PERANCANGAN PEGAS PEMBALIK TANGKI PENAMPUNG

AIR HEMAT ENERGI

SKRIPSI

FICO REZA ARIWIBOWO

1510311010

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN” JAKARTA

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

2019

i

PERANCANGAN PEGAS PEMBALIK TANGKI PENAMPUNG

AIR HEMAT ENERGI

SKRIPSI

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar

Sarjana Teknik

FICO REZA ARIWIBOWO

1510311010

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN” JAKARTA

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

2019

12 Juli

v

PERANCANGAN PEGAS PEMBALIK TANGKI AIR HEMAT

ENERGI

Fico Reza Ariwibowo

Abstrak

Pada rancangan tangki penampung air hemat energi ini terdapat pegas yang

berperan krusial sebagai alat yang membuat tangki ini dapat mendistribusikan air

tanpa harus diletakkan di ketinggian tertentu dan juga membuat proses yang terjadi

bersiklus. Tujuan penelitian adalah untuk mengetahui spesifikasi optimal dan

reliable dari pegas agar mampu membalikan posisi tangki ke posisi awal. Awal dari

perancangan ini dimulai dengan mengetahui spesifikasi sehingga difleksi yang

dialami oleh pegas dapat diketahui yaitu sebesar 823 mm dan beban-beban yang

terjadi pada tangki dapat diketahui, ada dua kondisi pembebanan pada tangki, yaitu

pembebanan pada kondisi tangki kosong sebesar 900 N dan pembebanan pada

kondisi tangki penuh sebesar 2264 N. Dari hasil data spesifikasi tangki tersebut,

untuk merancang pegas pembalik maka metode yang dilakukan selanjutnya adalah

dengan melakukan perhitungan, dan dari hasil perhitungan didapatkan spesifikasi

dari pegas yaitu diameter pegas sebesar 300 mm, diameter kawat 25 mm, spring

index 12, panjang bebas 2311 mm, jumlah lilitan 55, dan pitch 43 mm, dan

berdasarkan spesifikasi tersebut dapat diketahui bahwa pegas mengalami proses

buckling dan harus di support dengan guider, tingkat kegagalan sebesar 0.01

fail/milhours, dan juga estimasi umur pegas sebesar 6849 tahun. Maka dapat

disimpulkan bahwa spesifikasi dari pegas optimal dan reliable.

Kata Kunci : Pegas, Tangki Penampung Air, Hemat Energi, Umur, Tingkat

Kegagalan

vi

DESIGNING REVERSING SPRINGS OF ENERGY

EFFICIENT WATER STORAGE TANK

Fico Reza Ariwibowo

Abstract

In the design of this energy efficient water storage tank there is a spring that plays

a crucial role as a tool that makes this tank can distribute water without having to

be placed at a certain height and also make the process a cycle. The purpose of the

study was to determine the optimal and reliable specifications of the spring to be

able to reset the position of the tank to the starting position. This design begins with

knowing the specifications so that the deflection of the spring can be known which

is 823 mm and also the loads that occur in the tank can be known, there are two

loading conditions in the tank, loading at an empty tank condition of 900 N and

loading on full tank conditions of 2264 N. From the results of the tank specification

data, to design a reversing spring the next method is to calculate it, and from the

calculation results, specifications of the spring obtained that is spring diameter of

300 mm, wire diameter of 25 mm, spring index 12, free length 2311 mm, number

of turns 55, and pitch 43 mm, and based on these specifications it can be seen that

the spring undergoes a buckling process and must be supported by guider, failure

rate of 0.01 fail / milhours, and estimation of spring life of 6849 years . Then it can

be concluded that the specifications of the spring are optimal and reliable.

Keywords : Springs, Water Storage Tank, Energy Efficient, Life Cycle, Failure

Rate

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat ALLAH SWT, karena atas rahmat-

Nya dan karunia-Nya penulis dapat skripsi berjudul Perancangan Pegas Pembalik

Tangki Air Hemat Energi. Skripsi ini merupakan syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana di Prodi Teknik Mesin, Universitas Pembangunan Nasional “VETERAN”

Jakarta.

Dalam penulisan skripsi ini, penulis menyadari atas segala kekurangan yang

ada mengingat keterbatasan pengetahuan dan pengalaman yang dimiliki oleh

penulis. Oleh karena itu, dengan lapang hati penulis bersedia menerima segala

kritikan dan saran yang membangun untuk kemajuan dimasa yang akan datang.

Dalam penulisan skripsi ini penyusun banyak mendapat bantuan dan

dorongan baik berupa materi maupun non materi dari berbagai pihak, sehingga

laporan ini dapat terselesaikan dengan baik. Penyusun ingin mengucapkan terima

kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Dr. Ir. Reda Rizal, M.Si selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jakarta.

2. Bapak M Rusdy Hatuwe, MT selaku Kepala Prodi Jurusan Teknik

Mesin Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jakarta.

3. Bapak Ir. M.Galbi Bethalembah, MT selaku pembimbing yang telah

memberikan bimbingan dan pengarahan saya dalam pembuatan skripsi

ini.

4. Bapak Sigit Pradana, ST, MT selaku pembimbing yang telah

memberikan bimbingan dan pengarahan saya dalam pembuatan skripsi

ini.

5. Seluruh dosen pengajar yang telah berdedikasi memberikan ilmunya

kepada Mahasiswa Teknik Mesin UPN “Veteran” Jakarta.

6. Seluruh karyawan dan staff UPN “Veteran” Jakarta.

7. Kedua orangtua dan keluarga tercinta atas doa, kasih sayang, dan

dukungannya.

8. Teman-teman Mesin 15 yang selalu menemani saya selama masa

perkuliahan.

viii

Akhir kata penulis berharap semoga apa yang penulis uraikan dalam skripsi

ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang punya kaitannya dengan skripsi

ini.

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL…………………………………………………………... i

PERNYATAAN ORISINALITAS……………………………………………. ii

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI SKRIPSI…………………… iii

LEMBAR PENGESAHAN……………………………………………………. iv

ABSTRAK…………………………………………………………………….. v

ABSTRACT…………………………………………………………………… vi

KATA PENGANTAR…………………………………………………………. vii

DAFTAR ISI…………………………………………………………………… ix

DAFTAR GAMBAR…………………………………………………………... xii

DAFTAR TABEL……………………………………………………………… xiii

BAB I PENDAHULUAN……………………………………………………… 1

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

1.2 Rumusan Masalah………………………………………….…………. 2

1.3 Batasan Masalah………………………………………………………. 2

1.4 Tujuan Penelitian……………………………………………………… 2

1.5 Metode Penelitian……………………………………………….……. 3

1.6 Sistematika

Penulisan……………………………………………………………… 3

BAB II LANDASAN TEORI………………………………………………….. 5

2.1 Cara Kerja Tangki Penampung Air Hemat Energi…………………… 5

2.2 Komponen Utama Tangki Penampung Air Hemat Energi…………… 6

2.2.1 Tangki (Tank)………………………………………………….. 6

2.2.2 Pelampung (Bouy)……………………………………………… 7

2.2.3 Torak (Piston) 7

x

2.2.4 Kepala Torak (Head)…………………………………………... 8

2.3 Komponen Pendukung Tangki Penampung Air Hemat Energi………. 8

2.3.1 Rangka (Mainframe)…………………………………………… 9

2.3.2 Batang Poros Penghubung Pelampung (Bouy Connecting Rod). 9

2.4 Pegas………………………………………………………………….. 10

2.5 Pegas Heliks (Helical Springs)……………………………………….. 11

2.6 Material untuk Pegas Heliks (Helical Springs)………………………. 11

2.7 Standar Ukuran dari Kawat Pegas……………………………………. 12

2.8 Spesifikasi dari Pegas Heliks Kompresi

(Compression Helical Springs)……………………………………….. 13

2.9 Macam-macam Tipe Ujung Pegas Heliks Kompresi (Compression

Helical Spring)………………………………………………………... 16

2.10 Tegangan pada Pegas Coil (Helical Springs)………………………… 17

2.11 Difleksi pada Pegas Coil (Helical Springs)…………………………… 21

2.12 Buckling pada Pegas Kompresi (Compression Springs)……………… 21

2.13 Tingkat Kegagalan pada Pegas……………………………………….. 23

2.14 Life Cycle dari Pegas………………………………………………….. 31

BAB III METODE PENELITIAN…………………………………………….. 33

3.1 Skema Penelitian……………………………………………………… 33

3.2 Langkah Penelitian……………………………………………………. 32

BAB IV DATA DAN PERHITUNGAN……………………………………… 35

4.1 Spesifikasi Tangki Air………………………………………………… 35

4.2 Gaya yang Terjadi pada Sistem………………………………………. 37

4.3 Perhitungan Spesifikasi Pegas Pembalik……………………………… 39

4.4 Proses Buckling………………………………………………………………. 41

4.5 Tingkat Kegagalan pada Pegas Pembalik…………………………….. 42

4.6 Life Cycle dari Pegas Pembalik……………………………………….. 44

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN……………………………………….. 46

5.1 Kesimpulan……………………………………………………………. 46

5.2 Saran…………………………………………………………………… 46

xi

DAFTAR PUSTAKA………………………………………………………….. 47

RIWAYAT HIDUP……………………………………………………………. 48

LAMPIRAN…………………………………………………………………… 49

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Tangki Penampung Air Hemat Energi …………………...……. 6

Gambar 2.2 Tangki ………………………………………………..…………. 7

Gambar 2.3 Pelampung ……………………………………………………… 7

Gambar 2.4 Piston …………………………………………………………… 8

Gambar 2.5 Head …………………………………………………………………… 8

Gambar 2.6 Mainframe …………………………………………………………….. 9

Gambar 2.7 Bouy Connecting Rod ………………………………………………... 10

Gambar 2.8 Helical Springs ……………………………………………………….. 11

Gambar 2.9 Solid Length ……………………………………………………. 13

Gambar 2.10 Solid Length and Compressed Length ……………………………… 14

Gambar 2.11 End Connections ……………………………………………….. 16

Gambar 2.12 Pegas yang diberikan Beban Aksial W …………………………. 17

Gambar 2.13 Superposition dari Tegangan pada Pegas Heliks …………………. 19

Gambar 2.14 Wahl’s Stress Factor untuk Pegas Heliks ………………………. 20

Gambar 2.15 Buckling Pada Ujung Pegas yang Berbeda …………………….. 21

Gambar 2.16 Hubungan antara 𝛿 /LF dan LF/D dengan Buckling …………….. 23

Gambar 2.17 Multiplying factor Berdasarkan pada modulus rigidity ………….. 25

Gambar 2.18 Multiplying factor Berdasarkan pada Diameter Kawat ………… 25

Gambar 2.19 Multiplying factor Berdasarkan pada Diameter Rata-rata Pegas... 26

Gambar 2.20 Multiplying factor Berdasarkan pada

Jumlah Kumparan yang Aktif ………………………………… 27

Gambar 2.21 Multiplying factor Berdasarkan pada tensile strength Material … 27

Gambar 2.22 Multiplying factor Berdasarkan pada Difleksi Pegas …………… 28

Gambar 2.23 Multiplying factor Berdasarkan pada spring index …………….. 28

Gambar 2.24 Multiplying factor Berdasarkan pada cycle rate Pegas ………… 29

Gambar 2.25 Diagram Goodman untuk material music wire ASTM A228 /

SAE J178………………………………………………………... 32

Gambar 4.1 Spesifikasi Tangki Air …………………………………………. 35

Gambar 4.2 Guider ………………………………………………………………….. 42

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Nilai dari Shear Stresses yang diizinkan, Modulus of Rigidity, and

Modulus of Elasticity untuk Berbagai Material Pegas …………...... 12

Tabel 2.2 Standard Ukuran dari Kawat Pegas ………………………………… 12

Tabel 2.3 Berbagai Jenis Ujung Pegas ………………………………………… 16

Tabel 2.4 Nilai dari Buckling Factor (KB) …………………………………………. 22

Tabel 4.1 Spesifikasi Tangki Air ……………………………………………… 36

Tabel 4.2 Difleksi Pegas ………………………………………………………. 36

Tabel 4.3 Gaya yang terjadi pada Tangki Air …………………………………. 37

Tabel 4.2 Parameter dari Pegas Pembalik ……………………………………...39

Tabel 4.3 Proses Buckling ……………………………………………………... 41

Tabel 4.5 Tingkat Kegagalan ………………………………………………….. 43

Tabel 4.6 initial stress factor dan maximum stress factor ……………………….. 45