Pengaruh Ketebalan di Tengah Tabung Motor Roket.
(Ediwa.
PENGARUH KETEBALAN DI TENGAH TABUNG MOTOR ROKET RX
122 YANG PANJANG
(THE EFFECT OF THICKNESS IN THE MIDDLE OF
RX 122 LONG ROCKET MOTOR TUBE)
Ediwan Pusat Teknologi Roket Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional Jl.
Raya LAPAN Rumpin Ae Bogor 16350 Indonesia e-mail: ediwan.
ok20@yahoo.
Diterima 8 Desember 2016.
Direvisi 23 Januari 2018.
Disetujui 24 Januari 2018
ABSTRACT
In the calculation of rocket tube due to the effect of pressure and temperature, if the comparison of length and diameter is large, then the bending stress and bucking stress will occur because of the weight, shear force, and torsion of the tube.
For this reason, the tube needs to be thickened on the middle part so the pressure in the middle part will be reduced but will not result a new bigger pressure.
In-depth analysis of the tubes was conducted on a long tube which is 2000 mm long and having 122 mm diameter.
The analysis was only regarding the effect of the pressure on the tube with same thickness and the tube with thickened middle part for the purpose of seeing the effect of thickening the middle part of the tube and how much thickness in the middle part is allowed, so the effect of bending and buckling stress can be neglected.
Keywords: rocket tube, pressure effect Jurnal Teknologi Dirgantara Vol.
15 No.
2 Desember 2017 :143 -150
ABSTRAK
Pada perhitungan tabung roket akibat pengaruh tekanan dan temperatur, bila perbandingan antara panjang dan diameter cukup besar, perlu memperhitungkan terjadinya tegangan bending akibat berat dan tegangan buckling akibat ketebalan.
Untuk menghindari tegangan tersebut maka bagian tengah tabung harus lebih tebal agar tegangan bagian tengah berkurang, tetapi tidak menimbulkan tegangan yang lebih besar lagi.
Analisis yang lebih mendalam tentang tabung dilakukan pada tabung yang cukup panjang yaitu 2000 mm dan diameter 122 mm.
Analisis yang dilakukan hanya dari pengaruh tekanan saja pada tabung yang tebalnya sama dan tabung yang tengahnya dipertebal, dengan tujuan untuk melihat pengaruh penebalan bagian tengah tabung tersebut dan sampai ketebalan berapa tabung bagian tengah diizinkan sehingga akibat terjadinya bending dan buckling dapat diabaikan.
Kata Kunci: tabung roket, pengaruh tekanan PENDAHULUAN Setiap melakukan suatu perubahan dalam suatu desain, perlu memperhatikan semua pengaruh yang akan diterima struktur agar struktur yang akan digunakan aman dalam operasinya.
Salah satu perubahan pada tabung RX122 adalah pengaruh ketebalan bagian tengah untuk menghindari tegangan bending dan buckling.
Ketebalan bagian tengah berfungsi untuk menurunkan tegangan yang terjadi dari tabung yang berukuran panjang dan tipis, dengan cara meningkatkan kekakuan pada bagian tabung tersebut.
Proses penebalan ini dapat dilakukan dengan cara menambah ring atau cincin pada bagian tengah tabung atau dari tabung yang tebal dibubut dengan menyisakan ketebalan hanya pada bagian tengah saja, seperti yang dilakukan pada roket RX 122 yang berdiameter 122 mm dan tebal 6 mm, sehingga tabung menjadi berat, untuk meringankan berat tabung maka tabung yang tebalnya 6 mm dibubut menjadi 2,5 mm dengan menyisakan ketebalan pada bagian tengah saja, dengan demikian berat tabung menjadi lebih ringan.
Pengaruh ketebalan bagian tengah ini akan dianalisa dari pengaruh tekanan, agar tegangan yang terjadi kecil, sehingga tabung tidak dianggap panjang dengan adanya ketebalan tersebut.
Namun tegangan harus di bawah tegangan ketika tabung tanpa penebalan, sehingga pengaruh bending dan buckling dapat Analisa membuat variasi ketebalan bagian tengah, dari 2,5 mm tanpa penambah ketebalan, dimulai tebal 6 mm sampai 2 cm yang dilakukan pada tabung berdiameter 122 mm.
Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan struktur tabung motor roket yang lebih ringan namun tetap aman dalam operasinya, sehingga jangkauannya lebih jauh dan mencapai tujuan yang diinginkan.
TEORI DASAR
Perhitungan teoritis yang akan dilakukan adalah perhitungan exact, dan perhitungan yang menggunakan perangkat lunak komputer yaitu metode pendekatan atau rekayasa.
Hasil perhitungan secara teoritis dihitung dengan menggunakan rumus berikut (William 1992.
ASME 2.
- Displacement arah radial keluar dinding tabung di mana p adalah tekanan, r radius.
E modulus elastisitas dan t OIycI = ycE.
ycI 2 ya.
- Tegangan yang terjadi pada tabung arah keluar dinding Pengaruh Ketebalan di Tengah Tabung Motor Roket.
(Ediwa.
yuaOI = ycE.
Tegangan bending adalah tegangan yang ditimbulkan oleh momen (M) yang bekerja di ujung-ujung pipa.
Dalam hal ini tegangan yang terjadi dapat berupa Tegangan Bending akibat tarik dan tekan.
Tegangan bending ini maksimum pada permukaan pipa dan nol pada sumbu pipa, karena tegangan tersebut merupakan fungsi jarak dari sumbu ke permukaan pipa .
Hal ini dapat dirumuskan sebagai berikut:
Eb = .
Dengan:
Eb = Tegangan bending MC = Momen maksimum
= Momen Inersia Penampang
Amax
OI=
Dengan:
Amax = Tegangan geser V = Gaya Geser A = Luas penampang pipa Faktor bentuk untuk per geseran - Puntiran dapat menyebabkan terjadi buckling juga, di mana suatu bentangan bahan dengan luas permukaan tetap dikenai suatu puntiran .
pada setiap ujungnya dan puntiran ini ycN.
ya ya.
ya Dengan J = .
yca 4 adalah momen inersia polar pada luas permukaan.
Jadi, tegangan geser torsional pada suatu jarak r dari sumbu poros luas permukaan adalah.
- Tegangan geser yang menimbulkan buckling mencapai nilai maksimum pada sumbu pipa dan minimum pada jarak terjauh dari sumbu pipa yaitu permukaan luar pipa.
Besar tegangan geser ini kebalikan dengan tegangan bending, sehingga besar tegangan geser pada tabung yang disebabkan oleh kecepatan roket adalah relatif kecil dibandingkan dengan tegangan bending yang dipengaruhi ketebalan pipa dan menyebabkan terjadinya (Roark dan Young, 2002.
Parker, 1.
Emax = disebut juga dengan torsional, dan bentangan pipa tersebut dianggap sebagai poros .
Untuk suatu poros dengan panjang L dan jari-jari c dikenai torsi T Pergeseran .
ngular displacemen.
ujung satu terhadap yang lainnya diberikan dengan sudut y .
alam radia.
yang bertambah secara linier, sehingga, tegangan geser maksimum yang terjadi ycNyca ycN.
yc pada r = c adalah tmax = ya yuaycoycaycu = ya .
Untuk poros pipa yang mempunyai jarijari dalam ri dan jari-jari luar r0 rumus di atas akan berlaku menjadi:
ya= yuU.
cycu4 Oeycycn4 ) .
PERHITUNGAN TEORITIS Perkembangan teknologi sekarang membuat semua pekerjaan menjadi lebih cepat dan hasil yang menakjubkan, karena penampilan simulasi secara grafis dan mudah dimengerti dan dipahami, serta sesuai dengan kemajuan komputer di semua bidang pekerjaan.
Analisa yang dilakukan pada struktur dengan komputer memerlukan koordinat 2 atau 3 dimensi, dari material dibutuhkan banyak data misalnya masa jenis, modulus elastisitas, koefisien termal dan sebagainya, begitu juga pembuatan model benda yang akan Jurnal Teknologi Dirgantara Vol.
15 No.
2 Desember 2017 :143 -150 Tabung yang akan dianalisis adalah tabung dengan panjang 2000 mm, berdiameter 122 mm, dan tebal 5 mm yang dibubut menjadi 2,5 mm, dengan tekanan maksimum akibat pembakaran adalah 80 kg/cm2.
Dengan menggunakan 2 maka didapat, 80ycu5 yuaOI = 0.
25 = 1600 kg/cm2 Dari analisis pipa pada pengaruh tekanan, tegangan yang terjadi 1600 kgf/cm2.
Karena kekuatan maksimum pipa bahan AL6061 sebesar 3000 kgf/cm2, sehingga faktor keamanan pipa atau tabung (Samuel 1.
ycIya = = 1.
ANALISIS DENGAN SOFTWARE
STRUKTUR
Untuk bagian tengah yang ditebalkan analisisnya dilakukan dengan bantuan perangkat lunak struktur untuk pipa atau tabung yang tebalnya 2,5 mm dari ujung ke ujung hasil simulasinya seperti Gambar 4-1 di bawah ini.
Khusus untuk motor roket, faktor keamanan 1,8 Ou 1 maka pipa sangat aman dari pengaruh tekanan saja, sedang beban yang lain masih diabaikan dan karena struktur hanya digunakan sekali saja, tetapi bila akan digunakan untuk bejana bertekanan dibutuhkan faktor keamanan yang jauh lebih tinggi, sebab bejana bertekanan beroperasi dengan waktu yang cukup lama dan akan digunakan dalam waktu bertahuntahun.
Begitu juga untuk pemipaan di bidang perminyakan dibutuhkan faktor keamanan yang cukup tinggi dan pipa yang beroperasi dalam waktu yang lama harus memperhatikan juga faktor bending, korosi, creep, dan lelah.
Perangkat lunak yang sudah menyediakan berbagai beban seperti faktor korosi, bending stress contohnya perangkat lunak Caesar yang khusus untuk perancangan sistem pemipaan (Ediwan 2.
Walaupun dari faktor keamanan dianggap aman, tetapi karena tabung cukup panjang maka faktor keamanan tersebut tidak aman sebab dengan tabung yang panjang dan tipis perlu diperhatikan juga tegangan bending dan tersebut tabung bagian tengahnya perlu ditebalkan (ASME 2.
Gambar 4-1 Pipa yang tebalnya sama Pipa yang tebalnya sama hasil tegangan maksimum 1950 kg/cm dekat tumpuan atau sambungan, sedangkan untuk bagian yang jauh dari sambungan sama dengan hasil teoritis yaitu 1600 kg/cm2, hal ini terjadi karena adanya konsentrasi tegangan dekat sambungan (Dieter, 1.
Untuk tegangan bending dan buckling maka tabung bagian tengah dipertebal dengan tujuan menurunkan tegangan bagian tengah.
Berikut ini adalah pipa yang dipertebal bagian tengah tabung dari 2,5 mm menjadi 6 mm seperti yang ditunjukkan Gambar 4-2 model struktur di bawah ini Gambar 4-2: Bentuk struktur yang ditebalkan Pengaruh Ketebalan di Tengah Tabung Motor Roket.
(Ediwa.
Untuk pipa atau tabung yang ditebalkan 6 mm di tengah dan bagian lain tetap 2,5 mm, hasil simulasinya dapat dilihat pada Gambar 4-3.
640 kg/cm2, sedangkan tegangan maksimum masih tetap 1950 kg/cm2.
Berikut akan ditambah ketebalan bagian tengah menjadi 20 mm seperti Gambar 4,5.
Gambar 4-3 Tabung ditebalkan 6 mm Gambar 4-5: Tabung ditebalkan 20 mm Hasil penebalan bagian tengah dari 2,5 mm menjadi 6 mm terlihat tegangan yang terjadi di tengah menjadi 900 kg/cm2 yang sebelumnya 1600 kg/cm2, sedangkan tegangan maksimum tetap di dekat sambungan sebesar 1950 kg/cm2 (Ediwan 2.
Akan dicoba simulasi penambahan tebal bagian tengah dari 6 mm menjadi 10 mm dan dapat dilihat pada Gambar Gambar 4-4: Tabung ditebalkan 10 mm Penebalan dari 6 mm menjadi 10 mm dapat menurunkan tegangan bagian tengah lebih kecil lagi dari 900 menjadi Dari simulasi tabung dengan menambah ketebalan menjadi 20 mm menghasilkan tegangan bagian tengah menjadi lebih kecil lagi yaitu 412 kg/cm2, tetapi bagian samping penebalan timbul tegangan maksimum lagi yang dapat membahayakan tabung terhadap tegangan yang lain.
PEMBAHASAN
Dengan mempertebal tengahnya dapat menurunkan tegangan bagian tengah saja, karena bila pipa sangat panjang tegangan tengahnya perlu tumpuan atau dipertebal, sedangkan tegangan maksimum tetap 1950 kg/cm2, selain itu faktor kehalusan permukaan konsentrasi tegangan (Ediwan, 2.
Hasil mempertebal dari 6 mm menjadi 10 mm tidak mengubah besarnya tegangan maksimum dan, lokasi konsentrasi tegangan tetapi tegangan bagian tengah menjadi lebih kecil lagi yaitu dari 900 kg/cm2 pada ketebalan 6 mm menjadi 640 kg/cm2 pada ketebalan 10 mm.
Sewaktu tidak dipertebal atau tebalnya masih 2,5 mm.
Jurnal Teknologi Dirgantara Vol.
15 No.
2 Desember 2017 :143 -150 tegangan bagian tengahnya masih tinggi yaitu 1600 kg/cm2 dan bila pipanya panjang maka akan memudahkan terjadinya bending atau tekuk karena tegangannya masih tinggi, ditambah lagi dengan adanya beban temperatur, maka persoalannya semakin membahayakan struktur tersebut (ASME, 2.
Untuk tabung yang dibuat dengan proses pengerolan panas atau dingin, sering meninggalkan tegangan sisa akibat proses reduksi dari bahan pipa tersebut (Roberts, 1.
Hasil mempertebal dari 10 mm menjadi 20 mm tetap tidak mengubah besarnya tegangan dan lokasi konsentrasi tegangan tetapi menambah tegangan maksimum baru pada kedua sisi tabung yang ditebalkan, ini berbahaya walaupun tegangan bagian tengah menjadi lebih kecil lagi.
Persoalan ini sering dilakukan dan berguna untuk tabung yang perbandingan panjang dan diameternya serta perbandingan diameter dan tebal sangat besar atau untuk menentukan jarak antara tumpuan yang aman pada Pipa yang diameternya kecil akan kelihatan lebih ramping bila panjangnya sama (Ediwan, 2005, 2.
KESIMPULAN
C Hasil menunjukkan bahwa tegangan masih cukup tinggi pada bagian tengah untuk tabung yang cukup panjang dan tebal sama 2,5 mm untuk sepanjang tabung, tegangan yang terjadi 1600 kg/cm2 dengan faktor keamanan 1.
C Untuk menurunkan tegangan pada bagian tengah agar tegangan bending dan buckling tidak terjadi maka bagian tengah dipertebal, sehingga tegangan turun, contohnya ditebalkan menjadi 6 mm maka penurunan dari 1600 kg/cm2 menjadi 900 kg/cm2.
C Penebalan yang lebih dari 20 mm menimbulkan konsentrasi tegangan baru di bagian tengah sehingga membahayakan tabung dan tidak diizinkan C Penebalan bagian tengah maksimum 10 mm agar tidak timbul konsentrasi tegangan baru lagi.
C Mempertebal bagian tengah atau membuat ring akan menurunkan tegangan di bagian tengah tetapi ketebalan maksimum tidak boleh lebih besar dari 10 mm karena akan C Kesimpulan bahwa tabung berdiameter 122 mm dengan tebal 2,5 mm aman dengan menyisakan ketebalan bagian tengah maksium 6 mm sehingga didapatkan struktur yang ringan sesuai dengan C Roket ini sudah dilakukan uji statik dan uji terbang dan menunjukkan hasil yang cukup memuaskan, seperti jangkauan yang lebih jauh dan belum pernah gagal pada bagian tabungnya.
UCAPAN TERIMA KASIH