Proseding Seminar Nasional Rekayasa (SNTR) II Tahun 2015

Proseding Seminar Nasional Rekayasa (SNTR) II Tahun 2015

i

KEYNOTE SPEAKERS


1. Prof. H. Mohamad Nasir, Ph.D., Ak. (Menteri Riset, Teknologi dan Pendidikan Tinggi) 2. Prof. Ir. Samsul Rizal, M. Eng (Rektor Unsyiah)

3. H. Teuku Sama Indra, SH (Bupati Aceh Selatan) REVIEWER: 1. Prof. Dr. Ir. Ahmad Syuhada, M. Sc 2. Prof. Dr. Ir. Khairil, MT

3. Prof. Dr. Ir. Yuwaldi Away 4. Dr. Ir. Marwan

5. Dr. Ir. Mirza Irwansyah, MLA, MBA 6. Dr. Ir. Taufik Saidi, M. Eng 7. Dr. Ir. HY. Sastra, DEA

8. Dr. M. Ilham Maulana, ST., MT 9. Dr. Ir. Yuhanis, DEA

10. Dr. Khairul Munadi, M. Eng 11. Dr. Taufik Gani, M. Eng.Sc 12. Dr. Abrar Muslim

i

Proseding Seminar Nasional Rekayasa (SNTR) II Tahun 2015 No 14 15

Authors Dinni Agustina, Ahmad Syuhada

Dinni Agustina, Sabri, Ratna Sary

17

Ratna Sary, Ahmad Syuhada Ratna Sary, Dinni Agustina

18

Husni, Samsul Rizal, Andi Zairawan

16

19 20 21 22 23 24 25 26

Iskandar Hasanuddin, Dini Syahriza Fahlevi dan Mohd Iqbal M. Ilham Maulana, Ashhabul Yamin, Hamdani

M. Ilham Maulana dan Saqib Arsalan

Syamsul Bahri Widodo, T. Kamaruzzaman, Muhammad Zulfri, Nazaruddin Hamdani, Taufan Arif Adlie, Fazri, Ahmadullah

Syamsul Bahwi Widodo dan Suyanto Taufan Arif Adlie, Fazri, Zainal Arif, Teuku Azuar Rizal Teuku Zulfadli, Ahmad Syuhada

Cluster Computer Science No Author 27

Muhammad dan Suherman

27

Arie Budiansyah

28

M Ilhamsyah Hafiz, M. Ikhsan, Yuwaldi Away

29

Cut Try Utari

Paper Title Pengaruh komposisi material absorber terhadap kinerja kolektor surya Pengaruh parameter resonator terhadap laju perubahan suhu pada perangkat pendingin termoakustik

Page 80 84

Kaji Pemanfaatan Energi Surya Untuk Beban Listrik

90

Kaji Sistem Pengeringan Kelapa Kukur Menggunakan Kolektor Surya

94

Pengaruh Parameter Pemotongan Terhadap Gaya Tekan Dan Profil Burr pada Proses Gurdi

Penentuan Dimensi Kursi Dan Meja Sekolah Sma Yang Ergonomis Dengan Data Antropometri (Studi Kasus : Sekolah Menengah Atas diprovinsi Aceh) Kaji Awal Dan Perancangan Turbin Archimedes Screw Sebagai Pembangkit Listrik Head Rendah

Analisis Pengaruh Jumlah Blade Turbin Ulir (Archimedes Screw) Terhadap Pola Aliran Menggunakan Cfd Kaji Eksperimental Alat Pengering Ikan Tipe Lorong Dengan Menggunakan Energi Surya Dan Berbahan Bakar Kayu Karakteristik Pengeringan Terasi Menggunakan Conduction Solar Dryer Pembuatan dan Pengujian Turbin Pelton untuk Pembangkit Listrik Pikohidro

Studi Sistim Pengering Ikan dengan Energi Hibrid Surya – Bahan Bakar

Paper Title

Reduksi Konsumsi Energi Pelanggan Wimax Untuk Aplikasi Trifik Video Downlink Pembuatan Aplikasi Pengendali Buka/Tutup Keran Air Berbasis Protokol Http

Simulasi Robot Lengan 3 DOF Sebagai Penyeleksi Objek Berdasarkan Bentuk Dan Warna Menggunakan Kamera Dan ATMega328

vii

108 111 116 120 126 131

Pengujian Pembangkit Listrik Tenaga Angin Vertical Axis Wind Turbin (Vawt) Tipe Darrieus

Analisis Penerapan Digital Signature Otentikasi Dan Pengamanan Data

100

Sebagai

134 138

Page 144 148 155 161

Proseding Seminar Nasional Rekayasa (SNTR) II Tahun 2015 No 30 31

Authors Syukri Hidayat Ahmad Syaukani

32

Al-Khowarizmi, Ihsan Lubis, Edy Rahman Syahputra

33

Aripin Rambe

34

Dinur Syahputra

35

Ajulio Padly Sembiring

36

Putra Noba Nurima

37

Jonas Franky Rudianto Panggabean

38

Matra Prima Situmeang

39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

Suci Ramadani,Fakhrur Rozy Hasibuan Fauziah Nur

Nerdi Nababan, Mahfuza Ilham Lubis, Boni Oktaviani, Ramliana Siregar

Paper Title

Studi Penyisipan Pesan Teks Terenkripsi Dalam Citra Digital Dengan Menggunakan Algoritma Vigenere Cipher Dan Steganografi Least Significant Bit

Analisis Perbandingan Penerapan Dan Pengamanan Sistem E-Voting Di Indonesia Pada Suatu Pemilihan Pengembangan Sistem Pendukung Keputusan Untuk Menentukan Gangguan Psikologis Dengan Mengunakan Metode Analytical Hierarchy Process Dan Simple Additive Weighting Kriptografi Klasik Menggunakan Modifikasi Metode Affine Ciphers Enkripsi Pesan Terkunci dalam Menerapkan Metode Affin Cipher dan Hill Cipher Replikasi Database Sistem Akademik Menggunakan Ubuntu Server 12.04 Implementasi Sistem Inferensi Fuzzy dalam penentuan Jumlah Tenor pada Pengajuan Kredit Perumahan Perancangan Dan Pembuatan Sistem Informasi Penilaian Siswa-Siswi Pada SMK Negeri 3 Medan Perancangan Kode QR Sebagai Media Penyimpanan Kartu Hasil Studi Mahasiswa Untuk Pengiriman Ke Email E-Manasik Haji

Penerapan Vigenere Cipher Untuk Alphabet Dalam Bahasa Jerman Analisis Interface Design

Penggunaan Metode Fuzzy Multiple Atribute Decission Making Dalam Sistem Pendukung Keputusan Muhamad Yustisar Menentukan Kualitas Biji Kopi Ekspor Di Kabupaten Aceh Tengah Pencarian Rute Terpendek Ke Kampus USU Dengan Abed Nego Saragih Metode Dynamic Programming Perancangan Dan Implementasi Data Absensi Karyawan Pada PT. Panin Life Asuransi Cabang Hasudungan Siahaan Pematangsiantar Pengamanan Dengan Algoritma Vigenere Chiper Dengan Kombinasi Playfair Chiper Sebagai Pemberian Rahman Aulia Izin Dalam Mengontrol Alat Bantu Pendaratan Visual Pesawat Udara Penentuan Kelayakan Penerbitan Paper Menggunakan Muhathir Fuzzy Logic (Studi Kasus Universitas Malikussaleh) Pengenalan Jenis Ayam Melalui Suara Menggunakan Reyhan Achmad Rizal Transformasi Weierstrass Iin Parlina, Rizwanto Sistem Informasi Pemesanan Kamar Hotel Sapadia Hotel Pematangsiantar Saragih

viii

Page 165 171 175 181 187 191 198 202 211 220 226 230 234 234 243 249 253 259 266

Proseding Seminar Nasional Rekayasa (SNTR) II Tahun 2015 No 49 50 51 52 53

Authors

Lidya Rosnita

Gabriel Ardi Hutagalung Khairuman, Herman Mawengkang Muhammad Zarlis Erwinsyah Sipahutar, Usman Baafai, dan Ariadi Azmi Rudi Arif Candra, Suherman, dan Ali Hanafiah Rambe

Cluster Humaniora No Authors Nurul Izzati 54 55

Zainal Hanafi

56

Arini, Nidar Velayati, Irma Hasanah

57 58

Fitriadi

Anjar Wanto, Hamonangan Damanik

Paper Title Perancangan Sistem Informasi Ijazah Pada Universitas Malikussaleh Pemanfaatan Kriptografi Klasik dalam Steganografi Untuk Pengamanan Pesan Pengembangan algoritma RC6 dalam Proteksi transmisi data dengan Mengkombinasikan RC5 dan RC6 reduksi harmonisa pada workshop ptki medan menggunakan filter pasif single tuned untuk perbaikan faktor daya Pemodelan Transmisi Video Pada Jaringan Wireless Local Area Network

Paper Title Kesiapsiagaan Masyarakat Kabupaten Bener Meriah Terhadap Ancaman Letusan Gunung Api Bur Ni Telong Pengaruh Persepsi Daya Terima Pasar Dan Tarif/Harga Terhadap Citra dan Keputusan Mahasiswa Memilih Perguruan Tinggi di Aceh (Studi Kasus Politeknik Aceh) Penerapan Break Even Point (BEP) pada Usaha Dagangan Pakaian ARINI Di kabupaten pidie Pengukuran Kinerja UMKM Untuk Perbaikan Kesejahteraan Pelaku UMKM di Kabupaten Aceh Barat Analisis Penerapan Sistem Pendukung Keputusan Terhadap Seleksi Penerima Beasiswa BBM (Bantuan Belajar Mahasiswa) Pada Perguruan Tinggi Menggunakan Metode Simple Additive Weighting (SAW) (Studi Kasus : AMIK Tunas Bangsa Pematangsiantar)

ix

Page 271 277 281 286 290

Page 295 304 310 315 322


Rancang Bangun Alat Uji Impak Tipe Charpy Design of Impact Charpy Testing Machine Herdi Susanto1

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Teuku Umar Meulaboh 23681 Aceh Barat, Indonesia * Email: [email protected]

1

Abstrak - Keterbatasan alat praktikum di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Teuku Umar, maka perlu di rancang bangun alat praktikum yang memungkinkan untuk di rancang bangun dan tentunya harus mengikuti standar yang berlaku untuk alat tersebut. Berdasarkan hal tersebut maka rancang bangun alat pengujian impak (impact testing) tipe charpy untuk penunjang praktikum mata kuliah material teknik, berdasarkan literatur dan standar memungkinkan untuk di rancang bangun. Rancang bangun alat pengujian impak tipe charpy sesuai dengan standar ASTM E 23-02. Proses pembuatan dan perakitan alat uji impak tipe charpy dilakukan dengan menggabungkan beberapa komponen utama dan pendukung seperti rangka, tumpuan spesimen, pendulum, skala ukur energi impak, lengan pendulum, pengerem pendulum, poros pengayun dan bantalan glinding serta pengujian alat uji impak dengan menggunakan 3 spesimen material kuningan. Hasil penelitian ukuran dimensi kerangka alat uji 140cm x 140cm x 30cm, panjang lengan 55cm, kapasitas pendulum 6 Kg dan sudut awal pendulum 140 0 dengan sistem pengereman gesek. Hasil pengujian menunjukkan alat uji impak aman dan layak digunakan, pengujian pada material kuningan menunjukkan energi impak rata-rata 0,0475 Kg.m/mm2 Kata kunci : desain, impak charpy, ASTM E23-02, energi impak, spesimen kuningan

Abstract - Limitations of test equipment for the practice of the student in the Department of Mechanical Engineering at the University of Teuku Umar, it is important to design equipment that allows for the design and must follow applicable standards for equipment. for that purpose, the design of the charpy impact test equipment to support the pract ice of the course material engineering, based on the literature and standards allow for design. Design of equipment charpy impact testing in accordance with ASTM E 23-02. The process of making and assembling equipment charpy impact test by combining the main and supporting components, such as frames, anvil, hammer, measuring scale impact energy, the pendulum arm, holding hammer, swing shafts and bearings. Testing equipment impact test using specimens 3 brass. The result of research equipment frame dimensions 140cm x 140cm x 30cm, length of the pendulum arm is 55cm, the pendulum capacity of 6 kg and the initial angle of the pendulum is 140 0 with friction braking systems. The results show the impact test equipment is safe and fit for use, testing the brass material shows the average impact energy 0.0475 kg m / mm2 Keyword : design, impact charpy, ASTM E23-02, impact energy, brass material Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Teuku I. Pendahuluan Umar. A. Latar Belakang Rancang bangun alat pengujian impak (impact Dalam era globalisasi dan memasuki abad ke-21 testing) type Charpy dan uji kelayakan pakai alat ini semakin berkembang, Universitas Teuku Umar yang dilakukan dengan pengujian impak pada beberapa merupakan satu-satunya universitas di daerah pantai bahan/material sesuai dengan standar alat uji Impak Barat Selatan Aceh harus mampu menyeimbangkan ASTM E 23-02 [1]. perkembangan teknologi tersebut agar mampu bersaing dengan universitas lainnya yang berada di tingkat lokal dan nasional, salah satu usaha yang dapat dilakukan B. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah untuk merancang adalah dengan peningkatan kualitas mahasiswa, bangun alat pengujian impak (impact testing) type mahasiswa harus mampu mengaplikasikan teori-teori Charpy. yang didapatkan di ruang kuliah ke lapangan kerja tentunya, salah satunya yang dapat mendukung hal C. Manfaaat Penelitian tersebut diatas adalah dengan memberikan pendalaman Dengan selesainya rancang bangun Alat pemahaman teori melalui praktikum-pratikum. pengujian impak (impact testing) type Charpy akan Keterbatasan alat-alat praktikum di Fakultas Teknik memberikan dampak positif terhadap praktikum Universitas Teuku Umar Meulaboh, maka rancang mahasiswa, dimana praktikum dapat dilakukan di Jurusan bangun alat praktikum perlu dibuat salah satunya adalah Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Teuku Umar alat pengujian impak (impact testing) untuk penunjang dan ini dapat menekan biaya praktikum yang selama ini praktikum mata kuliah Material Teknik pada Jurusan dilakukan dengan menyewa alat tersebut dengan biaya yang besar di universitas lain.

1

Proseding Seminar Nasional Rekayasa (SNTR) II Tahun 2015 II. Metode penelitian

A. Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian dilaksanakan dari tanggal 1 Juli hingga 15 Nopember 2014 di Laboratorium/ workshop Mesin Universitas Teuku Umar (Workshop MUTU). B. Komponen Alat Uji Impak Tipe Charpy 1. Desain Tumpuan Spesimen (Anvil) Tumpuan spesimen adalah tempat diletakkannya benda uji yang akan dilakukan pengujian.

Keterangan : 1. Skala pengukur energi impak 2. Pengunci Pendulum 3. Rel lintasan Pendulum 4. Kerangka utama 5. Kerangka penyangga

Gambar 2.3. kerangka alat uji impak

3.

Desain Pendulum dan Lengan Pengayun Desain pendulum dibuat berdasarkan standar pendulum tipe C ASTM E 23-02, pendulum dibuat dari baja plat silinder dengan diameter 200 x 30 mm dengan berat 8 Kg. Panjang lengan pendulum 500 mm dengan diameter 20 mm dan pada bagian atasnya dihubungkan ke poros pengayun dan bagian bawah dihubungkan ke pendulum dengan cara dilas. Desain pendulum untuk pengujian impak tipe charpy seperti terlihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.1. Dimensi tumpuan specimen tipe Unmodified Sumber : ASTM E 23-02, 2002 Tumpuan spesimen dibuat dengan menggunakan baja pejal yang dibubut sesuai dengan tipe Unmodified (Will Jam) berdasarkan ASTM E 23 -02, dengan dimensi 250 x 200 x 150 mm seperti terlihat pada Gambar 2.1. Tumpuan untuk penempatan posisi spesimen pada saat pengujian impak di desain berdasarkan standar ASTM E 23-02, dimensi dan ukuran tumpuan spesimen seperti terlihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.4. Pendulum alat uji impak Sumber : RL Sanroman, 2006 [3] Gambar 2.2. Desain tumpuan specimen Sumber : G.D. Henderiec KX, Gietech BV, 2007 [2] Penempatan bagian yang terjadi kontak pada saat pendulum di lepas dan menyentuh spesimen tepat berada pada bagian tengah spesimen (bagian yang diberi takik).

4.

Poros Pengayun dan Bantalan Poros pengayun berfungsi untuk meneruskan ayunan dari bantalan ke lengan pengayun dan pendulum. Poros pengayun terbuat dari baja silinder diameter 25 x 200 mm dan pada bagian ujung kiri dan kanan dihubungkan dengan bantalan, bagian tengahnya di hubungkan dengan lengan pendulum dengan cara dilas. Bantalan yang digunakan adalah bantalan glinding dengan diameter dalam sesuai dengan diameter poros pengayun yaitu 25 mm, ditempatkan dibagian kiri dan kanan poros pengayun dan dihubungkan dengan kerangka dengan cara dipasang baut sebagai pengikat rumah bantalan. Jenis bantalan yang digunakan seperti terlihat pada Gambar 2.5.

2.

Desain Kerangka Desain kerangka dibuat berdasarkan pertimbangan faktor keamanan, dimana untuk menghindari pendulum pada saat dijatuhkan agar tidak bersentuhan dengan benda-benda asing lainnya disekitar alat uji, maka dibuat rel lintasan pendulum, desain kerangka alat uji impak seperti telihat pada Gambar 2.3.

2

Proseding Seminar Nasional Rekayasa (SNTR) II Tahun 2015 7.

Dimensi dan Ukuran Spesimen Dimensi dan ukuran spesimen dibuat berdasarkan standar ASTM E 23-02 tipe A, seperti terlihat pada Gambar 2.7.

Gambar 2.5. Bantalan dan Rumah Sumber : Sularso, 1997

Gambar 2.7. Dimensi dan ukuran specimen uji impak charpy Sumber : ASTM E 23-02, 2002

5.

Skala Pengukur Energi Impak Skala pengukur energi impak berfungsi sebagai alat untuk mengukur atau membaca hasil pengujian, jarum penunjuk berfungsi untuk menunjukkan angka pada busur derajat yang merupakan hasil pengujian. Jarum penunjuk dihubungkan dengan poros pengayun dengan menggunakan baut sehingga arah ayunan sesuai dengan dengan arah ayunan poros pengayun.

2.5. Perhitungan Energi Impak Usaha yang dilakukan pendulum waktu memukul benda uji atau usaha yang diserap benda uji sampai patah dapat diketahui dengan menggunakan persamaan 2.1[5,6,7]: W1 = G x λ (1 – cos α)................. 2.1

6.

Perakitan Alat Uji Impak Tipe Charpy Proses perakitan alat uji impak tipe charpy dilakukan dengan menggabungkan beberapa komponen utama dan pendukung seperti rangka, tumpuan specimen, pendulum, skala ukur energi impak, lengan pendulum, pengerem pendulum, poros pengayun dan bantalan glinding, dengan posisi sudut awal pendulum 1400[3], desain hasil perakitan alat uji impak seperti terlihat pada Gambar 2.6

Dimana : W1 = Usaha yang dilakukan (Kg.m) G = Berat pendulum (Kg) h1 = Jarak awal antara pendulum dengan benda uji (m) λ = Jarak lengan pengayun (m) cos λ = Sudut posisi awal pendulum

Keterangan : 1. Skala pengukur energi impak 2. Pengunci pendulum 3. Rel lintasan Pendulum 4. Kerangka utama 5. Kerangka penyangga 6. Pendulum 7. Lengan pendulum 8. Tumpuan specimen 9. Spesimen 10. Pengerem pendulum

Sedangkan sisa usaha setelah mematahkan benda uji dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.2 : W2 = G x λ (1 – cos β) ................ 2.2 Dimana : W2 = Sisa usaha setelah mematahkan benda uji (Kg.m) G = Berat pendulum (Kg) H2 = Jarak akhir antara pendulum dengan benda uji (m) λ = Jarak lengan pengayun (m)

Gambar 2.6. Pendulum alat uji impak Kerangka penyangga diikat dengan menggunakan baut pada pondasi beton yang dibuat sesuai dengan ukuran kerangka penyangga untuk menjaga alat uji tetap dan tidak bergetar pada saat dilakukan pengujian. Pengerem pendulum menggunakan prinsip rem gesek sistem injak, apabila pendulum telah dilepas dan menyentuh spesimen dan jarum penunjuk telah menunjukkan angka energi impak pada skala, maka pengerem pendulum difungsikan dengan melepas injakan pedal rem pendulum dan pendulum akan berhenti. Pengereman pendulum ini berfungsi untuk memperpendek/ menghemat waktu satu kali pengujian impak.

cos β

= Sudut posisi akhir pendulum

Besarnya usaha yang diperlukan untuk memukul patah benda uji dapat diketahui melalui persamaan 2.3: W = W1 – W2 ................................. 2.3 Sehingga dari persamaan diatas diperoleh persamaan 2.4 : W2 = G x λ (cos β – cos λ) ............ 2.4

3

Proseding Seminar Nasional Rekayasa (SNTR) II Tahun 2015 dimana : W = usaha yang diperlukan untuk mematahkan benda uji (kg m) W1 = usaha yang dilakukan (kg m) W2 = sisa usaha setelah mematahkan benda uji (kg m) G = berat pendulum (kg) λ = jarak lengan pengayun (m) cos λ = sudut posisi awal pendulum cos β = sudut posisi akhir pendulum Besarnya harga impak setelah dilakukan pengujian dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.5: K=

dimana :

W ................................... 2.5 A0

Gambar 3.2. Proses pembuatan rangka alat uji

K = nilai impak (kg m/mm2) W = usaha yang diperlukan untuk mematahkan benda uji (kg m) Ao = luas penampang di bawah takikan (mm2)

Pembuatan Pendulum, Poros dan Lengan Pengayun Pendulum dibuat dari baja pejal karbon rendah yang di bulatkan dengan menggunakan las asetelin dengan diameter 20 cm dan tebal 3,5 mm, dibubut permukaannya dengan menggunakan mesin bubut. Seperti terlihat pada Gambar 3.3. 3.

III. Hasil Dan Pembahasan A. Pembuatan Komponen Alat Uji Impak Charpy 1. Pembuatan Tumpuan Spesimen

(a) Sebelum finishing

Gambar 3.3. Proses pembuatan pendulum

(b) setelah finishing

Gambar 3.1. Tumpuan spesimen uji impak tipe charpy

Poros dan lengan pengayun dibuat dari baja karbon rendah tipe silinder dan pada bagian sambungan antara poros dan lengan pengayun dilas dengan menggunakan las listrik, panjang lengan pengayun 50 cm dan poros 20 cm dengan diameter poros 2,5 cm, seperti terlihat pada Gambar 3.4.

Tumpuan spesimen dibuat dengan menggunakan baja pejal karbon rendah yang dibubut sesuai dengan tipe Unmodified (Will Jam) berdasarkan ASTM E 23 02, dengan dimensi 250 x 200 x 150 mm seperti terlihat pada Gambar 3.1. 2.

Pembuatan Rangka Alat Uji Rangka alat uji dibentuk dengan menggunakan baja struktur tipe C yang dipotong dan dilas sesuai dengan dimensi desain dan lintasan bandul dibentuk dengan menggunakan baja pelat tebal 2 mm dan lebar 4 mm, seperti terlihat pada gambar 3.2. Gambar 3.4. Pendulum, poros dan lengan pengayun

4

4.


Pembuatan Skala Pengukur Energi Impak Skala pengukur energi impak dibuat dari triplek tebal 3 mm dan diameter 30 cm, pada permukaan triplek ditempelkan busur kayu dan tepat ditengah skala ukur ditempatkan dua buah jarum penunjuk yang satu berfungsi sebagai penunjuk skala dan yang satunya lagi sebagai pendorong jarum penunjuk skala dari beban pendulum, seperti terlihat pada Gambar 3.5.

2.

Perakitan skala ukur energi impak pada rangka Perakitan skla ukur energi impak pada rangka alat uji menggunakan tiga buat baut ukuran 10 yang dikuatkan dengan mengunakan kunci reng 10, hasil akhir seperti terlihat pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8. Proses perakitan skala ukur energi impak pada rangka

Gambar 3.5. Skala pengukur energi impak 5.

Pembuatan sistem pengereman pendulum Sistem pengereman pendulum menggunakan kampas rem tromol kendaraan roda dua yang di tumpu pada dua buah besi tulangan diameter 8 mm menuju tempat injakan rem, seperti terlihat pada Gambar 3.6.

C.

Pengecetan Alat Uji Alat uji impak tipe charpy di cat dengan menggunakan spray gun dan kompressor, sebelum di cat bagian-bagian yang tidak rata di rapikan terlebih dahulu dengan menggunakan dempul dan setelah kering diamplas kemudian setelah rata dan halus dicat dengan menggunakan cat minyak untuk besi. Setelah selesai di cat dan dirakit maka alat uji impak tipe charpy telah selesai dibuat dan dirakit dan pekerjaan akhir adalah memastikan semua komponen bekerja dengan baik dengan cara pengujian awal tanpa menggunakan spesimen. Produk akhir alat uji impak tipe charpy seperti terlihat pada Gambar 3.9.

Gambar.3.6. Proses pembuatan sistem pengereman pendulum B. Perakitan Alat Uji Impak Tipe Charpy 1. Perakitan pendulum dan lengan pendulum pada rangka Perakitan pendulum dan lengan pendulum dengan menggunakan dua buah bantalan duduk yang disambungkan dengan menggunakan empat buah baut ukuran 14, seperti terlihat pada Gambar 3.7.

Gambar 3.10. Produk akhir alat uji impak tipe Charpy D. Pengujian Alat Uji Impak 1. Hasil spesimen yang telah di uji Spesimen yang di uji material kuningan nilai skala spesimen I dan III= 660 dan spesimen II= 68 0 seperti yang terlihat pada gambar 3.11.

Gambar 3.7. Perakitan pendulum dan lengan pendulum pada rangka

5

Proseding Seminar Nasional Rekayasa (SNTR) II Tahun 2015 [5]. ASM Handbook, 2000, Mechanical Testing and Evaluation, Volume 08 [6]. ASTM E 1236-91, 1997, Standard Practice for Qualifying Charpy Impact Machines as Reference Mechines [7]. William D. Callister, Jr, 2001, Fundamentals of Materials Science and Engineering, John Wiley & Sons, Inc, New York.

Gambar 3.11. Spesimen yang telah di uji 2.

Hasil pengujian dan perhitungan data energi impak Hasil pengujian dan perhitungan spesimen dengan menggunakan alat uji impak type (charpy) untuk material kuningan, perhitungan dengan menggunakan persamaan 2.1 s.d 2.5, ditampilkan pada Tabel 3.1 Tabel 3.1. Tabel hasil Perhitungan Energi Impak NO

Nomor Spesimen

Derajat Energi impak (0)

Energi Impak Kg.m/mm2

Spesimen 2

68

0,048

1

Spesimen 1

3

Spesimen 3

2

66 66

0,047

0,047

IV. Kesimpulan Dan Saran A. Kesimpulan

1. Hasil penelitian menghasilkan sebuah produk alat uji impak tipe Charpy dengan ukuran dimensi kerangka alat uji 140cm x 140cm x 30cm, panjang lengan 55cm, kapasitas pendulum 6 Kg dan sudut awal pendulum 1400 dengan sistem pengereman gesek. 2. Hasil pengujian menunjukkan alat uji impak aman dan layak digunakan, pengujian pada material kuningan menunjukkan energi impak rata-rata 0,0475 Kg.m/mm2

Daftar Pustaka

[1]. ASTM E 23-02, 2002, Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials. [2]. G.D Henderiec KX, 2007, Charpy Test, Gietech BV [3]. L.R. Sanroman and S.R Hernandez, 2006, Design of an Impact Test System for Polymers, Instituto Tecnologico Autonomo de Mexico, Mexico. [4]. Sularso dan Kiyokatsu Suga,, 1997. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. PT. Prandnya Paramita. Jakarta

6


Desain dan Manufaktur Mini Towing Tank untuk Pengujian Karaktristik Dinamik Autonamous Underwater Vehicle (AUV)

Design and Manufacture of Mini Towing Tank for Dynamic Characteristics Testing of Autonamous Underwater Vehicle (AUV) Muhammad Tadjuddin1, Teuku Firsa2 dan Muhammad Iqbal3

1,2,3 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala Jl. Tgk. Syech Abdurrauf, No. 7, Darussalam – Banda Aceh 23111, INDONESIA Email : [email protected]

Abstrak – Sumber daya hayati di Indonesia sangatlah potensial. kegiatan survey potensi laut dapat dilakukan dengan menggunakan peralatan khusus. Salah satunya yaitu menggunakan AUV (Autonomous Underwater Vehicle). AUV memiliki kemampuan untuk menyelam tanpa kabel pendukung dari permukaan. Hal ini dapat diprogram untuk melakukan tugas yang diperlukan di dasar laut. Dalam pembuatan desain AUV perlu mempertimbangkan sifat sifat mekanik komponen utamanya. komponen utama AUV terdiri dari lambung, kemudi (rudder dan fin) dan pendorong utama (thruster). Masing-masing komponen dan juga model AUV yang di desain perlu untuk dilakukan uji hydrodynamic. Pengijian yang perlu antara lain adalah pengujian pendorong utama (thruster), pendorong adalah bagian penting dari AUV. Sebuah thruster adalah perangkat mekatronika terdiri dari sumber listrik (baterai), sebuah kontroler motor, motor listrik dan baling-baling. Kegagalan desain thruster akan mengakibatkan kegagalan AUV. Selain itu juga penting dilakukan pengujian dinamis terhadap lambung, kecepatan respon kontrol aktuator kemudi (fin dan rudder). Untuk itu dalam paper ini, telah dirancang sebuah peralatan eksperimen pengujian untuk AUV. peralatan tersebut adalah Towing tank dan peralatan eksperimen yang mendukung pengukuran sifat mekanis dari AUV. Pengukuran meliputi gaya dorong, torsi baling-baling, konsumsi daya, total waktu kerja yang efektif, gaya angkat sirip dan koefisien drag. Piranti percobaan ini dapat membantu tahap desain AUV sebelum fabrikasi untuk meminimalkan kegagalan dengan yang disebabkan oleh cacat pada komponen tertentu. Kata kunci : AUV, alat uji, tow-tank, komponen utama AUV, Hydrodynamics Abstract - Living marine resources in Indonesia is very potential. Marine survey activities can be performed using special equipment. One of them is using the AUV (Autonomous Underwater Vehicle). AUV has the ability to dive without supporting cables from surface. It can be programmed to perform the necessary tasks on the seabed. In the design and manufacture of AUV design needs to consider of mechanical properties of its main components. AUV main components consist of hull, rudder (rudder and fin) and the main driver (thruster). Each component and also AUV models need to do hydrodynamic tests. Tests should include the testing of the thruster. The laboratory experiments include the thruster test as an essential part of the AUV. A thruster is a mechatronic device consisting of a power source (battery), a motor controller, electric motor and propeller. Design failure of thruster will result in failure of AUV. It is also important to apply a dynamic test of the hull, response speed of rudder actuators control. Therefore in this paper, has designed an experimental apparatus for testing the AUV . The equipment was Towing tanks and experimental equipment that supports the measurement of the mechanical properties of the AUV . Measurements include thrust force, propeller torque, power consumption, the total effective working time, lift and drag coefficients fins. This experimental device may help the AUV design stage before fabrication to minimize the failure caused by defects in certain components. Keyword : AUV, test equipment, tow tank , the main component of AUV , Hydrodynamics otomatis. Belakangan ini pengembangan teknologi I. Pendahuluan AUV begitu pesat dilakukan baik dari kalangan industri Kawasan perairan laut Aceh sangatlah ataupun universitas dengan dana penelitian yang besar. indah,daya akan biota laut dan potensial untuk Di dalam AUV sendiri terdapat beberapa komponen pariwisata. Dengan demikian kekayaan laut Aceh utama yang teknologinya terus dikembangkan, misalnya menjadi begitu menarik untuk diteliti dan dieksplorasi. instrumentasi, data aquisisi, data rekorder, sain material, Denganberkembang teknologi maka kegiatan ekplorasi, sistem mekanis hingga sistim mekatronik. Makalah ini monitoring dan survey bawah laut dapat dilakukan difokuskan pada desain dan pembuatan peralatan dengan menggunakan Autonomous Underwater Vehicle pengujian hidrodymamik. Secara umum peralatan uji ini (AUV) yaitu kendaraan bawah laut tanpa awak yang berupa towing tank, yaitu bak pengujian untuk simulasi dapat membawa instrument survey dan bekerja secara

7


model AUV. Peralatan yang dirancang ini melakukan pengujian thruster force, thruster torque, karakteristik hidrodynamic dari berbagai jenis hull da rudder/fin sehingga didapatkan drag koefisien (Cd). Alat uji ini sangat berguna untuk penelitian yang memerlukan simulasi model hidrodynamik khususnya AUV, sehingga dapat di simulasikan mendekati kondisi sebenarnya di laut. Eksperimen yang juga dapat mengunakan perangkat ini adalah,gaya dorong, daya listrik yang digunakan (watt), konsumsi listrik (WattHour) dan juga durasi kerja AUV.

I.

laboratorium. Sensor exterior seperti sonar atau video, yang berinteraksi dengan lingkungan yang dituju. Bila diperlukan dapat ditambah aktuator robot dalam pengujian untuk menambah fasilitas towing tank supaya lebih mendekati kondisi sebenarnya di alam bebas. 3) Hybrid Simulasi (HS) (Ridao et al, 2004;. Choi & Yuh, 2001) - pengujian AUV di lingkungan yang dimaksudkan dalam hubungannya dengan beberapa sensor simulasi dari lingkungan virtual. Ini masih merupakan pengujian AUV di laboratarium dengan menerapkan set program pada peralatan sensor untuk merespon kondisi virtual yang diberikan kedalam set-up alat pengujian. 4) Pengujian di tempat sebenarnya - ini adalah tahap terakhir pengujian. Ketika semua sistem yang dipercaya platform siap untuk pengujian di lingkungan dimaksudkan. Semua kesalahan pelaksanaan harus telah diperbaiki pada tahap sebelumnya dinyatakan tahap ini sangat mahal. Untuk tahap ini menjadi berguna mungkin para desainer dan programmer sistem harus memiliki umpan balik intuitif handal, dalam lingkungan virtual, tentang apa platform lakukan jika masalah bisa sangat sulit untuk melihat dan mendiagnosis

Sistem Referensi Pada AUV

Sistem referensi adalah dari perspektif mana sebuah AUV di observasi. Sebagai kendaraan yang melayang dalam air, AUV memiliki enam derajat kebebasan (degree of freedoms/DOF), tiga axis koordinat X,Y, dan Z dan satu kordinat putar kada ketiga aksis yaitu yaw, pitch dan Roll. Seperti pada gambar berikut. 

Tf

 Y

Z

X



III. Pengujian model Hull AUV AUV memiliki bentuk bentuk yang disesuaikan dengan kebutuhan operasional. Bentuk hull ini berpengaruh kepada kinerja mekanik dan dinamiknya. Kenerja meliputi ketahanan hull terhadap tekanan luar, ketahanan fin dan rudder, sedangkan kondisi dinamik meliputi gaya hambat (drag force) dari hull bila berjalan dengan suatu kecepatan ke satu arah tertentu (persamaan 1). Sehingga perlu diuji untuk mendapatkan hitungan nilai koefisien drag. Nilai drag coeffisien ini sangat diperlukan untuk perhitungan daya dan gaya pada perencanaan desain AUV.

Gambar 1. Sistem Koordinat AUV dengan 6 DOF X dan Y adalah axis dua dimensi pada bidang horizontal. Aksis ini yang memegang peranan pada pengendalian AUV. Manufer yang dilakukan oleh

Sistem Hydrodinamik

AUV yang didesain dan dibuat akan memiliki karakteristik hydrodynamic tersendiri. Karakteristik ini dapat diketahui dengan penggunaan CFD (Computational Fluid Dynamic) [Phillips, 2010], dan

1 Fd   2 AC d 2

juga dengan experiment. Adapun pengujian AUV dilaksanakan dengan menggunakan towing tank yaitu kolam ataupun tangki berisi air yang dibuat dibuat khusus untuk pengujian hydrodynamik [Owen,2008].

(1)

Dimana towing tank memiliki sensor sensor sesuai dengan rencana teknis pengujian. Sensor dapat berupa sensor gaya (force sensor) atau tekanan (pressure sensor).

II.

Dimana :

massa jenis fluida v = kecepatan relatif benda terhadap fluida A = luas penampang Cd = Drag coefficien (koefisien gaya hambat)

Metoda Pengukuran

Desain dan manufaktur AUV dilaksanakan dengan beberapa tahapan pengujian. Ada 4 jenis pengujian yang berbeda: 1) Simulasi Murni (Pure simulation-PS) (Ridao et al, 2004.) - Pengujian setiap komponen AUV ini secara individual sebelum penggabungan semua komponen AUV secara lengkap. 2) Hardware-in-the-loop (HIL) (Lane et al, 2001) pengujian AUV lengkap pada lingkungan buatan (contoh: Toing Tank) dilakukan di lingkungan

Komponen utama lainya brupa thruster yang mendorong dan mengarahkan pergerakan AUVs. Variasi kecepatan dan jarak tempuh dari AUV ditentukan oleh thruster system ini. Thruster ini terdiri dari komponen utama yaitu baling-baling(propeller), motor listrik, motor controller, dan battery (power supply). Pada sebagian disain thruster juga ada yang melengkapinya dengan duct (pengarah) supaya AUV

8


dapat melakukan maneuver[3]. Gambar 2. adalah menunjukkan bagian thrusterpada AUV.

thruster test-bed [4]. Alat inilah yang akan menguji thruster yang didisain untuk AUV, dengan menggunakan testbed dapat diukur dan dibuat perbandingan antarahasil eksperimen dan hasil perhitungan yang dibuat secara analisa teoritik. 1) Perancangan Sistem Pengujian Perancangan system pengujian hidrodinamis ini dimaksudkan untuk dapat mengukur dan mensimulasikan model AUV, sehingga dapat diketahui karakteristik dinamisnya. Adapun bagan pengujian dapat dilihat pada gambar 3. USB Data Logger

Gambar 2. AUV dan bagian thruster (pendorong) Fungsi dari thruster ini menjadi sangat penting,karena bagian ini yang memberikan tenaga/dayadorong kepada AUV itu sendiri. Apabila

Water current transducer

Cartridge speed controller

Movable

bagian inimengalami kegagalan ditengah misinya untuk survey maka akan mengakibatkan gagalnya misi

Integrated force sensor

tersebut,dan yang lebih fatal lagi dapat berakibat hilangnya AUV tersebut di dalam laut. Dari kemungkinankegagalan dapat disebabkan oleh: 1) Daya dorong dari thruster yang tidak sesuaidengan beban peralatan survey yang dibawa, 2) Ketahanan power supply (battery) yangtidak mencukupi. 3) Jenis baling baling (propeller) dari thrusteryang tidak efisien 4) Pemilihan kecepatan UAV yang terlalu tinggi atau terlalu rendah sehingga effisiensisystem menjadi rendah. 5) Durasi kerja yang tidak diketahui pasti. Thrust force atau gaya dorong dari suatu thruster pada AUV menentukan kecepatan dan daya angkut dari pada AUV tersebut. Dalam komponen baling-baling itu sendiri terdapat beberapa variabel yang menentukan kemampuan daya dorong, yang antara lain adalah besaran pitch per rotation, diameter,kecepatan putaran dan torsi poros. Hal yang penting juga diketahui untuk thruster system pada AUV ini adalah daya listrik yang diperlukan untuk durasi waktu kerja yang telah ditentukan. Oleh sebab itu perlu kiranya dia dakan suatu penelitian dan serangkaian pengujian teknis di laboratorium untuk menetukan thruster yang paling effisien dan sesuaiuntuk AUV. Variabel yang ada pada system thruster ini yangpertama adalah thrust force yaitu daya dorong yang dihasilkan dari propeller, besaran gaya dorong diperlukan untuk menghitung kecepatan AUV secara teoritik. Komponen variable yang kedua yaitu konsumsi daya (watthour), komponen ini sangat penting antara yaitu untuk mengetahui durasi kerjadan jarak tempuh maksimal dari AUV. Untuk mengetahui kemampuan thruster pada kondisi kerja sebenarnya perlu diadakan testing. Testing harus dikondisikan sebagaimana kondisi kerja yang sebenarnya. Untuk itu perlu dibuat sebuat

6 channels Strain Gauge Amplifier

v

Thruster Brushless Motor controller

4x Fin servo controller

Test bed Main Motor driver

Cartridge

AUV

Drive motor with Variable speed

Gambar 3. Desain towing tank untuk pengujian model AUV

Berikut ini adalah bagan dari peralatan pengujian karakteristik thruster AUV. A. Data acquisition system (sistim akuisisi data) Sistim akuisisi data dapat didefinisikan sebagai suatu sistem yang berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan dan menyiapkan data, hingga memprosesnya untuk menghasilkan data yang dikehendaki. Jenis serta metode yang dipilih pada umumnya bertujuan untuk menyederhanakan setiap langkah yang dilaksanakan pada keseluruhan proses. Pada pembuatannya ini system akuisisi data dirancang berbasis microcontroller 8bit yangdilengkapi dengan 8 ADC (analog to digital convertion). ADC digunakan sebagai input untuk signal data masukan yang akan di olah. Data input itu sendiri dihasilkan dari perangkat luar yang berupa sensor. Perangkat sistem data aquisisi mempunyai kemampuan dimana jenis data, waktu sampling dan kalibrasinya dapat diprogram. Adapun spesifikasi dari programmable datalogger adalah sebagai berikut: 1) Input ADC 8 channels, 10bit 2) Input counter 2 channels 3) Sampling rate 100kHz 4) Data Com. RS-232

9

B. Pengukuran daya Daya pada AUV dibagi menjadi dua, yaitu daya input dan daya output. Daya input adalah daya listrik yang diambil dari batere atau media pengimpan energi lain. Sedangkan daya output adalah daya daya listrik dan mekanik yang digunakan untuk operasional AUV.


Daya input diukur dengan pengukuran dua komponen, yaitu beda potensial (V) dan arus listrik (I), sedangkan daya mengikuti kaedah P=V.I. Dalam perancangan ini juga di ukur kemampuan durasi kerja. pengukuran durasi kerja adalah pengukuran kapasitas penyimpanan energi maksimal untuk operasional. pada pengukuran ini unit kerja dihidupkan termasuk motor penggerak utama yang banyak mengambil daya listrik. Sehingga diketahui kapasitas batere terhadap durasi kerja maksimum AUV.

VisualBasic® atau bahasa C®. Program komunikasi serialyang sudah siap digunakan juga ada dan dapat didownload secara gratis di internet. F. Karakteristik data thruster peralatan uji. Hubungan arus (ampere) dan tegangan (volt) terhadap waktu dari suatu pengujian thruster yang dilakukan. Dari dayayang diperoleh, kebutuhan daya yang diperlukan oleh thruster dapat diketahui. Dalam hal ini, daya input(watt) yang diperoleh sebagai hubungan waktu. dibuat untuk megukur daya listrik yang digunakan.Alat ini pada dasarnya mengukur arus (I) dan bedapotensial (V) dari sumber daya yang digunakan untuk penggerak utama, sedangkan daya dan konsumsidaya adalah hasil perhitungan dati I dan V. enunjukkan gaya dorong yang diperoleh pada pengujian ini. Gaya dorong inidiperolehdenganmenggunakan sebuah sensortegangan (strain gage) yang dipasang pada thrust.Dengan adanya data-data tersebut, makapengujian terhadap kinerja thruster dapat dilakukan.Pengujian tersebut diperlukan untuk mengetahui pengaruh antara berbagai. Parameter terhadap karakteristik kerja dari sistem UAV, seperti hubungan antara daya input dengan daya thrust, sertapengaruh bentuk dan dimensi thruster terhadap daya thrust.

Spesifikasi Power meter: 1. Voltage range : 0 – 60 Volt 2. Voltage sensitivity : 0.015 Volt 3. Current range : 0 – 10 Ampere 4. Current sensitivity : 0.02 Ampere C.

Strain-gauge Amplifier Dalam pengukuran performance dari thruster AUV, juga diperlukan alat pengukur gaya. Alat pengukur gaya yang digunakan adalah strain-gauge beam. Strain-gauge sangat umum dan sering digunakan untuk mengukur gaya yang bekerja pada suatu kerja mekanik. Strain-gauge adalah sejenis sensor resistif pasif dan menghasilkan perubahan nilai resistansi apabila terjadi regangan mikro. Dari susunannya yang membentuk konfigurasi jembatan Wheatstone dimana dimana bila terjadi perubahan nilai resistansi pada strain gauge (akibat dari defleksi) maka akan timbul differensial voltage yang sangat kecil dalam ukuran microvolt. Straigauge memerlukan sebuah amplifier agar potensial listrik dari strain-gauge dapat dibaca oleh peralatan data aquisisi. Kedudukan strain gauge dalam sistem towing tank adalah untuk mengukur gaya dorong (thrust force), momen puntir relatif balingbaling terhadap badan (hull), lift force pada fin dan rudder, dan yang terpenting adalah pengukuran gaya hambat (drag force) dimana pada kondisi dinamis hull akanmenerima gaya perlawanan dari Spesifikasi strain gauge 1) Jumlah channel 2) Jenis Amplifier 3) Jenis Op-Amp 4) Power supply 5) Gain stage)

IV.

:1 : Double stage Op-Amp : Low noise, single supply : +5V : 100(1st stage) x 50(2nd

D. Power meter

Power meter dalam penelitian ini didisain dan dan dibuat khusus dengan tangkaian elektronika yang dapat mengukut besarnya arus (I) dan besarnya beda potensial listrik (V) yang di supply pada system AUV E.

Kesimpulan dan Saran

Pembuatan prototype peralatan uji iniplatform AUV ini telah selesai di laksanakan. Pengujian terhadap AUV telah dapat dilakukan dengan mendekati kondisi sebenarnya di lingkungan. Data yang didapat pada toing tankyang dapat diambil antara lain adalah , daya Input, kecepatan dan hydrodynamic characteristik.sebagai alat uji thruster juga telah mendapatkan hasil yang sesuai dengan tujuan,dimana alat pengujian ini telah dapat mengukurbeberapa buah parameter dari alat AUV. Parameteryang diukur yaitu thrust force sebagai outputmekanis dari system, dan daya battery/power supplyyang diperlukan sebagai daya input system. Komponen force, Arus listrik dan beda potensialadalah hal yang utama untuk mengetahui kebutuhan energy dari sebuah AUV untuk menjakanlan misinya. Hasil dari penelitian ini dapat digunakan sebagai suatu sistim yang lengkap untuk pengukuran AUVatau dapat juga setiap modulnya digunakan secaraterpisah. Sebagai contoh, DAQ system digunakanuntuk penelitian lain yang memerlukan data loggeruntuk pengambilan data secara periodik. Strain-gaugeamplifier sangat luas pemakaiannya untuk penelitiandi bidang mekanika static atau dinamik.

Penghargaan Paper ini di buat dengan hasil penelitian Hibah Bersaing Universitas Syiah Kuala, tahun 2015

Kommunikasi data

Komunikasi data antara data logger dengankomputer menggunakan serial data. Pada komputerdata dapat disimpan dengan bantuan perangkat lunak.Perangkat lunak yang digunakan dapat dibuat denganmenggunakan bahasa pemprograman seperti

Daftar Pustaka [1].

10

Andonian, M.; Chyba, M.; Grammatico, S.; Caiti, A.; 2010, Using geometric control to design trajectories for an AUV to map and


karbida yang banyak digunakan pada industri pemotongan logam khususnya untuk memproduksi produk-produk berbahan dasar aluminium, perlu dilakukan kajian terkait kinerja lapisan pahat karbida, hal tersebut sejalan dengan hasil penelitian [6], yang melaporkan bahwa performa bahan pelapis/lapisan pada pahat karbida berlapis tidak berfungsi sebagaimana yang diharapkan ketika digunakan pada operasi frais bahan non-ferro metal. Dalam laporannya menyimpulkan bahwa terjadi ragam aus yang baru dan dinamakan dengan pengelupasan pelapis (coating delamination), mereka mendapati bahwa lapisanlapisan dari bahan pelapis yang digunakan untuk melapisi dari material inti (substrate) pahat karbida terkelupas pada saat proses pemotongan logam nonferro berlangsung, mereka melaporkan secara rinci bahwa lapisan tersebut terkelupas pada saat awal proses pemotongan atau pada saat awal terjadinya aus (initial wear). Objek yang dikaji pada penelitian dengan topik pemesinan ramah lingkungan, subjek pada penelitian ini konsentrasikan pada kajian kinerja lapisan pahat karbida ketika digunakan untuk memotong benda kerja Aluminium paduan yang dilakukan pada pendekatan beban Thermal dan interaksi secara Kimiawi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik lapisan diamond-film yang digunakan sebagai bahan pelapis pahat karbida khususnya bahan pelapis (diamond-film CVD) dan bahan substrate (WC/Co) pada umumnya.

II. Studi Literatur

A. Pemesinan Ramah Lingkungan machining/ pemesinan kering)

Sumber: Kalpakjian and Schmid, (2006). Gambar 1. Skematis Proses Bubut Elemen dasar pada proses bubut diketahui berdasarkan Gambar 2. berikut: 1. Kecepatan potong (cutting speed): V (m/min) 2. Kecepatan makan (feeding speed): Vf (mm/min) 3. Kedalaman potong (depth of cut): a (mm) 4. Waktu pemotongan (cutting time): tc (min) 5. Laju pembuangan geram (material removal rate): Z (cm3/min).

Sumber: Kalpakjian, (2006). Gambar 2. Proses Bubut Geometri benda kerja: do = diameter awal (mm) dm = diameter akhir (mm) lt = panjang pemesinan (mm) Geometri pahat: kr = sudut potong utama (o) o = sudut geram (o) Kondisi pemesinan a = kedalaman potong ��−�� a= (mm) ………….........….............. (2.1) 2 f = pemakanan (mm/putaran) N = putaran poros utama (rpm)

(eco

Pada konsep pemesinan ramah lingkungan/ pemesinan kering, cairan pemotong tidak lagi digunakan dalam jumlah yang besar bahkan jika mungkin ditiadakan sama sekali [1]. Usaha untuk mengurangi penggunaan cairan pemotongan (cutting fluid) pada proses pemotongan logam terus dilakukan berdasar pada ekologi, kesehatan dan ekonomi [8]. Tantangan teknis dalam pemesinan kering pada pemotongan logam muncul berkaitan dengan sifat alami lingkungan [25].

Dengan diketahuinya besaran-besaran diatas, sehingga kondisi pemotongan dapat diperoleh sebagai berikut: Laju pemotongan �.�.� � = 1000 ……….…….…..........................… (2.2) Dimana d = diameter rata-rata �+�� d = 2 (mm) ………….........….................. (2.3) Laju pemakanan vf = f .N (mm/min) ………........................... (2.4) Waktu pemotongan �� tc = �� (min) ……………….…..................... (2.5)

B. Karakteristik Terminologi Proses Bubut

Membubut merupakan salah satu operasi pemesinan yang paling umum dan banyak ditemui pada industri pemotongan logam. Pada proses ini benda kerja yang dicekam pada chuck berotasi pada sumbunya, sedang pahat sebagai alat potong bergerak translasi menyayat benda kerja sepanjang sumbu benda kerja atau terhadap diameternya. Skematis dari sebuah proses bubut dimana putaran poros utama (n), pemakanan (f) dan kedalaman potong (a), seperti Gambar 1.

39


C. Bahan Pahat

1. Aus (wear) 2. Deformasi Plastik (plastic deformation) 3. Patah Rapuh (brittle fracture) Patah rapuh pahat diklasifikasikan atas: a. Penyerpihan (chipping) b. Aus takikan (notch wear) c. Retak (cracking) d. Aus ujung pahat (nose wear)

Prinsip dasar pemesinan adalah kemampuan ketangguhan (toughness) pahat terhadap benda kerja. Syarat bahan pahat yang harus dipenuhi mencakup: kekerasan, ketangguhan, rendah sifat adhesi, rendah penyerapan dan tahan aus, perbandingan sifat pahat pada Tabel 1. Tabel 1. Perbandingan Sifat Pahat Bahan Pahat

Kecepatan Potong

Temperatur Kekerasan

(m/mnt)

Panas (ᴼC)

25 – 65

650

83 – 86 90 – 95 91 – 95 4000–5000 HK 7000–8000 HK

Baja Karbon HSS Paduan Kobalt Karbida Keramik

÷ 650 330 – 650

1200 > 2000

Intan

300 – 1500

>650

CBN

10

50 – 200

500 – 800

1300

fungsi waktu, Batas keausan tepi pahat 0.3 mm pada waktu pemotongan tidak kurang dari 5 menit [18].

60

300 925

Kriteria kegagalan apabila terjadi Aus tepi (VB) dan berulang pada kecepatan potong yang berbeda terhadap

Kekerasan (HRA)

4. Pengelupasan Lapisan (coating delamination) Pengelupasan lapisan yaitu kejadian hilangnya bagian pahat dalam bentuk lapisan dari permukaan pahat. Secara substantif dinyatakan bahwa adalah peristiwa kepindahan lokal atau pealing material untuk membuka substrate pahat, bentuk pengelupasan pelapis seperti pada Gambar 4.

82 – 84

Sumber: Groover (1996); Kalpakjian (2003).

D. Pelapisan Pahat

Salah satu fungsi utama dari lapisan (coated) adalah untuk meningkatkan kinerja dari pahat tersebut [8]. Banyak jenis metode proses rekayasa pelapisan (coating) permukaan bahan yang bertujuan untuk menambah kekerasan dan tahan terhadap keausan [27], diantaranya metoda evavorasi, chemical vapour deposition, physical vapour deposition, karburasi, nitridasi, implantasi ion, industri listrik dan sputtering.

Sumber: J. Hu, et.al, (2008). Gambar 4. Bentuk pengelupasan pelapis

F. Temperatur Pemotongan

Hampir seluruh energi pemotongan diubah menjadi panas melalui proses gesekan yang terjadi saat proses pemotongan berlangsung, yaitu antara serpihan dengan pahat dan juga antara pahat dengan benda kerja. Sebagian besar panas akan dibawa oleh geram (75%), sebagian merambat melalui pahat potong (20%) dan sisanya mengalir pada benda kerja (5%) [1]. Panas yang ditimbulkan dalam proses pemotongan tersebut cukup besar dan karena luas bidang kontak yang relatif kecil maka temperatur menjadi sangat tinggi, terutama pada bidang geram dan bidang utama [13], seperti skema proses distribusi temperatur pada Gambar 5.

E. Karakteristik Kegagalan Pahat

Efek kegagalan pahat ditinjau dari performa secara teknik berkaitan dengan konsekuensi menurunnya akurasi dimensi, meningkatnya: kekasaran permukaan, suhu pemotongan, gaya potong, getaran, ongkos produksi. Karakteristik kegagalan pahat dan mekanismenya dapat menyebabkan umur pahat berakhir lebih cepat (premature end), seperti pada Gambar 3.

Sumber: Kalpakjian and Sc hmid, (2006). Gambar 5. Mode distribusi temperatur pada daerah kontak Pada hasil penelitian melalui design of experiment [27], menggunakan peralatan thermo-electrik emf melalui metode work-tool termocouple, melaporkan melalui analisa statistik terhadap hasil penyelidikan menyimpulkan bahwa fungsi dari parameter pemesinan (v;f;a) berpengaruh terhadap peningkatan temperatur

Sumber: ISO 3685 (1993); J. Hu (2008), Kalpakjian (2006). Gambar 3. Ragam bentuk kegagalan pahat

40

Proseding Seminar Nasional Rekayasa (SNTR) II Tahun 2015 III. Metode A. Bahan

pemotongan. Gambar 6 dan Gambar 7 adalah skematis dari metode work-tool termocouple dan grafik perubahan temperatur pemotongan terhadap perubahan parameter pemesinan.

Penelitian ini menggunakan bahan uji Aluminium Paduan 6061 AlMg1SiCu,. Material ini dipilih karena sangat aplikatif, Gambar 9. Komposisi kimia dan data kekerasan material ini dapat dilihat seperti tertera pada Tabel 2. dan Tabel 3. Tabel 2. Komposisi kimia bahan uji

Sumber: Trajcevski, at. all, (2009). Gambar 6. Skematis dari metode work tool termocouple

C u

Si (% )

98. 1

0.5 77

0.0 01

Pb (% )

Sn (% )

V ( % )

% )

0.0 01

0.0 02

0.0 09

0.0 03

% ) 0.1 63 Bi

M n ( % ) 0. 03

M g ( % ) 0. 92

Z n ( % ) 0. 05

4

9 G a ( %

0 C o ( %

Hg (%)

) 0. 00 7

) 0. 00 2

0.0 02

Zr ) 0. 00 1

Cr (%) 0.0 89

Ni % )

0.0 02

6061 AlMg1SiCu

pada perubahan parameter pemesinan

53.0

53.5

Ti ( % )

0. 01

1

Ca (%) 0.00 4

% )

Sb ( % )

La (%)

0.0 03

0. 01 0

0.00 1

In

Sumber: Lab. Pengujian Bahan, Unimed. Tabel 3. Kekerasan bahan uji Test Test Test Material I II III Aluminium

Sumber: Trajcevski, at. all, (2009). Gambar 7. Grafik perubahan temperatur pemotongan

53.0

HRB 95 HV 53.3/

Sumber: Lab. Pengujian bahan, Poltas.

G. Analisa Mikro

Scanning Elecron Microscope dan EnergyDispersive X-Ray Spectroscopy (SEM-EDS) merupakan alat yang memiliki kemampuan memberikan informasi secara langsung tentang topografi (tekstur permukaan, morfologi (bentuk dan ukuran), komposisi (unsur penyusun sampel) serta informasi kristalografi. Elektron memiliki resolusi yang lebih tinggi dari pada cahaya. Cahaya hanya mampu mencapai 200 nm sedangkan elektron bisa mencapai resolusi sampai dengan 0,1-0,2 nm, seperti pada Gambar 8.

Gambar 9. Bahan uji Aluminium Paduan

Sumber: Bob Hafner, Characterization Facility, University of Minnesota, (2007).

Gambar 8. Aplikasi SEM morfologi dan distribusi unsur

Fe ( % )

Al (% )

41

B. Pahat potong Pahat pemotong yang digunakan pada penelitian ini yaitu jenis karbida berlapis diamond film (single layer). Menurut standard ISO klasifikasi N10 (non ferro metal). Bentuk dan ukuran sesuai standar ISO yaitu DCGX 11 T3 04-AL 1810. spesifikasi teknis dapat dilihat pada Tabel 4. dan Gambar 10. Tabel 4. Sifat pahat karbida ISO-N10 DCGX 11 T3 04AL 1810 94 % WC Komposisi 6 % Co M M ax G Ra ax Max Fe Coat ra Ha Coat diu De Cutt ing in rd ed s ing pt ing Thic Si nes Spesi No of Spee in knes ze s ficati se C g s (µ (H d on (m ut ( (µm) m V) (V= m) (m m ) m) m/m m in) ) 2. 171 6.0 1. 0 4-

Proseding Seminar Nasional Rekayasa (SNTR) II Tahun 2015 Diam ond- film

5

42

0.4 1. 5

2000 0.

2

Proseding Seminar Nasional Rekayasa (SNTR) II Tahun 2015

Recommend Documents