PERANCANGAN MEKANIK MESIN POLES UNTUK PROSES METALOGRAFI BAHAN MENGGUNAKAN MOTOR LISTRIK ( Dyah Sawitri, ST, MT ; Albaet Firdausi ) Program Studi D3 Teknik Instrumentasi, Jurusan Teknik Fisika Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS Keputih Sukolilo – Surabaya 60111
ABSTRAK Proses metalografi bertujuan untuk melihat struktur mikro suatu bahan, untuk itu ada beberapa tahapan yang harus dilakukan. Proses grinding dan polishing merupakan proses yang sangat penting unruk membuat permukaan sampel bahan menjadi benar-benar halus agar dapat dilakukan observasi. Mesin poles yang terdapat diluar memiliki harga yang sangat mahal, untuk itu tugas akhir kali ini bertujuan untuk mendapatkan mesin poles yang murah dan efisien. Mesin poles ini memiliki dua piringan logam yang berputar, digerakkan oleh motor listrik dan ditambahkan sistem sirkulasi air untuk menghemat penggunaan air. Sistem sirkulasi air dengan menggunakan kombinasi bahan penyaring, menghasilkan air yang lebih jernih. Kata kunci : Metalografi, Grinding, Polishing, sirkulasi air.
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Proses metalografi bertujuan untuk melihat struktur mikro suatu bahan, untuk itu ada beberapa tahapan yang harus dilakukan. Tahapan yang harus dilalui adalah mounting, grinding, polishing, etching dan setelah itu baru observasi menggunakan mikroskop. Dari keempat proses tersebut, proses grinding dan polishing merupakan proses yang sangat penting unruk membuat permukaan sampel bahan menjadi benar-benar halus agar dapat dilakukan observasi. Pada proses ini digunakan sebuah mesin poles yang memiliki komponen utama berupa motor penggerak, piringan logam, dan keran air. Pada perancangan kali ini digunakan sebuah motor penggerak berupa motor listrik yang akan berfungsi sebagai penggerak dua piringan logam. Posisi motor listrik akan diletakkan di bagian tengah mesin dan dihubungkan dengan dua piringan logam dengan menggunakan karet penggerak. Peletakan posisi motor listrik ini untuk menghasilkan mesin yang murah, aman dan efisien. Lebih murah karena jumlah motor yang digunakan dan penggunaan listrik juga tidak terlalu mahal dibandingkan dengan menggunakan dua motor. Lebih efisien karena menggunakan sistem sambungan penggerak dengan menggunakan rubber yang menjaga kestabilan putaran motor agar didapatkan hasil pemolesan sampel yang baik, penggunaan sistem sirkulasi air juga berdampak posistif terhadap penghematan dalam penggunaan air.
1.2 Permasalahan Permasalahan yang dihadapi dalam perancangan tugas akhir ini adalah bagaimana membuat rancangan mekanik pada mesin poles untuk proses metalografi bahan dengan penggerak motor listrik yang murah dan efisien yang ditambah dengan sistem sirkulasi air untuk penghematan dalam penggunaan air. 1.3 Batasan Masalah Untuk memfokuskan penyelesaian masalah pada perncangan tugas akhir ini diperlukan beberapa batasan masalah. Adapun batasan masalahnya sebagai berikut: 1. Tidak membahas sistem elektrik. 2. Tidak ada holder untuk sampel bahan. 3. Plat grinding ada dua dan berputar secara bersamaan. 4. Menggunakan motor AC satu fasa. 1.4 Tujuan Tugas akhir ini bertujuan agar dalam suatu proses pemolesan sampel pada proses metalografi dapat dilakukan menggunakan mesin yang murah dan efisien dengan sistem sirkulasi air untuk penghematan dalam penggunaan air.
BAB II TEORI PENUNJANG 2.1 Metalografi Metalografi adalah gambaran mikro pada permukaan logam yang sudah dipreparasi.
Gambaran struktur mikro itu tidak akan terlihat tanpa dipreparasi. Metalografi merupakan pengujian dan pengamatan terhadap strukutur butir suatu logam. Dalam pengamatan secara metalografi dapat diperoleh gambaran struktur butiran suatu logam. Pengujian metalografi harus menggunakan bantuan dari mikroskop optik. Metalografi merupakan disiplin ilmu yang mempelajari karakteristik mikrostruktur suatu logam dan paduannya serta hubungannya dengan sifat-sifat logam dan paduannya tersebut. Permukaan sampel harus benar-benar diratakan agar sampel yang telah dipreparasi dapat terlihat dan tergambar bentuk struktur mikro dari mikroskop sehingga cahaya yang berasal dari mikroskop akan memantul ke mata kita. Oleh karena itu, sebelum dilakukan pengamatan mikrostruktur dengan mikroskop maka diperlukan proses-proses persiapan sampel. Sampel yang akan diuji harus dipreparasi dengan tahaptahap preparasi spesimen yaitu : • Sampling position (proses pengambilan sampel) • Cutting (pemotongan sampel) • Mounting • Grinding • Polishing • Observasi mikroskopis / makroskopis A. Sampling Position (Proses Pengambilan Sampel) Pemilihan sampel yang tepat dari suatu benda uji studi mikroskopik merupakan hal yang sangat penting. Pemilihan sampel tersebut didasarkan pada tujuan pengamatan yang hendak dilakukan. Pengambilan sampel dilakukan pada daerah yang akan diamati mikrostruktur maupun makrostrukturnya. Sebagai contoh untuk pengamatan mikrostruktur material yang mengalami kegagalan, maka sampel diambil sedekat mungkin pada daerah kegagalan ( pada daerah kritis dengan kondisi terparah ), untuk kemudian dibandingkan dengan sampel yang diambil dari daerah yang jauh dari daerah gagal. Kalau untuk ukuran butir, pengambilan sampel sebaiknya pada arah longitudinal dan diambil dengan ukuran ¼ lebarnya. Untuk mengetahui penyebab material gagal dilakukan analisis metalografi. Dilakukan pembandingan analisis untuk membandingkan struktur mikro di daerah awal retak, terkena gagal, dan daerah tidak terkena gagal. B. Cutting (Pemotongan) Cutting adalah proses bagian dari pengambilan sampel. Pemotongan yang dilakukan harus tepat
dan hati-hati, karena jika tidak maka akan dapat menyebabkan struktur mikro beruba atau rusak. Misalnya pemotongan dengan cara pengelasan. Dalam proses pemotongan pasti terjadi gesekan antara dua logam, yaitu antara logam yang ingin dipotong dengan alat pemotongnya (gergaji). Oleh karena itu, dalam pemotongan harus dijaga jangan sampai adanya gesekan yang dapat menghasilkan panas berlebih agar tidak merusak struktur mikro sehingga diperlukannya coolants. Coolants adalah cairan pendingin. Dalam pemotongan tidak boleh digunakan pemotongan basah, digunakan minyak larut dalam air (a water – soluble oil). Fungsi dari coolants diantaranya adalah: • Mencegah karat dari komponen-komponen mesin maupun spesimen. • Mengurangi kemungkinan kebakaran spesimen. • Memberikan kualitas potong yang lebih baik (licin, lebih halus). Pemotongan bisa juga menggunakan alat yang lebih modern yaitu menggunakan cutting disc (wheel sectioning). Cutting disc atau disebut juga piringan yang berputar, terbuat dari silikon karbida, intan, atau aluminium oksida. Dengan cutting disc juga diperlukan cairan pendingin. Penggunaan cutting disc harus sesuai karena silikon karbidanya berbeda-beda yaitu ada silikon karbida untuk material yang kasar, ada juga silikon karbida untuk material yang lunak. Akibat dari pemakaian yang tidak sesuai menyebabkan umur pakai cutting disc pendek dan patah. C. Mounting Pada dasarnya, sampel yang diuji berukuran sangat kecil atau memiliki bentuk yang tidak beraturan sehingga sangat sulit dalam penanganan untuk proses preparasi selanjutnya yaitu grinding dan polishing. Oleh karena itu untuk mudah penangananya atau memudahkan kita memegang benda uji, maka sampel harus dimounting. Proses mounting dilakukan dengan cara menempatkan benda uji dalam suatu media mounting press machine dan ditaburkan serbuk. Serbuk yang digunakan biasanya adalah bakelit. Didalam prosesnya diberi panas dan tekanan agar menjadi satu kesatuan (spesimen) antara sampel dengan bakelit. Adapun kegunaan dari mounting adalah: • Untuk memudahkan kita memegang benda uji atau memudahkan kita preparasi spesimen. • Untuk mendapatkan kerataan permukaan dari spesimen mounting dimana bahan mounting dikorbankan dan spesimen tetap rata.
•
Untuk multiple sampling atau banyak sampel yang dipegang. • Untuk memperpanjang usia bahan mounting (tidak mudah sobek). • Untuk keamanan si penguji dari specimen. • Untuk mempermudah proses mikroskopis saat pengamatan. • Untuk memberi identitas terhadap sampel yang banyak pada parameter yang berbeda. • Untuk memudahkan dalam penyimpanan. D. Grinding Grinding merupakan salah satu tahap preparasi spesimen dimana dalam proses ini dilakukan pengampelasan. Permukaan spesimen hasil dari proses sebelumnya, pasti memiliki permukaan yang tidak rata, terkorosi, terdapat gesekan bahkan porositas. Untuk meratakan dan menghilangkan itu semua maka dilakukan grinding (pengampelasan).
Gambar 2.1 Proses Grinding[1] Pengampelasan dilakukan dengan ampelas yang ukurannya berbeda-beda yaitu ukuran kertas ampelasnya dikatakan dengan mesh. Pengampelasan dilakukan mulai dari nomor mesh yang rendah (kasar) hingga yang tinggi (halus). Pengampelasan dilakukan pada mesin grinding dimana dilakukan dalam piringan berputar dan diberi coolants air. Air berfungsi untuk memperkecil kerusakan akibat panas yang timbul yang dapat merubah struktur mikro sampel dan memperpanjang masa pemakaian kertas amplas. Dengan pengampelasan dapat meratakan dan menghaluskan permukaan sampel dengan cara menggosokkan sampel pada kain abrasif / amplas. Teknologi dalam proses grinding saat ini mengalami kemajuan yang sangat signifikan, dengan sistem MD (Magnetic Disc) merupakan cara yang lebih baik dalam meng-grinding dan polishing spesimen. Teknologi yang menarik ini memungkinkan langkah preparasi yang lebih singkat, mengurangi waktu dan biaya preparasi,
menghasilkan spesimen dengan kualitas yang lebih baik dan membuat kerja menjadi semakin mudah.
Gambar 2.2 Contoh bentuk teknologi piringan magnetik[2] Keuntungan menggunakan teknologi ini antara lain: • Mengurangi waktu preparasi Proses Grinding dikurangi menjadi maksimum dua tahap, memperpendek waktu proses preparasi. • Lebih awet Memiliki lifetime yang panjang dan satu disc menggantikan kira-kira 100 lembar kertas SiC. • Removal material yang tinggi dan konsisten Rancangan baru formula ikatan menjamin bahwa tidak ada material yang tidak diharapkan dan memberikan hasil yang konsisten. • Kerataan Maksimum Pemotongan yang sama efisiennya pada material keras dan lunak menghasilkan spesimen dengan kerataan absolut tanpa adanya relief antara perbedaan fasa. Juga , sisi yang membulat rounding edge pada interface antara resin dan sampel tidak terjadi sama sekali. • Kerataan Optimum Removal material merata baik fasa keras dan lunak menjamin tidak ada noda fasa lunak smearing of soft phases atau kepingan fasa rapuh chipping of brittle phases. • Waktu grinding yang pendek Menjamin removal rate tinggi dan waktu grinding yang pendek. Teknologi komprehensif dengan dasar mm / 8-inch,
piringan magnetik merupakan jalur dari grinding dan polishing cloth metalik tersedia dalam ukuran 200 250 mm / 10-inch dan 300 mm /12-
inch diameter. Piringan magnet tunggal, ditempatkan pada mesin grinding dan polishing dalam proses preparasi, digunakan untuk mendukung permukaan preparasi yang baru. Ditinjau dari penghematan biaya dan waktu, metode baru menghindari penyimpanan, penanganan yang sulit dan pembuangan kertas SiC. Disc grinding dalam system ini memungkinkan pengurangan penggunaan kertas SiC menjadi hanya dua tahap, dan mengurangi waktu preparasi secara keseluruhan. Kualitas preparasi telah sangat berkembang dibandingkan dengan kertas SiC. Sehingga, disc grinding dalam sistem ini adalah lebih baik terhadap kertas SiC. E. Polishing Secara metalografi, polishing adalah proses terakhir dari bagian preparasi spesimen untuk mendapatkan permukaan benda kerja yang halus dengan menggunakan mesin poles metalografi yang terdiri dari piringan yang berputar dan didalamnya menggunakan gaya abrasif. Polishing sering digunakan untuk meningkatkan benda kerja tampak mengkilap, halus , mencegah kontaminasi peralatan medis, menghilangkan oksidasi, atau mencegah korosi pada pipa. Dalam metalografi dan metalurgi, polishing digunakan untuk membuat plat rata, membuat permukaan benda kerja bebas dari cacat sehingga memudahkan dalam pemeriksaan mikrostruktur logam dengan mikroskop.
Gambar 2.3 Proses Polishing[1] F. Observasi Pengamatan dilakukan dengan menggunakan mikroskop optik. Pengamatan ini dilakukan setelah pemolesan hingga tahap pencucian pun telah selesai. Dalam prosesnya kita mengamati gambaran topografi struktur mikro spesimen yang telah dipreparasi menggunakan mikroskop cahaya. Mikroskop cahaya menyediakan gambaran struktur dua-dimensional dengan perbesaran total dari 40x hingga 1250x [Smallman, 2000].
Gambar 2.4 Observasi menggunakan mikroskop[1] 2.2 Mesin Poles Mesin yang digunakan untuk menghaluskan permukaan sebuah sampel sebelum diteliti.
Gambar 2.5 Mesin poles[3] Mesin ini terdiri atas beberapa elemen penting yaitu: • Dua buah piringan logam. Piringan logam yang berfungsi sebagai tempat meletakkan sampel pada proses penghalusan. Permukaan piringan pertama dilapisi oleh lapisan amplas dan piringan yang kedua dilapisi oleh lapisan kain. • Dua kran air. Berfungsi untuk membasahi permukaan piringan logam saat proses penghalusan agar permukaan piringan logam tidak terlalu panas yang dapat mengakibatkan pengikisan berlebih pada semapel yang sedang dihaluskan. • motor listrik Sebagai penggerak dua piringan logam, menggunakan motor listrik AC. • saluran pembuangan untuk keluaran air sisa proses penghalusan. Teknologi terbaru dari mesin ini telah menggunakan sistem hidrolis dan menggunakan
sistem komputerisasi untuk penggunaanya, sehingga harga mesin menjadi lebih mahal. Mesin ini sangat dibutuhkan dalam proses percobaan metalografi, dengan mempelajari sistem kerja dan bentuk dari mesin ini, dapat dibuat sebuah mesin sejenis yang lebih sederhana, murah, dengan cara kerja yang sama.
lemari es umumnya memakai rele sebagai saklar sentrifugalnya. Berdasarkan penggunaan kapasitor pada motor kapasitor, maka motor kapasitor ini dapat dibagi dalam hal sebagai berikut di bawah ini.
•
Motor kapasitor start (capacitor start motor) Pada motor kapasitor, pergeseran fase antara arus kumparan utama (I u ) dan arus kumparan bantu (I b ) didapatkan dengan memasang sebuah kapasitor yang dipasang seri terhadap kumparan bantunya seperti yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.6 Mesin poles teknologi terbaru[2]
2.3 Motor Listrik Motor listrik yang dibahas kali ini merupakan motor induksi 1-fasa biasanya tersedia dengan daya kurang dari 1 HP dan banyak digunakan untuk keperluan rumah tangga dengan aplikasi yang sederhana, seperti kipas angin motor pompa dan lain sebagainya. Didasarkan pada cara kerjanya, maka motor ini dapat dikelompokan sebagai berikut : a.
Motor kapasitor (capacitor motor) • Kapasitor start (capacitor start motor) • Kapasitor start-kapasitor jalan (capacitor start-capacitor run motor) • Kapasitor jalan (capacitor run motor) • Motor kutub bayangan (shaded pole motor) b. Motor fase belah/fase bagi (split phase motor) Penjelasan dari jenis-jenis motor dijabarkan sebagai berikut di bawah ini. a.
ini
Motor kapasitor Motor kapasitor merupakan bagian dari motor fasa belah, namun yang membedakan kedua motor tersebut adalah pada saat kondisi start motor. Motor kapasitor ini menggunakan kapasitor pada saat startnya yang dipasang secara seri terhadap kumparan bantu. Motor kapasitor ini umumnya digunakan pada kipas angin, kompresor pada kulkas (lemari es), motor pompa air, dan sebagainya. Pada
Gambar 2.12 Bagan rangkaian motor kapasitor dan diagram vektor I u dan I b [5] pemasangannya tidak permanen pada motor (sebagai bagian yang dapat dipisahkan). Kapasitor start direncanakan khususnya untuk waktu pemakaian yang singkat, sekitar 3 detik, dan tiap jam hanya 20 kali pemakaian. Bila saat start dan setelah putaran motor mencapai 75% dari kecepatan penuh, saklar sentrifugal (CS) otomatis akan terbuka untuk memutuskan kapasitor dari rangkaian, sehingga yang tinggal selanjutnya hanya kumparan utama saja. Disamping itu, penggunaan kapasitor start pada motor kapasitor dapat divariasikan misalnya dengan tegangan tegangan ganda seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.13. Untuk penggunaan tegangan rendah pada gambar 2.13, kumparan utama I dan kumparan utama II diparalel dengan cara terminal 1 dikopel dengan 3, terminal 2 dikopel dengan 4, kemudian terminal 1 dan 2 diberikan untuk sumber tegangan. Untuk tegangan tingginya, kumparan utama I dan kumparan utama II dihubungkan secara seri, kemudian terminal 1 dikopel dengan 4 dan terminal 3 dan 2 untuk sumber tegangan.
Bila saklar diatur pada posisi low pada gambar 2.15, motor berputar lambat, sedangkan bila saklar diatur pada posisi high, motor berputar lebih cepat, karena kumparan cepat (high run) mempunyai jumlah kutub sedikit sedangkan kumparan lambat (low run) mempunyai jumlah kutub yang lebih banyak. Gambar 2.13 Motor kapasitor start tegangan ganda, putaran satu arah[5] Motor kapasitor start yang sederhana juga dapat diperlengkapi dengan pengaturan kecepatan dan pembalik arah putaran seperti yang diperlihatkan pada contoh berikut di bawah ini. • Motor kapasitor start dengan 3 ujung dengan arah putaran yang dapat dibalik (three leads reversible capacitor start motor) diperlihatkan pada gambar 2. 14
Gambar 2. 14 Motor kapasitor start dengan 3 ujung dengan pembalik arah putaran[5] • Motor kapasitor start 2 kecepatan seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.15
Gambar 2.15 kecepatan[5]
Motor kapasitor start 2
• Motor kapasitor start dan jalan (capacitor start-capacitor run motor). Pada dasarnya motor ini sama dengan capasitor start motor, hanya saja pada motor jenis ini kumparan bantunya mempunyai 2 macam kapasitor dan salah satu kapasitornya selalu dihubungkan dengan sumber tegangan (tanpa saklar otomatis). Motor ini menggunakan nilai kapasitansi yang berbeda untuk kondisi start dan jalan. Dalam susunan pensaklaran yang biasa, kapasitor start yang seri dengan saklar start dihubungkan secara paralel dengan kapasitor jalan dan kapasitor yang diparalelkan itu diserikan dengan kumparan bantu. Penggunaan kapasitor start dan jalan yang terpisah memungkinkan perancangan motor memilih ukuran optimum masing-masing, yang menghasilkan kopel start yang sangat baik dan prestasi jalan yang baik. Tipe kapasitor yang digunakan pada motor kapasitor ini adalah tipe elektrolit dan tipe berisi minyak. Rancangan motor ini biasanya hanya digunakan untuk penggunaan motor satu fasa yang lebih besar dimana khususnya diperlukan untuk kopel start yang tinggi. Keuntungan dari motor jenis ini adalah : a. Mempertinggi kemampuan motor dari beban lebih. b. Memperbesar cos ϕ (faktor daya). c. Memperbesar torsi start, d. Motor bekerja lebih baik (putaran motor halus). • Motor kapasitor jalan (capacitor run motor) Motor ini mempunyai kumparan bantu yang disambung secara seri dengan sebuah kapasitor yang terpasang secara permanen pada rangkaian motor. Kapasitor ini selalu berada dalam rangkaian motor, baik pada waktu start maupun jalan, sehingga motor ini tidak memerlukan saklar otomatis. Oleh karena kapasitor yang digunakan tersebut selalu dipakai baik pada waktu start maupun pada waktu jalan maka harus digunakan kapasitor yang memenuhi syarat tersebut yaitu kapasitor yang berjenis kondensator minyak, atau kondensator kertas minyak.
Gambar 2. 16 Motor kapasitor jalan yang bekerja dengan 2 arah putaran (maju dan mudur) [5] Pada umumnya kapasitor yang digunakan berkisar antara 2 sampai 20µ F, bentuk hubungannya pada rangkaian motor diperlihatkan pada gambar 2. 16 dengan jenis dua arah putaran. Pada gambar 2. 16, waktu putaran kanan, kumparan A diseri dengan kapasitor dan kumparan B bertindak sebagai kumparan utama, sedangkan pada waktu putaran kiri, kumparan B diseri dengan kapasitor dan berfungsi sebagai kumparan bantu, sehingga kumparan A sekarang berfungsi sebagai kumparan utama. b.
Motor shaded pole Dalam bahasa indonesia dikenal dengan nama motor kutub bayangan, termasuk motor satu phasa daya kecil, dan banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga sebagai motor penggerak kipas angin, blender.
Gambar 2.18 Penampang kutub utama dan kutub bayangan[5] Berdasarkan gambar diatas, irisan penampang motor kutub bayangan memperlihatkan dua bagian, yaitu bagian stator dengan belitan stator dan dua kawat kutub bayangan. Bagian rotor sangkar ditempatkan di tengah-tengah stator.Torsi putar dihasilkan oleh adanya pembelahan phasa oleh kawat shaded pole. Konstruksi yang sederhana, daya yang kecil, handal, mudah dioperasikan, bebas perawatan dan cukup di suplai dengan Tegangan AC 220 V, jenis motor kutub bayangan banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga kecil. • Motor universal Motor Universal termasuk motor satu phasa dengan menggunakan belitan stator dan belitan rotor. Motor universal dipakai pada mesin jahit, motor bor tangan. Perawatan rutin dilakukan dengan mengganti sikat arang yang memendek atau pegas sikat arang yang lembek. Kontruksinya yang sederhana, handal, mudah dioperasikan, daya yang kecil, torsinya yang cukup besar motor universal dipakai untuk peralatan rumah tangga.
Gambar 2.17 Bentuk motor jenis kutub bayangan[6] Konstruksinya sangat sederhana, pada kedua ujung stator ada dua kawat yang terpasang dan dihubung singkatkan fungsinya sebagai pembelah phasa. Belitan stator dibelitkan sekeliling inti membentuk seperti belitan transfor mator. Rotornya berbentuk sangkar tupai dan porosnya ditempatkan pada rumah stator ditopang dua buah bearing.
Gambar 2.19 Bagian dalam pada motor universal[6] Bentuk stator dari motor universal terdiri dari dua kutub stator. Belitan rotor memiliki dua belas alur belitan dan dilengkapi komutator dan sikat arang yang menghubungkan secara seri antara belitan stator dengan belitan rotornya. Motor
universal memiliki kecepatan tinggi sekitar 3000 rpm.
Gambar 2.22 Bentuk selang besi fleksibel[8]
Gambar 2.20 Gambaran bagian stator dan rotor pada motor universal[6] Aplikasi motor universal untuk mesin jahit, untuk mengatur kecepatan dihubungkan dengan tahanan geser dalam bentuk pedal yang ditekan dan dilepaskan. 2.4 Pompa Air
Penggunaan selang ini pada tugas akhir karena selang ini memiliki bentuk yang dapat ditekuk sesuai keinginan, sehingga dalam proses pemolesan logam dapat ditentukan posisi jatuhnya air pada piringan logam.
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT 3.1 Perancangan Alat Langkah-langkah penyelesaian alat mulai dari perancangan hingga pembuatan dapat dilihat pada gambar berikut ini START
PERANCANGAN MEKANIK
Gambar 2.21 Bentuk Pompa air akuarium[7] Pompa air mempunyai banyak jenis, biasanya digolongkan menurut kekuatan tekanannya. Pada tugas akhir kali ini digunakan pompa air yang digunakan pada akuarium. Penggunaan pompa ini menyesuaikan dengan kebutuhan pada alat yang sedang dibuat, pompa ini menghasilkan tekanan yang tidak terlau besar. Pompa air digunakan untuk memompa air yang disalurkan melalui selang menuju piringan logam, pada saat proses pemolesan sedang berlangsung. 2.5 Selang besi fleksibel Selang yang biasa digunakan pada industri. Selang ini digunakan untuk menyalurkan cairan kimia, uap tekanan tinggi, gas, dan lain-lain. Selang ini memiliki karakteristik yang fleksibel karena dapat digunakan untuk menyalurkan segala jenis fluida dan gas, selang ini juga tahan karat, karena terbuat dari bahan besi anti karat.
PEMBUATAN MEKANIK
PEMBUATAN RANGKA MESIN
PELETAKAN POSISI PIRINGAN LOGAM DAN MOTOR LISTRIK
PEMBUATAN SIRKULASI AIR
UJI COBA ALAT TIDAK YA SELESAI
Gambar 3.1 diagram alir penyelesaian alat
• Perancangan Mekanik Pada tahap kali ini dilakukan perancangan desain, yaitu pengukuran posisi antara dua poros tempat berputarnya dua piringan logam dengan motor penggerak, perencanaan desain sistem pompa air, perencanaan pembuatan kerangka atap mesin.
Untuk dapat membuat dua piringan logam berputar bersamaan digunakan pully dan rubberbelt. Dibutuhkan pully sebanyak 4 buah, 3 buah berdiameter 7,5 cm diletakkan pada poros tempat berputarnya piringan logam dan sisanya yang berukuran diletakkan pada poros motor AC.
• Pembuatan mekanik Pembuatan mekanik mesin ini dimuali dari pembuatan rangka dilanjutkan dengan peletakkan posisi antara motor listrik dengan piringan logam sampai dengan pembuatan sistem sirkulasi air. • Pembuatan rangka mesin Rangka mesin ini terbagi atas dua bagian, yaitu bagian atas dan bagian bawah. Untuk bagian atas terbuat dari plat besi dengan ketebalan 3mm yang berfungsi sebagai penyangga poros pemutar dua piringan logam, bagaian atas ini memiliki bentuk persegi panjang dengan ukuran panjang 60 cm, lebar 31 cm dengan 4 lubang yang digunakan untuk meletakkan poros pemutar piringan logam dan sebagai lubang pembuangan.
Gambar 3.2 Rangka mesin[9] Lalu, bagian bawah terbuat dari plat besi setebal 2mm yang dibentuk balok yang bagian atasnya terbuka, dan memiliki ukuran panjang 59 cm, lebar 30 cm serta tinggi 33 cm. Bagian dalamnya digunakan untuk tempat rangkaian elektronik dan selang saluran pembuangan, bagian permukaannya sebagai tempat meletakkan selang air pendingin dan panel elektronik seperti LCD, tombol ON/OFF dan pengatur kecepatan. • Kerangka penyangga mesin Kerangka penyangga mesin digunakan sebagai penyangga mesin dan tempat meletakkan ember air. Terbuat dari besi kolom yang dirangkai sedemikian rupa berbentuk mirip meja namun tanpa alas yang memiliki empat kaki penyangga berukuran 77 cm, dengan panjang 60 cm dan lebar 31 cm. • Peletakan posisi piringan logam dengan motor
Gambar 3.3 Rancangan penggerak dua piringan logam[9] Lalu 2 rubberbelt digunakan untuk menyambung pully pada motor listrik dengan pully di salah satu dari dua poros penggerak piringan logam, serta untuk menyambungkan dua poros penggerak piringan logam agar dapat bergerak secara bersamaan. • Pembuatan sirkulasi air Sistem ini bertujuan untuk menghemat penggunaan air sebagai pendingin pada saat proses penghalusan logam. Sistem kerjanya adalah dengan menyalurkan air sisa pembuangan pada proses pengahalusan menuju ember tempat penampungan air. Sebelum menuju ember, air disaring terlebih dahulu agar air yang masuk ke ember bersih dari sisa-sisa logam pada saat proses penghalusan.
Gambar 3.4 Sistem sirkulasi air[9] Sistem ini membutuhkan bahan-bahan seperti ember plastik, botol plastik bekas minuman, sabut
cuci piring, selang karet, pipa PVC. Ember plastik berfungsi sebagai tempat penyimpanan air yang digunakan untuk proses penghalusan, pada bagian bawah ember diberikan kran yang berfungsi untuk membuang air jika air dalam ember sudah tidak digunakan. Saringan yang digunakan dibuat dengan menggunakan botol plastik bekas minuman yang sisi bawahnya dilubangi untuk memasukkan sabut cuci piring ke dalamnya, Kemudian botol berisi sabut cuci piring tadi diletakkan pada bagian tutup ember palastik dengan posisi terbalik. • Uji Coba alat Setelah semua sistem selesai, langsung pengujian alat dilakukan supaya bisa mengetahui kinerja alat tersebut. Setelah seluruh tahapan penyelesaian mesin ini telah dilewati dengan baik, maka terciptalah sebuah mesin poles yang dapat bermanfaat untuk digunakan dalam pembelajaran tentang proses metalografi
Sumber arus PLN
Transfo rmator
Motor AC
Piringan Logam
Pully & Belt
Gambar 3.5 Diagram blok[9] Penjelasan: Cara kerja alat ini prinsipnya sama dengan alat elektronik, pertama-tama disambungkan dengan sumber tegangan sebesar 220 volt yang kemudian dengan menggunakan transformator diturunkan tegangannya menjadi 100 volt, sesuai dengan tegangan yang dibutuhkan motor listrik. Selanjutnya motor AC berputar yang otomatis menggerakkan dua piringan logam karena dihubungkan dengan menggunakan pully dan belt. Kedua piringan logam ini dapat diatur kecepatan putarannya dengan menggunakan rangkaian pengatur kecepatan motor listrik, terdapat 5 variasi kecepatan yang dapat digunakan. Dengan menggunakan variasi kecepatan, dapat dihasilkan sebuah proses pemolesan yang hasilnya dapat sesuai dengan keinginan. Kecepatan putaran juga dapat dipantau melalui LCD sebagai penampil kecepatan putaran piringan logam per menitnya. 3.2 Bagian- bagian alat Mesin poles ini terdiri atas beberapa bagian seperti yang dijelaskan pada gambar
Gambar 3.5 Mesin Poles[9] Selanjutnya, untuk prinsip kerja alat ini dapat dijelaskan dengan diagram blok dibawah ini
menyalakan dan mematikan LCD dan tombol untuk menyalakan atau mematikan pompa air. Lalu, tuas pengendali kecepatan motor serta tuas ON/OFF.
Bagian 2
Bagian 1
Gambar 3.6 tombol LCD dan pompa air
Bagian3 Gambar 3.7 Tuas pengendali kecepatan dan tuas ON/OFF
Gambar 3.6 Bagian-bagian mesin poles Keterangan: • Bagian 1: Bagian ini terdiri atas beberapa komponen seperti selang air untuk mengalirkan air ke piringan logam, dua piringan logam yang dilapisi kain ampelas dan kain beludru terletak di bagian rangka atas mesin
Gambar 3.5 Bagian atas mesin • Bagian 2: Bagian ini merupakan tempat tombol-tombol untuk pengoperasian alat seperti tombol untuk
• Bagian 3: Bagian ini merupakan bagian sirkulasi air. Terdapat penyaring untuk menyaring kotoran dari air sisa proses pemolesan, pompa air untuk memompa air menuju keran air dan saluran pembuangan air untuk membuang air di dalam tempat penampungan air jika sudah keruh.
Gambar 3.8 Bagian sirkulasi air
BAB IV HASIL DAN PENGUJIAN
proses pemolesan dengan maksimal, sehingga tidak mengakibatkan air menjadi keruh.
4.1 Hasil pengujian Hasil pengujian mesin yang telah dilakukan diperoleh data sebagai berikut: Ketika mesin dijalankan, tidak terjadi getaran yang mengakibatkan berubahnya konstruksi mesin, maupun gangguan tampilan pada LCD. Lalu, pada saat pompa air dijalankan, air yang mengalir ke piringan logam mengalir dengan lancar tanpa kebocoran. Kemudian data kecepatan piringan berdasarkan pengaturan menggunakan tuas pengatur kecepatan motor adalah sebagai berikut: Tabel 4.1 Data Kecepatan putaran piringan Kecepatan Piringan (Rpm) I II III IV V Ratarata 5 28 29 28 28 28 28,2 6 33 33 33 34 33 33,2 7 49 49 50 49 49 49,2 8 63 63 64 63 63 63,2 9 81 81 82 81 81 81,2 10 89 90 89 89 89 89,2
Kece patan Motor
Selanjutnya untuk data tentang hasil pengujian sistem sirkulasi air. Sistem sirkulasi air dimulai dari air yang dipompakan menuju selang diatas piringan logam yang kemudian air sisa proses pemolesan kembali lagi kebawah, menuju tempat penampungan air lagi yang terlebih dahulu melewati penyaring yang berfungsi menyaring kotoran sisa hasil pemolesan agar tidak membuat air menjadi keruh. Berikut ini adalah data tentang perbandingan dua sistem penyaringan berdasarkan bahan yang digunakan untuk menyaring. Pada pengujian kali ini digunakan sampel berbahan logam yang berbentuk silinder. Yang pertama adalah hasil penyaringan dengan menggunakan sabut cuci piring yang disusun bertumpuk 6 tingkatan, yang dimasukkan kedalam botol plastik. Dengan menggunakan susunan bahan seperti ini diharapkan dapat menyaring kotoran sisa
Gambar 4.1 Sistem penyaringan menggunakan Sabut cuci piring. Hasil penyaringan dengan menggunakan bahan tersebut dapat dilihat melalui tampilan berikut ini.
Gambar 4.2 Air hasil penyaringan menggunakan sabut cuci piring
Berikutnya adalah hasil penyaringan air dengan menggunakan kombinasi antara bahan sabut cuci piring dengan batu dan pasir. Penggunaan kombinasi bahan ini berdasarkan pada sistem saringan air sederhana yang sering digunakan di masyarakat.
Gambar 4.3 Sistem penyaringan menggunakan kombinasi bahan. Dengan menggunakan kombinasi bahan penyaring berdasarkan sistem penjernih air sederhana, didapatkan air hasil saringan sebagai berikut:
Gambar 4.2 Air hasil penyaringan menggunakan kombinasi bahan sabut cuci piring, pasir dan batu.
4.2 Pembahasan Pengujian pada mesin poles yang telah dilakukan meliputi pengujian putaran piringan, pengaturan kecepatan, sistem sirkulasi air, kebocoran air dan ketahanan mesin. Putaran piringan logam pada saat pengujian tergolong stabil dan lancar, kedua piringan berputar secara bersamaan sesuai dengan pengaturan kecepatan, setiap perubahan kecepatan yang diberikan kepada motor listrik secara otomatis putaran piringan juga berubah. Selanjutnya, sistem pengaturan kecepatan yang telah diuji coba juga menunjukkan hasil yang baik, kecepatan motor berubah sesuai dengan pengaturan yang diinginkan. Sistem sirkulasi air berfungsi dengan baik, air dapat dipompa secara optimal dari tempat penampungan menuju piringan logam melalui kedua saluran yang diberikan keran air sebagai kontrol terhadap banyaknya air yang dibutuhkan, kemudian air sisa hasil pembuangan mengalir dengan lancar kembali menuju tempat pembuangan, namun ada kendala pada penyaring yang telah dirancang, bahan yang digunakan untuk menyaring memiliki pori-pori yang terlalu besar dibandingkan dengan ukuran serbuk sisa pemolesan sampel sehingga mengakibatkan air yang kembali ke tempat penampungan, masalah ini telah diatasi dengan merubah bahan penyaring dengan menggunakan paduan komposisi sabut cuci piring, pasir dan batu. Dengan sistem penyaringan tersebut, di dapatkan kualitas air sisa yang keluar menuju tempat penampungan menjadi lebih jernih karena kotoran sisa hasil pemolesan dapat disaring dengan baik oleh pasir. Pada saat pengujian alat pertama kali sempat terjadi kebocoran di bagian atas rangka yang mengakibatkan jatuhnya air ke rangkaian pengendali motor listrik, untuk mengatasinya dilakukan penutupan dengan menggunakan bahan sejenis silikon padat yang dipanaskan yang kemudian ditempelkan pada seluruh celah yang ada di bagian rangka atas untuk menghilangkan resiko kebocoran air yang mengenai rangkaian listrik yang dapat mengakibatkan kerusakan pada rangkaian listrik. Ketahanan mesin juga sudah diuji dengan cara menyalakan dan mematikan mesin berkali-kali, menyalakan mesin dengan kondisi pengatur kecepatan berada pada angka maksimum yang kemudian setelah menyala, diubah kecepatannya secara acak baik dai angka tertinggi ke rendah
maupun sebaliknya secara berulang-ulang. Kemudian tampilan kecepatan pada LCD yang awalnya sering bermasalah, sekarang sudah lebih stabil, tahan terhadap getaran maupun perubahan pengaturan kecepatan yang selisihnya cukup besar.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Berdasarkan rancangan dan pengujian alat dari tugas akhir ini dapat di simpulkan bahwa: • sistem kerja mekanik pada mesin penghalus dan pemoles logam ini dapat bekerja dengan baik, mulai dari putaran kedua piringan logam hingga sistem air daur ulangnya. Pada saat mesin digunakan tidak terjadi getaran yang terlalu besar pada kerangka penyangga, putaran dari kedua piringan logam juga memiliki kecepatan yang sama. Lalu, air pendingin yang keluar melalui selang juga mengalir dengan lancar dan sistem air daur ulang juga berjalan dengan baik. • Hasil pengujian tampilan kecepatan yang terpantau melalui LCD penampil tergolong stabil dengan nilai angka yang tampil hanya berkisar dua angka saja. • Sistem sirkulasi air dengan menggunakan kombinasi bahan penyaring berdasarkan sistem penjernih air sederhana lebih baik dalam menyaring kotoran dibandingkan dengan hanya menggunakan bahan sabut cuci piring sebagai penyaringnya. 5.2 Saran Saran untuk mesin penghalus dan pemoles logam ini diharapkan juga terdapat holder yang berfungsi untuk meletakkan logam pada saat proses penghalusan dan pemolesan yang dapat digerakkan secara otomatis dengan menggunakan sistem robotik.
