TUGAS AKHIR (RC-1380)
PERENCANAAN PONDASI MESIN GENERATOR SET PADA PABRIK NPK SUPER PT. PUPUK KALTIM BONTANG DENGAN PERHATIAN KHUSUS PADA PENGARUH KARET PEREDAM GETARAN
OLEH: AFDIAN EKO WIBOWO NRP: 3104 100 021 DOSEN PEMBIMBING: Ir. ANANTA SIGIT SIDHARTA, M.Sc, Ph.D
LATAR BELAKANG Pondasi yang menopang mesin dipengaruhi oleh getaran yang disebabkan gaya dinamis dan juga oleh beban statis yang terjadi pada saat mesin beroperasi. Getaran yang berlebihan dapat menyebabkan mesin rusak dan memberikan efek yang merugikan pada sruktur pondasi atau orang yang bekerja di dekat mesin tersebut . Karet peredam getaran (vibration isolator) diharapkan mampu meredam getaran sehingga dapat miminimalkan efek yang ditimbulkan pada saat mesin beroperasi.
PERUMUSAN MASALAH Bagaimana cara merencanakan desain dan elemen struktur pondasi mesin yang sesuai dengan persyaratan keamanan serta SNI 03-2847-2002. Bagaimana spesifikasi karet vibration isolator yang sesuai untuk meredam getaran saat mesin beroperasi serta berapa besar beban statis dan dinamis yang diteruskan ke struktur pondasi. Bagaimana menuangkan hasil perencanaan struktur pondasi mesin ke dalam gambar teknik dengan bantuan program Auto CAD.
TUJUAN Mendapatkan desain dan elemen struktur pondasi mesin yang
sesuai dengan persyaratan keamanan serta SNI 03-2847-2002. Mendapatkan spesifikasi karet peredam getaran (vibration isolator) yang sesuai untuk meredam getaran saat mesin beroperasi serta besar beban statis dan dinamis yang diteruskan ke struktur pondasi. Dapat menuangkan hasil perencanaan struktur pondasi mesin ke dalam gambar teknik dengan bantuan program Auto CAD.
BATASAN MASALAH
Pembahasan hanya dilakukan pada kasus pembangunan pondasi mesin generator set pada pabrik pupuk NPK di komplek PT. Pupuk Kaltim Bontang.
Data mesin menggunakan data asli spesifikasi mesin generator set.
Data karet vibration isolator menggunakan data asli karet vibration isolator yang sesuai untuk mesin generator set.
Tanah dianggap homogen dengan menggunakan satu macam data tanah dan tidak membahas permasalahan dari tanah.
Pemilihan dimensi pondasi dilakukan dengan metode trial and error menggunakan bantuan program excel sampai diperoleh dimensi yang memenuhi persyaratan keamanan untuk pondasi mesin.
Perhitungan nilai amplitudo dan frekuensi pada pondasi mesin menggunakan metode Lumped Parameter System dan tidak membahas dengan metode lain.
Tidak meninjau aspek pelaksanaan dan nilai ekonomis di lapangan.
Start
Studi Literatur Metode Lumped Parameter System Desain dan Persyaratan Pondasi Mesin
FLOWCHART METODOLOGI
Pengumpulan Data Data Tanah Data Mesin Data Karet Vibration isolator
Perencanaan Pondasi Mesin
Cek Syarat keamanan
OK A
NOT OK
A
FLOWCHART METODOLOGI (LANJUTAN)
Perhitungan dan Analisa pengaruh karet vibration isolator
Analisa Hasil Perencanaan
Kesimpulan dan Saran
Derajat Kebebasan Pondasi Mesin
Akibat Gaya Dinamis yang Bekerja: Translasi searah sumbu z (vertikal) Translasi searah sumbu x (lateral) Translasi searah sumbu y (longitudinal) Rotasi terhadap sumbu x (pitching) Rotasi terhadap sumbu y (rocking) Rotasi terhadap sumbu z (yawing/torsi)
1. PERHITUNGAN TRIAL AND ERROR MENCARI DIMENSI PONDASI MESIN Berat dan Massa
dimensi awal pondasi ditetapkan panjang pondasi 2,5 meter dan lebar pondasi 2 meter Dicoba tebal pondasi (h) = 0,2 m Titik berat total:
x = 100 cm = 1,0 m
y = 125 cm = 1,25 m
z = 31,8344 cm = 0,318344 m Berat Pondasi Berat mesin Berat total Massa total Luas dasar pondasi
= 2,4 ton = 1,56769 ton = 3,96769 ton = 0,404739 ton = 5 m²
Gaya Dinamis Rotor pada mesin berputar terhadap sumbu y sehingga menghasilkan gaya dinamis arah sumbu x dan z sebesar F0 = meω 2 dimana m adalah massa rotor . m = 337 kg = 0,337 t e = eksentrisitas dari rotor, didapat dari perumusan oleh American Petroleum Institute Standard for Centrifugal Compressors (API Standard ) e (mil) = α 12000 / rpm < 1.0 mil e = 1.0 12000 / 1500 = 2,828 mil > 1 (diambil 1 mil)
= 1 x 0,001 x 0,0254 = 2 ,54x10 -5 m
ω = 1500 rpm = 157,08 rad/sec Fo = 0,337 x 2,54x10 -5 x 157,08 2 = 0,211 t Gaya horizontal F o bekerja tidak pada titik berat total melainkan diatasnya yaitu pada titik berat mesin setinggi ez = h rotasi = 45,3 cm = 0,453 m. sehingga timbul momen yang bekerja terhadap sumbu y sebesar: M y = F o.(tebal pondasi + e z – z)
= 0,211 x (0,2+0,453- 0,318344) = 0,0706 tm.
Getaran Vertikal
Getaran Yawing / Torsi Karena tidak ada momen yang bekerja terhadap sumbu z maka tidak terjadi getaran yawing (torsi).
Getaran Kopel Rocking & Lateral
Getaran Kopel Longitudinal & Pitching Pada mode ini tidak terjadi amplitudo dikarenakan tidak ada gaya se arah sumbu y dan tidak ada momen terhadap sumbu x.
Amplitudo Total Amplitudo total adalah penjumlahan amplitudo dari semua mode yang ada untuk setiap arah x, y, dan z. Az total = Az vertikal + Az kopel rocking lateral = 3,91x10-6 + 5,7x10-6= 9,61x10-6 m = 9,61x10-3 mm Ax total= Ax mode kopel rocking lateral = 7,56x10-6 m = 7,56x10-3 mm
Ay total= 0
Hasil Perhitungan Trial and Error serta cek Persyaratan Keamanan
Hasil Perhitungan Trial and Error serta cek Keamanan dengan K-value
Hasil Perhitungan Trial and Error (tebal pondasi minimal 0,6 m) serta cek Persyaratan Keamanan
Hasil Perhitungan Trial and Error (tebal pondasi minimal 0,6 m) serta cek Keamanan dengan K-value
2. PERHITUNGAN DAN ANALISA PENGARUH KARET PEREDAM GETARAN Gambar karet peredam getaran
Gambar karet peredam getaran (tampak samping)
Gambar karet peredam getaran (tampak atas)
Data Spesifikasi karet peredam getaran
DATA PONDASI Panjang (l) Lebar (b) Tebal (t) Berat pondasi Massa pondasi
: 260 cm = 2,6 m : 210 cm = 2,1 m : 60 cm = 0,6 m : 7.862,4 kg = 7,8624 ton : 801,468 kg = 0,801468 ton
DATA MESIN
Panjang : 2,041 m Lebar : 0,824 m Tinggi : 1,272 m
Besar konstanta karet peredam getaran yang dibutuhkan vertical excitation
horizontal oscillation
kz = 94,40683 kg/mm
kx = 0,0869 kg/mm
rocking oscillation
kψ = 34.113.800kg − mm / rad
Natural frequency (fn) mesin dan karet peredam getaran vertical excitation fn = 218,325 rpm
rocking oscillation fn = 218,325 rpm
horizontal oscillation fn = 3,251 rpm
Magnification Factor (M) vertical excitation 1
Mz = 1− (
f n gab
)2
Mz = 0,0216
1− (
f f n gab
Mx = 0,0216
rocking oscillation 1 1− (
1
Mx =
f
Mψ =
horizontal oscillation
f f n gab
Mψ = 0,0216
)2
)2
Beban Dinamis (F) vertical excitation Fz = 0,211 ton
horizontal oscillation Fx = 0,211 ton
rocking oscillation
Fψ = 62,245ton − mm
Besar Amplitudo akibat Getaran (A) vertical excitation Az = 0,0121 mm horizontal oscillation Ax = 0,0114 mm
Total Beban Dinamis yang Disalurkam ke Pondasi (P) vertical excitation
horizontal oscillation
Pv = 4,5667 kg rocking oscillation
PM = 1,3472kgm
Tabel rekap hasil perhitungan
PH = 9,91× 10 −4 kg
Tabel rekap hasil perhitungan (k= 62 kg/mm)
Tabel rekap hasil perhitungan (k= 148 kg/mm)
Tabel rekap hasil perhitungan (k= 223 kg/mm)
Tabel cek keamanan hasil perhitungan
3. Perhitungan Daya Dukung Data-Data - Data Tanah (sirtu) Berat jenis tanah (γ) = 19 kN/m³ Modulus geser (G) = 5000 t/m² Angka poisson (v) = 0,33 Sudut geser (Ø) = 30° - Data Pondasi Panjang : 2,6 m Lebar : 2,1 m Tebal : 0,6 m - Data Beban Statis Berat mesin total : 1.567,69 kg Berat pondasi total : 7.862,4 kg Data Beban Dinamis Yang Disalurkan Pv = 4,5667 kg PH = 9,91×10-4 kg PM = 0,846 kgm
Besar Ø = 30º, maka harga Nc, Nγ, Nq adalah: Nc = 30 Nγ = 18,10 Nq = 18,40
Besar Daya Dukung Tanah B B B 1 − 0,2 × γ × × Nγ + 1 + 0,2 × C × Nc + q ult = 2 L L γ × D × Nq
= 512,524 Kpa = 5,12524 kg/cm²
Besar Daya Dukung Tanah yang diijinkan q adm = qult = 512,524 = 256,262 KPa SF 2
= 2,56262 t/m² = 2.562,62 kg/m²
Besar Tegangan Tanah yang Terjadi (akibat beban statis)
σstatis = Wtotal − γ tan ah × htan am B× L = 685,58 kg/m²
Besar Tegangan Tanah yang Terjadi (akibat beban statis & dinamis)
σstatis+dinamis =
Wtotal + PV Pm + − γ tan ah × htan am 1 B× L 2 ×B ×L 6
= 686,9904 kg/m² Cek Persyaratan Daya Dukung σstatis < 50 % x q ijin 685,58 kg/m² < 1.281,31 kg/m² (ok)
σstatis+dinamis < 75 % q ijin 686,9904 kg/m² < 1.921,965 kg/m² (ok)
4. Perhitungan Penulangan Pondasi Mesin Data-Data Mutu Beton (f’c) Mutu Tulangan (fy) Panjang pondasi Lebar Pondasi (b) Tebal Pondasi Es (MPa)
: 30 Mpa : 400 Mpa : 2,6 meter : 2,1 meter : 0,6 meter : 200.000 Mpa (SNI 03-2827-2002 Pasal 10.5.2)
Ec (MPa)
: 4.700 f ' c (SNI 03-2847-2002 Pasal 10.5.1) : 0,45 f’c (SNI 03-2847-2002 Pasal 25.3.1) : 170 (SNI 03-2847-2002 Pasal 25.3.2) : 75 mm (SNI 03-2847-2002 Pasal 9.7.1) : 10 mm : 22 mm
fc fs (MPa)
Tebal decking
Ø tulangan sengkang Ø tulangan
besar momen yang dipakai untuk perhitungan penulangan sebesar 2.683.000 Nmm.
Perhitungan Penulangan Lentur d = 600-75-10-(1/2x22) = 504 mm
Es Ec 200.000 = = 7,769 25.742,96 fs m= 0,85 × fc 170 = 14,815 = 0,85 × 13,5 fs 600 ρ balance = × fc 600 + fs 170 600 = × = 9,812 13,5 600 + 170 n=
ρ max = 0,75 x ρ balance = 0,75 x 9,812 = 7,359 ρ min = = Rn =
1,4 fs 1,4 = 0,00824 170
Mu b×d2
2.683.000 = 0,0050297 2100 × 504 2 1 2 × m × Rn 1 − 1 − ρperlu = m fs =
=
Menurut SNI 2847-2002 pasal 12.5.3 untuk struktur yang luas dan masif, nilai ρperlu minimal adalah sebesar 1,3 ρ× perlu hasil perhitungan. Dan hasil perhitungan ternyata ρmin > ρperlu minimal maka dipakai ρmin untuk perhitungan As perlu As perlu = 0,0001601 = 169,45 mm² Maka tulangan direncanakan terpasang D19-200
Perhitungan Penulangan Geser Vu = ½ x qu x panjang pondasi = ½ x 287 x 2,6 = 373,1 Kg = 3.731 N Untuk struktur balok, pelat satu arah, maupun pondasi telapak, di mana geser hanya dipikul oleh beton saja, maka tegangan geser rencana (v) harus dihitung dengan : v v
Vu (SNI 03-2847-2002 Ps. 25.7.1) Bw × d 3.731 = 2100 × 504
=
= 0,003525 MPa
1 fc' 11 1 Vc = 30 11
Adapun besar tegangan geser ijin, Vc =
= 0,498 MPa øVc = 0,5 ×0,498 = 0,249 MPa Jadi : øVc = 0,249 MPa > v = 0,003525 MPa→ maka tidak diberi tulangan geser
Gambar Pondasi Mesin (Tampak Atas)
Gambar Potongan Pondasi Mesin (Tampak Samping)
Gambar Potongan Pondasi Mesin (Tampak Depan)
SELESAI & TERIMA KASIH
