Kekuatan poros roda crane

SKRIPSI
(ME091329)
“Sliding crane untuk fleksibelitas
operasi bongkar muat kapal UV.
48m”
Diusulkan Oleh :
Nama : Akhmad Khusnu Z.
NRP : 4209100076
OUTLNE
PENDAHULUAN
TINJAUAN PUSTAKA
METODOLOGI
ANALISA DATA &
PEMBAHASAN
KESIMPULAN &
SARAN
PENDAHULUAN
PENDAHULUAN
• Bertambahnya kebutuhan minyak dunia akan
semakin membuka pekerjaan di bidang
pengeboran minyak.
• Pada proses pembuatan sebuah rig/bangunan
lepas pantai akan dibutuhkan beberapa peralatan
penunjang untuk membantu proses tersebut.
• Kapal UV (tility vessel) sebagai penunjang proses
pembuatan rig.
• Kapal UV ini menggunakan sistem bongkar muat
berupa sliding crane.
• Perumusan Masalah
1. Rencana desain tentang tata letak sliding crane pada kapal UV 48
m.
2. Konstruksi dari rel sebagai jalan crane agar dapat bergerak secara
horisontal ke arah depan dan belakang kapal.
• Batasan Masalah
1. Untuk data kapal yang saya ambil adalah kapal UV dengan
panjang 48 meter dengan beban berat yang mampu diangkat
sebesar 2 ton.
2. Tugas Akhir ini akan mendesain peletakan rel dan slide crane pada
kapal UV 48 meter agar penggunaannya dapat efisien untuk
melakukan bongkar muat.
• Tujuan
• Sliding crane sebagai salah satu alat bongkar
muat yang efisien.
• Membantu rig untuk mengirim barang yang
diperlukan dengan menggunakan kapal UV ini.
• Manfaat
• Menambah wacana baru tentang sliding crane
kapal UV sebagai kebutuhan perusahaan
perminyakan.
Tinjauan Pustaka
Tinjauan Pustaka
• Kapal utility vessel
• Kapal UV ini akan membantu proses pengakomodasian
selama proses pengeboran minyak. Kapal ini berperan
penting sebagai penunjang perlengkapan baik selama
dalam
pembuatan
rig,pengeboran,dan
proses
pengambilan minyak hingga pembongkaran rig.
Data Kapal:
Length Over All (LOA)
Length Water Line (LWL)
Length of Perpendicular
Breadth (Total)
Height (to Main Deck)
Height Total (incl. Antenna)
Draft (maks.)
Displacement
Speed (maks.)
: 48.20 m
: 46.80 m
: 45.67 m
: 11.20 m
: 3.7
m
: 18.22
m
: 2.75
m
: 994.2 tons
: 12
knots
Finite Element Methode (FEM)
• FEM adalah suatu metoda yang secara keseluruhan
didasari atas pendekatan dengan menggunakan analisa
numerik.
• Dalam metoda ini, struktur yang akan dianalisa,
didiskritisasi menjadi elemen-elemen yang kecil (elemen
hingga) yang satu sama lainnya dihubungkan dengan
titik nodal (titik diskrit).
• Elemen hingga tersebut yang pada umumnya berbentuk
sederhana dibandingkan struktur sebenarnya dan
mempunyai ukuran yang berhingga, harus mewakili
sifat-sifat dari struktur sebenarnya.
Tinjauan Pustaka
• Sliding crane
• Proses desain dimulai dari pembuatan rel hingga system
kerja dari sliding crane tersebut.
• Barang –barang yang dapat diangkut oleh crane ini
seperti kebutuhan logistic dari offshore,pipa-pipa,riser
dan peralatan penunjang rig lainnya.
Jenis Sliding crane
•
•
•
•
•
Type
Merk
SWL
Power
Weight
: telescopic crane
: Heila
: 2 ton
: 20 HP
: 850 kg
Perhitungan Tegangan pada rel
• Gaya longitudinal dapat diakibatkan oleh perubahan
suhu pada rel (thermal stress).
• Gaya ini sangat penting di dalam analisis. Gaya
longitudinal juga merupakan gaya adhesi (akibat
gesekan roda dan kepala rel) dan gaya akibat
pengereman roda terhadap rel.
• Prinsip pola distribusi gaya pada struktur rel bertujuan
untuk menghasilkan reduksi tekanan kontak yang terjadi
diantara rel dan roda menjadi tekananyang sangat kecil
pada dasar beam.
Gaya normal dan tegangan
geser
•
•
•
•
F=mxg
F = gaya normal (N)
M = massa benda (kg)
G = gaya grafitasi (m/s2)
• Ԏ = F x l x sin 900
•
•
•
•
σ= F/A
σ=tegangan geser (kN/m2)
F=Gaya (N)
A=Luas penampang (mm2)
Kekuatan poros roda crane
• Perhitungan daya motor:
• 𝑁=
𝑄𝑥𝑉
75 x Ƞtot
• N
• Q
• V
= daya motor
= kapasitas angkat crane
=Kecepatan angkat crane
• Perhitungan momen gaya pada motor:
• 𝑀𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 = 71620
•
𝑁𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑
n
Nrated = daya motor
• n
= rpm motor
• bahan poros penggerak dipilih jenis S50C dengan kekuatan tarik
bahan σ=7500 kg/cm2
• Tegangan tarik yang diizinkan adalah:

• σ izin =
k
• Diameter poros penggerak
• 𝑑𝑝 ≥
3
𝑀𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑
0,2(𝑖𝑧𝑖𝑛)
– Pembuatan desain rel
• Untuk pembuatan desain rel dilakukan perhitungan terlebih
dahulu pada beban yang diterima oleh monorail.
Kemudian kita dapat menetukan ukuran head monorail
yang sesuai. Dimensi dari monorail ini kita tentukan sendiri
dengan beberapa pertimbangan yaitu:
• Material bahan
• Tegangan minimum
• Desain roda pada monorel
• Penggambaran model monorail ini menggunakan software
solid work.
METODOLOGI
ANALISA DATA &
PEMBAHASAN
Perhitungan gaya
• N1-W1+N2-W2+N3-W3
=0
• N1-850+N2-2000+N3-1744 = 0
• N1 +N2 +N3
= 4594,517 Newton
• Fs = µs x N
•
= 0,74 x 4594,517
•
= 3399,94 Newton
• Ԏ = F x l x sin 900
•
= 3399,94 x 5,35 x 1
•
= 18189,67 Nm.
Tegangan gesek pada monorail
• Luas permukaan roda = 0,085 m x 0,0025 m
= 0,0002125 m2
• Dikalikan dengan jumlah roda sebanyak 8 = 0,00017
• σ = F/A
•
= 4594,517/0,00017
•
= 27026579N/mm2 (Pa) = 27,02 Mpa
• Didapatkan nilai tegangan gesek pada monorail sebesar
27,02 Mpa
Perhitungan poros roda crane
• Perhitungan kebutuhan motor :
• 𝑁=
𝑄𝑥𝑉
75 x ηtot
=
2000𝑥 0,3
75 x 0,8
(V=kecepatan angkat crane = 0,3 m/s)
= 10,67 HP
• momen pada motor :
𝑁𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑
(n=rpm motor =
n
10
71620
= 1432,4 kg.cm
500
• 𝑀𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 = 71620
=
• Tegangan izin :

• σ izin =
(σ bahan = 7500 kg/cm2)
σ izin =
k
7500
8
= 937,5 kg/cm2
500 rpm)
• Tegangan puntir :
σ puntir = 0,7 x (σ izin)
= 0,7 x (937,5)
= 656,25 kg/cm2
• Perhitungan diameter poros :
• 𝑑𝑝 ≥
3
𝑀𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑
0,2(𝑖𝑧𝑖𝑛)
• 𝑑𝑝 ≥
3
1432,4
0,2(937,5)
• dp ≥ 2,71 cm
• Diameter poros dipilih sebesar 3 cm
Letak sliding crane
Penggambaran pemodelan
monorail
Penggambaran komponen
crane
Gambar crane
Proses running
• Pemilihan material
Property
Value
Unit
Elastic modulus in x
205000
N/mm2
Poisson’s ratio in xy
0,29
N/A
Sheer modulus in xy
80000
N/mm2
Mass density
7850
Tensile strength in x
280
N/mm2
Compressive strength in x
-
N/mm2
Yield strength
100
N/mm2
Thermal expansion Coeff. In x
1.1e-0.005
/K
Thermal conductivity in x
52
W/(m-K)
Specific heat
486
J/(kg-K)
Proses running
•
•
•
•
Fixed geometry
Pemberian arah gaya
Memasukkan nilai pressure
Proses meshing
Stress analisys
Factor of Safety1
KESIMPULAN
• Gaya yang terjadi pada monorail sebesar 4594,517 Newton.
• Tegangan geser maksimal sebesar 38,27N/mm2 (MPa) terjadi pada
daerah monorail yang bersentuhan dengan roda sliding crane.
• Monorail mendapatkan nilai stress rata-rata sebesar 32,645N/mm2
(Mpa).
• Factor keamanan dari material memenuhi karena perbandingan nilai
tegangan geser maksimal dari monorail dengan yield strength dari
material sebesar 100 N/mm2(Mpa) harus lebih dari 2,dan
perbandingannya didapatkan sebesar 2,61.
• Desain sliding crane yang menggunakan monorail sebagai
lintasannya lebih cepat dalam melakukan proses bongkar muat
dibandingkan dengan peletakan crane secara konvensional.
SARAN
• Material yang digunakan sebagai monorail aman untuk
digunakan dan dapat diganti dengan jenis material lain
yang lebih baik.
• Penggunaan sliding crane dapat diletakkan pada
portside dan starboard kapal untuk mempercepat proses
bongkar muat.
Daftar Pustaka
• Popov,E P,1996,Mekanika teknik, edisi kedua, erlangga, Jakarta
• Daryl L.Logan 1992,a first course in the finite element method,PWS
publishing company,boston,USA.
• OSHA,2011, Rigging Techniques, Procedures, and Applications.
• GL rules, 2007, rules for classification and construction, industrial
service,Hamburg
• Dan B.Marghitu, 2001, mechanical engineer’s handbook, academic
press,USA.
• http://www.nauticexpo.com/prod/triplex-as/ship-deck-cranes-railmounted-32373-252465.html
• R.A.MacCrimmon,2009,second edition,ciscicca,Canada
• www.solidworks.com
TERIMA KASIH