Optimalisasi Produksi Alat Berat

Optimalisasi Produksi Alat Berat 

1. Pendahuluan

Peralatan produksi pada operasi penambangan merupakan salah satu sarana yang vital untuk menunjang target produksi akhir yang telah ditentukan oleh manajemen perusahaan. Penggunaannya tidak saja terkonsentrasi pada proses penambangan –baik tambang terbuka maupun bawah tanah-, tetapi juga diperlukan untuk proses penunjang penambangan, antara lain: (1) pemeliharaan jalan-jalan tambang dan (2) penataan areal reklamasi pasca penambangan.

Peralatan produksi penambangan mungkin dapat didefinisikan sebagai alat-alat mekanis yang ekonomis bila digunakan untuk menghasilkan suatu bahan galian (bijih), batubara dan bahan galian industri. Dari definisi tersebut tersirat dua hal utama, yaitu alat bertenaga mekanis atau alat berat dan harus ekonomis. Pertimbangan menggunakan alat berat adalah sebagai berikut:

·         Berhadapan dengan material atau bahan galian yang secara alami mempunyai sifat fisik dan mekanik relatif keras, sehingga diperlukan tenaga mesin cukup kuat,

·         Untuk mengimbangi target produksi yang besar diperlukan alat yang berkapasitas besar pula dan alat berat adalah jawabannya.

Di samping itu peralatan harus bernilai ekonomis tinggi karena biaya investasinya cukup besar. Walaupun terdapat alat berat yang dioperasikan tidak langsung untuk penggalian bijih aatau batubara (non-produksi), misalnya untuk perawatan jalan, pemindahan overburden atau reklamasi; namun semua kegiatan tersebut harus dilaksanakan untuk menjamin kelangsungan hidup perusahaan. Biaya yang diperlukan untuk penggalian non-produksi merupakan salah satu komponen biaya produksi yang diperhitungkan untuk menentukan marginal price of finished product.

Ditinjau dari fungsinya, peralatan produksi dapat diklasifikasikan sebagai: (1) alat gali isi, (2) alat angkut, dan (3) alat bantu. Alat gali-isi adalah alat produksi untuk menggaali dan mengisikan material hasil galiannya ke alat angkut. Contoh alat gali-isi antara lain power shovel, backhoe, dragline, front-end loader, claimshell, bucket wheel excavator (BWE), Bucket Chain Excavator (BCE) dan sebagainya. Alat angkut adalah alat-alat produksi untuk mengangkut material menuju proses berikutnya. Contoh alat angkut antara lain truck, lori lokomotif, belt conveyor, pipa lumpur (slurry), scrapper dan sebagainya. Khusus untuk scrapper, alat produksi ini dirancang sebagai penggali sekaligus mengangkutnya. Sedangkan alat bantu maksudnya adalah alat-alat berat yang digunakan untuk membantu kelancaran produksi. Walaupun mungkin di antara alat-alat bantu tersebut terdapat pula yang diarahkan untuk memproduksi material. Contoh alat-alat bantu antara lain bulldozer, ripper, grader, lubrication truck, water truck, fuel truck dan sebagainya.

Peralatan produksi tambang bawah tanah pada prinsipnya sama dengan tambang hanya ukuran unitnya lebih kecil karena disesuaikan dengan ruang kerja yang terbatas di bawah tanah dan lebih praktis. Beberapa contoh antara lain sebagai berikut:

·         Alat pemotong lapisan batubara bawah tanah disebut continuous miner baik yang digunakan pada sistem longwall, shortwall maupun room and pillar. Contohnya alat pemotong lapisan batubara antara lain; shearer dan plow (plough).

·         Alat gali isi hasil peledakan bawah tanah adalah Load-Haul-Dump (LHD), overshotloader, slusher (scrapper) dan sebagainya.

·         Alat angkut digunakan truck berdimensi kecil, belt conveyor, chain conveyor, lori-lokomotif (train) dan lain-lain.

Di samping itu terdapat peralatan produksi lain yang berfungsi sebagai penyangga, yaitu hydraulic support dan perangkat derek (cage).

Beberapa faktor yang harus dipertimbangkan di dalam memilih alat berat antara lain:

·         Jenis material, digolngkan ke dalam material lepas, sedang dan kompak

·         Altitude, mempengaruhi terhadp kerja mesin, karena semakin tinggi altitude tekanan udara semakain berkuran. Dari pengalaman diketahui tenaga mesin diesel akan kerkuran 3% setiap kenaikan 1000 feet, yang menyebabkan penurunan volume produksi/jam dan akan menambah ongkos gali per satuan volume.

·         Kapasitas, berkaitan dengan jumlah alat yang akan digunakan untuk memenuhi target produksi. Semakin besar kapasitas alat, semakin sedikit jumlah alat yang dibutuhkan untuk mengejar terget .

·         Sistem penambangan, pada operasi tambang bawah tanah digunakan peralatan yang lebih kecil daripada tambang terbuka

·         Medan kerja, kadang sulit dijamah oleh alaat angkut daan muat konvensional, tetapi lebih ekonomis digunakan cara lain, misalnya lori gantung, pipa lumpur, belt conveyor, dll.

·         Ketersediaan dana, biasanya cenderung mengurangi target produksi. Namun persediaan dana ini bisa diatasi dengan mempetimbangkan pinjaman dari bank dibandingkan dengan keuntungan yang bakal diraih.

Dengan mempertimbangkan faktor-faktor tersebut di atass, dihaarapkan dapat memilih alat berat yang sesuai baik ditinjau dari aspek teknis maupun ekonomisnya.

2. Elemen – Elemen Produksi

Produksi adalah laju material yang dapat dipindahkan per satuan waktu (biasanya per jam). Untuk memperoleh angka produksi ada 4 parameter yang harus diperhitungkan, yaitu (1) kapasitas alat, (2) tenaga kendaraan atau alat (3) waktu edar (cycle time) dan (4) efisiensi kerja. Umumnya pemindahan material dihitung berdasarkan volume (m³ atau cuyd); sedangkan pada tambang bijih biasanya dinyatakan dalam ton. Mengetahui prinsip-prinsip elemen produksi penting artinya, karena tidak diinginkan adanya kesalahan estimasi produksi alat-alat berat.

2.1. Kapasitas Alat

kapasitas alat adalah jumlah material yang diisi, dimuat atau diangkut oleh suatu alat berat. Pabrik pembuat alat berat akan memberikan spesifikasi unit alat termasuk kapasitas teoritisnya. Kapasitas alat berkaitan erat dengan jenis material yang diisi atau dimuat, baik berupa tanah maupun batu lepas. Dengan demikian karakteristik material harus difahami betul agar di dalam mengestimasi kapasitas alat sebenarnya tidak meleset.

Dalam perhitungan perencanaan, jumlah material umumnhya dinyatakan dengan volume aslinya di tempat (bank / insitu), walaupun yang diangkut atau dimuat sebenarnya adalah material yang sudah lepas (loose). Oleh sebab itu perubahan material dari kondisi asli (bank) menjadi lepas (loose) merupakan bagian dari perhitungan tersebut.

2.1.1. Volume Material

Dikenal ada tiga bentuk volume material yang mempengaruhi perhitungan pemindahannya, yaitu dinyatakan dalam Bank Cubic Meter (BCM), Loose Cubic Meter (LCM) dan Compacted Cubic Meter (CCM). Perubahan ini terjadi karena adanya perbedaan densitas akibat penggalian atau pemadatan dari densitas aslinya. BCM adalah volume material pada kondisi aslinya di tempat (insitu) yang belum terganggu. LCM adalah volume material yang sudah lepas akibat penggalian, sehingga volumenya akan mengembang dengan berat tetap sama. CCM adalah volume material yang mengalami pemadatan kembali setelah penggalian, sehingga volumenya akan lebih kecil dibanding volume aslinya dengan berat tetap sama. Untuk mengestimasi produksi, maka hubungan antara ketiga jenis volume material tersebut harus difahami.

2.1. Pemberaian (Swell)

Adalah prosentase pemberaian volume material dari volume asli yang dapat mengakibatkan bertambahnya jumlah mterial yang harus dipindahkan dari kedudukan aslinya. Ketika digali, material akan lepas dan terberai sedemikian rupa dan tidak akan kembali ke bentuk semula. Pemberaian tejadi karena terbentuk rongga-rongga udara di antara partikel-partikel material lepas tersebut. Misalnya, satu kubik material pada kondisi asli (bank) setelah digali volumenya mengembang atau bertambah 30%, artinya volume bertambah 1.3 kali volume aslinya, namun beratnya tetap sama sebelum dan sesudah digali. Rumus-rumus yang berkaitan dengan pemberaian material sebagai berikut:

Volume lepas untuk berat tertentu

% berai =                                                           - 1                   (2.1)

volume asli untuk berat yang sama

Faktor berai (Swell Factor) = Volume Bank / Volume Loose                         (2.2)

Volume lepas (loose)

Volume Asli (bank)  =                                                                          (2.3)

   (1 + % berai)

Volume lepas (loose) = volume asli x (1 + % berai)                                      (2.4)

Contoh :

(1). Apabila material memberai 20%, berapa LCM yang akan dipindahkan untuk 100 BCM? * Loose = 1000 x (1 + 0,20) = 1200 LCM

(2) Berapa BCM yang harus diperhitungkan pada rencana peledakan bila target produksi adalah 1000 LCM dengan % swell = 25%.

·         Bank = 1000/(1+0,25) = 800 BCM.

2.1.3. Faktor Muat (Load Factor)

Pada saat material sebanyak 1 BCM dimuatkan ke dalam sebuah mangkok (bucket), material, yang dapat terangkat oleh mangkok tersebut akan kurang dari 1 BCM karena sepanjang proses penggalian terjadi pengurangan akibat adanya pemberaian. Faktor muatnya sebagai berikut:

   100%

LF =                                                                                     (2.5)

100% + % berai

jadi untuk mengestimasi muatan pada kondisi BCM, kapasitas mangkok pada LCM harus dikalikan dengan LF.

Muatan (BCM)  =  Muatan (LCM) x LF                                             (2.6)

Tabel 2.1. memperlihatkan harga LF untuk berbagai jenis material.

Penciutan material (shrinkage) merupakan perbandingan antara volume material yang telah dipadatkan dengan kondisi bank disebut juga Shrinkage Factor (SF).

SF   = CCM / BCM                                                             (2.7)

Contoh:

Konstruksi jalan raya memerlukan tanah kering yang dipadatkan hingga harga SF = 0,80 yang jumlahnya 8.000 CCM. Tanah tersebut mempunyai % berai = 23%. Alat angkut yang dipakai berkapasitas 10,7 LCM (rata bak) atau 15 LCM (munjunga). Berapa BCM yang diperlukan dan berapa kali pemindahan muatan tersebut (jumlah per siklusnya).

a.    BCM = CCM/SF = 8.000 / 0,80 = 10.000 BCM

b.    LF = 1  / (1 + 0,23)    = 0,81

Muatan (BCM) = kapasitas (LCM) x LF = 15 x 0,8 = 12,2 BCM

Jumlah siklus total = 10.000 / 12,2  =  820 kali

2.1.4. Densitas Material (Material Density)

Densitas adalah berat per unit volume dari suatu material, yang nilainya berbeda karena dipengaruhi oleh sifat-sifat fisiknya, antara lain; ukuran partikel, kandungan air, pori-pori dan kondisi fisik lainnya. Material yang padat akan mempunyai berat yang lebih besar per volume yang sama dibanding material yang tidak padat.

Berat, Kg (lbs)

Densitas =                                                              (2.8)

Volume, m³ (yd³)

Densitas material tentunya akan berubah akibat adanya penggalian, yaitu dari kondisi bank ke loose. Pada kondisi loose, densitas material akan berkurang (per volume sama) dibanding densitas pada kondisi bank karena adanya pori udara. Untuk mengkonversi densitas material dari bank ke loose digunakan rumus, sbb:

Kg/BCM

(1 + % berai)  =                                                       (2.9)

Kg/LCM

2.1.5. Faktor Isi (Fill Factor)

adalah prosentase volume yang sesuai atau sesungguhnya dapat diisikan ke dalam bak truck atau mangkok dibandingkan dengan kapasitas teoritisnya. Suatu bak truck mempunyai faktor isi 87%, artinya 13% volume bak tersebut tidak terisi. Mangkok loader, backhoe, dragline dsb., biasanya memiliki faktor isi lebih dari 100% karena dapat diisi munjung (heaped).

Contoh:

Sebuah mangkok berkapasitas 10,7 m³ (munjung 2 : 1) mempunyai faktor isi 105% saat dioperasikan pada sndstone yang mempunyai densitas 2,45 ton/BCM (= 2.450 kg/BCM) dan 35% pemberaian (swell).

a.    berapa densitas material lepas?

b.    Berapa volume yang dapat diisikan ke dalam mangkok?

c.    Berapa muatan mangkok per trip dalam BCM?

Jawab:

a.    densitas material lepas = (densitas/BCM) / (1 + % berai) = 2.450 / (1 + 0,35) = 1.850 kg / LCM

b.    Volume bucket (LCM) = 10,7 x 105 % = 11,20 LCM

c.    Berat / trip = volume x densitas (kg/LCM) = 11,2 LCM x 1815 kg/LCM

 = 20,328 kg ~ 10 ton

       Volume muatan (BCM) = berat/densitas = 20.328 / 2450 = 8,30 BCM

TABEL 2.1

DENSITAS DAN FAKTOR MUAT BEBERAPA MATERIAL

2.2 Tenaga Kendaraan (Alat)

Di dalam memimilih suatu alat untuk pekerjaan penggalian material, bijih, atau overburden harus dipertimbangkan tenaga kendaraan yang mampu mengatasi medan kerja. Medan kerja yang dimaksud  adalah kondisi jalan; misalnya basah, kering, mendaki, menurun, banyak tikungan dan sebagainya yang mempengaruhi laju kendaraan pada saat bermuatan maupun kosong.

Tiga jenis tenaga yang menjadi bahan pertimbangan dalam pembelian suatu alat berat :

1.    Tenaga Diperlukan (power required)

2.    Tenaga Tersedia (power available)

3.    Tenaga Terpakai (power useable).

2.2.1 Tenaga Diperlukan (TP)

Tenaga yang diperlukan (TP) adalah tenaga total atau Total Resistance yang muncul dari kondisi jalan atau medan kerja yang telah digambarkan diatas yang diekspresikan dalam bentuk Tahanan Guling (TG) atau Roller Resistance dan Tahanan Miring (TM) atau Grade Resistance. Tahanan Total (TT) merupakan penjumlahan TG dan TM tersebut, jadi :

TT = TG + TM

                                                                                                         (2.10)

Tahanan Guling (TG) adalah gaya yang harus diatasi kendaraan agar dapat bergerak dipermukaan tanah. Sejumlah gagya mempengaruhi harga TG dan yang terpenting adalah Gesekan Internal (GI) atau Internal Friction, Lenturan Ban (LB) atau Tire Flexing dan Penetrasi Ban (PB) atau Tire Penetration. Tahanan Guling dapat dirumuskan sebagai berikut :

	TG = GI + LB + PB

                                                                                                         (2.11)

·         Gesekan Internal (GI) adalah ukuran tahanan dari kkomponen-komponen penggerak mesin mulai dari putaran roda gila sampai final drive pada sistem poros roda.

·         Lenturan Ban (LB) diperhitungkan sebagai tahanan pada saat kembangan ban mengeliat akibat perubahan kondisi permukaan jalan. Bila kendaraan terpelihara dengan baik, harga GI dan LB seharusnya konstan, yaitu 20 kg/ton berat kendaraan (40 lb/ton). Dengan mengabaikan faktor-faktor lain, 20 kg akan selalu diperlukan untuk mendorong dan menarik atau mengangkut setiap ton Berat Kendaraan Gross (BKG) atau Gross Vehicle Weight.

·         Penetrasi Ban (PB) akan menambah TG yang besarnya 15 kg/ton kendaraan (30 lb/ton) atau identik dengan kemiringan jalan mendki efektif 1,5% setiap penetrasi ban 25 mm (1 inchi)

Tahanan guling (TG) diekspresikan dalam kg/ton (lb/ton) atau prosentase kemiringan efektif karena kedua parameter tersebut akan mempengaruhi tenaga mesin dan hubungan keduanya seperti pada persamaan berikut:

           10 kg/ton TG (20 lb/ton TG) = 1% Kemiringan Efektif           (2.12)

contoh :

(1)  Sebuah wheel loader memindahkan tanah penutup basah dari timbunan pada kondisi jalan dengan TG = 50 kg/ton. Berapa TG tersebut bila dinyatakan dalam Prosen Kemiringan?

Jawab:

                   50 kg/ton

       % TG =                  = 5

                10 kg/ton/1%

(2)  sebuah wheel-type tracktor bekerja sekitar dragline di mana penetrasi rodanya 250 mm. berapa TG tersebut bila dinyatakan dalam kg/ton dan Persen Kemiringan?

Jawab:

Gunakan persamaan (2.11) di  mana GI + LB = 20 kg/ton

                                  15 kg/ton

TG = 20 kg/ton + (penetrasi ban  x                      = 170 ton

                                    25 mm

konversi dari kg/ton ke % miring gunakan persamaan (2.12):

% miring = 170 kg/ton/1%  = 17; atau kemiringan = 17%

Kondisi tanah sangat bervariasi, sementara harga faktor Tahanan Guling terbatas, namun sebagai pegangan dapatlah digunakan harga faktor TG seperti pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2.

Faktor – Faktor Tahanan Guling (TG) [10 kg/ton = 1%]

Kondisi Jalan	Kg/ton	Lb/ton	% Miring Efektif
Sangat keras, sangat rata tanpa penetrasi ban akibat beban kendaraan	20	40	2
Kerqs, rata dan mulus, permukaan jalan sedikit dan licin, sedikit lentur akibat beban kendaraan, secara teratur dibasahi.	33	70	3,5
Jalan kotor, kembangan ban dapat membekas pada permukaan jalan, ban lentur karena beban, jalan dirawat seperlunya, tidak berair, penetrasi antara 25 mm – 50 mm	50	100	5
Kembangan ban membekas pada permukaan jalan yang lunak, sering dilewati, tidak pernah dirawat, tanpa penguatan, penetrasi ban antara 100 mm – 150 mm	75	150	7,5

Catatan: Ukuran dan tekanan ban mempengaruhi TG, namun di atas cukup memuaskan sebagai estimasi awal

Efek TG terhadap kendaraan dengan tipe penarik rantai (track type) diabaikan. Meskipun terjadi penetrasi akibat beban yang dibawanya, tetapi kecil pengaruhnya. Bahkan bila bergerak pada kondisi jalan yang tidak berarti apa-apa.

Tahanan Miring (TM), adalah gaya gravitasi yang harus diatasi oleh kendaraan pada saat bergerak naik (+) atau turun (-). Harga TM harus diperhitungkan baik pada kendaraan ban karet amaupun rantai. Umumnya kemiringan dinyatakan dalam persen (%). Dikatakan kemiringan 1% apabila jarak vertikal 1 m (1 ft) untuk horizontal 100 m (100 ft). Gambar 2.1 memperlihatkan perbandingan satuan kemiringan dalam prosen dan derajad.