484-798-1-sm (1)

7/24/2019 484-798-1-SM (1)

1/9

PRIMAVolume 8, Nomor 1, Juni 2011 ISSN : 1411-0296

35

ANALISIS

KEKUATAN BAUT PONDASI REL CARRIER

PADA IRADIATOR GAMMA UNTUK STERILISASI HASIL PERTANIAN

SandaPusat Rekayasa Perangkat Nuklir

Badan Tenaga Nuklir Nasional

ABSTRAK

ANALISIS KEKUATAN BAUT PONDASI REL CARRIER PADA IRADIATOR GAMMAUNTUK STERILISASI HASIL PERTANIAN. Telah dirancang baut pondasi yang digunakanuntuk mengikat rel carrier yang mempunyai lintasan tertutup pada ruang sterilisasi dan nonsterilisasi dengan panjang lintasan rel sekitar 100 m. Rel merupakan lintasan carrier yangmembawa sebanyak 19 carrier dengan berat beban sekitar 19000 kg. Beban sebesar 19000 kgdapat bergerak, diam dan menggantung dalam waktu 24 jam kerja, serta menimbulkan getaran,oleh karenanya perlu dilakukan analisis terhadap rancangan kekuatan baut dan murnya agardapat terjamin keselamatan terhadap alat, produksi dan operator. Dari perhitungan dihasilkanbaut ukuran M16x2 dengan panjang efektif 455 mm dan getaran yang timbul akibat gerakan

carrier dapat diredam dengan gaya -31,4847 kg, sehingga dapat menghentikan getaran saatcarrier bergerak.

Kata kunci : analisis, kekuatan baut, carrier.

ABSTRACTS

An analysis of bolt strenght carrier rail foundation of gamma irradiator for sterilization ofagricultural products. It has been designed foundation bolts to fasten the rail carrier at closedloop circuit in the sterilization and non sterilization room, in which the circuit lenght is abaut 100meter. The rail will be used as a circuit by 19 carriers in whict each carrier has weight abaut19000 kg. The 19000 kg load will be in motion or stand still, hung up for 24 working hours, and

produce same vibrations. Therefore an analysis for the strenght of the bolt foundition should becarried out for the sake of safety of related instruments, agricultural products, and the operatorin duty. From the calculation shows that the bolt of M16x2 with effective lenght 455 mm can beused, and the vibration can be attenvated using gaya -31,4847 kg of force, so that the vibrationwill stop at the time the carrier moving.

Keywords : analysis, bolt strength, carrier.

1. PENDAHULUAN

Didalam pengawetan produkpertanian, salah satu teknologi yangdiperlukan adalah iradiator gamma yangdapat digunakan untuk sterilisasi hasilpertanian. Sampai saat ini data tentang

iradiator gamma masih perlu dilengkapi,salah satunya adalah data tentang bautpemegang rel carrier, untuk itu masihdiperlukan penyempurnaan data-datadan perhitungan baut dan adanyagetaran akibat gerakan carrier pada relconveyor, walaupun sebenarnyasampai sejauh ini sudah ada penulis lainyang telah menghitung kekuatan baut

dan getaran, namun aplikasi baut yangdigunakan dalam analisa ini untukmemegang beban vertikal kebawah danbelum didapatkan datanya. Dengandilakukan analisis ini, maka diharapkandapat diperoleh hasil perhitungan bautyang dapat digunakan untuk

memegang rel carrier sepanjang 50meter. Selanjutnya dilakukanperhitungan dengan ilmu elemen mesindan dibuat desain gambar yangmenunjukkan tata letak baut padalintasan rel carrier. Sedangkan hasilyang diharapkan dalam analisisrancangan ini adalah terwujudnya

7/24/2019 484-798-1-SM (1)

2/9


36

rancangan gambar baut yang diletakkanpada rel carrier, juga dihasilkanperhitungan baut yang konservatif dangaya redaman terhadap gerak carrieryang dapat menjamin keamanankonstruksi sistem conveyor.

2. DASAR TEORI

Untuk mengikat suatu konstruksi,diperlukan komponen yang harusdisambung atau diikat untukmenghindari terjadinya getaran terhadapsesama komponen, atau mungkin bisaterlepas dari bagian yang disambungakibat kendor bahkan bisa jadi bagianyang disambung tersebut terlepas akibatpengikatnya putus. Komponen yangdigunakan untuk menyambung minimaldua komponen mesin, bisa digunakan

baut, pena, pasak, paku keling,pengelasan, press dan lain-lain. Dalamanalisis ini dipilih komponen baut muryang digunakan sebagai komponenyang menyambung dua konstruksimesin, karena baut dapat memenuhikebutuhan konstruksi yang dirancang,yaitu konstruksi yang menggantungpada plafon. Pemilihan baut mursebagai alat pengikat harus dilakukandengan seksama untuk mendapatkanukuran yang tepat, apabila dalampemilihan baut mur terjadi kesalahan

dapat berakibat baut putus, bengkokatau ulirnya lumur (dol). Sebagaimanaditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Jenis kerusakan pada baut

Untuk menentukan ukuran baut mur,ada berbagai faktor yang harusdiperhatikan seperti sifat gaya yangbekerja pada baut, syarat kerja,

kekuatan bahan, ketelitian dan lain-lain,sedangkan gaya-gaya yang bekerjapada baut dapat berupa beban statisaksial murni, beban aksial bersamadengan beban puntir, beban geser danbeban tumbukan aksial. Dalam

perhitungan pembebanan aksial murniberlaku persamaan berikut :

t

W

A (1)

Dengan :

t = tegangan tarik yang terjadi pada

diameter inti baut, kg/mm2W = beban tarik aksial pada baut, kgA = luas penampang batang baut, mm2

2

14

A d

Dengan :d1 = diameter inti baut, mm

Pada umumnya diameter inti d1= 0,8d,bila dihitung dengan tegangan yangdiijinkan a, maka diperoleh persamaanbarikut :

2( / 4)(0,8 )t a

W

d

(2)

Sehingga diperoleh harga diameter bautsebesar :

2

a

Wd

(3)

Harga a tergantung pada macam bahandan perlakuan, misalnya Stainless Steel,Carbon Steel, dengan perlakuan tinggiheat treathment dengan mediapendingin oli tertentu, maka faktorkeamanan dapat diambil sebesar 2-4dan jika perlakuan biasa heattreathment dengan media pendinginudara, besar faktor keamanan antara4-6.

Untuk baja dengan kadar karbon 0,2-0,3% , tegangan yang diijinkan a sebesar14 kg/mm2 untuk perlakuan tinggi danjika perlakuan biasa sebesar 8,4kg/mm2.

Pada ulir dalam (mur) tinggi ulir yangbekerja menahan gaya W adalah h,seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Bila

7/24/2019 484-798-1-SM (1)

3/9


37

jumlah lilitan ulir dinyatakan z, diameterefektif ulir luar (baut) d2, dan gaya tarikpada baut maka besarnya tekanankontak pada permukaan ulir sebesar q(kg/mm2) adalah

2

aWq qd hz

(4)

dengan :qa = tekanan kontak padapermukaan yang diijinkan,kg/mm2

Gambar 2. Tekanan permukaan yangterjadi pada ulir

Tekanan kontak yang diijinkan besarnyatergantung pada kelas ketelitian dan

kekerasan permukaan ulir, ditunjukkanpada tabel 1.Tabel 1. Tekanan permukaan yangdiijinkan pada ulir

Jika persyaratan dalam tabel 1 dipenuhi,maka ulir tidak akan lumur (dol). Uliryang baik mempunyai harga tinggi ulir(h) minimal 75% dari kedalam ulirpenuh, untuk ulir biasa mempunyai

harga tinggi ulir (h) sekitar 50% darikedalam penuhnya. Untuk jumlah ulirdan tinggi mur dapat dihitung daripersamaan berikut :z W/(d2hqa) (5)

dan harga tinggi mur (H) :

H = zp (6)

dengan :p = jarak bagi, mm, menurut standarharga H = (0,8 1,0) d

Pada Gambar 3. ditunjukkan bahwagaya W juga dapat menimbulkantegangan geser pada luas bidangsilinder (d1kpz), dengan kp adalahtebal akar ulir luar/baut dengan besar

tegangan geser b (kg/mm2) sebagai

berikut :

1

b

W

d kpz

(7)

Jika tebal akar ulir dalam/mur dinyatakandengan jp, maka tegangan gesernyaadalah

n

W

Djpz

(8)

Untuk ulir metris harga k dapat diambil0,84 dan j = 0,75. Untuk pembebananpada seluruh ulir yang dianggap merata,

b dan n

harus lebih kecil dari pada

harga tegangan yang diijinkan a

.

7/24/2019 484-798-1-SM (1)

4/9


38

Gambar 3. Tegangan geser yang terjadipada ulir

Dengan gaya geser murni W (kg),

tegangan geser yang terjadi masihdapat diterima selama tidak melebihiharga yang diijinkan. Jadi (W/(/4)d2)

a , sehingga tegangan geser yang

diijinkan diambil sebesar a = (0,5

0,7)a.Untuk perhitungan panjang baut yangmasuk kedalam fondasi beton dapatdihitung dengan pertimbangan ikatanbaut terhadap beton (b), denganpersamaan :

b = .d.a (9)

Untuk konstruksi baut pondasipemegang rel conveyor ditunjukkanpada Gambar 4.

Gambar 4. Konstruksi baut pondasipemegang rel conveyor.

Dan untuk jarak posisi lubang bautpengikat conveyor ditunjukkan padaGambar 5.

Gambar 5. jarak antara lubangbaut pengikat rel conveyor

Konstruksi carrier yangmenggantung dan berjalan pada reldengan kecepatan tertentu dapatmenimbulkan frekuensi pada ayunannyasebagai berikut[1]:

L

gf

2

1 (11)

dengan :f = frekuensi gerakan carrier, Hzg = percepatan gravitasi bumi, m/detik2L = panjang lengan carrier, m

Besar kecilnya frekuensi getarantergantung dari sistemnya. Pada sistempegas massa, frekuensi tergantung padamassa beban (m) dan karakter pegas yang

dinyatakan dengan konstanta pegas (k).Pegas yang keras mempunyai konstantapegas yang besar, sedangkan pegas yanglemas mempunyai konstanta pegas yangkecil. Besaran frekuensi pegas dapatdihitung dengan persamaan :

7/24/2019 484-798-1-SM (1)

5/9


39

m

kf

2

1 (12)

dengan :k = konstanta pegas, N/m

m = masa beban, kg

Adapun ring pegas yang digunakanditunjukkan pada Gambar 6.

Gambar 6. Ring pegasHarga frekuensi getar pegas adalah :

2

'

2

m

b

m

kw (13)

sedangkan harga besar simpanganpegas dihitung berdasarkan persamaanberikut :

)cos( '2/ twAex mbt dengan :

x= panjang simpangan, mA= amplitudo gerakan,t = waktu gerak pegas, detik = sudut defleksi pegas, ow= harga frekuensi getar, rad/detikKecepatan getar pegas dapat ditentukandengan persamaan berikut :

)( 22 xAm

kv (14)

Dalam suatu konstruksi, selain gayayang menimbulkan getaran jugaterdapat gaya yang menghambat gerakgetaran. Sehingga semua gerak getaranpada akhirnya berkurang energinya danberhenti bergetar. Sebagai model

sederhana diasumsikan getaranteredam dengan gaya redaman yangsebanding dengan kecepatan benda,sehingga persamaan gerak benda dapatditulis sebagai :

F = -kx-bv (15)

dengan :F = gaya redaman, kgb = konstanta redaman, Ndetik/mv = kecepatan getar pegas,m/detik

Sedangkan bentuk grafiknya ditunjukkanpada Gambar 7.

Gambar 7.Gerak getaran peredaman

Lintasan carrieryang merupakan siklustertutup ditunjukkan pada Gambar 8,yang menjelaskan bahwa pada relsepanjang 100 m didalam dan luarruang radiasi terdapat 19 carrier dan 9

stopping carrier.

7/24/2019 484-798-1-SM (1)

6/9


40

Gambar 8. Lintasan 19 dan 9 stopping carrier

Baut fondasi dipilih yang mempunyaibentuk bengkok 90o dimaksudkan agarujung baut dapat memegang coran danmaterial yang telah disiapkan didalamcoran, sehingga baut dapat memegangrel carrier dengan kuat. Sedangkandimensi baut ditunjukkan pada Gambar9.

Gambar 9. Baut mur pemegang rel

carrier

7/24/2019 484-798-1-SM (1)

7/9


41

Sedangkan beban yang menggantungpada rel terdiri atas tote sepertiditunjukkan pada Gambar 10, yaitutempat produk pertanian yang akandiiradiasi

Gambar 10.Dimensi tote

Selain itu terdapat carrier sebagaimanaditunjukkan pada Gambar 11., yangfungsinya sebagai tempat kedudukantote dan carrier inilah yang bergerakpada lintasan rel baik pada daerahradiasi maupun pada daerah nonradiasi.

Gambar 11. Dimensi carrier

3. PROBLEM

Dalam analisis rancangan inimasalah yang timbul adalah kebutuhanbaut yang mampu memegang relsepanjang sekitar 50 m didalam ruangradiasi dengan beban carrier, tote danproduk pertanian yang menggantungpada asumsi beban maksimum 4000 kgditahan oleh 4 buah baut carrier, tanpa

perhitungan gempa dan ketika carrierberjalan menimbulkan getaran yangmengakibatkan kendornya ikatan murterhadap rel, padahal konstruksi inidipersyaratkan bekerja selama minimal8 jam dalam sehari.

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil perhitungan baut denganpersamaan pada Elemen Mesinditunjukkan sebagai berikut :1. Beban yang direncanakan Wd adalah

Wdb = beban asumsi maksimumcarrier 4000 kg dipegang oleh 4baut mur, sehingga satu bautmenyangga beban Wdb= 1000 kgWd = Wdb.fc (fc sebagai faktorkoreksi diambil 1,2)

Wd = 1000 1,2 = 1200 kg2. Bahan baut yang dipilih adalah

Baja liat /karbon dengan

0,22%C, mempunyai kekuatan tarikt

=

42 kg/mm2, dengan safety faktor = 3,maka diperoleh a = 14 kg/mm

2,

dana

=0,5 x 14 = 7 kg/mm2

3. diameter baut d adalah

2

a

Wd

14

1200.2d

d= 13,09 mmd 13,09 mm, dinaikkan menjadi

16 mm sebagai alternatif pertama, biladilihat dari tabel baut 2) diperoleh d = 16mm (baut M16 x 2).

Pemilihan ulir yaitu ulir metrik, yaituulir M16x 2.

Diameter luar ulir D = 16 mmDiameter efektif d2 = 14,701 mmDiameter dalam d1= 13,835 mmTinggi kaitan hk= 1,083 mmKekuatan ikatan beton dengan baut

(b) :b = .d.bb = 7 kg/cm

2 tegangan bengkokbahan yang diijinkan dari referensi no. 3

b = .16.0,07 = 2,6376 kg/mmPanjang baut (Hb) :

7/24/2019 484-798-1-SM (1)

8/9


42

Hb= P/bHb= 1200/2,6376Hb= 455 mm

4. Jumlah ulir mur yang diperlukan zadalah

z W/(d2hqa)

3.083,1.701,14.

1200

z

z = 85. Tekanan kontak yang terjadi padapermukaan ulir

2

a

Wq q

d hz

8.083,1.701,14.

1200

q

q= 3 kg/mm26. Tinggi mur H = 8.1,5 = 12 mm

H (0,8 1,0)16 = 12,8 16 mm,diambil H maksimum = 14 mm7. Tegangan geser baut adalah

1

b

W

d kpz

8.5,1.84,0.835,13.

1200

b

b = 2,74 kg/mm2

Tegangan geser mur adalah

n

W

Djpz

8.5,1.75,0.16.

1200

n

n = 2,65 kg/mm2

8. Membandingkan tegangan geser bautdan mur dengan tekanan permukaan

yang diijinkan :

b < qa= 2,74 3, harga ini aman

n < qa= 2,65 3, harga ini aman

9. Baut dan mur yang digunakan adalahM16 x 2 dari bahan baja dengan

0,22%C.

Sedangkan hasil perhitungan ring pegassebagai berikut :

10. Besarnya frekuensi yang terjadipada batang/tali carrier :Panjang lengan (L) = 0,5 m

L

gf

2

1

5,0

81,9

2

1

f

f = 0,7053 Hz11. Harga kekakuan ring pegas sebesar:

k = (2f)2mk = (20,7053)21000k = 19618,56 N/m

12. Harga frekuensi getar ring pegas :Dengan harga :b = 50 Ndet/mA = 0,01 m

2

'

2

m

b

m

kw

2

'

1000.2

50

1000

56,19618

w

429,4' w rad/detik

13. Harga besar simpangan pegas :

)cos( '2/ twAex mbt

)1015.429,4cos(01,0 1000.2/15.50 ex

)1015.425,4(01,0 125.2/15.50 Cosexx = 0,0016 mm

14. Kecepatan getar pegas (v) :

)( 22 xAm

kv

22 0016,001,01000

56,19618v

)00012,001,0(126

12,2472 22 v

v= 0,0019 m/detik

15. Besar gaya redaman yang dapatmenyebabkan berhentinya getaran pada

carrier :F = -kx-bvDengan harga :F=-(19618,56.0,0016)-(50.0,0019)F= -31,4847 kg

7/24/2019 484-798-1-SM (1)

9/9


43

5. KESIMPULAN

Hasil analisis rancanganmenunjukkan bahwa baut pengikat relconveyor yang digunakan berdimensiM16x2 panjang 455 mm sebanyak 100pasang dengan bahan baja liat ataubaja karbon dan bentuk badan bautdibengkokan sebesar 90o, denganmaksud agar lebih kuat dan dapatmemegang tulang coran pada fondasiplafon. Untuk ring pegas yangmempunyai kekakuan k = 19618,56

N/m dan frekuensi getar 1w 4,429

rad/detik dapat diredam dengan gaya -31,4847 kg. Hasil analisis rancangankekuatan baut dapat dijamin aman,karena besar tekanan kontak yangterjadi tidak melebihi tekanan kontak

yang diijinkan (q = 3 kg/mm2 qa = 3kg/mm2) dan adanya getaran saatcarrier bergerak berhasil diredamdengan gaya tekan sebesar -31,4847kg.

DAFTAR PUSTAKA

[1.] Eugene A. Avallone and TheodoreBaumeister III, STANDARDHANDBOOK FOR MECHANICALENGINEERS, McGraw Hill, New

York, 1997.[2.] Mashuri,dkk,:FISIKA,

Departemen Pendidikan Nasional,CV. Arya Duta, Depok, 2008.

[3.] Sularso, Ir, MSME, KiyokatsuSuga, DASAR PERENCACAANDAN PEMILIHAN ELEMENMESIN, PT. Pradnya Paramita,Jakarta, 1983.

[4.] Theodore Baumeister,STANDARD HANDBOOK FORMECHANICAL ENGINEERS,McGraw Hill Book Company, New

York, 1979.[5.] Tyler G. Hicks, STANDARD

HANDBOOK OF ENGINEERINGCALCULATIONS, McGraw Hill,New York, 2005.

[6.] Tyler G. Hicks, HANDBOOK OFMECHANICAL ENGINEERINGCALCULATIONS, McGraw Hill,New York, 1998.

[7.] Yayasan Dana NormalisasiIndonesia, Peraturan betonbertulang, Departemen PekerjaanUmum dan Tenaga Listrik, 1971

N.1-2

484-798-1-sm (1)

Documents