bab v dasar perencanaan 5.1 desain kreteria fileroda gigi lurus (spur gear : gear and pinion),...
TRANSCRIPT
BAB V
DASAR PERENCANAAN
5.1 Desain kreteria
5.1 .1 Tegangan yang dizinkan untuk material;
1) Baja struktur
Mateial baja struktur steel SS41 & SM 41B
t ≤ 40 mm
SM 50 B t < 40 mm
Axial tensile stress 1200 kg/cm2
1600 kg/cm2
A Axial Compress Stress 1200 kg/ cm2
1600 kg/cm2
Bending stress
-girder tensile
-gireder comp.
1200 kg/ cm2
1200 kg/ cm2
1600 kg/cm2
1600 kg/cm2
Shearing 700 kg/ cm2
900 kg/cm2
Note: t ≥ 40 mm T ≥ 40 mm
0.92 stress t ≤
40 mm
0.94 .92 stress t ≤ 40
mm
2). Baja Cor
STRESS STEEL CASTING SC 46
STEEL FORGING
SF 45
1.Axial Tensile stress 1350 kg/cm2
1350 kg/cm2
2.Axial compressive stress 1350 kg/cm2
1350 kg/cm2
3.Bending stress 1350 kg/cm2
1350 kg/cm2
4.Shearing stress 800 kg/cm2
800 kg/cm2
5.Bearing stress 1900 kg/cm2
1900 kg/cm2
5.1.2 Faktor-faktor mekanis
1) Koefisien gesek
Baja dengan baja karbon, tanpa pelumas 0.5 0.1
Baja dengan baja karbon, berpelumas 0.18 0.08
Baja dengan baja anti karat Tidak bisa diterima
Bronze dengan baja anti karat tanpa pelumasan 0.4 0.1
Bronze dengan baja anti karat berpelumasan 0.2 0.07
Bantalan tanpa pelumasan dengan baja anti karat 0.2 0.06
Banatalan rol ( roller baering) 0.010 0.00
Karet dengan baja 1.0 0.3
Karet dengan baja anti karat 0.8 0.15
Bronze dengan bronze atau besi cor 0.4 0.10
2) Factor keamanan
Type
Faktor keamanan
tension compression shearing
1. Baja struktur 5 5 8.7
2. Baja tempa 5 5 8.7
3 Baja karbon struktur mesin
5 5 8.7
4. Baja anti karat 5 5 8.7
5. Baja cor 5 5 8.7
6. Besi cor 10 3.4 10
7. Bronze 8 8 10
wirerope 8 ( for static operating load )
3) Korosi yang dizinkan
Peralatan/ Konstruksi baja Korosi yang diizinkan
Pelat untuk draft tube, stoplog 1.0 mm
Semua bagian trash rake yang tengelam 2.0 mm
Semua jenis pintu 2.0 mm
Shell plate penstock 1.5 mm
Katup ; daun dan body 2.0 mm
4) Effisiency
Komponen
Efisiensi mekanis
Sheave having plain bearing 0.95
Sheave having roller bearing 0.98
Roda gigi lurus (Spur gear : gear and pinion) , terbuka 0.95
Roda gigi lurus (Spur gear : gear and pinion), tertutup 0.97
Roda gigi cacing (worm gear ) self locking type 0.5
Roda gigi cacing (worm gear ) anti self locking type 0.75
Draat stang ( Spindle ) 0.2 sampai 0.4
5.1.3 Kondisi desain pintu/katup
Pintu/katup harus didesain sesuai dengan kondisi berikut ini:
Aman menahan beban yang telah diperhitungkan
Kerapatan/kedap air yang cukup
Mudah dan andal dalam operasinya
Mempunyai ketahanan yang tinggi
Tidak terjadi getaran atau sentakan saat dioperasikan
Mudah perawatannya.
Untuk memnuhi kondisi diatas maka dalam mendesain pintu diusahakan :
supaya sedikit mungkin terjadi tegangan tambahan akibat adanya struktur yang
eksentrik pada tiap rangka, panel harus kaku, dan tidak terjadi perubahan yang
yajam pada persilangan struktur.
Untuk mendapatkan kedap air yang baik, maka karet seal yang digunakan sebagai
perapat harus cukup elastic, tahan terendam air ( tidak cepat keras ).
Pada saat pintu dioperasikan maka gaya-gaya yang bekerja adalah gaya gesek
roda dan seal, gaya tarik kebawah ( down pull force ), berat pintu. Untuk itu
dalam mendesain perhatikan desian sistim alat angkat terutama kemampuan
angkatnya dan penggeraknya harus cukup kuat mengangkat beban yang telah
diperhitungkan.
Untuk mencapai ketehanan yang tinggi dalam mendesain pintu harus diprhatikan
kondisi air/kualitas air yang ada guna mengantisipasi kemungkinan terjadinya
corosi pada pintu.
Korosi dapat dikendalikan melalui perencanaan dengan menghindari bentuk-
bentuk konstruksi ( smabungan las, sambungan baut, bimetal dsb ) yang
memudah terjadinya korosi.
Getaran terjadi umumnya karena aliran air yang mengalir dibawah pintu bergolak
akibat adanya struktur/ bentuk dasar daun pintu tidak streamline, atau sistim
ventilasi udara (dibelakang pintu/katup ) kapasitas tidak mencukupi. Untuk itu
dalam mendesain pintu/katup agar memperhatikan bentuk dasar pintu agar tidak
terjadi olakan atau benturan air kedaun pintu, untuk sistim ventilasi supay
didesain agar kapasitas cukup.
Pemerliharaan/perawatan pintu dilakukan untuk pelumasan bagian-bagiaan yang
berpitar/gesek ( bushing roda, bushing trunion , daraat stang beulir dan kabel baja
) , pemeriksaan pintu, serta pengecatan bagia-bagian yang karat. Untuk
memudahkan pelaksanaan pemeliharaan maka dalam mendesain pintu/bagian-
bagiannya harus mempertimbangkan agar mudah dilumasi, atau melengkapi
dengan sarana-sarana ( tangga, handrail pengaman ) pada daun pintu atau pada
bangunan sipilnya.
5.2 Dasar perencanaan bagian-bagian pintu
5.2.1 Pintu gerak vertical ( roda tetap )
1) Gelagar/balok penumpu
Semua gelagar sebaiknya mempunyai bentuk sama dan tiap gelagar menerima
beban tekanan air yang sama. Dengan demikian jarak antar gelagar direncana
sedemikian sehingga kelengkungan yang terjadi pada tiap gelagar sama. Jumlah
gelagar ditentukan sedemikian sehingga tidak menyulitkan konstruksinya,
perletakan roda utama, maupun dalam menhitung tebal pelat luranya (skin plate).
2) Roda utama
Ukuran, jumlah, dan perletakan roda utama didesain sedemikian sehingga dapat
aman meneruskan beban tekanan air dan berat sendiri ke rangka pengarah (guide
frame ). Pada saat ada beban/tekana air roda utama harus dapat berputar dengan
mulus. Untuk pintu yang bentangnya > 2 meter dengan head desain > 2 meter
permukaan kontak roda utama harus dibuat melengkung dengan jari-jari R’= 15 x
R. ( R= jari-jari luar roda ). Sedang untuk pintu dibawa bentang dan head tersebut
permukaan kontak roda dapat dibuat lurus.
3) Roda pengarah (samping)
Roda pengarah dibutuhkan untuk memperlancar operasinya pintu diman roda
pengarah menahan gerakan daun pintu kesamaping. Roda pengarah didesain harus
kuat menahan beban akibat goyangan daun pintu kesamaping .Desain roda
pengaarah dapat menggunakan per sepiral guna menekan roda sehingg roda selelu
menemper ke rangka pengarah sehingga dapat mengurangi goyangan pintu.
4) Rangka pengarah ( Guide frame )
Struktur rangka pengarah harus didesain cukup kuat menahan beban tekanan air
yang diteruskan oleh roda utama dan roda pengarah. Oleh karena pemeliharaan
rangka pengarah cukup sulit ( karena lokasi dan kondisi air ) maka pemilihan
material untuk rail roda harus mempunyai kekerasan yang lebih tinggi dari roda
roda
Seal karet
utama. Untuk mengatisipasi kerusakan karena korosi maka raial roda maupu
landasan untukseal dipakai material baja antikorosi.
5) Bagian seal
Bahan seal dapat dibuata dari metal ( bronze, stainless steel ) dan karet. Pemilihan
seal dari karet lebih menguntungkan karen mudah penggantiannya, gesekan tidak
begitu besar saat operasi, kerapatan terhadap permukaan lebih baik, katahanan
cukup.
Bentuk seal karet umumnya : datar (flat), note balok, caisson
5.2.2 Merencanakan Alat angkat
1) Beban angkat
Dalam mendesain alat angkat maka perlu terlebih dahulu menentukan komponen
beban apa saja yang diperhitungkan dan ini tergantung kondisi bangunan
setempat. Secara umum beban – beban yang ada :
Berat pintu sendiri,
Gaya gesek daun pintu dengan sedimen,
Note balok
Tipe flat
Tipe caison
landasan
landasan
Gaya gesek roda pada rel,
Gaya apung,
Gaya gelincir roda pada rel ,
Gaya uplift dan downpull ( overflow ),
Gaya gesek karet seal pada landasan,
Gaya uplift dan downpull ( underflow.
2) Kecepatan operasi
Kecepatan angkat pintu air umumnya berkisar antara 0,3 – 0,5 m/menit
teragantung dari pengaruh di hulu dan dihilir akibat pengeluaran air. Untuk katup
dengan tekanan tinggi umumnya berkisar 0,05 sampai 0,1 m/menit. Sedang untuk
penutupan emergency berkisar 1.0 sampai 5.0 m/menit.
3) Kabel baja dan drum
Ukurandiameter dan tipe pilin kabel baja harus mampu menahan beban angkat
dengan factor keamanan 8 dan dengan mempertibangkan frequesi penggunaan
dan lingkungan yang dapat mempengaruhi kondisi kabel.
Diameter drum umumnya didesain 19 kali dimeter kabel baja sedangkan
diameter sheave didesain 17 kali dimeter kabel baja.
4) Motor listrik pengerak alat angkat harus memenu kondisi:
Kapasitas lebih besar dari 100 % hasil perhitungan tenaga untuk operasi
Torsi awal harus 200 % dari rata-rata torsi
Maximum torsi kurang dari 300 %
5.3 Perhitungan bagian-bagian pintu
5.3.1 Data teknis pintu
Tipe pintu :
Lebar/span pintu : B m
Tinggi pintu : H m
Desain head : H1 m
Tinggi air normal : h m
5.3.2 Gaya yang bekeja pada pintu:
1) Gaya hidrostatis:
P = ρ x ( B x H2 )/2 (t) ---------- H = H1
P = ρ x { B x ( H12 – H2
2 ) (t ) - H1 > H , H2 = H1 – H
2) Beban sedimen
Beban sedimen adalah yang sedimen berada didepan pintu.
P = Ce. W1 d
Dimana:
Pe = Gaya horizontal akibat tekanan sedimen ( tf/m2 )
Ce = Faktor tekaan sedimen ------ ( 0.4 --- 0.6 )
We = Berat jaenis sedimen ( tf/m3)----- ( 1.5 -- 1.8 ) ( tf/m
3 0
D = tinggi endapan sedimen ( m )
3) Tinggi gelombang akibat gempa
he=
dimana : he : stengan tinggi gelombang
Kτ
2
√ g H
k :: intenstas gempa desain
τ : periode gempa ( s )
g : kecepatan gravitasi ( m / s2
H : tinggi muka air dari dasar sungai
4) Beban dinamik akibat gempa
Pd = wo K
Dimana : Pd : Tekanan dinamik ( tf/m2 )
ωo : Berat jenis air ( tf/ m3 )
k : Intensitas gempa dari desain
H : Tinggi muka air waduk dari dasar pondasi bendungan
H : tinggi muka air waduk dari titik yang ditentukan
5.3.3 Perhitungan gelagar
5.3.5 HOIST
Beban angkat :
G = W + Fs + Fb
Dimana : G : beban angkat
W : berat pintu
Fs : beban gesek seal
Fb : beban gesek bronze sepatu luncur
Tipe pengangkat : draat stang berulir diameter luar : d, diameter dalam: d1
Torsi =
Spesifikasi draat stang:
Nominal diameter : TR 50
Diameter luar : d
Effektif diameter : d1
Diameter dalam : d2
Pitch : p
Lead : l
Sudut uluir : 300 β = Cos (/2)
Torsi spindle nut
Tr = W.
µ = koefisien gesek nutdengan spindle
Torsi penggerak manual
Tm = R cm x p kg = Rp Kgcm
R: jari-jari roda putar/engkol,
p = 15 kg tenaga manusia.
Ratio x
x< 4 pakai satu bevel gear.
4 < x < 12 pakai dua bevel gear
1 tingkat bevel gear 2 tingkat bevel gear
Roda tangan
Gear motor Listrik