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