perencanaan pintu air outlet revisi
DESCRIPTION
Manuskrip ini menampilkan perhitungan perencanaan pintu air dengan material baja dan penggerak motor listrikTRANSCRIPT
Perencanaan Pintu Air Outlet
Tipe double leaf vertical lift gate
Elevasi muka air rencana = +10,00
Elevasi ambang = +7,00
Tinggi pintu atas = 3 meter
Lebar bentang antar roda (Ss) = 4,64 meter
Lebar bentang antar seal (Br) = 4,24 meter
Tegangan lentur ijin () = 118 MPa (1200 kgf/cm2)
Tegangan geser ijin () = 69 MPa (700 kgf/cm2)
Perencanaan balok pintu inlet bawah
Elevasi tepi atas = +11,000
Elevasi tepi bawah = +7,000
No. Balok
posisi balok dari tepi atas pintu (m)
Posisi di bawah muka
air (m)
Tekanan air (kN/m2)
A 0.000 0.000 -
B 1.155 1.155 11,328
C 2.111 2.111 20,712
D 2.734 2.734 26,821
Resume gaya yang bekerja pada balok:
Balok Komponen gaya (kN) Total (kN)
A PwA 9.2
B PwB1 18.5
PwB2 29.3
PwB 47.8
C PwC1 35.7
PwC2 30.0
PwC 65.7
D PwD1 32.7
PwD2 31.7
PwD 64.4
Jumlah 187.17
Rincian gaya yang bekerja pada balok:
Balok Komponen gaya (kN) Total (kN)
A PwA
2,9
24,46
155,1328,1102
6
2
BrLPBPA AB
9,2
B
PwB1
5,18
24,46
155,1328,1120
6
2
BrLPBPA AB
47,8
PwB2
3,29
24,46
957,0712,20328,112
6
2
BrLPCPB BC
C
PwC1
7,35
24,46
957,0)712,202328,11(
6
2
BrLPCPB BC
65,7
PwC2
30
24,46
623,0821,26712,202
6
2
BrLPDPC CD
D
PwD1
7,32
24,46
623,0821,262712,20
6
2
BrLPDPC CD
64,4
PwD2
7,31
2
266,043,2982,26
2
DELPEPD
Jumlah (kN) 187,17
Persamaan properti penampang:
( )( )
Karakteristik Penampang Balok:
Tipe Kondisi Tinggi Lebar Badan Sayap I Z Aw
mm mm mm mm mm^4 mm^3 mm^2
C Tanpa Korosi 300 90 9 9 51126066 340840 2700
Setelah korosi 298 88 7 7 39448789.33 264757 2086
H Tanpa Korosi 300 300 10 15 199327500 1328850 3000
Setelah korosi 298 298 8 13 170857708 1146696 2384
Momen lentur () dan tegangan geser ()
( )
Persamaan gaya geser dan tegangan geser,
Ss = 464 cm
Br = 424 cm
w
Persamaan Lendutan:
(
)
Balok Tipe profil W Br Ss M S Z /Ss
kN/m m m kN.m kN mm3 kN/m2 kN/m2 m
A C 2.2 4.24 4.64 5.82 4.62 264757 21.995 2.22 0.002 0.0003
B H 11.3 4.24 4.64 30.12 23.90 1146696 26.263 10.03 0.002 0.0004
C H 15.5 4.24 4.64 41.39 32.85 1146696 36.091 13.78 0.003 0.0006
D H 15.2 4.24 4.64 40.60 32.22 1146696 35.403 13.51 0.003 0.0006
Pemeriksaan: ijin (MPa) = 118 , ijin (MPa) = 69, /Ss max = 0,00125
Perhitungan Pelat
Tegangan lentur pada pelat dihitung dengan persamaan:
Lendutan pada pelat:
Di mana:
= tegangan, N/m2
K = koefisien yang merupakan rasio dari tinggi terhadap lebar segmen plat,
P = rerata tekanan hidrostatis pada segmen plat yang ditinjau N/m2,
a = lebar skin plate, m
t = tebal skin plate, m
f = lendutan pada pelat, m
E = modulus elastisitas, N/m2
Pemeriksaan Tegangan lentur Seksi a b b/a K p t Check
m m N/m2 m Pa MPa
A 1.000 1.155 1.15 45.96 5664 0.010 26033119 26.03 < ijin, OK
B 0.957 1.000 1.05 32.61 16020 0.010 47797443 47.80 < ijin, OK
C 0.623 1.000 1.61 32.13 23766 0.010 29609847 29.61 < ijin, OK
Pemeriksaan Defleksi
Seksi a b b/a p E f
m m
N/m2 MPa m mm
A 1.000 1.155 1.15 0.018 5664 206000 4.86E-04 0.486
B 0.957 1.000 1.05 0.015 16020 206000 9.72E-04 0.972
C 0.623 1.000 1.61 0.025 23766 206000 4.36E-04 0.436
Nilai p pada tabel di atas diperoleh dari nilai rata-rata tekanan hidrostatik yang bekerja
pada segmen plat A, B dan C, sebagaimana berikut:
2
21 /664,5155,10100081,92
1
2
1mkNHHp AAA
2
21 /020,16111,2155,1100081,92
1
2
1mkNHHp BBB
2
21 /766,23734,2111,2100081,92
1
2
1mkNHHp CCC
Balok Tegak
Material JIS G301, SS460. Dimensi: Tinggi = 200 mm, tebal = 8 mm.
Perhitungan momen dan tegangan lentur,
( )
Perhitungan gaya geser dan tegangan geser,
(
)
Seksi p l m M Zs S As
Check
Check
N/m2 m m Nm m3 kN/m2 N m2 kN/m2
A 5664 1 1 0.083 5.333E-05 1.563 354 0.0016 885 OK OK
B 16020 0.957 1 0.0797 5.33E-05 1.495 916 0.0016 2.290 OK OK
C 23766 0.623 1 0.0519 5.33E-05 0.973 576 0.0016 1.440 OK OK
Nilai yang diijinkan 117.720 kN/m2 68.670 kN/m2
Perhitungan Roda:
Momen terhadap R2 =0
0 = (PA x2,25) - R1x1,5 + PB x (2.25-1,155) + PCx(2,25-2,111) - PD x (0,7500-0,266)
0 = (PA x2,25) - (R1x1,5) + (PB x 1,095) + (PCx0,139) -(PD x 0,484)
R1 =[ (4,62x2,25)+(23,90x1,095)+ (32,8*0,139)-(32,2x0,484)]/2,0
R1 = 25.54/1.5 = 17,03 kN
R2 = (PA + PB + PC + PD) – R1
=( 4.62 + 23.90 + 32.8 + 32.2 ) – 17,03
= 93,52 – 17,03
R2 = 76,49 kN
Kekuatan Roda Utama
As pangkal roda
Material SUS 304 adm= 103.986 kN/m2
Beban Roda, W = 76,49 kN
E = 206.000 MPa
Tebal roda, B = 10 cm
Diameter Roda, D = 22 cm
Jari-jari roda, R = 11 cm
SF = 1.3
Material S.45C , HB200
HB = 200 kgf/cm2
= 19620 KN/m2
Allowable contact stress = 754.615 kN/m2
Contact stress = 500.505 kN/m2, OK.
Gambar sketsa roda utama (satuan: mm)
# Momen lentur maksimum
Mb = 76,49 x 0,0525 = 4.02kNm
# Diameter as pada pangkal roda
√
√
d = 0.073 m
digunakan d = 8 cm
# Momen tahanan
Zx = 0.0000503 m3
# Tahanan lentur
b = 79.961 kN/m2 < 103.986 kN/m2 ( OK )
Perhitungan As Roda
# Momen lentur maksimum
Mb = 76,49 x 0,04 = 3,06 kNm
# Diameter as pada pangkal roda
√
√
d = 0.067 m
digunakan d =7 cm
# Momen tahanan
Zx = 0.0000337 m3
# Tahanan lentur
b = 90,940 kN/m2 < 103.986 kN/m2 ( OK )
Guide Frame
Material : JIS G.3101, SS400
Bentuk Tinggi (mm) Lebar (mm) Badan (mm) Sayap (mm)
H beam 200 200 10 12
Ix 42219069.44 mm4
Zx 422190.6944 mm3
Aw 2000 mm2
√
K = 364,702 kN/m2
a = 0,79 m
M = 11,30 kNm
Tegangan lentur dan tegangan geser
= 24.035 kN/m2 < 117,720 kN/m^2 OK
= 38.278 kN/m2 < 68,670 kN/m^2 OK
Tebal plat landasan roda
Tebal pelat landasan roda dapat dihitung dengan persamaan berikut:
√
√
C = 0.0010 m
Dimana
W = gaya pada roda
B = lebar roda
R = jari-jari roda
Z = 0,78 x C = 0,78 x 0,001 = 0.0008 m
a = 6 x Z = 6 x 0.00076 = 0,045 m
E = modulus elastisitas
# Tegangan pada Web guideframe
P = 76,56 kN
bp = 0.042 m
tw = 0.02 m
b = 91.262 kN/m2 < 176.580 kN/m2 , OK
# Tegangan pada flange guideframe
Mr = 1,842 kN
r = 75.980 kN/m2 176.580 kN/m2 OK
Tegangan pada beton
L 1 = 18 mm
L 2 = 27 mm
L = 45 mm
= 162 kN/m2 < 588.6 kN/m2 , OK
Tabel Berat Pintu
No. Komponen Panjang
(m) Lebar (m)
Tebal (m) Jumlah
Berat satuan (kN),
(kN/m3) Berat (kN)
1 Balok utama 4 4 36.93 590.95
2 Balok tepi 3 2 52.55 105.09
3 Balok tegak 3 0.2 0.008 3 7850 113.04
4 Skin plate 3 4 0.012 1 7850 1130.40
5 Plat dudukan 3 0.05 0.033 2 7850 77.72
6 Plat penjepit karet tepi 3 0.06 0.006 2 7850 16.96
7 Plat penjepit karet atas 4 0.06 0.006 1 7850 11.30
8 Plat penjepit karet bawah 4 0.08 0.006 1 7850 15.07
9 Plat dudukan karet tepi 3 0.08 0.006 2 7850 22.61
10 Plat dudukan karet atas 4 0.08 0.006 1 7850 15.07
11 Support seal bawah 4 0.02 0.02 1 7850 12.56
12 Side seal 3 0.1 0.03 2 1500 27.00
13 Top seal 4 0.1 0.03 1 1500 18.00
14 Bottom seal 4 0.1 0.01 1 1500 6.00
15 Baut mur 15.00
16 Drat stang 5 2 30.35 303.50
17 Roda utama dan shaft 4 30 120.00
Total bersih 2.600
Tambahan 5% 130
Total (kg)
2.730
Total (kN)
26.78
Berat pintu, F1
F1 = 27 kN = 2.730 kg
Gaya gesek karet seal, F2
( )xElr
Koefisien gesek karet seal dan logam
m1, naik = 1,5
m1. turun = 0,7
q, awal kompresi karet = 0,981
p, tekanan air rata-rata pada karet seal = 39,24 kN
b, lebar karet permukaan seal = 0,03
Elr, panjang karet seal = 2 x 3 = 6m
F2, Pengangkatan pintu = 19,42 kN
F2, Penurunan pintu = 9.06 kN
Gaya gesek pada roda utama, F3
( )
m1, rolling = 0,1
m2, sliding:
m2, pengangkatan = 0,2
m2, penurunan = 0,1
R, jejari roda = 11 cm
Jejari as roda = 7 cm
Beban hidrostatik pada pintu 187.17 kN
F3 angkat 25.5 kN
F3 turun 13.6 kN
Beban pada alat angkat:
Beban Pengangkatan Penurunan
F1 (kN) 26.8 27
F2 (kN) 19.4 -9.06
F3 (kN) 25.5 -13.6
F total (kN) 71.73 4.107
Perhitungan Motor Penggerak
Elevasi muka air = + 10
Elevasi dasar pintu = +7
Elevasi sisi atas pintu = +10
Elevasi lantai kerja = +15
Elevasi poros aktuator = +16
Head = 3 m
Tinggi angkat = 3m
Poros aktuator - dasar = 9m
Panjang spindle = 6,3 m
Tipe Elektrik double spindle
Jumlah 2
Bahan SUS 304
Diameter nominal = 75 mm
Diameter efektif = 69.75 mm
Root diameter = 64.5 mm
Pitch per inch = 2.5 mm
Pitch of screw = 10.16 mm
# Torsi pada spindle saat operasi normal
( )
( )
P = 35.9 kN
Sudut ulir, a = 29
Faktor koreksi, q = 0.97
Diameter dalam, d1 = 64.5 mm
Koefisien geser, m = 0.2
Jarak ulir, L = 10 mm
Torsi operasi normal = 299.1 kNmm
# Motor penggerak
Putaran nut-spindle
Kecepatan operasi, V = 300 mm/menit
Jarak ulir, L = 10 mm
Putaran nut-spindle, N = 30 rpm
# Output motor
Beban operasi, P = 71.73 kN
Beban operasi, P = 7.31 tf
Kecepatan operasi, V = 0.3 m/menit
Efisiensi worm gear = 0.5
Efisiensi spindle = 0.3
Efisiensi bevel gear = 0.95
Efisiensi total = 0.1425
Output motor = 2.52 kW
Digunakan = 3.00 kW
# Torsi motor
Putaran motor, n 1400 rpm
Tm = 208,71 kgf-cm = 20,47 kNm
# Spindle
Torsi maksimum pada spindle saat turun
( )
i, (n spindle/ n motor) 0.02
1/I = 46.67
Td = 14610 kgf-cm = 1.43 kNm
Gaya maksimum pada spindle saat turun
( ( )
( ))
Pd 1752.06 kgf
Panjang kritis spindle
Momen inersia, I 84.95887584 cm4
Modulus Young, E 2100000 kgf-cm2
Jumlah spindle 2
Lo^2 = 4020124.399
Lo = 2005.02 cm
Resume Rencana Pintu Outlet:
Elevasi Roda
Elevasi muka air m 10.000 Roda per sisi buah 2
Elevasi ambang m 7.00 Jarak roda dari tepi atas pintu:
Roda pertama m 0.75
Ukuran pintu Roda kedua m 2.25
Bentang antar roda (Ss) m 4.6 Diameter mm 220
Bentang antar seal, (Br) m 4.2 Lebar mm 100
Tinggi pintu m 3.00 As pangkal roda mm 80
Balok Horizontal As roda mm 70
Banyak balok horizontal buah 4 Balok Tepi
Profil balok ke 1 (tepi atas) C Bentuk profil C
Tinggi mm 300 Tinggi mm 300
Lebar mm 90 Lebar mm 90
Tebal mm 8 Badan mm 9
Profil balok ke 2, 3 dan 4 H
Tinggi mm 300
Lebar mm 300 Guide Frame
Badan (Web) mm 10 Bentuk H
Sayap (Flange) mm 10 Tinggi mm 200
Skin Plate Lebar mm 200
Tebal skin plate mm 12 Badan mm 10
Balok tegak Sayap mm 12
Lebar mm 200 Motor penggerak
Tebal mm 8 Daya motor kW 3.00