BAB v Perhitungan Poros
Click here to load reader
-
Upload
dimas-darmawan -
Category
Documents
-
view
136 -
download
47
description
Transcript of BAB v Perhitungan Poros
BAB V
PERENCANAAN POROS DAN PERLENGKAPAN PROPELLER
5.1 Perhitungan Poros
5.1.1 Daya Perencanaan
1. Daya poros
SHP = 2098,45 HP
= 1564,814 kW
2. Faktor koreksi daya (fc)
a. fc = 1,2 - 2,0 (Daya maksimum)
b. fc = 0,8 - 1,2 (Daya rata – rata)
c. fc = 1,0 - 1,5 (Daya normal)
Diambil fc = 1,3
Sehingga
DHP = fc x SHP
= 1,3 x 2098,45
= 2727,985 HP
= 2034,258 kW
5.1.2. Momen torsi (T)
T = 9,74 x 105 x (DHP / N )
= 9,74 x 105 x (2034,258 / 119,5854)
= 1,657 x 107 Kgm
5.1.3 Tegangan Geser yang diijinkan (tA)
Bahan Poros
Bahan poros yang digunakan adalah S45 C dengan sB = 58 Kg/mm2
Faktor keamanan
1. sf1 = 6
2. sf2 = 1,3 - 3
Diambil sf2 = 2
Sehingga, Tegangan geser yang diijinkan (tA):
tA = sB / ( sf1.sf2)
= 58 / (6x2) = 4,833 Kg/mm2
5.1.4 Faktor Konsentrasi Tegangan
Kt = 1,0 ( Tumbukan halus )
Kt = 1,0 - 1,5 ( Sedikit tumbukan )
Kt = 1,5 - 3,0 ( Tumbukan kasar )
Diambil Kt = 1,5
5.1.5 Faktor Beban Lentur
Cb = 1 ( Tidak mengalami lenturan )
Cb = 1,2 – 2,3 ( Mengalami lenturan )
Diambil Cb = 2
Sehingga, Diameter poros yang direncanakan (Ds) (Sularso) :Ds = [ ( 5,1 / tA ) x Kt x Cb x T ]1/3
= [ ( 5,1 / 4,833 ) x 1,5 x 2 x 1,657 x 107]1/3
= 374,33 mm ~ 375 mm
Pemeriksaan Persyaratan
Syarat t (tegangan yang terjadi pada poros) < tA
t = ( 5,1.T ) / ds3
= ( 5,1 x 1,657 x 107) / 375 3
= 1,6025 Kg/mm2 (memenuhi)
Karena t < tA, maka diameter poros dapat dinyatakan memenuhi syarat.
5.1.6 Perhitungan Persyaratan Pembanding
Menurut Peraturan Biro Klasifikasi Indonesia Volume III tahun 1996 sec 4.C.2
1. Faktor untuk semua instalasi
F = 100
2. Faktor untuk tipe poros
K = 1,15
3. Daya yang ditransmisikan poros
SHP = 1564,814 kW
4. Faktor material
Cw = 560 / (Rm + 160) ; Rm = x g = 58 x 9,8= 568,4
Cw = 0,769
5. Putaran poros
N = 119,58 RPMSehingga:
Ds ³ F x K ( SHP x Cw/N )1/3
³ 100 x 1,15 x ((1564,814 x 0,769)/ 119,58)1/3
³ 248,28 mm
Diameter poros memenuhi syarat.
5.1.7 Tebal Sleeve
Sleeve atau selubung poros dipakai sebagai perlindungan terhadap adanya korosi
S ³ 0,03 Ds + 7,5
³ ( 0,03 x 375) + 7,5
³ 18,75 mm
Tebal sleeve yang direncanakan adalah sebesar 20 mm
(BKI, 1996)
5.2 Perhitungan Poros Menurut Aturan BKI
5.2.1 Minimum diameter
d >
d (mm)required outside diameter of shaft
di (mm)diameter of shaft bore, where present. If the bore in the shaf is <=
0,4xd the expression
may be applied.
da (mm)actual shaft diameter
Pw (kW)rated power transmitted by shaft
N (rpm)rated shaft speed
F factor for the typ of propulsion installation
Cw material factor= =
Rm (N/mm2)tensie strength of the shaft material
k factor for the type of shaft
d >
>
> mm
Pada perencanaan ini dipakai diameter propeller sesuai perhitungan soelarso yaiti
375 mm.
5.3 Perencanaan Boss Propeller
5.3.1 Diameter Boss (Db)
Diameter boss berkisar antara 1,8 sampai 2 kali diameter poros
Diambil Db = 2 Ds
Db = 2 Ds
= 2 x 375
= 750 mm
tr = 0,045 x Dprop
= 0,045 x 4295
= 193,27 mm 200 mm(Dr.Ir. W. P. A. Van Lammern, “Resistance Propulsion and Steering of Ship”)
5.3.2 Diameter Terkecil Boss Propeler (Dba)
Diameter terkecil boss propeler atau Dba berkisar antara 0,85 sampai 0,9
diameter boss propeler.
Diambil Dba =0,85. Db
Dba = 0.85 Db
= 0,85 x 750
= 637,5 mm
5.3.3 Diameter Terbesar Boss Propeler (Dbf)
Diameter terbesar boss propeler atau Dbf berkisar antara 1,05 sampai 1,2 kali
diameter boss propeler.
Diambil Dbf = 1,1 Db
Dbf = 1,1 Db
= 1,1 x 750
= 825 mm
5.3.4 Panjang lubang dalam boss propeller (Ln)
Ln/ Lb = 0,3
Ln = 0,3 x Lb
= 0,3 x 900
= 270 mm
tb/tr = 0,75
tb = 0,75 x tr
= 0,75 x 200
= 150 mm
rf/tr = 0,75
rf = 0,75 x tr
=0,75 x 200
=150 mm
rb/tr = 1
rb = 1 x tr
= 200
Gambar 18Propeller Fitting
5.4 Bentuk Ujung Poros Propeller
5.4.1 Panjang Konis
Panjang konis atau Lb berkisar antara 1,8 sampai 2,4 diameter poros
Diambil Lb = 2,4 Ds
Lb = 2,4 Ds
= 2,4 x 375
= 900 mm
5.4.2 Kemiringan Konis
BKI menyarankan harga kemiringan konis berkisar antara 1/10 sampai
1/15.
Diambil sebesar 1/13
1/13 = x / Lb
x = 1/13 .Lb
= 1/13 x 900
= 69,23 mm
5.4.3 Diameter Terkecil Ujung Konis (Da)
Da = Ds - 2x
= 375 - ( 2 x 69,23)
= 236,54 mm
= 240 mm
(O’brien, T, 1962)
5.4.4 Diameter Luar Pengikat Boss
Biro Klasifikasi Indonesia menyarankan harga diameter luar pengikat boss atau
Du tidak boleh kurang dari 60 % diameter poros.
Du = 60% x Ds
= 0,6 x 375
= 225 mm
5.4.5 Mur Pengikat Propeller
Berdasarkan BKI 1988 Volume III Bab IV
Diameter luar ulir (d)
Menurut BKI”78 Vol. III, diameter luar ulir(d) ≥ diameter konis yang
terbesar :
d ≥ 0,6 x Ds
d ≥ 0,6 x 375
d ≥ 225 mm
diambil d = 230 mm
Diameter inti (di)
Di = 0,8 x d
= 0,8 x 230
= 184 mm
Diambil 185 mm
Diameter luar mur (Do)
Do = 2 x d
= 2 x 230
= 460 mm
Tebal/tinggi mur (H)
Berdasarkan sularso, untuk ukuran standar tebal mur adalah 0,8 - 1
diameter konis, diambil 0,8 sehingga :
H = 0,8 x d
= 0,8 x 230
= 184 mm
Gambar 19Mur Pengikat Propeller
5.5 Perencanaan Pasak Propeller
Dasar perancanaan pasak diambil dari buku Dasar Perencanaan dan Pemilihan
Elemen Mesin Ir. Soelarso Ms.Me. Dalam menentukan dimensi dan spesifikasi
pasak propeller yang diperlukan, berikut ini urutan perhitungannya :
5.5.1 Momen torsi (Mt) pada pasak
Mt =
dimana :
Mt = momen torsi (Kg m)
DHP = delivery horse power = 3498,316 HP
N = Kecepatan putar propeller = 134,8838 RPM
Jadi :
Mt =
=16345,057 (Kg m)
5.5.2 Parameter yang dibutuhkan
Diameter poros (Ds) = 375 mm
5.5.3 Panjang pasak (L)
antara 0,75–1,5 Ds dari buku DP dan PEM hal. 27.diambil 1,3
L = 1,5 x Ds
= 1,5 x 375
= 562,5 mm
L diambil 565 mm
5.5.4 Lebar pasak (B)
antara 25 % - 30 % dari diameter poros menurut buku DP dan PEM hal.
27. diambil 27 %
B = 27 % x Ds
= 27 % x 375
= 90 mm
5.5.5 Tebal pasak (t)
t =1/6 x Ds
=1/6 x 375
=62,5 mm
= diambil tebal pasak 63 mm
Bila momen rencana T ditekankan pada suatu diameter poros (Ds), maka
gaya sentrifugal (F) yang terjadi pada permukaan poros adalah ;
T =
=
=165,68 x 105 Kg. Mm
F =
=
=88362,67 kg
Gambar 20Pasak
Sedangkan tegangan gesek yang diijinkan (τka) untuk pemakaian umum pada
poros diperoleh dengan membagi kekuatan tarik σb dengan faktor keamanan (Sf1
x Sf2), sedang harga untuk Sf umumnya telah ditentukan ;
Sf1 = umumnya diambil 6 (material baja)
Sf2 = 1,0 – 1,5 , (beban dikenakan secara tiba-tiba)
= 1,5 – 3,0 , (beban dikenakan tumbukan ringan)
= 3,0 – 5,0 , (beban dikenakan secara tiba-tiba dan tumbukan berat)
Beban pada propeller yang terjadi secara tiba-tiba adalah karena gelambang laut,
namun sifatnya terjadi secara lunak, maka Sf2 = 1,5.
Bahan pasak digunakan S 45 C dengan harga σb = 58 kg/mm2.
Sehingga :
τka = = = 6,44 kg/mm2
Sedangkan tegangan gesek yang terjadi pada pasak adalah ;
τk = = = 1,74 kg/mm2
karena τk < τka, maka pasak dengan diameter tersebut memenuhi
persyaratan bahan.
5.5.6 Kedalaman alur pasak pada poros (t1)
t1 = 0, 5 x t
t1 = 0,5 x 63
= 31,5 mm
= diambil kedalaman alur pasak 32 mm
Gambar 21
Kedalaman Alur Pasak
5.5.7 Jari-jari pasak (i)
Diameter poros (Ds) = 375 mm
rs = 5 mm
r4 > r3 > r2 > r1
r4 = 6 mm
r3 = 5 mm
r2 = 4 mm
r1 = 3 mm
r6 = 0,5 x B
= 0,5 x 90
= 45 mm
5.6 Perencanaan Bentuk Ujung Poros Kopling
5.6.1 Panjang Konis
Panjang konis atau Lk berkisar antara 1,25 sampai 1,5 kali diameter poros
Diambil Lk = 1,5 Ds
Lk = 1,5 Ds
= 1,5 x 375
= 562,5 mm
= diambil panjang konis 563 mm(T. O’brien , Design Marine Screw Propeller)
5.6.2 Kekonisan yang Disarankan
Biro Klasifikasi Indonesia menyarankan harga kekonisan ujung poros
kopling adalah sebesar 1/10 dari Lk
x = 1/10 . Lk
= 1/10 x 563
= 56,3 mm
5.6.3 Diameter Terkecil Ujung Poros
Da = Ds - 2x
= 375 - ( 2 x 56,3 )
= 262,4 mm
= diambil diameter terkecil ujung poros 263 mm
5.6.4 Diameter Lingkaran Baut yang Direncanakan
Db = 2,47 x Ds
= 2,47 x 375
= 926,25 mm
= diambil diameter lingkaran baut 927 mm
5.6.5 Diameter luar kopling :
Dout = (3 – 5,8) x Ds
Diambil Dout = 3 x Ds
= 3 x 380
= 1125 mm
5.6.6 Panjang Kopling
Panjang kopling atau L adalah berkisar antara 2,5 sampai 5,5 dari setengah
diameter poros.
Diambil L =4,8 x 0,5 x Ds
= 4,8 x 0,5 x 375
= 900 mm
= diambil panjang kopling 900 mm
5.6.7 Tebal Flens
Tebal flens tanpa konstruksi poros menurut Biro Klasifikasi Indonesia adalah
paling sedikit sebesar 25% dari diameter poros.
Diambil sebesar 30%
a = 30% . Ds
= 0,3 x 375
= 93,75 mm
= diambil tebal flens 94 mm
5.6.8 Diameter Minimum Baut Pengikat Kopling
Tenaga poros penggerak
SHP = 2098,45 HP
= 1564,814 kW
Putaran poros N = 119,58 RPM
Jumlah baut Z = 8
Diameter baut yang direncanakan Db = 926,25 mm
Kekuatan tarik material Rm = 500 /mm2
Sehingga
Df =
= mm
= 30,1 mm
= diambil diameter baut pengikat kopling 31 mm
5.6.9 Diameter luar mur (D0)
D0 = 2 x Df
= 2 x 31
= 62 mm
5.6.10 Tinggi mur (H)
H = (0,8 - 1) x df
= 0,8 x 31
= 24,8 mm
= diambil tinggi mur 25 mm
5.6.11 Diameter luar ulir poros pengikat kopling (dn)
Dn = 0,6 .Ds
= 0,6 x 375
= 225 mm
5.7 Perhitungan Pasak Kopling
5.7.1 Diameter Tengah Konis Propeler
Dsa = ( Ds + Da ) / 2
= ( 375 + 266.4) / 2
=326,25 mm
5.7.2 Bahan Pasak
Bahan atau material untuk pasak dipilih yang memiliki kekuatan yang
lebih rendah dari kekuatan poros. Dalam hal ini bahan pasak yang diambil adalah
S 30 C dengan sB = 48 Kg/mm2.
5.7.3 Tegangan Geser yang Diijinkan
Faktor keamanan
1. sf1 = 6 (untuk material baja)
2. sf2 = 1,3 - 3
Diambil sf2 = 1,5
Sehingga
tka = sB / ( sf1 . sf2 )
= 48 / ( 6 x 1,5 )
= 5,3 Kg/mm
Gaya Tangensial pada Permukaan Poros
F = T / ( )
=
= 101578,5 Kg
5.7.4 Lebar pasak
Lebar pasak kopling atau b berkisar antara 0,25 sampai dengan 0,85 kali
diameter poros propeler.
Diambil b = 0,3 Ds
b = 0,3 . Ds
= 0,3 x 375
= 112,5 mm
diambil = 115 mm
5.7.5 Panjang Pasak
Bahan pasak yang diambil adalah S 30 C
Tinjauan terhadap faktor keamanan
Dimana
tk = F / ( b.l )
Sehingga
tka ³ tk
³ F / ( b.l )
l ³
³
³ 166,65 mm
Dalam perencanaan ini panjang pasak dibatasi berkisar antara 0,75 sampai dengan
1,5 kali diameter poros propeler.
Diambil l = 0,8 Ds
Sehingga
l = 0,8 Ds
= 0,8 x 370
=300 mm
5.7.6 Kedalaman alur pasak
Tekanan permukaan yang diijinkan
Pa ³ 10 Kg/mm2
Pa ³ F / ( l.t )
t ³
t ³
³33,9 mm
Diambil kedalaman alur pasak adalah sebesar 35 mm
5.7.7 Ukuran pasak
Dimensi atau ukuran pasak propeler ini adalah
Panjang = 300 mm
Lebar = 115 mm
Tinggi = 35 mm
5.7.8 Mur Pengikat Kopling
Direncanakan dimensi mur pengikat kopling sama dengan dimensi mur pengikat
propeller yaitu :
Diameter luar ulir (d)
menurut BKI ”78 Vol. III, diameter luar ulir(d) ≥ diameter konis yang
besar :
d ≥ 0,6 x Ds
d ≥ 0,6 x 375
d ≥ 225 mm
diambil 230 mm
Dalam hal ini d diambil 230 mm
Diameter inti (di)
di = 0,8 x d
= 0,8 x 230
= 184 mm
Diameter luar mur (Do)
Do = 2 x d
= 2 x 230
= 460
Tebal/tinggi mur (H)
Berdasarkan sularso untuk ukuran standar tebal mur adalah (0,8 - 1)
diameter poros, sehingga:
H = 0,8 x d
= 0,8 x 230
= 184 mm
5.8 Perhitungan Intermediate Kopling
Data perhitungan:
Kopling flens
- Putaran kerja 119,58 rpm
- Diameter poros (ds) 375 mm
- Diameter baut 40 mm
- Bahan baja S45 C dengan sB = 58 Kg/mm2
- kwalitas pembuatan biasa
- perkiraan awal jumlah baut yang memenuhi adalah 8 buah
=
=
= 575 mm
=
=
= 695 mm
5.8.1 Momen torsi
=
=
=127,5 x 105 kg/mm2
5.8.2 Jumlah gaya yang bekerja pada seluruh baut
=
=
= 0,44 x 105 kg
5.8.3 Gaya yang bekerja pada sebuah baut
=
= 0,055 x 105 kg
5.8.4 Tegangan geser yang bekerja pada sebuah baut
=
=
=
= 4,41 kg/mm2
5.8.5 Tegangan kompresi yang bekerja pada sebuah baut
=
=
=
= 1,67 kg/mm2
5.8.6 Tegangan yang diijinkan
=
Bahan yang digunakan adalah S45 C dengan sB = 58 Kg/mm2
Faktor keamanan
1. sf1 = 6
2. sf2 = 1,3 - 3
Diambil sf2 = 2
Sehingga, Tegangan geser yang diijinkan (tA):
=
= 4,833 Kg/mm2
Karena dan < , maka kopling tersebut harus memenuhi persyaratan dan
desain perhitungan tersebut dapat diterapkan.
5.9 Perhitungan Bantalan
Berdasarkan Peraturan Biro Klasifikasi Indonesia.
5.9.1 Tetapan jenis bantalan
Ki = 280 ~350 ; diambil Ki = 300
Sehingga
s(Max) = Ki . Ds 1/2
= 300 x
= 5809,48
5.9.2 Panjang Bantalan
1. Panjang bantalan belakang atau L1
L1 = 2 Ds
= 2 x 375
= 750 mm
2. Panjang bantalan muka atau L2
L2 = 0,8 Ds
= 0,8 x 375
= 300 mm
c. Tebal efektif bantalan
b =
=
= 39,69 mm
B =40 mm
5.9.3 Rumah Bantalan (Bearing Bushing)
a. Bahan Bushing Bearing yang digunakan adalah : Manganese Bronze
b. Tebal Bushing Bearing ( tb )
tb = 0,18 x Ds
= 0,18 x 375
= 67,5 mm
Diambil 361 mm untuk menyesuaikan dengan stern tube.
5.9.4 Jarak maximum yang diijinkan antara bantalan/bearing (Imax)
Imax = k1 x Ds Dimana : k1 = 450 (untuk pelumasan dengan minyak)
Imax = 450 x (375)0,5
= 8714,2 mm
Pada perencanaan ini digunakan sebuah bearing yang diletakkan pada
intermediet shaft.
5.10 Perhitungan Bagian Buritan
Perhitungan Tabung Poros
5.10.1 Panjang Tabung Poros
Ketentuan panjang maksimum perhitungan jarak gading di belakang sekat
buritan adalah 600 mm.
Sehingga
Lst = 1974,5 mm (dari Tugas Rencana Umum)
5.10.2 Tebal Tabung
t = ( Ds / 20 ) + ( 0,75 x 25,4 )
= (375/ 20 ) + ( 0,75 x 25,4 )
= 37,8 mm
Diambil t = 38 mm
5.10.3 Penebalan tabung poros
b = 1,6 t
= 1,6 x 38
= 60,8 mm
=61 mm
5.11 Perhitungan Stern Post dan Sekat Buritan
5.11.1 Tebal Minimum Sekat Buritan
Tebal minimum sekat buritan menurut Biro Klasifikasi Indonesia untuk
sekat selain sekat tubrukan.
Dimana
Cp = 2,9 (untuk sekat selain collision Bulkhead)
a = 0,75 m (jarak stiffener)
h = 100 Ton/m (untuk poros dengan bantalan kayu pok)
k = 1 (faktor material untuk baja)
tk = 1,5 (ketebalan material terhadap korosi)
Sehingga
dp = Cp.a.( h.k )1/2 + tk
= 2,9 x 0,75 x ( 100 x 1 )1/2 + 1,5
= 23,25
dp diambil = 30 mm
Gambar 22Stern Post
5.11.2 Tebal stern post
Untuk kapal dengan panjang kurang dari 120 m
Tsp = 1,4.Lpp + 90
= ( 1,4 x 96 ) + 90
= 224,4 mm
tsp diambil sebesar 225 mm
5.11.3 Penebalan stern post
b = 1,6.Lpp + 1,5
= ( 1,6 x 96) + 1,5
= 155,1 mm
b diambil 156 mm
5.11.4 Tebal dinding boss dari propeller post
t = 0,6 x b
= 0,6 x 177
= 106,2
t diambil 107 mm
5.11.5 Perencanaan Rope guard
Perencanaan gambar untuk guard adalah sebagai berikut :
Panjang guard = 291 mm
Tebal guard =15,5 mm
Gambar 23Rope Guard
5.12 Perencanaan Inlet dan outlet Pipe
Sistem sirkulasi minyak pelumas berdasarkan gaya gravitasi, saluran
inlet pipe pada stern tube dan outlet pipe direncanakan satu buah dengan
diameter luar pipa sebesar 30 mm.
Gambar 24Perencanaan Pipa Pelumasan