prosiding seminar nasional inovasi teknologi dan...

PROSIDING

SEMINAR NASIONAL INOVASI TEKNOLOGI DANREKAYASA INDUSTRI (SINTERIN)

2015

“Inovasi Teknologi untuk Kejayaan Bangsa”

Padang,

The Axana Hotel, 03 November 2015

Jurusan Teknik MesinFakultas Teknik

Universitas Andalas

i

SAMBUTAN KETUA JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ANDALASSINTERIN III 2015

Bismillahirrahmanirrahim,Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh,

Puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas segala karunia-Nya, sehingga ProsidingSeminar Inovasi Teknologi dan Rekayasa Industri ini akhirnya berhasil diterbitkan.Prosiding ini merupakan kumpulan makalah yang disajikan dalam Seminar NasionalInovasi Teknologi dan Rekayasa Industri yang diselenggarakan pada tanggal 03November 2015.

Tujuan seminar ini selain sebagai media diskusi juga untuk meningkatkan kontribusipara akademisi dan profesional dalam pengembangan industri nasional melaluipenyelesaian masalah teknik mesin yang efektif, hemat energi dan ramah lingkunganserta membangun suasana kondusif untuk meningkatkan jejaring antar perguruantinggi. Telah terhimpun sebanyak 26 makalah yang dipresentasikan secara oral.

Terima kasih kami sampaikan kepada semua penulis yang telah menyumbangkanmakalahnya dalam prosiding ini. Terima kasih pula kami sampaikan kepada seluruhdosen dan mahasiswa jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Andalasyang telah terlibat dalam perencanaan dan penyelengaraan seminar serta telahbekerja keras dalam pembuatan prosiding ini baik dari segi naskah agar memenuhikaidah penulisan ilmiah dan ejaan bahasa Indonesia yang disempurnakan maupundari segi tampilan yang disajikan secara apik.

Kami mohon maaf bila terdapat kekeliruan dalam penerbitan prosiding ini. Kamiberharap dengan adanya seminar dan prosiding ini kiranya dapat bergunamemberikan manfaat.

Padang, November 2015

Ketua JurusanDr. Ir. Is Prima Nanda

ii

SAMBUTAN DEKAN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS ANDALAS

Bismillahirrahmanirrahim,Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh,

Pertama-tama, marilah kita ucapkan puji syukur kepada Allah SWT, yang telahmemberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga kegiatan Seminar Nasional InovasiTeknologi dan Rekayasa Industri 2015 dengan tema “INOVASI TEKNOLOGIUNTUK KEJAYAAN BANGSA” dapat terlaksana dengan baik dan lancar. Kedua,atas nama Keluarga Besar Fakultas Teknik Universitas Andalas, perkenankan sayamenyampaikan Selamat Datang di kampus Fakultas Teknik Universitas Andalas,kepada bapak Ir. Bobby Gafar Umar (Ketua PII Pusat), Ir. Benny Wendry, MM(Direktur Utama PT.Semen Padang), Prof. Dr. Ir. Johny Wahyudi M. Soedarsono,DEA (Universitas Indonesia), Prof. Dr. Mohd. Hasbullah (Universitas TeknologiMalaysia) sebagai Keynote Speakers, para pemakalah dan peserta dari luarUniversitas Andalas guna mengikuti seminar ini. Saya menyambut gembira seminarini yang telah mendapatkan perhatian yang besar dari kalangan akademisi danprofesional dari institusi pendidikan, riset, industri, serta pemegang kebijakan dariinstitusi yang terkait, sehingga terkumpul 26 makalah yang akan dipresentasikandalam seminar ini. Untuk itu, saya mengucapkan terima kasih dan penghargaansetinggi-tingginya kepada Bapak dan Ibu pemakalah. Saya yakin bahwa dari seminarini akan dihasilkan ide-ide, konsep-konsep, dan terobosan baru yang inovatif dalampengembangan teknologi yang nantinya akan diaplikasikan dalam dunia industri dimasa yang akan datang. Seminar ini tidak akan terselenggara dengan baik tanpadukungan dari berbagai pihak, khususnya para sponsor dan kontribusi daripemakalah dan peserta. Untuk itu, saya menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya. Secara khusus, saya menyampaikan terima kasih dan penghargaan yangsetinggi-tingginya kepada panitia penyelenggara atas jerih payah, kerja keras,ketekunan dan kesabarannya dalam mempersiapkan dan menyelenggarakan seminarini sehingga dapat berjalan dengan baik, lancar dan sukses.Akhirnya, melalui seminar ini,marilah kita senantiasa perkuat dan perluas jejaringserta kerjasama antar semua stakeholder dunia teknologi industri, khususnya yangada di Indonesia, guna bekal pengetahuan dan teknologi bagi SDM Indonesia untukmampu bersaing menghadapi persaingan global.

Padang, November 2015

Dekan Fakultas Teknik Universitas AndalasProf. Dr. –Ing. Hairul Abral

iii

SPONSOR DAN ORGANISASI PENDUKUNG

iv

PANITIA PELAKSANA

PENANGGUNG JAWABProf. Dr.-Ing. Hairul AbralDekan Fakultas Teknik Universitas Andalas

Dr. Ir. Is Prima NandaKetua Jurusan Teknik Mesin Universitas Andalas/ Ketua Pelaksana

Dr. Eng. Eka SatriaSekretaris Jurusan Teknik Mesin Universitas Andalas/ Wakil Ketua Pelaksana

PANITIA PELAKSANA

Ketua : Ismet Hari Mulyadi, Ph.D

Sekretaris : Dr. Eng. Eka Satria

Seksi Kesekretariatan : Dendi Adi Saputra M, MT

Seksi Proceeding : Yul Hizhar, M.Eng

Seksi Acara & Dokumentasi : Berry Yuliandra, MTMeiki Eru Putra, ST

Seksi Akomodasi dan Transportasi : Himpunan Mahasiswa Mesin FT-Unand

DEWAN REDAKSI1. Prof. Dr.-Ing. Mulyadi Bur (Universitas Andalas)2. Prof. Dr.-Ing. Hairul Abral (Universitas Andalas)3. Prof. Dr. Eng. Gunawarman (Universitas Andalas)4. Dr. Eng. Syamsul Huda (Universitas Andalas)5. Dr. Adjar Pratoto (Universitas Andalas)6. Dr.-Ing. Uyung Gatot S. Dinata (Universitas Andalas)7. Nofrijon Sofyan, Ph.D (Universitas Indonesia)8. Dr. Eng. Feblil Huda (Universitas Riau)9. Dr. Amrizal ST, MT (Universitas Lampung)10. Dr. Eng. Dedi Suryadi (Universitas Bengkulu)

v

TOPIK SEMINAR

Topik Seminar Nasional Inovasi Teknologi dan Rekayasa Industri ini secara umumdibagi kedalam 4 (empat) bidang, yaitu:

a. Inovasi Rekayasa Mekanikb. Inovasi Aplikasi Industric. Inovasi Rekayasa Materiald. Inovasi Rekayasa Energi

KEYNOTE SPEAKERS

1. Ir. Bobby Gafar Umar (Ketua PII Pusat)2. Ir. Benny Wendry, MM (Direktur Utama PT.Semen Padang)3. Prof. Dr. Ir. Johny Wahyudi M. Soedarsono, DEA (Universitas Indonesia)4. Prof. Dr. Mohd. Hasbullah (Universitas Teknologi Malaysia)

vi

SUSUNAN ACARA

Seminar Nasional SINTERIN III 2015 diselenggarakan pada hari Selasa tanggal 03November 2015 mulai pukul 07.30 WIB sampai dengan pukul 17.00 WIB di Hotel AxanaPadang di Jalan Bundo Kandung No.14-16 Padang - Sumatera Barat

No Waktu Acara Pelaksana Moderator/MC Ruang1 07.30 - 08.30 Registrasi Ulang Panitia Hakim dan Restu Ball Room2 08.30 - 09.00 Pembukaan (MC) Panitia Ilham/Tia Ball Room

Tari Pasambahan Cemes Ilham/Tia Ball Room3 09.00 - 09.10 Kata sambutan dari Ketua

PanpelIsmet H.Mulyadi, Ph.D

Ilham/Tia Ball Room

4 09.10 - 09.20 Kata sambutan dari KetuaJurusan

Dr. Is PrimaNanda

Ilham/Tia Ball Room

5 09.20 - 09.30 Kata sambutan dariDekan FT –UA

Prof. Dr. IngHairul Abral

Ilham/Tia Ball Room

6 09.30 - 09.40 Pembukaan Rektor Unand Dr. Werry DartaTaifur

Ilham/Tia Ball Room

7 09.40 - 10.00 Coffe Break Panitia8 10.00 - 10.30 Keynote Speaker I Ir. Bobby Gafar

Umar (KrtuaPII)

Dr. Is PrimaNanda

Ball Room

9 10.30 – 11.00 Keynote Speaker II Ir. BennyWendry,MM(Pt.SemenPadang)

Dr. Is PrimaNanda

Ball Room

10 11.00 - 11.30 Keynote Speaker III Prof. Dr. Ir.JohnyWahyudi M.Soedarsono,DEA(UniversitasIndonesia)

Firman RidwanPh.D

Ball Room

11 11.30 - 12.00 Keynote Speaker IV Prof. Dr. Mohd.Hasbullah(UniversitasTeknologiMalaysia)

Firman RidwanPh.D

Ball Room

12 12.00 - 12.15 Pemberian cendra matadan Foto Bersama

Rektor, Dekan,Ketupat

Ilham/Tia Ball Room

13 12.15 - 13.30 Ishoma OC Hotel14 13.30 - 14.30 Parallel Session I

IND + RME : InovasiRekayasa Industri +Inovasi RekayasaMekanik

RMA + REN: InovasiRekayasa Material +Inovasi Rekayasa

Peserta Moderator IND + RME:

Dr.-Ing. AgusSutanto

REN + RMA:Dr. Eng. JonAffi

- Ruang 1

- Ruang 2

vii

Energi

15 14.30 - 15.45 Parallel Session II IND + RME : Inovasi

Rekayasa Industri +Inovasi RekayasaMekanik

RMA + REN: InovasiRekayasa Material +Inovasi RekayasaEnergi

Peserta Moderator IND + RME:

HenderyDahlan Ph.D

RMA + REN:Endri Yani,MT

- Ruang 1

- Ruang 2

16 15.45 - 16.00 Break OC17 16.00 - 16.15 Tari Cewang Cemes Ilham/Tia Ball Room18 16.15 - 16.30 Pengumuman Pemakalah

TerbaikIlham/Tia Ball Room

19 16.30 - 16.45 Penutupan Dekan Ilham/Tia Ball Room20 16.45 - 17.00 Foto Bersama OC Ilham/Tia Ball Room

viii

PARALLEL SESSION 1(13.30 – 14.30)

Bidang : IND + RMEModerator : Dr.-Ing. Agus SutantoRuang : 1

Bidang : RMA + RENModerator : Dr. Eng. Jon AffiRuang : 2

ix

Susunan Acara Parallel Session I (13.30 – 14.30 WIB)

Bidang : Inovasi Rekayasa Industri + Inovasi Rekayasa MekanikModerator : Dr.-Ing. Agus SutantoRuang : Ball Room Ruang 1

No Nama Instansi Kode Judul Makalah Pukul PIC1 Agus

SutrisnoJurusanTeknik Mesin,UniversitasSam Ratulangi

IND-001 Ranking Criticalityof MaintenanceWaste UsingModified FMEAModel

13.30 - 13.40 CiciAmelia,IlhamWahyudiPutra

2 YesmizartiMuchtiar,Heru ZikriArsyad

JurusanTeknikIndustri,UniversitasBung Hatta

IND-002 ImplementasiQuality FunctionDeployment(QFD)dalam UsahaPeningkatanKualitas Pelayanandi Swalayan


3 BennySiantury,YusepMujalis,YoscaOctaviano,TonoSukarnotodan RiantiDewiSulamet-Ariobimo

JurusanTeknik Mesin,FakultasTeknologiIndustri,Universitas TriSakti

IND-003 Evaluasi kinerjaTungku PeleburanLogam BuataSendiri


4 AdamMalik,IrvalDiska

JurusanTeknik Mesin,UniversitasAndalas

IND-004 Analisis WaktuProduksi PadaProsesPenyambunganKomponen RakitanRoda Bajak (HT-PD-008) denganMenggunakanPerkakas BantuPengelasan untukProduksi MasalKomponen-KomponenHydrotiller


x

5 HabibulFuadiAzni,ZulkifliAmin


IND-005 Alat PengamanPintu RumahMenggunakan PinKode dan SensorGetar BerbasisMikrokontrolerATMEGA8535


6 TopanPrimaJona,ZulkifliAmin


IND-006 Pengeditan ModelSurface TanganManusia Hasil 3DScanner MenjadiModel SoliddenganMenggunakanPerangkat LunakAutodesk 3D MaxDesign danNETFABB


xi

Susunan Acara Parallel Session I (13.30 – 14.30 WIB)

Bidang : Inovasi Rekayasa Material + Inovasi Rekayasa EnergiModerator : Dr. Eng. Jon AffiRuang : Ball Room Ruang 2

No Nama Instansi Kode Judul makalah Pukul PIC

1 AdhytiaFarma Arsal,Ilhamdi,Gunawarman

JurusanTeknikMesin,UniversitasAndalas

RMA-001 Pembuatan Serbuk TI6AL 4V dan SS316LHalus Sebagai BahanDasar Implan TulangBerpori denganPerlakuan Mekanik

13:30-13:40 DedetNirwanto,RestiMuhlitaPutri

2 WidiaSoviyana,Gunawarman,Ilhamdi


RMA-002 Pembuatan Serbuk TI6AL 4V dan StainlessSteel 316L yang HalusSebagai Bahan ImplanTulang Berporidengan PerlakuanTermo-Mekanik


3 Is PrimaNanda,Dafmiko


RMA-003 Pengaruh Rasio MassaBijih Besi denganReduktor danTemperatur Reduksipada Proses ReduksiLangsungMenggunakanReduktor Arang kayu


4 Sanny Ardhy,Gunawarman,Jon Affi


RMA-004 Perilaku KorosiTitanium DalamLarutan ModifikasiSaliva Buatan UntukAplikasi Ortodontik


5 Abdul Ajiz,Gunawarman,Jon Affi


RMA-005 Pengaruh PerlakuanTermomekanikTerhadap KeuletanPaduan TI-6AL-4VUntuk AplikasiOrtopedi


6 Nurbaiti,Gunawarman,Jon Affi


RMA-006 Karakterisasi dan UjiKeras Titanium Tipe βTi-12Cr


xii

PARALLEL SESSION 2(14.30 – 15.45)

Bidang : IND + RMEModerator : Hendery Dahlan Ph.DRuang : 1

Bidang : RMA + RENModerator : Endri Yani, MTRuang : 2

xiii

Susunan Acara Parallel Session II (14.30 – 15.45 WIB)

Bidang : Inovasi Rekayasa Industri + Inovasi Rekayasa MekanikModerator : Hendery Dahlan Ph.DRuang : Ball Room Ruang 1

No Nama Instansi Kode Judul Makalah Pukul PIC1 Dendi Adi

Saputra,Eka Satria,GusmanArif Pandi


IND-007 Optimalisasi ProsesAssembly PesawatTanpa Awak denganPendekatan ProdukWork BreakdownStructure (PWBS)

14.30-14.40 MuslihulHakim,RinaldiAlexander

2 Dendi AdiSaputra,Eka Satria,RoffiArdinata


IND-008 PerancanganPesawat TanpaAwak (UnmennedAerial Vehicle)Untuk PencitraanLokasi SiagaBencana di SumateraBarat


3 R. K. Arief JurusanTeknikMesin,UniversitasMuhammadiyahSumateraBarat

RME-001 Digital TechnicalDocumentation WithPDM Workgroup

14.50 - 15.00 MuslihulHakim,RinaldiAlexander

4 Lovely So,FadliHafizulhaq


RME-002 Pembuatan MesinPenyortir ProdukBerdasarkan WarnaBerasisMikrokontrolerArduino UNO R3


5 Eka Satria,FarlaKurnia,Jhon Malta,MulyadiBur


RME-003 PenghitunganNumerik BebanKritis Bucklingstruktur KolomBertingkat (Stepper)Akibat Beban TekanAksial BerbasiskanMetode BedaHingga


6 RandiMetra,Mulyanef,Kaidir

JurusanTeknikMesin FTI-Universitas

REN-004 Kaji EkperimentalPerformansi KomporGas UntukMengolah Air Laut


xiv

Bung Hatta Menjadi Garam

7 Zaini,RandiNovaldi

JurusanTeknikElektroUniversitasAndalas

REN-005 MonitoringPemakaian EnergiListrik Gedungmelalui WSN


xv

Susunan Acara Parallel Session II (14.30 – 15.45 WIB)

Bidang : Inovasi Rekayasa Material + Inovasi Rekayasa EnergiModerator : Endri Yani, MTRuang : Ball Room Ruang 2

No Nama Instansi Kode Judul makalah Pukul PIC

1 SlametPriyono,TitikLestariningsih,BambangPrihandoko

PusatPenelitianFisika-LembagaIlmuPengetahuanIndonesia

RMA-007 Penggunaan FTIRUntuk MenentukanKeberadaan Phasapada MaterialKeramik

14:30-14:40 YuzalmiFernando, RadaMardiansyah

2 Yunaidi JurusanTeknikMesin,PoliteknikLPPYogyakarta

RMA-008 PerbandinganKekerasan,Struktur Mikro,Komposisi Kimiadan Kekuatan TarikRantai dan SproketSepeda MotorProduk Asli, OEMdan Non-OEM


3 RoniNovisonFirmanRidwan


RMA-009 Analisa KandunganGas CO2 TerhadapVariasi Temperaturdan Waktu padaProsesPenyangraian


4 Adee M.Ilham, IsPrimaNanda


RMA-010 Analisis Efek dariSistem STUCCOTerhadapPermeabilitas padaCetakan KeramikInvestment Casting


5 Mulyanef,Rio Ade,Duskiardi

JurusanTeknik MesinUniversitasBung Hatta

REN-001 Kaji EksperimentalAlat PengolahanAir Laut EnergiSurya UntukMenghasilkanGaram dan AirTawar


6 Novita SaridanIskandar R.,MT


REN-002 Potensial LimbahKulit Durian(Durio ZibethinusL.) Sebagai BahanPenghasilan Biogas


xvi

dengan VariasiCampuran danRasio C/N

7 WahyuHidayat,AepSuharto,AnwarIlmarRamadhan

JurusanTeknikMesin,UNISMABekasi

REN-003 Analisi PengaruhTubukensiTerhadapHomogenitasCampuran Udaradan Bahan Bakardalam RuangSilinder MotorBensin denganSimulasi CFD(ComputationalFluid Dynamic)


xvi

DAFTAR ISI

Sambutan Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Andalas ............................iSambutan Dekan Fakultas Teknik Universitas Andalas ......................................iiSponsor dan Organisasi Pendukung .....................................................................iiiPanitia Pelakasana ...................................................................................................ivDewan Redaksi .........................................................................................................ivTopik Seminar ..........................................................................................................vKeynote Speakers ......................................................................................................vSusunan Acara .........................................................................................................viDaftar Isi ...................................................................................................................xvii

INOVASI REKAYASA INDUSTRI

Ranking Criticality of Maintenance Waste Using Modified Fmea ModelAgung Sutrisno .........................................................................................................1

Impelementasi Quality Function Deployment (QFD) Dalam UsahaPeningkatan Kualitas Pelayanan di SwalayanYesmizarti Muchtiar, Heru Zikri Arsyad...............................................................2

Evaluasi Kinerja Tungku Peleburan Logam Buatan SendiriBenny Siantury, Yusep Mujalis, Yosca Octaviano, Tono Sukarnoto,Rianti Dewi Sulamet-Ariobimo...............................................................................3

Analisis Waktu Produksi pada Proses Penyambungan Komponen RakitanRoda Bajak (Ht-Pd-008) dengan Menggunakan Perkakas Bantu Pengelasanuntuk Produksi Masal Komponen-Komponen HydrotillerAdam Malik, Irval Diska .........................................................................................4

Alat Pengaman Pintu Rumah Menggunakan Pin Kode dan Sensor GetarBerbasis Mikrokontroler ATMEGA8535Habibul Fuadi Azni, Zulkifli Amin.........................................................................5

Pengeditan Model Surface Tangan Manusia Hasil 3D Scanner menjadiModel Solid dengan Menggunakan Perangkat Lunak Autodesk 3D MaxDesign dan NetfabbTopan Prima Jona, Zulkifli Amin ...........................................................................6

Optimalisasi Proses Assembly Pesawat Tanpa Awak dengan PendekatanProduct Work Breakdown Structure (PWBS)Dendi Adi Saputra M, Eka Satria, Gusman Arif Pandy ......................................8

xvii

Perancangan Pesawat Tanpa Awak (Unmanned Aerial Vehicle) untukPencitraan Lokasi Siaga Bencana di Sumatera BaratDendi Adi Saputra M, Eka Satria, Gusman Arif Pandy ......................................9

INOVASI REKAYASA ENERGI

Studi Performansi Air untuk Irigasi Pertanian di Desa Sumagek Nagari SumaniKabupaten SolokMulyanef, Kaidir, Duskiardi ...................................................................................10

Potensial Limbah Kulit Durian (Durio Zibethinus L.) sebagai BahanPenghasil Biogas dengan Variasi Campuran dan Rasio C/NNovita Sari, Iskandar R ...........................................................................................11

Analisis Pengaruh Turbulensi Terhadap Homogenitas Campuran Udaradan Bahan Bakar dalam Ruang Silinder Motor Bensin dengan SimulasiCFD (Computational Fluid Dynamic)Wahyu Hidayat, Aep Surahto, Anwar Ilmar Ramadhan. ....................................12

Kaji Eksperimental Performansi Kompor Gas untuk Mengolah Air Lautmenjadi GaramRandi Metra, Mulyanef, Kaidir ..............................................................................13

Monitoring Pemakaian Energi Listrik Gedung melalui WSNZaini, Randi Novaldi ................................................................................................14

INOVASI REKAYASA MATERIAL

Pembuatan Serbuk Ti 64Al 4V dan SS 316L Halus Sebagai Bahan DasarImplan Tulang Berpori Dengan Perlakuan MekanikAdhytia Farma Arsal, Ilhamdi, Gunawarman ......................................................15

Pembuatan Serbuk Ti 6Al 4V Dan Stainlees Steel 316L yang Halussebagai Bahan Dasar Implan Tulang Berpori dengan Perlakuan Termo-MekanikWidia Siviyana, Gunawarman, Ilhamdi ................................................................16Pengaruh Rasio Massa Bijih Besi dengan Reduktor dan TemperaturReduksi pada Proses Reduksi Langsung Menggunakan Reduktor ArangKayuIs Prima Nanda, Dafmiko........................................................................................17

xviii

Perilaku Korosi Titanium dalam Larutan Modifikasi Saliva Buatan untukAplikasi OrtodontikSanny Ardhy, Gunawarman, Jon Affi ....................................................................18

Pengaruh Perlakuan Termomekanik terhadap Keuletan Paduan Ti-6Al-4VUntuk Aplikasi OrtopediAbdul Ajiz, Gunawarman, Jon Affi........................................................................19

Karakterisasi dan Uji Keras Titanium Tipe β Ti-12CrNurbaiti , Gunawarman, Jon Affi...........................................................................20

Penggunaan FTIR untuk Menentukan Kaberadaan Phasa pada MaterialKeramikSlamet Priyono, Titik Lestariningsih, Bambang Prihandoko ..............................21

Perbandingan Kekerasan, Struktur Mikro, Komposisi Kimia, DanKekuatan Tarik Rantai Dan Sproket Sepeda Motor Produk Asli, OEM,Dan Non-OEMYunaidi ......................................................................................................................22

Analisa Kandungan Gas CO2 Terhadap Variasi Temperatur dan Waktu padaProses PenyangraianRoni Novison, Firman Ridwan................................................................................23

INOVASI REKAYASA MEKANIK

Analisis Efek dari Sistem Stucco Terhadap Permeabilitas pada Cetakankeramik Investement CastingIs Prima Nanda, Adee M. Ilham .............................................................................24

Digital Technical Documetation with PDM WorkgroupR.K Arief ...................................................................................................................25

Pembuatan Mesin Penyortir Produk Berdasarkan Warna BerbasisMikrokontroler Arduino UNO R3Lovely Son, Fadli Hafizulhaq..................................................................................26

Penghitungan Numerik Beban Kritis Buckling Struktur Kolom Bertingkat(Stepper) Akibat Beban Tekan Aksial Berbasiskan Metode Beda HinggaEka Satria, Farla Kurnia, Jhon Malta, Mulyadi Bur. ..........................................27

Kode Makalah: IND-001 Prosiding Seminar Inovasi Teknologi dan Rekayasa Industri 2015Universitas Andalas, Padang, 03 November 2015

1

Ranking Criticality of Maintenance Waste Using Modified FMEA Model

Agung Sutrisno

Department of Mechanical EngineeringSam Ratulangi University

Kampus Bahu, Manado, Sulawesi Utara 95115E-mail:[email protected]

Abstract

Motivated by growing importance of sustainability issues nowadays, endeavour to improve criticality assessmentmodel to rank factors affecting the occurrence of non-value added operation in industrial practice is important.While studies focusing on the performance improvement of Failure Mode and Effect Analysis (FMEA) areabundantly available in product design and manufacturing, the situation is in contrary in maintenance engineeringdiscipline. This study shows an improved modification of FMEA model to rank the criticality of maintenance wastefrom maintenance operation. An illustrative example of the proposed model is demonstrated using case examplefrom industrial maintenance practice is given.

Keywords: Modified FMEA, Maintenance Waste, Waste Priority Index (WPI) and Risk Priority Number(RPN).

1. Introduction

Driven by growing issues pertaining to sustainability,creating an improved methodology for accessingwaste is important (Garreti and Taisch, 2013). Whilethe role and contribution of studies advancingsustainability from product design and manufacturingdiscipline are abundantly available in literature, thesituation is contrary from maintenance managementand engineering discipline. According toVentakasubramanyan (2005), contribution ofmaintenance discipline supporting sustainablemanufacturing operations is still mostly focus onextending equipment lifetime. Motivated by scarcityon studies to support creation of sustainablemanufacturing operation from maintenanceperspective, this paper intended to proposemodification of the engineering tool, the FMEA, tominimize the waste of maintenance activities fromthe lean manufacturing perspective. In attempt toreach above goal, first, we proposed an improveddecision support model for ranking maintenancewaste. Next, the proposed model is applied intoelectricity generating company. Discussions andopportunities for further investigation are given inconclusion.

2. Waste Priority Number-Model Development2.1. Probability of Waste Occurrence and Avoidability

Difference from the formulation of the Risk PriorityNumber (RPN) in Conventional FMEA, in themodified FMEA of this study, the probabilitycomponents are split into two, probability of wasteoccurrence and probability of waste avoidance.

The waste probability avoidance score reflects theprobability of the maintenance waste avoidance duringmaintenance operation. Considering that probability ishaving a score ranging from 0 to 1, the determinationof maintenance waste avoidance score is based onnumerical value between 0 and 1. Numerical score 0represents impossibility of a particular waste mode tobe avoided and 1 represent the certainty to avoid themaintenance waste occurrence. Meanwhile, the wasteoccurrence scale represents the possibility of aparticular waste will occur as in conventional FMEA.

2.2. Waste Detect ability OccurrenceBy using control or inspection methods owned by firm,companies can determine the scale of waste ease ofdetection. In other words, wastes detect abilityoccurrence representing the probability of company’sability to detect the occurrence of specific waste. Thescale of waste detectability occurrence is similarlybased on 0-1 scale as in previous probability scale.

2.3 Waste Severity ScoreThe occurrence of a particular waste will cause manyconsequences. Those could be in the form of increasedlead time, dissatisfied consumers, safety matters,


2

financial losses and others. Evaluation of the wasteoccurrence should consider many aspects such aseconomics, environmental, safety, reputational and soon. Considering that maintenance waste may havemany consequences in terms of negative technological,economical, safety reputational impact; the use ofmulti criteria decision tool such as the AHP can aiddecision makers in appraising severity of maintenancewaste consequences using multiple criterion ( Singhand Kulkarni, 2013).

Finally waste priority number (WPN) which representsthe criticality of waste occurrence is obtained bymultiplying the score of waste probability componentswith waste detectability occurrence and itsconsequences.

3. Research Methodology

In an attempt to validate the proposed modified FMEAmodel, a case study type research is used The companywhere the case example applied is electricitygenerating company. To achieve the targeted researchgoals, company visit, interviews, departments meetingand investigating archival documents frommaintenance and operations unit of the company areperformed. For obtaining relevant data pertaining tohow maintenance and operation are practiced in itseveryday activities, interview with maintenance,quality assurance and operations manager who hasmore than 15 years of working experiences isconducted. In attempt to demonstrate the proposedmodel for accessing the risk of maintenance wastecauses, the criteria used to access the severity ofmaintenance waste consequences are expected costincurred when a particular waste occurred, customerdissatisfaction, the impact of maintenance waste to theenvironment and electricity generating lead time. Theelectricity generating lead time is defined as the timespan from the occurrence of the maintenance workorder request until the success on generating electricitydue to the completion of maintenance work. Theweight of the maintenance waste category was basedon the pair wise comparison among aforementionedcriteria using the AHP method. The result of suchquantification is given in table 1.4. Result and Discussion

Table 1. A Modified FMEA Sheet of Case Example

Waste Mode P D S WPN RankAdditionalWaiting time spentfor executingMaintenance process

0.1 0.7 0.011 0.0077 2

DuplicatingMaintenance Data

0.3 0.5 0.080 0.0120 1

ErroneousMaintenanceactivities

0.2 0.7 0.027 0.0037 3

Referring to case example, duplicating maintenancedata becomes the most critical waste to be remediedfollowed by additional waiting time for maintenanceprocess and the least waste, erroneous maintenanceactivities.

Determining an improved model for maintenancewaste reprioritization is important for supporting therealization of sustainable manufacturing. In this study,a new model for accessing the criticality ofmaintenance waste occurrences. Pertaining to itsbenefits on offer, this study offers many benefits toboth of practical and theoretical purposes. First, themodel proposes probability components of failureanalysis into two components different from previousmodified FMEA references, probability of wastemode avoidance, which in our opinion, is inherent infailure assessment and overlooked by previousmodified FMEA components. Second, it presents onthe utilization of multi criterion aspect in appraisingthe severity of maintenance waste effects making itenable to adapt the real situation where decisionmakers usually using many criterion in decliningtheir decision. And at last, it develops a framework ofmodified FMEA model for accessing the risk ofmaintenance waste occurrence in which to ourknowledge, is vacant in previous study.Despite the contributions offered, some limitationsare observable in the proposed modified FMEAmodel. First, depending on its application context,difference industrial settings may give differentmaintenance waste modes and in consequencesdifferent waste priority number will be exist.

5. ConclusionsIn this paper, an improved model for evaluating thecriticality of maintenance waste mode is proposed.The model presents new components for criticalityassessment of maintenance waste modes usingmodification of FMEA. Different from previous works,probability of waste avoid ability aspect is consideredthus enable to consider the companies’ avoidabilitycapability in dealing with specific maintenance wasteoccurrence. Meanwhile, the use of AHP (AnalyticalHierarchy Process) in accessing the hierarchy ofmaintenance waste consequences enables manager toconsider many qualitative and quantitative criteria onimpact of maintenance waste occurrence. Intended tofill in the gap on reference focusing the application ofmodified FMEA in dealing with maintenance waste, inthis study opens many further opportunities forinvestigations. For instance, in some situations,solving the root cause of maintenance waste usuallyconsider contradiction among competing solutions. In


3

resolving above situation, extending this study byutilizing the TRIZ method for selection correctiveaction in modified FMEA is a new opportunity forstudy.

Acknowledgements

The author thanks Sam Ratulangi University forfunding this study under RUU Scheme 2015.

Nomenclature

P Probability of waste occurrencesDS

WPN

Detectability of waste occurrencesSeverity of waste consequences

Waste Priority Number.

References

Garetti, M., and Taisch, M. SustainableManufacturing: Trend and Research Challenges.Production Planning and Control, Vol.23, no. 2-3,(2013).

V. Venkatasubramanian. Prognostic and DiagnosticMonitoring of Complex Systems for Product LifecycleManagement: Challenges and Opportunities.Computers and Chemical Engineering, Vol. 29, No.6,(2005).

Constantino, F., Giulio, D.G., and M.Tromci,Integrating Environmental Assessment of FailureModes in Maintenance Planning of ProductionSystems. Applied Mechanics and Materials, Vols. 295-298,( 2013)

Mahto, D. and Kumar, A. Application of Root CauseAnalysis in Improvement of Product Quality andProductivity. Journal of Industrial Engineering andManagement System, Vol.1, No.2, (2008).Singh, R.K. and Kulkarni, M.,S. Criticallity Analysisof Power Plant Equipments Using AHP. InternationalJournal of Industrial Engineering and Technology,Vol.3, Iss.4. (2013)


1

IMPELEMENTASI QUALITY FUNCTION DEPLOYMENT (QFD)DALAM USAHA PENINGKATAN KUALITAS PELAYANAN DI SWALAYAN

Yesmizarti Muchtiar1), Heru Zikri Arsyad2)

1)Jurusan Teknik Industri Universitas Bung Hatta.Kampus III Proklamator, Jl. Gajah Mada No. 19 Olo Nanggalo Padang

2)Alumni Teknik Industri Universitas Bung HattaE-mail: [email protected]

Abstrak

Banyaknya usaha sejenis akan menimbulkan kompetisi diantara usaha tersebut. Demikian juga halnya denganusaha swalayan, sehingga menuntut setiap swalayan untuk lebih meningkatkan kualitas layanan yang diberikan.Salah satunya Supermaket X yang melakukan perbaikan terhadap kualitas pelayanan yang telah mereka berikan.Upaya perbaikan diawali dengan pengukuran kualitas layanan yang bertujuan untuk mengindentifikasi kepuasandan harapan yang diinginkan pelanggan. Kuesioner yang diberikan memiliki 18 variabel pertanyaan yangdikelompokkan kedalam 5 dimensi kualitas yaitu Tangible (Bukti Fisik), Reliability (Keandalan), Assurance(Jaminan), Responsiveness (Daya tanggap) dan Empaty. Selanjutnya, dilakukan pengukuran tingkat kepuasan dantingkat harapan dengan menggunakan metoda Service Quality, maka didapatkan nilai dari 18 variabel pertanyanyang diajukan. Dari 18 variabel yang diukur kesenjangannya, semua variabel masih bernilai negatif, menandakanharapan yang diinginkan konsumen belum dapat dipenuhi oleh pihak swalayan. Suara konsumen adalah faktoryang terpenting dalam menjalankan usaha. Dengan hasil Serqual digunakanlah House Of Quality pada metodaQFD untuk melihat prioritas perbaikan pelayanan yang harus ditingkatkan oleh pihak Swalayan. Hasil dari QFDini adalah: profesionalisme karyawan, sarana dan prasarana, adanya customer service, strategi pemasaran, adanyajadwal dan promosi dan tampilan/display.

Keywords: kompetisi, harapan, kepuasan, suara konsumen

Pendahuluan

Pengukuran kepuasan pelanggan swalayan terhadappelayanan jasa yang telah diterima merupakan suatuhal yang harus dilakukan dalam berkompetisi,terutama untuk usaha sejenis yang sangat banyak.Swalayan adalah suatu usaha yang dipengaruhi olehpelanggan. Pola pelayanan yang diterapkan olehmanajemen perusahaan adalah pelayanan yangberorientasi pada konsumen. Hal ini disebabkan olehsistem pasar yang berdasarkan pada kehendak danpilihan individual dari masing-masing pelanggan.Pada sistem ini, konsumen sangat menentukan bentukpelayanan seperti apa yang seharusnya diberikan olehpihak manajemen, kepada konsumen mana pelayanantersebut ditujukan dan sumber-sumber apa yang dapatdigunakan untuk menerapkan sistem pelayanantersebut.Penerapan pola pelayanan yang tepat memerlukanpengetahuan mengenai adanya perbedaan persepsidan tanggapan konsumen serta kriteria-kriteriakepuasan konsumen atas pelayanan yang diberikan

pihak manajemen. Guna memenangkan persaingan,maka pihak manajemen harus mengetahui sejauhmana tingkat kepuasan konsumen terhadap kualitasjasanya. Fasilitas dan layanan seperti apa yangdiharapkan konsumen atas fasilitas serta layananswalayan.

Metoda Eksperimen & Fasilitas Yang Digunakan

Penelitian diawali dengan metoda Service Qualitymenggunakan 18 variabel pertanyaan yangdikelompokkan kedalam 5 dimensi kualitas yaituTangible (Bukti Fisik), Reliability (Keandalan),Assurance (Jaminan), Responsiveness (Daya tanggap)dan Empaty. Dari 18 variabel yang diukurkesenjangannya, semua variabel masih bernilainegatif, menandakan harapan yang diinginkankonsumen belum dapat dipenuhi oleh pihak swalayan(Muchtiar, 2015).


2

Gambar 4.1 Diagram Kesenjangan

Mengaplikasikan pendekatan QFD dengan House ofQuality (HOQ) untuk memperjelas action plan darisini dapat diketahui persepsi dari konsumen danpihak swalayan sehingga dapat memperbaiki sistemjasa yang ditawarkan.

Hasil dan Pembahasan

Pembentukan House Of Quality1. Pembentukan Sub Matrik WHAT’SCustomer needs diperoleh dari hasil perhitungan skorservqual atribut yang bernilai negatif. Inimenandakan bahwa performansi atribut tersebutmasih berada dibawah tingkat harapan pelanggan.

Tabel 1. Customer needsNo Variabel

1 Lokasi yang mudah dijangkau dan strategis2 Tempat parkir yang nyaman3 Fasilitas yang diberikan pihak swalayan4 Besarnya Harga barang yang dijual..........................................................15 Kebersihan dan kenyamanan dalam maupun luar

ruangan16 Kemudahan pelanggan meminta bantuan kepada

karyawan17 Sistem komunikasi yang baik antara karyawan dan

konsumen18 Memunculkan barang-barang dengan merk terbaru

yang masih langka dipasaran

2. Pembentukan Planning MatrikImportance to CustomerTingkat keinginan konsumen diperoleh dari hasilpenyebaran kuesioner terhadap tingkat harapan daritiap-tiap elemen keinginan dan kebutuhan pelangganberdasarkan skala yang telah ditetapkan.Masing-masing variabel didapat dari daftar harapanatau keinginan konsumen, seperti Tabel 2.Dari hasil pengolahan data pada Tabel 2, makadapat diketahui bobot masing-masing tingkat harapanpelanggan terhadap pelayanan swalayan. Pada tabelini dapat dilihat seberapa penting atribut tersebutberdasarkan keinginan pelanggan. Setiap atributdiberi bobot antara 1 sampai 4 berdasarkan skala

likert, jika tingkat harapan 4 berarti menunujukkanbahwa karakteristik yang ada sangat dibutuhkandalam pelayanan.Dari hasil pengolahan data pada tabel 2, didapat hasildari tahapan ini yang dibuat dalam planning matrixseperti terlihat pada Tabel 3.

3. Pembentukan Sub matrik HOW’sSub matrik HOW’s didapatkan dari hasil wawancaradan diskusi dengan pihak swalayan. Wawancara dandiskusi yang dilakukan dengan pihak swalayan akanmenghasilkan Technical Response yang berhubungandengan swalayan untuk memenuhi keinginankonsumen seperti pada Tabel 4.

4. Pembentukan Sub Matrik RelationshipSub matrix relationship digunakan untuk mengetahuikarakteristik kualitas yang mendapatkan perhatiandari pihak swalayan untuk meningkatkan kualitaspelayanan, yang didapatkan dari hasil wawancara dandiskusi dengan pihak swalayan. Hubungan yangmungkin terjadi antara lain sebagai berikut :a. Hubungan yang lemah (lambang bobot = 1)Menunjukkan bahwa perubahan besar pada kuantitasatau kualitas HOW’S mengakibatkan sedikit atautidak ada perubahan pada tingkat kepuasankonsumen.b. Hubungan yang sedang ( lambang bobot = 3)Menunjukkan bahwa sedikit perubahan padakuantitas kualitas HOW’S mengakibatkan terjadinyaperubahan yang signifikan pada tingkat kepuasankonsumen.c. Hubungan yang kuat (lambang bobot = 9)Menunjukkan bahwa sedikit perubahan padakuantitas atau kualitas HOW’S mengakibatkanterjadinya perubahan yang signifikan pada tingkatkepuasan konsumen.Hubungan antara customer needs dengan technicalresponse pada Megaprima swalayan dapat dilihatpada Tabel 5.

5. Pembentukan Sub Matrik Technical CorelationPembentukan technical correlation untukmenunjukkan pengaruh karakteristik kualitasterhadap karakteristik kualitas lainnya. Tingkatkorelasi yang digunakan adalah sebagai berikut :

1. Korelasi yang sangat positif ( simbol )Menunjukkan perubahan yang terjadi padakebutuhan desain dapat langsung memberikandampak positif terhadap kebutuhan yang lain.

2. Korelasi yang positif ( simbol )Menunjukkan perubahan yang terjadi padasuatu kebutuhan desain dapat langsungmemberikan dampak positif terhadapkebutuhan desain yang lainnya, dengan kadaryang lebih rendah dari korelasi sangat positif.

3. Korelasi yang sangat negatif ( simbol )


3

Menunjukkan perubahan yang terjadi padasuatu kebutuhan desain dapat langsungmemberikan dampak negatif terhadapkebutuhan desain yang lainnya.

Technical correlation dapat saling berhubungan satusama lainnya baik hubungan yang saling mendukung

(hubungan positif) maupun yang saling melemahkan(hubungan negatif). Untuk memudahkan analisismaka dimasukkan hubungan ini dibagian atas rumahkualitas seperti pada Gambar 2.

Tabel 2. Customer ImportanceCustomer

NeedsFrekuensi

Skor Keterangan CustomerImportance4 3 2 1

1 26 24 0 0 176Sangat

diharapkan4

2 25 25 0 0 175Sangat

diharapkan4

3 9 35 6 0 153 Diharapkan 3

4 23 27 0 0 173Sangat

diharapkan4

………………………………………………….

15 17 33 0 0 167Sangat

diharapkan4

16 13 36 1 0 162 Diharapkan 317 15 31 4 0 161 Diharapkan 318 9 38 3 0 156 Diharapkan 3

Tabel 3.Planning matrixCostumer

Needs 4 3 2 1

1

234

…………………………..15161718

Tabel 4. Technical ResponeCustomer needs Technical respone

Lokasi yang mudah dijangkau dan strategisTampilan/DisplaySarana dan prasarana

Tempat parkir yang nyaman Sarana dan prasaranaFasilitas yang diberikan pihak swalayan Sarana dan prasaranaBesarnya Harga barang yang dijual Strategi pemasaran

……………………………………Kebersihan dan kenyamanan dalam maupunluar ruangan

Profesionalisme karyawan

Kemudahan pelanggan meminta bantuan kepadakaryawan

Adanya customer serviceProfesionalisme karyawan

Sistem komunikasi yang baik antara karyawandan konsumen

Profesionalisme karyawanAdanya customer service

Memunculkan barang-barang dengan merkterbaru yang masih langka dipasaran

Strategi pemasaranAdanya jadwal dan promosi


4

6. Perhitungan Prioritas Technical ResponseBesarnya technical response merupakan penilaianyang dihitung berdasarkan tingkat keterhubungan(relationship matrix) antar technical responseterhadap keinginan pelanggan.

Bobot technical response merupakan suatu ukuranyang menunjukkan technical response yang perlumendapatkan perhatian atau diprioritaskan dalamhubungannya. Perhitungan terlihat pada Tabel 6..

Tabel 5. Hubungan Customer needs dengan Technical responeCustomer needs Technical respone Relationship

Kuat Sedang lemah

Lokasi yang mudah dijangkau danstrategis

Tampilan/Display

Sarana dan prasarana

Tempat parkir yang nyaman Sarana dan prasarana

Fasilitas yang diberikan pihak swalayan Sarana dan prasarana

Besarnya Harga barang yang dijual Strategi pemasaran

…………………………………………..

Kemudahan mendapatkan pelayananpembelanjaan


Strategi pemasaran

Keramahan karyawan Profesionalisme karyawan

Keamanan lingkungan yang membuatpengunjung menjadi nyaman

Sarana dan prasarana

Kebersihan dan kenyamanan dalammaupun luar ruangan


Tabel 6. Technical correlationKarakteristik kualitas Karakteristik lainnya HubungannyaTampilan/Display Sarana dan prasarana Positif

Sarana dan prasaranaTampilan/Display PositifProfesionalisme karyawan Positif


Sarana dan prasarana Positif

Adanya customer service Positif

Strategi pemasaran Positif

………………………………….

Adanya jadwal dan promosi Strategi pemasaran Positif

Adanya customer serviceStrategi pemasaran PositifProfesionalisme karyawan Positif

Tabel 6. Prioritas Karakteristik TeknikTechnical response AbsoluteImportance Relative importance (%) Prioritas

Tampilan / Display 36 5,17 6Sarana dan prasarana 162 23,28 2Profesionalisme karyawan 180 25,86 1Strategi pemasaran 102 14,66 4Adanya jadwal dan promosi 90 12,93 5Adanya customer service 126 18,10 3


5

Tam

pila

n/D

ispl

ay

Sara

nada

npr

asar

ana

Prof

esio

nalis

me

kary

awan

Stra

tegi

pem

asar

an

Ada

nya

jadw

alda

npr

omos

i

Ada

nya

cust

omer

serv

ice

Impo

rtanc

eof

wha

t’s

Gambar 2. House of Quality

Kesimpulan

Dari hasil analisis dengan pendekatan QFD (Qualityfunction Deployment) dapat ditentukan prioritaskarakteristik pelayanan yang harus diperbaiki dandipenuhi oleh pihak Megaprima Swalayan adalahsebagai berikut :1. Profesionalisme karyawan2. Sarana dan prasarana3. Adanya customer service4. Strategi pemasaran5. Adanya jadwal dan promosi6. Tampilan/display

Ucapan Terima kasih

Terima kasih kepada LPPM Universitas Bung Hattayang mendanai penelitian ini.

Referensi

Lou,C.,1995,Quality Function Deployment : How tomake QFD Work For You, Addison-WesleyPublishing Company, California USA.

Muchtiar, Yesmizarti, 2015, Identifikasi KualitasPelayanan Swalayan X dengan MetodaService Quality, Jurnal TeknikIndustri,Universitas Bung Hatta

Tjiptomo, F., Diana, A., 2000, Total QualityManagement, Edisi Revisi,Penerbit Andi,Yogyakarta.


Evaluasi Kinerja Tungku Peleburan Logam Buatan Sendiri

1)Benny Siantury, 2)Yusep Mujalis, 3)Yosca Octaviano, 4)Tono Sukarnoto dan 5)Rianti DewiSulamet-Ariobimo

1,2,3,4,5)Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas TrisaktiGedung Hery Hertanto, Kampus A Universitas Trisakti, Jl. Kyai Tapa No. 1, Grogol, Jakarta 11440

E-mail: [email protected]

AbstrakSebuah prototipe tungku peleburan logam telah dibuat menindaklanjuti proses perancangan.Selanjutnya dilakukan evaluasi kinerja dari prototipe tersebut untuk melihat kemampuan peleburannya.Uji coba prototipe dilakukan dalam 3 tahap. Pada tahap pertama uji coba dilakukan tanpamenggunakan burner, sedangkan pada tahap 2 dan 3 uji coba dilakukan dengan menggunakan burner.Uji coba dilakukan dengan kondisi prototipe kosong. Selain itu juga dilakukan pengukuran temperaturgas panas yang dihasilkan burner. Hasil pengukuran temperatur gas buang pada tahap kedua adalah360OC. Mengacu pada besarnya temperature yang berhasil dicapai dan kondisi asap yang dihasilkanmaka dilakukan beberapa perbaikan. Hasil pengukuran temperatur setelah perbaikan menunjukanterjadinya peningkatan pada temperatur dan perbaikan kondisi asap yang dihasilkan.

Kata Kunci: tungku peleburan; konstruksi tungku; bahan bakar solar; temperatur; asap.

PendahuluanPada umumnya, dinding ruang pemanas padatungku peleburan crucible berbentuk datarseperti terlihat pada Gbr. 1. Desain datar initidak efektif dalam mendistribusikan udarapanas seperti disampaikan pada prinsip Brown,udara panas adalah fluida gas yang bergerakbebas ke segala arah (Nelson, 2001). Gerakanudara panas ini selanjutnya dikenal sebagaigerakan Brown. Gerakan gas acak ke segalaarah secara bebas memungkinkan gas untuksaling bertumbukan dan menyebabkan kerugianpanas (heat losses).

Gambar 1. Desain Umum Dapur Cruscible.

Pada perancangan tungku peleburan logambuatan sendiri (Mujalis dkk, 2014) dilakukan

modifikasi dengan membuat ulir pada dindingruang pemanas sehingga udara panas yang adadapat diarahkan naik dan memanasi kowi secaramerata seperti terlihat pada Gbr. 2 dan Gbr. 3.

Gambar 2. Perancangan Tungku Peleburan [Mujalisdkk, 2014]

Gambar 3. Prototipe Tungku Peleburan {Mujalisdkk, 2014]

Paper ini membahas evaluasi kinerja dariprototipe tungku peleburan logam buatansendiri (Gbr. 4) yang dibuat mengikuti metode


perancangan VDI 2221 (Pahl dan Beitz, 1984)dengan kekhususan adanya alur untuk naiknyaudara panas.

Gambar 4. Prototipe Tungku Peleburan [Mujalisdkk, 2014]

Metoda PenelitianProses uji coba tahap pertama dilakukan ketikatungku peleburan sudah terbentuk sempurnadan dipasang pada dudukannya. Adapun tujuandari uji coba ini adalah untuk melihatefektivitas dari alur yang dibuat. Metode yangdigunakan adalah meniupkan udara ke kertasyang dibakar pada mulut lubang burner danmelihat ada tidaknya asap yang keluar.

a. Tampak Atas b. Tampak DepanGambar 5. Posisi Thermocouple

Proses uji coba tahap kedua dilakukan denganmenggunakan burner. Tungku dalam keadaankosong dan tertutup. Proses uji coba inidilakukan setelah diperoleh hasil positif dari ujicoba tahap pertama.Sedangkan uji coba tahap ketiga dilakukansetelah dilakukan perbaikan berdasarkan hasilpengujian tahap kedua. Thermocouple yangdigunakan pada pengujian ini diletakan padabagian permukaan kowi seperti terlihat padaGbr. 5Pada uji coba tahap 2 dan 3 digunakan bahanbakar minyak solar yang memiliki spesifikasidan nilai bakar sesuai dengan surat keputusanDirektur Jendral Minyak dan Gas Bumi No.

3675/K/24/DJM/2006 tanggal 17 Maret 2006.Selain itu sebelum dilakukan uji coba tahap 2dan 3, terlebih dahulu dilakukan pengukurantemperatur nyala burner (solo run test atau freeburner).

Hasil dan PembahasanHasil uji coba tahap pertama dapat dilihat padaGbr. 6. Terlihat keluarnya asap pada Gbr. 6.b.menunjukan bahwa ulir bebas hambatansehingga udara panas dapat mengalir sempurna.

a. Kertas pada Mulut Burner b. Asap PutihGambar 6. Prototipe Tungku Peleburan

Selanjutnya dilakukan pengukuran temperaturudara panas yang dihasilkan oleh burner. Hasilpengukuran menunjukan bahwa temperaturudara panas adalah 950OC. Setelah diperolehhasil pengukuran temperatur udara panas makadilanjutkan dengan uji coba tahap 2, yaitupengujian dengan memasang burner padatungku peleburan. Hasil uji coba menunjukanbahwa temperatur udara panas pada bagian atastungku adalah rata-rata 360OC. Adanyaperbedaan antara temperatur udara panas yangdihasilkan oleh pengujian free burner denganuji coba tahap 2 menunjukan terjadinyapenyerapan udara panas oleh dinding kowi.Tingginya asap yang keluar menunjukan bahwaudara panas yang keluar dari cerobong asapmasih memiliki kecepatan yang terjadi karenaadanya profil alur.Hasil pengukuran temperatur pada uji cobatahap 2 belum memenuhi target yang ditentukankarena adanya aliran balik udara panas keburner. Melihat kondisi ini dilakukanlahevaluasi rancangan. Hasil evaluasi menemukanbahwa jarak burner tip sebesar 10 cm daridinding kowi tidak memberikan cukup ruangbagi gas panas untuk bergerak mencapaikesempurnaan pembakaran. Berdasarkantemuan ini dilakukan perbaikan denganmeninggikan dudukan kowi. Setelah dilakukanperbaikan maka dilakukan uji coba kembali. Ujicoba pertama setelah perbaikan dilakukandengan kondisi terbuka. Hasil pengukurantemperatur pada uji coba ini menunjukan


kenaikan temperatur hingga 342OC. Tetapiketika selanjutnya dilakukan uji coba keduadengan kondisi tertutup ternyata hasilpengukuran temperatur turun hingga 300OCdiiringi dengan bunyi dengungan. Ketikadilakukan analisa terhadap asap yang dihasilkanterlihat bahwa pembakaran yang terjadi belumsempurna. Guna mengurangi dengungan dankecepatan gas panas, maka dilakukanpembesaran lubang cerobong asap. Uji cobadalam kondisi tertutup yang dilakukan setelahproses perbaikan menghasilkan pengukurantemperatur maksimum 390OC danberkurangnya bunyi dengungan. Selain itu asapyang keluar terlihat tidak lagi hitam pekat.

Gambar 7. Grafik Hasil Pengukuran Temperatur

Semua hasil pengujian ini dapat dilihat padaGbr. 7. Hasil yang diperoleh menunjukanbahwa terjadi perpindahan panas konveksi daripanas yang dihasilkan oleh burner ke dindingkowi. Selanjutnya perpindahan panas konduksiakan terjadi pada dinding kowi memanaskanskrap didalam kowi sampai melebur.Selanjutnya terlihat juga bahwa gap antarapengukuran temperatur free burner dengan ujicoba tahap 1 dan 2 menunjukan bahwa diametercerobong asap berpengaruh terhadappembentukan temperatur tungku. Ukurancerebong asap yang terlalu kecil akanmenyebabkan terjadinya kepadatan fluida gasdalam tungku karena kecepatan pengeluaran

gas panas menjadi lambat. Kepadatan fluida gasdalam tungku akan mengganggu kinerja burner.Selain itu dalam proses pembakaran diperlukanoksigen. Lubang cerobong asap yang terlalukecil juga akan menghambat masuknya oksigensehingga pembakaran yang terjadi tidaksempurna.

Kesimpulan dan SaranEvaluasi kinerja yang dilakukan terhadapprototipe tungku peleburan logam buatansendiri menunjukan bahwa penggunaan profilulir pada dinding tungku akan membantu gaspanas untuk naik dan memanasi kowi secaramerata. Selain itu untuk mencapai temperaturyang diinginkan maka jarak burner tip danlubang cerobong asap harus diperhatikan.

Ucapan Terima KasihPembuatan prototipe dan evaluasi yangdilakukan ini adalah bagian dari penelitian yangdibiayai oleh Universitas Trisakti.

Referensi- Mujalis, Y., Y. Octaviano, B. Siantury, T.

Sukarnoto dan R. D Sulamet-Ariobimo,Perancangan Tungku Peleburan LogamBuatan Sendiri, Proceeding SeminarInovasi Teknologi dan Rekayasa Industri2014,Universitas Andalas, Padang, 26Agustus 2014.

- Nelson, E, Dynamical Theories ofBrownian Motion, Princeton University,Edisi ke-2, 2001

- Pahl, G. dan W. Beitz, Engineering Design,Springer-Verlag, London, 1984.


1

Analisis Waktu Produksi pada Proses Penyambungan Komponen Rakitan Roda Bajak (HT-PD-008) denganMenggunakan Perkakas Bantu Pengelasan untuk Produksi Masal Komponen-komponen Hydrotiller

1)Adam Malik, 2)Irval Diska

1,2)Jurusan Teknik Mesin FT-UnandKampus Unand Limau Manih, Padang 25163

[email protected]

Abstrak

Kurang memadai kapasitas dan kualitas produksi Industri-industri Alsintan merupakan akar permasalahan utamadalam pengembangan Industri Alsintan Sumbar dalam rangka memenuhi target program swasembada danketahanan pangan Sumbar. Target yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah terpenuhinya produksi AlsintanTraktor Roda Dua oleh Industri-industri Alsintan yang ada di Sumbar dengan meningkatkan kapasitas dan kualitasproduksinya dengan cara pemanfaatan & aplikasi teknologi manufaktur melalui perencanaan proses manufakturyang baik dan optimal. Salah satunya adalah mengupayakan Waktu Produksi sesingkat mungkin dalammemproduksi masal komponen-komponen pada Industri Alsintan tersebut. Penelitian ini bertujuan menganalisisWaktu Produksi pada proses penyambungan Komponen Rakitan Roda Bajak dengan menggunakan Perkakasbantu Pengelasan yang telah dirancang dan dibuat. Penelitian ini nantinya bermanfaat untuk meningkatankapasitas dan kualitas produksi Industri-industri Alsintan Sumbar. Untuk mencapai tujuan (metodologi) dilakukanProses Produksi Penyambungan Komponen Rakitan Roda Bajak dengan menggunakan Perkakas bantu yang telahdirancang dan dibuat, dihitung dan diuji Waktu Produksi selama proses berlangsung kemudian dibandingkandengan Waktu Produksi pada proses penyambungan Komponen Rakitan Roda Bajak dengan menggunakanPerkakas bantu seadanya pada Industri Alsintan (CV Citra Dragon) yang ada di Sumbar. Hasil menunjukkanpenggunaan Perkakas bantu yang telah dirancang dan dibuat menghasilkan Waktu produksi lebih baik.

Kata kunci : Hydrotiller, Rakitan Roda Bajak, Perkakas Bantu, Proses Pengelasan dan Waktu Produksi

Pendahuluan


Skema Numerik


Gambar 1. Example text text text text text.

Kesimpulan

Ucapan Terima kasih

Nomenklatur

Referensi

Ho, C.A. & Sommerfeld, M. Title. Journal, Vol. xx,xxxx-xxxx (2002)


ALAT PENGAMAN PINTU RUMAH MENGGUNAKANPIN KODE & SENSOR GETAR BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535

1,a)Habibul Fuadi Azni dan 2,b)Zulkifli Amin1,2)Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Andalas

Kampus Limau Manis, Padang 25163Email: [email protected], [email protected]

Abstrak

Keamanan dan kenyaman rumah sangat dibutuhkan oleh setiap manusia. mereka ingin rumahnya amandari pencurian dan pembobolan, serta apabila terjadi bencana alam seperti gempa bumi. Mereka bisa keluardengan mudah dari dalam ruangan. Keamanan dan kenyamanan ini tidak selalu dapat diwujudkan karenakurangnya tingkat keamanan dan mahalnya biaya pengamanan ekstra. Salah satu upaya yang dapat digunakanuntuk mengatasi masalah tersebut adalah menggunakan alat pengaman pintu rumah otomatis yang mampumemberikan pengamanan yang lebih baik dan tidak takut lagi akan terkunci didalam suatu ruangan ketika gempaterjadi.

Tulisan ini membahas tentang perancangan alat pengaman pintu rumah menggunakan pin kode dan sensorgetar berbasis mikrokontroler ATMega8535. Langkah-langkah dari pembuatan alat ini adalah merancangrangkaian elektronika, pembuatan sistem mekanik, dan pemograman mikrokontroler AVR ATMega8535 dengansoftware Code Vision AVR. Sistem mekanik alat dirancang agar pintu dapat bergerak secara horizontal. Pintuberdimensi 145 x 95 x 3 mm. Sebagai pengontrol atau pusat kendali digunakan mikrokontroler ATMega8535.Sistem kontrol alat pengaman pintu otomatis ini memiliki input berupa penginputan deret password, penekanantombol push button, dan pendeteksian getaran. Input ini selanjutnya akan membuat pintu bergerak terbuka danmenutup kembali dengan sendirinya. mikrokontroler akan membunyikan buzzer apabila penginputan deretpassword salah dan adanya pemaksaan dalam membuka pintu.

Berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan pada alat pengaman pintu otomatis , alat mampu mendeteksisuatu besaran getaran yang dihasilkan oleh motor dc yang dilakukan dengan memvariasikan sensitifitas sensordalam menerima getaran dan memvariasikan besarnya getaran yang diberikan.

Kata Kunci: Keamanan, kenyamanan, Alat Pengaman Pintu Otomatis, Mikrokontroler ATMega8535, password, getaran,buzzer


Pengeditan Model Surface Tangan Manusia Hasil 3D Scanner menjadi

Model Solid dengan menggunakan Perangkat Lunak Autodesk 3D Max

Design dan NetFabb

1,a)Topan Prima Jona dan 2,b)Zulkifli Amin

1,2Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas AndalasKampus Limau Manis, Padang 25163

E-mail: [email protected], b [email protected]

Abstrak

Modifikasi atau pembuatan anggota tubuh tiruan diminati oleh orang yang sangatmembutuhkannya, seperti orang yang mengalami amputasi kaki atau tangan dan rusaknya gigi. Salah satusolusi untuk masalah di atas adalah pembuatan artificial limbs seperti prosthetic hand. Solusi sepertitangan artificial dan prosthetic sangat diminati pada saat ini. Adanya teknologi reverse engineeringdengan alat 3D Scanner dan tersedianya mesin additive manufaktur memungkinkan untuk membuat tanganartificial. Kondisi inilah yang melatar belakangi tujuan penelitian ini yakni untuk melakukan pengeditanmodel surface tangan manusia hasil 3d scanner menjadi model solid dengan menggunakan perangkat lunakautodesk 3d max design dan netfabb.

Untuk mendapatkan hasil penelitian langkah yang dilakukan untuk menghasilkan tujuan tersebutadalah menentukan objek pengujian, melakukan scan pada tangan manusia dengan alat 3D Handy ScannerExanscan dengan tiga metode dan kemudian dilakukan proses editing dan pengkonversian format dataoutput dari scanner kedalam bentuk yang mampu diakses oleh mesin rapid prototyping.

Pada penelitian ini, dihasilkan sebuah model tangan manusia dalam bentuk model solid denganformat data .stl dengan ukuran 908 KB. Untuk mendapatkan hal ini, telah digunakan dua software yangberbeda yaitu software Autodesk 3D Max Design dan software Netfabb Basic.

Dari penelitian ini didapat kesimpulan bahwa proses reverse engineering dapat diterapkan untukpembuatan prosthetic hand dengan memanfaatkan alat 3D Handy Scanner Exanscan sebagai langkah awaluntuk mendapatkan data untuk mempersiapkan model solid. Untuk dapat menghasilkan model solid denganformat data .stl dan kemudian dapat digunakan pada mesin additive manufacture atau rapid prototypingmaka diperlukan teknik pengambilan data dengan alat 3D Handy Scanner Exanscan dan proses editing.Dengan menggunakan software Netfabb dihasilkan output yang lebih baik daripada software Autodesk 3DMax Design. Output dari Autodesk 3D Max Design memiliki sudut-sudut baru pada nurbs (permukaan tidakberaturan) objek dan hasil editannya tidak dapat mengikuti pola dari nurbs tersebut , sedangkan hasiloutput software netfabb ketika editing dapat mengikuti pola nurbs objek sehingga hasilnya jauh lebih baik.

Kata Kunci: Model, Solid, Surface, 3D scanner, additive manufacture, prototyping, software, editing, konversi,artificial limbs, prosthetic

Pendahuluan

Dalam bidang medical, banyakdiperlukan modifikasi atau pembuatan anggotatubuh tiruan bagi yang diamputasi dan orang yangkehilangan atau cacat anggota tubuhnya akibatkecelakaan atau cacat lahir. Contohnya adanyakaki atau tangan yang diamputasi dan rusaknya

gigi atau rekrontruksi rahang. Dengan adanyaartificial limbs dan prosthetic limbs[1], hal initerkadang dapat membantu.

Pada saat ini telah berkembang metodareverse engineering dan teknologi additivemanufakturing. Reverse engineering [2] adalahpengolahan komponen atau data yang telah adadan dibuat kembali. Salah satu metodepengambilan data reverse engineering yaitu


dengan menggunakan metode scanning denganlaser, seperti penggunaan 3D scanning Exascan.Addictive Manufacturing adalah nama yangdiambil untuk mengambarkan teknologi yangdapat membuat 3D objek dengan cara membacadata dari Computer Aided Design atau CAD danmenambahkan lapisan berturut-turut hinggamenjadi sebuah komponen. Salah satu contohmesin addictive Manufacturing adalah mesin 3D(tiga dimensi) printing [3].

3D scanning dapat men-scan komponentiga dimensi dalam bentuk visual, sedangkan 3Dprinting dapat mencetak atau membuat tiruananggota tubuh yang teramputasi dalam bentukmodel solid [4]. Contohnya ketika tangan kanandiamputasi, maka dilakukan scanning pada tangankiri dan diberikan perlakuan mirror, sehinggadidapat hasil yang sama dengan tangan kananyang diamputasi kemudian dicetak denganmenggunakan 3D printing.

Data sebuah model yang diperoleh dari3D Scanning tidaklah dapat langsung digunakanuntuk dicetak dengan menggunakan mesinadditive manufakturing. Data berupa modelsurface[5] hasil 3D scanning harus dirubahmenjadi model solid dan kemudian dikonversikanmenjadi format data .stl (Standard TriangulationLanguage). Walaupun pada umumnya semuasoftware CAD dapat mengkonversikan modelsolid mejadi format data .stl, tetapi tidak selaludapat menghasilkan file yang dapat di-print olehmesin additive manufakturing.

Pada tulisan ini dibahas tentangpemanfaatan teknologi 3D scaning untukpengambilan data objek anggota tubuh palsu(artificial limbs) manusia yakni tangan berupamodel surface. Kemudian mengolah danmengedit data tersebut menjadi model solid yangnantinya dapat dirubah kedalam format data .stl.File data dalam format .stl yang dihasilkan inidapat di-print oleh mesin additive manufakturing.

Metododologi

Langkah pertama yang dilakukan dalampembuatan model solid tangan palsu (prosthetichand) manusia adalah pengambilan data objekdengan 3D Handy Scanner Exascan sepertiterlihat pada Gambar 1. Sebelum melakukanscanning, maka dilakukan pemasangan titik-titikpositioning target pada objek yang akan di-scan,yaitu objek tangan manusia seperti terlihat padaGambar 2.

Gambar 1. 3D Handy Scanner Exascan[6]

Gambar 2. Positioning target

Setelah dilakukan scanning pada objek,maka hasil output dari scanner dilihat kembalisecara visual apakah output memiliki lubang(cacat) yang memungkinkan untuk diedit atautidak. Jika secara visual tidak memungkinkanuntuk dilakukan proses editing, maka perludilakukan proses scan kembali.

Setelah mendapatkan hasil output dari 3DHandy Scanner Exascan, selanjutnya dilakukanproses editing. Editing pertama denganmenggunakan Software VxElements untukpenampakan real time secara visual hasil dariscanner dan sebagai pengeksport hasil .csfmenjadi .stl file. Software VxElements jugaberfungsi untuk menghapus objek sekunder dariobjek primer (yang tidak diperlukan).

Setelah mendapatkan output dari hasilediting dengan Software VxElemets, maka file .csfdi-export menjadi data .stl sehingga dapat dieditkembali. Editing kedua ini dilakukan denganmenggunakan Software Autodesk 3Dmax DesignInventor dan Software Neftabbsebagai proses editing dari model surface menjadimodel solid. Pada editing kedua ini harusdipastikan bahwa solid model yang dihasilkanharuslah mempunyai volume yang bernilai positifdan volume model harus tertutup (jika diibaratkansebuah wadah, maka wadah tersebut tidak bocorjika diisi air).

Langkah selanjutnya adalahpengkonversian file model solid menjadi modeldengan format data .stl.


Hasil dan PembahasanHasil proses scanning objek berupa

tangan yang diperoleh dari 3D Handy ScannerExascan, kemudian dibuka dengan dua jenisSoftware yakni Netfabb dan Autodesk 3D MaxDesign. Bentuk output jika file dibuka denganSoftware Netfabb sebelum editing dapat dilihatpada Gambar 3.a, sedangkan pada Gambar 3.bmerupakan Gambar 3.a setelah proses editingdimana ketidaksempurnaan pada Gambar 3.a telahdiperbaiki.

Gambar 3.a Input Neftabb Surface Modeling toSolid Modeling

Gambar 3.b Output Neftabb Surface Modeling toSolid Modeling

Bentuk output file yang sama dengan fileGambar 3.a diperoleh dari 3D Handy ScannerExascan. Jika dibuka dengan Autodesk 3DmaxDesign, dapat dilihat seperti pada Gambar 4.a(tampak depan) dan 4.b (tampak bawah).

Gambar 4.a Input Autodesk Surface to Solid(depan)

Gambar 4.b Input Autodesk Surface to Solid(bawah)

File yang sama setelah proses editing dari modelsurface ke model solid dapat dilihat pada Gambar5.a (tampak depan) dan Gambar 5.b (tampakbawah).

Gambar 5.a Ouput Autodesk Surface to Solid(depan)

Gambar 5.b Output Autodesk Surface to Solid(bawah)

Pada saat scanning dapat dilihat pada Gambar 6(tampak bertumpu), bahwa hasil permukaanscanning dengan menumpukan tangan diatasobjek lain akan memiliki hasil permukaan yangjauh lebih baik dari pada hasil scanning tidakbertumpu (steady hand) pada Gambar 7 (tidakbertumpu). Hal ini dikarenakan tidak konstannyapeletakan tangan tanpa tumpuan sehingga terjadi


cacat pada permukaan objek output berbentuktidak beraturan dan berongga.

Gambar 6 Pada Meja

Gambar 7 Steady hand

Penempatan positioning target sangatmenentukan hasil dari output scanner. Karenascanner hanya membaca target secaratriangulation, maka jika positioning targetdiletakkan tidak sesuai dengan triangulation makapada sudut yang dalam tidak akan terbaca padascanner. Hal ini mengakibatkan terjadinya cacatyang dalam pada setiap sudut dari prosesscanning yang tidak tertangkap oleh sensor.

Cara penggunaan positioning target yaitudengan menempelkannya pada permukaan objek.Karena cara penggunaannya ditempel, makasangat mudah terlepas dari kulit yang lembabseperti telapak tangan. Jika saat scanning, salahsatu titik positioning target terlepas, maka ketikadipasang kembali dapat mengubah hasil dariscanning objek tersebut, dikarenakan perubahansudut. Walaupun perubahan peletakan positioningtarget tidak terlihat, maka perubahan yangsederhana itu sangat mempengaruhi perubahanhasil scanner yang menyebabkan tidak mulusnyahasil permukaan objek tangan tersebut.

Proses pengeditan dengan menggunakanSoftware Netfabb dan Software Autodesk 3Dmaxdesign, tidak dapat menghasilkan hasil editingyang nyaris sempurna. Ini dikarenakan hasilscanning yang kurang baik.

Pada pengeditan pemukaan objek tangandari model surface menjadi model solid dengan

menggunakan Software Autodesk 3Dmax design,hasil editan tidak dapat menutup cacat (lubang)dengan mulus, karena pada saat memberikanperlakuan menu ”cap” permukaan justru memilikisudut baru. Penjelasan tersebut dapat dilihat padaGambar 8 berikut.

Gambar 8 Proses Surface scanning

Dilihat dari proses pengeditannya, metodadengan menggunakan menu “cap” tidak dapatdilakukan secara otomatis keseluruh permukaanobjek tangan, melainkan harus menutup cacat(lubang) secara manual dan satu-persatu. Setelahmenyelesaikan semua penutupan cacat (lubang)pada permukaan objek, belum tentu hasilnyadapat dicetak dengan mesin 3D printing. Hal inidikarenakan adanya cacat (lubang) yang tidakdapat dilihat karena sangat kecilnya lubangtersebut.

Kelebihan dari menggunakan SoftwareAutodesk 3Dmax design, yaitu dapat mengolahdata output secara manual dan dapat mengetahuiposisi cacat (lubang) secara visual.

Kekurangan dari menggunakan SoftwareAutodesk 3Dmax design, yaitu hasil permukaanyang tidak mulus, dan sangat susah menemukancacat (lubang) kecil pada permukaan objektangan. Output scanner memiliki hasil resolusiyang cukup tinggi sehingga diperlukan komputeryang spesifikasinya cukup memadai.

Pada pengeditan dari model surfacemenjadi model solid dengan menggunakanSoftware Netfabb, permukaan objek tangan dapatdiedit secara otomatis dengan menu repair. Hasiloutput dari Software Netfabb dapat langsung dicetak dengan 3D printer, karena hasil output telahsolid modeling. Bagus atau tidaknya outputdengan software Netfabb, tergantung dari hasilscanner itu sendiri, apabila hasil scanner baik,maka Software Netfabb ini secara otomatis dapatmenutup cacat (lubang) sesuai dengan alur daritriangunal frameware objek tangan tersebut

Kelebihan dari Software Netfabb, yaituproses editing diproses secara otomatis. Softwareini dapat mengetahui cacat (lubang) pada objek


tangan. Ketika proses repair dilakukan, cacat(lubang) dapat ditutup dengan sempurna sehinggamenjadi model solid dan dapat di-print langsungdengan 3D printer. Dengan menggunakansoftware Neftabb proses rendering relatif cepat,sehingga tidak perlu menggunakan komputerdengan spesifikasi yang lebih.

Kekurangan yang terjadi saat mengeditfile dengan menggunakan Software Netfabb,adalah Software Netfabb yang digunakanmerupakan Software Netfabb basic belum yangpro. Karena menggunakan Software Netfabbbasic, sehingga tidak dapat menggunakan menutoolbars yang lainnya. Fungsi dari Netfabb basicini tidak lain hanya dapat melakukan beberapahal, seperti melakukan pemotongan objek tangan,meng-eksport data hasil penyimpanan, me-repairsecara otomatis, dan merubah skala.

Dilihat dari output yang dihasilkan darikedua Software, hasil solid modeling yang lebihbaik yaitu menggunakan Software Netfabb. Halini dapat dilihat dari hasil editing permukaanobjek tangan tersebut. Hasil output dari SoftwareNetfabb tidak memiliki cacat (lubang) halus padapermukaan objek tangan, sedangkan output dariSoftware Autodesk 3Dmax design, memilikibanyak cacat (lubang) halus pada permukaanobjek tangan.

Kesimpulan

Dari penelitian ini didapat kesimpulan bahwaproses reverse engineering dapat diterapkan untukpembuatan prosthetic hand dengan memanfaatkanalat 3D Handy Scanner Exanscan sebagai langkahawal untuk mendapatkan data untukmempersiapkan model solid. Untuk dapatmenghasilkan model solid dengan format data .stldan kemudian dapat digunakan pada mesinadditive manufacture atau rapid prototyping makadiperlukan teknik pengambilan data dengan alat3D Handy Scanner Exanscan dan proses editingtertentu. Dengan menggunakan software Netfabbdihasilkan output yang lebih baik daripadasoftware Autodesk 3D Max Design. Output dariAutodesk 3D Max Design memiliki sudut-sudutbaru pada nurbs (permukaan tidak beraturan)objek dan hasil editannya tidak dapat mengikutipola dari nurbs tersebut, sedangkan hasil outputsoftware netfabb ketika editing dapat mengikutipola nurbs objek sehingga hasilnya jauh lebihbaik.

Referensi

[1]www.dashburst.com/Picture/handscanningDia

kses pada tanggal 10 juli 2014.

[2] Methodologies and Techniques forReverse Engineering–The Potential forAutomation with 3-D Laser ScannersDavid Page, Andreas Koschan, andMongi Abidi, University of Tennessee,USA. Diakses pada tanggal 10 juli 2014.

[3] Objet User Manual Guide, 3D PrintingSystem Objet 30: http//www.objet.com.Diakses pada tanggal 10 juli 2014.

[4]Introduction to Solid Modeling ParametricModeling manual, Ken Youssefi. Diaksespada tanggal 10 juli 2014.

[5] www.cadlab.tuc.gr/courses/cad/surface-modeling-proe-wf-2.pdf. Diakses padatanggal 10 juli 2014.

[6] Www.creaform3d.com /Training ScriptHandyscan 3d. diakses pada tanggal 10 juli2014.


Optimalisasi Proses Assembly Pesawat Tanpa Awak dengan Pendekatan Product Work BreakdownStructure (PWBS)

Dendi Adi Saputra M1,a *, Eka Satria2,b, Gusman Arif Pandy3,c

1,2,3 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Andalas, Padang - Indonesia

E-mail: a,*[email protected], [email protected],[email protected]

Abstrak

Proses produksi Unmanned Aerial Vehichles (UAV) membutuhkan proses perancangan UAV yang meliputi Disainpesawat seperti (fuselage, wing, horizontal stabilizer, vertical stabilizer, aileron, elevator, tail, dan wing). Prosespembuatan memerlukan waktu yang lama sehingga diperlukan pembagian/perincian struktur pekerjaanberorientasi produk yaitu pendekatan Product Oriented Work Breakdown Structure (PWBS).Komponen-komponen UAV dikelompokan secara permanen berdasarkan karakteristik dan klasifikasinya denganmemperhatikan atribut-atribut Disain dan manufaktur. Pada penelitian ini dilakukan optimalisasi proses perakitanUAV berdasarkan pembagian dan pengelompokkan kerja yang berorientasi produk. Pendekatan metode criticalpath method (CPM) digunakan untuk mengetahui waktu perakitan UAV yang optimal sehingga jadwal prosesproduksi komponen dapat disusun dengan sistematis dan menghasilkan waktu yang lebih efektif dan efisien. Darihasil optimalisasi didapatkan waktu perakitan UAV adalah 139 menit yang dihitung berdasarkan urutan kegiatanyang mengikuti jalur lintasan kritis proses perakitan.

Keywords: UAV, PWBS, optimalisasi, CPM, lintasan kritis

1. Pendahuluan

Unmanned Aerial Vehicle (UAV) adalah sebuahpesawat tanpa awak yang dapat dikendalikan dengankendali jarak jauh. Terdapat dua variasi controlpesawat tanpa awak ini pertama, pesawat dikontrolmelalui pengendali jarak jauh, dan kedua, pesawatyang terbang secara mandiri berdasarkan programyang dimasukkan ke dalam pesawat sebelum terbang.

Proses perancangan UAV yang meliputi disain modelpesawat (fuselage, wing, nose, horizontal stabilizer,vertical stabilizer, aileron, elevator, tail dan boom)sangat sulit, karena airfoil dirancang agar pesawatbisa terbang di udara. Komponen-komponen yangterdapat pada UAV ini banyak sehingga memerlukanwaktu yang lama dalam perakitan serta prosesproduksi yang bervariasi. Oleh karena itu, diperlukanpembagian struktur pekerjaan agar dalam pembuatanUAV berjalan dengan efektif. Dalam prakteknya,pendekatan Work Breakdown Structure (WBS) adalahsebuah struktur yang menggambarkan penguraianpaket kerja ke dalam bagian-bagian yang lebih kecilyang dikelompokkan dalam ciri-ciri tersendiri yangakan dilaksanakan oleh sebuah tim proyek untukmencapai tujuan dan persyaratan tertentu. Dalam

industri pesawat ada dua pendekatan yang digunakanyaitu System Work Breakdown Structure (SWBS) danProduct Work Breakdown Structure (PWBS).

Sistem SWBS sangat berguna dalam melakukaninisialisasi estimasi dan tahapan Disain awal sebuahpesawat. Sistem ini kurang sesuai/akurat jikadigunakan untuk tahapan perencanaan, penjadwalandan eksekusi proses manufaktur yang berorientasipada zona atau produk karena sifatnya yang terlaluluas dalam mengidentifikasi paket kerja sehinggakurang efektif untuk mengontrol material, jam orangdan jadwal pembangunan sebuah pesawat. Skemaklasifikasi perincian pekerjaan berdasarkan produkdapat dilihat dari perspektif pembagian atau perincianstruktur pekerjaan berorientasi Product OrientedWork Breakdown Structure (PWBS)

Komponen-komponen dan sub-assemblydikelompokkan secara permanen berdasarkankarakteristik dan klasifikasinya denganmemperhatikan atribut-atribut Disain dan manufaktur

Beberapa parameter khusus sistem klasifikasi sepertibentuk, dimensi, toleransi, bahan serta jenis dankerumitan pengoperasian mesin produksidipertimbangkan dalam melakukan proses perakitan


UAV. Banyaknya aktivitas dalam pembuatan UAVmenyebabkan perlunya perencanaan yang sistematisyang ditentukan melalui waktu yang optimal danefektif dalam proses perakitan. Metode Critical PathMethod (CPM), digunakan untuk mengetahui lintasankritis dari proses perakitan sehingga akan didapatkanwaktu yang optimal dalam proses perakitan.

2. Spesifikasi UAV

Pesawat tanpa UAV yang dirancang memilikispesifikasi berat total adalah 1,75 kg dengankecepatan terbang minimum 12 m/s (Low SpeedStall). Pesawat harus mampu terbang lambat hingga12 m/s agar stabil pada saat pengambilan foto udaramaupun video monitoring. Disain UAV yang akandirancang bangun dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Disain UAV

Penentuan konsep disain UAV jugamempertimbangkan ketersediaan material UAV yangmudah didapatkan dan proses manufaktur pesawatyang mudah dilakukan. Keterbatasan lokasipenerbangan (lokasi bencana, sungai, pantai, dll),tidak memungkinkan UAV take-off denganmenggunakan landing gear. Untuk itu, UAVdirancang menggunakan konsep (hand launch), yaitupenerbangan dengan lemparan tangan. Spesifikasidecantumkan pada tabel 1. berikut :

Tabel 1. Spesifikasi Rancangan UAV

Berat Maksimum 1,75 kgWing Span 1800 mmAspek Rasio 8Kecepatan Jelajah 12 m/sTake off Hand launch

3. Metodologi

Penelitian ini diawali dengan identifikasi danperumusan masalah, studi literatur dari beberapapenelitian pesawat tanpa awak yang telah dilakukansebelumnya, perancangan, pembuatan dan pengujiandan analisa teknis pesawat tanpa awak (UAV) danpenarikan kesimpulan. Secara garis besar, tahapanpenelitian dapat digambarkan pada flowchart

dibawah ini.

Gambar 2. Flowchart Penelitian

3.1 Identifikasi dan Perumusan Masalah

Latar belakang penelitian merupakan acuan awal daritahapan identifikasi permasalahan yang terjadi yaitupada pesawat tanpa awak. Pengidentifikasian masalahditujukan untuk mengetahui inti permasalahan yangterjadi sehingga dirumuskan menjadi beberapa poinyang merupakan tujuan ataupun target dari penelitianyang akan dilakukan.

3.2 Studi Literatur

Studi literatur dimaksudkan untuk mendapatkanberbagai macam referensi dari bermacam-macamsumber diantaranya buku, jurnal paper atau daribrowsing di internet guna mendukung penyelesaianpenelitian ini. Dari literatur yang didapatkan makadiperoleh sebuah rangkuman teori dasar, konsep sertametode yang tepat dimana dapat digunakan sebagaiacuan dalam melaksanakan penelitian ini. Selain itu,tahap ini dilakukan guna menunjang pencapaiantujuan dan pemecahan masalah dengan pendekatanteori yang sesuai topik penelitian. Studi literatur

Identifikasi dan PerumusanMasalah

Studi Literatur

Perancangan Desain ProsesAssembly dengan Pendekatan PWBS

Proses Assembly

Pengambilan Data Proses Assembly

Analisis Data dengan MetodeCPM

AnalisaHasil

Membuat Jadwal Kegiatanmenggunakan Microsoft Project

Ya

Tidak

Kesimpulan dan Saran


meliputi studi kepustakaan dan review penelitiansebelumnya.

3.3 Membuat Jadwal (Schedule) Kegiatanmenggunakan Microsoft Project

Tahapan ini diawali dari WBS UAV yang dibangun,dilanjutkan dengan mengidentifikasi aktivitas apasaja yang dibutuhkan. Setelah diketahuiaktivitas-aktivitas tersebut, maka dilakukanpengelompokkan aktivitas. Penyusunan urutanaktivitas tersebut harus benar dan sistematis agarjadwal proyek dapat dilaksanakan dengan baik.Aktivitas-aktivitas proyek secara keseluruhan yangakan digunakan sebagai acuan pembuatan jadwalkerja dengan menggunakan program MicrosoftProject 2007 .

3.4 Perancangan Proses Disain Assembly denganPendekatan PWBS

Perancangan ini telah disesuaikan dengan penerapanDisain terkini, dimana gambar dan interim produkdiidentifikasikan. Seperti sebuah skema yangdisesuaikan untuk estimasi dan tahapan Disain awal.Namun, proses produksi sebuah pesawat aktualnyaadalah terdiri dari tahapan pengadaan atau prosesfabrikasi komponen dan menggabungkan komponentersebut untuk disub-assemblies. Artinya, disiniterdapat kombinasi dari beberapa level manufakturuntuk menghasilkan komponen yang lebih besar yangnantinya di rakit menjadi sebuah pesawat. Sehingga,idealnya untuk membagi pekerjaan konstruksipesawat adalah dengan cara fokus terhadapkomponen yang dibutuhkan dan interim produk UAVtersebut. Pengklasifikasian skema yangmenggambarkan interim produk dikenalProduct-Oriented Work Breakdown Structure(PWBS), yang mengidentifikasi komponen konstruksidasar dan proses manufaktur sebuah produk.

3.5 Proses Perakitan

Setelah pembagian tipe dasar kerja berdasarkanperbedaan proses manufaktur antara kerja yang satudengan yang lain dengan pendekatan Product WorkBreakdown Structure (PWBS), tipe-tipe kerja tersebutselanjutnya dibagi ke dalam kelompok fabrikasi dan diassembly. Pada proses ini dilakukan perakitankomponen-komponen UAV dimulai dari tahapanpengadaan atau proses fabrikasi komponen danmenggabungkan komponen- komponen tersebutuntuk di assembly sehingga menjadi sebuah produk.

3.6 Analisis Data Menggunakan Metode CriticalPath Method CPM

Pendekatan dengan PWBS akan menghemat waktupengerjaan lebih cepat karena proses pengerjaannyabisa dalam waktu bersamaan, tetapi memerlukan

accuracy (ketepatan) control dalam pemasangan.Oleh karena itu diperlukan critical path methode agarwaktu dalam perakitan dapat diketahui dengan pasti.

Konsep waktu yang dipakai adalah :

ES (earliest start time) = waktu tercepatdimulainya sebuah aktifitas, yaitu lintasanterpanjang yang menuju sebuah kejadian.

EF (earliest finish time) = waktu tercepatdiselesaikannya sebuah aktifitas EF = ES +waktu aktiftas.

LF (latest finish time) = waktu paling lambatdiselesaikannya sebuah aktifitas.

LF = waktu penyelesaian proyek – waktu darilintasan terpanjang penyelesaian proyek.

LS (latest start time) = waktu paling lambatdimulainya sebuah aktifitas LS = LF – waktuaktifitas.

Slack = waktu yang dimiliki oleh sebuahaktifitas untuk bisa diundur tanpamenyebabkan keterlambataan proyekkeseluruhan. Slack = LS – ES atau LF – EF(LS – ES = LF - EF).

Critical path = aktifitas yang mempuyai ES =LS.

4. Hasil dan Pembahasan

4.1 Work Breakdown Structure (WBS)

WBS menunjukan aktivitas-aktivitas proyek secarakeseluruhan yang digunakan sebagai acuanpembuatan jadwal kerja dengan metode CPM yangkemudian dikerjakan dengan menggunakan programMicrosoft Project 2007. WBS digunakan untukmembagi pekerjaan yang ada di proyek hingga levelaktivitas.

4.2 Engineering, Procurement dan Construction(EPC)

Sistem WBS yang akan diterapkan pada merupakankombinasi antara SWBS dan PWBS. KonsepEngineering, Procurement dan Construction (EPC)akan diadopsi sebagai salah satu acuan dalammenyusun WBS proyek pembuatan UAV dapatdilihat pada Gambar 3 dibawah ini.


Gambar 3. Konsep EPC pada Work BreakdownStructure (WBS) Pembuatan UAV

4.3 Product Work Breakdown Structure (PWBS)

Product Work Breakdown Structure (PWBS) dapatdicontohkan pada bagian Construction. Dimana padabagian construction, dibreakdown menjadi beberapagrup utama yang terdiri dari Airframe, Propulsion,dst. Dari grup utama akan dibreakdown lagimenjadi bagian-bagian terkecil menurut interimproduct (PWBS). Skema pembagian untuk UAVsystem dapat dilihat pada Gambar 4 berikut ini:

Gambar 4. Bagan PWBS pada Pembuatan UAV

4.4 Identifikasi Aktivitas

Tahapan ini diawali dari WBS UAV yang dibangun,dilanjutkan dengan klasifikasi interim produk darigrup utama dan mengidentifikasi aktivitas apa sajayang dibutuhkan. Setelah diketahui aktivitas-aktivitastersebut, maka dilakukan pengelompokkan aktivitas.Penyusunan urutan aktivitas tersebut harus benar dansistematis agar jadwal proyek dapat dilaksanakandengan baik.

Gambar 5. Model Perumusan Aktivitas PembuatanUAV berdasarkan Product Work Breakdown Structure

(PWBS)

Identifikasi aktivitas pembuatan UAV berdasarkanmodel yang terlihat pada Gambar 4. Dimulai denganmelakukan breakdown terhadap system UAV yangdirancang. Banyaknya aktivitas dalam pembuatanUAV, maka dilakukanlah pen gelompokan aktivitaslangsung yaitu aktivitas yang berhubungan denganproses pembuatan UAV secara langsung. Langkahpendefinisian aktivitas tersebut mengikuti flowchartdapat dilihat pada Gambar 6.

Gambar 6. Flowchart pendefinisian aktivitas

4.5 Optimalisasi Proses Assembly UAV

Setelah dilakukan proses pembagian kerja aktivitasdalam pembuatan UAV, maka tahap selanjutnyaadalah dilakukannya proses assembly. Dimana padatahap ini semua komponen yang akan di assemblydipersiapkan terlebih dahulu karena pada prosesassembly part-part yang terdapat pada UAV inibanyak, sehingga memerlukan waktu yang lamadalam perakitan. Di dalam kegiatan pembagianaktivitas pembuatan UAV yang dilakukan ada 85kegiatan. Dalam hal ini, ditampilkan 28 kegiatanproses assembly yang terbagi kedalam beberapalokasi mulai dari persiapan komponen wing sampaidengan pemasangan receiver. Adapun Tabel 1merupakan tabel nama kegiatan assembly yang akanmenjadi data untuk laporan tugas akhir ini, dan sudahdilengkapi dengan predeccesors dan durasi padasetiap kegiatan serta letak posisi kegiatan itu berada.Berikut ini adalah data aktivitas assembly UAV yangtelah dilakukan.


Tabel 1. Data Assembly

Daftar kegiatan diatas berguna untuk membentukjaringan kerja yang diolah dengan menggunakanmetode Critical Path Method (CPM). Dalam kegiatanproyek untuk assembly UAV akan diketahuipenerapan Critical Path Method (CPM) dalammerangkai komponen-komponen kegiatan dengantotal jumlah waktu terlama dan menunjukan kurunwaktu penyelesaian proyek yang tercepat.

Secara tampilan jalur lintasan kritis harus memenuhisyarat dimana setiap kegiatan mempunyaiperhitungan maju dan mundur yang sama atau dalampengertian sama dengan nol. Untuk dapat mengetahuisecara lebih jelas perhitungan ini akan disajikanbersama hasil dari perhitungan total float yangnantinya akan menentukan secara jelas jalur lintasankritis tersebut. Dapat dilihat pada Tabel 2 sebagaiberikut.

Setelah perhitungan dan tabulasi padatahap-tahap sebelumnya yaitu perhitungan majudan perhitungan mundur maka terlihat bahwanilai hasil perhitungan dari total float yangbernilai nol merupakan jalur lintasan kritis dalamperakitan UAV. Dimana waktu yang dbutuhkandalam perakitan paling cepat adalah 139 menityang terdiri dari urutan kegiatan yang mengikutidari jalur lintasan kritis.Tabel 2. Identifikasi Float dan Jalur Lintasan Kritis

Dari perhitungan maju dan mundur seperti padatable 4.5 terdapat 11 kegiatan kritis yaitukegiatan dengan table float= 0 dan ini berartikegiatan tersebut harus dilakukan dan tidakboleh ditunda, dan apabila terjadi penundaanatau keterlambatan pada kegiatan kritis tersebutmaka waktu penyelesaian proyek akan tertundapula. Kegiatan-kegiatan tersebut adalah:0-A-B-C-L-N-O-V-W-X-1 yaitu persiapankomponen wing, pemasukan alumuniumkedalam wing, pemasangan wing, perakitanhorizontal stabilizer dan vertical stabilizer,pemasangan elevator, pemasangan servo,pemasangan kabel servo, pemasangan ardupilotapm 2.6, dan pemasangan GPS. Proses-prosestersebut menjadi kritis karena satu proses denganyang lainnya saling ketergantungan dan adaketerkaitan. Pada penentuan jalur kritis apabilaada prosesnya memiliki dua pendahulu makaproses yang bernilai besarlah yang dipilih, begitujuga sebaliknya untuk menentukan perhitunganmundur apabila pada perhitungan mundur adadua atau lebih maka proses perakitan yangterkecil yang akan dipilh.

Dengan demikian, untuk proses optimalisasiUAV dapat diperhatikan komponen-komponenkritis yang teridentifikasi selama proses assembly.Semakin cepat aktivitas kegiatan kritis yangdilakukan maka akan semakin cepat prosesassembly UAV yang dilakukan.


5. Kesimpulan

a. Pendekatan dengan Product Oriented WorkBreakdown Structure (PWBS) pada pembuatanUnmanned Aerial Vehicles (UAV), dalampembagian aktivitas pekerjaan menjadi subtugas yang lebih kecil menjadi lebih mudahuntuk dikerjakan dan diestimasi lamawaktunya dengan menggunakan microsoftproject.

b. Waktu yang dbutuhkan dalam perakitan palingcepat adalah 139 menit yang terdiri dari urutankegiatan yang mengikuti dari jalur lintasankritis dengan menggunakan metode CriticalPath Methode.

Ucapan Terima kasih

Ucapan terima kasih diucapkan kepada LembagaPenelitian dan Pengabdian Masyarakat (LPPM)Universitas Andalas atas dukungan yang diberikanmelalui Hibah Penelitian Dosen Pemula Tahun 2015.

Referensi

Carl L. Pritchard. Nuts and Bolts Series 1: Howto Build a Work Breakdown Structure. ISBN1-890367-12-5.

Practice Standard for Work BreakdownStructures, 2nd Edition http://www.pmi.org

Okayama, Y, L.D.Chirillo. (1982). Product WorkBreakdown Structure, MSRP. MaritimeAdministration in cooperation with ToodFasicif Shipyard Corp,USA

Istimawan Dipohusodo. 1996. ManajemenProyek dan Konstruksi Jilid 1 dan jilid 2.Kanisius Jakarta

Cahyono, B. (n.d.). Microsoft Project Methode ,1-19

Simmons, L. F., 2002, Project Management –Critical Path Method (CPM) and PERTSimulated with Process Model. Proceedingsof the 2002 Winter Simulation Conference.

Siswanto. 2009. Operation Reseach Jilid II.Jakarta: Penerbit Erlangga

Heizer, Jay dan Render Barry. 2004. ManajemenOperasi. Jakarta : Salemba Empat.


Perancangan Pesawat Tanpa Awak (Unmanned Aerial Vehicle) untuk Pencitraan Lokasi SiagaBencana di Sumatera Barat

Dendi Adi Saputra M1,a *, Eka Satria2,b, Roffi Ardinata3,c

1,2,3 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Andalas, Padang - IndonesiaPadang, Indonesia, 25163

E-mail: a,*[email protected], [email protected],[email protected]

Abstrak

Dalam penelitian ini dilakukan sebuah perancangan Pesawat Tanpa Awak (Unmanned Aerial Vehicle/ UAV).Penelitian ini diawali dengan merumuskan konsep rancangan yang sesuai dengan wilayah pencitraan lokasi siagabencana di Sumatera Barat. Hasil dari perumusan konsep rancangan akan dilanjutkan kedalam tahapan disainberikutnya sehingga menghasilkan detail design yang akan menjadi acuan dalam proses rancang bangun.Penelitian ini difokuskan pada perancangan UAV jenis wingspan yang dilengkapi teknologi pencitraan. Dimulaidengan melakukan proses perancangan UAV meliputi disain model pesawat (fuselage, wing, nose, horizontalstabilizer, vertical stabilizer, aeleron, elevator, ruder dan landing gear) dan menguji karakteristik aerodinamika.Pada makalah ini disajikan tahapan perancangan UAV dengan pendekatan Computational Fluid Dynamics (CFD).Dari hasil perancangan didapatkan bentuk airfoil dan disain UAV yang mampu memenuhi spesifikasi disain yaitumampu membawa beban sebesar 1.75 kg dengan kecepatan jelajah 12 m/s.

Keywords: perancangan, UAV, CFD, airfoil

1. Pendahuluan

Indonesia merupakan negara dengan iklim tropisyang memiliki musim kemarau dan musim penghujan.Secara geografis, Indonesia terletak di kondisigeografi yang strategis dan kondisi sumber daya alamyang sangat mendukung untuk membantuperekonomian. Di sisi lain, Indonesia juga merupakannegara dengan cuaca ekstrim, dan hal tersebutmembuat Indonesia juga mendapatkan bencana yangberagam, seperti banjir, tanah longsor, gempa, angintopan, tsunami, dll. Mengacu terhadap kondisiiklim dan geografi Indonesia menyebabkan adanyapotensi bencana alam yang berbahaya yang diprediksi akan terjadi secara terus menerus.

Gambar 1. Data Bencana BNPD di Indonesia daritahun 2010-2015 [1]

Pada Gambar 1. diperlihatkan perbandingan databencana yang terjadi di Indonesia pada tahun2010-2015. Banjir menempati persentase tertinggisebesar 31,9% diikuti oleh puting beliung 24% dantanah longsor 19,3%. Dalam upaya peningkatankesiagaan terhadap terjadinya bencana alam,diperlukan pemanfaatan bidang teknologi pesawat,informasi dan robotika, terutama untuk mengamatiarea lokasi bencana yang sulit dijangkau olehmanusia. Karakteristik bencana yang berbeda-beda,berakibat pada sukarnya melakukan pemetaanpencitraan lokasi bencana sebelum maupun sesudahterjadinya bencana. Oleh sebab itu, diperlukan suatuperalatan khusus yang mampu melakukan navigasidan pemantauan secara realtime yang menghasilkanpencitraan yang handal sehingga dapat dijadikanbahan pertimbangan penanganan bencana diIndonesia

2. Metodologi PenelitianPenelitian ini diawali dengan identifikasi danperumusan masalah, studi literatur dari beberapapenelitian pesawat tanpa awak yang telah dilakukansebelumnya, perancangan, dan melakukan analisarancangan pesawat tanpa awak (UAV) menggunakansoftware analisis dan penarikan kesimpulan. Secaragaris besar, tahapan penelitian dapat dijelaskansebagai berikut:


2.1 Studi literaturWilayah yang ingin dipetakan atau dipantaumerupakan wilayah yang luas. Pesawat UAV yangdigunakan harus memiliki kemampuan terbang yanghandal dan lama. Sehingga dibutuhkan sebuahpesawat yang terbang dengan energi yang relatif lebihkecil namun kemampuan jelajah yang relatif lebihluas. Pesawat UAV pemetaan juga dituntut untukmemiliki kemampuan terbang pada kecepatan rendahagar mampu menangkap gambar paga kemampuanmaksimal.

2.2 FormulasiPada tahap perancangan pesawat tanpa awakterdapat beberapa langkah yang dilakukan yaituperumusan konsep perancangan, penentuanspesifikasi perancangan, penentuan karakteristikkomponen, tata letak, analisa, penentuan komponen,hasil disain (detail design) yang dijelaskan padaGambar 2.

Gambar 2. Diagram alir tahapan perancanganpesawat tanpa awak

2.3 Konsep rancanganPerancangan pesawat tanpa awak disesuaikan dengankebutuhan misi yang dilakukan. Pesawat tanpaawak dengan misi pencitraan lokasi memanfaatkanpengambilan gambar atau citra dengan bantuankamera pencitraan yang dibawa oleh pesawat dalammisi. Pencitraan lokasi yang dilakukan dengan carapengambilan foto pada beberapa titik, kemudian fototersebut dikombinasikan sehingga dihasilkan petalokasi dari udara dengan resolusi yang tinggi.Pesawat dirancang untuk dapat terbang dengan jaraktempuh atau jelajah 3-5 km dan mampu membawabeban seberat 1,75 kg untuk keperluan kamera danperalatan pencitaraan lainnya, serta mampu untukmelakukan penjelajahan secara otomatis.

2.4 Spesifikasi rancanganSebagai batasan (constraint) dalam pesawat tanpaawak ini, maka ditentukan spesifikasi rancanganseperti yang diperlihatkan oleh Gambar 3 berikut:

Gambar 3. Konsep tentative wingspan UAV yangakan dikembangkan

2.5 Karakteristik komponenPada tahapan ini, ditentukan karakteristik komponenyang sesuai dengan spesifikasi rancangan yang telahditetapkan. Hal ini bertujuan untuk menentukankomponen-komponen utama dan pembantu dalamperancangan pesawat tanpa awak.

2.6 Tata letakPada proses penetepan komponen pesawat tanpaawak, disesuaikan dengan kebutuhan misi daripesawat tanpa awak. Pemasangan komponenpencitraan diletakkan pada posisi yang tepat agardidapatkan hasil pencitraan semaksimal mungkin.Kamera kualitas tinggi dipasangkan pada bagianbawah pesawat seperti terlihat pada Gambar 4 untukmemaksimalakan pengambilan gambar.

Gambar 4. Disain konseptual tata letak UAV


2.7 Penentuan komponenSetelah didapatkan tata letak sistem yang sesuaidengan spesifikasi rancangan, maka dilakukan tahappenentuan komponen sistem yang akan dibuat.

2.8 Hasil disainSetelah proses perancangan dilakukan maka hasilperancagan tersebut akan dituangkan dalam bentukdetail design. Hasil rancangan pesawat tanpa awakakan digambar dengan menggunakan softwareAutodesk Inventor 2015.

3. SimulasiSimulasi digunakan untuk menentukan kesesuaiandari disain dengan spesifikasi yang diinginkan.Software yang digunakan adalah Autodesk Inventor2015 dan Autodesk CFD 2015. Simulasi yangdilakukan adalah simulasi aerodinamis pesawat untukmengetahui distribusi tekanan serta distribusikecepatan fluida melewati pesawat UAV sehinggadidapatkan besarnya gaya angkat dan gaya seret yangbekerja pada pesawat.


4.1 Perumusan konsep model UAVSeperti yang diperlihatkan pada Tabel 4.1, pesawatUAV yang dirancang memiliki spesifikasi berat totaladalah 1,75 kg dengan kecepatan terbang minimum12 m/s (Low Speed Stall). Pesawat harus mamputerbang lambat hingga 12 m/s agar stabil pada saatpengambilan foto udara maupun video monitoring.Penentuan konsep disain UAV jugamempertimbangkan ketersediaan material UAV yangmudah didapatkan dan proses manufaktur pesawatyang mudah dilakukan. Keterbatasan lokasipenerbangan (lokasi bencana, sungai, pantai, dll),tidak memungkinkan UAV take-off denganmenggunakan landing gear. Untuk itu, UAVdirancang menggunakan konsep (hand launch), yaitupenerbangan dengan lemparan tangan.

Tabel 1. Spesifikasi Rancangan UAVBerat Maksimum 1,75 kgWing Span 1800 mmAspek Rasio 8Kecepatan Jelajah 12 m/sTake off Hand launch

Pada perancangan UAV digunakan beberapa softwaredisain seperti, Autodesk Inventor 2015 student version,Autodesk Simulation CFD dan Autodesk SimulationMechanical. Khusus untuk perancangan airfoil,digunakan software open source yaitu Java Foil.

4.2 Disain aerodinamis sayap pesawat UAVDisain sayap pesawat UAV harus mengikuti bentuk

airfoil yang memenuhi kebutuhan spesifikasirancangan. Tahapan khusus pada Gambar 5digunakan untuk mendapatkan desain yang sesuai.

Gambar 5. Diagram alir perancangan dan pengujianaerodinamis sayap UAV

4.3 Perhitungan koefisien gaya angkat ( )Tahap awal adalah penghitungan koefisien gayaangkat ( ) minimal yang harus ada pada airfoilpesawat agar mampu terbang membawa beban sesuaispesifikasi. Koefisien gaya angkat ini dihitungdengan menggunakan persamaan sebagai berikut := (4.1)

Dimana := = 12 ⁄= = 0,45= = 1800= = 7= = 1, 204Berdasarkan Persamaan 4.1 didapatkan hargaminimal yang harus dipenuhi agar pesawatmampu terbang sesuai spesifikasi. didapat denganperhitungan sebagai berikut := . ,, ( ⁄ ) , = 0,454.4 Pemilihan bentuk airfoilPada tahap ini dilakukan pemilihan airfoilberdasarkan nilai hasil perhitungan . Pesawat UAVharus mampu terbang pada kecepatan rendah, makadipilih jenis airfoil yang mamiliki gaya angkat tinggipada kecepatan rendah. Jenis airfoil yang cocokadalah low reynold number Airfoil. NACA airfoilmerupakan bentuk airfoil sayap pesawat yangdikembangkan oleh National Advisory Committee forAeronautics dengan menggunakan titik kordinatpersamaan angka. Melalui data base NACA airfoil

7


didapat jenis airfoil NACA 4 digit. Javafoil merupakansoftware open source yang digunakan untukmemodifikasi dan merancang persamaan data dariNACA airfoil menjadi gambar airfoil NACA 4 digitseperti pada Gambar 6.

Gambar 6. Perancangan airfoil menggunakanjavafoil

Gambar 6 merupakan software javafoil yangdigunakan untuk menginput data airfoil yang sesuai,sehingga didapatkan airfoil yang cocok. Mendisainairfoil melalui javafoil dipilih jenis NACA 4 digitdengan jumlah titik untuk menentukan bentuk airfoilsebanyak 225 titik. Perbandingan ketebalan airfoildengan chord (t/c) dimodifikasi menjadi 12% , harga(xt/c) sebesar 23,5% , harga (f/c) sebesar 4,5% , (xf/c)sebesar 45% dan (f/c) sebesar 1%.

Gambar 7. Flow field Airfoil Naca 4412-62

Selanjutnya berdasarkan bentuk airfoil yangdiperoleh akan dilakukan analisa CFD 2D untukmendapatkan distribusi tekanan yang melewati airfoilserta nilai dan . Pada Gambar 4.4 diperlihatkanhasil analisa CFD 2D pada airfoil. Bagian atas airfoilberwana kuning yang berarti memiliki tekanan yangrendah, sedangkan bagian bawah airfoil berwarnamerah yang menggambarkan tekanannya lebih tinggi,sehingga airfoil mengalami gaya angkat. Warna birupada bagian depan airfoil menyatakan airfoilmengalami tekanan terbesar, sehingga bagian tersebutmengalami drag.

Angle of Attack (AoA) atau sudut serang merupakanposisi sudut airfoil terhadap garis horizontal aliranfluida. Perubahan AoA sangat mempengaruhibesarnya airfoil seperti terlihat pada grafikVS AoA di Gambar 8.

Gambar 8. Grafik hubungan dengan AoA

Gambar 8. merupakan hasil grafik pengujian airfoil2D yang menyatakan hubungan antara Angle OfAttack (AoA) dan nilai ( ) airfoil yang dihasilkan.Berdasarkan penghitungan sebelumnya, dibutuhkan

> 0,45. Grafik di atas memperlihatkan bahwa> 0,45 berada pada AoA > 1° .AoA yang dipilih jugaberdasarkan nilai drag yang dihasilkan pada grafikvs berikut :

Gambar 9. Grafik hubungan vs

Gambar 9. menjelaskan hubungan koefisien angkat( ) yang didapatkan dengan koefisien drag ( ) yangdihasilkan. Nilai drag ( ) akan minimal saat =-0,3 sampai +0,6. Kemudian nilai akan naiksecara linier pada = 0,6 sampai 1,4. Pada saat =


1,4 nilai akan naik secara kontinutanpa diikutikenaikan . Dari data tersebut diperoleh akanberharga minimal sebesar 0,008 pada saat -3 < <0,6. Ini berarti harga koefisien yang ditetapkan diawal yaitu sebesar 0,45 dapat dipenuhi oleh airfoilyang didisain.Untuk mendapatkan kondisi maksimaldipilih sebesar 0,656 dengan AoA 4°.4.5 Penghitungan gaya angkat pada sayap

pesawatPada tahap ini, hasil disain 2D airfoil akan dikonversimenjadi bentuk 3D seperti yang diperlihatkan padaGambar 4.6. Selanjutnya model 3D ini akan diujipada terowongan angin virtual Autodesk SimulationCFD seperti terlihat pada Gambar 10.

Gambar 10. Desain 3D sayap UAV yang dirancang

Gambar 11. Pengujian Sayap UAV menggunakanterowongan angin virtual

Pada Gambar 11 sayap pesawat dikondisikan padakecepatan 12 m/s, sehingga didapatkan nilai gayaangkat yang berkerja secara keseluruhan pada sayappesawat.

Gambar 12. Simulasi 3D sayap UAV

Gambar 12 merupakan hasil simulasi 3D dari sayappesawat UAV pada kecepatan 12 m/s sehinggadidapatkan data gaya angkat dari sayap pesawatsebagai berikut :

Gambar 13. Gaya yang bekerja pada sayap pesawatWall Calculator Autodesk CFD 2015

Melalui analisis 3D sayap pesawat UAV didapatkangaya total yang bekerja pada sayap pesawat saatdialiri udara pada kecepatan 12 m/s. Nilai , ,merupakan gaya yang bekerja pada sumbu X, Y danZ sayap pesawat.

Keterangan arah orientasi sayap pesawat :

X+ = Kiri SayapY+ = Atas SayapZ+ = Depan Sayap

Gambar 13 menyatakan bahwa gaya angkat totalyang bekerja pada sayap pesawat sebesar 25,9 N dangaya seret yang dialami sayap sebesar 1,3 N.Sehingga dapat disimpulkan bahwa sayap pesawatdapat mengangkat beban sampai 25,9 N padakecepatan 12 m/s. Dari hasil pengujian simulasidiatas disimpulkan bahwa disain airodinamis sayapmemenuhi spesifikasi sehingga selanjutnya dapatdibuat gambat teknik sayap seperti pada Gambar 14.

Gambar 14. Dimensi umum sayap pesawat UAVyang didesain


5. KesimpulanBerdasarkan penelitian yang telah dilakukan didapatbeberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Didapatkan disain UAV yang memenuhispesifikasi yang diinginkan dengan jenis arifoilyang dipilih adalah airfoil NACA 4412-62

2. Angle of Attack (AoA) airfoil UAV yang dipilihadalah 4°, mampu menghasilkan gaya angkatsebesar 26 N pada kecepatan 12 m/s

Ucapan Terima kasihUcapan terima kasih diucapkan kepada LembagaPenelitian dan Pengabdian Masyarakat (LPPM)Universitas Andalas atas dukungan yang diberikanmelalui Hibah Penelitian Dosen Pemula Tahun 2015.

Referensi

[1] http://dibi.bnpb.go.id/ diakses pada tanggal 20April 2015 pukul 18.00 WIB.

[2] http://parapenghunilangit.blogspot.com/ diaksespada tanggal 20 April 2015 pukul 22.00 WIB.

[3] http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/rotations. html diakses pada tanggal 01 Mei2015 pukul 13.00 WIB.

[4] https://azizfahmirriza5.wordpress.com/2012/05/29/cfd/ diakses pada tanggal 17Maret 2015 pukul 09.00 WIB.

[5] P. Panagiotou, P. Kaparos, K. Yakintho. 2014.Winglet design and optimization for a MALEUAV using CFD. Aerospace Science andTechnology, Vol: 39, hal. 190-205.

[6] P.R. McGill, K.R. Reisenbichler, S.A.Etchemendy, T.C. Dawe, B.W. Hobson. 2011.Aerial surveys and tagging of free-driftingicebergs using an unmanned aerial vehicle(UAV). Deep Sea Research Part II: TopicalStudies in Oceanography, Vol: 58, Issues 11–12, hal. 1318-1326.

Kode Makalah: REN-001 Prosiding Seminar Inovasi Teknologi dan Rekayasa Industri 2015Universitas Andalas, Padang, 03 November 2015

1

STUDI PERFORMANSI KINCIR AIRUNTUK IRIGASI PERTANIAN DI DESA SUMAGEK

NAGARI SUMANI KABUPATEN SOLOK

1)Mulyanef, 2)Kaidir dan 3)Duskiardi

1,2,3)Jurusan Teknik MesinFTI - Universitas Bung Hatta

Jl. Gajah Mada No.19 Padang, 25123E-mail: [email protected], [email protected]

Abstrak

Kajian ini bertujuan dalam rangka pemanfaatan teknologi kincir air dalam pertumbuhan ekonomi pertanian.Kenagarian Sumani dilewati oleh Sungai Batang Lembang yang bermuara ke Danau Singkarak. KenegarianSumani merupakan kawasan persawahan tadah hujan. Mulai tahun 1978 telah dioperasikan 5 unit pompabantuan dari Pemerintah Swiss. Krisis ekonomi tahun 1998 mengakibatkan biaya operasional pompa tidaksebanding dengan harga hasil panen, ini membuat mesin pompa tersebut otomatis tidak berfungsi. Padatahun 2008 masyarakat Sumani mendapat dana PNPM mandiri dan disepakati kembali ke kincir air untukirigasi persawahan. Hasil pengujian kincir air sumani menunjukkan dengan naiknya aliran air, makaputaran kincir menjadi meningkat sehingga debit kincir akan menambah jumlah air sungai yang dapatdinaikan ke areal persawahan masyarakat. Pada putaran kincir 1,71 rpm, diperoleh debit kincir 8,10 m3/jam.Pada putaran kincir 1,55 rpm, diperoleh debit kincir 7,20 m3/jam.

Kata Kunci : kincir air, pembuatan, irigasi

Pendahuluan

Kenegarian Sumani terletak di kecamatan X KotoSingkarak Kabupaten Solok dengan jumlah penduduk5.825 jiwa. Nagari Sumani di kelilingi oleh 4 nagari,yaitu Nagari Koto Sani, Nagari Singkarak, NagariSaningbakar dan Nagari Tanjung Bingkung, dimanasebelah utara langsung berbatasan dengan DanauSingkarak. Kenegarian Sumani dilewati oleh SungaiBatang Lembang yang bermuara ke Danau Singkarak.Daerah pertanian di kenegarian Sumani, 90% terdiridari kawasan persawahan dengan luas lebih kurang470 ha, dan 390 ha dari luasnya merupakan sawahtadah hujan. Untuk memberdayakan danmeningkatkan produksi sawah petani (pertanian)untuk menghasilkan padi, sejak tahun 1976-1978 dikenegarian Sumani telah diupayakan pembangunanirigasi dengan sumber air (pengairan) dari sungaiBatang Lembang. Upaya memanfaatkan BatangLembang sebagai sumber pengairan, dilakukanmelalui pembangunan proyek pompanisasi bantuandari Pemerintah Swiss, dengan menggunakan 5 buahmesin pompa generator diesel berukuran besar dengankekuatan 43 PK/unit, yang mampu mengairi seluruharea sawah tadah hujan di kenegarian Sumani. Sejakadanya proyek pompanisasi tersebut, produksi padi di

kenegarian Sumani meningkat dengan tajam dan halini berlangsung sampai tahun 1998. Terjadinya krisisekonomi tahun 1997/1998, ternyata membawadampak negatif terhadap kelanjutan proyekirigasi/pompanisasi Sumani. Dengan naiknya hargaBBM, biaya BBM untuk operasional 1 unit mesinuntuk 1 kali musim tanam mencapai Rp 30 juta.Berarti untuk 1 kali musim tanam (4-5 bulan), biayaBBM untuk operasional 5 unit mesin pompa adalahsebesar Rp 150 juta, di dalam biaya tersebut belumtermasuk biaya perawatan untuk ke 5 unit mesinpompa tersebut. Akibatnya, petani di kenegarianSumani tidak sanggup lagi membiayai operasionalproyek pompanisasi ini. Sehingga aktifitas mesinpompa air tersebut total berhenti, tahun 1998.Sejak tidak berfungsinya mesin pompa air untukirigasi pertanian, sangat besar dampak negatifnya padaperekonomian pertanian di Sumani. Saluran irigasitidak lagi berisi air, siklus panen tidak lagi 5 kalidalam 2 tahun, petani terpaksa kembali ke sawahtadah hujan, yaitu ketergantungan pada musim hujan,seperti sebelum tahun 1978.

Pada tahun 2008 dengan beberapa kali musyawarahantara Pemerintahan Nagari dengan masyarakat,


2

Q adalah kapasitas aliran

s

m3

adalah densitas air

3m

kg

Selain memanfaatkan air jatuh hydropower dapatdiperoleh dari aliran air datar. Dalam hal ini energiyang tersedia merupakan energi kinetik

2

2

1mvE ..........................................(3)

denganv adalah kecepatan aliran air

s

m

Daya air yang tersedia dinyatakan sebagai berikut :

2

2

1QvP .........................................(4)

atau dengan menggunakan persamaan kontinuitasAvQ maka

3

2

1AvP .........................................(5)

dengan

A adalah luas penampang aliran air 2m

3. Kincir Air

Prinsip kerja kincir air adalah merubah energi kinetikdan energi potensial air menjadi energi mekanis yangdigunakan untuk mengangkat air atau memutarkanturbin. Ada beberapa tipe kincir air yaitu :

a. Kincir Air Undershot

b. Kincir Air Overshot

c. Kincir Air Breastshot

d. Kincir Air Tub

Kincir air undershot bekerja bila air yang mengalir,menghantam dinding sudu yang terletak pada bagianbawah dari kincir air. Kincir air tipe undershot tidakmempunyai tambahan keuntungan dari head.Keuntungan

Konstruksi lebih sederhana Lebih ekonomis Mudah untuk dipindahkan

Kerugian; Efisiensi kecil, daya yang dihasilkan relatifkecil


3

4. Metoda Eksperimen & Fasilitas YangDigunakan

1. Waktu dan tempatPengujian dilakukan pada bulan Agustus 2015bertempat di Jorong Sumagek, Nagari SumaniKabupaten Solok.

2. Alat Uji dan Bahan Kincir air Tachometer Flowmeter Ember Stop watch

3. Pengujian, dilakukan untuk mengukur putarankincir dan debit air yang dinaikkan.

Spesifikasi kincir air : Diameter kincir air : 8 m Kapasitaskincir air : 112,51 liter/sec pada

putaran 1,88 rpm Jumlah sudu : 40 bh Diameter tabung air : 1 inchi Diameter tiang kincir: 5 inchi Diameter poros kincir: 60 mm Jenis bantalan : SY60TF Diameter jari-jari : 12 mm Diameter pelingkar : 1 inchi Tebal plat sudu : 2 mm Kecepatanaliran: 0,45 m/sec – 3,65 m/sec


Setelah selesai perbaikan kincir air dilakukanpengujian dengan memvariasikan kecepatan aliran airdi sungai batang lembang yaitu sebagai berikut:

Debit kincir air sebelum musim kemarau datang diSolok ditunjukan dalam Gambar 3 dan Gambar 4.Debit kincir sangat tergantung kepada kecepatanaliran air yang menumbuk sudu kincir. Dengannaiknya aliran air, maka putaran kincir menjadimeningkat sehingga debit kincir akan menambah

jumlah air sungai yang dapat dinaikan ke arealpersawahan masyarakat.

Gambar 3. Grafik Hubungan antara kecepatanaliran dengan kapasitas kincir

Gambar 4. Grafik Hubungan antara putaran kincirdengan kapasitas kincir

Pada gambar 3 dan Gambar 4 terlihat hubunganantara kecepatan aliran sungai, putaran kincirdengan kapasitas kincir. Semakin tinggikecepatan aliran sungai akan menaikkan putarankincir sehingga kapasitas air yang dinaikkankincir semakin tinggi dan begitu juga sebaliknya.Kecepatan aliran sungai terendah 0,81 m/sec danputaran kincir 1,55 rpm diperoleh kapasitas ataudebit air yang dinaikkan sebesar 8,97 liter/sec.Sedangkan kecepatan aliran sungai tertinggi 1,88m/sec dan putaran kincir 3,65 rpm diperoleh debitair yang dinaikkan sebesar 112,51 liter/sec.

Debit kincir air setelah kincir diperbaiki di NagariSumani Solok ditunjukan dalam Tabel 1 danGambar 3

0,50

0,70

0,90

1,10

1,30

1,50

1,70

1,90

2,10

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00

Kapasitas Kincir (liter/sec)

Kece

pata

n Al

iran

(m/s

ec)

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00

Kapasitas Kincir (liter/sec)

Puta

ran

kinc

ir (R

pm)


4

Tabel 1 Data Hasil Pengujian Kincir Air

Ketinggian Air

MelaluiSaluran

(cm)

Kecepatan

AliranAir

(m/s)

PutaranKincir(rpm)

Debit airkincir

(m3/jam)

Total Debit(m3/jam)

41 0,67 1,55 7,10 21,3042 0,70 1,61 7,70 23,1042 0,67 1,62 7,60 22,8043 0,72 1,70 8,00 24,0044 0,74 1,71 8,10 24,30

Gambar 5. Hubungan Antara Debit dengan PutaranKincir

Dari Tabel 1 dan Gambar 5 terlihat bahwa debit kincirair sangat tergantung kepada kecepatan aliran air yangmenumbuk sudu kincir. Dengan naiknya aliran air,maka putaran kincir menjadi meningkat sehinggadebit kincir akan menambah jumlah air sungai yangdapat dinaikan ke areal persawahan masyarakat. Padaputaran kincir 1,71 rpm, diperoleh debit kincir 8,10m3/jam. Pada putaran kincir 1,55 rpm, diperoleh debitkincir 7,20 m3/jam.

6. Kesimpulan

Dengan telah selesainya perbaikan dan telah dilakukanpengujian kincir air untuk irigasi di nagari SumaniKabupaten Solok, dapat diambil kesimpulan sebagiberikut:

Debit kincir air sangat tergantung kepada kecepatanaliran air yang menumbuk sudu kincir. Dengannaiknya aliran air, maka putaran kincir menjadimeningkat sehingga debit kincir akan menambahjumlah air sungai yang dapat dinaikan ke arealpersawahan masyarakat.

Pada putaran kincir 1,71 rpm, diperoleh debit kincir8,10 m3/jam. Pada putaran kincir 1,55 rpm,diperoleh debit kincir 7,10 m3/jam.

Referensi

1. Diesel Frittz, 1998. Turbin, Pompa danKompresor, Erlangga, Penerbit Jakarta.

2. Munson Bruce R, Young D.F dan Okiishi T.H,2003, Mekanika Fluida, Penerbit ErlanggaJakarta.

3. Mulyanef, Kaidir dan Duskiardi, 2012, DesignUndershot Waterwheel To IncreaseAgriculture Economic in Solok. ProcedingThe 3rd International Conference onConstruction Industry Padang – Indonesia,April 10-11th 2012.

4. Nieke Permanik dan Ahsan Asjhari, 2008.Kajian Sosial Ekonomi Pengembangan IrigasiKincir Air di Provinsi Sumatera Barat. JurnalKomunitas Vol.4 No.3.

5. Pudjanarsa Astu dan Nursuhud Djati, 2006.Mesin Konversi Energi, Penerbit Andi Ofset,Jogyakarta.

6. Pusat Penelitian Sosial Ekonomidan PeranSerta Masyarakat, 2008. Penelitian danPengembangan Sosial Ekonomi Irigasi KincirAir di Provinsi Sumatera Barat. Balai SosekBidang Sumber Daya Air PuslitbangSebranmas, Balitbang PU.

y = 5,7047x - 1,6443R² = 0,9385

7

7,2

7,4

7,6

7,8

8

8,2

1,5 1,55 1,6 1,65 1,7 1,75

Debi

t air

kinc

ir (m

3/ja

m)

Putaran Kincir (rpm)

Debit air kincir(m3/jam)

Linear (Debit airkincir (m3/jam))


POTENSIAL LIMBAH KULIT DURIAN ( DURIO ZIBETHINUS L. ) SEBAGAI BAHAN PENGHASIL

BIOGAS DENGAN VARIASI CAMPURAN DAN RASIO C/N

Novita Sari dan Iskandar R., MT*.Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Andalas

Kampus Limau Manis, PadangTelp. 0751-72586, Fax. 0751-72566

*E-mail: [email protected]

ABSTRAK

Pertumbuhan penduduk dengan jumlah yang semakin bertambah menjadikan kebutuhan akan bahan bakarminyak terus meningkat, namun ketersediannya terbatas. Oleh karena itu perlu adanya penggalakkanpemanfaatan energi alternatif biogas. Biogas dinilai ramah lingkungan dan proses pembuatan biogasrelatif singkat. Hal ini berbeda dengan minyak bumi yang pembentukannya sangat lama dan tidak dapatdiperbaharui. Peningkatan dan fungsional pemanfaatan biogas dari berbagai limbah perlu dilakukan agardapat memberikan solusi keterbatasan energi dan meningkatkan produktivitas masyarakat. Limbah yangdiolah dan diuji untuk fermentasi biogas pada penelitian ini adalah limbah kulit durian. Sedangkan limbahbiji tidak diuji karena mengandung zat racun yang dapat menghambat proses fermentasi. Pada penelitianini dilakukan pencampuran limbah kulit durian, feses sapi dan katalisator EM 4 dengan variasi campuranbahan dan rasio C/N untuk melihat pengaruhnya terhadap kualitas dan kuantitas biogas yang dihasilkan.Hasil pengujian didapatkan rasio C/N paling efektif dan potensial untuk penghasil biogas optimum. Variasipenelitian terdiri dari digester kontrol, rasio C/N 28, C/N 30, C/N 33 dan EM 4. Pada penelitian ini diukurkuantitas volume secara akumulasi maupun total, serta kuantitas dan kualitas komposisi gas padapengujian nyala. Produksi total biogas yang dihasilkan pada digester kontrol, C/N 28, C/N 30, C/N 33,dan EM 4 secara berturut-turut adalah 7214.41 cm3, 2777.41 cm3, 2904.70 cm3, 3209.44 cm3, dan 8091.52cm3. Sedangkan gas metana yang dihasilkan berturut-turut adalah 40%, 83%, 53%, 49%, dan 81%.Digester EM 4, rasio C/N 28 dan C/N 30 menunjukkan indikasi nyala gas, rasio C/N 33 dapat menyaladengan bantuan sumber api sedangkan biogas kontrol tidak dapat menyala.

Kata kunci : biogas, kulit durian, feses sapi, variasi campuran, rasio C/N

PENDAHULUAN

Biogas merupakan sumber energi alternatif

pengganti minyak tanah dan Liquid Petroleum

Gas (LPG). Salah satu limbah organik yang

berpotensi untuk diolah menjadi biogas adalah

limbah kulit durian. Limbah kulit durian yang

dimaksud terdiri dari limbah biji dan kulit buah

durian. Meskipun tindakan pengolahan limbah

organik sudah banyak dilakukan masyarakat,

namun ada beberapa limbah yang perlu

dikembangkan pengolahannya. Selain dapat

mengurangi jumlah sampah, limbah yang diolah

dapat bersifat produktif. Hal ini disebabkan

limbah organik memiliki nilai fungsi tinggi bila

diolah tetapi masih belum dilakukan secara

berkelanjutan di kalangan masyarakat..

Data Biro Pusat Statistik Provinsi Sumatera Barat

(2012) menunjukkan bahwa hasil panen durian

relatif meningkat setiap tahun seiring dengan

meningkatnya luas daerah panen durian. Tahun

2011 sekitar 37.133 ton hingga mencapai 55.046

ton panen durian di tahun 2013, mengalami

peningkatan rata-rata 8.956 ton atau 22% setiap

tahunnya.

Durian memiliki persentasi berat bagian daging

buah hanya 20-35%. Hal ini berarti kulit (60-

75%) dan biji (5-15%) belum termanfaatkan

secara maksimal karena kulit dan biji umumnya

menjadi limbah yang dibuang begitu saja [2].

Tabel 1. Karakteristik kulit durian [2][3]

No. Subtansi Basis Kering

1 Karbon 77.87%

2 Kadar Air 0.01%

3 Kadar Abu 18.18%

4 Zat Terbang 3.94%

5 Densitas 0.99 g/mL

6 Nilai Kalor 6274.29 (kal/g)

7 Selulosa 50-60%

Kulit durian mengandung 77.87% karbon dan

mampu menghasilkan kalor sebanyak 6274.29

kal/g saat dimanfaatkan sebagai biobriket. Hal ini

berarti kulit durian berpotensi untuk

difermentasikan menjadi biogas. Kulit durian

mengandung yang dapat menghambat

perkembangan proses fermentasi sehingga hanya

optimal jika adanya pemicu fermentasi yang

dalam penelitian ini menggunakan feses sapi.

Salah satu variasi penelitian ditambahkan bakteri

katalis EM 4 (Effective Microorganism 4). EM 4

merupakan bakteri fermentasi organik yang

terbuat dari hasil seleksi alami mikroorganisme

fermentasi dan sintetik di dalam tanah yang

dikemas dalam medium cair [19]. Pemanfaatan

EM4 dalam proses pembentukan biogas adalah

mempercepat perombakan bahan organik, lignin,

selulosa dan menekan pathogen dengan

mengaktifkan bakteri pelarut pada bahan. EM4

larutan coklat memiliki pH 3.5-4.0 yang terdiri

dari mikroorganisme aerob dan anaerob [20], dan

pada perhitungan komposisi karbon dan nitrogen,

EM4 memiliki rasio C/N 2.76.

Pada penelitian ini limbah biji tidak digunakan

karena biji durian mengandung zat toksik asam

lemak siklopropena [20] yang mengganggu

pertumbuhan mikroorganisme dalam proses

pembentukan biogas.

Pada biji durian segar tidak mengandung nitrogen

berarti karena kandungan gugus lemak

siklopropena yang termasuk kedalam zat toksik.

Namun gugus ini dapat dilepaskan dengan

sulfatasi (pengaliran senyawa sulfat dalam

lemak), atau dengan pemanasan tinggi (direbus)

sehingga dapat menghasilkan 0.279 gram

nitrogen [2][3].

Pengolahan limbah kulit durian dan feses sapi

dihitung dari variasi dan rasio pencampuran yaitu

rasio C/N. Rasio C/N merupakan perbandingan

kadar karbon (C) dan nitrogen (N) dalam suatu

bahan berguna untuk mengetahui besar kalori

yang akan dihasilkan bahan tersebut dalam suatu

proses. Potensi feses sapi dalam pembentukan

biogas cukup tinggi yaitu memiliki rasio C/N

16,6 – 25,0 [1].

Variasi penelitian terdiri dari digester kontrol dan

4 digester uji yakni C/N 28, C/N 30 dan C/N 33

dan C/N 30 EM 4. Parameter pengujian meliputi

laju produksi akumulasi biogas, volume total,

komposisi biogas, dan pengujian nyala gas. Hasil

pengujian diperoleh rasio C/N efektif untuk

menghasilkan biogas optimum, serta kuantitas

dan kualitas gas yang dihasilkan dari variasi

campuran bahan.

METODE PENELITIAN

Deskripsi Umum

Pada penelitian ini kulit durian dan feses sapi

dicampur dengan penentuan rasio C/N bahan

tercampur. Variasi campuran terdiri dari kulit

durian, feses sapi dan bakteri katalis (EM4).

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian

ini adalah sebagai berikut:

1. Kulit durian dan feses sapi.

2. Air tambahan, ditambahkan pada bahan dasar

penelitian untuk mencapai kadar air yang

diinginkan pada campuran bahan.

3. Bakteri EM 4, sebagai katalisator.

4. Larutan H₂SO₄ dan K2Cr2O7, digunakan

untuk uji pendahuluan.

5. Batu Kapur (CaCO3), sebagai penstabil pH

dalam proses pembentukan biogas agar tetap

netral.

Hal-hal yang harus diperhatikan untuk

melakukan uji pembentukan biogas ini adalah

pemasangan serta pengkondisian digester,

kekasaran dan pengadukan bahan, serta

penambahan air. Digester yang digunakan dalam

penelitian ini merupakan hasil modifikasi

rancangan tipe floating drum. Pertimbangan

pemilihan tipe floating drum ini adalah

memudahkan beberapa kali perhitungan volume

gas yang terbentuk selama proses fermentasi.

Gambar 1. Digester floating drum

Rangkaian digester yang digunakan dalam

penelitian ini sebanyak 5 unit yakni 4 unit

rangkaian digester uji dan 1 unit rangkaian

digester kontrol seperti pada Gambar 1.

Rangkaian floating drum terdiri dari 4 bagian

utama yaitu :

1. Floating storage berukuran 8.26 liter untuk

menampung gas hasil proses fermentasi.

2. Drum PVC 25 liter sebagai digester

fermentasi bahan tercampur.

3. Floating storage support berukuran 26 liter

diisi dengan air hingga ketinggan kurang 5 cm

dari puncak floating storage, pengkondisian

tekanan gas yang masuk ke dalam storage.

4. Balon penampung sebagai storage yang diisi

gas dari floating storage saat produksi gas

melebihi daya tampung floating drum.

Prosedur Penelitian

1. Uji pendahuluan bahan utama biogas

dilakukan untuk mengetahui nilai rasio C/N

dan kadar air bahan yang sedang digunakan,

dapat dilihat pada Tabel 3.

Tabel 2. Data hasil uji pendahuluan

Variabel Kulit Durian Feses Sapi

Nitrogen 0.22% 0.60%

Karbon 8.27% 8.28%

Rasio C/N 36.82 13.80

Kadar Air 43.94% 50.61%

2. Penyiapan bahan biogas terdiri dari kulit

durian (x) sebagai subtrat dan feses sapi (y)

sebagai ko-subtrat dari biogas.C/N = ++ … … … … . (1)Nilai indeks pada persamaan (1) menyatakan

rasio C/N bahan tercampur (indeks 1) dan massa

bahan yang digunakan (indeks 2)

Tabel 3. Perhitungan bahan isian digester

VariasiBahan Isian (Kg) Air

(Liter)

Total

(Liter)Limbah Feses

Kontrol 5 - 2.35 12.5

C/N 28 3.7 2.3 2.67 15.0

C/N 30 4.22 1.78 2.71 16.5

C/N 33 5 1 2.76 18.5

EM 4 4.22 1.78 2.71 17.5

Pada Tabel 4 menunjukkan total bahan isian yang

difermentasikan dalam digester drum 25 liter.

Pada penentuan jumlah bahan dinyatakan dalam

kilogram, sedangkan setelah proses pengadukan

ditentukan dalam volume terbentuk (liter). Pada

variasi EM 4 ditambahkan katalis 0.036 liter pada

rasio C/N 30. Pembuatan biogas memerlukan

proses pengadukan agar proses dekomposisi

berlangsung optimal. Proses pengadukan

dilakukan setiap hari untuk menghindari

terbentuknya kerak (scum) dengan menguncang

digester.

3. Tahap Pengujian

Hasil penelitian biogas ditentukan oleh variabel

dan parameter pengujian. Adapun variabel

penelitian adalah rasio C/N, kadar kering dan HK

(hidrokarbon). Parameter pengujian mengamati

laju volume harian dan komposisi biogas stagnan

dalam 40 hari seperti pada Gambar 2.

( ) = ------(fungsi pembentukan gas)( ) = ( ) + ----- (perubahan jari jari R)(0), = ----- (gas belum terbentuk t = 0)

Gambar 2. Ilustrasi perubahan volume biogas

Sedangkan komposisi biogas yang ditentukan

hanya CH4 (metana) dan CO2 dari jumlah HK

yang diuji. Kualitas metana dapat diamati melalui

pengujian nyala.

HASIL DAN PEMBAHASAN

1. Laju Produksi Harian Biogas

Laju produksi harian biogas merupakan tingkat

kenaikan gas yang dihasilkan dari fermentasi

bahan dalam proses pembentukan biogas setiap

hari (24 jam). Banyaknya gas yang dihasilkan

dari digester dapat dilihat dari kenaikan floating

drum yang digunakan sebagai storage sekaligus

indikator perubahan volume. Laju produksi

harian biogas dapat dilihat pada Gambar 3.

Gambar 3. Laju produksi harian biogas

Kurva pada Gambar 3 di atas menunjukkan

perubahan volume gas perhari yang dihasilkan

dari pembentukan massa biogas kulit durian,

feses sapi dan katalisator EM 4. Awal

terbentuknya gas dari variasi reaksi pada kurva

menunjukkan perbedaan waktu optimum

pembentukan. Hal ini menunjukkan bahwa

jumlah bakteri sangat berpengaruh pada reaksi

pembentukan biogas. Jika semakin banyak

bakteri maka akan semakin dapat dipertahankan

jumlah bakteri yang dibutuhkan pada reaksi

fermentasi. Setelah mencapai produksi optimum

maka produksi biogas mulai menurun. Penurunan

produksi biogas menandakan nutrisi penyuplai

sumber makanan bagi bakteri mulai menipis.

2. Akumulasi Produksi dan Total Volume

Harian Biogas

Pada proses produksi biogas dilakukan

pengukuran volume biogas yang dihasilkan.

Hasil pengukuran tersebut digunakan untuk

mengetahui pengaruh variasi dan rasio C/N

campuran bahan terhadap volume total produksi

biogas yang dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4. Akumulasi produksi biogas

Bahan yang sulit homogen adalah pencampuran

dua bahan berbeda yang mengandung serat kasar

atau lignin seperti kulit durian dan bahan yang

mudah mengendap seperti feses kering. Sehingga

aktivitas bakteri lebih aktif pada bahan saat tidak

diaduk dengan bahan lain yang sifatnya berbeda

seperti limbah dan feses tersebut.

Gambar 5. Volume total variasi biogas

Bahan yang berukuran kecil lebih cepat

didekomposisi melalui peningkatan luas

permukaan untuk aktivitas mikroba perombak

seperti feses. Sedangkan ukuran bahan yang

terlalu besar menyebabkan luas permukaan

terhidrolisis lebih sempit sehingga proses

berlangsung metabolisme oleh bakteri menjadi

semakin lambat.

3. Pengujian Komposisi Biogas

Pada biogas yang telah dihasilkan dilakukan

pengujian komposisi. Pengujian komposisi yang

dilakukan untuk mengetahui jumlah antara gas

metana (CH4) dan karbondioksida (CO2) serta

memberikan perbandingan antara keduanya.

Pengujian tersebut menggunakan alat

spektrofotometer dengan menguji sampel biogas

yang telah diabsorbansi dengan cairan absorban.

Gambar 6. Komposisi biogas

Hasil pengujian komposisi menunjukkan

pengaruh variasi dan rasio C/N campuran yang

cukup signifikan terhadap komposisi biogas pada

masing – masing digester. Hasil pengujian

komposisi biogas dari limbah kulit durian dan

feses sapi dapat dilihat pada Gambar 6. Meskipun

begitu, secara keseluruhan variasi uji biogas ini

sudah tergolong penghasil metana yang cukup

bagus.

Jumlah gas metana dan karbondioksida yang

dihasilkan masing-masing variasi biogas tidak

berbanding lurus dengan jumlah volume gas yang

dihasilkan. Hal ini berarti volume gas merupakan

nilai kuantitas gas sedangkan jumlah gas penting

lebih menjurus kepada kualitas biogas karena

hasil gas metana, sebab jumlah gas metana yang

dihasilkan akan mempengaruhi kualitas nyala.

Kulit durian memiliki kandungan lignin dan

selulosa yang lebih sulit untuk didekomposisi dan

sulit mencapai proses metanogenesis. Feses sapi

memiliki rasio C/N 16.6-25 yang dapat

menghasilkan metana 65.7% dan karbondioksida

27% saat difermentasikan tanpa campuran.

Sedangkan kulit durian hanya mampu

menghasilkan metana 40% pada penelitian ini.

Semakin banyak jumlah feses sapi yang

ditambahkan maka akan mampu meningkatkan

jumlah produksi metana biogas. Semakin kecil

nilai rasio C/N variasi campuran bahan, maka

akan semakin banyak jumlah feses sapi yang

ditambahkan.

4. Pengujian Nyala

Pengujian nyala ini dilakukan untuk mengetahui

kualitas pembakaran gas yang dihasilkan. Berikut

hasil pengujian nyala yang dapat dilihat pada

Gambar 7. Hasil pengujian nyala yang dilakukan,

biogas pada masing – masing digester dapat

menyala dengan indikasi yang berbeda. Biogas

dapat menyala dengan komposisi gas metana

paling kurang sekitar 45%.

Gambar 7. Hasil uji nyala biogas

Indikasi warna biru pada nyala api di ujung

selang menunjukkan adanya sejumlah gas metana

yang dihasilkan. Pada Gambar 7, gas yang dapat

dinyalakan hanya 4 variasi yaitu digester EM 4,

C/N 28, C/N 30 dan C/N 33. Nyala api yang

paling besar adalah digester C/N 28 dan EM 4

karena mengandung metana yang sangat tinggi.

Digester C/N 33 dapat menyala dengan bantuan

sumber api yang berarti jika sumber api

dijauhkan, maka gas tidak bisa bertahan dengan

nyala api. Sedangkan digester kontrol tidak dapat

menyala karena hanya mengandung 40% metana

dan karbondioksida tinggi yang menyebabkan

gas tidak terbakar.

KESIMPULAN

Dari penelitian yang telah dilakukan dapat

disimpulkan bahwa :

1. Limbah kulit durian memiliki potensi dalam

proses pembentukan biogas.

2. Proses pembentukan biogas dari pencampuran

limbah kulit durian dan feses sapi dapat

menghasilkan sejumlah gas dengan variasi

campuran dan rasio C/N

3. Total produksi biogas yang dihasilkan dari

limbah kulit durian dan feses sapi tergolong

masih rendah. Produksi total biogas yang

dihasilkan pada digester kontrol, C/N 28, C/N

30, C/N 33, dan EM 4 secara berturut-turut

adalah 7875.73 cm3, 2884.80 cm3, 3021.83

cm3, 3351.48 cm3, dan 8909 cm3.

4. Pembentukan biogas dari limbah kulit durian

dan kotoran sapi untuk keseluruhan variasi

mampu menghasilkan sejumlah gas metana

dan kualitas nyala gas.

5. Komposisi gas metana yang dihasilkan untuk

rata-rata keseluruhan variasi pada penelitian

ini tergolong tinggi. Produksi metana yang

dihasilkan pada digester kontrol, C/N 28, C/N

30, C/N 33, dan EM 4 secara berturut-turut

adalah 40%, 83%, 53%, 49%, dan 81%.

6. Variasi campuran dan rasio C/N terbaik dalam

menghasilkan sejumlah gas metana pada

penelitian ini adalah digester campuran EM 4

yakni 81% dan rasio C/N 28 sebanyak 83%.

7. Gas metana yang dihasilkan oleh digester EM

4, C/N 28, C/N 30, dan C/N 33 dapat

menunjukkan indikasi nyala gas, sedangkan

digester digester kontrol tidak dapat menyala.

KEPUSTAKAAN

[1] Panjaitan, Irmalawati S. AnalisisPerhitungan Daya yang Dihasilkan dariKotoran Sapi yang Diolah Menjadi Biogasdi Daerah Pinggiran Kota Batam.Universitas Maritim Raja Ali Haji.http://www.academia.edu/1860691.(Diakses 26 Mei 2014)

[2] Djaeni, Moh.. 2010. Kelayakan Biji DurianSebagai Bahan Pangan Aternatif : AspekNutrisi dan Tekno Ekonomi.http://eprints.undip.ac.id/39242/1/ (Diaksespada 22 Mei 2014)

[3] Prabowo, Rossi. Pemanfaatan Limbah KulitDurian Sebagai Briket di WilayahKecamatan Gunung Pati KabupatenSemarang. Universitas Wahid HasyimSemarang : Jawa Tengah

[19] http://em4-indonesia.com/ (diakses pada 6

Juli 2015)

[20] Wayanita. Menakar Komposisi Kandungan

EM 4. http://www.wattpad.com/ (diakses

pada 6 Juli 2015)


PENDAHULUAN

Motor bakar torak bensin merupakan

mesin pembangkit tenaga yang mengubah bahan

bakar bensin menjadi tenaga panas dan akhirnya

menjadi tenaga mekanik. Secara garis besar

motor bensin tersusun oleh beberapa komponen

utama meliputi ; blok silinder (cylinder block),

kepala silinder (cylinder head), poros engkol

(crank shaft), torak (piston), batang piston

(connecting rod), roda penerus (fly wheel), poros

cam (cam shaft) dan mekanik katup (valve

mechanic). Prinsip kerja motor bensin adalah

mesin yang bekerja memanfaatkan energi dari

hasil gas panas hasil proses pembakaran, dimana

proses pembakaran berlangsung di dalam

silinder mesin itu sendiri sehingga gas

pembakaran sekaligus berfungsi sebagai fluida

kerja menjadi energi panas. Di dalam silinder

terjadi proses pembakaran yaitu terbakarnya

campuran udara dan bahan bakar, menghasilkan

gas bertekanan sangat tinggi. Gas pembakaran

sebagai fluida kerja dapat menekan piston

dengan perantara batang piston (connecting rod)

dihubungkan dengan poros engkol (crank

shaft). Gerak bolak-balik translasi torak (piston)

menyebabkan gerak rotasi pada poros engkol.

ABSTRAK

ANALISIS PENGARUH TURBULENSI TERHADAP HOMOGENITAS CAMPURAN UDARA DANBAHAN BAKAR DALAM RUANG SILINDER MOTOR BENSIN DENGAN SIMULASI CFD

(COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC)

Oleh :Wahyu Hidayat1a*, Aep Surahto2b dan Anwar Ilmar Ramadhan3c

Alamat : Fatek jurusan mesin UNISMA Bekasi, Jl.Cut Meutia No.83 Bekasi Jabar1a*17113Fatek jurusan mesin UNISMA Bekasi, Jl.Cut Meutia No.83 Bekasi Jabar2b17113

Fatek jurusan mesin UMJ Jl.Cempaka Putih Tengah No. 27 Jakarta3c10510E mail : [email protected]*, [email protected] dan [email protected]

Diketahui motor bensin dengan volume silinder Vs : 250 cc, menghasilkan daya sebesar W : 14.95 kW.Adapun salah satu diantaranya yang dapat mempengaruhi prestasi kerja motor dari proses pembakaran olehcampuran udara dan bahan bakar pada motor bensin empat langkah adalah kecepatan arus masuk berupa aruspusaran/vortek ke dalam silinder motor, yang dikenal dengan arus turbulensi. Kecepatan arus turbulensi dapatmempengaruhi intensitas homogenitas campuran udara dan bahan bakar di dalam silinder pada saat langkahpengisapan. Hasil yang diharapkan adalah dapat mengetahui besarnya kecepatan arus turbulensi danmengetahui tingkat intensitas homogenitas yang optimal.Metode yang dilakukan dalam penelitian ini adalah dengan perhitungan awal dengan teoritis matematis danselanjutnya digunakan sebagai parameter masukan ke program aplikasi computer simulasi CFD(Computational Fluid Dynamic). Pada penelitian ini, menggunakan paramater kecepatan motor (RPM), mulaidari 1000 – 5000 RPM dengan interval 500 RPM. Dengan model simulasi CFD ini dapat untuk mengetahuipola aliran arus masuk, tingkat kecepatan turbulensi dan terhadap intensitas homogenitas campuran udara danbahan bakar di dalam silinder motor bensin.Hasil dari penelitian dengan aplikasi computer simulasi CFD dari beberapa tingkatan RPM motor, diperolehhasil paling optimal terjadi pada putaran motor 2000 RPM, T 40 oC dan AFR 14.9 : 1. Dengan intensitashomogenitas maksimal mencapai 118.975 per langkah torak saat langkah pengisapan.Kata kunci : Turbulensi, homogenitas campuran dan CFD


Langkah (stroke) adalah jarak gerak piston dari

Titik Mati Atas (TMA) sampai Titik Mati

Bawah (TMB).

Gambar 1. Dasar motor bensin piston

Agar motor dapat bekerja maksimal, syarat

yang harus dipenuhi adalah dapat mengisap

campuran udara dan bensin masuk ke dalam

silinder secara maksimal. Menaikkan tekanan

kompresi gas campuran udara dan bensin agar

diperoleh tekanan kompresi tinggi. Batasan

perbandingan kompresi pada motor bensin

antara 8 : 1 sampai 11 : 1. Serta pengaruh arus

turbulensi dalam silinder guna meningkatkan

pemerataan campuran atau intensitas

homogenitas antara densitas udara dan densitas

bensin di dalam silinder.

1. Permasalahan

Objek yang digunakan dalam penelitian

ini adalah mesin sepeda motor kelas/kapasitas

silinder 250 cc. Penelitian yang dilakukan

adalah mengetahui aliran turbulensi dan

homogenitas campuran udara dan bahan bakar

dalam ruang silinder saat langkah isap. Hal ini

akan meningkatkan pencampuran udara dan

bensin (air-fuel mixing/AFR) secara merata atau

homogenitas yang cepat dan singkat. Hal ini

akan berpengaruh terhadap kecepatan penyalaan

cepat sehingga mudah terbakar dan proses

pembakaran sempurna. Hasil yang diharapkan

adalah dapat meningkatkan responsibilitas

penyalaan cepat dan proses pembakaran

sempurna. Pada akhirnya dapat menghasilkan

tenaga/daya output motor lebih besar yang irit

bahan bakar dan gas buang bersih. Adapun

observasi yang dilakukan, secara garis besar

secara teknik dan non teknik. Dari segi teknik

adalah spesifikasi motor adalah : dimensi ukuran

diameter silinder X langkah (bore X stroke),

cekungan ruang bakar, diameter saluran masuk

dan sudut kemiringan katup masuk. Non

mekanik adalah perbandingan campuran udara-

bensin (air fuel ratio/AFR), densitas, tekanan

dan temperatur udara. Dari beberapa paramater

tersebut akan dilakukan percobaan dengan

pengamatan secara kualitatif, dengan tiga

variabel yang berpengaruh terhadap prestasi

kerja motor/mesin untuk mendapatkan hasil

tenaga maksimal, irit bahan bakar dan ramah

lingkungan.

2. Rumusan Masalah

Meninjau permasalahan diatas, perlu

dilakukan penelitian tentang pengaruh arus

turbulensi terhadap homogenitas campuran

udara dan bahan bakar. Dengan data dari

spesifikasi motor, ditinjau dari segi

teknik/mekanik adalah : diameter silinder X

langkah (bore X stroke), bentuk ruang bakar dan

diameter saluran masuk, sudut kemiringan katup

masuk dan putaran motor (RPM). Dari segi non

mekanik adalah perbandingan campuran udara-

bensin (air fuel ratio/AFR), densitas, tekanan

maupun temperatur udara.

3. Tujuan Penelitian


Penelitian dilaksanakan bertujuan untuk

:

1. Seberapa besar pengaruh arus turbulensi

terhadap homogenitas campuran udara dan

bahan bakar dari pengaruh tingkatan RPM

motor.

2. Mengetahui tingkat homogenitas campuran

udara dan bahan bakar dalam ruang silinder

dengan simulasi CFD.

TINJAUAN PUSTAKA

Dasar teori motor bensin dimulai dari

langkah isap sebagai langkah pengisian silinder

yaitu, dengan proses campuran bahan bakar dan

udara oleh karburator (sistem konvensional) atau

sistem EFI (Elektronic Fuel Injection) masuk ke

dalam silinder, yang dikompresikan dan

kemudian dibakar. Sehingga proses pembakaran

dapat menghasilkan tenaga ledakan di dalam

silinder/ruang bakar dan torak akan menerima

tekanan tinggi dari pengembangan gas

pembakaran. Torak (piston) mendapat tekanan

tinggi akan bergerak turun dari TMA nenuju

TMB sebagai bentuk kerja menghasilkan tenaga

mekanis motor. Kemampuan mesin adalah

prestasi suatu motor sangat erat hubungannya

dengan daya motor yang dihasilkan. Beberapa

hal yang mempengaruhi kemampuan motor,

antara lain : volume silinder, perbandingan

kompresi, efisiensi volumetric, efisiensi

pengisian dan efisiensi daya motor.

1. Diagram tekanan terhadap volume

Dari tiap-tiap langkah piston dan setiap

proses yang terjadi di dalam silinder dapat

menyebabkan perubahan tekanan dan volume.

Dalam uraian akan dibahas hubungan posisi

piston dengan tekanan yang terjadi, dinyatakan

dalam diagram tekanan terhadap volume atau

diagram P – V. Dapat ditunjukkan bahwa pada

awal langkah isap tekanan di dalam silinder

sama dengan tekanan udara luar (atmosfir).

Selama langkah isap tekanan di dalam silinder

lebih rendah dari tekanan atmosfir. Pada akhir

langkah isap tekanan naik kembali, karena sifat

kelembaman udara yang masuk ke dalam

silinder. Selama langkah kompresi tekanan dan

temperature campuran bensin dan udara makin

naik. Beberapa saat sebelum piston mencapai

titik mati atas (TMA), campuran bahan bakar

dan udara dinyalakan, mendadak tekanan dan

temperature naik, selanjutnya terjadi

pengembangan gas (ekspansi) dimana gas

bertekanan tinggi mendorong piston dan

tekanannya semakin turun.

Gambar 2. Siklus Otto motor empat langkah1. Periode pertama 0-1 disebut langkah

hisap2. Periode kedua 1-2 disebut langkah

kompresi atau tekanan naik3. Periode ketiga 2-3 disebut proses

pembakaran pada volume tetap dantekanan naik

4. Periode keempat 3-4 disebut langkahkerja dan volume gas berkembang

5. Periode kelima 4-1 disebut katup buangterbuka

6. Periode keenam 1-0 disebut langkahbuang


Beberapa saat sebelum titik mati bawah,

katup buang dibuka sehingga tekanan semakin

turun atau lebih rendah. Pada saat piston berada

di TMB, tekanan gas masih lebih tinggi dari

tekanan atmosfir, tetapi gas ini akhirnya di

dorong keluar oleh piston pada tekanan sedikit

lebih tinggi dari tekanan atmosfir. Pada saat

piston mencapai TMA kembali terjadi peristiwa

katup isap dan katup buang terbuka bersamaan

(overlap valves) Satu silkus telah selesai dalam

empat langkah piston, proses berikutnya dimulai

dengan langkah pengisapan kembali, begitu

seterusnya proses kerja mesin berlangsung

selama operasi kerja.

2. Volume silinder

Volume silinder adalah besarnya

volume langkah (piston displacemen) ditambah

volume ruang bakar. Volume langkah dihitung

dari volume diatas piston saat posisi piston di

TMB sampai garis TMA. Sedangkan volume

ruang bakar dihitung volume diatas piston saat

posisi piston berada di TMA, juga disebut

volume sisa. Besarnya volume langkah atau isi

langkah piston adalah luas lingkaran dikalikan

langkah piston, dinyatakan :

VL = A . L ; dimana A = π/4 . D2

VL = π/4 . D2. L

Volume total silinder adalah sebesar,

dinyatakan :

Vt = VL + Vs

Dimana, VL = Volume Langkah (cm3) atau(cc)

A = Luas penampang silinder (cm)D = Diameter silinder (cm)L = Panjang langkah piston (cm)

Vt = Volume total atau isi silinder(cc)

Vs = Volume sisa atau volume ruang

bakar (cc)

Jadi untuk mengetahui muatan volume silinder,

pada motor ukuran standar besarnya diameter

silinder sama dengan diameter piston atau ( Ø

piston = Ø silinder) dikalikan langkah piston.

Volume atau kapasitas mesin ditunjukkan oleh

volume yang terbentuk pada saat piston bergerak

keatas dari TMB (Titik Mati Bawah)/BDC

(Bottom Dead Center) ke TMA (Titik Mati

Atas)/TDC (Top Dead Center), disebut juga

sebagai volume langkah.

3. Perbandingan kompresi

Perbandingan kompresi adalah

perbandingan volume silinder dengan volume

kompresinya. Perbandingan kompresi berkaitan

dengan volume langkah. Besarnya perbandingan

kompresi untuk motor bensin berkisar antara 8 :

1 dan 11 : 1. Ini artinya selama langkah

kompresi muatan yang ada di atas piston

dimampatkan 8 kali lipat dari volume

terakhirnya. Makin tinggi perbandingan

kompresi, maka makin tinggi tekanan dan

temperatur akhir kompresi. Untuk menentukan

perbandingan kompresi (r) motor dapat dicari

dengan persamaan :

r = (VL + Vs)/Vs

4. Torsi/momen poros

Gaya tekan putar pada bagian yang

berputar atau merupakan puntiran poros disebut

torsi motor digerakan dari poros engkol

(crankshaft). Makin banyak jumlah gigi pada

roda gigi, makin besar torsi yang terjadi.

Sehingga kecepatan direduksi menjadi

separuhnya. Secara umum, rumusan torsi adalah

dinyatakan ; Torsi = Gaya x jarak. Untuk


menghitung gaya (F dalam Newton) yang

bekerja pada piston, dapat menggunakan

persamaan momen atau torsi ( τ dalam Newton

meter) dari spesifikasi mesin yaitu ;

τ = F x L

Dan untuk mengetahui tekanan (P dalam N/m2)

yang bekerja pada piston dapat menggunakan

persamaan ;

P = F/A

Untuk menghitung gaya yang bekerja pada torak

dapat dihitung dengan persamaan :

F = P . A

Dimana : F = Gaya yang bekerja pada torak(N)

P = Tekanan motor torak (N/m2)A = Luas permukaan torak (m2)

5. Kecepatan rata-rata torak

Untuk beberapa perhitungan perlu

diketahui kecepatan piston rata-rata, yaitu

kecepatan konstan yang diperlukan oleh piston

dengan kecepatan variable. Di dalam

perhitungan didasarkan atas kecepatan rata-rata

piston. Piston bergerak sekali poros engkol

menjalani dua kali langkah (2 x L).

C = (2 . L . N)/60

(L . N)/30

Dimana, C = Kecepatan rata-rata torak (m/s)L = Langkah torak (m)N = Kecepatan putar motor (RPM)

Kecepatan torak dapat diketahui saat mesin

beroperasi, adapun kecepatan torak saat di TMA

dan TMB adalah nol (0) dan pada sisi tengah

lebih cepat atau maksimal, oleh karenanya

kecepatan torak/piston diambil dari rata – rata

kecepatannya. Dari TMB, piston akan bergerak

kembali keatas karena putaran poros engkol,

dengan demikian pada 2 x gerakan piston, akan

menghasilkan 1 putaran poros engkol, jika poros

engkol membuat N putaran, maka piston

bergerak 2 LN. Karena dinyatakan dalam detik

maka dibagi 60.

6. Menghitung daya motor

Untuk mengetahui daya motor dengan

torak cekung, sebelumnya perlu diketahui

terlebih dahulu putaran RPM pada motor

standar. Daya motor standar telah diketahui

seperti yang tertera pada spesifikasi mesin. Daya

motor yang dihitung adalah motor jenis empat

langkah. Maka berlaku persamaan :

P . A . L . NW = ˗˗˗˗˗˗˗˗˗˗˗˗˗˗˗˗

2Dimana ; W = Daya motor (Watt)

P = Tekanan ruang bakar(N/m2)

A = Luas penampang torak(m2)

L = Panjang langkah torak(m)

N = Putaran motor (RPM)Mencari putaran motor standar, dengan

persamaan daya motor ekivalen menjadi ;

2 . WN = ˗˗˗˗˗˗˗˗˗˗˗˗˗˗˗˗

P . A . L

7. Dasar Aliran Gas Dalam Silinder

Definisi dari suatu masa gas nM dalam

silinder sebagai volume V, M adalah masa berat

molekular (gram/mol) dan n adalah banyaknya

mol. Masa jenis ρ dari suatu gas adalah nM/V

dan jelaslah bahwa kita dapat mereduksi ρ baik

dengan memindahkan sebagian gas dari wadah

(dengan mereduksi n) atau dengan

memindahkan gas tersebut ke dalam wadah yang

lebih besar (memperbesar volume). Akan


diperoleh kerapatan gas yang cukup rendah,

maka semua gas bagaimanapun komposisi

kimianya, akan cenderung memperlihatkan

hubungan antara variabel-variabel

termodinamika anatar P, V dan T. Hal ini dapat

dijadikan sebagai dasar mengenai suatu konsep

gas ideal, dengan persamaan :

P .V = n . R .T

Dimana : P = Tekanan (Nm)

V = Volume (m3)n = Jumlah molT = Temperatur (273 K)R = Konstanta gas ideal

(8.314 J/mol.K = 1.986 kal/mol.K)Sebagai dasar aliran gas/udara pada suatu

silinder dengan perubahan penampang, dari

penampang kecil berubah mendadak menjadi

penampang yang lebih besar. Dijadikan asumsi

sama dengan aliran masuk dalam silinder pada

motor bensin. Arus masuk melalui saluran

masuk (intake manifold) selanjutnya masuk ke

dalam silinder motor dengan diameter yang

lebih besar. Pola arus yang mengalir terjadi

olakan pada hilir silinder dengan pembesaran

mendadak, terjadi penurunan kecepatan aliran

arus secara drastis antara kecepatan arus v1 dan

v2 , sehingga dalam hal ini v1 > v2.

Gambar 3. Silinder dengan pembesaranmendadak

Selama gas bergerak, harus selalu ada gaya

geser yang bekerja terhadap gas tersebut. Pada

dasarnya faktor-faktor yang mempengaruhi

aliran termampatkan merupakan fluida gas yang

berhubungan dengan ; tekanan, temperature,

densitas maupun viskositasnya. Arus campuran

bahan bakar dan udara yang masuk ke dalam

silinder motor, akan adanya laju aliran masa,

dinyatakan :

ṁ = ρ1 A1 v1 = ρ2 A2 v2

Sedangkan untuk kecepatan aliran/arus masuk

silinder, adalah besarnya debit aliran Qv

berbanding terbalik terhadap luas penampang

saluran A, dinyatakan :

v = Qv / A

Kecepatan arus/aliran masuk (velocity flow) ke

dalam silinder, diasumsikan mempunyai

kecepatan sama dengan kecepatan rata-rata torak

(C) atau ( v = C) yang masuk ke dalam silinder

motor, sehingga dapat dicari kecepatan aliran

masa (mass flow). Untuk kecepatan aliran

(velocity flow) pada saluran masuk (intake

manifold) dapat diketahui dengan mencari

terlebih dahulu penampang saluran masuk (Ø

katup masuk). Adapun hal yang dilakukan

adalah melakukan dengan membuat

perbandingan penampang antara penampang

saluran masuk (Ø katup masuk) terhadap

penampang silinder ( Ø bore cylinder ).

8. Program CFD (Computational Fluid

Dynamic)

Program CFD (Computational Fluid Dynamic)

adalah analisa sistem yang mencakup aliran

fluida, aliran kalor dan berhubungan dengan

fenomena seperti gas dalam hal ini, campuran

udara dan bahan bakar. Pemakaian CFD ini

sangat baik diterapkan untuk mencakup semua

penggunaannya didalam analisis pada disiplin

teknik mesin seperti ; konversi energi,


infrastruktur maupun teknologi lainnya. Lebih

khusus untuk pembasaan simulasi, diantaranya :

perpindahan panas, arus aliran fluida/gas,

tekanan, aerodinamik, sistem pencampuran zat

dan lain-lain.

METODE PENELITIAN

Penelitian merupakan kegiatan yang dilakukan

untuk memahami, memecahkan masalah ilmiah,

sistematis dan realistis.

Gambar 4. Flow chart penelitian

Dalam setiap penelitian, masalah dan

metode merupakan faktor yang turut

menentukan berhasil atau tidaknya penelitian

yang dilakukan. Penelitian ini menggunakan

metode pendekatan dengan analisis diskriptif

yaitu, dengan mengamati proses yang terjadi

dalam sistem kerjanya, kemudian dijadikan

bahan masukan dan perbandingan proses atau

sistem lain sebelumnya. Kemudian untuk

mempermudah dalam membuat kesimpulan dari

hasil penelitian dapat dibuat dalam bentuk tabel

atau grafik. Selanjutnya parameter-parameter

dijadikan bahan masukan ke program CFD yang

hasilnya berupa pola-pola aliran atau arus masuk

ke dalam silinder lengkap disertai hasil

grafiknya.

ANALISIS DAN PEMBAHASAN

1. Perhitungan Teoritik Matematik

Perhitungan kinerja motor menggunakan

teoritik matematik meliputi ; langkah torak,

volume silinder, volume ruang bakar,

perbandingan kompresi, perbandingan udara dan

bahan bakar atau AFR (Air Fuel Ratio), gaya,

tekanan, torsi maupun daya motor. Dalam

menghitung secara teoritis matematik

menggunakan data-data dari spesifikasi motor,

diatas. Guna melengkapi data-data yang belum

ada seperti volume ruang bakar. Ruang bakar

adalah bagian atas/tutup silinder sebagai volume

sisa. Dapat dicari dengan menggunakan

perbandingan kompresi (r), menggunakan

persamaan dibawah ini:

r = VL + Vs Vs = VL /(9 Vs – Vs) menjadiVs = VL / 8

Vs = 249 x 10 -6 m 3 / 8= 31.125 x 10 -6 m 3

Jadi hasil ukuran ruang bakar diperoleh sebesar

Vs = 31.125 x 10 -6 m 3

Dasar–dasar pengukuran motor

digunakan untuk menghitung kemampuan

sebuah motor dalam menghasilkan suatu tenaga

dengan menggunakan data-data spesifikasi

diatas, didapat :

Diameter torak (D) : 72 x 10-3 m

Langkah torak (L) : 61.2 x 10-3 m

Volume silinder (VL) : 249 x 10-6 m3

Menghitung Volume total (Vt) silinder

dengan menjumlahkan Volume langkah (VL)


dengan Volume ruang bakar atau Volume sisa

(Vs), diperoleh:

Vt = VL + Vs

= 249 x 10-6 m3 + 31.125 x 10 -6 m 3

= 280.125 x 10-6 m3

Untuk menghitung gaya yang bekerja

pada torak, dapat menggunakan persamaan

momen atau torsi (τ), yaitu τ = F x L F = τ /

L , dimana untuk L yang diperlukan hanya ½ L

akan didapat momen maksimal yaitu :

L = ½ L = ½ 61.2 x 10-3 m

= 30.6 x 10-3 m,

diperoleh :

= 21 N m / 30.6 x 10-3 m

F = 686.274 N

Setelah diketahui gaya F yang bekerja

pada torak dapat dicari tekanan P yang terjadi

pada permukaan torak standar, dengan

menggunakan persamaan :

P = F/A

Dimana, A = π D²/4 π (72 x 10-3 m)2 / 4

A = 4.072 x 10-3 m2

Maka P = 686.274 N / 4.072 x 10-3 m2

= 168 354.997 N/ m2

Untuk menghitung daya motor dapat dihitung

dengan persamaan/rumus yang ditentukan atau

yang telah diketahui pada spesifikasi mesin, dari

data spesifikasi adalah daya W = 20 dk. Daya

W = 20 dk setara dengan 20 HP, dikonversikan

ke Sistem Internasional (SI), bila 1 HP = 0,7475

kW, akan diperoleh daya motor sebesar, yaitu ;

W = 20 x 0.7475 kW = 14.95 kW

Jadi daya yang dihasilkan motor adalah setara

dengan W = 14.95 kW

2. Hasil Simulasi CFD (Computational Fluid

Dynamic)

Perangkat CFD (Computational Fluid

Dynamic) merupakan metode perhitungan

dengan sebuah kontrol dimensi, luas, volume,

kecepatan, temperatur dan properti lainnya

dengan memanfaatkan bantuan komputer untuk

melakukan analisis dan pembahasannya.

Adapun hasil dari CFD yang akan dicapai

adalah untuk mengetahui tingkat intensitas

homogenitas antara campuran udara dan bahan

bakar. Intensitas (intensity) homogenitas dapat

dipahami sebagai bentuk proses penyebaran

atau pengembangan (expansion) yang

menghasilkan pemerataan campuran dengan

tingkat keseragaman atau homogenitas

campuran antara masa jenis/densitas (ρ) udara

dan masa jenis/densitas (ρ) bahan bakar sesuai

dari AFR (Air Fuel Ratio), pada saat langkah

pengisapan di dalam silinder motor bensin, dari

tingkatan putaran motor (RPM) yang

dipengaruhi oleh suhu lingkungan. Pola

pembacaan hasil CFD dari semua tingkatan

pada dasarnya adalah sama, dimulai dari

kecepatan arus masuk di saluran masuk (intake

manifold), sampai masuk ke dalam silinder

motor.

Pada analisis dan pembahasan dengan

software CFD dengan data masukan pada

putaran motor dari 1000 - 5000 RPM dengan

interval 500 RPM dan suhu yang digunakan

adalah suhu lingkungan yang lazim untuk iklim

Indonesia atau khususnya Jakarta, sekitarnya

temperatur atau suhunya sekitar 20 oC, 30 oC

dan 40 oC. Variasi perbandingan udara dan


bensin atau AFR adalah 14.5 : 1, 14.6 : 1, 14.7 :

1, 14.8 : 1 dan 14.9 : 1. Dari program CFD akan

diperoleh hasil berupa pola warna kecepatan

arus dan tingkat homogenitas atau

(penetrasi/konsentrasi homogenitas campuran)

serta hasil grafik CFD, maka hasilnya dapat

diketahui secara pasti, sesuai dari masing-

masing tingkatan kecepatan arus gas atau

putaran motor (RPM).

Dari hasil diatas digunakan untuk mengetahui

nilai pemerataan atau penyebaran antara densitas

udara dengan densitas bensin, guna

mendapatkan keseragaman campurannya. Maka

dapat diketahui pola arus gas campuran,

warnanya dan kecepatan arus masing-masing

sesuai dari peningkatan putaran motor (RPM).

Pada akhirnya tingkat intensitas homogenitas

per langkah torak nilainya dapat diketahui pasti

yang ditunjukkan dari grafik CFD sebagai hasil

akhir. Adapun tabel dibawah, merupakan hasil

tingkat intensitas homogenitas penyebaran

densitas udara dan bahan bakar sesuai AFR per

langkah torak, dari beberapa tingkatan putaran

(RPM), variasi temperatur maupun AFR.

Tabel 1. Nilai intensitas homogenitas dari

grafik CFD

Pada T

20 oCAir Fuel Ratio (AFR)

N

o

RP

M

14.5

: 1

14.6

: 1

14.7

: 1

14.8

: 1

14.9

: 1

1

1

000

101.8

76

101.2

48

110.1

41

106.7

90

110.9

56

2

1

500

105.9

94

102.1

58

109.3

11

114.4

26

104.9

13

3 2 105.1 102.4 105.1 105.9 106.9

000 70 38 18 25 82

4

2

500

103.2

68

106.7

13

103.8

30

112.1

41

110.9

59

5

3

000

103.6

85

103.6

90

108.0

81

106.9

10

106.5

87

6

3

500

106.2

87

114.4

02

104.6

35

108.6

93

107.0

51

7

4

000

106.4

42

105.7

99

106.9

38

111.3

82

106.0

86

8

4

500

106.2

52

102.5

30

111.5

65

102.7

47

110.2

77

9

5

000

102.6

85

108.3

64

108.0

77

113.0

59

103.1

52


grafik CFD

Pada T


N

o

RP

M

14.5

: 1

14.6

: 1

14.7

: 1

14.8

: 1

14.9

: 1

1

1

000

102.6

56

101.8

80

108.3

19

112.3

34

103.4

61

2

1

500

103.9

68

106.4

86

108.8

13

103.2

75

102.5

49

3

2

000

108.7

44

101.7

37

106.9

41

114.3

35

102.3

40

4

2

500

104.1

23

103.2

75

96.11

9

112.3

97

102.4

36

5

3

000

106.7

16

109.0

24

108.8

5

107.8

49

99.29

8

6

3

500

106.0

81

101.9

58

104.1

22

97.10

7

104.1

43

7

4

000

101.6

83

106.0

32

108.1

25

109.9

29

104.2

95


8

4

500

106.2

74

104.9

87

111.7

97

107.3

58

111.6

65

9

5

000

99.54

2

107.8

70

104.7

92

107.1

49

109.1

56


grafik CFD

Pada T


N

o

RP

M

14.5

: 1

14.6

: 1

14.7

: 1

14.8

: 1

14.9

: 1

1

1

000

106.

365

107.

617

105.

316

108.

97

109.

473

2

1

500

104.

458

103.

023

105.

511

108.

951

102.

653

3

2

000

109.

589

109.

169

109.

095

110.

434

118.

975

4

2

500

106.

704

112.

520

103.

907

106.

872

106.

815

5

3

000

104.

003

104.

302

97.3

93

102.

790

103.

920

6

3

500

103.

800

104.

823

110.

097

103.

950

101.

280

7

4

000

105.

033

108.

831

105.

532

112.

248

110.

150

8

4

500

107.

015

100.

728

103.

329

103.

352

106.

444

9

5

000

102.

332

108.

446

107.

232

107.

957

108.

803

Cuplikan hasil CFD diambil untuk contoh

hasil/nilai paling maksimum tingkat intensitas

homogenitasnya, yaitu terjadi pada AFR 14.9 :

1 pada 2 000 RPM dan T 40 oC, dapat mencapai

tingkat intensitas homogenitas maksimum

118.975 per langkah torak. Pola CFD terbaca :

kecepatan arus menuju pembesaran mendadak

dari saluran masuk (intake manifold) yang

dipengaruhi permukaan katup dapat memberikan

pengaruh aliran berkembang atau menyebar,

sehingga terjadi pusaran arus atau turbulensi di

dalam ruang silinder selama langkah torak

(piston) sampai TMB (Titik Mati Bawah) saat

langkah pengisapan. Akan terlihat berbagai

macam kecepatan arus gas, profil kecepatan

masuk gas dengan variasi arus-arus ditunjukan

dengan aliran gas yang berwarna jingga

kecepatan arus v = 0.354 m/s. Selanjutnya

kecepatan meningkat terlihat pada daerah

belokan sisi dalam saluran ditunjukkan gradasi

berwarna merah sampai warna jingga tua dengan

kecepatan arus v = 0.412 m/s. Pada arah yang

mengalir kearah dinding pipa ditunjukan warna

kuning sampai warna hijau dengan kecepatan

arus sebesar v = 0.25 m/s.


Gambar 5. Hasil CFD dan grafik pada 2000RPM, T 40 o C dan AFR 14.9 : 1

Kemudian arus campuran udara dan bensin

masuk ke dalam silinder motor dengan diameter

yang lebih besar atau terjadi perubahan

pembesaran mendadak, sehingga kecepatan arus

turun drastis berwarna biru muda dengan

kecepatan v = 0.143 m/s, karena adanya tekanan

rendah (vacum) di dalam silinder. Akibatnya

adanya kecenderungan terjadinya arus pusaran

(vortex) yang dikenal arus turbulensi di dalam

silinder motor dengan pola arus pusaran akan

berkembang penuh berwarna biru muda sampai

biru laut dengan kecepatan arus turbulensi rata-

rata sebesar v = 0.06 m/s selama langkah isap.

Dan arus yang terjadi pada permukaan torak

berwarna biru dan kecepatan arus mendekati

limit 0, dari semua tingkatan kecepatan.

KESIMPULAN DAN SARAN

1. Kesimpulan

Hasil penelitian pada motor jenis kelas

250 cc, dengan daya 20 dk setara 14.95 kW,

setelah dilakukan perhitungan secara teoritik

matematik untuk melengkapi data spesifikasi

motor dan dilakukan dengan simulasi CFD.

Dapat digunakan untuk mengetahui tingkatan

pengaruh turbulensi terhadap homogenitas

campuran udara dan bahan bakar pada motor

bensin, dari berbagai tingkatan RPM,

temperature dan AFR. Maka dapat disimpulkan

sebagai berikut :

1. Hasil yang diperoleh dari simulasi CFD dari

beberapa berbagai tingkatan putaran motor

dari 1000 – 5000 RPM, terlihat pada

putaran motor 2000 RPM, T 40 oC dan AFR

14.9 : 1, menunjukkan hasil paling optimal.

Terjadi arus pusaran atau turbulensi di

dalam silinder dengan kecepatan rata-rata

0.06 m/s dan hasil responsibilitas

keseragaman penyebaran arus densitas ρ

udara dan densitas ρ bensin dengan tingkat

intensitas homogenitas maksimal mencapai

118.975 per langkah torak.

2. Dan hasil yang diperoleh dari kecepatan arus

masuk terhadap sudut engkol dari berbagai

tingkatan putaran motor 1000 - 5000 RPM,

terjadi kecepatan arus masuk terendah pada

sudut engkol 0o dan 180o dan kecepatan

arus tertinggi terjadi pada sudut engkol 90o.

2. Saran

Dari hasil penelitian pengaruh arus

turbulensi terhadap tingkat homogenitas

campuran udara dan bahan bakar di dalam

Homogen stage (min 0, max 118.975)


silinder motor bensin dapat dibuat saran-saran,

sebagai berikut :

1. Perlu adanya penelitian/kajian lebih lanjut

dalam penenelitian berikutnya dengan

membandingkan dengan motor lain yang

sejenis pada kapasitas yang sama, untuk

mengetahui hasil yang lebih baik dan

perbaikan kinerja teknologi masa depan.

2. Kajian dapat dilakukan dari segi teknik

mekanik dengan memperbaiki desain

saluran masuk, sudut kemiringan katup

masuk, letak busi, bentuk ruang bakar

maupun kontur permukaan torak.

3. Kajian non mekanik dapat dilakukan dengan

memvariasikan parameter-parameter, mulai

dari temperatur udara, perbandingan

kompresi, AFR (air fuel ratio) maupun

sistem proses pembakaranya.

4. Untuk pengembangan penelitian masa depan,

perlu difasilitasi peralatan akurat yang

modern seperti scan tool, diagnosis engine,

computer test engine dan soft ware yang

memadahi, seperti catia, solid work, CFD,

ansys, IC engine atau versi terbaru, guna

diperoleh hasil terbaik dan akurasi tinggi

dari suatu penelitian.

DAFTAR PUSTAKA

1. Arismunandar Wiranto, 1982.

Penggerak Mula Motor Bakar Torak,

Bandung :

penerbit ITB.

2. Arsada Robbi, 2011. Solid Works

Professional, Bandung : Informatika.

3. Barenschot BPM, Arends H. 1996.

Motor Bensin, Jakarta : Erlangga.

4. Bruce R. Munson, Donal F. Young,

Theodore H. Okiishi, Harinaldi,

Budiarso. 2004. Mekanika Fluida,

Jakarta : Erlangga.

5. Example guide cfd design v10, copyright

(C) 1992 – 2009. Blue Numerics, Inc.

6. Heywood John B. 1988. Internal

Combustion Engine Fundamental, Mc

Graw-Hill Publishing Company, New

York.

7. Hidayat Wahyu, 2012. Motor Bensin

Modern, Jakarta : Rineka Cipta.

8. Huda Yon F. 2011. Autodesk Inventor

Professional 2011. Yogyakarta : Andi.

9. New Step 1 Training Manual, 1995.

Jakarta : PT. Toyota Astra Motor.

10. Potter Merle C., Wiggert David C.,

2002. Mechanics of Fluids, Midhat

Hondzo University of Minnesota, Tom

I. – P. Shih Michigan State University.

11. Sucahyo, Bagyo, Darmanto,

Soemarsono, 1999. Otomotif Mesin

Tenaga. Solo :

Tiga Serangkai.

12. Streeter Victor L. Wylie E. Benjamin.

Arko Prijono, 1985. Mekanika Fluida 1,

Jakarta : Erlangga.

13. White Frank M., Hariandja Manahan

1991. Mekanika Fluida 2, Jakarta :

Erlangga.

14. Wilcox David C. 2000 Turbulence

Modeling for CFD, DCW Industries.

Inc. Palm Drive, La Canada, California.


1

KAJI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI KOMPOR GASUNTUK MENGOLAH AIR LAUT MENJADI GARAM

1)Randi Metra, 2)Mulyanef dan 3)Kaidir,

1)Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin, FTI-Universitas Bung Hatta2,3)Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin, FTI-Universitas Bung Hatta

Jl. Gajah Mada No. 19 Padang, Sumatera Barat. 25137E-mail: [email protected] dan [email protected]

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan produktivitas garam dan performansi dari menggunakan komporgas untuk mendapatkan garam. Pembuatan garam selama ini yang dilakukan oleh petani garam di Indonesiayaitu dengan cara memanfaatkan ladang-ladang penggaraman dengan cara membuat tambak sebagai wadahpenampungan air laut dan memanfaatkan panas dari matahari sebagai pemanas untuk menguapkan air laut.Pada penelitian ini pembuatan garam dilakukan menggunakan kompor gas yang masih jarang dilakukan olehorang lain. Prinsip kerja dari penelitian ini adalah siapkan alat uji masukan air laut kedalam panci, kemudianhidupkan kompor gas, setelah itu pasang kabel termokopel kedalam panci untuk mengukur temperatur airdalam panci kemudian tutup panci. Energi yang dihasilkan oleh kompor gas menyebabkan air laut menguapdan kemudian air akan berubah menjadi butiran garam. Pengujian ini dilakukan pada bulan Juni tahun 2015yang bertempat di laboratorium prestasi mesin, fakultas teknologi industri, universitas bung hatta padangdilakukan dengan memvariasikan bukaan pada kompor bukaan 1/4,

2/4, 3/4,dan 4/4. Hasil pengujian volume airlaut untuk 1 liter diperoleh hasil garam rata-rata 31,9 gram, pada bukaan katup 1/4 dalam waktu 50menitterbentuknya garam.

Keywords: Air laut, bahan bakar gas, kompor,temperatur

Pendahuluan

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologidewasa ini cukup pesat, baik dibidang industri maupun dibidang non industri. Namun masih banyak yangmempunyai sifat tertentu dalam aplikasi di industrimaka dikembangkan oleh para ilmuan.Dalam kehidupan sehari-hari bahan bakar minyakmerupakan kebutuhan yang sangat vital dalammenunjang kelangsungan hidup manusia. Seiringbertambahnya waktu permintaan bahan bakar minyakdi Indonesia semakin lama semakin meningkat.Bahan bakar minyak merupakan sumber daya alamyang tidak dapat diperbarui, dan suatu saat akanhabis.LPG merupakan bahan bakar berupa gas yangdicairkan (Liquified Petroleum Gasses) merupakanproduk minyak bumi yang diperoleh dari prosesdistilasi bertekanan tinggi. Fraksi yang digunakansebagai umpan dapat berasal dari beberapa sumberyaitu dari Gas alam maupun Gas hasil dari pengolahanminyak bumi (Light End). Komponen utama LPGterdiri dari Hidrokarbon ringan berupa Propana (C3H8)dan Butana (C4H10), serta sejumlah kecil Etana (C2H6,)dan Pentana (C5H12).Kompor gas elpiji adalah alat masak yang

menghasilkan panas tinggi, dimana bahan bakarberupa elpiji untuk memberikan pemanasan, baikuntuk memanaskan ruangan dimana kompor ituberada ataupun untuk memanaskan kompor itusendiri, dan barang-barang yang diletakkan di atasnyadengan menggunakan bahan bakar elpiji. Begitulahpengertian kompor gas adalah gabungan definisikompor dan definisi elpiji sebagai bahan bakarnya.Salah satu cara pengolahan yang praktis dan cepatadalah dengan menggunakan kompor gas dengan gaselpiji 3 kg.Pemanfaatan energi dari kompor gas dapatmeningkatkan temperatur yang tinggi sehinggapemanansan air lau akan lebih cepat menhasilkangaram. Kemudian, Wardani (2007) melakukanpenelitian alat penghemat bahan bakar kompor gasberupa selubung yang terbuat dari aluminium yangdiletakkan di sekitar panci. Prinsip alat penghematgas tersebut dengan menempatkan gas panas hasildari pembakaran yang tersebar ke sisi-sisi pancisehingga energi panas hasil dari pembakaran dapatlebih banyak diserap oleh panci yang selanjutnyadiserap oleh air dan energi hasil pembakaran dapatdigunakan secara maksimal. Dari hasil penelitiantersebut didapatkan peningkatan efisiensi memasaksebesar 10% dibandingkan dengan kompor gas.


2

Untuk menghitung efisiensi kompor gas dapatdigunakan persamaan berikut :

Nilai kalor (Q= . . ∆ Nilai Efisiensi Termal (%)

= . .∆. .Metoda Eksperimen & Fasilitas Yang Digunakan

1. Waktu dan tempatPengujian dilakukan pada bulan Juni tahun 2015bertempat di Laboratorium Prestasi Mesin,Fakultas Teknologi Industri, Universitas bungHatta Padang.

Gambar 1. Alat uji kompor gas

2. Alat Uji dan Bahan Kompor gas Tabung gas LPG 3 kg Air laut Termocouple Stop watch

3. Prosedur pengujian Menyiapkan semua alat ukur yang akan

digunakan yang sesuai dengan standarpenggunaannya.

Memasang alat ukur pada instalasi pengujiandengan baik dan benar.

Mengisi air laut pada panci. Menghidupkan kompor gas (bukaan katup

divariasikan) Pengambilan data setiap 10 menit hingga

dihasilkan garam.


Pada penelitian ini yang menjadi parameter adalahtemperatur air laut, temperatur air dalam panci,temperatur penguapan dan temperatur lingkungan,waktu air laut menjadi garam, gas LPG yangdihabiskan dan jumlah garam. Pada pengujian inidivariasikan bukaan 1/4,

2/4, 3/4, dan 4/4 untuk

mendapatkan variasi waktu atau lama nya air lautmenjadi garam. Temperatur merupakan faktoreksternal yang akan mempengaruhi produktivitassuatu alat uji kompor gas. Dalam melakukan analisadata-data hasil pengujian dan perhitungandigambarkan dalam bentuk grafik yang terdiri darigrafik hubungan antara Temperatur dalam panci (Tw)dengan Waktu (jam).

Tabel 1. Data Hasil Pengujian (volume air laut 1 literbukaan katup kompor gas berbeda-beda)

Bukaankatup

Twrata-rata(°C)

Waktuair lautjadigaram(menit)

Bahanbakar Gasdihabiskan(gram)

Beratgaramdihasilkan(gram)

1/4 92,57 110 108 31,92/4 87,31 70 103 31,63/4 86,36 50 101 31,44/4 84,36 40 100 31,3

Gambar 2. Grafik hubungan antara temperatur air lautdalam panci dengan waktu bukaan ¼ dengan volume

air laut 1liter

Pada Gambar 2 terlihat bahwa terjadi fenomenakenaikkan nilai temperatur air dalam panci (Tw).Pada jam 08:00 temperatur masih normal, setelahkompor gas dihidupkan dan ditunggu selama 10menit temperatur berubah atau naik menjadi 54,9°C.Dari jam 08:20-09:10 terjadi kenaikan temperaturperlahan-lahan, pada jam 10:00 terjadi kenaikantemperatur tertinggi yaitu 109°C dan padatemperatur inilah terlihat butiran garam. Pada bukaan¼ terjadinya garam diperoleh waktu 110 menit danbahan bakar gas yang dihabiskan sebanyak 108 gram,dari bukaan ¼ ini garam yang didapatkan sebanyak31,9 gram dengan volume air laut 1 liter.

0

50

100

150

Tem

pera

tur a

ir la

utda

lam

pan

ci

Waktu (jam)

Tw vs Waktu


3

Gambar 3. Grafik hubungan antara temperatur air lautdalam panci dengan waktu bukaan 2/4 dengan volume

air laut 1 liter

Pada Gambar 3. Menampilkan Grafik hubunganantara temperatur air laut dalam panci dengan waktubukaan 2/4 dengan volume air laut 1 liter. Pada pukul10:05 temperatur masih berada pada normal,kemudian setelah dilakukan pemanasan selama 10menit suhu naik menjadi 53,2°C sedangkan padapukul 10:15 sampai 11:15 keadaan temperaturmengalami kenaikan per 10 menit sehingga suhutertinggi mencapai 108,4°C. Pada Temperatur108,4°C ini lah terjadinya garam. Bukaan 2/4 iniwaktu yang diperlukan untuk air laut menjadi garamselama 70 menit, bahan bakar gas yang dihabiskan103 gram dan garam yang dihasilkan sebanyak 31,6gram. Dapat dilihat bahwa pengujian 2/4 dan 1/4

waktu air laut menjadi garam yang di butuhkanberbeda, bukaan 2/4 lebih cepat dibandingkan denganbukaan 1/4, ini dikarenakan bukaan sangat pengaruhuntuk menghasilkan pemanas yang lebih tinggi, jikaenergi panas nya tinggi maka semakin cepat pulaterbentuknya garam.

Gambar 4. grafik hubungan antara temperatur air lautdalam panci dengan waktu bukaan 3/4 dengan volume

air laut 1liter

Pada gambar 4 saat pengujian pukul 11:20 suhutemperatur Tw berada pada 30 derajat celcius, setelahdilakukan pengujian sampai jam 11:30 suhu menaikmenjadi 79,5 derajat celcius, dan dari pukul 11:30sampai 12:10 keadaan suhu naik dari suhu 79,5 °C

sampai 104,7 °C dan pada suhu ini bukaan 3/4

terjadinya garam. Bukaan 3/4 dibandingkan denganbukaan 2/4, waktu yang diperlukan untuk air lautmenjadi garam lebih cepat dibandingkan denganbukaan 1/4 dan 2/4 , dan dari bukaan 3/4 bahan bakargas yang dipakai 101 gram , hasil garam dihasilkansebanyak 31,4 gram.

Gambar 5. Grafik hubungan antara temperatur air lautdalam panci dengan waktu bukaan 4/4 dengan volume

air laut 1liter

Pada Gambar 5 menampilkan Grafik hubungan antaratemperatur air laut dalam panci dengan waktu bukaan4/4 dengan volume air laut 1liter. Pada pukul 12:15suhu berada pada 31,5 °C, kemudian setelahdilakukan pengujian sampai pukul 12:25 suhumengalami kenaikan menjadi 83,5 °C. Selanjutnyapad pukul 12:35 sampai 12:55 suhu naik hinggamencapai 105,7 °C. Pada pengujian ini waktu lebihsedikit digunakan dalam mencapai terbentuknyagaram, Pada bukaan 4/4 waktu air laut menjadi garamlebih cepat yaitu 40 menit air laut sudah berubahmenjadi garam, ini dikarenakan bukaan pada komporgas full sehingga panas yang dihasilkan juga tinggi,dan bahan bakar yang dihabiskan 100 gram, beratgaram yang dihasilkan sebanyak 31.3 gram. Padavolume 1 liter air laut rata-rata garam dihasilkan darisemua bukaan adalah 31,55 gram.

Garam yang dihasilkan pada pengujian dapat dilihatpada Gambar 6 berikut.

Gambar 6. Bentuk butiran Garam hasil pengujianmenggunakan kompor gas

050100150

Tem

pera

tur a

ir la

utda

lam

pan

ci

Waktu(jam)

Tw vs waktu

0

50

100

150

Tem

pera

tur a

ir la

utda

lam

pan

ci

Waktu(jam)

Tw vs waktu

0

50

100

150

Tem

pera

tura

ir la

utda

lam

pan

ci

waktu (jam)

Tw vs waktu


4

Kesimpulan

Dari hasil pengujian dan pengolahan data pengolahanair laut menjadi garam dengan menggunakan bahanbakar gas, diperoleh kesimpulan bahwa :1. Dari volume 1 liter air laut dalam panci

dipanaskan dengan kompor gas dengan bukaankatup bervariasi (1/4 ,

2/4 , 3/4 dan 4/4), didapatkanhasil garam tertinggi pada bukaan katup 1/4

sebanyak 31,9 gram. Dibutuhkan waktu 110menit dan bahan bakar gas yang dihabiskansebanyak 108 gram.

2. Waktu untuk menghasilkan garam yang palingcepat ada terjadi pada bukaan katup kompor gas4/4 yaitu 40 menit. Sedangkan waktu paling lamauntuk menghasilkan garam terjadi pada bukaankatup 1/4 yaitu 110 menit.

Saran-Saran

Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentangpengambilan air bersih pada pengujian kompor gasini.

Perlu dilakukan pengujian lebih lanjut tentangvariasi volume air laut yang lebih banyak agargaram dihasilkan lebih banyak pula.

Nomenklatur

Tw Temperatur dalam panci (°C)Ta Temperatur lingkungan (°C)Tsv Temperatur uap (°C)Q Energi kalor (joule)cp Kalor jenis zat (j/kg°C) Nilai efisiensi termal(%)∆ Perubahan temperatur(°C)

Nilai kalor rendah lpg (j/kg)

Referensi

Arismunandar W, 1995. “Teknologi RekasayaSurya”, PT. Pradnya Paramita, Jakarta.

Duffie, John A dan Beckman, W. A.,2006. “SolarEnginnering Of Thermal Processes”, JonWilley & Sons, Canada.

El-Sebari A.A, 2005. “Thermal Performance of aTriple-Basin Solar Still”, Jurnal Desalination174 ( 2005 ) 23-37, Physics Departmen, Facultyof Science, Tanta University.

Holman J.P, 1984, “Perpindahan Kalor”, Erlangga,Jakarta.

Khan and Saxena, 2013. Performance of LPGCooking Stove Using Different Design OfBurner Heads. International Journal ofEngineering Research & Technology.

Mohammad Hasan Ashari, “Pengaruh jarakselubung dengan panci terhadap efisiensisistem pemanas menggunakan komporgas”,Jurnal skripsi Jurusan Teknik MesinFakultas Teknik, Universitas Brawijaya.

Mulyanef, Burmawi, dan Muslimin K. 2014.Pengolahan Air Laut Menjadi Air Bersih danGaram dengan Destilasi Tenaga Surya. JurnalTeknik Mesin ITP vol.4 p 25-29

Khan and Saxena, 2013. Performance of LPGCooking Stove Using Different Design OfBurner Heads. International Journal ofEngineering Research & Technology.

Wardani, Dendi. 2007. Alat Penghemat BahanBakar Gas Pada Kompor Gas Rumah Tangga.Institut Teknologi Bandung: Bandung.


Monitoring Pemakaian Energi Listrik Gedung melalui WSN

1)Zaini, 2)Randi Novaldi1,2)Jurusan Teknik Elektro Universitas Andalas

1)E-mail: [email protected]

AbstrakHarga energi listrik yang meningkat telah mendorong pengelola gedung untuk menemukan titikpemborosan akibat penghuni yang kurang bertanggung jawab. Oleh sebab itu diperlukan sistemmonitoring konsumsi energi listrik. Paper ini mengusulkan pemanfaatan Wireless Sensor Network (WSN)sebagai sistem komunikasi data dari sensor ke pengelola gedung. Arduino sebagai prosessor akanmengumpulkan data dari sensor dan mentransfer ke XBee yang merupakan simpul pada sebuah WSN.Dari pengujian, disimpulkan bahwa WSN yang dirancang mempunyai kinerja yang handal dalammengirimkan data dari sensor.Katakunci — WSN, Arduino, XBee, sensor

I. PENDAHULUAN

Kenaikan tarif dasar listrik berdampak pada bertambahnya biaya operasional suatu gedung. Untuk gedungpemerintah sudah ada imbauan untuk mengurangi konsumsienergi listrik, diantara nya dengan cara menurunan settingtemperatur dari AC (Air Conditioner) dan mematikan lampupenerang yang tidak perlu. Untuk kasus gedung UniversitasAndalas, dampak dari kebijakan ini belum terukur karenatidak ada audit energi yang dijalankan. Selain itu, belumtersedia nya kurva beban listrik mingguan yang dapatdijadikan baseline untuk menilai penghematan energi listrikyang dijalankan.

Pada penelitan sebelum nya sudah dibuat sistemmonitoring pemakaian energi listrik real-time melaluijaringan komputer [1]. Sistem ini menggunakan media kabelUTP untuk mengirimkan data dari sensor-sensor ke webserver. Menurut Cutler [2], biaya instalasi jaringan kabeluntuk pemasangan awal dan konfigurasi ulang membutukandana yang cukup besar. Selain itu, instalasi jaringan kabelyang tidak rapi menimbulkan ketidaknyamanan bagipenghuni gedung [3].

Teknologi jaringan nirkabel daya rendah yangditerapkan pada aplikasi BAS (Building Automation System)meliputi Zigbee, Bluetooth, IEEE 802.15.4 dan yang terbaru6LoWPAN [4]. Teknologi tersebut harus mampuberkomunikasi dengan protokol BAS yang sudah lamaditerapkan seperti BACnet, LonWorks dan Modbus. Hsioa

dkk [4] merancang gateway antara jaringan Zigbee untukkontrol lampu penerang dengan backbone dari BAS yangmenggunakan protokol Modbus/TCP. Jaringan nirkabelZigbee berisikan sensor, kontroler dan aktuator di lapangan(field).

II. WIRELESS SENSOR NETWORK

Wireless sensor network (WSN) adalah jaringan yangterdapat lebih dari satu sensor di dalamnya dan salingterhubung melalui peralatan komunikasi nirkabel. Sensordisini digunakan untuk menangkap data berupa besaran fisikatau kondisi lingkungan seperti arus, tegangan, temperatur,kelembaban, dan lain-lain. Jika output dari sensor berupabesaran analog, dibutuhkan ADC agar terhubung kemikroprosesor. Selanjutnya data tersebut dikirim ke nodedalam jaringan melalui media komunikasi seperti Bluetooth,Zigbee, infrared, dan Wifi.

Zigbee adalah standar komunikasi nirkabel didasarkanpada standar IEEE 802.15.4 yang mendefinisikan lapisanfisik dan akses medium untuk WPAN kecepatan rendah(20-250 kbps). Koordinator menggunakan beacon framesecara periodik untuk sinkronisasi dengan perangkat lain.Perangkat yang sedang tidur akan bangun saat menerimaframe ini kemudian akan mengirim atau menerima data.Setelah itu kembali ke mode tidur yang penting untukmenghemat daya listrik.

Lapisan jaringan dan aplikasi ditambahkan oleh Zigbee


alliance diatas standar untuk IEEE 802.15.4. Fitur-fitur yangada meliputi fungsionalitas keamanan data AES (AdvancedEncryption Standard) dan routing pada topologi mesh denganpembentukan dinamik, konsolidasi dan pemisahan. Stackprotokol lebih kecil dan konsumsi sumber daya lebih rendahdibanding Bluetooth. Waktu tunda dari mode tidur sampaitransmisi aktual sebesar 15 mdet [5].

Salah satu protokol routing yang digunakan di WSNadalah AODV (Ad hoc On Demand Distance Vector).Protokol ini bersifat reaktif yang berarti rute dari sumber ketujuan akan dibentuk ketika ada permintaan untuk rutetersebut. Pada Gbr 1, simpul 1 akan mem-broadcast pesanRREQ (Route Request) untuk menemukan rute ke simpul 8.Pesan yg dikirim berisi ID rute, sumber, tujuan dan umurpesan. Node penerima akan mem-broadcast ulang jikasimpul tujuan bukan dirinya dan sekaligus membentuk tabelinformasi rute sementara. Ketika pesan sampai di tujuan,simpul 8 akan membalas dengan pesan RREP (Route Reply)berdasar tabel rute yang dimiliki (ID:0, Src:1,Sender:6).Setelah RREP tiba di simpul 1, ia akan membentuk entri barutabel rute (Dest:8, Next:2).

Gbr 1. Pembentukan rute dengan protokol AODV [6]

Dalam sebuah WSN, setiap simpul dapat bertindaksebagai koordinator, router atau end-device. Koordinatormerupakan perangkat kapasitas penuh (Full-function device)yang menyediakan sinkronisasi jaringan dengan node lain(polling node). End-device merupakan modul RF yangmengandalkan koordinator untuk sinkronisasi dan dapatberada dalam kondisi tidur untuk menghemat daya. Routeradalah simpul penghubung antara end-device dankoordinator yang menemukan rute sesuai protokol yangdigunakan seperti AODV di atas.

III. RANGKAIAN ANTARMUKA SENSOR DENGANMIKROKONTROLER

Untuk mengukur daya listrik pada sistem kelistrikandiperlukan sensor arus, tegangan dan beda fasa. Output darisensor biasanya berupa tegangan AC dengan level teganganyang jauh lebih rendah dari nilai input. Sebagai contoh, Picocurrent clamp TA019 akan menghasilkan tegangan 1 mVuntuk arus beban sebesar 1 A, Tegangan 220 VAC akanditurunkan menjadi 5-12 VAC sebelum dikondisikan olehrangkaian elektronika. Selanjutnya, tegangan AC ini harusdiubah menjadi tegangan DC tanpa menghilangkangelombang utama nya agar dapat diproses olehmikrokontroler.

Rangkaian penjumlah tegangan diperlukan agartegangan AC dapat diubah menjadi tegangan searah denganmemberikan offset DC. Seperti terlihat pada Gbr 2, sumberDC 12V dan AC 3.53 Vrms 50 HZ diturunkan tegangan nyadengan potensiometer 10 k. Kemudian dihubungkan keterminal + dari masukan Op-Am yang disuplai dengantegangan 12V.

Gbr 2. Rangkaian penjumlah teganganmenggunakan Op-Am

Untuk mengetahui dan mendeteksi adanya perbedaansudut fasa antara gelombang tegangan dan arus makadigunakan rangkaian zero crossing detector dan gerbangXOR seperti tampak pada Gbr 3. Gelombang sinusoidal arusdan tegangan dirubah menjadi gelombang persegi denganmenggunakan metode zero crossing detector;membandingkan gelombang terhadap 0V, apabila gelombangberada di fasa positif maka akan bernilai 5V dan apabila


sinyal berada di fasa negatif maka benilai 0 V, keluaran darirangkaian ini menjadi masukan bagi gerbang XOR.

Gbr 3. Rangkaian pendeteksi beda fasa antara duategangan AC

IV. PERANCANGAN SISTEM

Berdasarkan Gbr 4, rancangan sistem monitoring inisecara umum terdiri dari current clamp meter TA019,transformator tegangan, rangkaian Op-Am, arduino Uno,XBee, personal computer, dan aplikasi desktop. Pengukurandilakukan menggunakan trafo tegangan dan Current ClampTA019. Kedua besaran yang telah diperoleh akan menjadimasukan rangkaian zero crossing detector. Sinyal pulsaoutput kemudian dibandingkan berdasarkan perbedaanlamanya sinyal pada saat berlogika “tinggi” denganmenggunakan rangkaian phase detector, untuk memperolehnilai beda sudut fasa.

Gbr 4. Rancangan WSN di JurusanTeknik Elektro Unand

Rangkaian penjumlah tegangan mengatur besaramplitudo dan letak gelombang AC tanpa membalikkan fasanay tersebut sehingga dapat dibaca oleh mikrokontroler.Hasil keluaran current clamp TA019 dalam orde mV harusdiperkuat terlebih dahulu dengan rangkaian non-invertingamplifier. Selanjutnya seluruh data yang telah diolah olehArduino Uno dikirim melalui WSN yang terdiri dari 1end-device (ED), 2 router (R) dan 1 koordinator (C) kepersonal computer. Akhirnya, data disimpan dalam databasedan ditampilkan secara real-time yang memberikaninformasi tentang pemakaian energi listrik dimana user dapatmelihat tampilannya dalam bentuk grafik melalui aplikasidesktop di sebuah PC.

Alamat masing-masing simpul WSN ditampilkan padaTabel 1 berikut. Agar dua simpul bisa berkomunikasi padamode unicast, parameter DL dari transmitter harus cocokdengan parameter MY dari receiver (R1→C,R2→C) . Untukmengirimkan paket broadcast ke R1 dan R2 dari ED, DL danDH dari simpul ED diset masing-masing 0xFFFF dan 0.Parameter tersebut ditulis ke modul XBee menggunakansoftware X-CTU versi 6.1.1 yang dapat di-download diwww.digi.com/xctu. Modul XBee terhubung ke PC lewatXBee interface board yang diperlihatkan pada Gbr 5.

TABEL 1. PARAMETER SIMPUL-SIMPUL WSN

Gbr 5. XBee interface board [7]

Gbr 6 memperlihatkan potongan program yang dibuat


menggunakan IDE Arduino versi 1.0.6 r2. Arduino membacategangan analog pada pin A0 untuk arus beban dan A1 untuktegangan sedangkan pulsa beda fasa dibaca di pin digital 7.Menggunakan data awal ini, Arduino menghitung nilai RMSdari arus dan tegangan, faktor daya dan daya aktif yangdisuplai ke beban. Selanjutnya hasil perhitungan dikirimkanke modul XBee melalui pin TX.

Gbr 6. Kode program akuisisi data arus dan tegangan

V. HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA

Pengujian ini bertujuan untuk membandingkanketelitian sistem yang telah dikalibrasi dengan melakukanpengukuran menggunakan alat ukur. Pengujian dilakukan dipanel listrik Jurusan Teknik Elektro Universitas Andalas.Pada alat ukur clamp meter portable menunjukkan arussebesar 6A, hasil pengukuran menggunakan current clampmeter TA019 menunjukkan nilai 5.618A seperti tampak padaGbr 7. Ini berarti kesalahan pengukuran adalah sebesar 6.3%.

Gbr 7. Pengujian akurasi sistem pengukuran arus listrik

Selanjutnya dilakukan pengujian terhadap rangkaianbeda fasa, inputnya adalah sinyal current clamp TA019 dantegangan yang ditunjukan berupa gelombang sinusoidal padaGbr 8. Jika diamati, pulsa (gelombang 1) yang dihasilkanadalah beda fasa antara sinyal tegangan (gelombang 2)dengan kebalikan sinyal tegangan keluaran sensor arus(gelombang 3). Besarnya beda fasa dalam radian adalahsebesar 2××f×thigh dimana f adalah frekuensi dan thigh waktuhigh dari pulsa persegi.

Gbr 8. Pengujian rangkaian deteksi fasaAplikasi desktop monitoring dibuat dengan

menggunakan Microsoft Visual Studio 2012. Agar informatif,tampilan ini dibuat dalam bentuk tabel serta grafik nilai totalpemakaian energi listrik terhadap waktu seperti tampak padaGbr 9. Selain ditampilkan di aplikasi desktop, hasilmonitoring juga disimpan ke dalam database MySql berupanilai arus dan pemakaian energi listrik.

Gbr 9. Aplikasi desktop sistem monitoring energi listrik


Skenario yang digunakan untuk menguji keandalan dariWSN adalah mematikan router R2 lalu menghidupkan R1danmengamati komunikasi data di koordinator menggunakansoftware X-CTU. Dari pengujian didapatkan waktu yangdibutuhkan untuk pindah dari rute awal (ED→R2→C) kerute alternatif (ED→R1→C) adalah sebesar 15 detik.

VI. KESIMPULAN

Hasil pengujian menunjukan bahwa sistem monitoringyang dibangun berhasil membaca besar tegangan, arus danfasa dengan hasil yang cukup akurat. Simpul WSN yangterdiri dari empat modul XBee mempunyai keandalan yangbaik dalam pengiriman data dari transmitter ke receiver. Juga,aplikasi desktop berhasil menampilkan hasil pengukuransecara real-time.

REFERENSI

[1] Zaini dan Putra, R., “Perancangan Sistem Monitoring Konsumsi

Energi Listrik di Universitas Andalas,” di Seminar FORTEI Juni 2014,

Bandung, 2014.

[2] Cutler, T., “Deploying Zigbee in Existing Industrial Automation

Networks”, Industrial Embedded Systems, 2005, 1, halaman 34-36.

[3] Osterlind, F., Pramsten, E., Roberthson, D., Eriksson, J., Finne, N.

dan Voigt, T., “Integrating Building Automation Systems and Wireless

Sensor Networks”, Proc. of the 12th IEEE Conf. on Emerging Technologies

& Factory Automation (EFTA 2007), Patras, Greece, Sep. 2007, halaman

1376-1379.

[4] R. S. Hsiao, D. B. Lin, H. P. Lin, C. H. Chung dan S. C. Cheng.,

“Integrating Zigbee lighting control into existing building automation

systems”, IET International Conference on Information Science and Control

Engineering (ICISCE), Shenzhen, 2012.

[5] Kastner, W., Neugschwandtner, G., Soucek, S., dan Newman, H. M.,

“Communication Systems for Building Automation and Control”,

Proceedings of the IEEE, 2005

[6] http://flylib.com/books/2/959/1/html/2/images/mir19f05.jpg

[7] www.digi.com/documentation

Kode Makalah: RMA-001 Prosiding Seminar Inovasi Teknologi dan Rekayasa Industri 2015Universitas Andalas, Padang 03 November 2015

1

Pembuatan Serbuk Ti 6Al 4V dan SS 316L Halus sebagai Bahan Dasar Implan

Tulang Berpori dengan Perlakuan Mekanik

1)Adhytia Farma Arsal2)Prof. Dr. Eng. H. Gunawarman, 3)Ilhamdi, M. Eng

1,2,3)Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas AndalasLimau Manis, Padang, 25151


Abstrak

Angka kejadian patah tulang belakangan ini mengalami peningkatan. Penyebab patah tulang bisa berupakecelakaan lalu lintas, kecelakaan kerja dan bencana alam. Selain itu, patah tulang juga diakibatkan karena kasusosteoporosis. Patah tulang dapat disembuhkan dengan cara pemasangan material implan.

Material implan yang digunakan harus mempunyai bentuk struktur dan sifat yang mendekati dari tulangmanusia. Pada umumnya material implan berbentuk pen dan kaku. Material implan yang mendekati struktur tulangharus memiliki bentuk struktur yang berpori juga. Tulang manusia mempunyai bentuk berongga kecil yangmerupakan tempat sel saraf, sel darah dan jaringan sumsum tulang berada. Material implan yang sering digunakanpada saat ini adalah Ti64 dan SS 316L. Material implan berpori dapat dibentuk dengan menggunakan serbuklogam. Material serbuk memiliki kelebihan untuk mudah dibentuk.

Titanium maupun stainless steel tidak tersedia dalam bentuk serbuk dan umumnya tersedia dalam bentukbatangan. Oleh karena itu, pada penelitian ini mengkaji cara pembuatan serbuk material Ti64 dan SS 316L melaluiperlakuan mekanik yang menghasilkan serbuk material berukuran super halus.

Penelitian ini dimulai dengan mempersiapkan sampel yang berbahan titanium dan stainless steel. Setelah itudilakukan proses pemotongan untuk dilanjutkan pada proses ball mill. Hasil dari ball mill berupa serbuk halus.Kemudian dilanjutkan dengan pengujian dengan menggunakan SEM dan EDX untuk melihat ukuran dari serbukyang dihasilkan serta pemeriksaan komposisi kimia.

Pembuatan serbuk Ti64 dengan menggunakan ball mill dan dengan perlakuan mekanik efektif untukmeningkatakan nomor kehalusan serbuk dari #61 menjadi #102. Pembuatan serbuk SS 316L denganmenggunakan ball mill dan dengan perlakuan mekanik kurang efektif untuk meningkatakan nomor kehalusan,karena peningkatan nomor kehalusan yang tidak signifikan yaitu dari nomor kehalusan dari #85 menjadi #91.Setelah dilakukan pemeriksaan komposisi kimia, tidak tejadi perubahan pada komposisi kimia setelah dansebelum proses milling / ball mill.

Keywords: implan berpori, Ti64, SS 316L,SEM, ball mill

PendahuluanBelakangan ini, angka kejadian patah tulang

cenderung meningkat. Menurut data dari SistemInformasi Rumah Sakit (SIRS) 2013, kasus patahtulang mengalami peningkatan setiap tahun sejak2010. Pada 2010 ada 22.815 insiden patah tulang,pada 2011 menjadi 36.947, 2009 menjadi 42.280 danpada 2013 ada 43.003 kasus. Rata-rata angka insidenpatah tulang paha atas, tercatat sekitar 200/100.000pada perempuan dan laki-laki di atas usia 40 tahun .

Penyebab patah tulang bisa berupa kecelakaanlalu lintas, kecelakaan kerja dan bencana alam. Selainitu, patah tulang juga diakibatkan karena kasusosteoporosis. Tahun 2005, Health TechnologyAssessment melaporkan, di Indonesia tahun 2000

angka kejadian patah tulang pada penderitaosteoporosis 227.850 kasus dengan biaya pengobatan2,7 miliar dollar AS. Tahun 2010 angka kejadian patahtulang pada osteoporosis meningkat menjadi 426.300kasus dengan total biaya pengobatan 3,8 miliar dollarAS.


2

Patah tulang dapat disembuhkan dengan carapemasangan material implan pada bagian tulangyang patah. Implan berguna untuk mengembalikanposisi tulang (reposisi) pada kondisi anatomisnya, danmempertahankan posisi tersebut (immobilisasi)hingga proses penulangan terjadi.

Material implan yang digunakan harusmempunyai bentuk struktur dan sifat yang mendekatidari tulang manusia. Tulang manusia mempunyaibentuk berongga kecil yang merupakan tempat selsaraf, sel darah dan jaringan sumsum tulang berada.Pada umumnya material implan berbentuk pen dankaku. Material implan yang mendekati struktur tulangharus memiliki bentuk struktur yang berpori juga.

Material implan berpori dapat dibentukdengan cara mencampurkan serbuk logam denganglukosa. Selanjutnya, logam dan glukosa tersebutditekan dan diberikan perlakuan panas (sintering)untuk menghilangkan glukosa tersebut yangmenghasilkan rongga-rongga pada material tersebut(Adamek, 2014) . Pada penelitian yang pernahdilakukan, material logam yang digunakan adalahtitanium. Titanium yang digunakan berbentuk serbuk.Selain itu tidak dijelaskan bagaimana caramendapatkan serbuk titanium (Adamek, 2014).

Titanium maupun stainless steel tidaktersedia dalam bentuk serbuk dan umumnya tersediadalam bentuk batangan. Oleh karena itu, padapenelitian ini mengkaji cara pembuatan serbukmaterial titanium dan stainless steel melaluiperlakuan mekanik yang menghasilkan serbukmaterial berukuran super halus. Perlakuan mekanikdilakukan dengan proses ball mill. Proses inidilakukan berulang kali sampai didapatkan serbuktitanium dan stainless steel.


Penelitian ini dimulai dengan mempersiapkansampel berbahan titanium dan stainless steel, untukdilakukan proses pemotongan dan dilanjutkan padaproses ball mill. Hasil dari ball mill berupa serbukhalus. Kemudian dilanjutkan dengan pengujiandengan menggunakan SEM dan EDX untuk melihatukuran dari serbuk yang dihasilkan serta pemeriksaankomposisi kimia.

Penelitian ini dimulai dengan mencari studiliteratur dan setelah itu, dilakukan penyiapan sampel.Sampel yang digunakan adalah titanium jenis 6Al 4Vdan stainless steel jenis 316 L dalam bentuk batangan.Ti64 yang digunakan berukuran panjang 199 mm danberdiameter 6 mm. sedangkan SS 316L yangdigunakan berukuran panjang 154,4 mm danberdiameter 6,35 mm.

Proses sawing merupakan proses pemotonganmaterial menjadi bagian-bagian yang lebih kecil agar

dapat diolah pada proses ball mill. Mesin ball millyang digunakan adalah Pulverisette 6 Classic LineFritsch Planetary Mono Mill

Pahat yang dipakai pada proses sawing ini adalahjenis HSS. Proses ball mill dilakukan untuk membentukserbuk super halus dari Stainless Steel 316L dan Ti 6Al4V. Pada proses ball mill kecepatan yang dipakai yaitu250 rpm dengan waktu 4 x 15 menit untuk satu kalipenggilingan. Proses ball mill dilakukan berulang kalisampai diperoleh serbuk Ti 6Al 4V dan Stainless Steel316L. Setelah mendapatkan serbuk dilakukan prosespengayakan untuk mengetahui distribusi ukuran dariserbuk. Proses pemanasan dilakukan untukmengembalikan sifat ulet material yang telah hilangpada proses ball mill. Pengamatan dengan menggunakanSEM bertujuan untuk mengetahui distribusi dari ukuranbutir yang dihasilkan pada saat proses penggilingan.Pemeriksaan EDX bertujuan untuk mengetahuikandungan atau komposisi kimia dari serbuk hasil daripenggilingan.

Penelitian ini dilakukan di LaboratoriumMetalurgi Jurusan Teknik Mesin Universitas Andalas.Setelah melakukan semua tahap penelitian danmemperoleh hasil, selanjutnya dilakukan pembuatanlaporan akhir untuk tugas akhir S-1.

Hasil dan PembahasanHasil yang diperoleh dari penelitian ini

ditampilkan dalam hasil pengamatan scanningelectron microscope (SEM), proses pengayakan, danpemeriksaan energy dispersive x-ray analysis (EDX).

Tingkat Kehalusan Butir dan Nomor ButirSetelah dilakukan proses pengayakan

menggunakan mesin ayakan getar selama 10 menitdan amplitudo getaran 80 diperoleh hasil berupa beratserbuk dari nomor sieve ayakan 35, 60, 120 dan 230.Data hasil pengayakan serbuk Ti64 dan SS 316Lpada masing-masing tahapan proses dapat dilihatpada Tabel 1 dan Tabel 2.

Tingkat Kehalusan Butir dan Nomor Butir Ti64 danSS 316L

Pengayakan dilakukan untuk mengetahuinomor butir, sehingga tingkat kehalusan butir dapatdiketahui. Pada Tabel 1 menampilkan hasil dariproses pengayakan serbuk Ti64 yang dilakukan.

Pada tahap 1 yaitu dengan penggilinganselama 2 jam, serbuk Ti64 yang paling banyakterdapat pada ukuran ayakan dengan nomor mesh #60yang berukuran 250 μm dengan berat sebesar 2,99gram. Pada tahap 2 dan 3 yang mana setelahdilakukan penggilingan selama 4 dan 6 jam serbukterbanyak terdapat pada ukuran ayakan dengannomor mesh #120 yang berukuran 125 µm dengan


3

berat sebesar 2,18 dan 1,95 gram. Pada tahap 4 dan 5yang mana setelah dilakukan penggilingan selama 8dan 10 jam serbuk terbanyak terdapat pada ukuranayakan dengan nomor mesh #230 yang berukuran 63µm dengan berat sebesar 1,85 dan 1,89 gram.

Jumlah dari serbuk Ti64 pada setiap tahappenggilingan mengalami pengurangan, hal ini terjadikarena hasil setiap tahap penggilingan serbuk diambilsedikit untuk dilakukan pengamatan menggunakanSEM dan pemeriksaan menggunakan EDX.

Tabel 1. Hasil proses pengayakan serbuk Ti64 padamasing-masing tahapan proses milling

Tabel 2 Hasil proses pengayakan serbuk SS 316Lpada masing-masing tahapan proses milling

No. Ayakan

Berat Serbuk (gram)

Milling1

Milling2

Milling3 Milling

4

Milling5

35 0,06 0,00 0,00 0,00 0,00

60 0,26 0,31 0,24 0,20 0,18

120 3,17 3,20 2,78 2,65 2,76

230 1,71 1,72 1,79 1,98 1,77

Dasar 0,32 0,38 0,27 0,22 0,32

Berat Total 5,62 5,61 5,08 5,05 5,03

No.KehalusanSerbuk *

85 88 89 90 91

UkuranSerbuk

Rata-rata(μm)**

197 191 190 187 185

*No. Kehalusan Serbuk =**Ukuran Serbuk Rata-rata = interpolasi nilai darinomor kehalusan serbuk

Tabel 2 menampilkan hasil dari prosespengayakan serbuk Ti64 yang dilakukan. Hasilpengayakan yang dilakukan pada SS 316L dapatdilihat, serbuk yang terbanyak terdapat pada ukuranayakan dengan nomor mesh #120 yang berukuran125 µm untuk semua tahapan milling. Ini berartiproses ball mill untuk SS 316L kurang efektif untukmereduksi ukuran serbuk.

Gambar 1. Ukuran rata-rata serbuk Ti 64 dan SS316L hasil proses milling

Gambar 1 merupakan perbandinganpenurunan ukuran serbuk Ti64 dan SS 316L. Padagambar dapat dibandingkan ukuran serbuk rata-rataterhadap masing-masing tahapan proses. Untukserbuk Ti64, apabila dibandingkan ukuran serbuk

antara serbuk milling 1 sampai dengan serbukmilling 4 maka terjadi penurunan dari 248 µmmenjadi 163 µm. Hal ini disebabkan oleh proses ballmill yang dilakukan. Proses ini efektif pada milling 2,karena pada milling 2 terjadi penurunan yangsignifikan yaitu dari 248 µm menjadi 190 µm. Satuproses milling dilakukan dengan proses ball millselama 2 jam. Penurunan signifikan yang terjadidiakibatkan serbuk titanium sudah mengalamipenggetasan selama 2 x 2 jam proses ball mill.Karena serbuk telah getas, maka serbuk akan lebihmudah untuk hancur karena hantaman bola dari padaproses ball mill. Pada milling 2 ke milling 3 tidakterjadi penurunan yang begitu signifikan yaitu dari190 µm menjadi 179 µm. Begitu juga untuk milling 4ke milling 5 penurunan yang terjadi dari 170 µmmenjadi 163 µm.

Untuk serbuk SS 316L, apabila dibandingkanukuran serbuk antara serbuk milling 1 dengan serbukmilling 2 maka terjadi penurunan dari 197 μmmenjadi 191 μm, penurunan yang terjadi tidaksignifikan. Begitu juga untuk masing-masing tahapanmilling lainnya, penurunan yang terjadi tidak terlalubesar.

No.Ayakan

Berat Serbuk (gram)

Milling 1 Milling2

Milling3

Milling4

Milling5

35 0,81 0,00 0,00 0,00 0,00

60 2,99 0,20 0,14 0,08 0,02

120 1,75 2,18 1,95 1,80 1,74

230 1,62 1,59 1,75 1,85 1,89

Dasar 0,16 0,20 0,24 0,25 0,30

Berat Total 7,33 4,17 4,08 3,98 3,95

No.KehalusanSerbuk *

61 89 94 98 102

UkuranSerbuk

Rata-rata(μm)**

248 190 179 170 163


4

Widia Soviyana, juga meneliti prosespembuatan serbuk super halus Ti64 dan SS 316Ldengan perlakuan mekanik dan termal (Soviyana W,2015) Hasil penelitian yang diperoleh penurunanukuran rata-rata serbuk yang signifikan juga terjadipada serbuk Ti64, dimana terjadi penurunan 190µmmenjadi 119µm.

Distribusi Ukuran dan Morfologi Serbuk Ti64 danSS316L Setelah Proses Ball Mill

Pengamatan SEM digunakan untukmemperoleh karakteristik fisik dari serbuk Ti64 danSS 316L setelah dilakukan proses ball mill berupadistribusi ukuran dan morfologi serbuk. Proses ballmill dilakukan dengan 4 kali tahapan.

Distribusi Ukuran dan Morfologi Serbuk Ti64Gambar 2 menampilkan hasil pengamatan

SEM dengan perbesaran 100 kali untuk melihatkarakteristik fisik berupa ukuran dan distribusiukuran serbuk Ti64. Pada serbuk sebelum millingdapat dilihat serbuk masih berukuran panjang dantampak kasar serta bergelombang. Pada milling 1serbuk masih terlihat panjang (Gambar 2a). Padamilling 2 serbuk mulai memipih dan cenderungberbentuk bundar serta serbuk tampak mulaiterpotong atau mengecil tetapi masih ditemukanserbuk yang berukuran panjang (Gambar 2b). Padamilling 3 bentuk serbuk lebih kecil dan berbentukbundar (Gambar 2c). Pada serbuk milling 4 terlihatserbuk bertambah pipih dan bundar serta ditemukanberbentuk jarum (Gambar 2d). Pada serbuk milling 5serbuk tampak lebih halus dan pipih, serbukbertumpuk sehingga seakan-akan lebih besar(Gambar 2e). Serbuk hasil pemanasan terlihat lebihgelap, terjadi penumpukan antar serbuk atau solidtransform (Gambar 2f). Distribusi ukuran serbukuntuk lebih jelasnya akan diuraikan pada sub-subtingkat kehalusan butir dan nomor butir.

Gambar 2. Hasil pengamatan SEM pada serbukTi64; (a) serbuk sebelum milling (b) serbuk milling 1(c) serbuk milling 2 (d) serbuk milling 3 (e) serbukmilling 4 (f) serbuk milling 5 (g) Serbuk hasilpemanasan


5

Gambar 3. Hasil pengamatan SEM pada serbuk Ti64setelah pelarutan kimia

Serbuk Ti64 dilarutkan pada H2O2 + HCldengan jumlah yang berbeda-beda. Gambar 3merupakan hasil pengamatan terhadap serbuk Ti64setelah mengalami pelarutan kimia. Pada Gambar 3adapat dilihat bentuk serbuk masih sama denganbentuk serbuk sebelum dilarutkan, serbuk inidilarutkan selama 1 hari di dalam 3 ml H2O2 + 3 mlHCl sebanyak 50,1 mg. Setelah dilarutkan serbukbersisa sebanyak 41,8 mg. Begitu juga denganGambar 4.3b merupakan hasil pengamatan terhadapserbuk Ti64 yang telah dilarutkan selama 2 haridengan jumlah zat pelarut yang sama namun denganjumlah yang berbeda yaitu 50,7 mg dan setelah dilarutkan didapatkan sisa serbuk Ti64 sebesar 40,7 mg.Gambar 3c merupakan hasil pengamatan terhadapserbuk Ti64 setelah dilarutkan selama 1 hari denganjumlah zat pelarut yang lebih besar yaitu 10 ml H2O2

+ 10 ml HCl, karena serbuk yang dilarutkan jugalebih banyak yaitu 300,8 mg. Namun sama dengan

proses pelarutan yang sebelumnya, sisa serbuksetelah dilarutkan juga masih banyak yaitu 253,4 mg.Dari 3 pelarutan serbuk Ti64 yang telah dilakukandapat dikatakan bahwa pelarutan tidak berpengaruhterhadap penurunan ukuran serbuk, hal ini diketahuidari jumlah serbuk sebelum dan setelah dilakukanpelarutan tidak mengalami pengurangan yang besar,karena jika serbuk terlarut maka pengurangan jumlahserbuk akan besar, begitupun jika serbuk terlarutmaka akan terjadi penurunan ukuran serbuk. Jadiproses perlarutan kimia tidak efektif untukmengurangi ukuran serbuk Ti64.

Distribusi Ukuran dan Morfologi Serbuk SS316L

Karakterisasi fisik berupa distribusi ukuransebuk SS 316L dapat ditunjukan pada Gambar 4.

Gambar 4. Hasil pengamatan SEM pada serbuk SS316L; (a) serbuk sebelum milling (b) serbuk milling1 (c) serbuk milling 2 (d) serbuk milling 3 (e) serbukmilling 4 (f) serbuk milling 5

(a)

(b)

(c)


6

Pada serbuk sebelum milling dapat dilihatserbuk berbentuk kasar dan bergelombang dibagiantepi serbuk. Pada milling 1 serbuk masih terlihatbesar dan berbentuk bundar (Gambar 4a). Padaserbuk milling 2 tampak menjadi lebih memanjangtetapi masih berbentuk bundar, pada tahap ini serbukmulai pecah ini dapat dilihat dari ukuran mulaimenjadi kecil (Gambar 4b). Pada serbuk milling 3serbuk terlihat pecah lagi dan menjadi lebih tipis,serta bentuk serbuk bundar (Gambar 4c). Pada serbukmilling 4 terlihat serbuk bertambah pipih dan bundarserta ditemukan berbentuk jarum (Gambar 4d). Padaserbuk milling 5 tampak serbuk pecah lagi danukuran lebih halus (Gambar 4e). Distribusi ukuranserbuk untuk lebih jelasnya akan diuraikan padasub-sub tingkat kehalusan butir dan nomor butir.

Gambar 5 Hasil pengamatan SEM pada serbuk SS316L setelah pelarutan kimia

Gambar 5 merupakan gambar hasilpengamatan terhadap serbuk SS 316L setelahdilarutkan dengan H2O2 + HCl dengan jumlah serbukyang berbeda. Pada Gambar 5 A dapat dilhat hasilpengamatan serbuk setelah dilarutkan selama 1 haridi dalam 3 ml H2O2 + 3 ml HCl yang mana jumlahserbuk sebelum dilarutkan sebanyak 52,2 mg dan

setelah dilarutkan sebanyak 0,8 mg, bentuk serbukterlihat membongkah dan lebih kecil. Gambar 5 Badalah hasil pengamatan terhadap serbuk yang telahdilarutkan dalam zat pelarut yang sama, namundengan waktu pelarutan yang lebih lama yaitu 2 hari.Jumlah serbuk sebelum dilarutkan adalah 51,0 mgdan sisa serbuk setelah dilarutkan yaitu 1,7 mg,begitupun pada serbuk yang telah dilarutkan selama 1hari di dalam 10 ml H2O2 + 10 ml HCl terjadipengurangan jumlah serbuk yang jauh yaitu dari301,0 mg menjadi 3,5 mg. Pada SS 316L prosespelarutan kimia sangat efektif untuk mereduksiukuran serbuk, karena SS 316L terlarut di dalamH2O2 + HCl, hal ini dapat dilihat dari jumlah serbuksebelum dilarutkan dengan jumlah serbuk setelahdilarutkan.

Pemeriksaan Komposisi Kimia SerbukPemeriksaan EDX digunakan untuk

memperoleh karakteristik kimia berupa komposisikimia serbuk hasil milling. Hasil dari karakterisasiEDX adalah persentase berat dari masing-masingelemen yang terkandung di dalam serbuk hasilmilling.

Pemeriksaan Komposisi Kimia Serbuk Ti64

Gambar 6 Pemeriksaan komposisi kimia serbuk Ti64dengan EDX

Pemeriksaan pada masing-masing serbukdapat dilihat pada gambar 6. pemeriksaan secara titikdan area/luas.


7

Tabel 3 Hasil pemeriksaan komposisi kimia serbukTi64 dengan EDXPemeriksaan Elemen (%)

Al Ti V Fe O1 6,69 88,93 3,78 0,44 0,162 8,28 87,97 3,23 0,31 0,223 4,89 90,01 4,4 0,45 0,254 6,03 90,38 3,2 0,21 0,19

Rata-rata 6,47 89,32 3,65 0,35 0,2

Elemen yang terkandung di dalam serbukhasil dari pemeriksaan EDX adalah elemen Titanium(Ti), Aluminium (Al), Vanadium (V), Fero/besi (Fe),Oksigen (O). Persentase dari masing-masing elemendapat dilihat pada Tabel 3.

Berdasarkan kurva persentase beratterhadap elemen (Gambar 7) dapat dibandingkanpersentase berat terhadap elemen yang terkandung didalam serbuk. Gambar 7 merupakan rata-rata hasildari pemeriksaan komposisi kimia serbuk Ti64 prosesmilling.

Gambar 7. Kurva persentase berat terhadap elemenyang terkandung di dalam serbuk Ti64

Pada gambar 7 dalam dilihat hasil daripemeriksaan kompisisi kimia menggunakan EDX.Persentase titanium komposisi yang paling banyakditemui dalam pemeriksaan komposisi kimia serbukTi64 sebesar 89,32 %. Selanjutnya unsur-unsurpenyusun lainnya seperti aluminium 6,47%,vanadinum 3,65 %, besi 0,35%, dan oksigen 0,2%.Nilai yang didapatkan mendekati nilai referensi yangdigunakan. Ini menunjukan bahwa selama prosesmilling tidak terjadi perubahan komposisi kimia.

Pemeriksaan Komposisi Kimia Serbuk SS 316L

Gambar 8. Pemeriksaan komposisi kimia serbuk SS316L dengan EDX

Pemeriksaan pada masing-masing serbukdapat dilihat pada gambar 8. Pemeriksaan secara titikdan area/luas.

Tabel 4. Hasil pemeriksaan komposisi kimia serbukSS 316L dengan EDX

Berdasarkan kurva persentase berat terhadapelemen (Gambar 9) dapat dibandingkan persentaseberat terhadap elemen yang terkandung di dalamserbuk. Gambar 8 merupakan rata-rata hasil daripemeriksaan komposisi kimia dari serbuk prosesmilling. Elemen yang terkandung di dalam serbukadalah elemen Besi (Fe), Aluminium (Al), Chromium(Cr), Mangan (Mn), Molybdenum(Mo), Nikel (Ni).

Pemeriksaan Elemen (%)Fe Cr Mn Mo Ni Si

1 72,03 16,97 1,4 1,64 9,95 0,762 69,89 17,45 1,04 2,31 10,23 0,63 66,85 16,99 2,61 0,95 8,54 0,694 68,94 17,57 1,81 1,77 8,66 0,45

Rata-rata 69,42 17,24 1,71 1,66 9,34 0,62


8

Gambar 9. Kurva persentase berat terhadap elemenyang terkandung di dalam serbuk SS 316L

Pada Gambar 9 dalam dilihat hasil daripemeriksaan kompisisi kimia menggunakan EDX.Persentase besi dan Chromium merupakan komposisiyang paling banyak ditemui dalam pemeriksaankomposisi kimia serbuk SS 316 L sebesar 69,42%dan chromium 17,24 %. Selanjutnya unsur-unsurpenyusun lainnya seperti manga 1,71%, molybdenum1,66 %, nikel 9,34%, dan silikon 0,62%. Nilai yangdidapatkan mendekati nilai referensi yang digunakan.Ini menunjukan bahwa selama proses milling tidakterjadi perubahan komposisi kimia.

KesimpulanDari hasil penelitian pembuatan serbuk Ti-6Al-4Vdan SS 316L super halus sebagai bahan dasar implantulang berpori dengan perlakuan mekanik diperolehkesimpulan sebagai berikut:

1. Pembuatan serbuk Ti64 denganmenggunakan ball mill dan dengan perlakuanmekanik efektif untuk meningkatakan nomorkehalusan serbuk dari #61 menjadi #102.

2. Pembuatan serbuk SS 316L denganmenggunakan ball mill dan dengan perlakuanmekanik kurang efektif untuk meningkatakannomor kehalusan, karena peningkatan nomorkehalusan yang tidak signifikan yaitu darinomor kehalusan dari #85 menjadi #91.

3. Setelah dilakukan pemeriksaan komposisikimia, tidak tejadi perubahan pada komposisikimia setelah dan sebelum proses milling /ball mill.

Ucapan Terima kasih

Terimakasih kepada Bapak Prof. Dr. Eng. H.Gunawarman sebagai pembimbing 1 saya; BapakIlhamdi, M.Eng sebagai pembimbing 2 saya.

Referensi

[1] KesehatanPatahTulang, 20 Desember 2012.

Dilihat 19 oktober 2014.

http://lifestyle.bisnis.com/read/20121012/54/998

78/kesehatan-tulang-kasus-patah-tulang-akibat-o

steoporosis-cenderung-meningkat.

[2] Kompas. Penting, AntisipasiPatahTulang, 25 juni

2012. Dilihat 19 oktober 2014.

http://health.kompas.com/read/2012/06/25/0735

528/penting.Antisipasi.Patah.Tualng.

[3] G. Adamek, et al. 2014. Saccharose as a new

space holder material for porous titanium

implant formation1.

[4] Soviyana, Widia. Tugas Akhir. 2015. Pembuatan

Serbuk Ti-6Al-4V dan SS 316L Super Halus

sebagai Bahan Dasar Implan Tulang Berpori

dengan Perlakuan Mekanik dan termal.

Kode Makalah: RMA-002 Prosiding Seminar Inovasi Teknologi dan Rekayasa Industri 2015Universitas Andalas, Padang 03 Nvember 2015

1

Pembuatan Serbuk Ti 6Al 4V dan Stainlees Steel 316L yang Halus sebagai Bahan Dasar ImplanTulang Berpori dengan Perlakuan Termo-Mekanik

1)Widia Soviyana2)Prof. Dr. Eng. H. Gunawarman, 3)Ilhamdi, M.Eng

1,2,3)Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas AndalasLimau Manis, Padang, 25151


Abstrak

Angka kejadian patah tulang yang tinggi diakibatkan oleh berbagai macam penyebab seperti osteoporosis, dankecelakaan lalu lintas. Penyembuhan dilakukan dengan penanaman implan logam pejal, namun implant logampejal masih memiliki kekurangan yang cukup banyak, antara lain diperlukan minimal 2x operasi, kaku danmemiliki massa jenis yang lebih besar dari tulang sehingga implant pejal ini tidak memiliki karakteristik mekanikyang sama dengan tulang manusia. Untuk mengatasi kekurangan tersebut diperlukan implan tulang berpori.Pembuatan implan tulang berpori memerlukan serbuk logam yang halus, namun serbuk logam sangat sulit untukdiperoleh secara komersil. Oleh karena itu, perlu dikaji bagaimana cara menghasilkan serbuk Ti 6 Al 4V dan SS316L yang halus dengan lebih cepat. Pada penelitian ini dilakukan dengan mengkikir material Ti 6Al 4V yangtelah digetaskan sebelumnya, lalu digiling menggunakan ball mill selama 4 jam menggunakan bola kecil jenisagate sebanyak 30 buah. Begitupun dengan SS 316 L, namun SS 316L tidak melalui proses penggetasan terlebihdahulu.Setelah itu serbuk logam diayak menggunakan mesin ayak untuk mengetahui ukuran serbuk, laludilanjutkan dengan proses pelarutan kimia dengan H2O2 + HCl. Setelah di larutkan, serbuk dikarakterisasimengggunakan scanning electron microscopy (SEM) dan energy dispersive x-ray analysis (EDX). Dari penelitianini diperoleh hasil bahwa penurunan ukuran serbuk Ti 6Al 4V menurun dari 190 µm menjadi 119 µm sedangkanpada SS 316L mengalami penurunan ukuran serbuk dari 191 µm menjadi 165 µm. Dapat dibandingkan bahwaproses pembuatan serbuk dengan cara tersebut lebih efektif untuk Ti 6Al 4V dibandingkan SS 316L. Komposisikimia dari masing-masing serbuk logam sama dengan komposisi kimia pada teori seharusnya.

Keywords: implan tulang, serbuk logam, Ti 6Al 4V, SS 316L, ball mill.

Pendahuluan

Angka kejadian patah tulang di Indonesia cukup tinggi,yang disebabkan oleh berbagai macam hal. Osteoporosismerupakan salah satu penyebab patah tulang, menurutYayasan Osteoporis Internasional, satu dari tiga perempuandan satu dari lima pria terkena osteoporosis. Selain itu,patah tulang juga disebabkan oleh beban yang tiba-tibaseperti kecelakaan lalu lintas. Menurut Riset KesehatanDasar tahun 2007, 8,5% patah tulang disebabkan olehkecelakaan. Untuk penyembuhan patah tulang dilakukanpemasangan implan yang berbentuk pejal, tetapi implanpejal memiliki banyak kekurangan yaitu massa jenis yangtinggi melebihi tulang manusia sehingga terasa lebih berat,lalu implan pejal memiliki kekakuan yang tinggi. Dalampemakaiannya juga akan menimbulkan trauma karenamemerlukan 2x operasi dimana satu kali untuk pemasangandan satu kali untuk pembongkaran. Dan jika dilihat daribentuk fisik implant logam pejal ini sangatlah tidakmungkin untuk membantu perkembangan sel hidup padamanusia. Sehingga untuk mengatasi kekurangan yang adapada implan logam pejal tersebut diciptakan implan logam

berpori. Namun dalam pembuatan implanlogam berpori diperlukan serbuk logam yanghalus, karena implan ini dibuat dengan prosesproduksi metalurgi serbuk. Serbuk logam yanghalus ini sangat sulit untuk memperolehnyakarena tidak tersedia secara komersial, atautidak terjual dipasaran. Sehingga diperlukanpenelitian untuk mengetahui proses yang tepatdan cepat untuk memperoleh serbuk Ti 6Al 4Vdan stainless steel 316L untuk mengatasikekurangan implan pada saat ini.

Metoda Eksperimen & Fasilitas YangDigunakan

Pengujian dimulai dengan penyiapan sampel,yaitu Ti 6Al 4V dan SS 316L berbentk batangan,lalu dilakukan proses sawing atau pemotongandilakukan agar material uji lebih mudah untukdillakukan proses selanjutnya. Setelah itu, Ti6Al 4V digetaskan dengan metode heattreatment sampai temperatur β transus yaitu


2

980 °C karena pada temperatur ini keadaan Ti 6Al 4V beradapada kondisi tidak stabil. Pemanasan dilakukan pada tungkuVacuum Ney Ceram Fires yang tersedia di Jurusan TeknikMesin Universitas Andalas. Setelah itu, Ti 6Al 4V dan SS316L dikikir hingga menjadi serbuk yang kasar. Tahapselanjutnya Masing-masing serbuk dilakukan penggilingandengan menggunakan alat Ball Mill yang tersedia di JurusanTeknik Mesin Universitas Andalas Penggilingan diakukanselama 4 jam menggunaan bola berbahan batu akik (agate)dengan kecepatan putar sebanyak 200 rpm. Setelah itu,masing-masing serbuk material uji diayak menggunakanmesin ayakan yang tersedia di Jurusan Teknik MesinUniversitas Andalas. Setelah itu, serbuk material diamatimenggunakan SEM dan diperiksa komposisi kimia serbukmenggunakan EDX. Hal ini dilakukan sebanyak 4X ulang,setelah itu serbuk dilarutkan didalam H2O2+HCl dan diamatimenggunakan SEM.


Hasil yang diperoleh dari proses pembuatan serbuksuperhalus spesimen dengan penggetasan dan penggilingan(milling) akan dibahas dalam bab ini. Secara garis besarhasil yang diperoleh dari penelitian ini dipresentasikandalam hasil proses pengayakan, pengamatan scanningelectron microscope (SEM), dan pemeriksaan energydispersive x-rayanalysis (EDX).

Tingkat Kehalusan dan Nomor ButirTingkat kehalusan dan nomor butir dari serbuk Ti64

dan serbuk SS 316L dapat diketahui dengan cara melakukanpengayakan menggunakan mesin ayak getar. Pengayakandilakukan setelah proses penggilingan pada setiap tahap.Proses pengayakan dilakukan selama 10 menit danamplitudo getaran 80 diperoleh hasil berupa berat serbukdari nomor sieve ayakan 35, 60, 120 dan 230.

Tingkat Kehalusan dan Nomor Butir Ti 6Al 4V dan SS316L

Pengayakan dilakukan untuk mengetahui nomorbutir, sehingga tingkat kehalusan butir dapat diketahui. PadaTabel 1 menampilkan berat serbuk Ti64 padamasing-masing tahapan proses milling dan berat serbukyang tersaring pada masing-masing nomor ayakan,sehingga dari hasil pengayakan dilakukan perhitunganuntuk mendapatkan ukuran kehalusan dari serbuk padamasing-masing tahapan proses milling.

Pada tahap 1 yaitu dengan penggilingan selama 4jam, serbuk Ti64 yang paling banyak berukuran 125 μmdengan berat sebesar 0,75 gram, lalu pada tahap 2 yangmana setelah dilakukan penggilingan selama 8 jamdidapatkan ukuran serbuk terbanyak yaitu 63 μm denganberat sebesar 1,25gram, tidak berbeda dengan tahap 2 padatahap 3 dan tahap 4 didapatkan ukuran serbuk yangterbanyak yaitu 125 μm dengan berat masing-masingsebanyak 1,20 μm dan 1,09 μm.

Jumlah dari serbuk Ti64 pada setiap tahap

penggilingan mengalami pengurangan, hal initerjadi karena hasil setiap tahap penggilinganserbuk diambil sedikit untuk dilakukanpengamatan menggunakan SEM danpemeriksaan menggunakan EDX.

Tabel 1 Hasil proses pengayakan Ti64 padamasing-masing tahapan proses milling

Tabel 2 Hasil proses pengayakan SS 316L padamasing-masing tahapan proses milling

Tabel 2 merupakan tabel hasil daripengayakan pada setiap tahapan prosespenggilingan serbuk SS 316L. Serbuk SS 316Ldiayak dengan tujuan yang sama dengan Ti64,untuk mengetahui berapa banyak serbuk yangtersaring pada masing-masing no ayakan untukmengatahui ukuran kehalusan dari serbuk SS316L. Berbeda dengan Ti64, serbuk terbanyakpada setiap tahap penggilingan terdapat padaayakan dengan nomor kehalusan 120 yangmana ukuran serbuknya sebesar 125 μm.


3

Gambar 1 Grafik perbandingan ukuran rata-rataserbuk

Gambar 1 merupakan grafik perbandingan ukuranserbuk Ti64 dan SS 316L untuk masing-masing tahapanproses milling pada perlakuan yang berbeda. Pada grafikyang berwarna biru dapat dilihat ukuran rata-rata Ti64 hasilsatu kali milling yang masih cukup besar yaitu 190 µm,namun setelah dilakukan milling tahap 2 ukuran rata-rataserbuk Ti64 mengalami penurunan yang signifikan namunsetelah proses milling tahap 2 didapatkan ukuran serbukyaitu 122 µm, artinya proses yang paling efektif yaitusetelah serbuk mengalami milling selama 8 jam. Serbukyang sebelumnya telah digetaskan melalui proses heattreatment akan semakin getas ketika mendapat beban daribola-bola pada mesin ball mill, sehingga penurunan ukuranserbuk terjadi cukup besar. Pada serbuk hasil milling 3 tidakmengalami penurunan ukuran dari serbuk hasil milling 2,hal ini terjadi karena kurang lamanya proses milling. Padamilling 4 serbuk mengalami penurunan ukuran kembalimenjadi 119 µm. Penurunan ukuran serbuk dipengaruhioleh lamanya waktu penggilingan, karena penurunanukuran serbuk terjadi pada tahap proses milling 2 dan tahapproses milling 4, dengan kata lain penurunan serbuk terjadisetelah kelipatan 8 jam lama penggilingan. Jikadibandingkan dengan hasil tugas akhir Adhytia Farma Arsalyang mana pembuatan serbuk Ti64 hanya dengan perlakuanmekanik dengan lama waktu penggilingan selama 2 jampada setiap tahap penggilingan dan tidak mengalamiperlakuan termal yaitu proses penggetasan sebelumnya,didapatkan ukuran serbuk dari tahap 1 yaitu sebesar 248 µm,tahap 2 sebesar 190 µm, tahap 3 sebesar 179 µm, dan tahap4 sebesar 170 µm. Jadi, penurunan ukuran serbuk yanglebih besar yaitu pada Ti64 yang telah melalui perlakuantermal dan perlakuan mekanik yaitu dengan penurunanukuran dari 190 µm sampai 119 µm, sedangkan pada serbukTi64 yang hanya melalui perlakuan mekanik mengalamipenurunan dari 248 µm sampai 170 µm. Sehingga dapatdiketahui bahwa metode yang lebih efektif dalampembuatan serbuk Ti64 yaitu dengan metode perlakuantermal dan mekanik dengan waktu penggilingan yang lebihlama

Pada grafik yang berwarna merahmenampilkan perbandingan ukuran serbuk SS316L pada tiap-tiap proses milling. Ukuranserbuk hasil penggilingan pertama adalah 191µm sedangkan ukuran serbuk hasilpenggilingan kedua yaitu 187 µm, penurunanukuran serbuk SS 316L dari tahap prosespertama ke tahap proses kedua tak begitu jauh,masing-masing penggilingan dilakukan 4 jam.Pada penggilingan ketiga penurunan ukuranjuga tidak terlalu jauh yaitu menjadi 185 µmdan pada penggilingan ke empat menjadi 165µm. Penurunan ukuran yang lebih jauh terjadisetelah 16 jam proses penggilingan. Dan jikadibandingkan dengan hasil tugas akhir AdhytiaFarma Arsal, ukuran serbuk SS 316L yangdigiling selama 2 jam dalam setiap tahap,penurunan ukuran serbuk dari tahappenggilingan 1 sebesar 197 µm mengalamipenurunan ukuran pada tahap penggilingan 2menjadi 191 µm, dan setelah dilakukanpenggilingan 3 didapatkan ukuran serbukmenjadi 190 µm, dan pada tahappenggilingan 4 didapatkan ukuran serbuksebesar 187 µm. Perbedaan metode yangdilakukan pada tugas akhir Adhytia ini adalahlama waktu penggilingan. Jadi pembuatanserbuk SS 316L yang halus akan lebih efektifjika waktu penggilingan lebih lama, karenaukuran serbuk yang lebih halus didapatkanpada serbuk SS 316L setelah mengalamipenggilingan selama 4 jam dalam setiap tahap.

Distribusi Ukuran dan Bentuk SerbukPengamatan SEM dilakukan untuk

mengetahui karakteristik fisik dari serbuk Ti64berupa distribusi ukuran dan bentuk dariserbuk. Serbuk yang diamati adalah serbukTi64 dan serbuk SS316L dengan perbesaran10x, pengamatan dilakukan terhadap serbukyang belum mengalami proses penggilingandan terhadap serbuk yang telah mengalamipenggilingan dalam beberapa kali prosespenggilingan, penggilingan serbuk dilakukanmenggunakan Ball Mill dengan kecepatanputar sebesar 200rpm, satu kali prosespenggilingan dilakukan selama 4 jam. Bolayang digunakan untuk menggiling merupakanbatu berbahan keramik yaitu agate ukurankecil dengan diameter antara 5-10 mm.

Distribusi Ukuran Serbuk Ti 6Al 4VSerbuk Ti64 yang diamati merupakan

serbuk hasil dari proses sawing dan prosesgrinding. Serbuk dihasilkan dari Ti64berbentuk batangan yang dijual secarakomersial yang mana batangan yang telah digergaji diberikan perlakuan termal dengan cara


4

memanaskan batangan Ti64 terlebih dahulu selama 2 jam,pemanasan dilakukan sampai saat kondisi kesetimbanganrendah pada temperatur β transus yaitu ± 980°C denganproses pendinginan secara annealing atau didinginkan didalam tungku secara lambat. Pemanasan dilakukan di dalamtungku Vacuum Ney Ceram Fires agar tidak terkontaminasioleh zat lain. Pemanasan dilakukan untuk menggetaskanbatangan Ti64 agar lebih mudah dalam penggilingan yangberfungsi untuk mereduksi ukuran serbuk Ti64.

Gambar 2 Hasil pengamatan SEM pada serbuk Ti64

Gambar 2 merupakan hasil SEM berbagai tahapproses dari serbuk Ti64. Gambar 2 A adalah hasilpengamatan terhadap serbuk sebelum dilakukanpenggilingan. Serbuk didapatkan dari hasil proses sawing,sehingga bentuk serbuk yang dihasilkan melengkung sepertigambar yang terlihat dan masih berukuran besar sertamemiliki shear lips, hal ini menandakan bahwa materialmasih bersifat ulet. Jika dibandingkan dengan Gambar 2 B,ukuran dari serbuk Ti64 masih sama besar, sedangkangambar yang kedua merupakan hasil pengamatan terhadapserbuk setelah dilakukan penggilingan dalam satu kaliproses. Proses penggilingan pertama belum memilikipengaruh terhadap serbuk karena serbuk masih bersifat uletdan cukup sulit untuk direduksi, namun deformasi yangditerima oleh serbuk saaat proses penggilingan pertamaakan membantu serbuk untuk semakin rapuh. Gambar 2 Cmerupakan hasil pengamatan terhadap serbuk setelah duakali proses penggilingan, dengan kata lain serbuk telahmengalami pengilingan selama 8 jam. Bentuk dari serbuksudah terlihat mengecil, namun bentuk dan ukuran serbukbelum merata, hal ini disebabkan oleh deformasi yang

diperoleh saat milling juga tidak merata, adasebagian serbuk yang terkena milling sehinggaserbuk akan tereduksi dan sebagian lain yangtidak terkena deformasi akan memiliki ukuranyang tetap seperti sebelumnya. Pada prosespenggilingan berikutnya hasil pengamatanterhadap bentuk dan ukuran serbuk tidak jauhberbeda dengan hasil pengamatan serbuk padaproses penggilingan sebelumnya, dapat dilihatpada Gambar 2 D, dengan kata lain serbukhasil penggilingan 12 jam tidak mengalamireduksi dari penggilingan 8 jam. Padapenggilingan 16 jam bentuk dan ukuran serbukjauh lebih kecil, dapat dilihat pada gambar E.Ada bagian serbuk yang terlihat hancur, danbongkahan yang tadinya cukup besar menjadilebih kecil. Jadi, dalam penggilingan serbukTi64 membutuhkan waktu yang cukup lamauntuk mereduksi ukurannya.

Gambar 3 Hasil pengamatan SEM padaserbuk Ti64 setelah pelarutan kimia

Serbuk Ti64 dilarutkan pada H2O2 +HCl dengan jumlah yang berbeda-beda.Gambar 3 merupakan hasil pengamatanterhadap serbuk Ti64 setelah mengalamipelarutan kimia. Pada Gambar 3 A dapat dilihatbentuk serbuk masih sama dengan bentukserbuk sebelum dilarutkan, serbuk inidilarutkan selama 1 hari di dalam 3 ml H2O2 +3 ml HCl sebanyak 50,4 mg. Setelah dilarutkanserbuk bersisa sebanyak 41,7 mg. Begitu jugadengan Gambar 3 B merupakan hasilpengamatan terhadap serbuk Ti64 yang telahdilarutkan selama 2 hari dengan jumlah zatpelarut yang sama namun dengan jumlah yangberbeda yaitu 50,6 mg dan setelah di larutkandidapatkan sisa serbuk Ti64 sebesar 43,6 mg.Gambar 3 C merupakan hasil pengamatanterhadap serbuk Ti64 setelah dilarutkan selama

A.Sebelum Milling B.Milling 1

C.Milling 2

D.Milling 3 E.Milling 4

A

C

B


5

1 hari dengan jumlah zat pelarut yang lebih besar yaitu 10ml H2O2 + 10 ml HCl, karena serbuk yang dilarutkan jugalebih banyak yaitu 300,3 mg. Namun sama dengan prosespelarutan yang sebelumnya, sisa serbuk setelah dilarutkanjuga masih banyak yaitu 249,8 mg. Dari 3 pelarutan serbukTi64 yang telah dilakukan dapat dikatakan bahwa pelarutantidak berpengaruh terhadap penurunan ukuran serbuk, halini diketahui dari jumlah serbuk sebelum dan setelahdilakukan pelarutan tidak mengalami pengurangan yangbesar, karena jika serbuk terlarut maka pengurangan jumlahserbuk akan besar, begitupun jika serbuk terlarut maka akanterjadi penurunan ukuran serbuk. Jadi proses perlarutankimia tidak efektif untuk mengurangi ukuran serbuk Ti64.

Distribusi Ukuran Serbuk SS 316LPenyiapan serbuk SS 316L tidak jauh berbeda

dengan penyiapan serbuk Ti64, serbuk yang diamati jugamerupakan hasil dari proses sawing dan proses grinding,hanya saja batangan SS 316L tidak mengalami prosespemanasan terlebih dahulu, karena SS 316L tidak bisadigetaskan melalui proses pemanasan (heat treatment),sehingga serbuk SS 316L hasil proses sawing dan prosesgrinding langsung dilakukan ke tahap berikutnya yaitutahap milling. Distribusi ukuran dan bentuk fisik dari serbukSS 316L sebelum milling dan setelah beberapa tahapmilling dapat dilihat pada Gambar 4.4 yang merupakanhasil pengamatan menggunakan SEM.

Gambar 4 A merupakan hasil pengamatan terhadapserbuk sebelum dilakukan penggilingan, terlihat bentukserbuk seperti serabut karena serbuk ini didapatkan darihasil grinding dan ukuran serbuk masih terlihat besar danlembaran tipis. Setelah dilakukan 4 jam penggilingandidapatkan hasil pengamatan seperti Gambar 4 B, terlihatbentuk serbuk seperti bongkahan-bongkahan yangmembentuk gumpalan. Hal ini terjadi karena hantamanyang diberikan oleh bola pada ball mill menyebabkantergulungnya lembaran-lembaran serbuk SS 316L sehinggamembentuk bongkahan. Ukuran serbuk juga terlihatmengalami penurunan ukuran. Pada proses penggilinganyang kedua bentuk serbuk berubah menjadi tipis kembalidan ukuran serbuk juga terlihat lebih kecil, hal itu dapatdilihat dari hasil pengamatan SEM pada Gambar 4 C.Setelah mengalami 12 jam penggilingan ukuran serbukterlihat jauh lebih mengecil seperti yang terlihat padaGambar 4 D dan begitupun pada 16 jam penggilinganukuran dan bentuk serbuk terlihat semakin mengecil sepertiGambar 4 E. Jadi, pada SS 316L lama waktu penggilinganmemiliki pengaruh yang besar untuk mereduksi ukurannya.

Gambar 4 Hasil pengamatan SEM padaserbuk SS 316L

Gambar 5 Hasil pengamatan SEM padaserbuk SS 316L setelah pelarutan kimia

Gambar 4.5 merupakan gambar hasilpengamatan terhadap serbuk SS 316L setelahdilarutkan dengan H2O2 + HCl dengan jumlahserbuk yang berbeda. Pada Gambar 4.5 A dapatdilhat hasil pengamatan serbuk setelahdilarutkan selama 1 hari di dalam 3 ml H2O2 +3 ml HCl yang mana jumlah serbuk sebelumdilarutkan sebanyak 52,2 mg dan setelahdilarutkan sebanyak 0,8 mg, bentuk serbukterlihat membongkah dan lebih kecil. Gambar4.5 B adalah hasil pengamatan terhadap serbukyang telah dilarutkan dalam zat pelarut yangsama, namun dengan waktu pelarutan yanglebih lama yaitu 2 hari. Jumlah serbuk sebelumdilarutkan adalah 51,0 mg dan sisa serbuksetelah dilarutkan yaitu 1,7 mg, begitupun pada

A.Sebelum Milling B.Milling 1

C.Milling 2

D.Milling 3 E.Milling 4

A B

C


6

serbuk yang telah dilarutkan selama 1 hari di dalam 10 mlH2O2 + 10 ml HCl terjadi pengurangan jumlah serbuk yangjauh yaitu dari 301,0 mg menjadi 3,5 mg. Pada SS 316Lproses pelarutan kimia sangat efektif untuk mereduksiukuran serbuk, karena SS 316L terlarut di dalam H2O2 +HCl, hal ini dapat dilihat dari jumlah serbuk sebelumdilarutkan dengan jumlah serbuk setelah dilarutkan.

Pemeriksaan Komposisi Kimia SerbukPemeriksaan EDX digunakan untuk memperoleh

karakteristik kimia berupa komposisi kimia serbuk hasilmilling. Hasil dari karakterisasi EDX adalah persentaseberat dari masing-masing elemen yang terkandung di dalamserbuk hasil milling.

Pemeriksaan Komposisi Kimia Serbuk Ti64

Gambar 6 Pemeriksaan komposisi kimia serbuk Ti64dengan EDX

Tabel 3 Hasil pemeriksaan komposisi kimia serbukTi64 dengan EDX

Serbuk Elemen (%)Al Ti V Fe O

1 3,94 73,61 2,72 0,23 19,5

2 3,9 73,61 2,72 0,22 19,55

Rata-rata 3,92 73,61 2,72 0,225 19,52

Gambar 6 merupakan gambar serbuk Ti64 yangmenunjukan bahwa material Ti64 masih memiliki sifat yangulet, hali itu dapat dilihat dari bentuk serbuk yang memilikishear lip yang artinya bibir geser. Bibir geser ini terjadikarena adanya deformasi terhadap benda yang ulet.

Elemen yang terkandung dalam serbuk Ti64 dapatdilihat pada Tabel 3 yang mana terdapatnya kandungantitanium (Ti), oksigen (O), aluminium (Al), vanadium (V)dan besi (Fe). Kandungan oksigen pada serbuk Ti64melebihi batas yang seharusnya, hal ini terjadi karenaproses pemanasan Ti64 yang menghasilkan banyak oksigen.

Gambar 7 Kurva persentase berat terhadapelemen yang terkandung di dalam serbuk Ti64

Dari grafik pada Gambar 7 dapatdilihat bahwa kandungan elemen tertinggiadalah titanium. Namun kandunganunsure-unsur selain oksigen menururun darinilai referensi., tetapi menurunan nilaikandungan tidak terlalu jauh.

Pemeriksaan Komposisi Kimia Serbuk SS316L

Gambar 8 Pemeriksaan komposisi kimiaserbuk SS 316L dengan EDX

Tabel 4 Hasil pemeriksaan komposisi kimiaserbuk SS 316L dengan EDX

Gambar 9 Kurva persentase berat terhadapelemen yang terkandung di dalam serbuk SS

316L

Serbuk Elemen (%)Mn P S Si Cr Ni Mo Fe

1 2,61 0,16 0,7 2 16.99 9,73 0,95 66,852 1,18 0,1 0,15 0,9 17,57 9,39 1,77 68,94

Rata-Rata 1,89 0,13 0,425 1,45 17,28 9,56 1,36 67,89


7

Gambar 8 merupakan gambar mikro serbuk SS316L yang memperlihatkan bentuk permukaan serbuk yangberbeda dengan Ti64. Serbuk 316L tidak memiliki bibirgeser dalam kata lain serbuk SS 316L memiliki permukaanyg licin, dan itu merupakan ciri dari material yang getas.

Elemen yang terkandung dalam serbuk SS 316Ldapat dilihat pada Tabel 4. Serbuk SS 316L mengandungunsur-unsur kimia seperti mangan (Mn), phosphor (P),sulfur (S), silikon (Si), kromium (Cr), nikel (Ni),molybdenum (Mo), Besi (Fe).

Kandungan unsur yang paling tinggi adalah fero,seperti yang terlihat pada Gambar 9. Besarnya kandunganfero masih berada di dalam batas referensi.Kandungan-kandungan unsur lainnya mendekati dengannilai referensi

Kesimpulan

Dari hasil penelitian pembuatan serbuk Ti-6Al-4V dan SS316L super halus sebagai bahan dasar implan tulang berporidengan perlakuan mekanik diperoleh kesimpulan sebagaiberikut:

Pembuatan serbuk Ti64 yang telah memperolehperlakuan termal dan mekanik dengan menggunakan ballmill efektif untuk meningkatakan nomor kehalusan serbukdari #88 menjadi #132, sebaliknya pembuatan serbuk SS316L dengan perlakuan mekanik menggunakan ball millkurang efektif untuk meningkatakan nomor kehalusan,karena peningkatan nomor kehalusan yang tidak signifikanyaitu dari nomor kehalusan dari #88 menjadi #101.

Setelah dilakukan pemeriksaan komposisi kimia,terjadi sedikit perubahan komposisi kimia pada Ti64 karenaperlakuan termal yang diperoleh oleh Ti64. Sedangkan padaSS 316L kandungan kimia masih berada dalam batasreferensi.

Ucapan Terima kasih

Terimakasih kepada Bapak Prof. Dr. Eng. H. Gunawarmansebagai pembimbing 1 saya; Bapak Ilhamdi, M.Eng sebagaipembimbing 2 saya; Bapak Prof. Dr. Hadi Nur sebagaipembimbing saya di Universiti Teknologi Malaysia.

Referensi

Indoroyal. Fakta tentang Osteoporosis. Dilihat 23 Oktober

2014.

http://indoroyal.com/info-medis/penyakit-osteoporosis.html

Dokter Sehat. Penyebab Tulang Keropos, 24 Mei 2013.

Dilihat 23 Oktober 2014. http://doktersehat.com/

Partono, Muki. Dokter Ahli Bedah Tulang. Pasang pen

sebaiknya dibuka, 10 Desember 2010. Dilihat

23 Oktober 2010.

http://mukipartono.com/pasang-pen-sebaiknya-

di-buka/

Junaidi, Syarif. Biomaterial Berbasis Logam,

13 Agustus 2009. Dilihat 23 Oktober 2014.

http://www.infometrik.com/2009/08/biomateria

l-berbasis-logam/

Arsal, Adhytia Farma. 2105. “Pembuatan

Serbuk Ti 6Al 4V dan Stainless Steel 316L

sebagai Bahan Dasar Implan Tulang Berpori

dengan Perlakuan Mekanik”. Jurnal Tugas

Akhir Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik,

Universitas Andalas. 2015


1

Pengaruh Rasio Massa Bijih Besi Dengan Reduktor Dan Temperatur Reduksi Pada ProsesReduksi Langsung Menggunakan Reduktor Arang Kayu

1)Is Prima Nanda, 2)Dafmiko

1,2)Universitas AndalasLimau Manis, Pauh, Padang, Sumatera Barat, 25163

[email protected]

Abstrak

Bijih besi di Indonesia memiliki sumber daya dan cadangan bijih besi terbilang cukup banyak. Dalam duniaindustri di Indonesia masih banyak bijih besi yang diekspor karena proses pengolahannya yang terbilang cukupmahal. Belum banyaknya penelitian tentang proses reduksi langsung menggunakan reduktor biomassa, masihperlu sebuah teknologi sederhana yang dapat mengolah bijih besi menggunakan reduktor lokal. Untuk menghematbiaya produksi dan teknologi ramah lingkungan.

Bijih besi yang digunakan pada penelitian ini adalah bijih besi jenis laterit berasal dari Kalimantan. Sedangkanreduktor yang digunakan adalah arang kayu. Variabel yang digunakan pada penelitian ini yaitu variabeltemperatur 700oC, 800oC, 900oC, 1000oC dan perbandingan masa 1 : 2 dan 1: 4. Proses dilakukan di dalam mufflefurnace selama 30 menit agar terjadi proses reduksi. Untuk mengetahui optimalisasi proses dan melihat hasilproses reduksi secara kualitatif, maka dilakukan karakterisasi sampel dengan menggunakan XRD.

Hasil reduksi yang paling tinggi terdapat massa 1 : 4 dengan temperatur 1000oC. Pada sampel tersebutdidapatkkan produk reduksi iron (Fe), wustite ( FeO), dan magnetite ( Fe3O4).

Kata kunci: perbandingan temperatur, perbandingan rasio massa, muffle furnace, bijih besi

1. Pendahuluan

1.1 Latar BelakangBijih besi merupakan bahan baku utama dalampembuatan logam besi. Untuk mendapatkan logambesi tersebut, bijih besi yang masih berbentuk oksidaharus melalui tahapan tertentu yaitu, proses reduksi.Reduksi bijih besi berlangsung pada temperatur yangsangat tinggi. Pada proses reduksi dibutuhkan bahanlain sebagai reduktor yang akan mengubah oksidabesi dengan muatan tinggi menjadi oksida besidengan muatan yang lebih rendah atau bahkanmenjadi logam. Reduktor yang dapat digunakan dapatberupa C, CO atau H2 seperti yang ditunjukkan padareaksi berikut [1].3Fe2O3+C→2Fe3O4+CO ΔG01273=-73Kkal (1)3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO2 ΔG01273=-24,19Kkal (2)3Fe2O3+H2→2Fe3O4+H2O ΔG01273=-25,72Kkal (3)

Indonesia memiliki sumber daya cadangan bijih besiterbilang cukup banyak. Dalam dunia industri diIndonesia masih banyak bijih besi yang dieksporkarena proses pengolahannya yang terbilang cukupmahal. Untuk mendapatkan bijih besi diperlukanproses reduksi dimana proses reduksi ini terbagi

menjadi dua yaitu reduksi langsung dan tidaklangsung. Reduksi langsung (direct reduced iron)menggunakan gas reduktor seperti gas hidrogen ataugas CO. Reduksi tidak langsung menggunakantungku pelebur yang biasa disebut tanur tinggi (blastfurnace). Sesuai UU No.4 tahun 2009, pengolahanbahan mineral yang terdapat di Indonesia wajibdilakukan di dalam negeri. Hal ini merupakan salahsatu cara untuk meningkatkan perekonomianIndonesia. Belum banyaknya penelitian tentangproses reduksi langsung menggunakan reduktorbiomassa. Karena selama ini proses reduksi langsunghanya menggunakan reduktor batubara. Untukmendapatkan reduktor yang dapat menggantikanreduktor batubara banyak penelitian yang dilakukandiantaranya pengaruh variasi reduktor lokal pengaruhrasio massa, temperatur, waktu proses dan lain-lain.

1.2 Tujuan

1.Mengetahui pengaruh temperatur terhadap prosesreduksi langsung.

2.Mengetahui konsentrasi Fe yang dihasilkan dalamproses reduksi langsung.

3.Mengetahui temperatur optimal dari proses reduksilangsung.


2

4.Mengetahui rasio massa antara bijih besi dan arangkayu yang optimal dari proses reduksi langsung.

1.3 ManfaatManfaat dari penelitian ini diharapkan mendapatkantemperatur optimal dan rasio massa optimal dalamproses reduksi langsung menggunakan reduktor lokalarang kayu.

1.4 Batasan Masalah

1. Material yang digunakan bijih besi yang berasaldari Kalimantan.

2. Variabel temperatur yang dilakukan adalah 700oC,800oC, 900oC, 1000oC

3. Variabel masa yang dilakukan 1 : 2 dan 1 : 44. Perbandingan dengan reduktor arang tempurung

kelapa dan ampas tebu temperatur 1000°C masaa1 : 4 waktu proses 30 menit.

2. Tinjauan Pustaka

2.1 Profil Bijih Besi Indonesia

Endapan bijih besi telah diteliti dan dieksplorasi olehPemerintah Kolonial Belanda. Pada periode1957-1964 Indonesia yang bekerja sama denganPemerintah Uni Soviet, melaksanakan eksplorasibijih besi untuk kepentingan pembangunan industribaja di Cilegon (Banten) dan menemukan beberapadaerah prospek di Kalimantan Selatan. Pada masapemerintahan orde baru, (1967-1998) Indonesiamencoba melakukan eksplorasi yang bertujuan untukmencari endapan bauksit, nikel, tembaga, emas danbatubara, tetapi bijih besi tidak tersentuh sama sekali.Ini menunjukkan bahwa potensi geologi Indonesiauntuk endapan besi tidak menarik, karena geologiIndonesia merupakan busur magmatis yang tidakmempunyai batuan berumur pra-Kambrium sepertimisalnya Banded Iron Formation. Walaupundemikian pihak Departemen Perindustrian, banyakmelakukan evaluasi kemungkinan penggunaan bijihbesi untuk kepentingan industri dalam negeri.Evaluasi ini dilakukan berdasarkan data penemuanbijih besi yang terdapat di unit-unit dalam lingkunganDepartemen Energi dan Sumber Daya Mineral[2].Dapat dilihat bijih besi pada Gambar 1

Gambar 1 Bijih Besi

2.2 Profil Arang Kayu

Arang merupakan bahan padat yang berpori danmerupakan hasil pengarangan bahan yangmengandung carbon. Sebagian besar pori-pori arangmasih tertutup oleh hidrocarbon, fixed carbon, abudan air. Biorang adalah arang (salah satu jenis bahanbakar) yang dibuat dari aneka macam bahan hayatiatau biomassa, misalnya kayu, ranting dan lain-lain.Arang kayu pada literatur memiliki kandungancarbon 70-80%[3]. Dilihat dari jumlah pepohonanyang terdapat di negara Indonesia dapat disimpulkanbahwa pasokan untuk arang kayu berlimpah. PadaTabel 2.2 dapat dilihat standar kualitas arang kayu.Sehingga dapat dijadikan referensi dalam pengujianawal kandungan reduktor arang kayu yang digunakandalam penelitian ini. Dapat dilihat pada Gambar 2Arang kayu.Tabel 2.1 Standar Kualitas Arang Kayu ( SNI 1-6235-2000)

Sifat NilaiKadar air (%) Maks 8Kadar zat terbang (%) 15Nilai kalor (kkal/kg) Min 5000Kadar abu (%) Maks 8

Gambar 2 Arang Kayu

2.3 Metode Penelitian

2.3.1 Muffle FurnaceMuffle furnace adalah tungku listrik yang biasadigunakan untuk skala laboratorium. Pada umumnyamuffle furnace memiliki temperatur kerja maksimum1100oC – 1200oC. Prinsip kerja muffle furnace denganmemanaskan udara dalam ruangan melalui pemanasankawat resistansi menggunakan energi listrik.Pengaturan temperatur tergantung pada kondisi kerjayang diinginkan[4]. Dapat dilihat pada Gambar 3muffle furnace.

Gambar 3 Muffle Furnace

2.3.2 X-ray Diffaction XRDPenggunaan XRD bertujuan untuk mengevaluasi fasa


3

atau senyawa, jenis mineral, struktur kristalografi dariraw material. Pada penelitian ini XRD digunakanuntuk mengevaluasi fasa atau senyawa akhir dariproses reduksi. Pengambilan data XRD inidilaksanakan di Departement Metalurgi UnversitasIndonesia. Pemeriksaan XRD ini menggunakan alatbernama Panalytical X’Pert Pro X-ray Diffractometerseperti yang terlihat pada Gambar 4. Hasil pengujianXRD merupakan grafik perpaduan sumbu 2θ danIntensitas. Kemudian grafik ini dibandingkan denganpattern standard yang dihasilkan oleh software X’pertHigh Score.

Gambar 4 XRD philips


3.1 Karakterisasi Awal SampelKarakterisasi awal ini digunakan untuk mendapatkandata awal dari sampel sebelum dilakukannya prosesreduksi. Hal ini berguna sebagai data pembandingsetelah didapatkan data hasil setelah proses reduksi.

3.2 Hasil XRD Sampel AwalKarakterisasi awal sampel ini dilakukanmenggunakan alat uji XRD yang terdapat padaDepartemen Metalurgi dan Material UniversitasIndonesia .

Gambar 5 Hasil XRD Sampel Awal

Data hasil XRD kemudian dibandingkan denganpattern tersebut, sehingga dapat diidentifikasi peakmana yang menunjukkan terdapatnya senyawa Fe2O3

dan Fe3O4. Penggunaan pattern standard inidikarenakan sampel yang digunakan sebagai rawmaterial adalah bijih besi. Oleh karena itu didugapada raw material ini memiliki data awal sebagaiHematite. Namun setelah mendapatkan hasildiidentifikasi diketahui bahwa Hematite, Magnetitedan senyawa pengotor

3.3 Hasil Uji Proximate

Pengujian proximate merupakan pengujian untuk

menganalisis kandungan yang terdapat pada arangkayu. Kandungan yang akan didapati pada pengujianini adalah moisture, ash, volatile mater, dan fixedcarbon. Pengujian ini dilakukan di pusat penelitianTeknologi Mineral dan Batu Bara Bandung.

Analysis ParameterSample

ArangKayu%

AmpasTebu %

Proximate 7,98 -Moisture in air dried

sample 4,16 6,75

Ash 9,02 1,77Volatile Mater 15,42 78,4Fixed Carbon 77,47 13,08

3.4 Proses Reduksi Langsung

Pada penelitian ini dilakukan proses reduksi langsungdengan variabel temperatur 700oC, 800oC, 900oC, dan1000oC. Variabel massa bijih besi dan arang kayu 1 :2 dan 1 : 4 sebagai variabel yang akan dibahas.Proses reduksi langsung ini menggunakan waktukerja selama 30 menit di dalam muffle furnace.

3.5 Mekanisme Reduksi Langsung

Pada penelitian ini dilakukan prosedur standar yangditentukan sesuai dengan eksperimen yang dilakukan.Untuk mendapatkan hasil yang efisien dibutuhkanprosedur reduksi yang baik. Proses reduksi langsungdengan melakukan prosedur-prosedur sesuai denganasumsi yang ada dari pembacaan literatur serta hasildengan konsultasi ahli. Sebelum memulai proses,muffle furnace terlebih dahulu diset temperatur sesuaiyang diinginkan. Selanjutnya, bijih besi dan arangkayu ditimbang sesuai dengan variabel massa 1 : 2dan 1 : 4. Kemudian atur temperatur pada mufflefurnace prosedur 1 temperatur 700oC, prosedur 2temperatur 800oC, prosedur 3 temperatur 900oC, danprosedur 4 temperatur 1000oC. Saat temperatur padafurnace telah menunjukkan temperatur yangdiinginkan, barulah kedua material dibakarbersamaan di dalam furnace. Proses ini berlangsungselama 30 menit.

3.6 Hasil Reduksi Pada temperatur 700oC

Setelah dilakukan uji XRD terhadap hasil reduksi,grafik hasil reduksi dibandingkan dengan patternstandard untuk mengidentifikasi kesesuaian denganpeak yang terdapat pada grafik. Setelah itu dilakukanjuga pembanding dengan Gambar 6 sebagai sampelawal untuk mengetahui terjadinya proses reduksi.


4

Gambar 6 Hasil Reduksi Langsung T 700oC perbandingan massa

1:2

Terlihat pada gambar 6 dari 6 peak yangteridentifikasi, terdapat 4 peak yang menunjukansenyawa magnetite (Fe3O4), sedangkan senyawahematite (Fe2O3) sebanyak 2 peak. Hal inimengindentifikasikan pada percobaan ini, senyawahematite sudah mulai tereduksi menjadi magnetite.

Gambar 7 Hasil Reduksi Langsung T 700oC perbandingan massa1:4

Terlihat pada Gambar 7 dari 6 peak yangteridentifikasi, terdapat 5 peak yang menunjukansenyawa magnetite (Fe3O4), sedangkan senyawahematite (Fe2O3) sebanyak 1 peak. Hal inimengindentifikasikan pada percobaan ini senyawahematite sudah mulai tereduksi menjadi magnetite.

Dapat dilihat pada Gambar 6 dan 7 bahwa terdapatperbedaan intensitas. Dimana pada perbandinganmassa 1 : 4 nilai intensitas mencapai 1800 hal inisudah sesuai dengan teori dimana semakin banyakjumlah reduktor pada proses reduksi langsung makasemakin tinggi kemungkinan untuk tereduksi.


Terlihat pada Gambar 8 dari 6 peak yangteridentifikasi, terdapat 5 peak yang menunjukansenyawa magnetite (Fe3O4), sedangkan senyawahematite (Fe2O3) sebanyak 1 peak. Hal inimengindentifikasikan pada percobaan ini, senyawahematite (Fe2O3) sudah mulai tereduksi


Terlihat pada Gambar 9 dari 8 peak yangteridentifikasi, terdapat 6 peak yang menunjukansenyawa magnetite (Fe3O4), sedangkan senyawahematite (Fe2O3) sebanyak 1 peak, dan senyawawustite (FeO) sebanyak 1 peak. Hal inimengindentifikasikan pada percobaan ini, senyawahematite sudah mulai tereduksi menjadi wustite (FeO).


Dapat dilihat pada Gambar 8 dan 9 terdapatperbedaan intensitas pada perbandingan massa.Dimana pada perbandingan massa 1 : 4 intensitasmencapai 1800 hal ini sudah sesuai dengan teoridimana semakin banyak jumlah reduktor pada prosesreduksi langsung maka semakin tinggi kemungkinantereduksi. Dan hasil reduksi dengan perbandinganmassa 1 : 4 lebih baik. Karena dapat tereduksi sampaitahap 2 yang diindikasikan adanya senyawa wustite(FeO) sebanyak 1 peak.


Terlihat pada Gambar 10 bahwa dari 6 peak yangteridentifikasi, terdapat 5 peak yang menunjukansenyawa magnetite (Fe3O4), sedangkan senyawahematite (Fe2O3) sebanyak 1 peak. Hal inimengindentifikasikan pada percobaan ini, senyawahematite (Fe2O3) sudah mulai tereduksi.



5

Terlihat pada Gambar 11 bahwa dari 6 peak yangteridentifikasi, terdapat 5 peak yang menunjukansenyawa magnetite (Fe3O4), sedangkan senyawawustite (FeO) sebanyak 1 peak. Hal inimengindentifikasikan pada percobaan ini, senyawahematite sudah mulai tereduksi menjadi wustite(FeO)


Dapat dilihat pada Gambar 10 dan 11 terdapatperbedaan intensitas pada perbandingan massa.Dimana pada perbandingan massa 1 : 4 intensitasmencapai 1800 hal ini sudah sesuai dengan teoridimana semakin banyak jumlah reduktor pada prosesreduksi langsung maka semakin tinggi kemungkinantereduksi.


Gambar 12 Hasil Reduksi Langsung T 1000oC perbandinganmassa 1:2

Terlihat pada Gambar 12 juga bahwa dari 7 peakyang teridentifikasi, terdapat 5 peak yangmenunjukan senyawa magnetite (Fe3O4), sedangkansenyawa wustite sebanyak 2 peak. Hal inimengindentifikasikan pada percobaan ini, senyawahematite (Fe2O3) sudah mulai tereduksi

Gambar 13 Hasil Reduksi Langsung T 1000oC perbandinganmassa 1:4

Terlihat pada Gambar 13 juga bahwa dari 7 peak yangteridentifikasi, terdapat 3 peak yang menunjukansenyawa magnetite (Fe3O4), 3 peak senyawa wustite(FeO), dan 1 peak senyawa iron (Fe). Hal inimengindentifikasikan pada percobaan ini, senyawahematite sudah mulai tereduksi menjadi iron (Fe).Dapat dilihat pada Gambar 12 dan 13 terdapatperbedaan intensitas pada perbandingan massa.Dimana pada perbandingan massa 1 : 4 intensitasnyamencapai 1200 hal ini sudah sesuai dengan teoridimana semakin banyak jumlah reduktor pada prosesreduksi langsung maka semakin tinggi kemungkinantereduksi.

3.10 Perbandingan Hasil XRD Rasio Massa 1:2

(a)

(b)


6

(c)

(d)

Gambar 14 Perbandingan Hasil Reduksi Langsung Pada

Massa 1 : 2 ( a) temperatur 700oC (b) temperatur

800oC (c) temperatur 900oC (d) temperatur 1000oC

Dapat dilihat pada Gambar 14 (a,b,c) jumlah peakhematite pada proses reduksi ini sebanyak 1 peaksenyawa hematite dan 5 peak senyawa magnetite.Sedangkan pada Gambar 14 (d) terbentuk senyawawustite sebanyak 3 peak.

Setelah menganalisis grafik, terlihat senyawamagnetite terbentuk disetiap sampel dengan rasiotemperatur yang berbeda. Rasio magnetite yangterbentuk dari total peak pada setiap sampel tersebutadalah 5 dari 6 peak. Menunjukkan senyawamagnetite terbentuk sebanyak 83,3% dari total peakyang teridentifikasi. Dapat dikatakan padaperbandingan massa 1 : 2 sampel bijih besi tereduksipaling optimal pada temperatur 1000oC karenaterbentuknya senyawa wustite sebanyak 3 peak.

Dapat dilihat pada Gambar terdapat perbedaanintensitas pada perbandingan massa. Dimanapada perbandingan massa 1 : 4 intensitasnyamencapai 1200 hal ini sudah sesuai dengan teoridimana semakin banyak jumlah reduktor padaproses reduksi langsung maka semakin tinggikemungkinan tereduksi.

3.10 Perbandingan Hasil XRD Rasio Massa 1:4

Setelah menganalisis grafik pada Gambar 15 (a,b,c)terlihat senyawa magnetite terbentuk pada semua

sampel kecuali pada sampel temperatur 1000oC.Senyawa wustite pun sudah terbentuk saat temperatur800oC walaupun intensitasnya lebih rendah daritemperatur 900oC.

Jika melihat pada Gambar 15 (d) didapatkan bahwaproses reduksi sudah terjadi pada perbandinganmassa 1 : 4. Hal ini ditunjukan dengan timbulnyabeberapa peak senyawa iron yang merupakan produkdari proses reduksi tahap terakhir pada temperatur1000oC. Dimana senyawa hematite dilambangkandengan angka 1, senyawa magnetite dengan angka 2,senyawa wustite dengan angka 3 dan senyawa irondengan angka 4.

(a)

(b)

(c)

Dapat dikatakan pada perbandingan massa 1 : 4sampel bijih besi tereduksi paling optimal padatemperatur 1000oC karena terdapat 1 peak yangmenunjukkan senyawa Fe yang mengindikasikanreduksi sudah mencapai tahap akhir.


7

Gambar 15 Perbandingan Hasil Reduksi Langsung Pada

Massa 1 : 4 ( a) temperatur 700oC (b) temperatur 800oC (c)

temperatur 900oC (d) temperatur 1000oC

Kesimpulan

Dari hasil penelitian ini yang dilakukan tentangpengaruh rasio massa dan temperatur terhadap prosesreduksi langsung dengan menggunakan mufflefurnace maka didapatkan kesimpulan sebagaiberikut :

1. Proses reduksi menggunakan arang kayu berhasildilakukan hingga tahap kedua dimana terbentuksenyawa FeO pada temperature 1000°C.

2. Sampel bijih besi dengan senyawa hematite(Fe2O3) tereduksi menjadi senyawa iron (Fe) padatemperatur 1000oC perbandingan masa 1 : 4.

3. Temperatur yang diterapkan mempengaruhi hasilreduksi. Semakin tinggi temperatur semakin besarkemungkinan tereduksi. Dimana pada temperatur1000oC terbentuk senyawa iron (Fe) .

4. Rasio massa paling baik yang didapatkan adalah1 : 4 pada temperatur 1000oC, didapatkan produkreduksi iron (Fe) dengan intensitas wustite (FeO)paling banyak.

Referensi

[1] ROSS, H. U., Direct Reduced IronTechnology and Economics of Productions and. Use,The Iron and Steel Society of AIME, Hal 19-25 dan26-34, Warrendale,(1980)

[2] Sumber daya dan Cadangan Bijih BesiIndonesia. Pusat Sumber Daya Geologi, 2008

[3] Forestry Department, FAO.IndustrialCharcoal Making.Food and Agriculture Organizationof The United Nations, Chapter 2 Section

2.9.1.3. Rome, 1985

[4] Tetra isi sistemleri. Product Description :

muffle furnace. Turkey.2012.


1

Perilaku Korosi Titanium dalam Larutan Modifikasi Saliva Buatan untukAplikasi Ortodontik

1)Sanny Ardhy, 2)Gunawarman dan 3)Jon Affi1,2,3)Mahasiswa Program Studi Magister Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Andalas

2Staf pengajar program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Andalas

Abstrak

Titanium dan paduannya lebih banyak dipilih untuk pemasangan kawat gigi (behel) danmaterial implan gigi karena mempunyai sifat tahan korosi dan sifat mekanik yang jauh lebih baikdibanding baja tahan karat (stainless steel). Namun demikian, penggunaan titanium dan paduannyamasih memiliki kekurangan. Ketahanan korosi titanium dapat berkurang di lingkungan asam (pHasam). Seperti diketahui, masyarakat Indonesia suka mengkonsumsi makanan dan minuman yangmengandung zat asam, seperti empek-empek, goreng-gorengan, makanan yang mengandung santan,soft drink dan minuman karbonisasi. Karena itu, perlu dilakukan penelitian untuk mengetahui perilakukorosi dan laju korosi terhadap titanium dan paduannya di lingkungan asam. Output pengujian ini,berguna bagi dokter gigi dalam memilih bahan titanium yang lebih baik untuk aplikasi ortodontik.

Ada 7 (tujuh) titanium yang dipilih dalam pengujian ini. Yakni Ti-12 Cr Solution Treatment(ST), Ti- 12 Cr Aging Treatment (AT) 30 Ks, Ti-12 Cr (AT 60 Ks), TNTZ (ST), TNTZ (AT), Ti64ELI (Extra Low Intertitial) dan Commercial Pure Titanium (CpTi). Tujuh spesimen ini diuji rendam(immersion test) dalam modifikasi saliva buatan (pH 5,0) dengan empat (4) variasi waktu (t); 1 jam,10 jam, 100 jam dan 1000 jam. Laju korosi dihitung dengan metode pengurangan berat (weight loss).

Hasil pengujian didapatkan laju korosi tertinggi terjadi pada CPTi (0,00000252 mm/y) padawaktu pengujian 1000 jam. Sementara laju korosi terendah terjadi pada Ti-12 Cr (AT 60 Ks),0,00000034 mm/y. Untuk sifat mekanik kekerasan, Ti-64 ELI memiliki kekerasan paling tinggi, 313HVN (waktu pengujian 1000 jam). Sementara CpTi memiliki kekerasan paling rendah, 139 HVN.

Kata kunci : Titanium, saliva buatan, metode weight loss, laju korosi, kekerasan.

PENDAHULUANMaterial implan harus memiliki sifat biokompatibel agar tidak mengalami reaksi penolakan

dalam tubuh. Selain harus memiliki sifat biokompatibel, material implan juga harus memiliki sifatosseointegrasi sehingga tulang dapat berintegrasi dengan material (remodelling struktur tulang) [1].Selama ini, bahan stainless steel banyak dipergunakan sebagai material implan. Selain harganya lebihterjangkau, stainless steel juga mudah didapat di pasaran. Stainless steel juga memiliki sifat mekanikyang baik, kekerasan dan kekuatan tarik tinggi (500 MPa), serta memiliki sifat tahan korosi danbiokompatibel yang cukup baik. Akan tetapi, material ini memiliki kelemahan dalam kekakuan,modulus elastisitasnya terlalu tinggi (200 GPa). Selain itu, keberadaan Nikel (Ni) dalam paduanstainless steel berpotensi menimbulkan toksin dalam tubuh. Untuk dental implan, kawat gigi stainlesssteel dapat menyebabkan alergi seperti gatal-gatal, sariawan pada bibir bagian dalam dan peradanganpada gigi [2]. Karena kelemahan stainless steel itulah, orang mulai beralih pada material titaniummurni dan titanium paduan (alloy) untuk implan.

Titanium sendiri memiliki biokompatibilitas dan biomekanis yang lebih baik dibanding logamlain, termasuk stainless steel. Titanium juga tidak mempunyai unsur logam berat Ni, sehingga amanuntuk tubuh. Titanium murni (Commercial Pure Titanium/CPTi) dan Ti-64 Extra Low Intertitial (ELI)juga telah terdaftar pada standar American Society for Testing and Materials (ASTM) sebagai salahsatu bahan dasar biomaterial [1]. Namun demikian, penggunaan titanium sebagai material implan


2

belum teruji sepenuhnya, khususnya untuk penggunaan di Indonesia, yang notabene masyarakatnyacenderung mengkonsumsi makanan dan minuman (yang mengandung zat asam) masuk ke dalamtubuh.

Meski mempunyai sifat tahan korosi yang baik, namun ketahanan korosi Ti dapat berkurang dilingkungan pH asam [2]. Seperti diketahui, masyarakat Indonesia suka mengkonsumsi makanan danminuman yang mengandung zat asam. Seperti empek-empek, bakso, goreng-gorengan, serta minumanbersoda dan soft/energy drink. Beda dengan masyarakat luar negeri, Jepang contohnya. Mereka lebihsuka mengkonsumsi makanan mentah (tak digoreng, tak mengandung santan/gulai), vegetarian (salad)dan buah-buahan. Ketahanan korosi titanium hilang pada larutan yang mengandung flouride dan NaClyang melebihi konsentrasi 0,5% [3]. Ion flouride (F) dapat memicu terjadinya degradasi lapisanoksida titanium. Flouride harus dihindari karena dapat memicu lingkungan saliva menjadi asam. Softdrink, minuman karbonisasi (soda) banyak mengandung zat aditif seperti zat pengawet flouride, asamfosfat (H3PO4) dan asam karbonat (H2CO3). Selain itu, soft drink juga mengandung zat pemanis danzat perasa asam sitrat (C6H8O7). pH rata-rata dari soft drink dan minuman karbonisasi (soda), adalah3 - 4 (pH asam). Asam kuat dari zat pengawet, pemanis dan perasa ini akan mengkikis lapisan pasiftitanium. Lebih parahnya lagi, dalam 3 menit setelah kita minum soda, terjadi pengikisan enamel 10kali lebih kuat dibanding minum jus buah [4]. Asam sitrat merupakan zat asam yang paling kuatmengikis enamel gigi dan banyak ditemukan dalam soft drink. Begitu juga halnya flouride, lebihcepat merusak gigi.

Berdasar permasalahan di atas, penulis ingin meneliti perilaku korosi titanium dalam larutanasam, khususnya untuk aplikasi ortodontik. Larutan asam dalam penelitian ini, menggunakan larutanmodifikasi saliva buatan. (pH 5,0). Ini didasari pada penelitian-penelitian sebelumnya, yangmendapatkan hasil laju korosi rendah saat titanium direndam dalam saliva buatan pH 6,0. PenelitianLatifa [5] dengan menggunakan metode weight loss, titanium murni direndam dalam saliva buatan pH6,0, memiliki laju korosi 0,00000030 mm/y pada waktu pengujian satu minggu (168 jam). Begitupulahalnya pada penelitian Lusiana [6], Ti-6Al-4V diuji rendam dalam minuman karbonisasi (pH 6,0)dengan lamanya waktu pengujian satu minggu (168 jam). Laju korosi yang didapat 0,00000055mm/year. Hal serupa juga ditemui dalam penelitian Muhammad Yazdi Ali [7]. Titanium ASTM B337 Gr-2 yang direndam dalam Artificial Blood Plasma (ABP) pH 6,0 selama waktu empat minggu(672 jam), memiliki laju korosi 0,00000072 mm/y. Pendek kata, saliva buatan pH 5,0 dalampenelitian ini dipilih untuk mengetahui laju korosi titanium pada lingkungan asam kuat. Hasil ininantinya akan menjadi referensi atau pembanding, apakah tingkat keasaman pH berpengaruh terhadaplaju korosi. Pembuatan saliva buatan pada penelitian ini, mengacu pada metode McDougall [1,2].

Dalam penelitian ini, digunakan empat jenis material titanium. Yakni Commercial Pure Titanium(CPTi) dan tiga jenis titanium paduan; Ti-64 ELI (Extra Low Intertitial), TNTZ (Titanium, Niobium,Tantalum, Zirkonium) dan Ti-12 Cr. Penelitian menggunakan metode uji rendam (immersion test)dalam kurun waktu pengujian 1 jam, 10 jam, 100 jam hingga 1000 jam. Output penelitian, mengetahuiperilaku korosi dan mendapatkan laju korosi dengan metode perhitungan weight loss. Metode inidipilih karena lebih sederhana, mudah untuk dilakukan, alat pengujiannya tak banyak.

BAHAN DAN METODOLOGIBenda uji yang digunakan dalam penelitian ini adalah Ti-12 Cr (ST), Ti-12 Cr (AT 30 Ks), Ti-12

Cr (AT 60 Ks), TNTZ (ST), TNTZ (AT), Ti64 ELI dan CPTi. Pada Gambar 1 a). dapat dilihatmasing-masing spesimen uji terdapat tiga buah spesimen untuk eksperimen. Benda uji untukimmersion test ini mengacu pada metode ASTM G31-72 [8] seperti yang dilihat pada Gambar 1 b).Penelitian ini menggunakan metode eksperimen yang dilakukan di Laboratorium Metalurgi JurusanTeknik Mesin Unand. Spesimen uji direndam di gelas bejana dalam empat (4) variasi waktu (t); 1jam, 10 jam, 100 jam dan 1000 jam. Seluruh spesimen direndam dalam larutan modifikasi saliva


3

buatan (pH asam) menggunakan gelas bejana 50 ml seperti yang dilihat pada Gambar 2. Sebelumdirendam (immersion test), masing-masing spesimen ditimbang berat awalnya. Kemudian, dihitunglaju korosi dengan metode perhitungan pengurangan berat (weight loss), selisih berat akhir denganberat awal.

Gambar 1 a). Spesimen uji b). Dimensi spesimen sesuai ASTM G31-72

Gambar 2 Spesimen dimasukkan ke dalam larutan saliva buatan.

Pembuatan saliva buatan pada penelitian ini mengacu pada metode McDougall/ASTM G36 [1].Pada Tabel 1 dapat dilihat komposisi larutan saliva buatan ini dimodifikasi untuk mendapatkan pHasam/5,0. Saliva buatan ini dibuat di Laboratorium Biokimia Fakultas MIPA Universitas Andalas.

Tabel 1 Komposisi larutan modifikasi saliva buatan

No Larutan Jumlah (gr/ltr)1. NaHCO3 9,802. Na2HPO4 + 2 H2O 3,713. KCl 0,574. NaCl + NaF 0,975. MgSO4 + 7 H2O 0,126. CaCl2 0,057. H2O sisa

Usai menghitung laju korosi, dilanjutkan dengan menghitung kekerasan masing-masingspesimen. Ini bertujuan untuk mengetahui salah satu sifat mekanik yaitu nilai kekerasan spesimensetelah uji rendam. Terakhir, dilakukan pemeriksaan struktur mikro untuk melihat jenis korosi yangterjadi dengan mikroskop optik dan Scanning Electrone Microscope (SEM).

HASIL DAN PEMBAHASANHasil uji rendam dengan metode weight loss memperlihatkan pengurangan berat spesimen uji

berbanding lurus dengan pertambahan waktu (t) pengujian. Pengurangan berat ini terjadi karenakorosi merata yang terjadi pada spesimen. Pengurangan berat tidak terjadi saat waktu (t) pengujian 1jam. Ini dikarenakan waktu 1 jam masih terlalu singkat untuk terjadi korosi. Yang ada, hanyalahinklusi atau zat pengotor yang melekat pada spesimen. Pengurangan berat baru terjadi saat waktu

29

mm

2.45mm


4

pengujian 10 jam, 100 jam dan 1000 jam. Pada Tabel 2, dapat dilihat pengurangan berat tertinggiterjadi pada CPTi, yakni 0,5000 gram (waktu pengujian 1000 jam). Kemudian diikuti Ti-64 ELI,TNTZ (ST), TNTZ (AT), Ti-12 Cr (ST), Ti-12 Cr (AT 30 Ks) dan Ti-12 Cr (AT 60 Ks). Penguranganberat terendah didapat pada Ti-12 Cr (AT 60 Ks), yakni 0,0001 gram saat waktu pengujian 10 jam.

Tabel 2 Pengurangan berat spesimen setelah immersion test

SpesimenW (gr)

1 jam 10 jam 100 jam 1000 jam1 CPTi 0 0,0017 0,024 0,502 Ti-64 ELI 0 0,0017 0,017 0,353 TNTZ-ST 0 0,0006 0,012 0,254 TNTZ-AT 0 0,0004 0,008 0,155 Ti-12 Cr (ST) 0 0,0003 0,006 0,126 Ti-12 Cr (AT 30 KS) 0 0,0003 0,005 0,107 Ti-12 Cr (AT 60 KS) 0 0,0001 0,002 0,10

Perhitungan laju korosi dalam penelitian ini menggunakan metode pengurangan berat (weightloss). Hasil penelitian menunjukkan laju korosi spesimen uji titanium berbanding lurus denganpertambahan waktu (t) pengujian. Pada Tabel 3 dapat dilihat laju korosi belum terlihat saat waktuimmersion test 1 jam. Ini dikarenakan, tak adanya weight loss dari seluruh spesimen. Berat awal danberat akhir dari seluruh spesimen setelah pengujian 1 jam, bernilai sama. Laju korosi baru terlihat saatpengujian 10 jam, 100 jam dan 1000 jam. Laju korosi meningkat seiring bertambahnya waktupengujian.

Tabel 3 Laju korosi spesimen

No t (jam) Laju Korosi (mm/y)1 jam 10 jam 100 jam 1000 jam

1 CPTi 0 0,00000086 0,00000121 0,000002522 Ti-64 ELI 0 0,00000087 0,00000087 0,000001803 TNTZ-ST 0 0,00000025 0,00000050 0,000001044 TNTZ-AT 0 0,00000017 0,00000033 0,000000625 Ti-12 Cr (ST) 0 0,00000013 0,00000026 0,000000516 Ti-12 Cr (AT 30 KS) 0 0,00000012 0,00000020 0,000000407 Ti-12 Cr (AT 60 KS) 0 0,00000004 0,00000009 0,00000034

Pada Gambar 3 dapat dilihat laju korosi tertinggi terjadi pada CpTi, yakni 0,00000252 mm/y(waktu pengujian 1000 jam). Kemudian diikuti Ti-64 ELI, TNTZ (ST), TNTZ (AT), Ti-12 Cr (ST),Ti-12 Cr (AT 30 Ks) dan Ti-12 Cr (AT 60 Ks). Laju korosi terendah didapat pada Ti-12 Cr (AT 60Ks), yakni 0,00000004 mm/y (waktu pengujian 10 jam). Pada waktu pengujian 1000 jam, laju korositerendah juga didapat pada Ti-12 Cr (AT 60 Ks), yakni 0,00000034 mm/y.

Dari hasil pengujian, laju korosi titanium paduan lebih rendah dibanding titanium murni(CpTi). Titanium paduan memiliki umur laju korosi yang lebih lama dibanding titanium murni. Inidisebabkan titanium paduan memiliki unsur penguat paduan (solid solution strengthning) sepertiAluminium (Al), tembaga (Cu), Chromium (Cr) dan Zirkonium (Zr) yang menyebabkan titaniumpaduan mempunyai ketahanan korosi yang lebih baik dibanding CpTi. Untuk titanium paduan, Ti-12Cr memiliki laju korosi yang lebih rendah dibanding dua titanium paduan lainnya; TNTZ dan Ti-64


5

ELI. Ini dikarenakan Ti-12 Cr memiliki unsur Cr yang membentuk lapisan pasif pada Ti-12 Cr. Selainitu, sampel spesimen Ti-12 Cr dalam penelitian ini memiliki kekuatan yang lebih tinggi, karena telahmendapat perlakuan aging time 30 Ks dan 60 Ks.

Gambar 3 Laju korosi berdasarkan lamanya waktu pengujian

Nilai kekerasan yang didapat pada penelitian ini, berbanding terbalik dengan penambahanwaktu (t) pengujian dan laju korosi. Pada Tabel 4 dan Gambar 4, dapat dilihat semakin bertambahwaktu pengujian, nilai kekerasan semakin turun. Dalam pengujian ini, nilai kekerasan turun tidakbegitu signifikan. CpTi yang memiliki laju korosi yang tinggi, memiliki nilai kekerasan terendah, 139HVN (waktu 1000 jam). Kemudian diikuti TNTZ (ST), TNTZ (AT), Ti-12 Cr (ST), Ti-12 Cr (AT 30Ks), dan Ti-12 Cr (AT 60 Ks), Nilai kekerasan tertinggi, didapat Ti 64 ELI yakni 313 HVN (waktu1000 jam).

Tabel 4 Perbandingan kekerasan spesimen sebelum dan setelah pengujian

No t (jam)Kekerasan (HVN)

0 jam 1 jam 10 jam 100 jam 1000 jam1 CPTi 162 162 153 149 1392 TNTZ-ST 231 226 162 150 1473 TNTZ-AT 236 231 211 198 1944 Ti-12 Cr (ST) 305 295 291 289 2615 Ti-12 Cr (AT 30 KS) 309 305 301 295 2736 Ti-12 Cr (AT 60 KS) 321 312 308 302 2967 Ti-64 ELI 362 342 338 325 313

Gambar 4 Perubahan kekerasan setelah dilakukan uji rendam.


6

Dari hasil pemeriksaan struktur mikro, seluruh spesimen terlihat sudah mengalami korosi.Korosi yang terjadi, yakni korosi merata (uniform corrosion). Ini dapat dilihat dari banyaknya titik-titik korosi yang terlihat hampir di seluruh permukaan spesimen. Korosi merata terjadi karena prosesanodik (logam titanium) dan katodik (elektrolit) pada permukaan logam yang terdistribusi secaramerata di seluruh bagian permukaan spesimen uji titanium. Terjadinya korosi ini, juga dapat dilihatdari adanya prosentase berat massa oksigen (O2) yang terdapat dalam komposisi kimia spesimensetelah dilakukan pemeriksaan Energy Dispersive X-ray (EDX). Oksigen (02) terlarut ini, adalahfaktor eksternal yang menyebabkan spesimen uji dalam penelitian ini, terkorosi. Semakin banyakoksigen terlarut, laju korosi semakin tinggi. Faktor internal yang menyebabkan korosi pada penelitianini, yakni ditemukan adanya inklusi (zat pengotor). Inklusi di sini, adalah terjebaknya partikel asing dipermukaan logam. Inklusi ini bisa berupa debu, endapan cairan unsur elektrolit yang menempel padaspesimen uji. Zat pengotor ini mempercepat korosi pada permukaan logam, memicu terjadinya reaksireduksi tambahan, mempercepat proses oksidasi atom logam menjadi korosi.

Pada tahap pertama korosi, terjadi serangan oleh gelembung udara (O2) yang menempel dipermukaan lapisan pelindung spesimen uji, karena adanya aliran turbulen yang melintas di ataspermukaan logam tersebut. Tahap kedua, gelembung udara tersebut mengikis dan merusak lapisanpasif titanium. Sebenarnya titanium memiliki ketahanan korosi yang lebih baik, karena mempunyailapisan pelindung (pasif). Namun, lapisan pasif titanium tersebut hilang atau tidak tahan pada larutanyang mengandung NaCl dan NaF yang melebihi konsentrasi 0,5% [3]. Pada tahap ketiga, laju korosisemakin meningkat, karena lapisan pelindung titanium telah hilang. Logam yang berada di bawahlapisan pelindung mulai terkorosi, kemudian terjadi pembentukan kembali lapisan pelindung, danlogam menjadi tidak rata. Bila aliran terus mengalir, maka akan terjadi serangan kembali olehgelembung udara yang terbawa aliran. Serangan ini akan mengikis dan merusak lapisan pelindungyang baru saja terbentuk. Rusaknya lapisan pelindung tersebut akan mengakibatkan serangan lebihlanjut pada logam yang lebih dalam hingga membentuk cekungan.

Korosi merata yang terjadi pada spesimen uji titanium juga disebabkan karbondioksida (CO2)yang terlarut dalam saliva buatan, membentuk asam karbonat (H2CO2) yang meningkatkankorosifitas. Konsentrasi elektrolit NaCl dan NaF yang besar (0,97 %) pada saliva buatan ini, jugaberpengaruh meningkatkan laju aliran elektron sehingga laju korosi titanium meningkat. Begitupulahalnya kontak dengan elektrolit magnesium sulfat (MgS04) yang ada dalam saliva buatan yangkorosif.1. Titanium murni (CpTi)

Pada Gambar 5 dapat dilihat korosi merata mulai terjadi saat waktu uji rendam 10 jam. Korosimerata lebih banyak lagi ditemukan pada waktu uji 100 jam dan 1000 jam. Sebelumnya saat waktu uji1 jam, ditemukan adanya inklusi. Komposisi kimia dan spektrum struktur mikro spesimen yangterkorosi dapat dilihat pada Gambar 6 (a) dan (b).

Gambar 5 a) 0 jam, b) 1 jam, c) 10 jam, d) 100 jam, e) 1000 jam


7

Hasil pemeriksaan SEM-EDX pada Tabel 5, ditemukan berat massa oksigen (O2) yang cukuptinggi, 63,35 %. Semakin banyak oksigen terlarut, laju korosi semakin tinggi. Ini dibuktikan dari hasilpenelitian, CPTi memiliki laju korosi paling tinggi dibanding yang lain, 0,00000252 mm/y. Unsurklorida (Cl) juga ditemukan pada komposisi kimia CPTi setelah pengujian immersion test, sebesar0,96 persen. Klorida inilah yang menyerang lapisan pasif CPTi.

Tabel 5 Komposisi kimia CPTi setelah pengujian 1000 jam

Gambar 6 a) Spektrum struktur mikro CpTi, b) Komposisi kimia CpTi (1000 jam)

2. Ti-12 Cr (AT 60 Ks)

Pada Gambar 7 dapat dilihat korosi merata terjadi saat waktu uji rendam 10 jam, 100 jam dan1000 jam. Sebelumnya saat waktu uji 1 jam, ditemukan adanya inklusi. Komposisi kimia danspektrum struktur mikro spesimen yang terkorosi dapat dilihat pada Gambar 8 (a) dan (b).

Gambar 7 Struktur mikro a) 0 jam, b) 1 jam, c) 10 jam, d) 100 jam, e) 1000 jam.

Hasil pemeriksaan SEM-EDX pada Tabel 6, ditemukan berat massa oksigen (O2) sebanyak11,42 %. Korosi merata yang terjadi pada spesimen uji Ti-12 Cr (AT 60 Ks) ini juga disebabkanadanya unsur Carbon (C) sebesar 36,58 %. Carbon (C) bersenyawa dengan oksigen (O2) menjadi


8

karbondioksida (CO2). CO2 ini larut dalam saliva buatan, membentuk asam karbonat (H2CO2) yangmeningkatkan korosifitas.

Gambar 8 a) Spektrum struktur mikro Ti-12 Cr (AT 60 Ks), b) Komposisi kimiaTabel 6 Komposisi kimia CPTi setelah pengujian 1000 jam

KESIMPULAN

Dari analisa hasil penelitian perilaku korosi titanium dalam larutan modifikasi salivabuatan untuk aplikasi ortodontik ini, dapat diambil kesimpulan: 1). Laju korosi tertinggiterjadi pada CpTi, yakni 0,00000252 mm/y (waktu pengujian 1000 jam). Laju korositerendah terjadi pada Ti-12 Cr (AT 60 Ks), yakni 0,00000034 mm/y. 2). Pengurangan beratpada spesimen uji titanium disebabkan korosi merata yang terdistribusi secara merata diseluruh bagian permukaan spesimen uji. 3). Nilai kekerasan yang didapat pada penelitian ini,berbanding terbalik dengan laju korosi. Nilai kekerasan tertinggi, didapat Ti 64 ELI yakni313 HVN (waktu pengujian 1000 jam).

REFERENSI[1] ASM Handbook, 2012. Fundamentals of Medical Implant Materials: Materials for Medical

Devices, ASM International, Materials Park, Ohio, USA. Volume 23: 303-325.[2] Moyers, Robert, 2008. The Corrosion of Orthodontic Wire. Fourth Edition. United States of

America: Library of Congres in Publication Data. Toms AP. Eur J Orthod. Vol 10(1):87-97.[3] Nakagawa, S. Matsuya, T. Shiraishi and M. Ohta, 2003, Effect of Fluoride Concentration and

pH on Corrosion Behavior of Titanium for Dental Use, Department of Dental MaterialsEngineering, Faculty of Dentistry, Kyushu University, Fukuoka, Japan. Journal of DentalResearch, Vol 78, 1568-1572.

[4] Nakagawa, S. Matsuya, Udoh K, 2002, Effects of Fluoride and Dissolved OxygenConcentrations on the Corrosion Behavior of Pure Titanium and Titanium Alloys, Division ofOral Rehabilitation, Faculty of Dental Science, Kyushu University, Fukuoka, Japan. Vol21(2):83-92.

[5] Latifa Kinani, 2003, Corrosion Inhibition of Titanium in Artificial Saliva Containing Fluoride,Faculty of Sciences and Technology. Beni Mellal. Morocco.


9

[6] Lusiana, 2010, Analisis Laju Korosi Titanium, Laporan Tugas Akhir, Jurusan Teknik Mesin,Universitas Indonesia, Jakarta.

[7] Muhammad Yazdi Ali, 2007, Studi Korosi Titanium (ASTM B 337 Gr-2) dalam LarutanArtificial Blood Plasma (ABP) pada Kondisi Dinamis dengan Teknik PolarisasiPotensiodinamik dan Exposure, Laporan Tugas Akhir, Jurusan Teknik Mesin, ITS, Surabaya.

[8] ASTM Handbook, 2004, Standard Practice for Laboratory Immersion Corrosion Testing ofTitanium, ASTM International, Materials Park, Ohio, USA. Volume 1: 206-213.


1

Pengaruh Perlakuan Termomekanik terhadap KeuletanPaduan Ti-6Al-4V untuk Aplikasi Ortopedi

1)Abdul Ajiz, 2)Gunawarman dan 3)Jon Affi1,2,3)Mahasiswa Program Studi Magister Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Andalas

Dosen program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Andalas

Abstrak

Paduan titanium Ti-6Al-4V banyak digunakan sebagai bahan implan karena memiliki kekuatan,katahanan korosi dan biokompatibilitas yang lebih baik dibandingkan biomaterial logam konvensionallain seperti baja tahan karat (316L SS) dan paduan Co-Cr-Mo. Namun pemakaian Ti-6Al-4V masihmempunyai kelemahan karena memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi dibandingkan dengancortical bone. Perbedaan modulus elastisitas mengakibatkan proses transfer tegangan antara tulangdan implan berlangsung tidak homogen, sehingga stimulasi tegangan pada tulang tidak merata,bahkan sebagian besar tegangan natural pada tulang bisa berpindah ke implan. Kondisi inimenyebabkan terganggunya pertumbuhan tulang, implan menjadi longgar, bahkan bisa menjadiinisiasi terjadinya refraktur. Untuk itu diperlukan upaya menurunkan modulus elastisitas paduanTi-6Al-4V dengan tanpa terjadi penurunan keuletan. Perlakuan solution treatment dan perlakuanaging lebih lanjut dapat menurunkan modulus elastisitas paduan. Namun, kekuatan maupun keuletanjuga ikut menurun dengan perlakuan ini. Agar modulus elastisitas tetap rendah atau menurun dankeuletan tidak menurun, maka solution treatment dan aging lebih lanjut dengan waktu penahananlebih pendek (short-time solution treatment dan short-time aging).

Dari penelitian ini telah didapatkan sifat-sifat mekanik Ti-6Al-4V paling optimum yaitu,kekuatan luluh dan kekuatan tarik meningkat berturut-turut 4 %, dan 8 %, modulus elastisitasmenurun 12 % serta keuletan bertahan pada 14%.

Kata kunci : Ti-6Al-4V, short-time solution treatment , short-time aging, Keuletan

PENDAHULUANPermasalahan cedera dan penurunan fungsi tulang telah mempengaruhi jutaan orang di seluruh

dunia. Bahkan, jumlah penderita permasalahan ini mencapai 50% dari jumlah penderita penyakitkronis terutama sekali pada mereka yang berusia di atas 50 tahun di negara-negara berkembang.Dengan meningkatnya kasus patah tulang maka kebutuhan untuk tulang pengganti (orthopaedicimplants) mengalami peningkatan. Lebih dari 7 juta sistem implan telah ditempatkan dalam tubuhmanusia, lebih dari 1.000.000 implantansi spinal rod telah dilakukan antara tahun 1980-2000. Tidakhanya operasi penggantian yang terus bertambah, akan tetapi juga operasi revisi implan pada bagianhip dan knee. Diperkirakan jumlah operasi revisi hip meningkat hingga 137 % dan operasi revisi lututmeningkat hingga 607 % antara tahun 2005-2030 [1-3].

Salah satu paduan titanium yang paling banyak digunakan pada saat ini adalah paduan titaniumjenis α + β, terutama Ti-6Al-4V. Paduan Ti-6Al-4V banyak digunakan sebagai bahan dasarpembuatan implan ortopedi karena paduan ini diproduksi secara luas di dunia [2], dan memilikiperforma lebih dibandingkan jenis paduan titanium lainnya [2,3]. Umumnya paduan titanium tipe αlebih kuat tetapi kurang ulet (less ductile), sedangkan tipe β lebih ulet (more ductile), sedangkanpaduan tipe α + β memiliki sifat-sifat mekanis diantara kedua paduan ini.

Sebagian besar penelitian paduan titanium Ti-6Al-4V masih terfokus pada penelitian tensileproperties [3]. Permasalahan yang masih sering muncul adalah modulus elastisitas paduan Ti-6Al-4Vmasih tinggi dibandingkan modulus elastisitas tulang (cortical bone) (20-30 GPa) [3,4]. Jika moduluselastisitas bahan implan (load bearing implant) lebih tinggi dari modulus elastisitas tulang, proses


2

transfer tegangan antara implan dan tulang berlangsung tidak homogen, sehingga stimulasi teganganke tulang menjadi berkurang, bahkan sebagian besar tegangan natural pada tulang bisa berpindah keimplan (stress shielding). Dengan kondisi seperti ini, kemungkinan dapat menyebabkan terganggunyapertumbuhan tulang (atrophy), mengakibatkan implan menjadi longgar bahkan dapat menjadi inisiasiterjadinya refraktur pada tulang [3-6]. Selain titinium jenis α + β, pada saat ini juga telah mulaidikembangkan titanium jenis β, meskipun tidak seintensif jenis α + β. Paduan titanium jenis βmemang telah terbukti efektif mengatasi bone atrophy, mempermudah pembentukan kembali tulang(bone remodeling), akan tetapi lenturan balik (spring back) yang besar dan ketahanan fatik yangrendah membuat paduan ini tidak begitu banyak dipilih sebagai bahan implan [3,4].

Dalam upaya mendapatkan sifat mekanik paduan Ti-6Al-4V yang optimal sebelumnyatelah dilakukan beberapa penelitian. Morita et. al. [5] telah meneliti pengaruh short-time duplexheat treatment, yaitu solution treatment pada temperatur 1243 K selama 60 detik, dilanjutkanperlakuan aging pada temperatur 773 K selama 40 detik. Dari penelitian tersebut didapatkanpeningkatan kekuatan tarik 1110–1450 MPa, dan penurunan pengurangan penampang dari 36 menjadi17%. Dalam penelitian lain, Morita et al. [6] telah meneliti pengaruh solution treatment paduan Ti-6Al-4V pada temperatur yang lebih rendah, 1148 K, selama 1 detik. Hasil penelitian menunjukkanterjadi peningkatan kekuatan luluh hingga 46%. Akan tetapi keuletan material mengalami penurunan.Namun, masih perlu dilakukan penelitian untuk mengetahui seberapa besar penurunan keuletanbila dilakukan short time aging pada temperatur yang lebih rendah lagi dari penelitian ini [5-6].

BAHAN DAN METODOLOGIKomposisi kimia paduan Ti-6Al-4V yang digunakan dalam penelitian ditunjukkan pada Tabel 1

(didapatkan melalui pemeriksaan menggunakan teknik Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), padaSEM Hitachi S-3400N). Material yang digunakan dalam penelitian ini berbentuk batangan bulat(round bar).

Table 1 Komposisi kimia paduan Ti-6Al-4Vyang digunakan dalam penelitian ini (% berat).

Spesimen untuk tensile test dibuat menurut standar ASTM E-8 [7], yaitu tension testing methodsmaterial logam pada temperatur ruangan, [8], Gambar 3.3 (a) dan (b). Spesimen uji tarik dipersiapkandalam penelitian ini sebanyak 22 buah (Non perlakuan = 2 buah, perlakuan st-STQ = 2 buah, dan st-STA lebih lanjut = 18 buah). Spesimen dipersiapkan menggunakan mesin CNC EMCO TU 2A diLaboratorium Teknologi Mekanik Politeknik Negeri Padang.

Gambar 2 Geometri dan dimensi spesimen pengujian tarik (mm)

Spesimen Ti-6Al-4V yang telah dipersiapkan seperti dijelaskan sebelumnya, diberi perlakuan st-STQ pada temperatur 930 oC (1203 K) dengan waktu pemanasan (heating time) dipilih 480 s, waktupenahanan (holding time) dipilih 60 s, dan dilanjutkan dengan pendinginan dalam media pendinginair. Waktu pendinginan (quenching time) dipilih >20 s [7-8]. Kemudian spesimen yang telah diberiperlakuan st-STQ diberi perlakuan aging lebih lanjut pada temperatur 490, 510 dan 530 oC (763, 783dan 803 K), dengan waktu pemanasan dipilih 720 s dan waktu penahanan dipilih 40 s. Kemudian

6


3

dilanjutkan dengan pendinginan di udara (air cooling) (Gambar 3) [8-10]. Perlakuan panas st-STQdan st-STA lebih lanjut, dikerjakan menggunakan tungku vacum listrik (NEY CERAMFIRE S, Tmax=1200 °C / 2292 °F) di Laboratorium Metalurgi Fakultas Teknik Universitas Andalas .

Gambar 3 Skema proses perlakuan panas st-STQ dan aging lebih lanjut lebih lanjut.

Untuk mendapatkan sifat-sifat tarik paduan Ti-6Al-4V baik sebelum diberi perlakuan (nontreated) maupun setelah diberi perlakuan st-STQ dan perlakuan st-STA lebih lanjut dilakukanpengujian tarik [10]. Pengujian tarik dikerjakan menggunakan mesin uji universal (Universal TestingMachine, GALDABINI max. 10 ton) di Laboratorium Pengujian Bahan dan Metrologi PoliteknikNegeri Padang. Data yang diambil dari pengujian ini adalah kekuatan luluh (yield strength), kekuatantarik maksimum (ultimate tensile strength), elongasi (elongation), dan pengurangan penampang(reduction of area). Data-data ini selanjutnya menjadi parameter yang digunakan untuk mengetahuikeuletan paduan Ti-6Al-4V baik sebelum maupun setelah diberi perlakuan termomekanik.

HASILData-data hasil pengujian yang ditunjukkan pada Tabel 2 merupakan rangkuman dari

pengujian paduan Ti-6Al-4V yang telah diberi perlakuan st-STQ pada temperatur 930 oC(1203 K) dan short-time aging lebih lanjut pada temperatur yang berbeda yaitu 490, 510 dan530 oC (763, 783, dan 803 K) dengan waktu penahanan yang lebih lama yaitu 50 s.

Tabel 2 Perubahan sifat-sifat mekanik paduan Ti-6Al-4V setelah diberi perlakuan st-STQ danshort-time aging lebih lanjut selama 50 s.

No.

JenisPerlakuan

Kekuatanluluh,ys

(MPa)

KekuatanTarik,ts

(MPa)

Regangan(m/m)

PenguranganPenampang(m2/m2)

RasioKekuatanys/ts

ModulusElastisita,E (GPa)

Keuletan(m/m)

1 Non 1005 1086 0,145 0,340 0,926 100 0,1442 STQ 1087 1187 0,153 0,465 0,915 133 0,1503 490 oC 1253 1363 0,127 0,370 0,919 93 0,1444 510 oC 1096 1203 0,127 0,339 0,911 99 0,1475 530 oC 1044 1183 0,113 0,330 0,966 81 0,142

Dari Gambar 4 dapat dilihat bahwa, setelah perlakuan st-STA lebih lanjut baikkekuatan luluh maupun kekuatan tarik meningkat. Peningkatan kekuatan tertinggi terdapatpada paduan yang diberi perlakuan aging lebih lanjut pada temperatur 490 oC (763 K),kekuatan luluh meningkat dari 1005 menjadi 1253 MPa dan kekuatan tarik meningkat dari1086 MPa menjadi 1363 MPa dibandingkan paduan yang tidak diberi perlakuan. Namun dariGambar 4 dapat bahwa dilihat peningkatan kekuatan diikuti dengan penurunan modulus

530 oC

50 s


4

elastisitas. Pada kondisi ini modulus elastisitas menurun hingga 7 %. Modulus elastisitasmenurun dari 100 menjadi 93 GPa.

Sedangkan peningkatan kekuatan terendah terdapat pada paduan yang diberiperlakuan aging lebih lanjut 530 oC (803 K), kekuatan luluh hanya meningkat dari 1005menjadi 1044 MPa dan kekuatan tarik meningkat dari 1086 menjadi 1183 MPa. DariGambar 4.3 terlihat bahwa pada kondisi temperatur aging ini didapatkan penurunan moduluselastisitas hingga 19 %. Modulus elastisitas menurun mencapai 81 GPa.

Disamping penurunan beberapa sifat mekanik tersebut diatas, dari Gambar jugaterlihat bahwa pada kondisi perlakuan ini didapatkan peningkatan keuletan. Peningkatantertinggi terdapat pada paduan yang diberi perlakuan short-time aging lebih lanjut (st-STA)pada temperatur 510 oC (783 K) yaitu meningkat dari 14 menjadi 15 %. Sedangkan padatemperatur 490 oC (763 K) keuletan paduan tidak menurun atau tetap bertahan 14 %. Akantetapi pada temperatur aging lebih lanjut 530 oC keuletan sedikit berkurang dari 14,4 menjadi14,2 %. (Tabel 2). Penurunan keuletan ini sangat rendah, sehingga dapat dikatakan bahwapenurunan keuletan pada kondisi ini dianggap tidak berpengaruh signifikan terhadap perubahan sifat-sifat tarik lainnya.

Gambar 4 Perubahan sifat-sifat mekanik paduan Ti-6Al-4V setelah diberi perlakuan st-STQdan short-time aging lebih lanjut selama 50 s.

PEMBAHASANBerdasarkan hasil penelitian didapatkan bahwa kekuatan statis paduan yang diberi

perlakuan st-STQ meningkat. Kekuatan statis lebih meningkat lagi setelah paduan diberiperlakuan short-time aging lebih lanjut. Peningkatan kekuatan paduan Ti-6Al-4V diakibatkanterjadinya penghalusan fasa prior β karena terbentuknya formasi fasa α’ pada saat diberiperlakuan st-STQ dan terbentuknya presipitat fasa α halus pada saat paduan diberi perlakuanaging lebih lanjut (STA) [6,7].

Penurunan modulus elastisitas paling besar berdasarkan hasil penelitian inisebenarnya terdapat pada paduan yang diberi perlakuan st-STA lebih lanjut pada temperaturaging 530 oC (803 K), 50 s. Modulus elastisitas menurun hingga 19% (mencapai 81 GPa)(Gambar 4.10). Namun, dalam kondisi perlakuan ini penurunan modulus elastisitas diikutidengan penurunan sedikit keuletan dari 14,4 % menjadi 14,2 % (Gambar 5). Penurunankeuletan mencapai 1,3 %. Penurunan keuletan ini dianggap tidak signifikan karena relatif

1.086 1.187

1.363

1.2031.183

100,24 132,84 92,68 98,67 80,98

0,144

0,150

0,144

0,147

0,142

0,141

0,142

0,143

0,144

0,145

0,146

0,147

0,148

0,149

0,150

0,151

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 1 2 3 4 5 6

Keu

leta

n(m

/m)

ts(M

Pa)

Temperatur Perlakuan (oC)sts (Mpa) E (GPa) Ductility (m/m)

(GPa

)

490 510 530st-STQNon

Keuletan

ts

ts Keuletan


5

sangat kecil. Penurunan keuletan ini diakibatkan terjadinya dekomposisi pada sebagian fasametastabil β. Sementara Morita et al. [6-7] dalam penelitiannya, yaitu peningkatan kekuatanpaduan Ti-6Al-4V melalui duplex heat treatment menjelaskan bahwa meskipun terjadipeningkatan kekuatan statis paduan akibat perlakuan STA lebih lanjut keuletan paduan padatemperatur 530 oC (803 K), 40 s tidak menurun.

Gambar 5 Perubahan modulus elastisitas dan keuletan paduan Ti-6Al-4V setelah diberiperlakuan st-STQ dan short-time aging lebih lanjut pada temperatur 490-530 oCselama 40-60 s.

KESIMPULANBerdasarkan penelitian telah didapatkan bahwa Perlakuan short-time aging lebih

lanjut pada temperatur 530 oC (803 K) selama 50 s menghasilkan presipitat fasa α halus didalam fasa metastabil , mengakibatkan kekuatan tarik lebih meningkat dan rata-ratamodulus elastisitas menurun dengan tanpa diikuti dengan penurunan keuletan paduan.Perubahan sifat-sifat mekanik paling optimum didapatkan pada paduan yang diberi perlakuanperlakuan short-time aging lebih lanjut pada temperatur 530 oC (803 K) selama 50 s, yaitukekuatan luluh dan kekuatan tarik meningkat berturut-turut 4 %, dan 8 %, dan moduluselastisitas menurun hingga 19% tanpa penurunan keuletan atau bertahan 14 %.

REFERENSI


6

[1]. Navarro, M. A. Michiardi, O. Castano and J. A. Planell, Review : Biomaterials inorthopaedics. J. R. Soc. Interface (2008) 5, 1137–1158. doi:10.1098/rsif.2008.0151.(2008).

[2]. Özcan, Mutlu and Christoph Hämmerle, Titanium as a Reconstruction and ImplantMaterial in Dentistry: Advantages and Pitfalls, Materials. 5, 1528-1545. (2012).

[3]. Abdel-Hady Gepreel, Mohamed, Mitsuo Niinomi, Biocompatibility of Ti-Alloys forLong-Term Implantation, Journal of the Mechanical Behavior of BiomedicalMaterials. (2013).

[4]. Niinomi, Mitsuo, Recent Research and Development in Titanium Alloys forBiomedical Applications and Healthcare Goods, Science and Technology ofAdvanced Materials 4, 445–454. (2003).

[5]. Niinomi, Mitsuo. Biologically and Mechanically Biocompatible Titanium Alloys,Materials Transactions, Vol. 49, No. 10 (2008) pp. 2170 to 2178, Special Issue onAdvanced Light Metals and Processing in Asia, The Japan Institute of Light Metals.(2008).

[6]. Morita, T, K. Hatsuoka, T. Iizuka and K. Kawakami, Strengthening of Ti-6Al-4VAlloy by Short-time Duplex Heat Treatment, Materials Transaction, Vol. 46, No. 7,pp. 1681-1686. (2005).

[7]. Tanaka, S., T. Morita, K. Shinoda, Effects of Short-Time Duplex Heat Treatment onMicrostructure and Fatigue Strength of Ti-6Al-4V Alloy, 13th InternationalConference on Fracture June 16–21, Beijing, China (2013).

[8]. ASTM E8/E8M–11, Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials,ASTM International, 100 Barr Harbour Dr., PO Box C700 West Conshohocken, PA.19428-2959, United States.

[9]. ASM Handbook, Fundamentals of Medical Implant Materials: Materials for MedicalDevices, Volume 23, ASM International, Materials Park, Ohio, USA. (2012).

[10]. Lutjering, G. and J. C. Williams: Titanium, (Springer-Verlag Berlin Heidelberg NewYork. (2003).

[11]. Donachie, Matthew J, Titanium: A Technical Guide. ISBN-13: 978-0871706867.Edition: 2nd. (2000).


1

KARAKTERISASI DAN UJI KERAS TITANIUM TIPE β Ti-12Cr

1)Nurbaiti, 2)Gunawarman dan 3)Jon Affi

1,2,3)Jurusan Teknik Mesin Universitas AndalasKampus UNAND Limau Manis, Padang, 25163

[email protected]

Abstrak

Penelitian ini berhubungan dengan Karakterisasi dan Uji Keras Titanium Tipe β Ti-12Cr. Biomaterial yang banyakdigunakan untuk aplikasi implan adalah material Titanium. Titanium merupakan material yang aman untuk tubuh,karena tidak menyebabkan racun pada tubuh. Berbagai jenis titanium sudah dikembangkan untuk implan. Namundemikian Titanium tersebut harganya mahal karena banyak elemen paduan. Titanium dengan banyak komposisisusah didaur ulang dan butuh waktu yang lama untuk menjadikannya unsur yang homogen. Jenis Titanium yangsering digunakan untuk implants adalah Titanium paduan dari tipe mulai dari 1 paduan sampai 2 atau lebih dari2 paduan. Berbagai jenis Titanium tipe β sudah banyak dikembangkan. Titanium tipe β mempunyai ketahanankorosi paling baik dan mempunyai sifat mekanik yang lebih baik yaitu: modulus elastisitas yang rendah. Dimanamodulus elastisitas material yang rendah cocok digunakan untuk implan. Pada penelitian ini akan dilakukankarakterisasi dan uji keras terhadap Titanium tipe Ti-12Cr yang akan dikembangkan untuk implant.Karakterisasi menggunakan SEM (Scanning Electron Microscope) memperlihatkan Susunan atom dari paduanTi-12Cr adalah homogen, sehingga dapat dimanfaatkan untuk implan tulang. Uji keras terhadap sampel Ti-12Crmenggunakan Vickers Hardness didapatkan nilai tertinggi 324 HVN dan nilai terendah 258 HVN. Hasil daripenelitian ini akan digunakan sebagai referensi pada penelitian berikutnya yaitu melihat perilaku korosi dariTi-12Cr dalam lingkungan garam (NaCl 3%).

Keywords: Ti-12Cr, uji keras, modulus elastisitas, SEM, Vickers Hardness.

Pendahuluan

Dari tahun ketahun penggunaan biomaterial untukaplikasi implan semakin meningkat. Biomaterialyang banyak digunakan untuk aplikasi implan adalahmaterial Titanium. Titanium merupakan materialyang aman untuk tubuh, karena tidak menyebabkanracun pada tubuh[1]. Berbagai jenis titanium sudahdikembangkan untuk implan. Namun demikianTitanium tersebut harganya mahal karena banyakelemen paduan. Titanium dengan banyak komposisisusah didaur ulang dan butuh waktu yang lama untukmenjadikannya unsur yang homogen. Oleh sebab itudikembangkan paduan Titanium dengan elemenpaduan yang sedikit dan berharga murah, seperti: Fedan Cr[2]. Contoh paduannya yaitu: Ti-12Cr. Paduantersebut khusus dikembangkan untuk penyanggatulang punggung yang memerlukan sifat kuat danpunya pemegasan yang tinggi. Ketahanan korosipaduan ini belum diketahui secara detail.

Oleh sebab itu pada penelitian ini dilakukan ujiketahanan korosi dari Ti-12Cr pada larutan NaCl 3%supaya proses korosi menjadi lebih cepat. Tapi pada

tahap awal penelitian ini hanya melaporkankekerasan dari material Ti-12Cr.Metoda Eksperimen & Fasilitas Yang Digunakan

Objek PenelitianSpesimen uji dari penelitian yang akan dilakukanadalah Titanium tipe β, Ti-12Cr. Untuk menentukanunsur-unsur yang terkandung didalamnya makadilakukan pemeriksaan struktur mikro. Dimensi daripermukaan spesimen uji adalah sebesar 13 x 12 mm.Selain itu dipersiapkan juga spesimen untuk uji keras.Uji keras dilakukan untuk mengetahui salah satu sifatmekanik dari benda uji yaitu kekerasannya.Bentuk spesimen uji dapat dilihat pada gambar 3.2.

Gambar 1. Bentuk Spesimen uji yang digunakanuntuk pemeriksaan struktur mikro dan uji keras.


2

Peralatan Penelitian dan BahanPeralatan penelitian

A. Scanning Electron Microscope (SEM)

Gambar 2. Gambar SEM.

B. Alat uji keras Vickers Hardness.

Gambar 3. Alat uji keras.

C. Grinding machine dan amplas

Alat grinding machine dan amplasdigunakan pada pembuatan spesimen uji(untuk mendapatkan sifat mekanik danmelakukan proses uji keras).

Gambar 4. (a) Grinding machine dan (b) amplas.

Amplas yang digunakan adalah produksiNihonkenshi Co.Ltd dengan merk dagang“Nikken”. Material dari amplas adalahSilicon Carbide Water Proof. Amplas yangdigunakan adalah amplas dengan beberapatingkat kehalusan. Dimulai dengan kehalusanterendah sampai tertinggi (P80, P100, P150,P220, P400, P600, P800, P1000, P1200,P1500, P2000).

D. Zat alumina untuk proses poles padaspesimen yang akan di periksa strukturmikro.

E. Nampan untuk larutan NaCl dan spesimen(untuk melihat prilaku spesimen uji padalingkungan garam).

F. Tabung spesimen uji untuk prosespembingkaian / mounting.

Gambar 5.Tabung spesimen uji untuk prosespembingkaian / mounting.

Bahan penelitianBahan-bahan yang digunakan baik untuk penelitianini adalah sebagai berikut:A. MatriksDalam penelitian ini digunakan unsaturated polyesterresin (tabel 3.1) sebagai pengikat (matriks), dimanaresin tersebut merupakan hasil produksi PT. JustusSakti Raya dengan merek dagang “YUKALAC”.

Tabel 3.1 Spesifikasi Unsaturated Polyester ResinYukalac157® BTQN-EX.

Sifat Nilai Satuan KeteranganBerat Jenis 1215 kg/m3

Suhu distorsipanas 70 0C

penyerapanair

0,188 % 24 jam0,466 % 7 hari

kekuatantarik 5,5 kg/mm2

kekuatanflexural 9,4 kg/mm2

moduluselastisitas 300 kg/mm2

Elongation 1,6 %

b


3

Catatan :Kekentalan (poise , pada 25oC) : 4.5–5Thixotropic index : >1.5Waktu Gel (menit pada 30oC) : 20 – 30Lama Dapat Disimpan (bulan) : <6 pada 25oCFormulasi (resin + katalis) : 100 : 1

B. Katalis / hardener

Katalis yang digunakan adalah produksi PT. JustusKimia raya, jenis Methyl Ethyl Keton Peroxida(Mekpo) dengan bentuk cair dan berwarna bening.Fungsi katalis untuk mempercepat prosespengeringan (curing) pada resin. Semakin banyakkatalis yang digunakan maka laju pengerasan danpengeringan resin semakin cepat, akan tetapi akanmenghasilkan resin yang getas. Penggunaan katalisdi dalam resin sebaiknya diatur berdasarkankebutuhannya. Karena pada saat mencampurkankatalis ke dalam resin maka akan timbuk reaksi panas(60–90OC) di dalam resin tersebut. Untuk itupemakaian katalis dibatasi sampai 1 % volume resinyang akan digunakan.

Gambar 5. Katalis / hardener.

Prosedur Pembuatan Spesimen UjiBagian ini menjelaskan langkah - langkah pembuatanspesimen uji yang akan digunakan untuk pemeriksaanstruktur mikro dan uji keras.

1. Lakukan pemotongan terhadap spesimen ujisesuai dengan dimensi yang diharapkan (13 x 12mm).

2. Lakukan proses pembingkaian spesimen uji(mounting) dengan cara:

a. Siapkan wadah tempat spesimen (lihatgambar 3.4)

b. Posisikan spesimen didalam wadah

c. Masukkan Polyester kedalam wadah yangsudah berisi spesimen

d. Tambahkan katalis/hardener sesuai dengantakaran yang telah ditentukan (kurang dari1% volume resin yang akan digunakan)

e. Tutup wadah yang sudah berisi spesimenyang telah dibingkai (di mounting)

f. Diamkan lebih kurang 1 x 24 jam sampaispesimen siap untuk dilakukan prosesselanjutnya.

3. Lakukan proses penggerindaan pada spesimen ujiyang sudah di mounting dengan tujuan untukmeratakan permukaan spesimen.

4. Lakukan pengamplasan pada permukaanspesimen uji. Proses ini dimulai dengankehalusan terendah sampai tertinggi (P80 sampaiP2000).

5. Spesimen uji siap untuk dilakukan prosespemeriksaan struktur mikro dan uji keras.

Pemeriksaan Struktur Mikro dan Uji KerasPemeriksaan Struktur MikroProsedur pemeriksaan struktur mikro adalah sebagaiberikut :

1. Spesimen uji dipoles dengan menggunakanaluminaTujuan dari proses poles ini untuk memperolehpermukaan spesimen yang halus dan bebasgoresan serta mengkilap dan juga untukmenghilangkan ketidakteraturan spesimen.

2. Melakukan proses etsa pada spesimen ujiProses pengetsaan dilakukan denganmenggunakan larutan kimia. Tujuannya adalahuntuk mengkorosikan batas butir sehinggadidapatkan struktur mikro Ti 12-Cr.

3. Melihat struktur mikro dari Scanning MicroscpeElectron (SEM)Dengan cara:a. Hidupkan mesin Scanning Microscope

Elektron (SEM) dan komputer pengatur kerja.Hal ini disebabkan proses kerja dari SEMdilakukan dengan komputer (secara otomatis)

b. Setting SEM dengan komputer pengaturc. Setelah pintu spesimen terbuka, posisikan

spesimen uji didalam SEMd. Setting jarak spesimen dan tutup pintu

spesimene. Setting ruangan spesimen dalam SEM

menjadi hampa udaraHal ini disebabkan agar sinar elektron yangdi tembakkan ke spesimen tidak berpendar

f. Tembakkan sinar elektron ke spesimen ujig. Didapatkan struktur mikro dari spesimen uji.

Pemeriksaan Kekerasan Spesimen UjiPengujian kekerasan ini dilakukan denganmenggunakan alat uji Vicker Hardness Tester. Prinsipkerja dari mesin ini adalah dengan menggunakan


4

identor intan piramida yang diberi beban, jejak hasilpembebanan berbentuk belah ketupat. Kemudiandengan pengukuran kedua diagonal jejak, akandidapatkan kekerasan Vicker (HV) secara otomatispada layar.


Hasil Pemeriksaan Struktur MikroHasil pemeriksaan struktur mikro dari sampel Ti-12Crdapat dilihat pada gambar 6 dan 7.

Gambar 6. Struktur mikro dari Ti-12Cr.

Pada gambar 6 memperlihatkan batas butir daripaduan Ti-12Cr. Selain itu terlihat struktur yanghomogen dari paduan Ti-12Cr yang tersebar merata.Hal ini berdasarkan terlihatnya warna yang seragampada struktur mikro Ti-12Cr.

Gambar 7. Spektrum yang menunjukkan susunankimia dari paduan Ti-12Cr.

Pada gambar 7 memperlihat struktur kimia daripaduan Ti-12 Cr. Hasilnya terdapat persentase beratCr yaitu 12% dan persentase Ti yaitu 82%.

Hasil Pengujian Kekerasan

Hasil pengujian kekerasan yang dilakukan padasampel berbagai paduan Titanium dapat dilihatpada tabel 2. Sampel utama pada penelitian ini adalahpaduan Ti-12Cr, sedangkan paduan Titanium lainnyamerupakan pembanding untuk penelitian berikutnyayaitu melihat perilaku korosi dari Ti-12Cr. Sehingganilai kekerasan paduan Titanium pembandingtersebut harus ditentukan juga.

Nilai kekerasan ini digunakan untuk melihatpengaruhnya terhadap laju korosi.

Tabel 2. Tabel perbandingan kekerasan dari berbagaisampel Titanium.

Kesimpulan

Kesimpulan dari penelitian ini adalah:1. Susunan atom dari paduan Ti-12Cr adalah

homogen, sehingga dapat dimanfaatkan untukimplan tulang

2. Nilai kekerasan dari Ti-12Cr tertinggi 324 HVNdan terendah 258

Referensi

[1]. Niinomi, Mitsuo., Biologically and MechanicallyBiocompatible Titanium Alloys, MaterialsTransactions, Vol. 49 No. 10 hal. 2170-2178, 2008.

[2]. Gepreel, Abdel-Hady, M., Niinomi, Mitsuo,Biocompatibility of Ti-Alloys for Long-termImplantation, Journal of the Mechanical Behavior ofBiomedical Materials, hal. 1-9, 2013.

No Spesimen HVN HVN HVN2 minggu 4 minggu 8 minggu

1 TNTZ (AT) 307 390 3572 Ti-12 Cr (ST) 279 302 346

3 Ti-12 Cr (AT30 KS) 437 450 475

4 TNTZ (ST) 324 254 2665 Ti-64 ELI 305 298 3036 CP-Ti 158 157 1567 Ti-12 Cr 324 276 258


Penggunaan FTIR untuk Menentukan Kaberadaan Phasa pada Material Keramik

1)Slamet Priyono, 2)Titik Lestariningsih, dan 3)Bambang Prihandoko

1,2,3)Pusat Penelitian Fisika-Lembaga Ilmu Pengetahuan IndonesiaKomplek PuspipteK gedung 442 Serpong, Tangerang Selatan, Banten, 15314

Telp: (021) 7560570 - 7560556 Fax. (021) 7560554E-mail: [email protected]*

Abstrak

FTIR merupakan alat spectrometry dengan memanfaatkan gelombang infra merah untuk mendeteksi serapan dantransmisi suatu material. Umumnya untuk menentukan struktur Kristal dan phasa dari material keramik digunakanXRD. Dalam penelitian ini akan diberikan metode lain yang lebih murah, cepat, dan effisien untuk menentukanphasa dengan FTIR. Metode yang digunakan dalam percobaan ini adalah metode ATR dengan wavenumber400-4000 cm-1 yang akan diujicobakan pada beberapa sampel seperti cangkang telur, Lithium titanate, dan lithiumferro fosphat dan dicocokkan dengan hasil literatur. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa pada wave numberrendah peak-peak yang diperoleh menunjukkan kekesuaian dengan literature yang menandakan terdeteksinyaphasa. Sedangkan pada wavenumber tinggi hanya menunjukkan serapan terhadap lingkungan.

Keywords: phasa, FTIR, metode ATR, cangkang telur, lithium titanate, lithium ferro fosphat


Perbandingan Kekerasan, Struktur Mikro, Komposisi Kimia,dan Kekuatan Tarik Rantai dan Sproket

Sepeda Motor Produk Asli, OEM, dan non-OEM

1)Yunaidi1)Dosen Program Studi Teknik Mesin Politeknik LPP, Yogyakarta, Indonesia

E-mail :[email protected]

Abstract

Motorcycle spare parts are generally divided into three groups, namely original, OEM (originalequipment manufacturer), and a non-OEM product. Motorcycle spare parts are very much, butthere are some spare parts that must be replaced due to wear like a chain and sprocket. This studyaimed to compare the quality of the original chain and sprocket, OEM and non-OEM. Chain andsprocket quality can be assessed and measured by hardness test, chemical composition test,microstructure test and tensile test. The results showed that the original sprocket productrepresented by x product has a higher hardness at the edges than in the middle. It is also found insome OEM products are represented by y3and some non-OEM represented by z1, but for the otherOEM and non-OEM (y1, y2, and z2) violence between the edges and the middle relatively same.Materialof original sprocket made from low carbon steel, for the OEM made from medium carbonsteel, but some non-OEM made of low carbon steel and the other are made frommedium carbonsteel. Original and OEM chain relatively have same tensile strength, while for non-OEM has alower tensile strength. Non-OEM chain tend to be more resilient than others.

Key words :quality, chain, sprocket, hardness, microstructure

PENDAHULUANPertumbuhan populasi kendaraan bermotor

di Indonesia terutama sepeda motor meningkatpesat dari tahun ke tahun. Menurut datakepolisian jumlah kendaraan bermotor yangterdaftar pada tahun 2012 sebanyak 94,2 jutalebih, meningkat 12% dibandingkan denganjumlah kendaraan pada tahun 2011 yaitusebesar 84,12 juta. Dari jumlah tersebut, sepedamotor mempunyai populasi terbanyak yaitusebesar 77,75 juta atau meningkat 12%dibandingkan populasi pada tahun 2011 yangmencapai 69,2 juta.

Populasi sepeda motor yang sangat banyakdengan tingkat pertumbuhan yang cukup tinggitersebut tentu akan membawa dampak sosialekonomi yang besar bagi masyarakat. Selainmeningkatkan kemacetan dan kecelakaan lalulintas, industri komponen/suku cadang sepedamotor juga berkembang dengan pesat seiringdengan meningkatnya populasi sepeda motor.Saat ini dapat dengan mudah ditemukanberbagai jenis suku cadang sepeda motor

dengan berbagai merek dan harga yangberagam, dari yang asli (pabrikan), OEM(original equipment manufacturer), sampaidengan yang non OEM, yang dalam bahasasehari-hari sering disebut dengan istilah kw(kwalitas).

Munculnya berbagai jenis sukucadangdengan beragam merek ini tentu akanmenimbulkan persoalan tersendiri bagikonsumen untuk memilih suku cadangsesuaidengan yang dibutuhkan. Dengan harga yanglebih murah konsumen sebenarnya sudah sadardan rela bila kualitasnya sedikit lebih rendah,asal tidak terlalu jauh.

Dari sekian banyak suku cadangyang adadan terpasang pada sepeda motor, tidaksemuanya memegang kunci kualitas, atausebagai suku cadangyang bertanggung jawabatas kerusakan yang akan terjadi. suku cadangyang harus sering diganti adalah yang sukucadangyang dalam operasionalnya berhubungandengan gesekan (friction) dan temperatur tinggi.Pengetahuan akan jenis kerusakan yang


mengakibatkan konsumen harus menggantisuku cadangantara lain, di bagian mesin bisadiwakili oleh piston, ring piston, silinder, dankatup. Di bagian transmisi daya ke roda bisadiwakili oleh rantai dan sproket. Di bagian remdiwakili oleh kampas rem dan cakram/teromol.Di bagian roda diwakili oleh bantalan (bearing)dan ban.

Penelitian ini menitikberatkan pada rantaidan sproket sepeda motor, dengan alasansepeda motor setelah dipakai sekian bulan atautahun, dipastikan rantai dan sproket akanmengalami keausan dan harus diganti, karenabisa mengurangi tingkat kenyamananberkendara atau bahkan bisa membahayakanpengendaranya (rantai putus). Umur pakairantai dan sproket sangat tergantung padakualitas komponen tersebut. Semakin baik dantinggi kualitasnya maka akan semakin lamaumur pemakaiannya, hal ini berartipenghematan, baik penghematan uang danwaktu, bahkan dapat menghindari rasa kesaldan khawatir karena mogok/rusak dipakai dijalan.

Saat ini di pasaran banyak terdapatberagam jenis rantai dan sproket, dari jenisbahan dan teknik pembuatan yang berbeda;disain dan bentuk yang beragam dari pin,bushing, bantalan, dan roller rantai; dan teknikperakitannya. Faktor-faktor tersebutmemberikan kontribusi terhadap daya tahan(durability) dari rantai dan sproket terhadapkeandalan memindahkan daya mesin ke roda.

Karena beragamnya produk rantai dansproket sepeda motor saat ini, maka dalampenelitian ini produk rantai dikategorikan dalam3 (tiga) jenis yaitu produk kualitas asli(pabrikan), produk kualitas OEM (OriginalEquipment Manufacturer), dan produk kualitasnon OEM. Suku cadangproduk kualitas asliadalah produk yang merupakan barang resmidari pihak pembuatnya. Barang ini murnidiproduksi, diseleksi, distandarisasi oleh sangprodusen sendiri sehingga kualitas barangbenar-benar terjaga dan tidak mengecewakanpara pembelinya.

Suku cadangkualitas OEM adalah produkasli yang diproduksi oleh produsen lain yangmendapat lisensi dari produsen utama untukmembuat suku cadangtersebut dengan kualitas

yang sama, dengan merek yang sama atau bisadengan merek yang berbeda. Sukucadangkualitas non OEM adalah produkjiplakan yang dibuat dengan kualitas dan disainsemirip mungkin dengan produk aslinya,namun tanpa ijin dan lisensi dari produsenaslinya.

Setiap kali konsumen dihadapkan padapilihan untuk membeli, maka diperlukankemampuan untuk menaksir/memperkirakanagar tahu lebih dekat dan tepat dengan kondisispare parts yang sebenarnya. Kondisi yangdiharapkan oleh konsumen adalah selisihkualitas yang dekat dengan selisih harga yangjauh lebih banyak. Dengan kata lain, bisamendapatkan spare parts dengan harga yangjauh lebih murah tetap memiliki kualitas yanghampir sama. Yang dikhawatirkan terjadiadalah kondisi sebaliknya, yaitu kualitas sukucadangyang turun jauh lebih banyakdibandingkan dengan penurunan harganya.

Untuk itu penelitian ini bertujuan memberigambaran dan bahan pertimbangan sejauh manaperbedaan harga yang cukup mencolok antarasuku cadangrantai dan sproket produk asli,produk OEM, dan produk non OEM dengankualitas dan manfaat yang bisa diperolehdengan harga tersebut. Secara rinci dan spesifik,kualitas rantai dan sproket meliputi kekerasan,kekuatan tarik, struktur mikro, dan komposisikimianya.

Rantai adalah komponen mesin yangcukup handal untuk mentransmisikan dayadengan gaya tariknya. Rantai transmisimempunyai keunggulan antara lain: mampumeneruskan daya yang besar, mempunyai rasiokecepatan yang konstan, efisiensi transmisiyang tinggi, ukuran yang beragam disesuaikandengan besar dayanya, serta pemasangan yangmudah. Di sisi lain, rantai juga mempunyaibeberapa kekurangan antara lain: timbulnyagetaran dan suara yang berisik karena tumbukanantara rantai dengan sproket, perlu pelumasanuntuk meningkatkan kinerja dan umur pakai,perpanjangan rantai karena keausan pena danbushing akibat gesekan dengan sproket(Sularso, 1978). Rantai rol pada sepeda motorhampir semuanya menggunakan bahan daribaja.


Dalam pemakaiannya, rantai harusdihubungkan dengan sproket sebagaipasangannya. Seperti pada rantai, sprokettersedia dalam berbagai jenis bahan dan bentuk,tergantung pada jenis aplikasi dan kebutuhanjenis pelayanannya.

Pada rantai akan terjadi tegangan akibattarikan pada rantai dan gesekan antara rantaidan sproket. Gesekan antara rantai dan sproketmengakibatkan keausan pada sproket dankeausan pada pena dan bushing pada rantai.Keausan pada pena dan bushing rantai dapatmengakibatkan perpanjangan pada rantai.Karena sifat hubungan atau pertautan antararantai dengan sproket menimbulkan gesekan,maka bahan yang lunak akan habis lebih dahuludibandingkan dengan bahan yang lebih keras,sehingga kekerasan bahan merupakan sifatutama yang harus dipenuhi oleh komponenrantai dan sproket, khususnya di permukaanyang langsung bersinggungan dankemungkinan besar akan bergesekan.

Beberapa proses hardening yang seringdigunakan untuk menaikkan kekerasan sproketantara lain: carburizing, carbonitriding,nitriding, dan nitrocarburizing (Otto, 2002).Carburizing adalah proses pengerasanpermukaan baja yang paling banyak dilakukan.Carburizing adalah proses pelapisan karbonpada baja dengan suhu di bawah titik cairnya(800oC- 1090oC). Carburizing biasanyadiaplikasikan pada baja dengan kandungankarbon antara 0,1%-0,2%.

Carbonitriding merupakan prosesmodifikasi dari carburizing. Prosesnya adalahmenambahkan amoniak pada lingkungancarburizing untuk menambahkan nitrogen padapermukaan logam yang mengalami carburizing.Logam yang sering diberi perlakuan ini adalahAISI 1018, 1117, dan 12L14. Prosescarbonitriding dilakukan pada suhu 700oC-900oC dengan waktu yang lebih singkat.

Nitriding adalah proses pengerasanpermukaan baja dengan nitrogen pada suhuyang relatif lebih rendah dibandingkan prosespengerasan yang lain, yaitu pada suhu 495oC-565oC. Proses nitriding mempunyai keuntungantidak diperlukan quenching sehingga bentukdan dimensi bahan hampir tidak mengalamiperubahan, tetapi mempunyai keterbatasan

yaitu munculnya lapisan keras (white layer)yang lebih getas dibandingkan pada prosescarburizing (Otto, 2002). Proses carburizingpada sproket akan meningkatkan kekerasanpermukaannya sebesar 2,5% (Sugito, 2007).

Nitrocarburizing merupakan modifikasidari proses nitriding. Pada proses ini, nitrogendan karbon secara bersamaan ditambahkan kelogam pada kondisi ferritic, yaitu dibawahtemperatur austenitisasi baja. Pada temperaturini akan terbentuk lapisan tipis campurannitrogen dan karbon. Proses nitrocarburizingberlangsung pada suhu 550oC- 600oC dan tidakdibutuhkan quenching.

METODE PENELITIAN

Gambar 1. Diagram alir penelitian

Dalam penelitian ini, metodepelaksanaannya mengikuti alur/metodepenelitian seperti pada diagram alir diatas.Metode dan tahapan pengujian dibagidalam dua kelompok, pengujian sproket danpengujian rantai. Pengujian sproket meliputi:uji struktur makro dan mikro, uji kekerasan, danuji komposisi kimia material sproket. Pengujianrantai dilakukan dengan melakukan uji tarikrantai untuk mengetahui kekuatan tarik rantai.

Pengujian Komposisi Kimia


Uji komposisi dibutuhkan untukmengetahui komposisi utama bahan rantai dansproket. Komposisi kimia dapat menunjukkanjenis material yang digunakan untuk sukucadang yang dimaksud sehingga dapat dipakaiuntuk mengetahui kualitas, keunggulan, dankekurangan bahan dasarnya.

Pengujian KekerasanPengujian kekerasan dilakukan untuk

mengetahui distribusi kekerasan penampangmelintang sproket mulai dari bagian tepi sampaibagian tengahnya. Pengujian dilakukan denganmetode micro vickers dimulai dari jarak 0,5 mmdari tepi ke tengah dengan jarak antar titik 2mm. Setiap spesimen diambil tujuh titik untukdiuji kekerasannya, kemudian dibuat grafiksebaran nilai kekerasan spesimennya.

Pengujian Struktur Makro dan MikroPengujian struktur makro dan mikro

dilakukan denganmengamati daerah penampangmelintang sproket melalui foto makro danmikro. Untuk mengetahui bentuk struktur mikrodilakukan dengan mengambil penampangpermukaan spesimen untuk dipoles dan dietsadengan larutan Hydroflourid Acid (HF)sebelumdilakukan proses pemotretan denganmenggunakan mikroskop optik khusus logam.Pemotretan dilakukan pada bagian tepi dantengah sebagai bahan analisis kekerasanlogamnya.

Pengujian TarikPengujian tarik hanya dilakukan pada

rantai saja, mengingat rantai mempunyai bebantarik yang tinggi pada saat operasionalnya.Sedangkan pada sproket tidak dilakukanpengujian tarik karena keterbatasan dimensi danbentuk sproket yang tidak memungkinkanuntuk dilakukan uji tarik. Uji tarik dilakukanpada dua bagian di tiap-tiap rantai, yaitu bagianyang utuh tanpa sambungan dan pada bagianrantai dengan sambungan. Pengujian dilakukandengan menggunakan mesin uji tarik servopulser dengan beban tertentu yang sama padatiap-tiap rantai. Dari hasil uji tarik ini akandidapatkan angka kekuatan rantai dangrafiknya.

HASIL DAN PEMBAHASANStruktur Makro dan Mikro

Foto makro dari penampang melintangsproket belakang sepeda motor dariujung/pinggir gigi ke tengah dapat dilihat padagambar berikut ini :

Gambar 2. Penampang melintang foto makrosproket, berturut-turut dari kiri ke kanan, :x, y1,

y2, y3, z1, dan z2.Produk x: asli/pabrikan, y:OEM, z: non-OEM

Dari penampang melintang sproket terlihatterdapat perbedaan struktur dari setiap produk,baik itu produk x, y, maupun z. Pada produk xterdapat perbedaan struktur yang di tepi denganyang di tengah penampang. Hal ini juga berlakupada produk y3 dan z1. Perbedaan strukturyang terjadi antara daerah di tepi dengan yangdi tengah penampang menunjukkan bahwamaterial tersebut telah mengalami prosesperlakuan panas (heat treatment) untukmemperbaiki sifat-sifat mekanisnya, terutamauntuk menaikkan tingkat kekerasannya. Hal inidilakukan supaya material sproket lebih keras dibagian tepinya tetapi ulet di bagian tengahnyasehingga sproket lebih tahan aus akibatbergesekan dengan rantainya sehingga lebihawet. Sedangkan pada sproket produk y1, y2,


dan z2 tidak terlihat perbedaan struktur antarayang di pinggir dengan yang di tengahpenampang.

Untuk dapat melihat lebih jelas strukturpada sproket, dilakukan dengan pengamatanstruktur mikro dari masing-masing penampang

sproketnya. Foto mikro diambil pada tiga titiksampel, yaitu di pinggir, di daerah transisi, dandi tengah penampang sproket. Hasilpengamatannya dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

Gambar 3. Foto mikro penampang sproket produk, kiri bagian tepi penampang,tengah bagian transisi penampang, kanan bagian tengah penampang.

Dari atas ke bawah berturut-turut adalah: produk x, y1, y2, y3, z1, dan z3.


Pada penampang sproket x terlihat dibagian tepi (daerah yang lebih dekat denganpermukaan sproket yang bersinggunganlangsung dengan rantai) menunjukkan strukturmikronya halus dan mempunyai strukturmartensit yang cenderung keras. Di daerahtransisi strukturnya terlihat lebih besar danlebih terang yang terdiri dari campuran strukturferit dan perlit dan sedikit struktur martensit.Sedangkan di daerah tengah terlihat lebih terangdengan struktur ferit (terang) dan perlit (gelap).Dari struktur mikro ini semakin memperjelashasil foto makro bahwa sproket ini telahmengalami proses perlakuan panas untukmemperbaiki kekerasan permukaannya.

Pada penampang sproket y1 terlihat bahwaantara daerah pinggir, transisi, dan tengah tidakterdapat perbedaan bentuk struktur mikro.Struktur mikronya berupa ferit (terang) danperlit (gelap) dengan bentuk yang besar-besar.Kecenderungan bentuk struktur mikro yangsama antara yang di daerah pinggir, transisi,dan tengah juga dapat dijumpai padapenampang sproket produk y2, tetapimempunyai warna yang lebih gelap sehinggastrukturnya lebih didominasi oleh struktur perlitdan sedikit struktur ferit. Hal ini dapat dilihatpada gambar 3 di atas. Dari foto mikro inimenunjukkan bahwa produk y1 dan y2 tidakdiberi perlakuan panas (heat treatment) selamaproses pembuatannya.

Pada penampang sproket y3 terlihat dibagian pinggir struktur mikronya lebih halusdibandingkan dengan yang di daerah transisidan tengah. Pada bagian pinggir strukturnyaberupa ferit dan perlit halus, sedangkan didaerah transisi cenderung kasar meskipunstrukturnya juga berupa ferit dan perlit. Didaerah tengah struktur lebih banyak didominasioleh ferit dan sisanya berupa perlit.

Struktur mikro penampang sproket z1terlihat adanya perbedaan antara daerah pinggir,daerah transisi, dan daerah tengah. Daerahpinggir strukturnya berupa martensit yangbersifat keras dan getas sehingga lebih tahanaus. Pada daerah transisi strukturnya berupaferit dan perlit halus, sedangkan pada daerah

tengah strukturnya lebih kasar dibandingkandengan yang di daerah transisi, meskipunstrukturnya masih sama yaitu terdiri dari feritdan perlit. Dari foto mikro menunjukkanproduk y3 dan z1 mengalami proses heattreatment selama proses pembuatannya untukmeningkatkan kekerasannya.

Foto mikro penampang sproket produk z2terlihat tidak ada perbedaan bentuk strukturantara bagian pinggir, transisi, dan tengah.Struktur terlihat paling terang bila dibandingkandengan produk-produk yang lainnya. Strukturmikronya cenderung didominasi oleh ferit(terang) yang bersifat lunak dan sisanya berupaperlit (gelap) yang sifatnya lebih keras. Fotomikro juga menunjukkan bahwa produk z2cenderung lunak serta tidak diberi perlakuanpanas selama proses pembuatannya sehinggaketika sproket ini dipakai kemungkinanterjadinya keausan akan lebih cepat.

KekerasanHasil uji kekerasan untuk semua jenis

produk menunjukkan bahwa terdapat variasinilai kekerasan dari bagian pinggir sproket kebagian tengah sproket. Variasi ini dapat dilihatpada tabel dan grafik berikut ini :

Tabel 1. Nilai kekerasan micro vickersjarak(mm)

0.5 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0

x 385.9

385.9

385.9

379.8

151.4

154.5

145.4

y1 161.0

161.0

164.4

161.0

164.4

161.0

161.0

y2 231.8

231.8

226.1

183.2

187.3

179.1

179.1

y3 286.2

643.9

841.0

841.0

175.3

175.3

179.1

z1 528.1

528.1

508.8

179.1

175.3

175.3

175.3

z2 171.5

154.5

104.8

103.0

99.7

103.0 99.7


Gambar 4. Hasil pengujian kekerasanmicro vickers.

Dari tabel dan grafik uji kekerasan terlihatbahwa nilai kekerasan tertinggi terdapat paday3 sebesar 841,0 kg/mm2, sedangkan nilaikekerasan terendah terdapat pada z2 sebesar99,7 kg/mm2.

Sproket produk pabrikan (x) kekerasantertinggi terjadi pada bagian tepi yaitu sebesar385,9 kg/mm2, yang kemudian akan menurun dibagian tengahnya yaitu hanya sebesar 145,4kg/mm2. Hal ini menunjukkan bahwa sproket xmempunyai karakteristik keras di bagianpermukaan dan cenderung lunak dan ulet dibagian tengahnya.

Sproket produk OEM (y1, y2, dan y3),ternyata memiliki karakteristik nilai kekerasanyang berbeda-beda. Produk y1 nilaikekerasannya relatif sama antara bagian tepidan bagian tengahnya yaitu sebesar 161kg/mm2. Pada produk y2 bagian tepimempunyai nilai kekerasan yang lebih tinggi

bila dibandingkan pada bagian tengahnya.Bagian tepi mempunyai nilai kekerasan sebesar231,8 kg/mm2, sedangkan pada bagian tengahnilainya sebesar 179,1 kg/mm2. Pola variasikekerasan pada produk y2 sama dengan yangdimiliki oleh produk x, meskipun nilaikekerasan pada produk y2 lebih rendahdibanding produk x. Pada produk y3 di daerahtransisi mempunyai nilai kekerasan yang sangattinggi yaitu sebesar 841 kg/mm2, jauh lebihtinggi bila dibandingkan dengan bagian tepiyang hanya sebesar 286,2 kg/mm2 maupundengan bagian tengahnya yang hanya sebesar179,1 kg/mm2.

Pada sproket produk non OEM (z1 danz2), ternyata juga memiliki karakteristik nilaikekerasan yang berbeda-beda. Produk z1 nilaikekerasan di bagian tepinya cukup tinggi yaitusebesar 528,1 kg/mm2, bahkan nilai ini jauhlebih keras bila dibandingkan nilai kekerasanbagian tepi untuk produk x maupun y1,y2, dany3. Sedangkan pada bagian tengahnyacenderung lebih lunak dengan nilai kekerasanyang dimiliki hanya sebesar 175,3 kg/mm2,meskipun nilainya masih lebih tinggi biladibandingkan dengan produk x. Untuk produkz2 ternyata memiliki nilai kekerasan di bagiantepinya sebesar 171,5 kg/mm2, dan menurunpada bagian tengahnya yang hanya sebesar 99,7kg/mm2.

Komposisi KimiaBerdasarkan pengujian spektrometri

didapatkan hasil data komposisi kimiamaterial sproket , seperti terlihat pada tabel 2 diberikut ini :

Tabel 2. Komposisi kimia spesimen sproket.

Sproket C Si S P Mn Ni Cr Mo Cux 0.2693 0.0239 0.0030 0.0066 0.8827 0.0060 0.0155 0.0031 0.0112y1 0.5105 0.0222 0.0053 0.0083 0.7360 0.0088 0.0233 0.0027 0.0122y2 0.4734 0.2594 0.0022 0.0081 0.7376 0.0051 0.0202 0.0010 0.0113y3 0.5009 0.2824 0.0063 0.0058 0.5659 0.0113 0.0489 0.0020 0.0164z1 0.4514 0.3413 0.0123 0.0100 0.6312 0.0101 0.0416 0.0015 0.0299z2 0.2044 0.1886 0.0175 0.0207 0.4735 0.0066 0.0231 0.0008 0.0128

Sproket W Ti Sn Al Pb Ca Zn Fex 0.0029 0.0144 0.0010 0.0559 0.0033 0.0021 0.0075 98.69

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

800,0

900,0

1000,0

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0

Kek

eras

an (k

g/m

m²)

jarak dari tepi sproket (mm)

produk x

produk y1

produk y2

produk y3

produk z1

produk z2


y1 0.0039 0.0026 0.0008 0.0734 0.0034 0.0002 0.0169 98.57y2 0.0021 0.0033 0.0014 0.0234 0.0029 0.0002 0.0072 98.44y3 0.0015 0.0034 0.0151 0.0093 0.0034 0.0007 0.0081 98.52z1 0.0012 0.0031 0.0019 0.0118 0.0034 0.0032 0.0084 98.44z2 0.0011 0.0038 0.0014 0.0135 0.0038 0.0000 0.0070 99.02

Uji komposisi kimia bahan sproketmemperlihatkan bahwa semua jenis produksproket menggunakan material baja karbon.Sproket produk x dan z2 menggunakan materialbaja karbon rendah karena kandungankarbonnya (C) kurang dari 0,3 %, sedangkanuntuk sproket produk y1, y2, y3, dan z1menggunakan material baja karbon sedang

karena kandungan karbonnya antara 0,3 %sampai dengan 0,6 %.

Dari serangkaian uji sproket yang meliputiuji struktur makro dan mikro, uji kekerasan, danuji komposisi kimia maka dapat dibuat tabelperbandingan dari ke-enam jenis sproketsebagai berikut :

Tabel 3. Perbandingan sifat mekanik sproket.

Sproket Kandungan UnsurKimia Utama Perlakuan

panas

Kekerasan(mikro

Vickers) Jenis baja

C (%) Mn(%)

Fe(%) Tepi Tengah

x 0.2693 0.8827 98.69 Ya 385.9 145.4 Karbonrendah

y1 0.5105 0.7360 98.57 Tidak 161.0 161.0 Karbonsedang

y2 0.4734 0.7376 98.44 Tidak 231.8 179.1 Karbonsedang

y3 0.5009 0.5659 98.52 Ya 286.2 179.1 Karbonsedang

z1 0.4514 0.6312 98.44 Ya 528.1 175.3 Karbonsedang

z2 0.2044 0.4735 99.02 Tidak 171.5 99.7 Karbonrendah

Kekuatan TarikHasil pengujian tarik pada rantai

menunjukkan bahwa kerusakan/putusnya rantaipaling banyak terjadi pada pin rantai. Rusaknyapin rantai sebagian besar disebabkan olehrusaknya keling pin rantai pada plat/daunrantainya, dan sebagian yang lain akibat pinrantai putus. Sedangkan kerusakan lainnyadisebabkan oleh plat/daun rantai yang tidakkuat menahan beban tarik.


Gambar 5. Jenis kerusakan rantai saat diujitarik, berturut-turut dari kiri ke kanan : produk

x, y1, y2, y3, z1, z2.

Gaya maksimal tertinggi pada pengujiantarik tercatat 18,24 kN terjadi pada rantai y2,sedangkan gaya maksimal yang paling rendahterjadi pada rantai z2 yaitu sebesar 16, 88 kN.Pertambahan panjang ( l) rantai saat diuji tariktertinggi pada z2 sebesar 16,77 mm per 10 buahdaun (plat) rantai luar, sedangkan pertambahanpanjang rantai paling rendah adalah 12,44 mmyang terjadi pada x.

Tabel 4. Gaya maksimal dan pertambahanpanjang rantai setelah diuji tarik

Rantai GayaMaksimal

(kN)

Pertambahan Panjang

(mm)x 18.09 12.44y1 18.21 16.25y2 18.24 16.34y3 17.95 12.60z1 17.50 11.64z2 16.88 16.77

Gaya maksimal tertinggi pada pengujiantarik tercatat 18,24 kN terjadi pada rantai y2,sedangkan gaya maksimal yang paling rendahterjadi pada rantai z2 yaitu sebesar 16, 88 kN.Pertambahan panjang ( l) rantai saat diuji tariktertinggi pada z2 sebesar 16,77 mm per 10 buahdaun (plat) rantai luar, sedangkan pertambahanpanjang rantai paling rendah adalah 12,44 mmyang terjadi pada x.

Gambar 6. Grafik gaya maksimal rantai setelahuji tarik

Gambar 18. Grafik pertambahan panjang (l)rantai setelah uji tarik

KESIMPULANDari data-data dan hasil pembahasan penelitianmaka dapat disimpulkan :1. Struktur mikro sproket produk x (produk

original) mempunyai perbedaan antara yangdi tepi/pinggir dengan yang di bagiantengahnya, dan berdasarkan ujikekerasannya, bagian tepi lebih kerasdibanding bagian tengahnya. Fenomenayang sama juga terjadi pada sproket produky3 (OEM) dan sproket produk z1 (nonOEM).

2. Struktur mikro sproket produk y1 dan y2(OEM) serta produk z2 (non OEM), antarabagian tepi dan tengah ternyata sama,sehingga kekerasan antara bagian tepi dantengahnya cenderung sama.

3. Berdasarkan uji komposisi, sproket produkx dan z2 merupakan baja karbon rendahkarena kandungan karbonnya kurang dari0,3 %, sedangkan sproket produk y1, y2,

16.00

16.50

17.00

17.50

18.00

18.50

x y1 y2 y3 z1 z2

kN

Gaya Maksimal (kN)

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

x y1 y2 y3 z1 z2

mm

Pertambahan Panjang (mm)


y3, dan z1 merupakan baja karbon sedangkarena kandungan karbonnya lebih dari 0,3% tetapi kurang dari 0,6 %.

4. Gaya maksimal saat uji tarik rantai antaraproduk original dan produk OEM relatifsama, sedangkan pada produk non OEMlebih rendah. Gaya maksimal tertinggiterjadi pada produk y2 sebesar 18,24 kN,sedangkan yang paling rendah terjadi padaproduk z2 yang hanya 16, 88 kN.

5. Pertambahan panjang (l) rantai saat diujitarik tertinggi adalah 16,77 mm terjadi padaproduk z2, sedangkan pertambahan panjangrantai paling rendah adalah 12,44 mm yangterjadi pada produk x.

REFERENSIOtto, F.J. dan Herring, D.H. June 2002. Gear

Heat Treatment. Heat Treating Progress.Sularso. dan Suga, K. 1978.Dasar Perencanaan

dan Pemilihan Elemen Mesin.PradnyaParamita. Jakarta.

Sugito, B. dan Hariyanto, A. 2007. PengaruhKarburisasi Roda Gigi Sprocket AspiraDengan AHM Terhadap Perubahan SifatFisis Dan Mekanis.Jurnal PenelitianSains & Teknologi. 8(1):87-98.


1

Analisa Kandungan Gas CO2 Terhadap Variasi Temperatur danWaktu pada Proses Penyangraian

1)Roni Novison, 2)Firman Ridwan

1,2)Universitas Andalas PadangKampus Limau Manis, Pauh, Padang, 25613

[email protected], [email protected]

Abstrak

Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui pengaruh temperatur dan lama penyangraian terhadap besarkandungan gas CO2 yang dihasilkan selama proses penyangraian serta perubahan sifat fisik (warna, berat danukuran) dari biji kopi sangrai. Jenis kopi arabika sebanyak 250 gram yang akan dimasukan kedalam ruangsangrai secara manual. Proses penyangraian dilakukan selama 5, 10, 15, 20, 30 menit dan temperaturpenyangraian berkisar 180°C, 200°C, dan 220°C. Hasil percobaan dapat dikelompokkan menjadi tiga tingkatkematangan antara lain, ringan, medium dan berat. Pada saat temperatur penyangraian 180°C kandunganmaksimal gas CO2 yang dihasikan sebesar 2,5 %, temperatur penyangraian 200 °C kandungan maksimal gasCO2 yang dihasikan sebesar 3,3 %, temperatur penyangraian 220 °C kandungan maksimal gas CO2 yangdihasikan sebesar 7,4 %. Hasil penelitian menunjukkan kualitas terbaik dari penyangraian berada padatemperatur 200°C dengan kandungan gas CO2 yang dihasilkan sebesar 3,3 % serta lama penyangraian selama10 menit..

Keywords : Sifat fisik, Gas CO2, Kopi Arabika, Penyangraian

1. Pendahuluan

Proses pengolahan biji kopi sangat berperan pentingdalam menentukan kualitas dan cita rasa kopi. Salahsatu tahapan yang terpenting adalah prosespenyangraian, namun saat ini masih sedikit datatentang bagaimana proses penyangraian yang tepatsehingga menghasilkan produk kopi, kualitas danrasa kopi yang berkualitas. Proses penyangraianmerupakan tahapan dari pembentukan rasa dan aromapada biji kopi. Apabila biji kopi keragaman dalamukuran, tekstur, kadar air dan struktur kimia, makaproses penyangraian akan relatif lebih mudah untukdikendalikan [1].Penyangraian biji kopi akan mengubah secara kimiawikandungan-kandungan dalam biji kopi, disertai susutbobotnya, bertambah besarnya ukuran biji kopi danperubahan warna bijinya. Biji kopi setelah disangraiakan mengalami perubahan kimia yang merupakanunsur cita rasa yang lezat [2].Jumlah senyawa volatiledipengaruhi oleh metode penyangraian. Hal inimengakibatkan waktu dan suhu penyangraianmembuat dampak tidak hanya pada pembentukkankomponen aroma terapi retensi dalam kopi yang sudahdisangrai.Proses sangrai diawali dengan penguapan air dan

diikuti dengan reaksi pirolisis. Secara kimiawi, prosesini ditandai dengan evolusi gas CO2 dalam jumlahbanyak dari ruang sangrai. Secara fisik, pirolisisditandai dengan perubahan warna biji kopi yangsemula kehijauan menjadi kecoklatan. Kisaran suhusangrai yang umum dipakai adalah antara 195°Csampai 205°C [3].

2. Tinjauan PustakaTingginya penggemar minuman kopi disebabkanbanyaknya faktor, salah satunya yang palingberkontribusi adalah rasa [4]. Kualitas kopi yangterdapat pada minuman sangat tergantung padakomposisi kimia dari biji yang disangrai, dipengaruhijuga oleh komposisi biji kopi dan kondisi proses yangdilakukan setelah panen (pengeringan, penyimpanan,penyangraian dan penggilingan) [5].Penyangraian merupakan proses penting untukmendapatkan rasa khas, warna dan sifat struktur daribiji kopi yang dihasilkan [6]. Proses penyangraiansangat diperlukan untuk mendapatkan sifatorganoleptik (rasa, aroma, dan warna). Sifat inilahyang dibutuhkan untuk mendapatkan secangkir kopidengan kualitas baik [7].Berdasarkan temperatur penyangraian, yang


2

digunakan dalam proses sangrai dibedakan atas 3tingkatan yaitu: tingkat sangrai ringan (ligh roast)dengan temperatur sangrai 190°C sampai dengan195°C, sedangkan untuk tingkat sangrai medium(medium roast) dengan temperatur sangrai 200°Csampai dengan 205°C dan untuk tingkatan sangraigelap (dark roast) dengan temperatur sangrai diatas205°C [7]. Kalau berdasarkan pengurangan tingkatkadar air dibagi menjadi 3 diantaranya ligh roastmenghilangkan kadar air sekitar 3-5 %, medium roastmenghilangkan kadar air sekitar 5-8% dan dark roastmenghilangkan kadar air sebesar 8-14% [8].Perubahan sifat fisik dari biji kopi selama prosespenyangraian sangat tergantung pada suhu dan waktuberdasarkan penelitian yang dilakukan olehBaggenstoss[6]. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.1yang menjelaskan perubahan sifat fisik (warna, massajenis, dan kadar air) terhadap lama prosespenyangraian.Temperatur tinggi pada saat penyangraianmenyebabkan densiti menjadi rendah, volume biji kopimembesar, dan kadar air yang lebih rendah jikadibandingkan dangan proses penyangraian pada suhuyang lebih rendah. Hasil ini sesuai dengan penelitianyang dilakukan oleh [6].

Selama penyangraian kelembaban akanberkurang, reaksi kimia (volume, warna, berat, bentuk,PH, komponen volatil) akan terjadi dan kandunganCO2 meningkat [8]. Selain itu proses penyangraianakan merubah warna biji kopi sesuai yang diinginkan,menghilangkan berat biji kopi karena terjadinya reaksipenguapan air, CO2 dan reaksi senyawa volatil. Reaksipirolisis yang terjadi selama proses penyangraian akanmenghasilkan gas CO2 [10]. Semakin lama waktuproses penyangraian yang dilakukan maka semakinbesar gas yang dihasilkan. Sehingga penelitian ini akanmelakukan sebuah percobaan dengan melihat besarnilai kandungan gas CO2 selama proses penyangraiandan hubungan terhadap perubahan secara fisik.

3. Metodologi Penelitian

Waktu dan TempatPenelitian ini dilakukan selama 4 bulan dari bulanApril sampai Agustus 2015, di Laboratorium ProduksiTeknik Mesin Universitas Andalas Padang.

Alata. Mesin Penyangrai Kopi

Penyangraian kopi merupakan kunci dari prosesproduksi. Proses ini merupakan pembentukanaroma dan citarasa kopi dari dalam biji kopidengan perlakuan panas. Senyawa organik dalam

biji kopi akan membentuk citarasa dan aroma kopi.Waktu sangrai ditentukan atas dasar warna bijikopi sangrai atau sering disebut derajat sangrai.Makin lama waktu sangrai, warna biji kopi sangraimendekati cokelat tua kehitaman[11]. Sehinggapada pengambilan data akan digunakan sebuahmesin sangrai kopi seperti Gambar 3.1

Gambar 3.1 Mesin Penyangrai Kopib. Kompor

Proses pemanasan pada mesin penyangrai kopidigunakan kompor, dengan bahan bakar gas LPG.Jenis kompor yang digunakan kompor gas satutungku.

Gambar 3.2 Kompor Gas

c. TermokopelUntuk mengukur temperature di dalam ruangsangrai selama proses penyangraian digunakantermokopel tipe K.

Gambar 3.3 Termokopel

d. Termometer DigitalThermometer digital digunakan untukmengkalibrasi dari termokopel dan mengukurdinding dari silinder sangrai. Tujuan darimengkalibrasi termokopel adalah untukmendapatkan nilai pengukuran yang standar.Gambar 3.4 menunjukan jenis thermometer digitalyang digunakan untuk mengkalibrasi termokopel.


3

Gambar 3.4 Thermometer Digital Fluk

e. Gas AnalizerSelama penyangraian kelembaban akan berkurang,reaksi kimia (volume, warna, berat, bentuk, PH,komponen volatil) akan terjadi dan kandunganCO2 meningkat[9]. Selain itu proses penyangraianakan merubah warna biji kopi sesuai yangdiinginkan, menghilangkan berat biji kopi karenaterjadinya reaksi penguapan air, CO2 dan reaksisenyawa volatil. Reaksi pirolisis yang terjadiselama proses penyangraian akan menghasilkangas CO2 [10].

Gambar 3.5 Alat ukur gas CO2

BahanBiji kopi yang digunakan dalam penelitian ini

jenis kopi arabika. Kopi ini berasal dari daerahBaso, Payakumbuh, Sumatera Barat. Biji kopi yangdigunakan memiliki ukuran seragan. Gambar 3.6jenis kopi arabika yang akan digunakan dalampenelitian ini.

Gambar 3.6 Biji Kopi Arabika

Diagram Alir Penelitian

Dalam penelitian ini ada beberapa proses yangakan dilakukan diantaranya proses penyangraian,proses pendinginan, proses penggilingan dan prosespengukuran nilai keasaman biji kopi. Diagram alirpenelitian secara umum dapat dilihat pada Gambar3.7

Start

Biji Kopi Kering

Proses Penyangraian dengan suhu180 C, 200 C, 220 C dan Waktu 5

menit, 10 menit, 15 menit, 20menit, 25 menit, 30 menit

Panaskan Ruangan Sangrai

Biji Kopi Sangrai didinginkan

Finish

Pengukuran CO2Temperatur Udara Panas Keluar

Jika T=180C/200C/220C

T

Y

Gambar 3.7 Diagram alir

Pengambilan data dilakukan untukmendapatkan parameter–parameter yangmempengaruhi hasil penyangraian kopi. Dataeksperimen yang akan diambil berupa datatemperatur, waktu dan kandungan CO2 selama proses


4

penyangraian. Setelah penyangraian selesai makadilakukan proses pengukuran keasaman dari biji kopisangrai. Ada beberapa tahapan untuk melakukanpengujian diantaranya:

1. Tahap persiapanTerdapat beberapa persiapan yang harusdilakukan sebelum pelaksanaan prosespengujian supaya pengambilan data dapatdilakukan dengan baik :a. Pengecekan mesin sangrai kopi dan

memastikan semua peralatan penunjangdan komponen –komponen lainnyaterpasang dengan baik.

b. Mempersiapkan alat ukur yangdigunakan seperti digital thermometer,stopwatch

c. Mempersiapkan ± 1kg biji kopi keringsebagai bahan uji.

2. Tahap penyangraianAda beberapa tahapan dalam pengambilandata diantaranya:

a. Sebagai data awal, dicatat temperaturdan lama proses penyangraian yang akandigunakan.

b. Nyalakan api kompor untukmemanaskan dinding luar ruangansangarai.

c. Biji kopi sebanyak 1 kg dimasukankedalam ruang sangrai.

d. Motor DC dihidupkan.e. Temperatur peyangraian akan

dipertahankan selama waktu yang sudahditetapkan.

f. Setiap 5 menit, biji kopi sangrai akandiambil sebagai contoh.

g. Hasil pengukuran kandungan CO2 akandicatat.

h. Lakukan proses pendinginan.

4. Hasil dan Analisa

Perubahan Fisik selama Proses penyangraianProses penyangraian merupakan bagian terpentingdalam menghasilkan biji kopi sangrai yangberkualitas. Selama proses penyangraian terjadiperubahan fisik secara bersamaan diantaranyaperubahan warna, berat dan ukuran dari biji kopi itusendiri. Hal yang berperan dalam terjadinyaperubahan fisik pada biji kopi adalah temperatur dan

lama proses penyangraian. Kondisi tersebut dapatditunjukkan pada Tabel 4.1 yaitu hasil prosespenyangraian dengan menggunakan temperatur180°C, 200°C dan 220°C, lama proses penyangraianjuga bervariasi mulai 5, 10, 15, 20, 25 dan 30 menit.

Tabel 4.1 Hasil Proses Penyangraian

Waktu Temperatur180 C 200 C 220 C

5menit

10menit

15menit

20menit

25menit

30menit

Tabel 4.1 memperlihatkan secara jelas temperaturdan lama proses penyangraian sangat berperanterhadap perubahan warna dari biji kopi sangrai.Perubahan warna biji kopi tidak terlalu signifikanpada saat temperatur penyangraian di 180°C.Temperatur ini dapat digolongkan kedalam tingkatpenyangraian ringan (light roast). Pada temperaturpenyangraian di 200°C perubahan warna biji kopimulai menghitam dan hasil penyangraian mulaimenunjukan keseragaman. Temperatur ini dapatdigolongkan kedalam penyangraian menengah(medium roast). Pada temperatur penyangraian di 220°C, perubahan warna menunjukan warna yang lebih


5

hitam pekat dan hasil penyangraian biji kopi sudahseragam. Keadaan ini dapat digolongkan kedalampenyangraian gelap (dark roast).Pengurangan kadar air pada biji kopi hijau saatpenyangraian mengakibatkan terjadinya penyusutanberat dari biji kopi sangrai. Tabel 4.2 menunjukkanpengurangan berat dari biji kopi sangrai. Kopi hijauyang akan disangrai seberat 250 gram dilakukan padatemperatur 180 °C selama 14, 20, 24, 30 menitmenghasilkan kopi sangrai seberat 220, 215, 208, 206gram. Penyusutan kadar air pada biji kopi sebesar 30,35, 42, 44 gram. Sedangkan pada Tabel 4.3menunjukan pengurangan kadar air pada temperatur200 °C. Waktu penyangraian dilakukan sekitar 6, 10,14, 20, 24, 30 menit menghasilkan berat kopi sangraiseberat 210, 185, 164, 147, 135, 125 gram.Penyusutan kadar air pada biji kopi sebesar 40, 65,86, 103, 115, 125 gram.Begitu juga dengan Tabel 4.3 menunjukkanpengurangan berat dari biji kopi sangrai dengantemperatur sangrai 220 °C. Dengan waktu sangraisama dengan yang lain, menghasilkan berat kopisangrai seberat 208, 170, 163, 156, 115, 105 gram.Penyusutan kadar air pada biji kopi sangrai sebesar42, 80, 87, 94, 135, 145 gram, sehingga dapatdianalisa perubahan sifat fisik pada biji kopi sangraisangat tergantung pada suhu dan waktu penyangraian.Semakin tinggi temperatur dan lama waktupenyangraian maka kadar air yang hilang akansemakin besar, biji kopi akan membesar danperubahan warna pada biji kopi sangat signifikan.

Tabel 4.2 data percobaan dengan temperatur 180 °C

No

FaktorKadarCO2(%)

BeratAkhir

(Gram)

BeratHilang(Gram)

TemperaturPenyangraian

(C)

WaktuPenyangraian

(Menit)

1 180 2 0,22 180 4 0,53 180 6 14 180 8 1,45 180 10 16 180 12 0,57 180 14 0,6 220 308 180 16 19 180 18 2

10 180 20 2,5 215 3511 180 22 2,2

12 180 24 2 208 4213 180 26 114 180 28 0,915 180 30 0,6 206 44


No

Faktor

KadarCO2

BeratAkhir

(Gram)

BeratHilang(Gram)


(C)

WaktuPenyangraian

(Menit)

1 200 2 0,42 200 4 13 200 6 1 210 404 200 8 1,65 200 10 3,3 185 656 200 12 3,27 200 14 3,1 164 868 200 16 2,49 200 18 1,6

10 200 20 1,5 147 10311 200 22 1,212 200 24 1 135 11513 200 26 114 200 28 0,915 200 30 0,7 125 125


No

Faktor

KadarCO2

BeratAkhir

(Gram)

BeratHilang(Gram)


(C)

WaktuPenyangraian

(Menit)

1 220 2 0,82 220 4 1,63 220 6 2,9 208 424 220 8 7,75 220 10 7,4 170 806 220 12 5,37 220 14 3 163 878 220 16 2,19 220 18 1,4

10 220 20 1,2 156 9411 220 22 1,712 220 24 1,5 115 13513 220 26 1,614 220 28 115 220 30 0,9 105 145


6

Efek kondisi kadar CO2 pada saat penyangraianProses penyangraian ditandai dengan terjadinya

penguapan air dan diikuti oleh gas CO2. Grafik 4.1menunjukkan nilai kadar gas CO2 pada temperatur 180 °C.Pada menit 20 nilai kadar gas CO2 maksimum yangdihasilkan sebesar 2,5 %. Sedangkan Grafik 4.2menunjukan nilai kadar CO2 pada temperatur 200 °C. Padamenit 10 nilai kadar gas CO2 maksimum yang dihasilkansebesar 3,3 %. Pada Grafik 4.3 menunjukkan nilai kadarCO2 pada temperatur 220 °C. Pada menit 5 nilai kadar gasCO2 maksimum yang dihasilkan sebesar 7,4%.

Hasil ini menunjukan bahwa tingkat pelepasangas CO2 untuk biji kopi sangrai sangat berpengaruh padasuhu. Semakin besar suhu penyangraian maka semakincepat pelepasan kadar CO2 sebaliknya semakin rendahsuhu penyangraian maka semakin lambat pelepasan gasCO2.

Sehingga kualitas1 biji kopi sangrai yang bagusterdapat pada temperatur 180°C lama penyangraian 20menit, sedangkan temperatur 200°C lama penyangraian 10menit dan temperatur 220 °C lama penyangraian 8 menit.Semakin lama waktu penyangraian maka kadar CO2 yangdihasilkan akan semakin kecil, hal ini dapat dilihat padaGrafik 4.4 waktu penyangraian 30 menit menghasilkankadar gas CO2 sekitar 0,9%.

Grafik 4.1 grafik kadar CO2 pada temperatur 180 °C

1 Pengujian kualitas dilakukan dengan cara pengetesanpada orang yang ahli dalam bidang minum kopi.



5. Kesimpulan1. Tingkat pelepasan gas CO2 untuk biji kopi

sangrai sangat tergantung pada suhupenyangraian.

2. Suhu dan lama penyangraian sangat berpengaruhterhadap sifat fisik dari biji kopi sangrai yangdihasilkan.

3. Kualitas kopi terbaik pada temperatur 180°Clama penyngraian 20 menit, temperatur 200°Clama penyangraian 10 menit dan 220°C lamapenyangraian 8 menit.


7

6. Referensi

[1] Joko Nugroho W.K, Juliaty Lumbanbatu, SriRahayoe (2009) Pengaruh Suhu dan LamaPenyangraian Terhadap Sifat Fisik Mekanis BijiKopi Robusta.

[2] Ridwansyah, 2003, Pengolahan Kopi. FakultasPertanian Universitas Sumatera Utara

[3] Rahardjo, Pudji. 2012. Panduan Budidaya danPengolahan Kopi Arabika dan Robusta. PenebarSwadaya. Jakarta

[4] Kumazawa, K., Masuda, H.: Investigation of theChange in the Flavor of a Coffee Drink duringHeat Processing. J. Agric. Food Chem. 51, (2003)2674-2678.

[5] Franca, A. S., Mendonca, J. C. F., Oliveira, S. D.:Composition of green and roasted coffees ofdifferent cup qualities. LWT. 38, (2005) 709–715.

[6] Baggenstoss, J.Poisson, L.Kaegi, R. Perren, R&Escher, F (2008). Coffee Roasting and AromaFormation: Application of DifferentTime-temperature Conditions. Journal ofAgricultural and Food Chemistry 56(14),5836-5846.

[7] Hernandez, J. A. Heyd, B.Irles, C.Valdovinos,B.&Trystram, G. (2007). Analysis of the heat andmass transfer during coffee batch roasting.Journal of Food Engineering 78(4), 1141-1148.

[8] LYMAN, D. J. BENCK, R. DELL, S. MERLE, S.& MURRAY-WIJELATH, J. (2003). FTIR-ATRAnalysis of Brewed Coffee: Effect of RoastingConditions. Journal of Agricultural and FoodChemistry 51(11), 3268-3272.

[9] Schwartzberg, H. G. (2000). Modelling beanheating during batch roasting of coffee beans. In

¥textit{Engineering and Food for the 21st

Century,edited by J. Welti-Chanes, G. Barbosa-Canovas,JM Aguilera, CRC Press LLC, London, New York,Boca Raton.

[10] GEIGER, R. PERREN, R. KUENZLI, R. &ESCHER, F. (2005). Carbon Dioxide Evolution

and Moisture Evaporation During Roasting ofCoffee Beans. Journal of Food Science 70(2),E124-E130.

[11] Mulato, Sri. 2002. Simposium Kopi 2002 dengantema Mewujudkan perkopian Nasional YangTangguh melalui Diversifikasi UsahaBerwawasan Lingkungan dalam PengembanganIndustri Kopi Bubuk Skala Kecil UntukMeningkatkan Nilai Tambah Usaha Tani KopiRakyat. Denpasar : 16 – 17 Oktober 2002. PusatPenelitian Kopi dan Kakao Indonesia.


1

Analisis Efek dari Sistem Stucco Terhadap Permeabilitas pada Cetakan keramikInvestement Casting.

1)Is Prima Nanda, 2) Adee M. Ilham

1,2)Universitas AndalasKampus Limau Manis, Padang, 25163

[email protected]

Abstrak

Permeabilitas adalah salah satu sifat yang dibutuhkan dalam melakukan pengecoran. Permeabilitas adalahkemampuan pasir untuk mentransfer air atau udara yang di ukur dengan jumlah air yang mengalir melalui pasirdalam waktu tertentu ( Anynomous 2010 ). Permeabilitas yang terlalu tinggi menyebabkan permukaan produk yangtidak rata sedangkan permeabilitas yang terlalu rendah menyebabkan produk dapat menjadi cacat porositas.

Dalam penelitian ini akan dikaji mengenai layer stucco halus (50 Mesh) layer, kasar (30 Mesh) dan layer selangseling antar layer dengan stucco halus dan kasar. Pada penelitian ini stucco halus, kasar dan selang seling dibuatsetebal 6 layer. Sebelum setiap layernya ditaburi dengan stucco, spesimen direndam selama 30 detik ke dalamslurry. Setelah spesimen uji selesai, dilakukan waxing dimana bertujuan untuk penguapan pola dan seterusnyadilakukan firing dengan tujuan sintering. Setelah selesai semua perlakuan dilakukan pengujian permeabilitasdengan alat uji permeability tester sebanyak 3 kali dari masing-masing spesimen. Selanjutnya dilakukanpengamatan makro dengan menggunakan mikroskop stereo dengan perbesaran 0,63 kali.

Penelitian ini menunjukkan nilai rata-rata permeabilitas dari jenis layer yang halus adalah 1,14008 x 10-7, nilairata-rata permeabilitas dari jenis layer yang kasar adalah 1.15681 x 10-7, sedangkan nilai rata-rata permeabilitasdari jenis layer yang diselang-seling adalah 1.14715 x 10-7.

Keywords: Investment Casting, permeabilitas, stucco dan slurry

1. Pendahuluan

Investment casting adalah salah satu prosesmanufaktur yang sudah cukup lama dan sudahbanyak diketahui, yang di mana logam cairdituangkan ke dalam cetakan keramik yang dipakaisekali proses. Dalam Investment Casting suatu halyang diharapkan terhadap produk yang yang dibuatadalah dapat bebas dari cacat.Pada industri pengecoran, seringkali terjadipermasalahan dalam perihal porosity pada produkyang salah satu penyebabnya disebabkan olehterperangkapnya gas dalam mold. Dimana gastersebut terperangkap dikarenakan mold tidakmemiliki permeabilitas yang baik. Permeabilitastergantung terhadap particle stucco yang digunakanuntuk membuat mold pada investment casting.Particle stucco yang digunakan biasanya digunakanjenis yang kasar, halus maupun divariasikan. Dalamhal ini akan diketahui yang manakah yang memilikinilai permeabilitas dari masing-masingnya.Sebelumnya sudah terdapat penelitian yang dilakukanguna meningkatkan nilai permeabilitas dari mold

pada proses Investment Casting. Soh Wen Hannmelakukan penelitian dengan menambahkan serabutkelapa sawit pada mold dan mendapatkan hasilmeningkatnya nilai permeabilitas dari mold tersebut.Saad Rabia S. Alyami juga melakukan penelitianguna meningkatkan nilai permeabilitas dari molddengan menambahkan gilingan serabut kelapa danjuga mendapatkan hasil yang sama yaitumeningkatnya nilai permeabilitas dari mold tersebut.Pada penelitian yang telah dilakukan tidak adapenelitian yang menggunakan jenis stucco yangkontstan. Oleh sebab itu penelitian ini dilakukanuntuk mendapatkan nilai permeabilitas dari jenisstucco yang digunakan.Penelitian ini dilakukan agar nantinya dapat menjadilandasan terhadap pemilihan jenis stucco yang akandigunakan pada proses Investment Casting. Dimanakeuntungannya sudah mengetahui nilai permeabilitasdari stucco yang akan digunakan.

2. Metoda Eksperimen & Fasilitas Yang Digunakan

Penyiapan alat- alat spesimen, dimana spesimen dibuat


2

dengan variasi antara ukuran dari stucco diantaranya :Halus (Max 50 Mesh), Kasar (Max 30 Mesh) danSelang – seling (kasar-halus-kasar-halus-kasar-halus).Selanjutnya pembuatan pattern dimana menggunakanhollow dengan diameter 12 mm dan sebagaipatternnya adalah bola tennis meja. Pembuatan molddilakukan dengan pencelupan terhadap slurry laluditaburi dengan stucco yang telah ditentukanvariasinya. Selanjutnya adalah proses dewaxingdimana proses ini dimasukkan ke dalam tungku dandipanaskan dengan temperatur 250 °C. Setelah prosesdewaxing dilakukan proses firing dimana tujuannyaadalah untuk terjadinya proses sintering pada ceramik.Setelah proses firing dilakukan proses pengujianpermeabilitas dengan alat permeability tester danmelihat structur mikro dari specimen menggunakanmicroscope stereo. Selanjutnya dilakukan prosespenganalisaan dari data yang didapatkan. Berikutadalah peralatan yang digunakan pada penelitian ini :

1.MixerDigunakan sebagai pengaduk bahan utama mold yaituslurry. Dimana bahan utama slurry adalah KolidaSilika dengan Zilkon.

Gambar 1. Mixer2.Firing FurnaceFiring Furnance berfungsi sebagai tempat dewaxingmaupun firing dimana temperatur yang dicapai olehmesin ini adalah hingga 2000°C lebih.

Gambar 2. Firing Furnace

3.Permeability TesterPermeability tester ini digunakan untuk mengujitingkat permeabilitas suatu keramik.

Gambar 3. Alat uji Permeabilitas

4.Microscope StereoMikroskop stereo digunakan untuk mengamati bentukdari struktur ceramik.

Gambar 4. Microscope Stereo

3. Prosedur Penelitian

Penelitian ini akan dilakukan dengan beberapaprosedur seperti berikut :

3.1.Penyiapan spesimenAda 3 jenis variasi sampel yang digunakan, yaitu:a. Layer halusPenyiapan spesimen dilakukan dengan pencelupanpola kedalam slurry selama 30 detik. kemudianditaburkan stucco halus(50 Mesh) pada pola. Cetakanlalu dikeringkan selama 24 jam. Untuk lapisan keduasampai lapisan kelima, pola dicelupkan selama 30detik dan dikeringkan selama 2 jam. Sedangkan untuklapisan terakhir lama pengeringan selama 24 jam.Sehingga membentuk 6 layer, spesimen ini disebutdengan layer halus.b. Layer kasarPenyiapan spesimen sama dengan layer halus kecualipenggunaaan jenis stucco. Stucco yang digunakan kaliini yaitu stucco kasar dari lapisan pertama sampaidengan lapisan terakhir. Sehingga membentuk 6 layer,spesimen ini disebut dengan layer kasar.c. Layer selang-selingPenyiapan spesimen sama dengan stucco halus kecualipenggunaan jenis stucco. Stucco yang digunakan kaliini yaitu stucco halus dan kasar secara bergantianhingga 6 layer. Sehingga membentuk 6 layer,spesimen ini disebut dengan layer selang-seling.


3

3.2.Pembuatan PolaPola yang digunakan pada pengujian ini dibutuhkanpola yang berbentuk bulat, oleh sebab itu digunakanbola pong-pong sebagai pola terhadap cetakan.

Gambar 4. Pembuatan pola dan cetakan

3.3.Proses DewaxingProses dewaxing dilakukan pada firing furnacedimana bertujuan untuk menghilangkan pattern danyang tersisa hanyalah ceramic. Temperatur dewaxingyang digunakan yaitu dari 200̊ C sampai 300̊ C selama30 menit.

3.4.Proses firingSesudah dewaxing, cetakan akan dilakukan prosesfiring. Proses firing dilakukan dengan menempatkancetakan kedalam tungku. Temperatur firing yaitusekitar 650 ̊ C dan dilakukan selama 60-75 menit.Proses firing dilakukan untuk meningkatkan kekuatancetakan.

3.5.Pengujian PermeabilitasPengujian dilakukan dengan alat permeability testerdimana hasil yang akan didapatkan adalah tekanan danvelocity dari spesimen tersebut.

3.6.Pengamatan structur makroPengamatan dilakukan dengan mikroskop stereodengan melihat bagaimana perbedaan lapisan antaramasing masing ceramic.Setelah mendapatkan seluruh data yang dibutuhkan,dilakukan analisa terhadap data yang ada.


Berdasarkan penelitian ini, maka dilakukanpembahasan terhadap data yang telah didapatkandengan beberapa tahapan berupa proses pengujianpermeabilitas dengan alat permeability tester danpengamatan terhadap struktur dari cetakan denganmenggunakan microscope stereo. Pengujianpermeabilitas dilakukan terhadap 3 jenis stuccodiantaranya layer halus, layer kasar dan layerdiselang-seling. Begitu juga pengamatanmenggunakan microscope stereo dilakukan terhadap3 jenis stucco tersebut, dimana bertujuannya untukmelihat dan menganalisa penyebab perbedaanterhadap permeabilitas dari masing masing jenis

stucco.

Dari proses pengujian permeabilitas denganmenggunakan alat permeability tester tidak langsungdidapatkan nilai permeabilitas dari sebuah cetakanyang diuji tersebut, yang didapatkan dari alat tersebutadalah nilai volume laju aliran dan tekanan. Dari datayang telah didapatkan pada pengujian, data tersebutdiolah menggunakan persamaan (1)

μ = ηV1l/aр

dimana :μ = Permeabilitas (m2)η = Viskositas dinamis udara pada

lingkungan ( Ns/m2)V1 = Volume laju aliran (m3)

l = Tebal cetakan (m)a = Luas area cetakan (m2)Р = Tekanan udara yang melewati

spesimen (N/m2)

Gambar 5. Grafik nilai permeabilitas

Pada gambar 1. adalah perbandingan antara cetakandengan menggunakan jenis layer halus, jenis layerkasar dan jenis layer yang diselang-seling. Dapatdilihat lebih jelas bagaimana tingkatan nilaipermeabilitas dari masing masing jenis layer yangdigunakan. Perbedaan yang jelas terlihat pada jenislayer halus dan kasar. Sedangkan nilai permeabilitasdari layer yang diselang-seling berada diantara jenislayer halus dan jenis layer yang kasar. Nilai rata-ratapermeabilitas dari jenis layer yang halus adalah1,14008 x 10-7, nilai rata-rata permeabilitas dari jenislayer yang kasar adalah 1.15681 x 10-7, sedangkannilai rata-rata permeabilitas dari jenis layer yangdiselang-seling adalah 1.14715 x 10-7.

Pengamatan struktur makroHasil foto struktur makro dapat dilihat pada Gambar6 di bawah ini


4

Gambar 6. Struktur makro (a) halus, (b) kasar,(c) selang seling

Gambar 6 (a) di atas merupakan hasil pengamatanterhadap cetakan dengan menggunakan layer berjenishalus sebagai pelapisnya, terlihat rongga yang cukupkecil antara layer pada cetakan, hal ini disebabkanstucco yang memiliki ukuran kecil dapat mengisirongga rongga yang ada ditambah dengan penambahanslurry pada setiap melakukan pelapisan sehingga slurryinilah yang akan mengisi rongga yang tidak dapat diisilagi oleh stucco yang ada ketika pelapisan pembuatanlayernya. Rongga yang cukup kecil pada cetakan inidapat menjelaskan mengapa nilai permeabilitas daricetakan dengan menggunakan layer halus ini memilikinilai yang terkecil, disebabkan rongga yang sedikit dankecil sehingga udara sedikit yang dapat dikeluarkanoleh cetakan dengan menggunakan layer halus ini.Rongga yang cukup besar pada cetakan dapat dilihatpada Gambar 6 (b), pada cetakan terlihat bahwaterdapat stucco yang berukuran besar dan terdapat pularongga yang cukup besar pula, hal inilah yang

menyebabkan mengapa cetakan dengan menggunakanlayer yang kasar memiliki nilai permeabilitas yangtinggi, padahal pada saat melakukan pelapisan padasetiap layer sudah diberikan slurry supaya dapatmengisi rongga-rongga kosong antara layer, tetapi haltersebut tidak terlalu berpengaruh dan tetap membuatrongga yang cukup besar pada cetakan sehinggamembuat cetakan inilah yang memiliki nilaipermeabilitas yang tertinggi diantara jenis layer yanghalus maupun yang diselang-seling. Sedangkan padaGambar 6 (c) dapat dilihat bahwa terdapat ronggayang cukup besar pada cetakan tetapi tidak lebih besardari pada rongga pada jenis layer yang kasar, ronggayang besar ini mungkin dapat disebabkan olehterdapatnya jenis layer kasar yang ditempatkan padabeberapa layer di cetakan tersebut. Rongga yang tidakcukup besar itupun juga disebabkan oleh terdapatnyajenis layer yang halus, selang-seling yang dilakukanterhadap jenis layer selang-seling ini adalah terdapatselang-seling antara jenis layer yang kasar dan layeryang halus pada pelapisan layer di cetakan ini. Halinilah yang menyebabkan nilai permeabilitas daricetakan yang diselang-seling berada diantara nilaicetakan jenis layer halus dan cetakan jenis layer kasar.

5. Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian analisis efek dari sistemstucco terhadap permeabilitas pada cetakan keramikInvestement Casting yang telah didapatkan, makadapat ditarik beberapa kesimpulan yaitu :1.Jenis stucco (stucco) dapat mempengaruhi nilai daripermeabilitas suatu cetakan keramik InvestmentCasting.2.Pada penelitian ini jenis stucco yang digunakan yaituhalus (50 mesh), kasar (30 mesh) danselang-seling(halus dan kasar). Permeabilitas terendahdimiliki oleh jenis stucco yang halus dengan nilai1,10501 x 10-7 dan nilai yang tertinggi dimiliki olehjenis stucco yang kasar dengan nilai 1.15681 x 10-7.3.Menggunakan jenis stucco yang kasar merupakancara yang dapat membuat nilai permeabilitas darisuatu cetakan keramik untuk proses InvestmentCasting bisa ditingkatkan walaupun tidak berbeda jauhdengan jenis yang diselang-seling.4.Penggunaan jenis stucco yang kasar juga dapatmenjadi solusi dari terjadinya cacat pada cetakanceramik proses Investment Casting seperti porositasketika menggunakan jenis stucco yang halus.5.Nilai permeabilitas dipengaruhi oleh besarnyarongga yang terdapat pada cetakan.6.Perbedaan nilai yang tidak terlalu jauh antara jenisstucco yang digunakan juga dapat menjadi acuanuntuk melakukan pengecoran dengan mengutamakankehalusan permukaan dan menghindari porositasdengan menggunakan jenis stucco yangdiselang-seling.

A. Halus

B. Kasar

C. Selang-seling


5

Referensi

Imbriale, Michele. (2013). Inverse Heat TransferMethod for Ceramic Materials Thermo-PhysicalProperties Evaluation. University of Naples FedericoII & E.M.A. S. p. A.

D. Sareka , A. Trytekb, J. Nawrockia. 2009.Permeability of mould made by lost wax castingprocess. Politechnika Rzeszowska.

Suhaimi, Mohd Rozalmi Bin. 2007. Further Study ofInvestment Casting Product Quality Produce fromABS Pattern. Universiti Teknologi Makaysia :Malaysia.

Hann, Soh Wen. 2010. Effect of Oil Palm FibreAddition On The Mechanical Properties osShell Mould Investment Casting. UniversitiTeknologi Malaysia, Malaysia.

Alyami, Saad Rabia S. 2011. The Effect of CoconutDust Addition on the Propersties of Green Sandand Investment Casting Moulds. Universiti TeknologiMalaysia, Malaysia.

Kode Makalah: RME-001 Prosiding Seminar Inovasi Teknologi dan Rekayasa Industri 2015Universitas Andalas, Padang, 03 November 2015

Digital Technical Documetation with PDM Workgroup

R. K. AriefMechanical Engineering, Muhammadiyah Sumatera Barat University, Bukittinggi, Indonesia


Abstract

Product Data Management is software to manage product data and process-related

information in a single, centralized system can be use for works efficiency .PDM

tracked and controlled product’s data in which related to specification of product,

manufacture specification and raw material required , computer-aided design (CAD)

data, models, parts information, manufacturing instructions, requirements, notes and

documents. But this system is very expensive and takes big efforts and fund to applied.

However this system is valuable to avoid any documents related works errors. One of

cheap and simple PDM software is PDM workgroups. An integrated application with

the SolidWorks CAD system package. A lot of benefits gained from this system but

some drawbacks still happened and need further attentions. Implementation of this

system creating good impact in engineering team but fail to fulfill their expectation of

smooth data interaction with other departments. This is will be the first step of a

research journey to create an affordable good, simple but powerfull engineering design

system that can be use from a giant rich company to a small manufacturing workshop.

Keyword: PDM, Design Data, Engineering Documentation, .Digital Documentation,

Technical Data, Design data storage.

1. Introduction

An up to date and easy data exchange are vital activity for an engineering or

manufacturing company to accelerate intern department activities. Due to copyright

and piracy issues, many company keep their design data very secretly, in other hand

this create another problems that will slower process that need quick data

information updated requested from another department. Project Data Management

could facilitate this condition by its virtual vault that accessible everywhere by any

authorized person in and outside engineering department. PDM will manage

revision, project life cycle,act as a data manager and data keeper at one time so we

can always have fresh data without a doubt and we can free from worried of erased

files or unauthorized edited files. PDM will reduce manual data entry which will

reduce chance of human error.

Bill of materials, 3D files, detailed drawings, certification document, calculation file

and any related data can be easily stored in PDM and easily download by any

authorized user directly in their desk. One of cheap yet powerfull PDM software is

PDM workgroup from Dassault Systemes. This software already include in

Solidworks standard package and can be use up to 10 users with good safety vault,

friendly interface and easy to use. For a good implementation result, careful

planning and full management support are required especially when it comes to

culture change issues. This paper will describe a case taken from several companies

in implementing PDMworkgroup as their digital documentation system with it’s

probems and bennefit. This paper is written as first step of my research to built a

digital data documentation system wich eazy to use, cheap but powerfull enough to

fullfill the needs of Engineering company to save their data.

2. Literature Review

2.1. Definition of Product Data Management

Product data management (PDM) is software to manage product data and process-

related information in a single, centralized system. PDM tracked and control product’s

data in which related to specification of a product, manufacture specification and raw

material required, computer-aided design (CAD) data, models, parts information,

manufacturing instructions, requirements, notes and documents.

PLM (Product Lifecycle Management) is a mechanism to identify and to structure all of

processed involved in the product’s development and operation and all of processes

involved in the processes (IvikaCmkovic ,2003).

PDM is part of PLM (product lifecycle management) that primarily used by engineers

that focused on managing, control, and tracking the creation, change and archive of all

information related to product (lambert M Surhone, Mariam T Tennoe, Susan F

Henssonow, 2010)

PDM is an engineering discipline that include different methods, standards and tools to

managing product data during product’s entire life cycle (IvikaCmkovic ,2003)

PDM will be an answer for a better data documentation, data error and loss prevention,

but will this system suitable for a smallsize engineering company or workshops wich

wide spreads in Indonesia?

2.2 Benefits of PDM

Project managers, engineers, sales people, buyers, and quality assurance teams will take

advantages from the PDM’s knowledge management and reporting capabilities which

allow companies to:

Find the correct data quickly

Improve productivity and reduce cycle time

Reduce errors and costs cause by errors

Improve value chain harmonization

Meet business and regulatory requirements

Optimize operational resources

Facilitate collaboration between global teams

Provide the visibility needs for better business decision-making

2.3 PDM Workgroup

The SolidWorks PDM consist of two system categories, PDM Workgroup and PDM

Enterprise. Workgroup PDM application is project data management software that runs

inside the SolidWorks environment or as a standalone application. Workgroup PDM

controls projects with procedures for check out, check in, revision control and other

administration tasks. PDM workgroup effective to use in small group user up to 10

licences.

Enterprise PDM focused for larger organizations with up to 500 users on a single server

and more needs than just basic file management and also fully integrated with Windows

Explorer. This means both SolidWorks CAD and non-CAD users can navigate within

the vault just like a regular Windows folder.

a. SolidWorks PDM capabilities :

Collaborate across multiple offices, multiple time zones and even multiple

continents.

Ensure to have immediate access to latest data available.

Save time and simplify searching through files and designs for the right data.

Streamline workflows, improve performance and cut costs.

b. PDMworkgroup user :

User : If the Workgroup PDM administrator has created a

project and given you access to the project, you can begin managing the

project documents with Workgroup PDM using a client.

Administrator : As administrator, you are responsible for setting up the

projects, user accounts, and so on in the Vault Admin tool.

c. PDM workgroup system structures :

Vault :The vault is a folder or directory (usually on a

server) where projects and documents are stored. The vault service is

software that controls access to the vault through Workgroup PDM. The

vault and vault service are installed and maintained by a vault administrator.

Users store documents in the vault by means of Workgroup PDM clients

Vault administration :In addition to installing the vault, the vault

administrator uses VaultAdmin to create users and projects, specify revision

and lifecycle schemes, and establish global settings.

Client : After the administrator establishes projects and

user accounts, users can check documents in and out, change revision and

lifecycle status, and generate reports. The client runs inside SolidWorks or

within SolidWorks Explorer.

Documents :Documents are stored in a vault. Users check

documents out of the vault, and the documents are copied to the user's local

work space. Modified documents are checked back in, typically

incrementing the revision level

Ownership :To check a document out of the vault, the

document must not have an owner. The user who checks a document out

becomes the owner. Only the owner of a document can check the document

into the vault, but ownership does not imply read/write status, nor does it

guarantee eligibility to check the document in (if the lifecycle status prevents

it, for example). Only one user at a time can be the owner of a document.

d. PDM Workgroup licenses :

Contributor license: License for user that involved in projects approval and

not involved in designing (not using SolidWorks).

Viewer licence : License for user who can only view and download the

data like administrator, purchasing dept., production dept., etc.

Cad Editor : License for user that involved in designing (using

SolidWorks).

3. Research Methodology

During research for this paper we use direct observation and FGD to collect related

information. Direct observation method used to observe users activities and by directly

involved in a small project allowed by observed company. Focus group discussion used

to dig more information from users about their experiences with the system and their

expectation for the system.

4. Implementation

4.1. Condition before implementation PDM

PDM worksgroup is an data management application to manage and store engineering

data with neat, safe, reliable and always update. PDM manage drawing revision and

storage, project lifecycle sequence. Before this system applied most of engineering data

manage manually by designer and stored by engineering admin as a paper job. The

chance of data lost, unupdated files is bigger due to human error. Lots of storage is

needed in order to store those documents.

4.2. Implementation of PDM in Engineering Dept.

In this research PDM system are applied to Engineering designers area in Engineering

department. Before system applied, each projects handled by a designer no matter how

difficult or big the projects are, less interaction, and very solitaire.

a. Working condition before PDM :

One man show, one person one project.

Longer project lifecycle. Takes longer time to finish the project while other

designer might be jobless.

High possibility of data loss or accidentally erased.

Less interaction and teamworks.

Difficult data exchange need to copy large file to USB disk or upload to

server wich will takes time.

“It sounds simple that everybody keeps their own assemblies on their local hard

drives while they work on them and then they copy them up to a network drive

for the boss to look at when they are done. But if you do it that way, you start

running into all sorts of problems, like production files getting overwritten by

accident, or people loosing work on their local PC when their hard drive crashes,

and keeping track of all the different versions of a design.” (Jay Thompson, 2012)

b. Working condition after PDM :

No need to copy files to USB disk.

More interaction and teamworks.

One project can be done by several designer.

Shorter project life cycle.

High data safety dan protection by PDM vault.

Teamwork and brainstorming culture incerased.

This PDM application create a virtual vault in central server to store and lock

engineering data. This vault will ensure the validity and safety of data, any

revision can only made by approval from administrator and only downloadable to

approved user.

Fig 1. PDM working structure

c. Benefits :

All revisions well recorded.

Less chance of accidentaly erased or edited data.

Data exchange among designers without worried for data being edited by

other designer.

Higher data security

Any differences between file in the Vault and local folder will easily

recognize.

d. Drawbacks

PDM will automatically update the revision every time files re-checked in by

designer.

Previously created data was not recorded.

Conflict often occurred when updating systems to a latest version.

4.3. PDM Implementation for Data Exchange Inter-departments

Before implementation of PDM, detailed drawing and other supporting documents are

distributed to Production Planning (PRP) manually. Document distribution meeting will

held between engineering and PRP to explained design revision and to remove obsolete

file from their documents storage. PRP will then distribute any related documents to

other department.

a. Working condition before PDM :

Paper files.

Frequent quality dan quantity errors in production.

Frequent checking errors.

Frequent purchasing errors.

CNC data has to be generated manually.

Fig2. Engineering data workflow before PDM

To release a new drawing (i.e: small project consist of only 10 drawings/parts) will

takes time approximately for 2 hours.

Fig3. Data request workflow

If any problems or data required by other departments, the workflow to gain that data

will take 16 minutes.PDM software installed in every department with some restriction

and only accessed by authorized user. This will allow them to download any files they

need directly from PDM without any permit to edit or removing the files.

b. Working condition after PDM :

Any required file can be directly downloaded from PDM.

Reduce errors of revision released.

Data available is the most updated and official.

Support paperless systems, any notification informed by email.

No need special meeting for update design documents.

Reduce mistakes of using wrong data.

One P.I.C for each department will be grant and authorize to operate the

system to ensure data securities.

Fig4. Engineering data workflow with PDM

To release a new drawing (i.e: small project consist of only 10 drawings/parts) will

takes time approximately for 47 minutes compare to 2 hours by manual system and only

takes 6 minutes for other departments to clear any unclear information and documents.

4. Implementation Problems

During implementation of this application many problem has occured. Ideal condition

still unobtainable, many problem of wrong drawing released by production planner to

manufacturer still happened. Some data that accessed by other departments still

confusing and not clearly described.

In Engineeering department system conflict in PDM system oftenly happens then

known by the inconsistency of parameter that input in drawing properties by designer.

To solve this problem, Engineering department then release a new standardization in

creating drawing properties, consist of rule of naming, numbering, drawing template

and also release automatic template for drawing properties.

4.1 Problems during implementation of PDM system :

Fail of culture change.

Provider unable to solved software update’s conflict.

No full support from management.

Complicated and inconsistency of design properties.

No training provided.

No clear guidance for designer in createing their design’s properties,

differences of capital letter and non capital will create different input in PDM.

4.2 Implementation Benefits

Ensure user to have valid and most update data.

Less paper to waste.

Data can be downloaded anytime needed, no need to wait for engineers to

help.

CNC data can be generated automatically by using data from 3D model.

Save working hour.

Reduce typing/input error for creating B.O.M.

4.3 Implementation Drawbacks

Investment on new hardware, manpower and training.

Only drawing data that use SolidWorks CAD system can be manage with this

system.

5. Conclusions

PDM workgroup is a strong product management system for small enterprise with up to

10 users, but only applicable to document created with SolidWorks CAD system. The

simple structure and system of PDM workgroup can be use as basic concept to be

developed for further research but must be able do accomodate any file extensions in

order to be able to be use widely esspecially by a small size company. As any other

digital data system, failure of implementation because of indiscipline, resistant to

change and weak support from management. Full supports and teamworks from all

departments is required for optimum results and bennefits gained.

References

[1] IvicaCrmkovic, “Implementing and integrating product data management software

configuration management”, Artech House, Inc. (2003).

[2] Jay Thompson, “Tech Tip: Workgroup PDM vs. Enterprise PDM Explained”,

CAPUniversity, (2012). <http://blog.capinc.com/2012/08/tech-tip-workgroup-pdm-

vs-enterprise-pdm-explained/>

[3] Lene Pries-Heje and Yvonne Dittrich, “ERP implementation as design”,

Scandinavian Journal of Information System, Vol. 2, No. 21,pp 27-58, (2009).

[4] Mahmoud Dinar, “Customizing product data management tools for design

automation”, Lambert Academic Publishing, (2012).

[5] Rajesh Ray, “Enterprise Resource Planning Text & Cases”, Tata McGraw-Hill,

(2011).

[6] Severin V. G., Steward A. Leech and Bai Lu, “Risk and Controls in the

Implementation of ERp Systems”, The International Journal of Digital Accounting

Research, Vol.1, No.1, pp 47-68, (2013)

[7] Zeeshan Ahmed, “Proposing LT based Search in PDM System for Better

Information Retrieval”, International Journal of Computer Science & Emerging

Technologies, Vol.1, No.4, pp 86-100, (2010).


1

Pembuatan Mesin Penyortir Produk Berdasarkan warnaBerbasis Mikrokontroler Arduino Uno R3

1)Lovely Son dan 2)Fadli Hafizulhaq

1,2)Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas AndalasKampus Limau Manis, Unand


Abstrak

Proses penyortiran produk merupakan tahap akhir dari proses produksi. Proses penyortiran produk secarakonvensional (manual) biasanya membutuhkan waktu yang lama dan tenaga yang besar. Apabila tahappenyortiran ini dilakukan oleh mesin otomatis, masalah tersebut bisa diatasi. Pada penelitian ini dikembangkansuatu sistem penyortiran produk secara otomatis berdasarkan warna dari produk yang akan disortir. Sistempenyortiran ini terdiri atas komponen mekanik dan elektronik yang dikendalikan menggunakan mikrokontroler.Komponen mekanik berupa 2 konveyor yang dijalankan dengan motor DC sebagai pembawa dan penyortir benda.Dalam pengujian, benda yang akan disortir dibagi menjadi 5 kelompok warna. Sensor warna membaca jeniswarna benda berdasarkan intensitas/frekuensi gelombang yang diterima dan kemudian mengirimkannya kemikrokontroler untuk diproses. Hasil pengujian menunjukkan bahwa mesin penyortir otomatis yangdikembangkan cukup mampu memisahkan produk berdasarkan warnanya.

Keywords: mesin, otomatis, elektronik, konveyor, penyortir

Pendahuluan

Perkembangan teknologi dewasa ini memungkinkanmanusia untuk melakukan segala hal dengan mudah.Hampir semua sektor kehidupan sudah disentuh olehteknologi. Baik itu dalam sektor industri hinggarumah tangga. Berbagai peralatan-peralatandiciptakan untuk mempermudah kerja manusia,memperkecil resiko pengerjaan dan biaya investasiatau produksi dari sebuah produk. Perkembanganteknologi ini secara tidak langsung berdampak padagaya hidup masyarakat yang semakin mengarahkepada modernisasi. Pada era modernisasi ini,berbagai alat yang bekerja secara otomatis telahdibuat untuk menggantikan kerja manusia. Alat-alatotomatis tersebut dapat berbasiskan mikrokontroler,saklar-saklar otomatis dan Programmable LogicController (PLC).

Salah satu aplikasi dari teknologi otomasi dapatditemui pada mesin penyortir produk. Parameterpenyortiran produk dapat diatur berdasarkan ukurandan warna dari produk. Pada penelitian ini dilakukanstudi awal dari pengembangan sistem penyortirproduk berdasarkan warnanya.

Metodologi Penelitian

Pada Gambar 1 diperlihatkan diagram alir daripenelitian yang dilakukan. Dari Gambar 1 terlihatbahwa penelitian dibagi menjadi beberapa tahapdimulai dari perancangan sampai pengujian alat.

Gambar 1. Diagram alir pembuatan mesin sortirotomatis

Pada Gambar 2 diperlihatkan diagram alir prosespenyortiran. Proses penyortiran dilakukan denganbantuan belt conveyor yang digerakkan oleh motorDC. Prosedur penyortiran diawali denganmemasukan perintah tentang warna apa yang akandisortir. Benda yang akan disortir selanjutnyadiletakkan di atas konveyor dan bergerak menujusensor. Sensor membaca warna benda dan mengirimsinyal ke kontroler. Sinyal tersebut diprosesberdasarkan program yang telah dibuat. Apabila


2

050010001500

0 50 100

Intensitas

Detik

Red

Blue

Green

sensor membaca warna yang sesuai dengan inputmaka konveyor akan bergerak maju, jika tidakkonveyor akan bergerak mundur. Proses penyortiranberakhir dengan tersortirnya produk pada kotakpenampung yang telah disediakan.

Gambar 2. Diagram alir proses penyortiran

Sistem Mekanik Alat Penyortir ProdukSistem mekanik yang dirancang pada model sistemotomatisasi penyortiran produk ini terdiri dari rangkaalat dan dua buah belt konveyor. Belt konveyor inidigerakkan oleh motor DC yang telah dilengkapigearbox. Pada Gambar 3 diperlihatkan bentuk rangkamesin sortir otomatis yang dirancang.

Gambar 3. Rangka alat

Sistem Elektronik Alat Penyortir ProdukPerangkat elektronik yang digunakan pada modelmesin otomasi penyortir produk diantaranya adalahsistem pengendali berupa mikrokontroler ArduinoUno R3[1], catu daya, rangkaian sensor danrangkaian driver motor. Skema sistem elektronik darimesin sortir otomatis diperlihatkan pada Gambar 4.

Gambar 4. Skema rangkaian elektronik

Hasil Dan Pembahasan

Pada Gambar 5 diperlihatkan hasil pembuatan modelmesin sortir otomatis. Berdasarkan model padaGambar 5, dapat diperkirakan ukuran dari mesin yangdibuat.

Gambar 5. Hasil pembuatan model

Proses Pengujian Alat

a. Inisialisasi WarnaSebelum dilakukan pengujian, terlebih dahuludilakukan inisialisasi warna untuk mendapatkanrange minimum dan maksimum dari intensitas warna.Kotak-kotak berwarna seperti diperlihatkan padaGambar 6 terlebih dahulu diletakkan di depan sensordan dicatat frekuensi yang terbaca oleh sensor.

Gambar 6. Kotak warna sebagai benda uji

Inisialiasi warna dilakukan selama 60 detik denganjarak baca per satu detik. Pembacaan intensitas warnadilakukan untuk setiap kotak dengan warna yangberbeda. Data intensitas warna dari tiap kotak dicatatserta digambarkan dengan grafik. Pada Gambar 7diperlihatkan contoh inisialisasi sensor untukpembacaan kotak berwarna merah. Dari Gambar 7terlihat bahwa rentang pembacaan oleh sensorpendeteksi warna merah, biru dan hijaumasing-masing : 427<fmerah<492, 854<fbiru<974 dan780<fhijau<909.

Gambar 7. Grafik intensitas warna merah


3

Pada Tabel 1 diperlihatkan hasil inisialisasi darirentang frekuensi minimum dan maksimum yangdihasilkan oleh sensor warna merah, hijau dan biruuntuk 5 warna kotak.

Tabel 1. Hasil inisialisai lima jenis kotak

Pengujian Alat PenyortirPengujian dilakukan setelah hasil inisialisasi warnadimasukkan ke dalam program. Ada dua jenispengujian yang dilakukan pada penelitian ini.Pengujian pertama dengan menggunakan kotak ujiyang berbeda-beda untuk mengetahui kemampuansensor membedakan warna. Pengujian keduadilakukan untuk satu warna kotak saja dengan 10 kalipercobaan. Pengujian ini berguna untuk mengetahuikemampuan sensor mendeteksi warna yang samasecara berulang-ulang. Hasil dari pengujian pertamadan kedua dapat dilihat pada Tabel 3 dan Tabel 4

Tabel 3 Pengujian pendeteksian warnaNo Warna yang

disortirWarnakotak uji

Ket.

1Merah

Merah Cocok2 Kuning Reject3 Oranye Reject4

KuningKuning Cocok

5 Hijau Reject6 Biru Reject7 Hijau Hijau Cocok8 Kuning Reject9

BiruBiru Cocok

10 Merah Reject11 Oranye Reject12

OranyeOranye Cocok

13 Kuning Reject14 Merah Reject

Tabel 4 Hasil keterulangan sensor

No Merah Kuning Hijau Biru Oranye

1 √ √ x √ √

2 √ √ √ √ √

3 X √ √ √ √

4 √ √ √ √ √

5 √ √ √ x √

6 √ √ √ √ x

7 √ √ x √ √

8 √ √ √ √ √

9 √ x √ √ √

10 √ √ √ √ √Keterangan:√ : berhasilx : tidak berhasil

Analisis dan PembahasanBerdasarkan hasil pengujian didapatkan bahwa kotakberwarna oranye memiliki intensitas warna yangsangat dekat dengan kotak merah sehinggamemungkinkan sensor untuk salahmenerjemahkannya.

Dari hasil yang diperoleh pada pengujian pertamaterlihat bahwa, alat yang dibuat mampu membedakanlima jenis warna kotak. Sedangkan pada pengujiankedua didapatkan hasil keterulangan sensor yangcukup baik.

Error atau kesalahan yang terjadi dapat diakibatkankarena adanya gangguan berupa cahaya dari luar alatsehingga mengubah bacaan sensor. Hal tersebutmengakibatkan logika program tidak jalan. Dalam halini, sensor warna yang dipakai tidak dilengkapidengan lensa yang memfokuskan bacaan warnasehingga nilai yang didapat kurang stabil.

Di samping itu, bacaan dari sensor warna TCS3200dipengaruhi oleh jarak antara sensor denganpermukaan benda uji[2]. Semakin dekat benda ujipada sensor maka bacaan sensor akan menjadi kecil.

Adapun solusi yang dapat ditawarkan adalahmembatasi cahaya luar yang diterima sensor denganmengisolasi atau menutup bagian sensor danmemberi pembatas pada lintasan benda uji agarbenda tidak bergeser terlalu jauh.

Terakhir dapat dilakukan penyesuaian programdengan memberikan toleransi pada range logika

No Warna R G B

1 Merah Min 427 854 7802 Max 492 974 9093 Kuning Min 320 452 6264 Max 349 492 6895 Hijau Min 644 561 6296 Max 696 668 7077 Biru Min 745 658 4568 Max 788 727 5529 Oranye Min 402 767 80910 Max 447 876 953


4

pemrograman agar dapat menyesuaikan perubahaanbacaan frekuensi warna.

KesimpulanDari pembuatan model alat penyortir yang telahdibuat diperoleh beberapa buah kesimpulan sebagaiberikut : Pada penelitian ini telah berhasil dibuat alat

penyortir produk menggunakan sensor warna skalalaboratorium. Akan tetapi, alat ini masihmemerlukan penyempurnaan pada beberapa aspek. Sensor warna yang dipakai pada penelitian ini

menggunakan photodetector yang memiliki 4 filterwarna, yaitu merah, hijau, biru dan clear. Sensorwarna ini selanjutnya menghasilkan pulsa elektrikyang frekuensinya sebanding dengan intensitaswarna yang dideteksi. Dari hasil pengujian yangdiperoleh, sensor warna berhasil membedakanwarna dengan baik.

Daftar Pustaka

[1] Kadir, Abdul. Panduan Praktis MempelajariAplikasi Mikrokontroler dan Pemrogramannyamenggunakan Arduino. Yogyakarta: PenerbitAndi(2013)[2] Khair, Ummul dkk. Robot Pendeteksi WarnaMenggunakan TCS3200. Sekolah Tinggi TeknikHarapan Medan(2013).

Kode Makalah: RME-003 Proceeding Seminar Inovasi Teknologi dan Rekayasa Industri 2015Universitas Andalas, Padang, 3 November 2015

1

Penghitungan Numerik Beban Kritis Buckling Struktur Kolom Bertingkat (Stepper) AkibatBeban Tekan Aksial Berbasiskan Metode Beda Hingga

Eka Satria1, a, Farla Kurnia2, Jhon Malta3 dan Mulyadi Bur4

1,2,3,4Jurusan Teknik Mesin Universitas Andalas Padang-Sumatera BaratE-mail: [email protected]

Abstrak

Sebuah struktur rangka batang dengan geometri penampang yang bervariasi sangat banyak ditemukandalam berbagai kasus rekayasa struktur. Hal ini disebabkan karena bentuk rangka seperti inidipertimbangkan mampu mereduksi berat dari struktur sehingga biaya konstruksi juga dapat diturunkan.Salah satu kasus khusus yang menggambarkan kondisi di atas adalah struktur kolom dengan penampangyang berubah secara tiba-tiba atau kolom stepper. Dibandingkan kolom berpenampang seragam, analisisanalitik untuk menghitung beban kritis kolom stepper akibat beban tekan aksial akan jauh lebih rumit dantidak praktis. Untuk mengatasi hal tersebut, makalah ini bertujuan menggunakan pendekatan numerikberbasiskan metode beda hingga sebagai solusinya. Metode beda hingga dipilih karena sederhana secarakonsep dan sangat mudah untuk diterapkan dalam bentuk progam komputasi. Berdasarkan hasilpenghitungan numerik yang diperoleh akan direkomendasikan suatu persamaan bantu sederhana dalammemprediksi beban kritis buckling kolom stepper untuk para praktisi di lapangan .

Kata kunci: Kolom, Buckling, Stepper, Metode Beda Hingga, Beban Kritis

Pendahuluan

Fenomena buckling pada kolom merupakanmodel sederhana untuk menggambarkanmasalah stabilitas struktur, dimana dalamsejarah hal ini pertama kali dipecahkan olehEuler pada tahun 1744 [1]. Denganmenggunakan persamaan Euler tersebut, paraperancang dengan mudah dapat menentukanbesarnya beban kritis suatu kolom yangmenyebabkan terjadinya buckling. Akan tetapipenggunaan persamaan ini terbatas pada suatukondisi ideal dimana kolom dianggap memilikipenampang yang seragam di sepanjang batang,geometri yang lurus sempurna (tidak ada cacatgeometri), dan lokasi pembebanan yang segarisdengan sumbu kolom. Diluar batasan tersebutpersamaan Euler tidak akan memberikan hasilseperti yang diharapkan.

Kenyataan di lapangan, penggunaan kolomdengan penampang bervariasi sangat banyakditemukan. Hal ini biasanya disebabkan karenajenis kolom ini dipertimbangkan mampumereduksi berat struktur sehingga pada akhirnyamampu menurunkan biaya konstruksi.

Salah satu jenis kolom dengan penampangbervariasi yang banyak digunakan di lapanganadalah kolom bertingkat (stepper). Sebenarnyabanyak penelitian yang telah dilakukan dalammenghitung kekuatan buckling kolom jenis ini.Sebagai contoh, Chen [2] telah memberikansuatu persamaan analitik untuk menghitungkekuatan buckling kolom bertingkat dua segmenyang dijepit pada sisi bagian bawahnya dandibebani secara tekan aksial pada sisi atasnyamelalui konsep mekanika benda padat.Persamaan ini kemudian disempurnakan olehSatria et.al [3] dengan memberikan persamaanpendekatan yang lebih umum untuk menghitungkekuatan buckling struktur kolom bertingkat duasegmen dengan beban yang berbeda pada tiapsegmen melalui pendekatan analitik dannumerik.

Hanya saja, persamaan yang diberikan ini hanyaberlaku pada kolom dengan kondisi tumpuanjepit-bebas. Untuk kolom dengan jenis tumpuanyang lain seperti pin-roller ataupun pin-jepit,akan memerlukan penurunan persamaanmatematika yang cukup rumit, sehingga tidakakan praktis bagi para praktisi di lapangan.


2

Untuk mengatasi permasalahan di atas, makalahini menggunakan pendekatan numerikberbasiskan konsep beda hingga (MBH) untukmenghitung beban kritis buckling pada kolomstepper. MBH dipilih karena metode ini tidakmemerlukan analisa matematika yang rumit,mudah dimengerti, dan sangat sederhana jikadiubah ke dalam bahasa komputasi.

Ada dua tujuan utama yang akan disampaikandalam makalah ini: (i) menghitung beban kritisbuckling dan bentuk lendutan struktur kolomstepper dengan konsep MBH, (2) menemukanpersamaan desain sederhana yang dapatdirekomendasikan dalam desain praktis dilapangan.

Gambar 1. Pemodelan kolom stepper dengantumpuan (a). pin-roller (kiri), (b). jepit-bebas

(tengah), dan (c). jepit-roller (kanan)

Metode Analisis

Ada tiga jenis tumpuan untuk kolom stepperyang akan digunakan dalam analisa, sepertidiperlihatkan dalam Gambar.1 [4].

A. Kolom Stepper Tumpuan Pin-RollerPersamaan dasar lendutan pada kolom dengantumpuan pin-roller akibat pembebanan tekanaksial dapat dituliskan sebagai berikut:

(1)Jika sebuah persamaan MBH orde-2 diterapkandalam Pers.(1) di atas maka akan diperoleh:

atau

(2)

Jika diasumsikan dan kolom dibagidalam, misal, 4 buah segmen (lihat Gambar.1),sehingga x L/ 4 , maka Pers.(2) dapatdiubah sebagai berikut:

wy - 2 y + y + y =

I0 1 2 11

0 (3)

wy - 2 y + y + y =

I1 2 3 22

0 (4)

wy - 2 y + y + y =

I2 3 4 33

0 (5)

Dari kondisi syarat batas, akan diperolehkondisi dimana dan y x L y4 0 Pers.(3), (4) dan (5)

selanjutnya dituliskan dalam bentuk matriksebagai berikut:

1 1 1

2 2 2

3 3 3

-2 1 0 y -w/ I 0 0 y

1 -2 1 y = 0 -w/ I 0 y

0 1 -2 y 0 0 -w/ I y

(6)

Dari Pers.(6) ini dapat dihitung harga bebankritis buckling 2P = wE/ x dan bentuklendutan buckling kolom tersebut dapat dilihatdari eigen vektornya.

B. Kolom Stepper Tumpuan Jepit-BebasPersamaan dasar lendutan pada kolom dengantumpuan jepit-bebas akibat pembebanan tekanaksial dapat dituliskan sebagai berikut:

(7)Kembali, jika persamaan MBH orde-2diterapkan ke dalam Pers.(1) di atas maka akandiperoleh:

(8)Seperti halnya model pertama, kolom kembalidimisalkan dibagi dalam 4 segmen (lihatGambar.1), maka Pers.(8) dapat diubah sebagaiberikut:

wy - 2 y + y y y =

I0 1 2 0 11

0 (9)

wy - 2 y + y y y =

I1 2 3 0 22

0 (10)

wy - 2 y + y y y =

I2 3 4 0 33

0 (11)

wy - 2 y + y y y =

I3 4 5 0 44

0 (12)

P P P

L

y

i=1

i=2

i=3

i=4

x

i=0

i=5


3

Kemudian dengan memasukan kondisi syaratbatas diperoleh y' y y5 3x L 0 dan y y .4x L 0 Pers.(9), (10), (11) dan (12)

selanjutnya dapat dituliskan dalam bentukmatrik sebagai berikut:

1 1 1 1

2 2 2 2

3 3 3 3

4

y w/ I -w/ I 0 0 y1 -2 1 0

y w/ I 0 -w/ I 0 y0 1 - 2 1=

y w/ I 0 0 -w/ I y0 0 1 - 2

0 0 0 2 y w/ I 0 0 0 y4 4

(13)Dari Pers.(13) ini dapat dihitung harga bebankritis buckling 2P = wE/ x dan bentuklendutan buckling kolom tersebut dapat dilihatdari eigen vektornya.

C. Kolom Stepper Tumpuan Jepit-RollerPersamaan dasar lendutan pada kolom dengantumpuan jepit-roller akibat pembebanan tekanaksial dapat dituliskan sebagai berikut:

(14)Dimana adalah gaya geser sejarak daritumpuan roller. Jika persamaan MBH orde-2kembali diterapkan dalam Pers.(1) di atas makaakan diperoleh:

(15)

Jika diasumsikan dan ,kemudian kolom kembali dimisalkan dibagidalam 5 segmen (lihat Gambar.1), makaPers.(15) dapat diubah sebagai berikut:

w ay - 2 y + y y =

I I0 1 2 11 1

(16)

w ay - 2 y + y y =

I I1 2 3 22 2

(17)

w ay - 2 y + y y =

I I2 3 4 33 3

(18)

Kemudian dengan memasukan kondisi syaratbatas diperoleh serta y y .4x L 0 dan y' y y5 3x L 0 . Jika harga ini

dimasukan ke dalam Pers.(18) akan diperoleh

harga 33

4 a2 y =

I, atau 4 3

2a= I y4

. Selanjutnya

Pers.(16), (17) dan (18) dapat dituliskan dalambentuk matrik sebagai berikut:

1 1 1

42 2 2

23 3 3

4

3

-2 1 0y -w/ I 0 0 y

4 I1 -2 1 y 0 -w/ I 0 y

3Iy 0 0 -w/ I y

6 I0 1 - 2

3I

(19)Dari Pers.(19) ini dapat dihitung harga bebankritis buckling dan modus bucklingkolom tersebut dapat dilihat dari eigenvektornya.

Model Numerik

Untuk penghitungan beban kritis bucklingkolom stepper, digunakan geometri sepertiterlihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Geometri Kolom StepperParameter Deskripsi

PenampangKolom

Bentuk Penampang: Bujur SangkarDimensi:Penampang Bawah: D=100 mmPenampang Atas:d=10,20,30,40,50,60,70,80,90,100mm

KondisiTumpuan

Tipe A Atas:Roller-Bawah:PinTipe B Atas:Bebas-Bawah:JepitTipe C Atas:Roller-Bawah:Jepit

Beban Vertikal tekan pada tumpuan atas,sebesar P

Material Baja,dan

PanjangKolom L=1000 mm

JumlahSegmen

15 buah (untuk ketiga jenis modeltumpuan)


Analisa penghitungan numerik beban kritiskolom stepper berbasiskan metode beda hinggadilakukan dengan menggunakan programkomputasi yang dibuat dengan SoftwareMatLab.

A. Beban Kritis dan Bentuk LendutanGambar 2 memperlihatkan harga faktor reduksiP*= PMBH/Peuler untuk ke tiga jenis tumpuan:


4

pin-roller; jepit-bebas dan jepit-roller, dalamvariasi rasio D/d. Harga Peuler menunjukan hargabeban kritis buckling yang diperoleh melaluipersamaan Euler untuk kolom berpenampangseragam, sedangkan PMBH adalah harga bebankritis buckling yang diperoleh melalui MBH.

Untuk kolom berpenampang seragam (ditandaidengan notasi D/d=1), hasil yang diberikandapat dijustifikasi kebenarannya denganpersamaan Euler. Untuk ketiga tumpuan hasilperbandingan memberikan harga PMBH/Peuler=1.

(a)

(b)

(c)Gambar 2. Kurva faktor reduksi beban kritis buckling Euler vs rasio D/d beserta bentuk lendutannya: (a).

Kolom stepper dengan tumpuan pin-roller (atas), (b). Kolom stepper dengan tumpuan jepit-bebas(tengah), dan (c). Kolom stepper dengan tumpuan jepit-roller (bawah)

P*

D/d

Normalisasi Lendutan

Nodal

D/d=1

D/d=10

D/d

D/d=1

D/d=10

P*Normalisasi Lendutan

Nodal

Normalisasi Lendutan

Nodal

D/d=1

D/d=10

P*

D/d


5

Untuk melihat keefektifan MBH dalammenghitung beban kritis buckling kolom stepperini, hasil yang diperoleh diperbandingkandengan persamaan pendekatan yang diberikanoleh Satria, et.al [3].

21 1 2

1 2 1 2 1 2

2 21 2 1 2 1 2

2,5555 0,2789

0,3166 0,0564

0,0099 0,0024

crP L EI I I

P P I I P P

I I I I P P

(20)

Hanya saja persamaan pendekatan ini (Pers.(20))hanya berlaku untuk kolom dengan tumpuanjepit-bebas dan untuk perbandingan momeninersia penampang D dI / I 1 s/d 16. Harga

P / P2 1 0 dikarenakan tidak ada gaya aksialyang bekerja pada nodal yang mengalamiperubahan penampang tiba-tiba. Gaya hanyadiberikan pada nodal bebas dari kolom.

Tabel 2 memperlihatkan hasil perbandinganMBH dengan Satria, et.al [3] menunjukkantingkat akurasi yang terendah, berkisar 70%,pada rasio D dI / I 16.

Tabel 2. Perbandingan hasil dengan persamaanpendekatan Satria, et.al [3]D/ d D dI / I PMBH/Peu PSATRIA/Peu1.00 1.00 1.00 0.931.11 1.52 0.88 0.871.25 2.44 0.71 0.781.43 4.16 0.52 0.641.67 7.72 0.33 0.402.00 16.00 0.17 0.25

Kemudian dari bentuk lendutan kolom stepperdapat dilihat bahwa untuk kolom dengantumpuan pin-roller maupun jepit roller, lendutanmaksimum akan bergerak menuju ke arahpenampang minimum jika rasio D/d ditingkatkandari D/d=1.0 sampai D/d=10. Sedangkan untukkolom dengan tumpuan jepit-bebas, bagiankolom yang berada dekat penampang minimumakan memiliki lendutan lebih besar jika rasioD/d ditingkatkan.

B. Rekomendasi Persamaan DesainSebagaimana yang diperlihatkan oleh Gambar.2,beban kritis buckling kolom stepper akantereduksi dengan semakin meningkatnya rasioD/d. Sebagai contoh harga P* akan turun menjadi

P*=0.60 untuk kolom dengan tumpuan pin-roller,P*=0.71 untuk kolom dengan tumpuan jepit-bebasdan P*=0.54 untuk kolom dengan tumpuanjepit-roller jika rasio meningkat menjadiD/d=1.25. Kemudian jika D/d dinaikan menjadi2.0, maka harga P* kembali turun 0.10 untukkolom dengan tumpuan pin-roller, P*=0.17 untukkolom dengan tumpuan jepit-bebas dan P*=0.17untuk kolom dengan tumpuan jepit-roller.

Untuk mendapatkan harga yang lebih umum,suatu persamaan desain untuk menentukan bebankritis buckling suatu kolom stepper denganpanjang, L dapat ditentukan denganmemanfaatkan teknik regresi. Hasil yangdiperoleh diperlihatkan pada Gambar.2, dimanauntuk kolom stepper dengan tumpuan pin-roller,persamaan desain yang direkomendasikan adalah:

*cr eulerP =P .P

Dcr

.. D/ dEI

PL

3 82

231 2863 (21)

Kemudian, untuk kolom kolom stepper dengantumpuan jepit-bebas, persamaan desain yangdirekomendasikan adalah:

Dcr

.. D/ dEI

PL

3 362

12

1 31264

(22)

Terakhir, untuk kolom kolom stepper dengantumpuan jepit-roller, persamaan desain yangdirekomendasikan adalah:

Dcr

. EI.

. LD/ dP 3 4

207

21 2

0 6 973

9

(23)

Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh dari makalah iniadalah:1. Penggunaan MBH cukup efektif dan akurat

dalam menentukan beban kritis bucklinguntuk kolom kolom stepper. Untuk kolomseragam, hasil yang diberikan oleh MBHdapat dijustifikasi dengan baik oleh hasil yangdiberikan oleh Persamaan Euler, denganakurasi hampir 100%. Sedangkan untukkolom stepper, hasil perbandingan denganpersamaan pendekatan yang diturunkan olehSatria, et.al [3] menunjukkan tingkat akurasiyang bervariasi, dimana akurasi terbaikmendekati 99% untuk D dI / I .1 52


6

sedangkan akurasi terendah sekitar 70%untuk harga D dI / I 16 .

2. Tiga buah persamaan rekomendasi diberikandalam makalah ini, yaitu sebagai berikut:(i). kolom stepper dengan tumpuan pin-roller

Dcr

.. D/ dEI

PL

3 82

231 2863

(ii). kolom stepper dengan tumpuanjepit-bebas

Dcr

.. D/ dEI

PL

3 362

12

1 31264

(iii). kolom stepper dengan tumpuanjepit-roller

Dcr

. EI.

. LD/ dP 3 4

207

21 2

0 6 973

9

Referensi[1]. Gere J.M, Mechanics of Materials SixthEdition, Thomson Learning, Singapore, 2004[2]. W.F. Chen, E.M.Lui, Structural Stability:Theory and Implementation, Elsevier SciencePub.,1987[3]. Satria, E; Arif, M.; Bur, M, “PenghitunganAnalitik Kekuatan Buckling Struktur KolomBertingkat Dua Segmen dengan Beban Aksialyang Berbeda Pada Setiap Segmennya”, JurnalTeknika Vol.20 No.01, April, 2013.[4]. M.J. Irremonger, “Finite Difference BucklingAnalysis of Non-Uniform Columns”, Computerand Structures, Vol.12 pp.741-748, 1980.