Karakteristik Alat Drop Weight Tester (DWT) dengan Standar ...

Karakteristik Alat Drop Weight Tester (DWT) dengan Standar ASTM

D5420-04

Skripsi

Disusun oleh : Anggun Rizka Maudina

NIM: 003201305023

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik President University

2017

ii

LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS

Saya yang bertanda tangan dibawah ini, mahasiswa Program Studi Teknik

Mesin Fakultas Teknik, President University.

Nama : Anggun Rizka Maudina

NIM : 003201305023

Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan Judul

Karakteristik Alat Drop Weight Tester (DWT) dengan Standar ASTM

D5420-04, adalah :

• Dibuat dan diselesaikan sendiri dengan menggunakan literatur, hasil

kuliah, survei lapangan, bimbingan, serta jurnal acuan yang tertera

dalam referensi pada tugas akhir ini.

• Bukan merupakan duplikasi karya tulis yang telah dipublikasikan

atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar sarjana di perguruan

tinggi lain, kecuali bagian-bagian tertentu digunakan sebagai referensi

pendukung untuk melengkapi sumber informasi.

• Bukan merupakan karya tulis terjemahan dari kumpulan buku-

buku atau jurnal acuan yang tertera dalam referensi pada tulisan tugas

akhir saya.

Jika terbukti saya tidak memenuhi apa yang telah dinyatakan seperti diatas,

maka skripsi saya ini akan dibatalkan.

Bekasi, Mei 2017

Anggun Rizka

Maudina

iii

LEMBAR PENGESAHAN

SKRIPSI

TEKNIK MESIN

KARAKTERISTIK ALAT DROP WEIGHT TESTER

(DWT) DENGAN STANDAR ASTM D 5420-04

Disusun oleh : Anggun Rizka Maudina

NIM : 003201305023

Program studi : Teknik Mesin

Telah diperiksa dan disetujui untuk diajukan serta dipertahankan

dalam ujian komprehensif guna memperoleh gelar Sarjana Teknik

pada Fakultas Teknik President University

Bekasi, Mei 2017

Disetujui,

Dosen Pembimbing 1

Dr.Eng. Lydia Anggraini, S.T., M.Eng

Bekasi, Mei 2017

Disetujui,

Dosen Pembimbing 2

Askar Triwiyanto.S.T., M.Sc., Ph.D

3

iv

ABSTRAK

Pengujian impak merupakan suatu pengujian untuk mengukur ketahanan bahan

terhadap beban kejut. Pengujian impak mensimulasikan kondisi operasi material yang

sering ditemui dimana beban tidak selamanya terjadi secara perlahan-lahan melainkan

datang secara tiba-tiba [1]. Alat uji impak yang akan dirancang dalam penelitian ini

merupakan alat Drop Weight Tester (DWT). Alat uji impak ini memanfaatkan massa

benda serta gaya gravitasi. Perancangan alat Drop Weight Tester (DWT), desain

rancangan mengacu pada standar ASTM D-5420-04. Dalam penelitian ini rancangan

alat uji impak dianalisis kekuatan sambungan serta defleksi konstruksi untuk

memastikan hasil perancangan bisa dibuat. Pada pengujian Drop Weight Tester, benda

uji diberi beban kejut dengan kriteria tertentu seperti ketinggian, beban, dimensi

punch komponen striker serta ketebalan specimen. Bersamaan dengan itu dilakukan

pengamatan dan pendataan terhadap energi yang diserap pada saat pengujian.

Specimen yang digunakan yaitu material Almunium dan Zincalume dengan ketebalan

yang berbeda.

Kata kunci: ASTM, Drop Weight Tester, Specimen, Aluminium, Zincalume

v

ABSTRACT

The impact test is a test to measure the resistance of the material to the shock load.

The impact test simulates the operating conditions of the material, where the load

does not occur slowly but comes suddenly [1]. Impact test tools will be designed is a

Drop Weight Tester (DWT). This impact test tool utilizes the mass of objects and the

force of gravity. The design of the Drop Weight Tester (DWT) refers to the ASTM D-

5420-04. In this research, the design of the impact test tool analyzed for strength of

connection and construction deflection to ensure design results can be made. In the

Drop Weight Tester test, the test specimen give a shock load with certain criteria such

as height, load, striker punch dimension and specimen thickness. After that,

observations and data collection of the energy absorbed at the time of testing.

Specimens used are the material of Aluminum and Zincalume with different thickness.

Keywords : ASTM, Drop Weight Tester, Specimen, Aluminum, Zincalume

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Pada jaman ini perkembangan dunia industri khususnya dalam bidang

konstruksi sudah meningkat pesat. Perkembangan bidang konstruksi tersebut tentunya

mempengaruhi permintaan kebutuhan material teknik. Kebutuhan material teknik

menjadi meningkat secara kuantitas maupun kualitas. Pasar selalu menginginkan

material yang mempunyai kualitas tinggi. Hal ini dikarenakan dalam konstruksi selalu

mempertimbangkan faktor keselamatan.

Untuk mengetahui kualitas material tentunya perlu ada pengujian material.

Pengujian tersebut untuk mengetahui karakteristik mekanik material. Pengujian yang

akan dilakukan pada penelitian ini adalah uji impak.

Pengujian impak merupakan suatu pengujian untuk mengukur ketahanan bahan

terhadap beban kejut. Pengujian impak mensimulasikan kondisi operasi material yang

sering ditemui dimana beban tidak selamanya terjadi secara perlahan-lahan melainkan

datang secara tiba-tiba [1]. Pengujiannya dilakukan pada ukuran sampel karena

pengujian dengan ukuran sebenarnya akan sangat membutuhkan biaya yang besar

serta sangat jarang dilakukan.

Pada saat ini Universitas Presiden masih belum mempunyai alat uji material

khususnya uji impak. Alat uji impak saat ini dipasaran harganya cukup mahal dan

berdasarkan tuntutan kebutuhan laboratorium untuk menunjang praktikum material

teknik, maka pihak jurusan menyarankan untuk membuat rancangan alat uji impak

sendiri.

Alat uji impak yang akan dirancang dalam penelitian ini merupakan alat Drop

Weight Tester (DWT). Alat uji impak ini memanfaatkan massa benda serta gaya

gravitasi. Dalam penelitian ini rancangan alat uji impak akan dianalisa kekuatan

konstruksi untuk mendapatkan nilai ketelitian serta menganalisa kemampuan alat

untuk memenuhi aspek keterulangan.

Dalam melakukan perancangan alat Drop Weight Tester (DWT), perlu

melaksanakan tahap-tahap yang sesuai dengan mengacu pada standar ASTM D-

5420-04. Pada pengujian Drop Weight Tester, benda uji diberi beban kejut dengan

kriteria tertentu seperti ketinggian posisi mass / pendulum, dimensi striker dan

2

specimen support anvil juga ketebalan dan bentuk sampel uji. Bersamaan dengan itu

dilakukan pengamatan dan pendataan terhadap energi yang diserap pada saat

pengujian.

1.2 Perumusan Masalah Perumusan masalah dalam tugas akhir ini yaitu :

1. Bagaimana merancang dan membuat alat Drop Weight Tester (DWT) dengan

menggunakan standar ASTM D 5420-04.

2. Melakukan dan menganalisa hasil dari pengujian alat Drop Weight Tester

(DWT).

1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dan manfaat yang ingin diperoleh adalah :

1. Melakukan perancangan alat Drop Weight.

2. Mengetahui mekanisme kerja alat.

3. Mengetahui standar prosedur pengujian impak.

4. Untuk melengkapi alat yang ada di laboratorium jurusan teknik mesin President

University.

1.4 Batasan Masalah Berdasarkan rumusan masalah di atas, maka batasan-batasan masalah pada

proyek akhir ini adalah :

1. Membuat alat Drop Weight Tester (DWT) berdasarkan pendekatan pada standar

ASTM D-5420-04 yang digambar dengan software AUTOCAD 2013.

2. Alat uji impak menggunakan sebuah pendulum logam ASTM A29 dengan berat

1.5kg dengan material specimen berupa Al dan Zn.

3. Gesekan pada kontruksi diabaikan.

1.5 Metode Penulisan

Penyusunan penulisan tugas akhir ini menggunakan beberapa metode sebagai

pengumumpulan data dalam pelaksanaannya antara lain :

3

• Metode Observasi, adalah teknik pengumpulan data, dimana peneliti melakukan

pengamatan secara langsung ke objek penelitian untuk melihat dari dekat

kegiatan yang dilakukan [2].

• Metode studi banding, adalah membandingkan suatu alat yang sudah teruji yang

satu dengan alat yang lainnya dengan tujuan yang sama.

• Metode Literatur, adalah pengambilan data dan mempelajari segala yang

berhubungan dengan obyek antara lain : standar penggunaan material pada

pengujian DWT.

• Metode Trial and Eror adalah suatu cara dengan melakukan percobaan

beberapa kali untuk mendapatkan hasil yang sesuai dengan standar yang

ditentukan.

1.6 Sistematika Penulisan Dalam melakukan penulisan laporan ini terdiri dari 6 bab yaitu :

BAB I PENDAHULUAN

Dalam bab ini menjelaskan tentang latar belakang, perumusan masalah, tujuan

penelitian, batasan masalah serta sitematika penulisan yang digunakan dalam

perancangan alat uji impak pada material.

BAB II LANDASAN TEORI

Dalam bab ini akan menjelaskan dan menguraikan tentang teori -teori yang

berkaitan dengan alat uji impak jatuh bebas dan menjelaskan dasar dari penulisan.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Dalam bab ini akan menjelaskan mengenai tahap-tahap proses dalam

melakukan penelitian berdasarkan teori – teori yang di uraikan pada bab II dan

tahapan pengerjaan pengolahan data yang digambarkan pada diagram alir.

BAB IV ANALISIS DAN HASIL

Dalam bab ini akan dibahas mengenai hasil dari penelitian yang dilakukan

berdasarkan proses pengolahan data-data penelitian sesuai dengan teori pemecahan

masalah yang diuraikan pada bab sebelumnya dan tahapan proses dalam merancang

alat uji impak jatuh bebas untuk menjadi alat yang dapat digunakan.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Dalam bab ini berisi tentang kesimpulan yang sudah didapat dalam melakukan

penelitian dan juga saran yang diharapkan dapat bermanfaat bagi peneliti berikutnya.

4

BAB II

STUDI PUSTAKA

Bab ini membahas tentang literatur-literatur yang digunakan sebagai acuan

dalam penelitian. Landasan teori ini membahas tentang teori dasar uji impak yaitu

energi mekanik, energi potensial, tegangan, dan defleksi.

2.1 Pengujian Impak

Pengujian impak merupakan suatu pengujian yang mengukur ketahanan

bahan terhadap beban kejut. Inilah yang membedakan pengujian impak dengan

pengujian tarik dan kekerasan dimana pembebanan dilakukan secara perlahan-

lahan. Pengujian impak merupakan suatu upaya untuk mensimulasikan kondisi

operasi material yang sering ditemui dimana beban tidak selamanya terjadi secara

perlahan-lahan melainkan datang secara tiba-tiba [1].

2.1.1 Sejarah Pengujian Impak

Selama bertahun-tahun, para peneliti telah mempelajari bahwa hasil

yang diperoleh dari uji impak bergantung pada ukuran geometri takik

spesimen, dan juga geometri dari landasan dan striker. Selain faktor tersebut,

hasil pengujian impak juga tergantung pada variabel lainnya seperti kecepatan

impak, energi yang hilang untuk saat pengujian, dan gesekan bearing.

Pada periode tahun 1895-1922 sejumlah badan standarisasi nasional dan

internasional dibentuk, yang mengangkat prosedur standar untuk

pengembangan teknologi, termasuk pengujian impak. Salah satu badan standar

tersebut adalah American Society for Testing and Materials (ASTM) yang

didirikan pada tahun 1898. Pada tahun 1905, Charpy telah mengusulkan

desain mesin dan literatur berisi referensi pertama untuk uji dan metode

Charpy. Dia terus mengembangkan penelitian ini sampai dengan tahun 1914.

Pada tahun 1907, German Association for Testing Material diadopsi dan

dikembangkan oleh Ehrensberger. Selanjutnya dilakukan pengembangan oleh

produsen dengan menawarkan tiga jenis utama; Drop Weight (Fremont, Hatt-

5

Turner, dan Olsen), Pendulum Impak (Amsler, Charpy, Dow, Izod, Olsen, dan

Russell), dan Flywheel (Guillery).

2.1.2 Metode Pengujian Impak

Tes dalam pengujian impak yaitu ada 2 macam, yaitu :

1. Drop Weight Test

Drop weight test adalah cara mudah untuk mengevaluasi dampak kekuatan

impak dari berbagai material dalam berbagai ukuran dan hasilnya. Prinsip kerja

dari alat uji impak drop weight adalah suatu beban (pendulum) dibiarkan jatuh

bebas dengan jarak tertentu sehingga menumbuk spesimen [3]. Popov [4]

menyatakan bahwa sebuah massa jatuh bebas atau benda bergerak, yang

menabrak sebuah struktur memberikan apa yang dinamakan beban atau gaya

dinamik atau tumbuk (dynamic impact load and force). Dari pengujian ini

dapat dilihat kerusakan spesimen yang mengalami impak dan ketahanan

spesimen setelah mengalami beban jatuh bebas. Drop weight test

dikembangkan oleh laboratorium riset Naval, standarisaisnya berdasarkan

ASTM E 208-69. Naval Test (dikenal juga dengan Nil-Ductility-Transition

Temperature Test) dimaksud untuk keperluan luas,yakni untuk mengetahui

patah getas (britte fracture) dari bahan baja.

2. Notched Bar Test

Dikenal ada dua metode yang lazim digunakan,yakni :

1. Metode Charpy

Uji impact charpy atau dikenal juga sebagai tes Charpy v-notch merupakan

standar pengujian laju regangan tinggi yang menentukan jumlah energi yang

diserap oleh bahan selama terjadi patahan. Tujuan uji impact charpy adalah

untuk mengetahui tingkat ketahanan atau keuletan suatu bahan. Metode

pengujian impak Charpy menggunakan standar ASTM D 5942-96. Standar

pengujian ASTM D 5942-96 menjelaskan prosedur untuk menentukan

kekuatan impak Charpy pada material uji berbahan komposit. Pengujian ini

digunakan untuk meneliti perlakuan pada spesimen uji komposit saat dilakukan

6

pengujian impak untuk mengetahui kegetasan dan keuletan spesimen dalam

batas tertentu.

Spesifikasi dalam pengujian menggunakan ukuran dari spesimen yang

diuji. Faktor-faktor seperti, besar energi dari pendulum, kecepatan impak, dan

kondisi dari spesimen akan mempengaruhi hasil pengujian. Pada pengujian

impak Charpy, spesimen uji pada kedua ujungnya ditahan oleh anvil kemudian

dipukul dari arah belakang takikan. Takik berfungsi untuk mengkonsentrasikan

tegangan saat terjadi perpatahan, meminimalkan deformasi plastis, dan

meneruskan perpatahan pada bagian belakang takik spesimen uji.

(a) Charpy U-notch impact test piece (b) Charpy V-notch impact test piece

Gambar 2.1 Bentuk Takik [11]

Dasar pengujian impak charpy adalah penyerapan energi potensial dari

pendulum beban yang berayun dari suatu ketinggian tertentu dan menumbuk

benda uji sehingga benda uji mengalami pepatahan[1]. Standar pengujian

impak Charpy berdasarkan ASTM D-5942. Ilustrasi pengujian impak Charpy

digambarkan sebagai berikut:

7

Gambar 2.2 Ilustrasi Skematis Pengujian Impak Charpy [11]

Pada pengujian impak, energi yang diserap oleh benda uji biasanya

dinyatakan dalam satuan Joule dan dibaca langsung pada skala (dial) penunjuk

yang telah dikalibrasi yang terdapat pada mesin penguji [1]. Besarnya energi

yang diperlukan pendulum untuk mematahkan spesimen material komposit

adalah [5] :

Eserap = W x R (cosβ − cosβ′) ………………………...……….....(2.1)

keterangan:

W : Berat beban/pembentur (N)

R : Jarak antara pusat gravitasi dan sumbu pendulum (m)

E : Energi yang terserap (Joule)

α : Sudut pendulum sebelum diayunkan

β : Sudut ayunan pendulum setelah mematahkan spesimen

β’ : Sudut ayunan pendulum tanpa spesimen

Setelah diketahui besarnya energi yang diperlukan pendulum untuk

mematahkan spesimen, maka besarnya kekuatan/energi impak dapat dihitung

dengan persamaan sebagai berikut [5] :

Harga impak (HI) suatu bahan yang diuji dengan metode

Charpy dirumuskan:

HI = EA

……………………………………………………….………........(2.2)

keterangan:

E : Energi yang diserap (Joule)

A : Luas penampang di bawah takik (𝑚𝑚2)

8

2. Metode Izod

Uji impak izod adalah pengujian impact dengan meletakkan posisi

spesimen uji dipasang vertikal dan dijepit salah satu ujungnya. Pemukulan oleh

pendulum dilakukan dari arah depan. Pengujian Izod menggunakan standar

ASTM D 256-97. Dalam pengujian ini, spesimen uji yang digunakan

menggunakan notch. Notch berfungsi untuk mengkonsentrasikan tegangan

yang terjadi pada spesimen sehingga patahnya merata dan tidak rusak saat

dilakukan pengujian impak.

Gambar 2.3 Pengujian Impak Izod [12]

ASTM D 256-97 memberikan standar untuk dimensi spesimen uji yang

digunakan, yang ditunjukkan pada gambar 2.4 dibawah.

Gambar 2.4 Spesimen Izod [12]

9

2.2 Energi Mekanik

Energi mekanik pada suatu benda adalah gabungan dari energi potensial

dan energi kinetik suatu benda. Energi potensial merupakan energi yang

berkaitan dengan kedudukan suatu benda terhadap suatu titik acuan. Dengan

demikian, titik acuan akan menjadi tolok ukur penentuan ketinggian suatu

benda. Secara sitematis dirumuskan:

𝐸𝑝 = 𝑚 𝑥 𝑔 𝑥 ℎ ………………………………………………….………........(2.3)

Keterangan :

Ep : energi potensial (J)

m : massa benda (kg)

g : gravitasi bumi (9.8 m/s)

h : tinggi jatuh benda (m)

Energi kinetik adalah energi yang berkaitan dengan gerakan suatu benda.

Jadi, setiap benda yang bergerak, dikatakan memiliki energi kinetik. Meski

gerak suatu benda dapat dilihat sebagai suatu sikap relatif, namun penentuan

kerangka acuan dari gerak harus tetap dilakukan untuk menentukan gerak itu

sendiri. Persamaan energi kinetik adalah :

𝐸𝑘 = 12

𝑥 𝑚 𝑥 𝑣2 …………………………………………………….………...(2.4)

Keterangan :

Ek : energi kinetik (joule)

m : massa benda (kg)

v : kecepatan gerak suatu benda (m/s)

2.3 Gerak Jatuh Bebas

Gerak jatuh bebas adalah gerak jatuh benda pada arah vertikal dari

ketinggian h tertentu tanpa kecepatan awal (V0 = 0), jadi gerak benda hanya

dipengaruhi oleh gravitasi bumi. Pada gerak jatuh bebas, waktu jatuh benda bebas

hanya dipengaruhi oleh dua faktor saja, yaitu ketinggian (h) dan gravitasi bumi

(g). Jadi berat dari besaran-besaran lain tidak mempengaruhi waktu jatuh.

Pendulum pada alat uji impak dijatuhkan dari keadaan diam, percepatanya

akan konstan selama jatuh. Efek gesekan udara dan berkurangnya percepatan

10

akibat tinggi letak diabaikan, gerak ini termasuk dalam gerak jatuh bebas.

Percepatan benda jatuh bebas diakibatkan gaya berat benda (pendulum), dalam

ilmu diberi simbol ‘g’ seharga kira-kira 9,81 m/s2, sehingga berat pendulum bisa

dicari dengan rumus [6] :

W = m x g ………………………………………………………….……….....(2.5)

Keterangan:

W : Berat pendulum (kg m/ s2)

m : massa pendulum (kg)

g : percepatan gravitasi (m/ s2)

2.4 Hukum Newton

Hukum Pertama: “setiap benda akan memiliki kecepatan yang konstan

kecuali ada gaya yang resultannya tidak nol bekerja pada benda tersebut. Berarti

jika resultan gaya nol, maka pusat massa dari suatu benda tetap diam, atau

bergerak dengan kecepatan konstan (tidak mengalami percepatan)”.

Dirumuskan secara matematis menjadi:

Jika ΣF = 0, maka ψ = 0 atau ψ = konstan

Hukum kedua : “Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada

suatu benda berbanding lurus dan searah dengan gaya itu dan berbanding terbalik

dengan massa benda”.

Secara sistematis dirumuskan:

𝑎 = ΣF𝑚

atau ΣF = 𝑎 x m ………………………………….……….….....(2.6)

Hukum gerakan ketiga: ”Jika benda pertama mengerjakan gaya terhadap

benda kedua, maka benda kedua pun akan mengerjakan gaya terhadap benda

pertama yang besarnya sam tetapi arahnya berlawanan”.

Secara sistematis dirumuskan:

𝐹1 = −𝐹2 ………………………………………………...…….………….......(2.7)

2.5 Tegangan

Dalam perencanaan struktur, semua elemen harus diberikan ukuran tertentu.

Ukuran harus diproporsikan cukup kuat untuk memikul gaya yang mungkin

11

terjadi. Setiap elemen struktur juga harus cukup kaku sehingga tidak melengkung

atau berubah bentuk (deformation) berlebihan pada saat struktur dipakai. Setiap

elemen struktur juga tidak boleh terlalu langsing, sehingga tidak kehilangan

kestabilan. Jadi perencananaan struktur meliputi penentuan proporsi elemen

struktur yang memenuhi kekuatan (strength), kekakuan (stiffness) dan stabilitas

(stability) setiap elemen struktur. Kekuatan suatu material dapat dilihat

berdasarkan tegangan.

Tegangan didefinisikan sebagai tahanan terhadap gaya-gaya luar. Ini diukur

dalam bentuk gaya per satuan luas [7]. Dalam praktek teknik, gaya umumnya

diberikan dalam pound atau newton, dan luas yang menahan dalam inchi persegi

atau millimeter persegi. Akibatnya tegangan dinyatakan dalam pound per inchi

persegi, yang sering disingkat menjadi psi, atau newton per- milimeter persegi

(MPa). Besarnya gaya persatuan luas pada bahan tersebut disebut sebagai

tegangan dan lazimnya ditunjukkan dengan huruf Yunani σ (sigma), (Kurniawan,

2000).

Tegangan didefinisikan dengan rumus :

𝜎 = F𝐴 …………………………………………………….……………..….......(2.8)

Keterangan:

σ : Tegangan (N/ m2)

F : Gaya (N)

A : Luas penampang (m2)

Note :

a. Tegangan tarik (σt) : tegangan akibat gaya tarik

b. Tegangan geser (τ) : tegangan akibat gaya geser.

Jika suatu tegangan σ x bekerja dalam arah normal terhadap penampang

sebuah balok dari regangan normal ∈ x. Tiap serat longitudinal dari sebuah balok

hanya dikenakan beban tarik dan tekan (yaitu, serat-serat dalam tegangan

uniaksial). Sehingga diagram tegangan-regangan bahan akan memberikan

hubungan sebanding antara (σ x) dan (∈ x). Jika bahannya elastis dengan suatu

12

diagram tegangan-regangan linier, maka dapat digunakan Hukum Hooke untuk

tegangan uniaksial (σ = ∈ x ) dan diperoleh :

𝜎 = 𝐸𝜖𝑥 = −𝐸𝑘𝑦…………………………………………….…………..........(2.9)

Jadi, tegangan normal yang bekerja pada penampang berubah secara linier

terhadap jarak y dari permukaan netral. Jenis distribusi tegangan ini digambarkan

pada Gambar 2.1, yaitu tegangan relatif (tekan) di bawah permukaan netral

apabila kopel Mo bekerja dalam arah yang ditunjukkan. Kopel ini menghasilkan

suatu kelengkungan positif K dalam balok, meskipun menyatakan suatu momen

lentur negatif M.

Gambar 2.5. Penyebaran Tegangan Normal Pada

Sebuah Balok Dari Bahan Elastis Linier

Tegangan normal pada suatu balok digambarkan oleh persamaan berikut:

Dimana,

𝜎 = 𝑀 x y𝐼

…………………………………………………….…………..........(2.10)

Keterangan :

σ : tegangan normal (N/ m2)

M : momen lentur pada penampang

y : jarak dari sumbu netral ke tegangan normal

I : momen inersia

Pada fiber terluar balok nilai koordinat y dinotasikan dengan simbol c, sehingga

tegangan normal maksimumnya menjadi:

𝜎𝑚𝑎𝑘𝑠 = 𝑀 x 𝑐𝐼

𝑎𝑡𝑎𝑢 𝜎𝑚𝑎𝑘𝑠 = 𝑀𝐼/𝑐

……………………………………............(2.11)

I/c disebut modulus penampang yang umumnya dinotasikan dengan simbol

13

Z. Sehingga tegangan lentur maksimum digambarkan oleh persamaan:

𝜎𝑚𝑎𝑘𝑠 = 𝑀𝑍

…………………………………………………….…………........(2.12)

Berikut rumus dasar luas penampang, jarak gravity center, momen inersia

dan momen lentur pada penampang sesuai bentuk penampang :

Tabel 1 Rumus dasar perhitungan “Z” berdasarkan bentuk penampang [8]

2.6 Prinsip-prinsip Statika

Kesetimbangan benda tegar adalah kondisi dimana momentum benda tegar

sama dengan nol. Artinya jika awalnya benda tegar tersebut diam, maka ia akan

tetap diam. Namun jika awalnya benda tegar tersebut bergerak dengan kecepatan

konstan, maka ia akan tetap bergerak dengan kecepatan konstan. Sedangkan

benda tegar sendiri adalah benda yang bentuknya (geometrinya) akan selalu tetap

sekalipun dikenakan gaya. Jadi sekalipun dia bergerak translasi atau rotasi

bentuknya tidak akan berubah.

1. External load (Gaya – Gaya Luar), yaitu gaya yang disebabkan oleh

kontak langsung dari satu benda dengan permukaan benda yang lain.

Dalam semua kasus ini kekuatan didistribusikan ke daerah kontak antara

benda.

14

2. Reaksi Pendukung, gaya luar yang terjadi pada dukungan atau titik kontak

antara 2 benda disebut reaksi. Untuk masalah dua dimensi yaitu, benda

mengalami sistem kekuatan coplanar (gaya-gaya luar), dukungan yang

paling sering ditemui ditunjukkan pada Tabel 2.

Tabel 2 Jenis –Jenis Reaksi Dukungan [9]

3. Persamaan Kesetimbangan

Di bidang engineering gaya pada benda dapat diwakili sebagai

sistem gaya koplanar. Dalam hai ini, gaya terletak pada bidang x-y, maka

kondisi untuk kesetimbangan benda dapat ditentukan dengan hanya tiga

persamaan kesetimbangan skalar, yaitu:

∑𝐹𝑥 = 0………………………….……………………………........(2.13)

∑𝐹𝑦 = 0………………………….…………....................................(2.14)

∑𝑀0 = 0………………………….…………...................................(2.15)

4. Resultan Gaya – Gaya Dalam

Untuk mendapatkan beban internal yang bekerja pada daerah

tertentu dalam tubuh, maka perlu untuk melogikakan gaya yang terjadi

15

pada potongan melalui daerah di mana beban internal harus ditentukan.

Metode sebagian (pemotongan) digunakan untuk menentukan beban

resultan internal yang bekerja pada permukaan benda yang dipotong.

Secara umum, resultant ini terdiri dari gaya normal, gaya geser, momen

torsi, dan momen lentur.

5. Free-Body Diagram (Diagram Benda Bebas)

Gambar diagram benda bebas dari salah satu segmen yang telah

dipotong (gaya dalam) akan menunjukkan resultant gaya normal N, gaya

geser V, momen lentur M, dan momen torsi T . Resultant ini biasanya

ditempatkan pada titik yang mewakili pusat geometris atau pusat massa

bidang dipotong.

2.7 Defleksi

Defleksi adalah perubahan pada balok dalam aray y akibat adanya

pembebanan vertical yang diberikan pada balok atau batang. Deformasi pada

balok dapat dijelaskan berdasarkan defleksi balok dari posisinya sebelum

mengalami pembebanan. Defleksi diukur dari permukaan netral awal ke posisi

netral setelah terjadi deformasi. Konfigurasi yang diasumsikan dengan deformasi

permukaan netral dikenal sebagai kurva elastis dari balok. Gambar 2.6 dibawah

memperlihatkan balok pada posisi awal sebelum terjadi deformasi dan balok

dalam konfigurasi terdeformasi yang diasumsikan akibat aksi pembebanan.

Gambar 2.6. Gaya Pada Balok, a) Posisi Awal, b) Terdeformasi [4]

Jarak perpindahan ‘y’ didefinisikan sebagai defleksi balok. Dalam

penerapan, kadang kita harus menentukan defleksi pada setiap nilai ‘x’ di

sepanjang balok. Hubungan ini dapat ditulis dalam bentuk persamaan yang sering

16

disebut persamaan defleksi kurva atau kurva elastis dari balok. Persamaan

defleksi pada balok dengan tumpuan dikenai gaya ‘P’ seperti ditunjukkan pada

gambar 2.6.b diatas adalah:

𝛿𝑚𝑎𝑥 = 𝛽 𝑥 𝐹 𝑥 𝑙3

𝐸 𝑥 𝐼………………………….………………………………......(2.16)

Keterangan:

𝛿 max : Besarnya defleksi (µm)

F : Beban pendulum (N)

L : Jarak F1 dengan F2 (mm)

E : Modulus elastisitas (Gpa)

I : Momen inersia (mm4)

β : Beam bending coefficient

Persamaan untuk defleksi pada balok gantung yang dikenai gaya tunggal

terkosentrasi ‘P’ dengan dengan pembebanan seperti ditunjukkan pada gambar 2.7

dibawah, adalah:

𝛿𝑚𝑎𝑥 = 𝛽 𝑥 𝐹 𝑥 𝑙3

𝐸 𝑥 𝐼………………………….…………......................................(2.17)

Gambar 2.7. Defleksi Balok Gantung [4]

Keterangan:

𝛿𝑚𝑎𝑥 : Besarnya defleksi (µm)

F : Beban pendulum (N)

L : Jarak F1 dengan F2 (mm)

E : Modulus elastisitas (GPa)

I : Momen inersia (mm4)

β : Beam bending coefficient

17

Nilai dari coefficient beam bending setiap bentuk penampang berbeda-beda.

Berikut tabel nilai coefficient beam bending berdasarkan bentuk penampang :

Tabel 3 Coefficient of Beam Bending [8]

2.8 Safety Factor

Menurut Joseph P Vidosic, faktor keamanan (Safety factor) adalah faktor

yang digunakan untuk mengevaluasi agar perencanaan elemen mesin terjamin

keamanannya dengan dimensi yang minimum. Safety Factor (SF) menjadi suatu

hal yang sangat penting dalam analisis dan perencanaan struktur secara

keseluruhan. Permasalahan ini sudah menjadi subyek penelitian dan telah banyak

dibicarakan di kalangan insinyur sipil, khususnya di bidang rekayasa struktur.

Faktor keamanan elemen dan sistem struktur sangat tergantung pada ketahanan

struktur (R : bahan dan geometri), dan beban yang bekerja (S : beban mati, beban

hidup, beban gempa, beban angin, dan sebagainya.)

Menurut Joseph P Vidosic, nilai skala Safety Factor (sf) berdasarkan

tegangan luluh, yaitu :

• sf = 1,25 – 1,5 : kondisi terkontrol dan tegangan yang bekerja dapat

18

ditentukan dengan pasti

• sf = 1,5 – 2,0 : bahan yang sudah diketahui, kondisi lingkungan beban dan

tegangan yang tetap dan dapat ditentukan dengan mudah.

• sf = 2,0 – 2,5 : bahan yang beroperasi secara rata-rata dengan batasan beban

yang diketahui.

• sf = 2,5 – 3,0 : bahan yang diketahui tanpa mengalami tes. Pada kondisi

beban dan tegangan rata-rata.

• sf = 3,0 – 4,5 : bahan yang sudah diketahui. Kondisi beban, tegangan dan

lingkungan yang tidak pasti.

• Beban berulang : Nomor 1 s/d 5

• Beban kejut : Nomor 3 – 5

• Bahan Getas : Nomor 2 – 5 dikalikan dengan 2

Menurut Dobrovolsky (“Machine element”), Safety Factor berdasarkan

jenis beban adalah :

• Beban Statis : 1,25 – 2

• Beban Dinamis : 2 – 3

• Beban Kejut : 3 – 5

2.9 Material

Konstruksi permesinan membutuhkan material yang tepat guna. Hal ini

bertujuan agar biaya yang dikeluarkan sesuai dengan performa peralatan yang

diharapkan. Untuk membuat peralatan uji Drop Weight Tester (DWT) ini,

material yang dipilih adalah sebagai berikut:

1. Material ASTM A29

Material ASTM A29 setara dengan material S45C. Janis material ini

sangat cocok untuk material poros, pasak, positioning pin dsb. Material ini

berbentuk penampang bulat atau lembaran yang mempunyai sifat mampu

pengelasan, mampu proses permesinan serta dapat dikeraskan dengan nilai

kekerasan 25 HRC – 35 HRC.

19

Tabel 4 Spesifikasi A29 / S45C [10]

2. Material ASTM A36

Material ASTM A36 pada standar JIS merupakan material SS400.

Plate dengan Standard Spesifikasi ASTM A36 merupakan material Plate

Pressure Vessel golongan rendah dikarenakan secara fungsinya sama

dengan material Standard ASTM A516 Grade 70 dan ASTM A285 Grade

C namun pada tingkat temperaturnya dibawahnya dan diatas JIS G3101

SS400. Material ini diproduksi Oleh Pabrikan Lokal diantaranya Krakatau

Steel (KS) dan Krakatau Posco (KP). Karakteristik material ini dapat

dilihat pada tabel 5.

Tabel 5. Spesifikasi A36 / SS400 [10]

2.10 Sambungan

Mesin atau konstruksi terdiri dari beberapa bagian, yang mana bagian yang

satu dengan yang lain akan dihubungkan. Salah satu cara untuk menghubungkan

20

suku bagian-suku bagian tersebut adalah dengan cara memberikan sambungan.

Sambungan adalah hasil dari penyatuan beberapa bagian atau konstruksi dengan

menggunakan suatu cara tertentu.

Macam-macam sambungan adalah sebagai berikut:

1. Sambungan tetap, yaitu sambungan yang hanya dapat dilepas dengan cara

merusaknya. Contoh: sambungan keling dan sambungan las

2. Sambungan tidak tetap, yaitu sambungan yang dapat kita lepas dan dapat

kita bongkar tanpa merusak sesuatu. Contoh: sambungan baut,

sambungan pasak dan sambungan pena.

2.10.1 Sambungan Keling

Sambungan keling adalah sambungan yang digunakan untuk menyambung

plat dan batang profil. Untuk membuat sambungan ini digunakan paku keling

yang dibuat di pabrik khusus dengan kepala terpasang yang dilantak. Ada

beberapa macam bentuk kepala paku keling, mulai dari paku keeling kepala bulat,

kepala rata dan kepala tirus. Yang paling banyak digunakan yaitu paku keeling

kepala berbentuk bulat karena jenis paku keling ini paling mudah dipakai. Bahan

yang digunakan untuk membuat paku keling antara lain baja kenyal, baja paduan,

tembaga, loyang dan aluminium.

Gambar 2.8. Sambungan Paku Keling

21

Fungsi dari penggunaan sambungan keling, yaitu :

1. Sebagai sambungan kekuatan dalam konstruksi baja dan konstruksi logam

ringan. Contoh : Konstruksi Bertingkat, Konstruksi Jembatan dan

konstruksi Pesawat Angkat

2. Sebagai sambungan kekuatan kedap. Contoh : Konstruksi ketel dan pipa

tekanan tinggi.

3. Sebagai sambungan kedap yg tidak memiliki tekanan. Contoh : tangki,

cerobong asap, pipa penurun.

4. Sebagai sambungan paku untuk kulit pelat. Contoh: Konstruksi Kendaraan

dan Konstruksi Pesawat Terbang.

2.10.2 Sambungan Las

Mengelas adalah menyambung dua bagian logam dengan cara memanaskan

sampai suhu lebur dengan memakai bahan pengisi atau tanpa bahan pengisi.

Sistem sambungan las ini termasuk jenis sambungan tetap dimana pada konstruksi

dan alat permesinan, sambungan las ini sangat banyak digunakan. Untuk

menghitung kekuatan sambungan las ini, disesuaikan dengan cara pengelasannya

serta jenis pembebanan yang bekerja pada penampang yang dilas tersebut.

Gambar 2.9. Sambungan Las

22

Keuntungan sambungan las dibanding dengan sambungan keling dan

sambungan baut, antara lain yaitu :

1. Kampuh las lebih ringan, hanya sekitar 1 - 1,5% dari berat konstruksi.

Untuk sambungan Keling & Baut mempunyai berat 2,5 – 4 % dari berat

konstruksi.

2. Bagian yang akan dilas pada umumnya tidak perlu diberi lapisan lagi,

misalnya dengan bahan pelat atau yang sejenis.

3. Lebih efisien, terutama terhadap tegangan tarik, sebab tidak ada lubang

yang melemahkan penampang batang tarik

Kekurangan pada sambungan las adalah kualitas sambungan las sangat

tergantung pada keahlian juru las.

Ada 3 macam metode pengelasan, yaitu :

1. Las Tempa

Pada metode Las Tempa, kedua bagian ujung yang akan disambung

dipanaskan mendekati suhu lebur, ditempelkan lalu ditempa atau dipukul

berkali-kali sehingga menjadi satu sambungan yang homogen. Untuk

sambungan Las Tempa ini tidak menggunakan logam pengisi atau tidak

menggunakan bahan tambah.

2. Las Otogin (Las Gas)

Pada metode dengan Las Otogin, kedua bagian yang akan

disambung dipanaskan sampai mendekati titik leburnya menggunakan api

yang berasal dari campuran gas asetilin dan gas asam, kemudian pada

bagian yang hampir meleleh tersebut diisi dengan lelehan kawat las.

3. Las Listrik

Las busur listrik umumnya disebut las listrik adalah salah satu cara

menyambung logam dengan jalan menggunakan nyala busur listrik yang

diarahkan ke permukaan logam yang akan disambung. Pada bagian yang

terkena busur listrik tersebut akan mencair, demikian juga elektroda yang

menghasilkan busur listrik akan mencair pada ujungnya dan merambat

terus sampai habis. Logam cair dari elektroda dan dari sebagian benda

yang akan disambung tercampur dan mengisi celah dari kedua logam yang

23

akan disambung, kemudian membeku dan tersambunglah kedua logam

tersebut.

2.10.3 Sambungan Baut

Baut adalah salah satu alat penyambung profil baja, selain paku keling dan

las. Baut yang lazim digunakan sebagai alat penyambung profil baja adalah baut

hitam dan baut berkekuatan tinggi. Sistem sambungan dengan menggunakan Mur

& Baut ini, termasuk sambungan yang dapat dibuka tanpa merusak bagian yang

disambung serta alat penyambung ini sendiri. Bagian–bagian terpenting dari mur

dan baut adalah pada ulir nya. Sambungan baut dilakukan dengan cara suatu

pasak melintang (baut) dipasang pada suatu lubang, yang dengan menembus

masuk pada bagian konstruksi yang disambungkan.

Fungsi sambungan baut pada konstruksi mesin antara lain yaitu :

1. Pengamanan bagian atas dan bawah suatu kotak roda gigi.

2. Untuk pengaturan kekuatan putar atau kekuatan luncur dari naf terhadap

poros.

3. Untuk sambungan fleksibel atau bantalan dari sirip, batang, piringan dan

rol.

4. Untuk penghenti dari pegas, batang dan semacamnya.

Gambar 2.10. Sambungan Baut

24

Beberapa keuntungan penggunaan sambungan mur baut, antara lain yaitu :

1. Mempunyai kemampuan yang tinggi dalam menerima beban.

2. Kemudahan dalam pemasangan.

3. Dapat digunakan untuk berbagai kondisi operasi.

4. Dibuat dalam standarisasi.

5. Efisiensi tinggi dalam proses manufaktur.

Kerugian utama sambungan mur baut yaitu mempunyai konsentrasi tegangan

yang tinggi di daerah ulir.

Bagian–bagian terpenting dari mur dan baut adalah ulir. Ulir adalah suatu

yang diputar di sekeliling silinder dengan sudut kemiringan tertentu. Penggunaan

ulir banyak sekali ditemui dalam kehidupan sehari-hari, karena ulir berfungsi

sebagai pengikat, selain itu ulir juga berfungsi sebagai penggerak suatu benda.

Bentuk ulir dapat terjadi bila sebuah lembaran berbentuk segitiga digulung pada

sebuah silinder. Dalam pemakaiannya ulir selalu bekerja dalam pasangan antara

ulir luar dan ulir dalam. Ulir pengikat pada umumnya mempunyai profil

penampang berbentuk segitiga samakaki. Jarak antara satu puncak dengan puncak

berikutnya dari profil ulir disebut jarak bagi (P) lihat gambar.

Gambar 2.11. Nama-nama Bagian Ulir [8]

Keterangan :

1 = sudut ulir

2 = Puncak ulir

3 = jarak puncak ulir (jarak bagi) (P)

4 = Diameter inti dari ulir luar

25

5 = Diameter luar dari ulir luar

6 = Diameter dalam dari ulir dalam

7 = Diameter luar dari ulir dalam

Berikut adalah macam-macam jenis ulir menurut bentuknya :

1. Ulir segitiga

Jenis ulir ini banyak sekali kita temui, dan banyak sekali standar dari ulir

segitiga ini diantaranya adalah

a. Ulir Metris / Metric Standart Thread

Merupakan ulir segitiga dengan sudut puncak 60° dan keseluruhan

dimensi dalam satuan metris. Simbol dari ulir ini adalah "M" contohnya M8

x 1,25 adalah ulir metris dengan diameter 8 mm dan pitch 1,25 mm.

b. Ulir Whitworth / Whitworth Standart Thread

Merupakan ulir segitiga dengan sudut puncak 55° dan keseluruhan

dimensi dalam satuan british (inchi). Simbol dari ulir ini adalah "W",

contohnya W ⅜" x 20 TPI adalah ulir whitworth dengan diameter ⅜" dan

terdapat 20 Thread per Inch (jumlah puncak ulir tiap jarak 1 inchi).

c. Ulir Pipa / BSP Thread (British Standart Pipe Thread)

Merupakan ulir standart yang digunakan pada sambungan pipa.

disimbolkan dengan huruf "R" contohnya R ⅜" yaitu ulir standar pipa untuk

diameter pipa ⅜".

d. Ulir UNF / Unified Fine Thread

Merupakan jenis ulir dengan dimensi gabungan dari metris dan british.

ulir ini mempunyai sudut puncak ulir 60° dan dimensi ukuran dalam satuan

british (inchi). ulir ini kebanyakan digunakan di negara Amerika Serikat dan

Kanada. simbol yang digunakan adalah "UNF" contoh UNF ⅜" x 24 TPI

yaitu ulir UNF dengan ukuran diameter ⅜" dan jumlah ulir tiap inchi 24.

e. Ulir UNC / Unified Coarse Thread

Merupakan versi kasar dari ulir UNF. kasar disini dimaksudkan adalah

jumlah ulir tiap inchi yang lebih sedikit dari ulir UNF sehingga tampak

kasar. simbol yang digunakan adalah "UNC" contohnya ⅜ - 16 UNC adalah

ulir UNC dengan diameter ⅜" dan jumlah ulir tiap inchi 16.

26

2. Ulir Segiempat / Square Thread

Merupakan ulir dengan bentuk profil segi empat, biasanya digunakan

untuk beban berat misalnya pada pembuka pintu air bendungan dan ulir pada

tanggem. ulir segiempat disimbolkan dengan huruf "Sq" dan berdimensi inchi

contohnya Sq ⅜" x 8 TPI yaitu ulir segiempat dengan diameter ⅜" dan jumlah

ulir tiap inchi adalah 8.

3. Ulir trapesium / Trapezium Thread

Merupakan ulir dengan profil trapesium dengan sudut puncak 30°. biasa

digunakan pada ulir penggerak pada eretan dan leadscrew pada mesin bubut.

Ulir ini disimbolkan dengan huruf "Tr" dengan dimensi metris contohnya Tr

18 x 4 adalah ulir trapesium dengan diameter 18 mm dan jarak puncak ulir 4

mm.

4. Ulir Acme / Acme Thread

Merupakan ulir dengan profil trapesium dengan sudut puncak 29°, biasa

digunakan pada eretan dan leadscrew. ulir ini disimbolkan dengan "Acme"

dengan dimensi dalam satuan inchi.

5. Ulir Bulat / Round Thread

Merupakan ulir dengan profil setengah lingkaran pada bagian lembah dan

puncak ulir. biasa digunakan untuk mentranmisikan daya/gerakan secara halus

dengan tanpa kelonggaran. jenis lain dari ulir bulat ini adalah ulir edison yaitu

ulir yang digunakan pada lampu bohlam

6. Ulir bola / Ball Screw

Merupakan ulir yang biasanya dipasangkan dengan mekanisme bola-bola

baja dan digunakan pada penggerak mesin CNC karena hampir tidak ada

kelonggaran dengan jarak yang presisi.

7. Ulir tanduk./ Buttress Thread

Merupakan ulir berbentuk segitiga tetapi bukan segitiga sama kaki

melainkan berbentuk seperti tanduk. biasa digunakan sebagai pengunci tarikan

seperti pengunci collet dan pada tutup pasta gigi.

27

8. Ulir majemuk / Multi start Thread

Merupakan ulir yang mempunyai lebih dari satu belitan ulir. biasanya

untuk penggerak dengan kecepatan tinggi. bentuk profil ulir bisa segitiga,

segiempat, trapesium, bola dan sebagainya.

Pada saat ini ulir yang terdapat didalam perdagangan ada dua standar,

yaitu :

a. Standard British Witworth dengan ciri-cirinya:

• Simbolnya W misalnya W ½“ artinya diameter luarnya adalah ½ inchi

• Ukurannya dalam satuan inchi

• Sudut puncak (alpha) = 55 derajat

b. Standard Metris (SI) :

• Simbolnya(M), misalnya M20 artinya diameter luarnya adalah 20 mm

• Semua ukuran dalam tabel dan gambar dalam satuan(mm)

• Sudut puncak (alpha) = 60 derajat

Berikut symbol yang terdapat pada baut dan mur metric :

Gambar 2.12. Simbol Baut dan Mur Metrik

Keterangan :

• Contoh:M 8 x 1.25-4T

• M = Jenis Ulir

• “M” kependekan dari ulir metrik

• 8 = diameter luar baut

28

• 1.25 = tinggi alur (mm)

• 4T = kekuatan

• Nomor menunjukkan 1/10 dari daya rentang minimum dalam unit of

kgf/mm2, dan huruf adalah kependekan dari “daya rentang”. Kekuatan

distempelkan pada baut kepala.

Berikut tabel dimensi/ukuran standar pada baut dan mur metrik :

Tabel 6 Standar Ukuran Pada Baut dan Mur Metrik [8]

29

2.10.4 Bolt Properties (M10x1.5)

Pada area sambungan komponen digunakan sambungan baut. Baut yang

digunakan yaitu baut M10x1.5 dengan jenis Bolt Hexagon Socket Head Cap

Screw. Untuk melakukan perhitungan kekuatan sambungan diperlukan material

properties dari baut yang digunakan, untuk mengetahui batasan dari tensile

strength yang diizinkan. Berikut material properties baut (tensile strength) terlihat

pada tabel 7 Tensile Strength Bolt.

30

Tabel 7 Tensile Strength Bolt [10]

2.11 ASTM D5420-04

Pada standar ASTM D5420-04 dijelaskan ada beberapa bagian alat uji

impak, yaitu :

1. Specimen Support Anvil

2. Specimen

3. Specimen Support Plate

4. Guide Arm

5. Guide Arm Adjuster

6. Mass

7. Mass Lift Handle

31

8. Column Height Adjuster

9. Mass Lift Handle

Gambar 2.13. Sketch Alat Uji Impak ASTM D5420-04 [13]

Terlihat pada gambar 2.14, standar ASTM D 5420-04 juga menjelaskan

secara detail mengenai ukuran komponen Striker serta Specimen Support Anvil.

Yang nantinya diterapkan pada alat uji impak penelitian ini.

32

Gambar 2.14. Ukuran Komponen Striker & Specimen Support Anvil [13]

33

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Pada bab ini diuraikan secara sistematis mengenai langkah-langkah yang

dilakukan dalam penelitian. Langkah-langkah yang dilakukan dalam penelitian

ditampilkan dalam gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram alir perancangan alat

34

Tahapan-tahapan yang dijelaskan pada gambar 3.1 digunakan untuk mengkaji

alat uji impak drop weight. Penjelasan lebih terperinci mengenai metode penelitian

diatas akan dijelaskan dalam sub bab berikut ini.

3.1 Identifikasi Masalah

Identifikasi masalah dilakukan sebagai langkah awal penelitian dimana

bertujuan untuk mengetahui latar belakang penelitian. Latar belakang penelitian

ditentukan dengan mengangkat suatu permasalahan tentang pengujian alat uji impak

yaitu Drop Weight Test (DWT) yang cukup banyak digunakan dalam aplikasi di

dunia industri terutama untuk menguji ketangguhan material jenis aluminium, plastik,

komposit juga besi. Kebutuhan untuk menguji material berdasarkan aspek Uji

ketangguhan berbasis DWT ini menarik perhatian penulis dengan mengkhususkan

merancang dan manufaktur alat uji DWT ini untuk material aluminium. Hingga

diharapkan melalui skripsi berikut produknya ini dapat menambah koleksi alat uji di

Universitas Presiden secara ekonomis. Sehingga setelah mempertimbangkan hal-hal

tersebut, maka pihak Jurusan Teknik Mesin Universitas Presiden berinisiatif untuk

memiliki alat uji buatan sendiri.

3.2 Rumusan Masalah

Perumusan masalah yang diangkat dalam penelitian ini adalah bagaimanakah

merancang alat uji impak drop weight yang sesuai standar ASTM D 5420-04 dengan

memperhatikan ketelitian (accuracy) dari hasil pengujian alat.

3.3 Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah alat uji impak drop

weight serta mengetahui mekanisme kerja alat dan standar prosedur pengujian impak.

3.4 Studi Literatur

Studi literatur dilakukan dengan mencari informasi yang berkaitan dengan

permasalahan yang dibahas dalam menentukan rancangan alat uji impak drop weight.

35

Pencarian informasi ini dilakukan melalui internet, perpustakaan, jurnal sehingga

diperoleh referensi yang dapat digunakan untuk mendukung pembahasan

perancangan alat. Materi-materi yang digunakan yaitu mengenai uji impak, gaya

energi mekanik serta ASTM.

3.5 Pengumpulan Data

Pengumpulan data dapat diperoleh dari sumber studi pustaka dan studi

lapangan. Studi pustaka dilakukan untuk memperoleh informasi pendukung yang

diperlukan dalam penyusunan laporan penelitian, yakni mempelajari literatur

standarisasi pengujian alat uji impak dengan menggunakan standart American Society

for Testing and Materials (ASTM). Lalu studi lapangan diperlukan untuk

memperoleh informasi mengenai kebutuhan yang diperlukan dalam perancangan alat

uji impak drop weight secara langsung, yaitu mengenai komponen-komponen yang

diperlukan dalam perancangan alat uji impak drop weight tersebut, sehingga dapat

diketahui anggaran biaya yang diperlukan dalam perancangan alat uji impak. Studi

lapangan juga dilakukan dengan pengamatan terhadap alat uji impak drop weight

yang sudah ada. Pengamatan dilakukan di PT. XYZ, pengamatan ini bertujuan untuk

memperoleh spesifikasi produk dari alat uji impak yang sudah ada.

3.6 Konsep Perancangan Alat Uji Impak Drop Weight

Konsep perancangan dilakukan dengan mengamati alat yang sudah ada serta

mempelajari standar yang berhubungan dengan alat uji impak. Tujuannya agar

konsep rancangan memiliki dasar yang tepat untuk dibuat. Konsep perancangan juga

dengan melakukan diskusi mengenai kebutuhan alat uji impak di laboratorium

President University. Diskusi dilakukan dengan Dosen pembimbing dan teman

mahasiswa selaku pengguna alat uji impak nantinya.

3.7 Perancangan Spesifikasi Alat Uji Impak Drop Weight

Pada rancangan alat, standar ASTM D 5420-04 digunakan untuk standar ukuran

komponen pendulum dan juga anvil. Dalam pembuatan gambar alat uji dibuat desain

36

perancangan dengan menggunakan software Autocad. Pada perancangan juga

ditentukan penggunaan material dari rangka alat uji agar sesuai kebutuhan

penggunaan.

3.8 Analisis Perancangan Alat Uji Impak Drop Weight

Analisis perancangan dilakukan dengan menghitung kekuatan material pada

beberapa sambungan serta menghitung defleksi yang terjadi pada beberapa

komponen alat uji impak.

3.9 Pemilihan Material dan Pembuatan Alat Uji Impak Drop Weight

Pembuatan alat uji impak drop weight dilakukan setelah perancangan

spesifikasi alat uji memenuhi syarat untuk dimensi yang sesuai dengan kebutuhan

pengguna dan memenuhi standar ASTM D 5420-04.

3.10 Pengujian Alat Uji Impak Drop Weight

Pada tahap ini dilakukan pengujian terhadap alat uji impak, pengujian

dilakukan beberapa kali terhadap spesimen uji. Tujuan pengujian ini untuk

mengetahui apakah alat uji impak bekerja sesuai dengan yang diharapkan jika tidak

harus dilakukan perbaikan perancangan.

3.11 Analisis Alat Uji Impak Drop Weight setelah Pengujian

Tahap ini membahas mengenai alat uji impak setelah dilakukan pengujian

beberapa kali dengan rancangan yang sebelumnya sudah dibuat. Pengujian dilakukan

beberapa kali untuk mengetahui kondisi alat setelah mengalami beberapa kali

penggunaan untuk selanjutnya dilakukan evaluasi pada segala sesuatunya untuk

dijadikan sebagai bahan penelitian selanjutnya.

3.12 Ringkasan Metodologi

Penarikan kesimpulan terhadap permasalahan dilakukan pada tahap akhir dalam

penelitian ini setelah dilakukan analisis perancangan. Penarikan kesimpulan bertujuan

37

untuk menjawab tujuan penelitian yang telah ditetapkan sebelumnya. Saran juga

dikemukakan untuk memberikan masukan terhadap permasalahan yang diteliti.

Selain itu juga diberikan saran-saran perbaikan untuk penelitian-penelitian

berikutnya.

38

BAB IV

PENGUMPULAN DATA DAN ANALISIS

Pada bab ini menjelasakan mengenai proses pembuatan dan pengujian yang

setelah itu dilakukan analisis dari berdasarkan hasil pengumpulan data. Adapun

langkah ini dimaksudkan untuk mememperoleh data yang dibutuhkan dan

mengetahui apakah alat dapat bekerja sesuai yang diharapkan.

4.1 Pengumpulan Data

Pengamatan awal untuk perancangan desain penelitian ini yaitu dengan

mengamati alat uji impak di PT. XYZ. Alat uji impak di PT.XYZ digunakan

untuk mengetahui kekuatan logam yang dilapisi coating / cat berdasarkan hasil

tumbukan,berikut hasil pengamatan pengujian di PT. XYZ yang terlihat pada

gambar 4.1.

Gambar 4.1 Specimen Hasil Pengujian

Dari hasil pengamatan alat ada tiga komponen utama yang merupakan

bagian penting pada alat tersebut yaitu striker, specimen support anvil, dan mass.

Berdasarkan tiga komponen utama tersebut, dilakukan pengamatan studi literatur

mengenai standar ukuran komponen. Standar yang digunakan yaitu berdasarkan

39

American Society for Testing and Materials (ASTM). ASTM yang digunakan dan

berhubungan dengan penelitian ini yaitu ASTM D5420-04 mengenai standar

metode tes untuk ketahanan impak dari hantaman Striker.

4.2 Konsep perancangan alat uji impak

Konsep perancangan alat uji impak penelitian ini mengacu pada alat uji

impak yang ada di PT. XYZ yaitu memiliki kekuatan maksimal sebesar 15 Joule

dengan berat pendulum 1kg dan 2kg. Selain berdasarkan alat uji impak di PT.

XYZ dan juga menggunakan ASTM D 5420-04, penyusunan konsep perancangan

alat uji juga berdasarkan hasil identifikasi kebutuhan oleh pengguna. Identifikasi

kebutuhan tersebut berdasarkan hasil diskusi dengan dosen pembimbing. Hasil

diskusi tersebut dianggap dapat mewakili keinginan seluruh pengguna alat uji dan

berikut adalah hasil dikusi kebutuhan alat uji impak sebagai berikut :

1. Fungsional

Alat uji impak hasil perancangan dapat digunakan untuk melakukan

pengujian material Galvanis. Dan diharapkan mampu menghasilkan energi

serap hingga 15 Joule.

2. Kontruksi

Alat uji impak hasil perancangan diharapkan dapat memiliki bentuk

sederhana dengan bahan baku yang mudah didapat dan juga kuat. Dimana

kontruksi tersebut dapat tahan lama atau tidak mudah rusak dalam

penggunaannya. Rancangan ini diperuntukan untuk laboratorium dan akan

digunakan mahasiswa, maka dari itu diharapkan tidak terlalu berat ketika

dalam pemindahan atau handling alat.

3. Sistem pembacaan

Alat uji impak hasil perancangan memiliki skala indikator untuk

penunjukan nilai energi serap yang dihasilkan sesuai tebal spesimen.

Dengan skala indikator tersebut memudahkan pengguna untuk melakukan

pengujian.

4. Perawatan

Perawatan yang dilakukan pada alat uji impak mudah dan dalam

jangka waktu yang lama. Kemudahan perawatan ditentukan dari hasil

40

rancangan desain yang sesuai seperti, part yang mudah di bongkar pasang

sehingga perawatan dapat dilakukan pada seluruh bagian part.

5. Geometri

Rancangan alat uji impak di desain dengan ukuran yang sesuai agar

tidak membutuhkan banyak ruang.

6. Keselamatan

Dalam perancangan alat dilakukan perhitungan dan analisis kekuatan

material agar dapat memenuhi faktor keamanan.

7. Material uji (Specimen)

Material uji yang digunakan yaitu material Galvanis dengan tebal

plat yang bervariasi. Hal itu bertujuan untuk pembuatan standar alat uji

impak penelitian ini.

4.3 Perancangan Spesifikasi Alat Uji Drop Weight

Desain perancangan alat uji impak berdasarkan konsep yang telah dijelaskan

sebelumnya serta hasil pengamatan alat uji impak di PT. XYZ maka dibagi 10

komponen utama yang menyusun menjadi sebuah alat Drop Weight Tester serta

sambungan menggunakan sambungan baut. Berikut adalah list komponen yang

menyusun alat uji impak dapat dilihat pada tabel 8.

Tabel 8 List Komponen Alat Uji Impak

No. Part Name Qty

1 Base 1

2 Frame 1 1

3 Frame 2 1

4 Pin 1

5 Guide Arm 1

6 Axis 1

7 Pipe for Mass 1

8 Mass 1

9 Striker 1

41

10 Specimen Support Anvil 1

- Bolt M10x1.5 11

- Bolt & Nut M8 2

Komponen – komponen uji impak diatas disusun menjadi sebuah rancangan

desain alat Drop Weight Tester. Untuk menggambarkan rancangan maka

divisualisasikan berupa gambar 3D agar memudahkan dalam menganalisis

kesesuaian ukuran setiap komponen yang di-assembly. Berikut adalah gambar

rancangan alat Drop Weight Tester dapat di lihat pada gambar 4.2.

Gambar 4.2 Rancangan Alat Uji Impak Drop Weight

Berikut penjelasan komponen-komponen yang menyusun alat Drop Weight

Tester sebagai berikut:

42

1. Base

Base merupakan komponen dasar yang berfungsi sebagai pondasi

rangka alat uji impak agar alat uji impak dapat berdiri dengan tegak.

Rancangan base tersebut dirancang dengan ukuran 15x300x420 mm agar

dapat menahan rangka ketika pengujian. Pada komponen base terdapat

lubang ulir M10 yang berfungsi untuk masuknya baut untuk mengikat ke

meja kerja atau lantai agar alat uji impak dapat berdiri dengan kokoh atau

tidak berubah tempat. Berikut adalah gambar rancangan base dapat di lihat

pada gambar 4.3.

Gambar 4.3 Base

2. Frame 1

Frame atau rangka pada alat uji impak ini merupakan tiang penahan

beban yang berfungsi menumpu komponen lainnya seperti frame 2 dan

pipe for mass. Pada kontruksi rangka ini harus mampu menopang beban

dari frame 2 dan pipe for mass. Lubang ulir M10 pada komponen ini

berfungsi sebagai sambungan baut. Berikut adalah gambar rancangan

Frame 1 dapat di lihat pada gambar 4.4.

43

Gambar 4.4 Frame 1

3. Frame 2

Frame 2 atau rangka pada alat uji impak ini merupakan bagian

rangka yang menahan komponen pipe for mass. Komponen frame 2

terdapat terdapat beberapa lubang. Pada lubang diameter 25 mm berfungsi

untuk masuknya komponen axis. Lalu lubang diameter 8 mm berfungsi

sebagai masuknya komponen pin untuk mengunci komponen axis dengan

frame 2. Lalu lubang diameter 46 mm berfungsi untuk masuknya

komponen pipa. Pada ujung komponen frame 2 terdapat komponen yang

berfungsi untuk mengunci komponen pipa. Berikut adalah gambar

rancangan frame 2 dapat di lihat pada gambar 4.5.

Gambar 4.5 Frame 2

44

4. Pin

Perancangan komponen pin berbentuk silinder dengan diameter 8

mm dan panjang 70 mm. Komponen pin ini berfungsi untuk mengunci

komponen axis dengan komponen frame 2. Rancangan komponen pin ini

dilakukan perhitungan kekuatan material juga karena pin tersebut

mengalami tegangan. Berikut adalah gambar rancangan pin dapat di lihat

pada gambar 4.6.

Gambar 4.6 Pin

5. Guide Arm

Komponen guide arm berfungsi sebagai lengan pengatur posisi

komponen striker. Pada komponen guide arm terdapat lubang diameter 16

mm yang berfungsi sebagai penempatan striker, lalu pada lubang diameter

25 mm berfungsi sebagai masuknya komponen axis. Terdapat lubang

diameter 8 mm pada sisi komponen yang berfungsi sebagai masuknya baut

untuk mengunci komponen guide arm terhadap komponen axis. Berikut

adalah gambar rancangan guide arm dapat dilihat pada gambar 4.7.

Gambar 4.7 Guide Arm

45

6. Axis

Komponen axis berbentuk silinder dengan diameter 25 mm dan

panjang 160 mm berfungsi sebagai pengatur ketinggian striker dengan

cara mengatur tingginya guide arm. Pada komponen axis terdapat lubang

diameter 8 mm untuk masuknya komponen pin. Berikut adalah gambar

rancangan axis dapat di lihat pada gambar 4.8.

Gambar 4.8 Axis

7. Pipe for Mass

Pipe for Mass berfungsi sebagai tempat sliding komponen mass atau

pendulum. Rancangan komponen ini dibuat dengan berat yang ringan agar

tegangan pada komponen frame tidak besar. pada kamponen ini dilakukan

cutting dengan lebar 8 mm sebagai jalur gerak handling mass. Panjang

komponen pipa dibuat 1600 mm telah disesuaikan dengan perhitungan

agar mampu menghasilkan energi hingga 20 Joule. Berikut adalah gambar

rancangan pipe for mass dapat di lihat pada gambar 4.9.

Gambar 4.9 Pipe for Mass

46

8. Mass

Mass atau pendulum merupakan salah satu komponen utama pada

alat Drop Weight Tester yang berfungsi untuk menghasilkan energi

terhadap striker yang selanjutnya diteruskan ke komponen specimen.

Rancangan komponen mass dibuat agar mempunyai berat sebesar 1.5 kg

dan besarnya menyesuaikan dengan diameter pipe for mass yaitu diameter

30 mm. Berikut adalah gambar rancangan mass dapat di lihat pada gambar

4.10.

Gambar 4.10 Mass

9. Striker

Striker merupakan salah satu komponen utama alat Drop Weight

Tester. Komponen ini berfungsi sebagai penyalur energi dari hantaman

atau tekanan dari komponen mass terhadap speciment. Ujung komponen

striker dibuat sesuai standar ASTM D-5420-04 yaitu pada bagian ujung

dibuat radius 7.93 mm atau diameter 15.86 mm. Berikut adalah gambar

rancangan striker dapat di lihat pada gambar 4.11.

47

Gambar 4.11 Striker


Specimen support anvil juga merupakan salah satu komponen utama,

fungsi dari komponen ini adalah sebagai tempat specimen ketika akan

dilakukan pengujian impak. Pada komponen specimen support anvil

terdapat lubang berdiameter 16.26 mm sesuai dengan standar ASTM

5420-04 berfungsi agar area specimen yang dihantam komponen striker

membentuk kawah, untuk selanjutnya dilakukan pengamatan pada kawah

tersebut. Berikut adalah gambar rancangan specimen Support Anvil dapat

di lihat pada gambar 4.12.

Gambar 4.12 Specimen Support Anvil

48

4.4 Analisis Rancangan Alat Uji Impak Drop Weight

Setelah perancangan alat uji Drop Weight Tester selesai dibuat, maka

dilakukan analisis hasil perancangan tersebut untuk mengetahui apakah

perancangan tersebut sesuai dan siap untuk dilakukan proses produksi.

4.4.1 Analisis Perancangan Komponen Mass / Pendulum

Tujuan pengujianan alat Drop Weight Tester adalah penyerapan energi

potensial dari beban mass yang jatuh pada ketinggian yang ditentukan, lalu

menghantam striker dan menumbuk specimen sehingga specimen mengalami

deformasi atau berubah bentuk seperti kawah. Maka dari itu komponen mass atau

pendulum merupakan komponen utama dalam menentukan nilai energi serap pada

pengujian uji Drop Weight Tester. Ukuran perancangan komponen mass /

pendulum dibuat dengan pertimbangan berat total yaitu 1.5 kg. Untuk ukuran

diameter pendulum menyesuaikan ukuran diameter dalam komponen Pipe for

Mass. Berikut perhitungan panjang pendulum.

𝜌 = 𝑚𝑚𝑉

........................................................................................................(4.1)

Dimana :

𝜌 : massa jenis material (kg/m3)

m : mass / berat pendulum (kg)

V : Volume (m3)

Terlihat pada persamaan diatas untuk mengetahui mass / berat benda maka

perlu diketahui massa jenis benda serta volume benda. Diketahui massa jenis

material ASTM A29 / S45C yaitu 7.85 g/cm3. Lalu dilakukan perancangan ukuran

komponen mass / pendulum agar mendapatkan berat pendulum 1.5 kg.

Berdasarkan bentuk perancangan komponen mass / pendulum, maka dilakukan

perhitungan volume menjadi 3 bagian, yaitu bagian 1 (ujung mass), bagian 2

(champer) dan bagian 3 (body). Pembagian perhitungan terlihat pada gambar

4.13.

Gambar 4.13 Bagian Pendulum

Bagian 3 (Body)

Bagian 2 (Champer) Bagian 1

(Ujung mass)

49

1. Bagian 1 (Ujung Mass)

Pada bagian ujung bentuknya menyerupai setengah bola, sehingga

bisa digunakan rumus perhitungan volume bola dibagi 2. Terlihat pada

gambar 4.14, diketahui radius bagian ujung komponen yaitu 15 mm, dan

berikut perhitungan volume bagian ujung komponen mass :

Gambar 4.14 Bagian Ujung Mass

Diketahui :

r = 15 mm

Maka,

𝑉1 =�43 𝑚𝑚 𝜋 𝑚𝑚 𝑟3�

2 ……………………………………..…………….(4.2)

𝑉1 =�4

3 𝑥 3.14 𝑥 153�2

𝑉1 = 7065 𝑚𝑚3

Berdasarkan kalkulasi sebelumnya dapat dihitung volume, juga

massa pada ujung komponen. Berikut perhitungan massa pada ujung

komponen:

Diketahui :

Massa jenis material ASTM A29 / S45C ( 𝜌 ) = 7.85 𝑔𝑟𝑚𝑚𝑚𝑚𝑐𝑚𝑚3

Maka,

𝑚1 = 𝜌 𝑥 𝑉

𝑚1 = 7.85𝑔𝑟𝑎𝑚𝑐𝑚3 𝑥 7065 𝑚𝑚3

𝑚1 = 7.85 𝑥 10−6𝑘𝑔𝑚𝑚3 𝑥 7065 𝑚𝑚3

𝑚1 = 0.055 kg

50

Dari perhitungan ini dapat disimpulkan bahwa massa pada bagian

ujung pendulum adalah 0.055 kg.

2. Bagian 2 (Champer)

Pada bagian champer bentuknya menyerupai kerucut terpancung,

sehingga bisa digunakan rumus perhitungan volume kerucut. Terlihat pada

gambar 4.15, diketahui diameter kedua sisi sehingga bisa dilakukan

perhitungan volume bagian champer sebagai berikut :

Gambar 4.15 Bagian Champer

Diketahui :

R = 15 mm

r = 13 mm

t = 2 mm

Maka,

𝑉2 = 13𝑥 𝜋 𝑥 𝑡 𝑥 (𝑅3 + 𝑅 𝑥 𝑟 + 𝑟2) ………...…………………...(4.3)

𝑉2 =13𝑥 3.14 𝑥 2 𝑥 (153 + 15 𝑥 13 + 132)

𝑉2 = 7827 𝑚𝑚3

Berdasarkan kalkulasi sebelumnya dapat dihitung volume, juga

massa pada champer komponen pendulum. Berikut perhitungan massa

pada champer komponen pendulum:

Diketahui :


51

Maka,


𝑚2 = 7.85 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑐𝑚3 𝑥 7827 𝑚𝑚3

𝑚2 = 7.85 𝑥 10−6𝑘𝑔𝑚𝑚3 𝑥 7827 𝑚𝑚3

𝑚2 = 0.061 kg

Dari perhitungan ini dapat disimpulkan bahwa massa pada bagian

champer pendulum adalah 0.061 kg.

3. Bagian 3 (Body)

Pada bagian body bentuknya menyerupai bentuk tabung, sehingga

bisa digunakan rumus perhitungan volume tabung. Terlihat pada gambar

4.16, hanya diketahui diameter komponen yaitu 30 mm, sehingga perlu

mencari panjang yang tepat agar berat komponen mass sebesar 1.5 kg.

Gambar 4.16 Bagian Body

Dilakukan kalkulasi penjumlahan untuk mengetahui berat bagian

body, sebagai berikut :

𝑚𝑡𝑜𝑡𝑚𝑚𝑙 = 𝑚1 + 𝑚2 + 𝑚3………………………………………..……(4.4)

𝑚3 = 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑚𝑚𝑙 − (𝑚1 + 𝑚2)

𝑚3 = 1.5 − (0.055 + 0.061)

𝑚3 = 1.384 𝑘𝑔

Berdasarkan kalkulasi diketahui berat pada bagian body, maka

dilakukan perhitungan untuk mengetahui volume, sebagai berikut :

Diketahui :


52

Maka,


𝑉 =𝑚3

𝜌

𝑉 =1.384

7.85 𝑥 10−6

𝑉 = 176305.7 𝑚𝑚3

Berdasarkan kalkulasi diketahui volume bagian body, dilakukan

perhitungan untuk mengetahui panjang yang sesuai, sebagai berikut :

V = 𝜋 𝑥 𝑟2 𝑥 𝑙 ………………………………………………………..(4.5)

𝑙 =𝑉

𝜋 𝑥 𝑟2

𝑙 =176305.7

3.14 𝑥 152

𝑙 = 249.55 𝑚𝑚

Hasil perhitungan didapat panjang (l) pada bagian body yaitu : 249.55 mm

dibulatkan menjadi 249.5 mm. Sehingga total panjang komponen mass /

pendulum yaitu :

𝑙𝑡𝑜𝑡𝑚𝑚𝑙 = 15 + 2 + 249.5

𝑙𝑡𝑜𝑡𝑚𝑚𝑙 = 266.5 mm

4.4.2 Analisis Kekuatan Material

Dalam analisis ini dilakukan perhitungan kekuatan struktur material karena

perlu diketahui ukuran dari perancangan apakah sudah tepat untuk menahan beban

atau gaya yang mungkin terjadi. Analisis kekuatan material dilakukan pada 4 titik

yang dianggap paling penting. Yang pertama yaitu pada sambungan antara

komponen frame 1 dan frame 2, area sambungan komponen base dan frame 1,

area penampang pin, serta pada area penampang komponen striker. Berikut detail

perhitungan kekuatan material pada ketiga area tersebut :

1. Area sambungan komponen frame 1 dan komponen frame 2

Sambungan kedua komponen tersebut menggunakan baut M10x1.5

dengan panjang baut 40 mm sebanyak 2 pcs. Penggunaan sambungan baut

dimaksudkan agar setiap komponen mudah untuk dirakit maupun

53

dibongkar, tidak seperti sambungan las yang paten / tetap. Terlihat pada

gambar 4.17, pada area sambungan baut terdapat tegangan geser, karena

pada titik teresebut terdapat gaya dari beban komponen pipe, axis dan

guide arm. Sehingga dilakukan perhitungan besar tegangan geser untuk

dibandingkan dengan tegangan geser yang di izinkan pada material baut.

Gambar 4.17 Sambungan Frame 1 dengan Frame 2

Gambar 4.18 Diagram Benda Bebas pada Frame 2

Diketahui :

𝐹𝐹𝐴𝐴 = 𝑚𝑃𝑖𝑝𝑒 𝑥 𝑔 ……………………..………………………………..(4.6)

= 4 kg 𝑥 9.789 𝑚/𝑠2

= 39.2 N

𝐹𝐹𝐵𝐵 = � 𝑚𝐴𝐴𝑚𝑚𝑖𝑠 + 𝑚𝐺𝑢𝑖𝑑𝑒 𝐴𝐴𝑟𝑚𝑚 + 𝑚𝑝𝑖𝑛� x 𝑔 ………………………......(4.7)

l1= = 172.5mm

l2 = 102.5mm

R F

𝐹𝐹𝐴𝐴 𝐹𝐹𝐵𝐵

𝐹𝐹𝑁𝑁

𝑀𝑀

54

= (0.61 𝑘𝑔 + 1.29 𝑘𝑔 + 0.03 𝑘𝑔) x 9.789 𝑚/𝑠2

= 18.9 N

Cross Section Coefficient pada sambungan baut :

Z = 𝐼𝐸

……………………..…………………………………………..(4.8)

Dimana :

I = Cross Section Secondary Moment (mm4)

E = Center Gravity Distance (mm)

Diketahui bentuk penampang pada baut berbentuk lingkaran penuh

berdasarkan pada tabel 1, sehingga bisa menggunakan rumus sebagai

berikut :

Z = 𝜋 𝑚𝑚 𝑟3

4 ……………………..…………………………………..…..(4.9)

Dimana :

r = jari-jari penampang (mm)

Dengan berdasarkan tabel 6 untuk perhitungan menggunakan diameter

terkecil dari baut (dc).

Dimana, dc : minor diameter bolt = > dcM10 = 8.160 mm, jadi r = 4.08mm

𝑍 =3.14 𝑥 4.083

4 = 53.32 𝑚𝑚3

1) Bending moment yang terjadi pada sambungan baut :

M = 𝐹𝐹 𝑥 𝑙 ……………………..….…………………………....(4.10)

Dimana :

F = gaya (N)

m = mass (kg)

l = distance (mm)

Pada komponen terdapat dua gaya sehingga rumus momen menjadi :

𝑀𝑀 = 𝐹𝐹𝐴𝐴 𝑥 𝑙1 + 𝐹𝐹𝐵𝐵 𝑥 𝑙2

= 39.2 𝑁 𝑥 172,5 𝑚𝑚 + 18.9 𝑁 𝑥 102.5 𝑚𝑚

= 8699.25 𝑁𝑚𝑚

55

2) Rumus perhitungan bending stress yang terjadi pada sambungan baut :

𝜏 = 𝑀𝑍

…………………....………………………..………...…..(4.11)

Dimana :

M = Bending Moment (Nm)

Z = Cross Section Coefficient (mm3)

Sambungan menggunakan 2 buah baut sehingga bending moment

yang terjadi dibagi 2, maka rumus perhitungan bending stress yang

terjadi pada sambungan baut menjadi :

𝜏 =𝑀𝑀

2 𝑥 𝑍

𝜏 =8699.252 x 53.32

𝜏 = 81.58 𝑀𝑀𝑃𝑎

3) Bending stress yang diizinkan:

𝜏𝑠𝑓 = 0.8 x 𝜎𝑠𝑓

…………………..………………………...…..(4.12)

Dimana :

𝜎 = 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑙𝑒 𝑠𝑡𝑟𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ 𝑏𝑎𝑢𝑡 (𝑀𝑀𝑃𝑎)

𝑠𝑓 = 𝑠𝑎𝑓𝑒𝑡𝑦 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟

Tensile strength minimal baut dengan material Low atau Medium

Carbon yaitu 400 MPa, lalu safety factor yang digunakan yaitu 2

dikarenakan pertimbangan beban yang terjadi yaitu beban statis.

𝜏𝑠𝑓 = 0.8 x 400

2

𝜏𝑠𝑓 = 160 𝑀𝑀𝑃𝑎

Dari hasil perhitungan dapat dilihat nilai bending stress pada area

sambungan lebih kecil daripada bending stress yang diizinkan yaitu

𝜏 = 81.58 𝑀𝑀𝑃𝑎 < 𝜏𝑠𝑓 = 160 𝑀𝑀𝑃𝑎. Maka dengan demikian kekuatan

material pada area sambungan bolt cukup kuat.

56

2. Area sambungan komponen Base dan komponen frame 1

Sama dengan sambungan sebelumnya, pada sambungan area ini

menggunakan baut M10x1.5 dengan panjang baut 40mm sebanyak 2pcs.

Terlihat pada gambar 4.19, pada area sambungan baut terdapat tegangan

geser, sehingga dilakukan perhitungan besar tegangan geser untuk

dibandingkan dengan tegangan geser yang di izinkan pada material baut.

Gambar 4.19 Sambungan Base dengan Frame 1

Gambar 4.20 Diagram Benda Bebas pada Frame 1 & 2

Diketahui :

𝐹𝐹𝐴𝐴 = 𝑚𝑃𝑖𝑝𝑒 𝑥 𝑔 ……………..………..………………………...…..(4.13)

= 4 kg 𝑥 9.789 𝑚/𝑠2

= 39.2 N

𝐹𝐹𝐵𝐵 = � 𝑚𝐴𝐴𝑚𝑚𝑖𝑠 + 𝑚𝐺𝑢𝑖𝑑𝑒 𝐴𝐴𝑟𝑚𝑚 + 𝑚𝑝𝑖𝑛� x 𝑔……………………..…....(4.14)

= (0.61 𝑘𝑔 + 1.29 𝑘𝑔 + 0.03 𝑘𝑔) x 9.789 𝑚/𝑠2

= 18.9 N

F

R

𝐹𝐹𝐴𝐴 𝐹𝐹𝐵𝐵

𝑀𝑀

57

Cross Section Coefficient pada sambungan baut :

𝑍 = 𝐼𝐸

……………………..………………………...………………..(4.15)

Dimana :

I = Cross Section Secondary Moment (mm4)

E = Center Gravity Distance (mm)

Diketahui bentuk penampang pada baut berbentuk lingkaran penuh,

sehingga bisa menggunakan rumus sebagai berikut :

𝑍 =𝜋 𝑥 𝑟3

4

Dimana :

r = jari-jari penampang (mm)

Untuk perhitungan menggunakan diameter terkecil dari baut (dc).

dc : minor diameter bolt = > dcM10 = 8.160 mm, jadi r = 4.08mm

𝑍 =3.14 𝑥 4.083

4 = 53.32 𝑚𝑚3

1) Bending moment yang terjadi pada sambungan baut :

𝑀𝑀 = 𝐹𝐹 𝑥 𝑙 ……………………..……………………………...…..(4.16)

Dimana :

F = gaya (N)

m = mass (kg)

l = distance (mm)

Pada komponen terdapat dua gaya sehingga rumus momen menjadi :

𝑀𝑀 = 𝐹𝐹𝐴𝐴 𝑥 𝑙1 + 𝐹𝐹𝐵𝐵 𝑥 𝑙2

= 39.2 𝑁 𝑥 172,5 𝑚𝑚 + 18.9 𝑁 𝑥 102.5 𝑚𝑚

= 8699.25 𝑁𝑚𝑚

2) Rumus perhitungan bending stress yang terjadi pada sambungan baut :

𝜏 = 𝑀𝑍

……………………..……………………………..…...…..(4.17)

Dimana :

M = Bending Moment (Nm)

Z = Cross Section Coefficient (mm3)

58

Sambungan menggunakan 2 buah baut sehingga bending moment

yang terjadi dibagi 2, maka rumus perhitungan bending stress yang

terjadi pada sambungan baut menjadi :

𝜏 =𝑀𝑀

2 𝑥 𝑍

𝜏 =8699.252 x 53.32

𝜏 = 81.58 𝑀𝑀𝑃𝑎

3) Bending stress yang diizinkan:

𝜏𝑠𝑓 = 0.8 x 𝜎𝑠𝑓

……………………..………………………...…..(4.18)

Dimana :

𝜎 = 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑙𝑒 𝑠𝑡𝑟𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ 𝑏𝑎𝑢𝑡 (𝑀𝑀𝑃𝑎)

𝑠𝑓 = 𝑠𝑎𝑓𝑒𝑡𝑦 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟

Tensile strength minimal baut dengan material Low atau Medium

Carbon yaitu 400 MPa, lalu safety factor yang digunakan yaitu 2

dikarenakan pertimbangan beban yang terjadi yaitu beban statis.

𝜏𝑠𝑓 = 0.8 x 400

2

𝜏𝑠𝑓 = 160 𝑀𝑀𝑃𝑎

Dari hasil perhitungan dapat dilihat nilai bending stress pada area

sambungan lebih kecil daripada bending stress yang diizinkan yaitu

𝜏 = 81.58 𝑀𝑀𝑃𝑎 < 𝜏𝑠𝑓 = 160 𝑀𝑀𝑃𝑎. Maka dengan demikian kekuatan

material pada area sambungan bolt cukup kuat.

3. Area penampang komponen pin

Pada gambar 4.21 terlihat komponen pin merupakan komponen yang

berfungsi mengunci komponen frame 2 dengan komponen axis, maka

perlu dilakukan perhitungan kekuatan material komponen pin karena pada

area penampang komponen pin terdapat tegangan geser. Tegangan geser

yang terjadi disebabkan karena komponen pin menahan gaya yang

59

ditimbulkan oleh berat/beban komponen axis dan komponen guide arm.

Hasil perhitungan besar tegangan geser komponen pin, selanjutnya

dibandingkan dengan tegangan geser yang di izinkan pada material

komponen pin yaitu ASTM A29 / S45C.

Gambar 4.21 Area Penampang Komponen Pin

Diketahui :

𝑚 = 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑖𝑠 + 𝑚𝑔𝑢𝑖𝑑𝑒 ……………………..………………….....…..(4.19)

= 0.61𝑘𝑔 + 1.29𝑘𝑔

= 1.9𝑘𝑔

1) Tegangan geser yang terjadi pada komponen pin.

𝜏 = 𝐹𝐴𝐴

………...…………..………………………………….…..(4.20)

𝜏𝑝𝑖𝑛 =𝑚 𝑥 𝑔

2 𝑥 𝜋 𝑥 𝑟2

𝜏𝑝𝑖𝑛 =1.9𝑘𝑔 𝑥 9.789𝑚 𝑠2�

2 𝑥 3.14 𝑥 42𝑚𝑚

𝜏𝑝𝑖𝑛 = 0.185 𝑀𝑀𝑃𝑎

2) Tegangan geser yang diizinkan.

Material komponen pin yaitu S45C / ASTM A29, dengan nilai

tensile strength yaitu 569 MPa. Jika safety factor yang digunakan

yaitu 2 dikarenakan pertimbangan beban yang terjadi yaitu beban

statis maka nilai tegangan geser yang dizinkan :

D : 8mm r : 4mm

60

𝜏𝑠𝑓 = 𝜎𝐴292

……………………..………..…………...…..(4.21)

𝜏𝑠𝑓 =569

2

𝜏𝑠𝑓 = 284.5 𝑀𝑀𝑃𝑎

Dari hasil perhitungan dapat dilihat nilai tegangan geser pada area

pin lebih kecil daripada tegangan geser yang diizinkan yaitu 𝜏𝑝𝑖𝑛 =

0.185 𝑀𝑀𝑃𝑎 < 𝜏𝑠𝑓 = 284.5 𝑀𝑀𝑃𝑎. Maka dengan demikian kekuatan

material pada area komponen pin sangat kuat.

4. Area penampang komponen striker

Terlihat pada gambar 4.22, area komponen striker terjadi tegangan

tekan, karena adanya beban / gaya yang disebabkan oleh komponen

pendulum. Maka dari itu dilakukan perhitungan kekuatan material

komponen striker untuk memastikan perancangan konstruksi komponen

striker sudah tepat.

Gambar 4.22 Area Penampang Komponen Striker

Diketahui :

𝑚𝑃𝑒𝑛𝑑𝑢𝑙𝑢𝑚𝑚 = 1.5 𝑘𝑔

1) Tegangan tekan yang terjadi pada komponen striker.

𝜎 = 𝐹𝐴𝐴

……………………..……………………...…………....(4.22)

D : 15.86mm r : 7.93mm

61

𝜎 =𝑚 𝑥 𝑔𝜋 𝑥 𝑟2

𝜎𝑆𝑡𝑟𝑖𝑘𝑒𝑟 =1.5 𝑥 9.789

3.14 𝑥 7.932

𝜎𝑆𝑡𝑟𝑖𝑘𝑒𝑟 = 0.074 𝑀𝑀𝑃𝑎

2) Tegangan tekan yang diizinkan:

Material komponen striker yaitu S45C / ASTM A29, dengan

nilai tensile strength yaitu 569Mpa. Jika safety factor yang digunakan

yaitu 6 dikarenakan pertimbangan beban yang terjadi yaitu beban

kejut maka nilai tegangan tekan yang dizinkan :

𝜎𝑠𝑓 = 𝜎𝐴𝑆𝑆𝐴𝐵 7606

…..………..……………………...…………....(4.23)

𝜎𝑠𝑓 =569

6

𝜎𝑠𝑓 = 94.83 𝑀𝑀𝑃𝑎

Dari hasil perhitungan dapat dilihat nilai tegangan geser pada area

pin lebih kecil daripada tegangan geser yang diizinkan yaitu 𝜎𝑆𝑡𝑟𝑖𝑘𝑒𝑟 =

0.074 𝑀𝑀𝑃𝑎 < 𝜎𝑠𝑓 = 94.83 𝑀𝑀𝑃𝑎. Maka dengan demikian kekuatan

material pada area komponen pin sangat kuat.

4.4.3 Analisis Defleksi Material

Dalam analisis ini dilakukan perhitungan besar defleksi yang terjadi pada

komponen frame 1 dan frame 2, karena pada kedua komponen tersebut ada beban

/ gaya yang disebabkan dari berat komponen pipa. Nilai defleksi yang terjadi pada

perancangan alat komponen harus tidak melebihi besar defleksi yang diizinkan.

Berikut detail perhitungan defleksi pada komponen frame 1 dan frame 2 :

1. Analisis Defleksi Material pada Komponen Frame 2

Dengan adanya beban yang ditimbulkan dari berat pipa

mengakibatkan terjadinya defleksi pada komponen frame 2. Pada

sambungan baut diasumsikan kuat sebagai acuan untuk perhitungan

defleksi pada komponen frame 2. Terlihat pada gambar 4.23 diketahui

jarak antara beban dengan titik tumpuan (l) yaitu 172.5mm. Material

komponen frame 2 S45C / ASTM A29.

62

Gambar 4.23 Ilustrasi Defeleksi Frame 2

Diketahui :

𝐹𝐹𝐴𝐴 = 𝑚𝑃𝑖𝑝𝑒 𝑥 𝑔 …………………………………...…...…………....(4.24)

= 4 kg 𝑥 9.789 𝑚/𝑠2

= 39.2 N

𝐹𝐹𝐵𝐵 = � 𝑚𝐴𝐴𝑚𝑚𝑖𝑠 + 𝑚𝐺𝑢𝑖𝑑𝑒 𝐴𝐴𝑟𝑚𝑚 + 𝑚𝑝𝑖𝑛� x 𝑔 …..……………...……....(4.25)

= (0.61 𝑘𝑔 + 1.29 𝑘𝑔 + 0.03 𝑘𝑔) x 9.789 𝑚/𝑠2

= 18. 9 N

𝐸𝐴𝐴29 = 210 𝐺𝑃𝑎 = 210 𝑥 103𝑁

𝑚𝑚2

Cross Section Secondary Moment komponen frame 2 berdasarkan pada

tabel 1 :

𝐼 = 𝑏 𝑚𝑚 ℎ3

12 ……………………..……………………...……………...(4.26)

𝐼 =60𝑚 𝑥 253𝑚𝑚

12

𝐼 = 78125𝑚𝑚4

1) Defleksi yang terjadi pada komponen frame 2.

Berdasarkan pada tabel 3 maka nilai 𝛽 = 13�

l = 172.5mm

𝛿𝛿𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚

FA

l2 = 102.5mm

FB

63

𝛿𝛿𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝛽 𝑥 𝐹 𝑚𝑚 𝑙3

𝐸 𝑚𝑚 𝐼 …….....….……………………...…………....(4.27)

𝛿𝛿𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 =13

𝑥(39.2𝑁 𝑥 172.53𝑚𝑚) + (18.9𝑁 𝑥 102.53𝑚𝑚)

210𝑥103 𝑁𝑚𝑚2 𝑥 78125𝑚𝑚4

𝛿𝛿𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 0.005 𝑚𝑚

2) Perpanjangan yang diizinkan.

Perpanjangan komponen yang dizinkan untuk batang poros yang

mengalami beban statis yaitu 0.2% dari panjang awal (l) [11] . Nilai

safety factor yang digunakan yaitu 2 dikarenakan pertimbangan beban

yang terjadi yaitu beban statis.

𝑙′ = 𝑙 𝑚𝑚 0.2%𝑠𝑓

……………………..……………………...……......(4.28)

𝑙′ =172.5 𝑥 0.2%

2

𝑙′ = 0.1725𝑚𝑚

𝑙𝑠𝑓 = 𝑙 + 𝑙′

𝑙𝑠𝑓 = 172.5 + 0.1725

𝑙𝑠𝑓 = 172.6725𝑚𝑚

3) Defleksi yang diizinkan.

Menggunakan persamaan pythagoras didapat nilai defleksi yang

dizinkan (𝛿𝛿𝑠𝑓).

𝛿𝛿𝑠𝑓 = �(𝑙𝑠𝑓)2 − 𝑙2 ……………………..………………...…....(4.29)

𝛿𝛿𝑠𝑓 = �172.67252 − 172.52

𝛿𝛿𝑠𝑓 = 7.72𝑚𝑚

Berdasarkan hasil kalkulasi didapat nilai defleksi pada komponen

frame 2 lebih kecil daripada defleksi yang diizinkan yaitu 𝛿𝛿𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 =

0.005𝑚𝑚 < 𝛿𝛿𝑠𝑓 = 7.72 𝑚𝑚 .

2. Analisis Defleksi Material pada Komponen Frame 1

64

Dengan adanya beban yang ditimbulkan dari berat pipa

mengakibatkan adanya gaya pada sumbu x dan sumbu y yang juga

berakibat terjadinya defleksi pada komponen frame 1. Pada sambungan

baut diasumsikan kuat, sebagai acuan untuk perhitungan defleksi pada

komponen frame 1. Terlihat pada gambar 4.24 diketahui jarak antara

beban dengan titik tumpuan (l) yaitu 262.5mm. Material yang digunakan

untuk komponen frame 1 yaitu S45C / ASTM A29.

Gambar 4.24 Ilustrasi Defeleksi Frame 1

Diketahui :

𝐹𝐹𝐴𝐴 = 𝑚𝑃𝑖𝑝𝑒 𝑥 𝑔 ………………...……………………...…………....(4.30)

= 4 kg 𝑥 9.789 𝑚/𝑠2

= 39.2 N

𝐹𝐹𝐵𝐵 = � 𝑚𝐴𝐴𝑚𝑚𝑖𝑠 + 𝑚𝐺𝑢𝑖𝑑𝑒 𝐴𝐴𝑟𝑚𝑚 + 𝑚𝑝𝑖𝑛� x 𝑔 ..…………...…………....(4.31)

= (0.61 𝑘𝑔 + 1.29 𝑘𝑔 + 0.03 𝑘𝑔) x 9.789 𝑚/𝑠2

= 18.9 N

𝐸𝐴𝐴29 = 210 𝐺𝑃𝑎 = 210 𝑥 103𝑁

𝑚𝑚2

Cross Section Secondary Moment komponen frame 1 baut :

𝐼 = 𝑏 𝑚𝑚 ℎ3

12 ………………...……………………...……………...…....(4.32)

l = 262.5mm

𝛿𝛿𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚

Fy

Fx

θ

65

𝐼 =60𝑚 𝑥 253𝑚𝑚

12

𝐼 = 78125𝑚𝑚4

1) Besar gaya yang terjadi pada sumbu x dengan besar sudut (θ) : 54.8°:

𝐹𝐹𝑚𝑚 = 𝐹𝑦𝑡𝑚𝑚𝑛𝜃

………………...……………………...……..……....(4.33)

Fx =39.2 + 18.9𝑡𝑎𝑛 54.8°

Fx = 41 N

2) Defleksi maksimal yang terjadi pada komponen frame 1 :

Berdasarkan pada tabel 3 maka nilai 𝛽 = 13�

𝛿𝛿𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝛽 𝑥 𝐹 𝑚𝑚 𝑙3

𝐸 𝑚𝑚 𝐼…………...……………………...…………....(4.34)

𝛿𝛿𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 =13

𝑥41𝑁 𝑥 262.53𝑚𝑚

210𝑥103 𝑁𝑚𝑚2 𝑥 78125𝑚𝑚4

𝛿𝛿𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 0.015𝑚𝑚

3) Perpanjangan yang diizinkan.

Besarnya defleksi yang dizinkan untuk batang poros yang

mengalami beban statis yaitu 0.2% dari panjang awal (l) [11] . Jika

safety factor yang digunakan yaitu 2 dikarenakan pertimbangan beban

yang terjadi yaitu beban statis maka defleksi yang dizinkan :

𝑙′ = 𝑙 𝑚𝑚 0.2%𝑠𝑓

………………...……………………...…………....(4.35)

𝑙′ =262.5 𝑥 0.2%

2

𝑙′ = 0.2625𝑚𝑚

𝑙𝑠𝑓 = 𝑙 + 𝑙′

𝑙𝑠𝑓 = 262.5 + 0.2625

𝑙𝑠𝑓 = 262.7625𝑚𝑚

66

4) Defleksi yang diizinkan.

Menggunakan persamaan pythagoras didapat nilai defleksi yang

dizinkan (𝛿𝛿𝑠𝑓) :

𝛿𝛿𝑠𝑓 = �(𝑙𝑠𝑓)2 − 𝑙2 ……………..………………………….......(4.36)

𝛿𝛿𝑠𝑓 = �262.76252 − 262.52

𝛿𝛿𝑠𝑓 = 11.7𝑚𝑚

Berdasarkan hasil kalkulasi didapat nilai defleksi pada komponen

frame 1 lebih kecil daripada defleksi yang diizinkan yaitu 𝛿𝛿𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 =

0.015𝑚𝑚 < 𝛿𝛿𝑠𝑓 = 11.7𝑚𝑚.

4.4.4 Analisis Energi Serap yang Dihasilkan

Hasil perancangan ditetapkan berat komponen mass / pendulum yaitu 1.5

Kg, dengan tinggi maksimal pendulum ke specimen yaitu 1366.5mm (1.3665m)

dengan asumsi tebal specimen 1mm. Dari data tersebut bisa diketahui kekuatan

impak atau energi serap yang bisa dihasilkan alat uji impak tersebut. Nilai

kekuatan impak dihitung dengan rumus :

𝐸𝑠𝑒𝑟𝑚𝑚𝑝 = 𝑚 x 𝑔 x ℎ ………………...……………………...………………....(4.37)

Keterangan :

𝐸 ∶ energi serap (Joule)

𝑚 ∶ 𝑚𝑎𝑠𝑠 / berat pendulum (kg)

𝑔 ∶ gravitasi (𝑚 𝑠2� )

ℎ ∶ jarak antara ujung pendulum dengan permukaan atas 𝑠𝑡𝑟𝑖𝑘𝑒𝑟 (mm)

Perhitungan kekuatan impak maksimal :

𝐸𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 1.5 𝑥 9.8 𝑥 1.3665

𝐸𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 20.088 Joule

Jadi kekuatan impak maksimal secara teoritis yang mampu dihasilkan alat

uji impak penelitian ini yaitu 20.088 Joule. Hasil ini telah melebihi target minimal

yang direncanakan yaitu 15 Joule, target 15 Joule didapat dari hasil studi lapangan

dan pengamatan alat uji impak yang telah ada di PT. XYZ.

67

Gambar 4.25 Ilustrasi Tinggi Pendulum

Untuk pembuatan skala indikator pada komponen pipe maka dilakukan

perhitungan teoritis besar energi sesuai pada gambar 4.25 , untuk mengetahui

jarak (h) dengan menggunakan nilai percepatan gravitasi di daerah khatulistiwa

yaitu 9.789 m/s2. Berikut perhitungan teoritis untuk besar energi 5, 10, 15 dan 20

Joule.

Perhitungan jarak / tinggi (h) untuk besar energi serap 5 Joule :

5 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 = 1.5 x 9.789 x ℎ

ℎ =5

1.5 𝑥 9.789

ℎ = 0.3405 𝑚

ℎ = 340.5 𝑚𝑚

h 2 =

? h 3

= ?

h 4 =

?

20J

15J

10J h 1

= ?

5J

68


10 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 = 1.5 x 9.789 x ℎ

ℎ =10

1.5 𝑥 9.8

ℎ = 0.681 𝑚

ℎ = 681 𝑚𝑚


15 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 = 1.5 x 9.789 x ℎ

ℎ =15

1.5 𝑥 9.789

ℎ = 1.0215 𝑚

ℎ = 1021.5 𝑚𝑚


20 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 = 1.5 x 9.789 x ℎ

ℎ =20

1.5 𝑥 9.789

ℎ = 1.362 𝑚

ℎ = 1362 𝑚𝑚

4.5 Pemilihan Material dan Pembuatan Komponen

Pemilihan material disesuaikan dengan kebutuhan perancangan alat. Jenis

material yang digunakan yaitu ASTM A29 dan A36. Komponen yang mengalami

benturan serta membutuhkan tingat kekerasaan yang tinggi menggunakan material

ASTM A29. Untuk komponen pipe for mass digunakan material aluminium agar

berat komponen lebih ringan serta tidak mudah berkarat. Berikut tabel 9

merupakan list material yang digunakan pada komponen alat uji impak drop

weight.

Tabel 9 List Material Komponen

No. Part Name Part No. Qty Spec. Size

1 Base DW-01 1 ASTM A36 15x300x420 mm

2 Frame 1 DW-02 1 ASTM A29 25x60x275 mm

69

3 Frame 2 DW-04 1 ASTM A29 25x60x221.5 mm

4 Pin DW-05 1 ASTM A29 ø8x70 mm

5 Guide Arm DW-06 1 ASTM A29 25x60x132.5 mm

6 Axis DW-07 1 ASTM A29 ø25x160 mm

7 Pipe for Mass DW-08 1 Aluminium ø31xø46x1600 mm

8a Mass DW-09 1 ASTM A29 ø30x283.5 mm

8b Mass Lift Handle (include DW-09) 1 ASTM A29 ø5x35 mm

9 Striker DW-10 1 ASTM A29 ø32x85 mm

10 Specimen Support Anvil DW-11 1 ASTM A29 75x75x75 mm

Ada 10 bagian utama pada alat Drop Weight Tester yang dilakukan

pembuatan atau proses permesinan, yaitu :

1. Base

Komponen base menggunakan material SS400 / ASTM A36 dengan

ukuran 15x300x420 mm.

Alat yang dipergunakan untuk proses permesinan komponen base yaitu :

1. Mesin gergaji otomatis.

2. Mesin milling semi otomatis

3. Center drill

4. Bor diameter 8.5 mm

5. Bor diameter 16 mm

6. Tap M10x 1,5 mm

Proses pembuatan komponen base :

1. Memotong material tebal 16x300x420 mm dengan menggunakan mesin

gergaji otomatis.

70

2. Melakukan proses perataan permukaan material sampai didapatkan

ukuran 15x300x420 mm dengan menggunakan mesin milling/frais semi

otomatis.

3. Membuat lubang diameter 8,5 mm sedalam 15 mm (tembus) sesuai

pada posisi yang akan dilakukan tap M10 dengan menggunakan mesin

milling semi otomatis.

4. Membuat lubang diameter 16 mm dengan kedalaman 10 mm sesuai

area yang bertanda diameter 16 mm dengan menggunakan mesin


5. Melakukan proses tapping M10 pada posisi yang bertanda M10x1.5.

Gambar 4.26 Komponen Base

2. Frame 1

Komponen frame 1 menggunakan material S45C / ASTM A29

dengan ukuran 25x60x275 mm.


1. Mesin milling semi otomatis.

2. Center drill



5. Tap M10x 1,5 mm

71

Proses pembuatan komponen frame 1 :



2. Membuat lubang diameter 8,5 mm (2 tempat) sedalam 25 mm (tembus)

sesuai pada posisi yang akan dilakukan tap M10 dengan menggunakan

mesin milling semi automatis.

3. Membuat lubang diameter 16 mm (2 tempat) dengan kedalaman 10 mm

sesuai area yang bertanda diameter 16mm dengan menggunakan mesin


4. Melakukan proses tapping M10 pada posisi yang bertanda M10x1.5 (2

tempat).

5. Membuat lubang diameter 8,5 mm (2 tempat) sedalam 35 mm sesuai


drill.


tempat).

Gambar 4.27 Komponen Frame 1

72

3. Frame 2

Komponen frame 2 menggunakan material S45C / ASTM A29

dengan ukuran 25x60x221.5 mm.



2. Center drill




6. Tap M10x 1,5 mm

Proses pembuatan komponen frame 2 :

1. Memotong material tebal 25x60x221.5 mm dengan menggunakan

mesin milling semi otomatis sesuai desain termasuk lubang ∅25 mm

dan ∅46 mm.

2. Membuat lubang diameter 8 mm (2 tempat) tembus posisi sesuai

dengan desain pada gambar menggunakan mesin drill.

3. Membuat lubang diameter 8,5 mm (2 tempat) sedalam 25 mm sesuai


drill.


tempat).

Gambar 4.28 Komponen Frame 2

73

4. Pin

Komponen pin menggunakan material S45C / ASTM A29 dengan

ukuran Ø8x70 mm.


1. Mesin cutting.

2. Center drill


Proses pembuatan komponen pin :

1. Memotong material Ø8 dengan panjang 70 mm menggunakan mesin

cutting.

2. Membuat lubang diameter 3 mm tembus, posisi sesuai dengan desain

pada gambar menggunakan mesin drill.

Gambar 4.29 Komponen Pin

5. Guide Arm

Komponen guide arm menggunakan material S45C / ASTM A29

dengan ukuran 25x60x132.5 mm.

Alat yang dipergunakan untuk proses permesinan komponen guide arm

yaitu :


2. Center drill


Proses pembuatan komponen guide arm :

1. Memotong material tebal 25x60x132.5 mm dengan menggunakan

mesin milling semi otomatis sesuai desain termasuk lubang ∅16 mm

dan ∅25 mm.



74

Gambar 4.30 Komponen Guide Arm

6. Axis

Komponen axis menggunakan material S45C / ASTM A29 dengan

ukuran Ø25x160mm.


1. Mesin cutting

2. Center drill


Proses pembuatan komponen axis :

1. Memotong material Ø25 dengan panjang 160 (mm) menggunakan

mesin cutting.



Gambar 4.31 Komponen Axis

75

7. Pipe for mass

Komponen pipe for mass menggunakan material aluminium dengan

ukuran diameter dalam Ø31 mm, diamter luar Ø46 mm dan panjang 1600

mm.


1. Mesin gergaji otomatis

2. Mesin milling

3. Mata pisau diameter 8mm

Proses pembuatan komponen pipe for mass :

1. Memotong material pipa dengan panjang 1600 mm menggunakan

mesin gergaji otomatis.

2. Melakukan cuting material dengan lebar 8 mm sepanjang 1430 mm

dengan menggunakan mesin milling semi otomatis.

Gambar 4.32 Komponen Pipe for Mass

8. Mass / Pendulum

Komponen pendulum menggunakan material S45C / ASTM A29

dengan ukuran Ø30x283.5 mm.

Alat yang dipergunakan untuk proses permesinan komponen pendulum

yaitu :


2. Mesin Bubut

3. Pisau bubut

76

Proses pembuatan komponen pendulum :

1. Memotong material Ø32 mm dengan panjang 285 mm menggunakan


2. Membubut material dengan ukuran Ø30 mm sepanjang 283.5 mm, lalu

radius 30 mm pada bagian ujung serta champer 2 mm pada bagian

ujung sebaliknya.

Gambar 4.33 Komponen Mass

9. Striker

Komponen striker menggunakan material S45C / ASTM A29

dengan ukuran Ø15.86xØ32x85 mm.


yaitu :


2. Mesin Bubut

3. Pisau bubut

Proses pembuatan komponen striker :

1. Memotong material Ø35 mm dengan panjang 85 mm menggunakan


2. Membubut material dengan ukuran Ø30 mm sepanjang 85 mm.

3. Membubut materal dengan ukuran Ø15.86 mm sepanjang 75 mm.

77

4. Membuat radius 15.86 mm pada ujung komponen menggunakan mesin

bubut.

5. Meratakan (facing) pada permukaan ∅30 mm menggunakan mesin

bubut.

Gambar 4.34 Komponen Striker


Komponen specimen support anvil menggunakan material S45C /

ASTM A29 dengan ukuran 75x75x75 mm.


yaitu :


2. Mesin Drill

3. Mesin Bubut

4. Pisau bubut

Proses pembuatan komponen specimen support anvil :



2. Membuat lubang diameter 16.26 mm sedalam 25 mm pada center

komponen menggunakan mesin drill.

3. Membuat radius 1 mm pada lubang diameter 16.26 mm dengan

menggunakan mesin bubut.

78

Gambar 4.35 Komponen Specimen Support Anvil

Komponen yang sudah dibuat dengan proses permesinan selanjutnya

dilakukan perakitan dengan menggunakan baut yang sudah ditentukan. Baut yang

digunakan untuk perakitan yaitu Bolt Hexagon Socket Head Cap Screw.

Penggunaan baut tersebut yaitu agar baut menyatu dengan komponen sehingga

tidak menonjol keluar komponen. Berikut adalah gambar baut yang digunakan

untuk sambungan dapat dilihat pada gambar 4.36.

Gambar 4.36 Bolt Hexagon Socket Head Cap Screw

79

Berikut hasil perakitan komponen menjadi alat Drop Weight Tester

menggunakan sambungan baut (gambar 4.37).

Gambar 4.37 Alat Uji Impak Drop Weight

4.6 Pengujian Alat Uji Impak Drop Weight

Setelah alat uji impak selesai dibuat dan dirakit, maka dilakukan pengujian

terhadap mekanisme kerja alat tersebut. Pengujian alat dengan melakukan

80

beberapa percobaan terhadap specimen yang sudah ditentukan. Berikut foto

aktifitas pengujian alat pada gambar 4.38.

Gambar 4.38 Pengujian Alat Uji Impak Drop Weight

Pengujian alat Drop Weight Tester dilakukan pada beberapa spesimen yaitu

Galvanis dengan tebal yang berbeda-beda. Berikut gambar 4.39 merupakan

gambar spesimen pengujian.

Gambar 4.39 Spesimen Galvanis

81

Hasil pengujian alat alat Drop Weight Tester terhadap spesimen yaitu

menghasilkan bentuk kawah pada permukaan spesimen yang sebelumnya rata.

Berikut tabel 10 merupakan contoh pengujian spesimen.

Tabel 10 Spesimen Hasil Pengujian

Hasil pengujian di tabel 10 merupakan pengujian spesimen Galvanis dengan

tebal 0.2 mm. Pengujian dilakukan dengan menggunakan alat DWT di PT. XYZ

serta DWT hasil perancangan. Pengujian dilakukan pada spesimen dengan tebal

0.2, 0.25, 0.3, 0.35, 0.4, 0.45, 0.5 dan 0.6. Hasil pegujian dapat dilihat pada

lampiran.

Tebal Spesimen : 0.2 mm

Joule A B

5

10

15

20

Note :A : Pengujian menggunakan DWT di PT. XYZB : Pengujian menggunakan DWT hasil perancangan

82

Dari hasil pengamatan alat uji impak sudah mampu melakukan pengujian

impak. Mekanisme gerak alat uji khususnya pada sliding komponen mass /

pendulum hanya mengalami sedikit gesekan serta hantaman komponen mass /

pendulum sudah center terhadap komponen strike terlihat pada bekas

hantaman/tumbukan di komponen strike (gambar 4.40).

Gambar 4.40 Jejak Tumbukan Pendulum

4.7 Analisis Alat Uji Impak Drop Weight setelah Pengujian

Dilakukan pengamatan terhadap alat uji impak yang telah dilakukan

beberapa kali pengujian. Pengamatan pada alat uji impak bertujuan untuk

membandingkan hasil perhitungan rancangan terhadap kondisi aktual alat setelah

pengujian, berikut analisis serta hasil pengamatan pengujian alat Drop Weight

Tester :

1. Kekuatan Baut Area Sambungan

Dilakukan pengamatan untuk menganalisis kekuatan sambungan dengan

cara mengamati kondisi visual baut setelah dilakukan assembly serta pengujian

alat selama beberapa kali. Pemeriksaan visual yang dilakukan yaitu mengamati

apakah ada retakan pada baut dan kondisi ulir baut. Hasil pemeriksaan visual

baut yaitu kondisi baut dalam keadaan baik, tidak ada retakan, tidak ada

gompal pada ulir baut, hanya ada sedikit karat pada area ulir baut sehingga

disimpulkan hasil perhitungan dan kondisi aktual dianggap sesuai yaitu baut

yang dirancang serta digunakan dalam alat Drop Weight Tester dianggap

mampu menahan beban / gaya yang terjadi. Berikut kondisi baut setelah

assembly dan pengujian dapat dilihat pada gambar 4.41.

83

a. Baut Sambungan Frame 1 & 2 b. Baut Sambungan Base & Frame 1

Gambar 4.41 Kondisi Baut Setelah di Assembly

2. Defleksi komponen

Dilakukan pengukuran untuk mengetahui besar defleksi alat uji impak,

pengukuran dilakukan diatas meja granit dengan menggunakan alat ukur dial

dan height gage. Dial gauge yang digunakan memiliki akurasi 0,001 inch.

Pengukuran dilakukan pada dua area komponen sesuai perhitungan pada

rancangan alat yaitu :

a. Defleksi Material pada Komponen Frame 2

Pengukuran pada komponen frame 2 dilakukan dengan cara

melakukan zero setting alat pada area ujung dekat sambungan baut lalu

height gage digeser hingga ujung komponen frame 2. Hasil pengukuran

didapat dengan membaca nilai ukur pada dial gauge. Terlihat pada gambar

4.42.

Gambar 4.42 Pengukuran Defleksi Frame 2 a. Pengukuran menggunakan Dial &

Height Gage b. Hasil Pengukuran

a. b.

84

Hasil pengukuran terjadi defleksi sebesar 0.0002 inch atau 0.005 mm.

Hasil perhitungan defleksi rancangan yaitu 0.005 mm, sedangkan besar

defleksi yang dizinkan yaitu sebesar 7.72 mm.

Tabel 11 Perbandingan Nilai Defleksi Frame 2

Hasil Perhitungan Hasil Pengukuran Yang Diizinkan

0.005 mm 0.005 mm 7.72 mm

b. Defleksi Material pada Komponen Frame 1

Pengukuran pada komponen frame 1 dilakukan dengan cara

melakukan zero setting alat pada area sambungan bawah lalu height gage

digeser hingga ujung komponen frame 1 dekat sambungan atas. Hasil

pengukuran didapat dengan membaca nilai ukur pada dial gauge. Terlihat

pada gambar 4.41.

Gambar 4.43 Pengukuran Defleksi Frame 1 a. Pengukuran menggunakan Dial &

Height Gage b. Hasil Pengukuran

Hasil pengukuran terjadi defleksi sebesar 0.0007 inch atau 0.018 mm

terlihat pada gambar 4.41. Hasil perhitungan defleksi rancangan yaitu 0.015

mm, ada perbedaan antara perhitungan dan hasil pengukuran. Perbedaan

tersebut terjadi karena beberapa faktor yaitu kerataan material, tebal

painting dan sambungan alat. Besar defleksi hasil pengukuran dianggap

masih masuk toleransi karena hasil perhitungan besar defleksi yang dizinkan

yaitu sebesar 11.7 mm.

Tabel 12 Perbandingan Nilai Defleksi Frame 1

Hasil Perhitungan Hasil Pengukuran Yang Diizinkan

0.015 mm 0.018 mm 11.7 mm

a. b.

85

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang didapat hasil perancangan alat uji impak adalah sebagai

berikut:

1. Perancangan alat uji impak mengacu pada standar ASTM D 5420-04.

Perancangan dilakukan analisis kekuatan dan defleksi komponen. Hasil

perhitungan besar bending stress pada setiap baut yaitu 81.58 MPa, lebih

kecil dibandingkan bending stress yang dizinkan yaitu 160 MPa. Hasil

perhitungan defleksi pada komponen frame 2 yaitu 0.005 mm, lebih kecil

dari defleksi maksimal yang diizinkan yaitu 7.72 mm. Untuk hasil

perhitungan defleksi pada komponen frame 1 yaitu 0.015 mm, lebih kecil

dari defleksi maksimal yang diizinkan yaitu 11.7 mm.

2. Mekanisme kerja alat uji Drop Weight Tester (DWT) mengikuti prinsip

gerak jatuh bebas, yaitu pendulum diangkat dengan ketinggian tertentu

sehingga menghasilkan energi potensial lalu dilepas menghantam strike

dan menghasilkan energi serap pada spesimen. Dengan berat pendulum

1.5 kg alat uji impak penelitian ini mampu menghasilkan energi potensial

hingga 20 Joule.

3. Dibuat standar prosedur penggunaan alat uji Drop Weight Tester (DWT)

berupa Standard Operating Procedure (SOP). Terlampir.

4. Hasil akhir penelitian ini berupa alat uji Drop Weight Tester yang mampu

memenuhi kebutuhan pengguna di laboratorium President University.

5.2 Saran

Saran untuk penelitian selanjutnya yaitu:

1. Mengembangkan alat uji impak dengan memodifikasi alat agar mampu

digunakan secara semi otomatis maupun otomatis.

2. Dalam penelitian selanjutnya diharapkan modifikasi lebih lanjut mengenai

kontruksi pendulum dengan penambahan beban massa untuk

meningkatkan energi yang dihasilkan pada alat Drop Weigth Testert.

86

3. Diperlukan mikroskop yang perbesarannya memadai, sehingga bisa

diketahui bentuk kawah yang ditimbulkan oleh tumbukan striker.

Karakteristik Alat Drop Weight Tester (DWT) dengan Standar ...

Documents