Oleh : M. Didik Suryadi (06503241001)

Jurusan Pendidikan Teknik Mesin

Universitas Negeri Yogyakarta

Ahad, 11 Januari 2009

FACTOR OF SAFETY

(Faktor Keamanan)

I. PENDAHULUAN

A. Perencanaan

Perencanaan adalah suatu kreasi untuk mendapatkan suatu hasil

akhir dengan mengambil suatu tindakan yang jelas, atau suatu kreasi atas

sesuatu yang mempunyai kenyataan fisik.

Dalam bidang teknik, hal ini masih menyangkut proses dimana

prinsip–prinsip ilmiah dan alat-alat teknik seperti matematika, komputer,

dan bahasa dipakai dalam menghasilkan suatu rancangan yang kalau

dilaksanakan akan memenuhi kebutuhan manusia.

Perencanaan mesin mencangkup semua perencanaan mesin, berarti

perencanaan dari sistem dan segala yang berkaitan dengan sifat mesin,

elemen mesin, struktur, dan instrumen, sehingga didalamnya menyangkut

seluruh disiplin teknik mesin, seperti mekanika fluida, perpindahan panas,

dan termodinamika serta ilmu-ilmu dasar dalam perencanaan elemen

mesin.1

B. Permasalahan

Seorang perancang pastilah tidak hanya akan memikirkan

bagaimana bentuk, struktur, komponen mesin yang akan dipakai, dan

sebagainya. Akan tetapi seorang perancang juga harus memperhitungkan

factor of safety (faktor keamanan) dari mesin atau konstruksi yang akan

dibuatnya. Oleh karena itu, factor of safety (faktor keamanan) akan sangat

1 Elemen mesin-1, hal 1

1

dipikirkan dan diaplikasikan oleh seorang perancang guna menghasilkan

sebuah produk yang aman bagi si-pembuat maupun si-pemakai.

Disini saya akan sedikit menyampaikan tentang apa yang dimaksud

dengan factor of safety (faktor keamanan), kode dan standar keamanan

dalam merancang, dan juga Organisasi Standar Internasional, yang

nantinya diharapkan dapat dimanfaatkan oleh seorang perancang sebelum

perancang tersebut merancang suatu konstruksi.

2

II. PEMBAHASAN

A. Faktor Keamanan

Faktor keamanan adalah faktor yang digunakan untuk

mengevaluasi keamanan dari suatu bagian mesin.2 Faktor keamanan ini

dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain :

1. Variasi sifat-sifat bahan

2. Pengaruh ukuran dati bahan yang diuji kekuatannya

3. Jenis beban

4. Pengaruh permesinan dan proses pembentukan

5. Pengaruh perlakuan panas terhadap sifat fisis dari material

6. Pengaruh pelumasan dan umur dari elemen mesin

7. Pengaruh waktu dan lingkungan dimana peralatan tersebut

dioperasikan

8. Syarat-syarat khusus terhadap umur dan ketahanan uji mesin

9. Keamanan manusia secara keseluruhan harus diperhatikan

Penggunaaan faktor keamanan yang paling banyak terjadi bila kita

membandingkan tegangan dengan kekuatan, untuk menaksir angka

keamanannya.3 Katakanlah, sebuah elemen mesin diberi effek yang kita

sebut sebagai F. Kita umpamakan bahwa F adalah suatu istilah yang

umum, dan bisa saja berupa suatu gaya, momen puntir, momen lentur,

kemiringan, lendutan, atau semacam disorsi. Kalau F dinaikkan, sampai

suatu besaran tertentu, sedemikian kalau dinaikkan sedikit saja, akan

mengganggu kemampuan mesin tersebut, untuk melakukan fungsinya

secara semestinya. Kalau kita nyatakan batasan ini, sebagai batas akhir,

harga F sebagai fu , maka faktor keamanan dapat dinyatakan sebagai :

(1-1)

2 Perencanaan Teknik Mesin, jilid 1, hal 113 Elemen Mesin-1, hal 3

3

Bila F sama dengan Fu, n=1, dan pada saat ini tidak ada

keamanan sama sekali. Akibatnya sering dipakai istilah batas keamanan

(margin of safety). Batas keamanan dinyatakan dengan persamaan :

(1-2)

Istilah faktor keamanan dan batas keamanan banyak dipakai dalam

praktik industri, yang arti dan maksutnya diketahui jelas. Begitupun,

istilah Fu dalam persamaan (1-1), adalah istilah yang terlalu umum untuk

semua jenis kegiatan, merupakan angka tersendiri yang secara statistik

bervariasi. Karena alasan ini, suatu faktor keamanan dengan n > 1 tidak

menghalangi terjadinya kegagalan. Karena hubungan antara tingkat

bahaya dengan n ini, beberapa pengarang cenderung menggunakan istilah

faktor perencanaan sebagai pengganti “faktor keamanan”. Sejauh anda

mengerti akan maksudnya, istilah manapun bias dipakai. Faktor keamanan

adalah faktor n dari persamaan (1-1).

Lebih lanjut, penggunaaan faktor keamanan yang paling banyak

terjadi, bila kita menbandingkan tegangan dengan kekuatan, untuk

menaksir angka keamananya. Faktor keamanan dipakai mempertanggung

jawabkan dua efek yang terpisah, dan biasanya tidak saling berhubungan.

Bila banyak bagian-bagian yang harus dibuat, dari berbagai

pengiriman bahan yang berbeda, atau ditemukan adanya variasi kekuatan

dari berbagai bagian tersebut, karena alasan yang berbeda beda, termasuk

karena adanya perbedaan dalam pembuatan, pengerjaan panas dan dingin,

dan bentuk geometrinya.

Bila suatu bagian dipasangkan, katakanlah pada sebuah konstruksi

dan konstruksi tersebut diteriman oleh pemakai yang mewah, akan

didapati adanya variasi beban yang berlebihan diluar jangkauan

pengawasan pabrik dan perencanaanya.

Jadi, faktor keamanan secara terpisah dipakai oleh perencana untuk

memperhitungkan ketidak tentuan yang mungkin terjadi atas kekuatan

4

M = n - 1

suatu bagian mesin dan ketidak tentuan yang mungkin terjadi atas beban

yang bekerja pada bagian mesin tersebut.

Kita akan memilih tiga buah kasus yang menunjukan perbedaan

yang jelas dalam penggunaan faktor keamanan. Kasus ini tergantung pada

apakah faktor keamanan dipilih sebagai suatu besaran, atau sebagai faktor

yang dimasukan kedalam komponen.

Kasus 1. Seluruh faktor keamanan dipakai terhadap kekuatan

(1-3)

Disini, tegangan σ dan µ disebut tegangan aman (safety strees)

atau tegangan perencanaan (design strees). Perhatikan, bahwa Ss adalah

suatu tegangan geser. Karena hanya ada faktor keamanan yang dipakai

dalam persamaan n haruslah mencakup juga kelonggaran atau ketidak

tentuan beban dan tegangan. Anda perlu mencatat bahwa hubungan dalam

persamaan 1-3 secara tidak langsung juga menunjukan bahwa tegangan

berbanding lurus terhadap beban. Kalau ada keraguan atas perbandingan

lurus tersebut, maka Kasus-1 tak dapat dipakai.

Kalau suatu bagian mesin sudah direncanakan dan bentuk

geometri, beban dan kekuatanya diketahui maka faktor keamanan dapat

dihitung untuk mengevaluasi keamanan dari rencana tersebut. Cara

pendekatan ini juga dapat dipergunakan, bila riwayat kegagalan dari

bagian mesin tersebut sudah diketahui, dan siperencana ingin mempelajari

mengapa beberapa bagian mesin tertentu sering rusak. Nutuk tujuan ini,

Persamaan (1-3) dipakai dala bentuk :

(1-4)

5

atau

atau

Kasus 2 Seluruh faktor keamanan tersebut dipakai terhadap pembebanan,

atau terhadap tegangan yang timbul akibat pembebanan tersebut.

(1-5)

Di sini Fp disebut beban yang diperkenankan (allowable load),

atau beban yang diizinkan (permissible load), dan disebut tegangan

yang diperkenankan, atau tegangan yang diinginkan . Hubungan

persamaan selalu perlu dipakai bila tegangan tidak berbanding lurus

dengan beban. Tegangan yangdidapat dari beban yang diinginkan juga

bias disebut sebagai tegangan yang diizinkan. Karenanya, Persamaan (1-5)

dapat dipakai untuk tujuan perencanaan, dengan memilih suatu bentuk

geometri tertentu, sedemikian rupa sehingga tegangan yang diizinkan tidak

pernah lebih besar dari kekuatan S.

Kasus 3 Faktor keamanan total atau faktor keamanan menyeluruh, dipakai

terhadap semua bagian dari mesin, dan faktor yang tersendiri dipakai

secara terpisah terhadap kekuatan dan terhadap beban, atau terhadap

tegangan yang terjadi akibat beban tersebut. Kalu misalnya, ada dua beban

yang bekerja, maka faktor keamanan total atau faktor keamanan

menyeluruh adalah :

( )

Di mana ns dipakai untuk memperhitungkan semua variasi atau ketidak-

tetapan yang menyangkut kekuatan n1 terhadap ketidak tetapan yang

menyangkut beban 1 dan n2 terhadap ketidak-tetapan yang menyangkut

beban 2.

Kalau tidak menggunakan suatu faktor keamanan , seperti ns

terhadap kekuatan sebetulnya kita mengatakan, bahwa ada keadaan biasa

6

Fp = n.F atau σp = n.σ

n = ns.n1.n2

dan wajar, maka kekuatan yang didapat tersebut tak akan pernah kecil.

Jadi, harga terkecil dari kekuatan tersebut, dapat dihitung sebagai berikut :

(1-6)

Kalau kita menggunakan faktor keamanan, seperti n1 terhadap

suatu beban atau tegangan yang timbul akibat beban tersebut. Sebetulnya

kita mengatakan , bahwa bebab atau tegangan yang timbul tersebut tidak

akan pernah lebih besar. Jadi, beban atau tegangan terbesar, sesuai dengan

kasus ini adalah :

(1-7)

Di mana nj adalah komponen dari faktor keamanan total [ n1 atau n2

dalam persamaan ( a ), yang diperhitungkan secara terpisah terhadap

ketidak tetapan yang menyangkut tegangan atau beban. Hal ini sesuai

dengan peryataan tentang σp dan Fp sebagai harga yang diperkenankan

atau dizinkan .

Untuk kasus ini, hubungan tegangan dengan beban, dapat

dinyatakan dengan persaman umum berikut ini :

σp = C£ ( x1,x2,x3,…..,xi) F (n1 F1,n2F2,n3F3…..,njF3) (1-8)

di mana C = konstanta

£ = fungsi dari bentuk geometri

F = fungsi beban, biasanya gaya dari momen

X1= ukuran bagian mesin yang direncanakan

F1 = beban luar yang bekerja pada bagian mesin tersebut

7

σp = nj.σ atau Fp = nj.F

nj = faktor keamanan yang dipakai untuk

memperhitungkan variasi beban masin-masing

Tentunya, suatu persamaan yang sama dengan persamaan (1-8) juga dapat

ditulis untuk tegangan geser. Persamaan (1-8) dipakai untuk perencanaan,

dengan menghitungnya, untuk semua ukuran x1 yang tidak diketahui.

Akhirnya, adalah penting untuk dicatat, bahwa kekuatan dan

tegangan dalam suatu bagian mesin adalah berbeda-beda dari satu titik

ketitik yang lain dalam elemen tersebut. Berbagai cara pengerjaan logam,

seperti penempaan, rolling dan pembentukan dingin menyebabkan adanya

variasi kekuatan tersebut dari satu titik ketitik yang lain dalam bagian

mesin tersebut. Tegangan juga berubah dari titik ketitik yang lain. Jadi,

perlu diingat bahwa kekuatan tegangan, kekuatan, dan keamanan hanya

berlaku pada suatu titik tertentu saja. Di dalam beberapa kasus mereka

harus dievaluasi pada beberapa titik, dalam merencana atau menganalisa

suatu bagian mesin.4

Faktor keamanan dipilih untuk memastikan tegangan geser yang

diijinkan tidak melebihi ukuran batas tegangan untuk material, tetapi

pertimbangan secara umum akan mempengaruhi nilai faktor keamanan

tersebut. Yang mempengaruhi adalah :

1. Sifat dari material itu sendiri dan spesifikasi keandalannya

2. Sifat pembebanan (sifat mampu beban)

3. Sifat ketahanan material dari korosi

4. Kemungkinan dampak dari pengerjaan pemesinan

5. Akibat kegagalan (kelelahan) material pada waktu proses

pembentukan.5

Untuk komponen mesin yang mengalami beban bervariasi terus-

menerus, maka faktor keamanan dihitung berdasarkan ketahanan lelah

bahan yang digunakan. Menurut pendapat J. P. Vidosic angka keamanan

4 Perencanaan Teknik Mesin, jilid 1, hal 11-135 Mechanical Engineering Science, page 53

8

disesuaikan berdasarkan tegangan luluhnya, dan kemudian J. P. V idosic

memberikan angka keamanan sebagai berikut :

1. n = 1.25 + 1.5 : Untuk bahan yang sesuai dengan

penggunaan pada kondisi terkontrol dan beban

tegangan yang bekerja dapat ditentukan

dengan pasti.

2. n = 1.5 + 2 : Untuk bahan yang sudah diketahui dan pada

kondisi lingkungan beban dan tegangan yang

tetap dan dapat ditentukan dengan mudah.

3. n = 2 + 2.5 : Untuk bahanyang beroperasi pada

lingkungan biasa dan beban serta tegangan

dapat ditentukan.

4. n = 2.5 + 4 : Untuk bahan getas dibawah kondisi

lingkungan, beban, dan tegangan.

5. n = 3 + 4 : Untuk bahan belum diuji yang digunakan

pada kondisi lingkungan, beban, dan tegangan

rata-rata atau untuk bahan yang sudah

diketahui baik yang bekerja pada tegangan

yang tidak pasti.6

Akan tetapi berdasarkan Ir. Zainun Achmad, MSC., beliau

menambahkan tiga poin dari apa yang telah disampaikan J. P. Vidosic,

yaitu :

6. Beban Berulang : Faktor-faktor seperti yang ditetapkan pada

nomor 1sampai 6 yang sesuai, tetapi harus

disalurkan pada batas ketahanan lelah dari

pada kekuatan luluh bahan.

6 Mechanical Design An Integrated Approach, page 12

9

7. Gaya Kejut : Faktor yang sesuai pada nomor 3 sampai 5

tetapi faktor kejut termasuk dalam beban

kejut.

8. Bahan Getar : Dimana tegangan maksimum digunakan

secara teoritis, harga faktor keamanan

dipresentasikan pada nomor 1 samapai 5 yang

diperkirakan 2 kalinya.7

Menurut D. Titherington dan J. G. Rimmer dalam bukunya yang

berjudul “Mechanical Engineering Science” mengatakan bahwa, untuk

mendefinisikan faktor keamanan yang mana memungkinkan untuk

mengetahui tegangan yang didijinkan pada suatu konstruksi adalah dengan

cara melakukan suatu perhitungan, yang mana perhitungannya adalah

sebagai berikut 8:

B. Kode dan Standar

Standar, adalah sekumpilan spesifikasi untuk bagian-bagian mesin,

bahan atau proses untuk mendapatkan keseragaman, efisiensi, dan mutu

tertentu. Salah satu kegunaan standar yang penting adalah untuk memberi

suatu batasan akan jumlah jenis dalam spesifikasi.

Kode, adalah sekumpulan spesifikasi untuk keperluan analisa,

perencanaan, cara pembuatan, dan kadang-kadang jenis konstruksi. Tujuan

kode adalah untuk mendapatkan suatu tingkat tertentu dari keamanan,

efisiensi, dan performans atau mutu. Perlu diamati, bahwa kode keamanan

tidak menyatakan secara tidak langsung tentang suatu keamanan yang

mutlak ( absolute safety). Pada kenyataannya, tidak mungkin didapat suatu

keamanan yang mutlak. Kadangkala, suatu kejadian tak terduga terjadi.

7 Elemen Mesin-1, hal 4-58 Mechanical Engineering Science, page 52

10

Faktor keamanan = tegangan mulur asal : tegangan yang diijinkan

Merencanakan bangunan yang tahan terhadap kecepatan angin 120 mph,

tidak berarti bahwa si perencana mengira bahwa angin dengan kecepatan

150 mph tidak mungkin; ini hanya bararti bahwa kemungkinan itu sangat

kecil.9

Dibawah ini adalah perkumpulan organisasi dan himpunan yang

terdaftar dan telah mengembangkan spesifikasi untuk standar dan kode

perencanaan atau kode keamanan :

NO SINGKATAN KEPANJANGAN

1 AA Aluminum Association

2 AFBMA Anti-Friction Bearing Manufacturing Association

3 AGMA American Gear Manufacturing Association

4 AIAA American Institute of Aeronautics and Astronautics

5 AISC American Institute of Steel Construction

6 AISI Amerinan Iron and Steel Institute

7 ANSI American National Standards Intitute

8 API American Petroleum Institute

9 ASCE American Society of Civil Engineers

10 ASLE American Society of Lubrikation Engineers

11 ASM American Society of Metals

12 ASME American Society of Mechanical Emgimeers

13 ASTM American Society for Testing and Materials

14 AWS American Welding Society

15 NASA Natinal Aeronautics and Space Administration

16 NIST National Institute for Standards and Technology

17 IFI Industrial Fasteners Intitute

18 ISO International Standards Organization

19 SAE Sociaty of Automotive Engineers

20 SEM Society for Experimental Mechanics

21 SESA Society for Experimental Strees Analysis9 Perencanaan Teknik Mesin, jilid 1, hal 15

11

22 SPE Society of Plastic Engineers

The following is a partial list of societies and organization* that have established

spesifications for standards and safety or design codes.10

III. KESIMPULAN

Kesimpulan :

10 Mechanical Design An Integrated Approach, page 13

12

1. Faktor keamanan adalah faktor yang digunakan untuk mengevaluasi

keamanan dari suatu bagian mesin.

2. Seorang perancang harus memahami dan selalu mengaplikasikan

pengetahuannya tentang faktor keamanan guna keselamatan si pembuat

dan si pemakai.

3. Nilai atau batas-batas faktor keamanan telah ditentukan dalam tabel.

4. Seorang perancang harus mengacu pada standarisasi dan kode-kode yang

telah ada.

DAFTAR PUSTAKA

13

Shigley, Joseph E., Mitchel, Larry D. & Harahap, Gandhi (1983).”Perencanaan

Teknik Mesin.” Jakarta; Erlangga.

Achmad, Zainun (1999).”Elemen Mesin-1.” Bandung; Refika Aditama.

Titherington, D.& Rimmer, J.G. (1969).”Mechanical Engineering Science.”

London; Mc. Graw Hill Publishing Company Limited.

Collins, Jack A. (2003).”Mechanical Design of Machine Elements and Machines

A Failur Prevention Perspective.” Amerika; John Wiley & Sons.

Maitra, Gifin M. & Prasad, L.V. (1995).”Handbook of Mechanical Design

(Second Edition). New Delhi; Mc. Graw-Hill.

Ugural, Ansel C. (2003).”Mechanical Design An Integrated Approach.” Boston;

Mc. Graw Hill.

http://www. Allowable Stress Vessel.com

14