Bab Vi Perancangan Alat Utama.docx

VI. PERANCANGAN ALAT UTAMA Alat utama yang dirancang adalah reaktor hidrolisa yang berfungsi sebagai tempat berlangsungnya reaksi hidrolisa antara karbohidrat dengan air untuk menghasilkan glukosa. Reaktor hidrolisa dioperasikan pada suhu 30oC dan tekanan 1 atm. Reaktor yang digunakan adalah reaktor tangki berpengaduk (RTB) atau Sirred Tank Reaktor (STR). Reaksi : C6H10O5 + Karbohidrat (A)

H2O Air (B)

C6H12O6 Glukosa (C)

d1

OA sf ts

Hs

Da

sf

Ds

OA

d2

Gambar 6.1 Reaktor Hidrolisa Kondisi operasi reaktor : a. Suhu

= 80oC

b. Tekanan

= 1 atm

c. Waktu yang dibutuhkan per batch Waktu pemasukan reaktan = 15 menit

Waktu reaksi

= 45 menit

Waktu pengeluaran produk = 15 menit Total

= 75 menit (1 jam 15 menit) 1. Perhitungan Volume Reaktor Per Batch

Tabel 6-1 Perhitungan Volume Reaktor Per Batch Komponen

Massa (kg)

Karbohidrat

2608,9126

Protein

Massa Densitas

Volume (L)

1,5044

3924,8481

1734,1881

90,1776

0,8000

72,1421

112,7220

Lemak

22,5554

0,9957

22,4584

22,6528

Abu

97,7402

2,0000

195,4804

48,8701

Air

4699,0500

0,9957

4678,8441

4678,8441

HCl

2988,0604

1,0100

3017,9410

2958,4756

Glukosa

2330,8370

0,8490

2330,8370

2745,3910

14242,5511

12301,1438

Total

Densitas (kg/L)

12837,3332

-

Sesuai hasil perhitungan neraca massa diketahui komposisi umpan masuk reaktor hidrolisis. Jumlah umpan masuk yang dibutuhkan ; Densitas campuran =

Total massa × Densitas Total massa 14242,5511

= 12837,3332 = 1,1095 kg/L = 69,2616 lb/ft3 Volume campuran = 12301,1438 L = 434,2304 ft3 Diambil faktor keamanan volume desain sebesar 20% Campuran menempati 80% volume tangki = =

Volume campuran 80% 434,2304 ft3 0,8

= 542,7880 ft3

2. Perhitungan Diameter dan Tinggi Reaktor Menentukan dimensi tangki Tangki berbentuk silinder dengan tutup atas dan tutup bawah elipsoidal Asumsi H/D

= 1,5 m

Volume silinder

= ¼ π D2 × H

= 0,25 × 3,14 × D2 × 1,5 D = 1,1775 D3 Volume tutup atas = Volume tutup bawah = 0,0847 D3 Volume tutup atas

= Volume tutup bawah = 0,0847 D3

Volume tutup tangki = volume tutup atas + volume silinder + volume tutup bawah 542,7880 ft3

= 0,0847 D3 + 1,1775 D3 + 0,0847 D3

542,7880 ft3

= 1,3469 D3

D3

= 402,9906 ft3

D

= 7,3864 ft = 88,6368 in

Dipilih diameter silinder OD 96 inc = 8,0000 ft (Brownell & Young Equipment Design Tabel 5.7 hal. 90) Tinggi silinder

= 1,5 × 96 = 144 inc = 12 ft

Tinggi tutup atas

= 0,169 × OD = 0,169 × 96 = 16,2240 inc = 1,3520 ft

Tinggi tutup bawah

= Tinggi tutup atas = 1,3520 ft

Volume tutup bawah = 0,0847 D3 = 0,0847 × 83 = 43,3664 ft3 Volume larutan pada tangki ; = volume larutan dalam tangki – volume larutan pada tutup bawah = 434,2304 ft3 - 43,3664 ft3 = 390,8640 ft3 Tinggi larutan dalam silinder =

volume larutan dalam silinder 1 π i D2 4

434,2304

= 0,25 ×3,14 ×64.000 = 8,6431 ft Tinggi larutan dalam tangki = Tinggi larutan dalam silinder + tinggi tutup bawah = 8,6431 ft + 1,3520 ft = 9,9951 ft Tinggi tangki = Tinggi tutup atas + tinggi silinder + tinggi tutup bawah = 1,3520 ft + 12 ft + 1,3520 ft = 14,7040 ft 3. Menentukan Tebal Shell (dinding) dan Tutup Reaktor Tekanan hidrostatis

= Densitas × (g/gc) × tinggi larutan = 69,2616 lb/ft3 × 9,9951 ft = 6,8257 Psi

Tekanan desain

= (Phidrostatis + Poperasi) × 1,05

= (6,8257 + 1) × 1,05 = 8,2570 Psi Ketebalan shell ; Bahan konstruksi : Low alloy stell SA/202 grade A Temperatur

: 80oC = 176oF

Pengelasan

: Double walded joint

F

= 18750 Psi

C

= 0,129 gj

E

= 0,8

Tebal shell

(Brownell & Young Equipment Design Tabel 13-1 hal.251)

(Brownell & Young Equipment Design Tabel 13-2 hal.254) Tekanan design × OD

= 2 ×(fc+0,4 ×tekanan design + C 8,2170 Psi × 8,0000

= 2 ×(18750+0,4 ×8,2170) + 0,125 = 0,1268 ft = 1,5210 inc Tebal shell standar = 1 ⅝ inc (Brownell & Young Equipment Design Tabel 5.7 hal.90) ID shell h

= OD – (2 × tebal shell) = 8 – (2 × 0,1268 ft) = 7,7464 ft

Tebal tutup atas ; Tebal tutup atas berupa floating standar dari tabel 5.7 Brownell & Young Equipment Design dengan OD 96 inc, t = 1 ⅝ inc, r = 84 icr = 5 ⅞ icr/r = 0,0699 karena icr lebih besar dari 0,06 maka persamaan yang digunakan adalah : Tekanan design × W

Tebal shell ditutup atas = 2 × fe − 0,2 × tekanan design + C W = ¼ (3 + icr/r)0,5 = 0,25 × 3 + 0,06990,5 = 0,25 × 3 × 0,2644 = 0,8161 Tekanan design × W

W = 2 × fc − 0,2 × tekanan design + C 8,2170 × 0,8161

= 2 × 18750 − 0,2 × 8,2170 + 0,125 = 0,1252 ft = 1,5027 in Tebal shell tutup bawah sama dengan tebal shell tutup atas = 0,1252 ft 4. Perancangan Pengaduk Digunakan pengaduk jenis turbine dengan 6 blades (Brown Unit Operation hal. 507)

Viskositas campuran

Menghitung viskositas campuran =

Viskositas air 1+(0,5 × volume fraksi padatan)

= Volume fraksi padatan = =

(1− volume fraksi padatan)4

massa padatan massa air 1+ 0,5 ×1,0960 1−1,09604

5150,2228

= 4699,05 kg = 1,0960

× 0,8007

= 14593,3783 cp ×

0,000672 lb/ft detik 1 cp

= 9,8068 lb/ft detik Diameter turbine = 0,3333 × diameter tangki = 0,3333 × 8 ft = 2,6667 ft = 0,8128 m Lebar blade

= 0,2 × diameter turbin = 0,2 × 2,6667 ft = 0,5333 ft = 0,1626 m

Panjang blade

= 0,25 × diameter turbin = 0,25 × 2,6667 ft = 0,6667 ft = 0,2032 m

Jumlah turbin = =

tinggi ubi kayu yang telah dihaluskan × densitas ubi kayu halus diameter pengaduk 8,6431 ft ×93,3325/1000 2,6667 ft

= 0,3038 = 1 buah

Kecepatan putaran turbin = 60 rpm = 1 rps Kecepatan putaran paddle total = 1 rps × 2 = 2 rps Menghitung Nre

=

Densitas × Diameter ×N

= Menghitung Fc P

= =

viskositas 93,7325×2,6667×2 0,0051 g

= 98022,1403

32,2

= N2 × D = 22 × 2,667 = 3,0187

volume fraksi padatan × Densitas × 23 ×D5 gc 9,8068 ×93,7325×8,0000 ×0,0432

Power = p ×

32,2 (dt/di) (2t/di)0,5 dt/di) (2t/di)

= 9,8659

= 9,8659 ×

(0,5625 × 22,0560)0,5 3 ×2,7

= 4,2902 HP = 3,2005 Kw

5. Menentukan Peletakan Turbine

HL

Hi Zi

Gambar 6.2 Peletakan Pengaduk Dimana : Zi

: Tinggi pengaduk dari dasar tangki = 1,3520 ft

HL

: Tinggi cairan = 9,9951 ft

Hi

: Jarak antara impeller

Hi

:

HL −Zi Z

=

9,9951− 1,3520 2

= 4,3216

a. Menentukan poros pengaduk Bahan kosntruksi = Commersial stell Modulus elastis

= 1.950,000 cm/cm2

Limit permeable elastis = 2,460 kg/cm2 b. Menentukan panjang poros Panjang poros : HT + HP - Zi Dimana : HT : Tinggal total reaktor = 14,7040 ft HP : Tinggi poros diatas reaktor (diambil Hp = 0,30 ft) Zi : Tinggi poros diatas dasar bejana (Tinggi Impeller dari dasar tangki = 1,3520 ft) Panjang poros = 14,7040 ft + 0,30 ft – 1,3520 ft = 13,6520 ft 6. Perancangan Coil Pendingin Pada reaktor ini digunakan air sebagai pendingin yang dilewatkan dalam coil berbentuk helical yang ditempatkan pada bagian dalam reaktor. Koefisien perpindahan panas dari coil kelarutan untuk tangki berpengaduk dihitung menggunakan persamaan 20-4 hal. 722 Kern.

ho . Dt k

Da2 .N.ρ 2/3 c.μ 1/3 μ 0,14 ) ( k ) (μ ) μ w

= 0,87 (

Dimana : ho

: Koefisien perpindahan panas bagian luar (Btu/jam.ft2 oF)

Dt

: Diameter dalam reaktor (ft)

k

: Konduktivitas panas, Btu/jam ft2 (oF/ft)

Da : Diameter impeller (ft) N

: Putaran pengaduk, putaran/jam

ρ

: Densitas larutan (lb/ft3)

µ

: Viskositas campuran (lb/ft.jam)

c

: Spesifik panas, Btu/lb.oF

Diketahui : Dt = 8 ft Da = 2.667 ft k

= 0,23 Btu/jam ft2 oF

µ

= 1.0033 × 10-3 lb/ft2 detik (3,63 lb/jam ft)

N = 2 rps ρ

= 65,4641 1b/ft3 μ

Asumsi (μ w)0,14 = 1 (untuk proses pemanasan dan pendinginan) ho = 0,87 (

2,667

)( 6,06

2,6672 × 2 × 65,4641 ⅔ (0,415)(3,63) ⅓ ) ( 0,23 ) 1,0083 × 10−3

×1

= 6237,9189 Btu/jam ft2 oF Koefisien perpindahan panas bagian dalam (hiocoil) Dipilih pipa coil dengan spesifikasi : NPS

= 1 in

Diameter luar ; OD

= 1,32 in

Diameter dalam ; ID

= 1,049 in = 0,0874 ft

SCH

= 40

Luas penampung ; A

= 0,864 in2 = 0,0060 ft2

Luas permukaan luar ; qo = 0,344 ft2/ft hi = 0,027 (

D.G 0,8 c μ ⅓ μ 0,14 ) ( k ) (μ w) μ

(Tabel 11 Kern, 844)

Dimana : D : Diameter dalam pipa coil = 1,049 in = 0,0874 ft G : Kecepatan massa, lb/jam.ft2 µ

: Viskositas air pendingin = 1,7521 lb/jam ft2

k

: Konduktivitas panas = 0,3605 Btu/jam ft2(oF/ft)

c : Kapasitas panas = 1,0 Btu/lb.oF W

G = at Dimana : W : Laju alir massa fluida dingin (air pendingin) = 27467,7893 kg/jam = 60566,4754 lb/jam G =

60566.4754 lb/jam 0,0060 f𝑡 2

Hi = 0,027 (

= 10094412,57 lb/jam.ft2

0,08274×10094412,57 0,8 1 × 1,7521 ⅓ ) ( 0,3605 ) 1,7521

×1

= 1525,7602 Btu/jam ft2 oF ID

Hio = hi × OD = 1525,7602 ×

1,049 1,32

= 1212,5170 btu/jam ft2 oF

hio coil = hio × (1+55 (DC/DH) Dimana : DC = Diameter dalam pipa coil DH = Diameter helical (lilitan coil) Ditetapkan diameternya sebesar 80% diameter dalam reaktor. Maka : Dft

= 0,80 × 8 ft = 6,4 ft

hio coil = 1212,5170 × (1+3,5 (1,049/6,4) = 3120,6209 Btu/jam.ft2 oF 1. Koefisien perpindahan panas keseluruhan bersih Uc =

hio × ho hio + ho

3120,6209 Btu/jam.ft2 o F × 6237,9189 Btu/jam.ft2 o F

= 3120,6209 Btu/jam.ft2 o F +

6237,9189 Btu/jam.ft2 o F

= 2080,0446 Btu/jam.ft2 oF 2. Koefisien perpindahan neraca panas keseluruhan desain 1 UD

1

= U + Rd

Rd = 0,0010 ; Kern tabel 12

C

1

= (2080,0446 Btu/jam.ft2 o F ) + 0,0010 = 0,0014 Btu/jam ft2 oF

Dari perhitungan neraca panas reaktor, diketahui beban panas reaktor sebesar : Q = 1977607,176 kkal/jam = 7847779,5912 Btu/jam Δt =

72−5,4 In

72 5,4

= 25,711oF

Luas permukaan perpindahan panas A =U

Q D

7161634,302

× ∆t

= 125 × 24,6826 = 2321,1928 ft2

Jumlah permukaan coil per lilitan (Ac) Ac = π × DH × n o = 3,14 × 6,4 ft × 0,344 ft2/ft = 6,9130 ft3 Jumlah lilitan coil (Nc) A

Nc = Ac =

2321,1928 f𝑡 2 6,9130 f𝑡 2

= 335,77221 = 336 lilitan 7. Perhitungan isolasi

Penggunaan isolasi pada reaktor dimaksudkan untuk menghindari kehilangan panas sebagai suhu operasi pada reaktor tetap konstan,disamping itu agar tidak membahayakan operator peralatan reaktor. Dimana: R1 = jari-jari luar shell reaktor atau sama dengan jari-jari bagian dalam isolasi. = ½ (OD shell) = ½ (96 in) = 48 in R2 = jari-jari bagian luar isolasi = R1 + t t

= tebal isolasi

k stainless stell >>> sehingga T dinding dalam reaktor = T dinding luar reaktor/suhu operasi pada bagian shell, T1 = 60oC (140oF) a. T udara luar ; T ≈ 30oC = 86oF (546oR) b. Tinggi shell reaktor ; H = 14,7040 ft Bahan isolasi = 85% magnesia dengan sifat-sifat kisolasi = 0,0308 Btu/jam.ft2 (oF/ft) ɛ

= 0,38

T2 = ditentukan = 40oC (104oF - 564oR) Tɛ =

T1 + T ≈ 2

=

564+546 2

= 555oF

Δt = T2 - T ≈ = 104 – 86 = 18oF

Koefisien perpindahan panas radiasi Koefisien perpindahan panas konduksi hc = 0,19 Δt1/3 = 0,19 × 181/3 = 0,4979 Btu/jam.ft2 (oF/ft) 8. Perancangan Nozzle Nozzle yang akan dirancang antara lain : 1. Nozzle pemasukan reaktor pada tutup atas 2. Nozzle pengeluaran produk gas pada tutup atas 3. Nozzle pengeluaran produk larutan pada tutup bawah 4. Nozzle pemasukan dan pengeluaran air pendingin pada bagian shell 5. Manhole (lubang orang) Menentukan ukuran Nozzle penentuan diameter optimum pipa untuk nozzle ditentukan dengan menggunakan pers. 15 dan pers. 16 hal. 496 Peters dengan mengasumsikan aliran turbulen (NRe > 2100) dan aliran laminer (NRe < 2100) Di = 3,9 . Qf 0,45 . ρ0,13

(Pers. 15 Peters)

Di = 3,0 . Qf 0,36 . ρ0,18

(Pers. 16 Peters)

Dimana : Di : Diameter optimum pipa (in) Qf : Laju alir volumetrik (ft3/detik) ρ : Densitas (lb/ft3) µ : Viskositas (cp) a. Nozzle pemasukan campuran larutan umpan Laju alir massa bahan (m) = 37952,9862 kg/jam = 83686,3346 lb/jam Densitas campuran (ρ)

= 60,1917 lb/ft3

Viskositas (µ)

= 0,0476 lb/ft.detik

Laju alir volumetrik reaktan Q=

m ρ

=

83686.,346 lb/jam 60,1917 lb/ft3

= 1390,3301 ft3/jam × 1 jam/3600 detik = 0,3862 ft3/detik

Diameter optimum pipa : Di = 3,9 × (0,3862 ft3/detik)0,45 × (60,1917 lb/ft3)0,13 = 4,3298 in

Dipilih pipa nominal dengan spesifikasi (Tabel 11 Kern, hal. 844) Nominal pipa size (NPS) = 6 in Schedule (SCH)

= 40

Diameter dalam (ID)

= 6,065 in = 0,5052 ft

Diameter luar (OD)

= 6,625 in = 0,55185 ft

Luas penampang (A)

= 28,9 in2 = 0,1994 ft2

Pengecekan bilangan Reynold (NRe) NRe = V

ρ .V.D μ Q

=A=

NRe =

0,3862 ft3 /detik 0,1994 ft2

= 1,9368 ft/detik

60,1917 lb/ft3 ×1,9368 ft/detik × 0,5052 ft 0,000476 lb/ft.detik

= 123730,7869

NRe > 2100, maka asumsi aliran turbulen memenuhi dan ukuran pipa dapat digunakan.

Gambar 6.3 Manhole A : Diameter luar (in) T : Tebal minimum (in) R : Diameter luar permukaan yang muncul (in) E : Diameter poros pada dasar (in) k

: Diameter poros poada titik pengelasan (in)

L : Panjang (in) B : Diameter dalam untuk dinding pipa (in) NH : Jumlah lubang baut

DB : Diameter baut Tabel ukuran flange nozzle reaktor NPS (in)

A

T

R

E

K

L

B

1¼ 1½ 2

4⅝ 5 6

⅝ 1 1/16 ¾

2½ 2⅞ 3⅝

1 5/16 2 9/16 3 1/16

1,66 1,90 2,38

2¼ 2 7/16 2½

1,38 1,61 2,07

9. Perancangan Penyangga a. Perhitungan beban penyangga 1. Berat bagian shell 𝜋

W shell = 4 (ODs2 – IDs2) × HR × ρ Di mana : IDs = Diameter dalam shell ODs = Diameter luar shell = IDs + 2 ts (ts = tebal shell = 1 5/8 in) = 96 in + (2 × 1 5/8 in) = 89,25 in HR

= tinggi shell reaktor = 14,7040 ft = 176,4480 in

Shell = 0,2830 lb/in3 2. Berat tutup reaktor (di shead) (W tutup) Wtutup = 0,084672 (ODH3 – IDH3) × ρ Dimana : IDH

= Diameter dalam tutup = 96 in

ODH

= Diameter luar tutup = IDH + 2ts (ts = 1 ⅝) = 98 in + (2 × 3/16 in) = 99,25 in = 0,2830 lb/in3

3. Berat coil pendingin (Wcoil) Wcoil

π

= 4 (IDC 2 – ODC 2) × DH × NC × ρ

Dimana : IDC

: Diameter dalam shell coil = 1,049 in = 0,0874 ft

ODC

: Diameter luar shell coil = 1,32 in

DH

: Diameter lingkaran coil = 6,4 ft = 76,8 in

NC

: Jumlah lilitan = 336 lilitan

ρ

: Densitas shell = 0,2830 lb/in3

Wcoil

=

3,14 4

(1,322 – 1,0492 in) × 76,8 in × 336 × 0,2830 lb/in3

= 3680,3654 lb 4. Berat bahan dalam reaktor (Wbahan) Wbahan = V × ρL Dimana : V

: volume bahan dalam reaktor = 434,2304 ft3

ρL

: 69,2616 lb/ft3

Wbahan = 434,2304 ft3 × 69,2616 lb/ft3 = 30075,4923 lb = 13654,2735 kg 5. Berat air pendingin ; Wair Volume air dalam coil Vair

𝜋

= 4 . IDC2 . DH . NC

Dimana : IDC

: Diameter pipa dalam coil

DH

: Diameter lingkaran coil

NC

: Jumlah lilitan coil

Maka ; Vair = Wair

3,14 4

× (1,049 in)2 × 36,192 × 336 = 10504,4301 in3

= Vair × ρair = 10504,4301 in3 × 0,0361 lb/in3 = 379,2099 lb

Perhitungan leg support (kaki penyangga) Dalam perancangan ini digunakan penyangga jenis I beam. Beban yang diterima penyangga dihitung dengan menggunakan pers. 10.76 Brownell & Young. P =

4 PW (H−L) n Dbc

+

WR n

Direncanakan reaktor ini diletakkan dalam gedung, dengan penyangga yang tidak terlalu tinggi, maka beban karena angin diabaikan atau P W = 0, sehingga P=

WR n

Dimana : WR : Beban reaktor = 30075,4923 lb

n

: Jumlah penyangga = 4 buah

Maka =

30075,4923 lb 4

= 7518,8731 lb

Total panjang kaki (H) H : Tinggi reaktor sampai pondasi + ½ tinggi reaktor H = L + 0,5 HR

Dimana : HR : Tinggi reaktor = 14,7040 ft Ditetapkan L = 1,5 m (4,9213 ft) Maka : H = L + 0,5 HR = 4,9213 ft + (0,5 × 1,7040 ft) = 12,2733 ft = 6,3088 m Dipilih I beam dengan spesifikasi sebagai berikut : (Appendix G Brownell & Young hal. 365) Berat = 7,5 lb/ft Luas penampang (A) = 2,17 in h

= 3 in

b

= 2,509 in

Dicoba dipasang dengan Dari appendix G Brownell & Young didapat: I

= 0,59 in4

r

= 0,52 in

tekanan yang diterima I beam (fc) :

I

= r

0,59 in4 0,52 in

= 1,135 in3 I

Untuk 0 < r < 60 dari persamaan 4.21 hal. 20 Brownel & Young Fc

=[

18,000 I2 1+ 2 .18000 r

]=[

1+

18.000

] = 17998,7127 lb/in2

(0,59 in4)2 (0,52 in)2 (18000)

Luas yang diketahui komposisi (A hitung) p

3089,0520 lb

A hitung = fc = 17998,7127 lb/in2 = 0,1716 in2 = 2,17 in2

Abeam

Ternyata A hitung < A beam, maka ukuran I beam bisa digunakan. a. Perancangan lug (kupingan)

a

tmp

b

tg

h

thp

l

b. Perancangan baut Bahan konstruksi SA-193 B8f tipe 303 (Appendix D Brownell & Young) dengan nilai tegangan maksimum yang diizinkan (fs) = 15.000 lb/in2 Menentukan diameter baut : P

W =n

Dimana : n

= Jumlah baut = 4 buah

W =

3089,0520 lb 4

= 772,263 lb

W

Fs = Ab Dimana : Ab = Luas penampang baut W

772,293 lb

Ab = Fs = 15.000 lb/in2 = 0,0515 in2 Ab = ¼ π db2

4 Ab 1/2 ) π

d b2 = (

4 ×0,0515 i𝑛2 1/2 ) 3,14

=(

= 0,2561 in

dari tabel 10.4 Brownell & Young hal. 188 dipilih baut dengan spesifikasi diameter baut (db)

= ½ in

luas permukaan (Ab) = 0,126 in2 bolt spacing (B)

= 1 ¼ in

Radial distance (R)

= 13/16 in

Edge distance (E)

= 5/8 in

Nut dimention

= 1 1/16 in

P hitung

= fS . Ab = 15.000 lb/in2 × 0,126 in2 = 1890 lb

P aktual

= 772,263 lb

P hitung > P aktual, maka ukuran baut dapat digunakan. c. Perencanaan lebar plate Horizontal dan jarak Gusset Lebar plate horizontal (a) a = 2 . db + 3 in = (2 × ½ in) + 3 in = 4 in Jarak gusset (b) ; b = 2 . db + 2,509 in = (2 × ½ in) + 2,509 in = 3,5090 in d. Perancangan tebal plate horizontal Bahan konstruksi plate adalah steel dengan poison ratio (µ=0,30) 1 = a + ½ b7 = 4 in + ½ (3,5090 in) = 5,7545 in b

3,5090 in

= 5,7545 in = 0,61 1 b

Untuk 1 = 0,61 di tabel 10.40 Brownell & Young diperoleh : Y1 = 0,565 Beban kompresiterhadap plate horizontal dihitung dengan menggunakan pers. 10.40 Brownell & Young 𝑃

2𝐿

My = 4 𝜋 [(1 + µ) in (𝜋 𝑒) + (1 – Y1)] Dimana : My : Maksimum banding momen sepanjang axisradial (lb) P : Beban yang diterima baut = 3089,0520 lb µ : Poison ratoi (0,30 untuk baja)

e

:

nut dimention

=

2

1 𝑖𝑛 16

1

2

= 0,53125 in

L : Lebar plate horizontal = 5,7545 in Maka : My =

3089,0520 lb 4 × 3,14

2 ×5,7545 in

[(1 + 0,30) in (3,14 × 0,53125 in) + (1 – 0,565)]

= 724,5153 lb Maka tebal plate horizontal 6 My

thp = (f max)0,5

(Pers. Hal. 192 Brownell & Young)

6 ×724,5153 lb

= ( 15.000 lb/i𝑛2 )0,5 = 0,5383 in Digunakan tebal plate horizontal 5/8 in (1,5875 cm) e. Perancangan base plate Dipilih base plate bentuk persegi panjang Beban tiap plate = beban tiap leg (kaki) + berat leg (kaki) Dik : Beban leg (beban yang diterima I beam) = 3089,0520 lb Berat leg (kaki) = berat I beam × panjang leg (H) = 7,5 lb/ft × 9,4713 ft = 71,0348 lb Beban tiap plate (P) = beban I beam + berat leg (kaki) = 3089,0520 lb + 71,0348 lb = 3160,0868 lb Luasan base plate (Abp) Abp

= (2 n + 0,8 b) (2 m + 0,95 h) P

= f base plate

Nilai f base plate sama dengan bearing capacity fondaty base plate, dipilih pondasi beton dengan nilai bearing capasity 600 Psi Bahan konstruksi base plate adalah SA-201 grade A dengan tegangan yang di izinkan 15.000 Psi Maka : Abp =

3160,0868 lb 600 lb/in2

= 5,2668 in2

Untuk perhitungan awal diasumsikan m = n Abp

= (2 n + 0,8 b) (2 m + 0,95 h)

5,2668 in2 = (2 m + (0,8 × 3,5090)) (2 m + (0,95 × 3)) 5,2668 in2 = (2 m + 2,8072) (2 m + 2,85) 5,2668 in2 = 4 m2 + 11,3144 m + 8,0005 m

= 0,56 in

n

= 0,56 in

sehingga : lebar base plate = 2 n + 0,8 b = (2 × 0,56) + (0,8 × 3,5090) = 3,9272 in ≈ 4 in Panjang base plate = 2 m + 0,95 h

= (2 × 0,56) + (0,95 × 3)

= 3,97 in ≈ 4 in A baru = panjang × lebar

= 4 in × 4 in = 16 in2

Dipilih : Ukuran base plate = 5 in × 5 in = 25 in2 Lebar base plate = 2 n + 0,8 b 5 in n

= 2 n + (0,8 × 3,5090) = 1,04 in

Panjang base plate = 2 m + 0,95 h 5 in m

= 2 m + (0,95 × 3) = 1,031 in

Karena n > m, maka m yang mengontrol pada pemilihan base plate. Tebal base plate = (0,00015. P . n2)0,5 Dimana : P = tekanan base plate

=

beban base palte A base plate

=

3160,0868 lb 25 in2

= 126,4034 lb/in2

Sehingga tebal base plate : thp = (0,00015 . P . n2)0,5 thp = ((0,00015) × (126,4034 lb/in2) × (1,04 in)2)0,5 = 0,14 in Digunakan tebal base plate standar = 3/16 in = 0,14 in Tekanan pada baut base plate : P=

W base plate n

n = jumlah baut = 4 buah P=

3160,0868 lb 4

= 790,0217 lb

Luasan baut pada base plate : P

700,02171 lb

Ab = fs = 415.000 lb/i𝑛3 = 0,0527 in2 Diameter baut ; db = (

4 𝐴𝑏 0,5 ) 𝜋

=(

4 ×0,0527 𝑖𝑛2 0,5 ) 3,14

= 0,2591 in

Dipilih baut dengan ukuran diameter standar = ½ in (tabel 10.4 Brownell & Young) f. Anchor Diambil panjang anchor = 4 in Diameter anchor

= diameter baut = ½ in

g. Pondasi Beban pada base plate = 316,0868 lb Densitas baja (ρ)

= 0,283 lb/in2

Berat base plate

= (Panjang × lebar × tebal × ρ) base plate = 5 in × 5 in × 3/16 in × 0,283 lb/in3 = 1,3266 lb

Berat total

= beban base plate + berat base plate = 3160,0868 lb + 1,1266 lb = 3161,4134 lb

Diambil ukuran pondasi Luas atas

= 7 in × 7 in

Luas bawah

= 10 in × 10 in

Tinggi pondasi = 7 in ρ beton

= 150 lb/ft3 = 0,0868 lb/in3

panjang sisi rata-rata = (

7 in +10 in 2

) = 8,5 in

luas rata-rata

= (8,5 in × 8,5 in) = 72,25 in2

volume pondasi

= luas permukaan rata-rata × tinggi pondasi = 72,25 in2 × 7 in = 505,75 in3

Berat pondasi = 3062,50 in2 × 0,0868 lb/in3 = 43,8991 lb Digunakan cement sand dan graver dengan safe bearing power = 5 ton/ft3

7 in 7 in

10 in

10 in

Tekanan pada tanah = =

Berat pondasi+Berat total Luas rata−rata 43,8991 lb+ 3161,4134 lb 72,25 in2

= 44,3610 lb/in2

Pengecekan ukuran pandasi Dr. Hesse, persamaan 12.3 halaman 334, allowable compressive streght adalah 2250 Psi Maka : a

d = (57) (P0,5) Dimana : d

: bagian vertical dari pandasi (in)

a

: bagian horizontal

p

: tekanan pada tanah (lb/ft2) 𝑎

slope (𝑑) 𝑎 𝑑

57

57

= (P)0,5 = (44,36)0,5 = 8,56

Kemiringan pondasi =

10,7 7

= 0,4286

Kemiringan pondasi <<< slope digunakan.

𝑎 𝑑

, maka pondasi dengan dimensi tersebut dapat