Presentasi Tugas Akhir
Oleh : Septia Wardana 2107 030 043
Dosen Pembimbing : Ir.Eddy Widiyono,MSc
Program Studi D3 Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2010
Kebutuhan akan produksi tempa besi dari hari ke hari semakin meningkat baik dari segi kuantitas maupun kualitas sehingga para pengrajin pandai besi tradisional kewalahan untuk memenuhi kebutuhan pasar ini. Adapun faktor yang menyebabkan hal ini terjadi adalah peralatan produksi dari pandai besi tradisional yang masih sangat tradisional dengan mengandalkan tenaga manusia dan alat Bantu yang sangat sederhana. Dengan mengetahui kebutuhan produksi pandai besi yang lebih baik, maka kita dapat mendesain, merencanakan dan menghitung seberapa besar jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk memanaskan beda kerja yang menjadi bahan baku pandai besi serta daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan komponen mesin forging mekanik seperti : belt, pulley, pen penarik, poros, pasak, dan bantalan
Hasil dari perencanaan dan perhitungan, didapat tungku briket batubara dengan kapasitas 1 benda kerja denga jumlah bahan bakar briket 5 kg/jam serta mesin forging mekanik dengan kekuatan 2 ton daya 15 hp dan putaran 1765 rpm Next
Back
Pendahuluan Latar
Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Perhitungan
Latar Belakang
Pande besi adalah proses pembentukan besi yang telah lama dikenal sejak jaman dahulu.Permintaan pasar akan kebutuhan produk pande besi semakin meningkat dengan tuntutan baik dari segi kuantitas maupun kualitas, namun dilain pihak tuntutan produksi pande besi tidak diiringi dengan Optimalisasi alat untuk meningkatkan hasil pruduksi pande besi. Berdasarkan pengamatan kami di lapangan, tepatnya di Pasar Purwantoro, Desa Mbangsri Kecamatan Purwantoro Kabupaten Wonogiri Jawa Tengah, kami melihat dalam proses produksi pande besi masih sederhana menggunakan tungku yang terbuat dari tanah liat yang dikipas secara bergiliran dengan tenaga manusia, serta proses tempa yang manual memakai tangan manusia. Peralatan yang digunakan menurut kami masih kurang maksimal dalam hal produksi dan juga kurang efisien dalam hal pengoperasian. Dari situlah kami mencoba untuk mengembangkan tungku dengan blower sebagai sistem pemasukan udaranya dan mesin Forging dengan sistem mekanik menggunakan motor sebagai sumber tenaganya,dengan pertimbangan sistem tersebut merupakan salah satu alternative yang dapat digunakan dalam menunjang pada proses pande besi di atas karena mempunyai beberapa keuntungan, terutama terletak pada keefisiensian tungku dan mesin forging yang dapat meningkatkan produk pande besi baik secara kuantitas maupun kualitas.. Dimana dalam Tugas Akhir ini akan direncanakan dan dihitung peralatan – peralatan proses pande besi yaitu , tungku briket dan mesin forging mekanik sehingga didapatkan analisa dan perhitungan yang tepat dalam merencanakan mesin – mesin terkait proses pande besi.
Next
Back
Rumusan Masalah Berangkat dari latar belakang diatas, maka rumusan masalah dalam tugas akhir ini adalah : Perencanaan dan perhitungan tungku briket dan mesin forging mekanik.
Batasan Masalah
Untuk menyelesaikan permasalahan-permasalahan dalam proses perencanaan tungku briket dan mesin forging mekanik ini diperlukan adanya batasan-batasan dengan tujuan untuk memudahkan perhitungan perencanaan, penitik beratan permasalahan dan agar pembahasan berlangsung dengan baik. Dalam hal ini kami mempunyai batasan – batasan sebagai berikut : Perpinadahan panas pada tungku diabaikan. Kerugian – kerugian akibat gesekan, elektrik dan panas diabaiakan. Getaran selama mesin bekerja diabaikan. Hasil Las dan kerangka diasumsikan aman. Tidak menghitung beban merata pada kerangka mesin
Mulai Observasi
Studi Literatur
Sketsa Gambar Perencanaan Alat
Tidak
Perhitungan Alat Ya Penulisan Laporan Selesai Next
Back
TUNGKU BRIKET BATUBARA
Next
Back
TUNGKU BRIKET BATUBARA Kotak Briket Meja Pipa Udara Plat Besi
Tempat Abu Penyangga
Next
Back
Cara Kerja
Briket batubara dibakar menggunakan pemicu (solar), setelah api mulai membesar tambahkan briket lalu nyalakan blower dan atur udara yang masuk sampai briket benar – benar terbakar merata. Kemudian besarkan udara yang masuk melalui blower untuk membuat api semakin besar.lalu masukan benda kerja berupa plat, bakar hingga plat mencapai suhu austenit ( berwarna merah ke kuningkuning-kuningan )
Next
Back
URUTAN PERENCANAAN TUNGKU BRIKET Perhitungan Jumlah Batubara Perhitungan Konstruksi Volume kotak Batubara Perhitungan dan Konstruksi Plat Batubara Perhitungan dan Konstruksi Penampung Abu Perhitungan dan Konstruksi Pipa Perhitungan Kontruksi Meja Perhitungan Beban Total Next
Konstruksi Penyangga
Back
Mesin Forging Mekanik Besi Pengangkat
Penumbuk
Baja Penarik
Punch
Pen Penarik Pulley Poros
BENDA KERJA
Next
Bearing
Back
Motor
Cara Kerja
Motor listrik berputar menggerakkan pulley melalui belt. Pulley tersebut disambung dengan poros yang selanjutnya tersambung ke pen penarik. Sehingga putaran pulley sama dengan putaran pen penarik. Pada pen penarik terdapat baja memanjang yang menghubungkan dengan besi penarik dan besi penarik terhubung dengan penumbuk dan punch.Bahan diletakkan diantara kedua punch. Ketika pen penarik berputar,maka baja penarik bergerak naik turun yang mengakibatkan pegas daun mengangkat penumbuk dan punch ddan setelah itu penumbuk dan punch bergerak kebawah untuk menumbuk benda kerja yang masih dalam kondisi panas, sehingga benda kerja dapat dibentuk sesuai dengan yang diinginkan. Penumbukan ini dilakukan berulang – ulang sampai dirasa benda kerja telah terbentuk sesuai dengan yang diinginkan sebelum akhirnya di finishing
Next
Back
Urutan Perencanaan Pada Mesin Forging Mekanik. Gambar Perencanaan Perencanaan Punch Perhitungan Gaya Pembentukan Perhitungan dan Konstruksi Penampung Abu Perencanaan Poros Perencanaan Bantalan Perencanaan Pasak
Spesifikasi Mesin Forging Mekanik Next
Back
Kesimpulan
KESIMPULAN Berdasarkan hasil perhitungan, maka didapatkan data peralatan pande besi sebagai berikut : Tungku Briket Batu bara Dengan mengetahui konstruksi tungku briket batubara maka dapat direncanakan proses produksi 1 benda kerja dalam sekali proses Carburishing (120 menit) dimana bahan bakar briket batubara yang digunakan cukup efisien (5,7kg/jam) dalam proses pemanasan sampai suhu optimal (9500) Mesin Forging Mekanik Dengan spesifikasi sebagai berikut : Kapasitas : 2 ton Putaran : 200 rpm Daya Motor : 15 hp Putaran Motor : 1765 rpm Bantlan : Ball Bearing Pasak : Datar segi empat
Dimensi Kotak yang Diperlukan Briket
Dari perhitungan sebelumnya telah diketahui bahwa jumlah minimal briket yang diperlukan ialah 5,7 kg Disini diasumsikan bahwa kebutuhan untuk skala produksi minimal menggunakan 25 biji briket,dengan berat per biji briket diasumsikan 0,2 kg jadi berat total 25 biji briket ialah 5 kg
Untuk lebih memudahkan perencanaan, maka diambil dimensi ruang bakar briket yaitu : = 300 mm x 300 mm x 150 mm = 13500000 mm3 Karakteristik Batubara Energi yang Dibutuhkan Baja Back Nilai Kalor (LHV)
Karakteristik Batubara Batubara yang digunakan berasal dari batubara P.T bukit asam dengan komposisi sebagai berikut
Karbon (C) Kadar Hidroen (H) Kadar Oksgen (O) Kadar Moisture (M) Kadar Nitrogen (N) Kadar Ash (ash)
: 84% : 2,4% : 6% : 25% : 4% : 10%
Back
Energi yang dibutuhkan baja Pada proses caburishing ini direncanakan volume benda keja adalah 0,00025 m3( 0,10m x 0,05m x 0,05m ) Spesifikasi baja : Jenis : AISI 1045 Volume : 0,0002 m3 Cp : 505 j.kg ρ : 7700 kg/m3
Qbaja
= 1,925 kg x 505 j/kgK j/kgK x ( 950 – 30 ) C = 1,925 kg x 505 j/kgK j/kgK x 1193,15 = 121380711,3 j = 121380,71 kJ
Back
Nilai Kalor Nilai kalor adalah besarnya energy yang dapat dibebaskan oleh bahan bakar saat pembakaran (Kj/Kg). dalam hal ini nilai kalor sudah diketahui dari data yaitu sebesar 5000 kkal/g atau 20934 kj/kg maka LHV adalah 20934 kj/kg
Mencari jumlah batu bara Qbaja 121380,71 kJ B
= LHV x B = 20934 x B = 5,7 kg
Jadi kebutuhan bahan bakar oven untuk setiap jamnya sebesar 5,7 kg Back
Plat Besi Untuk Briket Plat besi digunakan untuk menampung briket sejkaligus digunakan untuk membuang sisa pembakaran (abu) yang nantinya terlewatkan melalui lubang
Back
Pipa – pipa
Jumlah Kebutuhan Udara
Kecepatan Udara Pipa
Jumlah Kebutuhan Udara Mta = 8/3 C + 8 ( H – O/8 ) + S Mta = 8/3 ( 0,84 ) + 8 ( 0,124 – 0,006/8) + 0,005 Mta = 3,321 kg/kg bb Mud = 10/23,15 x 3,231 Kg/kg bb Mud = 13,95 kg/kg bb Mud’ = Mud + Ra % Mud Mud’ = 13,95 + 20% (13,95) Mud’ = 16,74 kg/kg bb
Back
Kecepatan Udara dalam pipa m.bahanbakar m= waktu
M udara = Mta x Mbb = 3,321 kg/kgbb . 5 kgbb/jam = 16,6 kg/jam = 0,0046 kg/dt
m ∀= p Next
0,0046kg / dt 3 7900kg / m
= 0.00058 m3/dt
Back
Disini
direncanakan spesifikasi blower (E3) diketahui debit udara ( Q ) sebesar 600m3/jam maka :
Q V= 1/ 4π ( D 2 ) 3
V=
Next
600m / dt 2 1/ 4π (0,1 )
V = 76433,12 m/dt
Back
Pipa masuk blower sebesar 0,1m lalu kemudian didistribusikan melalui pipa ditribusi sebesar 0,02 m, maka kecepatan udara dicari dengan hukum kontinuitas :
=
Q1 = Q2 = Q1 = V2.A2 1 2 76433,12 m/dt = V .π ( D ) 2
4
V2 =
76433,12 m/dt 1 .π (0, 052 ) 4
V2 = 38946812,74 m/dt NEXT
Back
Distribusi udara yang keluar dari lubang pipa distribusi, dimana diameter lubang sebesar 0,02 m maka :
Q1 = Q3 38946812,74 m/dt = V3.A3 V3 =
38946812,74 m/dt 2 1/4.π .(0,02 )
V3 = 124034435500 m/s
Next
Back
Karena jumlah lubang pada pipa distribusi berjumlah 16 buah maka kecepatan udara tiaptiap-tiap lubang sbesar:
V3 =
124034435500 m/s 24
V3 = 484509513600 m/s
Next
Back
Vmeja = = 11300000 mm3 = 0,0113 m3 Dimana :
ρ
besi Maka M
= 7900 Kg/mm3 : = xV
ρ
= 7900 kg/m3 x 0,0113 m3 = 89,27 kg Back
V = = 642550 mm3 = 0,00064 m3
Dimana : besi= 7900 Kg/mm3 Maka : M = ρ xV = 7900 kg/m3 x 0,00064 m3 = 5,056 kg x 4 = 20,224 kg
ρ
Back
Konstruksi Penyangga Untuk konstruksi penyangga maka kita harus mengetahui dahulu beban yang harus disangga oleh penyangga ini.
berat total tungku briket ini adalah sebagai berikut = 20,856 kg + 5,8934 kg + 11,85 kg + 89,27 kg + 20,224 kg = 148,0934 kg Dari berat total tungku logam diatas maka direncankan tungku ini akan disangga oleh 4 penyangga. Spesifikasi tiap – tiap penyangga adalah sebagai berikut Luas tiap penyangga = 50 mm x 20 mm x 2 tebal Bahan
= 20 mm (Solid) = AISI 304 = 7900 Kg/mm3 Sehingga tiap penyangga akan menahan beban sebesar = 37,02335 kg Back
Perencanaan Punch Bahan AISI 1050
F
Gaya Forging (forging Force ) 3 kgf 505 × 10 σc = 5
= 101000 kgf
=
gaya pembentukan yang dibutuhkan
F=
σc
xA
= 101000 kgf x (0,05 m x 0,05 m ) = 252,5 kgf Back
Penumbuk AISI
304
Beban = 7900kg/m3 x 0,0065 m3 = 51,35 kg
Back
Perencanaan Pen penarik F
ηm
α β
δ
R = Cos
= 252,5 kgf
α
xF
= cos 40 x 252,5
= 0,92
= 251,88 = 40 X
= 790
= cos 80 x 251,88
= 110
Perhitungan Beban
= cos δ x R
= 247,5 kg F=
R
ηm
=
251,88 0,92
= 2737,7 kgf = 2678,3 N Back
Spesifikasi Benda Kerja Properties Density (×1000 kg/m3)
7.7-8.03
Poisson's Ratio
0.27-0.30
Elastic Modulus (Kgf)
190-210X106
Tensile Strength (Kgf)
585 X103
Yield Strength (Kgf)
505 X103
Elongation (%)
12
Reduction in Area (%)
45
Hardness (HB)
170
Back
Sebelum menghitung torsi terlebih dahulu dihitung gaya yang bekerja pada punch dalam menumbuk benda kerja Data-data yang direncanakan adalah :
Putaran poros (n) = 200 rpm Data yang didapatkan adalah : Ftang = 2737 kgf M punch = 5 kg M penumbuk = 51,35 kg M pegas daun = 50,17 kg M baja penarik = 10,18 kg D = 0,4 m r = 0,2 m Putaran
Back
Kecepatan Putaran Pen Penarik 2 ⋅ π ⋅ 200 ⋅ 0, 2 = 4,1 m/s 60
F tot = Fbk – Wtot = 2678,3 N – 552,23 N = 2126,07 N Perhitungan torsi Data yang diketahui T = Fr.r = 2126,07 N. 0,2m = 425,214 N.m = 3763,463 lbf/in Daya Motor
N=
Tn p 63000
=
3763,463 . 200 63000
= 11,9 hp Back
Perencanaan Pulley dan Belt Data – data yang diambil dari perencanaan sebelumnya adalah
Daya motor listrik (P) Putaran motor listrk (n1) Putaran poros (n2)
= 11,9 hp = 8,8 kw = 1765 rpm = 200 rpm
Data – data yang dipilih dalam perencanaan :
•
Jarak sumbu poros = 450 mm Diameter pulley yang digerakkan = 400 mm Maka : Daya perencanaan (Pd) = 13,2 kw
•
Momen pada pulley penggerak ( T1 ) = 7284,3 kg.mm
•
Momen pada pulley yang digerakkan ( T2 ) = 64284 kg.m
Pemilihan Belt
Back
Pemilihan Belt Dari Diagram pemilihan V belt dan koreksinya didapatkan jenis V belt tipe B. Dari tabel tentang dimensi V belt tipe B diketahui : Lebar (D) = 17 mm Tebal (h) = 10,5 mm Luasan ( A ) = 1,38 cm2
Diameter Pulley Penggerak (d1) d1 =
400mm.200rpm 1765rpm
d1 = 45,32 mm
Kecepatan linear
v = 3,14.45,32.1765
= 4,1 m/s
60000 Panjang Belt
Back
Perhitungan
L = 2C +
π
2
L = 2. 450 +
Panjang Belt (L)
1 (d2 + d1) + 4C
(d2- d1)2
3,14 1 ( 400 + 45,32 ) + 2 4.450
( 400 – 45,32 )2
L = 1669,04 mm Sudut Kontak
α α
= 1800 -
d 2 − d1 . 600 C
= 1800 –
4 0 0 -4 5 ,3 2 450
. 600
= 132,700 = 2,31 rad Gaya Keliling Pada Belt
Back
Gaya keliling Pada Belt F efektif (Fe) = 394,06 kgF
Tegangan yang timbul akibat beban
σ d = 16,8 kg/cm2
Jumlah Belt (Z) Z=
=
394,06 = 16,92 16,8.1,38
≈2 Buah
Tegangan maksimal yang ditimbulkan
σ = max
Fe σ. A
115,14 kg/cm2
Jumlah Putaran belt Per detik U = 2.5 putaran/detik Umur Belt
Back
Umur Belt 7742082047 jam operasi
Dimensi pulley
Dimensi Pulley penggerak ( pulley 1 ) • Dout = 52,32 mm • Din = 27.32 m • Dimensi Pulley yang digerakkan (pulley 2 ) • Dout = 407 mm • Din = 382 mm • Lebar pulley 1 dan 2 (B) : • B = (Z-1).t+2.s • B = (2-1).16+2.10 • B = 36 mm Gaya yang diterima poros pulley •
Fr = 9,022 kg Berat Pulley
Back
Dari tabel A1, dipilih bahan pulley dari alloy steel AISI 1050, dengan p = 7680 kg/m3 • •
Masa Pulley 1 (m1) = 1 kg Massa Pulley 2 (m2) = 34,7 kg
Mesin Forging
Back
Perencanaan poros • • • •
Berat pulley (Wp) = 340 N Berat Pen penarik (Wpe) = 340 N Gaya Tarikan pulley : 6134,31 N Gaya benda kerja : 2678,3 N
Perencanaan Pasak
Diagram Bidang Vertikal
Momen Bending Pada Poros
Diagram Bidang Horizontal
Back
Vertikal
Back
Horizontal
Back
Momen bending pada poros
MB = ( MBx ) +( MBy ) 2
MBx MBy
2
= 11864,87 N.m = 18,7 N.m
MB = (11864,87 ) +(18,7 ) 2
MB
2
= 11864,88 N.m
Torsi pad poros
N T = 63000 n2 T = 63000 11,9 200
T = 3748,5 lbf.in
Dimensi Poros Back
Dimensi poros Diketahui :
MB
= 105013,1 lbf.in T = 3748,5 lbf.in Syp = 32500 Direncanakan bahan yang digunakan adalah ASTM A220 - 90001 (Tabel A2) N=4 Syp ≥ N
2
1 6T 16M B + 3 3 π D π D
2
32500 16 × 105013,3 16 × 3748,5 ≥ + 3 4 πD π D3 2
2
D ≥ 2, 8in D ≥ 71,12mm Dari perhitungan diatas maka diameter poros direncanakan 75 mm ( lebih besar dari D minimum), sedangkan bahan poros yang digunakan adalah ASTM A47-32510
Back
Perencanaan bantalan
Dari tabel tentang pemilihan bearing dipilih bearing jenis gelinding (ball bearing – singel row – deep groove) dengan data –data sebagai berikut : Bearing number = 6215 d = 75 mm D = 130 mm B = 25 mm C0 = 9700 lb C = 11400 lb Data lain yang diperlukan dalam perhitungan bantalan adalah V = 1 (ring dalam yang berputar) b = 3 (untuk bantalan gelinding)
Bearing 1
Bearing 2
Back
Bearing 1 Gaya yang terjadi pada bearing 1 antara lain : FAx = 7190,41 N = 1616,468 lbf FAy = 340 N = 76,43 lbf n = 200 rpm
Fr1 =
Fr1 =
( FAX ) + ( FAY ) 2
2
(1616, 468) + ( 76, 43) 2
2
Fr1 = 1 6 1 8 , 2 6 lb f
P1 = V. Fr1 = 1. 1618,26 lbf = 1618,26 lbf
Umur bantalan b
L10
C 106 = x 6 0 .n P1 3
106 = 29113,35 jam kerja 11400 = x 1618,26 60.200
Back
Bearing 2 FBx = 1622,2 N = 364,68 lbf FBy = 340 N = 76,43 lbf n = 200 rpm
Fr 2 =
( FBX ) +( FBY )
Fr 2 =
( 364, 68) + ( 76, 43)
2
2
2
2
Fr 2 = 117,8 lbf P2 = V . Fr 2 = 1 . 117,8 = 117,8 lbf
Umur bantalan b
L1 0
C 106 = x 6 0 .n P2 3
106 11400 = 75526165,62 jam kerja = x 117,8 60.200
Back
Perencanaan Pasak
Dari data perhitungan sebelumnya diketahui : Diameter poros = 75 mm = 2,95 in Torsi terbesar pada poros = 1207,6 N.m = 10688,16 lbf.in Dari tabel pasak diketahui : Perencanaan pasak datar segi empat dengan data sebagai berikut : W (lebar) = 0,787 H (tinggi ) = 0,787 Lmin = 2,5 Bahan pasak dipilih Malleable iron grade 32510 dengan yield strength sebesar 32.000 psi Konfersi tegangan geser (Ks)cdipilih 0,7 Konfersi tegangan kompesi dipilih 1,2 Angka keamanan (N) dipilih 4
Tinjauan Terhadap Geser
Tinjauan Terhadap Kompresi
Back
Tinjauan Terhadap Geser 2T .N L≥ Ks.SypW . .D 2.10688,16.4 L≥ 0, 7.32000.0, 787.2,95
L ≥ 1, 64 in Back
Tinjauan Terhadap Kompresi 4.T .N L≥ Kc.Syp.H .L.D
4.10688,16.4 L≥ 0, 7.32000.0, 787.2,5.2,95 L ≥ 1, 3 1 5 i n Jadi panjang pasak minimum agar aman ádalah 1,315 in
Back
