Tugas I Perancangan Alat Proses

Tugas I Perancangan Alat Proses

PERTANYAAN

1. Tuliskan definisi dan pemakaian dari metode fabrikasi yaitu:

a. fusion welding

b. casting

c. forging

d. machining

e. brazing

f. soldering

g. sheet-metal forming

2. Tuliskan definisi dan perbedaan dari tipe sambungan las, seperti Gambar 1.1.

Gambar 1. Tipe Sambungan Las

berdasarkan kriteria pengelasan, kekuatan, kebutuhan, dan pemakaian.

3. Tuliskan penjelasan mengenai pentebab kegagalan vessel sebagai berikut:

a. excessive elastic deformation

b. elastic instability

c. plastic instability

d. brittle rupture

e. creep

f. corrosion

JAWABAN

1. Kedelapan metode fabrikasi tersebut adalah metode fabrikasi yang digunakan untuk mendesain sebuah vessel. Berikut adalah penjelasan untuk tiap metode.

a. Fusion welding atau pengelasan lebur adalah proses penyambungan material dengan menggunakan energi panas menggunakan panas untuk mencairkan logam induk, beberapa operasi menggunakan logam pengisi dan yang lain tanpa logam pengisi.

Pengelasan pada umumnya dilakukan dalam penyambungan logam. Pengelasan merupakan proses yang penting baik ditinjau secara komersial maupun teknologi, dikarenakan alasan sebagai berikut:

Pengelasan merupakan penyambungan yang permanen.

Sambungan las dapat lebih kuat daripada logam induknya, bila digunakan logam pengisi yang memiliki kekuatan lebih besar dari pada logam induknya.

Pengelasan merupakan cara yang paling ekonomis dilihat dari segi penggunaan material dan biaya fabrikasi.

Pengelasan lebur (fusion welding) dapat dikelompokkan sebagai berikut:

1. Pengelasan busur (arc welding), dalam proses pengelasan ini penyambungan dilakukan dengan memanaskan logam pengisi dan bagian sambungan dari logam induk sampai mencair dengan memakai sumber panas busur listrik. Beberapa operasi

pengelasan ini juga menggunakan tekanan selama proses.

2. Pengelasan resistansi listrik (resistance welding), dalam proses pengelasan ini permukaan lembaran logam yang disambung ditekan satu sama lain dan arus yang cukup besar dialirkan melalui sambungan tersebut. Pada saat arus mengalir dalam logam, panas tertinggi timbul di daerah yang memiliki resistansi listrik terbesar, yaitu pada permukaan kontak kedua logam.

3. Pengelasan gas (oxyfuel gas welding); dalam pengelasan ini sumber panas diperoleh dari hasil pembakaran gas dengan oksigen sehingga menimbulkan nyala api dengan suhu yang dapat mencairkan logam induk dan logam pengisi. Gas yang lazim digunakan adalah gas alam, asetilen, dan hidrogen. Dari ketiga gas ini yang paling sering dipakai adalah gas asetilen, sehingga las gas diartikan sebagai las oksi-asetilen.

4. Proses pengelasan lebur yang lain, terdapat beberapa jenis pengelasan lebur yang lain, untuk menghasilkan peleburan logam yang disambung, seperti misalnya:

pengelasan berkas elektron (electron beam welding)

pengelasan berkas laser (laser beam welding).

Gambar 1.1. Proses Fusion Welding

Sumber: http://daldermaterialsconsulting.com diakses pada Senin, 8 April pukul 17.00 WIB

b. Pengecoran (casting) adalah proses penuangan logam cair dengan gaya gravitasi atau gaya lain ke dalam suatu cetakan, kemudian dibiarkan membeku, sehingga terbentuk logam padat sesuai dengan bentuk cetakannya. Beberapa contoh produk casting adalah berupa:

Perhiasan

Patung

Blok mesin

Rangka mesin

Penggorengan

Pipa

Roda kereta

Pompa

Gambar 1.2. Proses Casting

Sumber: http://enproinc.com diakses pada Senin, 8 April pukul 17.00 WIB

c. Penempaan (forging) adalah proses deformasi yang dilakukan dengan menekan benda kerja di antara dua cetakan (die), baik menggunakan gaya kejut (impact) atau ditekan secara gradual hingga diperoleh bentuk akhir benda kerja yang diinginkan. Klasifikasi tempa atau forging diantaranya:

Berdasarkan temperatur kerja:

1. Tempa panas atau hangat, cara ini paling banyak digunakan bila diperlukan deformasi yang cukup besar, dengan memanaskan kekuatan logam dapat dikurangi dan keuletannya bertambah.

2. Tempa dingin, cara ini juga sering dilakukan untuk pembuatan produk tertentu. Keuntungan dari tempa dingin adalah dapat meningkatkan kekuatan yang dihasilkan dari pengerasan regang.

Berdasarkan cara pemberian gaya untuk mendeformasikan benda kerja, tempa dapat diklarifikasikan atas:

Tempa dengan beban impak (impact)

Tempa dengan beban gradual.

Cara lain untuk mengklasifikasikan proses tempa adalah berdasarkan derajat aliran logam kerja yang didesak oleh dies.

Tempa cetakan terbuka (open-die forging)

Tempa cetakan tertutup (impression-die forging),

Tempa tanpa sirip (flashless forging)

Gambar 1.3. Proses Forging

Sumber: http://wcmcsolutions.com diakses pada Senin, 8 April pukul 17.10 WIB

d. Machining adalah proses pembuatan benda kerja dengan perautan (menghilangkan material yang tidak diinginkan dari benda kerja dalam bentuk chip). Jika benda kerjanya logam maka seringkali dikenal dengan metal cutting atau metal removal. Proses pemotongan logam ini biasanya disebutproses pemesinan, yang dilakukan dengan cara membuang bagian benda kerja yang tidak digunakan menjadi beram (chips), sehingga terbentuk benda kerja.

Dari semua prinsip pemotongan di atas akan dibahas tentang proses pemesinan dengan menggunakan mesin perkakas. Proses pemesinan adalah proses yang paling banyak dilakukan untuk menghasilkan suatu produk jadi yang berbahan baku logam. Diperkirakan sekitar 60 sampai 80% dari seluruh proses pembuatan komponen mesin yang komplit dilakukan dengan proses pemesinan. Proses pemesinan dilakukan dengan cara memotong bagian benda kerja yang tidak digunakan dengan menggunakan pahat (cutting tool), sehingga terbentuk permukaan benda kerja menjadi komponen yang dikehendaki. Pahat yang digunakan pada satu jenis mesin perkakas akan bergerak dengan gerakan yang relatif tertentu (berputar atau bergeser) disesuaikan dengan bentuk benda kerja yang akan dibuat.

Gambar 1.4. Proses Forging

Sumber: http://cahayateknikmandiri.com diakses pada Senin, 8 April pukul 17.10 WIB

e. Brazing adalah penyambungan dua buah logam atau lebih, baik itu logam sejenis maupun tidak sejenis dengan menggunakan bahan tambah yang titik cairnya jauh lebih rendah dibanding dengan titik cair logam yang akan disambung dengan menggunakan temperature yang rendah. Welding adalah penyambungan dua buah logam atau lebih baik itu logam sejenis maupun yang tidak sejenis dengan menggunakan alat pemanas yang temperaturnya sangat tinggi sehingga dapat mencairkan kedua logam tersebut dan dapat menyatukan kedua logam tersebut.

Brazing adalah salah satu cara penyambungan dua buah logam atau banyak yang sejenis maupun tidak sejenis dengan menggunakan bahan tambah yang titik cairnya jauh lebih rendah dibanding logam yang akan disambungnya, jadi brazing dapat juga disebut pengelasan dengan alat pemanas dengan temperature rendah. Untuk pengelasan pipa tembaga bahan tambah yang digunakan adalah kawat las silver, untuk pengelasan penyambungan besi atau baja misalnya untuk kondensor digunakan kawat las kuningan, untuk menyambung bahan aluminium digunakan kawat las platinum 52.

Gambar 1.5. Proses Brazing

Sumber: http://industry-mart.blogspot.com diakses pada Senin, 8 April pukul 17.20 WIB

f. Soldering (proses menyolder) didefinisikan dengan menggabungkan beberapa logam (metal) secara difusi yang salah satunya mempunyai titik cair yang relatif berbeda. Dengan kata lain, kita bisa menggabungkan dua atau lebih benda kerja (metal) dimana salah satunya mempunyai titik cair relatif lebih rendah, sehingga metal yang memiliki titik cair paling rendah akan lebih dulu mencair. Ketika proses penyolderan (pemanasan) dihentikan, maka logam yang mencair tesebut akan kembali membeku dan menggabungkan secara bersama-sama metal yang lain. Proses menyolder biasanya diaplikasikan pada peralatan elektronik untuk menempelkan/menggabungkan komponen elektronika pada papan circuit (PCB). Secara umum solder dapat dikelompokkan menjadi 2 macam, yaitu:

1. Solder dengan pemanas gas, yaitu solder yang bersumber energi dari gas

2. Solder listrik, yaitu solder yang bersumber energi dari listrik.

Solder adalah alat pemanas untuk melelehkan timah sehingga menempel pada kaki-kaki transistor atau komponen elektronika lainnya, sehingga kaki-kaki tersebut bersatu dengan jalur pada PCB (Printed Circuit Board). Keterampilan yang paling dasar yang diperlukan untuk merakit atau memperbaiki perangkat elektronik adalah teknik menyolder. Teknik menyolder ini tidak bisa secara instant dikuasai, bagi lulusan sekolah sekolah teknik ini merupakan pelajaran yang mendasar. Sedangkan untuk orang awam ini membutuhkan latihan beberapa waktu untuk membuat sambungan yang sempurna.

Gambar 1.6. Proses Soldering

Sumber: http://w6rec.com diakses pada Senin, 8 April pukul 17.20 WIB

g. Sheet Metal Forming adalah proses pembentukan logam dengan mempergunakan gaya tekan untuk mengubah bentuk dan atau ukuran dari logam yang dikerjakan. Sheet metal forming termasuk dari proses pembentukan logam (metal forming).

Proses pembentukan plat logam merupakan proses cold working (pengerjaan dingin), di mana bentuk awal material yang digunakan adalah berbentuk lembaran (sheet) dan tidak butuh dinaikkan suhunya untuk merubah bentuk melainkan dengan tetap menjaga suhu ruang (suhu normal). Efek dari proses cold working ini mempengaruhi alat yang digunakan pada proses khususnya pemotongan, alat tersebut haruslah tajam dan kuat. Jika tidak, akan mudah terjadi aus dan berakibat tumpul atau pecah.

Gambar 1.7. Proses Sheet Metal Forming

Sumber: http://custompartnet.com diakses pada Senin, 8 April pukul 17.30 WIB

2.Seperti yang dilihat pada Gambar 1.1., tipe sambungan las dapat dikelompokkan menjadi delapan tipe, yaitu:

Double welded butt joint (V-type groove)

Dapat digunakan pada semua kondisi. Tipe ini khususnya digunakan untuk logam yang lebih tebal dari 0.75 inch, tapi dapat juga digunakan untuk plate yang lebih tipis bila kekuatannya sangat dibutuhkan. Perbedaannya dengan double welded butt joint (U-type groove) adalah bentuk lekuk seperti huruf V.

Double welded butt joint (U-type groove)

Dapat digunakan pada semua kondisi. Tipe ini khususnya digunakan untuk logam yang lebih tebal dari 0.75 inch, tapi dapat juga digunakan untuk plate yang lebih tipis bila kekuatannya sangat dibutuhkan. Perbedaannya dengan double welded butt joint (V-type groove) adalah bentuk lekuk seperti huruf U.

Single welded butt joint with backing strip

Dapat digunakan pada plate dengan ketebalan 0.25 inch sampai 0.75 inch. Tiap sambungan harus dipastikan mempunyai sudut 60 untuk plate dan 75 untuk pipa.

Single welded butt joint without backing strip

Dapat digunakan pada plate dengan ketebalan 0.25 inch sampai 0.75 inch. Tiap sambungan harus dipastikan mempunyai sudut 60 untuk plate dan 75 untuk pipa dengan tanpa penyokong atau penyangga.

Double full-fillet lap joint

Biasa digunakan untuk beban yang besar. Bila dilas dengan baik, kekuatan sambungan dapat mendekati kekuatan pusat logam.

Single full-fillet lap joint with plug welds

Dapat digunakan pada logam dengan ketebalan sampai 0.5 inch dan tidak ditujukan untuk muatan yang besar. Jenis ini mudah untuk dilas.

3. Adapun penyebab vessel failure atau kegagalan vessel, antara lain:

A. Excessive Elastic Deformation

Semua material solid (padatan) dapat mengalami deformasi jika mendapatkan muatan eksternal (gaya eksternal) yang cukup besar. Sifat elastis memiliki karakteristik khusus bersamaan dengan sifat plastis, seperti yang ditunjukan oleh gambar berikut ini:

Gambar 3.1. Kurva Karakteristik Material Dibawah Muatan Uniaxial

Sumber: http://custompartnet.com diakses pada Senin, 8 April pukul 18.30 WIB

Pada wilayah elastis, tegangan berbanding lurus dengan regangan. Peristiwa ini mengikuti hukum Hook hingga batas elastisitas. Pada wilayah ini, sebuah material dikatakan memiliki sifat/perilaku elastis. Pada batas elastis, ketika muatan/beban dilepaskan, maka material akan kembali pada bentuk semula. Sedangkan diatas batas elastis, material akan mengalami deformasi secara permanen atau material telah mengalami deformasi plastis.

Gambar 3.2. Kesetimbangan Gaya pada Material

Sumber: http://custompartnet.com diakses pada Senin, 8 April pukul 18.30 WIB

Secara umum, rata-rata regangan elastis dapat dinyatakan melalui persamaan:

B. Elastic Instability

Merupakan bentuk ketidakstabilan yang terjadi dalam sistem elastis, seperti tekuk balok dan pelat dikenakan beban tekan yang besar.

Gambar 3.3. Ketidakstabilan Elastis Balok dengan Sudut Tertentu

Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Elastic_instability diakses pada Senin, 8 April pukul 18.40 WIB

C. Plastic Instability

Salah satu kriteria yang harus dilihat saat mendesain suatu vessel adalah dengan mengatur besarnya stress induksi yang besarnya masih berada dalam area elastic material untuk menghindari deformasi plastic yang dihasilkan dari terlalu besar dari yield point.

Gambar 3.4. Kurva Stress-Strain untuk Berbagai Material

Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Plastic_instability diakses pada Senin, 8 April pukul 18.40 WIB

D. Brittle Rupture

Penggunaan material dengan kekuatan besi yang tinggi namun memiliki elastisitas yang rendah adalah kemungkinan terjadinya vessel yang pecah yang biasa dikenal dengan brittle rupture.

E. Creep

Creep adalah deformasi plastis yang terjadi pada material karena diberi beban konstan pada temperature yang tinggi. Creep hanya terjadi jika kedua sifat diatas (beban dan suhu yang tinggi) terjadi pada waktu yang bersamaan. Pada logam, creep terjadi ketika suhu kerja lebih tinggi dari 0,4 kali suhu leleh (suhu absolute K). Jenis test creep ialah melatakkan specimen pada beban konstan pada temperature tinggi yang konstan dan deformasi diukur sebagai fungsi dari waktu.

Kurva creep terdiri dari tiga wilayah yaitu creep primer atau transient yaitu meningkatnya creep rate. Wilayah kedua adalah steady state creep yaitu wilayah dengan creep rate yang konstan.. Wilayah ketiga adalah creep tersier yaitu creep rate yang diperbesar sampai kegagalan puncak. Kegagalan ini merupakan hasil dari perubahan mikrostruktur seperti pemisahan batas nutir dan pembentukan keretakan dalam. Yang terjadi pada temperature dibawah 0,4 kali temperatur leleh.

Gambar 3.4. Kurva Creep

Sumber: http://kang-sarmin.blogspot.com/ diakses pada Senin, 8 April pukul 18.40 WIB

F. Corrosion

Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat reaksi dengan lingkungan yang korosif. Korosi dapat juga diartikan sebagai serangan yang merusak logam karena logambereaksi secara kimia atau elektrokimia dengan lingkungan. Ada definisi lain yang mengatakan bahwa korosi adalah kebalikan dari proses ekstraksi logam dari bijih mineralnya. Contohnya, bijih mineral logambesi di alam bebas ada dalam bentuksenyawabesi oksida ataubesi sulfida, setelah diekstraksi dan diolah, akan dihasilkan besi yang digunakan untukpembuatanbaja ataubaja paduan. Selama pemakaian, baja tersebut akan bereaksi dengan lingkungan yang menyebabkan korosi (kembali menjadi senyawa besi oksida).

Korosi atau secara awam lebih dikenal dengan istilah perkaratan merupakan fenomena kimia padabahan-bahan logam di berbagai macam kondisi lingkungan seperti di dalam vessel. Penyelidikan tentang sistim elektrokimia telah banyak membantu menjelaskan mengenai korosi ini, yaitu reaksi kimia antara logam dengan zat-zat yang ada di sekitarnya atau dengan partikel-partikel lain yang ada di dalam matrik logam itu sendiri. Jadi dilihat dari sudut pandang kimia, korosi pada dasarnya merupakan reaksi logam menjadi ion pada permukaan logam yang kontak langsung dengan lingkungan berair dan oksigen.

REFERENSI

Anonim. http://en.wikipedia.org/wiki/Elastic_instability. diakses pada Senin, 8 April 2013 pukul 18.30.

Anonim. http://me.emu.edu.tr/me364/ME364_combining_fusion.pdf diunduh pada Senin, 8 April 2013 pukul 17.30.

Anonim. http://doddi_y.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/PENYAMBUNGAN+Logam.pdf diunduh pada Senin, 8 April 2013 pukul 16.30.

Rees, David. 2000. Basic Engineering Plasticity. New York: Butterworth-Heinemann.

Putri Karbelani A

1006679831Page 1