ANALISIS BENGKOKAN PIPA BOOM ACTUATOR DENGAN COSMOS WORK TUGAS AKHIR - Analisa bengkokan pipa boom actuator dengan COSMOS work - USD Repository

   ANALISIS BENGKOKAN PIPA BOOM ACTUATOR DENGAN COSMOS WORK TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Disusun Oleh: Dimas Hamonangan S. NIM : 01 5214 118 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

  THE PIPE BENDS ANALYSIS ON BOOM ACTUATOR WITH COSMOS WORK FINAL PROJECT Presented as partial Fulfillment of the Requirements To obtain the Sarjana Teknik Degree In Mechanical Engineering By. Dimas Hamonangan S. NIM : 01 5214 118 MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

  

PERNYATAAN

  Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam penulisan tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di Universitas Sanata Darma. Dan dalam sepengetahuan saya, tidak terdapat karya orang lain terhadap topik yang sama, kecuali dasar-dasar teori dan dasar – dasar perhitungan mengikuti referensi–referensi yang telah ada sebagai acuan penulisan ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

  Yogyakarta, November 2007 Dimas Hamonangan Sitanggang

  “Kupersembahkan untuk orang tua, sahabat dan teman-teman terdekatku yang menantikan saat- saat kelulusanku”

  “Ora et Labora“ “Janganlah pernah merasa menyerah begitu saja terhadap apa yang kita jalani, segala kekurangan dan kelebihan yang kita miliki adalah bagian dari perjalanan kehidupan ini. Kesedihan, kebahagiaan,

kejahatan, keceriaan adalah bunga-bunga

kehidupan ini. Kita dilahirkan dengan kebebasan yang penuh untuk menjalani aktivitas di kehidupan ini, mungkin kita belum menyadari akan hal tersebut, tetapi tidak ada salahnya untuk mencoba langkah awal dari Universitas kita sendiri”

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas setiap waktu yang telah diberikan sehingga penulisan tugas akhir ini dapat diselesaikan.

  Selama penulisan ini, kami telah banyak mendapatkan bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak baik dukungan secara materi, bimbingan, moral, serta ide – ide yang telah diberikan selama melakukan penulisan ini. Dalam kesempatan ini penulis ucapkan banyak terima kasih kepada:

  1. Bapak Ir. Greg Heliarko, SJ., SS., B.ST., MA., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T., selaku Kaprodi Teknik Mesin dan juga Pembimbing Tugas Akhir.

  3. Bapak Ir. Rines, M.T., selaku Pembimbing Akademik.

  4. Seluruh dosen dan segenap karyawan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Darma.

  5. Kedua orang tuaku serta saudara-saudaraku yang telah memberikan dorongan dan motivasi, finansial, serta doa selama ini.

  6. Teman-teman kost “Joentoel”: Tris, Petrum Adiyanto, Lasro, akan dukungan moril selama ini.

7. Segenap teman-teman Teknik Mesin: Rio, Aditya Erlangga, Yani, Andri,

  Suryatmaja, Edy, Roy, Anggoro, Hartanto, Edo, dan segenap teman-teman teknik mesin Sanata Darma.

  8. Kekasihku Elisabeth Ayunika Permata Sari atas dorongan dan semangat untuk terus maju.

  9. Rekan-rekan serta segenap karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Darma.

  Saya menyadari penulisan Tugas Akhir ini banyak kekurangan, semoga dengan sedikit inspirasi ini dapat menjadi jalan menuju suatu hal yang lebih baik untuk penulisan tugas akhir teman-teman nantinya serta melanjutkan ke arah penelitian dan penciptaan demi kemajuan Universitas kita.

  Penyusun Dimas Hamonangan S

  

INTISARI

  Analisis bengkokan pipa pada Boom Actuator Excavator bertujuan untuk mengetahui tegangan, regangan dan displacement yang terjadi akibat pembebanan

  o

  fluida dengan tekanan kerja 4550psi dan suhu 100 C.

  Analisis dilakukan dengan menggunakan metode elemen hingga menggunakan bantuan program COSMOS Work. Hasil perhitungan disajikan kedalam kurva distribusi tegangan (Von Misses), pergeseran (Displacement), dan regangan (Restrain).

  Pipa dengan bahan AISI 1015 Normalized serta ketebalan 0.25 cm dan penambahan tumpuan mempunyai tegangan maksimum sebesar 2.869e+008 N/m^2 berada di ujung pipa.

  

ABSTRACT

  The analysis purposes of pipe bends on Boom Actuator Excavator was to know the tension, strain and displacement that was caused by fluid load at 4550

  o psi internal pressure and 100 c temperature.

  The analysis was done finite element method using COSMOS Work computer program. The result showed on the VonMisses stress, Displacement, and Restrain distribution curve.

  The pipe using AISI 1015 Normalized element with 0.25 thickness and anchor add have maximum tension profuse 2.869e+008 N/m^2 on the tip of pipe.

  DAFTAR ISI

  Halaman

  HALAMAN JUDUL ............................................................................................ i LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................. ii LEMBAR PERNYATAAN ................................................................................. iv HALAMAN MOTTO ........................................................................................... v KATA PENGANTAR.......................................................................................... vi

  INTISARI ........................................................................................................... viii DAFTAR ISI......................................................................................................... xi DAFTAR GAMBAR.......................................................................................... xiii DAFTAR TABEL ............................................................................................... xv BAB I PENDAHULUAN..................................................................................... 1

  1.1 Latar Belakang .................................................................................................. 1

  1.2 Perumusan dan Batasan Masalah ...................................................................... 3

  1.3 Tujuan Analisis ................................................................................................. 4

  1.4 Tinjauan Pustaka ............................................................................................... 4

  BAB II DASAR TEORI....................................................................................... 6

  2.1 Sistem Mekanisme Kerja ................................................................................. 8

  2.2 Data dan Spesifikasi.......................................................................................... 9

  2.3 Pemilihan Fluida Hidrolis ............................................................................... 11

  2.4 Pemilihan Pipa Beserta Dasar Perhitungan Pipa............................................. 16

  2.5 Dasar – dasar Perhitungan Bengkokan Pipa ................................................... 18

  2.5.1 Bengkokan Pipa ..................................................................................... 18

  2.5.2 Batas Lengkungan ( seatback ) dan Panjang Lengkung ........................ 19

  2.5.3 Lengkungan Offset................................................................................. 20

  2.5.4 Perhitungan Gabungan Lengkungan ...................................................... 21

  2.6 Pemilihan Bahan Pipa ..................................................................................... 23

  2.7 Menganalisa dengan Metode Elemen Hingga................................................. 29

  

BAB III ANALISA PERHITUNGAN PADA PIPA ....................................... 34

  3.1 Perhitungan Fluida Yang Bekerja Pada Pipa .................................................. 34

  3.2 Pemilihan Bahan Pipa Serta Perhitungan Ketebalan Pipa .............................. 37

  3.3 Perhitungan Panjang Pipa ............................................................................... 40

  3.4 Metode dan Tata Kerja.................................................................................... 42

  3.4.1 Data dan Rangkaian Pemipaan .............................................................. 42

  3.4.2 Alur Untuk Menganlisis........................................................................ 43

  

BAB IV KESIMPULAN .................................................................................... 60

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

  

DAFTAR GAMBAR

  Halaman

Gambar 1.1 Skematik Kerja Sistim Boom Actuator Pada Excavator ................. 5 Gambar 2.1 Excavator Hydraulic Sistem............................................................

  8 Gambar 2.2 Realisasi Bengkokan Pipa ............................................................... 9

Gambar 2.3 Nomograph Untuk Menentukan Diameter Dalam Dari Hose....... 15Gambar 2.4 Batas Lengkungan Dan Panjang Lengkung Pipa .......................... 19Gambar 2.5 Batas Lengkungan Dan Panjang Lengkung Pipa .......................... 20Gambar 2.6 Lengkungan Offset........................................................................ 20Gambar 2.7 Konstruksi Pipa ............................................................................. 21Gambar 2.8 Gambaran Pipa Pada Solid Work.................................................. 22Gambar 2.9. Grafik Tegangan Dan Regangan................................................... 26Gambar 2.10 Ilustrasi Sebuah Balok Dengan Suhu Yang Merata...................... 26Gambar 2.11 Tabel Material ............................................................................... 29Gambar 2.12 Elemen Setelah Diberi Meshing.................................................... 30Gambar 3.1 Pemberian Meshing Dan Kondisi.................................................. 44Gambar 3.2 Distribusi Tegangan ( Von Mises )

  Pada Masing-masing Bahan.......................................................... 45

Gambar 3.3 Distribusi Pergeseran ( Displacement )

  Pada Masing-masing Bahan.......................................................... 46

Gambar 3.4 Pengaruh Vonmisses dan Displacement AkibatGambar 3.5 Distribusi Regangan ( Strain )

  Pada Masing-masing Bahan.......................................................... 52

Gambar 3.6 FOS von Mises Pada Masing-masing Bahan ................................ 54Gambar 3.7 Faktor Keamanan Dengan Adanya Perubahan Ketebalan ............ 56Gambar 3.8 Distribusi Tegangan ( Von Mises )

  Akibat Perubahan Ketebalan......................................................... 57

Gambar 3.9 Distribusi Tegangan, Pergeseran Beserta

  Faktor Keamanan Akibat Penambahan Ketebalan 0.25 cm.......... 59

  

DAFTAR TABEL

  Halaman

Tabel 2.1 Panjang Pipa Pada Standar Pembengkokan ..................................... 19Tabel 3.1 Perhitungan Viskositas Dinamik dan Kinematik ............................. 36Tabel 3.2 Perhitungan Ketebalan Pipa ............................................................. 39Tabel 3.3 Perhitungan Tekanan Pecah ............................................................. 40Tabel 3.4 Data Spesifikasi Bahan As -Rolled................................................... 42Tabel 3.5 Perhitungan Berat Pipa..................................................................... 48Tabel 3.6 Hasil Perhitungan Berat Fluida ........................................................ 48Tabel 3.7 Hasil Perhitungan Berat Total.......................................................... 49Tabel 3.8 Perhitungan Jarak Tumpuan............................................................. 50Tabel 3.9 Hasil Perhitungan Regangan Pada Pipa ........................................... 52Tabel 3.10 Harga Maksimum dan Minimum Setiap Bahan ............................. 53Tabel 3.11 Pengaruh Perubahan Ketebalan Pipa ............................................... 55Tabel 4.1 Pengaruh Perlakuan Terhadap Bahan .............................................. 61Tabel 4.2 Dengan Adanya Perubahan Ketebalan............................................. 63Tabel 4.3 Pengaruh Pemberian Span Terhadap Pipa

  Dengan Ketebalan 0.25 Cm ............................................................. 64

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang

1.1 Dengan bertumbuh pesatnya perluasan industri di negara Indonesia

  dewasa ini, perluasan kawasan industri baru semakin banyak. Hal ini membutuhkan tenaga–tenaga ahli dan peralatan–peralatan yang mendukung untuk terciptanya suatu kawasan industri yang baru.

  Dalam perluasan tempat operasi yang baru, diperlukan armada–armada peralatan berat yang mendukung perluasan lahan seperti Bull dozer, Backhoe,

  

Scraper, Grader, dan masih banyak lagi. Peralatan tersebut tidak lepas dari

  perangkat – perangkat kinerja yang modern seperti transmisi yang sudah memakai sistim Gear Sun dan sistem pengangkat sudah memakai Hydraulics System baik secara mechanism ataupun elektronik.

  Sistem pemipaan hidrolis didesain dengan keandalan dan kekuatan bahan yang tinggi Hal ini disebabkan karena sistem hidrolis merupakan mekanisme pemindah tenaga dengan menggunakan fluida oil sebagai perantaranya dan tekanan yang terdistribusi dalam pipa sangat besar sehingga memungkinkan terjadinya kebocoran pada pipa. Dalam pemilihan material tidak lepas harus memperhatikan keadaan geografis lingkungan, karena suhu lingkungan sangat mempengaruhi viskositas minyak hidrolis.

  Pipa merupakan suatu alat transportasi fluida cair atau gas, dan di dalam sistim hidrolis, peranan pipa sangat berpengaruh besar dalam pendistribusian daya dari pompa menuju ke komponen–komponen lainnya. Sehingga dalam pemilihan pipa dan pemasangan pipa haruslah lebih teliti, pada sistim hidrolis kemungkinan kebocoran pada sambungan pipa akan mudah terjadi akibat dari tekanan fluida yang cukup besar.

  Adapun beberapa kriteria secara umum dalam hal pembebanan yang dialami oleh sistim perpipaan antara lain:

  1. Pembebanan Statis Pembebanan statis merupakan pembebanan yang diakibatkan oleh adanya pengaruh–pengaruh berat yang terjadi pada pipa itu sendiri. Adapun pengaruh–pengaruh gaya yang terjadi dalam sistem perpipaan:

• . Efek dari berat pipa itu sendiri, di mana terbagi atas Live Load dan

  Dead Load

• . Pengaruh ekspansi Thermal dan konstraksi
• . Pengaruh dari support, anchor, dan terminal movements -. Kapasitas tekanan dalam atau luar.

2. Pembebanan Dinamis

  Pembebanan dinamis merupakan pembebanan yang diakibatkan oleh adanya pengaruh dari perubahan-perubahan keadaan lingkungan ataupun pengaruh dari pembebanan statis. Pengaruh pembebanan dinamis seperti:

• . Keadaan angin
• . Vibration

• . Gaya tumbukan
• . Beban Seismic (gempa bumi)
• . Saluran keluaran Dalam perancangan sistem perpipaan hidrolis pada Excavator, aplikasi jalur sistem perpipaan terkontak langsung dengan lingkungan luar. Hal ini sangat mempengaruhi terjadinya ekspansi termal yang terjadi pada pipa.

1.2 PERUMUSAN DAN BATASAN MASALAH

  Perumusan dan batasan masalah dalam penyusunan tugas akhir ini adalah mengenai “ Analisa Bengkokan Pipa Pada Backhoe dengan Menggunakan COSMOS Work ”. Batasan masalah dalam penyusunan tugas akhir ini meliputi: 1.

  Pemilihan material pipa 2. Analisa Pipa dengan adanya pembebanan yang terjadi pada pipa

  3. Analisa pengaruh suatu material yang mendapatkan proses heat treatment terhadap beban-beban internal dengan menggunakan COSMOS Work.

  4. Analisa pengaruh perbedaan ukuran ketebalan terhadap pembebanan internal dalam pipa dan pembebanan suhu.

  Perumusan dan batasan masalah tersebut direalisasikan dalam bentuk: 1. Beberapa perhitungan.

  2. Gambar analisa pipa 3. Beberapa simulasi analisis menggunakan program COSMOS Work.

TUJUAN ANALISA

  1.3 Dalam penyusunan tugas akhir ini bertujuan untuk menganalisis

  bengkokan pipa dengan menggunakan COSMOS Work terhadap pengaruh– pengaruh pembebanan statis yang terjadi pada pipa.

  1.4 TINJAUAN PUSTAKA

  Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis mengambil beberapa teori mengenai sirkuit sistem hidrolis. Sebagai landasan dalam menganalisa sistim pemipaan. Pada Gambar 1.1 dapat dilihat skematik dari cara kerja sistim boom

  actuator pada excavator, tekanan kerja yang menjadi dasar dalam penulisan diambil dari (Caterpilar Performance Handbook, Edisi 26) sebesar 4550 Psi.

  Tekanan ini telah diatur dari Relief Valve yang merupakan suatu pengaman, agar dapat menjaga tekanan pada batasan yang sudah ditentukan, dengan cara membuka dan mengalirkan kelebihan oli ke circuit yang lain atau dialirkan kembali ke tangki. Untuk mengatur cara membuka dan mengalirkan kelebihan oli ini dalam Relief Valve diberikan spring. Kekakuan dari spring mengakibatkan suatu kondisi valve tertutup ataupun terbuka. Apabila Relief pada Implement circuit sebesar 4550 Psi maka kebutuhan

  Valve Setting

  tekanan untuk Boom Actuator diambil maksimum sebesar 4550 Psi. Diambil maksimum dikarenakan pada control valve tekanan 4550 Psi akan menjadi menurun, hal ini disebabkan adanya penyempitan–penyempitan pada celah atupun pengecilan pada saluran keluar dari control valve. Untuk lebih teliti terhadap kebutuhan tekanan yang terjadi pada boom actuator serta tekanan yang keluar pada control valve perlu analisa–analisa perhitungan lebih lanjut. Dari keadaan ini penulis mengambil langsung tekanan implement circuit dengan tidak memperhitungkan adanya penurunan–penurunan tekanan yang terjadi pada control valve.

Gambar 1.1 Skematik Kerja Sistim Boom Actuator Pada Excavator

BAB II DASAR TEORI Secara umum prinsip perancangan sistem perpipaan hidrolis dengan sistem

  perpipaan lainnya hampir sama. Hal yang sedikit berbeda adalah pada pemilihan katup-katup yang mengontrol aliran fluida dan pemilihan sambungan-sambungan.

  Sambungan tee, elbow 90 yang umumnya digunakan dalam sistem perpipaan, tidak digunakan dalam sistem hidrolis. Hal ini dikarenakan kemungkinan kebocoran pada sambungan sistem pipa hidrolis mudah terjadi, sehingga sambungan – sambungan tersebut dapat digantikan dengan house, tubing,

  , nipel, atau jenis sambungan lainnya. Jadi untuk penyambungan

  coupling

  perpipaan pada sistem hidrolis, penyambungan dengan menggunakan las dilakukan seminimal mungkin.

  Hal yang perlu diketahui sebelum masuk ke perancangan sistem perpipaan hidrolis pada excavator terlebih dahulu harus mengerti tentang sistem hidrolis pada excavator. Sistem hidrolis adalah suatu mekanisme pemindahan tenaga dengan menggunakan fluida oil sebagai perantaranya. Dalam sistem hidrolis terjadi transfer tenaga mekanis dari putaran pompa atau piston yang diubah menjadi tenaga kinetik. Fluida oli dengan kecepatan dan tekanan tertentu yang diubah kembali menjadi tenaga mekanik. Pemilihan sistem hidrolis pada alat berat berdasarkan pada keuntungan pemakaian dibanding dengan sistem yang lain.

  Kelebihan penggunaan sistem hidrolis :

• Lebih sederhana dan fleksibel (pada attachment-nya). - Adanya pengurangan getaran dan kejutan yang besar (pada sistem transmisi).

  Dapat menyalurkan tenaga yang besar serta mencegah over load.

• Kelemahan penggunaan sistem hidrolis :

  Peka terhadap kebocoran pada sistem perpipaan dan peka terhadap perubahan - temperatur fluida oil, sehingga perlu adanya alat pendingin yang baik.

  Sistem kerja pada mekanisme penyaluran sangat kompleks (perlu sistem - pengaturan, sistem perpipaan dan perkatupan yang banyak), sehingga pemeliharaannya lebih berat dan harus teliti.

• Kesulitan dalam penyediaan minyak hidrolis untuk jobsite yang jauh. Sistem hidrolis dirancang berdasarkan sifat-sifat dari fluida, yaitu :

  Cairan merupakan suatu fluida yang tidak termampatkan (incompressible) - Fluida meneruskan tekanan sama besar ke segala arah.

• Fluida tidak mempunyai bentuk tersendiri, bentuknya mengikuti wadahnya. -

  Gaya yang diteruskan oleh fluida, berbanding lurus dengan luas bidang tekannya.

  Dalam perancangan sistem perpipaan hidrolis pada peralatan berat, pompa merupakan salah satu peranan terpenting untuk mendukung transportasi fluida menuju komponen – komponen lainnya. Dalam pemilihan pompa pada umumnya banyak mengunakan tipe Gear Pump, Vane Pump ataupun Piston Pump .

  Sedangkan dalam pemilihan material pipa lebih meggunakan pipa dengan bahan baja. Pada gambar 2.1 kita dapat melihat skema kerja sistem hidrolik dari Excavator ( backhoe ) :

Gambar 2.1 Excavator Hydraulic Sistem

2.1 SISTEM MEKANISME KERJA

  Pada semua peralatan berat dikenal istilah Power Take Over (PTO ), yang merupakan pengambilalihan tenaga dari engine pada awal operasi untuk keperluan tertentu. Pengambilalihan tenaga ini digunakan untuk mentransmisikan daya dan putaran ke-hydraulic pump. Pentransmisian daya dan putaran dari engine untuk keperluan hydraulic pump dilakukan oleh pasangan roda gigi. Posisi pengambilalihan tenaga tersebut dihubungkan pada poros output engine, yaitu antara komponen kopling karet ban, universal joint dengan torqflow transmission. Hal tersebut dipilih karena, putaran dan daya pada posisi tersebut lebih stabil, dibanding dengan pengambilalihan daya dan putaran pada posisi setelah poros

  

output torqflow transmision, yang cenderung berubah-ubah sesuai dengan tingkat

  kecepatannya. Tenaga yang diperlukan hydraulic pump akan mengurangi tenaga yang bekerja pada output torqflow transmision, akan tetapi kerja dari sistem hidrolik pada work equipment, torqflow transmission dan steering mechanism tidak bekerja secara bersamaan.

DATA DAN SPESIFIKASI

2.2 Pada penulisan tugas akhir ini perancang mengambil analisa pipa yang

  dilakukan pada bagian boom actuator (cylinder) sebuah excavator tipe 322 Catepilar.

  Pada Gambar 2.2 akan direalisasikan bagian pipa yang akan dianalisis.

Gambar 2.2 Realisasi Bengkokan Pipa merupakan jalur kebutuhan kerja sistem hidrolis yang mencakup bagian gerak berjalan dari excavator.

  Data spesifikasi yang didapat dari lapangan:

  1. Manufaktur SAMSUNG 2.

  Machine type SE 21 - 2

  3. Mechine power 101,5 kW

  4. Panjang silinder Boom 150 cm 5.

  Diameter silinder luar Boom 14 cm

  6. Diameter luar dari pipa saluran keluar silinder 2.735 cm =1.076772 inci Karena keterbatasan dari spesifikasi yang telah diambil dari lapangan akan tipe dari keseluruhan perangkat pendukung dari excavator ini, maka data–data tersebut dikonversikan ke dalam standarisasi dari Caterpilar Performance Handbook edisi

  26. Dengan menyesuaikan kapasitas machine power 101.5 kw maka dipilih pendekatan dengan tipe 322, data spesifikasi dari tipe ini adalah:

  1. Flywhell Power 114 Kw

  2. Operating wight 22650 kg

  3. Relive valve setting

• Implement Circuit 4550 psi

  Implement Circuit merupakan jalur kebutuhan kerja sistem hidrolis yang mencakup bagian boom, ram, dan bucket pada sebuah excavator.

• Travel Circuit 4980 psi

  Travel Circuit

• Swing Circuits 3700 psi

  Swing Circuit merupakan jalur kebutuhan untuk gerak berputar kubah pada excavator.

  4. Hidrolik pump 205 L/min Tekanan yang bekerja untuk silinder boom dipakai sebasar 4550 psi. Desain konstruksi dari pipa dipakai dari data pengamatan di lapangan, desain tersebut akan di realisasikan ke dalam program Solid Work dan akan dianalisis dengan menggunakan program COSMOS Work.

2.3 PEMILIHAN FLUIDA HIDROLIS

  Fluid

  (zat cair) merupakan fluida in compressible, dalam sistem hidrolis dipilih fluida cair dikarenakan:

  1. Cairan dapat mengikuti tempat wadah.

  2. Zat cair tidak dapat dimampatkan 3. Zat cair dapat meneruskan tekanan ke semua arah.

  Yang membedakan pemilihan fluida cair dikarenakan ruang yang ditempati oleh zat cair sangat besar dbandingkan dengan fluida gas, oleh sebab itu

  fluid dapat mentransmisikan power saat itu juga dalam sebuah sistem hirolis.

  1. Fungsi utama dari hydraulic fluid oil adalah (PT.Trakindo Utama.CAT, Training Center): 2. Sebagai media transmisi tenaga (transmitting power) 3. Melumasi bagian yang bergesekan (lubricating).

  4. Sebagai pendingin (cooling) 5.

  Sebagai pembersih (cleaning), sehingga dapat mencegah korosi, mencegah oil membentuk buih dan oksidasi memisahkan kotoran.

8. Memiliki titik beku yang rendah dan titik didih yang tinggi.

  9. Viskositas (kekentalan) yang sesuai berfungsi untuk menutupi (sealing).

  Sifat viskositas oli :

  1. Viskositas adalah hambatan terhadap oli untuk mengalir pada temperatur tertentu. Jika zat cair mengalir dengan mudah berarti viskositasnya rendah dan sebaliknya.

  2. Viskositas zat cair dipengaruhi oleh suhu dan bilamana zat cair menjadi lebih panas, maka viskositasnya menjadi lebih rendah dan sebaliknya.

  3. Viskositas indek adalah ukuran kekentalan zat cair seiring dengan berubahnya temperatur. Jika oli menjadi lebih kental pada suhu rendah dan sangat encer pada suhu tinggi, berarti oli tersebut mempunyai viskositas indek rendah dan sebaliknya. Viskositas indek menurut dinyatakan dengan SAE (Society of Automotive

  Petroleum Oil Engineers). Contoh SAE 5W, SAE 10W.....SAE 40W, berarti semakin

  kecil angkanya dapat mengalir baik pada temperatur rendah dan semakin besar angkanya semakin kental dan diperuntukkan pada temperatur kerja tinggi. Dalam memilih oli untuk kebutuhan sistem hidrolis pada kendaraan alat berat harus memenuhi kriteria sebagai berikut :

  1. Oli harus dapat menyalurkan tenaga dengan mampu alir yang baik pada temperatur rendah dan stabil pada temperatur tinggi.

2. Oli tidak berubah secara mekanik dan kimia dalam kerjanya berkenaan dengan perubahan suhu dan gesekan fluida dalam sistem perpipaan.

  Dalam menentukan kecepatan fluida dalam pipa dapat digunakan Persamaan 2.1 ( www. HydraulicSupermarket.com ) :

  Q × 21 .

  22

  ....................................................................................... (2.1)

  v = ₂ d _i

  dengan : v = velocity ( kecepatan ) ( ft/sec ) Q = Debit aliran ( L/min ) d = Diameter dalam pipa atau house ( mm)

  i

  Dalam sistem perpipaan gesekan yang diakibatkan oleh fluida dan pipa atau hose mengakibatkan terjadinya penurunan tekanan ( Pressure drop ), sehingga pada saat merancang perpipaan penurunan tekanan haruslah diperhitungkan. Hal ini dikarenakan apabila penurunan tekanan terjadi sangat besar maka distribusi daya tidak dapat maksimal, sehingga keadaan ini sangatlah berpengaruh dalam perancangan suatu perpipaan pada peralatan berat. Untuk mencari penurunan tekanan pada pipa lurus terlebih dahulu haruslah mengkalkulasi beberapa persamaan, antara lain:

  1. Perhitungan kecepatan fluida ( velocity ) dengan persamaan ( 2.1).

2. Perhitungan Reynold Number ( Re ) dengan persamaan ( 2.2 )

  1000 v D × × Re =

  ................................................................. ( 2.2 )

  v

  dengan : Re = Reynold Number v = kecepatan fluida ( velocity ) ( m/sec )

  υ = viskositas kinematik fluida (cSt)

  ρ × × ×

  ( )

  , untuk minyak hidrolik

  3

  L = Panjang pipa atau hose ( m ) ρ = densitas fluida ( 870 – 890 kg/m

  f = factor gesekan

  ............................................................................ ( 2.5 ) dengan : ∆p = penurunan tekanan ( Pa ) v = kecepatan fluida ( velocity ) ( m/sec )

  = Δ

  2 v ²

  3. Perhitungan faktor gesekan Dalam menghitung faktor gesekan, apabila aliran merupakan laminar ( Re < 2300) maka dapat dihitung dengan persamaan ( 2.3 )

  D L f p

  4. Perhitungan penurunan tekanan Dalam menghitung penurunan tekanan maka hasil dari perhitungan di atas dikalkulasikan ke dalam persamaan ( 2.5 )

  − × = f ............................................................................ ( 2.4 )

  Re 3164 .

  dengan : f = faktor gesekan Apabila aliran merupakan aliran turbulen ( 2300 < Re < 10000 ) maka kehilangan gesekan dapat dihitung dengan persamaan ( 2.4 ) _{25 .}

  64 = f .............................................................................................. ( 2.3 )

  Re

  Untuk menentukan laju aliran ataupun kecepatan fluida pada hose ( selang ) dapat digunakan Gambar 2.2 Tabel nomograph.

Gambar 2.3. Nomograph Untuk Menentukan Diameter Dalam Dari Hose

   ) Dalam penulisan ini penulis tidak menganalisa pengaruh- pengaruh yang ditimbulkan oleh fluida terhadap pipa. Untuk menganalisa pengaruh-pengaruh aliran yang terjadi pada pipa dapat menggunakan bantuan program Cosmos Flowork, sedangkan dengan menggunakan program Cosmos Work analisis pipa yang dapat dilakukan adalah pengaruh pembebanan-pembebanan statis yang terjadi pada suatu konstruksi terhadap bahan material yang digunakan.

PEMILIHAN PIPA BESERTA DASAR PERHITUNGAN

2.4 KETEBALAN PIPA

  Pipa yang digunakan dalam sistem hidrolis biasanya menggunakan tube dan hose. Pada setiap sambungan lebih menggunakan coupling, adapters, ataupun

  nipels . Dalam menentukan pemilihan ketebalan dinding minimum pada pipa dapat

  kita tentukan dari persamaan ( Sam Kannappan, P. E, Hal 22 ) :

  PD ^o +

t = A .............................................................................. ( 2.6 )

^m +

  2(SE PY) _q

  = t + A dengan : t = Tebal minimum dinding pipa yang dibutuhkan ( inc )

  m

  t = ketebalan karna adanya tekanan ( inc ) P = tekanan di dalam pipa ( psi ) D o = Diameter luar pipa ( inc ) S = Hot stress ( psi ) A = faktor penambahan ketebalan untuk pekerjaan pada pipa, apa itu memuat ulir, las, korosi, ataupun erosi.

  E = kualitas faktor

  q

  E q = E c E j E s E c = Faktor Casting E = Faktor sambungan

  j

  E s = konstanta Dapat dilihat pada tabel ( Sam Kannappan, P. E, Hal. 23 ) Y = koefisien suatu material yang berpengaruh terhadap suhu.

  Dapat dilihat pada tabel ( Sam Kannappan, P. E, Hal. 23 ): d d jika t ≥ , Y =

• 6 d D _o dengan : d = diameter dalam pipa = D o – 2t

  Pipa yang digunakan adalah jenis tube ( pipa tabung ) dengan pembengkokan sebagai pengganti dari sambumgan elbow, pembengkokan dilakukan dengan cara perlakuan rol, kemudian tube yang telah di rol mendapat perlakuan panas untuk mendapatkan kembali susunan struktur pada keadaan semula. Adapun hal yang perlu diperhitungkan dalam memilih ukuran tube haruslah memperhatikan tekanan pecah ( burst pressure ) hal ini bertujuan untuk menentukan kualitas bahan dari tube itu sendiri. Pada umumnya untuk menentukan tekanan pada pipa hidrolis dapat dicari dengan persamaan (2.7.1, 1.

  Rumus Barlow 2 × t × S _m

  P = .........................................................................................( 2.7.a ) D _o

  2. Rumus Boardman

  2 t S × × _m P ..................................................................................( 2.7.b ) = D - (0.8 × t ) _{o m} 3.

  Rumus Lame _{2 2} S × D − d

  ( )

P = ...........................................................................................( 2.7.c )

^{2 2}

• D d

  ( )

  dengan : P = Tekanan pecah ( Burst Pressure ) ( psi ) t m = ketebalan minimum dinding tube ( inc ) S = Minimum Ultimate Tensile Strength dari material tube ( psi ) D

  o

  = Diameter luar dari tube ( inc ) d i = Diameter dalam dari tube ( inc )

2.5 DASAR - DASAR PERHITUNGAN BENGKOKAN PIPA

2.5.1 Bengkokan Pipa

  Hal yang harus diketahui dalam merancang bengkokan pada pipa terlebih dahulu yaitu cara untuk memenuhi ketentuan dalam merancang bengkokan pipa.

  Pada perhitungan lengkungan pipa (bengkokan pipa) ini dikenal rumus–rumus dasar sebagai berikut: Keliling lingkaran = 2

  π R Luas lingkaran =

2 AC = R = jari – jari

  πR

  2AC = 2R = D = diameter b = sudut a = panjang arc a =

  180 R b × ×

  π = b X R X 0.01745

  DE = 2R sin

  2 b Untuk lebih jelasnya dalam memperhitungkan panjang dari pipa pada standar pembengkokan dapat dilihat pada Gambar 2.4 beserta Tabel 2.2

Gambar 2.4 Batas Lengkungan Dan Panjang Lengkung Pipa

  0.393 0.524 0.785 1.047 1.257 1.571 1.963 2.094

  

setback merupakan batas lengkungan dari pipa tersebut, yang garis sumbunya

  suatu pipa. Batas ini ditunjukkan oleh jari – jarinya. Di dalam tata letak perpipaan,

  

Setback adalah ukuran yang digunakan untuk meletakkan batas lengkung

  ( satuan inchi )

  2.618 3.142 3.665 4.189 4.712 5.236 6.283 9.425

  135 150 180 210 240 270 300 360 540 2.356

  90 1121/2 120 0.262

Tabel 2.1 Panjang Pipa Pada Standar Pembengkokan (Raswari Hal. 102 )

  72

  60

  45

  30

  15 221/2

  

Derajat sudut Kelipatan jari - jari Derajat sudut Kelipatan jari - jari

2.5.2 Batas Lengkung (Setback) dan Panjang Lengkung

  akan bertemu di satu titik. Setback ini akan bervariasi panjangnya sesuai dengan sudut serta jari – jarinya. Dalam menentukan setback dapat dicari dengan persamaan:

  Setback = jari – jari X tg ½ sudut lengkung

Gambar 2.5 Batas Lengkungan Dan Panjang Lengkung Pipa

  ( Raswari, Hal 102 )

2.5.3 Lengkungan Offset Lengkungan offset adalah jarak sumbu pipa akibat lengkungan pipa.

Gambar 2.6 Lengkungan Offset ( Raswari, Hal 109 ) Dalam menentukan lengkungan offset terlebih dahulu kita harus memperhitungkan:

1. Offset = run x tg b 2.

  Travel =

  b Offset sin 3.

  Setback = R x tg ½ ( b )

  4. Panjang lengkungan =

  180 R b × ×

  π dengan : b = sudut R = jari – jari

  Pada Gambar 2.6 terdapat istilah travel dan run. Travel merupakan jarak hantaran fluida memasuki antara pertemuan dari titik setback pada bengkokan pertama menuju setback ke bengkokan kedua, sedangkan Run merupakan jarak antara seatback bengkokan pertama dengan bengkokan yang kedua.

2.5.4 Perhitungan Gabungan Lengkungan

Gambar 2.7 Konstruksi Pipa Pada Gambar 2.7 di atas konstrusi dari pipa merupakan gabungan anatara beberapa lengkungan. Untuk mencari panjang keseluruhan dari pipa dapat dicari dengan perhitungan gabungan bengkokan dan seatback . Hal ini bertujuan untuk menentukan panjang pipa keseluruhan dengan memenuhi dasr standarisasi pembengkokan pada pipa. Konstruksi dari pipa akan digambar ulang dengan menggunakan program Solid Work dengan mengacu pada data – data yang telah di ketahui baik dari referensi ataupun data–data dari lapangan gambar tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.8 di bawah ini.

2.6 PEMILIHAN BAHAN PIPA

  Bahan dari pipa pada saat pengambilan data tidak diketahui, sehingga pada analisa ini bahan yang digunakan pada pipa akan mengacu pada beberapa macam data- data yang telah ada pada reverensi – reverensi. Dalam analisis ini penulis akan menganalisa dengan membandingkan 3 jenis bahan, hal ini bertujuan untuk melihat perbedaan yang ditimbulkan karena adanya pembebanan yang terjadi di dalam pipa yang disebabkan karena adanya pengaruh suhu operasi serta pembebanan tekanan kerja di dalam pipa.

  Hal yang harus diketahui dalam pemilihan bahan material untuk pipa mengacu pada kebutuhan dalam menganalisis dengan menggunakan COSMOS Work. Data–data yang perlu diperhatikan dalam memenuhi kebutuhan untuk data material ini antara lain:

  1. Modulus Elastik Bahan Modulus elastisitas ( Young’s Modulus ) E memiliki harga yang relatif tinggi untuk bahan yang sangat kaku ( stiff ), seperti logam konstruksi.

  Sedangkan untuk bahan –bahan yang lebih lentur ( flexible ) memilikki modulus elastik yang lebih rendah. Untuk keadaan tekan ataupun dalam keadaan tarik harga E sama. Dalam Cosmos Work satuan untuk modulus elastis dinyatakan dalam N/m

  2

  , sedangkan pada umumnya dinyatakan dalam Gpa. Modulus elastisitas merupakan perbandingan antara tegangan dan regangan, sehingga dapat dituiskan kedalam Persamaan 2.8 (Hans Wospakrik, Hal 19 ):

  =

  τ

  E

  ..................................................................................................( 2.8 )

  2

  dengan: E = Modulus Elastisitas ( N/m ) τ = Tegangan ( Mpa ) ∈= regangan

  2. Angka poisson Ratio dari bahan

  Angka poisson ( nu ) v, merupakan perbandingan antara regangan

  lateral dan regangan aksial dalam arah lateral ( tegak lurus terhadap arah

  bekerjanya beban ) dapat dinyatakan dengan:

  regangan − lateral v = regangan − aksial

  Regangan lateral sebanding dengan regangan aksial dalam jangkauan elastis linier , asalkan suatu bahan merupakan homogen dan isotropik.

  Suatu bahan dikatakan homogen apabila ia memiliki komposisi yang sama di seluruh badan, karena itu sifat – sifat elastisnya sama di setiap titik dalam badan. Sedangkan bahan isotropik yaitu suatu bahan yang mempunyai sifat – sifat elastis yang sama dalam semua arah. Dengan demikian, bahannya haruslah homogen dan isotropik agar regangan– regangan dalam keadaan tarik sama pada setiap titik.

  Untuk mencari nilai harga dari regangan lateral dapat ditentukan dari Persamaan 2.9 = -v.

  ∈ lateral ∈ ...................................................................................... ( 2.9 ) Sedangkan untuk menentukan harga dari regangan aksial didapatkan dari hukum Hooke pada Persamaan 2.8.

  2

  3. Modulus Geser ( Shear Modulus ( N/m ) )

  E G = ...................................................................................... ( 2.10 )

• 2(1 v )

  

2

  dengan : G = Modulus Geser ( N/m )

  

2

E = Modulus elastis ( N/m ) v = Poisson ratio

  

3

Berat jenis ( Mass Density ( kg / m 4. ))

  Untuk menghitung berat jenis dari bahan ataupun sauatu material kita dapat mencari dengan menggunakan rumus dasar Persamaan 2.11

  m

  ρ = ............................................................................................... ( 2.11 )

  v

  3

  dengan : ρ = Massa jenis ( kg/m ) m = massa ( kg )

  3

  v = volume ( m )

  2

  5. Tensile strenght ( N/m ) Tensile strenght merupakan suatu batasan kekuatan maksimum bahan

  terhadap pembebanan yang diberikan pada bahan sebelum mengalami

  fracture ( kepatahan ). Harga dari Tensile Strenght ini dapat dilihat dari hasil-hasil pengujian yang telah ada.

  2

  6. Yield Strength ( N/m ) Yield Strenght merupakan batas antara plastis dan elastis. Batasan

  antara tegangan dan regangan dapat kita lihat pada Gambar 2.9

  True σ ε − Curve

Gambar 2.9. Grafik Tegangan Dan Regangan

  Untuk analisis dengan menggunakan Cosmos Work sebagian bahan material sudah tersedia pada library dari program tersebut ataupun dapat menggunakan data – data pengujian yang telah ada dengan mengacu pada Machine Design Data Book Bab I Properti of Engineering Material.

7. Termal Expansion coeficient ( /K )

  Perubahan temperatur sebuah benda cenderung menghasilkan perubahan dalam dimensinya. Jika suatu bahan misalnya sebuah balok dipanaskan secara merata maka rusuk-rusuk balok akan memanjang. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.10 sebuah ilustrasi sederhana dari efek yang diakibatkan oleh perubahan panas.

Gambar 2.10 Ilustrasi Sebuah Balok Dengan Suhu Yang Merata

  Dari ilustrasi gambar di atas dapat dilihat sebuah perubahan bentuk yang diperlihatkan dengan garis putus-putus dimana titik A sebagai titik acuan dan balok diberikan panas secara merata. Dalam hal ini balok mengalami suatu regangan termal merata ( uniform thermal strain ) _t

  ∈

  yang dapat dituliskan pada Persamaan 2.12 _t

  ∈ = ) ( T Δ

  α .........................................................................................( 2.12 ) dengan : α = koefisien thermal ( coefficient of thermal expansion ) = pertambahan temperatur T

  Δ

  = regangan termal merata _t

  ∈

  Regangan termal merupakan suatu besaran tanpa dimensi yang diambil berharga positif apabila ia menyatakan pemuaian sedangkan negatif apabila ia menyatakan penyusutan.

8. Thermal conduktivity ( W/ m.K )

  menghantar panas. Untuk menentukan konduktifitas suatu bahan dapat dicari dengan menggunakan tabel pada referensi – refensi tentang material. Pada Cosmos Work konduktifitas termal pada setiap bahan sudah tersedia pada tabel material. Untuk mencari harga dari konduktifitas termal dapat digunakan persamaan ( 2.13 )

  ( )

  ) (

  2 / ln _{1 2} T T L

  D d Q _i

  − =

  π λ ......................................................................................( 2.13 ) dengan : λ = Konduktivitas Termal ( W/ m.K )

  Q = Perpindahan kalor yang terjadi ( Watt )

   Konduktifitas termal merupakan kemampuan suatu bahan dalam

  D o = Diameter luar ( m ) d i = Diameter dalam ( m ) L = Panjang (m ) T

  2 = Temperatur luar

  T

  1 = Temperatur dalam

9. Specifik heat (( C v ) ( J/kg.K ) )

  Panas jenis merupakan kemampuan suatu bahan dalam menaikkan temperatur, dikatakan menaikkan temperatur disini adalah penyerapan panas suatu bahan. Biasanya harga dari panas jenis sudah tertera dalam tabel propertis. Dalam Cosmos Work nilai dari panas jenis suatu bahan sudah tertera. Untuk mencari harga dari panas jenis dapat dicari menggunakan persamaan:

  k C C ^p _v = …………………………………………………………….. ( 2.14 )

  dengan: C v = Panas jenis ( J/kg.K ) C

  p

  = Panas jenis dengan adanya perubahan temperatur ( J/kg.K ) k = Specific heat ratio Dalam analisis menggunakan Cosmos Work nilai dari konduktivitas termal dan panas spesifik tidak mempengaruhi terhadap bahan, sehingga dapat diabaikan.

  Setelah setiap harga di dapat maka data – data tersebut dimasukkan pada tabel pemilihan material yang terlihat pada Gambar 2.11 di bawah ini: