## PERHITUNGAN KEKUATAN SPI POROS PADA PENGUJIAN MODEL KAPAL
Strength Calculation of Shaft Pin by Model Testing
Suyadi 1
1 Balai Teknologi Hidrodinamika, Surabaya.
Email: suyadi1suyadi@gmail.com
Diterima: 23 November 2015; Direvisi: 18 Desember 2015; Disetujui: 1 Maret 2016

## Abstrak
Pasak terbuat  dari baja  lunak  (mild  steel),  berfungsi  sebagai  pengunci  yang  disisipkan  diantara  poros dan propeller agar  keduanya  tersambung  dengan  pasti  sehingga  mampu  meneruskan  momen puntir/torsi,  oleh  sebab kajian teknis tentang besarnya  gaya, torsi  dan  tegangan diperlukan  dalam memprediksi kekuatan  dan umur pakai pasak tersebut.  Untuk  mendapatkan kekuatan  pasak  dan umur pakai pasak tersebut dilakukan analisa pada proses uji self propulsion dimana variabel yang dipilih adalah putaran  mesin  yang  merupakan  parameter sangat  berpengaruh  terhadap  perubahan  gaya, torsi  dan tegangan. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa untuk proses uji self propulsion Kapal Patroli Cepat 60 meter, pada putaran mesin 2813 rpm dan 3043 rpm pasak beroperasi pada kondisi normal, sedangkan pada  putaran  mesin  1213  rpm  pasak  beroperasi  pada  kondisi  ektrim  dimana  torsi  yang  timbul  43 Nm sehingga gaya yang dipikul oleh pasak 8601 N, menghasilkan tegangan sebesar 44.2 Ksi dan umur pakai pasak 70 hari operasional pasak atau 3.5 bulan kalender.
Kata kunci: gaya, torsi, tegangan, poros model propeller, pasak

## Abstract
Pegs made of soft steel (mild steel), serves as a lock that is inserted between the shaft and propeller so that they connect with certainty so that they can pass on the torque/torque, because of technical studies on the magnitude of force, torque and tension needed to predict the strength and lifespan The pegs. To gain  strength  and  lifespan  peg  pegs  the  analysis  on  the  process of  self-propulsion  test  where  the selected variables are engine speed is very influential parameter to change the style, torque and strain. The  results  showed  that  for  the  test  process  of  self  propulsion  vessel  Fast  Patrol  60  Meter,  at  2813- 3043  rpm  of  the  engine  rotation, pegs  operate  under  normal  conditions,  while  the  engine  turns  1213 rpm pegs operate in the extreme condition which is resulting torque is about 43 Nm and the pegs has 8601 N internal force, The resulting strain of 44.2 Ksi and lifespan pegs peg 70 operating days or 3.5 months of the calendar.
Keywords: force, torque, stress, propeller model shaft, pegs

## PENDAHULUAN
Pada fasilitas work  shop di Balai  Teknologi Hidrodinamika  Surabaya  (BTH)  dilengkapi    mesin frais berfungsi  untuk membuat  alur  pada  poros  dan propeller. Pembuatan alur – alur tersebut untuk menempatkan  pasak,  sehingga  pasak  berfungsi menghubungkan  antara  bagian  penggerak  (poros)  dan
propeller, poros model baling – baling yang merupakan fungsi  utama dari  pelaksanaan  model  uji self propulsion. Keuntungan  penggunaan  pasak  adalah mudah untuk dipasang dan ukurannya telah distandarkan  diameter  poros,  pasak  juga  terpasang pada  lokasinya  secara  akurat  mudah  dilepas  dan diperbaiki. Kekurangan  penggunaan  pasak  adalah
tidak bisa menahan pergerakan aksial dan memungkinkan  terjadinya backlash dan  beban  impak, karena  adanya rongga antara pasak , poros dan
propeller, untuk menghilangkan efek tersebut, digunakan  skrup  pengencang  dan  dipasang    pada propeller 90º terhadap pasak.
Poros propeller berfungsi untuk memindahkan atau meneruskan  tenaga  dari  transmisi  ke propeller sehingga propeller bisa  berputar. Poros dibuat  dari pipa baja atau stainlees steel yang memiliki ketahanan terhadap  gaya  puntiran  atau  bengkok. Material pasak harus  lebih  lunak  (memiliki kekuatan  mulur  lebih kecil) dibandingkan marerial poros dan propeller.
Standar pengelompokan pasak berdasarkan bentuk dan  dimensinya. Pasak  paralel berpenampang  segi empat  dengan  tinggi  dan  lebar  konstan  pada  arah memanjang, Gambar 1.(a). Pasak  miring mempunyai lebar konstan dengan tinggi bervariasi  secara  linier pada arah memanjang dengan kemiringan 1/8 inch per foot  dan  dipasang pada  alur  miring  sampai  terkunci Gambar 1.(b).  Pasak woodruff berbentuk  setengah lingkaran dengan lebar  konstan,  dipasang  pada  alur pasak  yang  juga  berbentuk setengah  lingkaran Gambar 1.(c).
Gambar 1. Macam – macam pasak
Menurut  ASME,  definisi  pasak  adalah  elemen mesin  yang bersifat  bisa  dibongkar  pasang.  Apabila pasak  dipasang pada  alurnya  akan mempunyai kegunaan untuk mentransmisikan torsi antara poros dan propeller.
Oleh  sebab  itu  pasak  harus  dibuat halus  dengan ketelitian tinggi sesuai dengan Standart Nasional (SN) dan  ISO  (Internasiona  Standard  Organisation) untuk mengurangi terjadinya impak dan backlash..
Gaya-gaya  yang  bekerja  pada pasak  dan  poros seperti  diperlihatkan  Gambar 2. F  adalah  gaya tangensial  berupa  gaya  geser  yang  terjadi  pada pasak,sehingga  timbul  torsi  pada  pasak, gaya
dorong kebawah  (trust  force),  F t ,  bekerja  pada  garis normal yaitu tegak lurus terhadap benda kerjasehingga timbul  momen  bending. maka kedua  gaya  tersebut perlu  dianalisa  untuk  mengetahui  besarnya  tegangan yang terjadi untuk mengetahui batas operasional pasak, agar  bekerja  dengan  aman  sehingga  kerusakan pada pasak dapat terhindarkan.

## Gambar 2. Gaya pada poros dan pasak

## DASAR TEORI
Poros propeller merupakan  salah  satu  bagian terpenting  dari  instalasi  penggerak  kapal.  Putaran mesin  ditransmisikan  ke  propeller  melalui  pasak  yang dipasang pada poros, maka pasak sangat mempengaruhi kerja mesin bila terjadi kerusakan. Bila direncanakan  poros  tersebut  mampu  memindahkan daya  sebesar  P  (kW)  dengan  putaran  (n)  rpm,  maka sudah  barang  tentu  pasak  yang  akan  direncanakan tersebut  juga  harus  mampu  meneruskan  daya  dan putaran,  sehingga  besar  torsi  (T) yang  bekerja  pada poros yaitu:
T = 60.P (N.m) (1) π2 .n atau T = 16π τ p d 3 (2) dimana : p = daya yang akan dipindahkan (watt) n = putaran dalam (rpm) d = Diameter poros
τ p = Tegangan puntir yang diizinkan untuk
bahan poros
Gambar 3. Contoh dimensi pasak
Dalam perencanaan pasak, besar torsi yang terjadi lebih besar dari torsi yang harus dipindahkan yaitu :
T p = k. T (3)
dimana : T p = Torsi untuk perencanaan pasak
T = Torsi yang bekerja pada poros k = Faktor perencanaan = 1.25 s/d 1.5 Bila diameter poros serta Torsi untuk perencanaan pasak telah diketahui, maka gaya keliling yang bekerja pada pasak dapat dicari yaitu :
F = Tp (4) d/2
dimana : d = diameter poros
Dalam  perencanaan  pasak,  ada  dua  kemungkinan pasak tersebut rusak atau putus :
a. Putus akibat gaya geser
b. Putus akibat tekanan bidang
Bila  pasak  tersebut  diperhitungkan  kemungkinan putus akibat gaya geser maka :
F = A  g
(5)
F = L. b  g (6)
dimana :
A = Luas penampang kemungkinan putus tergeser
A = L. b
L = panjang pasak
b = lebar pasak
 g = Tegangan geser yang diizinkan untuk bahan pasak Dari persamaan (4) dan (6) diperoleh:
Tp.2/d= L .b .  g (7) T p = L. b. d/2.  g (8)
Bila  diperhitungkan  kemungkinan  rusak  akibat tekanan bidang:
F = A .  D (9)
dimana :
 D =  Tegangan  bidang  yang  diizinkan  untuk  bahan pasak
A  =  Luas  bidang  pasak  yang  menekan/bersinggungan terhadap bidang poros
A = L.t/2 F = L .t/2.  D
dimana : T p = F.d/2 Tp = L.t/2. d/2.  D
(10)
Bila  pasak  harus  mampu  menahan  gaya  geser  dan gaya  tekan,  maka dari  persamaan (3)  dan (4) diperoleh:
L. b.d/2.  g = L.t/2.  D
b.  g = t/2  D  g = t/2.b.  D (11)
Untuk ukuran lebar dan tebal pasak biasanya sudah distandarisasi  maka  hasil  perhitungan  harus  dipilih ukuran  yang  ada  pada standarisasi. Bila  hasil perhitungan,  ukurannya  tidak  ada  yang  cocok  dalam tabel  pasak,  maka  ukuran  pasak  yang  diambil  adalah ukuran yang lebih besar.
Di  bawah  ini  dicantumkan  ukuran  lebar  dan  tebal pasak, sesuai dengan standart yang dipasaran

## Tabel 1. Standart pasak menurut IS: 2292 dan 2293
Diameter poros (mm) Penampang p asak Lebar (mm) Tebal (mm) 10 4 4 12 5 5 17 6 6 22 8 7
Pemilihan bahan poros dan    pasak perlu diketahui untuk  menentukan  umur  pasak,  pada  umumnya  pasak terbuat  dari  baja  lunak  yaitu  baja  karbon  rendah  AISI 1020 Low carbon steel,seperti ditunjukan pada Tabel.2 sedangkan poros terbuat dari baja karbon tinggi,seperti ditunjukan pada Tabel.3
Tabel 2. Properties tegangan untuk material baja AISI 1020 low carbon steel bahan pasak
(Roylance, 2008)
Mechanical properties Metric Imperial Tensile Strength,Ultimate 394,72 MPa 57249 psi Tensile Strength,Yield 294,74 Mpa 42748 psi Tabel 3. Propertiestegangan untuk material baja SAE-AISI 1020 (S20C,C22,G10200) carbon steelbahan poros (Roylance, 2008) Mechanical properties Metric Imperial Tensile Strength,Ultimate 450 MPa 65000 psi Tensile Strength,Yield 370 Mpa 54000 psi

## METODOLOGI
Metodologi  yang  dipakai  berdasarkan  pada  Studi pustaka  dan  pengamatan  lapangan  pengamatan tersebut dimaksudkan    untuk mendapatkan dimensi
pasak dengan permukaan halus dan untuk mendapatkan    umur  pakai  pasak  pada  proses  uji  self propulsion, prosedur pengamatan meliputi :
1. Pemilihan  bahan  poros propeller (stainless steels)
SAE-ASI  1020 carbon  steel dan pasak 1020 low carbon steel yang ada dipasaran
2. Dilakukan  perhitungan  matematis  untuk  analisa tegangan dengan variable putaran dinamo  meter. berdasarkan  hasil  perhitungan  dari  persamaan  (1) s/d (11).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembuatan pasak pada model poros propeller untuk pengujian  kapal di  Laboratorium BTH yang dikerjakan  pada  bengkel  mekanik,  material pasak terbuat  dari baja  karbon  rendah dan  bahan poros propeller terbuat dari baja karbon tinggi (AISI 1020).
Dimana pada proses pembuatan alur pada poros dan propeller menggunakan  mesin frais, sedangkan pembuatan  pasak  persegi  panjang  dengan  penampang bujur sangkar dilakukan dengan kerja bangku (manual).
Tabel 4. Perhitungan gaya,torsi dan tegangan
Hasil perhitungan David Roylance (2008) 1213 rpm 2831 rpm 3043 rpm F 8601 N 3684 N 3425 N Tp 43 Nm 18.42 Nm 17.12 Nm
τ g 153.1Mpa 22.1 Ksi 65.78 Mpa 9.50 Ksi 61.1 Mpa 8.82 Ksi 42.748 Ksi σ D 306.2 Mpa 44.2 Ksi 131.6 Mpa 19 Ksi 122 Mpa 17.58 Ksi 42.748 Ksi
Gambar 4. Grafik S – N (Ateia, 2009)
Pada  uji self  propulsion KPC  60  PAL  diperoleh data dimensi pasak adalah panjang 14 mm, lebar 4 mm dan  tinggi  4  mm, diameter  model  poros propeller 10 mm,  putaran  poros (1213 rpm, 2831 rpm  dan 3034 rpm), daya mesin 3640 watt.
Perhitungan  dibuat  dengan  mengimplementasikan Persamaan (1)  s/d  (11) maka  hasilnya hasil  yang diperoleh diperlihatkan pada Tabel 4.
Untuk  memudahkan  pembahasan,  maka  dibuatkan Tabel 4 yang menunjukkan perhitungan dan pengamatan lapangan. Dengan variabel putaran mesin, sehingga  didapat  gaya,  torsi,  tegangan  geser  dan tegangan bidang.
Pada  Tabel 4,  grafik S-N, diperoleh  data  yaitu  untuk putaran mesin 2831 rpm didapat tegangan 19 ksi, untuk putaran 3043 rpm tegangan dari resultan gaya 17,58 ksi, jadi  proses uji self  propulsion pada  kedua  putaran tersebut berjalan normal karena posisinya masih berada dibawah garis grafik S – N steel 1020. Sedangkan untuk putaran  mesin 1213 rpm, posisinya  memotong  grafik S-N  dengan  nilai tegangan 44.2 ksi (Tabel 4). Penggunaan  uji self  propulsion di BTH  rata-rata pemakainnya  4  jam/hari  dengan  putaran  mesin  1213 rpm maka didapat umur pasak 70 hari, ini berarti pasak beroperasi  pada  kondisi  ekstrim, hal tersebut menyebabkan pasak menjadi  patah/rusak. Maka disarankan  pada  proses uji self  propulsion tersebut menggunakan putaran mesin diatas 1213 rpm.

## KESIMPULAN
Untuk melakukan pekerjaan self propulsion pada uji poros model propeller, hal yang harus diperhatikan adalah  terjadinya tegangan pada pasak karena pengaruh  putaran  dari  mesin dinamo  meter yang dapat  menyebabkan  rusaknya pasak atau  pasak menjadi patah.
Untuk  pemilihan  material  poros model propeller berupa  baja  stainles dan  jenis pasak yaitu  HSS/1020, maka  disarankan  untuk  memilih  putaran  mesin  diatas 1213 rpm. Karena  pada  putaran  tersebut  torsi  yang dihasilkan  oleh  dinamometer  sangat  besar  (43  Nm) sehingga  gaya  gaya  yang  dipikul  oleh  pasak  sangat besar  (8601  N). Hal  ini  akan mempengaruhi umur pakai dari pasak. Untuk kecepatan putaran 1213 rpm tersebut, pasak mengalami tegangan kerja sebesar 44.2 ksi, berarti  melebihi  batas  tegangan luluh  materialnya yaitu  sebesar 42.75 ksi.  Untuk  kondisi  ekstrim  ini pasak sanggup beroperasi hingga 70 hari kerja atau 3.5 bulan kalendar.
Sekiranya  perlu juga dilakukan  penelitian lebih lanjut tentang    pengaruh torsi,gaya dan tegangan pada pasak terhadap  putaran  mesin dinamometer yang menyebabkan pasak menjadi patah sebelum  umur pakai terlampaui.

## DAFTAR PUSTAKA
Amstead, B. H., dkk. (1977). Manufacturing Processes, John Wiley and Sons, New York.
Anton, C. N. (2012). Toleransi  dan  Suaian. http://teknik-manufaktur.blogspot.co.id.
Ateia, Alaa A. (2009). Manufacturing. Processes II 3 rd
Materials
Engineering. https://www.scribd.com/document/25462659/Ma nufacturing-Processes-Cutting-Tool.
Paryanto. (2000). Proses Pembubutan Logam. http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/(PPt)%20 Materi%202.%20Proses%20Kerja%20Bubut%20 (Turning).pdf.
Rochim, Taufiq. (1993). Teori dan Teknologi Proses    Pemesinan,    Lab.    Teknik    Produksi, Jurusan Teknik Mesin FTI-ITB.
Roylance, David. (2008). Mechanical  Properties  of Material. MIT.
Tim  Fakultas  Teknik  Mesin Universitas Negeri Yogyakarta.  (1997). Modul  Menggerinda  Pahat dan Alat Potong.
Halaman Kosong