Mechanical Engineering ( Perencanaan Daya Hidraulic )

PERHITUNGAN PERENCANAAN

DAYA HIDROULIK

   4 .1.  KALKULASI PERENCANAAN DAYA BOOM

4.1.2 . Perhitungan Kekuatan batang silinder hydroulic terhadap buckling

            K =  ² . E .l

           L²

E = Modulus young : 2.10⁵ Mpa

L = Stroke ( untuk kasus ini , L: 2 x l )

l = 1000mm

K = F/N

 N = Safety factor ( 2 )

K = Gaya buckling

                                                                                  

                        K =  985.960 N                                  

            I =  1 .  .D⁴

                 64

            I =  1 .  .D⁴

                 64

            I =  1 .3,14 .85⁴

                           64

           

            I = 2.561.093,16 mm⁴

           

            Dari perhitungan di atas diameter rod di rencanakan  85 mm

            dan ,Diameter piston = 120 mm

4.1.3. Luas penampang Cylinder

A = /4 . ( D )²

A = /4 . ( 120 )²                                                                      11.304 mm²  

4.1.4. Pressure  / tekanan saat terjadi  pengangkatan

Diketahui : F = 492.980 N

P = F/A

P =492.980   /   11.304 mm²                                   43,61 N.mm^-2

P = 436,1 bar                                                                                       

4.1.5 . Perhitungan   tebal  dinding Cylinder

            Diameter Rod                                                 : 85 mm 

            Diameter Piston                                              : 120 mm = r₁ = 60 mm

            Diameter Luar tabung cylinder                       : 150 mm  = rₒ = 75 mm

            Persamaan =  σᵣ = P . r₁²   .  ( 1 -  rₒ² )  untuk τᵣ max  r = r₁

                                    rₒ² - r₁²           r²

                               σt =  P . r₁²   .  ( 1 + rₒ² )  untuk τᵣ max  r = r₁

                                          rₒ² - r₁²          r²

            σᵣ = Tegangan Radial Normal

            σ_t= Tengangan Singgung Normal

           

            σᵣ = 2,5 . 85²     .    ( 1 - 75² )

                      75² - 60²           60²

            σᵣ = - 43,61 N/mm²

             

           

            σ_t = 43,61 . 60²     .    ( 1 + 75² )

                      75² - 60²                  60²

            σ_t = 198,67 N/mm²

            τ_max  = σ_{t max}  - σ_{r max} 

                                   2

            τ_max  = 198,67 N/mm² - (-43,61 N/mm² )

                                           2

            τ_max  = 121,139 N/mm²                                                       

           

            τ_max  = 121,139 Mpa     

4.1.6. Perhitungan Volume Oli  yang diperlukan silinder hydroulic saat

          pengangkatan

            V = A . S

            A = luas penampang piston = 11.304 mm²

            S = stroke misal adalah 1000 mm

            V = 11.304 mm² . 1000 mm

            V = 11.304.000 mm³

            V = 11,304 liter

4.1.7. Perhitungan debit aliran yang di butuhkan saat silinder hydroulic bekerja

            Dimana kecepatan naik / turun badan pengangkat = 5 cm/s

            V_hidroulic  = ½ . Vbadan pengangkat

            V_hidroulic  = 1/2 . 5

            V_hidroulic  = 2,5 cm/s

            V_hidroulic  = 150 cm / menit

            Qact =  V . A

            Dimana:

           

            Qact   :  debit aliran  cm³ /s

            V        : kecepatan Hydroulic cm/ s

            A        : luas penampang pston (113,04 cm² )

            Qact =  2,5 cm/s  . 113,04 cm²

           

            Qact =  16956 cm³ /s

           

           

            Qact =  16956 cm³ /menit     = 16,956 liter / menit

4.1.8. Perhitungan Head pompa

·         Tekanan yang di butuhkan                  : 436,1 bar

·         Aliran Fluida yang di butuhkan          :16,956 liter / menit

Fluida hydroulic yang digunakan pada sistem hydroulic ini adalah standart hydoulic oil dengan data sbb:

·         Specify gravity                                   : 0,88

·         Berat jenis oil = 0,88 . 999 kg /m³      : 879,12 kg / m³

·         Oil Viskosity                                      : 4,6 . 10^-5 m³/s

           

            Rumus yang di gunakan:

           

            Head loss pada suction

            V =     4Q                   Q = debit aliran saat piston naik = 3,068 . 10¯⁴ m³/s

                      π . D²                 D = dimeter hose 1,5''= 0,0381 m

           

            V =  4 . 3,068 . 10¯⁴ m³/s

                        3,14 . 0,0381²

            V = 0,269 m/s

            Re =  V . D

                        ϒ

            Re = 0,269 m/s . 0,0381 m

                        4,6 . 10¯⁵ m³/s

            Re = 222,90 ≤ 2300                                   aliran laminar

4.1.9. Perhitungan faktor kerugian

ƒ =  64

      Re

ƒ =     64

       222,0

ƒ =   0,29

                                                                                              

4.1.10. Head Loss

H_{L mayor} = f . ( V₂)². L/D           ( rumus dari U.petra surabaya )

                            2

H_{L mayor} = 0,29 . ( 0,269 m/s )² .               2 m                                           0,55 m    

                               2                       ( 0,0381 m )

 H_{L minor} = k . ( V₂)² +( f . ( V₂)². L/D )

                        2                       2

H_{L minor} =   ( 0,5 . 0,269² ) + 0,29 . ( 3 . 30 m/s )²   . 0,269² + 2,756 .10⁵        

                            2                              0,0381              2        879,12 . 9,81                                                                                                                   

H_L = 131,118 m  

H_{loss total} = 0,55 + 131,118

H_{loss total} = 131,668 m

H_e = P2 - P1  +  V₂² - V²₁    + ( Z₁ - Z₂ ) + h_lt

             f. g             2.g 

H_e = ( 436,1 - 1,013 ) .10⁵  +  0,269²   + ( 91 - 0,278 ) + 131,668

             879,12. 9,81                 2.9,81

 H_e = 5.044,97 + 0,0037 + 222,39

H_e = 5.267,36 m

4.1.11. Daya motor

 Dimana  ϒ = ρ . g

            HHP = H_e .ϒ . Q

           

            HHP = 5.267,36 m .( 879,12 kg / m³  . 9,81 m.s^-2   ) .   3,068 . 10^-4 m³/s

            HHP = 13.936,88 W

            HHP = 13,94 kW    

            HHP = 18,7 Pk

            HHP = 19 Pk

           

4.1.12. Daya motor yang di gunakan berdasarkan daya pompa dibagi dengan

            efisiensi motor

P_m = HHP

           η_m

 HHP = 13,94 kW

  η_m      = 85%

P_m = 13,94 kW

         0,85

P_m = 22 Pk

            Jadi daya yang di butuhkan untuk 2 hidroulik Boom sebesar 22 - 25 Pk

4.1.13.Perhitungan dimensi Reservoar

            V reservoar ditentukan dari 3 kali debit aliran yang di butuhkan ditambah dengan perendaman udara 10 %

            V = ( 3 . Q ) + ( 3 . Q .0,1 )

            V = Volume reservoar ( liter )

            Q = debit aliran pompa hidrolik  : 16,95 liter   ( 17 liter )

            V = ( 3 .17 ) + ( 3. 17 . 0,1 )

            V = 56,1 liter

            V = 56100 cm³ 

Dimensi dapat di tentukan  yaitu dengan panjang 40 cm , Lebar 40 cm ,dan tinggi 36 cm

4.1.14. Perhitungan Volume oil reservoar

               Volume oil reservoar adalah oli yang dibutuhkan oleh sistem .Volume oil pada       reservoar  di hitung dari 3 kali debit aliran yang di butuhkan :

               Rumus    V = 3 x Q

                               V = 3 . 17

                               V = 51 liter

4.2. KALKULASI  ARM  HIDROULIK

            Diketahui       : Bore ( diameter piston )       = 135 mm

                                       Rod Diameter                     = 95 mm

4.2.1.Perhitungan Kekuatan batang silinder hydroulic terhadap buckling

            K =  ² . E .l

           L²

E = Modulus young : 2.10⁵ Mpa

L = Stroke ( untuk kasus ini , L: 2 x l )

l = 1000mm

K = F/N

 N = Safety factor ( 2 )

K = Gaya buckling

                                                                                  

                        K =  985.960 N

           

                                               

            I =  1 .  .D⁴

                 64

            I =  1 .  .D⁴

                 64

            I =  1 .3,14 .95⁴

                           64

           

            I = 3.996.171,3 mm⁴

           

            Dari perhitungan di atas diameter rod di rencanakan  95 mm

            Dan ,Diameter piston = 135 mm

4.2.2. Luas penampang Cylinder

A = /4 . ( D )²

A = /4 . ( 135 )²                                                                      14.306,625 mm²       

4.2.3. Pressure  / tekanan saat terjadi  pengangkatan

Dimana : F = 223.300 N

P = F/A

P =223.300   /   14.306,625 mm²                            15,608 N.mm^-2

P = 156,08 bar                                                                                   

4.2.4 Perhitungan   tebal  dinding Cylinder

            Diameter Rod                                                 : 95 mm 

            Diameter Piston                                              : 135 mm = r₁ = 67,5 mm

            Diameter Luar tabung cylinder                       : 160 mm  = rₒ = 80 mm

            Persamaan =  σᵣ = P . r₁²   .  ( 1 -  rₒ² )  untuk τᵣ max  r = r₁

                                    rₒ² - r₁²           r²

                               σt =  P . r₁²   .  ( 1 + rₒ² )  untuk τᵣ max  r = r₁

                                        rₒ² - r₁²          r²

            σᵣ = Tegangan Radial Normal

            σ_t= Tengangan Singgung Normal

           

            σᵣ = 15,608 . 67.5²     .    ( 1 - 80² )

                      80² - 67,5²                 67,5²

            σᵣ = - 15,62 N/mm²

           

            σ_t = 15,608 . 67,5²     .    ( 1 + 80² )

                      80² - 67,5²                  67,5²

            σ_t = 92,76 N/mm²

          τ_max  = σt max  - σr max 

                                   2

            τ_max  = 92,76 N/mm² - (-15,62 N/mm² )

                                           2

            τ_max  = 54,19 N/mm²                                                            

           

            τ_max  = 54,19 Mpa  

            Ʈ_yp   = 402 N.mm^-2

            Ʈ_yp   = 402 N.mm^-2 . 0,58

                                    2

            Ʈ_yp   = 116,58 N.mm^-2

           

            Ʈ_max  ≤ I Ʈ_yp I

           

            54,19 N/mm²    ≤   116,58 N.mm^-2

4.2.5. Perhitungan Volume Oli  yang diperlukan silinder hydroulic saat

          pengangkatan

            V = A . S

            A = luas penampang piston = 14.306,625 mm²

            S = stroke misal adalah 1000 mm

            V = 14.306,625 mm² . 1000 mm

            V = 14.306.625 mm³

            V = 14,307 liter

4.2.6. Perhitungan debit aliran yang di butuhkan saat silinder hydroulic bekerja

            Dimana kecepatan naik / turun badan pengangkat = 5 cm/s

            V_hidroulic  = ½ . Vbadan pengangkat

            V_hidroulic  = 1/2 . 5

            V_hidroulic  = 2,5 cm/s

            V_hidroulic  = 150 cm / menit

            Qact =  V . A

            Dimana:

           

            Qact   :  debit aliran  cm³ /s

            V        : kecepatan Hydroulic cm/ s

            A         : luas penampang piston (143,066 cm² )

            Qact =  2,5 cm/s  . 143,066 cm²

           

            Qact =  357.665 cm³ /s

           

            Qact =  21459,9 cm³ /menit     = 21,460 liter / menit

4.2.7. Perhitungan Head pompa

·         Tekanan yang di butuhkan                  : 156,08 bar

·         Aliran Fluida yang di butuhkan          :21,460 liter / menit

Fluida hydroulic yang digunakan pada sistem hydroulic ini adalah standart hydoulic oil dengan data sbb:

·         Specify gravity                                   : 0,88

·         Berat jenis oil = 0,88 . 999 kg /m³      : 879,12 kg / m³

·         Oil Viskosity                                      : 4,6 . 10^-5 m³/s

           

            Rumus yang di gunakan:

           

            Head loss pada suction

            V =     4Q                   Q = debit aliran saat piston naik = 3,068 . 10¯⁴ m³/s

                      π . D²                 D = dimeter hose 1,5''= 0,0381 m

           

            V =  4 . 3,068 . 10¯⁴ m³/s

                        3,14 . 0,0381²

            V = 0,269 m/s

            Re =  V . D

                        ϒ

            Re = 0,269 m/s . 0,0381 m

                        4,6 . 10¯⁵ m³/s

            Re = 222,90 ≤ 2300                                   aliran laminar

4.2.8. Perhitungan faktor kerugian

ƒ =  64

      Re

ƒ =     64

       222,0

ƒ =   0,29

                                                                                              

4.2.9. Head Loss

Dimana D adalah diameter pipa / selang oli : 1,5" ( 0,0381 m )

H_{L mayor} = f . ( V₂)². L/D           ( rumus dari U.petra surabaya )

                            2

H_{L mayor} = 0,29 . ( 0,269 m/s )²        .        2 m                                           0,55 m   

                                   2                       ( 0,0381 m )

Dan Untuk H_{l minor} :

 _{HL minor} = k . ( V₂)² +( f . ( V₂)². L/D )

                        2                       2

H_{L minor} =   ( 0,5 . 0,269² ) + 0,29 . ( 3 . 30 m/s )²   . 0,269²  +  2,756 .10⁵      

                                2                          0,0381               2           879,12 . 9,81                                                                                                                   

H_Lminor = 131,118 m  

H_{loss total} = 0,55 + 131,118

H_{loss total} = 131,668 m

He = P2 - P1  +  V₂² - V²₁    + ( Z₁ - Z₂ ) + h_lt

             f. g             2.g 

He = ( 156,08 - 1,013 ) .10⁵  +  0,269²   + ( 91 - 0,278 ) + 131,668

             879,12. 9,81                     2.9,81

 He = 1.798 + 0,0037 + 222,39

He = 2.020,4 m

4.2.10. Daya motor

 Dimana  ϒ = ρ . g

            HHP = He .ϒ . Q

           

            HHP = 2.020,4 m .( 879,12 kg / m³  . 9,81 m.s¯²   ) .   3,068 . 10¯⁴ m³/s

            HHP = 5.346 W

            HHP = 5,346 kW    

            HHP = 7,2 Pk

            HHP = 8 Pk

           

4.2.11. Daya motor yang di gunakan berdasarkan daya pompa dibagi dengan

            efisiensi motor

Pm = HHP

           ηm

 HHP   = 5,346 kW

  ηm      = 85%

Pm = 5,346 kW

          0,85

Pm = 8,43 Pk

            Jadi daya yang di butuhkan untuk  hidroulik Arm sebesar 9 Pk

4.2.12. Perhitungan dimensi Reservoar

                        V reservoar ditentukan dari 3 kali debit aliran yang di butuhkan ditambah dengan perendaman udara 10 %

            V = ( 3 . Q ) + ( 3 . Q .0,1 )

            V = Volume reservoar ( liter )

            Q = debit aliran pompa hidrolik  : 21,46 liter   ( 22 liter )

            V = ( 3 .22 ) + ( 3. 22 . 0,1 )

            V = 72,6 liter

            V = 72600 cm³ 

               Dimensi dapat di tentukan  yaitu dengan panjang 40 cm , Lebar 40 cm ,dan tinggi 46                                cm

  

4.2.13.Perhitungan Volume oil reservoar

                           Volume oil reservoar adalah oli yang dibutuhkan oleh sistem .Volume oil pada                   reservoar  di hitung dari 3 kali debit aliran yang di butuhkan :

               Rumus    V = 3 x Q

                               V = 3 . 22

                               V = 66 liter

4.3 KALKULASI  HIDROULIK  BUCKET

            Diketahui       : Bore ( diameter piston )       = 115 mm

                                      Rod Diameter                      = 80 mm

4.3.1 Perhitungan Kekuatan batang silinder hydroulic terhadap buckling

            K =  ² . E .l

           L²

E = Modulus young : 2.10⁵ Mpa

L = Stroke ( untuk kasus ini , L: 2 x l )

l = 1000mm

K = F/N

 N = Safety factor ( 2 )

K = Gaya buckling

                                                                                  

                        K =  985.960 N

           

                                               

            I =  1 .  .D⁴

                 64

            I =  1 .  .D⁴

                 64

            I =  1 .3,14 .80⁴

                           64

           

            I = 2.009.600 mm⁴

           

            Dari perhitungan di atas diameter rod di rencanakan  80 mm

            Dan ,Diameter piston = 115 mm

4.3.2. Luas penampang Cylinder

A = /4 . ( D )²

A = /4 . ( 115 )²                                                                      10381,625 mm²        

4.3.3. Pressure  / tekanan saat terjadi  pengangkatan

Dimana Gaya yang di berikan adalah F: 203.300 N

P = F/A

P =203.300   /   10381,625 mm²                             19,583 N.mm^-2

P = 195,83 bar                                                                                   

4.3.4. Perhitungan   tebal  dinding Cylinder

            Diameter Rod                                                 : 80 mm 

            Diameter Piston                                              : 115 mm = r₁ = 57,5 mm

            Diameter Luar tabung cylinder                       : 140 mm  = rₒ = 70 mm

            Persamaan =  σᵣ = P . r₁²   .  ( 1 -  rₒ² )  untuk τᵣ max  r = r₁

                                    rₒ² - r₁²           r²

                               σ_t =  P . r₁²   .  ( 1 + rₒ² )  untuk τᵣ max  r = r₁

                                         rₒ² - r₁²          r²

            σᵣ = Tegangan Radial Normal

            σ_t= Tengangan Singgung Normal

           

            σᵣ = 19,58 . 57.5²     .    ( 1 - 70² )

                      70² - 57,5²                 57,5²

            σᵣ = - 19,58 N/mm²

           

           

            σ_t = 19,58 . 57,5²     .    ( 1 + 70² )

                      70² - 57,5²                  57,5²

            σ_t = 100,81 N/mm²

            τ_max  = σt _max  - σr _max 

                                   2

            τ_max  = 100,81 N/mm² - (-19,58 N/mm² )

                                           2

            τmax  = 60,20 N/mm²                                                           

           

            τmax  = 60,2 Mpa  

            Ʈ_yp   = 402 N.mm^-2

            Ʈ_yp   = 402 N.mm^-2 . 0,58

                                    2

            Ʈ_yp   = 116,58 N.mm^-2

           

            Ʈ_max  ≤ I Ʈ_yp I

           

            60,2 N/mm²    ≤   116,58 N.mm^-2

4.3.5. Perhitungan Volume Oli  yang diperlukan silinder hydroulic saat

           pengangkatan

            V = A . S

            A = luas penampang piston =10381,625  mm²

            S = stroke misal adalah 1000 mm

            V = 10381,625 mm² . 1000 mm

            V = 10.381.625 mm³

            V = 10,382 liter

4.3.6. Perhitungan debit aliran yang di butuhkan saat silinder hydroulic bekerja

            Dimana kecepatan naik / turun badan pengangkat = 5 cm/s

            V_hidroulic  = ½ . Vbadan pengangkat

            V_hidroulic  = 1/2 . 5

            V_hidroulic  = 2,5 cm/s

            V_hidroulic  = 150 cm / menit

            Qact =  V . A

            Dimana:

           

            Qact   :  debit aliran  cm³ /s

            V        : kecepatan Hydroulic cm/ s

            A        : luas penampang piston (103,82 cm² )

            Qact =  2,5 cm/s  . 103,82 cm²

           

            Qact =  260 cm³ /s

           

            Qact =  15.600 cm³ /menit     = 15,6 liter / menit

4.3.7. Perhitungan Head pompa

·         Tekanan yang di butuhkan                  : 195,83 bar

·         Aliran Fluida yang di butuhkan          :15,6 liter / menit

Fluida hydroulic yang digunakan pada sistem hydroulic ini adalah standart hydoulic oil dengan data sbb:

·         Specify gravity                                   : 0,88

·         Berat jenis oil = 0,88 . 999 kg /m³       : 879,12 kg / m³

·         Oil Viskosity                                      : 4,6 . 10^-5m³/s

           

            Rumus yang di gunakan:

           

            Head loss pada suction

            V =     4Q                               Q = debit aliran saat piston naik = 3,068 . 10¯⁴ m³/s

                      π . D²                             D = dimeter hose 1,5''= 0,0381 m

           

            V =  4 . 3,068 . 10¯⁴ m³/s

                        3,14 . 0,0381²

            V = 0,269 m/s

            Re =  V . D

                        ϒ

            Re = 0,269 m/s . 0,0381 m

                        4,6 . 10¯⁵ m³/s

            Re = 222,90 ≤ 2300                                   aliran laminar

4.3.8. Perhitungan faktor kerugian

ƒ =  64

      Re

ƒ =     64

       222,0

ƒ =   0,29

                                                                                              

4.3.9. Head Loss

H_{L mayor} = f . ( V₂)². L/D           ( rumus dari U.petra surabaya )

                            2

H_{L mayor} = 0,29 . ( 0,269 m/s )² .               2 m                                           0,55 m    

                                 2                       ( 0,0381 m )

 H_{L minor} = k . ( V₂)² +( f . ( V₂)². L/D )

                          2                  2

 Dan Untuk headloss minor dapat di hitung :         

H_{L minor} =   ( 0,5 . 0,269² ) + 0,29 . ( 3 . 30 m/s )²   . 0,269² + 2,756 .10⁵        

                          2                          0,0381                   2        879,12 . 9,81                                                                                                                    

H_L = 131,118 m  

H_{loss total} = 0,55 + 131,118

H_{loss total} = 131,668 m

He = P2 - P1  +  V₂² - V²₁    + ( Z₁ - Z₂ ) + h_lt

             f. g             2.g 

He = ( 195,83 - 1,013 ) .10⁵  +  0,269²   + ( 91 - 0,278 ) + 131,668

             879,12. 9,81                     2.9,81

 He = 2.260 + 0,0037 + 222,39

He = 2.482,4 m

4.3.10. Daya motor

 Dimana  ϒ = ρ . g

            HHP = He .ϒ . Q

           

            HHP =2.482,4 m .( 879,12 kg / m³  . 9,81 m.s¯²   ) .   3,068 . 10¯⁴ m³/s

            HHP = 6.568,2 W

            HHP = 6,568 kW    

            HHP = 8,805 Pk

            HHP = 9 Pk

           

4.3.11. Daya motor yang di gunakan berdasarkan daya pompa dibagi dengan

            efisiensi motor

P_m = HHP

           η_m

 HHP   = 6,568 kW

  η_m       = 85%

P_m = 6,568 kW

          0,85

P_m = 10 Pk

                        Jadi daya yang di butuhkan untuk  hidroulik Arm sebesar 10 Pk

4.3.12. Perhitungan dimensi Reservoar

                        V reservoar ditentukan dari 3 kali debit aliran yang di butuhkan ditambah dengan perendaman udara 10 %

            V = ( 3 . Q ) + ( 3 . Q .0,1 )

            V = Volume reservoar ( liter )

            Q = debit aliran pompa hidrolik  : 15,8 liter   ( 16 liter )

            V = ( 3 .16 ) + ( 3. 16 . 0,1 )

            V = 52,8 liter

            V = 52800 cm³ 

               Dimensi dapat di tentukan  yaitu dengan panjang 40 cm , Lebar 40 cm ,dan tinggi 40                    cm

4.3.13. Perhitungan Volume oil reservoar

                           Volume oil reservoar adalah oli yang dibutuhkan oleh sistem .Volume oil pada                   reservoar  di hitung dari 3 kali debit aliran yang di butuhkan :

               Rumus    V = 3 x Q

                               V = 3 . 16

                               V = 48 liter

GAMBAR SKEMATIC FLUID SIM

Gambar.4.1.Skema boom dengan fluidsim

Gambar.4.2. Skema Arm dan Bucket dengan fluidsim