76
TUGAS ELEMEN MESIN I PERANCANGAN SAMBUNGAN PAKU KELING PADA PRESSURE VESSEL (BEJANA BERTEKANAN) BERMUATAN ASPAL Wahyu Santoso 03121005025 Pulo Rudi Valentino Samosir 03121005009 Ezief Muhammad Fahmi 03121005059 FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN

Desain Paku Keling

Embed Size (px)

Citation preview

TUGAS ELEMEN MESIN IPERANCANGAN SAMBUNGAN PAKU KELING PADA PRESSURE VESSEL (BEJANA BERTEKANAN) BERMUATAN ASPAL

Wahyu Santoso03121005025Pulo Rudi Valentino Samosir03121005009Ezief Muhammad Fahmi03121005059

FAKULTAS TEKNIKJURUSAN TEKNIK MESINUNIVERSITAS SRIWIJAYA2014

26

TUGAS ELEMEN MESIN IPERANCANGAN SAMBUNGAN PAKU KELING PADA PRESSURE VESSEL (BEJANA BERTEKANAN) BERMUATAN ASPAL

Wahyu Santoso03121005025Pulo Rudi Valentino Samosir03121005009Ezief Muhammad Fahmi03121005059

FAKULTAS TEKNIKJURUSAN TEKNIK MESINUNIVERSITAS SRIWIJAYA2014

PERANCANGAN SAMBUNGAN PAKU KELING PADA PRESSURE VESSEL (BEJANA BERTEKANAN) BERMUATAN ASPALEzief M Fahmi, Pulo Rudi Valentino Samosir, Wahyu Santoso, Prof.Dr.ir.H.Hasan Basri

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas SriwijayaJalan Raya Palembang-Prabumulih KM-32, Inderalaya, Ogan Ilir, 30662

ABSTRAK

Sambungan adalah menghubungkan satu benda dengan lainnya. Salah satu sambungan adalah paku keling, paku keling termasuk sambungan tetap bahwa sambungan tersebut tidak dapat dilepas kecuali dengan merusaknya. Dalam penelitian ini, paku keling diamati pada sebuah pressure vessel atau bejana bertekanan yang bermuatan aspal yang bertujuan untuk menganalisa kekuatan sambungan paku keling terhadap tegangan-tegangan yang terjadi pada pressure vessel serta efisiensi sambungan paku keling tersebut. Paku keling yang digunakan pada pressure vessel ini adalah paku keling jenis buta yang digunakan untuk menyambung plat pada tangki bejana tekan (Pressure Vessel) dengan material aluminium 6061 yang bermuatan aspal.. Dari penelitian ini diperoleh data berupa ukuran ukuran yang terdapat pada pressure vessel berupa banyaknya paku keling, panjang pitch, volume pressure vessel, dan lain-lain. Prinsip kerja Paku keling buta standar yang memiliki break-mandrel tediri dari dua komponen, badan keling dan mandrel. Keling ini pertama ditempatkan ke alat instalasi kemudian dapat digunakan. Mengaktifkan alat untuk menarik mandrel keling ini, menempatkan kepala mandrel ke dalam blind-end dari tubuh keling. Tindakan ini membentuk kepala memampat pada tubuh keling dan secara aman menjepit bahan aplikasi bersama-sama. Akhirnya, mandrel mencapai break-beban yang telah ditentukan, dengan porsi mandrel yang dihabiskan melepaskan diri dibuang dari set paku keling. Perancangan akan menguraikan cara menentukan tegangan dan deformasi dalam struktur-struktur yang terdapat pada pressure vessel , karena ini adalah langkah pertama yang penting dalam merancang terhadap kegagalan. Nilai efisiensi sangat diperlukan untuk diketahui dalam sebuah perencanaan karena berhubungan langsung dengan faktor keamanan perencanaan tersebut.Hasil akhir dari penelitian ini adalah sambungan paku keling jenis buta (blind riveted) memiliki tearing resistance of the plate (Pt) sebesar 8908.16 N, shearing resistance of the rivets (Ps) sebesar 1688.55 N, dan crushing resistance of the rivets (Pc) sebesar 1860,48 sehingga mendapatkan efisiensi sambungan paku keling sebesar 17% (0.17) sedangkan pressure vessel ini juga memiliki tekanan internal sebesar . Pressure vessel bermuatan asphal juga banyak terdapat tegangan-tegangan yang terjadi pada head dan shell. Kata kunci : aspal, crushing resistance of the rivets, paku keling, pressure vessel, pitch, shell, shearing resistance of the rivets, tegangan circumferential, tegangan longitudinal, tegangan radial, tegangan ekivalen von mises, tegangan tangensial, tearing resistance of the platABSTRACT

The connection is to connect one thing with another. Rivet joint is one of this connection, rivets is fixed line connection that can not be removed except by destroying it. In this study, rivets observed in a pressure vessel laden asphalt which aimed to analyze the strength of the rivet connection to the stresses that occur in the pressure vessel as well as the efficiency of the rivet connection. Rivets used in this pressure vessel is the kind of blind rivets which used to connect the plate in the tank with 6061 aluminum material which contains asphalt. Data obtained from this study are the form of sizes from pressure vessel contained a number of rivets, long pitch, volume pressure vessel, etc. The working principle of a standard blind rivets that have a break-mandrel consists of two components, rivet body and mandrel. The first rivet placed into the installation tool then can be used. Activate the tool to pull the rivet mandrel, the mandrel head put into a blind end of the rivet body. This action condenses to form the head of the rivet body and securely clamped together the materials. Finally, the mandrel reaches the break-load has been determined, with a portion of the spent mandrel disposed to break away from the set rivet. The design will describe how to determine stresses and deformations in structures contained in the pressure vessel, as this is an important first step in designing against failure. Rated efficiency is very necessary to be known in a plan for dealing directly with the planning of the safety factor. The result of this research is the connection type blind rivets has tearing resistance of the plate (Pt) 8908.16 N, shearing resistance of the rivets (Ps) 1688.55 N, and crushing resistance of the rivets (Pc) 1860,48 N, so the rivets efficiency is 17% (0.17) and pressure vessel also has internal pressure . Pressure vessel laden asphalt also has many stresses that occur in the head and the shell.

Keywords: asphalt, crushing resistance of the rivets, rivets, pressure vessel, pitch, shell, shearing resistance of the rivets, circumferential stress, longitudinal stress, radial stress, von mises equivalent stress, tangential stress, tearing resistance of the plate.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur dipanjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat, karunia, dan rahmatNya, Karya Ilmiah ini dapat diselesaikan. Penulisan Karya Ilmiah ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh nilai mata kuliah Metode Penulisan Ilmiah. Penulis menyadari bahwa tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, sangat sulit bagi penulis untuk menyelesaikan Karya Ilmiah ini. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih banyak kepada :(1). Prof.Dr.ir.H.Hasan Basri(2). Muhammad Yanis ST.MT(3) Aneka Firdaus ST.MTPenulis berharap Penelitian/Kajian/Rancangan yang telah di sajikan didalam Karya Ilmiah ini akan bermanfaat bagi masyarakat dan dapat menjadi salah satu referensi bagi mahasiswa dan para peneliti yang relevan.

Indralaya,.2014

Penulis

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDULiABSTRAKiiKATA PENGANTARivDAFTAR ISIvDAFTAR GAMBARviDAFTAR TABELviiBAB I PENDAHULUAN11.1 Latar belakang masalah11.2 Rumusan masalah21.3 Batasan penelitian21.4 Tujuan penelitian21.5 Manfaat penelitian21.6 Sistematika penulisan3BAB II TINJAUAN PUSTAKA42.1 Sambungan42.2 Paku keling (riveted joint)72.3 Pengunaan paku keling82.4 Keuntungan dan kelemahan82.5 Cara pemasangan82.6 Bahan paku keling92.7 Tipe pemasangan paku keling92.8 Terminologi sambungan paku keling112.9 Kerusakan sambungan paku keling12BAB III PEMBAHASAN163.1 Paku keling buta163.2 Pertimbangan aplikasi183.3 Pressure vessel19BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN294.1 Kesimpulan294.2 saran30LAMPIRAN GAMBAR 31DAFTAR PUSTAKA32DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skema Paku Keling5Gambar 2.2 Kepala Paku Keling Penggunaan Umum (Diameter 12mm)6Gambar 2.3 Kepala Paku Keling Penggunaan Umum (Diameter 12-48mm)6Gambar 2.4 Kepala Paku Keling Untuk Boiler (Diameter 12-48mm)7Gambar 2.5 Cara Pemasangan Paku Keling8Gambar 2.6 Single Dan Double Sambungan Lap Joint9Gambar 2.7 Riveted Lap Joint10Gambar 2.8 Single Riveted Double Strap Butt Joint10Gambar 2.9 Double Riveted Double Strap Butt Joint11Gambar 2.10 Double Riveted Double Strap (Enequal) Butt Joint11Gambar 2.11 (a) Sisi Kiri adalah Robek Pada Bagian Pinggir Plat Sedangkan12 (b) Sisi Kanan adalah robek pada garis sumbu lubang paku keling12Gambar 2.12 Kerusakan Akibat Beban Geser13Gambar 2.13 Crushing Pada Paku Keling14Gambar 3.1. Cara Kerja Paku Keling16Gambar 3.2. Diagram Tegangan-Regangan Paku Keling17Gambar 3.3 Kepala Kubah17Gambar 3.4 Flange besar18Gambar 3.5 Gaya-gaya tekan yang bekerja pada diding pressure vessel20Gambar 3.6. a. Free-body diagram for axial stress in a closed-end vessel20 b. Hoop stresses in a cylindrical pressure vessel20Gambar 3.7 Keterangan Jari-Jari Dan Ketebalan Pressure Vessel24

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Harga Efisiensi Paku Keling15Tabel 2.2 Diameter Paku Keling Standar15Tabel 3.1 Standar Blind Rivet Berdiameter Kepala 5 Mm22Tabel 3.2 Efisiensi Paku Keling Berdasarkan Jenis Sambungan27

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangPerancangan elemen mesin, pada dasarnya merupakan perencanaan bagian (komponen), yang direncanakan dan dibuat untuk memenuhi kebutuhan mekanisme dari suatu mesin. Salah satu bagian dari elemen adalah sambungan, makna dari sambungan adalah menghubungkan satu benda dengan lainnya. Manusia sebagai pekerja tidak mungkin memproduksi benda dalam sekali kerja, hal ini dikarenakan keterbatasan manusia dalam menjalani prosesnya. Ada dua jenis sambungan yaitu sambungan tetap (permanent joint) dan sambungan tidak tetap (semi permanent). Akan tetapi, hal yang akan kita bahas pada laporan ini adalah sambungan tetap (permanent joint). Sambungan tetap adalah sambungan yang bersifat tetap, sehingga tidak dapat dilepas kecuali dengan merusaknya. Salah satu contoh sambungan tetap adalah paku keling (riveted joints). Paku keling adalah batang silinder pendek dengan sebuah kepala di bagian atas, setiap bentu kepala rivet ini mempunyai kegunaan nya tersendiri, masing-masing mempunyai kekhususan dalam penggunaannya. Silinder tengah sebagai badan dan bagian bawahnya yang berbentuk kerucut terpancung sebagai ekor. Ekor (tail) dipatenkan agar permanen menahan kedudukan paku keling pada posisinya, sedangkan badan (body) dirancang untuk kuat mengikat sambungan dan menahan beban kerja yang diterima benda. Pengembangan penggunaan rivet (paku keling) dewasa ini umumnya digunakan untuk plat-plat yang sukar dilas dan dipatri dengan ukuran yang relatif keil. Paku keling biasanya dipakai untuk sambungan kuat dan rapat seperti pada konstruksi boiler, tangki-tangki, dan pipa bertekanan tinggi. Untuk sambungan kuat contohnya pada konstruksi baja yang biasanya terdapat pada bangunan, jembatan, dan crane. Untuk sambungan rapat contohnya pada tabung dan tangki. Untuk sambungan pengikat contohnya pada tutup chasis. Pada peran cangan kali ini, penulis mengamati paku keling yang terdapat pada pressure vassel (bejana bertekanan) pembuatan aspal. Oleh karena itu penulis mengambil judul Perancangan Paku Keling Pada Pressure Vessel (Bejana Bertekanan) Bermuatan Aspal1.2 Rumusan MasalahDalam perancangan paku keling yang perlu diamati adalah jenis-jenis sambungan pada paku keling, tegangan tegangan yang terjadi pada pressure vessel (bejana bertekanan), tearing resistance (ketahanan plat terhadap robekan), shearing resistance of the rivet (ketahanan paku keling terhadap beban geser), crushing resistance of the rivet (ketahanan crushing pada paku keling), beban maksimum yang diterima plat, dan efisiensi sambungan paku keling.

1.2 Batasan PenelitianPerancangan ini dibatasi hanya pada perhitungan kekuatan sambungan dan tegangan tegangan yang terjadi pada pressure vessel (atau bejana bertekanan). Perancangan tidak mempehatikan reaksi-reaksi kimia yang terjadi didalam pressure vessel, dan perancangan ini tidak memperhitungkan tegangan paku keling yang jarak pitchnya berbeda sehingga semua jarak pitch dianggap sama.

1.3 Tujuan Penelitian 1. Untuk mengetahui kekuatan sambungan paku keling terhadap tegangan-tegangan yang terjadi pada pressure vessel2. Untuk mengetahui efisiensi pada sambungan paku keling

1.4 Manfaat Penelitian 1. Penelitian ini mampu memberi pemahaman terhadap pengaplikasian sambungan paku keling di dalam kehidupan sehari-sehari2. Peneliti dapat mengerti bagaimana cara menentukan seberapa efisiensi sambungan paku keling3. Peneliti dapat mengerti bagaimana cara mengatasi kerusakan-kerusakan pada sambungan paku kelin1.5 Sistematika PenulisanTulisan ini diuraikan menjadi lima bab. Penulisan diawali dengan Bab 1 yang berisikan pendahuluan. Dimana didalamnya dijelaskan tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan, manfaat dan batasan penelitian serta sistemtika penulisan. Setelah penulisan Bab 1 adalah Bab 2 yang berisi teori-teori yang dapat menunjang penelitian ini. Pada bab ini dijelaskan tentang jenis-jenis paku keling (rivet), jenis-jenis sambungan pada paku keling (rivet) , kerusakan pada sambungan paku keling, bagian-bagian paku keling, dan lainnya.Selanjutnya Bab 3 yang merupakan bagian metodologi perhitungan, pada bab ini diuraikan beberapa tahapan untuk menghitung efisiensi sambungan paku keling (rivet) , tearing resistance (ketahanan plat terhadap robekan), shearing resistance of the rivet (ketahanan paku keling terhadap beban geser), crushing resistance of the rivet (ketahanan crushing pada paku keling), beban maksimum yang diterima plat,.dan menghitung tegangan-tegangan yang terjadi pada pressure vessel (bejana bertekanan) dengan cara memasukkan data rancangan yang diterima dari lapangan.Pada bab 4 adalah penutup, pada bab ini berisikan kesimpulan.

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 SambunganMakna sambungan dalam bidang pemesinan, tidak jauh berbeda dengan apa yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari, yaitu menghubungkan antara satu benda dengan yang lainnya. Karena keterbasan manusia dalam menjalani prosesnya, oleh karena itu manusia tidak dapat memproduksi sesuatu dalam sekali kerja. Biasanya benda yang dibuat oleh manusia terdiri dari berbagai komponen, yang dibuat melalui pengerjaan dan perlakuan yang berbeda. Sehingga untuk merangkainya menjadi suatu benda utuh diperlukan elemen penyambung. Dengan melihat fungsinya, elemen penyambung sudah pasti ikut mengalami pembebanan pada saat benda yang dirangkainya terkena beban. Ukurannya yan lebih kecil dari elemen yang disambung mengakibatkan beban terkonsentrasi pada elemen penyambung. Efek konsentrasi inilah yang harus diantisipaasi pada saat perancangan sambungan, karena sudah tentu akan bersifat merusak. Ada 2 jenis sambungan yaitu sambungan tetap (permanent joint) dan sambunga tidak tetap (semi permanent joint). Sambungan tetap merupakan sambungan yang bersifat tetap, sehinnga tidak bisa dilepas kecuali dirusaknya sambungan tersebut contohnya paku keling (riveted joint), dan las (welded joint) Sedangkan sambungan tidak tetap merupakan sambungan yang bersifat sementara, sehingga dapat dibongkar pasang selagi masih dalam kondisi normal contohnya adalah sambungan baut / ulir (screww joint), sambungan pasak (key joints).

2.2 Paku Keling (riveted joint)Paku keling adalah batang silinder pendek dengan sebuah kepala di bagian atas (head), silinder tengah sebagai badan (body) dan bagian bawahnya berbentuk kerucut terpancung sebagai ekor (tail). Konstruksi kepala (head) dan ekor (tail) dipatenkan agar permanen dalam menahan kedudukan paku keling pada posisinya, sedangkan badan (body atau shank) dirancang kuat mengikat sambungan dan menahan beban kerja yang diterima benda yang disambung. Pengembangan Penggunaan rivet dewasa ini umumnya digunakan untuk pelat-pelat yang sukar dilas dan dipatri dengan ukuran yang relatif kecil. Setiap bentuk kepala rivet ini mempunyai kegunaan tersendiri, masing masing jenis mempunyai kekhususan dalam penggunaannya. Paku keling digunakan untuk sambungan tetap antara 2 plat atau lebih misalnya pada tangki dan boiler. Paku keling dalam ukuran yang kecil dapat digunakan untuk menyambung dua komponen yang tidak membutuhkan kekuatan yang besar, misalnya peralatan rumah tangga, furnitur, alat-alat elektronika, dll. Sambungan dengan paku keling sangat kuat dan tidak dapat dilepas kembali dan jika dilepas maka akan terjadi kerusakan pada sambungan tersebut. Karena sifatnya yang permanen, maka sambungan paku keling harus dibuat sekuat mungkin untuk menghindari kerusakan/patah.

Gambar 2.1 skema paku kelingSumber : Agustinus (2009)

Jenis kepala paku keling antara lain adalah sebagai berikut :a. Kepala paku keling untuk penggunaan umum dengan diameter kurang dari 12 mmb. Kepala paku keling untuk penggunaan umum dengan diameter antara (12 48) mmc. Kepala paku keling untuk boiler atau ketel uap /bejana tekan : diameter (12 48) m

Gambar 2.2 kepala paku keling penggunaan umum (diameter 12mm)Sumber : R.S. Khurmi, J.K. Gupta (2005)

Gambar 2.3 kepala paku keling penggunaan umum (diameter 12-48mm)Sumber : R.S. Khurmi, J.K. Gupta (2005

Gambar 2.4 kepala paku keling untuk boiler (diameter 12-48mm)Sumber : R.S. Khurmi, J.K. Gupta (2005)

2.3 Penggunaan Paku Keling Pemakaian paku keling ini digunakan untuk : Sambungan kuat dan rapat, pada konstruksi boiler ( boiler, tangki dan pipa-pipa tekanan tinggi ). Sambungan kuat, pada konstruksi baja (bangunan, jembatan dan crane ). Sambungan rapat, pada tabung dan tangki ( tabung pendek, cerobong, pipa-pipa tekanan). Sambungan pengikat, untuk penutup chasis ( misalnya ; pesawat terbang, kapal)2.4 Keuntungan dan Kelemahan a. Keuntungan Sambungan paku keling ini dibandingkan dengan sambungan las mempunyai keuntungan yaitu : Bahwa tidak ada perubahan struktur dari logam disambung. Oleh karena itu banyak dipakai pada pembebanan-pembebanan dinamis. Sambungan keling lebih sederhana dan murah untuk dibuat. Pemeriksaannya lebih mudah Sambungan keling dapat dibuka dengan memotong kepala dari paku keling tersebut b. Kelemahan Hanya satu kelemahan bahwa ada pekerjaan mula berupa pengeboran lubang paku kelingnya di samping kemungkinan terjadi karat di sekeliling lubang tadi selama paku keling dipasang. Adapun pemasangan paku keling bisa dilakukan dengan tenaga manusia, tenaga mesin dan bisa dengan peledak (dinamit) khususnya untuk jenis-jenis yang besar. Paku keling dalam ukuran yang kecil dapat digunakan untuk menyambung dua komponen yang tidak membutuhkan kekuatan yang besar, misalnya peralatan rumah tangga, furnitur, alat-alat elektronika, dll

2.5 Cara Pemasangan

Gambar 2.5 cara pemasangan paku kelingSumber : Agustinus (2009)

Plat yang akan disambung dibuat lubang, sesuai diameter paku keling yang akandigunakan. Biasanya diameter lubang dibuat 1,5 mm lebih besar dari diameter paku kelin .Paku keling dimasukkan ke dalam lubang plat yang akan disambung. Bagian kepala lepas dimasukkan ke bagian ekor dari paku keling. Dengan menggunakan alat/mesin penekan atau palu, tekan bagian kepala lepas masuk ke bagian ekor paku keling dengan suaian paksa. Setelah rapat/kuat, bagian ekor sisa kemudian dipotong dan dirapikan/ratakan Mesin/alat pemasang paku keling dapat digerakkan dengan udara, hidrolik atau tekanan uap tergantung jenis dan besar paku keling yang akan dipasang

2.6 Bahan Paku KelingBahan yang biasa digunakan antara lain adalah baja, brass, alumunium, dan tembaga tergantung jenis sambungan/beban yang harus diterima oleh sambungan. Penggunaan umum bidang mesin : ductile (low carbon), steel, wrought iron. Penggunaan khusus antara lain weight, corrosion, or material constraints apply : copper (+alloys) aluminium (+alloys), monel, dll

2.7 Tipe Pemasangan Paku Keling2.7.1 Lap JointPemasangan tipe lap joint biasannya digunakan pada plat yang overlaps satu dengan yang lainnya, yaitu single rivited lap joint, double rivited lap joint, zig zag rivited lap joint.

Gambar 2.6 single dan double sambungan lap jointSumber : Sumber : R.S. Khurmi, J.K. Gupta (2005)

Gambar 2.7 triple riveted lap jointSumber : R.S. Khurmi, J.K. Gupta (2005)

2.7.2 Butt JointTipe butt joint digunakan untuk menyambung dua plat utama, dengan menjepit menggunakan 2 plat lain, sebagai penahan (cover), di mana plat penahan ikut dikeling dengan plat utama. Tipe ini meliputi single strap butt joint dan double strap butt joint.

Gambar 2.8 single riveted double strap butt jointSumber : R.S. Khurmi, J.K. Gupta (2005

Gambar 2.9 double riveted double strap butt jointSumber : R.S. Khurmi, J.K. Gupta (2005)

Gambar 2.10 double riveted double strap (enequal) butt jointSumber : R.S. Khurmi, J.K. Gupta (2005)

2.8 Terminologi Sambungan Paku Kelinga. Pitch (p) : jarak antara pusat satu paku keling ke pusat berikutnya diukur secara paralel.b. Diagonal pitch (pd) : jarak antara pusat paku keling (antar sumbu lubang paku keling)pada pemasangan secara zig zag dilihat dari lajur/baris/row.c. Back pitch (pb) : jarak antara sumbu lubang kolom dengan sumbu lubang kolomberikutnya.d. Margin (m) : jarak terdekat antara lubang paku keling dengan sisi plat terl2.9 Kerusakan Sambungan Paku Keling2.9.1 Robek Pada Bagian Pinggir Dari PlatRobek pada bagian pinggir dari plat yang dapat terjadi jika margin (m) kurang dari 1,5 d, dengan d : diameter paku keling.

2.9.2 Robek pada garis sumbu lubang paku kelingDikarenakan tegangan tarik terdapat pada plat utama, tegangan tarik ini dapat merobek melintasi deretan paku keling. Dalam kasus ini, kita mempertimbangkan hanya satu panjang pitch pada pelat.Ketahanan pelat terhadap terhadap robekan dikenal sebagai ketahanan robekan.Jika :p = pitchd = diameter lubang paku kelingt = tebal plat = tegangan tarik ijin bahanKita ketahui luas permukaan robekan per panjang pitch

Sehingga ketahanan robekan nya adalah

Gambar 2.11 (a) sisi kiri adalah robek pada bagian pinggir plat sedangkan(b) sisi kanan adalah robek pada garis sumbu lubang paku kelingSumber : R.S. Khurmi, J.K. Gupta (202.9.3 Shearing Of The RivetsKerusakan paku keling akibat beban geser. Pelat yang dihubungkan oleh paku keling memiliki tegangan tarik pada paku keling, dan jika paku keling tidak dapat menahan stres , paku keling akan terpotong (shearing off).

Gambar 2.12 kerusakan akibat beban geserSumber : R.S. Khurmi, J.K. Gupta (2005)

Ketahanan paku keling terhadap shear off dikenal sebagai shearing resistance Jika : d = diameter lubang paku keling = tegangan geser ijin bahan n = jumlah paku keling per panjang pitchLuas permukaan geser ......(in single shear)......( in double shear)......( in double shear , biasa digunakan pada boler)Shearing resistance : ......( in single shear)........( in double shear)..... (in double shear)2.9.4 Crushing pada plat atau pada paku kelingPaku keling tidak selalu terkena shear off oleh beban tarik akan tetapi paku keling bisa terkena crushing. Karena crushing lubang paku berbentuk oval sehingga terjadi kelonggaran pada sambungan tersebut

Gambar 2.13 Crushing pada paku kelingSumber : R.S. Khurmi, J.K. Gupta (2005)

Jika :d : diameter paku kelingt : tebal plat: tegangan geser ijin bahan paku kelingn : jumlah paku keling per pitch length

Luas Permukaan crushing,Total crushing area,Crushing resistance,

2.9.4 Effisiensi Paku KelingEfisiensi dihitung berdasarkan perbandingan kekuatan sambungan dengan kekuatan unriveted. Kekuatan sambungan paku keling tergantung pada dan diambil harga yang terkecil.Kekuatan unriveted

Sehingga efisiensinya

Tabel 2.1 harga efisiensi paku kelingSumber : Agustinus (2009)

Tabel 2.2 Diameter Paku Keling Standar Sumber : Agustinus (2009)

BAB IIIPEMBAHASAN

3.1 Paku Keling Buta

3.1.1 Bagaimana Paku Keling Buta Bekerja

Paku keling buta standar yang memiliki break-mandrel tediri dari dua komponen, badan keling dan mandrel. Keling ini pertama ditempatkan ke alat instalasi kemudian dapat digunakan. Mengaktifkan alat untuk menarik mandrel keling ini, menempatkan kepala mandrel ke dalam blind-end dari tubuh keling. Tindakan ini membentuk kepala memampat pada tubuh keling dan secara aman menjepit bahan aplikasi bersama-sama. Akhirnya, mandrel mencapai break-beban yang telah ditentukan, dengan porsi mandrel yang dihabiskan melepaskan diri dibuang dari set paku keling. Cepat, mudah digunakan paku keling buta menawarkan kecepatan perakitan, kinerja mekanik yang konsisten dan penampilan penerapan yang baik, menjadikan paku keling buta sebagai metode perakitan yang handal dan ekonomis.

Gambar 3.1. Cara Kerja Paku KelingSumber : http://www.boltproducts.com/marson/general-information.html

Gambar 3.2. Diagram Tegangan-Regangan Paku KelingSumber : http://www.boltproducts.com/marson/general-information.html

3.1.2 Jenis jenis kepala paku keling

1. Kepala Kubah Paku keling buta berkepala kubah adalah jenis kepala keling yang paling banyak tersedia dan sering digunakan. Flange kepala kubah menawarkan permukaan bantalan yang baik dan cocok untuk banyak aplikasi. Kepala keling ini memiliki diameter 3/32", 1/8" , 5/32" , 3/16" dan 1/4" dengan semua jenis material.

Gambar 3.3 Kepala KubahSumber : http://www.boltproducts.com/marson/general-information.html

2. Flange besar

Kepala jenis ini menawarkan permukaan bantalan yang lebih besar dari pada Kepala Kubah dan cocok untuk menggabungkan bahan yang kompresible maupun yang rapuh pada struktur-strukturnya

Gambar 3.4 Flange besarSumber : http://www.boltproducts.com/marson/general-information.html

3. Kepala countersunk - Kepala jenis digunakan pada pengaplikasian yang memerlukan permukaan flush . Kepala countersunk tersedia dalam ukuran 1/8" , 5/32", and 3/16" , 1/4" dan ukuran khusus sesuai dengan permintaan.

3.2 Pertimbangan Aplikasi 3.2.1 Kecocokan material Paku keling buta yang digunakan harus sesuai dengan material yang akan digabungkan. Ketidaksesuain material dapat menyebabkan kegagalan karena korosi galvanic. Paku keling buta GESIPA tersedia dalam kombinasi material sebaagai berikut: Aluminum Rivet/Aluminum Mandrel Aluminum Rivet/Steel Mandrel Aluminum Rivet/Stainless Steel Mandrel Steel Rivet/Steel Mandrel Stainless Steel Rivet/Steel Mandrel Stainless Steel Rivet/Stainless Steel Mandrel Plastic Rivet/Plastic Mandrel

3.2.2 Persyaratan KekuatanKekuatan gabungan yang diperlukan akan menentukan diameter dan jarak dari paku keling buta GESIPA.3.2.3 Ketebalan MaterialSetiap paku keling buta GESIPA direkayasa untuk berbagai spesifikasi ketebalan material yang mana yang efektif. Rentang ketebalan material atau benda kerja ini adalah kisaran grip paku keling buta.

3.2.4 Ukuran LubangUkuran lubang yang tepat adalah penting untuk memastikan integritas sambungan yang digabungkan. Ukuran lubang dan toleransi toleransi yang direkomendasikan ditampilkan pada grafik data teknis. Lubang yang terlalu besar dapat menyebabkan masalah pada sambungan paku keling buta. Solusinya adalah dengan memilih paku keling buta yang menciptakan kepala yang oversized upset.

3.3 Pressure Vessel 3.3.1 Pengertian Pressure vesselPressure vessel (bejana bertekanan) adalah wadah tertutup yang dirancang untuk menahan gas atau cairan yang berbeda tekanan nya. Adanya perbedaan tekanan sangat berbahaya dan berakibat fatal. Biasanya pressure vessel berjenis thin wall pressure vessel (THPV), THPV biasanya digunakan dalam berbagai aplikasi di dunia industri misalnya pada boiler, tangki-tangki minyak, dan lain-lain. Pada makalah ini, menjelaskan pressure vessel jenis thin wall pressure vessel pada tangki bermuatan aspal. Pada bagian ini, kita akan menguraikan cara menentukan tegangan dan deformasi dalam struktur seperti ini , karena ini adalah langkah pertama yang penting dalam merancang terhadap kegagalan.

3.3.2 Bentuk Pressure VesselBentuk Pressure vessel ada 2 yaitu Cylindrical vessels Spherical pressure vessel

3.3.3 Perhitungan Pressure Vassel

Gambar 3.5 Gaya-gaya tekan yang bekerja pada diding pressure vesselSumber : http://www.colorado.edu/engineering/CAS/courses.d/Structures.d/IAST.Lect03.d/IAST.Lect03.pdf

a b

Gambar 3.6. a. Free-body diagram for axial stress in a closed-end vesselb. Hoop stresses in a cylindrical pressure vesselSumber : David Roylance (2011)

1. Perhitungan tegangan pada shell (body pada pressure vassel) Tegangan circumfential :

Tegangan longitudinal :

Tegangan radial :

Tegangan ekivalen von misses pada shell :

2. Perhitungan tegangan pada head Tegangan tangensial :

Tegangan Radial :

Tegangan ekivalen von misses pada head :

Keterangan :F = Optimum L/D ratioP = Pressure Design [Psi].C = Corrosion Allowance [in].S = Allowable Stress [Psi].E = Efisiensi sambungan.t = Tebal pelat minimum [in].long = Tegangan kearah memanjang pressure vessel [Psi].hoop = Tegangan kearah melingkar pressure vessel [Psi].rad = Tegangan kearah tebal pressure vessel [Psi].Ro = Jari-jari luar [in].Ri = Jari-jari dalam [in].a = Perbandingan jari-jari luar terhadap jari-jari dalam = 3.4 Perhitungan Parameter parameter perhitungan : Pada perencanaan ini kami meneliti sambungan paku keling jenis paku keling buta. Material paku keling , body nya terdiri dari aluminium dan mandrel terbuatd ari steel Dimensi paku keling yang digunakan adalah: - Diameter = 5 mm - Pitch dekat = 5 cm - Pitch jauh = 15 cm Material plat pada tabung bertekanan ( pressure vessel ) adalah aluminium, dengan dimensi: - Tebal = 1,6 mm - Diameter = 2222 mm - Panjang = 7420 mm2 pakukan paku keling berjumlah

Paku keling ( Blind rivet, Mushroom head ) Diameter : 5 mm Pitch dekat : 5 cm Pitch jauh : 15 cm

Diameterd1Drill SizeFlange dia.d2Flange thick.KMandrel dia.WGrip RangeERivet LengthLShearStengthTensileStrength

5.0mm5.1mm9.5mm1.1mm2.65mm0.5 - 45.0mm6.0 - 50.0mm2250N3000N

Tabel 3.1 Standar Blind Rivet Berdiameter Kepala 5 MmSumber : http://www.shop4fasteners.co.uk/rivets/blind-rivets/dome-head-rivets/aluminium-steel-dome-head-tube-rivets/c-24/p-484

Jumlah Paku Keling Pada circumferential = 22 paku longitudinal = 74 pakuAnalisa ketahanan terhadap tegangan tarik, tegangan geser dan tegangan robek pada sambungan paku keling dengan material plat yang digunakan yaitu Alumunium 6061-O dengan :,

(i) Tearing resistance of the plate :

(ii) Shearing resistance of the rivets :

(iii) Crushing resistance of the rivets :

Efficiency of the joint :

Perancangan pressure vessel berdasarkan ASME VII div I untuk menghitung internal pressure pada presurre vessel adalah

Dengan, Pd = pressure design Ps = Pressure static head Static Head yaitu tekanan yang terjadi akibat elevasi yang dimiliki fluida didalam vessel, rumusnya adalah

dengan : P = tekanan (pressure) (Pa, Psi) = density (massa jenis () g = gaya gravitasi (9,8 ) h = tinggi pressure vessel (m)Ket : h = tinggi fluida di dalam tabung

Diketahui : = 1027 h= sehingga

Setelah mengetahui static head, langkah selanjutnya adalah mencari Pd yaitu pressure design. Pd pada cylindrical shell dapat dicari dengan rumus :

Gambar 3.7 Keterangan Jari-Jari Dan Ketebalan Pressure VesselSumber : Buthod, Paul (2011)

Dengan : P = design pressure atau tekanan kerja ijin maksimal S = stress value of material (Pa, Psi) E = efisiensi sambungan paku keling t = tebal plat R = radius luardiketahui S = E = 0.17 t = R = 1.111

Sehingga , internal pressurre pada pressure vessel bermuatan asphalt adalah

Perhitungan Kekuatan Pressure VesselPerhitungan ini menggunakan dua metode yaitu dengan perhitungan manual dan menggunakan software finite element method atau NASTAN 2010.1. Tegangan pada Shella) Tegangan circumferential :

b) Tegangan longitudinal :

c) Tegangan radial :

d) Tegangan Ekivalen Von Mises pada Shell :

2. Tegangan pada Heada) Tegangan tangensial :

b) Tegangan radial :

c) Tegangan Ekivalen Von Mises pada Head :

Rekomendasi Perencanaan Paku Keling Pada Pressure Vessel (Bejana Bertekanan) Bermuatan Aspal

Tabel 3.2 Efisiensi Paku Keling Berdasarkan Jenis SambunganSumber : R.S. Khurmi, J.K. Gupta (2005)Dari hasil analisa kita dapatkan bahwa perencanaan sambungan paku keling pada pressure vessel yang berisikan aspal tidak aman dikarenakan efisiensi pada pressure vessel ini hanya sebesar 17%, Efisiensi yang kecil disebabkan oleh jarak pitch terlalu jauh. Oleh karena itu penulis merekomendasikan agar pitch jangan terlalu jauh. Untuk mendapatkan efisiensi sambungan paku keling sebesar 60% maka memerlukan pitch sepanjang :

Untuk meningkatkan faktor keamanan pada pressure vessel dengan mendapatkan efisiensi sambungan paku keling sebesar 60% maka memerlukan pitch sepanjang 14 mm.Maka dibutuhkan paku keling buta sebanyak circumferential = 158 paku longitudinal = 530 pakBAB IVKESIMPULAN DAN SARAN

4.1 KESIMPULANDari hasil analisa, kita dapatkan bahwa perencanaan sambungan paku keling pada presssure vessel yang berisikan aspal dengan plat bermaterial alumunium yang memiliki tebal 0.16 mm dan diameter tangki sebesar 2222 mm yang memiliki sambungan paku keling jenis buta (blind riveted) memiliki tearing resistance of the plate (Pt) sebesar 8908.16 N, shearing resistance of the rivets (Ps) sebesar 1688.55 N, dan crushing resistance of the rivets (Pc) sebesar 1860,48 sehingga mendapatkan efisiensi sambungan paku keling sebesar 17% (0.17). Dalam hal ini, berarti sambungan paku keling tidak aman. Hal yang menyebabkan efisiensi sambungan pressure vessel ini kecil adalah jarak pitch antar paku keling. Pressure vessel ini juga memiliki tekanan internal sebesar . Pressure vessel bermuatan asphal juga banyak terdapat tegangan-tegangan yang terjadi pada head dan shell. Tegangan yang terdapat pada shell yaitu tegangan circumferential sebesar 72758127.049 Pa, tegangan longitudinal sebesar 36330018 Pa, tegangan radial = -98091.048 Pa dan tegangan ekivalen von mises sebesar 63095335.69 Pa sedangkan tegangan pada head yaitu tegangan tangensial 36345975.135 Pa, tegangan radial -96.783.23 Pa. Tegangan ekivalen von mises 36442758.365 Pa. Oleh karena itu penulis merekomendasikan agar pitch jangan terlalu jauh. Untuk mendapatkan efisiensi sambungan paku keling sebesar 60% maka memerlukan pitch sepanjang :

Untuk meningkatkan faktor keamanan pada pressure vessel dengan mendapatkan efisiensi sambungan paku keling sebesar 60% maka memerlukan pitch sepanjang 14 mm. Mka dibutuhkan paku keling buta pada circumferential sebanyak 158 paku sedangkan pada longitudinal sebanyak 530 paku.

4.2 SARAN1. Untuk meminimalisir kerusakan pada paku keling dan plat sebaiknya perhatikan pitch paku keling, semakin dekat jarak pitch semakin baik efisinesi sambungan paku keling tersebut.2. Untuk memaksimalkan hasil perancangan sambungan paku keling, sebaiknya melakukan perancangan dengan pitch paku keling harus sama satu sama lainnya.

LAMPIRAN GAMBAR

DAFTAR PUSTAKA

R.S. Khurmi, J.K. Gupta. A textbook of Machine DesignI. New Delhi Eurasia Publishing House (Pvt). Ltd. 2005Buthod, Paul. 2011. Pressure Vessel Handbook 12th Edition. United States of America Cobden, Ron. 1994. Alumunium: Physical Properties, Characteristics and Alloys. TALAT.Fari. 2009. Perancangan Pressure Vessel berdasarkan ASME VIII Div I. http://farisaja.blogspot.com/2009/11/perancangan-pressure-vessel.html. Diakses tanggal 3 mei 2014.ASME Boiler & Pressure Vessel Code VIIO/Div.1. http://www.lv-soft.com/software/fachbereiche/apparate/ASMEVIIIDiv1.html. Diakses tanggal 1 mei 2014 Stersses in Thin-Walled Pressure Vessel.http://www.amesweb.info/stressstraintransformation/StressInThinWallPressureVessel/StesseInThinWallPressureVessel.aspx. Diakses tanggal 1 mei 2014Rolamce, David. 2001. Preesure Vessel. Cambrid