BAB IV PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN ELEVATOR DENGAN KAPASITAS 1150 kg
4.1.
Perencanaan Elevator Dalam merencanakan unit lift yang akan digunakan pada sebuah gedung
pertama-tama yang harus di hitung adalah spesifikasi teknik. Dasar perhitungan spesifikasi teknik pada setiap gedung adalah sama, yang membedakan adalah data masukan. Untuk itu pada tugas akhir ini penulis mengambil salah satu contoh gedung yang sedang dibangun dan memerlukan sistem transportasi elevator barang dengan data sebagai berikut : •
Gedung
: Apartement
•
Lokasi
: di pusat kota
Fakultas Teknik – Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Page 58
•
Jumlah lantai
: 30
•
Tinggi lantai ke lantai
: Rata-rata 3 m
•
Luas lantai (gross area)
: 1200 m2
Bedasarkan fungsi gedung, luas lantai tiap gedung dan tinggi gedung, maka komponen-komponen dari elevator barang dapat di pilih dan di tentukan sebagai berikut : 1.
Mesin penggerak dan sistem pergerakan tali baja (roping system), jenis penggerakan adalah : - Mesin traksi dengan gir (geared traction machine). Lihat gambar 3.1
2.
Sistem Pergerakan tali baja adalah - Double wrap dengan perbandingan tali baja antara sangkar dengan pengimbang (roping) 2 : 1 dengan bentuk roping U-rroove Undercur 90º lihat gambar dibawah ini :
Gambar 4.1 U groove
Fakultas Teknik – Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Page 59
Dengan sistem coba ulang (trial and error) direncanakan suatu elevator barang (lift) dengan variable data rancangan. Data dibawah ini terdapat dari catalog lift dengan merk Sanyo Yusoki Kogyo :
• Kapasitas
: 1150 kg
• Kecepatan Lift
: v = 120 m/mt 2 m/s
Ukuran sangkar untuk kapasitas 1150 kg
Tabel.4.1
Kapasitas ukuran sangkar
• Lorong elevator (hoist way) Fakultas Teknik – Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Page 60
4.2
Tinggi total
: 96 m
Overhead
: 4,6 m
Pit depth
: 1,5 m
Panjang
: 3,5 m
Lebar
: 4,0
Perhitungan Komponen Elevator (Freight Elevator) 4.2.1. Perhitungan Kereta (Car) dan Pengimbang (Counter Weight) a.
Berat Kereta (car) diketahui : Kapasitas beban penuh Q = 1150 kg Maka berat kereta kosong adalah P = 2,0 x Q = 2,0 x 1150 = 2300 kg
b.
Berat Bobot Pengeimbang (Conter Weight) Untuk lift berkapasitas Q = 1150 kg keatas over balance (OB) = 0,45. (Referensi 5 hal 7 Maka diketahui
Q = 1150 kg. P = 2300 kg OB = 0,45
Maka berat bobot imbang (counter weight) Z = P + OB + Q = 2300 + 0,45 x 1150 kg = 2817.5 kg Fakultas Teknik – Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Page 61
4.2.2. Perhitungan Tarikan dan Slip a.
Rumus Hubungan Tarik
TR = T1/T2 = efka Diketahui : T1 = P + Q = 2300 + 1150 = 3450 kg T2 = Z = 2817.5 kg b.
Rumus Hubungan Traksi Statis
TR = T1/T2 = 3450/2817.5 = 1,22 Karena adanya gaya dinamis data perlambatan dan percepatan dengan demikian, maka saat terjadi percepatan (lift berangkat) dan perlambatan (lift mau berhenti) tidak terjadi slip. Nilai percepatan a di dapat dari tabel dibawah ini : Kecepatan Lift m/s
1,0
1,5
1,75
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
5,0
6,0
(m/m)
60
90
105
120
150
180
210
240
300
360
0,60
0,70
0,80
0,85
0,95
1,10
1,20
1,25
1,25
1,25
Percepatan (m/s2)
Tabel 4.1. . Percepatan Faktor dinamis CD
= (1 + a/g) / (1 – a/g) = (1 + 0,85/9,8) / (1 – 0,85/9,8) = 1,19
Maka rumus hubungan traksi berubah menjadi traksi dinamis Fakultas Teknik – Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Page 62
TRD
= CD x TR
Diketahui : a
= 0,85
CD
= 1,19 TRD = CD x TR = 1,19 x 1,22 = 1,45
Traksi yang di peroleh dari roda Ta = efkα Lihat lampiran 1 e
= 2,718
f
= 0,11
k
= 1,3 untuk alur puli U-groove U/C 90º
α
= 90º =
Ta
= (2,718) 0,11x1,3x3,14 = 1,55
= 1,57 radian
TRD = CD x TR ≤ Ta = 1,45 ≤ 1,55
aman (tidak terjadi slip)
4.2.3. Perhitungan Tali Baja Dalam perencanaan ini penulis memilih jenis tali baja seale 8 x 19 FC (Fibre core). Lihat gambar 4.2
Fakultas Teknik – Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Page 63
Gambar 4.2 Jenis Seale 8 x 19 FC Diameter tali baja menurut standar eropa sedikitnya 8 mm dan menurut standar amerika 9,5 mm. untuk itu penulis mengasumsikan diameter tali baja berdasarkan lampiran 4. Diasumsikan diameter tali baja untuk jenis seale 8 x 19 FC Diketahui : •
Diameter tali baja
•
Batas patah maksimal = 5000 kg (lihat lampiran 4)
•
Faktor keamanan
•
Roping 2 : 1
a.
Perhitungan penentuan jumlah tali baja yang dibutuhkan
= 11 mm
= 9,75 (lihat lampiran 2)
Tb berat tali di abaikan untuk sementara sehingga = 3.36 atau di bulatkan menjadi 4 helai menghitung berat tali dengan tinggi lintasan = 96 m Fakultas Teknik – Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Page 64
Tb
= n x tinggi lintasan x perkiraan berat (lihat lampiran 4) = 4 x 96 x 0,42 = 161.3 kg/tali = 1582 N ( kg forta ke Newton )
Koreksi dengan berat tali n = b.
= 3,5 = 4 lembar ok
Perhitungan beban patah pada kabel S
S = Tb.fk = 1582 x 9.75 = 15097.6 N = 15.4 KN/tali =
= 512.8 kg/mm²
c.
Tegangan patah yang di izinkan τ =
d.
Kecepatan tali dengan roping 2 : 1 kecepatan kereta = 120 m/m Kecepatan tali = 2 x 120 = 240 m/m
e.
Koefisien gesek
Koefisien gesek tali dengan puli penggerak dan puli penuntunan adalah μ = 0,173 di tentukan dari kabel dibawah ini.
(ref 6 hal 360)
β
00
300
600
900
1000
1100
1200
1300
μ
0,107
0,117
0,137
0,173
0,192
0,216
0,246
0,289
Nilai koefisien gesek μ untuk berbagai sudut β tali terhadap alur puli.
4.2.4
Perhitungan Gaya
a.
Gaya yang terjadi pada tiap tali baja adalah :
Fakultas Teknik – Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Page 65
F=
=
F=
=
F = 862.5 kg = 8458.24 N = 8.5 KN b.
Gaya statis pada tali tegang T1 = P + Q + Tb = 2300 + 1150 + 161.3 = 3611.3 kg = 35414.76 N = 35.4 KN
c.
Kerugian akibat gesekan =Fxμ = 1150 x 0,173 = 198.9 kg
Maka gaya total pada tali adalah : F = 1150 + 198.9 = 1348.9 kg = 13328.2 N = 13.3 KN d.
Tegangan tarik izin yang terjadi pada tiap tali adalah : τ = (P + Q ) g / A1 A1 = adalah luas metalik tali baja di asumsikan 40% dari luas fisik tali Maka A1 = 0,4 x π (r)² x 4 lembar = 0,4 x 3,14 (11/2)² x 4 = 151.9 mm2 Maka τ = e.
= 222.5 N/mm²
Perhitungan kemuluran tali
Fakultas Teknik – Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Page 66
τ = E.ε atau ε = τ/E E = Modulus elastisitas dari tali baja bernilai dari 0,7 + 1,0 x 105 N/mm² = 0,31 mm atau kemuluran tali elastic = 3,1 cm
ε = f.
Perhitungan umur tali berdasarkan gambar di dibawah ini :
Gambar 4.3
Alur pada pully
m = banyaknya bengkokan yang berulang m=3 dari lampiran 11 diambil m = 2,94 dan didapat Z = 600000 bengkokan Maka umur tali baja N:
Dimana : N
= Umur tali kawat baja
Z
= Jumlah lengkungan yang berulang
α
= Jumlah siklus kerja rata-rata perbulan
Fakultas Teknik – Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Page 67
β
= Faktor perubahan daya tahan tali akibat mengangkat beban = Jumlah lengkungan berulang persiklusan kerja = 2,5
Dari tabel lampiran 12 di dapat : a = 3400 Z2 = 3 β = 0,3 Ǿ = 2,5 N= = 78,43 bulan = 6,53 tahun = 6,5 tahun
4.2.5. Perhitungan Puli a.
Puli Penggerak Diketahui diameter tali baja d = 11 mm Maka diameter puli penggerakan adalah ± 50 kali diameter tali baja ± x 50 D = 11 x 50 D = 550 mm •
Jumlah alur puli untuk roping doble wrap
= jumlah tali baja x 2 =4x2=8
Fakultas Teknik – Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Page 68
•
Lebar alur puli = 1,2 . d
(ref 1 hal 368)
= 1,2 x 11 = 13.2 mm •
Dalam alur puli = 1,4 x d = 1,4 x 11 = 15.4 mm
•
Tebal dinding puncak alur
= 0,15 x d + 5 mm = 0,15 x 11 + 5 = 6.6 mm
•
Jarak antara sumbu alur
= 1,35 x d + 5 mm = 1,35 x 11 + 5 = 19.8 mm
•
Tinggi puncuk alur
= 1,5 x d = 1,5 x 11 = 16.5 mm
•
Panjang puli = (tebal dinding alur) x 5 + (lebar alur puli) x Jumlah alur puli = (0,5 x d + 5) x 5 + (1,2 x d) x 8 = (6.6) x 5 + (13.2) x 8 = 139 mm
b. Puli Penuntun Untuk puli penuntun ukuran-ukuran penampangnya sama dengan puli penggerak, sedangkan diameternya adalah : •
Ǿ Puli Penuntun
= Ǿ puli penggerak – (Ǿ puli penggerak x 0,25) = 550 mm – (550mm x 0,25) = 412.5 mm
Fakultas Teknik – Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Page 69
Besar keausan (gesekan) pada alur puli yang terjadi tergantung pada tekanan tali pada alur puli.
4.2.5.1. =
Perhitungan tekanan spesifik yang terjadi pada puli x
a.
Untuk puli penggerak =
x
= b.
x
= 2.45 x 2,59 = 6.34 N/mm²
Untuk puli penuntun =
ρ =
x x
= 3.26 x 2,59 = 8.44 N/mm²
4.2.6. Perhitungan Efisiensi Dan Daya a. Perhitungan efisiensi gigi reduksi diketahui untuk efisiensi transmisi gigi reduksi penulis memilih dengan dua didi ulir . Rh = ± 0,60. b..Perhitungan efisiensi total ηt = η1 x η2 x η3 = 0,90 x 0,60 x 0,97 = 0,52 (dua gigi ulir) Fakultas Teknik – Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Page 70
4.2.7. Perhitungan Daya Atau Power Poutput
= = = =
= 18.54 kW
1 Hp = 0,746 kw =
= 24.85 Hp
Gambar 4.4 Name Plate kapasitas motor traction
4.2.8. Perhitungan Pemilihan Rel Dan Penetuan Jarak Rentang Braket Untuk Lift bahan yang digunakan untuk rel pemandu adalah baju mutu Fe 370 dan Fe 430 sesuai dengan SNI. Fakultas Teknik – Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Page 71
Tegangan tekuk maksimal yang diizinkan. Untuk Fe 370 = 140 N/mm² Untuk Fe 430 = 170 N/mm² Bahan yang dipilih untuk rel adalah baja mutu Fe 370 Diketahui : Berat kereta kosong P = 2300 kg Kapasitas lift Q
= 1150 kg
λ maka ditetapkan
= 140 (maksimal kelangsingan 150 mengacu pada standart ISO
7465) Menurut lampiran 13 ω faktor tekuk = 3,31 untuk baja mutu Fe 370 dipilih : τ max = 15 (P+Q) . ω /A (Pesawat pengaman agak luwes) 140 = 15 (2300 + 1150) 3.31 / A 140 = A=
= 1223.5 mm² = 12.23 cm²
Berdasarkan tabel lampiran 7 Digunakan rel T 89/B Berat 12.30Kg/m Dimana A = 1570 mm² > 1223.5 mm² Radius grasi r = 26,50 mm Jarak rentang braket mak, L = λ . r
= 140 x 26,50 = 3710 mm
Fakultas Teknik – Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Page 72
Dtetapkan jarak rentang braket = 3,7 m Periksa Tmax = 15 (P + Q) ω/A = 15 (3450) 3,31 / 1570 = 109 N/mm² < 140 N/mm² (
) aman
4.2.9. Perhitungan Buffer Pada dasarnya pesawat pengaman bekerja karena terjadi kecepatan berlebih (overspeed) yaitu sebesar 115% dan perlambatan maksimal sebesar g = 9,8 m/s² menurut ANSI A17.1 sesaat benturan tidak boleh melebihi dari 2,5 g (24,5 m/s²) 1,15 V
24,5 m/s
Diketahui : Over speed 115% dari V, untuk V = 120 m/m = 2 m/s digunakan peredam hidrolis. a.
Jarak langkah minimal peredam hidrolis
L = ½ (1,15 x V)²/ga = ½ (1,15 x 2)²/9,81 = 2.6/9,81 = 0,269 m atau 26.9 cm b.
Gaya reaksi penyangga
Ro ≤ 40 (P+Q) R = 40 (2300 + 1150) = 138000 N c.
Jarak langkah awal piston turun untuk pegas hidrolis
Fakultas Teknik – Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Page 73
Untuk a menurut ANSI demi kenyamanan penumpang lift. Kejutan yang terjadi saat kereta menimpa atau membentur peredam, benturan harus dibatasi akselerasinya ao = 2,5g = 24,5 m/s² S=
= =
= 0,075 m
Sehingga jumlah langkah s + L = 0.269 + 0,075 = 0,214 m = 21.4 cm
Gambar 4.5 buffer 4.2.10. Perhitungan Jarak kemerosotan Kereta Diketahui : v = 120 m/m = 2 m/s over speed = 115 % V = v x over speed = 2 x 1,15 = 2.3 d = ½ V²/g Fakultas Teknik – Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Page 74
= ½ (2.3)²/9,81 = 0,27 m
4.2.11. Perhitungan Kecepatan Dan Frequency 2.1.11.1.
Perhitungan Kecepatan Radial Puli
ω = V/π D diketahui V
= kecepatan kereta x kecepatan tali untuk roping 2 : 1 = 120 x 2 = 240 m/m
Dpuli
= 550 mm = 0,55 m ω
4.2.11.2.
=
= 138.7 rpm
Kecepatan Radial Motor
Berdesarkan tebel digunakan gear ratio 10 : 1 dengan 2 buah gigi ulir ω2 = 15 x 138.7 = 2080.5 rpm.
4.2.11.3
Frequency Motor
Berdasarkan tabel jumlah pole adalah 4 dan slip saat beban penuh = 13 % f= =
=
= 54 Hz
Fakultas Teknik – Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Page 75
Kecepatan
Kecepatan
Diameter
G/R
RPM
Frequency
No.
Kereta’
Tali
Puli
(Gear
Puli
(Hz)
Poles
(m/m)
(m/m)
(m)
Ratio)
60
120
0,55
20 : 1
70
48
4
90
180
0,60
15 : 1
95,5
49
4
105
210
0,65
19 : 1
103
35
4
120
240
0,65
10 : 1
117
40
4
150
300
0,70
10 : 1
136
47
4
Tabel 4.2
Geared Machine, VVVF Speed Control
4.2.12.
Perhitungan Rem Pada Elevator
1. Analisa gaya-gaya yang terjadi pada rem mekanik : Dengan terungkitnya baji bergerigi oleh tuas pengungkit, maka biji bergerak keatas dan menjepit antara rel pengarah kereta dengan rel biji bergiri. Pada masing-masing rel pengarah, terdapat 2 biji bergerigi yang menjepit sehingga kereta akan berhenti :
Gambar 4.6 Cara Kerja Rem Biji Fakultas Teknik – Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Page 76
2..Perhitungan Pada Salah Satu Biji : Gaya yang di terima oleh masing-masing biji : Fbg = Dimana : Fbg
= Gaya-gaya diterima masing-masing biji.
n
= Jumlah biji bergerigi
P
= Berat kereta kosong (2300 kg)
Q
= Kapasitas maksimum (1150 kg)
α
= Sudut kemiringan biji terhadap rel pengarah kabin (direncanakan 15º
maka : Fbg = Fbg = = 1725 kg = 16916.47 N = 16.9 KN Dari gambar analisa gaya-gaya, maka : F2
= Fbg cos α = 1725 kg cos 15º = 1666.2 kg = 16339.84 N = 16.3 KN
F1
= Fbg sin α = 1725 kg sin 15º = 446.46 kg = 4378.28 N = 4.4 KN
Fakultas Teknik – Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Page 77
3. Gaya tekan pada rel pengarah kereta : F3
= F1 cos α = 446.46 kg cos 15º = 431.2 kg = 4228.6 N = 4.2 KN
F4
= F1 sin α = 446.46 kg sin 15º = 115.6 kg = 1133 N = 1.1 KN
Bahan yang di pergunakan : •
Rel pengarah kereta = baja mutu Fe 370
•
Biji bergerigi = duralumin
Koefisien gesek antara baja dan duralumin (kering) : φ
= 0,1 + 0,2
(ref 7 hal 80)
= dipilih 0,1 Besarnya gaya gesek yang diijinkan minimum (fk) fk
= φ x F3 = 0,1 x 431.2 kg = 43.12 kg = 422 N
Syarat kereta berhenti adalah : fkt
= gaya gesek yang terjadi antara rel pengarah kereta dengan biji bergerigi
F4
= Kapasitas maksimum yang terjadi
φ
= Koofisien gesek yang terjadi
fkt
= F1 sin α
Fakultas Teknik – Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Page 78
fkt
= φ x F3
F1 sin α = φ x F3 φ
=
= =
= 0.27 kg
Gaya gesekan yang terjadi sebenarnya : fkt
= φ x F3 = 0.27 x 431.2 kg = 116.42 kg = 1141.69 N = 1,1 KN
Jadi dengan demikian kereta akan berhenti, karena : fkt
= 116.42 kg > fk = 43.12 kg
Fakultas Teknik – Teknik Mesin Universitas Mercu Buana
Page 79
