perencanaan ulang belt conveyor untuk mesin …
TRANSCRIPT
TUGAS AKHIR - TM 145502 PERENCANAAN ULANG BELT CONVEYOR UNTUK MESIN PENGHANCUR BATU DENGAN KAPASITAS 30 TON/JAM
ANISA WAHYU UMMAMI NRP. 10211500000050 Dosen Pembimbing : Ir. Syamsul Hadi, MT DEPARTEMEN TEKNIK MESIN INDUSTRI Fakultas Vokasi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2018
i
TUGAS AKHIR - TM 145502 PERENCANAAN ULANG BELT CONVEYOR UNTUK MESIN PENGHANCUR BATU DENGAN KAPASITAS 30 TON/JAM ANISA WAHYU UMMAMI NRP. 10211500000050 Dosen Pembimbing : Ir. Syamsul Hadi, MT DEPARTEMEN TEKNIK MESIN INDUSTRI Fakultas Vokasi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2018
i
FINAL PROJECT - TM 145502 REDESIGN BELT CONVEYOR FOR THE STONE CRUSHER MACHINE WITH CAPACITY 3O TONS/HOUR ANISA WAHYU UMMAMI NRP. 10211500000050 Advisor Ir. Syamsul Hadi, MT. DEPARTMENT OF MECHANICAL INDUSTRY ENGINEERING Faculty of Vocational Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2018
iv
PERENCANAAN ULANG BELT CONVEYOR UNTUK MESIN PENGHANCUR BATU DENGAN KAPASITAS
30 TON/JAM Nama Mahasiswa : Anisa Wahyu Ummami NRP : 10211500000050 Departemen : Teknik Mesin Industri Fakultas Vokasi - ITS Dosen Pembimbing : Ir. Syamsul Hadi, MT.
Abstrak Belt conveyor di sebuah industri penghasil pasir di Blitar,
digunakan untuk memindahkan batuan yang ditampung di dalam hopper menuju mesin penghancur batu. Adanya alat tersebut sangat berguna untuk meringankan pekerjaan dan mempersingkat waktu pekerjaan. Namun, kapasitas yang dapat diangkut belt conveyor tersebut kurang maksimal dikarenakan sudut inklinasi yang terlalu besar. Oleh karena itu, pada buku ini membahas tentang perhitungan kapasitas belt conveyor dengan menyesuaikan sudut inklinasi.
Pada perencanannya, diawali dengan studi literatur dan observasi lapangan. Setelah itu, dilakukan pengambilan data dan perencanaan. Perencanaan meliputi perencanaan kapasitas belt conveyor, kecepatan conveyor, perencanaan rantai dan sproket, perencanaan poros dan bantalan.
Conveyor ini memiliki panjang 6 meter dan memiliki sudut inklinasi 18o dengan kecepatan 0,13 m/s dan kapasitas maksimum sebesar 30,273 ton/jam. Dari hasil perhitungan didapatkan berat sabuk 4,29 kg/m, daya motor yang diperlukan 6 hp, rantai yang digunakan No 60 dengan diameter sproket kecil 68 mm dan sproket besar 213 mm. Kata kunci: Belt conveyor, bearing, poros, chain and sprocket.
v
(Halaman ini sengaja dikosongkan)
vi
REDESIGN BELT CONVEYOR FOR THE STONE CRUSHER MACHINE WITH CAPACITY 30 TONS/HOUR
Name : Anisa Wahyu Ummami ID Number : 10211500000050 Department : Industrial Mechanical Engineering
Vocational Faculty-ITS Advisor : Ir. Syamsul Hadi, MT.
Abstract Belt conveyor in a industry that produce sand at Blitar, is
used for moving stones at hopper to stone crusher machine. The existence of belt conveyor is very useful to make work more easier and shortened working time. But, the capacity that can loaded is not maximal because of the inclination angle. So, this book will talking about the calculation of belt conveyor's capacity with inclination angle.
This redesigning is started with study of literature and field observation. After that, we get data from observation and redesigning. This redesigning consist of capcity of belt conveyor, velocity of cnveyor, chain and sprocket, shaft and bearing.
This conveyor has a length 6 meters and the inclination angle is 18o with speed 0,13 m/s and the maximum capacity is 30,273 tons/hour. From the calculation were resulted the weight of belt 4,29 kg/m, the power of motor needed is 6 hp, using chain number 60 with diameter of small sproket is 68 mm and large sprocket 213 mm
Keywords: Belt conveyor, bearing, shaft, chain and
sprocket.
vii
(Halaman ini sengaja dikosongkan)
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur dipanjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan seluruh pengerjaan tugas akhir dengan judul : “PERENCANAAN ULANG BELT CONVEYOR UNTUK MESIN PENGHANCUR BATU DENGAN KAPASITAS 30 TON/JAM”
Penyelesaian tugas akhir ini merupakan syarat akademis yang harus ditempuh di Departemen Teknik Mesin Industri Fakultas Vokasi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.
Banyak dorongan dan bantuan yang penulis dapatkan selama Penyusunan Tugas Akhir ini sehingga terselesaikannya dengan beberapa kekurangan dan kelebihannya. Pada kesempatan kali ini perkenankanlah penyusun menyampaikan ucapan terima kasih kepada:
1. Bapak Ir. Syamsul Hadi, MT. selaku Dosen pembimbing yang telah dengan sabar dan telaten memberi bimbingan serta ilmu-ilmu yang bermanfaat sehingga terselesaikannya Tugas Akhir ini.
2. Bapak Dr. Ir. Heru Mirmanto, MT. Selaku Kepala Departemen Teknik Mesin Industri Fakultas Vokasi-ITS yang telah banyak memberikan bantuan dalam proses pengajuan ijin dan sebagainya sampai terselesaikannya Tugas Akhir ini.
3. Bapak Ir. Suhariyanto, M.T Selaku koordinator Tugas Akhir Program Studi Departemen Teknik Mesin Industri FV-ITS.
4. Bapak-Ibu Dosen penguji yang telah memberikan kritik dan saran dalam penyempurnaan dan pengembangan Tugas Akhir ini. Serta seluruh Dosen dan staff pengajar Departemen Teknik Mesin Industri Fakultas Vokasi-ITS, yang telah memberikan ilmunya dan membantu semua selama duduk dibangku kuliah.
ix
5. Kedua Orangtua dan keluarga penulis yang telah memberi dukungan moril dan materiil serta do’a yang tak pernah putus selama ini.
6. Bapak Purnomo selaku pembimbing dan penuntun selama observasi di Penataran, Blitar.
7. Mutiara Prameswari selaku partner dalam menyelesaikan buku TA ini.
8. Sahabat tercinta Ulif, Dini, Wiwid, Haura, Alda, dan Tata yang senantiasa menemani dalam penyelesaian buku ini.
9. Teman-teman Departemen Teknik Mesin Industri 2015 yang senantiasa saling mendukung selama penyusunan buku tugas akhir.
10. Serta semua pihak yang belum tertulis dan yang tidak mungkin disebutkan satu persatu yang telah berperan dalam pengerjaan buku ini.
Semoga segala keikhlasan dan beribu kebaikan yang
telah diberikan mendapatkan balasan yang terbaik dari Allah SWT. Saya sebagai makhluk Allah SWT, manusia biasa, saya menyadari bahwasannya penulisan ini masih terdapat beberapa kesalahan, keterbatasan serta kekurangan. Oleh karena itu , saya mengharapkan kritik dan saran sebagai masukan untuk penulis dan kesempurnaan Tugas Akhir ini. Semoga dengan penulisan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan.
Surabaya, Juli 2018
Penulis
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................. i LEMBAR PENGESAHAN ....................................................... iii ABSTRAK ................................................................................ iv ABSTRACT .............................................................................. vi KATA PENGANTAR ............................................................... viii DAFTAR ISI ............................................................................. x DAFTAR GAMBAR ................................................................ xiv DAFTAR TABEL. .................................................................... xv BAB I PENDAHULUAN ........................................................ 1 1.1 Latar Belakang .................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah ............................................................... 1 1.3 Tujuan Penelitian ................................................................. 2 1.4 Batasan Masalah .................................................................. 2 1.5 Manfaat Penelitian ............................................................... 2 1.6 Sistematika Penulisan .......................................................... 2 BAB II DASAR TEORI .......................................................... 5 2.1 Pengertian Belt Conveyor ................................................... 5
2.1.1 Komponen utama belt conveyor ................................. 7 2.1.2 Perencanaan belt conveyor .......................................... 17
2.2 Rantai dan Sproket .............................................................. 23 2.2.1 Transmisi dan daya rantai ......................................... 24 2.2.2 Pemilihan rantai ........................................................ 26 2.2.3 Diameter dan jumlah gigi sproket ............................. 27 2.2.4 Kecepatan, panjang dan gaya rantai ......................... 28
2.3Poros ..................................................................................... 29 2.3.1 Momen torsi .............................................................. 29 2.3.2 Beban radial dan aksial dan momen terbesar............ 30 2.3.3 Bahan poros .............................................................. 30 2.3.4 Diameter poros ......................................................... 31
2.4 Roll Bearing ........................................................................ 31 2.4.1 Beban ekivalen ......................................................... 32
xi
2.4.2 Prediksi umur bearing ............................................... 33 BAB III METODOLOGI PENELITIAN .............................. 35 3.1 Flowchart Penelitian .......................................................... 35 3.2 Studi Literatur ..................................................................... 36 3.3 Observasi ............................................................................. 36 3.4 Perumusan Masalah ............................................................. 36 3.5 Pengambilan Data................................................................ 36 3.6 Analisa dan Perhitungan ...................................................... 36 3.7 Penyusunan Laporan ........................................................... 36 3.8 Flowchart Perhitungan ........................................................ 37 3.8.1. Perencanaan belt conveyor .............................................. 40 3.8.2 Perencanaan roller idler ................................................... 40 3.8.3 Perencanaan rantai dan sproket ........................................ 40 3.8.4 Perencanaan poros ............................................................ 41 3.8.5 Perencanaan bearing ......................................................... 41 3.9 Tempat dan Waktu .............................................................. 41 3.10 Komponen Mesin .............................................................. 41 3.11 Cara Kerja Mesin............................................................... 46 BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN ........................... 49 4.1 Data Hasil Observasi ........................................................... 49 4.2 Perencanaan Belt Conveyor ................................................ 49
4.2.1 Luas penampang muatan ............................................. 50 4.2.2 Kapasitas dan berat komponen conveyor .................... 50 4.2.3 Perencanaan roller idler .............................................. 51 4.2.4 Tahanan pada belt........................................................ 52 4.2.5 Tegangan pada belt...................................................... 52 4.2.6 Daya motor penggerak ................................................ 54
4.3 Perencanaan Rantai dan Sproket ........................................ 55 4.3.1 Daya desain ................................................................ 56 4.3.2 Diameter sproket ........................................................ 56 4.3.3 Kecepatan rantai .......................................................... 57 4.3.4 Panjang rantai ............................................................. 57
4.4 Perencanaan Poros .............................................................. 58
xii
4.4.1 Gaya yang bekerja pada poros .................................... 58 4.4.2 Bidang horisontal ........................................................ 61 4.4.3 Bidang vertikal ........................................................... 67 4.4.4 Momen dan gaya terbesar ........................................... 73 4.4.5 Torsi ............................................................................ 73 4.4.6 Diameter dan bahan poros ........................................... 73
4.5 Perencanaan Bearing .......................................................... 74 4.5.1 Beban radial bantalan .................................................. 74 4.5.2 Beban ekuivalen .......................................................... 75 4.5.3 Prediksi umur bearing ................................................. 75
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................. 77 5.1 Kesimpulan .......................................................................... 77 5.2 Saran .................................................................................... 78 DAFTAR PUSTAKA .............................................................. 79 LAMPIRAN BIODATA PENULIS
xiii
(Halaman ini sengaja dikosongkan)
xiv
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Penampang Sabuk ................................................ 10 Gambar 2.2 Idler ...................................................................... 12 Gambar 2.3 Penggerak Belt Conveyor ..................................... 14 Gambar 2.4 Penyenter Sabuk ................................................... 15 Gambar 2.5 Transmis Roda Gigi Konveyor ............................. 16 Gambar 2.6 Muatan curah dan satuan ...................................... 17 Gambar 2.7 Rantai roll ............................................................. 24 Gambar 2.8 Diagram pemilihan rantai roll............................... 27 Gambar 3.1 Rubber belt ........................................................... 41 Gambar 3.2 Motor penggerak .................................................. 42 Gambar 3.3 Rantai dansproket .................................................. 43 Gambar 3.4 Hopper ................................................................... 44 Gambar 3.5 Pemecah batu ......................................................... 44 Gambar 3.6 Flat roller idler ...................................................... 45 Gambar 3.7 Troughed roller idler ............................................. 45 Gambar 3.8 Batuan keluar dari hopper ..................................... 46 Gambar 3.9 Batuan menuju head .............................................. 47 Gambar 4.1 Troughed idler ........................................................ 50 Gambar 4.2 Tarikan/tegangan pada belt ................................... 53 Gambar 4.3 Diagram benda bebas ............................................ 58 Gambar 4.4 Gaya karena tarikan belt conveyor ........................ 59 Gambar 4.5 Gaya pada rantai .................................................... 60 Gambar 4.6 Reaksi tumpuan arah horisontal ............................ 61 Gambar 4.7 Potongan pada arah horisontal .............................. 62 Gambar 4.8 Potongan I bagian kiri ........................................... 62 Gambar 4.9 Potongan II bagian kiri .......................................... 63 Gambar 4.10 Potongan III bagian kiri ....................................... 64 Gambar 4.11Potongan IV bagian kiri ....................................... 65 Gambar 4.12 Diagram gaya arah horisontal .............................. 66
xv
Gambar 4.13 Diagram momen arah horisontal ......................... 66 Gambar 4.14 Reaksi tumpuan arah vertikal .............................. 67 Gambar 4.15 Potongan pada arah vertikal ................................ 68 Gambar 4.16 Potongan I bagian kiri ......................................... 68 Gambar 4.17 Potongan II bagian kiri ........................................ 69 Gambar 4.18 Potongan III bagian kiri ....................................... 70 Gambar 4.19Potongan IV bagian kiri ....................................... 71 Gambar 4.20 Diagram gaya arah horisontal .............................. 72 Gambar 4.21 Diagram momen arah horisontal ......................... 72
xiv
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Lapisan Sabuk Tekstil Muatan ................................. 8 Tabel 2.2 Rekomendasi Lapisan Belt ....................................... 10 Tabel 2.3 Faktor keselamatan ................................................... 11 Tabel 2.4 Jarak idler maksimum .............................................. 13 Tabel 2.5 Berat curah, sudut balik, faktor gesek ...................... 18 Tabel 2.6 Rekomendasi sudut inklinasi belt ............................. 20 Tabel 2.7 Koefisien tahanan belt terhadap bantalan roll .......... 20 Tabel 2.8 Kecepatan belt yang disarankan ............................... 21 Tabel 2.9 Faktor koreksi untuk rantai ...................................... 24 Tabel 2.10 Konstanta kondisi beban .......................................... 33
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Proses pengangkutan material memainkan peranan yang sangat penting di dalam dunia industri. Suatu industri, dimana kita membutuhkan alat untuk memudahkan memindahkan barang dari tempat satu ke tempat lainya tanpa menggunakan banyak tenaga dan hal itu tidaklah mungkin dilakukan manusia. Contohnya dalam pemindahan batuan kali yang akan dihancurkan menjadi kerikil dan pasir.dimana tempat penampungan batuan dan mesin penghancurnya memiliki jarak yang cukup jauh untuk dilakukan pemindahan secara manual.
Karena kepentingan-kepentingan itulah, maka dibutuhkan suatu alat pemindah barang yang dapat memudahkan proses produksi. Salah satu alat yang banyak dikenal di dunia industri adalah belt conveyor.
Belt conveyor mampu memindahkan suatu barang atau beban satuan maupun beban dalam jumlah banyak seperti pasir, batu bara, kerikil dan lain sebagainya. Dapat memindahkan beban sepanjang lintasan horisontal ataupun dengan inklinasi tertentu tergantung beban yang dimuat.
Oleh karenanya, penulis mencoba untuk merencanakan belt conveyor pada mesin pemecah batu agar dapat meringankan proses produksi dalam suatu industri kecil. Perancangan dilakukan dengan perhitungan secara cermat pada konstruksi komponen-koponen utama dari belt conveyor, komponen-komponen pembantu dan motor penggerak.
1.2 Rumusan Masalah
Dari penilitian tersebut ada beberapa rumusan masalah yang muncul sebagai pertanyaan pedoman agar sesuai dengan apa yang penulis inginkan, diantara rumusan masalah tersebut adalah:
1. Berapa daya motor yang diperlukan dalam perencanaan belt conveyor pada mesi penghancur batu.
2
2. Bagaimana perhitungan elemen mesin pada komponen rantai, sproket, poros dan bearing.
1.3 Tujuan Penelitian Adapun tujuan dalam penulisan ini adalah : 1. Mengetahui daya motor yang diperlukan dalam
perencanaan belt conveyor pada mesin penghancur batu.
2. Mengetahui perhitungan elemen mesin pada komponen rantai, sproket, poros dan bearing.
1.4 Batasan Masalah Untuk memberikan gambaran yang lebih jelas mengenai
masalah yang dikaji dalam penulisan ini, maka perlu kiranya diberikan batasan masalah sebagai berikut:
1. Pembahasan ada pada perhitungan perencanan komponen belt conveyor.
2. Komponen mesin yang dibahas pada mesin ini yaitu belt, rantai dan sproket, poros, dan bearing.
3. Tidak membahas rangka penopang belt conveyor. 4. Tidak membahas perhitungan tentang perencanaan
hopper dan crusher. 1.5 Manfaat Penelitian
Dapat menerapkan pengetahuan dan teori yang selama ini didapatkan dari pembelajaran di bangku kuliah untuk diaplikasikan pada permasalahan yang ada, dan juga dapat mengetahui bagaimana perencanaan belt conveyor yang sesuai dengan teori yang ada pada literatur dan mempertimbangkan kondisi di lapangan.
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan disusun untuk memberikan gambaran penjelasan mengenai isi dari setiap bab-bab, diantaranya :
3
BAB I PENDAHULUAN Bab ini menjelaskan secara singkat tinjauan secara umum
mengenai latar belakang, rumusan permasalahan, batasan masalah, tujuan, sistematika penulisan dan manfaat.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA Bab ini menjelaskan beberapa teori penunjang yang
digunakan untuk menyelesaikan penelitian ini. BAB III METODOLOGI Bab ini menjelaskan metodologi penelitian, diagram
langkah penelitian, prinsip kerja belt conveyor. BAB IV HASIL DAN ANALISA Membahas tentang hasil perhitungan perencanaan belt
conveyor pada hopper dan crusher. BAB V PENUTUP Membahas tentang kesimpulan dari hasil analisis dan
saran-saran penulis. DAFTAR PUSTAKA Berisi tentang referensi – referensi yang terkait dengan
materi pembahasan, berupa buku, jurnal terdahulu, maupun website yang dijadikan acuan.
LAMPIRAN Berisi tentang data-data tambahan yang menunjang tugas
akhir.
4
Halaman ini sengaja dikosongkan.
5
BAB II DASAR TEORI
2.1. Pengertian Belt Conveyor
Belt conveyor adalah mesin pemindah bahan menggunakan sabuk karet (belt) yang tidak berujung, terdiri dari beberapa lapisan yang diperkeras dengan serat baja (fiber steel) dan atau kawat baja untuk mnghasilkan kekuatan pada belt. Belt conveyor dapat digunakan untuk memindahkan muatan satuan (unit load) maupun muatan curah (bulk load) sepanjang garis lurus (horisontal) atau sudut inklinasi terbatas.
Belt Conveyor atau konveyor sabuk adalah media pengangkutan yang digunakan untuk memindahkan muatan dalam bentuk satuan atau tumpahan, dengan arah horizontal atau membentuk sudut inklinasi dari suatu sistem operasi yang satu ke sistem operasi yang lain dalam suatu jalur proses produksi, yang menggunakan sabuk (Belt) sebagai penghantar muatannya.
Kelebihan dari transportasi dengan Belt Conveyor antara lain bekerja secara otomatis, mudah dalam memulai operasi dan terus beroperasi secara terus menerus. Belt Conveyor hampir tidak memiliki waktu jeda atau istirahat ketika beroperasi, tidak terganggu oleh cuaca buruk, yang sering mengganggu truk pengangkutan. Belt Conveyor juga membutuhkan tenaga kerja yang jauh lebih sedikit dibandingkan alat transportasi konvensiona seperti truk.
Berdasarkan perencanaan, belt conveyor dapat dibedakan menjadi stationary conveyor dan portable (mobile) conveyor. Berdasarkan lintasan gerak, belt conveyor diklasifikasikan sebagai (1) horisontal, (2) inklinasi, dan (3) kombinasi horisontal-inklinasi. Belt bisa terbuat dari textile, strip baja, dan atau kawat baja (woven-mesh steel wire). Berdasarkan sistem pulli penggerak dan metode pengencang, belt conveyor dibedakan menjadi 4 macam, yaitu: (1) pengencang atas, (2) pengencang samping, (3) pengencang bawah, dan (4) penggerak tandem.
6
Jenis bahan belt strip baja sesuai untuk memindahkan electronic circuit board, bahan yang panas, dan sesuai untuk memindahkan bahan yang bermuatan listrik. Jenis belt tekstil terdiri dari: cotton (woven atau sewed), duck cotton, camel hair, dan rubberized textile belt. Belt conveyor jenis belt tekstil harus memenuhi persyaratan: tidak menyerap air (low hygroscopicity), kekuatan tinggi, ringan, pertambahan panajng spesifik rendah (low specific elongation), fleksibilitas tinggi, lapisan tidak mudah lepas (high resistivity to ply separation), dan tahan lama (long service life).
Konveyor sabuk (belt conveyor) memiliki komponen utama berupa sabuk yang berada diatas roller-roller penumpu. Sabuk digerakkan oleh motor penggerak melalui suatu pulley, sabuk bergerak secara translasi dengan melintas datar atau miring tergantung kepada kebutuhan dan perencanaan. Material diletakkan diatas sabuk dan bersama sabuk bergerak kesatu arah. Pada pengoperasiannya konveyor sabuk menggunakan tenaga penggerak berupa motor listrik dengan perantara roda gigi yang dikopel langsung ke puli penggerak. Sabuk yang berada diatas roller-roller akan bergerak melintasi roller-roller dengan kecepatan sesuai putaran dan puli penggerak.
Ada beberapa pertimbangan yang mendasari dalam penelitian pesawat pengangkut :
1. Karakteristik pemakaian, hal ini menyangkut jenis dan ukuran material, sifat material, serta kondisi medan atau ruang kerja alat.
2. Proses produksi, mengngkut kapasitas perjam dari unit, kontinuitas pemindahan, metode penumpukan material dan lamanya alat beroperasi.
3. Prinsip-prinsip ekonomi, meliputi ongkos pembuatan, pemeliharaan, pemasangan, biaya operasi dan juga biaya penyusutan dari harga awal alat tersebut.
Berdasarkan pertimbangan diatas maka dipilihnya konveyor sabuk sebagai pesawat pengangkut yang paling sesuai
7
untuk mengangkut pasir kedalam proses mixer dalam pembuatan tiang beton.
2.1.1. Komponen Utama Belt Conveyor
Komponen dari belt conveyor adalah: a. Belt
Sabuk merupakan elemen terpenting pada sistem konveyor sabuk. Secara umum sabuk terdiri dari tiga bagian utama yaitu, lapisan atas (top cover), kakas (carcass) dan lapisan bawah (bottom cover). Lapisan sabuk berfungsi untuk melindungi kakas dari keausan dan kerusakan selama operasi. Kakas berfungsi untuk meneruskan tegangan pada sabuk saat start dan selama memindahkan muatan. Selain itu, kakas juga dapat menyerap gaya impact beban akibat kecepatan sabuk sehingga tetap stabil. Sabuk yang baik harus memiliki kekuatan yang tinggi, ringan, higroskopis yang tinggi, fleksibel serta tahan lama. Ditinjau dari persyaratan ini, maka sabuk yang terdiri dari beberapa lapisan katun dan karet merupakan jenis yang baik.
Belt conveyor jenis belt tekstil harus memenuhi persyaratan:
- tidak menyerap air (low hygroscopicity), - kekuatan tinggi, ringan, - pertambahan panajng spesifik rendah (low
specific elongation), - fleksibilitas tinggi, - lapisan tidak mudah lepas (high resistivity
to ply separation), dan - tahan lama (long service life). Sabuk yang digunakan pada konveyor sabuk
terdiri dari beberapa tipe seperti bulu unta, katun dan beberapa jenis sabuk tekstil berlapis karet. Sabuk harus memenuhi persyaratan, yaitu
8
kemampuan menyerap air rendah, kekuatan tinggi, ringan, lentur, regangan kecil, ketahanan pemisahan lapisan yang tinggi dan umur pakai panjang. Untuk persyaratan tersebut, sabuk berlapis karet adalah yang terbaik. Karena beberapa jenis material yang dibawa mempunyai sifat abrasif.
Tabel 2.1 Lapisan Sabuk Tekstil Muatan Curah
dan Satuan
Load Characteristics Material
Cover thickness, mm Loaded
side Return
side A. Bulk Loads
Granular and powdered, non abrasive
Grain, coal dust 1,5 1
Fine-grained and small-lumped, abrasive medium and heavy weight (a’<60 mm; 𝛾< 2 ton/m3)
Sand, foundry sand, cement, crushed-stone, coke
1,5-3,0 1
Medium-lumped, slightly abrasive, medium and heavy weight (a’<60 mm; 𝛾< 2 ton/m3)
Coal, peat briquetes 3 1
Ditto, abrasive Gravel, clinker, stone, ore, rock salt
4,5 1,5
Large-lumped, abrasive, heavy weight (a’?60 mm; 𝛾>2 ton/m3)
Manganese ore, brown iron ore
6 1,5
B. Unit Loads
9
Light loads in paper and cloth packing
Parcels, packages, books
1 1
Load in soft containers
Bags, bales, packs 1,5-3 1
Loads in hard containers weighing up to 15 kg
Boxes, barrels, baskets
1,5-3 1
Ditto weighing over 15 kg 1,5-4,5 1-1,5
Untared loads
Machine parts, ceramics articles, building cements
1,5-6 1-1,5
Jenis sabuk yang umum digunakan adalah
textile sabuk. Berat tiap meter rubberized textile sabuk (qb), dengan lebar sabuk (B) meter, jumlah lapisan (i) lapis (plies) dengan tebal ( ) mm, tebal cover atas dan bawah adalah mm dan mm ditentukan dari rumus:
𝑞𝑏 ≈ 1.1 𝐵 (𝛿𝐼 + 𝛿1 + 𝛿2)𝑘𝑔 𝑚⁄ Tebal satu lapis tidak termasuk rubber skim
coat adalah 1,25 mm untuk ordinary cotton sabuk; 1,9 mm untuk high strength sabuk; 2,0 mm untuk cotton duck fabric; dan 0,9 sampai 1,4 mm untuk synthetic fabric.
10
Gambar 2.1 Penampang sabuk (Zainuri, Muhib.2010) Keterangan: a. Ordinary cotton belt b. High strength belt c. Cotton duck d. Synthetic fabric 1. lapisan tekstil 2. Tutup atas 3. Tutup bawah 4. Lapisan asbestos 5. Lapisan breaker
Tabel 2.2 Rekomendasi lapisan belt
Lebar Belt (B) Jumlah lapisan (i) 300 3-4 400 3-5 500 3-6 650 3-7 800 4-8
1000 5-10 1200 6-12 1400 7-12 1600 8-12
11
1800 8-12 2000 9-14
Jumlah lapisan sabuk (i) yang diperlukan
ditentukan dari rumus:
𝑖 ≥𝑘 𝑆𝑚𝑎𝑥
𝐵 𝐾𝑡
Keterangan: Smax : tegangan teoritis belt maksimum, kg Kt : tegangan tarik ultimate per cm lebar
lapisan, kg/m - Nary cotton belt = 55 kg/cm - High strength belt = 115 kg/cm - Cotton duck = 119 kg/cm - Synthetic fabric = 300 kg/cm
k : faktor keselamatan (tabel 2.2) B : lebar belt, cm
Tabel 2.3 Faktor keselamatan, k danjumlah lapisan belt, i Jumlah lapisan belt (plies), i 2 – 4 4 – 5 6 – 8 9 – 11 12 – 14
Faktor keamanan, k 9 9.5 10 10.5 11
b. Idler
Idler berfungsi untuk menyangga belt bersama dengan sheet steel runway atau kombinasi dengan solid wood, terutama untuk memindahkan muatan curah. Berdasarkan lokasi, idler dibedakan atas upper idler (untuk mencegah belt slip/ sobek karena membelok di pulli) dan lower idler (untuk menyangga belt/ muatan). Upper idler bisa jadi terdiri dari three roller, single roller.
Conveyor yang dirancang untuk membawa muatan curah (bulk load) umumnya menggunakan
12
troughed idler dengan sisi roller diset pada sudut 20 hingga 35. Conveyor dengan flat idler terutama digunakan untuk memindahkan muatan satuan (unit load). Flat idler hanya digunakan jika belt conveyor dilengkapi dengan saluran buang (discharge plough) dengan kapasitas pemindahan bahan kecil (hingga 25 m3/jam)
Idlers terdiri dari: 1. Brackets 2. Shell 3. Shaft 4. Bearing 5. Seals 6. supporting base
Jarak idler pada zone pembebanan (loading zone) belt; pada operasi balik (return run).
Gambar 2.2 Idler
13
Tabel 2.4 Jarak idler maksimum Jarak terhadap lebar belt, mm
Berat curah muatan, ton/m3
γ < 1 γ = 1 to 2 γ > 1 400 1500 1400 1300 500 1500 1400 1300 650 1400 1300 1200 800 1400 1300 1200 1000 1300 1200 1100 1200 1300 1200 1100 1400 1200 1100 1000
1600 to 2000 1100 1000 1000
c. Unit penggerak Pada belt conveyor, daya motor
ditransmisikan ke sabuk dengan friksi sabuk yang melalui pulli penggerak (driving pulley) yang digerakkan oleh motor listrik. Penggerak terdiri dari : pulli (kadang adaa dua), motor, roda gigi transmisi, dan kadang alat pengerem (braking device) untuk mencegah slip.
Gambar kontak (wraps) sabuk dan pulli penggerak ditunjukkan pada gambar 2.3 (a) dan
(b) menunjukkan pulli tunggal dengan sudut kontak 1800 dan 2100 sampai 2300. Gambar 2.6 (c) dan (d) menunjukkan dua pulli penggerak dengan sudut kontak 3500 sampai 4800. Gambar 2.6 (e) dan (f) adalah penggerak khusus dengan snub pulley dan pressure sabuks yang digunakan untuk konveyor panjang dan beban berat.
Dari teori penggerak gesek (Hukum Euler) bahwa sabuk tidak akan slip jika:
𝑆𝑡 ≤ 𝑆𝑠𝑙𝑒𝜇𝛼 St : tegangan sisi pengencang (tight tension) Ssl : tegangan sisi pembalik (slack tension)
14
𝛼 : sudut kontak belt dan pulli (dalam radian) e : bilangan logaritma dasar 𝜇 : faktor gesek antar pulli penggerak dan belt
Gambar 2.3 Penggerak belt conveyor
d. Penyenter belt
Beberapa alasan, seperti eksentrisitas beban, adanya kotoran (misal tanah), bahan yang mudah lengket (sticky material) pada pulli dan roller, dan lain-lain, yang mungkin mengakibatkan sabuk berjalan tidak sesuai dengan jalur yang ditentukan. Untuk mencegah hal ini diperlukan peralatan penyenter sabuk (gambar 2.4) yang terdiri dari:
1. troughed three-roller-idler 2. frame 3. vertical pivot 4. rumah bantalan 5. balok kanal C
15
6. lever 7. poros 8. vertical roller yang berfungsi untuk
mencegah sabuk melompat keluar jalur
Gambar 2.4 Penyenter Sabuk
e. Roda gigi transmisi
Perancangan penggerak system konveyor sabuk modern dilengkapi dengan sistem roda gigi transmisi berikut reducer. Desain yang kompak sangat disukai karena operasional yang hampir tanpa gangguan. Contoh sistem transmisi ditunjukkan pada gambar 2.5. Poros motor listrik di kopel dengan poros reducer melalui flexible coupling, reducer dan poros pulli – clutch coupling.
16
a. dengan roda gigi lurus b. dengan roda gigi cacing c. Reducer dan transmisi rantai d. Drum motor
Gambar 2.5 Transmisi roda gigi konveyor sabuk
f. Pengisian dan pengeluaran (loading and
discharge) Perancangan corong pengisian (feed hopper)
dan penuntun luncur (guide chute) sangat tergantung pada karakteristik bahan yang hendak dipindahkan. Corong pengisi untuk muatan satuan dengan ukuran bongkah kecil dan ditunjukkan pada gambar 2.6a, sedangkan untuk muatan satuan bongkah besar dan berat ditunjukkan pada gambar 2.6b.
17
2.1.2. Perencanaan Belt Conveyor
Untuk menentukan dimensi sabuk dan kebutuhan daya motor, data awal yang diperlukan adalah: karakteristik muatan yang dipindahkan, kapasitas puncak per jam (ton/jam atau m3/jam), geometri konveyor, dan kondisi operasi (kering atau berdebu, outdoors atau indoors, metode pengisian dan pengeluaran).
Gambar 2.6 Muatan Curah dan Satuan a. Lebar belt
Untuk belt yang disangga flat idler (gambar 2.5a), segitiga dasar b = 0,18 B, dan sudut segitiga 𝜑1 ≈ 0,35𝜑, dimana B adalah lebar belt dan 𝜑 adalah sudut balik statik muatan (static angle of the load repose)
Luas potongan melintang muatan curah pada flat belt (gambar 2.5a) adalah:
18
A1 = 𝑏 ℎ2𝐶1 = 0,8 𝐵 0,4 𝐵 𝐶1 tan𝜑
2
= 0,16 B2 C1 tan (0,35 𝜑) Kapasitas konveyor yang disangga flat idler (Qf):
Qf = 3600 F1 v 𝛾 = 576 Bf
2 C1 v 𝛾 tan (0,35𝜑) ton/jam Maka lebar belt yang disangga flat idler (Bf) adalah:
Bf =�𝑄𝑓
576 𝐶1𝛾 𝑣 tan(0,35𝜑)
Belt yang disangga through idler (Gambar 2.5b), luas potongan melintang muatan (A) 𝐴 = 𝐴1 + 𝐴2 = 0,16 𝐵2 𝐶1 tan𝜑 + 0,0435 𝐵2
Kapasitas konveyor yang disangga troughed idler (Qtr) ton/jam: Qtr = 3600 𝐴 𝑣 𝛾
= 𝐵𝑡𝑟2𝑣 𝛾[576 𝐶1 tan(0,35 𝜑) + 160] = 160 𝐵𝑡𝑟2𝑣 𝛾[3,6 𝐶1 tan(0,35 𝜑) + 1]
Maka lebar belt yang disangga troughed idler (Btr):
Btr = � 𝑄𝑡𝑟160 𝛾 𝑣(3,6 𝐶1 tan(0,35𝜑)+1)
Faktor koreksi C1 adalah pada kemiringan
konveyor 𝛽= 0 sampai 10o, C1=1; 𝛽= 10 o sampai 15 o, C1 = 0,95; 𝛽= 15 o sampai 20 o, C1= 0,90; 𝛽 ≥ 20 o, C1= 0,85.
Tabel 2.5 Berat Curah, sudut balik, faktor gesek bahan curah
Material Bulk
weight 𝛾, ton/m3
Angle of repose
Static friction factor, fo
𝜑Rdy
n 𝜑 On
steel On
wood On
rubber Antrachite, 0,8-0,95 27 45 0,84 0,84 -
19
fine, dry Gypsum, small-lumped 1,2-1,4 - 40 0,78 - 0,82
Clay, dry, small-lumped 1,0-1,5 40 50 0,75 - -
Gravel 1,5-1,9 30 45 1 - - Ground, dry 1,2 30 45 1 - - Foundry, sand, shake-out 1,25-1,30 30 45 0,71 - 0,61
Ash, dry 0,4-0,6 40 50 0,84 1 - Limestone, small-lumped 1,2-1,5 30 - 0,56 0,7 -
Coke 0,36-0,53 35 50 1 1 - Wheat flour 0,45-0,66 49 55 0,65 - 0,85 Oat 0,40-0,50 28 35 0,58 0,78 0,5 Sawdust 0,16-0,32 - 39 0,8 - 0,65 Sand, dry 1,40-1,65 30 45 0,8 - 0,56 Wheat 0,65-0,83 25 35 0,58 0,58 0,5 Iron ore 2,1-2,4 30 50 1,2 - - Peat, dry, lumped 0,33-0,41 40 45 0,75 0,8 -
Coal, run of mine 0,65-0,78 35 50 1 1 0,7
Cement, dry 1-1,3 35 50 0,65 - 0,64 Slag, anthracite 0,60-0,90 35 45 1 - 0,66
Crushed stone, dry 1,8 35 45 0,65 - 0,6
Jika 𝜑 = 45o, diperoleh:
Bf = 127�
𝑄𝑓𝛾 𝑣 𝐶1
= �𝑄𝑓
160 𝛾 𝑣 𝐶1 m
dan
20
Btr = 118�
𝑄𝑡𝑟𝛾 𝑣 𝐶1
= � 𝑄𝑡𝑟324 𝛾 𝑣 𝐶1
Tabel 2.6 Rekomendasi Sudut Inklinasi Belt
Tabel 2.7 Koefisien Tahanan Belt terhadap Bantalan Roll
Karakteristik Kondisi Operasional
Faktor w’ untuk idler Flat idler Trough idler
Operasional di tempat yang bersih, kering, tidak ada debu bersifat abrasif
0,018 0,020
Operasional di tempat panas, terdapat sejumlah debu yang bersifat abrasif, kelembaban udara normal
0,022 0,025
Operasional di luar ruangan, 0,035 0,040
Bahan 𝜷 Bahan 𝜷 Briket batubara 12 Bubuk batu kapur 23 Kerikil, dicuci dan ukuran butiran sama 12 Tanah pasir, kering 18
Bahan cetak pasir keluar dari peleburan 24 Tanah lempung 27
Bahan peleburan logam siap diolah 26 Bijih besi bongkah
besar 18
Hancuran batu, ukuran tidak sama 18 Leburan bijih besi 25
Kokas, ukuran sama 17 Batubara anthracite 17 Kokas, ukuran tidak sama 18 Batubara dari
pertambangan 18
Serbuk gergaji (baru) 27 Semen 20
Terak, batubara hancuran 22
21
banyak debu abrasive, kelembaban udara tinggi atau sebab lain yang mempengaruhi unjuk kerja bantalan
Tabel 2.8 Kecepatan Belt yang disarankan
Karakteristik muatan curah Bahan
Lebar belt, mm 400 500-
650 800-1000
1200-1600
Kecepatan belt v, m/s Bahan non abrasive, bahan pecahan
Batubara, muatan dari pertambangan, garam, pasir, gambut
1,0-1,6
1,25-2,0
2,0-4,0
2,0-4,0
Abrasif, bongkah kecil hingga menengah (a<160 mm)
Kerikil, bijih besi, slag, batu hancur 1,0-
1,25 1,0-1,6
1,6-2,0
2,0-3,0
Abrasif, bongkah besar (a’>160 mm)
Batu karang, bijih besi, batu kali
- 1,0-1,6
1,0-1,6
1,6-2,0
Bahan mudah rapuh (fragile), penurunan ukuran karena dihancurkan dengan alat
Kokas, batubara lighnit, arang kayu
1,0-1,25
1,0-1,6
1,25-1,6
1,6-2,0
Bahan serbuk (pulverished load), berdebu
Tepung, semen, apatit 0,8-1,0
Butiran, grain Beras, gandum hitam, gandum 2,0-4,0
22
b. Tahanan Gerak Belt (W) Jika belt bergerak pada lintasan lurus
(rectilinear section) terhadap idler maka akan menyebabkan losses karena gesekan belt dengan idler, gesekan di dalam bearing (roller atau ball bearing), dan bending pada roller.
Gaya tahanan pada bagian yang dibebanoi muatan:
W3-4 =�𝑞 + 𝑞𝑏 + 𝑞′𝑝� 𝐿 𝜔′ cos𝛽 (𝑞 + 𝑞𝑏)𝐿 sin𝛽
= �𝑞 + 𝑞𝑏 + 𝑞′𝑝� 𝐿ℎ𝑜𝑟 𝜔′ + (𝑞 + 𝑞𝑏)𝐻 Gaya tahanan pada bagian yang tidak dibebani muatan (gerak balik):
W1-2 = �𝑞𝑏 + 𝑞”𝑝�𝐿 𝜔′ cos𝛽 − 𝑞𝑏 𝐿 sin𝛽 = �𝑞𝑏 + 𝑞”𝑝�𝐿ℎ𝑜𝑟 𝜔′ − 𝑞𝑏 𝐻
Dengan, q : berat beban, kg qb : berat belt, kg q’p :beban bagian yang berputar, kg/m q’’p : beban bagian idler strands, kg/m 𝛽 : sudut inklinasi konveyor terhadap bidang horisontal L : panjang bagian lurus (rectilinear section), m Lhor : panjang proyeksi mendatar bagian garis lurus, m H : beda elevasi bagian awal dan akhir w’ : koefisien tahanan belt terhadap roller bearing
Berat idler rotating parts tergantung desain, ukuran, dan merupakan fungsi lebar belt B. Umumnya, untuk lebar belt B meter, secara kasar berat idler rotating parts:
Untuk troughed idler: G’p = 10 B + 7 kg
23
Untuk flat idler: G”p = 10 B + 3 kg Sehingga berat idler rotating parts per meter
adalah: q’p = 𝐺′𝑝
𝑙1 kg/m
q’’p = 𝐺′′𝑝𝑙2
kg/m
2.2. Rantai dan Sproket Rantai atau chain merupakan salah satu elemen mesin yang
berfungsi untuk mentransmisikan daya (power transmision). Penggunaan rantai mempunyai keuntungan, kerugian dan dasar pemikiran sebagai berikut:
Rantai sebagai transmisi mempunyai keuntungan-keuntungan seperti : mampu meneruskan daya besar karena kekuatanya yang besar, tidak memerlukan tegangan awal, keausan kecil pada bantalan, dan mudah memasangnya. Adapun kerugiannya seperti: timbul suara dan getaran (karena tumbukan antara rantai dan dasar kaki gigi sproket), adanya perpanjangan, tidak baik untuk kecepatan tinggi, adanya variasi kecepatan karena lintasan busur pada sproket yang mengait mata rantai. Karena kekurangan-kekurangan ini maka rantai tidak dipakai untuk kecepatan tinggi, kecepatannya hanya sampai 600 m/min untuk rantai rol, sedangkan untuk kecepatan yang lebih tinggi dipakai silent chain.
Dasar pemikiran menggunakan rantai adalah sebagai berikut:
1. Perbandingan putaran tetap 2. Tidak terjadi slip 3. Dapat digunakan untuk beban yang tinggi (Frantai=
43000 kg) 4. Jarak kedua poros dapat lebih jauh 5. Dapat mencapai umur yang panjang 6. Mampu menggerakkan beberapa mekanisme dengan
satu penggerak
24
7. Efisiensi cukup tinggi (98%)
2.2.1. Transmisi dan daya rantai Pada transmisi ini biasanya dipergunakan untuk jarak
poros lebih besar dari pada transmisi roda gigi tetapi lebih pendek dari pada transmisi sabuk, keuntungannya rantai mengait pada gigi sprocket dan meneruskan daya tanpa selip, sehingga menjamin perbandingan putaran yang tetap, dapat dilihat pada gambar 2.6 berikut:
Gambar 2.7 Rantai roll
Sedangkan untuk mendapatkan besarnya daya desain (Pd) dapat dihitung dengan persamaan:
𝑃𝑑 = 𝐹𝑐 .𝑃 Dimana, Pd : daya perencanaan
Fc : faktor perencanaan P : daya yang ditransmisikan (N), kW
Tabel 2.9 Faktor koreksi untuk rantai
Tumbukan Pemakaian Motor listrik atau
turbin
Motor torak
Transmisi hidrolik
Tanpa transmisi hidrolik
25
Tumbukan halus
Konveyor sabuk dan rantai dengan variasi beban kecil, pompa sentrifugal dan blower, mesin tekstil umum, mesin industri umum dengan variasi beban kecil
1,0 1,0 1,2
Tumbukan sedang
Kompresor sentrifugal, propeler, konveyor dengan sedikit variasi beban, tanur otomatis, pengering, penghancur, mesin perkakas umum, alas-alas besar umum, mesin kertas umum
1,3 1,2 1,4
Tumbukan berat
Pres, penghancur, mesin pertambangan, bor minyak bumi, pencampur karet, rol, mesin
1,5 1,4 1,7
26
penggetar, mesin-mesin umum dengan putaran dapat dibalik atau beban tumbukan
2.2.2. Pemilihan rantai
Rantai mempunyai nomor yang disebut nomor rantai, masing-masing nomor rantai mempunyai ukuran umum seperti: jarak bagi (p), diameter rol (R), lebar roll (W), dan sebagainya, dan ukuran kusus seperti: panjang pena, batas kekuatan tarik, dan sebagainya yang dapat dilihat pada lampiran.
Untuk memilih besarnya rantai yang sesuai dengan daya dan putarannya, maka dapat menggunakan gambar di bawah ini. Sebagai contoh putaran pule kecil 500 rpm, Pd = 3 kW dan menggunakan satu buah rantai yang cocok untuk kasus tersebut adalah rantai nomor 50.
27
Gambar 2.8 Diagram pemilihan rantai rol
2.2.3. Diameter dan jumlah gigi sproket
Besarnaya diameter dan jumlah gigi sproket sangat ditentukan oleh perubahan putaran yang diinginka, sehingga sebelum menggunakan rumus-rumus rantai, menggunakan dulu rumus umum perbandingan kecepatan.
𝑖 =𝑛2𝑛1
=𝜔2
𝜔1=𝐷1𝐷2
=𝑁𝑡1𝑁𝑡2
Bila, p = pitch, inch 𝛾 = sudut pitch
28
D = diameter sproket, inch Nt = jumlah gigi Maka berdasarkan segitiga antara sproket dan rantainya dapat dinyatakan:
sin𝛾2
=0,5 𝑝0,5 𝐷
𝑎𝑡𝑎𝑢 𝐷 =𝑝
sin𝛾2
𝛾 = sudut sambungan (sudut sendi) (angle of articulation)
𝐷 =𝑝
sin �180𝑁𝑡 �
karena 𝛾 =360𝑁𝑡
2.2.4. Kecepatan, panjang dan gaya rantai
Kecepatan rantai biasanya diartikan sebagai jumlah panjang (meter) yang masuk ke dalam sproket tiap satuan waktu (detik), sehingga dapat dinyatakan.
𝑉 =𝜋 𝐷 𝑛
60=𝑁𝑡 𝑝 𝑛
60
Dimana, D : diameter sproket, m n : putaran, rpm p : pitch, m
Untuk mendapatkan jarak sumbu poros (C) yang
ideal antara 30 sampai dengan 50 kali pitch (C = (30 sampai 50)p , untuk beban yang berfluktuasi jarak tersebut harus dikurangi sampai menjadi 20p. Panjang rantai yang diperlukan dapat dihitung berdasarkan jumlah pitch (𝐿 𝑝� ), secara pendekatan dapat dicari dengan persamaan:
𝐿𝑝
=2𝐶𝑝
+(𝑁𝑡1 +𝑁𝑡2)
2+�𝑁𝑡1 − 𝑁𝑡2�
4𝜋2 𝐶𝑝
29
𝐿 = 𝑝�2𝐶𝑝
+(𝑁𝑡1 +𝑁𝑡2)
2+�𝑁𝑡1 − 𝑁𝑡2�
4𝜋2 𝐶𝑝�
Pada rantai tidak ada gaya F1 dan F2 seperti halnya
pada belt, yang ada hanya F yaitu gaya pada sisi yang kencang, sedang pada sisi yang kencdor dianggap sama dengan nol karena nilainya berbeda jauh dengan sisi yang kencang.
𝐹 =102 𝑃𝑑𝑣
2.3. Poros Poros merupakan salah satu elemen mesin yang sangat
penting, karena hampir setiap mesin mempunyai poros. Pada sebuah mesin poros berfungsi untuk mentransmisikan daya yang disertai dengan putaran, disamping itu juga berfungsi untuk menahan beban.
2.3.1. Momen torsi
Mt = 63000 × Nn
Dimana: Mt : momen torsi (lbf.in) N : daya (kW) n : putaran per menit (rpm)
Rumus momen torsi selain dinyatakan oleh persamaan di atas dapat juga dinyatakan dalam bentuk lain. Karena menggunakan satuan yang berbeda, maka bilangan konversi satuan akan berubah.
Mt = 71620 × Nn
Dimana: Mt : momen torsi (kgf.cm) N : daya (HP)
Mt = 97,4 × 105 Nn
30
Dimana: Mt : momen torsi (kgf.mm) N : daya (kW) 2.3.2. Beban radial, beban aksial dan Momen terbesar
Beban radial dan beban aksial merupakan beban yang terjadi pada poros. Beban radial merupakan beban dalam yang bekerja sejajar dengan penampang potong atau tegaklurus terhadap sumbu batang. Beban aksial yakni gaya dalam yang bekerja tegak lurus terhadap penampang potong atau sejajar dengan sumbu batang.
Langkah awal untuk menghitung momen terbesar di bidang horisontal dan vertikal pada poros dapat menggunakan rumus di bawah ini, yang sebelumnya harus membuat diagram momen
MB = ( ) ( )22BVBH MM +
Dimana : MBH : momen yang terjadi pada bidang horisontal (kgf.mm) MBV : momen yang terjadi pada bidang vertikal (kgf.mm)
2.3.3. Bahan poros Poros bisa dibuat dari bahan: baja karbon atau baja
paduan. Contoh bahan paduan untuk poros ASME 1347, 3140, 4340. Bahan paduan tersebut biasa disebut bahan komersial. Bila diperlukan pengerasan permukaan, maka perlu dipakai baja yang dikarburising, misalnyaASME 1020, 1117, 2315atau G4102, G4103, G4104 dan sebagainya. Untuk poros yang bentuknya sulit seperti poros engkol, maka sebaiknya memakai besi cor.
Bahan poros dikatakan mumpuni jika memenuhi persamaan dibawah ini: Poros pejal:
31
��16 MB
π ds3�2
+ �16 Mt
π ds3�2
≤σyps
2
Poros berlubang: 16
𝜋 𝑑𝑜3 �1 − �𝑑𝑖𝑑𝑜
�4��𝑀𝐵
2 +𝑀𝑡2 ≤
𝜎𝑦𝑝𝑠𝑠𝑓
Dimana, ds : diameter poros, mm di : diameter dalam poros berlubang, mm do : diameter luar poros berlubang, mm MB : momen bending yang diterima poros,
kgf.mm Mt : momen torsi yang diterima poros, kgf.mm
2.3.4. Diameter poros
ds ≥ �162𝑀𝐵
2+162𝑀𝑡2
𝜋2�𝑘𝑠 𝑆𝑦𝑝𝑠𝑓 �
26
Dimana, ds : diameter poros, mm ks : koefisien (0,5) Syp : tegangan luluh sf : safety factor (2)
2.4. Roll Bearing Bearing atau bantalan adalah elemen mesin yang berfungsi
untuk menumpu poros, supaya putaran atau gerakan poros dapat berlangsung dengan baik dan aman, juga untuk menahan gaya yang terjadi pada poros. Jika bearing tidak berfungsi dengan baik maka kerja seluruh sistem akan menurun atau mesin tidak dapat bekerja sebagaimana mestinya.
Bearing dengan rol ini mempunyai kegunaan yang sama seperti bearing dengan bola, tetapi bearing ini dapat menerima beban radial yang lebih besar (dalam ukuran yang sama). Hal ini
32
dimungkinan karena kontak antara rol dengan ring lebih besar yaitu berupa garis, tidak berupa titik seperti ball bearing.
2.4.1. Beban ekivalen
Beban ekivalen adalah beban radial yang konstan yang bekerja pada bearing dengan ring dalam yang berputar atau ring dalam yang berputar, yang akan memberikan umur yang sama, seperti bila bearing bekerja denan kondisi nyata untuk beban dan putaran yang sama.
Dalam kenyataannya bearing biasanya menerima beban kombinasi antara beban radial dan beban aksial, serta pada suatu kondisi ring dalam yang tetap sedangkan ring luarnya berputar. Sehingga persamaan beban ekivalen (P) setelah adanya koreksi tersebut, menjadi:
)()( ar FYFVXP ⋅+⋅⋅= dimana : P = Beban Equivalen, lbf
Fr = Beban Radial , lbf Fa = Beban Aksial , lbf X = Konstanta Radial
Y = Konstanta Aksial V = Faktor Putaran (konstan) = 1 untuk ring dalam yang berputar = 1,2 untuk ring luar yang berputar
Cara memilih harga X dan Y dapat dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :
1. Cari terlebih dahulu harga : i.Fa/Co i = jumlah deret bearing
2. Kemudian dari harga ini, ditarik garis ke kanan sampai pada kolom e, sehingga didapat harga e.
3. Cari harga: Fa/(V.Fr), dan bandingkan dengan harga e, akan diperoleh kemungkinan: Fa/(V.Fr) < e atau Fa/(V.Fr) = e atau Fa/(V.Fr) > e.
4. Dari perbandingan harga tersebut, maka akan didapatkan harga X dan Y dari kolom:
33
Fa/(V.Fr) ≤ e atau Fa/(V.Fr) > e. Khusus untuk deret satu (single row bearing), bila harga Fa/(V.Fr) ≤ e, maka X = 1 dan Y = 0.
5. Dapat dibantu dengan Interpolasi atau Extrapolasi.
Hasil perhitungan beban equivalen diatas tidak memperhitungkan adanya beban kejut dan impact, maka agar lebih aman dan mampu menghindari kerusakan bantalan lebih awal, beban equivalen harus dikalikan dengan konstanta kondisi beban (Fs). Maka persamaan untuk mencari beban equivalen menjadi :
)}(){( ars FYFVXFP ⋅+⋅⋅=
Tabel 2.10 Konstanta kondisi beban
No. Type of service
Multiply calculated load by following factors
Ball Bearing Roller Bearing
1 Uniform and steady load 1,0 1,0 2 Light shock load 1,5 1,0 3 Moderate shock load 2,0 1,3 4 Heavy shock load 2,5 1,7 5 Extreme and indefinite
shock load 3,0 2,0
2.4.2. Prediksi umur bearing
Dengan asumsi putaran konstan, maka prediksi umur bearing (dinyatakan dalam jam) dapat ditulis dengan persamaan:
L10 =b
PC
n.60106
Dimana : L10 = umur bantalan ( jam kerja )
34
C = diperoleh dari tabel bantalan sesuai dengan diameter dalam bantalan yang diketahui (lb)
P = beban equivalent (lb) b = 3, untuk bantalan dengan bola
= 3,33 bila bantalan adalah Bantalan Rol Np = putaran poros ( rpm )
35
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Flowchart Penelitian
Pengerjaan dalam pembuatan tugas akhir ini sesuai dengan flowchart, bisa dilihat pada gambar 3.1 atau diagram dibawah ini.
36
3.2. Studi Literatur Pada studi literatur meliputi kegiatan mencari dan
mempelajari bahan pustaka yang berkaitan dengan belt conveyor dan komponennya. Studi literatur ini diperoleh dari berbagai sumber antara lain buku / text book, diktat yang mengacu pada referensi, publikasi-publikasi ilmiah, tugas akhir dan penelitian yang berkaitan dan media internet. 3.3. Observasi
Observasi atau pengamatan lapangan dilakukan di sebuah industri kecil di Kecamatan Penataran Kabupaten Blitar Jawa Timur untuk mengamati belt conveyor yang menghubungkan hopper batuan menuju crusher. Batuan tersebut dihancurkan menjadi ukuran yang lebih kecil sehingga menjadi kerikil dan pasir. 3.4. Pengambilan Data
Pengambilan data dilakukan secara langsung di lapangan dengan bantuan pekerja. Alat bantu yang digunakan dalam pengambilan data antara lain jangka sorong, meter ukur, dan sebagainya. 3.5. Perencanaan
Pada tahapan ini, perencanaan dilakukan untuk menentukan komponen apa saja yang perlu direncanakan. Dilakukan pula perencanaan disain yang diinginkan disesuaikan dengan data yang telah didapatkan. 3.6. Perhitungan dan Analisa
Pada tahap ini dilakukan perhitungan untuk perencanaan belt conveyor, rantai dan sproket serta bearing yang dapat digunakan. 3.7. Penyusunan Laporan
Tahap ini merupakan ujung dari perencanaan belt conveyor yaitu dengan melakukan perhitungan serta analisa yang kemudian dapat ditarik kesimpulan yang didapat dari hasil peneliatan sebelumnya yang telah dilakukan.
37
3.8. Flowchart Perhitungan
38
39
40
3.8.1. Perencanaan belt conveyor
Meliputi perhitungan luas penampang, kapasitas, berat muatan per meter dan berat belt per meter. Sehingga didapatkan spesifikasi belt conveyor yang sesuai dengan yang diinginkan. 3.8.2. Perencanaan roller idler
Perhitungan meliputi diameter dalam dengan ditentukan terlebih dahulu diameter luar dari roller idler. Yang kemudian didapatkan berat roll per meter. Hasil-hasil tersebut digunakan untuk perhitungan daya motor penggerak. 3.8.3. Perencanaan rantai dan sproket
Perencanaan rantai dan sproket meliputi perhitungan daya desain, torsi, diameter sproket dan kecepatan rantai. Kemudia dari perhitungan tersebut didapatkan panjang
41
rantai dan kecepatan rantai. Lalu dapat ditentukan jenis dan tipe rantai yang akan digunakan. 3.8.4. Perencanaan poros
Dilakukan perhitungan momen torsi, beban radial dan tangensial, reaksi tumpuan dan momen terbesar yang kemudian menentukan bahan poros dan didapatkan diameter poros yang akan digunakan. 3.8.5. Perencanaan bearing
Setelah didapatkan diameter poros makan dapat ditentukan diameter bearing dan mendapatkan data dari tabel untuk dilakukan perhitungan beban ekuivalen pada bearing. Setelah itu dapat diprediksi umur bearing.
3.9. Tempat dan Waktu Observasi dilakukan pada Februari-Juni 2018 di sebuah
industri kecil di Kecamatan Penataran, Kabupaten Blitar, Jawa Timur. 3.10. Komponen Mesin
1. Rubber belt
Gambar 3.1 Rubber belt
42
Belt yang digunakan adala sersan rubber belt, belt ini memiliki cleat umumnya digunakan untuk mengangkut bahan – bahan pada permukaan yang miring. Cleat akan memberikan perlawanan yang lebih tinggi dan gesekan untuk mencegah beban jatuh ke arah gravitasi. Cleat diterapkan pada conveyor dengan jarak apapun dan dalam berbagai ketinggian dan potongan. 2. Motor penggerak
Motor penggerak menggunakan motor gearbox. Motor memiliki putaran per menit sebesar 1440 rpm yang dihubungkan dengan gearbox yang berfungsi untuk meningkatkan torsi dan mengurangi kecepatan atau putaran per menit (rpm) dari motor. Rasio kecepatan motor tersebut 1:32 sehingga kecepatan atau putaran per menit (rpm) motor tersebut menjadi 40 rpm.
Gambar 3.2 Motor penggerak
43
3. Rantai dan sproket
Gambar 3.3 Rantai dan sproket
Menggunakan rantai dan sproket yang berfungsi untuk mentransmisikan daya dari motor penggerak sehingga dapat menggerakan drive atau head pulley. 4. Hopper
Sebuah wadah besar yang berbentuk seperti corong dengan ujung bawah yang mengerucut ini memiliki kapasitas untuk menampung batuan sebelum akhirnya dihancurkan menjadi ukuran yang lebih kecil. Bentuk yang mengerucut dibagian bawahnya bertujuan agar dapat memudahkan proses pengeluaran batuan.
44
Gambar 3.4 Hopper
5. Crusher Merupakan mesin penghancur batuan yang mulanya
berukuran besar menjadi ukuran yang lebih kecil. Setelah batuan dihancurkan dapat menjadi pasir ataupun kerikil yang ukurannya lebih kecil dibanding batuan.
Gambar 3.5 Pemecah batu
45
6. Roller idler Berfungsi untuk menyangga belt atas upper idler
(untuk mencegah belt slip/ sobek karena membelok di pulli) dan lower idler (untuk menyangga belt/ muatan). Pada upper idler menggunakan V trough roller idler dan pada lower idler menggunakan flat roller idler.
Gambar 3.6 Flat roller idler
Gambar 3.7 Troughed roller idler
7. Roller bearing
46
Berfungsi untuk menumpu poros, supaya putaran atau gerakan poros dapat berlangsung dengan baik dan aman, juga untuk menahan gaya yang terjadi pada poros. Roller bearing ini dapat menerima beban radial yang lebih besar (dalam ukuran yang sama) dibanding ball bearing.
3.11. Cara Kerja Mesin
1. Motor penggerak akan menggerakkan drive atau head pulley.
2. Head pulley yang telah berputar akan menarik belt, sehingga belt berjalan naik.
3. Setelah belt berjalan, Batuan yang ada di dalam hopper akan didorong menuju tail belt conveyor.
Gambar 3.8 Batuan keluar dari hopper
4. Lalu batuan akan dibawa menuju head belt conveyor.
47
Gambar 3.9 Batuan menuju head
5. Setelah di head belt conveyor, batuan akan
ditumpahkan. Penumpahan muatan tersebut karena belt berbalik arah dan batuan tidak dapat mengikuti arahbelt sehingga batuan akan ditumpahkan ke crusher
6. Di dalam crusher, batuan akan dihancurkan menjadi ukuran yang lebih kecil.
48
Halaman ini sengaja dikosongkan.
49
BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA
4.1. Data Hasil Observasi
Setelah dilakukan observasi lapangan, didapatkan beberapa data yang dapat mendukung perhitungan belt conveyor. Adapun data-data tersebut sebagai berikut:
- Kapasitas belt conveyor = 17 ton/jam - Daya motor penggerak = 7 hp - Lebar sabuk = 500 mm = 0,5 m - Ketebalan sabuk = 6 mm - Jarak roller atas (l1) = 0,5 m - Jarak roller bawah (l2) = 1 m - Panjang sabuk (L) = 6 m - Sudut kemiringan (β) = 25o - Kecepatan belt = 0,13 m/s - Diameter roller kecil = 2,5 inch = 63,5 mm - Gigi sproket kecil (Nt1) = 11 - Gigi sproket besar (Nt2) = 35 - Kapasitas mesin penghancur = 15-20 ton/jam
4.2. Perencanaan Belt Conveyor
Data awal yang diperlukan untuk perencanaan belt conveyor:
- Lebar sabuk (B) = 650 mm = 0,65 m - Sudut repose (φ) = 45o (Tabel 2.5) - Kapasitas (Q) = 7 ton/20 menit - Massa jenis (γ) = 1,8 ton/m3 (Tabel 2.5) - Ketebalan sabuk (δ) = 6 mm - Jarak roller atas (l1) = 0,5 m - Jarak roller bawah (l2) = 1 m - Panjang sabuk (L) = 6 m - Faktor resistan idler (ω’) = 0,04 (Tabel 2.6) - Sudut kemiringan (β) = 18o (Tabel 2.6) - Diameter luar roller (D) = 2,5 inch = 63,5 mm
50
- Kecepatan belt (v) = 0,13 m/s - Faktor koreksi (C1) = 0,90 (Halaman 17)
4.2.1. Luas penampang muatan
Gambar 4.1 Troughed idler
Luas penampang muatan terdiri dari 2 luasan, yaitu A1 yang merupakan luasan berbentuk segitiga dan A2 yang merupakan luasan berbentuk trapesium.
A = A1 + A2 = 0,16 B2 C1 tanφ + 0,0435 B2 = 0,16 . 0,652 . 0,9 . tan 45° +
0,0435 . 0,652 = 0,036 + 0,011
= 0,079 m2
4.2.2. Kapasitas dan berat komponen conveyor Adapun kapasitas yang dapat di dalam satuan
ton/jam adalah sebagai berikut: Q = 160 𝐵𝑡𝑟2𝑣 𝛾[3,6 𝐶1 tan(0,35 𝜑) + 1] = 160 0,652 . 0,13 . 1,8 [3,6 . 0,90 . tan(0,35 . 45) + 1] = 30,273 ton/jam Berat muatan per meter alat pengangkut:
q = 1000 A γ = 1000 . 0,079 m2 . 1,8 tonm3�
= 142,2 kgm�
51
Berat sabuk per meter: qb = 1,1 B (δi + δ1 + δ2)
= 1,1 . 0,65 . 6 = 4,29 kg
m�
4.2.3. Perencanaan roller idler Dalam perencanaan ini bentuk material adalah
material curah atau tumpahan (bulk material). Agar proses berjalan lancar, digunakan roller idler yang sesuai dengan muatannya yaitu through roller idler pada bagian atas (carrier roller) dan flat roller idler pada bagian bawah (return roller).
Berdasarkan diameter luar roller idler maka diameter luar roller idler dapat ditentukan sebagai berikut: t = 0,02D+10
= 0,02 . 63,5+10 = 11,27
d = D – (2t) = 63,5 – (2 . 11,27) = 40,96 mm
Berat roller idler tergantung desain, ukuran, dan merupakan fungsi lebar belt. Untuk berat roller sebagai berikut:
G′p = 10 B + 7kg = 10 . 0,65 + 7kg = 13,5 kg
Berat roller per meter:
q′p =G′pl1
=13,5 kg0,5 m
= 27 kgm�
Dan untuk roller bagian bawah sebagai berikut: G′p = 10 B + 3kg = 10 . 0,65 + 3kg
= 9,5 kg
52
Berat roller per meter:
q′′p =G′′p
l2=
9,5 kg1 m
= 9,5 kgm�
4.2.4. Tahanan pada belt Untuk belt yang dijalankan diatas idler, rugi-rugi
tahanan (losses) disebabkan oleh beberapa faktor seperti adanya gesekan pada bantalan idler, belt slip diatas roller dan tekukan dari idler. Rugi-rugi ini selanjutnya berpengaruh terhadap gaya tahanan belt. Gaya tahanan pada bagian yang dibebani muatan:
W3-4 = �q + qb + q′p�Lhor ω′ + (q + qb)H
= �q + qb + q′p�L ω′ cosβ + (q + qb)L sinβ = (142,2 + 4,29 + 27) 6 . 0,04 cos 18° +
(142,2 + 4,29)6 sin 18° = 311,207 kg
Gaya tahanan pada bagian tanpa muatan (gerak balik): W1-2 = �qb + q"p�Lhor ω′ − qb H
= �qb + q"p�L ω′ cosβ − qb L sinβ = (4,29 + 9,5)6 . 0,04 cos 18° − 4,29 . 6 sin 18° = 3,148− 7,954 = −4,806
4.2.5. Tegangan pada belt Untuk perhitungan tegangan belt dilakukan pada
empat titik. Dimana titik pertama dilambangkan dengan S1 terletak di bawah head pulley. Untuk titik kedua dilambangkan S2 terletak di bawah tail pulley. Untuk titik ketiga dilambangkan dengan S3 terletak diatas tail pulley. Untuk titik keempat dilambangkan dengan S4 terletak di atas head pulley.
53
Gambar 4.2 Tarikan/tegangan pada belt Tegangan S1 dimana belt meninggalkan head pulley
= S1. Tegangan S2 dapat detentukan sebagai berikut: S2 = S1 + W1−2
= S1 + (−4,806) = S1 − 4,806
Tegangan S3, tahanan gesek pada pulley berkisar 5-7% sehingga dapat ditentukan sebagai berikut:
S3 = 1,07 S2 = 1,07 (S1 − 4,806) = 1,07 S1 − 5,143
Tegangan S4, dihitung untuk material langsung dijatuhkan pada ujung head pulley sehingga dapat ditentukan sebagai berikut:
S4 = S3 + W3−4 = 1,07 S1 − 5,143 + 311,207 = 1,07 S1 + 306,065 ...(i)
Dari hukum euler, belt tidak slip pada pulley jika memenuhi persamaan sebagai berikut:
St ≤ Ssleµα dimana:
St : gaya tarik pada sisi belt yang kencang (S4)
54
Ssl : gaya tarik pada pada sisi belt pembalik (S1) M : koefisien gesek antara belt dan pulli A : sudut kontak pada belt (dalam radian E : bilangan logaritma dasar St = S4 ≤ Ssleµα S4 ≤ Ssleµα S4 ≤ S1 . 1,87 ...(ii) Dari persamaan (i) dan (ii) didapatkan: S4 = 1,07 S1 + 306,065 S1 . 1,87 ≥ 1,07 S1 + 306,065 0,80 S1 ≥ 306,065 S1 ≥ 382,581 kg S1 = 383...(iii) Selanjutnya didapatkan persamaan (iii) untuk
menghitung S2, S3 dan S4. S2 = S1 − 4,806 S2 = 383− 4,806
= 378,194
S3 = 1,07 S1 − 5,143 = 1,07 (383) − 5,143 = 404,667
S4 = 1,07 S1 + 306,065 = 1,07 (383) + 306,065 = 715,875
4.2.6. Daya motor penggerak Untuk menentukan daya motor penggerak dapat
ditentukan dengan rumus sebagai berikut:
N= Wo .V102 ηg
55
dimana: N : daya motor penggerak ηg : efesiensi motor penggerak (80%) Wo : tegangan efektif pulli (Wo = S4 – S1 + Wdr)
Dengan nilai konstanta Wdr sebagai berikut: Wdr= 0,03 (S4 + S1)
= 0,03 (715,875 + 383) = 32,966
Sehingga diperoleh: Wo = S4 − S1 + Wdr
= 715,875 − 383 + 32,966 = 365,841 Dengan memasukan nilai Wo maka didapatkan
daya sebagai berikut:
N = Wo .V102 ηg
= 365,841 .1102 . 0,8
= 4,483 kW = 6,012 hp
4.3. Perencanaan Rantai dan Sproket
Ketika mentransmisikan daya antara poros-poros yang berputar, rantai berhubungan terpadu dengan roda bergigi yang disebut sproket. Pada conveyor ini, diperlukan transmisi atau tanpa slip sehingga dipilih rantai rol. Rantai mengait sproket dan meneruskan daya tanpa slip sehingga putaran yang diteruskan tetap.
Adapun kelebihan penggunaan rantai rol adalah pemasangannya yang mudah dan harganya yang relatif murah. Rantai rol juga memiliki variasi ukuran yang banyak sehingga dapat dipakai untuk daya besar maupun kecil. Namun juga
56
memiliki kekurangan yaitu menimbulkan suara dan getaran karena tumbukan antara rantai dan dasar kaki gigi sproket.
Data awal yang diperlukan untuk perencanaan chain dan sproket:
- Faktor koreksi rantai (fc) = 1,3 (Tabel 2.9) - Daya (P atau N) = 0,583 kW - Jumlah gigi sproket kecil (Nt1) = 11 - Jumlah gigi sproket besar (Nt2) = 35 - Pitch (p) = 19,05 mm - Putaran (n) = 40 rpm - Jarak sumbu poros (C) = 750 mm
4.3.1. Daya desain
Besarnya daya desain dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:
Pd = fc P = 1,3 . 0,583 kw = 0,758 kw
4.3.2. Diameter sproket Dipilih rantai No 60 dengan pitch 19,05 mm. Untuk
mengetahui diameter sproket berdasarkan pitch dan jumlah gigi, dapat ditentukan menggunakan persamaan berikut: Diameter sproket kecil:
D1 = p
sin�180Nt1�
= 19,05
sin�18011 �
= 67,617 mm
Diameter sproket besar: D2 =
p
sin�180Nt2�
57
= 19,05
sin�18035 �
= 212,518 mm
4.3.3. Kecepatan rantai Kecepatan rantai biasanya diartikan sebagai jumlah
panjang (meter) yang masuk ke dalam sproket tiap satuan waktu (detik), sehingga dapat dinyatakan. Kecepatan rantai pada sproket kecil:
V1 = π D1 n60
= π .0,068 .4060
= 0,142 m s⁄
Kecepatan rantai pada sproket kecil:
V2 = π D2 n60
= π .0,213 .40
60
= 0,446 m s⁄
4.3.4. Panjang rantai Jarak sumbu poros (C) sama dengan 750 mm.
Panjang rantai yang diperlukan dapat dihitung berdasarkan jumlah pitch (L p� ), secara pendekatan dapat dicari dengan persamaan:
L = p �2Cp
+ (Nt1+Nt2)2
+ �Nt1−Nt2�
4π2Cp�
= 19,05 �2 .75019,05
+ (11+35)2
+ (35−11)
4π2 75019,05
�
= 19,05(78,74 + 23 + 0,015) = 1938,441 mm = 2 m
58
4.4. Perencanaan poros Data awal yang diperlukan untuk perencanaan belt
conveyor: - Daya motor (P) = 7 hp - Putaran (n) = 40 rpm - Diameter sproket = 68 mm - Sudut inklinasi belt = 18o - Sudut rantai = 35o - Tarikan pada head pulley titik 2 (S4) = 715,875 kgf - Panjang roll = 650 mm - Beban roll = 53,62 N
4.4.1. Gaya yang bekerja pada poros
Gambar 4.3 Diagram benda bebas
FROLL = Beban rollPanjang
= 53,62 𝑁650 𝑚𝑚
= 0,082 N/mm = 0,008 kgf/mm
59
Gaya pada roll karena tarikan belt conveyor:
Gambar 4.4 Gaya karena tarikan belt conveyor
FBELT = Tarikan beltPanjang
= 715,875650 𝑚𝑚
= 1,1 kgf/mm FbH = Fb cos ∅ = 1,1 cos 18o = 1,05 kgf/mm FbH = Fb sin ∅ = 1,1 sin 18o = 0,34 kgf/mm
60
Gambar 4.5 Gaya pada rantai
Torsi pada rantai: T = 9,74 × 105 P
n
= 9,74 × 105 740
= 170450 kgf.mm
Frantai kencang (FR1) = Trsproket
= 170450 kgf.mm
34 mm
= 5013,2 kgf
Frantai kendor (FR2) = 13
FR1
= 13
5013,2 kgf = 1671 kgf Horisontal FR1 = FR1 cos ∅ = 5013,2 cos 35o = 4106,6 kgf FR2 = FR2 cos ∅ = 1671 cos 35o = 1368,8 kgf
61
Vertikal FR1 = FR1 sin ∅ = 5013,2 sin 35o = 2875,5 kgf FR2 = FR2 cos ∅ = 1671 sin 35o = 958,4 kgf
4.4.2. Bidang Horisontal Reaksi tumpuan arah horisontal:
Gambar 4.6 Reaksi tumpuan arah horisontal
+∑𝐹𝑦 = 0
AH + N + BH + FR1 – FR2 = 0 AH + BH = FR2 – N - FR1
= 1368,8 – 682,5 – 4106,6 = -3420,3
+∑𝑀𝐵 = 0 AH 850 + N 425 + (FR2 – FR1) 50 = 0 AH 850 + 682,5 . 425 + (1368,8 – 4106,6) 50 = 0 850 AH = -153172,5 AH = -180,2 kgf
AH + BH = -3420,3
62
BH = -3420,3 – AH = -3420,3 – 180,2 = -3240,1 kgf
Potongan:
Gambar 4.7 Potongan pada arah horisontal
- Potongan I (kiri)
Gambar 4.8 Potongan I bagian kiri
+ ∑𝐹𝑦 = 0 - AH – V1 = 0 V1 = -AH V1 = -180,2 kgf + ∑𝑀𝑝𝑜𝑡1 = 0 -AH . x1 –M1 = 0
63
M1 = -AH . x1 = -180,2 . x1
0≤x1≤100 x1 = 0, M1 = 0 x1 = 50, M1 = -9010 kgf.mm x1 = 100, M1 = -18020 kgf.mm
- Potongan II (kiri)
Gambar 4.9 Potongan II bagian kiri
+ ∑𝐹𝑦 = 0 -AH + N – V2 = 0 V2 = -AH + N
= -180,2 + 1,05 x2 0≤x2≤650 x2 = 0, V2 = -180,2 kgf x2 = 150, V2 = -22,7 kgf x2 = 300, V2 = 134,8 kgf x2 = 450, V2 = 292,3 kgf x2 = 600, V2 = 449,8 kgf x2 = 650, V2 = 502,3 kgf
64
+ ∑𝑀𝑝𝑜𝑡2 = 0
-AH (100 + x2) + N x22
– M2 = 0
M2 = -AH (100 + x2) + N x22
= -AH 100 - AH x2 + N x22
= -180,2 . 100 – 180,2 x2 + 1,05 x2 x22
= 0,525 x2
2 – 180,2 x2 – 18020 0≤x2≤650 x2 = 0, M2 = -18020 kgf.mm x2 = 150, M2 = -33237,5 kgf.mm x2 = 300, M2 = -24830 kgf.mm x2 = 450, M2 = 7202,5 kgf.mm x2 = 600, M2 = 62860 kgf.mm x2 = 650, M2 = 86662,5 kgf.mm
- Potongan III (kiri)
Gambar 4.10 Potongan III bagian kiri
+ ∑𝐹𝑦 = 0 -AH +N –V3 = 0 V3 = -AH + N
= -180,2 + 682,5 = 502,3 kgf
65
+ ∑𝑀𝑝𝑜𝑡3 = 0 -AH (750+ x3) + N (325+ x3) - M3 = 0 M3 = -AH (750+ x3) + N (325+ x3) = -180,2 (750+ x3) + 682,5 (325+ x3) 0≤x3≤100 x3 = 0, M3 = 86662,5 kgf.mm x3 = 50, M3 = 111777,5 kgf.mm x3 = 100, M3 = 136892,5 kgf.mm
- Potongan IV (kiri)
Gambar 4.11 Potongan IV bagian kiri
+ ∑𝐹𝑦 = 0 -AH +N + BH –V4 = 0 V4 = -AH + N - BH = -180,2 + 682,5 – 3240,1 = -2737,8 kgf + ∑𝑀𝑝𝑜𝑡4 = 0 -AH (850+ x4) + N (425+ x4) – BH . x4 - M4 = 0 M4 = -AH (850+ x4) + N (425+ x4) – BH . x4 = -180,2 (850+ x4) + 682,5 (425+ x4) –3240,1 . x4
66
0≤x4≤50 x4 = 0, M4 = 136892,5 kgf.mm x4 = 50, M4 = 2,5 kgf.mm
Gambar 4.12 Diagram gaya arah horisontal
Gambar 4.13 Diagram momen arah horisontal
-3000
-2500
-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
100 250 300 400 550 700 750 900
V
-60000-40000-20000
020000400006000080000
100000120000140000160000
50 100 250 400 550 700 750 800 850 900
M
X (mm)
V (k
gf)
X (mm)
M (k
gf.m
m)
67
4.4.3. Bidang Vertikal
Gambar 4.14 Reaksi tumpuan arah vertikal
+∑𝐹𝑦 = 0 AV + N – W + BV + FR1 – FR2 = 0 AV + BV = W – N – FR1 + FR2 = 5,2 – 221 – 2875,5 + 958,4 = -2132,9 kgf +∑𝑀𝐵 = 0 Av 850 – (N - W) 425 + (FR2 - FR1) 50 = 0 Av 850 – (221 – 5,2) 425 + (958,4 – 2875,5) 50 = 0 850 BV = 4140
AV = 4,87 kgf
AV + BV = -2132,9 BV = -2132,9 - AV = -2132 – 4,87 = -2137,77
68
Potongan:
Gambar 4.15 Potongan pada arah vertikal
- Potongan I (kiri)
Gambar 4.16 Potongan I bagian kiri
+ ∑𝐹𝑦 = 0 AV – V1 = 0 V1 = AV V1 = 4,87 kgf + ∑𝑀𝑝𝑜𝑡1 = 0 AV . x1 – M1 = 0 M1 = AV . x1
= 4,87. x1
69
0≤x1≤100 x1 = 0, M1 = 0 x1 = 50, M1 = 243,5 x1 = 100, M1 = 487
- Potongan II (kiri)
Gambar 4.17 Potongan II bagian kiri
+ ∑𝐹𝑦 = 0 AV + N – W – V2 = 0 V2 = AV + N – W V2 = 4,87 + 0,34 x2 – 0,008 x2 = 4,87 + 0,332 x2 0≤x2≤650 x2 = 0, V2 = 4,87 kgf x2 = 150, V2 = 54,67 kgf x2 = 300, V2 = 104,47 kgf x2 = 450, V2 = 154,27 kgf x2 = 600, V2 = 204,07 kgf x2 = 650, V2 = 220,67 kgf + ∑𝑀𝑝𝑜𝑡2 = 0
AV (100 + x2) + (N-W) x22
– M2 = 0
70
M2 = AV (100 + x2) + (N-W) x22
= 4,87 (100 + x2) + (0,34 x2 – 0,008 x2) x22
= 0,166 x2
2 + 4,87 x2 + 487 0≤x2≤650 x2 = 0, M2 = 487 kgf.mm x2 = 150, M2 = 4952,5 kgf.mm x2 = 300, M2 = 16888 kgf.mm x2 = 450, M2 = 36293,5 kgf.mm x2 = 600, M2 = 63169 kgf.mm x2 = 650, M2 = 73787,5 kgf.mm
- Potongan III (kiri)
Gambar 4.18 Potongan III bagian kiri
+ ∑𝐹𝑦 = 0 AV + N – W – V3 = 0 V3 = AV + N – W = 4,87 + 221 – 5,2 = 220,67 kgf + ∑𝑀𝑝𝑜𝑡3 = 0 AV (750+ x3) + (N- W) (325+x3) – M3 = 0
71
M3 = AV (750+ x3) + (N - W) (325+x3) = 4,87 (750+ x3) + (221 – 5,2) (325+x3)
= 4,87 (750+ x3) + 215,8 (325+x3) 0≤x3≤100 x3 = 0, M3 = 73787,5 kgf.mm x3 = 50, M3 = 84821 kgf.mm x3 = 100, M3 = 95854,5 kgf.mm
- Potongan IV (kiri)
Gambar 4.19 Potongan IV
+ ∑𝐹𝑦 = 0 AV +N – W – BV –V4 = 0 V4 = AV + N – W – BV = 4,87 + 221 – 5,2 – 2137,77 = -1917,1 + ∑𝑀𝑝𝑜𝑡4 = 0 AV (850+ x4) + (N – W) (425+ x4) – BV . x4 - M4 =
0 M4 = AV (850+ x4) + (N – W) (425+ x4) – BV . x4 = 4,87(850+ x4)+(221–5,2)(425+ x4) –2137,77. x4 = 4,87(850+ x4)+ 215,8 (425+ x4) –2137,77. x4
72
0≤x4≤50 x4 = 0, M4 = 95854,5 kgf.mm x4 = 50, M4 = -0,5 kgf.mm
Gambar 4.20 Diagram gaya arah vertikal
-2500
-2000
-1500
-1000
-500
0
500
100 250 400 550 700 750 900
V
-20000
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
50 100 250 400 550 700 750 800 850 900
M
X (mm)
V (k
gf)
X (mm)
M (k
gf.m
m)
73
Gambar 4.21 Diagram momen arah vertikal 4.4.4. Momen dan gaya terbesar
V = �(𝑉𝐻)2 + (𝑉𝑉)2 = �(2737,8)2 + (1917,1)2 = 3342,278 kgf MB = �(𝑀𝐻)2 + (𝑀𝑉)2
= �136892,52 + 95854,52 = 167115,654 kgf.mm
4.4.5. Torsi P = T x 𝜔
T = 𝑃𝜔
= 𝑃
2 𝜋 𝑛60 𝑥 1000
= 5,2 𝑘𝑊
2 𝜋 40 𝑟𝑝𝑚60 𝑥 1000
= 1241,409 N.m = 126588,5 kgf.mm
4.4.6. Diameter dan bahan poros Untuk bahan poros dipilih Baja nikel khrom
molibden AISI 4340 dengan σyps = 470 Mpa (Lampiran 1).
ds ≥ �162𝑀𝐵
2+162𝑀𝑡2
𝜋2�𝑘𝑠 𝑆𝑦𝑝𝑠𝑓 �
26
ds ≥ �162 .136892,5 2+162 .126588,5 2
𝜋2�0,5 . 47,9272 �
26
74
ds ≥ 42 mm ds = 45 mm
4.5. Perencanaan Bearing Data awal yang diperlukan untuk perencanaan belt
conveyor: - Diameter bearing = 45 mm - Konstanta kondisi beban (Fs) = 1,0 (Tabel 2.11) - Faktor putaran (ring luar) = 1,2 - Putaran (n) = 40 rpm Bearing yang digunakan adalah cylindrical roller bearing
dengan diameter 45 mm, SKF NU2309EC. Sehingga didpatkan nilai C = 136000 N kgf dan Co = 153000 N (Lampiran 4). Karena beban aksial (Fa) = 0, maka X=1 dan Y=0.
4.5.1. Beban radial bantalan
Bantalan A FA = �(𝐹𝐴𝐻)2 + (𝐹𝐴𝑉)2 = �(180,2)2 + (4,87)2 = 180,266 kgf = 1767,806 N Bantalan B FB = �(𝐹𝐵𝐻)2 + (𝐹𝐵𝑉)2 = �(3240,1)2 + (2137,77)2 = 3881,792 kgf
= 38067,376 N
4.5.2. Beban ekivalen Bearing dapat menerima beban kombinasi antara
beban radial dan beban aksial, serta ring luar yang berputar sehingga didapatkan faktor putaran konstan (V) senilai 1,2.
Bantalan B PA = Fs (V . X . FR + Y . Fa)
75
= 1,0 (1,2 . 1 . 1767,806 + 0) = 2121,367 N
Bantalan D PD = Fs (V . X . FR + Y . Fa)
= 1,0 (1,2 . 1 . 38067,376 + 0) = 45680,851 N
4.5.3. Prediksi umur bearing Dengan asumsi putaran konstan dan beban ekivalen
adalah kombinasi antara beban radial dan beban aksial, maka prediksi umur bearing didapatkan sebagai berikut:
Bantalan A
L10h=�CP�b
× 106
60 n
= � 136000 2121,367
�3,33
× 106
60 40
= 433 x 106 jam-kerja Bantalan B
L10h=�CP�b
× 106
60 n
= � 136000 45680,851
�3,33
× 106
60 40
= 15760 jam-kerja
77
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan Berdasarkan hasil perhitungan dan perencanaan belt
conveyor, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut: 1. Belt conveyor membutuhkan daya sebesar 6 hp,
sehingga digunakan motor penggerak dengan daya sebesar 7 hp yang menggerakkan drive atau head pulli. Head pulli yang berputar akan menarik belt, sehingga belt akan mulai bergerak.
2. Adapun spesifikasi rancangan sebagai berikut: a. Lokasi : outdoor b. Material yang diangkut:
- Nama material : Crushed stone - Bulk density : 1,8 ton/m3 - Kondisi material : kering
c. Spesifikasi konveyor: - Kecepatan belt : 0,13 m/s - Kapasitas maksimum : 30,273 ton/jam - Panjang lintasan : 6000 mm - Sudut inklinasi : 18o - Tipe belt : Rubber belt sersan - Lebar belt : 650 mm
d. Roller idler (Carry) - Jenis
Carry : V-troughed roller idler Return : Flat roller idler
- Diameter luar : 63,5 mm - Diameter luar : 40,96 mm - Jarak roller (carry) : 500 mm - Jarak roller (return) : 1000 mm
e. Rantai dan sproket - Diameter sproket kecil : 67,617 mm
78
- Diameter sproket besar : 212,518 mm - Kecepatan sproket kecil : 0,142 m/s - Kecepatan sproket besar : 0,446 m/s - Panjang rantai : 2000 mm
f. Poros dan bearing - Bahan poros : AISI 4340 - Diameter poros : 45 mm - Tipe bearing : SKF NU2309EC - Diameter bearing : 45 mm
5.2. Saran Beberapa saran yang dapat dilakukan untuk penelitian lebih
lanjut:
1. Disarankan memakai metode perhitungan yang berbeda agar dapat dibandingkan, sehingga dapat disimpulkan dengan baik.
2. Faktor perawatan dapat dipertimbangkan agar mendapatkan hasil lebih maksimal.
3. Dibutuhkan studi dan analisa lebih lanjut dalam skala industri besar.
61
DAFTAR PUSTAKA
[1]Chrise, Arief Yanuar, dan Syafri. 2017. “Perancangan Bark Belt Conveyor 27B Kapasitas 244 ton/jam.” Jom FTEKNIK Volume 4 No. 2 Oktober 2017.
[2]Lingaiah, K. 1969. Machine Design Data Handbook. New York: McGraw Hill, Inc.
[3]Mott, Robert L. 2004. Machine Elements in Mechanical Design (Fourth Edition). New Jersey: Pearson Prentice Hall.
[4]Spivakovsky, A., dan V. Dyachkov. 1969. Conveyors and Related Equipments. Moscow: Peace Publisher.
[5]Sularso, dan Kiyokatsu Suga. 2004. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta: PT. Pradnya Paramita.
[6]Zainuri, ST., Muhib. 2006. Mesin Pemindah Barang. Yogyakarta: Penerbit Andi.
LAMPIRAN 1
LAMPIRAN 2
LAMPIRAN 3
LAMPIRAN 4
LAMPIRAN 5
BIODATA PENULIS
Penulis bernama Anisa Wahyu Ummami adalah anak tunggal. Lahir di Kabupaten Jepara pada tanggal 27 April 1997. Pendidikan formal yang pernah ditempuh yaitu TK Muslimat 07, SD Negeri Pongangan 1 Gresik, SMPS Muhammadiyah 12 Gresik, SMA Negeri 1 Gresik. Dan pada tahun 2015 menempuh pendidikan di D3 Teknik Mesin
Industri Fakultas Vokasi – Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) mengambil bidang studi Manufaktur. Selama menempuh kuliah di D3 Teknik Mesin Industri penulis aktif mengikuti kegiatan dan organisasi di kampus. Pengalaman Organisasi yang penulis ikuti antara lain adalah menjadi BPH Himpunan Mahasiswa D3 Mesin (HMDM) 2016/2017. Penulis juga mengikuti beberapa pelatihan yang di adakan baik di jurusan maupun di lingkup ITS yaitu Pelatihan Karya Tulis Ilmiah (PKTI) HMDM tahun 2015. Pelatihan LKMM Pra - TD FTI- ITS tahun 2015, Pelatihan Motor Bakar HMDM tahun 2016, Pelatihan LKMM TD HMDM tahun 2016. Selain itu penulis pernah melakukan kerja praktik di PT. CNC Controller Indonesia – Bekasi. Bagi pembaca yang ingin lebih mengenal penulis dan ingin berdiskusi lebih luas lagi dapat menghubungi E-mail: [email protected]