KEKUATAN LAS STAINLESS STEEL 304 DALAM LINGKUNGAN AMONIA

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

KEKUATAN LAS STAINLESS STEEL 304 DALAM LINGKUNGAN AMONIA TUGAS AKHIR Untuk memenuhi persyaratan Mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin

Diajukan oleh:

Y.F. REGIS SATRIA Y.A. NIM : 085214066

Kepada FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2013


STAINLESS STEEL 304 WELD STRENGTH IN THE AMMONIA ENVIRONMENT

FINAL ASSIGNMENT Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana S-1 degree

In Mechanical of Engineering

By:

Y.F.REGIS SATRIA Y.A. Student Number : 085214066

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2013

ii


TUGAS AKHIR KEKUATAN LAS PADA STAINLESS STEEL 304 DALAM LINGKUNGAN AMONIA Disusun oleh:

Nama : Y.F.Regis Satria Y.A NIM

: 085214066

Telah disetujui oleh :

Pembimbing Utama

Budi Setyahandana,S.T.,M.T.

iii


TUGAS AKHIR

KEKUATAN LAS STAINLESS STEEL 304 DALAM LINGKUNGAN AMONIA Yang dipersiapkan dan disusun oleh : NAMA

: Y.F. REGIS SATRIA Y.A.

NIM

: 085214066

Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji pada tanggal 12 Februari 2013 Susunan Dewan Penguji

Pembimbing Utama

Anggota Dewan Penguji

Budi Setyahandana, S.T., M.T.

I Gusti Ketut Puja, S.T.,M.T.

Dr.Drs.(Vet.) Asan Damanik, M.Si. Tugas Akhir ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan Untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Yogyakarta, 12 Februari 2013 Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

Dekan

Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc.

iv


PERNYATAAN KEASLIAN KARYA Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 12 Februari 2013

Y.F.Regis Satria Y.A.

v


ABSTRAK

Dalam tulisan ini diadakan penelitian tentang kekuatan las stainless steel dalam lingkungan amonia. Stainless steel banyak dikenal sebagai logam yang mempunyai ketahanan karat yang baik, tetapi bukan suatu kemungkinan kecil bahwa stainless juga dapat terkorosi oleh suatu bahan yang bersifat korosif. Salah satu bahan yang bersifat korosif yang ada di sekitar kita adalah amonia. Dalam salah satu aplikasinya, amonia digunakan sebagai cairan refrigeran pada alat pendingin absorbsi yang keseluruhan materialnya adalah menggunakan stainless stell. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui kekuatan las dari stainless steel tipe 430 dalam lingkungan amonia. Alat penelitian yang digunakan adalah pendingin absorbsi yang fungsinya untuk mengkondisikan benda uji dalam lingkungan amonia. Mula-mula benda uji yang telah dipersiapkan ditimbang terlebih dahulu, kemudian dimasukkan ke dalam alat pendingin yaitu pada bagian evaporator. Setelah itu dilakukan pemanasan untuk mendapatkan amonia bertekanan 5 bar. Bagian evaporator dilepas dan disimpan di dalam gentong yang telah diisi air untuk mengantisipasi terjadinya kebocoran hingga batas waktu yang ditentukan. Setelah periode tertentu, yaitu 1 bulan, 2 bulan, dan 3 bulan, masing-masing benda uji dikeluarkan dari evaporator tersebut dan dibersihkan untuk ditimbang guna mengetahui adanya perubahan berat pada benda uji tersebut. Benda uji di uji tarik guna membandingkan nilai uji tarik dari benda uji sebelum dan sesudah pengkondisian. Satu sampel benda uji tersebut juga dilakukan foto mikro, untuk mengetahui pengaruh amonia secara visual. Perubahan nilai laju korosi rata-rata dari 2,42 x 10-7 mmpy pada periode bulan pertama, menjadi 6,31 x 10-8 mmpy pada periode bulan ketiga dan akan menuju nilai stabil dikarenakan terciptanya lapisan pasif pada material stainless steel yang menghambat laju korosi pada total seluruh periode pengujian. Penurunan kekuatan tarik yang terjadi tidak begitu signifikan sebesar 0,02% dari 355,8 N/mm2 menjadi 355,7N /mm2. Penurunan berat benda uji (W) tidak signifikan pada periode pengkondisian lingkungan amonia yang lebih lama. Pengurangan berat rata-rata sebesar 0,0011 gram untuk satu bulan pencelupan, 0,0012 gram untuk dua bulan pencelupan, dan 0,0009 gram untuk tiga bulan pencelupan. Dengan kata lain Stainless Steel 304 mampu untuk dijadikan bahan/material dalam pembuatan alat dengan kondisi lingkungan amonia.

Kata kunci: uji tarik, korosi, stainless steel.

vi


LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama

: Y.F.Regis Satria Y.A.

Nomor Mahasiswa

: 085214066

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

KEKUATAN LAS STAINLESS STEEL 304 DALAM LINGKUNGAN AMONIA

beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 12 Februari 2013 Yang menyatakan

(Y.F.Regis Satria Y.A.)

vii


KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat dan kasih-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul : KEKUATAN LAS STAINLESS STEEL 304 DALAM

LINGKUNGAN AMONIA Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dalam penelitian dan penyusunan Tugas Akhir ini tentunya tidak terlepas dari bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Budi Setyahandana, S.T.,M.T. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, dorongan serta meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir. 2. Bapak Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. selaku Kepala Laboratorium Mekanika Fluida yang telah memberikan waktu, kesempatan, dan juga bimbingan dan dukungan . 3. Seluruh dosen, staf dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas kuliah, bimbingan, serta fasilitas yang diberikan selama masa kuliah. 4. Kedua orang tua yang telah memberikan doa, dorongan, motivasi, dan pengertian kepada penulis. 5. Natania Davina Putri, Mario Daffa Sebastyan,dan Deassy Sada Jauhara yang selalu menjadikan semangat. 6. Lie, Tria Ananta yang selalu menemani dalam pengerjaan Tugas Akhir.

viii


7. Seluruh teman-teman Teknik Mesin yang tidak dapat kami sebutkan satu per satu, serta 8. Semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan Tugas Akhir ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran dari berbagai pihak. Akhirnya besar harapan penulis semoga hasil penelitian ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu teknik.

Yogyakarta, 12 Februari 2013 Penulis

Y.F.REGIS SATRIA Y.A.

ix


DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ............................................................................................. i TITLE PAGE ....................................................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN ........................................................................... iii HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................. iv PERNYATAAN .....................................................................................................v ABSTRAK ........................................................................................................... vi LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN ................................................. vii KATA PENGANTAR ....................................................................................... viii DAFTAR ISI ..........................................................................................................x DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xii DAFTAR TABEL ............................................................................................. xiv

BAB I

PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang ...............................................................................................1

1.2

Perumusan Masalah .......................................................................................2

1.3

Tujuan Penelitian ...........................................................................................2

1.4

Batasan Masalah ............................................................................................3

1.5

Manfaat Penelitian ..........................................................................................3

BAB II 2.1

TINJAUAN PUSTAKA

Dasar Teori .....................................................................................................4

x


2.2

Rumus Perhitungan.......................................................................................26

BAB III METODE 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ......................................................................28 3.2 Perancangan Benda Uji dan Alat Pendingin Absorbsi ................................28 3.3 Peralatan Penelitian .....................................................................................32 3.4 Variabel yang Diukur ..................................................................................37 3.5 Langkah Penelitian .......................................................................................37 3.6 Pengolahan dan Analisa Data .......................................................................38

BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN 4.1

Data ..............................................................................................................39

4.2

Pembahasan .................................................................................................47

BAB V

PENUTUP

5.1

Kesimpulan ..................................................................................................55

5.2

Saran ............................................................................................................55

DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................57 LAMPIRAN .........................................................................................................58

xi


DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1

Struktur atom fasa martensit ................................................................ 5

Gambar 2.2

Struktur atom fasa feritik ..................................................................... 6

Gambar 2.3

Struktur atom fasa austenitik................................................................ 7

Gambar 2.4

Pengelasan GTAW ............................................................................... 9

Gambar 2.5

Perlengkapan las GTAW.................................................................... 10

Gambar 2.6

Korosi uniform ................................................................................... 12

Gambar 2.7

Korosi galvanis .................................................................................. 12

Gambar 2.8

Proses elektrokimia korosi galvanis ................................................... 13

Gambar 2.9

Korosi celah ....................................................................................... 14

Gambar 2.10 Korosi sumuran (pitting) .................................................................... 14 Gambar 2.11 Aliran turbulen korosi erosi ............................................................... 15 Gambar 2.12 Proses kavitasi .................................................................................... 16 Gambar 2.13 Bentuk dan dimensi benda uji tarik .................................................... 18 Gambar 2.14 Proses uji tarik .................................................................................... 20 Gambar 2.15 Mode perpatahan ................................................................................ 20 Gambar 2.16 Fase deformasi ................................................................................... 21 Gambar 2.17 Metode Offset pada material getas ..................................................... 23 Gambar 3.1

Diagram penelitian ............................................................................. 28

Gambar 3.2

Spesimen uji ....................................................................................... 29

Gambar 3.3

Rangkaian spesimen ........................................................................... 30

Gambar 3.4

Skema alat pendingin absorbsi ........................................................... 31

Gambar 3.5

Kompor listrik .................................................................................... 32

xii


Gambar 3.6

Thermologger ..................................................................................... 33

Gambar 3.7

Pompa vakum ..................................................................................... 33

Gambar 3.8

Bejana/Gentong .................................................................................. 34

Gambar 3.9

Timbangan analitik............................................................................. 34

Gambar 3.10 Larutan etsa ........................................................................................ 35 Gambar 3.11 Resin................................................................................................... 35 Gambar 3.12 Mikroskop .......................................................................................... 36 Gambar 3.13 Mesin uji tarik .................................................................................... 36 Gambar 4.1

Sisi ukur benda kerja .......................................................................... 41

Gambar 4.2

Area penampang benda uji ................................................................. 45

Gambar 4.3

Grafik tegangan tarik rata-rata ........................................................... 48

Gambar 4.4

Grafik perbandingan regangan ........................................................... 50

Gambar 4.5

Grafik laju korosi ............................................................................... 52

Gambar 4.6

Foto mikro benda uji bulan 1 ............................................................. 53

Gambar 4.7


Gambar 4.8


xiii


DAFTAR TABEL Tabel 2.1

Komposisi kimia baja AISI 304 ........................................................... 7

Tabel 2.2

Sifat mekanik AISI 304 ........................................................................ 8

Tabel 4.1

Berat benda uji bulan pertama............................................................ 40

Tabel 4.2

Berat benda uji bulan kedua ............................................................... 40

Tabel 4.3

Berat benda uji bulan ketiga............................................................... 40

Tabel 4.4

Hasil pengukuran dan perhitungan sisi benda kerja bulan pertama ............................................................................................... 42

Tabel 4.5

Hasil pengukuran dan perhitungan sisi benda kerja bulan kedua .................................................................................................. 43

Tabel 4.6

Hasil pengukuran dan perhitungan sisi benda kerja bulan ketiga .................................................................................................. 44

Tabel 4.7

Luas area penampang benda uji bulan pertama ................................. 45

Tabel 4.8

Luas area penampang benda uji bulan kedua ..................................... 45

Tabel 4.9

Luas area penampang benda uji bulan ketiga .................................... 46

Tabel 4.10

Nilai beban dan pertambahan panjang ............................................... 46

Tabel 4.11

Tegangan rata-rata uji tarik ................................................................ 48

Tabel 4.12

Perhitungan regangan benda uji ......................................................... 50

Tabel 4.13

Perhitungan laju korosi benda uji ....................................................... 52

xiv


BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar belakang Dewasa ini penggunaan dan pemanfaatan baja tahan karat atau yang lebih kita kenal sebagai stainless steel semakin sering kita temui di segala aspek dan bidang mulai dari perabotan rumah, alat memasak, perkakas industri, sampai pada perlengkapan kesehatan di rumah sakit dan masih banyak lainnya. Stainless steel secara spesifik mempunyai kegunaan yang banyak dan beragam berdasarkan tipenya. Dalam proses fabrikasi banyak hal atau cara yang dilakukan untuk memproses material stainless steel menjadi barang jadi. Proses yang dilakukan diantaranya adalah las, bending, forming, bubut, frais, dan masih banyak lainnya. Pemilihan tipe stainless steel sebagai suatu produk jadi biasanya berdasarkan sifat dari tipe bahan tersebut, baik ketahanannya terhadap suatu zat maupun dari segi kekuatannya. Karena penggunaan dan pemanfaatannya yang semakin luas dan dalam rangka memaksimalkan fungsional dari stainless steel ini telah banyak penelitian dilakukan untuk memperoleh efektivitas dan keunggulan guna pemanfaatannya yang lebih lanjut. Pada dasarnya material atau bahan diuji kekuatannya supaya layak menjadi suatu produk dengan diuji berdasarkan lingkungan nyata sebagai media pengujinya untuk menentukan umur pakai dari produk tersebut nantinya. Seperti di ketahui bahwa stainless steel merupakan baja tahan terhadap karat. Tetapi apa yang kita ketahui tersebut hanya dilihat dari penggunaan produk stainless steel yang tahan karat pada lingkungan air yang tidak diketahui kandungan apa yang

1


terlarut dalam air tersebut. Hal ini tentu saja perlu diteliti bahwa di dalam air juga terlarut banyak kandungan zat yang diantaranya adalah amonia (NH3). Amonia merupakan komoditi yang sangat penting di dunia industri dan juga sering ditemui terlarut dalam air dan mempunyai sifat korosif. Sifat dari amonia adalah basa, namun dapat juga bertindak sebagai asam yang sangat lemah . Biasanya amonia didapati berupa gas dengan bau yang tajam. Agar dapat digunakan sebagai media pengkorosif, amonia harus dilarutkan dalam air dengan konsentrasi yang ditentukan yang disebut amonium hidroksida. Dengan amonia sebagai media pengkorosif akan didapat data kekuatan las pada tipe stainless steel tipe 304 ini.

1.2. Perumusan Masalah Pada penelitian ini analisis dilakukan terhadap pengujian tarik yang akan dilakukan pada spesimen stainless steel 304 yang telah dilas dan dikondisikan dalam media pengkorosif amonia dalam beberapa periode pengambilan data. Lamanya waktu tersebut mempengaruhi laju korosi yang nantinya akan diketahui seberapa besar pengaruhnya terhadap kekuatan las tersebut. Amonia yang digunakan pada proses ini adalah amonia dalam bentuk uap. Unjuk kerja kekuatan las ini ditunjukan melalui perbandingan hasil pengujian tarik yang dilakukan. 1.3. Tujuan Penelitian Tujuan yang ingin dicapai dalam penulian tugas akhir ini sesuai uraian diatas adalah :

2


1.

Mengetahui pengaruh amonia dalam bentuk uap terhadap proses las pada SS304.

2.

Mengetahui pengaruh amonia terhadap laju korosi pada proses las SS304.

3.

Mengetahui kekuatan las dari produk korosi terhadap lingkungan amonia.

1.4. Batasan Masalah Batasan masalah yang ditetapkan dalam pengujian kekuatan las ini adalah : 1.

Media pengkorosif yang digunakan adalah uap amonia dengan tekanan  5 bar.

2.

Benda uji dikondisikan selama tiga periode yaitu 1 bulan, 2 bulan dan 3 bulan.

3.

Pengujian kekuatan las dilakukan dengan pengujian tarik.

1.5. Manfaat Adapun manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah : 1.

Menambah kepustakaan teknologi tentang material stainless steel.

2. Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai acuan dalam pemanfaatan material stainless steel.

3. Sebagai referensi bagi masyarakat umum supaya lebih selektif dalam pemilihan stainless steel tiap tipe dan karakternya.

3


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Dasar Teori 2.1.1

Jenis-jenis Stainless Steel

Stainless Steel atau baja tahan karat adalah baja paduan yang memiliki sifat atau karakter khusus. “Stainless Steel adalah baja paduan dengan kandungan kromium (Cr) minimal 12% . Komposisi ini membentuk lapisan pelindung anti korosi (Cr2O3) yang merupakan hasil oksidasi oksigen terhadap krom yang terjadi secara spontan”(George E.Dieter, 1988: 142). Dengan proses oksidasi, lapisan ini akan mudah terbentuk jika tergores ataupun mengalami proses permesinan. Meskipun seluruh kategori stainless steel didasarkan pada kandungan kromium (Cr), namun unsur paduan lainnya ditambahkan untuk memperbaiki sifat stainless steel sesuai dengan aplikasinya. Kategori stainless steel tidak hanya seperti baja lain yang didasarkan pada besarnya persentase karbon tetapi didasarkan pada struktur metalurginya. Secara garis besar terdapat tiga golongan utama dari stainless steel adalah sebagai berikut : 1. Tipe Martensitik Baja ini merupakan paduan kromium dan karbon yang memiliki struktur martensit body-centered cubic (BCC). Kandungan kromium umumnya berkisar antara 10,5 – 18%, dan karbon melebihi 1,2%. Kandungan kromium dan karbon dijaga agar mendapatkan struktur martensit. Keunggulan dari tipe martensitik, jika dibutuhkan kekuatan yang tinggi maka dapat di keraskan

4


(hardening) dan bersifat magnetis. Tipe stainless ini yang umum dipasaran adalah 403, 410, 416, 420, 431. Secara umum aplikasi jenis ini yang sering kita temui adalah pisau, pegas, dan poros. Sifat lain dari tipe ini adalah kemampuan untuk difabrikasi (machineability) baik.

Gambar 2.1 Struktur atom fasa martensit

2. Tipe Feritik Baja tahan karat feritik mempunyai kandungan kromium umumnya kisaran 10,5 – 30%. Kadar karbonnya relatif rendah. Baja tahan karat feritik ini umumnya tidak dapat dikeraskan dengan perlakuan panas, namun dapat dikeraskan dengan pengerjaan dingin. Pada baja tipe ini unsur sulfur ditambahkan untuk memperbaiki sifat mesin. Paduan ini merupakan ferromagnetik dan mempunyai sifat ulet, machinability yang baik. Namun kekuatan di lingkungan suhu tinggi lebih rendah dibandingkan baja stainless austenitik. Baja tahan karat tipe feritik mengandung unsur nikel yang sangat rendah, kurang dari 0,5% dan mempunyai struktur kristal padat (body centered cubic)Tipe yang umum di pasaran adalah 405, 430, 439, dan 446. Penggunaan secara umum adalah lebih pada pemakaian dekoratif arsitektur.

5


Gambar 2.2 Struktur atom fasa ferit

3. Tipe Austenitik Baja stainless austenititk merupakan paduan logam besi-krom-nikel yang mengandung 16-20% kromium, 7-22% nikel, dan nitrogen. Tipe austenitik mempunyai struktur kubus satuan bidang (face centered cubic) dan merupakan baja dengan ketahanan korosi yang tinggi. Struktur kristal akan tetap berfasa austenit bila unsur nikel dalam paduan diganti mangan (Mn), karena kedua unsur merupakan penstabil fasa austenit. Fasa austenitik tidak akan berubah saat proses anil. Baja stainless austenitik tidak dapat dikeraskan dengan metode perlakuan panas (heat treatment) tetapi menggunakan metode pengerjaan dingin. Umumnya jenis baja ini dapat tetap menjaga sifat austenitik pada temperatur ruang, lebih bersifat ulet dan memiliki ketahanan korosi yang lebih baik dibandingkan baja stainless steel ferritik dan martensit.

6


Gambar 2.3 Struktur atom fasa austenitik SS304 tergolong dalam kategori baja stainless steel austenitik yang sangat banyak kita temui. Komposisi unsur-unsur pemadu yang terkandung dalam SS304 akan menentukan sifat mekanik dan ketahanan korosi. SS304 mempunyai kadar kromium yang cukup tinggi sebagai pembentuk lapisan Cr2O3 yang protektif untuk meningkatkan ketahanan korosi. Tabel 2.1. Komposisi kimia baja SS 304. UNSUR

%MASSA

C

0,08

Mn

2

P

0,45

S

0,03

Si

0,75

Cr

18 -20

Ni

8 – 10,5

Fe

66,345 – 74

Berdasarkan unsur pemadu yang terkandung seperti dalam tabel diatas akan terbentuk sifat mekanis dari SS304 yaitu sebagai berikut :

7


Tabel 2.2 Sifat Mekanik SS304. Rasio Poison Kekuatan tarik

515 MPa

Regangan

205

Pertambahan panjang

40 %

Kekerasan Modulus Elastisitas Densitas

2.1.2

0,27 – 0,30

88 (HVN) 193 GPa 8,03 gr/cm3

Pengelasan GTAW (Gas Tungsten Arc Welding)

Pada aplikasi berbagai alat penelitian yang salah satunya adalah alat pendingin absorbsi diperlukan metode penyambungan dari pipa-pipa serta bagiannya yang menggunakan metode pengelasan GTAW. Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) atau sering disebut dengan Tungsten Inert Gas (TIG) merupakan salah satu bentuk proses las busur (arc welding) yang menggunakan inert gas sebagai pelindung dan tungsten atau wolfram sebagai elektrodanya. Elektroda yang digunakan termasuk elektroda tidak terumpan (non consumable) dan sebagai tumpuan terjadinya busur listrik. Daerah pengelasan (HAZ) dilindungi oleh inert gas supaya tidak terkontaminasi dengan udara luar. Inert gas yang biasa digunakan adalah argon dan helium ataupun campuran dari keduanya. GTAW mampu menghasilkan las yang berkualitas tinggi pada hampir semua logam mampu las. Hasil pengelasan yang dihasilkan juga tidak menghasilkan slag atau kotoran. Elektroda tungsten yang digunakan bukan sebagai filler metal, sehingga pada saat pengerjaan memerlukan filler metal dari luar untuk mengisi gap sambungan.

8


Pada pengadaan material uji tersebut juga dilakukan pengelasan GTAW ini tanpa menggunakan filler metal dikarenakan ketebalannya hanya berkisar 1 mm.

Gambar 2.4 Pengelasan GTAW

Material yang dapat dilas GTAW meliputi : 1. Logam ferro, meliputi : 

Baja Karbon



Stainless steel



Baja Paduan Rendah

2. Logam non-ferro, meliputi : 

Tembaga



Kuningan



Aluminium



Titanium



Perunggu, dll.

Perlengkapan pada pengelasan GTAW/TIG tidak jauh berbeda dengan las busur listrik (arc welding), tetapi ada penambahan gas pelindung (shielding gas)

9


dan juga unit pendingin (cooling system). Perlengkapan yang diperlukan pada pengelasan GTAW meliputi :

Gambar 2.5 Perlengkapan Las TIG/GTAW

Keterangan : 1.

Trafo las

6.

Selang pendingin keluar

2.

Pedal kontrol

7.

Selang pendingin masuk

3.

Benda kerja

8.

Unit pendingin

4.

Kutub massa

9.

Tabung gas pelindung

5.

Torch

10


Keuntungan dari pengelasan GTAW : 

Kualitas hasil pengelasannya baik.



Dapat dilakukan dalm berbagai posisi pengelasan



Tidak menghasilkan kotoran.



Bisa untuk pengerjaan hampir pada semua logam.

Kerugian dari pengelasan GTAW : 

Ketebalan pengelasan terbatas.



Biaya pengelasan yang relatif mahal.



Membutuhkan kemampuan (skill) khusus bagi operatornya.



Sinar UV yang dihasilkan lebih terang dibandingkan dengan proses las yang lain.

2.1.3. Korosi Pada Stainless Steel Korosi adalah rusaknya suatu bahan atau menurunnya kualitas bahan karena terjadinya reaksi dengan lingkungan sekitarnya. Reaksi yang mempengaruhi proses korosi adalah kebanyakan reaksi kimia dan sebagian reaksi secara kimiawi. Faktor yang berpengaruh terhadap korosi dapat dibedakan menjadi dua, yaitu berasal dari bahan itu sendiri dan dari lingkungan. Faktor dari bahan meliputi komposisi kimia bahan, bentuk kristal, struktur bahan dan sebagainya. Faktor

dari

lingkungan

meliputi

tingkat

pencemaran

udara,

suhu,

kelembaban, dan juga zat-zat kimia yang bersifat korosif. Bahan-bahan korosif

11


terdiri atas asam, basa serta garam, baik dalam bentuk senyawa organik maupun an-organik. Peristiwa korosi pada logam merupakan fenomena yang tidak dapat dihindari, namun dapat dihambat maupun dikendalikan untuk mengurangi kerugian dan mencegah dampak negatif yang diakibatkannya. Dengan penanganan ini umur produktif/umur pakai suatu produk menjadi panjang sesuai dengan yang direncanakan, bahkan dapat diperpanjang untuk memperoleh nilai ekonomi yang lebih tinggi. Upaya penanganan korosi diharapkan dapat banyak menghemat biaya opersional, sehingga berpengaruh terhadap efisiensi dalam suatu kegiatan industri. Perlu kita ketahui bahwa korosi dibedakan menjadi beberapa jenis, yaitu : 1. Korosi Homogen (uniform) Korosi ini merata di seluruh permukaan logam dan termasuk korosi yang paling sering dijumpai. Korosi ini dikontrol oleh reaksi kimia antara permukaan logam dengan media pengkorosifnya. Korosi ini bisa terjadi dikarenakan komposisi dan metalurgi

material

yang sama. Dengan

keseragaman tersebut, pelepasan elektron akan merata ke seluruh permukaan. Sebagai contoh pada benda yang mengalami korosi homogeny adalah bekas besi tua yang tidak terpakai.

Gambar 2.6. Korosi Uniform

12


2. Korosi Galvanik (Bimetal)

Gambar 2.7 Korosi Galvanis Korosi ini terjadi karena proses elektrokimiawi dua buah logam yang berbeda potensial dihubungkan langsung did lam larutan elektrolit yang sama. Dimana elektron mengalir dari logam anodik (kurang mulia) ke logam yang lebih katodik (lebih mulia), akibatnya logam yang kurang mulia berubah menjadi ion-ion positif karena kehilangan elektron. Ion-ion positif metal bereaksi dengan ion negatif di dalam elektrolit menjadi garam metal. Konduksi Ion

anoda

Kurang

Lebih

mulia

mulia

katoda

Konduksi elektron Gambar 2.8 Proses elektrokimia korosi galvanis

13


3. Korosi Celah Korosi celah merupakan korosi lokal yang mempunyai celah antara keduanya yang mengakibatakan terjadinya perbedaan konsentrasi asam. Biasanya terjadi dikarenakan celah tersebut terisi oleh elektrolit yang mengakibatkan terjadinya sel korosi dengan katodanya adalah sisi luar permukaan celah dan anodanya adalah elektrolit yang mengsi celah itu sendiri. Proses korosi ini terjadi cukup lama karena cairan elektrolit yg berada di dalam celah cenderung lama mongering dibandingkan dengan permukaan di luar celah yang lebih cepat mengeringnya. Sebagai contoh proses korosi ini banyak ditemui pada konstruksi rangka/karoseri kendaraan otomotif.

Gambar 2.9 Korosi celah 4. Korosi Sumuran (pitting) Merupakan korosi lokal yang terjadi pada logam secara lokal selektif yang menghasilkan bentuk permukaan lubang-lubang pada logam. Korosi jenis ini dianggap lebih berbahaya daripada korosi seragam diakarenakan lebih sulit terdeteksi. Mekanisme korosi pitting hampir sama dengan dengan korosi celah. Korosi pitting ditandai dengan pembentukan lubang ataupun sumur pada permukaan logam.

14


pitting

Gambar 2.10. Korosi sumuran (pitting)

5. Korosi Erosi Korosi erosi terjadi akibat aliran dari suatu fluida yang mengalir sangat cepat dan disebabkan oleh : 

Aliran turbulen Turbulensi fluida ini seringkali terjadi akibat adanya perubahan diameter penampang, sambungan yang kurang baik, dan juga adanya endapan.

endapan

Gambar 2.11 Aliran turbulen korosi erosi



Kavitasi (peronggaan)

15


Kavitasi adalah terjadinya penguapan pada suatu zat cair yang sedang mengalir sehingga menghasilkan gelembung-gelembung uap yang disebabkan karena berkurangnya tekanan pada zat cair tersebut sampai di bawah titik jenuh uapnya. Sebagai contoh adalah air akan mendidih dan menjadi uap pada suhu 100

0

dan tekan 1 atm. Tetapi jika tekanannya

dikurangi maka air dapat mendidih pada suhu yang lebih rendah juga, bahakan jika tekanannya cukup rendah air dapat mendidih pada suhu kamar. Pada saat uap/gelembung tersebut terbawa aliran hingga akhirnya berada pada kondisi tekanannya lebih besar daripada tekanan uap jenuh zat cair tersebut, maka gelembung akan pecah

di daerah tersebut dan akan

menyebabkan gaya tekan yang besar pada permukaan/penampang.

Gambar 2.12 Proses kavitasi

6. Korosi Batas Butir ( intergranular)

16


Korosi batas butir merupakan serangan korosi yang terjadi pada batas kristal (butir) dari suatu logam/paduan karena paduan yang kurang sempurna (ada kotoran yang masuk/endapan) atau adanya gas hidrogen atau oksigen yang masuk pada batas kristal/butir. Batas butir ini sering menjadi tempat pengendapan (precipitation) dan pemisahan (segregation). Pengendapan dan pemisahan terjadi dikarenakan pada logam terkandung logam antara dan senyawa pada batas butirnya. Pada dasarnya logam yang mempunyai logam antara dan senyawa pada batas butirnya akan sangat rentan terhadap korosi batas butir. Jenis korosi ini sangat berbahaya karena tidak dapat dilihat secara kasat mata. 7. Korosi retak tegang Korosi retak tegang adalah keretakan akibat tegangan tarik dan media korosif secara bersamaan dan terjadi pada material yang spesifik. Karakteristik dari korosi ini adalah perpatahannya getas dimana retakan terjadi dengan regangan yang kecil dari material. 8. Korosi selektif Korosi Selektif adalah suatu bentuk korosi yang terjadi karena pelarutan komponen tertentu dari paduan logam (alloy). Pelarutan ini terjadi pada salah satu unsur pemadu atau komponen dari paduan logam yang lebih aktif yang menyebabkan sebagian besar dari pemadu tersebut hilang dari paduannya. Amonia (NH3) merupakan bahan kimia yang cukup banyak digunakan dalam kegiatan industri. Pada suhu dan tekanan normal, bahan ini berada dalam bentuk gas dan sangat mudah terlepas ke udara. Di dunia industri amonia umumnya digunakan sebagai refrigeran di dalam alat pendingin. Bukan hanya itu saja,

17


dalam aplikasi alat pendingin absorbsi yang digunakan sebagai refrigeran adalah amonia. Tentu saja dalam prosesnya, pengaruh amonia tersebut akan menyebabkan korosi.

2.1.4

Kekuatan dan Uji tarik

Secara umum dalam memilih material untuk banyak aplikasi dan komponen, biasanya kita akan menyesuaikan antara fungsional dengan sifat dari material itu sendiri. Kekuatan struktur suatu disain sangat dipengaruhi oleh sifat mekanis dari material itu sendiri, oleh karena itu salah satu cara yang paling umum digunakan untuk menerka/menafsirkan sifat mekanik suatu material (kekuatan dan keuletan) adalah dengan pengujian tarik (Tensile test). Uji tarik merupakan pengujian bahan yang paling mendasar. Pengujian tarik adalah dasar dari pengujian mekanik yang dipergunakan pada material. Pengujian ini sangat sederhana, tidak mahal dan sudah mendapatkan standarisasi dunia. Prinsip pengujian tarik yaitu spesimen dengan dimensi dan geometri tertentu diberikan gaya tarik sesumbu yang bertambah besar secara kontinyu hingga putus. Bersamaan dengan itu, juga harus dilakukan pengamatan mengenai pertambahan panjang yang dialami spesimen tersebut. Dengan memberikan tarikan pada suatu material, kita akan segera mengetahui bagaimana material tersebut bereaksi dengan gaya tarik. Profil tarikan yang dihasilkan menunjukan hubungan antara gaya tarik yang diberikan dengan pertambahan panjang spesimen sampai dengan titik putus.

18


Gambar 2.13 Bentuk dan Dimensi Benda Uji Tarik Keterangan :  L adalah panjang keseluruhan  L1 adalah panjang pencekaman  Lo adalah panjang ukur  W adalah lebar penampang uji  Wo adalah lebar keseluruhan  r adalah radius fillet  t adalah tebal benda uji Spesimen uji harus memenuhi standar dan spesifikasi dari ASTM E8 atau D638. Bentuk dari spesimen penting karena kita harus menghindari terjadinya patah atau retak pada daerah grip atau yang lainnya. Jadi standarisasi dari bentuk spesimen uji dimaksudkan agar retak dan patahan terjadi di daerah gage length. Biasanya dalam pengujian tarik, yang menjadi fokus perhatian adalah kemampuan maksimum spesimen untuk menahan beban yang biasa disebut dengan “Ultimate Tensile Strength” (UTS) atau tegangan tarik maksimum.

19


Gambar 2.14 Proses Uji Tarik Mode perpatahan (fracture) yang terjadi juga tergantung pada tingkat keuletan (ductility) dari setiap material spesimen itu sendiri dan mempunyai bentuk patahan yang bebeda juga. Perbedaan bentuk patahan pada setiap material juga tidaklah sama. Semakin ulet suatu material, bentuk patahan yang terjadi berbentuk lancip/meruncing. Pada material getas bentuk patahan yang terjadi berbentuk lurus. Beberapa contoh bentuk patahan dalam uji tarik tersaji dalam gambar 2.15.

Ulet

Getas Gambar 2.15 Mode Perpatahan

20


Pada saat proses pemberian beban akan terjadi pertambahan panjang pada spesimen. Hal tersebut juga berarti adanya hubungan antara besarnya tegangan dan regangan yang terjadi. Hubungan tegangan dan regangan pada proses uji tarik tersaji dalam gambar 2.16.

Gambar 2.16 Grafik fase deformasi

21


Dari kedua grafik di atas terlihat adanya hubungan antara tegangan dan regangan, yang meliputi batas proporsionalitas, batas elastis, titik luluh, kekutan tarik maksimum, dan kekuatan putus seperti berikut.  Batas proporsionalitas. Merupakan daerah batas dimana tegangan dan regangan mempunyai hubungan proporsionalitas satu dengan yang lain. Setiap penambahan tegangan akan diikuti dengan penambahan regangan secara proporsional dalam hubungan linier. Pada gambar grafik yang pertama menunjukkan bahwa titik P adalah batas proporsional hubungan tegangan dan regangan.

 Batas elastis. Daerah elastis adalah daerah dimana bahan akan kembali pada keadaan semula bila tegangan luarnya dihilangkan. Daerah proporsional merupakan bagian dari batas elastis ini. Selanjutnya bila benda uji terus diberikan tegangan, maka batas elastis tersebut akan terlampaui dan akhirnya menyebabkan benda uji tidak akan kembali pada kondisi awal, dengan kata lain mengalami deformasi permanen (plastis). Kebanyakan material/bahan tehnik mempunyai batas elastis yang hampir berimpitan dengan batas proporsionalnya. Tentunya struktur paduan dalam setiap bahan/material tehnik mempengaruhi batas elastis dan juga sifat mekanis yang lain.  Titik luluh dan kekuatan luluh.

22


Titik luluh adalah titik batas dimana suatu material akan terus mengalami deformasi tanpa adanya penambahan beban. Tegangan yang menyebabkan mekanisme luluh ini disebut tegangan luluh (yield stress). Pada grafik diatas titik luluh ditunjukkan oleh titik Y. Pada baja berkekuatan tinggi, umumnya tidak memperlihatkan batas luluh secara jelas (gambar 2.17) Untuk menentukan titik luluh material seperti ini, maka digunakan suatu metode yang dikenal sebagai Metode Offset seperti tersaji pada gambar berikut ini.

Gambar 2.17 Metode Offset pada material getas

23


Dengan metode ini kekuatan luluh ditentukan sebagai tegangan dimana bahan memperlihatkan batas penyimpangan/deviasi tertentu dari proporsionalitas tegangan dan regangan. Pada gambar di atas, garis XW ditarik paralel terhadap garis linier OP, sehingga perpotongan pada kurva tegangan-regangan di titik Y sebagai kekuatan luluh. Pada umumnya garis offset OX diambil berkisar 0.1 – 0.2% dari regangan total yang dimulai dari titik O.  Kekuatan tarik maksimum. Kekuatan tarik maksimum (Ultimate Tensile Strength) merupakan tegangan maksimum yang dapat ditanggung material sebelum terjadinya perpatahan (fracture). Nilai kekuatan tarik maksimum ditentukan oleh beban maksimum dan luas penampang awal bahan uji. Pada gambar kekuatan tarik maksimum (UTS) ditunjukan pada titik M, dan terus berdeformasi hingga mencapai titik B dan akhirnya putus.  Kekuatan putus. Kekuatan putus merupakan hasil bagi antara beban pada saat benda uji putus dengan luas penampang awal. Untuk bahan yang bersifat ulet, pada saat beban maksimum M terlampaui dan bahan terdeformasi hingga titik putus B, maka terjadi mekanisme penciutan (necking) sebagai akibat adanya deformasi yang terpusat. Pada bahan yang ulet, nilai kekuatan putus adalah lebih kecil daripada kekuatan tarik maksimumnya. Sementara itu pada bahan yang getas, nilai kekuatan putusnya adalah sama dengan kekuatan tarik maksimumnya. Salah satu sistem pendingin yang tidak memerlukan energi listrik adalah

24


sistem pendingin absorbsi. Sistem pendingin absorbsi hanya memerlukan energi panas untuk dapat bekerja. Energi panas yang diperlukan dapat berasal dari pembakaraan kayu, arang, bahan bakar minyak dan gas bumi. Energi panas juga dapat berasal dari buangan proses industri, biomassa, biogas atau dari energi alam seperti panas bumi dan energi surya. Refrigeran yang digunakan pada sistim pendingin absorbsi umumnya bukan merupakan refrigeran sintetik (misalnya amonia atau methanol) sehingga resiko kerusakan alam seperti yang dapat disebabkan sistem pendingin kompresi uap karena menggunakan refrijeran sintetik tidak terjadi. Indonesia memiliki potensi energi panas dari biomassa, biogas, panas bumi dan energi surya yang cukup memadai untuk penggerak sistem pendingin absorbsi. Hal yang harus diperhatikan adalah disain pendingin energi panas untuk negara-negara berkembang haruslah sederhana dan mudah perawatannya dengan kata lain harus dapat dibuat dan diperbaiki sendiri oleh masyarakat dan industri lokal yang ada di daerah.

2.2

Rumus Perhitungan

2.2.1

Laju Korosi

Suatu persamaan yang menyatakan laju korosi telah diperkenalkan oleh seorang peneliti bernama Fontana sejak tahun 1945 adalah sebagai berikut:

mpy 

87,6W DAT

(2.1)

dengan:



25


mpy adalah milimeter per tahun W adalah pengurangan berat (mg) D adalah densitas material (g/cm3) A adalah luas selimut awal (cm2) T adalah waktu kontak dengan lingkungan (jam) Metode perhitungan diatas merupakan metode kehilangan berat. 2.2.2

Tegangan

Tegangan adalah hasil bagi antar beban dengan luas penampang seperti dalam rumus berikut:



uts

dengan:



Fmaks Ao

(2.2)



 adalah tegangan F adalah beban/gaya (Kg) A adalah luas penampang (mm2)

2.2.3 Regangan Regangan adalah hasil bagi antara perubahan panjang yang terjadi dengan panjang benda uji awal.



L li  lo 100%  100% lo lo

(2.3)

 26


dengan:  adalah regangan (%) L adalah perubahan panjang (mm) lo adalah panjang awal (mm) li adalah panjang setelah ditarik (mm)

27


BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian Tempat penelitian dilakukan di Laboratorium Mekanika Fluida dan Laboratorium Ilmu Logam Fakultas Sains dan Teknologi, dan juga di Laboratorium Kimia Pusat Fakultas Farmasi Universitas Sanata Dharma. Pengambilan data dilakukan selama tiga periode dalam waktu 3 bulan. 3.2. Perancangan Benda Uji dan Alat pendingin Absorsi Diagram penelitian Pembuatan specimen dan alat pendingin absorbsi

Persiapan spesimen sesuai

Uji coba alat pendingin absorbsi dan

Standar ASTM A 370

melakukan perbaikan alat jika diperlukan

Pengkondisian

Unjuk kerja alat pendingin absorbsi

benda uji dalam 3

pada tekanan 10 bar dengan

periode

refrijeran amoniak.

Pengolahan data dan pengujian spesimen uji dalam tiap periode

Hasil Uji Kekuatan Las Stainless Stell dalam Lingkungan Amoniak

Gambar 3.1 Diagram penelitian

28


3.2.1

Benda uji (spesimen)

Benda uji adalah berupa plat yang mempunyai ketebalan 1 mm dengan asumsi bahwa pada ketebalan tersebut merupakan tebal minimum dari pipa sebagai bahan alat pendingin absorbsi yang umum dan relatif banyak di pasaran. Benda uji yang telah dipersiapkan melalui 3 proses, yaitu: 

Cutting dies



Las (TIG/GTAW)



Milling



Stamping/marking

Gambar 3.2 Spesimen uji Setelah benda uji dipersiapkan seperti gambar 3.1, untuk dicelupkan ke dalam alat pendingin absorbsi perlu dipersiapkan kembali agar dapat dimasukkan ke dalam alat pendingin tersebut. Untuk satu periodenya, benda uji yang dimasukkan

29


berjumlah 4 dalam tiap alat pendingin tersebut, seperti terlihat dalam gambar 3.3 berikut:

Gambar 3.3 Rangkaian spesimen

3.2.2.

Alat Pendingin Absorbsi

Secara umum penelitian ini bertujuan untuk megetahui kelayakan dari material stainless steel sebagai komponen utama dari alat pendingin absorbsi. Unjuk kerja pendingin ini diharapkan mampu menahan tekanan kerja yang fluktuatif sampai dengan 250 psi. Perlu kita ketahui bahwa alat pendingin absorbsi yang dibuat mempunyai 3 komponen utama yaitu: 

Generator



Kondensor berpendingin air



Evaporator

30


Berikut adalah skema dari alat pendingin absorbsi: 5 6

4

7 3

2

8

1

Gambar 3.4 Skema alat pendingin absorbsi Keterangan: 1.

Evaporator

2.

Kran

3.

Pipa penghubung antara generator dan evaporator

4.

Manometer

5.

Corong untuk memasukan amonia ke dalam generator. Bagian ini dapat diganti dengan niple pada saat akan divakum.

6.

Kran untuk memasukan amonia

7.

Kran penghubung

31


8.

Generator

3.3 Peralatan Penelitian Adapun peralatan pendukung yang digunakan dalam penelitian ini adalah : 1. Kompor listrik Pada penelitian ini, kompor listrik digunakan sebagai pemanas pada generator guna menguapkan amonia hingga mencapai tekanan yang diinginkan.

Gambar 3.5 Kompor listrik 2. Thermologger Dalam penelitian ini, thermologger berfungsi sebagai pengukur suhu dan thermocouple adalah sebagai konektor ke media yang akan diukur perubahan suhunya. Adapun pengukuran suhu pada penelitian ini ada beberapa titik, yaitu: 1. evaporator, 2. generator, 3. air yang didinginkan.

32


Gambar 3.6 Thermologger 3. Pompa vakum Pompa vakum berfungsi untuk membuat vakum generator sebelum diisi dengan amonia.

Gambar 3.7 Pompa vakum 4. Niple Niple digunakan sebagai konektor antar pompa dan bagian generator pada saaat akan divakum 5. Bejana/gentong Berfungsi untuk menyimpan bagian evaporator setelah diisi amonia yang akan didiamkan selama waktu 3 bulan.

33


Gambar 3.8 Bejana/gentong 6. Timbangan analitik Alat ini berfungsi untuk menimbang berat dari benda uji yang dilakukan sebelum dan sesudah dikondiskan dalam media amonia. Timbangan ini mempunyai ketelitian sampai dengan 4 digit dibelakang koma.

Gambar 3.9 Timbangan analitik 7. Larutan etsa Larutan etsa berguna untuk membuka pori-pori dari beda uji sebelum dilakukan pemotretan mikro. Jenis dari larutan etsa itu sendiri berbeda-beda untuk tiap material. Untuk jenis larutan etsa yang digunakan pada tipe

34


austenitik stainless steel secara umum adalah larutan asam klorida pekat dan tembaga sulfat dengan jumlah terlarut adalah sebagai berikut: HCl sebanyak 50 ml CuSO4 sebanyak 2,5 gr H2O sebanyak 25 ml

Gambar 3.10 Larutan etsa 8. Resin Resin digunakan untuk menyusun benda uji supaya mudah dalam pemolesan sebelum dilakukan foto mikro. Resin yang digunakan adalah resin polimer yang banyak tersedia dipasaran.

Gambar 3.11 Resin

35


9. Mikroskop Mikroskop digunakan untuk melihat penampang dari benda uji yang telah dicelupkan kedalam larutan etsa dan sesudah itu baru akan difoto. Perbesaraan yang digunakan adalah 50x perbesaran.

Gambar 3.12 Mikroskop 10. Mesin uji tarik Mesin uji tarik digunakan untuk menguji benda yang telah dikondisikan tersebut. Mesin yang digunakan adalah milik laboratorium Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang mempunyai kapasitas 1 ton.

Gambar 3.13 Mesin uji tarik

36


3.4.

Variabel yang diukur

Variabel yang diukur dalam penilitian ini adalah sebagai berikut : 1. Berat (W) dari masing-masing benda kerja sebelum dan sesudah dikondisikan dalam alat pendingin absorbsi dalam setiap periode. 2. Kekuatan tarik (UTS) dari setiap benda uji sebelum dan sesudah dikondisikan dalam alat pendingin absorbsi dalam setiap periode. 3. Tekanan (P) pada saat proses absorbsi. 4. Temperatur (T) evaporator

3.5.

Langkah penelitian

Metode pengumpulan data adalah cara-cara memperoleh data melalui percobaan alat. Metode yang dipakai untuk mengumpulkan data yaitu menggunakan metode langsung. Penulis mengumpulkan data dengan menguji langsung alat yang telah dibuat. 1.

Alat pendingin dipasang pada kerangka yang telah dipersiapkan.

2.

Kompor listrik dipasang pada bagian generator.

3.

Nipel dipasang pada ujung generator, kemudian disusul dengan pemasangan selang konektor ke pompa vakum.

4.

Generator divakum hingga mencapai tekanan -1 bar.

5.

Amonia dimasukan ke dalam generator secara perlahan menggunakan corong.

6.

Termokopel dipasang pada bagian generator, air yang didinginkan, dan juga pada pipa penghubung antara evaporator dan generator.

37


7.

Kompor dihidupkan dan mulai memanaskan generator hingga tekanan mencapai 7 bar dan temperaturnya berkisar 770 C.

8.

Kompor dimatikan dan perhatikan manometer hingga tekanan turun menjadi 5 bar setelah pemanasan.

9.

Bagian evaporator dilepas dengan mengendurkan water mur.

10. Bagian evaporator yang dilepas, disimpan pada bejana/gentong yang berisi air sebagai tempat penyimpanan dan juga sebagai pengaman jika suatu saat terjadi kenaikan suhu yang akan mempengaruhi naiknya tekanan dan meminimalisir bahaya kebocoran pada unit evaporator. 11. Proses 1 – 10 di ulangi pada langkah berikutnya.

3.6.

Pengolahan dan Analisa data

Setelah proses pengambilan data maka dilakukan pengolahan data sebagai berikut : 1. Menghitung laju korosi setiap benda uji sesuai dengan persamaan (2.1) 2. Menghitung besarnya tegangan tarik maksimum setiap benda uji sesuai dengan persamaan (2.2) 3. Menghitung regangan yang terjadi sesuai dengan persamaan (2.3) 4. Menentukan titik luluh (yield point) dari setiap benda uji berdasarkan masingmasing grafik uji tariknya. Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik-grafik yang diantaranya adalah grafik hubungan tegangan dan regangan.

38


BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN

4.1.

DATA

4.1.1

Berat benda uji

Langkah awal penelitian ini dilakukan dengan menganalisa dari perubahan berat setiap benda uji yang telah dikondiskan dalam setiap periode. Dari penelitian yang telah dilakukan, diperoleh data berat benda uji secara periode dan dibandingkan secara keseluruhan. Pengambilan data secara objektif dilakukan menggunakan timbangan analitik dengan ketelitian 4 digit atau 0,0001 gram. Dalam penelitian, penulis memberikan identitas pada benda uji tersebut untuk menghindari resiko tertukar dan juga untuk membedakan dalam setiap periode pengkondisian seperti berikut : Contoh : 311 Angka 3 = menandakan kode awal dari tipe material yaitu 304 Angka 1 = menandakan bulan pertama pengkondisian Angka 1 = menandakan benda urutan pertama dalam periode Berat benda uji sebelum dan sesudah dikondisikan dalam amonia disajikan pada tabel 4.1, 4.2, dan 4.3

39


Tabel 4.1 Berat benda uji pada bulan pertama. NO

WO (gr)

WI (gr)

W (gr)

311

27,6656

27,6640

0,0016

312

27,6115

27,6105

0,0010

313

27,6435

27,6425

0,0010

314

27,6426

27,6415

0,0011

Wrata-rata (gr)

0,0011

Tabel 4.2 Berat benda uji pada bulan kedua. NO

WO(gr)

WI(gr)

W(gr)

321

27,5859

27,5848

0,0011

322

27,7226

27,7216

0,0010

323

27,5675

27,5663

0,0012

324

27,6595

27,6580

0,0015

Wrata-rata (gr)

0,0012

Tabel 4.3 Berat benda uji pada bulan ketiga NO

WO(gr)

WI(gr)

W(gr)

331

27,6003

27,5992

0,0011

332

27,6984

27,6976

0,0008

333

27,7097

27,7088

0,0009

334

27,6782

27,6771

0,0011

Wrata-rata (gr)

0,0009

40


4.1.2

Luas penampang benda kerja

Dalam perhitungan luas benda uji diperlukan geometri dari pengukuran yang dilakukan secara langsung dengan acuan seperti pada gambar berikut :

Gambar 4.1 Sisi ukur benda kerja Luas penampang terukur pada setiap benda uji tentunya menunjukan perbedaan geometri walaupun sudah dikerjakan dengan proses permesinan yang presisi. Dari keadaan tersebut tentunya berpengaruh terhadap data dan perhitungan yang didapatkan Berdasarkan gambar 4.1 didapatkan data hasil pengukuran pada setiap benda kerja, serta didapatkan hasil perhitungan dimensi setiap sisi nya yaitu seperti pada tabel 4.4 sampai dengan tabel 4.6.

41


Tabel 4.4 Hasil pengukuran dan perhitungan sisi benda kerja bulan pertama No

311

312

313

t (mm)

1

1

1

L (mm)

201,48

201,64

201,66

C (mm)

20,04

20,04

20,04

W (mm)

12,54

12,58

12,44

B1 (mm)

64,50

64,54

64,3

B2 (mm)

64,7

64,6

64,5

B3 (mm)

64,4

64,5

64,34

B4 (mm)

64,6

64,54

64,52

R ( mm)

10

10

10

d1 (mm)

3,76

3,74

3,78

d2 (mm)

3,74

3,72

3,82

a1 (mm)

6,24

6,26

6,22

a2 (mm)

6,26

6,28

6,18

x1 (mm)

7,81

7,80

7,83

x2 (mm)

7,80

7,78

7,86

y1 (mm)

51,39

52,96

51,53

y2 (mm)

52,96

51,09

51,83

pjng,rad 1 (mm)

8,96

9,24

8,99

pjng,rad 2 (mm)

9,24

8,91

9,04

A1 (mm)

56,65

56,90

57,20

A2 (mm)

56,88

57,04

57,08

luas1 (mm2)

8,93849463

7,380955117

9,004276807

luas 2 (mm2)

7,380955117

8,823601678

9,117628716

42


Tabel 4.5

Hasil pengukuran dan perhitungan sisi benda kerja bulan kedua

No

321

322

323

T (mm)

1

1

1

L (mm)

200,2

200,9

200,34

C (mm)

20,04

20,04

20,04

W (mm)

12,3

12,54

12,42

B1 (mm)

64,1

64,02

64,38

B2 (mm)

64,1

64,7

64,1

B3 (mm)

64,12

64

64,26

B4 (mm)

64,1

64,8

64,14

R (mm)

10

10

10

d1 (mm)

3,86

3,72

3,8

d2 (mm)

3,88

3,78

3,82

a1 (mm)

6,14

6,28

6,2

a2 (mm)

6,12

6,22

6,18

x1 (mm)

7,89

7,78

7,85

x2 (mm)

7,91

7,83

7,86

y1 (mm)

52,12

51,09

51,68

y2 (mm)

52,26

51,53

51,83

pjng,rad 1 (mm)

9,09

8,91

9,02

pjng,rad 2 (mm)

9,12

8,99

9,04

A1 (mm)

56,21

56,62

56,17

A2 (mm)

56,16

56,44

56,22

luas1 (mm2)

9,238685262

8,823601678

9,061080434

luas 2 (mm2)

9,303195362

9,004276807

9,117628716

43


Tabel 4.6 Hasil pengukuran dan perhitungan sisi benda kerja bulan ketiga No

331

332

333

T (mm)

1

1

1

L (mm)

200,02

200,84

200,62

C (mm)

20,04

20,04

20,04

W (mm)

12,3

12,5

12,52

B1 (mm)

64,3

63,92

64,5

B2 (mm)

64,5

64,24

65,02

B3 (mm)

64,36

63,9

64,52

B4 (mm)

64,52

64,2

65

R (mm)

10

10

10

d1 (mm)

3,84

3,76

3,74

d2 (mm)

3,9

3,78

3,78

a1 (mm)

6,16

6,24

6,26

a2 (mm)

6,1

6,22

6,22

x1 (mm)

7,88

7,81

7,80

x2 (mm)

7,92

7,83

7,83

y1 (mm)

51,97

51,39

52,96

y2 (mm)

52,41

51,53

51,53

pjng,rad 1 (mm)

9,07

8,96

9,24

pjng,rad 2 (mm)

9,14

8,99

8,99

A1 (mm)

55,47

57,05

55,50

A2 (mm)

55,29

57,08

55,44

luas1 (mm2)

9,18264483

8,93849463

7,380955117

luas 2 (mm2)

9,358731566 9,004276807

9,004276807

44


Berdasarkan data dari ketiga tabel diatas dapat dihitung luas dari penampang benda uji berdasarkan gambar berikut :

Gambar 4.2 Area penampang benda uji Tabel 4.7 Luas area penampang benda uji bulan pertama

2

area (mm ) area2 (mm2) area3 (mm2) area4 (mm2) area5 (mm2) area6 (mm2) area7 (mm2) area8 (mm2) Total (mm2)

311 5053,1184 485,04 486,544 481,712 483,208 35,75397852 29,52382047 448,2216076 7503,121807

312 5073,2624 482,7592 483,208 479,88 480,1776 29,52382047 35,29440671 448,501161 7512,606588

313 5017,3008 486,108 487,62 491,5576 492,9328 36,01710723 36,47051486 448,0772488 7496,084071

Tabel 4.8 Luas area penampang benda uji bulan kedua

2

area 1 (mm ) area2 (mm2) area3(mm2) area4 (mm2) area5 (mm2) area6 (mm2) area7 (mm2) area8 (mm2) Total (mm2)

321 4924,92 494,852 494,852 497,5712 497,416 36,95474105 37,21278145 445,2937465 7429,072469

322 5038,572 476,3088 481,368 483,84 489,888 35,29440671 36,01710723 446,4583662 7487,74668

323 4976,4456 489,288 487,16 490,9464 490,0296 36,24432174 36,47051486 445,4578908 7452,042327

45


Tabel 4.9 Luas area penampang benda uji bulan ketiga

area1 (mm2)

332

333

4920,492

5021

5023,5248

2

493,824

480,6784

482,46

2

area3 (mm )

495,36

483,0848

486,3496

area4 (mm2)

502,008

483,084

487,7712

area5 (mm2)

area2 (mm )

503,256

485,352

491,4

2

36,73057932

35,75397852

29,52382047

2

area7 (mm )

37,43492627

36,01710723

36,01710723

area8 (mm2)

444,9340709

446,3788128

446,518594

Total (mm2)

7434,039576

7471,349099

7483,565122

area6 (mm )

4.1.3

331

Data Pengujian Tarik

Hasil pengujian tarik yang telah dilakukan, tersaji pada tabel 4.10. Tabel 4.10 Nilai beban dan pertambahan panjang

Nomor

F maks (kg)

L (mm)

301

405,6

0,7

302

491,8

2,9

303

462,3

2,3

311

523,57

2,9

312

487,1

2,05

313

492,7

2,25

321

524,2

2,55

322

415,6

0,4

323

536,25

2,7

331

460,6

1,8

332

390,33

2,5

333

502,3

2,6

46


4.2 Pembahasan Dari data-data yang telah dikumpulkan maka akan dibahas hasil dari perhitungan dan pengolahan data-data tersebut. Keterangan : Periode 0 = periode benda uji sebelum dikondisikan dalam amonia Periode 1 = periode benda uji bulan pertama setelah dikondisikan Periode 2 = periode benda uji bulan kedua setelah dikondisikan Periode 3 = periode benda uji bulan ketiga setelah dikondisikan

4.2.1 Perhitungan Tegangan Tarik Tegangan tarik maksimum berdasarkan hasil pengujian langsung pada setiap benda kerja adalah seperti berikut :

uts  Fmaks Ao Sebagai contoh adalah spesimen 311; Maka ;







 41,6855kg / mm 2



 409,5870N / mm 2

uts

uts

uts

523,57kg 12,54mm 2

Dari contoh perhitungan tersebut, didapatlkan nilai tegangan rata-rata seperti tersaji pada tabel 4.11

47


Tabel 4.11 Tegangan rata-rata uji tarik PERIODE

Periode 0

Periode 1

Periode 2

Periode 3

A0 (mm2)

(N/mm )

301

405,6

12,48

318,825

302

491,8

12,54

384,7482

303

462,3

12,46

363,9804

311

523,57

12,54

409,5870

312

487,1

12,58

379,8432

313

492,7

12,44

388,5348

321

524,2

12,3

418,0727

322

415,6

12,54

325,1230

323

536,25

12,42

423,5565

331

460,6

12,3

367,3550

332

390,33

12,5

306,3271

333

502,3

12,52

393,5674

450

Tegangan (N/mm2

400

UTS

F maks (kg/mm2)

NOMOR

392.655

2

rata rata

(N/mm2)

355,8512

392,655

388,9174

355,7498

388.9174

355.8512

355.7498

350 300 250 200 150 100 50 0 Periode 0

Periode 1

Periode 2

Periode 3

Periode (bulan)

Gambar 4.3 Grafik tegangan tarik rata-rata

48


Grafik 4.3 menunjukan besaran nilai rata-rata gaya tarik maksimum pada tiap periode yaitu periode 0 nilainya 355,8512, periode 1 nilainya 392,655, periode 2 nilainya 388,9174, dan pada periode 3 nilainya 355,7498.

4.2.2

Perhitungan regangan

Dari hasil pengamatan, diketahui bahwa suatu material yang mengalami tegangan pada saat yang sama juga mengalami perubahan panjang/volume. Perubahan panjang/volume

ini sering dinyatakan dalam regangan yang

didefinisikan sbb:

  l l  100 % 0

Berdasarkan pada data seperti tersaji pada tabel 4.4, tabel 4.5, tabel 4.6, dan tabel 4.10 maka didapatkan hasil perhitungan persentase regangan seperti berikut : Sebagai contoh adalah data dari spesimen 311

dengan ;

l

= 2,9

l0

= 201,48

maka :

2,9   201  100% ,48

  1,43%

49


Tabel 4.12 Perhitungan regangan benda uji

PERIODE

Periode 0

Periode 1

Periode 2

Periode 3



L (mm)

L0 (mm)

(%)

301

0,7

201,34

0,34

302

2,9

200,96

1,44

303

2,3

200,72

1,14

311

2,9

201,48

1,43

312

2,05

201,64

1,02

313

2,25

201,66

1,11

321

2,55

200,2

1,27

322

0,4

200,9

0,29

323

2,7

200,34

1,35

331

1,8

200,02

0,9

332

2,5

200,84

1,24

333

2,6

200,62

1,29

NO

 rata-rata (%)

0,973

1,186

0,97

1,143

1.4 1.19

1.2

Regangan (%)

1

0.97

1.14 0.97

0.8 0.6 0.4 0.2 0 Periode 0

Periode 1

Periode 2

Periode 3

Periode (bulan)

Gambar 4.4 Grafik perbandingan regangan

50


Besarnya nilai regangan seperti pada tabel 4.11 dan gambar 4.6 dipengaruhi oleh pertambahan panjang yang didapatkan dari hasil uji tarik. Sebagai contohnya adalah benda uji 311 dengan nilai pertambahan panjang sebesar 2,9 mm, Hal tersebut sangatlah sebanding dengan besarnya kekuatan tarik yang didapatkan yaitu sebesar 523,57 kg/mm2 . Dari data-data tersebut semakin memperkuat analisa dari penulis bahwa pada penelitian ini kekuatan las yang didapatkan tidak terpengaruh pada proses korosi, tetapi pada proses pengelasan benda uji terutama penetrasi pengelasannya seperti pada contoh gambar 4.7.

4.2.3 Perhitungan Laju Korosi Jika suatu logam M memiliki berat jenis D (gr/cm3), luas selimut A(mm2), dan telah direndam selam t(jam), dan mengalami kehilangan berat w(gr) sesuai denga rumus :

mpy 

87,6W DAT

Maka, sesuai rumus tersebut dan berdasarkan pengolahan data pada tabel 4.1, 4.2, dan 4.3, didapatkan contoh secara umum perhitungan laju korosi sebagai berikut : Contoh : spesimen 311

mmpy 

87,6  0.0016 8,03  75,03121807 720

mmpy 

0,14016 4338,00490393512

mmpy  3,230978366872e - 07 51


Tabel 4.13 Perhitungan laju korosi benda uji

PERIODE

Periode 1

Periode 2

Periode 3

NO

W (gr)

311

0,0016

D (gr/cm3)

A (cm2)

T (jam)

Rata-rata (mmpy)

mmpy

75,03

3,23 x 10-7 -7

312

0,0010

75,13

313

0,0010

74,96

2,02 x 10-7

321

0,0011

74,29

1,12 x 10-7

322

0,0010

323

0,0012

74,52042327

1,21 x 10-7

331

0,0011

74,34039576

7,47 x 10-8

332

0,0008

74,71349099

333

0,0009

74,83565122

8,03

74,8774668

720

1440

2160

2,01 x 10

1,01 x 10-7

5,40 x 10-8

2,42 x 10-7

1,12 x 10-7

6,31 x 10-8

6,07 x 10-8

0.000000250

Laju Korosi (mmpy)

0.000000200

0.000000150

0.000000100

0.000000050

0.000000000 Periode 1

Periode 2

Periode 3

Periode (bulan)

Gambar 4.5 Grafik laju korosi

52


Pada gambar 4.4 tersaji lajus korosi tiap benda uji pada masing-masing periode. Pada benda uji 311 sampai dengan benda uji 333 terlihat bahwa bentuk grafik yang menurun. Menurut analisa dari penulis hal tersebut disebabkan terciptanya lapisan kromium oksida atau lapisan pasif pada layer teratas pada setiap benda uji setiap periode yang mengakibatkan benda tersebut semakin terhalang oleh oksidasi yang menyebabkan korosi. Dengan kata lain, semakin lama periode pengkondisian nilai laju korosi akan cenderung semakin menurun hingga mencapai kondisi stabil.

1

Gambar 4.6 Foto mikro benda uji bulan 1

2

Gambar 4.7 Foto mikro benda uji bulan 2

53


3

Gambar 4.8 Foto mikro benda uji bulan 3 Di dalam gambar 4.7 menunjukan HAZ (heat affected zone) yang juga dapat disimak, bahwa penetrasi proses pengelasan yang tidak sama pada setiap benda uji terlihat pada bidang yang ditandai garis lingkaran merah. Pada foto kedua memperlihatkan penetrasi yang tidak menyeluruh ditandai dengan adanya sedikit cekungan bergaris.

54


BAB V PENUTUP

5.1

KESIMPULAN Dari semua hasil pengambilan data, perhitungan, dan analisa dapat disimpulkan sebagai berikut :

1.

Perubahan nilai laju korosi rata-rata dari 2,42 x 10-7 pada periode bulan pertama, menjadi 6,31 x 10-8 pada periode bulan ketiga dan akan menuju nilai stabil dikarenakan terciptanya lapisan pasif pada material stainless steel yang menghambat laju korosi pada total seluruh periode pengujian.

2.

Penurunan kekuatan tarik yang terjadi tidak begitu signifikan sebesar 0,02% dari 355,8 N/mm2 menjadi 355,7 N/mm2. Dengan kata lain Stainless Steel 304 mampu untuk dijadikan bahan/material dalam pembuatan alat dengan kondisi lingkungan amonia.

3.

Penurunan berat benda uji (W) tidak signifikan pada periode pencelupan dalam lingkungan amonia yang lebih lama dengan pengurangan berat ratarata sebesar 0,0011 gram untuk satu bulan pencelupan, 0,0012 gram untuk dua bulan pencelupan, dan 0,0009 gram untuk tiga bulan pencelupan.

5.2

SARAN Dari penelitan yang telah dilakukan, penulis dapat memberikan beberapa saran yang mungkin berguna bagi peneliti selanjutnya :

55


1. Dalam persiapan benda uji sebaiknya benar benar dibersihkan secara teliti dikarenakan benda uji akan ditimbang dengan alat yang cukup presisi supaya data yang dihasilkan juga akurat. 2. Pada persiapan alat pendingin absorbsi harus dilakukan secara teliti mengingat tekanan kerja yang tinggi sangat beresiko terjadi kebocoran pada sambungan yang ada. 3. Pada proses pemanasan amonia di dalam alat pendingin absorbsi sebaiknya dilakukan secara perlahan menghindari naiknya tekanan amonia yang berakibat kebocoran. 4. Keseluruhan alat ukur pada kondisi baik, seperti kabel termokopel dan display termometer dalam keadaan baik 5. Pengukuran di genarator dilakukan pada saat pemanasan untuk memonitor kenaikan temperatur yang terjadi selama proses berlangsung. 6. Pada proses uji tarik sebaiknya benda uji dipersiapkan terlabih dahulu mengingat SS304 cukup licin untuk mampu dicekam pada mesin uji tarik. 7. Bagi penliti lain yang akan meneliti kekuatan las SS304 dalam lingkungan amonia sebaiknya menggunakan cara yang lebih efektif dan efisien terlebih dalam metode penyimpanan benda uji yang telah dikondisikan dalam uap amonia mengingat material stainless steel yang digunakan cukup mahal supaya lebih ekonomis. 8. Secara keseluruhan supaya mencatat data real supaya hasil penelitian dan pengambilan data reliabel.

56


DAFTAR PUSTAKA

Dieter , George E., 1988, Mechanical Metallurgy, Mcgraw Hill Higher Education, England Frick, H., 1994, Mekanika Teknik 1, Kanisius,Yogyakarta Meriam,JL., 1988, Mekanika Teknik 2, Erlangga, Bandung Ramos A., Miguel, 2003, Evaluation Of A Zeolite-Water Solar Adsorption Refrigerator. ISES Solar World Congress (June, 14-19, 2003), Goteborg, Sweden Sambada, FA.Rusdi dan I Gusti Ketut Puja, 2009, Penelitian Hibah BersaingAlat Pendingin Absorbsi Energi Panas Untuk Penyimpan Obat dan Bahan Makanan Di Daerah Terpencil Subagyo, 1989, Teknik Pengelasan, Atmi Press, Surakarta Zemansky & Sears, 1985, Fisika , Binacipta, Jakarta

57


LAMPIRAN

Gambar L1. Proses Pemanasan Amonia

Gambar L2. Larutan Etsa 1

Gambar L3. Larutan Etsa 2

58

KEKUATAN LAS STAINLESS STEEL 304 DALAM LINGKUNGAN AMONIA

Recommend Documents