Faktor Keamanan

Faktor keamanan didefinisikan sebagai sebagai berikut :a. Perbandingan antara tegangan maksimum dan tegangan kerja aktual atau tegangan ijin.

b. Perbandingan tegangan luluh (Vy) dengan tegangan kerja atau tegangan ijin.

c. Perbandingan tegangan ultimate dengan tegangan kerja atau tegangan ijin.

Faktor keamanan adalah faktor yang digunakan untuk mengevaluasi keamanan

dari suatu bagian mesin.Faktor keamanan ini dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain :

1. Variasi sifat-sifat bahan

2. Pengaruh ukuran dati bahan yang diuji kekuatannya

3. Jenis beban

4. Pengaruh permesinan dan proses pembentukan

5. Pengaruh perlakuan panas terhadap sifat fisis dari material

6. Pengaruh pelumasan dan umur dari elemen mesin

7. Pengaruh waktu dan lingkungan dimana peralatan tersebut dioperasikan

8. Syarat-syarat khusus terhadap umur dan ketahanan uji mesin

9. Keamanan manusia secara keseluruhan harus diperhatikan

Penggunaaan faktor keamanan yang paling banyak terjadi bila kita membandingkan

tegangan dengan kekuatan, untuk menaksir angka keamanannya.3 Katakanlah, sebuah elemen

mesin diberi effek yang kita sebut sebagai F. Kita 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 besaran

tertentu, sedemikian kalau dinaikkan sedikit saja, akan mengganggu kemampuan mesin

tersebut, untuk melakukan fungsinya secara semestinya.

Kalau kita nyatakan batasan ini, sebagai batas akhir, harga F sebagai fu , maka faktor

keamanan dapat dinyatakan sebagai :

Bila F sama dengan Fu, n=1, dan pada saat ini tidak ada keamanan sama

sekali. Akibatnya sering dipakai istilah batas keamanan

(margin of safety). Batas keamanan dinyatakan dengan persamaan :

Istilah faktor keamanan dan batas keamanan banyak dipakai dalam praktik industri,

yang arti dan maksutnya diketahui jelas. Begitupun, 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

menghalangi terjadinya kegagalan. Karena hubungan antara tingkat bahaya dengan n ini,

beberapa pengarang cenderung menggunakan istilah faktor perencanaan sebagai pengganti

“faktor keamanan”. Sejauh anda mengerti akan maksudnya, istilah manapun bias

dipakai. Faktor keamanan

adalah faktor n dari persamaan (1-1).

Lebih lanjut, penggunaaan faktor keamanan yang paling banyak terjadi, bila kita

menbandingkan tegangan dengan kekuatan, untuk menaksir angka keamananya. Faktor

keamanan dipakai mempertanggung jawabkan dua efek yang terpisah, dan biasanya tidak

saling berhubungan.

Bila banyak bagian-bagian yang harus dibuat, dari berbagai 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 konstruksi

tersebut diteriman oleh pemakai yang mewah, akan didapati adanya variasi beban yang

berlebihan diluar jangkauan pengawasan pabrik dan perencanaany

Jadi, faktor keamanan secara terpisah dipakai oleh perencana untuk memperhitungkan

ketidak tentuan yang mungkin terjadi atas 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

Disini, tegangan σ dan µ disebut tegangan aman (safety strees) atau tegangan

perencanaan (design strees). Perhatikan, bahwa Ss adalah suatu tegangan geser. Karena hanya ada faktor

keamanan yang dipakai dalam 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.

Kalau suatu bagian mesin sudah direncanakan dan bentuk geometri, beban dan kekuatanya

diketahui maka faktor keamanan dapat dihitung untuk mengevaluasi keamanan dari rencana tersebut. Cara

pendekatan ini juga dapat dipergunakan, bila riwayat kegagalan 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 :

Kasus 2 Seluruh faktor keamanan tersebut dipakai terhadap pembebanan,

atau terhadap tegangan yang timbul akibat pembebanan tersebut.

Di sini Fp disebut beban yang diperkenankan (allowable load), atau beban yang

diizinkan (permissible load), dan p disebut tegangan yang diperkenankan, atau tegangan yang

diinginkan . Hubungan

persamaan selalu perlu dipakai bila tegangan tidak berbanding lurus dengan beban. Tegangan

yangdidapat dari beban yang diinginkan juga bias disebut sebagai tegangan yang diizinkan. Karenanya,

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 terhadap semua bagian dari

mesin, dan faktor yang tersendiri dipakai secara terpisah terhadap kekuatan dan terhadap beban, atau

terhadap tegangan yang terjadi akibat beban tersebut. Kalu misalnya, ada dua beban yang bekerja, maka

faktor keamanan total atau faktor keamanan

menyeluruh adalah :

Di mana ns dipakai untuk memperhitungkan semua variasi atau ketidak- tetapan yang menyangkut

kekuatan n1 terhadap ketidak tetapan yang menyangkut beban 1 dan n2 terhadap ketidak-tetapan yang

menyangkut beban 2.

Kalau tidak menggunakan suatu faktor keamanan , seperti ns

terhadap kekuatan sebetulnya kita mengatakan, bahwa ada keadaan biasa dan wajar, maka kekuatan yang didapat tersebut tak akan pernah kecil. Jadi, harga terkecil dari kekuatan tersebut, dapat dihitung sebagai berikut :

Kalau kita menggunakan faktor keamanan, seperti n1 terhadap 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 :

Di mana nj adalah komponen dari faktor keamanan total [ n1 atau n2 dalam persamaan ( a ), yang

diperhitungkan secara terpisah terhadap ketidak tetapan yang menyangkut tegangan atau beban. Hal

ini sesuai

dengan peryataan tentang σp dan Fp sebagai harga yang diperkenankan

atau dizinkan .

Untuk kasus ini, hubungan tegangan dengan beban, dapat dinyatakan dengan persaman

umum berikut ini :

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.

Akhirnya, adalah penting untuk dicatat, bahwa kekuatan dan tegangan dalam suatu bagian mesin

adalah berbeda-beda dari satu titik ketitik yang lain dalam elemen tersebut. Berbagai cara 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 diijinkan tidak melebihi ukuran

batas tegangan untuk material, tetapi pertimbangan secara umum akan mempengaruhi nilai faktor

keamanan tersebut. Yang mempengaruhi adalah :

1. Sifat dari material itu sendiri dan spesifikasi keandalannya

2. Sifat pembebanan (sifat mampu beban)

3. Sifat ketahanan material dari korosi

4. Kemungkinan dampak dari pengerjaan pemesinan

5. Akibat kegagalan (kelelahan) material pada waktu proses pembentukan.5

Untuk komponen mesin yang mengalami beban bervariasi terus- menerus, maka faktor keamanan

dihitung berdasarkan ketahanan lelah bahan yang digunakan. Menurut pendapat J. P. Vidosic angka

keamanan

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 penggunaan pada kondisi

terkontrol dan beban tegangan yang bekerja dapat ditentukan dengan pasti.

2. n = 1.5 + 2 : Untuk bahan yang sudah diketahui dan pada kondisi lingkungan beban dan

tegangan yang tetap dan 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 bahan belum diuji yang digunakan pada kondisi lingkungan,

beban, dan tegangan rata-rata atau untuk bahan yang sudah diketahui baik yang bekerja pada

tegangan yang tidak pasti.6

Akan tetapi berdasarkan Ir. Zainun Achmad, MSC., beliau 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 yang sesuai pada 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

Menurut D. Titherington dan J. G. Rimmer dalam bukunya yang berjudul “Mechanical

Engineering Science” mengatakan bahwa, untuk mendefinisikan faktor keamanan yang mana

memungkinkan untuk mengetahui tegangan yang didijinkan pada suatu konstruksi adalah dengan

cara melakukan suatu perhitungan, yang mana perhitungannya adalah sebagai berikut 8:

Dalam desain konstruksi mesin, besarnya angka keamanan harus lebih besar dari 1 (satu). Faktor

keamanan diberikan agar desain konstruksi dan komponen mesin dengan tujuan agar desain

tersebut mempunyai ketahanan terhadap beban yang diterima.

Pemilihan SF harus didasarkan pada beberapa hal sebagai berikut :

x Jenis beban

x Jenis material

x Proses pembuatan / manufaktur

x Jenis tegangan

x Jenis kerja yang dilayani

x Bentuk komponen

Makin besar kemungkinan adanya kerusakan pada komponen mesin, maka angka

keamanan diambil makin besar. Angka keamanan beberapa material dengan

berbagai beban dapat dilihat pada Tabel 3.

Tabel 3. Harga Faktor Keamanan Beberapa Material

No. Material Steady Load Live Load Shock Load

1. Cost iron 5– 6 8 – 12 16 – 20

2. Wronght iron 4 7 10 – 15

3. Steel 4 8 12 – 16

4. Soft material & alloys 6 9 15

5. Leather 9 12 15

6. Timber 7 10 - 15 20

Faktor keamanan adalah faktor yang digunakan untuk mengevaluasi keamanan dari suatu

bagian mesin. Misalnya sebuah mesin diberi efek yang disebut sebagai F,

diumpamakan bahwa F adalah suatu istilah yang umum dan bisa saja berupa gaya.

Kalau F dinaikkan, sampai suatu besaran tertentu, sedemikian rupa sehingga jika dinaikkan

sedikit saja akan mengganggu kemampuan mesin tersebut, untuk melakukan fungsinya

secara semestinya. Jika menyatakan batasan ini sebagai batas akhir, harga F sebagai Fu,

B. Kode dan Standar

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.

Kode, adalah sekumpulan spesifikasi untuk keperluan analisa, perencanaan, cara

pembuatan, dan kadang-kadang jenis konstruksi. Tujuan kode adalah untuk mendapatkan

suatu tingkat tertentu dari keamanan, 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 :

NO SINGKATAN KEPANJANGAN

1 AA Aluminum Association

2 AFBMA Anti-Friction Bearing Manufacturing Association

3 AGMA American Gear Manufacturing Association

4 AIAA American Institute of Aeronautics 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 IFI 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

6 Mechanical Design An Integrated Approach, page 127 Elemen Mesin-1, hal 4-5

9