BAB III METOE PENELITIAN 3.1 Kajian Singkat Produk Model alat uji bending merupakan sebuah alat yang berfungsi untuk mengetahui kekuatan lengkung produk-produk yang akan diuji dengan cara bending test. Uji lengkung (bending test) merupakan salah satu jenis pengujian bahan yang dilakukan untuk mengetahui sifat mekanik suatu bahan teknik. Material ditumpu didekat masing-masing ujung benda uji dan diberi beban pada satu atau dua titik diantara tumpuan. Sistem mekanik model alat uji bending ini menggunakan sistem pneumatik. Pengepresan terjadi karena adanya aliran udara bertekanan dari kopresor menuju silinder pneumatik yang mengakibatkan piston bergerak naik maupun turun. Sebelum masuk ke silinder pneumatik udara melewati air filter terlebih dahulu yang berfungsi untuk menyaring udara dari kotoran maupun air sehingga udara yang dihasilkan bersih, air filter ini juga berfungsi menjaga tekanan fluida agar tidak naik turun sehingga tekanan udara yang dihasilkan sesuai dengan yang diinginkan. Pergerakan maju mundurnya piston diatur oleh valve. Universitas Mercubuana Page 26
3.2 iagram Alir Perancangan 1. Mulai 2. Studi literatur dan observasi lapangan 3. Identifikasi dan perumusan masalah 4. Perencanaan dan penjelasan 5. aftar persyaratan 6. Mengembangkan solusi utama 7. Konsep produk 8. Perhitungan sistem pneumatik dan perhitungan rangka 9. Analisis morfologi Tingkatan dan perbaikan Tidak 10. Evaluasi hasil rancangan Ya 11. Rekapitulasi desain final 12. Selesai Gambar 3.1 iagram Alir Perancangan Universitas Mercubuana Page 27
3.3 Penjelasan iagram Alir 1. Mulai Awal kegiatan setelah diterimanya proposal tugas akhir sebagai alat komunikasi untuk merealisasikan ide secara tulisan. 2. Studi Litertur dan Observasi Lapangan Studi literatur dilakukan untuk mengenal masalah yang dihadapi, serta untuk menyusun rencana kegiatan yang akan dilakukan. Pada studi ini dilakukan survei lapangan terhadap hal-hal yang berhubungan dengan perancangan model alat uji bending menggunakan sistem pneumatik untuk mengambil data-data sebagai referensi dan pembanding terhadap hasil perancangan yang akan dibuat. 3. Identifikasi dan Perumusan Masalah Mengidentifikasi permasalahan yang akan timbul saat perancangan, pembuatan maupun saat pengujian alat dalam proses pengumpulan data. Kemudian merumuskan masalah yang akan timbul untuk menghindari permasalahan tersebut. Maka perlu diperhatikan semua aspeknya agar didapatkan hasil yang maksimal. 4. Perencanaan dan Penjelasan Tugas Mengidentifikasi syarat-syarat dan spesifikasi suatu alat sangat penting dilakukan dalam proses perancangan. Sebagian besar masalah atau kegagalan desain disebabkan karena kurang jelasnya kriteria tuntutan pemakai dan kurang jelasnya bagian-bagian tugas yang harus dipenuhi. Selain itu, alasan utama penolakan desain dari konsumen adalah faktor investasi atau ekonomi yang tidak sepadan. Untuk itu diperlukan langkahlangkah dalam pengembangan dan pembuatan suatu alat/mesin dengan cara mempelajari tuntutan produk dari calon pengguna. Merencanakan sebuah komponen alat/mesin harus dapat memenuhi sebuah fungsi dan kelayakan. Kelayakan sebuah desain alat dapat dinilai dari konstruksi yang lebih murah biayanya tetapi disertai fungsi yang lebih unggul (hasil produk, umur, Universitas Mercubuana Page 28
hemat bahan bakar dan mudah perawatannya). Selain itu, yang paling menentukan adalah hasil akhir dari sebuah alat. Hasil akhir yang baik merupakan hasil kompromi dari berbagai ragam tuntutan para pengguna dan pastinya akan menambah mutu dari konstruksi alat yang dibuat. Alat uji bending ini memiliki berbagai tuntutan yang harus dipenuhi, sehingga nantinya alat ini dapat diterima dan memenuhi segala kebutuhan pemakai. Berikut tuntutan-tuntutan dari uji bending, adalah : 1. Mudah dalam pengoperasianya dan perawatanya 2. Menggunakan tombol elektrik untuk pergantian arah bolak-balik 3. Memiliki umur pakai yang panjang 4. Mudah dipindahkan, tidak perlu alat khusus untuk memindahkan 5. apat memberi kenyamanan dalam penggunaannya Selain itu faktor keamanan harus diperhatikan dan perawatanya mudah. Berdasarkan tuntutan diatas, diharapkan mesin ini dapat beroperasi sesuai standar yang diminta, biaya pembuatan yang ekonomis, mudah dibuat, proses perakitan dan penggantian suku cadang mudah. 5. aftar persyaratan aftar persyaratan merupakan berbagai tuntutan/syarat yang harus dipenuhi sehingga nantinya alat ini dapat diterima dan memenuhi segala kebutuhan pemakai. Spesifikasi mesin dapat dikategorikan menjadi dua, yaitu : 1. Keharusan (demands) disingkat, yaitu syarat mutlak yang harus dimiliki mesin (jika tidak terpenuhi maka mesin merupakan solusi yang tidak diterima). 2. Keinginan (wishes) disingkat W, yaitu syarat yang masih dapat dipertimbangan keberadaannya agar dapat dimiliki oleh mesin yang dirancang. Universitas Mercubuana Page 29
Tabel 3.1 Tuntutan Perancangan Alat No. Tuntutan Perancangan Persyaratan Tingkat Kebutuhan 1. KINEMATIKA 1. Mekanismenya mudah beroperasi 2. GEOMETRI 1. Panjang 600 mm 2. Lebar 250 mm 3. Tinggi 450 mm 3. ENERGI 1. Menggunakan tenaga kompresor 4. MATERIAL 1. Mudah didapat 2. Terjangkau harganya 3. Baik mutunya 5. Sesuai dengan standar umum 6. Memiliki umur pakai yang panjang 7. Mempunyai kekuatan yang baik 5. ERGONOMI 1. Nyaman dalam penggunaan 2. Tidak bising 3. Mudah dioperasikan 4. Bentuknya sederhana 6. SINYAL 1. Petunjuk pengoperasian mudah W W dimengerti 7. KESELAMATAN 1. Konstruksi harus kokoh 2. Tidak bising Universitas Mercubuana Page 30
8. PROUKSI 1. apat diproduksi bengkel kecil 2. Biaya produksi relatif rendah 3. apat dikembangkan kembali 9. PERAWATAN 1. Biaya perawatan murah 2. Suku cadang mudah didapat 3. Perawatan mudah dilakukan 10. TRANSPORTASI 1. Mudah dipindahkan 2. Tidak perlu alat khusus untuk W W W W W memindah 6. Mengembangkan Solusi Utama Berdasarkan spesifikasi produk hasil daftar persyaratan maka dicarilah beberapa konsep produk yang dapat memenuhi persyaratan-persyaratan dalam spesifikasi tersebut. Konsep produk tersebut merupakan solusi dari masalah perancangan yang harus dipecahkan. Kriteria perancangan dari model alat uji bending ini adalah sebagai berikut : Konstruksi mesin yang akan dirancang bentuknya sederhana, dan mudah dipindah-pindahkan. Mudah dalam pengoprasian dan perawatannya. 7. Konsep Produk Pada tahap ini dilakukan pembuatan gambaran awal, beberapa alternatif desain alat yang akan dirancang. Penentuan spesifikasi alat ditentukan berdasarkan identifikasi masalah - masalah yang ada pada survey lapangan. Berikut ini beberapa alternatif desain mesin untuk kemudian dipilih sebuah desain yang terbaik. Universitas Mercubuana Page 31
Berikut ini adalah desain model alat uji bending menggunakan sistem pneumatik dengan sebuah silinder sebagai penggerak saat proses penekukan material/bahan uji bending. Alternatif esain I Gambar 3.2 Alternatif esain Satu Keterangan : 1. Rangka alat uji bending 2. Rangka penahan silinder 3. Silinder pneumatic 4. Limit switch 5. Panel box 6. Air filter 7. Kontrol valve 8. Point atas 9. Point bawah Pada alternatif desain satu ujung sudut point atas dibuat radius untuk mengurangi gesekan yang terjadi pada proses bending dan point bawah menggunakan pengunci yang berfungsi sebagai pengaman untuk menahan material/bahan uji bending. Hal ini memungkinkan terjadinya gesekan pada pengunci dan material yang akan mempengaruhi hasil dari proses uji bending tersebut. Pada desain ini terdapat limit switch yang berfungsi Universitas Mercubuana Page 32
sebagai pemutus aliran udara. Saat tuas akuator terdorong atau tertekan oleh suatu objek maka aliran fluida akan terputus dan silinder akan kembali keposisi awal. Alternatif esain II Gambar 3.3 Alternatif esain ua Keterangan : 1. Rangka alat uji bending 2. Rangka penahan silinder 3. Silinder pneumatic 4. ial indicator 5. Panel box 6. Penyaring udara (air filter) 7. Kontrol valve 8. Point atas 9. Point bawah Pada alternatif desain dua point atas dan point bawah menggunakan roller pada setiap ujung point yang berfungsi untuk mencegah terjadinya gesekan antara spesimen benda uji dengan point atas maupun bawah pada saat pengujian berlangsung. Pada desain ini terdapat dial indicator untuk Universitas Mercubuana Page 33
membaca panjang simpangan yang terjadi pada proses bending. Hal ini untuk mencegah terjadinya pengukuran besar simpangan secara manual seperti pada desain pertama. Alternatif esain III Gambar 3.4 Alternatif esain Tiga Keterangan : 1. Rangka alat uji bending 2. Rangka penahan silinder 3. Silinder pneumatic 4. ial indicator 5. Panel box 6. Penyaring udara (air filter) 7. Kontrol valve 8. Point atas 9. Point bawah Pada alternatif desain tiga ini secara desain sama dengan desain dua yaitu pada point atas dan point bawah menggunakan roller serta dial indicator untuk membaca panjang simpangan. Yang membedakan adalah letak silinder pneumatik berada ditengah dengan tujuan agar saat proses pengujian gaya tekan yang terjadi terbagi rata pada semua kaki. Universitas Mercubuana Page 34
8. Perhitungan Sistem Pneumatik dan Perhitungan Rangka Tahap ini dilakukan pengolahan data untuk menghitung dimensi silinder pneumatik, konsumsi udara yang diperlukan, menghitung kekuatan rangka terhadap tekanan silinder dan menghitung sambungan las pada rangka alat uji bending. Mulai Input nilai yang ditetapkan: Gaya tekan 100 Kg Langkah = 100 mm π = 22/7 p = 6 bar a. Menghitung dimensi silinder pneumatik iameter piston : d 2 = ( F+R) / (p x 7.86) Gesekan : R = ~ ± 5%. F Gaya efektif piston : Fa = A x p (saat maju) A = π/4 x ( 2 ) Fb = A x p (saat mundur) A = (π /4) x ( 2 - d 2 ) b. Menghitung konsumsi udara Tiap langkah piston : V1 = p x ( π /4) x 2 x h (saat maju) V2 = p x (π /4) x ( 2 - d 2 ) x h (saat mundur) iperlukan tiap menit : Q1 = (π /4) x 2 x h x n x perbandingan kompresi (saat maju) Q2 = (π /4) x ( 2 -d 2 ) x h x n x perbandingan kompresi (saat mundur) a Universitas Mercubuana Page 35
a. c. Menghitung daya compressor ebit kompresor : Qs = π/4 x ( 2 ) x v aya kompresor : N s = (Q s) (η tot) d. Menghitung kekuatan rangka Kekuatan kaki : Gaya tekan : P =.. Momen inersia : I = Kekuatan plat :. Tegangan bengkok : σ b = Momen maksimal : Mmax = RA x a Momen A : RA = P RB Momen B : RB =. Momen inersia : Ix = 1/12. b. h 3 e. Menghitung sambungan las Gaya yang terjadi : P =. τ g Selesai Gambar 3.5 iagram Alir Perhitungan Universitas Mercubuana Page 36
9. Analisis Morfologi Analisis morfologi merupakan suatu pendekatan yang sistematis dan terstruktur untuk mencari alternatif penyelesaian dengan menggunakan matriks sederhana. Analisis morfologi ini dibuat sebagai pertimbangan yang sistematis untuk memilih komponen dan mekasnime mesin yang terbaik. Secara fungsional alat ini memiliki komponen sebagai berikut : 1. Profil rangka 2. Tenaga penggerak 3. Sistem pneumatik 4. Point bending ari data di atas maka didapat gambaran komponen yang akan membentuk model alat uji bending yang sedang dirancang. engan demikian maka dapat disusun suatu skema klasifikasi yang disebut matriks morfologi, dan lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel dibawah ini : Tabel 3.2 Matriks Morfologi Alat No. Sub Komponen Varian yang mungkin 1 2 3 1. Bahan rangka Pipa Square tube Besi Siku 2. Penggerak 0.5 Pk 1 Pk 1,5 Pk Universitas Mercubuana Page 37
3. Sistem pneumatik Singel acting ouble acting 4. Point bending bawah Tanpa roller Menggunakan roller 5. Point bending atas Tanpa roller Menggunakan roller 6. Plat meja T = 8 mm T = 10 mm T = 12 mm ari tabel matriks morfologi mesin pengepres genteng yang terpilih adalah sebagai berikut: 1. Profil rangka : Square tube 2. Penggerak utama : Kompresor 1 Pk 3. Sistem pneumatik : ouble acting 4. Point bending : Menggunakan roller 5. Plat meja : 10 mm Universitas Mercubuana Page 38
Tabel 3.3 Tabel Spesifikasi Komponen No Nama Bagian Keterangan 1. Kompresor 1 Pk 3. Rangka Bahan : ASTM A500, Grade B Square tube dengan ukuran 25 x 25 x 2 mm 4. Point bending Bahan : Mild Steel (ST-90) dengan = 90 kg/mm 2 5. Roller Bahan : Mild Steel (ST-90) dengan = 90 kg/mm 2 iameter: 5 mm 6. Plat meja Bahan : Mild Steel (ST-60) dengan = 60 kg/mm 2 Tebal : 10 mm 7. udukan point Bahan : bending Mild Steel (ST-60) dengan = 60 kg/mm 2 Tebal : 10 mm 8. Penahan silinder Bahan : Mild Steel (ST-60) dengan = 60 kg/mm 2 Tebal : 10 mm Universitas Mercubuana Page 39
9. udukan poros berulir Bahan : Mild Steel (ST-60) dengan = 60 kg/mm 2 Tebal : 10 mm 10. Evaluasi hasil rancangan Alat yang dirancang harus memenuhi syarat, antara lain: Rangka alat mampu menahan tekanan silinder pneumatik. Rangkaian sistem pneumatik berfungsi sesuai urutan proses. 11. Rekapitulasi Final esain Pada tahap ini merupakan gambar disain alat secara detil. aftar komponen model alat uji bending yang digunakan secara lengkap. 3.4 Bahan dan Alat 3.4.1 Pemilihan Bahan Bahan yang digunakan dalam pembuatan mesin alat uji bending ini harus memenuhi persyaratan tertentu, misalnya bahan tersebut harus mampu menahan gaya-gaya yang bekerja di setiap komponen. Untuk rangka harus mampu menahan gaya dari tekanan yang diberikan oleh silinder. Selain itu bahan tersebut tidak boleh mempunyai elastisitas yang besar, karena keelastisitasan dari rangka luar akan berpengaruh pada penurunan tekanan yang diberikan silinder pada saat pengujian berlangsung. Hal itu akan menyebabkan ketidaksesuaian antara tekanan yang terjadi pada spesimen benda uji dengan data yang ditunjukkan pada manometer. Bahan yang digunakan untuk pembuatan point atas maupun bawah selain harus mampu menahan gaya-gaya yang bekerja, bahan ini juga harus mempunyai kekerasan yang tinggi, karena pada point tersebut terdapat roller pada setiap ujung point yang berfungsi untuk mencegah terjadinya gesekan antara spesimen benda uji dengan point atas maupun Universitas Mercubuana Page 40
bawah pada saat pengujian berlangsung. Untuk menahan tekanan yang besar dari roller tersebut, maka bahan untuk pembuatan point harus kuat dan keras agar point tersebut tidak berubah bentuk pada saat penekanan. a. Square pipe (ASTM 500) Untuk bahan kaki menggunakan square pipe dengan dimensi 25 mm dengan ketebalan 2 mm. Pemilihan bahan tersebut didasarkan pada dimensi dan kekuatan bahan. imensi square pipe lebar 25 mm tersebut cocok digunakan untuk kaki rangka alat peraga, karena kekuatan bahan tersebut sudah mampu menahan tekanan yang diberikan oleh silinder pneumatik sehingga bahan tersebut memenuhi untuk pembuatan alat uji bending yang kita desain. b. Baja ST 60 Pada pembuatan alat uji bending ini, bahan baja ST 60 digunakan untuk membuat meja dudukan point bawah dan dudukan silinder pneumatik. Untuk meja dudukan point bawah dari bahan baja ST 60 dengan dimensi 250 x 130 x 10 mm sudah memenuhi, karena jika silinder bekerja dengan gaya tekan maksimal, tegangan bengkok yang terjadi lebih kecil dari tekanan bengkok bahan. Sehingga bahan tersebut cocok jika digunakan untuk pembuatan dudukan point bawah dan dudukan silinder pneumatik. Hal ini bertujuan agar saat silinder bekerja dengan maksimal dudukan silinder atau penyangga silinder mampu menahan tekanan yang diberikan oleh silinder tersebut. c. Baja ST 90 Pada alat uji bending ini baja ST 90 digunakan pada bagian point bawah dan point atas. Pada kedua bagian ini bahan yang digunakan harus mempunyai tingkat kekerasan yang tinggi, karena point bawah berfungsi sebagai tempat meletakkan spesimen benda uji akan mendapat tekanan yang cukup besar dari point atas. Jika bahan untuk pembuatan kedua point tersebut kurang keras, maka kedua point tersebut akan mudah aus karena sering mendapat tekanan yang tinggi saat alat dioperasikan. Universitas Mercubuana Page 41
3.4.2 Piranti Keras Piranti keras dibagi menjadi 2 kelompok : a. Piranti keras Perancangan Yang digunakan untuk merancang model alat uji bending adalah : Seperangkat komputer (PC) atau laptop Alat tulis Kalkulator Alat ukur b. Piranti keras Pembuatan & Perakitan Yang digunakan sedangkan jika dilakukan perakitan dan pembuatan mesin, piranti keras yang digunakan adalah : Alat ukur (mistar, jangka sorong, meteran) Mesin skrap Mesin bubut Mesin las Mesin milling Mesin bor Komponen-komponen penumatik 3.4.3 Piranti Lunak Model alat uji bending menggunakan sistem pneumatik didesain dengan menggunakan Solidwork. Gambar gaya yang bekerja pada square tube dan sambungan las menggunakan Auto Cad. 3.5 Metode Pengambilan ata alam proses pengujian bending (lengkung), pembacaan datanya dapat kita ketahui dengan melihat besarnya tekanan yang terjadi yang ditunjukkan oleh pressure gauge. Sedangkan untuk mengetahui kecepatan displacement benda uji dapat kita ketahui dengan cara pembacaan angka Universitas Mercubuana Page 42
yang ditunjukkan oleh dial indicator yang dibandingkan dengan lamanya waktu terjadinya patah pada benda uji dari awal proses pengujian. Metode pengolahan data yang digunakan adalah dengan cara mencari gaya, tegangan, displacement dan kecepatan displacement dari data yang didapat pada saat melakukan pengujian. Proses pengujian yang dilakukan meggunakan bahan uji sesuai kebutuhan. Variabel yang digunakan pada proses pengujian adalah perbedaan dimensi pada benda uji. Pada masing-masing spesimen harus dilakukan pengujian untuk mendapatkan hasil pengujian yang falid dan kita bisa mendapatkan hasil pengujian rata-rata dari kekuatan lengkung tiap benda uji. 3.5.1 Pengujian Langkah-langkah proses pengujian bending (lengkung) dari awal sampai selesai diurutkan sebagai berikut : 1. Meletakan benda uji diatas point bending bagian bawah. 2. Posisikan benda uji yang berada diatas point bending bagian bawah agar menempel dengan point bending bagian atas, dengan cara menjalankan silinder pneumatik. 3. Posisikan dial indicator pada posisi nol. 4. Mulai menjalankan silinder dan usahakan gerak keluaran piston dapat berjalan secara kontinyu. 5. Aktifkan alat pengukur waktu pada saat silinder mulai bergerak. 6. Lakukan pengamatan secara seksama pada alat pengukur dan benda uji hingga benda uji mengalami patah. 7. Pada saat benda uji sudah mengalami lengkung/retak hentikan gerakan dongkrak, hentikan alat pengukur waktu dan baca angka yang ditunjukan oleh pressure gauge pada saat yang bersamaan. 8. Catat data-data yang dibutuhkan setelah melakukan pengujian, seperti: tekanan pada manometer, waktu dan dial indicator. 9. Lakukan pengujian seperti diatas secara berulang kali hingga 10 kali pengujian dan ambil data-data yang dibutuhkan. Universitas Mercubuana Page 43
4.7.2 raft Tabel Pengumpulan ata Pengujian ata yang diambil pada pengujian antara lain : 1. Besar tekanan 2. Besar simpangan 3. Waktu pengujian Tabel 3.4 raft Pengumpulan ata Pengujian imensi Tekanan Simpangan Waktu No. No. Sampel (p x l x t) (mm) (Kg/cm 2 ) (mm) (detik) 1 1.1.1 2 1.1.2 3 1.1.3 4 1.1.4 5 2.1.1 6 2.1.2 7 2.1.3 8 2.1.4 9 3.1.1 10 3.1.2 11 3.1.3 12 3.1.4 alam melakukan perhitungan untuk mencari flexural strength, terlebih dahulu kita mencari nilai gaya silinder. Rumus yang digunakan : Gaya tekan silinder p = imana : P = Gaya tekan silinder (kg) p = Tekanan silinder (kg/cm 2 ) A = Luas penampang piston silinder (cm 2 ) Universitas Mercubuana Page 44
Untuk three point bending S =.... imana : S = Tegangan lengkung (kg/mm 2 ) P = Gaya tekan silinder (kg) l = Jarak antar tumpuan point bending bawah (mm) b = Lebar benda uji (mm) d = Tebal benda uji (mm) Untuk four point bending S =.... imana : S = Tegangan lengkung (kg/mm 2 ) P = Gaya tekan silinder (kg) l = Jarak antar tumpuan point bending bawah (mm) b = Lebar benda uji (mm) d = Tebal benda uji (mm) Kecepatan penekanan v = imana : s = jarak (mm) t = waktu (s) Universitas Mercubuana Page 45
Tabel 3.5 raft Perhitungan ata Pengujian Rata-rata ± Gaya Flexural Kecepatan Standar eviasi No. No. Tekan Strength Penekanan Gaya Flexural Kecepatan Sampel ongkrak (kg) (kg/mm 2 ) (mm/detik) Tekan Silinder (kg) Strength (kg/mm 2 ) Penekanan (m/s) 1 1.1.1 2 1.1.2 3 1.1.3 4 1.1.4 5 2.1.1 6 2.1.2 7 2.1.3 8 2.1.4 9 3.1.1 10 3.1.2 11 3.1.3 12 3.1.4 Universitas Mercubuana Page 46