2m = 425,214 N.m = 3763,463 lbf/in Daya Motor N = Tn p 3763, = = 11,9 hp

38 Perencanaan Pulley dan Belt Data data yang diambil dari perencanaan sebelumnya adalah Daya motor listrik (P) Putaran motor listrk (n1) Putaran poros (n2) = 11,9 hp = 8,8 kw = 1765 rpm = 200 rpm Data data yang dipilih dalam perencanaan : Jarak sumbu poros = 450 mm Diameter pulley yang digerakkan = 400 mm Maka : Daya perencanaan (Pd) = 13,2 kw Momen pada pulley penggerak ( T1 ) = 7284,3 kg.mm Momen pada pulley yang digerakkan ( T2 ) = kg.m Pemilihan Belt

39 Pemilihan Belt Dari Diagram pemilihan V belt dan koreksinya didapatkan jenis V belt tipe B. Dari tabel tentang dimensi V belt tipe B diketahui : Lebar (D) = 17 mm Tebal (h) = 10,5 mm Luasan ( A ) = 1,38 cm2 Diameter Pulley Penggerak (d1) d1 = d1 = 45,32 mm 400mm.200rpm 1765rpm Kecepatan linear v = 3,14.45, = 4,1 m/s Panjang Belt

40 Perhitungan Panjang Belt (L) π 1 L = 2C + (d 2 + d 1 ) + (d 4C 2 - d 1 ) 2 2 L = , ( ,32 ) ( ,32 ) 2 L = 1669,04 mm Sudut Kontak α d2 d1 C α = = , = 132,70 0 = 2,31 rad Gaya Keliling Pada Belt

41 Gaya keliling Pada Belt F efektif (Fe) = 394,06 kgf Tegangan yang timbul akibat beban σ d = 16,8 kg/cm2 Jumlah Belt (Z) Z = Fe = 394,06 = 16,92 2 Buah Tegangan maksimal yang ditimbulkan σ = max 394,06 σ 16,8.1,38. A 115,14 kg/cm2 Jumlah Putaran belt Per detik U = 2.5 putaran/detik Umur Belt

42 Umur Belt jam operasi Dimensi pulley Dimensi Pulley penggerak ( pulley 1 ) Dout = 52,32 mm Din = m Dimensi Pulley yang digerakkan (pulley 2 ) Dout = 407 mm Din = 382 mm Lebar pulley 1 dan 2 (B) : B = (Z-1).t+2.s B = (2-1) B = 36 mm Gaya yang diterima poros pulley Fr = 9,022 kg Berat Pulley

43 Dari tabel A1, dipilih bahan pulley dari alloy steel AISI 1050, dengan p = 7680 kg/m3 Masa Pulley 1 (m1) = 1 kg Massa Pulley 2 (m2) = 34,7 kg Mesin Forging

44 Perencanaan poros Berat pulley (Wp) = 340 N Berat Pen penarik (Wpe) = 340 N Gaya Tarikan pulley : 6134,31 N Gaya benda kerja : 2678,3 N Perencanaan Pasak Momen Bending Pada Poros Diagram Bidang Vertikal Diagram Bidang Horizontal

45 Vertikal

46 Horizontal

47 Momen bending pada poros ( ) 2 ( ) 2 M = M + M B Bx By M Bx M By = 11864,87 N.m = 18,7 N.m B ( 11864,87 ) ( 18,7 ) M = + M B 2 2 = 11864,88 N.m Torsi pad poros T = N n 2 T = ,9 200 T = 3748,5 lbf.in Dimensi Poros

48 Diketahui : M Dimensi poros B = ,1 lbf.in T = 3748,5 lbf.in Syp = Direncanakan bahan yang digunakan adalah ASTM A (Tabel A 2 ) N = M B 1 6T S y p N π D π D , ,5 + 4 π D π D 3 3 D 2,8in D 71,12 mm Dari perhitungan diatas maka diameter poros direncanakan 75 mm ( lebih besar dari D minimum), sedangkan bahan poros yang digunakan adalah ASTM A

49 Perencanaan bantalan Dari tabel tentang pemilihan bearing dipilih bearing jenis gelinding (ball bearing singel row deep groove) dengan data data sebagai berikut : Bearing number = 6215 d = 75 mm D = 130 mm B = 25 mm C0 = 9700 lb C = lb Data lain yang diperlukan dalam perhitungan bantalan adalah V = 1 (ring dalam yang berputar) b = 3 (untuk bantalan gelinding) Bearing 1 Bearing 2

50 Bearing 1 Gaya yang terjadi pada bearing 1 antara lain : FAx = 7190,41 N = 1616,468 lbf FAy = 340 N = 76,43 lbf n = 200 rpm ( ) ( ) 2 2 F = F + F r1 AX AY ( ) ( ) 2 2 F r1 = 1616, , 43 P1 = V. F r 1 = ,26 lbf = 1618,26 lbf Umur bantalan L 10 F r 1 = , 2 6 lb f C = P 1 b 6 10 x 60. n = x 1618, = 29113,35 jam kerja

51 Bearing 2 FBx = 1622,2 N = 364,68 lbf FBy = 340 N = 76,43 lbf n = 200 rpm ( ) ( ) 2 2 F = F + F r2 BX BY ( ) ( ) 2 2 F r 2 = 364, , 43 F r 2 = 117,8 lbf P 2 = V. F r 2 = ,8 = 117,8 lbf Umur bantalan L 1 0 C = P2 b x n = x 117, = ,62 jam kerja

52 Perencanaan Pasak Dari data perhitungan sebelumnya diketahui : Diameter poros = 75 mm = 2,95 in Torsi terbesar pada poros = 1207,6 N.m = 10688,16 lbf.in Dari tabel pasak diketahui : Perencanaan pasak datar segi empat dengan data sebagai berikut : W (lebar) = 0,787 H (tinggi ) = 0,787 Lmin = 2,5 Bahan pasak dipilih Malleable iron grade dengan yield strength sebesar psi Konfersi tegangan geser (Ks)cdipilih 0,7 Konfersi tegangan kompesi dipilih 1,2 Angka keamanan (N) dipilih 4 Tinjauan Terhadap Geser Tinjauan Terhadap Kompresi

53 Tinjauan Terhadap Geser L 2 T. N Ks. SypW.. D L ,16.4 0, , 787.2,95 L 1, 64in

54 Tinjauan Terhadap Kompresi L 4. T. N Kc. Syp. H. L. D ,16.4 L 0, ,787.2,5.2,95 L 1, i n Jadi panjang pasak minimum agar aman ádalah 1,315 in