Oleh
:
M. Didik Suryadi
(06503241001)
Jurusan Pendidikan Teknik Mesin Universitas Negeri Yogyakarta Yogyakarta Ahad, 11 Januari 2009 FACTOR OF SAFETY SAFE TY (Faktor Keamanan)
I.
PENDAHULUAN A. Pere Perenc ncan anaa aan n
Perencanaan adalah suatu kreasi untuk mendapatkan suatu hasil akhir dengan mengambil mengambil suatu tindakan tindakan yang jelas, atau suatu kreasi atas sesuatu yang mempunyai kenyataan fisik. Dalam bidang teknik, hal ini masih menyangkut proses dimana prinsip–p prinsip–prinsip rinsip ilmiah dan alat-alat teknik seperti seperti matematika, matematika, komputer komputer,, dan bahasa bahasa dipakai dipakai dalam dalam mengha menghasil silkan kan suatu suatu rancan rancangan gan yang yang kalau kalau dilaksanakan akan memenuhi kebutuhan manusia. Perencanaan mesin mencangkup semua perencanaan mesin, berarti perencanaan dari sistem dan segala yang berkaitan dengan sifat mesin, elemen mesin, struktur, dan instrumen, sehingga didalamnya menyangkut seluruh disiplin teknik mesin, seperti mekanika fluida, perpindahan panas, dan termodi termodinam namika ika serta serta ilmu-ilm ilmu-ilmu u dasar dasar dalam dalam perenc perencanaa anaan n elemen elemen mesin.1
B. Per Permasa masala laha han n
Seor Seoran ang g pera peranc ncan ang g past pastil ilah ah tida tidak k hany hanyaa akan akan memi memiki kirk rkan an bagaim bagaimana ana bentuk bentuk,, strukt struktur ur,, kompon komponen en mesin mesin yang yang akan akan dipaka dipakai, i, dan sebagainya. sebagainya. Akan tetapi seorang seorang perancang perancang juga harus memperhitungkan memperhitungkan
factor of safety (faktor keamanan) dari mesin atau konstruksi yang akan dibuatnya. Oleh karena itu, factor of safety (faktor keamanan) akan sangat 1
Elemen mesin-1, hal 1
1
dipikirkan dan diaplikasikan oleh seorang perancang guna menghasilkan sebuah produk yang aman bagi si- pembuat pembuat maupun si- pemakai. Disini saya akan sedikit menyampaikan tentang te ntang apa yang dimaksud dengan factor of safety (faktor keamanan), kode dan standar keamanan dalam dalam meran merancan cang, g, dan dan juga juga Orga Organi nisa sasi si Stan Standa darr Inter Interna nasi sion onal al,, yang yang nantinya diharapkan dapat dimanfaatkan oleh seorang perancang sebelum perancang tersebut merancang suatu konstruksi.
2
II.
PEMBAHASAN A. Fakt Faktor or Kea Keama mana nan n
Faktor
keama amanan
adalah lah
faktor
yang ang
digu igunakan
untuk
mengevaluasi keamanan dari suatu bagian mesin. 2 Faktor keamanan ini dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain : 1. Variasi ariasi sifat-s sifat-sifat ifat bahan bahan 2. Pengaruh Pengaruh ukuran ukuran dati dati bahan bahan yang yang diuji diuji kekuata kekuatannya nnya 3. Jenis beban 4. Pengar Pengaruh uh permes permesina inan n dan proses proses pemb pembent entuka ukan n 5. Pengaruh Pengaruh perlaku perlakuan an panas panas terhadap terhadap sifat fisis dari material material 6. Pengar Pengaruh uh pelum pelumasa asan n dan umur umur dari dari elemen elemen mesin mesin 7. Peng engaru aruh wak waktu dan dan lin lingkun gkunga gan n diman imanaa peral eralat atan an ters terseb ebut ut dioperasikan 8. Syarat-syara Syarat-syaratt khusus khusus terhadap terhadap umur umur dan dan ketahanan ketahanan uji mesin mesin 9. Keamanan Keamanan manus manusia ia secara secara keseluru keseluruhan han harus harus diperhatikan diperhatikan
Penggunaaan faktor keamanan yang paling banyak terjadi bila kita memb memban andi ding ngkan kan tegan teganga gan n deng dengan an keku kekuat atan an,, untu untuk k mena menaks ksir ir angk angkaa keamanannya.3 Katakanlah, sebuah elemen mesin diberi effek yang kita sebut sebagai F . Kita umpamakan umpamakan bahwa F adalah suatu istilah yang umum, dan bisa saja berupa suatu gaya, momen puntir, momen lentur, kemiringan, lendutan, atau semacam disorsi. Kalau F dinaikkan, sampai suatu suatu besaran besaran tertent tertentu, u, sedemi sedemikian kian kalau kalau dinaik dinaikkan kan sediki sedikitt saja, saja, akan akan mengga menggangg nggu u kemamp kemampuan uan mesin mesin tersebu tersebut, t, untuk untuk melaku melakukan kan fungs fungsiny inyaa secara semestinya. semestinya. Kalau kita nyatakan nyatakan batasan batasan ini, sebagai batas akhir, akhir, harga F sebagai fu , maka faktor keamanan dapat dinyatakan sebagai :
(1-1)
2 3
Perencanaan Teknik Teknik Mesin, jilid 1, hal 11 Elemen Mesin-1, hal 3
3
Bila
sama dengan dengan Fu, dan pada pada saat saat ini ini tida tidak k ada ada F sama Fu, n=1, n=1, dan
keamanan sama sekali. Akibatnya sering dipakai istilah batas keamanan (margin of safety). Batas keamanan dinyatakan dengan persamaan :
(1-2)
M=n-1
Istilah faktor keamanan dan batas keamanan banyak dipakai dalam prakti praktik k indus industri, tri, yang yang arti dan maksut maksutnya nya diketah diketahui ui jelas. jelas. Begitu Begitupun pun,, istilah Fu dalam persamaan (1-1), adalah istilah yang terlalu umum untuk semua jenis kegiatan, merupakan angka tersendiri yang secara statistik bervariasi. Karena alasan ini, suatu faktor keamanan dengan n > 1 tidak Karenaa hubu hubung ngan an antar antaraa ting tingka katt menghala menghalangi ngi terjadiny terjadinya a kegagala kegagalan n . Karen bahaya dengan n ini, beberapa pengarang cenderung menggunakan istilah sebagai pengganti pengganti “faktor keamanan”. keamanan”. Sejauh anda faktor perencanaan sebagai meng mengert ertii akan akan maks maksud udny nya, a, istil istilah ah mana manapu pun n bias bias dipa dipaka kai. i. Faktor
keamanan adalah faktor n dari persamaan (1-1). Lebih lanjut, penggunaaan faktor keamanan yang paling banyak terja terjadi di,, bila bila kita kita menb menban andi ding ngka kan n tega tegang ngan an deng dengan an keku kekuat atan an,, untu untuk k menaksir angka keamananya. Faktor keamanan dipakai mempertanggung jawabkan dua efek yang terpisah, ter pisah, dan biasanya tidak saling berhubungan. Bila Bila bany banyak ak bagi bagian an-b -bag agia ian n yang yang haru haruss dibu dibuat at,, dari dari berb berbag agai ai pengiriman bahan yang berbeda, atau ditemukan adanya variasi kekuatan dari berbagai bagian tersebut, karena alasan yang berbeda beda, termasuk karena adanya perbedaan dalam pembuatan, pengerjaan panas dan dingin, dan bentuk geometrinya. Bila suatu bagian dipasangkan, katakanlah pada sebuah konstruksi dan dan kons konstru truks ksii ters terseb ebut ut dite diterim riman an oleh oleh pemak pemakai ai yang yang mewa mewah, h, akan akan dida didapa pati ti adan adany ya
vari varias asii beba beban n yang ang berl berleb ebih ihan an dilu diluar ar jang jangka kaua uan n
pengawasan pabrik dan perencanaanya.
4
Jadi, faktor keamanan secara terpisah dipakai oleh perencana untuk memperhitun memperhitungkan gkan ketidak tentuan tentuan yang mungkin terjadi atas kekuatan kekuatan suatu bagian mesin dan ketidak tentuan yang mungkin terjadi atas beban yang bekerja pada bagian mesin tersebut. Kita akan memilih tiga buah kasus yang menunjukan perbedaan yang jelas dalam penggunaan faktor keamanan. Kasus ini tergantung pada apakah faktor keamanan dipilih sebagai suatu besaran, atau sebagai faktor yang dimasukan kedalam komponen. Kasus 1. Seluruh faktor keamanan dipakai terhadap kekuatan σ
S =
n
atau τ
Ss =
n
(1-3)
Disini, tegangan σ dan µ disebut tegangan aman (safety strees) atau tegangan perencanaan perencanaan (design strees). Perhatikan, bahwa Ss adalah suatu tegangan geser. Karena hanya ada faktor keamanan yang dipakai dalam persamaan persamaan n haruslah mencakup juga kelonggaran atau ketidak tentuan beban dan tegangan. Anda perlu mencatat bahwa hubungan dalam persamaan 1-3 secara tidak langsung juga menunjukan bahwa tegangan berbanding lurus terhadap beban. Kalau ada keraguan atas perbandingan lurus tersebut, maka Kasus-1 tak dapat dipakai. Kala Kalau u suat suatu u bagi bagian an mesi mesin n suda sudah h dire direnc ncan anak akan an dan dan bent bentuk uk geometri, beban dan kekuatanya diketahui maka faktor keamanan dapat dihitu dihitung ng untuk untuk mengev mengevalua aluasi si keaman keamanan an dari dari rencan rencanaa tersebu tersebut. t. Cara pende pendekat katan an ini juga juga dapat dapat diperg diperguna unakan kan,, bila bila riwaya riwayatt kegaga kegagalan lan dari dari bagian mesin tersebut sudah diketahui, dan siperencana ingin mempelajari mengapa beberapa bagian mesin tertentu sering rusak. Nutuk tujuan ini, Persamaan (1-3) dipakai dala bentuk :
n
S =
σ
atau n
Ss =
(1-4)
τ
5
Kasus 2 Seluruh faktor keamanan tersebut dipakai terhadap pembebanan,
atau terhadap tegangan yang timbul akibat pembebanan tersebut.
(1-5)
Fp = n.F atau σp = n.σ
Di sini Fp disebut beban yang diperkenankan (allowable load),
p disebut tegangan atau beban yang diizinkan (permissible load), dan τ Hubung ngan an yang yang diperken diperkenanka ankan, n, atau tegan tegangan gan yang yang diingi diinginka nkan n . Hubu persam persamaan aan selalu selalu perlu perlu dipaka dipakaii bila bila teganga tegangan n tidak tidak berban berbandin ding g lurus lurus dengan beban. Tegangan Tegangan yangdidapat dari beban yang diinginkan juga bias disebut disebut sebagai sebagai tegangan tegangan yang diizinkan. Karenanya, Karenanya, Persamaan Persamaan (1-5) dapat dipakai untuk tujuan perencanaan, dengan memilih suatu bentuk geometri tertentu, sedemikian rupa sehingga tegangan yang diizinkan tidak pernah lebih besar dari kekuatan S. Kasus 3 Faktor keamanan total atau faktor keamanan menyeluruh, dipakai
terhad terhadap ap semua semua bagian bagian dari dari mesin, mesin, dan faktor faktor yang yang tersen tersendiri diri dipaka dipakaii secara secara terpisa terpisah h terhada terhadap p kekuata kekuatan n dan terhada terhadap p beban, beban, atau terhada terhadap p tegangan yang terjadi akibat beban tersebut. Kalu misalnya, ada dua beban yang ang beke bekerj rja, a, maka maka fakt faktor or keam keaman anan an tota totall atau atau fakt faktor or keam keaman anan an menyeluruh adalah : ( α )
n = n s.n1.n2 Di mana
n s
dipakai untuk memperhitungkan semua variasi atau ketidak-
tetapan yang menyangku menyangkutt kekuatan kekuatan menyangkut beban 1 dan
n1
n2 terhadap
terhada terhadap p ketida ketidak k tetapan tetapan yang yang
ketidak-tetapan yang menyangkut
beban 2. Kalau tidak menggunaka menggunakan n suatu faktor keamanan , seperti seperti
n s
terhadap terhadap kekuatan kekuatan sebetulnya sebetulnya kita mengatakan, mengatakan, bahwa ada keadaan keadaan biasa
6
dan wajar, maka kekuatan yang didapat tersebut tak akan pernah kecil. Jadi, harga terkecil dari kekuatan tersebut, dapat dihitung sebagai berikut :
(1-6)
Kalau Kalau kita kita menggu menggunak nakan an faktor faktor keamana keamanan, n, seperti seperti n1 terhad terhadap ap suatu beban atau tegangan yang timbul akibat beban tersebut. Sebetulnya kita mengatakan , bahwa bebab atau tegangan yang timbul tersebut tidak akan pernah lebih besar. Jadi, beban atau tegangan terbesar, sesuai dengan kasus ini adalah :
σ p
Di mana
n j
= n j.σ
atau
(1-7)
Fp = n j.F
adalah komponen dari faktor keamanan total [
n1
atau
n2
dalam dalam persam persamaan aan ( a ), yang yang diperh diperhitun itungka gkan n secara secara terpisa terpisah h terhad terhadap ap ketida ketidak k tetapan tetapan yang yang menyang menyangkut kut teganga tegangan n atau beban. beban. Hal ini sesuai sesuai dengan peryataan tentang
σ p
dan F diperkenankan p sebagai harga yang diperkenankan
atau dizinkan . Untu Untuk k kasu kasuss ini, ini, hubu hubung ngan an tega tegang ngan an deng dengan an beba beban, n, dapa dapatt dinyatakan dengan persaman umum berikut ini :
σ p = C£ ( x1, x2, x3,….., x ) F 2,2,n3 F F 3…..,n j F 3 ) ) i F (n1 F 1, 1,n2 F
di mana
(1-8)
C =
konstanta
£ =
fung fungssi dari dari bentu entuk k geom geomet etri ri
F =
fung fungsi si beb beban an,, bias biasan any ya gay gaya dari dari mom momen en
X 1=
ukur ukuran an bagi bagian an mesi mesin n yan yang g dir diren enca cana naka kan n
F 1 =
beba beban n luar luar yan yang g beke bekerj rjaa pada pada bag bagian ian mesi mesin n ters terseb ebut ut
7
n j =
faktor
keamanan
yang
dipakai
untuk
memperhitungkan variasi beban masin-masing Tentunya, suatu persamaan yang sama dengan persamaan (1-8) juga dapat ditulis untuk tegangan geser. Persamaan (1-8) dipakai untuk perencanaan, dengan menghitungnya, untuk semua ukuran x1 yang tidak diketahui. Akhirny Akhirnya, a, adalah adalah pentin penting g untuk untuk dicatat dicatat,, bahwa bahwa kekuat kekuatan an dan tegangan dalam suatu bagian mesin adalah berbeda-beda dari satu titik ketitik yang lain dalam elemen tersebut. Berbagai cara pengerjaan pengerjaan logam, seperti penempaan, rolling dan pembentukan dingin menyebabkan adanya variasi kekuatan tersebut dari satu titik ketitik yang lain dalam bagian mesin tersebut. Tegangan juga berubah dari titik ketitik yang lain. Jadi, perlu diingat bahwa kekuatan tegangan, kekuatan, dan keamanan hanya berlaku pada suatu titik tertentu saja. Di dalam beberapa kasus mereka harus dievaluasi pada beberapa titik, dalam merencana atau menganalisa suatu bagian mesin. 4 Faktor keamanan dipilih untuk memastikan tegangan geser yang diijin diijinkan kan tidak tidak melebih melebihii ukuran ukuran batas batas teganga tegangan n untuk untuk materia material, l, tetapi tetapi pertimbangan secara umum akan mempengaruhi nilai faktor keamanan tersebut. Yang Yang mempengaruhi adalah adala h : 1. Sifat dari material material itu sendiri sendiri dan spesif spesifikasi ikasi keandalanny keandalannyaa 2. Sifat Sifat pembe pembeban banan an (sifat (sifat mampu mampu beban beban)) 3. Sifat Sifat ketah ketahanan anan materia materiall dari dari koro korosi si 4. Kemung Kemungkin kinan an dampak dampak dari penge pengerja rjaan an pemesin pemesinan an 5. Akib kibat kega kegaga gala lan n
(kel (kelel elah ahan an))
mater ateria iall
pad pada
wak waktu prose rosess
pembentukan.5
Untuk komponen mesin yang mengalami beban bervariasi terusmenerus, menerus, maka faktor faktor keamanan keamanan dihitung dihitung berdasarkan berdasarkan ketahanan lelah bahan yang digunakan. Menurut pendapat J. P. Vidosic angka keamanan 4 5
Perencanaan Teknik Teknik Mesin, jilid 1, hal 11-13 Mechanical Engineering Science, page 53
8
disesuaikan berdasarkan tegangan luluhnya, dan kemudian J. P. V idosic memberikan angka keamanan sebagai berikut : 1. n = 1.25 + 1.5 :
Untuk
bahan
yang
sesuai
dengan
pengg pengguna unaan an pada pada kondis kondisii terkont terkontrol rol dan beban beban tegang tegangan an yang yang bekerja dapat ditentukan dengan pasti. 2. n = 1.5 + 2
:
Untuk ba bahan ya yang su sudah di diketahui da dan pa pada
kondis kondisii lingku lingkunga ngan n beban beban dan teganga tegangan n yang yang tetap tetap dan dapat dapat ditentukan dengan mudah. 3. n = 2 + 2.5
:
Untuk
bahanyang
beroperasi
pada
lingkungan biasa dan beban serta tegangan dapat ditentukan. 4. n = 2.5 + 4
:
Untuk
bahan
getas
dibawah
kondisi
lingkungan, beban, dan tegangan. 5. n = 3 + 4
:
Untuk ba b ahan be b elum di d iuji ya y ang di d igunakan
pada kondisi lingkungan, beban, dan tegangan rata-rata atau untuk bahan yang sudah diketahui baik yang bekerja pada tegangan yang tidak pasti.6
Akan Akan tetap tetapii berd berdas asark arkan an Ir. Ir. Zain Zainun un Achm Achmad ad,, MSC. MSC.,, belia beliau u menambahkan tiga poin dari apa yang telah disampaikan J. P. Vidosic, yaitu : 6. Beban Berulang
:
Faktor-faktor seperti yang ditetapkan
pada nomor 1sampai 6 yang sesuai, tetapi harus disalurkan pada batas ketahanan lelah dari pada kekuatan luluh bahan. 7. Gaya Kejut
:
Faktor ya yang se sesuai pa pada no nomor 3 sampai 5
tetapi faktor kejut termasuk dalam beban kejut. 8. Bahan Getar
:
Dimana tegangan maksimum digunakan
secara teoritis, harga faktor keamanan dipresentasikan pada nomor 1 samapai 5 yang diperkirakan 2 kalinya. 7
6 7
Mechanical Design An Integrated Approach, page 12 Elemen Mesin-1, hal 4-5
9
Menurut D. Titherington dan J. G. Rimmer dalam bukunya yang berjudul “Mechanical Engineering Science ” mengatakan mengatakan bahwa, bahwa, untuk untuk mend mendefi efini nisi sika kan n fakto faktorr keam keaman anan an yang yang mana mana memu memung ngki kink nkan an untu untuk k mengetahui tegangan yang didijinkan pada suatu konstruksi adalah dengan cara melaku melakukan kan suatu suatu perhit perhitung ungan, an, yang yang mana mana perhit perhitung ungann annya ya adalah adalah sebagai berikut 8:
Faktor keamanan = tegangan mulur asal : tegangan yang diijinkan
B. Kode Kode dan dan Sta Stand ndar ar
Standar, adalah sekumpilan spesifikasi untuk bagian-bagian mesin, bahan atau proses untuk mendapatkan keseragaman, efisiensi, dan mutu tertentu. Salah satu kegunaan standar yang penting adalah untuk memberi suatu batasan akan jumlah jenis dalam spesifikasi. adalah sekump sekumpula ulan n spesi spesifik fikasi asi untuk untuk keperlu keperluan an analis analisa, a, Kode, adalah perencanaan, cara pembuatan, dan kadang-kadang jenis konstruksi. Tujuan kode kode adalah adalah untuk untuk mendap mendapatk atkan an suatu suatu tingka tingkatt tertent tertentu u dari dari keaman keamanan, an, efisiensi, dan performans atau mutu. Perlu diamati, bahwa kode keamanan tidak menyatakan secara tidak langsung tentang suatu keamanan yang
mutlak ( absolute safety). Pada kenyataannya, tidak mungkin didapat suatu keamanan yang mutlak. Kadangkala, suatu kejadian tak terduga terjadi. Merencanakan bangunan yang tahan terhadap kecepatan angin 120 mph, tidak berarti bahwa si perencana mengira bahwa angin dengan kecepatan 150 mph tidak mungkin; ini hanya bararti bahwa kemungkinan itu sangat kecil.9 Dibawah ini adalah perkumpulan organisasi dan himpunan yang terdaftar dan telah mengembangkan spesifikasi untuk standar dan kode perencanaan atau kode keamanan :
8 9
Mechanical Engineering Science, page 52 Perencanaan Teknik Teknik Mesin, jilid 1, hal 15
10
NO
SINGKATAN
KEPANJANGAN
1
AA
Aluminum Association
2
AFBMA
Anti-Friction Be Bearing Ma Manufacturing As Association
3
AGMA
American Gear Ma Manufacturing Association
4
AIAA
American In Institute of of Aeronautics an and Astronautics
5
AISC
American Institute of Steel Construction
6
AISI
Amerinan Iron and Steel Institute
7
ANSI
American National Standards Intitute
8
API
American Petroleum Institute
9
ASCE
American Society of Civil Engineers
10
ASLE
American Society of Lubrikation Engineers
11
ASM
American Society of Metals
12
ASME
American Society of Mechanical Emgimeers
13
ASTM
American Society for Testing and Materials
14
AWS
American Welding Society
15
NASA
Natinal Aeronautics and Space Administration
16
NIST
National Institute for Standards and Technology
17
IF I
Industrial Fasteners Intitute
18
ISO
International Standards Organization
19
SAE
Sociaty of Automotive Engineers
20
SEM
Society for Experimental Mechanics
21
SESA
Society for Experimental Strees Analysis
22
SPE
Society of Plastic Engineers
The following is a partial list of societies and organization* that have established spesifications for standards and safety or design codes. 10
10
Mechanical Design An Integrated Approach, page 13
11
III.
KESIMPULAN Kesimpulan :
1. Fakt Faktor or keam keaman anan an adala adalah h fakto faktorr yang yang digu diguna naka kan n untu untuk k meng mengev evalu aluas asii keamanan dari suatu bagian mesin. 2. Seora eoran ng
peran eranca can ng
haru arus
memah emaham amii
dan dan selal elalu u men mengap gaplika likassikan ikan
pengetahuannya tentang faktor keamanan guna keselamatan si pembuat dan si pemakai. 3. Nilai atau atau batas-bata batas-batass faktor faktor keamanan keamanan telah telah ditentukan ditentukan dalam tabel. tabel. 4. Seorang Seorang perancang perancang harus harus mengacu mengacu pada standar standarisasi isasi dan dan kode-kode kode-kode yang yang telah ada.
12
DAFTAR PUSTAKA
Shigley, Shigley, Joseph E., Mitchel, Larry Larr y D. & Harahap, Gandhi (1983).” Perencanaan
Teknik Mesin.” M esin.” Jakarta; Erlangga. Achmad, Zainun (1999).” Elemen Mesin-1.” Bandung; Refika Aditama. Titherington, D.& Rimmer, J.G. (1969).” Mechanical Engineering Science.” London; Mc. Graw Hill Publishing Company Limited. Collins, Jack A. (2003).” Mechanical Design of Machine Elements and Machines
A Failur Prevention Perspective.” Amerika; John Wiley & Sons. Maitra, Gifin M. & Prasad, L.V. L.V. (1995).” Handbook of Mechanical Design
(Second Edition). New Delhi; Mc. Graw-Hill. Ugural, Ansel C. (2003).” Mechanical Design An Integrated Approach.” Boston; Mc. Graw Hill.
13
http://www. Allowable Stress Vessel.com
14
