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

Tabel K dan alpha.

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 )

Balok Tepi

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