Tugas Softskill Metologi Penelitian Penulisan Ilmiah
ELEVATOR BUCKET TEGANGAN DAN REGANGAN
Elevatorbucket adalah salah satu jenis alat trasportasi dalam arah vertikal atau membentuk sedikit sudut kemiringan terhadap bidang vertikal. Karena desainnya yang vertikal memberikan berbagai keuntungan tidak memerlukan tempat yang luas, efisien dan handal dalam menghandle Bulk Material dan mempunyai berbagai kapasitas tergantung dari jenis yang digunakan.
Meskipun berfungsi untuk mengangkut material akan tetapi alat trasportasi juga memiliki peranan yang sangat penting, untuk kelancaran produksi. Peralatan trasportasi ini memiliki banyak jenis sehingga dalam pemilihannya memerlukannya pertimbangan yang matang.
Beberapa hal yang harus dipertimbangkan dalam pemilihan peralatan antara lain :
Lokasi atau tempat kerja
Elevasi, arah dan panjang atau jarak yang ditempuh
Kapasiatas
Kecepatan pengangkutan
Jenis dan sifat dari material
Aspek ekonomi
Untuk pemindahan alat trasportasi yang dapat memenuhi faktor-faktor diatas maka secara umum alat trasportasi harus memenuhi persyaratan untuk menjamin keandalan dan kontinuitas perpindahan material dalam tugas dan fungsinya dari kelancaran produksi.
Secara umum syarat-syarat trasportasi diantaranya:
Tahan / awet terhadap beban tarik, tekan dan impact
Kemuluran yang kecil
Flexsibel dengan mekanisme yang tinggi
Relative ringan
Aman dalam operasinya
Ekonomis
2.1.1 Jenis-jenis Elevator Bucket [ 5 ]
ElevatorBucketdapat dibagi dalam spesifikasi sebagai berikut :
a. Berdasarkan kontruksinya:
- Vertical (tegak lurus terhadap permukaan tanah)
- Inclined (memiliki derajat kemiringan)
- Combination (memiliki kedua sifat diatas)
b. Berdasarkan pengumpanan material:
- Scooping (material diambil dari pergerakan bucket)
- Direct fill(material jatuh ke bucket)
c. Berdasarkan penumpahan material
- Sentrifugal (penumpahannya dengan gaya sentrifugal)
- Gravity (continuous)
- Direct (ditumpahkan dan dialirkan)
2.1.2 Komponen ElevatorBucket [ 3 ]
Komponen elevatorbucketterdiri dari beberapa bagian yang berkaitan satu dengan lainnya seperti yang terlihat pada gambar 2.1. Komponen utama tersebut yaitu:
a. Casing
Casing elevator bucket merupakan bagian terluar elevator bucket yang terdiri dan komponen elevator bucket seperti drive units, tensioning devices dan pulling member bersama dengan Bucket.Casing juga dilengkapi dengan pemeriksaan untuk perbaikan serta pemasangan Bucket (Man Hole).Lubang ini dibuat berpintu agar mudah dibuka dan ditutup yang dipasang disetiap lantai.
Pemasangan casing harus tegak dan dibagian bawah diikat pada pondasi menggunakan anchor bolt dan penyambungan harus kedap udara agar pengumpulan debu (dust collector) dapat bekerja dengan baik. Kontruksi dari casing harus terpisah dari struktur lain seperti antara casing dengan lantai pada setiap tingkat dapat diikat mati tetapi hanya dipasang spacer agar bucket elevator dapat bebas bergerak
Casing Terdiri dari :
- Upper head section
- Intermediate section
- Eath stand (single)
- Both stand (double)
- Lower/bottom section
b. Pulling member
Pulling member adalah peralatan utama dari elevator bucket yang berfungsi sebagai peralatan penarikan dan pembawa material dimana bucket untuk mengangkut material atau diikat. Jenis-jenis pulling member:
- Rantai
- Belt
Pada pulling member jenis rantai pengikat bucket tergantung dari bentuk dimana pengikatan tersebut ditengah atau disamping bucket.Sebagai penggerak rantai digunakan Sprocket atau traction wheel.
c. Bucket
Untuk meletakan dan mengangkut material dari feed opening digunakan bucket dan dipasang pada pulling member elevator yang dipasang dan selanjutnya mengikut gerakan pulling member.
Jenis bucket berdasarkan bentuk :
- Deep bucket
- Shallow bucket
- V-type bucket
Pada umumnya bucket terbuat dari plat/besi tetapi ada juga yang terbuat dari plat alumunium dan karet. Bentuk bucket tergantung dari sistem pemasukan dan pengeluaran material dan sistem pengikat pulling member.
d. Drive Unit
Drive unit adalah peralatan penggerak yang dipasang pada casing dibagian ataselevator bucket.Drive unit terdiri dari rotor dan gearbox, sedangkan dibagian transmisi terdapat kopling dan sprocket head dan tail.
e. Sprocket Head dan Tail :
- Head dan tailsprocket bisa single dan double
- Gear Sprocketuntuk rantai
- Pully Sprocket untuk belt conveyor
f. Tensioning Device
Untuk mengatur agar pulling member tetap tegang digunakan tensioning devices. Dimana ketegangannya disesuaikan dengan beban yang diangkat dan perlu diperhatikan bahwa tensioning device ini harus dapat bergerak bebas naik pada alurnya agar fungsinya sebagai peralatan penegang dapat berjalan dengan baik terutama pada sistem yang menggunakan traction wheel dan belt bucket agar tidak terjadi slip yang berakibat ausnya komponen tersebut.
Jenis-jenis Tensioning Devices :
- Screw type
- Counterweight Type
- Internal Gravity Take Up Type
g. Safety Device
Berfungsi untuk mengamankan dan mengontrol operasi dari bucket elevator.
Jenis dari Safety Devices :
- Back Stoper
- Cam Cluth
- Magnetik Brake
- Belt Brake
- Level Control
- Speed/Rotation Control
- Fluid Coupling
2.1.3 Cara Kerja Elevator Bucket [ 6 ]
Cara kerja elevatorbucket pada umumnya yaitu material dimasukan melalui lubang pemasukan dengan sudut 400 – 600 dibagian bawah dari elevator bucket kemudian diserok atau diterima oleh bucket dimana bucket dipasang pada rantai yang selanjutnya dibawa ke atas karena gerakan rantai mengikuti putaran head sprocket yang diputar oleh drive unit seperti pada gambar 2.2.
Sesampai di atas, bucket membuang material dengan cara melempar karena gaya sentrifugal atau menumpahkan material karena gaya gravitasi tergantung pada sistem bucket elevator yang dipasang. Untuk mengurangi tumpah material yang kembali masuk ke dalam casing bucket elevator maka dipasang peralatan rubber lip yang berupa lempengan karet yang dapat diatur posisi maju mundurnya sesuai kebutuhan, selanjutnya diarahkan dan diteruskan ke dalam lubang pengeluaran yang terletak dibagian atas dari bucket elevator (discharge chute) dan diterima oleh peralatan lain.
2.2 Tegangan dan Regangan[ 4 ]
2.2.1 Tegangan
Konsep paling dasar dalam mekanika bahan adalah tegangan dan regangan. Konsep ini dapat diilustrasikan dalam bentuk yang paling mendasar dengan meninjau sebuah batang prismatis yang mengalami gaya aksial. Batang prismatis adalah sebuah elemen struktur lurus yang mempunyai penampang konstan di seluruh panjangnya, dan gaya aksial adalah beban yang mempunyai arah yang sama dengan sumbu elemen,sehingga mengakibatkan terjadinya tarik atau tekan pada batang. Kondisi tarik atau tekan terjadi pada struktur, pembebanan batang secara aksial dapat dilihat pada Gambar 2.3.
Sebagaimana terlihat pada gambar 2.3, suatu batang dengan luas penampang konstan, dibebani melalui kedua ujungnya dengan sepasang gayalinier dengan arah saling berlawanan yang berimpit pada sumbu longitudinal batang dan bekerja melalui pusat penampang melintang masing-masing.
Untuk keseimbangan statis besarnya gaya-gaya harus sama. Gaya-gaya diarahkan menjauhi batang, maka batang disebut ditarik, sedangkan gaya-gaya
diarahkan pada batang, maka batang disebut ditekan.
Intensitas gaya per satuan luas disebut tegangan, dan diberi notasi σ (sigma). Jadi gaya aksial P yang bekerja pada penampang adalah resultan dari tegangan yang terdistribusi kontinu.Dengan demikian, besarnya tegangan dapat dinyatakan dengan rumus:
σ = P / A ……………………………………………………… 2.1
dimana: σ = Tegangan (N/m2)
P = Gaya tarik atau tekan (N)
A= Luas Penampang yang menerima gaya (m2)
2.2.2 Regangan
Suatu batang lurus akan mengalami perubahan panjang apabila dibebani secara aksial, yaitu menjadi panjang jika mengalami tarik dan menjadi pendek jika mengalami tekan. Sebagai contoh diperlihatkan pada Gambar 2.4.
Pertambahan panjang pada batang dinotasikan dengan Δ (delta), pertambahan panjang suatu benda diakibatkan karena adanya gaya tarik P sehingga benda mengalami regangan. Dengan demikian didapat bahwa, pertambahan panjang dibagi dengan panjang awal disebut regangan atau elongasi, yang diberinotasi e (epsilon) dapat dihitung dengan persamaan:
e = ∆L / L …………………………………………………… 2.2
dimana: e = Regangan atau Elongasi
∆L = Pertambahan panjang (m)
L = Panjang awal (m)
Jadi, regangan dinyatakan tidak berdimensi, artinya regangan tidak mempunyai satuan. Jika batang ditarik, maka regangannya disebut regangan tarik, yang menunjukkan perpanjangan bahan. Demikian juga halnya jika batang mengalami tekan, maka regangannya disebut regangan tekan, dan batang tersebut memendek. Regangan tarik biasanya bertanda positif dan regangan tekan bertanda negatif.
2.2.3 Kurva Hubungan Tegangan dan Regangan[ 2 ]
Hasil-hasil pengujian biasanya tergantung pada benda uji. Karena sangat kecil kemungkinannya menggunakan struktur yang ukurannya sama dengan ukuran benda uji, maka kita perlu menyatakan hasil pengujian dalam bentuk yang dapat diterapkan pada elemen struktur yang berukuran berapapun.
Cara sederhana untuk mencapai tujuan ini adalah denganmengkonversikan hasil pengujian tersebut ke tegangan dan regangan. Setelah melakukan uji tarik atau tekan dan menentukan tegangan dan regangan pada berbagai taraf beban, kita dapat memplot diagram tegangan dan regangan.
Diagram tegangan-regangan merupakan karakteristik dari bahan yang diuji dan memberikan informasi penting tentang besaran mekanis dan jenis perilaku. Bahan baja struktural, yang dikenal dengan baja lunak atau baja karbon rendah. Baja struktural adalah salah satu bahan metal yang paling banyak digunakan salah satunya pada elevator bucket yaitu material SS41.
Diagram tegangan-regangan untuk baja struktural tipikal yang mengalami
tarik diperlihatkan pada Gambar 2.5. Dimana diagram dimulai dengan garis lurus dari pusat sumbu 0 ke titikA, yang berarti bahwa hubungan antara tegangan dan regangan pada daerah ini linier dan proporsional, dimana titik A tegangan maksimum, tidak terjadi perubahan bentuk ketika beban diberikan disebut batas elastis, jadi tegangan di A disebut limit proporsional, dan OA disebut daerah elastis.
Dengan meningkatnya tegangan hingga melewati limit proporsional, maka regangan mulai meningkat secara lebih cepat untuk setiap pertambahan tegangan. Dengan demikian kurva tegangan-regangan mempunyai kemiringan yang berangsur-angsur semakin kecil sampai pada titik B kurva tersebut menjadi horizontal.
Mulai dari titik B terjadi perpanjangan yang cukup besar pada benda uji tanpa adanya pertambahan gaya tarik (dari B ke C), fenomena ini disebut luluh dari bahan, dan titik B disebut titik luluh. Di daerah antara B dan C, bahan menjadi plastis sempurna, yang berarti bahwa bahan terdeformasi tanpa adanya pertambahan beban. Sesudah mengalami regangan besar yang terjadi selama peluluhan di daerah BC, baja mulai mengalami pengerasan regang (strain hardening).
Perpanjangan benda di daerah ini membutuhkan peningkatan beban tarik, sehingga diagram tegangan-regangan mempunyai kemiringan positif dari C ke D, dan beban pada akhirnya mencapai harga maksimum, dan tegangan di titik D disebut tegangan ultimit. Penarikan batang lebih lanjut akan disertai dengan pengurangan beban dan akhirnya terjadi putus/patah disuatu titik yaitu pada titik E. Karena itu, kekuatan bahan biasanya dinyatakan dalam tegangan.
2.2.4 Modulus Elastisitas atau Modulus Young [ 1 ]
Modulus elastisitas yaitu rasio unit tegangan terhadap unit regangan, sering disebut Modulus Young. Nilai modulus elastisitas setiap bahan berbeda-beda. Regangan merupakan bilangan tanpa dimensi (rasio dua satuan panjang), maka modulus elastisitas mempunyai satuan yang sama dengan tegangan, yaitu N/m2.
Untuk semua bahan-bahan teknik, modulus elastisitas dalam tekanan mendekati sama dengan modulus elastisitas dalam tarikan. Dalam elevator bucket rantai yang digunakan adalah material baja dengan tipe SS41 dengan nilai modulus elastisitas bahan sebesar 190-210 GPa.
2.3 Perhitungan Tegangan dan Regangan yang Digunakan
2.3.1 Mencari Kecepatan Rantai (v)
Kecepatan rantai disebut juga sebagai kelajuan elevator bucket.Dimana kelajuan di dapat dari putaran motor induksi 3 phase sebagai input dan menghasilkan putaran pada head sprocket sebagai output. Diameter pitch head dan kecepatan sudut yang diperoleh dari spesifikasi design elevator bucket dikonversi kekecepatan linear, dengan persamaan:
Rumus:
v = π .D .ω…………………………………………… 2.3
Dimana: v = Kecepatan rantai (m/s)
D = Diameter pitch head (m)
ω = Kecepatan sudut (rad/s)
2.3.2 Mencari Volume Isi Bucket (V)
Karena spesifikasi design pada elevator bucket khususnya Volume isi bucket belum diketahui. Maka untuk mencari volume isi bucket diperoleh dari spesifikasi design yang diketahui yaitu kapasitas total, jarak pitch bucket, dan asumsi faktor pengisian. Sedangkan densitas semen diketahui dari Laboratorium Indocement. Maka di dapat persamaan:
Rumus:
V = (Q . Pb)/(ρ . v . f)……………………………………………… 2.4
Dimana: V = Volume isi bucket (m3)
Q = Kapasitas total (ton/jam)
Pb = Pitch bucket (m)
ρ = Densitas semen (ton/m3)
v = Kecepatan rantai (m/s)
𝑓 = Faktor pengisian bucket dengan asumsi 69%
2.3.3 Volume Semen yang di Angkut Bucket (Vsemen)
Setelah di dapat volume isi bucket, maka volume semen yang diangkut dapat diketahui dari asumsi (Spek.Design) 69% dari volume isi bucket. Dengan persamaan :
Rumus:
Vsemen = V .f ………………………………………2.5
Dimana : Vsemen = Volume semen yang diangkut (dm3)
V = Volume isi bucket (dm3)
2.3.4 Massa Semen di Bucket (m_semen)
Setelah volume semen yang diangkut bucket diketahui, maka massa semen di dapat dengan persamaan:
Rumus:
m_semen = ρ .Vsemen…………………………… 2.6
Dimana: m_semen = Massa semen (kg)
Vsemen = Volume semen yang diangkut (m3)
ρ = Densitas semen (kg/m3)
2.3.5 Menghitung Beban dari Bucket (W)
Beban elevator bucket terhadap rantai ada 2 macam, yaitu :beban total dan beban bucket. Beban Total adalah beban dimana bucket membawa material semen, sedangkan Beban Bucket adalah beban dimana bucket kosong atau tidak membawa material semen.
1. Menghitung beban (W_1),bucket dengan beban total :
Sebelum menghitung Beban Total, massa bucket sudah diketahui dari spesifikasi design. Maka untuk mencari massa total di dapat persamaan:
m_tot = m_semen + m_bucket………………………… 2.7
Setelah didapat massa total, maka Beban Total dapat diperoleh dengan persamaan:
Rumus :
W_1 = m_tot . g …………………………………………… 2.8
Dimana : W_1 = Beban total dari semen dan bucketdiproses 1 (N)
m_tot = Massa total dari semen dan bucket (kg)
g = Percepatan gravitasi (m/s2)
2. Menghitung beban dari 〖(W〗_3)
Beban bucket tanpa beban didapat dengan persamaan:
Rumus:
W_3 = m_bucket . g…………………………………………… 2.9
Dimana: W_3 = Beban total bucketdiproses 3(N)
m_bucket = Massa total dari semen dan bucket (kg)
g = Percepatan gravitasi (m/s2)
2.3.6 Menghitung Luas Penampang Tiap Rantai (Achain)
Untuk menghitung luas penampang, pada dasarnya adalah bucket terpasang pada 1 pasang rantai dan ditambah 1 pasang rantai sebagai penghubung dari bucket ke bucket lainnya. Jadi, untuk 1 bucket dibutuhkan 2 link rantai (kiri dan kanan) sedangkan 2 link rantai yaitu berjumlah 4 buah rantai.
1. Menghitung luas penampang untuk 1 rantai (Achain), diketahui bahwa diameter dan ketebalan rantai diperoleh dari spesifikasi design. Maka di dapat persamaan:
Rumus:
Achain = π .Øchain .thickness chain ………………… 2.10
2. Menghitung luas penampang untuk 4 rantai dalam 1 bucket (A), dengan persamaan:
A = Achain . 4 ……………………………………………… 2.11
2.3.7 Gaya Tarik yang Dihasilkan Sprocket (F)
Diketahui bahwa penggerak head sprocket adalah motor listrik 3 phasa dengan daya, rpm rotor dan rpm sprocket diketahui dari spesifikasi design. Karena daya input sama dengan daya output, maka di dapat persamaan:
Rumus:
F = P / v…………………………………………………… 2.12
Dimana: F = Gaya tarik dari sprocket head / tail (N)
P = Power atau Daya (J/s)
v = Kecepatan rantai (m/s)
DAFTAR PUSTAKA
Sumber :
Elevator Bucket Tegangan dan Regangan, atas nama Raushan Fikri (Tahun 2011), Universitas Gunadarma
Komentar
Posting Komentar