TUGAS SARJANA
TEKNIK PENGECORAN LOGAM
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN WORM SCREW UNTUK PABRIK KELAPA SAWIT DENGAN KAPASITAS OLAHAN 10 TON TBS/JAM DENGAN PROSES PENGECORAN MENGGUNAKAN CETAKAN PASIR
OLEH : HENDRA WIJAYA KABAN NIM : 040421029
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008
ABSTRAK
Perekonomian Indonesia minyak kelapa sawit mempunyai peranan sebagai primadona ekspor non migas. Adanya keinginan pemerintah kearah agro industri yang merupakan salah satu cabang industri yang punya prospek cerah dimasa mendatang. Hal ini didukung oleh adanya sumber daya manusia serta tersedianya peluang pasar yang cukup besar, baik didalam maupun diluar negeri.Melihat prospek yang menjanjikan diatas ditambah dengan luasnya areal kebun kelapa sawit di Indonesia maka banyak dibuka perkebunan kelapa sawit yang juga diikuti dengan banyaknya berdiri industri pengolahan kelapa sawit.Dengan banyak berdirinya industri tadi memaksa kepada setiap para insan yang berkecimpung dalam bidang teknologi (engineering) untuk dapat memanfaatkan ilmunya dalam pengoperasian dan pembuatan alatalat industri pengolahan tersebut. Pertumbuhan industri manufaktur dan pengecoran logam saat ini telah meningkat dalam memenuhi permintaan pasar untuk peralatan dan perlengkapan pabrik kelapa sawit seiring dengan meningkatnya konversi hutan di Sumatra dan Kalimantan menjadi perkebunan kelapa sawit di Indonesia.Untuk menghasilkan produk yang dapat bersaing maka perlu diadakan telaah perencanaan proses pengecoran logam khususnya dalam pembuatan komponen pabrik kelapa sawit, dalam hal ini membahas mengenai perencanaan dan proses pembuatan worm screw yang digunakan pada sebuah pabrik kelapa sawit dengan kapasitas olahan 10 ton TBS/jam. Proses pembuatan dari hasil perencanaan dilakukan dengan teknik pengecoran logam dengan menggunakan cetakan pasir yang relatif mudah dan ekonomis.Dengan mempertimbangkan hal diatas maka diperlukan adanya kerja sama antara pihak akademis dengan pihak pengusaha misalnya memberikan kesempatan melaksanakan kerja praktek, survey studi dan penerimaan tenaga kerja. Kerja sama seperti ini menguntungkan bagi kedua pihak. Bagi mahasiswa dengan terjun langsung kelapangan akan membuka pikiran dan wawasan terhadap proses kerja secara langsung dengan melihat dan mengamati serta melakukan perbandingan antara teori dengan praktek kerja. Sedangkan bagi perusahaan yang menerima kesempatan bagi mahasiswa untuk survey, akan memberikan keuntungan bagi perusahaan dengan menerima hasil penelitian mahasiswa tersebut berupa saran-saran ilmiah guna meningkatkan mutu dan kualitas produk. Untuk keperluan tugas akhir ini, penulis melakukan survey dengan mengamati secara langsung proses pembutan worm screw di perusahaan pengecoran PT. BAJA PERTIWI INDUSTRI. Perusahaan ini banyak menerima pesanan-pesanan dari perusahaan perkebunan untuk membuat komponen-komponen mesin perkebunan (kalapa sawit) seperti roda lori, screw press, sprocket, pin, drum, digester arm, hydro cyclone dan ekspeler arm. Namun untuk melengkapi wawasan penulis mengenai cara kerja worm screw penulis juga melakukan survey studi di PTPN NUSANTARA IV PASIR MANDOGE ASAHAN.
DAFTAR ISI
Hal KATA PENGANTAR ...........................................................................
i
DAFTAR ISI .........................................................................................
iii
DAFTAR GAMBAR .............................................................................
vii
DAFTAR TABEL .................................................................................
ix
DAFTAR SIMBOL ...............................................................................
x
DAFTAR LAMPIRAN .........................................................................
xiii
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................
1
1.1 Latar Belakang ......................................................................
1
1.2 Maksud dan Tujuan Perencanaan ...........................................
3
1.3 Batasan Masalah ....................................................................
3
1.4 Metode Penulisan ..................................................................
3
1.5 Sistematika Penulisan ............................................................
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .........................................................
6
2.1 Pendahuluan ..........................................................................
6
2.1.1 Worm Screw .................................................................
6
2.1.2 Screw Konveyor ...........................................................
7
2.1.3 Baja Cor .......................................................................
8
2.1.4 Baja Paduan ..................................................................
8
2.2 Struktur dan Sifat-sifat Baja Cor ............................................
10
2.2.1 Struktur coran baja ........................................................
10
2.2.2 Sifat-sifat coran baja karbon .........................................
11
iii
2.3 Struktur dan Sifat-sifat Baja Cor Khusus ...............................
11
2.3.1 Baja cor paduan rendah .................................................
12
2.3.2 Baja cor tahan karat ......................................................
14
2.3.3 Struktur dan sifat-sifat dari baja cor tahan panas ...........
16
2.3.4 Struktur dan sifat-sifat dari baja cor mangan tinggi .......
16
2.4 Dapur Induksi ........................................................................
17
2.5 Bentuk dan Ukuran Coran ....................................................
19
2.5.1 Bentuk standar dan ukuran coran ..................................
20
2.6 Pengecoran dengan Cetakan Pasir ..........................................
20
2.6.1 Syarat bagi pasir cetak ..................................................
21
2.6.2 Macam-macam pasir cetak ............................................
23
2.6.3 Susunan pasir cetak .......................................................
25
2.7 Pola .......................................................................................
25
2.7.1 Macam-macam Pola .....................................................
27
2.7.2 Penentuan penambahan pemisahan ...............................
30
2.7.3 Bahan-bahan untuk pola ................................................
31
2.7.4 Perencanaan pola ..........................................................
32
2.7.5 Inti dan telapak inti .......................................................
33
2.7.6 Macam dari telapak inti ................................................
34
2.8 Rencana pengecoran ..............................................................
35
2.8.1 Istilah-istilah dan fungsi dari sistem saluran ..................
36
2.8.2 Bentuk dan bagian-bagian sistem saluran ......................
36
2.8.3 Penambah .....................................................................
39
2.9 Penuangan Logam Cair .........................................................
40
iv
2.10 Pengujian dalam Pengecoran .................................................
42
2.10.1 Pengukuran temperatur .................................................
42
2.10.2 Pengujian terak .............................................................
43
BAB III PERENCANAAN WORM SCREW ....................................
44
3.1 Worm Screw .........................................................................
44
3.2 Perhitungan Kapasitas Olahan ...............................................
44
3.3 Perancangan Ulir ...................................................................
47
3.4 Perancangan Poros Penghubung dan Pasak ............................
54
BAB IV PERENCANAAN CETAKAN .............................................
58
4.1 Pemilihan Pola ......................................................................
58
4.1.1 Bahan pola ....................................................................
58
4.1.2 Jenis pola ......................................................................
59
4.1.3 Bahan tambahan ...........................................................
59
4.2 Penentuan Tambahan Penyusutan ..........................................
59
4.3 Ukuran Pola ..........................................................................
60
4.4 Sistem Saluran .......................................................................
69
4.4.1 Saluran turun ................................................................
69
4.4.2 Cawan tuang .................................................................
75
4.4.3 Sistem pengalir .............................................................
76
4.4.4 Saluran masuk ..............................................................
77
4.4.5 Saluran penambah .........................................................
78
4.4.5.1
Ukuran penambah .............................................
80
4.5 Pembuatan Inti ......................................................................
82
4.6 Pemberat ...............................................................................
83
v
4.7 Waktu Tuang .........................................................................
84
4.8 Pembuatan Cetakan Pasir .......................................................
85
BAB V PELEBURAN DAN PENUANGAN ......................................
88
5.1 Peleburan Logam Coran ........................................................
88
5.2 Bahan Baku ...........................................................................
89
5.2.1 Bahan worm screw .......................................................
90
5.2.2 Komposisi metal cair ....................................................
91
5.2.3 Komposisi worm screw yang diinginkan .......................
91
5.3 Penuangan Cairan Logam ......................................................
93
5.4 Penyelesaian Hasil Cetakan ...................................................
93
KESIMPULAN DAN SARAN ..............................................................
95
Kesimpulan ....................................................................................
95
Saran ..............................................................................................
98
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................
99
LAMPIRAN ..........................................................................................
100
vi
DAFTAR GAMBAR
Hal Gambar 2.1
Worm screw .......................................................................... 6
Gambar 2.2
Pengaruh kandungan karbon dan perlakuan panas pada sifat-sifat mekanik .............................. 12
Gambar 2.3
Data dari pengujian tarik panas dari baja cor karbon dinormalkan .......................................... 13
Gambar 2.4
Kadar karbon dan kekerasan maksimum baja setelah dicelup dingin ........................................................... 14
Gambar 2.5
Tanur induksi jenis kruss ...................................................... 19
Gambar 2.6
Pola setengah ........................................................................ 27
Gambar 2.7
Pola belah ............................................................................. 28
Gambar 2.8
Pola belahan banyak ............................................................. 28
Gambar 2.9
Pola tunggal........................................................................... 29
Gambar 2.10 Pola pelat pasangan .............................................................. 29 Gambar 2.11 Pola pelat kup dan drag ......................................................... 30 Gambar 2.12 Telapak inti bertumpu dua mendatar ..................................... 34 Gambar 2.13 Tapak inti beralas tegak ........................................................ 34 Gambar 2.14 Telapak inti tegak bertumpu dua ........................................... 35 Gambar 2.15 Telapak inti untuk penghalang (sebagian) ............................. 35 Gambar 2.16 Istilah-istilah sistem pengisian .............................................. 36 Gambar 2.17 Ukuran cawan tuang ............................................................. 37 Gambar 2.18 Perpanjangan pengalir ........................................................... 38
vii
Gambar 2.19 Sistem saluran masuk ............................................................ 39 Gambar 2.20 Penambah samping dan penambah atas ................................. 40 Gambar 2.21 Temperatur penuangan yang disarankan ............................... 41 Gambar 3.1
Worm screw .......................................................................... 44
Gambar 3.2
Gambar bentuk worm screw .................................................. 48
Gambar 3.3
Detail dari ulir berpuncak ..................................................... 48
Gambar 3.4
Ukuran pasak dan alur pasak ................................................. 56
Gambar 4.1
Tambahan penyelesaian mesin untuk coran baja ................... 59
Gambar 4.2
Ukuran Worm screw yang direncanakan ............................... 60
Gambar 4.3
Pembagian poros untuk perhitungan ukuran pola .................. 60
Gambar 4.4
Ukuran worm screw untuk pola kup ...................................... 68
Gambar 4.5
Ukuran worm screw untuk drag ............................................ 68
Gambar 4.6
Ukuran pola worm screw ...................................................... 69
Gambar 4.7
Pembagian daun untuk perhitungan daun .............................. 71
Gambar 4.8
Saluran turun ........................................................................ 74
Gambar 4.9
Ukuran cawan tuang ............................................................. 75
Gambar 4.10 Sistem pengalir ..................................................................... 76 Gambar 4.11 Saluran masuk ...................................................................... 77 Gambar 4.12 Hubungan antara tebal coran (T) dan jarak isi dari penambah (JP) ........................................... 79 Gambar 4.13 Kurva pellini ......................................................................... 80 Gambar 4.14 Bentuk inti ............................................................................ 83 Gambar 4.15 Bentuk pemberat ................................................................... 84 Gambar 4.16 Tahapan pembuatan cetakan ................................................. 87
viii
DAFTAR TABEL
Hal Tabel 2.1 Ketebalan dinding minimum dari pengecoran pasir ................ 21 Tabel 2.2 Temperatur penuangan untuk berbagai coran ......................... 23 Tabel 2.3 Tambahan penyusutan yang disarankan ................................. 30 Tabel 3.1 Baja karbon untuk konstruksi mesin dan baja batang yang difinisi dingin untuk poros .................... 54 Tabel 3.2 Harga kt ................................................................................. 55 Tabel 3.3 Ukuran-ukuran utama pasak ................................................... 57 Tabel 4.1 Karakteristik kayu jelutung .................................................... 58 Tabel 4.2 Contoh dari ukuran dari saluran turun, pengalir dan saluran masuk untuk coran besi cor ................................. 74 Tabel 5.1 Komposisi bahan balok baja ................................................... 89 Tabel 5.2 Komposisi baja sekrap ........................................................... 90 Tabel 5.3 Komposisi baja cor S30C ....................................................... 90 Tabel 5.4 Komposisi metal cair ............................................................. 91 Tabel 5.5 Komposisi worm screw yang diinginkan ................................ 91
ix
DAFTAR SIMBOL
SIMBOL
KETERANGAN
SATUAN
ρ
Massa jenis air
kg/mm3
g
Kecepatan gravitasi
m/s2
Di
Diameter pitch
mm
W
Berat
kg
α
Sudut kemiringan ulir
0
μc
Koefisien gesek pada kollar
-
P
Tekanan
N/m2
μ
Koefisien gesek ulir
-
Sl
Tegangan geser
kg/m2
T
Torsi
kg mm
d
Diameter worm screw
mm
σb
Tegangan tarik bahan
kg/mm2
Sf1
Faktor keamanan yang bergantung pada jenis bahan
Sf2
-
Faktor keamanan yang bergantung pada jenis bahan
mm
σt
Kekuatan tarik bahan
g
Grafitasi bumi
m/s2
m
Massa
kg
t
Waktu tuang
detik
kg/mm2
x
v
Volume
m3
dp
Diameter penambah
mm
γ
Berat jenis baja tahan karat
kg/m3
Ast
Luas saluran turun
mm2
dst
Diameter saluran turun
mm
hst
tinggi saluran turun
mm
Asm
Luas saluran masuk
mm2
dsm
Diameter saluran masuk
mm
nsm
Jumlah saluran masuk
buah
Ap
Luas pengalir
mm
A
Potongan pengalir
mm
P
Panjang coran
mm
l
Lebar coran
mm
Tc
Tebal coran
mm
JP
Jarak pengisian
mm
np
Jumlah penambah
buah
hp
Tinggi penambah
mm
Lp
Panjang pola untuk poros
mm
Dp
Diameter pola untuk poros
mm
L
Panjang poros yang dirancang
mm
D
Diameter poros yang dirancang
mm
Tp
Tinggi pola
mm
lp
Lebar pola untuk daun
mm
J
Jarak daun untuk pola
mm
xi
Ja-b
Jarak antar daun yang berdekatan
mm
t
Tinggi daun yang dirancang
mm
l
Lebar daun yang dirancang
mm
lpa
Lebar pola daun awal
mm
lpb
Lebar pola daun akhir
mm
la
Lebar daun awal yang berdekatan yang dirancang mm
lb
Lebar daun akhir yang berdekatan yang dirancang mm
Tpd
Tambahan untuk permukaan drag
mm
TPk
Tambahan untuk permukaan kup
mm
TPm
Tambahan untuk pengerjaan mesin yang kasar
mm
TPs
Tambahan penyusutan yang disarankan
mm
PT
Panjang total poros
mm
DT
Diameter total poros
mm
Pk
Panjang poros untuk kup
mm
Pd
Panjang poros untuk drag
mm
Dk
Diameter poros untuk kup
mm
Dd
Diameter poros untuk drag
mm
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Hal Lampiran 1
Tabel Konversi Satuan .......................................................... 101
Lampiran 2
Hal-hal Penting dalam Perencanaan Poros ............................ 102
Lampiran 3
Jenis-jenis Sistem Saluran dalam Pengecoran Logam ............ 103
Lampiran 4
Sifat-sifat yang diminta dan bahan untuk coran ..................... 104
Lampiran 5
Penggunaan Bahan Coran ..................................................... 105
Lampiran 6
Aliran Proses pada Pengecoran Logam ................................. 106
Lampiran 7
Gambar Screw Press dan Bagian-bagiannya .......................... 107
Lampiran 8
Gambar Cetakan Worm Screw .............................................. 108
xiii
