Seminar Nasional Teknologi Bahan dan Barang Teknik 2019 ...seminar.b4t.go.id/assets/file/Prosiding-SemNas-TBBT-2019...Seminar Nasional ini diselenggarakan pada tanggal 23 Oktober 2019

Seminar Nasional Teknologi Bahan dan Barang Teknik 2019: hal 1 - 143

inir


El Royale Hotel, Bandung

23 Oktober 2019

Copyright© 2019

Kementerian Perindustrian, Badan Penelitian dan Pengembangan Industri, Balai Besar Bahan dan Barang Teknik

Prosiding Seminar Nasional Teknologi Bahan dan Barang Teknik “REKAYASA MATERIAL DAN

DIVERSIFIKASI ENERGI DALAM MENGHADAPI TANTANGAN INDUSTRI 4.0” di Bandung pada

tanggal 23 Oktober 2019

Penerbit : Balai Besar Bahan dan Barang Teknik

Jalan Sangkuriang No. 14, Bandung 40135

Telp/Fax : 022-2504088 / 2502027

www.b4t.go.id

Terbit 27 Desember 2019

iv+143 halaman

ISBN 978-623-92491-0-6

http://www.b4t.go.id/

Seminar Nasional Teknologi Bahan dan Barang Teknik 2019: hal i

PROSIDING

SEMINAR NASIONAL

TEKNOLOGI BAHAN DAN BARANG TEKNIK

“REKAYASA MATERIAL DAN DIVERSIFIKASI ENERGI DALAM MENGHADAPI

TANTANGAN INDUSTRI 4.0”

DEWAN PENGARAH, MITRA BESTARI, DEWAN PENYUNTING DAN KOMITE

DEWAN PENGARAH

Ir. Budi Susanto, MT. (Ketua)

Ir. Dudung (Anggota)

Ir. Kosasih (Anggota)

Elis Sofianti, S.Si., MT. (Anggota)

Ni Made Parmiasih, ST., MT. (Anggota)

Azis Yunianto, SE., M.SE. (Anggota)

MITRA BESTARI

Afriyanti Sumboja, Ph.D (ITB)

Ir. Edi Leksono, M.Eng, Ph.D (ITB)

Giva Andriana Mutiara, ST., MT. (Universitas Telkom)

DEWAN PENYUNTING

Ir. Wieke Pratiwi, MS. (Ketua)

Mas’ud Adhi Saputra, ST., MT. (Sekretaris)

Surasno, SE. (Anggota)

Susanto Sigit Rahardi, S.Si., MT. (Anggota)

Revantino, ST., MT. (Anggota)

KOMITE

Dr. Sih Wuri Andayani (Ketua)

Teguh Iryanto, ST. (Sekretaris)

Alfiz Muhammad Qizwini, ST (Sekretaris)

Galih Ginanjar, S.Si., MT. (Anggota)

Rian Trijayana, S.Kom (Anggota)

Toni Agung Priambodo, ST. (Anggota)

Dadang Supriatna, SE. (Anggota)

Drs. Tatto Bustomi, MT. (Anggota)

Ir. Budi Tjahjohartoto (Anggota)

Gaos Abdul Karim, S.Si., M.Si. (Anggota)

Jumail Soba, ST., MT. (Anggota)

Najmuddin Yahya, ST. (Anggota)

Devic Octora, ST. (Anggota)

Bayu Sentany, ST. (Anggota)

Ari Kristiyanto, ST. (Anggota)

DITERBITKAN OLEH :

BALAI BESAR BAHAN DAN BARANG TEKNIK

KEMENTERIAN PERINDUSTRIAN REPUBLIK INDONESIA

Jl. Sangkuriang No. 14 Bandung

Telp/Fax : 022-2504088 / 2502027

Website : www.b4t.go.id / Email : [email protected]

ISBN 978-623-92491-0-6

http://www.b4t.go.id/mailto:[email protected]

Seminar Nasional Teknologi Bahan dan Barang Teknik 2019: hal ii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kita panjatkan ke hadirat Allah SWT atas terselenggaranya Seminar Nasional Teknologi

Bahan dan Barang Teknik dengan tema “Rekayasa Material Fungsional dan Diversifikasi Energi dalam

Menghadapi Tantangan Industri 4.0”. Seminar Nasional ini diselenggarakan pada tanggal 23 Oktober

2019 di El Royale Hotel, Bandung oleh Balai Besar Bahan dan Barang Teknik, Kementerian

Perindustrian RI, sebagai media komunikasi para Peneliti/Perekayasa, Akademisi, Praktisi, dan Pelaku

Bisnis untuk peningkatan inovasi dan teknologi sehingga mampu bersaing di era Industri 4.0. Berbagai

hasil litbangyasa dan kajian dalam bidang rekayasa material fungsional, diversifikasi energi, dan

teknologi industri 4.0 disajikan dalam Seminar ini.

Ucapan terima kasih pada berbagai pihak yang telah mendukung dalam penyelenggaraan seminar

nasional :

1. Bapak Dr. Ir. Ngakan Timur Antara (Kepala Badan Penelitian dan Pengembangan Industri,

Kementerian Perindustrian RI) sebagai keynote speaker utama.

2. Ibu Prof. Dr. Eniya Listiani Dewi, B.Eng., M.Eng (Deputi Bidang Teknologi Informasi,

Elektronik, dan Material, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi RI) sebagai keynote

speaker kedua.

3. Bapak Fadli Hamsani (Praktisi Industri Internet of Things, Schneider Indonesia) sebagai

keynote speaker ketiga.

4. Bapak Prof. Dr. Shahidan Radiman (Universiti Kebangsaan Malaysia) sebagai Plenary

speaker.

5. Bapak Joko Siswoyo (PT. Quantel Chroma Indonesia) sebagai plenary speaker, dan

6. Pemakalah dan peserta.

Seminar Nasional ini dilengkapi dengan buku panduan, yang berisi susunan acara seminar dan

abstrak dari para pemakalah oral maupun poster.

Selamat mengikuti seminar, semoga partisipasi para peserta dapat meningkatkan pengetahuan

bersama dan meningkatkan semangat kemajuan teknologi demi kemajuan Industri dalam negeri

Indonesia.

Bandung, 27 Desember 2019

Kepala Balai Besar Bahan dan Barang Teknik,

Budi Susanto

Seminar Nasional Teknologi Bahan dan Barang Teknik 2019: hal iii

DAFTAR ISI DEWAN PENGARAH, MITRA BESTARI, DEWAN PENYUNTING DAN KOMITE ................ i

KATA PENGANTAR ........................................................................................................................... ii

DAFTAR ISI......................................................................................................................................... iii

PENGARUH TEMPERATUR SINTERING TERHADAP SIFAT TERMOELEKTRIK

PADUAN 80Cu20Zn

Sri Mulyati Latifah, M. Bayu Feby Anggoro, Dedi, Kusharjanto .............................................................. 1

PENGARUH PENAMBAHAN BUSA POLIURETAN TERHADAP KEKUATAN TEKAN

DAN SIFAT SERAP SUARA KOMPOSIT SANDWICH TENUNAN 3 DIMENSI

Hermawan Judawisastra, Chairani Tiara Sayyu, Dodi Ihsan Taufiq ........................................................ 8

ANALISIS PENGARUH ALUMINIUM DAN KUNINGAN DALAM PENDINGINAN SABUK

METAL PADA PROSES PERBAIKAN SIDE SEAM TABUNG

Moh. Hartono, Gumono, Nurchajat, Kukuh M. Ridwan....................................................................... 14

ANALISA KEGAGALAN GERBONG DATAR KERETA API BEBAN 54 TON

Surasno, Asep lukman, Singgih, Ari Konosri .......................................................................................... 21

PENERAPAN TEKNOLOGI ENERGY MANAGEMENT SYSTEM – KYUDENKO PADA

SISTEM PLTS TERHUBUNG JALA-JALA DI KABUPATEN SUMBA BARAT DAYA

Kholid Akhmad, Riza, Nur Aryanto Aryono, Hamzah Hilal .................................................................... 31

KINERJA SUB-SISTEM BATERAI PADA SISTEM PLTS TERHUBUNG JALA-JALA

YANG DILENGKAPI TEKNOLOGI EMS-KYUDENKO

Wulan Erna Komariah, Kholid Akhmad, Riza ........................................................................................ 39

PENGARUH WAKTU DAN DAYA PENGELASAN ULTRASONIK UNTUK APLIKASI

SAMBUNGAN KATODA ALUMINIUM DAN TAB ALUMINIUM BATERAI ION LITIUM

B4T 5000 mAh

Najmuddin Yahya .................................................................................................................................. 44

ANALISIS KELAYAKAN PENGEMBANGAN SISTEM MIKROGRID CERDAS BERBASIS

ENERGI TERBARUKAN UNTUK PABRIK ES NELAYAN DI KARIMUNJAWA

Harry Setyo Wibowo, Mukhlis Ali ......................................................................................................... 51

KONSEP STANDAR NASIONAL INDONESIA PRODUK ELEKTRONIKA BANK DAYA

Susanto Sigit Rahardi, Deni Cahyadi, Daniel Fajar P ............................................................................. 56

STUDI PERBANDINGAN MATERIAL UNTUK SISTEM PERPIPAAN PEMBANGKIT

LISTRIK TENAGA PANAS BUMI MELALUI ANALISA TEGANGAN DENGAN

MEMPERGUNAKAN PERANGKAT LUNAK DAN MENGACU PADA ASME B31.1

Nur Ihsan Alfat, Bambang Widyanto, Ekha Pandji Syuryana ................................................................ 64

MESIN GAMBAR LASER BERBIAYA RENDAH UNTUK MENDUKUNG PRODUKSI

INDUSTRI KREATIF DESAIN DAN KERAJINAN

Rini Handayani, Tedi Gunawan, Marlindia Ike Sari, Faizal Gifari .......................................................... 71

Seminar Nasional Teknologi Bahan dan Barang Teknik 2019: hal iv

FITUR SCADA PADA SISTEM PV-GRID DENGAN TEKNOLOGI EMS-KYUDENKO DI

BILACENGE-SUMBA

Eka Nurdiana, Kholid Akhmad, Hamzah Hilal, Nur Aryanto Aryono ..................................................... 77

PENGARUH SMART FACTORY DALAM MENDUKUNG SMART MANUFACTURING

SISTEM ERA INDUSTRI 4.0

Akim Windaru, Kholid Akhmad, Nur Aryanto Aryono .......................................................................... 83

SMART ALARM PADA SEPEDA MOTOR MENGGUNAKAN GPS DAN ARDUINO MEGA

2560 R3

Aldy Rachmat Surya, Endro Ariyanto, Sidik Prabowo, Mas’ud Adhi Saputra,. ..................................... 88

STUDI PEMETAAN RISIKO (KOROSI) PADA PIPA PENYALUR GAS MENGGUNAKAN

ANALISIS BOWTIE DENGAN MEMODIFIKASI METODE MUHLBAUER

Ekha Panji Syuryana, Muchamad Luthfi Ali, Bambang Widyanto ......................................................... 94

INOVASI JIG UJI KEBOCORAN KOMPONEN PIPA CAIRAN PENDINGIN PADA MESIN

OTOMOTIF 1500cc

Ramelan, Djoko W Karmiadji .............................................................................................................. 100

PERANCANGAN JIG DAN FIXTURE UNTUK PROSES PERMESINAN BLOK SILINDER

MESIN DIESEL

Tatang Hermawan, Djoko W Karmiadji ............................................................................................... 106

ANALISIS SENSITIVITAS KOMPOSISI BIJIH POLYPROPILENE DAN DAUR ULANG

HASIL PROSES CETAK PLASTIK TERHADAP KEKUATAN TARIK

Moh. Hartono, Samsul Hadi, Wirawan , Agus Sujatmiko, Irma Calista .............................................. 112

PENGEMBANGAN MOLD UNTUK PEMBUATAN GREEN-PART MATERIAL 17-4PH PADA

PROSES METAL INJECTION MOLDING

Haruman Wiranegara, Luky Krisnadi, Sina Jamilah ............................................................................. 119

POTENSI OCTANE BOOSTER BERBASIS SEL DARAH MERAH DARI LIMBAH DARAH

SAPI

Iman Pangestu, Fachrurrazie, Armi Wulanawati, Anggi Suprabawati ................................................ 125

SINTESIS DAN KARAKTERISASI BIOSORBEN DAUN RAMBUTAN BINJAI (Nephelium

lappaceum)

Dhiya Salsabila, Herawati2, dan Sutanto1 ............................................................................................ 130

PROSPEK PENGEMBANGAN SEL SURYA LAPISAN TIPIS BERBASIS CZTS DI

INDONESIA

Devic Oktora........................................................................................................................................ 134


PENGARUH TEMPERATUR SINTERING TERHADAP SIFAT

TERMOELEKTRIK PADUAN 80CU20ZN

THE EFFECT OF SINTERING TEMPERATURE ON TERMOELECTRIC

PROPERTIES IN 80CU20ZN ALLOY

Sri Mulyati Latifah1, a, M. Bayu Feby Anggoro1, b, Dedi 2, c, Kusharjanto1, d

1 Teknik Metalurgi, Fakultas Teknologi Manufaktur Universitas Jenderal Achmad Yani

Jl. Gatot Subroto PO Box 807 (PT PINDAD), Telp 022-7320920 Bandung 40285 2 Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia-Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi

Jl. Sangkuriang, Komplek LIPI, Gd 20, Cisitu Dago Kecamatan Coblong Bandung 40135 a [email protected]

b [email protected] c [email protected]

d [email protected]

ABSTRAK

Kebutuhan akan energi menjadi masalah besar bagi manusia karena permintaan energi yang terus

tumbuh, sehingga diperlukan sumber energi yang lebih bersih dan berkelanjutan. Termoelektrik menawarkan

energi berkelanjutan dengan cara mengubah energi panas yang terbuang menjadi energi listrik. Material

80Cu20Zn dibuat melalui proses metalurgi serbuk dengan tahapan milling, kompaksi dan sintering, dengan

berat sampel 1,5 gram yang dibentuk menjadi pellet tablet. Selanjutnya dilakukan proses sintering dengan

memvariasikan temperatur sebesar 650˚C, 750˚C dan 850˚C dengan tujuan untuk mengetahui pengaruh

temperatur sintering terhadap sifat termoelektrik dan mekanik. Hasil karakterisasi menunjukkan nilai densitas

Archimedes tertinggi diperoleh pada temperatur sintering 650˚C yaitu 7,331 g/cm3 dengan nilai kekerasan

sebesar 93,25 HVN. Hasil pengukuran sifat Termoelektrik (LSR-4) pada temperatur pengujian 114,4˚C

diperoleh nilai koefisien Seebeck sebesar -3,043 μV/K dan Power Factor sebesar 114,5 W/mK2. Dengan

meningkatnya nilai koefisien Seebeck dan Power Factor, maka sifat mekanik juga meningkat dikarenakan nilai

densitasnya yang tinggi.

Kata kunci : 80Cu20Zn, Termoelektrik, Metalurgi Serbuk, Sintering dan Kekerasan

ABSTRACT

Energy requirement is the big problem for humans, especially because the high demand of energy that

make sustainable source of energy is needed. Thermoelectric offers sustainable energy by converting the loss of

heat energy into electricity. The 80Cu20Zn material was made through a powder metallurgical process with

stages of milling, compacting and sintering, with a weight of 1.5 grams of sample formed into pellet tablets. The

sintering process was then carried out by varying the temperature of 650˚C, 750C and 850˚C, to determine the

effect of sintering temperature on thermoelectric and mechanical properties. The characterization showed that

the highest Archimedes density value was obtained at the sintering temperature of 650˚C which was 7.331

g/cm3 followed by hardness value of 93.25 HVN. Thermoelectric properties (LSR-4) at measurement at the

temperature of 114.4˚C resulted for the Seebeck coefficient of -3.043 μV/K and Power Factor 114.5 W/mK2.

The increase of Seebeck and Power Factor value will escalate, the mechanical properties due to the high

density value.

Key words: Thermoelectric, 80Cu20Zn, Powder Metallurgy, Sinteringand Hardness

mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]

Pengaruh Temperatur Sintering Terhadap Sifat Termoelektrik Paduan 80Cu20Zn


1. PENDAHULUAN

Konsumsi energi di Indonesia

meningkat dengan rata-rata 3% per tahun

dengan pertumbuhan rata-rata sekitar 4,7% per

tahun pada rentang 2011-2030 [1]. Energi

Termoelektrik adalah metode yang

mengkonversi energi panas yang tersedia

secara bebas dan mengubahnya menjadi

energi mekanik atau listrik [2]. Teknologi

Termoelektrik (TE) adalah perangkat

pembangkit listrik yang dirancang untuk

mengubah panas menjadi energi listrik

(Generator Termoelektrik) [3].

Berdasarkan penelitian sebelumnya

material yang digunakan untuk bahan

termoelektrik adalah berbasis Cu dengan

paduan Cu2ZnSnSe4 yang mempunyai nilat

ZT sebesar 0,95 pada temperatur 850K [4].

Pemilihan material untuk termoelektrik paduan

80Cu20Zn ini berkaitan erat dengan potensi

kebutuhan material alternatif yang dapat

memenuhi persyaratan sebagai material

termoelektrik dan memiliki kekuatan yang

unggul serta biaya prosesnya yang relatif

murah. Generator termoelektrik adalah suatu

pembangkit listrik yang didasarkan pada efek

Seebeck. Efek ini yang terjadi pada rangkaian

logam tembaga dan besi yang diletakkan pada

jarum kompas, yang mana saat sisi logam

tersebut dipanaskan maka akan menyebabkan

jarum kompas bergerak. Fenomena ini

kemudian dikenal dengan efek Seebeck [2].

Saat diberikan suhu yang berbeda pada

sambungan, maka akan terjadi perbedaan

tegangan [5]. Efek Seebeck dapat ditentukan

dengan formula (1.1):

𝛼=− = (1.1)

dengan 𝛼: Koefisien Seebeck, ΔV: Perbedaan Tegangan (Volt), ΔT: Perbedaan Suhu (K).

Power factor merupakan sifat elektrik

untuk menentukan kegunaan bahan dalam

generator thermoelectric atau pendingin

thermoelectric. Power factor dihitung dengan

konduktivitas listrik, koefisien seebeck dan

koefisien konduktivitas listrik dibawah

perbedaan suhu yang diberikan [6]. Formula

untuk Power Factor ditunjukkan pada (1.2):

𝑃𝐹=𝜎𝛼2 (1.2)

dengan PF: Power factor, σ: Konduktifitas

listrik, α: koefisien Seebeck bahan (V/K).

Tahapan proses metalurgi serbuk

dimulai dari persiapan material, mixing,

kompaksi dan sintering dapat ditunjukkan

pada Gambar 1.1.

Gambar 1.1 Tahapan proses Metalurgi Serbuk

[7].

Penelitian ini mempunyai tujuan untuk

mengetahui pengaruh variasi temperatur

sintering terhadap sifat Termoelektrik, sifat

mekanik dan struktur mikro paduan

80Cu20Zn. Dengan ruang lingkup penelitian

yaitu memvariasikan temperatur sintering

yaitu 650˚C, 750˚C dan 850˚C, serta waktu

proses sintering dengan penahanan waktu

(holding time) selama 5 jam.

2. BAHAN DAN METODE

Proses pembuatan bahan

Thermoelektrik dilakukan dengan metode

metalurgi serbuk konvensional. Bahan yang

digunakan adalah Cu 80%, Zn 20% pro

analize dari Merck. Bahan tersebut dibuat 3

sampel dengan masing-masing berat total

1,5gram berbentuk pellet tablet. Proses mixing

kemudian dilakukan menggunakan alat milling

selama 30 menit. Setelah proses mixing, proses

kompaksi basah (pemadatan serbuk

menggunakan temperatur kamar) dilakukan

dengan parameter kompaksi yaitu tekanan

kompaksi maksimum 203,8 kg/cm2, tekanan

yang digunakan 60 kg/cm2, waktu penahanan

10 detik, dengan menggunakan diameter dies

11 mm.

Selanjutnya dilakukan proses sintering

dengan variasi temperatur yaitu 650˚C, 750˚C

dan 850˚C selama 5 jam, diawali dengan pre-

heat pada temperatur 400˚C dengan penahanan

selama 1 jam. Jenis tungku yang digunakan

untuk proses sintering adalah Muflle Yamato

FD41.

Pada Gambar 2.1. ditunjukkan diagram

fasa biner CuZn dalam ASM Metal Hanbook

Vol. 3 digunakan untuk menentukan

temperatur sintering sebesar 2/3 dari

temperatur melting (1010˚C), dengan

komposisi 80Cu20Zn berada pada temperatur

673,3˚C [8], dan berkisar antara 0,7-0,85 Tm [

9,11].

Sri Mulyati Latifah, M. Bayu Feby Anggoro, Dedi, Kusharjanto


Gambar 2.1 Diagram Fasa Biner Cu-Zn dengan

Variasi Temperatur Sintering 650˚C, 750˚C dan

850˚C [10,12].

Karakterisasi sampel hasil proses

dilakukan menggunakan beberapa pengujian

yaitu : 1) Pengujian densitas secara dimensi

menggunakan rumus densitas dan Archimides

(menggunakan perbandingan berat kering dan

berat basah saat di dalam air). 2) Pengujian

thermoelektrik menggunakan alat uji LSR-4

dengan kapasitas temperatur sampai 800˚C,

pengukuran range Seebeck dari 1 sampai

2500μV/K, pengukuran range Electric

Resistivity dari 0,01 sampai 2.105 S/cm

dengan material Elektroda yang digunakan

Nikel/Platinum. 3) Pemeriksaan Metalografi

mengggunakan alat Mikroskop Optik untuk

mengidentifikasi fasa-fasa yang terbentuk.

Preparasi sampel menggunakan standar ASTM

E3-01 dan E7-03, etsa menggunakan standar

ASTM E407-99. Larutan etsa yang digunakan

adalah HCl 10 ml dan Aquades 100 ml. Untuk

dapat mengetahui morfologi permukaan

dengan lebih jelas, dilakukan pemeriksaan

dengan menggunakan SEM/EDS dengan

pembesaran 500x sampai 1000x. Sedangkan

EDS dilakukan untuk mengetahui unsur-unsur

yg terkandung dalam bahan 80Cu20Zn.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil pengujian kekerasan

menggunakan metoda micro Hardness Vickers

dengan beban indentor 50 gram dilakukan

pada 10 titik pengujian pada variasi temperatur

sintering yaitu 650˚C, 750˚C dan 850˚C.

Gambar 3.1 Kurva nilai kekerasan rata-rata

dan penurunan kekerasan.

Gambar 3.1 menunjukkan hasil

pengujian kekerasan, nilai tertinggi adalah

sebesar 93,26 HVN yang diperoleh pada

temperatur sintering 650˚C dan nilai kekerasan

menjadi turun pada temperatur sintering750C

yaitu sebesar 72,60 HVN, dan pada temperatur

sintering 850˚C dengan nilai kekerasan 38,70

HVN. Persen penurunan kekerasan dari

temperatur 650˚C ke 750˚C sebesar 22,15%

dan dari 750˚C ke 850˚C adalah sebesar

58,5%.

Gambar 3.2 Nilai densitas dan nilai

kekerasan berbanding lurus dan berpengaruh

pada kenaikan

Dari Gambar 3.2. hasil pengujian

densitas secara perhitungan dimensi dan

Archimedes diperoleh bahwa nilai densitas

Archimedes tertinggi adalah pada temperatur

sintering 650˚C dengan nilai 7,331 g/cm3.

Semakin tinggi temperatur sintering, nilai

densitas semakin menurun. Temperatur

750˚C dengan nilai densitas sebesar 7,286

g/cm3dan temperatur 850˚C dengan nilai 7,111

g/cm3. Hal ini dapat terjadi karena Zn

memiliki titik cair yang rendah (420˚C)

sehinga pada temperatur tinggi Zn mudah



menguap. Terjadinya penguapan

mengakibatkan adanya pertumbuhan porositas

antar partikel pada permukaan sampel.

Sehingga tingginya temperatur sintering

menyebabkan pertumbuhan porositas menjadi

semakin besar pula.

Dari hubungan tersebut dapat terlihat

bahwa semakin tinggi temperatur sintering

akan membuat nilai kekerasan menjadi

semakin turun. Hal ini disebabkan karena

semakin kecil nilai densitas akan menurunkan

kepadatan, sehingga butir-butir menjadi

semakin kasar dan akan menurunkan nilai

kekerasannya.

Gambar 3.3 adalah hasil pengujian

termoelektrik dengan pemanasan yang

berbeda-beda menghasilkan α: nilai koefisien

Seebeck bahan (V/K), ρ: Resistivitas listrik

bahan (ohm.m), dan PF: Power Factor.

Hubungan antara nilai koefisien Seebeck, nilai

Resitivitas Listrik dan nilai Power Factor

terhadap variasi temperatur sintering 650˚C,

750˚C dan 850˚C.

(a)

(

b)

(c)

Gambar 3.3 Hubungan Temperatur sintering

terhadap: (a) Nilai koefisien Seebek (b) Nilai

resitivitas listrik (c) Nilai Power Factor.

Dari Gambar 3.3(a). pada variasi

temperatur sintering 650˚C didapat nilai

koefisien Seebeck sebesar -3,043 µV/K pada

pemanasan 114,4˚C. Nilai minus tersebut

menunjukkan material tipe-n atau

semikonduktor yang terbilang memiliki jumlah

muatan electron yang banyak. Pada vasiasi

temperatur sintering 750˚C nilai koefisien

Seebeeck menurun drastis sebesar -0,484

µV/K. Fenomena ini berbanding jauh pada

variasi temperatur sintering 850˚C dengan

nilai koefisien Seebeck sebesar -2,157 µV/K

yang mana nilai tersebut tidak jauh berbeda

dengan variasi temperatur sintering 650˚C.

Dari Gambar. 3.3 (b) dan (c) pengujian

termoelektrik mendapatkan nilai resitivitas

listrik dan Power Factor dengan pemanasan

114,4˚C pada variasi temperatur sintering

650˚C masing-masing adalah 0,0885

µOhm.m, dan 0,1145 mW/mK2. Sedangkan

nilai resitivitas listrik dan Power Factor

terendah diperoleh pada temperatur sintering

850˚C yaitu sebesar 0,0507 µOhm.m dan

0,0921 mW/mK2 .

Jadi, semakin tinggi temperatur

sintering akan membuat nilai koefisien

Seebeeck menjadi semakin menurun. Hal ini

dikarenakan prinsip koefisien Seebeck yang

disambungkan pada kedua ujung material akan

memberikan transfer electron dari dua

temperatur yang berbeda (Thot ke Tcol)

dengan potensial tegangan yang berbeda.

Sehinggga material dengan nilai densitas

paling tinggi yang memiliki porositas rendah,

akan menghasilkan nilai koefisien Seebeck

yang lebih tinggi, dikarenakan hambatan

transfer electron semakin kecil. Gambar 3.4



menunjukkan kurva perbandingan yang

diambil dari nilai koefisen Seebeck yang

tertinggi terhadap nilai densitas Archimedes.

Gambar 3.4 Korelasi hubungan nilai densitas

Arhimides dengan nilai seebeck.

Power Factor adalah energi listrik yang

dihasilkan dari temperatur yang ditentukan.

Sehingga semakin tinggi nilai koefisien

Seebeck maka, semakin tinggi juga nilai

Power Factor. Hal ini dikarenakan Power

Factor dihasilkan dari nilai konduktivitas

listrik (σ) dan koefisien Seebeck (α). Gambar

3.5 menunjukkan perbandingan korelasi antara

nilai Seebeck dan Power Factor.

Gambar 3.5 Korelasi perbandingan antara

nilai Seebeck dan Power Factor

Gambar 3.6 menunjukkan data

perbandingan antara nilai Power Factor pada

pemanasan 27˚C, 77˚C dan 127˚C dengan

referensi material Cu2xSe (1,75



(c)

Gambar 3.7 Perbedaan Hasil Metalografi

variasi Temperatur sintering perbesaran 500x

Temperatur (a) 650˚C (b) 750˚C (c) 850˚C.

Nilai porositas pada temperatur sintering

650˚C adalah sebesar 6,056%, dimana nilai itu

lebih kecil dibandingkan variasi temperatur

sintering 750˚C yang mencapai 15,361 % dan

850˚C sebesar 22,303 %. Nilai porositas yang

tinggi menunjukkan laju dari kepadatan butir

relatif terhadap porositas yang terjadi pada

tahapan akhir proses sintering. Porositas

diakibatkan oleh penyusutan dan gas yang

terjebak karena menguapnya serbuk pemadu

(Zn). Porositas juga akan mempengaruhi sifat

mekanik dan termoelektriknya. Struktur yang

berpori akan menurunkan kekuatan dan

kekerasan pada sampel. Jika dibandingkan

struktur yang padat memiliki batas butir

halus/kecil dan meluas ke seluruh permukaan

sampel akan menghasilkan sifat mekanik dan

termoelektrik yang semakin baik. Struktur yang

padat dapat menghasilkan hambatan transfer

electron semakin kecil dan hasil kekerasan

yang jauh lebih baik, dibandingkan dengan

struktur berpori yang memiliki batas butir

besar.

Terbentuknya fasa hasil metalografi

dapat diidentifikasi secara visual dan dapat

dibuktikan dengan menggunakan diagram fasa

biner Cu-Zn. Gambar 2.1 memperlihatkan fasa-

fasa yang terbentuk pada setiap temperatur dan

komposisi. ASM Handbook Vol.3 menjelaskan

diagram fasa Biner Cu-Zn, dengan komposisi

0-38% Zn didapatkan fasa α-Cu dan komposisi

38-56% Zn didapatkan fasa β. Pada fasa α-Cu

memiliki struktur FCC dan di fasa β memiliki

struktur BCC. Paduan 80Cu20Zn pada

temperatur sintering 650˚C, 750˚C dan 850˚C

dengan komposisi 20% Zn didapatkan fasa α-

Cu dengan struktur kristal FCC.

Gambar 3.8 memperlihatkan perbedaan

struktur mikro hasil dari mikroskop optik dan

SEM pada temperatur sintering 650˚C. Hasil

SEM memperlihatkan terbentuknya fasa α-Cu

dengan matrik Cu berwarna kehitaman dan Zn

berwarna putih. Fasa α-Cu terjadi dikarenakan

sifat Zn yang terlarut kedalam matrik Cu

dengan komposisi Zn lebih rendah dari Cu dan

terlihat adanya porositas.

Gambar 3.8 Perbedaan hasil Mikroskop optik

dan SEM temperatur sintering 650˚C

pembesaran 500x (a) Mikroskop Optik (b)

SEM

Gambar 3.9 hasil pengujian EDS

menunjukkan prosentase unsur-unsur Cu dan

Zn yang terdapat pada paduan 80Cu20Zn

dengan kandungan 82,56 % Cu dan 17,44%

Zn. Dibandingkan dengan target nilai tersebut

masuk dalam standar dengan margin error

kurang dari 5%.

Gambar 3.9 Hasil pengujian EDS paduan

80Cu20Zn temperatur sintering 650˚C.

3. KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Temperatur 650˚C menghasilkan nilai

tertinggi untuk koefisien Seebeck -3,043 μV/K,

Resistivitas listrik 0,0885 μOhm.m dan Power

Factor 0,1145 mW/mK2 dengan nilai densitas

7,331 g/cm3 dan kekerasan 93,28 HVN.

Struktur mikro yang terbentuk yaitu fasa α-Cu

dengan kerapatan dan bentuk butir yang padat

serta halus dibandingkan dengan temperatur

sintering 750˚C dan 850˚C. Bentuk Butir yang

Z

n

Porosit

as Porositas

as

C

u b a



halus akan menghasilkan sifat mekanik dan

termoelektrik yang semakin baik, karena

struktur yang padat dapat mengahasilkan

hambatan transfer electron menjadi semakin

kecil dan hasil kekerasanya menjadi tinggi.

Saran

Untuk meningkatkan nilai koefisien

Seebeck, Power Factor perlu dilakukan

penelitian lanjutan dengan memvariasikan

tekanan kompaksi dan waktu milling.

5. UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih

kepada PPET-LIPI Bandung, Jurusan Teknik

Metalurgi Fakultas Teknologi Manufaktur –

UNJANI.

6. DAFTAR PUSTAKA

[1] A. Dharma, "Outlook Energi Indonesia". 2013.

[2] N. Aimable, “For Waste Heat Recovery In Local Process Industry”, 2017.

[3] D. Beretta, “Materials Science & Engineering R Thermoelectrics”, From

History, A Window To The Future,”

No. July, 2018.

[4] P. Qiu, X. Shi, an L. Chen, “Cu-Based

Thermoelectric Materials,” Vol. 3, 85–

97, 2016.

[5] M. Ilham, S. Eka, M. Putra, Dan P. S. Fisika, “Termoelektrik,” No. 1,1–5,

2013.

[6] R

. A. Kishore, S. Priya, “A Review On

Low-Grade Thermal Energy Harvesting:

Materials, Methods And Devices,”

Materials (Basel)., Vol. 11, No. 8, 2018.

[7] T. Tsutsui, “Recent Technology Of Powder Metallurgy And Applications,”

Hitachi Chem. Tech. Rep. No.54, No. 54,

12–20, 2012.

[8] R. Mcgrath, “International Journal Of Powder Metallurgy - Focus Issue:

Precious Metals,” Platin. Met. Rev., Vol.

54, No. 2, 122–124, 2010.

[9] H. Danninger, R. De Oro Calderon, And C. Gierl-Mayer, “Powder Metallurgy

And Sintered Materials,” Ullmann’s

Encycl. Ind. Chem.,1–57, 2017.

[10] A.P Miodownik, The Cu–Zn (Copper and Zinc) System. In Phase Diagrams Of

Binary Copper Alloys, Vol. 2, 1987.

[11] German, M. Randall, “Powder Metallurgy Science” 2nd edition, The

Pennsylvania State University, MPIF,

Princenton New Jersey USA, 1994

[12] ASM International, Materials Park, OH, “Binary Alloy phase Diagram, 2nd

edition, Vol 2 T.B. Massalski, Edition-

in-Chief, 1990.

[13] ASM International Handbook Committee, “The Materials Information

Company”, Technology Vol. 2, Hal.

3470, 2001.

[14] J. Yu, K. Zhao, P. Qiu, X. Shi, Dan L. Chen, “Thermoelectric Properties Of

Copper-Deficient Cu2-Xse (0.05 ≤ X ≤

0.25) Binary Compounds,” Ceram.Int.,

Vol. 43, No. 14, 11142–11148, 2017


PENGARUH PENAMBAHAN BUSA POLIURETAN TERHADAP

KEKUATAN TEKAN DAN SIFAT SERAP SUARA KOMPOSIT

SANDWICH TENUNAN 3 DIMENSI

EFFECT OF POLYURETHANE FOAM ADDITION TO FLAT WISE

COMPRESSION STRENGTH AND NOISE REDUCTION COEFFICIENT ON 3

DIMENSIONAL WOVEN SANDWICH COMPOSITE

Hermawan Judawisastra1*, Chairani Tiara Sayyu1, Dodi Ihsan Taufiq1 1Program Studi Teknik Material, Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara, Institut Teknologi Bandung,

Jalan Ganesha No. 10, Bandung, 40132,

*E-mail: [email protected]

ABSTRAK

Material sandwich memiliki sifat bending spesifik yang tinggi, namun memiliki ketahanan delaminasi yang

rendah. Komposit sandwich tenunan 3 dimensi (3D) memiliki kulit yang terintegrasi dengan inti sehingga ketahanan

delaminasi meningkat dan menghasilkan rongga yang saling terkoneksi. Sandwich ini memiliki kekuatan tekan sisi

kulitnya yang relatif rendah. Busa poliuretan memiliki struktur berpori namun memiliki densitas yang lebih tinggi

daripada inti komposit sandwich tenunan 3D. Saat ini komposit sandwich tenunan 3D telah dibuat dan memiliki

potensi untuk diaplikasikan sebagai pelapis lantai dan panel kereta api ringan di Indonesia. Dalam aplikasi ini,

dibutuhkan kekuatan tekan inti dan sifat serap suara yang baik. Pada penelitian ini, dikaji pengaruh penambahan

busa poliuretan terhadap perubahan kekuatan tekan dan serap suara komposit sandwich tenunan 3D serat gelas -

poliester. Komposit sandwich tenunan 3D serat gelas – poliester dibuat dengan metode laminasi. Busa poliuretan

dengan komposisi poliol:isosianat sebesar 50:50 berat diinjeksikan kedalam inti komposit sandwich. Kekuatan tekan

diperoleh dari pengujian tekan dan sifat serap suara diperoleh dari pengujian tabung impedansi. Penambahan busa

poliuretan kedalam inti komposit sandwich tenunan 3D berhasil meningkatkan densitas inti komposit sebesar 16%,

meningkatkan kekuatan tekan inti sebesar 80% dan meningkatkan nilai koefisien serap suara rata-rata NRC sebesar

60%.

Kata kunci: Sandwich, komposit, tenunan, kekuatan tekan, sifat serap suara

ABSTRACT

Sandwich materials have high specific bending properties but low delamination strength. 3D woven

sandwich composite has a skin that integrated with its core which result in high delamination strength and

interconnected pore. This composite has a low flatwise compressive strength. Polyurethane foam is common to be

used as core in sandwich materials. 3D woven sandwich composite has been used as floor panel cover on train,

which needs a good flatwise compressive strength and sound absorption properties. In this study, the effect of

polyurethane foam injection to flatwise compressive strength and sound absorption properties of 3D woven

sandwich glass fiber – polyester composite were examined. 3D woven sandwich composite was made with

lamination method. Polyurethane foam with a ratio of 50:50 by weight polyol to isocyanate was injected into

composite’s core. Flatwise compressive strength was obtained by compression test and sound absorption properties

was obtained by impedance tube test. The injection of polyurethane foam to 3D woven sandwich composite

succeeded in increasing core’s density by 16%, increasing flatwise compressive strength by 80%, and increasing

noise reduction coefficient NRC by 60%.

Keywords: Sandwich, composites, woven, compression strength, sound absorption

1. PENDAHULUAN Material sandwich umum diaplikasikan

pada konstruksi yang terkena beban bending

seperti panel pada kereta, lambung kapal dan

spoiler pada truk [1]. Salah satu kelemahan

material sandwich adalah mudah mengalami

Pengaruh Penambahan Busa Poliuretan terhadap Kekuatan Tekan dan Sifat Serap Suara Komposit

Sandwich Tenunan 3 Dimensi


delaminasi [2]. Material sandwich tenunan 3

dimensi (3D) telah dikembangkan dan dapat

meningkatkan ketahanan delaminasi material

sandwich karena lapisan kulit pada material

sandwich tenunan 3D yang terintegrasi dengan

lapisan inti dan membentuk rongga pada inti

yang saling terkoneksi [3][4], lihat Gambar 1.

Komposit sandwich tenunan 3D memiliki

kelemahan yaitu sifat geser inti dan sifat tekan

sisi kulit yang relatif lebih rendah dibandingkan

jenis material sandwich lainnya [5]. Busa

poliuretan sudah umum digunakan dalam

konstruksi sandwich [6] dan memiliki potensi

untuk meningkatkan kekuatan tekan komposit

sandwich tenunan 3D melalui injeksi busa

kedalam inti komposit sandwich. Hal tersebut

dikarenakan busa poliuretan memiliki densitas

yang lebih tinggi dibandingkan inti komposit

sandwich tenunan 3D. Peningkatan densitas inti

pada komposit sandwich terbukti dapat

meningkatkan sifat tekan sisi kulit komposit

sandwich [6]. Selain itu, busa poliuretan juga

memiliki struktur berpori sehingga dapat

menyerap gelombang suara yang datang [7].

Busa poliuretan dapat dimasukkan ke dalam inti

komposit sandwich tenunan 3D karena adanya

inti berongga yang saling terkoneksi.

Gambar 1 Tenunan 3 Dimensi Serat Gelas

Dengan Lapisan Kulit yang Terintegrasi dengan

Lapisan Inti

Gambar 2 Komposit Sandwich Tenunan 3D

untuk Prototipe Pelapis Lantai Kereta Api Ringan

[8]

Saat ini komposit sandwich tenunan 3D

telah dibuat dan memiliki potensi untuk

diaplikasikan sebagai pelapis lantai dan panel

kereta api ringan di Indonesia [8, 9]. Prototipe

lantai komposit sandwich telah dibuat dan dapat

dilihat pada Gambar 2 [8]. Dalam aplikasi ini,

dibutuhkan kekuatan tekan inti dan sifat serap

suara yang baik. Tujuan dari penelitian ini adalah

meningkatkan kekuatan tekan dan sifat serap

suara dari komposit sandwich tenunan 3D

melalui penambahan busa poliuretan.

2. BAHAN DAN METODE

Bahan

Komposit yang digunakan dibuat dari

sandwich tenunan serat gelas 3D dengan tinggi

kolom 6 mm yang berasal China Behai

Fiberglass dan resin poliester dari PD Marcus

Bandung. Busa poliuretan yang digunakan

menggunakan isosianat jenis MDI dan polyol

jenis JKR-7631L yang berasal dari PT Justus

Kimia Raya Bandung.

Metode Pembuatan Sampel

Komposit sandwich tenunan 3D serat

gelas – poliester dimanufaktur dengan metode

laminasi dengan rasio berat serat terhadap resin

1:1.5. Busa poliuretan dengan rasio isosianat

terhadap poliol 50:50 berat diinjeksikan kedalam

inti komposit sandwich dari satu sisi terbuka di

arah pakan (lihat Gambar 1), ketiga sisi lain

komposit sandwich dibuat tertutup. Komposit

sandwich tanpa penambahan busa poliuretan

diberi kode UF dan komposit sandwich dengan

penambahan busa poliuretan diberi kode F.

Karakterisasi Sampel

Beberapa pengujian dilakukan pada

sampel komposit sandwich yang telah dibuat:

a. Evaluasi konstruksi inti komposit sandwich

tenunan 3D tanpa atau dengan penambahan busa

poliuretan dengan mikroskop stereo. Pemeriksaan

mikroskop stereo dilakukan di laboratorium

teknik material ITB. Uji mikroskopstereo

dilakukan pada arah pakan dan arah lusi

komposit sandwich.

b. Evaluasi struktur dan jenis sel busa poliuretan

melalui pemeriksaan dengan Scanning

Microscope Electron (SEM). Pemeriksaan SEM

dilakukan di Politeknik Manufaktur Bandung. Uji

SEM dilakukan pada spesimen busa poliuretan

yang telah dilapisi oleh Au dan diuji pada voltase

5 kV.

c. Uji densitas, dilakukan untuk mendapatkan

densitas sandwich dan densitas inti dari komposit

sandwich tenunan 3D tanpa atau dengan

penambahan busa poliuretan. Densitas total

komposit sandwich didapatkan dengan

menggunakan persamaan 1. Densitas inti

Hermawan Judawisastra, Chairani Tiara Sayyu, Dodi Ihsan Taufiq


komposit didapatkan setelah mengetahui densitas

total komposit sandwich dan densitas kulit

komposit sandwich, dengan menggunakan

persamaan 2. m = ρ V Persamaan 1

Dimana,

m = massa spesimen (gram)

V = volume spesimen (mm3)

= densitas spesimen (gram/mm3)

Persamaan 2

Dimana,

i = densitas inti komposit sandwich (gram/mm3)

s = densitas komposit sandwich (gram/mm3)

k = densitas kulit komposit sandwich

(gram/mm3)

d. Uji tekan, dilakukan untuk mendapatkan

kekuatan tekan sisi kulit dari komposit sandwich

tenunan 3D, lihat Gambar 3. Uji tekan dilakukan

dengan mesin Tarno Grouchy di laboratorium

metalurgi dan Teknik material ITB. Uji tekan

dilakukan berdasarkan standar ASTM C365 [10]

dengan ukuran spesimen 50 mm x 50 mm.

Kekuatan tekan diperoleh dari persamaan 3.

c = Fmax/A Persamaan 3

Dimana,

c = kekuatan tekan inti komposit (MPa)

Fmax = gaya maksimum di puncak pertama pada

kurva hasil uji tekan (N)

A = luas penampang inti komposit (mm2)

Gambar 3 Uji tekan sisi kulit komposit

sandwich tenunan 3D

e. Uji serap suara, dilakukan untuk mendapatkan

kemampuan serap suara atau koefisien serap

suara dari komposit sandwich tenunan 3D tanpa

atau dengan penambahan busa poliuretan. Uji

serap suara dilakukan dengan menggunakan

tabung impedansi di laboratorium teknik fisika

ITB dengan standar ISO 10534-2 [11]. Uji serap

suara dilakukan pada frekuensi 80 Hz hingga

6300 Hz. Koefisien penyerapan suara rata-rata,

noise reduction coefficient (NRC) dihitung

dengan menggunakan persamaan 4 [7].

Persamaan 4

Dimana, 𝛼250 = koefisien serap suara pada frekuensi 250 Hz

𝛼500 = koefisien serap suara pada frekuensi 500 Hz




Hasil Pemeriksaan Konstruksi Inti Sandwich

dan Busa Poliuretan

Hasil pemeriksaan konstruksi inti

sandwich dapat dilihat pada Gambar 5. Evaluasi

pada konstruksi inti sandwich, pada arah pakan

dan lusi, sebelum dan sesudah injeksi busa

memperlihatkan bahwa penambahan busa

poliuretan berhasil dilakukan pada inti komposit

sandwich tenunan 3D.

Gambar 5 Konstruksi inti komposit sandwich

tenunan 3D tanpa (UF) dan dengan (F) busa

poliuretan

Hasil pemeriksaan struktur busa poliuretan,

seperti terlihat pada Gambar 6, memperlihatkan

struktur busa poliuretan dengan sel tertutup

dengan ukuran pori sekitar 0,5 sampai dengan 1

mm.




Gambar 6 Struktur busa poliuretan

Hasil Uji Densitas

Densitas sandwich dan inti komposit

sandwich tenunan 3D tanpa dan dengan

penambahan busa poliuretan dapat dilihat pada

Gambar 7. Densitas inti komposit sandwich yang

lebih rendah dibandingkan densitas komposit

sandwich sesuai dengan konsep material

sandwich dimana inti harus memiliki densitas

yang sangat rendah. Gambar 7 memperlihatkan

bahwa penambahan busa poliuretan

meningkatkan densitas komposit sandwich

tenunan 3D dari 0.388 g/cm3 jadi 0.432 g/cm3

atau sebesar 11%. Densitas inti komposit

sandwich tenunan 3D meningkat sebesar 16%,

dari semula 0.267 g/cm3 menjadi 0.311 g/cm3.

Peningkatan densitas komposit sandwich dan

densitas inti komposit sandwich terjadi karena

rongga inti sandwich berhasil diisi oleh busa

poliuretan sesuai dengan hasil pemeriksaan

konstruksi inti pada Gambar 5.

Gambar 7 Densitas Sandwich dan Inti Komposit

Sandwich Tenunan 3D Tanpa (UF) dan Dengan

(F) Penambahan Busa Poliuretan

Hasil Uji Tekan

Dari pengujian tekan, diperoleh kurva

tegangan regangan untuk sampel komposit

sandwich tenunan 3D tanpa dan dengan

penambahan busa poliuretan, lihat Gambar 8.

Kedua kurva memiliki pola yang serupa.

Kenaikan tegangan dan regangan terjadi sampai

mencapai tegangan maksimum yang merupakan

kekuatan tekan dari komposit sandwich. Setelah

mencapai kekuatan tekan, tegangan mengalami

penurunan akibat buckling yang terjadi pada

kolom di dalam inti komposit sandwich [9]. Saat

regangan semakin besar, kembali terjadi

kenaikan tegangan kembali akibat fenomena

densifikasi pada inti komposit sandwich [9].

Pada Gambar 8 dapat dilihat bahwa, pada

regangan yang sama, komposit sandwich dengan

busa poliuretan memiliki tegangan serta kekuatan

yang lebih tinggi dibandingkan dengan komposit

sandwich tanpa busa. Namun komposit sandwich

dengan busa poliuretan terlihat lebih getas

dibandingkan dengan komposit sandwich tanpa

busa. Kedua hal ini berkaitan dengan

meningkatnya ketahanan buckling kolom kolom

pada inti komposit sandwich tenunan 3D akibat

penambahan busa poliuretan.

Gambar 8 Kurva Tegangan Regangan Hasil Uji

Tekan Sempel Komposit Sandwich Tanpa (UF)

dan Dengan (F) Busa Poliuretan

Gambar 9 Kekuatan Tekan Sisi Kulit Komposit

Sandwich Tenunan 3D Tanpa (UF) dan Dengan

(F) Busa Poliuretan

Gambar 9 menunjukkan kekuatan tekan

sisi kulit sampel komposit sandwich tenunan 3D

Hermawan Judawisastra, Chairani Tiara Sayyu, Dodi Ihsan Taufiq


tanpa dan dengan busa poliuretan. Dapat dilihat

bahwa penambahan busa poliuretan berhasil

meningkatkan kekuatan tekan sisi kulit dari

komposit sandwich tenunan 3D sebesar 80% dari

semula 1.32 MPa menjadi 2.37 MPa. Hal tersebut

dikarenakan penambahan busa poliuretan

mengisi ruang kosong pada bagian inti komposit

sandwich tenunan 3D, seperti yang terlihat dari

hasil pemeriksaan konstruksi inti sandwich pada

Gambar 5 dan hasil pengujian densitas pada

Gambar 7. Penambahan busa poliuretan pada inti

berongga komposit sandwich akan meningkatkan

penampang inti, menurunkan tegangan yang

terjadi pada inti, dan meningkatkan ketahanan

terhadap buckling pada inti.

Hasil Uji Serap Suara

Grafik hasil uji serap suara pada

komposit sandwich tenunan 3D tanpa dan dengan

penambahan busa poliuretan pada seluruh

frekuensi dapat dilihat pada Gambar 10. Gambar

10 memperlihatkan bahwa seiring dengan

meningkatnya frekuensi gelombang bunyi, sifat

serap suara komposit sandwich tenunan 3D

cenderung meningkat. Hal tersebut dikarenakan

semakin tinggi frekuensi, maka panjang

gelombang bunyi semakin pendek, sehingga

semakin mudah gelombang bunyi yang diserap

oleh material [12]. Namun pada frekuensi

tertentu, koefisien serap suara komposit sandwich

mengalami penurunan akibat dari coincidence

effects yang ditentukan oleh sifat damping

material [13]. Dari Gambar 10, dapat dilihat

bahwa komposit sandwich tanpa busa (UF)

memiliki coincidence effect yang sangat

signifikan, terutama pada frekuensi sekitar 2000

Hz. Hal ini dapat disebabkan karena komposit

sandwich tanpa busa memiliki sifat damping

yang cenderung lebih rendah dibandingkan

dengan komposit sandwich dengan busa[14].

Gambar 10 Hasil Uji Serap Suara Komposit

Sandwich Tenunan 3D

Nilai koefisien serap suara rata-rata, NRC

(Noise Reduction Coefficient) pada komposit

sandwich tenunan 3D tanpa dan dengan busa

poliuretan dapat dilihat pada Gambar 11.

Penambahan busa poliuretan berhasil

meningkatkan nilai NRC sebesar 60%, dari NRC

0,09 menjadiNRC 0,22. Peningkatan nilai NRC

pada komposit sandwich tenunan 3D dengan

penambahan busa poliuretan terjadi karena busa

poliuretan, walaupun memiliki jenis sel tertutup,

tetap menyerap lebih banyak gelombang bunyi

yang melewati inti komposit dibandingkan

komposit sandwich tenunan 3D tanpa

penambahan busa poliuretan. Pada komposit

sandwich dengan inti busa, gelombang bunyi

sulit masuk ke dalam busa poliuretan karena busa

memiliki pori tertutup. Akibatnya, gelombang

bunyi diserap dengan mekanisme seperti panel

penyerap, yaitu ketika gelombang bunyi datang

pada spesimen, spesimen akan bergetar dan

mengubah energi bunyi menjadi energi getar.

Spesimen yang bergetar akan memindahkan

energi getar ke lapisan udara yang terdapat pada

inti komposit sandwich, dimana pada inti

komposit sandwich masih terdapat rongga udara

yang terdapat pada busa poliuretan. Energi getar

berpindah ke lapisan udara dan terjadi efek

peredam suara [13]. Pada komposit sandwich

tanpa busa, sebagian besar gelombang bunyi

cenderung diteruskan seperti layaknya pada

medium udara akibat ruang berongga pada inti

komposit sandwich yang sangat besar, sehingga

menghasilkan efek peredaman suara yang rendah.

Sifat serap suara kedua komposit sandwich

tenunan 3D ini masih berada pada kategori sangat

rendah berdasarkan standar ISO-11654-1997

(sangat rendah: NRC 0,15 – 0,25) [15]. Namun

bila dibandingkan dengan panel komposit lain,

komposit sandwich tenunan 3D dengan tambahan

busa poliuretan memiliki nilai NRC sebesar 0,22

yang lebih tinggi dibandingkan dengan komposit

sandwich honeycomb dengan NRC=0,20 [16],

panel komposit UD glass fiber-epoxy dengan

NRC=0,08-0,10 [17], dan UD flax-epoxy dengan

NRC=0,10-0,11 [17].




Gambar 11 Koefisien Penyerapan Bunyi Rata-

Rata NRC pada Komposit sandwich tenunan 3D

tanpa (UF) dan dengan (F) busa poliuretan (PUR)


Kesimpulan

Komposit sandwich tenunan 3 dimensi

tebal 6 mm dengan penambahan busa poliuretan

telah dibuat dengan peningkatan densitas inti

sandwich sebesar 16% dan berhasil

meningkatkan kekuatan tekan sisi kulit sebesar

80% serta meningkatkan nilai koefisien

penyerapan suara rata-rata NRC sebesar 60%.

5. UCAPAN TERIMA KASIH Penelitian ini didukung oleh Program

Insentif yang Dimanfaatkan Industri dari

Kementerian Riset, Teknologi dan Pendidikan

Tinggi, Tahun 2018

6. DAFTAR PUSTAKA

[1] Judawisastra H., Ivens J., dan Verpoest I.

“The Fatigue behavior and damage development

of 3D woven sandwich composite”. Composite

Structures vol 43, pp. 35-45, 1998.

[2] Daniel I.M., Abot J.L., dan Wang K. A.,

“Testing and Analysis of Composite Sandwich

Beams”, Northwestern University. 2004.

[3] Kim J.S. dan Chung S.K., “A study on the

low-velocity impact response of laminates for

composite railway bodyshells”, Composite

Structures vol 4, 2005.

[4] Si C., Long H.R., Liu Y.H., dan Hu F.C.,

“Mechanical Properties of 3D-Structure

Composites Based on Warp-Knitted Spacer

Fabrics”, Autex Research Journal vol 15, pp. 2

2015.

[5] Van V. dan William A., “Composite Panels

Based on Woven Sandwich-Fabric Preforms”,

Composites Part A vol 31, pp. 671-680, 2000

[6] Huseyin E.Y., Bulent M.I., dan Tuba A.,

“Tensile and Compressive Performances of Foam

Core Sandwich Composites with Various Core

Modification”, Journal of Sandwich Structures

and Materials vol 0, pp. 1-17,2016.

[7] Yoshua W., et al., “Influences of the Ratio of

Polyol and MDI on the Acoustic Parameters of

Polyurethane”, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng.

362, 2018.

[8] Judawisastra, H., Pengembangan Material

Ringan Berbasis Komposit Sandwich sebagai

Pelapis Lantai Kereta LRT PT INKA.

Kementrian Riset: Teknologi dan Pendidikan

Tinggi. 2018.

[9] Judawisastra, H., et al. (2019). “Pengaruh

Kadar Resin Terhadap Sifat Fisik dan Kekuatan

Tekan Inti Komposit Sandwich Tenunan 3D

Serat Gelas – Poliester”. Jurnal Metalurgi Dan

Material Indonesia, 2(1), 22-27, 2019.

[10] Standard Test Method for Flatwise

Compressive Properties of Sandwich Intis.

ASTM International 365-2016.

[11] Acoustics – Determination of Sound

Absorption Coefficient and Impedance in

Impedance Tubes. BS EN ISO 10534-2001. [12] Seddeq H.S., “Factors Influencing Acoustic

Performance of Sound Absorptive Materials”,

2009.

[13] Koizumi T., Tsujiuchi N., Adachi, A., “The

Development of Sound Absorbing Materials

Using Natural Bamboo Fibers”, Japan: Doshisha

University. 2002.

[14] Lorna J.G dan Michael F.A., Cellular

Solids: Structures and Properties, Cambridge

University Press, 1999.

[15] Acoustic-Sound Absorbers for Use in

Buildings-Rating of Sound Absorption, BS EN

ISO 11654-1997.

[16] Tom B., Honeycomb Tehcnology –

Materials, Design, Manufacturing, Appliactions,

and Testing, Dublin, Netherlands: Springer,

1997.

[17] Heow P.L., Benson M.N., Abhisek R., dan

Le Q.N.T. “An Investigation of the Absorption

Properties of Flax/Epoxy Composites Compared

to Glass/Epoxy Composites”, Journal of Natural

Fibers, 2016.


ANALISIS PENGARUH ALUMINIUM DAN KUNINGAN

DALAM PENDINGINAN SABUK METAL

PADA PROSES PERBAIKAN SIDE SEAM TABUNG

ANALYSIS OF ALUMINUM AND BRASS EFFECTS

IN METAL BELT COOLING

ON THE SIDE SEAM TUBES REPAIR PROCESS

Moh. Hartono1, Gumono1, Nurchajat1, Kukuh M. Ridwan1

1 Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Malang, Hp : 085233165999 1 [email protected]

ABSTRAK

Artikel ini dimaksudkan untuk membahas mekanisme pendinginan pada proses penyambungan side seam

dalam pembuatan tabung berbahan ABL (Aluminium Barrier Laminate) dengan bantuan bantalan pendingin

menggunakan material aluminium dan kuningan yang ditempatkan pada dua tempat yang berbeda. Sebelum

dilakukan penelitian ini, masih terjadi kecacatan produk pada kompresi side seam dalam pembuatan tabung yaitu

masih dibawah 6%, padahal seharusnya standar kompresi side seam mencapai 6 – 20%. Penelitian ini melakukan

eksperimen di pabrik pembuat tabung guna menurunkan tingkat cacat produk yang terjadi, berdasarkan hasil studi

literatur tentang teknologi bahan sebelumnya. Metode analisis menggunakan pendekatan Statistical Process Control

(SPC) dengan mengkombinasikan Diagram Ishikawa, Desain Eksperimen (DOE) dan Analisis Capabilitas (Cp).

Hasil penelitian menunjukkan bahwa material bantalan pendingin berbahan aluminium dan kuningan sangat

signifikan dalam mempengaruhi turunnya temperatur pada sabuk metal sehingga dapat meningkatkan kompresi side

seam sesuai standar yang diinginkan yaitu pada tingkat 9% dengan nilai = 0,05. Penelitian ini telah berhasil

membantu industri pembuat tabung untuk menurunkan produk cacatnya dan diharapkan dapat dikembangkan untuk

penelitian material lainnya.

Kata kunci : aluminium, kuningan, side seam, Statistical Process Control

ABSTRACT

This article is intended to discuss the cooling mechanism in the side seam joining process in the manufacture

of tubes made from ABL (Aluminum Barrier Laminate) with the help of cooling pads using aluminum and brass

material which are placed in two different places. Before the research is done, product defects in the side seam

compression still occur in the manufacture of tubes that are still below 6%, whereas the standard side seam

compression should reach 6-20%. This research is conducting experiments in a tube manufacturing plant to reduce

the level of product defects that occur, based on the results of literature studies on previous material technology.

The analytical method uses the Statistical Process Control (SPC) approach by combining Ishikawa Diagrams,

Experimental Design (DOE) and Capability Analysis (Cp). The results showed that the cooling pads material made

of aluminum and brass was very significant for influencing the temperature drop in the metal belt so that it could

increase the side seam compression according to the desired standard at 9% with a value of = 0.05. This research has succeeded in helping the tube making industry to reduce its defective products and is expected to be developed

for other material research.

Keywords : aluminum, brass, side seam, Statistical Process Control

1. PENDAHULUAN

Di era Industri 4.0 ini, persaingan kualitas

menjadi salah satu faktor penting yang

diperhatikan oleh konsumen, sehingga kualitas

produk perlu ditangani mulai dari pengendalian

bahan baku, pengendalian kualitas proses

produksi hingga produk siap untuk

dipasarkan.[1]

Kemasan produk merupakan salah satu

hal yang diperhatikan konsumen dalam memilih

suatu produk. Salah satu kemasan produk yang

sering ditemui di pasaran adalah dalam bentuk

tabung misalnya tabung pasta gigi. Pada

kemasan tabung selalu terdapat area

Analisis Pengaruh Aluminium dan Kuningan Dalam Pendinginan Sabuk Metal Pada Proses Perbaikan

Side Seam Tabung


penyambungan untuk membentuk body tube.

Area penyambungan dua sisi web sehingga

membentuk body tube berupa tabung laminate

disebut sebagai Side seam. Beberapa indikator

kualitas side seam diukur berdasarkan tampilan

yang halus, nilai kompresi dan kekuatan

sambungan. Menurut Departemen Quality

Control PT. ABC, hambatan yang sering

dihadapi dalam proses pembentukan side seam

ini adalah sulitnya pencapaian standart kompresi

yaitu sebesar 6%-20%.

Dari data yang ada, pencapaian side seam

masih dibawah LSL yang ditentukan yaitu 6%.

Menurut hasil pengamatan yang dilakukan

bersama enginer yang ada di PT. ABC,

masalahnya adalah masih rendahnya pencapaian

kompresi side seam yang disebabkan terjadinya

over heating pada proses pembuatan tabung.

Oleh sebab itu, perlu adanya perbaikan pada

proses pembentukan tabung tersebut agar tidak

terjadi over heating dan bertujuan untuk

kestabilan dan pencapaian kualitas side seam

yang sesuai standart.[2].

Salah satu upaya yang bisa dilakukan

adalah dengan memasang bantalan pendingin

(cooling pad). Pemasangan bantalan pendingin

ini bertujuan untuk mencegah terjadinya over

heat pada metalic belt, sehingga diharapkan

dapat membantu pencapaian dan kestabilan side

seam. Material yang diuji cobakan pada

pembuatan bantalan pendingin ini menggunakan

aluminium dan kuningan.

Aluminium adalah logam ringan

yang cukup penting peranannya dalam

kehidupan manusia dan paling banyak

digunakan setelah baja. Di dalam dunia usaha

logam, ada dua logam ringan yang digunakan

secara tersendiri: aluminium dan

magnesium. Aluminium merupakan unsur

yang sangat reaktif sehingga mudah teroksidasi,

karena sifatnya itu maka di alam tidak

ditemukan aluminiun dalam bentuk unsur,

melainkan senyawa oksida. Umumnya dalam

bentuk oksida aluminat atau silikat. Logam

Aluminium ditemukan pada tahun 1827 oleh

seorang kimiawan Jerman Friedrich Wohler.[3]

Kuningan adalah logam campuran dari

tembaga dan seng. Tembaga merupakan

komponen utama dari kuningan, dan kuningan

biasanya diklasifikasikan sebagai paduan

tembaga. Warna kuningan bervariasi dari

coklat kemerahan gelap hingga ke cahaya

kuning keperakan tergantung pada jumlah

kadar seng. Seng lebih banyak mempengaruhi

warna kuningan tersebut. Kuningan lebih kuat

dan lebih keras daripada tembaga, tetapi tidak

sekuat atau sekeras seperti baja. Kuningan

sangat mudah di bentuk, dan merupakan

konduktor panas yang baik, serta umumnya

tahan terhadap korosi dari air garam. Karena

sifat-sifat tersebut, kuningan kebanyakan

digunakan untuk membuat pipa, tabung,

sekrup, radiator, alat musik, aplikasi kapal

laut, dan casing cartridge untuk senjata

api.[4].

Body Making merupakan proses

pembuatan tabung laminasi, dengan lembaran

web dibentuk menjadi tabung laminasi (laminate

tube). Laminate tube adalah cara pengemasan

menggunakan tabung laminasi dengan cara

menyambungkan dua sisi web (lembaran ABL)

menjadi satu yang akan membentuk body tube

yang kemudian di gabungkan dengan bagian

shoulder dan terakhir penggabungan dengan

tutup sehingga menjadi laminate tube. Bahan

ABL(Aluminium Barrier Laminate) merupakan

laminasi yang mengandung dua jenis bahan

yaitu alumunium foil dan plastik tahan panas

bahan seperti polietilen (PE) yang dibentuk

menjadi tabung kontinyu. Proses pembuatannya

dibagi menjadi tiga bagian utama, yaitu body,

shooulder/pundak, nossel/mulut.

Gambar 1. Penampang bahan ABL* dan

produk Laminated Tube**

(sumber: [5]* dan [6]**)

Spesifikasi dari side seam di ukur ber-

dasarkan perbandingan jumlah dua tebal web

dengan tebal akhir setelah penyambungan dalam

skala persentase. Nilai ini dijadikan sebagai

indikator kualitas side seam baik dalam hal

kekuatan atau kualitas secara visual.

Gambar 2. Sambungan Side seam (sumber: [5])

Moh. Hartono, Gumono, Nurchajat, Kukuh M. Ridwan


Rumus side seam sebagai berikut:

2. BAHAN DAN METODE

Pembuatan Bantalan pendingin Aluminium dan

Kuningan

Gambar 3. Desain Cooling pad [7]

Alat ini menggunakan material yang

mampu menghambat panas karena dialiri fluida

didalamnya untuk membantu menurunkan suhu

metalic belt saat bekerja lebih cepat[8]. Dari

hasil studi literatur, material yang cocok

digunakan adalah aluminium dan kuningan.

.

Gambar 4. Rancangan bantalan pendingin

bawah dan atas

Penelitian ini bertujuan untuk membantu

permasalahan yang ada di industri kemasan

produk. Metode Penelitian dilaksanakan dengan

cara mendesain dan membuat alat bantu berupa

tambahan bantalan pendingin yang berbahan

aluminium dan kuningan. Alat tersebut

selanjutnya diuji dengan melakukan eksperimen

untuk melihat dampaknya terhadap hasil

kemasan produk. Apabila terjadi penurunan

prosentase cacat sehingga memenuhi standar

kompresi side seam antara 6-20%, maka dapat

dikatakan penelitian ini berhasil. Desain

Eksperimen menggunakan Eksperimen Faktorial

dengan 2 faktor, 3 level dan 10 replikasi.

Pengolahan data dibantu dengan menggunakan

perangkat lunak statistik untuk DOE (Design Of

Experiment).

Waktu pelaksanaan penelitian dilakukan

dalam periode 7 bulan, yaitu mulai bulan

November 2018 hingga Mei 2019. Tempat

pelaksanaan penelitian dibagi dua tempat yakni

di BLK Singosari untuk pelaksanaan pembuatan

alat dan di perusahaan PT.Beets yang bertempat

di kawasan Ngoro Industri Park. Lokasi tersebut

dipilih dengan alasan cukup tersedia peralatan

yang diperlukan dalam proses penelitian.

Proses pengambilan data yang dilakukan

berupa pengukuran compression side seam

dalam satuan (%). Pengambilan data dilakukan

dari awal mesin beroperasi sampai 10 jam mesin

beroperasi. Durasi tersebut dibagi menjadi 5

periode dimana setiap satu periode yaitu 2 jam

mesin beropersi serta dalam satu periode

dilakukan pengambilan data sebanyak sepuluh

produk.

Variabel bebas dalam penelitian ini adalah

penambahan cooling pad pada siklus body

making dengan bahan Alumunium atau

Kuningan. Variabel-variabel lain yang

mempengaruhi pencapaian kompresi side seam

seperti: Tigh Nes (ketebalan laminate), Heat

(pemanasan), Pressure(penekanan) dan Lebar

Over Lab. dimasukan dalam variabel kontrol

dengan disetting default tanpa harus merubah

nominal. Variabel terikat pada penelitian ini

adalah pencapaian kapabilitas kerapatan atau

Compression side seam dari hasil produksi.

Diagram Blok Alur Kerja

Gambar 5. Sebelum dipasang bantalan

pendingin[5]

Gambar 6. Setelah dipasang bantalan pendingin

Pada gambar diatas modifikasi dari proses

body making, telah ditambahkan dua bantalan


Side Seam Tabung


pendingin yaitu pada bagian bawah dengan

bahan tembaga dan bantalan pendingin pada

bagian atas yang divariasikan dengan dua jenis

material yaitu dengan material kuningan [9] dan

material aluminium [3] dengan diameter aliran 8

mm serta dengan panjang aliran 50 mm yang

bersentuhan langsung dengan metalic belt.


Parameter setting pada saat pengambilan

data adalah temperatur sebesar 77ᵒC, pressure

0,2 bar dan speed 128 tube/menit atau 22,96 m

laminate/menit.

Tabel 1. Contoh sebagian Data hasil pengujian

NO Periode

Hasil Uji (%)

Tanpa

Cooling

Tembaga-

Kuningan

Tembaga-

Alumunium

I II I II I II

1

I

(06.00-08.00 WIB)

4 4 7,6 9,2 13,2 12,3

2 5 2 9,4 9,5 14,5 10,5

3 5 4 8,0 9,5 17,7 8,0

4 6 3 8,4 9,3 15,5 7,5

5 6 5 6,0 9,9 16,8 9,4

6 4 6 6,9 8,0 14,8 9,5

7 5 5 7,3 6,4 13,9 9,0

8 7 3 4,2 6,4 13,6 9,0

9 6 5 9,8 9,6 14,6 8,2

10 8 4 6,4 10,8 13,8 7,6

Gambar 7. Mengukur Side Seam

Tabel 2. Analisis pada varian Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value

Model 14 2058.5 147.037 30.75 0.000

Linear 6 1696.1 282.691 59.13 0.000

MATERIAL 2 1586.4 793.176 165.90 0.000

PERIODE 4 109.8 27.448 5.74 0.000

2-Way Interactions 8 362.4 45.296 9.47 0.000

MATERIAL*PERIODE 8 362.4 45.296 9.47 0.000

Error 285 1362.6 4.781

Total 299 3421.1

Model Summary S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred) 2.18659 60.17% 58.21% 55.87%

Berdasarkan Tabel 2, jenis material dan

periode waktu berpengaruh signifikan terhadap

pencapaian compression side seam dengan taraf

signifikan =5%. Hal ini dapat dilihat dari nilai

P-value yang nilainya 0,000 < 0,05. Disamping

itu interaksi dari kedua faktor tersebut juga

berpengaruh signifikan terhadap pencapaian

compression side seam. Hasil dari analisis

statistik ini sesuai dengan analisis sebab akibat

atau fishbone diagram sebagai berikut:

Gambar 8. Fishbone diagram untuk perbaikan

compression Side Seam

Tampak dari gambar fishbone tersebut,

salah satu faktor penyebab belum tercapainya

compression side seam sesuai standar

perusahaan adalah pada mesin yang terdiri

Tooling, heating, pressing dan cooling.

Heating merupakan proses pemanasan

plastik atau logam yang bertujuan untuk

melelehkan material, yang mana dalam proses

heating ini digunakan metode pemanasan

induksi. Pemanas induksi menyebabkan

timbulnya panas pada bahan logam ataupun

plastik yang terkena induksi medan magnet, hal

ini disebabkan karena pada logam atau plastik

timbul arus Eddy atau arus pusar yang arahnya

melingkar melingkupi medan magnet akibat dari

induksi magnet yang menimbulkan fluks

magnetik yang menembus logam, sehingga

menyebabkan panas pada logam[10].

Gambar 9. Komponen pada induktor welding [5]

Induksi magnet adalah kuat medan

magnet akibat adanya arus listrik yang mengalir

dalam konduktor. Pemanasan Induksi



merupakan proses pemanasan nonkontak yang

menggunakan listrik frekuensi tinggi untuk

menghasilkan panas yang konduktif secara

elektrik. Karena non-kontak, proses pemanasan

tidak mencemari bahan yang sedang dipanaskan.

Hal ini efisien karena panas yang sebenarnya

dihasilkan di dalam benda kerja.

Gambar 10. Penampang pada Proses Heating

[5]

Penekanan(pressing) berfungsi untuk

menyatukan bahan setelah melewati proses

pemanasan (heating). Penekanan ini berlangsung

secara berjalan dimana kontak penekan ini

terletak pada metallic belt yang berputar serta

ditekan oleh roll yang berputar. Metallic belt

pada mesin Body Making berfungsi sebagai

landasan penekanan agar material dapat

tersambung setelah material melewati proses

heating. Sabuk ini sama dengan heat seeling

namun pada metallic belt saat penekanan suhu

ruang, dan metallic belt diputar oleh roll agar

melindungi roll penekanan dari kontak langsung

dengan material. Selain itu putaran roll juga

membantu metallic belt membuang panas

setelah melakukan penekanan. Roll pada mesin

laminate tube merupakan bulatan - bulatan

logam yang berputar dimana fungsi dari roll ini

sebagai penekan metallic belt. Jumlah roll

adalah tiga buah dengan penekanan yang terjadi

secara bertahap dari roll pertama hingga ketiga

dengan sistem pneumatik.

Gambar 11. Welding Safe (sumber: [5])

Cooling berfungsi menjaga web, agar

setelah melewati proses heating dan pressing

bahan tidak mengalami kerusakan pada proses

selanjutnya. Pendinginan merupakan tahap akhir

dimana proses ini dilakukan melalui bagian

dalam tube yang berjalan. Pada bagian dalam

tube terdapat poros dengan rongga ditengah

poros yang selalu dialiri fluida air sebagai

pendingin dari bagian luar poros yang

bersentuhan dengan bagian dalam tube.

Untuk lebih memperkuat analisis pada

proses pendinginan bantalan pendingin ini,

disajikan grafik berikut:

Gambar 12. Efek Faktor Material dan Periode

Waktu Pendinginan pada Perbaikan Side Seam

Pada Gambar 12, tampak bahwa terdapat

pengaruh yang signifikan antara perlakuan tanpa

bantalan pendingin (1) dan menggunakan

bantalan pendingin kuningan (2) ataupun

aluminium(3) terhadap rata-rata side seam yang

dicapai.

Gambar 13. Efek Faktor Material dan Periode

Waktu Pendinginan pada Perbaikan Side Seam

Pada pengaruh waktu periode

pendinginan, tampak bahwa pada periode siang

(10.00 – 14.00 WIB) pengaruh pendinginan

mengalami penurunan dalam pencapaian

compression side seam. Hal ini cukup logis

karena suhu ruangan juga mempengaruhi

terhadap pencapaian side seam, apalagi tempat

penelitian berada pada dataran rendah.


Side Seam Tabung


Gambar 14. Efek Interaksi Faktor Material dan

Periode Waktu Pendinginan pada Perbaikan Side

Seam

Dari grafik diatas dapat diketahui bahwa

interaksi material dan periode waktu

pendinginan juga berpengaruh signifikan

terhadap pencapaian compression side seam.

Capabilitas Process

Gambar 15. Kemampuan proses tanpa bantalan

pendingin

Berdasarkan grafik pada Gambar 15,

tampak bahwa nilai Cpk adalah sebesar -0,71

yang artinya kapabilitas pencapaian side seam

belum memenuhi standar yaitu masih dibawah

6%.

Gambar 16. Kemampuan proses dengan

Cooling pad material Kuningan

Berdasarkan grafik pada Gambar 16,

tampak bahwa nilai Cpk adalah sebesar 0,75

yang artinya kapabilitas pencapaian side seam

telah memenuhi standar yaitu diatas 6%.

Gambar 17. Kemampuan proses dengan

Cooling pad material Aluminium

Berdasarkan grafik pada Gambar 17, tampak

bahwa nilai Cpk adalah sebesar 0,73 yang

artinya kapabilitas pencapaian side seam telah

memenuhi standar yaitu diatas 6%.


Kesimpulan

Untuk meningkatkan kualitas tabung pasta

gigi khususnya pada pencapaian compression

side seam perlu dilakukan penambahan proses

pendinginan berupa bantalan pendingin guna

mendinginkan metalic belt. Tambahan bantalan

pendingin ini dapat menggunakan material

berbahan kuningan atau aluminium. Proses

pendinginan tersebut dapat meningkatkan

performansi pencapaian compression side seam

dari sebelumnya dibawah 6% dibawah LSL

meningkat menjadi diatas LSL sebesar 10%

didalam rentang LSL dan USL.

Saran

Perlu dilakukan penelitian untuk material

bantalan pendingin yang lain agar dapat

meningkatkan mutu produk pasta gigi baik

dalam hal side seam atau bidang kajian lainnya.

5. UCAPAN TERIMA KASIH

Ucapan terima kasih kami sampaikan

kepada Politeknik Negeri Malang dan PT Beets,

Ngoro, Mojokerto atas berbagai fasilitas yang

diberikan selama melakukan penelitian ini.

6. DAFTAR PUSTAKA

[1] Hariastuti, N. L. (2015). “Analisis

Pengendalian Mutu Produk Guna

Meminimalisasi Cacat Produk”. Prosiding

Industrial Engineering National Conference

(IENACO), ISSN 2337-4349, hal 268-275,

Surakarta

https://publikasiilmiah.ums.ac.id/handle/11617/10664https://publikasiilmiah.ums.ac.id/handle/11617/10664https://publikasiilmiah.ums.ac.id/handle/11617/10664



[2] Prieteedjo, A. (2015). “Studi Deskriptif

Tentang Atribut Produk Dan Tingkatan

Produk Pada Desain Kemasan Pasta Gigi”.

Jurnal Dimensi , Vol 12, No 2 (2015), hal

193-210, p-ISSN:2527-5666; e-ISSN :

2549-7782, Universitas Trisakti, Jakarta.

[3] Ihsan, E. Eldina, Candra, G., Firdaus,

Nandi, Sari, S. Delvita, Putra, Ananda,

2016, “Aluminium”, Jurnal Aluminium,

Published 20 Desember 2016, Universitas

Negeri Padang, Padang.

[4] Surdia , T. & Chijiwa., 1996. Teknik

Pengecoran Logam, Edisi ke-2, Cetakan

ke-7, PT. Pradnya Paramita, Jakarta.

[5] Anonymus, 2018, Operation Manual Book

Saesa 150, PT Beets, Ngoro Mojokerto

[6] https://www.indiamart.com/proddetail/

plastic-lami-tube-10803032112.html

[7] https://patents.google.com/patent/

US5211792. (n.d.).

[8] Jenvrizen D., Aziz. A., Mainil. R.I.(2015).

Pengaruh Laju Aliran Air Sistem

Avaporative Cooling Terhadap Temperatur

Sistem Mesin Pengkondisian Udara. Jom

FTEKNIK Volume 2 No. 2 Oktober, Universitas Riau,Riau.

[9] CAHYONO, I. (2018). “Analisis Hasil

Pengecoran Kuningan (CuZn) Dengan

Variasi Media Pendingin (Air Sumur, Oli

SAE 40 Dan Udara) Menggunakan Cetakan

Pasir CO2”, Skripsi, Universitas

Muhammadiyah Surakarta Surakarta:.

[10] Alem, Rio Dery, Enny (2015). Inverter

Frekuensi Tinggi Sebagai Pemanas

Piringan Logam Dengan Metode Induksi

Pada Aplikasi Pemanas Roti, Jurnal

Metana, Vol. 11 No. 01, JULI 2015, Hal.

45 – 50, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas

Teknik, UNDIP, Semarang.

https://www.trijurnal.lemlit.trisakti.ac.id/dimensi/issue/view/32http://u.lipi.go.id/1462164698http://u.lipi.go.id/1488246310http://u.lipi.go.id/1488246310https://www.indiamart.com/proddetail/https://patents.google.com/patent/


ANALISA KEGAGALAN GERBONG DATAR KERETA API

BEBAN 54 TON

Surasno1)*, Asep lukman1), Singgih2), Ari Konosri2)

Balai Besar Bahan dan Barang Teknik1)

PT KERETA API 2)

E-mail: [email protected]*

Abstrak

Analisa kegagalan dilakukan pada gerbong datar kereta api beban 54 ton terjadi retakan-retakan pada

sambungan las gerbong yang digunakan untuk angkutan batubara di wilayah Sumatera Selatan. Tujuan dari

penelitian ini adalah untuk mengetahui penyebab terjadinya retakan pada gerbong datar 54 ton dan saran

pencegahannya. Kegiatan penelitian meliputi pemeriksaan di lapangan, pengujian di laboratorium dan selanjutnya

dilakukan analisa terhadap permasalahan retakan pada gerbong datar ini. Pemeriksaan di lapangan dengan pengujian

visual dan magnetic partikel test ditemukan banyak retakan di daerah sambungan las bertakik pelat bagian dasar

gerbong. Hal itu, merupakan lokasi tegangan fatique maksimum dan menjadi penyebab terjadi retakan-retakan.

Sedangkan analisa di laboratorium pada beberapa contoh bahan patahan yang terdapat retakan pada sambungan las

gerbong datar tipe GD BM 54 ton. Berdasarkan pengamatan fraktografi macrostructur dan SEM, ditemukan indikasi

pola retakan akibat beban dinamik yang dimulai dari titik awal di Heat Affected Zone (HAZ) dan menjalar menuju

ke logam induknya. Selain itu, pengamatan macrostructur di daerah lasan terdapat cacat porositas dan cacat

incomplete fusion, hal ini dapat mendukung terjadinya retakan. Pengamatan microstructure di HAZ ditemukan fasa

ferrite dan pearlite dengan grain size yang lebih halus dari logam induk. Hal ini, memberikan indikasi kecenderung

lebih keras dari logam induknya. Beberapa upaya pencegahan retakan-retakan pada gerbong datar ini yaitu setiap

sambungan las bertakik yang terletak pada beban dinamik maksimum harus dihindari, menyiapkan welding

procedure specification (WPS), pemeriksaan NDT pada sambungan las dengan magnetic partikle inspection test

atau ultrasonik test sebelum gerbong dioperasikan, tindakan perbaikan harus dilakukan dengan prosedur

berkualifikasi.

Kata kunci: Analisa kegagalan, gerbong datar, retakan sambungan las, beban dinamik, tegangan fatigue maksimum

Abstract

Failure analysis was carried out on the 54 ton railroad flat carriage with cracks in the carriage welding joint

used for coal transportation in the South Sumatra region. The purpose of this study was to determine the cause of

cracks in 54 ton flat carriages and advice on prevention. Research activities include fieldwork, laboratory testing and

subsequent analysis of the crack problem in this flat car. Field inspection by visual testing and magnetic particle test

found many cracks in the welded area of the notched plate at the bottom of the carriage. That, is the location of

maximum fatigue stress and is the cause of cracks. While the analysis in the laboratory on some examples of

fracture materials that have cracks in the joints welding carriages type GD BM 54 tons. Based on observations of

macro-structural fractography and SEM, indications of crack patterns due to dynamic loads were found starting at

the starting point in the Heat Affected Zone (HAZ) and spreading towards the parent metal. In addition,

observations of macrostructure in the weld area have porosity and incomplete fusion defects, there are can support

the occurrence of cracks. Microstructure observations at HAZ found ferrite and pearlite phases with finer grain sizes

than the parent metal. There are, gives an indication of a tendency to be harder than the parent material. Some

efforts to prevent cracks in these flat carriages are that each notched weld joint located at the maximum dynamic

load must be avoided, prepare welding procedure specifications (WPS), NDT checks on welding joints with

magnetic or ultrasonic particle test before the carriage is operated, corrective action must performed with qualified

procedures.

Keywords: failure analysis, flat carriages, welded joint cracks, dynamic loads, maximum fatigue stress

Analisa Kegagalan Gerbong Datar Kereta Api Beban 54 Ton


1. PENDAHULUAN

Angkutan batu bara menggunakan gerbong

datar kereta api merupakan angkutan paling

ekonomis, dimana setiap gerbong mampu

mengangkut hingga kapasitas 54 ton. Hingga saat

ini, angkutan jenis ini masih dipertahankan untuk

tetap beroperasi oleh PT Kereta Api di lintasan

Sumatra selatan.

Telah terjadi kerusakan pada gerbong datar

tipe GD BM 54 ton berupa retakan-retakan di

sambungan-sambungan las pelat bagian datar,

lihat Gambar 1. Oleh karena itu, perlu dilakukan

penelitian analisa kegagalan dengan tujuan untuk

mengetahui penyebab utama terjadinya retakan-

retakan pada gerbong datar 54 ton serta saran-

saran penanggulangannya untuk dapat dijadikan

sebagai masukan di perusahan.[1]

Analisa kegagalan adalah suatu kerusakan

kontruksi sebelum umur pakai yang diharapkan.

Hal ini akan terjadi pada kontruksi yang

menggunakan bahan tidak sesuai standar,

pengoperasian peralatan tidak sesuai prosedur

kerja atau beroperasi melebihi kapasitas,

kesalahan desain kontruksi peralatan, serta

kerusakan oleh lingkungan seperti korosi. [2]

Gerbong datar ini digunakan untuk

angkutan batubara dan merupakan kereta api batu

bara terpanjang di Divre 3 Sumatra Selatan.

Selain itu, gerbong ini juga merupakan rangkaian

kereta api terpanjang di Indonesia dengan jumlah

gerbong antara 40 hingga 60 gerbong yang

ditarik oleh lokomotif CC204 atau CC 206 untuk

melayani angkutan batu bara dari tambang PT.

Bara Alam Utama (BAU) dan PT.Bara Multi

Sugih Sentosa (PT.BMSS) di Stasiun Sukacinta,

PT.BA di Stasiun Tanjung Enim Baru, PT GGB

dan PT.GPE di Stasiun Banjarsari, hingga ke

Stasiun Kertapati atau Stasiun Simpang –

Palembang (sumber PT Kereta Api).

Kapasitas beban gerbong maksium adalah

54 ton dan beban kosong 15 ton, dioperasikan

pada laju kecepatan maksimum 80 km/jam.

Gerbong ini dirancang dari bahan baja karbon

rendah dengan teknologi proses Gas Metal Arc

Welding (GMAW) [3]. Spesifikasi dimensi pada

gerbong ini yaitu memiliki panjang gandar ujung

gerbong 12.495 mm, lebar gerbong 2.438 mm,

lebar sepur 1.067 mm, tinggi lantai dari atas 935

mm, dan jarak antar Bogie 8.685 mm.

Keterangan Bogie yang digunakan memiliki jenis

barber-three Piece, sistem pengereman UIC 544-

1, Air Brake, Alat perangkai Automatic Coupler,

AAR No. 10A, dan Twist lock Rectratable type-

12 buah (sumber PT Kereta Api).[1]

Gambar 1. Gerbong dasar

2. BAHAN DAN METODA

Penelitian Analisa Kegagalan dilakukan

pada gerbong datar dengan kode GD 5415271

sebagai verifikasi material. Bentuk gerbong datar

kereta seperti pada Gambar 2. Dibuat dari bahan

pelat baja karbon rendah,.

Metoda penelitian dilakukan dengan

pengamatan visual di lokasi keberadaan gerbong

datar (station kereta api di lapangan), pengujian

laboratorium komposisi kimia, uji kekerasan, uji

tarik, metalografi (fraktrografi, macrostructure,

dan microstructure) [4] dan analisa tegangan.

Pengamatan visual di lapangan dilakukan

pada gerbong datar untuk mengamati posisi dan

lokasi terjadinya retakan-retakan, selanjutnya

pemeriksaan NDT menggunakan Magnetic

Particle Inspection. Pemeriksaan di lapangan

pada seluruh gerbong datar, diamati pada bagian-

bagian sambungan las, terutama di daerah

sambungan las bertakik.

Gambar 2. Sketsa gerbong datar. *) sumber PT Kereta Api

Surasno, Asep lukman, Singgih, Ari Konosri


R1 R

2

R3

R

4

Base Plate

Pengujian NDT (Magnetic Particle

inspection) bertujuan untuk mengamati bagian

retakan-retakan yang tersembunyi atau

memperjelas bagian retakan yang terjadi.

Pemeriksaan dilakukan pada seluruh gerbong

yang tersedia di lokasi yang diperkirakan terdapat

retakan. Sebagian material yang retak diberi

tanda dan dipotong untuk dianalisa di

laboratorium, diantaranya yaitu material

sambungan las gerbong datar tanda nomor

GD5415271.

Pemeriksaan komposisi kimia dilakukan

dengan metode Optical Emission Spectroscopy

pada satu sampel material pelat bertujuan untuk

merujuk kesesuaian spesifikasi bahan,

perhitungan komposisi kimia terhadap Carbon

Eqiuvalen, dan Sensitivity of Welding Crack

(SOWC).

Dari hasil pemeriksaan komposisi kimia

material dapat diketahui sifat mampu las dan

sensitivitas terhadap crack. Persamaan Carbon

Eqiuvalen (standar JIS).

CE = % C +(% Mn/6)+ (Si/ 24)+ (Ni/40) +( Cr/5)

+ (Mo/4)+(V/14).

Persamaan karbon ekivalen (standar IIW)

CE = % C +(% Mn/6)+ (Cu + Ni)/15 +( Cr +

Mo+V)/5

Sensitivity of Welding Crack (SOWC)

SOWC = C+ Si/30 + Mn/20 + Cu/20 + Ni/60 +

Cr/20 + Mo/15 + V/10+5B

Persamaan karbon eqivalen dan sensitivita

Documents

Seminar Nasional Teknologi Bahan dan Barang Teknik 2019 ...seminar.b4t.go.id/assets/file/Prosiding-SemNas-TBBT-2019...Seminar Nasional ini diselenggarakan pada tanggal 23 Oktober 2019