Jurnal Infotekmes in Vol.8 No.1 Juli 2017
RANCANG BANGUN MESIN PEMOTONG PIPA DENGAN METODE THERMAL CUTTING BERBASIS RANTAI DAN RODA GIGI Bayu Aji Girawan1 , Fajar Pangestu2 1,2
1
Program Studi Teknik Mesin, Politeknik Negeri Cilacap
[email protected],
[email protected]
Abstrak Kata Kunci: Pemotongan pipa; thermal cutting; cutting weld
Pemotongan pipa berdiameter besar di tempat yang jauh dari jangkauan sumber listrik PLN merupakan permasalahan tersendiri bagi industri yang bergerak di bidang perpipaan. Sebuah alat pemotong pipa berdaya listrik rendah sangat diperlukan untuk mengatasi permasalah tersebut. Penelitian ini merupakan rekayasa engineering yang bertujuan untuk merancang dan membuat sebuah mesin pemotong pipa berdiameter besar dengan metode thermal cutting dengan konsumsi daya yang rendah, serta mudah dipindahtempatkan. Hasil dari penelitian adalah terciptanya sebuah mesin yang mampu memotong pipa dengan diameter 4 sampai dengan 14 inch, menggunakan penggerak motor DC dengan daya 30 watt, dengan berat 15 kg. Setelah dilakukan pengujian pada pemotongan pipa diameter 10 inch dan tebal 10 mm dengan cutting speed 1 mm/menit diperoleh hasil pemotongan terbaik adalah pada pemotongan tegak lurus dan pemotongan sudut 45° yang menghasilkan simpangan dari panjang rata-rata sebesar 1 mm. Sedangkan untuk pemotongan sudut 60° menunjukkan hasil pemotongan yang kurang halus.
Abstract Keywords: pipe cutting; thermal cutting; cutting weld
Cutting of the large pipe at a rural and far away from electric line is a problem for a piping industrial. A pipe cutter machine which consume lower electicity is needed to solve this problem. This research is an engineering design aimed to design a portable pipe cutter machine for a large diameter of pipe using thermal cutting method which consume lower electricity. Result of this research is a machine that can be used for cutting 4 up to 14 inches diameter of pipe, powered by 30 watt of DC electric motor, and has 15 kgs of weight. The experiment is subjected on 10 inches diameter of pipe and 10 mm of thickness using 1mm/min of cutting speed, the result shows that radial cutting and cutting at angle of 45° is the best method for this machine, it produces 1 mm of deviation from average length of pipe. The cutting at angle of 60° is the worst one, it produces coarse texture.
Alamat
korespondensi
E-mail:
[email protected] ISSN : 2087 – 1627
1
ISSN : 2087 – 1627
I.
PENDAHULUAN Industri besi baja merupakan salah satu fokus pengembangan ekonomi di Indonesia. Hal ini sesuai dengan Peraturan Presidan Republik Indonesia nomor 32 tahun 2011 tentang Masterplan Percepatan dan Perluasan Pembangunan Ekonomi Indonesia (MP3EI). Berbagai pekerjaan yang menyangkut industri besi dan baja diantaranya meliputi pekerjaan konstruksi dan mekanikal, mengingat kedua industri ini menggunakan baja sebagai bahan utamanya.
Jika berbicara tentang pekerjaan konstruksi dan mekanikal, maka tidak akan terlepas dari proses manufaktur berupa pemotongan logam. Proses pemotongan logam dapat dilakukan melalui 2 cara yaitu menggunakan proses pemesinan (cold cutting) maupun menggunakan las (hot cutting, thermal cutting). Beberapa industri menengah ke bawah lebih banyak menggunakan thermal cutting dengan alasan efisiensi. Pemotongan menggunakan metode thermal cutting ini dianggap lebih efisien karena hanya dibutuhkan 1 peralatan yaitu mesin las, untuk dapat melakukan 2 pekerjaan yaitu pemotongan dan penyambungan. Pada industri yang bergerak dalam bidang perpipaan, proses pemotongan menjadi lebih spesifik. Material yang akan dipotong tidak lagi mempunyai bermacam bentuk dan model. Pemotongan tersebut dapat dilakukan dengan tujuan momotong pipa, maupun proses awal untuk pembuatan bevel untuk pekerjaan penyambungan pipa. Hal ini berarti alat potong yang digunakan juga harus spesifik untuk memotong material berbentuk pipa. Untuk pemotongan pipa dengan diameter kecil, proses pemotongan dapat dilakukan menggunakan gergaji mesin maupun mesin gerinda standar. Namun pada pipa dengan diameter yang besar dan tebal, hal ini tidak dapat dilakukan karena akan memakan waktu yang lama menggunakan peralatan yang besar. Masalah yang lainnya adalah jika pekerjaan tersebut dikerjakan didaerah yang tidak terjangkau jaringan listrik PLN, maka mesin gergaji maupun mesin gerinda membutuhkan genset dengan daya yang besar. Dari hal yang telah diuraikan tersebut, diperlukan sebuah alat untuk memotong pipa diameter besar, dengan bentuk potongan lurus maupun bersudut untuk beveling yang dapat dioperasikan menggunakan daya listrik yang kecil. Sehingga penelitian ini bertujuan: 1. 2. 3.
Melakukan rancang bangun pemotong pipa dengan metode thermal cutting. Mencari kecepatan potong yang optimal pada mesin pemotong pipa. Mencari simpangan yang terjadi pada proses pemotongan menggunakan mesin pemotong pipa.
II.
LANDASAN TEORI Pengelasan adalah proses penyambungan dua buah logam atau lebih dengan cara meleburkan sisi dua buah benda tersebut untuk disambungkan dengan ataupun tanpa bahan tambah [1]. A. Jenis-jenis las Secara garis besar, pengelasan dibagi menjadi menjadi 2 jenis yaitu: 1. Electric arc welding (las busur listrik) Pengelasan ini sering dikenal sebagai las listrik karena panas yang digunakan untuk meleburkan logam diperoleh dari nyala busur listrik. Busur listrik tersebut menimbulkan energi panas yang cukup tinggi untuk mencairkan logam. Pada prinsipnya las listrik menggunakan elektroda yang sekaligus berfungsi sebagai bahan tambah. Jenis dari las busur listrik antara lain Shielded Metal Arc Welding (SMAW), Metal Inert Gas (MIG), Metal Active Gas (MAG), Flux Cored Arc Welding (FCAW), Tungsten Inert Gas (TIG), dan Plasma Arc Welding (PAW). Las busur listrik mampu menghasilkan panas sampai dengan 5500 °C, membutuhkan sumber listrik bertegangan ± 45 volt dan arus listrik sebesar 400 A. 2. Thermal Welding Thermal welding sering juga d isebut sebagai las gas, adalah pengelasan dengan menggunakan pemanasan hasil pembakaran berbahan bakar gas. Jenis gas yang paling banyak digunakan pada las jenis ini adalah gas asetilin, yang diperoleh dari reaksi antara kalsium karbit (CaC2 ) dengan air (H2 0). Jenis las ini banyak digunakan karena bahannya yang mudah didapat, dan mobilitasnya tinggi karena tidak memerlukan energi listrik. Panas yang dihasilkan dari las gas dapat mencapai 3500 °C [2].
B. Jenis-jenis sambungan Sambungan pengelasan terdiri dari beberapa jenis diantaranya: 1. Sambungan V Sambungan jenis ini dapat menerima gaya tekan yan besar serta lebih tahan terhadap kondis i beban statis.
Gambar 1. Sambungan V (Handra N. dan Yudi P.I., 2011)
2
ISSN : 2087 – 1627
2. Sambungan X Sambungan sangat baik untuk kondisi beban statis maupun dinamis, serta dapat menjaga perubahan bentuk kelengkungan sekecil mungkin.
pembentukan bevel dari 2 buah bagian yang akan disambung.
Gambar 2. Sambungan X (Handra N. dan Yudi P.I., 2011) 3. Sambungan U Sambungan ini lebih kuat menerima beban statis dan diperlukan untuk sambungan berkualitas tinggi
Gambar 5. Thermal cutting (Ductile Iron Pipe Reasearch Association, 2016)
Gambar 3. Sambungan U (Handra N. dan Yudi P.I., 2011)
Berdasarkan hasil pengujian, sambungan V mampu menahan tegangan tarik yang paling tinggi diantara dua sambungan lainnya [3]. C. Posisi mulut pembakar (torch) Posisi atau sudut torch untuk pengelasan gas mempengaruhi hasil pengelasan. Posisi yang benar dapa dilihat pada gambar 4.
Gambar 4. Posisi mulut pembakar (Timmings R., 2008)
D.
Pemotongan pipa Selain digunakan untuk menyambung 2 buah logam, pengelasan juga dapat digunakan untuk memotong logam. Proses pemotongannya melalui pemanasan dan peleburan logam yang akan dipotong. Proses pemotongan ini disebut juga dengan thermal cutting. Metode thermal cutting sering digunakan untuk pemotongan pipa yang akan dilakukan pekerjaan lanjutan berupa penyambungan menggunakan las. Pemotongan dilanjutkan dengan
Gambar 6. Bevel pada sambungan pipeline (American Petroleum Institute, 2005)
Jenis-jenis las yang dapat digunakan untuk pemotongan logam adalah: 1. Las asetilin. Pemotongan menggunakan las jenis ini dilakukan dengan cara melakukan pemanasan awal (pre heating) pada baja yang akan dipotong sampai merah cemerlang (sekitar 875°C) kemudian disemburkan gas (oksigen) dengan tekanan yang tinggi untuk menembus baja tersebut. Perbedaan penggunaan las gas untuk penyambungan dan pemotongan adalah pada jenis torch tip yang digunakan. Pemotongan menggunakan las asetilin mempunyai celah yang lebih sempit dibanding las PAW, tidak memerlukan energi listrik, dapat memotong pipa sampai dengan tebal 300 mm, serta peralatan dan bahan berbiaya murah. Kerugiannya adalah pada ketebalan di bawah 25 mm, pemotongan menggunakan las asetilin mempunyai laju pemotongan di bawah las PAW. Celah yang dihasilkan dari pemotongan menggunakan las asetilin berkisar 1,5 – 10 mm [4]. 2. Las busur plasma (PAW) Pemotongan menggunakan las busur plasma mempunyai prinsip kerja berkebalikan dengan las asetilin. Las plasma memomotong dengan cara melelehkan material dan meniup material yang telah meleleh menggunakan pancaran
3
ISSN : 2087 – 1627
plasma. Pemotongan menggunakan las jenis ini baik dilakukan untuk logam baja paduan rendah, untuk ketebalan di bawah 25 mm. Kerugiannya adalah memerlukan peralatan dan bahan berbiaya tinggi, serta celah pemotongan 1,5 – 2 kali lebih lebar dibandingkan las gas [5].
2. Fabrikasi Pada tahap ini desain alat dibuat menggunakan alat dah bahan yang tersedia, sesuai dengan jenis pekerjaan yang akan dibuat. 3. Pengujian Pada tahap ini akan dilakukan pengujian hasil pemotongan dari alat yang sudah dibuat. Adapaun pengujian akan dilakukan dengan memotong pipa dengan diameter 10 inch dan ketebalan 10 mm. Hasil pengujian akan dilihat dari aspek: a.
Kerataannya diukur dari 4 titik;
Gambar 7. Kecepatan pemotongan menggunakan las (Weman K., 2003)
E. Hasil pemotongan Hasil pemotongan menggunakan dikatakan baik jika:
las
dapat
b. Hasil pemotongan; dengan melakukan variasi sudut bevel dan torch tip dan kecepatan potong sebagai variabel konstan. Sudut bevel yang akan diujikan adalah 0° (tegak lurus), 45° dan 60°. Kecepatan potong yang digunakan adalah kecepatan potong dengan hasil yang paling baik setelah dilakukan trial and error.
1. Alur potong cukup kecil. 2. Permukaan potongan halus. 3. Terak mudah terkelupas. 4. Sisi atas potongan membulat Bentuk hasil pemotongan dapat dilihat pada gambar 5.
B. Alat dan Bahan Alat yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1. Alat yang digunakan Gambar 8. a). Hasil pemotongan yang baik b). Pre-heating terlalu kecil c). Pre-heating terlalu besar (Akbar S.F dan Kusharjanta B., 2005)
N o 1
III.METODE A. Metodologi penelitian Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental yang dimulai dengan dengan tahapan: 1. Desain Pembuatan desain diawali dengan pembuatan gambar sketsa, hingga pembuatan detail drawing dengan dimensi sesuai dengan hasil perhitungan pada langkah ke-2. Proses desain dari mulai sketsa hingga detail drawing dilakukan menggunakan software AutoCAD 2015.
Alat/Mesin
Spesifikasi
Mesin Gerinda tangan
Merk MAKTEC Ø 355 mm MT 240 220 – 230 V 9,2 A 50 – 60 Hz 2000 W Kecepatan 3880 rpm
2
Mesin Frais
Merk FULL MARK
4
ISSN : 2087 – 1627
FMU – 1 3
Mesin Bubut
Merk PINACHO SP – 200 R X 1000
4
Mesin Las
Merk SAF – FRO
7
Bantalan
Bantalan Luncur
8
Rantai dan sproket
Komponen standar
9
Mur dan Baut
Komponen standar
PRESTO 180 PFC 5
Mesin Gurdi
KRISBOW KW 15 – 00869 Tapping &Drilling Machine
Daftar bahan yang digunakan untuk pembuatan pemotong pipa ini dapat dilihat pada tabel 2.
Tabel 2. Bahan mesin pemotong pipa No
Bahan
1
Spesifikasi Ø 17 mm dan Ø 20 mm (4 buah)
2
Plat
30 x 300 x 90 mm
3
Selang Las
Ø 6 s/d Ø 10 mm panjang 3 meter
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Desain Dari perhitungan dan proses desain diperoleh mesin seperti terlihat pada gambar 9.
4
Nozzel
Koike CG-11G
5
Motor DC
DC 110V 50Hz 30Watt 4200 rpm
5
ISSN : 2087 – 1627
No
SPESIFIKASI additional chain
10.
Motor
DC 110V 50Hz 30Watt 4200 rpm
Hasil Pengujian Untuk mengetahui ketercapaian dari tujuan yang telah ditetapkan, maka dilakukan pengujian pada mesin. Pengujian tersebut dilakukan guna mengetahui kinerja dari mesin yang telah dibuat.
Tabel 4. Hasil pemotongan tegak lurus Gambar 9. Mesin pemotong pipa hasil proses desain
Mesin pemotong pipa tersebut mempunyai spesifikasi seperti terlihat pada tabel 3.
Tabel 3. Spesifikasi pemotong pipa No
SPESIFIKASI
1.
Type
PGC-01
2.
Weight
± 15 kg
3.
Machine dimension
± 500 mm × 460 mm × 280 mm
4.
Speed control
Silicon control
5.
Power source
AC 220V ±10% 50Hz
6.
Cutting speed
1 50 mm/min
7.
Cutting thickness
5-100 mm
8.
Groove angle
0-60 degrees
9.
Effective pipe diameter
114-600 mm (4-24 inch) Standard chain over 600 mm (24 inch) with
Titik
Hasil pengukuran panjang (mm)
1
583
2
584
3
585
4
584
Rata-rata
584
Dari pengujian seperti terlihat pada tabel 4, dapat disimpulkan bahwa simpangan terbesar terhadap rata-rata panjang pipa adalah 1 mm. Simpangan ini relatif sangat kecil dan berarti mesin valid untuk digunakan dalam pemotongan secara tegak lurus. Visualisasi hasil pemotongan tegak lurus menggunakan mesin ini dapat dilihat pada gambar 10.
Gambar 10. Hasil pemotongan tegak lurus
Dari gambar tersebut terlihat bahwa hasil pemotongan menghasilkan alur potong yang cukup kecil dengan permukaan yang halus.
6
ISSN : 2087 – 1627
Tabel 5. Hasil pemotongan 45°. Titik
Hasil pengukuran panjang (mm)
1
609
2
609
3
610
4
609
Rata-rata
609,25
panjang piap adalah 1 mm. Simpangan ini relatif sangat kecil dan berarti mes in valid untuk digunakan dalam pemotongan sudut 60°. Visualisasi hasil pemotongan sudut 60° dapat dilihat pada gambar 12.
Dari pengujian seperti terlihat pada tabel 5, dapat disimpulkan bahwa simpangan terbesar terhadap rata-rata panjang pipa adalah 0,75 mm. Simpangan ini relatif sangat kecil dan berarti mesin valid untuk digunakan dalam pemotongan sudut 45°. Visualisasi hasil pemotongan tegak lurus menggunakan mesin ini dapat dilihat pada gambar 11.
Gambar 12. Hasil pemotongan 60°
Hasil pemotongan 60° terlihat kurang halus. Hal ini dapat disebabkan karena perubahan nyala api yang digunakan yang diakibatkan oleh penyetelan gas secara manual.
V. PENUTUP Kesimpulan Dari rangkaian kegiatan desain sampai dengan pengujian yang telah dilakukan dapat dis impulkan bahwa: 1. Gambar 11. Hasil pemotongan 45°
2. 3.
Dari gambar tersebut terlihat bahwa hasil pemotongan menghasilkan alur potong yang cukup kecil dengan permukaan yang halus
4.
Tabel 6. Hasil pemotongan 60°.
5.
Titik
Hasil pengukuran panjang (mm)
6.
1
623
2
625
3
624
4
624
Rata-rata
624
7.
Mesin yang telah dibuat dapat bekerja baik, dan dapat beroperasi untuk bekerja untuk diameter 4 - 24 inch. Mesin ini dapat beroperasi dengan daya relatif rendah yaitu 30 watt. Mesin yang dihasilkan bersifat portable dengan dimensi 500 mm × 460 mm × 280 mm, dan berat 15 kg. Untuk pemotongan pipa dengan ketebalan 10 mm, cutting speed yang baik adalah 1 mm/menit. Penyimpangan dari hasil pengukuran panjang rata-rata adalah berkisar 1 mm. Hasil pemotongan dengan sudut 60° mempunyai kehalusan permukaan yang kurang baik. Hal ini bisa disebabkan oleh perbedaan pada saat penyetelan gas yang dilakukan secara manual. Secara keseluruhan alat dapat digunakan untuk proses beveling dengan memperhatikan simpangan terhadap panjang rata-rata adalah 1 mm.
Hasil pengujian pemotongan sudut 60° dapat dilihat pada tabel 6. Simpangan terbesar terhadap rata-rata
7
ISSN : 2087 – 1627
Saran Untuk penelitian selanjutnya perlu dilakukan investigasi pengaruh sudut torch terhadap hasil pengelasan, serta variasi cutting speed terhadap ketebalan pipa dengan penyetelan nyala api tertentu sehingga dapat dibuat suatu tabulasi berupa data sheet untuk keperluan pemotongan pipa selanjutnya.
VI. DAFTAR PUSTAKA [1] Khurmi, R.S. and Gupta, J.K., A Textbook of Machine Design, 14th ed. New Delhi:Eurasia Publishing House, 2005. [2] Beddoes, J. and Bibby, M.J., Principles of Metal Manufacturing Processes, 1st ed. Oxford: Elsevier ButtenNorth-Heinemann, 2003. [3] Handra, N. and Yudi, P.I, “Studi Kekuatan Hasil Las Oxy-Acetylene pada Variasi Kampuh,”J. Teknik Mesin, Vol. 1, No. 1, pp. 1-8, Oct. 2011. [4] Kalpakjian, S. and Schmid, S.R., Manufacturing Engineering and Technology, 6th ed. New York: Prentice Hall, 2009. [5] Weman, K., Welding Processes Handbook, 1st ed. New York:Woodhead Publishing Ltd, 2003. [6] Timmings R., Fabrication and Welding Engineering, 1st ed. Oxford: Elsevier Ltd., 2008. [7] Welding of Pipelines and Related Facilities, API Standard 1104, 2005. [8] Field Welding and Cutting Ductile Iron Pipe, Ductile Iron Pipe Reasearch Association, Colorado, 2016 [9] Akbar, S.F and Kusharjanta, B., “Pemotongan Plat Baja dengan Gas Cutting Machine,” J. Mekanika, Vol. 3, No. 1, pp. 14-22, Jan. 2005.
8
