OPTIMASI TEBAL PLAT PINTU AIR JENIS SLUICE GATE BS – 7775 MENGGUNAKAN ANSYS 5.4
TUGAS AKHIR Diajukan Kepada Universitas Muhammadiyah Malang Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
Disusun oleh:
AKBAR SAPUTRA 02510127
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2007
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG FAKULTAS TEKNIK – JURUSAN MESIN 2007
OPTIMASI TEBAL PLAT PINTU AIR JENIS SLUICE GATE BS – 7775 MENGGUNAKAN ANSYS 5.4 AKBAR SAPUTRA (02510127) Ir. TRIHONO SEWOYO, MT Ir. SUDARMAN, MT Sumber : (Jash Engineering LTD., Jash Water Control Gates)
HASIL OPTIMASI
LATAR BELAKANG Dalam perkembangan dunia engineering khususnya dalam bidang desain, rekayasa struktur dan perancangan. Mengoptimalkan penggunaan material dapat menghemat ongkos produk. Proses optimasi tersebut dilakukan dengan mengambil produk pintu air tipe Sluice Gate dari litelatur “JASH” dengan Standarisasi Brithis yang kemudian di optimasi dengan bantuan program “ANSYS 5.4”.Diharapkan dapat mengoptimalkan penggunaan material, serta ongkos produk menjadi turun
RUMUSAN MASALAH Membuat prosedur optimasi pintu air mulai dari gambar teknik yang dimasukkan software FEM (Finite Element Method) yaitu Ansys 5.4 hingga diperoleh hasil optimasi
TUJUAN Memperoleh tebal plat (t) pintu air yang paling optimal
DESAIN SIMULASI ANALISA OPTIMASI
METODOLOGI PENELITIAN
LIST OPTIMIZATION SETS FROM SET 1 TO SET 4 AND SHOW ONLY OPTIMIZATION PARAMETERS
Studi literatur, dari buku – buku Memilih salah satu jenis pintu air untuk analisa Penggunaan software Ansys 5.4 untuk proses penelitian dalam optimasi
TINJAUAN PUSTAKA Proses desain sebagai berikut : 9 Identifikasi kebutuhan dan pengumpulan informasi 9 Sintesa geometri / desain yang mungkin 9 Analisis (kelayakan, engineering, optimasi) 9 Dokumentasi desain Dalam proses ketiga terlihat bahwa analisis dan optimasi selalu ikut dalam proses desain. (Indra Nur Hadi, 2002)
SX1 SX2 T VOL
(SV) (SV) (DV) (OBJ)
SET 1 (FEASIBLE) .87411E+06 .10492E+07 .15000E-01 .64445E-02
SET 2 (FEASIBLE) .72918E+06 .87524E+06 .12513E-01 .53760E-02
SX1 SX2 T VOL
(SV) (SV) (DV) (OBJ)
SET 3 (FEASIBLE) .58164E+06 .69814E+06 .99811E-02 .42879E-02
SET 4 (FEASIBLE) .43037E+06 .51658E+06 .73853E-02 .31730E-02
SEBELUM OPTIMASI Volume
H
B
T
0.64445E -02 m3
0.605 m
0.560 m
0.015 m
SESUDAH OPTIMASI
KESIMPULAN Volume
H
B
T
0.42879E -02 m3
0.605 m
0.560 m
0.0099811 m
LEMBAR PERSETUJUAN
OPTIMASI TEBAL PLAT PINTU AIR JENIS SLUICE GATE BS – 7775 MENGGUNAKAN ANSYS 5.4
TUGAS AKHIR Diajukan Kepada Universitas Muhammadiyah Malang Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Disusun Oleh : AKBAR SAPUTRA 02510127
Telah diperiksa, disetujui dan disahkan oleh :
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Ir. Trihono Sewoyo, MT
Ir. Sudarman, MT
Mengetahui, Ketua Jurusan Mesin
Ir. Daryono, MT
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah ini : Nama
: AKBAR SAPUTRA
Tempat/Tanggal Lahir
: Bangil, Pasuruan 14 September 1983
Nim
: 02510127
Fakultas
: Teknik
Jurusan
: Teknik Mesin
Menyatakan tugas akhir yang berjudul “Optimasi Tebal Plat Pintu Air Jenis Sluice Gate BS – 7775 Menggunakan Ansys 5.4’’ adalah bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun keseluruhan, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya. Demikian surat pernyataan ini dibuat dengan sebenar – benarnya dan apabila pernyataan ini tidak benar, saya bersedia mendapatkan sanksi akademis.
Malang, Juni 2007 Yang Menyatakan,
Akbar Saputra
Mengetahui,
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Ir. Trihono Sewoyo, MT
Ir. Sudarman, MT
LEMBAR PENGESAHAN
OPTIMASI TEBAL PLAT PINTU AIR JENIS SLUICE GATE BS – 7775 MENGGUNAKAN ANSYS 5.4
TUGAS AKHIR Diajukan Kepada Universitas Muhammadiyah Malang Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Disusun Oleh : AKBAR SAPUTRA 02510127
Telah diuji dan dinyatakan lulus pada tanggal 31 Mei 2007
Dosen Penguji I
Dosen Penguji II
Budiono, Ssi, MT
Nur Subheki ST, MT
Mengetahui, Ketua Jurusan Mesin
Ir. Daryono, MT
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG FAKULTAS TEKNIK - JURUSAN MESIN Jl. Raya Tlogomas No. 246 Km 8 Telp. (0341) 464318 – 21 Pswt. 127 Fax.(0341) 460782 Malang 65144 LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR NAMA NIM Bidang Keahlian DOSEN PEMBIMBING I DOSEN PEMBIMBING II JUDUL TUGAS AKHIR
: : : : : :
AKBAR SAPUTRA 02510127 KONVERSI ENERGI Ir. TRIHONO SEWOYO, MT Ir. SUDARMAN, MT OPTIMASI TEBAL PLAT PINTU AIR JENIS SLUICE GATE BS – 7775 MENGGUNAKAN ANSYS 5.4
No
Tanggal
Keterangan
1 2 3 4 5 6 7 8
28 - 03 - 2006 25 - 05 - 2006 04 - 04 - 2007 11 - 04 - 2007 15 - 05 - 2007 22 - 05 - 2007 24 - 05 - 2007 31 - 05 - 2007
Pengajuan Judul ACC BAB I ACC BAB II ACC BAB III ACC BAB IV ACC BAB V ACC Keseluruhan Seminar Hasil
Pembimbing I II
Mengetahui,
Pembimbing I
Pembimbing II
Ir. Trihono Sewoyo, MT
Ir. Sudarman, MT
“Motto” Innama A’malu Binniat ‘ Awalilah segala sesuatu itu dengan niat ‘ ( Perbuatan baik tanpa niat itu sesungguhnya adalah sia-sia belaka ) “Sesunguhnya Allah tidak akan merubah suatu kaum sehingga mereka merubah keadaan yang ada pada mereka sendiri dan apabila Allah menghendaki keburukan suatu kaum, maka tidak ada yang dapat menolaknya dan sekali – kali tidak ada pelindung bagi mereka selain Dia“ ( AR – RAD : 11 ) “Apabila kamu menginginkan kebahagiaan di dunia maka dengan ilmu pengetahuan, apabila kamu menginginkan kebahagiaan di akhirat maka dengan ilmu pengetahuan dan apabila kamu menginginkan kebahagiaan di dunia dan di akhirat maka dengan ilmu pengetahuan” ( AL – HADIST )
Segala puji bagi Allah SWT. penguasa siang dan malam yang tidak pernah tidur dan senantiasa memberikan keajaiban kepadaku. Sholawat dan salam kepada junjungan kita Nabi Besar Muhammad SAW. karena atas berkat beliaulah masih ada sekeping iman dalam hatiku dan Islam sebagai penuntun hidupku.
TERIMA KASIH Kedua orang tuaku tercinta yang telah memberi ananda kasih sayang serta dorongan baik materiil maupun spirituil, hingga dapat terselesaikannya Tugas Akhir ini dengan baik. Yang bilamana jasa-jasanya takkan terbalaskan oleh apapun. Do’kan Ananda semoga menjadi orang yang sukses dalam hidup dan dapat berbakti kepada kedua orang yang telah mengasihi aku sejak kecil. Karena ridhomu adalah ridhoNya. Adek – adekQ tercinta & tersayang Wenita, Putri & Ridho semoga citacita kalian bisa tercapai sesuai yang kalian diharapkan. Semua keluargaku (Mbah Jum, Pakpoh & Bude, Om & Tante, SaudarasaudaraQ,....dst) yang tak henti-hentinya mendo’akanku. Seseorang yang sangat spesial yang gak mau disebut namanya, yang tiada hentinya menemani, mendo’akanku dan memberi semangat untuk terus berusaha dan berjuang hingga akhir. Bapak & Ibu kost “MEGA INDAH - TAILOR”, maap klo sering ngerepoti & sering telat bayar listrik.....hee. Tidak lupa My Bro putri2 sexy pejabat kost Ema & Ida yang slalu ramai tanpa kalian pasti sepi baget.....yooouh, serta penghuni kost Obi thanks pinjaman komputere,...dst. Dan mantan penghuni kost mega indah Antok, Tino + Septi, Anang, Odik Thanks 4 All. Temen2 Adk Alfi, Antik, Nuning & penghuni kost Tlogo Al - Kautsar no.51 makacih udah ngasih tempat berteduh sementara. Teman-teman Mesin 2002 C semoga kita bertemu lagi dilain kesempatan.
KATA PENGANTAR Assalamu’alaikum wr.wb. Puji syukur kehadirat Allah SWT yang selalu melimpahkan Rahmat, Hidayah dan Karunia-Nya. Sholawat serta salam selalu tercurah kepada Rasullullah Muhammad SAW serta keluarga dan sahabatnya. Penulisan tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik di Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Muhammadiyah Malang. Dengan tersusunnya tugas akhir ini, tidak lupa penulis mengucapkan terima kasih yang besar-besarnya kepada : 1. Bapak Ir. Daryono, MT, selaku Kepala Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Malang. 2. Bapak Ir. Trihono Sewoyo, MT, selaku Dosen Pembimbing I. 3. Bapak Ir. Sudarman, MT, selaku Dosen Pembimbing II. 4. Semua Bapak dan Ibu Dosen pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan ilmunya. 5. Team Lab. CAD/CAM/CNC, Team Lab. Konversi Energi Universitas Muhammadiyah Malang, yang memberi masukan dan bantuan skripsi sampai akhir. 6. Teman-teman seperjuangan dan sependeritaan yang telah membantu penyusunan skripsi ini. Dalam penyusunan ini penulis menyadari walaupun telah berhati-hati dalam menggunakan sumber maupun penyajian dan sistematiknya, mungkin vii
masih ada kekurangan-kekurangan. Oleh karena itu penulis selalu mengharapkan sumbangan pikiran dan kritik yang membangun dari semua pihak. Semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semuanya. Wassalamu’alaikum wr. wb.
Malang, Juni 2007
Akbar Saputra
viii
DAFTAR ISI Halaman LEMBAR JUDUL POSTER LEMBAR PERSETUJUAN LEMBAR PERNYATAAN LEMBAR PENGESAHAN LEMBAR ASISTENSI MOTTO LEMBAR PERSEMBAHAN BERITA ACARA UJIAN TUGAS AKHIR ABSTRAKSI .........................................................................................
vi
KATA PENGANTAR ..........................................................................
vii
DAFTAR ISI .........................................................................................
ix
DAFTAR GAMBAR DAN TABEL ....................................................
xi
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang .........................................................
1
1.2. Rumusan Masalah ....................................................
4
1.3. Tujuan ......................................................................
5
1.4. Batasan Masalah ......................................................
5
1.5. Metodologi Penelitian .............................................
5
1.6. Sistematika Penulisan ..............................................
6
LANDASAN TEORI 2.1. Bangunan Pintu Air .................................................
7
2.1.1.Jenis – jenis pintu air ....................................
8
2.1.2.Aliran melalui pintu ......................................
12
2.1.3.Variasi instalasi dan konstruksional sebagai tuntunan pemilihan pintu air ...........
14
2.2. Tegangan bending murni balok (pure bendin) ..…..
26
2.3. Tekanan ....................................................................
27
ix
`
2.4. Tekanan pada suatu titik ..........................................
29
2.5. Gaya terdistribusi ..…………..…………….………
32
2.6. Gaya terhadap tubuh bendungan .............................
37
2.7. Tekanan hidrostatik pada permukaan persegi panjang yang terendam .............................
39
2.8. Tekanan hidrostatik pada permukaan silindris ....................................................................
42
2.9. Tekanan hidrostatik pada permukaan datar berbentuk sembarang .......................................
44
2.10. Rumus lenturan (Flexure Formula) .......................
46
2.11. Metode optimasi desain ..........................................
51
2.11.1. Pengertian vektor dan titik dalam
BAB III
BAB IV
BAB V
problem optimasi ........................................
53
2.11.2. Indeks subcribt dan superscript ..................
53
2.12. Perangkat Lunak (Software) ANSYS 5.4 ...............
54
METODOLOGI SIMULASI 3.1. Data spesifikasi water gate ........................................
56
3.2. Tahapan dalam simulasi ............................................
57
ANALISA OPTIMASI 4.1. Analisa pembebanan statis ........................................
58
4.2. Analisa Tegangan ......................................................
60
4.3. Varibel – Variabel Optimasi …………………...…..
64
4.4. Analisa Optimasi …...…............................................
65
KESIMPULAN Hasil Optimasi ..................................................................
67
DAFTAR PUSTAKA ..............................................................................
68
Lampiran A Gambar Pintu Air Dan Dimensi Pintu Air ....................
69
Lampiran B Flow Chart Process ...........................................................
77
Lampiran C Langkah – Langkah Proses Simulasi ...............................
78
Lampiran D Hasil Tanpa Menggunakan Penahan (Sirip) ...................
94
Lampiran Bahan Teknik .........................................................................
95
x
DAFTAR GAMBAR DAN TABEL Halaman
A. Daftar Gambar Gambar 1.1 Water gate .......................................................................... 3 Gambar 1.2 Analisa statik ...................................................................... 3 Gambar 2.1 – 2.19 Tipe dan bentuk pintu air ...................................... 14 Gambar 2.20 Penampang balok dengan sumbu simetri ........................ 27 Gambar 2.21 Gaya dan tekanan ............................................................. 28 Gambar 2.22 Elemen zat cair diam ....................................................... 30 Gambar 2.23 Analisa statik ................................................................... 32 Gambar 2.24 Tangki berisi zat cair ....................................................... 34 Gambar 2.25 Tekanan hidrostatis pada kolam ....................................... 37 Gambar 2.26 Gaya pada bendungan ...................................................... 38 Gambar 2.27 Resultan ........................................................................... 40 Gambar 2.28 Resultan ........................................................................... 43 Gambar 2.29 Resultan ........................................................................... 44 Gambar 2.30 Lenturan murni balok ...................................................... 47 Gambar 3.1 Pintu air .............................................................................. 56 Gambar 4.1 Bar ...................................................................................... 60 Gambar 4.2 Meshing mapped - 4 to 6 sided .......................................... 61 Gambar 4.3 Displacement ...................................................................... 62 Gambar 4.4 Pressure .............................................................................. 63 Gambar 4.5 Tegangan von misses ......................................................... 63 Gambar 4.6 Hasil Konvergensi – Iterasi ................................................ 65 Gambar 5.1 Tegangan von misses optimum .......................................... 68
xi
B. Daftar Tabel Tabel 3.1 Parameter Yang Dibutuhkan Dalam Simulasi ........................ 57
xii
DAFTAR PUSTAKA
Jash Engineering LTD,. Jash Water Control Gates. India. Popov, E,P,. 1993. Mekanika Teknik. Penerbit Erlangga. Jakarta. Sewoyo, T,. 2002. Modul Ansys 5.4. Universitas Muhammadiyah Malang. Sularso, Suga, K,. 1997. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Pradnya Paramita. Jakarta. Daryono. 2002. Life Time Analysis of Cilindrical and Conical Torsional Spring Using Ansys Software. Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Wijanarko, B,. 2003. Optimasi Desain Metode Proyeksi Gradien Lifting Bracket Menggunakan Ansys 5.4. Universitas Muhammadiyah Malang. Mustakim, Arohman, M,. 2002. Kajian Varian Bukaan Baffle Plate Pada Pintu Air Neyrpic Double Baffle Tegak Terhadap Fluktuasi Debit Dihilir. Institut Teknologi Nasional. Hadi, I,N,. 2002. Perkembangan Teknologi Desain Peralatan Mesin di Indonesia. ITB. Sears, Zemanskys. 1994. FISIKA Untuk Universitas 1. Cetakan Kedelapan. Penerbit Binacipta. Jakarta. Triatmodjo, Bambang. 1995. Hidraulika I dan Soal – Penyelesaian Hidraulika I. Beta Offset. Yogyakarta. Meriam, J.L. dan L.G. Kraige. 1996. Mekanika Teknik, Statika, Volume I, Edisi Kedua. Penerbit Erlangga. Jakarta. Gere dan Timoshenko. 2000. Mekanika Bahan. Penerbit Erlangga. Jakarta.
