Karakteristik Material Data Perencanaan

BAB III PERENCANAAN KONVEYOR SABUK

3.1 Material Yang Diangkut

Dalam merencanakan sebuah konveyor sabuk, peninjauan terhadap material yang diangkut perlu dilakukan. Peninjauan ini bertujuan untuk mendapatkan data-data mengenai karakteristik material dan variable-variabel yang diperlukan dalam perencanaan konveyor ini.

3.1.1 Karakteristik Material

Pada perencanaan ini karakterial material yang diangkut adalah material kayu gergajian. Bentuk dan ukuran material yang dipindahkan merupakan factor penting yang berhubungan langsung dalam merencanakan dimensi sebuah konveyor, meliputi kekuatan dan kemampuan konveyor dalam pengoperasiannya. Dari hasil survey yang dilakuan di P.T. TANJUNG TIMBERINDO INDUSTRI yang mana mempunyai massa : a. Jenis kayu : Meranti b. Ukuran kemasan kayu : 8 cm x 16 cm c. Panjang : 6000 mm d. Berat kemasan : 40 kg e. Dengan kadar air : 15

3.2.1 Data Perencanaan

♦ Kapasitas angkut, Q = 30 ton perjam ♦ Panjang lintasan, L = 50 meter ♦ Sudut tanjakan, α = 0 ♦ Kecepatan, V = 0,8 ms ♦ Berat tiap kemasan, G = 40 Kg ♦ Lebar sabuk B = 0,762 meter Universitas Sumatera Utara 3.2.2 Perencanaan Sabuk Sabuk direncanakan ditumpu dengan menggunakan flat roller idler Z Gambar 3.1 Dimensi Sabuk a. Berat sabuk Pada perencanaan ini, dipilih sabuk yang terbuat dari bahan katun yang mempunyai kekuatan tarik, K t = 30 KgCm 2 A. Spivakovsky, ‘’ Conveyor and related Equipment.” dengan cover kwalitas I yang terbuat dari bahan karet campuran sintasis Gambar 3.2 Penampang Sabuk ♦ Jumlah lapisan sabuk yang dianjurkan untuk lebar sabuk 800 mm adalah i = 4 sampai 8 tabel . 7, lihat lampiran, dipilih i = 4 ♦ Tebal lapisan sabuk, � 2 = 1,25 mm ref. 2, hal. 71 ♦ Tebal lapisan top cover, � 1 = 1,0 mm ♦ Tebal lapisan bottom cover � 3 = 1,0 mm, table 2-1 ♦ Tebal sabuk keseluruhan adalah, � = � 1 + � 2 + � 3 = 7,0 mm B b c c � 1 � 2 � 3 Universitas Sumatera Utara Tabel 2-1 Tebal Cover untuk textile belt yang dilapis dengan karet Load characteristic Material Cover thickness, mm see Fig. 32 Loaded Side � 1 Return Side � 2 Granular and powdered nonabrasive Fine-grained and small lumped, abrasive, medium and heavy weight a’ 60 mm; V 2 tons per cu m Medium-lumped, slightly abrasive , medium and heavy weight a’ 160 mm; V 2 tons per cu m Ditto abrasive Large-lumped, abrasive , heavy weight a’ 160 mm; V 2 tons per cu m Light loads in paper and cloth packing Loads in soft containers Loads in hard containers weighing up to 15 kg Ditto wrighing over 15 kg Untared loads A. Bulk Loads Grain, coal dust Sand, foundry sand, cement, crushed stone coke Coal, peat briquettes Gravel, clinker, stone ore, rock salt Manganese ore, brown iron one B. Unit Loads Paecels, packages books Bags, bales, packs Boxes, barrels, baskets Machine parts, ceramic articles, building elements 1,5 1.5 to 3.0 3.0 4.5 6.0 1.0 1.5 to 3.0 1.5 to 3.0 1.5 to 4.5 15 to 6.0 1.0 1.0 1.0 1.5 1.5 1.0 1.0 1.0 1.0 to 1.5 1.0 to 1.5 Sumber : Referensi A. Spivakovsky, ‘’ Conveyor and related Equipment.” Universitas Sumatera Utara Sesuai dengan referensi A. Spivakovsky, ‘’ Conveyor and related Equipment.” berat sabuk persatuan panjang adalah: q p = 1,1 . B � 1 + � 1 + � 2 . 1 + � 3 II - 2 = 1,1 . 0,762 1,0 + 1,25 . 4 + 1,0 = 5,87 kgm 3.2.3 Beban-beban yang Diterima Sabuk Beban-beban yang diterima oleh sabuk terdiri dari beban yang diangkut. Berat sabuk sendiri dan tahanan-tahanan yang terjadi disepanjang sistem konveyor sabuk. Tahanan-tahanan yang terjadi pada system konveyor sabuk terdapat pada bagian sisi tegang, bagian lengkung sabuk dan sisi kendornya. Adapun besarnya tahanan-tahanan tersebut dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut a. Tahanan pada sisi tegang sabuk Gambar 3.3 Tahanan Sabuk Wt = q + qb + q’p L. w’ II - 3 Dimana : q = berat muatan persatuan panjang, kgm q b = berat sabuk persatuan panjang, kgm q’ P = berat bagian roll yang berputar, kgm L = panjang lintasan conveyor, m w = koefisien tahanan idler roll terhadap bearing w’ = 0,022 lihat tabel 2 - 2 b. Tahanan pada sisi balik sabuk W b = q b + q” p L W’ II - 4 Dimana q” P adalah berat idler roll yang berputar pada sisi balik sabuk + + 6 5 q” p q’ p q b 8 7 Wt W b 4 1 2 Universitas Sumatera Utara Tabel 2 – 2 Faktor tahanan idler pada bantalan Operating conditions Characteristic of the operating conditions Factor to’ fo : idlers Flat Throughing Favourable Operation in clean, dry premises in the absence of abrasive dust 0.018 0.020 Medium Operation in heated premises in the presence of a limited amout of abrasive dust, normal air humidity 0.022 0.025 Adverse Operation in unheated premises or out-of doors large amount of abrasive dust, excessive moisture or other factors present adversely affecling the operation of the bearing 0.035 0.040 Sumber : Referensi A. Spivakovsky, ‘’ Conveyor and related Equipment.” halaman 104 c. Tahanan pada lengkung sabuk Besarnya tahanan yang terjadi pada saat sabuk melalui pulley merupakan selisih tegangan tarik antara sisi kencang sabuk dengan sisi kendornya. Gambar 3.4 Tahanan pada Bagian Lengkung Sabuk ♦ T t = tegangan tarik pada sisi tegang sabuk, Kg + T t T k Universitas Sumatera Utara ♦ T k = tegangan tarik pada sisi kendor sabuk, Kg ♦ θ = sudut lingkup sabuk pada pulley, radian Rasio tegangan yang terjadi antara kedua sisi pada flat belt dapat dilihat pada gambar berikut Gambar 3.5 Tegangan pada sabuk Untuk elemen sabuk sepanjang P - Q dengan sudut lingkungan pada pusat pulley θ, gaya –gaya yang bekerja adalah: ♦ Tegangan sabuk T pada titik P ♦ Tegangan sabuk T + δT pada titik Q ♦ Gaya normal reaksi RN dan ♦ Gaya gesek F = µRN, dimana µ adalah koefisien gesek antara sabuk dengan pulley Penjumlahan dari gaya - gaya horizontal menghasilkan : RN = T + δT sin �� 2 + T sin �� 2 i Untuk harga �� 2 µ , sin �� 2 = �� 2 sehingga persamaan menjadi : RN = T + δT �� 2 + T �� 2 = T ��+ ST �� 2 Karena δT �� 2 dapat diabaikan, maka: RN = T �� ii Universitas Sumatera Utara Penjumlahan dari gaya - gaya yang bekerja pada arah vertical diperoleh: F= T + δT cos �� 2 + T cos �� 2 iii Untuk �� 2 , cos �� 2 = 1 dan F = µ x RN , RN = T + δT �� 2 + T �� 2 = T ��+ ST �� 2 Sehingga x µ T + δT - T atau RN �� µ iv Dengan menggabungkan persamaan ii dan iv akan di dapatkan: T �� = �� µ atau �� T = µ . �� Dengan menggunakan integrasi, diperoleh : Ln = � � � � = �. � atau T t = � � .� . T k II-5 Besarnya tegangan efektif T e merupakan selisih antara tegangan pada sisi tegang sabuk dengan tegangan pada sisi kendornya T e = T t - T k = T k � � .� − 1 II-6 Harga koefisien gesek �, untuk pulley yang terbuat dari baja atau besi cor dengan bahan sabuk dari katun adalah sebesar � = 0,20 tabel .21, lihat lampiran Selanjutnya berdasarkan gambar 2.4 tegangan konveyor sabuk pada titik 1 – 2 adalah : T2 = T 1 . � � .� = 1,87 T 1 Tahanan sabuk antara titik 2 – 3 Wt. 2-3 = q + qb + q’b L. w’ Wt. 2-3 = 20 + 5,87 + 5,86 45. 0,022 T 2 T 1 2 Universitas Sumatera Utara = 31,41 Kg Tegangan tarik pada titik 3 - 4 T 3 = T 2 + W t . 2 – 3 = 1,87 T 1 + 31,41 T 3 = T 4 . � � .� � = 0,30 = 0,33 T 3 � = 210 Tahanan sabuk antara titik 4 - 5 Wt. 4-5 = qb + q’b L. w’ Wt. 2-3 = 5,87 + 2,93 0,75. 0,022 = 0,15 Kg T 5 = T 4 + W k . 4 – 5 = 0,62 T 1 + 10,52 Tegangan sabuk pada titik 5 – 6 T6 = T 5 . � � .� � = 0,022 = 1,04 T 5 � = 102 Tahanan sabuk antara titik 6 - 7 W k. 6-7 = qb + q”b L. w’ = 5,87 + 2,93 43,5. 0,022 = 8,42 Kg Tegangan tarik sabuk antara titik 7 - 8 T 7 = T 6 + W k . 6 – 3 = 1,04 T 5 + 8,42 = 0,65 T 1 + 19,36 T 8 = T 7 . � � .� � = 0,020 = 1,04 T 7 � = 102 Tahanan sabuk antara titik 8 - 1 W k. 8-1 = qb + q”b L . w’ = 5,87 + 2,93 0,75 . 0,022 Universitas Sumatera Utara = 0,15 Kg Tegangan tarik sabuk antara titik 7 - 8 T 1 = T 8 + W k . 8 – 1 = 0,68 T 1 + 19,51 = 060,96 Kg 3.2.4 Distribusi Tegangan Tarik disepanjang Sabuk Konveyor Sabuk Setelah teggangan tarik sabuk pada titik – 1 diperloleh, maka gaya tarik pada titik-titik lainnya dapat dihitung. Hasil perhitungan secara lengkap beserta distribusi tegangan disepanjang sabuk dapat dilihat pada gambar berikut: - T 1 = 60,96 N - T 2 = 114 N - T 3 = 145,41 N - T 4 = 47,98 N - T 5 = 48,13 N - T 6 = 50,06 N - T 7 = 58,48 N - T 8 = 60,81 N Gambar 3.6 Distribusi tegangan tarik disepanjang sabuk Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa gaya tarik maksimum terjadi pada titik -3, dimana sabuk diputar oleh pulley penggerak yaitu sebesar, T = 145, 41 Kg 3.2.5 Pemeriksaan Kekuatan Sabuk Untuk mengetahui kemampuan sabuk dalam mengangkut beban, kekuatan sabuk perlu diperiksa dengan cara menghitung besarnya faktor keamanan. Universitas Sumatera Utara Besarnya faktor keamanan A. Spivakovsky, ‘’ Conveyor and related Equipment.” adalah: � � = � � − � � ��� II - 7 Dimana: K t = Kekuatan tarik sabuk persatuan lebar. Unuk sabuk dengan bahan katun biasa K t = 30 KgCm T m = Tegangan tarik maksimum yang diterima sabuk. B = Lebar sabuk, 762 mm � � = 30 − 76,20 145,41 = 15,77 Dari perhitungan diatas terlihat bahwa faktor keamanan sabuk cukup besar. Hal ini berarti sabuk yang dipilih dapat dipergunakan 3.2.6 Pemeriksaan Jumlah Lapisan Sabuk Jumlah lapisan sabuk minimum dapat dicari dengan menggunakan persamaan 111, referensi 2 � ≥ �− � ��� �. � � II - 8 Dimana k adalah faktor keamanan yang besarnya tergantung dari jumlah lapisan sabuk. Menurut tabel 2 – 3, besarnya k = 9,0 Tabel 2-3 Gaktor keamanan untuk pemilihan jumlah lapisan sabuk Number of belt pilles 2 to 4 1 to 5 6 to 8 9 to 11 12 to14 Safety factor k 9 9.5 10 10.5 11.0 Sehingga jumlah lapisan sabuk minimum adalah : � = 9,0 − 145,41 30 .76,20 = 1,0 Universitas Sumatera Utara Terlihat bahwa jumlah lapisan sabuk yang dipilih telah memenuhi persyaratan 3.2.7 Perencanaan Roller Idler Konveyor sabuk yang direncanakan untuk mengangkut kertas merupakan jenis flat konveyor sabuk. Sehingga hanya ada satu jenis idler yang dipergunakan yaitu flat roll idler. Gambar 3.7 Dimensi roller idler Menurut referensi A. Spivakovsky, ‘’ Conveyor and related Equipment.” dianjurkan untuk lebar belt 400 - 800 mm, diameter roller, D = 108 mm. Panjang roller direncanakan, B f = 900 mm Konstruksi flat roller idler terdiri dari silinder baja yang ditumpu pada poros yang dilengkapi dengan bantalan dan rumah bantalan. Pemantauan roller idler seperti terlihat pada gambar berikut: L 1 L 1 L 2 Gambar 3.8 Penempatan roller idler Jarak spasi tiap roller pada sisi tegang sabuk, 1 1 adalah 1300. Sedangkan untuk return idler, 1 2 = 1 1 . 2 = 2600 mm tabel.10, lihat lampiran a. Berat roller idler Berat bagian roller yang berputar persatuan panjang sabuk dapat dicari dengan menggunakan persamaan 140 dan persamaan 141, referensi A. Spivakovsky, ‘’ Conveyor and related Equipment.” Pada sisi tegang sabuk B f D Universitas Sumatera Utara � � ′ = 10 . � + 3 1 1 II - 9 = 10 . 0,762 + 3 1300 = 5,86 Kgm  Pada sisi balik sabuk � � = 10 . � + 3 1 2 II-10 = 2,93 Kgm b. Kecepatan putar roller idler  Pada sisi tegang sabuk � � = 60.� � .� II-11 = 60 .0,80 �.0,108 = 141,47 rpm c. Beban pada roller Beban-beban yang diterima oleh roller idler terdiri dari berat muatan kertas, berat sabuk dan berat shell roller idler sendiri Gambar 3.9 Distribusi beban pada roller Beban angkut berupa unit muatan. Sehinggga distibusi muatan yang diterima oleh roller tidak merata. Dalam perhitungan ini akan dicari beban maksimum yang diterima oleh sebuah roller Dengan metode Clapayron diperoleh: q p q p q p q p q q q q b 300 350 650 350 350 350 q p .1 q q b .1 q p . q b 11 q b .1 q q p .1 A B C 1300 1300 Universitas Sumatera Utara � �1 = � �2 = � � . � � 6 . �� . � � 2 − � 1 2 II-12 = 1 6 . �� .130 20 . 30 130 2 − 30 2 + 5,87 . 1,3 2 . 65 . 130 2 − 65 2 + 5,86 . 1,3 2 . 130 130 2 − 0 2 = 1 2580 �� 9600000 + 8173087 + 21757769 = 15322,037 EI i = � � . � 3 � � II-13 � �1 = � �2 = 130 �� 3 �� ii Dengan menggabungkan persamaan i dan ii akan didapatkan: � � = � � =========== 41825,30 = 43,33 M b M b = 965,27 Kg-Cm R b = 5,86 . 1,3 + 5,87 . 1,3 + 20.30 130 + 2.� � 130 = 7,62 + 7,62 + 4,6 + 13,74 Rb = 33,58 Kg Gaya ini merupakan gaya yang harus ditanggung oleh sebuah roller idler. Gaya lintang tersebut diasumsikan terdistribusi secara merata disepanjang roller. Reaksi tumpuan : R 1 = R 2 R b 2 = 16,79 Kg Momen bending maksimum Terjadi pada jarak x = ½ L M m = R 1 . x - ½ q r . x 2 R 1 R 2 SFD R BMD M X Universitas Sumatera Utara = 3505.5 Kg. mm Tegangan normal maksimum yang terjadi pada roller adalah : λ max = � � � � II-15 Dimana W b adalah momen tahanan terhadap bending : λ max = 32 . � � .� � . � 4 − � 4 Roller idler direncanakan memiliki diameter dalam sebesar, d = 98 mm, maka besarnya tegangan maksimum yang terjadi adalah λ max = 0,89 Kgmm 2 . Untuk ini dapat dipergunakan bahan plat tebal, t = 6 mm baja St 50 yang memiliki kekuatan lentur maksimum sebesar λ b = 1700 KgCm2 d. Poros roller idler Reaksi tumpuan : R 1 = R 2 R b 2 = 16,79 Kg Momen bending maksimum Terjadi adalah M max = R r . 30 R 1 R 2 BMD M R 2 R 1 X Universitas Sumatera Utara = 503,7 Kg. mm Tegangan normal maksimum yang terjadi pada poros adalah : λ max = � � � ��� � � = � � 32. � ��� �� 3 Direncanakan poros memiliki diameter terkecil, d = 20 mm dan diameter, D = 22 mm dengan radius r = 1 mm dan panjang poros, L= 896 mm. sehingga diperoleh factor konsentrasi tegangan, K s = 1,5 gambar 1,2 lihat lampiran. Maka diperoleh harga tegangan normal maksimum λ max = 72,2 KgCm 2 . Sehingga poros dapat dibuat dari bahan St 42-1 yang memiliki kekuatan tarik sebesar, λ b = 410 Nmm 2 3.2.8 Pemilihan Bantalan Rolller Idler Beban yang diterima bantalan berupa beban radial murni maka dapat dipilih jenis Deep Grove Ball - Bearing DIN 625. Dimensi yang sesuai dengan diameter poros dan memiliki umur relative lama adalah bantalan dengan nomor 6004 Gambar 3.10 Penampang bearing Dimensi bantalan : ♦ Diameter dalam d = 20 mm ♦ Diameter luar D = 42 mm ♦ Lebar bantalan B = 12 mm ♦ Beban dasar C = 453,60 Kg ♦ Beban radial Pr = 16,79 Kg D d B Universitas Sumatera Utara ♦ Beban aksial Pa = 0 ♦ Beban ekivalen P = Pr = 16,79 Kg ♦ Umur bantalan L h L h = 10 6 60 .� � � 3 II-16 = 2323011 jam 3.2.9 Perencanaan Pulley Pulley idler direncanakan dibuat dari bahan yang sama dengan pulley penggerak. Tetapi pada permukaan pulley penggerak dilapisi dengan karet. Hal ini dimaksudkan agar harga koefisien gesek sama besarnya dengan perhitungan sebelumnya, yaitu sebesar µ = 0,20 untuk idler pulley dan 0,3 untuk pulley penggerak Kedua jenis pulley baik untuk idler maupun sebagai penggerak, direncanakan memiliki konstruksi yang sama, yaitu terdiri dari silinder tipis yang ditumpu oleh poros dan dilengkapi dengan bantalan. Konstruksi pulley beserta bantalan dan rumah bantalannya dapat dilihat pada gambar berikut Gambar 3.11 Konstruksi pulley a. Lebar pulley Untuk menjaga agar sabuk tidak mudah terlepas dari pulley, maka lebar sabuk dianjurkan berkisar antara 100 sampai 200 mm lebih besar dari lebar sabuk referensi buku A. Spivakovsky, ‘’ Conveyor and related Equipment.”, halaman 84. Universitas Sumatera Utara Lebar pulley direncanakan B p = B + 1,38 mm = 500 mm b. Diameter pulley Diameter minimum pulley dapat dicari dengan , referensi A. Spivakovsky, ‘’ Conveyor and related Equipment.” D p ≥ k . i II-17 Dimana k adalah factor yang besarnya tergantung dari jumlah lapisan sabuk yang dipergunakan. Untuk i = 2 sampai 6 harga k = 125 sampai 150 ref. 2, hal. 84. Dipilih k = 125 D p = 125 . 4 = 500 mm 3.2.10 Pemeriksaan Kekuatan Pulley Dari perhitungan tegangan sabuk diketahui bahwa beban terbesar diterima oleh pulley penggerak. Dengan demikian pemeriksaan kekuatan cukup dilakukan pada pulley penggerak saja. a. Tekanan pada permukaan pulley �� 2 �� 2 Gaya yang bekerja pada elemen luasan dF adalah: F radial = 0 P . dF = S . Sin �� 2 + s + dS sin �� 2 Untuk , maka sin �� 2 = �� 2 P. r . b . �� = S. �� 2 + S + ds �� 2 ; karena ds �� 2 dapat diabaikan. Sehingga didapat persamaan : 3 4 T 4 T 3 S P S +δS Universitas Sumatera Utara p. r. b . �� = S . �� untuk r = R dan b = B, maka: P = � � . � II-18 = 145,41 250 .762 = P = 0,08 KgCm 2 b. Tegangan pada pulley Dengan menggunakan penurunan rumus lama diperoleh: • Tegangan pada permukaan dalam � �� = � � � 2 + � � 2 � 2 − � � 2 - 2 � � 2 � 2 − � � 2 II-19 • Tegangan pada permukaan luar � ��� = 2 � � � � 2 � 2 − � � 2 - � � 2 + � � 2 � 2 − � � 2 II-20 Dimana: P i = Tekanan pada permukaan dalam, P i = 0 P = Tekanan pada permukaan luar, P i = P D = Diameter luar pulley, D = 500 mm D i = Diameter dalam pulley, D = 470 mm Dari kedua persamaan diatas terlihat bahwa tegangan terbesar terjadi pada permukaan dalam pulley, yang berupa tegangan kompresi. λ max = − 2� � 2 � 2 − � 1 2 = - � � � − � 1 λ max = -7 Kgm 2 Dari pemeriksaan tekanan terhadap permukaan pulley dan tegangan maksimumnya, dapat diambil kesimpulan bahwa pulley yang direncanakan dari bahan St 34 -1 tersebut cukup aman 3.2.11 Daya Motor Penggerak Besarnya daya yang diperlukan untuk menggerakkan konveyor sabuk adalah: Universitas Sumatera Utara � = � � . � . �� 75− 7 � II-21 Dimana : T e = gaya tarik efektif pada pulley penggerak = T 3 - T 4 = 97,43 Kg V = Kecepatan linier konveyor sabuk, V = 0,8 ms S f = Faktor keamanan, diambil S f = 3,0 7 g = Efisiensi transmisi roda gigi reduksi, diasumsikan 7 g = 0,70 � = 97,43 . 0,8 . 3,0 75 − 0,70 = 4,5 HP

3.3 Perencanaan Take Up