Chapter II(2)

2.1 Tinjau

Pengolaha

(TBS) dim

sawit dar

transporta

kualitas m

Sumber :

PTPN IV.

Pada gamb

menjadi b

menjadi m

uan Umum

an buah ke

maksudkan

ri biji. Per

asi, dan pro

minyak yang

Gamb

dimodifika

bar 2.1 terd

beberapa ba

minyak dan

TIN

m

elapa sawit

untuk mem

rlakuan ter

oses pengol

g akan dihas

ar 2.1 Skem

asi dari Bir

dapat diagra

agian secara

inti sawit

BAB I

NJAUAN P

yang lazim

mperoleh m

rhadap tan

lahan di pa

silkan.

ma proses P

ro Perencan

am alir pros

a umum. P

dapat dibag

II

PUSTAKA

m disebut

minyak sawit

ndan buah

abrik akan

Pengolahan

naan, Peng

es pengolah

ada dasarny

gi dalam be

dengan tan

t dari dagin

segar mu

menentuka

Kelapa Saw

gkajian dan

han buah sa

ya proses p

eberapa stas

ndan buah

ng buah da

ulai dari p

an kuantitas

wit

n Pengemba

awit yang te

pengolahan

siun, antara

segar

n inti

panen,

s dan

angan

erbagi

TBS

a lain:

Universitas Sumatera Utara

Stasiun Penerimaan Buah, Stasiun Perebusan (Sterilizing Station), Stasiun

Penebahan (Threshing Station), Stasiun Pengempaan (Pressing Station), Stasiun

Klarifikasi (Clarification Station), Stasiun Kernel (Kernel Station).

2.2 Stasiun Pengempaan (Pressing Station)

Pada stasiun pengempaan terdapat dua unit sistem yang memegang peranan dalam

satuan operasi pengolahan kelapa sawit yang terdiri atas mesin digester dan mesin

screw press. Instalasi digester dan screw press pada pabrik pengolahan kelapa

sawit dapat dilihat pada gambar 2.2.

2.2.1 Pengadukan (Digester)

Digester berasal dari kata dasar digest yang berarti mencabik, jadi yang

dimaksud dengan mesin digester adalah suatu mesin yang digunakan untuk

mencabik sambil mengaduk, dalam hal ini yang diaduk adalah buah sawit yang

lepas (rontok) setelah melewati stasiun threshing , dilumatkan dengan cara

menyayat-nyayat daging buah dan diaduk dalam ketel adukan (digester). Buah

dapat hancur akibat adukan pisau-pisau stirring arm sehingga buah dapat

bergesekan dengan dinding digester, yang mana prosesnya dibantu oleh uap

(steam) yang berasal dari Back Preassure Vessel (BPV) dengan suhu 115 0C

dengan cara injeksi uap bertekanan 3 kg/cm2.

Pengadukan berlangsung selama 30 menit, baru pintu pengeluaran di buka,

minyak yang mulai keluar dari bottom bearing ditampung ditalang minyak untuk

selanjutnya di kirim ke vibrating screen. Setelah sampai pada tingkat terbawah

maka buah selanjutnya di kirim oleh expeller arm ke bagian chute untuk

selanjutnya diperas minyaknya di screw press yang berupa lumatan buah sawit

yang disayat-sayat dimana struktur jaringan buah telah rusak dan membuka sel sel

yang mengandung inti minyak, daging buah (pericarp) pecah dan terlepas dari biji

(nut), serat serat buah harus masih jelas kelihatan dan bersifat homogen.

Proses pengadukan maupun pemotongan yang harus dijalani oleh daging buah

untuk memperoleh minyak secara maksimal merupakan proses yang cukup

penting untuk dimengerti hakikatnya dengan baik, yaitu dari proses pengadukan

untuk mendapat perhatian dan pengawasan dalam proses pengolahannya.


Gambar 2

Sawit.

Secara um

Tebal dag

hingga 8 m

Tujuan uta

untuk di-p

buah den

diperlukan

a. Pengad

daging

buah y

b. Pengad

c. Daging

struktu

2.2 Instalas

mum, buah

ging buah d

mm sesuai d

ama dari pr

press, sehin

ngan kerug

n syarat-sya

dukan haru

g buah terle

yang utuh, d

dukan haru

g buah tida

ur serabut d

si Digester

kelapa saw

dari buah y

dengan ukur

roses penga

ngga minya

gian yang

arat sebagai

us menghas

epas seluruh

dimana dag

s menghasil

ak boleh ter

dari daging b

dan Screw

wit terdiri d

yang cukup

ran buahnya

adukan adal

ak dengan

sekecil-ke

berikut :

silkan pem

hnya dari bi

ging buah m

lkan massa

remas terlal

buah.

press pada

dari daging

p baik atau

a.

lah untuk m

mudah dap

cilnya. Un

erasan/cinc

ijinya dan ti

masih meleka

yang sama

lu lumat me

Pabrik Pen

g buah, can

u normal b

mempersiapk

pat dipisahk

ntuk menca

angan yang

idak boleh a

at pada bijin

rata.

enjadi bubu

ngolahan K

ngkang, dan

berkisar ant

kan daging

hkan dari d

apai tujuan

g baik seh

ada lagi ter

nya.

ur, harus ta

Kelapa

n inti.

tara 2

buah

aging

n itu

ingga

rdapat

mpak


Penelitian

diperoleh

pengaduka

dikempa a

memenuhi

digester m

gabungan

waktu pe

simultan.

2.2.2 Peng

Pengempa

digester, d

pisau-pisa

dan mend

gambar 2.

Gambar 2

Oleh karen

sehingga m

biji. Hasil

ke Cake

seperti pa

berupa Sa

dari screw

n terhadap

dari pengl

an. Jangka

atau di-pres

i syarat-sya

maka semak

kedua fakt

ngadukan

gempaan (P

aan bertuju

dimana bua

au stirring a

dorongnya m

3 dapat dili

2.3 Model S

na adanya t

melalui lub

yang kelua

Bake Conv

sir, serat-se

and Trap Ta

w press dan

syarat-syara

lihatan dan

waktu pe

ss juga me

arat pengad

kin lama bu

or diatas da

harus diusa

Presser)

uan untuk

ah-buah yan

arm di dige

masuk ke d

hat model w

Screw press

tekanan scre

bang-lubang

ar dari pros

veyor dan m

erat dan air

ank untuk m

Vibrating S

rat diatas a

n pengamat

engadukan

erupakan fa

dukan yang

uah teraduk

apat disimp

ahakan sej

mengambi

ng telah di

ester dimas

dalam mesin

worm screw

s yang digun

ew yang dit

g press cag

es berupa a

minyak kas

yang selanj

memisahkan

Screen untu

adalah pent

tan minyak

yang diala

ktor yang c

g baik. Se

k sebelum m

ulkan bahw

auh mungk

il minyak

aduk secar

sukkan ke d

n pengemp

w press.

nakan pada

tahan oleh c

ge minyak d

ampas dan b

sar yang m

njutnya akan

n pasir dari

uk memisah

ting sekali,

k yang kel

ami oleh d

cukup pent

makin ban

masuk ke sc

wa isian dig

kin untuk

dari aduka

a bertahap

dalam feed

a (twin scr

Pengolahan

cone, massa

dipisahkan

biji yang se

masih meng

n melewati

minyak ka

hkan serat-s

sebagian

luar dari b

digester seb

ting untuk

nyak isian

crew press

gester dan ja

dipenuhi s

an hasil o

dengan ba

screw con

rew press).

n Kelapa Sa

a tersebut di

dari serabu

elanjutnya m

gandung ko

tahap klari

asar yang be

serat dari m

besar

bejana

belum

dapat

suatu

. Jadi

angka

secara

output

ntuan

veyor

Pada

awit

iperas

ut dan

masuk

otoran

fikasi

erasal

inyak


kasar tersebut dan selanjutnya dikirim ke Crude Oil Tank sebagai tangki

penampungan minyak kasar.

Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam proses pengempaan ini antara lain:

a. Ampas kempa (press cake) harus merata keluar di sekitar konus

b. Tekanan hidraulyc pada kumulator 30-40 kg/cm2

c. Bila screw press harus berhenti pada waktu yang lama, screw press harus

dikosongkan.

d. Tekanan kempa yang terlalu tinggi akan mengakibatkan persentase inti

pecah bertambah dan kerugian inti bertambah.

e. Tekanan kempa yang terlalu rendah akan mengakibatkan cake basah, looses

pada ampas, pemisahan ampas dan biji tidak sempurna, bahan bakar ampas

basah sehingga pembakaran dalam dapur boiler tidak sempurna.

2.3 Tegangan Geser Pada Poros

Perhitungan tegangan geser yang terjadi pada poros akibat torsi yang

bekerja pada screw dari worm screw press dapat dilihat pada gambar 2.4.


P

padat, ser

poros pun

deformasi

sudut ra

= DE =

Regangan

=

Dengan pe

Luas pen

menghasil

Dengan ko

= 0

Dimana to

s

L

s

G

M

Pada gamba

rat AB yan

ntir sebesar

ini adalah

adian, panja

= r

n geser satua

ersamaan te

nampang d

lkan beban t

ondisi kesei

orsi yang be

Lr

rL

G

Gambar

ar 2.4. terl

ng semula l

. Sehingg

busur lingk

ang diberika

an

egangan ges

diferensial

tahanan dife

imbangan st

ekerja sama

2.4. Deform

lihat torsi y

lurus akan

ga deformas

karan denga

an oleh :

ser dari huk

M-N pada

ferensial dP

tatis

dengan tor

masi pada p

yang bekerj

memuntir

si total

an jari jar

um Hooke

a jarak rad

= dA.

si tahanan d

s

poros

rja pada uju

menjadi he

sama deng

ri r dan ber

:

dial r dar

dari poros (T

ung poros

eliks AC k

gan DE. Pa

rhadapan de

ri sumbu

Tr).

bulat

karena

njang

engan

(2-1)

(2-2)

(2-3)

poros


T = Tr = (2-4)

Subtiusi dari persamaan (2-4) sehingga

T =

T = (2-5)

Dengan mensubtitusikan persamaan (2-3) ke persamaan (2-5) diperoleh

J =

Diperoleh rumus tegangan geser maksimun terhadap poros padat, yaitu :

(2-6)

Momen inersia polar (J) untuk poros berongga, yaitu :

J =

Sehingga rumus tegangan geser maksimun terhadap poros berongga, yaitu :

(2-7)

2.4 Kosentrasi Tegangan

Suatu diskontinutas geometri dalam bentuk benda, seperti misalnya lubang

atau takik, berakibat distribusi tegangan tak merata di sekitar diskontinuitas

tersebut. Pada beberapa daerah di dekat diskontinuitas, tegangan akan lebih tinggi

daripada tegangan rata rata yang jauh letaknya dari diskontinuitas. Jadi, terjadi

kosentrasi tegangan pada diskontinuitas, atau pembangkit tegangan (stress raiser).

Gambar 2.5 memperlihatkan sebuah pelat dimana terdapat lubang sirkular yang

mengalami beban uniaksial. Kalau beban tidak ada, tegangan akan terbagi rata

pada penampang melintang pelat. Karena ada lubang, distribusi itu sedemikian

rupa, sehingga aksial mencapai harga tinggi pada tepi lubang dan turun dengan

cepat semakin jauh dari lubang.

)( dArdPr

dArLG 2 JdAr 2J

LG

JTr

2

4r

34

2

2

.rT

rrT

33 .16

.2

dT

rT

maks

442

rRr

4416 dD TDmaks


Gambar 2

horizontal

2.5 Fakto

Ko

dengan te

sementara

penampan

Pada dasar

(a) Be

Dengan ru

(b) Be

Dengan ru

(c) Be

Dengan ru

no

matK

m

IMc

nom

AP

nom

JTc

nom

2.5 Distrib

l (c) lubang

or Kosentra

osentrasi teg

egangan n

a ilmuwan

ng melintang

rnya kosent

eban lentur

umus tegang

eban aksial

umus tegang

eban puntir

umus tegang

al

aks

min

Mc

busi teganga

eliptis verti

asi Tegang

gangan diny

ominal, ata

memakai

g pada daer

trasi tegang

gan yang di

gan yang di

gan yang di

an akibat (a

ikal (Shigle

gan

yatakan den

as dasar p

harga teg

rah dimana t

gan terjadi a

gunakan :

gunakan :

gunakan :

) lubang sir

ey, 2004).

ngan faktor k

penampang

gangan nom

tidak terdap

kibat tiga b

rkular dan (

kosentrasi t

sesungguh

minal atas

pat kosentra

eban yaitu :

(b) lubang e

tegangan teo

hnya, seka

s dasar se

asi tegangan

(

:

eliptis

oritis,

alipun

eluruh

n.

(2-8)


Diagram faktor kosentrasi tegangan dapat dilihat pada gambar 2.6. Pada skripsi ini

kosentrasi tegangan yang terjadi akibat beban puntir, dengan momen inersia polar

(J) untuk poros berongga . Maka tegangan geser nominal

dihitung dengan persamaan :

Disamping menyebabkan kosentrasi tegangan, sebuah takik juga menimbulkan

kondisi tegangan biaksial atau tegangan triaksial setempat. Umpamanya, untuk

lubang sirkular dalam pelat dimana bekerja beban aksial, ditimbulkan baik

tegangan radial maupun tegangan membujur. Tegangan yang ditimbulkan dalam

sebuah pelat yang lebar tak terhingga dan dimana terdapat beban sirkular dan

dibebani aksial, dapat dinyatakan sebagai (Hutton, 2004):

(2-9)

)(32

42 dDJ

)(16

44 dDTD

nom

2cos4312

12 2

2

2

4

2

2

ra

ra

ra

r

2cos31212 24

2

2

ra

ra

2sin2312 2

2

2

4

ra

ra


Gambar

beban pun

Penelitian

terjadi di t

Dimana demikian

sama deng

3

2.6 Faktor

ntir (Harsok

n terhadap

titik A, bilam

= tegangafaktor kose

gan 3. Mem

maks

kosentrasi

koesoemo,19

tegangan in

mana = /

an tarik rat

entrasi tegan

mpelajari pe

tegangan. (

990).

ni memper

/2 dan r = a

ta rata ya

ngan teori

ersamaan in

(a) beban l

rlihatkan ba

a. Untuk hal

ang terdapa

tis untuk p

ni lebih lan

entur, (b) b

ahwa tega

ini (Hutton

t pada ujun

elat dengan

njut tampak

beban aksia

angan maks

n, 2004)

(

ng pelat. De

n lubang sir

k bahwa

al, (c)

simun

2-10)

engan

rkular

= -


untuk t = a dan = 0. karena itu, kalau pada pelat bekerja tegangan tarik, muncul tegangan tekan yang sama dengan besarnya pada tepi lubang di titik B dalam arah

tegak lurus pada sumbu beban dalam bidang pelat.

Hal lain yang menarik perahatian dan yang memiliki pemecahan analitis

untuk kosentrasi tegangan, ialah hal lubang eliptis kecil pada sebuah pelat.

Gambar 2.5 memperlihatkan geometri lubang. Tegangan maksimun pada lubang

diberikan oleh persamaan 2-11 (Hutton, 2004).

(2-11)

Persamaan (2-11) memperlihatkan bahwa tegangan bertambah besar dengan

perbandingan a/b. Karena itu, lubang yang sangat sempit, seperti retak misalnya

yang tegak lurus pada daerah arah tarik, akan berakibat tegangan yang sangat

tinggi.

2.6. Metode Penentuan Kosentrasi Tegangan

2.6.1. Photoelastis

Suatu metode yang sangat dapat diandalkan dan banyak dipakai untuk

mencari tegangan pada suatu titik adalah metode photoelastis (photoelastisity).

Suatu bahan tembus sinar yang mempunyai sifat membias secara ganda, bila

diberi tegangan, dipotong dalam bentuk yang sama seperti bagian mesin yang

diinginkan akan menerima tegangan tersebut. Model tersebut diletakkan pada

suatu rangka pembebanan, dan suatu berkas sinar polarisasi diarahkan pada model

tersebut menuju pelat atau layar photograf. Bila model diberi beban, sinar

berwarna yang berasal dari titik titik tegangan maksimun akan meminggir, dan

apabila bahan tersebut dinaikkan, berkas sinar berwarna tersebut akan bergerak

dari sisi bayangan ke arah titik pusat. Suatu tegangan tertentu dikaitkan dengan

setiap peminggiran warna tersebut sehingga seorang dapat mencari tegangan pada

sisi hanya dengan menghitung peminggiran warna dari awalnya tadi.

ba

maks 21


Gambar

photoelast

Ga

photoelast

oleh gaya

juga pada

2.6.2 Me

Teknik in

dimungkin

berupa ga

pertama

mungkin

pembeban

kendala

kondisi te

matrik dan

Gambar 2

pelat yang

berangsur

terdapat ju

2.7 Distrib

tis (Hutton,

ambar 2.7

tis, berupa p

a Wr . Pemu

kedua jari

etode Elem

ni sangat m

nkan oleh

aris, segitiga

tama diba

dari bebe

nan dan kon

(constraint

erpenuhi. Pe

n elastisitas

2.8 bagaim

g menerim

angsur

uga pada sis

usi teganga

2004).

adalah s

peminggiran

usatan tega

jari keleng

men Hingga

mujarab dan

kemajuan b

a, atau setia

agi menjadi

erapa ukura

nsfigurasi da

t), suatu ana

enggunaan m

linier dan k

mana metod

a beban ak

berkurang

si lingkaran

an dalam su

suatu gamb

n sinar pada

angan terjad

gkungan (fi

a

n merupaka

bidang kom

ap bentuk g

i sejumlah

an yang b

aerah batas

alisa kompu

metode ini

kebiasaan d

de ini dipak

ksial. Dapa

bila menja

n.

uatu roda g

bar, yang

a roda gigi d

di pada titik

llet) pada ak

an suatu c

mputer. Ele

geometri. A

elemen ter

berbeda. D

(boundary

uter dibuat

memerluka

dengan suatu

kai untuk m

at dilihat b

auh gaya F

gigi didapat

diambil

dari roda gi

k dimana g

kar dari gig

ara pendek

men hingg

nggota yan

rhingga yan

Dimulai da

configurati

dan diitera

an pengetah

u bahasa ko

menganalisa

ahwa tegan

F dan kose

Wr

at melalui p

dengan m

igi yang dib

gaya bekerja

gi tersebut.

katan baru

ga tersebut

ng akan dian

ng banyak,

ari diketah

ion) dan ke

asi sampai s

huan matem

omputer.

a tegangan

ngan maksi

entrasi tega

KosentrasitPadafillet

proses

metode

bebani

a dan

yang

biasa

nalisa

yang

uinya

endala

semua

matika

pada

imum

angan

tegangan


G

2.6.3 Met

Adalah sa

pemusatan

tersebut. P

diagaram

percobaan

An

pemusatan

diberikan

setiap gari

batang ada

beri takika

yang jauh

Begitu gar

usahanya

tegangan i

Gambar

takikan (b

Gambar 2.8

tode Intuis

ngat pentin

n tegangan

Perasaan se

atau dala

n tak mungk

nalogi aliran

n tegangan

tegangan, d

is aliran dal

alah merata

an pada bata

h dari takika

ris garis i

mendekati

ini berbandi

2.9 Garis

b) dengan ta

8 Analisa te

if

g bagi peren

tersebut m

eperti ini ju

am menaks

kin dipakai.

n mungkin a

tersebut. G

dan gaya di

lam gambar

a, garis alira

ang untuk m

an tersebut

ini mendeka

bukan yan

ing lurus de

aliran dalam

kikan (Shig

egangan pad

ncanaan un

muncul dan

uga akan m

sir faktor

adalah satu

Gambar 2.9a

igambarkan

r tersebut m

an tersebut

menunjukka

akan berja

ati takikan,

ng terhamba

engan jumla

m menggam

gley, 2004)

da pelat met

ntuk mengem

n apa yang

membantu d

pemusatan

satunya c

a menunjuk

n seperti me

mewakili bes

jaraknya sa

an kenaikan

arak teratur

akan lebih

at tersebut.

ah lengkung

mbarkan pem

ode elemen

mbangkan s

g harus dila

dalam mera

tegangan

cara dalam m

kkan suatu b

engalir mela

sar gaya tert

ama. Pada g

tegangan. P

sama sepe

banyak me

Kepelikan

gan dari gari

musatan teg

n hingga

suatu rasa

akukan ata

amalkan K

apabila s

menggamb

batang rata

alui batang

tentu, dan k

gambar 2.9b

Pada penam

erti gambar

elengkung d

n dari pemu

is arus.

gangan (a)

akan

as hal

Kt dari

sarana

arkan

yang

. Jadi

karena

b kita

mpang

2.9a.

dalam

usatan

tanpa


Kegagalan

kegagalan

lain harus

Pada gam

yang rend

oleh peren

potongan

haruslah

haruslah s

sering san

Gambar 2

Perbaikan

2.7 Teor

Un

luar yang

Aspek a

tegangan d

Pe

pertimbag

berarti pro

n yang pali

n karena kel

duduk pad

mbar 2.10 di

dah maka jar

ncanaan ba

di bawah b

lebih dalam

sedikit lebih

ngat efektif d

2.10 Sebuah

n rencana un

ri Teori K

ntuk menga

g bekerja, a

aspek terse

dan reganga

mbahasan a

gan bahwa m

operti elastik

ing sering

lelahan dari

da suatu bah

tunjukkan b

ri jari kele

agian terseb

bahu (Gamb

m dari tak

h besar. Da

dalam meng

h poros berb

ntuk mengur

Kegagalan

aji kekuatan

akan memb

ebut adalah

an, tegangan

aspek diata

material sol

k adalah sam

terjadi pad

i poros. Ba

hu, dan pad

bentuk gari

engkungan

but. Kt yan

bar 2.10b).

kikan kedua

apat dilihat

gurangi pem

rbahu dalam

rangi besar

n suatu ma

butuhkan p

tegangan,

n teganga

as dikaji den

lid adalah k

ma untuk ke

da bagian m

antalan, roda

da dasar ba

is aliran. Un

r harus besa

ng lebih ke

Pada Gam

a, tetapi d

bahwa pem

musatan tega

m lenturan. (

pemusatan

aterial solid

pemahaman

regangan d

an utama dan

ngan menga

kontinue, ho

e segala ara

mesin yang

a gigi, dan

hu inilah ke

ntuk menda

ar, tetapi bi

cil dapat d

mbar 2.10d

iameter pa

motongan ta

angan.

(a) Perencan

(Shigley, 2

sebagai ak

terhadap b

dan pemind

n teori kega

ambil beber

omogen, dan

ah.

berputar a

bagian b

kegagalan te

apatkan har

iasanya r dib

dengan mem

takikan per

ada alas ta

ambahan ta

naan biasa;

2004).

kibat dari b

beberapa a

dahan, hubu

agalan.

erapa asums

n isotropis,

adalah

bagian

erjadi.

rga Kt

batasi

mbuat

rtama

kikan

kikan

(b-d)

beban

aspek.

ungan

si dan

yang


Ketika komponen dibebani maka akan terjadi tegangan unaksial, yang mana

tegangan dan kekuatan dapat langsung dibandingkan untuk menentukan faktor

keamanan, atau menyelidiki kapan komponen rusak. Metode ini dapat

digolongkan sederhana, karena hanya ada satu tegangan dan hanya ada satu nilai

kekuatan, apakah itu kekuatan luluh, kekuatan ultimate, kekuatan geser atau

lainya sebagai pendekatan.

Pada perancangan elemen mesin terdapat dua bentuk kegagalan yang

terjadi, yaitu Kegagalan Statis dan Kegagalan Dinamis.

2.7.1 Kegagalan Statis

Suatu beban statis adalah suatu gaya atau momen yang bekerja secara

diam pada suatu bagian mesin. Supaya diam, gaya atau momen tersebut haruslah

mempunyai besaran yang tidak berubah, titik tangkap tidak berubah, dan arahnya

tidak berubah. Suatu beban statis bisa berupa gaya tarik atau gaya tekan aksial,

beban geser, beban lentur, atau berupa gabungan dari beban tersebut.

Permasalahan akan bertambah kompleks jika tegangan adalah biaksial atau

triaksial. Dalam beberapa kasus ada tingkatan dari tegangan, tetapi hanya ada satu

kekuatan yang menentukan. Untuk menentukan kekuatan itu ada beberapa teori

yang umun dipergunakan yaitu : Teori Tegangan Normal Maksimum, Teori

Regangan Normal Maksimum, Teori Energi Distorsi Maksimum.

1. Teori Tegangan Normal Maksimum

Teori ini menyatakan bahwa setiap kombinasi tegangan yang

menghasilkan tegangan normal utama terbesar yang melebihi tegangan-batas yield

y akan menyebabkan komponen mengalami yield . Tegangan normal utama terbesar terjadi dalam sebuah komponen mesin

menentukan kekuatan komponen mesin. Jika tegangan-batas yield untuk tarik Syt

berbeda untuk tegangan-batas yield untuk tekan Syc , maka beberapa keadaan

tegangan dalam gambar 2.11 menunjukkan keadaan tegangan seperti yang

ditunjukkan oleh lingkaran Mohr yang tepat mengakibatkan komponen mesin

mengalami yield.


Gambar

menunjuk

(Harsokoe

tegangan

vertikal y

mengakiba

Re

keadaan te

2.11 Dia

kkan terjad

esoemo,199

Dari

yang sebag

yang mela

atkan komp

epresentasi

egangan dua

agram Mo

dinya yield

0).

gambar 2.

gian dari lin

alui Syt da

ponen meng

grafik yait

a dimensi d

ohr untuk

ld pada t

.11 dapat

ngkaran Mo

an Syc ad

galami yield

tu dari teor

diperlihatkan

beberapa

teori tegan

ditarik ke

ohr-nya terl

dalah keada

d.

ri tegangan

n pada gamb

kondisi

ngan norm

esimpulan

letak diluar

aan tegang

n normal m

bar 2.12

tegangan

mal maksi

bahwa kea

r dua buah

gan yang

maksimum u

yang

imum

adaan

garis

telah

untuk


Gambar

(Harsokoe

Pa

yang mem

dua dime

persamaan

Keadaan

keadaan te

empat.

Da

ternyata c

yang dalam

Syc masih

normal ma

21,

2.12 Teo

esoemo,199

ada diagram

mpunyai ko

ensi tersebu

n :

tegangan d

egangan pad

ari hasil pe

ocok untuk

m kenyataa

dapat ditah

aksimum te

2yx

ori teganga

0)

m di atas sua

ordinat 1, ut tadi. Ke

dua dimen

da gambar 2

ercobaan ter

k material y

annya harga

han oleh mat

rnyata tidak

2

2yx

an normal

atu keadaan

2, yaitu teedua tegan

nsi yang m

2.12 berupa

rnyata bahw

yang getas a

a tegangan

terial tanpa

k cocok unt

2yx

maksimu

n tegangan

egangan uta

ngan terseb

menyebabka

a sebuah titi

wa teori te

atau brittle

hidrostatik

yielding ata

uk material

m pada k

digambarka

ama dari ke

but dapat d

an kegagala

ik yang terle

egangan nor

kecuali kea

beberapa k

au patah.

yang ulet.

koordinat

an oleh satu

eadaan tega

dihitung de

an yield a

etak di luar

rmal maksi

adaan hidro

kali lipat SyTeori tega

1-2

u titik

angan

engan

adalah

r segi-

imum

ostatik

yt atau

angan


2. Te

Te

tegangan

geser bata

ditentukan

Pa

Mohr-nya

yang seba

bahwa ke

mengalam

Gambar

(Harsokoe

eori Tegang

eori teganga

dua dimen

as yield y n dari uji tar

ada gambar

a tepat men

agian dari li

eadaan tega

mi kegagalan

Gambar 2

2.14. Ilustr

esoemo,199

gan Geser M

an maksimu

nsi yang te

mengakiba

rik standar d

r 2.13 ditun

ngakibatkan

ingkaran M

angan dua

n yield.

2.13 Prinsip

rasi teori te

0)

Maksimum

um menyata

egangan ges

atkan kega

dan y = unjukkan tig

n keadaan y

Mohr-nya ter

dimensi t

p diagram M

egangan ges

m

akan bahwa

ser maksim

agalan yield

y . ga keadaan

yield. Kead

rletak di lua

tersebut tel

Mohr (Harso

ser maksim

a setiap kom

mumnya me

d. Besar te

n tegangan

daan tegang

ar garis seja

lah menyeb

okoesoemo,

mum pada k

mbinasi kea

elebihi tega

egangan yie

yang ling

gan dua dim

ajar menand

babkan ma

1990)

koordinat 1

adaan

angan

eld y

karan

mensi

dakan

aterial

1 - 2


Represent

yang ditun

3 buah pe

dalam arah

Gambar

Elemen or

(Harsokoe

maks 1

maks 1

maks 2

tasi teori teg

njukkan pad

ersamaan teg

h tegangan

2.15 Repr

riginal; (b) p

esoemo,199

y 22

22

13

22

232

gangan gese

da gambar 2

gangan ges

utama 1 >

esentasi ele

prinsip elem

0).

y

y

er maksimu

2.14. Segi-e

er maksimu

2 > 0 dan

emen dari

men; (c) bid

um pada dia

enam pada

um dan kea

3 = 0

keadaan t

dang 1-2; (d

agram 1 - gambar 2.1

adaan tegang

egangan pa

) bidang 1-3

2 adalah se14 diperoleh

ngan dua dim

ada titik O

3; (e) bidan

eperti

h dari

mensi

O. (a)

ng 2-3


Seketika :

Persamaan

dengan pe

Ka(2.12) dip

A Sy Ka

(2.12) men

A B Ka

persamaan

B -Sy

Gambar

dimensi pa

1maks

cara umum

n tegangan

ersamaan :

asus 1 : A eroleh yield

asus 2 : A njadi (Shigl

Syasus 3 : 0 n (2.12) men

2.16 Dia

ada titik O (

223 Sy

m teori teg

atau 1 - bidang un

B 0. d (Shigley, 2

0 B. Dley, 2004)

A B . njadi (Shigl

agram Moh

(Harsokoes

gangan ges

3 Syntuk setiap

Pada kasu

2004)

Disini, 1 =

untuk kasu

ley, 2004)

hr represent

oemo,1990

er maksim

kasus sesu

us ini, 1 =

= A dan 3

us ini, 1 =

tasi dari ti

)

um, memp

uai gambar

A = 0. Se

= B , sehi

= 0 dan 3 =

iga keadaan

prediksi yie

(

2.14, dipe

esuai persa

(

ingga persa

(

= B , seh

(

n tegangan

elding

(2.12)

eroleh

amaan

(2.13)

amaan

(2.14)

ingga

(2.15)

n tiga


Dari hasil percobaan ternyata bahwa teori tegangan geser maksimum cocok untuk

material yang liat atau ductile.

3. Teori Energi Distorsi Maksimum

Bersamaan dengan terjadinya tegangan dalam elemen volume terjadi juga

regangan dan energi regangan dalam elemen volume tersebut.

Pada elemen utama, tegangan dan regangan tersebut adalah :

1 , 2 dan 3 e1 , e2 dan e3

sedangkan energi regangan total persatuan volume adalah :

Yang ditulis sebagai berikut (Harsokoesoemo,1990) :

(2.16)

Keadaan tegangan utama 1 , 2 dan 3 dapat dianggap terdiri dari keadaan seperti pada gambar 2.17.

332211 21

21

21 eeeU

)()(21

32312123

22

21 EEU


Gambar

Ketiga teg

Dari hubu

yang ditim

(31 ave

(31 eeave

r 2.17 Teori

gangan pada

ungan tegang

mbulkan ole

321

)321 eee

umum dist

a keadaan te

gan-reganga

h ave adala

)3

torsi tegang

egangan per

an 1 = Ee1ah :

an maksimu

rtama masin

, 2 = Ee2 d

um (Harsok

ng-masing a

dan 3 = Ee

koesoemo,19

adalah :

e3 maka rega

990)

angan


Perubahan volume per satuan volume untuk keadaan tegangan (1 , 2 , 3) adalah (Harsokoesoemo,1990):

(2-17)

Atau, jika produk e1e2 , e1e3 , e2 e3 dan e1e2e3 diabaikan karena kecil dibandingkan

e1 , e2 dan e3 :

Perubahan volume per satuan volume pada keadaan tegangan (ave , ave , ave) adalah (Harsokoesoemo,1990) :

(2-18)

atau

Jadi ternyata ev = ev atau dengan kata lain perubahan volume persatuan

volume pada keadaan tegangan (ave , ave , ave) adalah sama dengan perubahan volume persatuan volume pada keadaaan tegangan (1 , 2 , 3). Kesimpulan selanjutnya ditarik bahwa keadaan tegangan (1 ave , 2 ave , 3 ave ) tidak disertai dengan perubahan volume , yang terjadi pada perubahan bentuk elemen

tanpa perubahan volume. Dengan kata lain hanya terjadi distorsi.

Perubahan volume per satuan volume pada keadaan tegangan (1 ave , 2 ave , 3 ave ) adalah :

(e1 eave ) + (e2 eave ) + (e3 eave ) = 0

zyx

zyxv ddd

ddddzedyedxee

)1()1()1( 321

321 eeeev

zyx

zyxaveaveavev ddd

ddddzedyedxee

)1()1()1(

aveaveaveavev eeeee 3

321321313 eeeeee


Energi total persatuan volume U dapat dianggap terdiri dari energi perubahan

volume persatuan volume UV dan energi distorsi per satuan volume Ud (Harsokoesoemo,1990):

U = UV + Ud

Ur = ave eave + ave eave + ave eave = ave ev (2-19)

Perubahan volume per satuan volume ev :

ev = (1 + 2 + 3)

yaitu dengan mensubtitusikan

e1 = (1 v2 - v3)

Ke dalam persamaan . Perubahan volume per satuan volume dapat

ditulis sebagai :

ev = ave

Energi distorsi per satuan volume adalah selisih antara U dan Ur :

Ud = U Ur

atau

Ud = (2-20)

Dengan mensubtitusi ke dalam persamaan (2-20)

diperoleh persamaan (2-21) (Harsokoesoemo,1990):

Ev21

E1

321 eeeev

Ev)21(3

2323121232221 )21(2321 aveEEE )(

31

321 ave


Ud =

Untuk kea

Ud =

Gambar

(Harsokoe

Te

yang men

akan meny

karena yie

Ud =

Ke

(Harsokoe

Ud =

atau

61

E

31

Ev

Ev

31

Ev

61

221

adaan uniak

2.18 Teg

esoemo,199

eori energi

nimbulkan e

yebabkan k

eld mempun

edaan teg

esoemo,199

221

1v

yv

v 221

322

ksial, maka :

gangan uni

0)

distorsi ma

energi distro

egagalan yi

nyai energi d

gangan um

0) :

322

32

32

:

iaksial rep

aksimum m

osi sama de

ield. Untuk

distrosi :

mum yan

132

132

221 2 y

presentasi d

menyatakan b

engan energ

keadaan teg

ng gagal

21

Ev

312

dari teori

bahwa kom

gi distrosi u

gangan unia

karena

y

(

energi di

mbinasi tega

uniaksial 1aksial yang

yield a

(2

2-21)

istorsi

angan

= y gagal

adalah

-22a)


Untuk kea

menjadi :

Persamaan

Gambar 2

koordinat

Perbandin

gambar 2.

2121

adaan tegan

n tersebut a

2.19 Teori

1 2 (Ha

ngan ketiga

20.

2222 y

ngan dua dim

dalah sebua

tegangan ge

arsokoesoem

teori kega

mensi 3 =

ah elips pad

eser maksim

mo,1990).

agalan dalam

0 , sehingg

da diagram

mum oktahe

m bidang

a energi dis

1 2

edral direpre

1 2 da

storsi maksi

(2

esentasikan

apat dilihat

imum

-22b)

n pada

pada


2.7.2 Keg

Beban di

menimbul

serat terte

mengalam

Kekuatan

pemberian

digambark

ditunjukka

jumlah si

tegangan

yang dip

maksimum

Gamba

agalan Din

inamis ada

lkan tegang

entu pada p

mi kedua teg

lelah sua

n beban s

kan dalam

an pada gam

iklus hingg

yang meny

etakan dap

m) dan minS

ar 2.20 Teo

namis

alah suatu

gan yang be

permukaan

gangan tarik

atu bahan

sampai terj

suatu ben

mbar 2.21. P

ga terjadi k

yebabkan te

pat berupa

(tegangan m

ori kegagalan

gaya yan

erfluktuasi a

poros yan

k dan tekan p

disusun d

jadi kegag

ntuk kurva

Pada kurva

kegagalan,

erjadinya p

a (tega

minimum).

aS

n (Harsoko

ng bekerja

antara bebe

ng berputar

pada setiap

dari serang

galan pada

S-N (Kur

a S-N, tegan

sedangkan

patah sempu

angan bola

Menurut D

esoemo,199

a pada ko

erapa harga.

diberi beb

putaran dar

gkaian per

siklus ter

rva Wohle

ngan (S) dip

n N adalah

urna benda

ak-balik),

Dieter (1986

90)

omponen m

. Misalnya

ban lentur,

ri poros ters

rcobaan de

ertentu, has

er) seperti

petakan terh

h jumlah s

a uji . Tega

(tega

6), nilai tega

maksS

mesin

suatu

akan

sebut.

engan

silnya

yang

hadap

siklus

angan

angan

angan


adalah teg

konsentras

Ga

F

Pada baja

mempuny

sedangkan

signifikan

sejalan den

Tegangan

ditentukan

dimana:

Sc = tegan

Mc = mom

Yc = jarak

perm

Izx = mom

dc = diame

Hu

sampai ter

zx

ccc I

YMS

gangan nom

si tegangan

ambar 2.21

Fatik (Collin

a, siklus (N

yai umur ta

n untuk log

n, memiliki

ngan bertam

pada spesim

n dengan rum

ngan pada ti

men pada tit

k maksimum

mukaan spesi

men inersia p

eter pada tit

ubungan ant

rjadi patah l

cY

minalnya de

.

1. Kurva S-

ns, pp. 375)

N) yang me

ak terhingg

am bukan b

kurva S-N

mbahnya jum

men di suat

mus berikut

tik c di perm

ik c akibat b

m dari titik p

imen

polar spesim

tik c spesim

tara kekuata

lelah sempu

engan demik

-N dari hasi

elampaui b

ga atau keg

besi (non fe

N dengan gr

mlah siklus

tu titik terten

t (shigley, 1

mukaan spe

beban pada

pusat spesim

men =

men

an spesime

urna adalah:

64 cd

kian tidak t

l pengujian

batas lelah

gagalan dip

ferrous) tida

radien yang

.

ntu dengan

1995):

esimen

spesimen

men ke arah

en akibat be

:

4c

terdapat pe

Metode Sta

(N > 107)

prediksi tida

ak terdapat

g turun sedi

tipe pembe

titik c pada

eban dengan

enyesuaian u

andar Uji

), baja dian

dak akan te

batas lelah

ikit demi se

ebanan canti

(

a

n jumlah pu

untuk

nggap

erjadi,

yang

edikit

ilever

2-23)

utaran


103 N 106 (2-24)

dimana :

Sf = Kekuatan lelah (MPa)

N = Jumlah siklus tegangan

Se = ka. kb. kd. ke. Se (Shigley, 1995)

dimana

Se = batas ketahanan (endurance limit) dari spesimen = 0,504 (Sut)

Sut = kekuatan tarik maksimum (MPa)

ka = faktor permukaan

kb = faktor ukuran

kd = faktor suhu

ke = faktor modifikasi terhadap pemusatan tegangan

Sebaliknya bila diketahui Sf dan N yang dicari, maka persamaan (2-24)

menghasilkan

103 N 106 (2-25) Kegagalan lelah disebabkan beban berulang (beban dinamis) atau perubahan

struktur permanen, terlokalisasi dan progresif yang terjadi pada bahan yang

dibebani dengan tegangan/regangan fluktuasi yang dapat mengakibatkan retak

atau patahan setelah jumlah siklus tertentu. Sedangkan yang menyebabkan

kegagalan lelah adalah tegangan tarik maksimum yang cukup tinggi, variasi atau

fluktuasi tegangan yang cukup besar, dan siklus penerapan tegangan yang cukup

besar.

Tegangan berulang yang menyebabkan kelelahan digambarkan berbentuk

sinusoidal antara tegangan maksimum dan minimum, tegangan tarik dianggap

bCf NS 10

e

ut

SSb 8.0log

31

e

ut

SSC

28.0log

bf

bC SN /1/10


positif dan

tegangan

tegangan t

2.8 Pemb

Pada gam

pada susun

G

Dengan uDalam per

n tegangan

maksimum

tekan sepert

Gambar 2

buatan Kur

mbar 2.23 di

nan sumbu

Gambar 2.

u = Sut meru

rhitungan

tekan dian

dan minim

ti yang ditun

2.22 Siklus

rva S N U

ijelaskan pe

log log.

.23 Pembua

upakan keku

n = Se seper

nggap nega

mum tidak

unjukkan pad

tegangan le

Untuk Elem

embuatan k

atan kurva S

uatan lelah

rti yang tela

atif. Pada ti

sama, tega

da gambar 2

elah (Hertzb

men Mesin B

kurva S N

S N (Harso

spesimen st

ah dijelaskan

ipe pembeb

ngan tarik

2.22.

berg, R.W.,

Baja

N untuk ele

okoesoemo,

tandar baja,

n pada pasa

banan canti

lebih besar

1996)

emen mesin

,1990).

u = 0,8 Sutal 2.7.2.

lever,

r dari

n baja

t .


2.9 Fakt

Faktor-fak

atau keku

kelelahan

tegangan

kekuatan

kosentrasi

a. Faktor

Gamba

Faktor per

perngerjaa

worm scr

akhir deng

b. Faktor

Pe

pengaruh

digunakan

tor-Faktor

ktor yang m

uatan lelah

bahan, ko

kombinasi

lelah pada

i tegangan .

Permukaa

ar 2.24 Fak

rmukaan kaan akhir da

rew press m

gan mesin.

r Ukuran

ngaruh ini k

ukuran (si

n dengan pe

Yang Mem

mempengar

h yaitu tip

omposisi k

i. Faktor y

skripsi ini

an

tor modifik

a (dapat dil

an kekuatan

menggunaka

karena ukur

ize effect).

rsamaan 2-2

mpengaruhi

ruhi atau ce

pe pembeba

kimia bahan

yang mem

adalah fak

kasi pengerja

lihat pada g

n tarik dari

an bahan C

ran, bentuk

Penentuan

26 berikut (

i Kekuatan

endrung m

anan, putar

n, tegangan

mpengaruhi

ktor permuk

aan akhir un

gambar 2.24

suatu bend

Cast Carbon

dan metod

n faktor uk

(R. Kuguel,

n Lelah

engubah ko

ran, konsen

n-tegangan

dan cendr

kaan, fakto

ntuk baja (S

4) tergantun

da. Pada sk

n Steel den

e pembeban

kuran kb un

1961) :

ondisi kele

ntrasi tega

sisa, suhu

rung meng

or ukuran, f

Shigley, 199

ng pada ku

kripsi ini b

ngan penge

nan yang di

ntuk baja

elahan

angan,

u dan

gubah

faktor

95)

ualitas

bahwa

erjaan

isebut

dapat


(2-26)

Untuk poros berongga d diperoleh dengan :

d =

c. Faktor Suhu

Suhu mempengaruhi sifat mekanis dari bahan dan bahwa adanya suatu

tegangan statis atau rata rata juga menyebabkan perubahan perlahan lahan

dalam bahan tersebut. Faktor pengaruh suhu kd terhadap baja dapat dilihat pada

persamaan 2-27 berikut (Shigley, 1995):

(2-27)

d. Pengaruh Kosentrasi Tegangan

Hampir semua bagian mesin mempunyai lobang, alur, takikan, atau

ketidak mulusan lainnya mengubah distribusi tegangan yang menyebabkan

kosentrasi tegangan pada daerah tertentu.

Kosentrasi tegangan harus dipertimbangkan bila diberi beban lelah. Dalam

kondisi ini, ternyata bahwa beberapa bahan tidak terlalu peka terhadap adanya

takikan, sehingga tidak perlu memakai harga faktor kosentrasi tegangan teoritis

secara penuh. Maka untuk bahan yang seperti ini dipakai harga Kt yang dikurangi.

Faktor yang dihasilkan dinyatakan dengan persamaan :

Dimana Kt biasa disebut dengan faktor kelelahan pemusatan-tegangan

(fatigue stress-concentraction factor).

Besar kepekaan takikan (Notch sensitivity) q dinyatakan dengan

persamaan :

mmdmmd

mmdorindkb 2508189,1

83,01097,0

)( 22 pp dD

CTFTCTCT

FCTkd

003

003

00

550840)450()10(2,31550450)450()10(8,51

)840(4500,1

bertakikpercobaanbentukketahananbatastakikanbebaspercobaanbendaketahananbatas

K f


Ap

terhadap t

mempuny

Pa

untuk bah

Gambar

tempa yan

11

t

f

KK

q

pabila harg

takikan sam

yai kepekaan

ada gambar

an baja dan

2.25 Grafi

ng diberi beb

11

a q = 0, K

ma sekali,

n penuh.

2.25 dan 2.2

n aluminium

ik kepekaan

ban aksial b

Kf = 1, da

tetapi kala

26 diperliha

m campuran.

n takikan u

bolak balik

an bahan ti

au q = 1,

atkan grafik

.

untuk baja

(Shigley, 19

idak memp

maka Kf =

k kepekaan

dan alumi

995).

(

punyai kepe

= Kt dan b

terhadap ta

inium camp

2-28)

ekaan

bahan

kikan

puran


Gambar 2

balik (Shig

2.10 Mek

Adap

2.27. Bro

digester s

pengempa

Proses pe

sedangkan

pengempa

2.26 Grafik

gley, 1995)

kanisme Ke

pun mekani

ondolan yan

sudah berup

aan (mesin

emisahan m

n dari arah

aan berlangs

Gam

k kepekaan

.

erja Mesin

isme kerja d

ng telah men

pa bubur.

screw pres

minyak terja

h berlawana

sung air pan

bar 2.27 M

takikan unt

Screw pres

dari mesin

ngalami pen

Hasil caca

ss) yang be

adi akibat p

an tertahan

nas 900C dit

Mekanisme k

tuk bahan y

ss

screw press

ncacahan da

ahan terseb

erada persis

putaran scr

n oleh slin

tambahkan

kerja mesin

yang diberi

s dapat dilih

an keluar da

ut langsung

si dibagian

rew mendes

nding cone.

ke dalam sc

screw press

puntiran bo

hat pada ga

ari bagian b

g masuk ke

bawah dig

sak bubur

Selama p

crew press.

s

olak

ambar

bawah

e alat

gester.

buah,

proses


Hal ini bertujuan untuk pengenceran (dillution) sehingga massa bubur buah

yang dikempa tidak terlalu rapat. Proses pengempaan akan menghasilkan minyak

kasar dan ampas.


Documents

Chapter II(2)