digilib.uns.ac.id BAB III PERENCANAAN DAN GAMBAR 3.1 Flow Chart Pembuatan Hole Post Auger Mulai Studi Literatur Gambar Sketsa Perancangan Desain Penentuan dan Pembelian Komponen Proses Pembuatan Perakitan Analisa Dan Perbaikan Gagal Uji Kinerja Laporan Berhasil Laporan dan Produk Selesai 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 commit gambar to user sketsa dan perancangan desain 13
digilib.uns.ac.id 14 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 NO Nama Komponen 7 1 4 1 Rangka Utama 2 Rangka Gerak 3 3 Motor Bensin 4 Katrol Tangan 2 5 Bor Biopori 6 Roda 7 Reducer 5 6 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.
digilib.uns.ac.id 15 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
digilib.uns.ac.id 16 Beban (F) = massa total x gaya gravitasi = 20 kg x 9,8 m/s 2 = 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 1. Analisa pada batang A-C Gambar 3.4 konstruksi rangka bagian atas 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 R AY + R BY 98 N = 0 R AY + R BY = 98 N
digilib.uns.ac.id 17 ΣM A = 0-98 N. 250 mm + R BY. 500 mm = 0-24500 Nmm + R BY. 500 mm = 0 R BY. 500 mm = 24500 Nmm R BY = 49 N R AY + R BY = 98 N R AY + 49 N = 98 N R AY = 98 N 49 N R AY = 49 N ΣM A = 0 ΣM C = 0 = R AY. 250 mm = 49 N. 250 mm = 12250 Nmm ΣM B = 0 = R AY. 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
digilib.uns.ac.id 18 Kesetimbangan gaya dalam a. Potongan x-x NX R AY =49 N X VX 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 N M = 0 V C = 49 N M C = 12250 Nmm b. Potongan y-y NX VX R BY =49 N 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 N B = 0 V B = - 49 N M B = 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
digilib.uns.ac.id 19 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
digilib.uns.ac.id 20 a. Momen inersia ( I ) I = = = = 125952 mm 4 b. Jarak titik berat y = = = 20 mm c. Momen maksimum (M max ) = 12250 Nmm d. Tegangan yield bahan (σ y bahan ) = 620,422 N/mm 2 e. Tegangan ultimate bahan (σ u bahan ) = 723, 825 N/mm 2 f. Tegangan tarik pada rangka (σ tarik rangka ) = = = 1,95 N/mm 2 g. Faktor keamanan (S f ) = 3 Keterangan: Hal ini dikarenakan beban yang didapat oleh rangka adalah beban kejut. h. Tegangan ijin (σ ijin bahan ) = = = 206,8 N/mm 2 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
digilib.uns.ac.id 21 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/s 2 = 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 1. Analisa pada batang E-F Gambar 3.11 Konstruksi rangka bagian bawah Gaya yang bekerja pada batang dapat dilihat pada gambar 3.11 Gambar 3.12 commit Gaya to yang user bekerja pada batang
digilib.uns.ac.id 22 ΣFx = 0 ΣFy = 0 R EY + R FY 127,4 N = 0 R EY + R FY = 127,4 N ΣM E = 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 R EY + R FY = 127,4 N R EY + 63,7 N= 127,4 N R EY = 127,4 N 63,7 N R EY = 63,7 N M E = 0 M G = 0 = R EY. 250 mm = 63,7 N. 250 mm = 15925 Nmm M F = 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
digilib.uns.ac.id 23 Kesetimbangan gaya dalam a. Potongan x-x Gambar 3.13 Gambar potongan gaya 63,7 N 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 N E = 0 V E = 63,7 N M E = 0 x = 250 G N G = 0 V G = 63,7 N M G = 15925 Nmm b. Potongan y-y 63,7 N Gambar 3.15 Reaksi commit gaya to user dalam potongan y-y
digilib.uns.ac.id 24 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 N F = 0 V F = - 63,7 N M F = 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
digilib.uns.ac.id 25 a. Momen inersia ( I ) Gambar 3.17 Inersia besi hollow kotak I = = = = 125952 mm 4 b. Jarak titik berat y = = = 20 mm c. Momen maksimum (M max ) = 15925 Nmm d. Tegangan yield bahan (σ y bahan ) = 620,422 N/mm 2 e. Tegangan ultimate bahan (σ u bahan ) = 723, 825 N/mm 2 f. Tegangan tarik pada rangka (σ tarik rangka ) = = = 2,53 N/mm 2 g. Faktor keamanan (S f ) = 3 Keterangan: Hal ini dikarenakan beban yang didapat oleh rangka adalah beban kejut. h. Tegangan ijin (σ ijin bahan ) = = = 206,8 N/mm 2 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.
digilib.uns.ac.id 26 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/s 2 = 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 1. Analisa pada batang I-J Gambar 3.18 Konstruksi rangka bagian tengah Gaya yang bekerja pada batang dapat dilihat pada Gambar 3.18
digilib.uns.ac.id 27 Gambar 3.19 Gaya yang bekerja pada batang ΣFx = 0 ΣFy = 0 R IY + R JY w 1. a w 2.c = 0 R IY + R JY 0,5 N/mm. 10 mm 0,5 N/mm. 10 mm R IY + R JY = 100 N ΣM I = 0 - (w 1. a). a + (w 2. b). ( b + a + c) + R JY. 340 mm = 0 - (0,5 N/mm. 100 mm). 100 + (0,5 N/mm. 100 mm). ( 100 mm + 140 mm + 100 mm) + R JY. 340 mm = 0 - R JY. 340 mm = 17.000 Nmm - R JY = 50 N R IY + R JY = 100 N R IY + 50 N= 100 N R IY = 100 N 50 N R IY = 50 N M X = R I.x w.x.0,5.x = 50 N. x 0,5 N/mm. x. 0,5. x = 50. x 0.25. x 2 = 50 0,5 x = 0 0,5 x = 50 x = 100 mm
digilib.uns.ac.id 28 M X = R I.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 M X = R 1.x (2x-a) (x>a ; x < (a+b) = 50.110 (2.110-100) = 5500 Nmm 3000 Nmm = 2500 Nmm M max = = V 1 = R 1 w 1.x = 50 0,5.0 = 50 N = 2500 Nmm V X = R 1 w 1.a (x>a ; x < (a+b) = 50 0,5.100 = 0 Gambar 3.20 Gambar potongan gaya Kesetimbangan gaya dalam a. Potongan x-x I 50 N Gambar 3.21 Reaksi gaya dalam potongan x-x
digilib.uns.ac.id 29 Nx = 0 Vx = R 1 w 1.x Mx = R I.x w.x.0,5.x b. Potongan y-y (x<a) J 50 N Nx = 0 Vx = R 1 w 1.a Gambar 3.22 Reaksi gaya dalam potongan y-y (x>a ; x < (a+b) Mx = R 1.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
digilib.uns.ac.id 30 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 a. Momen inersia ( I ) Gambar 3.24 Inersia besi hollow kotak I = = = = 125952 mm 4 b. Jarak titik berat y = = = 20 mm c. Momen maksimum (M max ) = 2500Nmm d. Tegangan yield bahan (σ y bahan ) = 620,422 N/mm 2 e. Tegangan ultimate bahan (σ u bahan ) = 723, 825 N/mm 2 f. Tegangan tarik pada rangka (σ tarik rangka ) = = = 0,39 N/mm 2 g. Faktor keamanan (S f ) = 3 Keterangan: Hal ini dikarenakan beban yang didapat oleh rangka adalah beban kejut. h. Tegangan ijin (σ ijin bahan ) = = = 206,8 N/mm 2
digilib.uns.ac.id 31 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/s 2 = 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
digilib.uns.ac.id 32 Gambar 3.26 Gaya yang bekerja pada batang ΣFx = 0 ΣFy = 0 R MY + R NY 181,3 N = 0 R MY + R NY = 181,3 N ΣM M = 0-181,3 N. 210 mm + R NY. 420 mm = 0-8746,5 Nmm + R NY. 420 mm = 0 R NY. 420 mm = 38073 Nmm R NY = 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 R MY = 90,65 N M M = 0 M L = 0 = R NY. 210 mm = 90,65 N. 210 mm = 29036,5 Nmm
digilib.uns.ac.id 33 M N = 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 Kesetimbangan gaya dalam a. Potongan x-x Gambar 3.27 Gambar potongan gaya M 90,65 N 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 N L = 0 V L = 90,65 N M L = 19036,5 Nmm b. Potongan y-y
digilib.uns.ac.id 34 N 90,65 N 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 N N = 0 V N = - 90,65 N M N = 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
digilib.uns.ac.id 35 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 a. Momen inersia ( I ) Gambar 3.31 Inersia besi hollow kotak I = = = = 125952 mm 4 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/mm 2 e. Tegangan ultimate bahan (σ u bahan ) = 723,825 N/mm 2 f. Tegangan tarik pada rangka (σ tarik rangka ) = = = 0.3 N/mm 2 g. Faktor keamanan (S f ) = 3 Keterangan: Hal ini dikarenakan beban yang didapat oleh rangka adalah beban kejut. h. Tegangan ijin (σ ijin bahan ) = = = 206,8 N/mm 2
digilib.uns.ac.id 36 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 commit N/m 2 to dapat user dilihat seperti pada gambar 3.33
digilib.uns.ac.id 37 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
digilib.uns.ac.id 38 3.6 Perencanaan Pengelasan Perhitungan berdasarkan tipe pengelasan seperti pada gambar 3.35 dibawah ini. 196 N 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/mm 2 e = 210 mm l = 40 mm b = 40 mm Area A = t (2b + 2l) = t (2 x 40 + 2 x 40) = 160 t mm 2 Direct shear stress τ = N/mm 2 Moment M = P x e = 1716 x 210 = 360360 Nmm
digilib.uns.ac.id 39 Section modulus Z = t ( b.l + ) = t (40 x 40 + ) = 2400 t mm 3 Bending stress σ b = = = N/mm 2 Maximum shear stress τ ijin max = 123,33 N/mm 2 = = N/mm t = 0,6 mm 1 mm Bending stress σ b = N/mm 2 = N/mm σ b = 150,15 N/mm Direct shear stress τ = N/mm 2 = N/mm τ = 10,72 N/mm Real maximum shear stress τ max = = τ max = = 75,83 N/mm 2 * Didapatkan hasil bahwa tegangan geser maksimum asli adalah 75,83 N/mm 2, lebih kecil dari tegangan geser ijin maksimum. Dapat disimpulkan bahwa las dengan ketebalan 1 mm aman..