BAB III

PERANCANGAN CETAKAN RING, CONE DAN BLADE

Runner merupakan bagian dari turbin francis. Keberadaan runner dinilai

sangat penting karena dibagian inilah sebuah usaha gerak akan diperoleh oleh

sebuah runner sehingga menghasilkan daya listrik. Oleh karena itu sebuah runner

harus dibuat sebaik mungkin dengan geometri yang sesuai dengan rancangan.

Sebuah runner dapat diproduksi oleh tiga jenis cara yaitu one-piece casting (satu

kesatuan), two-piece casting (dua bagian dalam satu kesatuan) dan three-piece

casting (bagian terpisahkan). Pada penelitian ini akan dilakukan three-piece

casting yaitu produksi secara terpisahkan, runner dibagi menjadi tiga bagian

terpisahkan berupa cone, ring dan blade.

Cone dan ring adalah bagian yang menyatu dengan rumah turbin

sedangkan blade merupakan bagian yang menyatu dengan cone dan ring.

Geometri cone dan ring tingkat presisi harus sesuai dengan housing sedangkan

blade dengan bentuk profil sebuah sudu maka perlu disesuaikan. Blade

merupakan bagian dari runner turbin francis. Blade yang biasanya dikenal dengan

nama sudu ini dapat diproduksi dengan beberapa cara salah satunya yaitu dengan

cara pengecoran. Sebenarnya pengecoran bisa dilakukan secara kesatuan dan utuh

tetapi kondisi tersebut lebih sulit dalam melakukan proses finishing walaupun

dengan proses itu memakan ongkos produksi yang rendah. Pengecoran secara

bagian-bagian ini dapat dirakit dengan proses pengelasan dengan cara

menghubungkan bagian blade dengan bagian ring dan cone sehingga bagian

utuhnya disebut runner. Berikut ini perlu adanya tahapan-tahapan perancangan

cetakan sampai dengan produksi pada Gambar 3.1.

1. Modeling 2D dan 3D runner

2. Perancangan Cetakan Casting

a. Perancangan penambah

b. Perancangan sistem saluran

Gambar 3.1 Flowchart perancangan cetakan

3.1 Data dan Literatur

Runner turbin francis dibuat dengan sistem three-piece casting yaitu

membagi runner menjadi tiga komponen utama yaitu cone, ring dan blade

sehingga dapat disambung dengan cara pengelasan. Berdasarkan fungsinya

sebagai turbin francis maka sebuah runner harus memiliki beberapa sifat, yaitu:

a. Mempunyai ketahanan korosi terhadap air, uap, air garam, dan amonia.

b. Mempunyai ketahanan aus terhadap kavitasi,

c. Mempunyai kemampuan dengan pengelasan (weldability)

d. Mempunyai kemampucorannya bagus.

Berdasarkan sifat-sifat yang harus dipenuhi diatas maka dapat didapatkan di

literatur dan sumber yang lain seperti internet, bahan material yang cocok adalah

jenis baja cor tahan karat atau cast steel.

� Material ini dinamakan Ca6NM berdasarkan ASTM atau

Sweden : 2385

Germany (W.Nr) : 1.4313

Germany (DIN) : X 6 CrNi 13 4, G-X 5 CrNi 13 4

France (Afnor) : Z5CN 13.4, Z4CND 13.4 M

Great Britain(B.S) : 425 C 11

Italy(UNI) : GX 6 CrNi 13 04

USA (AISI/SAE/ATM) : CA 6-NM

Komposisi Ca6NM ini adalah 0.06% C,13 % Cr, 4%Ni, 0.5 Mo dan 0.8 Mn.

Range komposisi dalam Ca6NM dapat dilihat pada Tabel 3.1 dibawah ini:

Tabel 3.1 Batas maksimum dan minimum Ca6NM

C Mn Si Cr Ni Mo P S Cu+W+V

Min

% - - - 11.5 3.5 0.4 - - -

`Max

% 0.06 1.0 1.0 14.0 4.5 1.0 0.04 0.03 0.5

� Aplikasi material ini diperuntukkan untuk Pump casings, bowls, impellers

and diffusers, valve bodies, water turbine components, ships propellers.

� Sifat-sifat fisik material Ca6NM dapat dilihat pada Tabel 3.2

Tabel 3.2 Sifat-sifat fisik Ca6NM

No Sifat-Sifat Nilai

1. Density 7.85 kg/m3

2. Liquidus 1490.55 C

3. Solidus 1465.55 C

4. Thermal conductivity (212 F) 25.09 W/m K

Thermal conductivity (1000 F) 28.9 W/m K

5 Thermal Expansion (212 F) 6e-6 in/in F

Thermal Expansion (1000 F) 7 e-6in/in F

6. Kekuatan 200-362 Mpa

7. Magnetic Permeability feromagnetik

� Sifat-sifat mekanik material Ca6NM dapat dilihat pada Tabel 3.3

Tabel 3.3 Sifat-sifat Mekanik CA6NM

Material

Yield (Mpa) Tensile

(Mpa)

Elong

(%)

Hadrness

(Brinell)

State

Ca6NM 550 760 15 250-300 Tempered

3.2 Sketch 2D dan Modeling 3D Runner

Sebelum sketch dan modeling runner, dalam merancang sebuah turbin air

berdasarkan referensi Meerwarth, Wasserkraftmaschinen, Springer-Verlag,

Berlin, 1963 perlu diketahui lima data seperti tinggi air jatuh (Head), kapasitas

aliran rencana (Qn), putaran poros turbin (n), efisiensi total (η ) dan tekanan

atsmosfer. Berdasarkan data tersebut maka dapat dihitung daya maksimum turbin

(Nn), putaran spesifik (ns), putaran normalisasi (n1), debit normalisasi (Q1),

diameter tip masuk (D1), tinggi pemasukan (b1), diameter draft tube (Ds),

diameter hub masuk (D1i), diameter hub keluar (D2i), diameter tip keluar (D2a),

kecepatan meridian masuk (cm1) dan tinggi hisap maksimal (Hs) seperti pada

Gambar 3.2.

Setelah data runner diketahui maka dapat dilanjutkan ke langkah

berikutnya yaitu pemodelan runner. Pemodelan runner ini berguna untuk

memberikan gambaran bentuk geometri benda yang akan dicor kepada perancang

cetakan. Langkah pertama yang dilakukan dari pemodelan runner turbin francis

berupa gambar dua dimensi (2D). Gambar 2D tersebut kemudian diubah menjadi

model solid tiga dimensi (3D) dengan menggunakan software Pro/Engineer yang

berbasis fasilitas atau fitur.

D1i

D1

D2a

D2i

b1

Ds

Cs

Cm1

Gambar 3.2 Runner turbin francis

Pemodelan solid 3D runner turbin francis menggunakan sejumlah fitur

seperti: protrusion, revolve, mirror, cut, chamfer, dan round. Gambar 3.3

menunjukkan bahwa setelah sketch 2D maka ditempuh penggunaan protrusion-

revolve yang digunakan untuk menghasilkan model solid 3D dengan memutar

sketsa 2D sebesar 3600 mengelilingi sumbu referensi-putar. Pembuatan runner ini

dibagi menjadi 3 bagian komponen yaitu ring, cone dan blade seperti yang

ditunjukkan pada gambar 3.3. dan gambar solid 3D runner ditunjukkan pada

gambar 3.4.

(a) Ring

(b) Cone

Gambar 3.3 Sketsa 2D runner turbin Francis. (a) Ring (b) Cone

Gambar 3.4 Solid 3D Runner Turbin Francis

3.3 Perancangan Cetakan

Proses perancangan cetakan membutuhkan model acuan yang lebih

dikenal dengan model pengecoran. Model acuan ini dibuat dengan sebenar-

benarnya model yang benar dalam segi geometri, dimensi maupun toleransi.

Dalam merancang sebuah proses cetakan diperbolehkan mengubah geometri dari

sebuah model acuan tetapi hal ini perlu diklarifikasi terlebih dahulu kepada

perancang runner karena dalam pertimbangan adanya cacat atau hasil coran

berkualitas buruk apabila proses pengecoran tetap dilanjutkan perlu adanya proses

selanjutnya seperti proses finishing dengan proses pemesinan. Oleh karena itu

perlu menjadi pertimbangan dalam membuat model pengecoran yaitu:

� Kompensasi penyusutan (shrinkage) material ketika mengalami

pemadatan sehingga volume harus diperbesar. Pada penelitian ini

menggunakan cast steel yang mengalami penyusutan sebesar 1.8%.

� Menghindari dan mengubah sudut, pojok, dan sisi-sisi tajam pada model

pengecoran yang dapat menyebabkan retak pada produk.

� Menghindari ketebalan penampang yang tidak seragam dan dinding tipis

yang luas pada model pengecoran. Ketebalan yang tidak seragam

menyebabkan rongga penyusutan sedangkan dinding menyebabkan produk

melengkung pada saat pemadatan.

� Penambahan dimensi pada bagian-bagian tertentu pada model pengecoran

untuk proses finishing dengan mesin.

� Fitur-fitur dalam (internal features) pada model pengecoran seperti lubang

hendaknya dibuat sesedikit mungkin. Karena fitur-fitur tersebut dapat

memperlama proses pembuatan cetakan dan menyebabkan masalah baru

ketika proses penuangan.

Setelah pertimbangan tersebut maka dirancang sebuah model pengecoran

yang dapat ditambahkan sistem penambah, sistem saluran maupun chill. Dalam

merancang cetakan perlu data awal berupa volume dan luas permukaan efektif

(CSA) pada model pengecoran. Oleh karena itu diperlukan software Pro engineer

lagi untuk menghasilkan data tersebut. Input yang dimasukkan berupa massa jenis

produk coran sehingga diperoleh hasil volume dan luas permukaan efektif.

3.3.1 Perancangan Sistem Penambah

Sistem penambah dalam proses pengecoran berperan sangat penting

walaupun terlihat seperti boros dalam hal material baku. Akan tetapi peran sistem

penambah dalam suatu cetakan berfungsi sebagai penyuplai logam cair ke produk

coran yang mengalami penyusutan selama proses pemadatan dan pendinginan

berlangsung. Besarnya penyusutan tergantung oleh jenis logam cair tersebut.

Dalam merancang sistem penambah, hal yang perlu diperhatikan adalah

arah proses pemadatan sehingga dapat diperkirakan letak produk yang mengalami

pemadatan terakhir. Ketebalan produk perlu diperhatikan karena penyusutan

terjadi pada produk yang mempunyai ketebalan yang extra dibandingkan yang

lainnya. Dua bagian utama sistem penambah yaitu penambah dan leher penambah.

Penambah berguna sebagai tempat menampung logam cair penyuplai sedangkan

leher penambah sebagai saluran untuk mengalirkan logam cair menuju produk

coran. Pada material cast steel leher diameter leher penambah dan diameter

penambah dirancang memiliki dimensi yang tidak jauh berbeda dengan tetap

berdasarkan ketentuan leher penambah mempunyai ukuran yang lebih kecil.

Proses pemadatan harus mengarah ke penambah dengan pengertian bahwa

produk coran mengalami pemadatan awal, diikuti leher penambah dan yang

terakhir penambah. Ujung leher penambah yang akan menempel pada produk

haruslah dirancang sedemikian rupa dengan acuan standar agar penambah mudah

untuk dilepas dari produk tanpa merusak produk itu sendiri. Biasanya di lapangan

untuk melepaskan penambah dengan cara hammer atau dipukul. Selain itu ada

beberapa langkah yang harus diperhatikan dalam merancang sistem penambah

yaitu meliputi lokasi penambah, metode penambah yang sesuai, dimensi

penambah dan penentuan jumlah penambah.

Gambar 3.5 Sistem Penambah[17]

3.3.1.1 Lokasi Penambah

Dalam merencanakan penambah yang harus diperhatikan adalah arah

proses pemadatan. Sistem penambah harus diletakkan di lokasi yang mengalami

proses pemadatan paling akhir berdasarkan geometri berupa ketebalan antara

volume dan luas permukaan. Berdasarkan hal tersebut dapat diamati lokasi atau

letak penambah. Ring hanya diberi top riser saja sedangkan pada cone diberi top

riser dan side riser pada sisinya. Blade ditambahkan riser yang menyatu pada

pengalir (runner) dan cawan tuang (pouring). Lebih jelasnya dapat dilihat pada

gambar 3.12 mengenai lokasi penambah pada ring, cone dan blade.

3.3.1.2 Metode Sistem Penambah

Metode penambah yang dapat digunakan pada sebuah cetakan adalah

pressure control risering (PCR) atau bottle riser, directly applied risering (DAR)

dan riserless.. Diagram alir untuk memilih metode penambah yang sesuai dapat

dilihat pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6 Diagram Alir Metode Penambah (cetakan lemah yaitu green sand,

shell non-compacted chemically bonded sand dan cetakan kuat yaitu well

compacted chemically bonded sand, cement sand, dry sand, permanent mould)[17]

Penelitian ini menggunakan sebuah runner turbin francis yang dibagi

menjadi tiga bagian berupa ring, cone dan blade. Ring dan cone menggunakan

proses pengecoran sand casting (pengecoran pasir) sedangkan blade

menggunakan pengecoran berpola lilin (invesment casting). Berdasarkan data

tersebut maka metode yang sesuai dapat diperoleh melalui diagram alir metoda

sistem penambah yaitu pada ring dan cone termasuk kategori cetakan lemah

sedangkan blade termasuk kategori cetakan kuat. Modulus pengecoran ring, cone

dan blade ditunjukkan pada Tabel 3.4

Tabel 3.4 Nilai Modulus Pengecoran Runner

No

Bagian Runner

Modulus pengecoran

(Mc=V/CSA)

Jenis Cetakan

CSA = 828966.83 mm2

Volume=8467472.3 mm3

Massa = 66.47 Kg

1. Ring

Mc = 1.02

Sand Casting

(cetakan lemah)

CSA = 288118.17 mm2

Volume = 7792537 mm3

Massa = 61.17 Kg

Lokasi A

Mc =2.70

CSA = 606158.52 mm2

Volume = 5559502.9 mm3

Massa = 43.64 Kg

2. Cone

Lokasi B

Mc =0.92

Sand Casting

(cetakan lemah)

CSA = 95699.5 mm2

Volume = 484419mm3

Massa = 3.809 Kg

3. Blade

Mc =0.51

Invesment Casting

(Cetakan kuat)

Berdasarkan hasil cetakan dan nilai modulus pengecoran, maka metode

penambah yang sesuai untuk cetakan ring dan cone yaitu pressure control

risering (PCR) sedangkan blade menggunakan Riserless Design.

� Prinsip PCR (ring dan cone), metode ini dipilih karena proses pengecoran

sand casting pada cone dan ring merupakan cetakan pasir yang tergolong

cetakan lemah berdasarkan diagram alir gambar 3.6. Selain itu,

berdasarkan perhitungan di software Pro-Engineering pada tabel 3.1

mempunyai modulus >1. Prinsip metode ini adalah setelah proses

penuangan logam cair ke cetakan selesai, logam cair di rongga cetakan

akan menyusut (contraction) saat proses pemadatan berlangsung sehingga

akan terjadi rongga. Logam cair yang ada di dalam penambah akan

mengalir ke rongga tersebut untuk menghindari cacat rongga akibat logam

cair yang menyusut. Selain itu, temperatur logam cair yang tinggi saat

proses penuangan menyebabkan cetakan dapat membesar (expansion),

sehingga logam cair akan terdorong keluar. Logam cair ini akan

ditampung oleh sistem penambah kemudian dialirkan kembali saat proses

pendinginan berlangsung.

� Prinsip Riserless (blade), metoda ini dipilih karena proses pengecoran

invesment casting pada blade merupakan cetakan keramik yang tergolong

cetakan kuat berdasarkan diagram alir gambar 3.6. Selain itu, berdasarkan

perhitungan di software Pro-Engineering pada tabel 3.1 mempunyai

modulus >1. Prinsip metode ini adalah ketika penuangan logam cair ke

cetakan maka logam cair akan menyusut cepat sehingga dengan adanya

sistem penambah maka proses penyusutan dapat dihindari. Sedangkan

cetakan cenderung kuat sehingga sulit untuk mengalami pembesaran.

Meskipun ada pembesaran, nilainya kecil.

3.3.1.3 Perhitungan Dimensi dan Jumlah Penambah

Nilai dimensi sistem penambah ditentukan oleh nilai modulus pengecoran

(Mc). Nilai modulus pengecoran masing-masing lokasi penambah yang

merupakan perbandingan antara volume dan luas permukaan untuk perpindahan

panas ditunjukkan. Setelah diketahui nilai modulus pengecoran masing-masing

lokasi, maka dimensi sistem penambah (penambah dan leher penambah) dapat

dihitung. Proses perhitungan dimensi sistem penambah berdasarkan diagram alir

yang ditunjukkan pada gambar 3.7

Gambar 3.7 Diagram Alir Perhitungan Dimensi Penambah

a. Menghitung Modulus Riser dan Modulus Leher

Modulus adalah rasio volume terhadap luas permukaan. Pada baja ada

ketentuan khusus yaitu perbandingan antara modulus coran (Mc) : modulus

leher riser (Mr) : Modulus riser = 1: 1.2: 1.2. Pada tabel 3.5 dapat dilihat hasil

perhitungan modulus riser dan modulus leher riser.

Tabel 3.5 Perhitungan modulus leher riser (Mn) dan modulus riser (Mr)

No

Bagian Runner

Modulus pengecoran

Mc :Mr :Mn = 1:1.2:1.2

Mr = 1.23 1. Ring

Mn = 1.23

Mr = 3.25 Lokasi A

Mn = 3.25

Mr = 1.10

2. Cone

Lokasi B

Mn = 1.10

Mr = 0.60 3. Blade

Mn = 0.60

b. Menghitung Diameter Penambah, Tinggi Penambah dan Diameter Leher

Pertama kali untuk menghitung diameter, tinggi penambah dan diameter

leher maka haruslah menentukan jenis penambah apa yang sesuai dengan

produk coran. Metoda PCR mempunyai tiga jenis penambah yaitu top riser,

side riser (kontak pada cope) dan side riser (kontak pada drag). Ring

menggunakan side riser, cone pada lokasi A menggunakan top riser

sedangkan lokasi B menggunakan side riser (kontak pada drag). Blade yang

menggunakan riserless design menggunakan riser yang menyatu dengan

runner dan pouring.

Berdasarkan tabel 2.3 maka dapat dihitung volume penambah, modulus

penambah sesuai tipe penambah. Ring yang menggunakan top riser

mempunyai modulus riser 1.23 dan modulus leher riser sebesar 1.23 maka

dapat diperoleh volume penambah yaitu;

VR = 1.04 X D3 = 1.04 X 5.552596 = 178.0416 cm3

Besarnya diameter penambah dan diameter leher penambah jenis top riser

DR = 4.53 X Mc = 4.53 X 1.021449= 5.552596 cm

DNR = 273.2

RD = 2.442849 cm

Besarnya tinggi penambah,

HR = 1.5 X DR = 8.328894 cm

Adapun hasil perhitungan dimensi ring, cone dan blade pada tabel 3.6

Tabel 3.6 Perhitungan Dimensi Sistem Penambah (VR: Volume Penambah, H:

Tinggi Penambah, DR: Diameter Penambah, DNR : Diameter Leher Penambah)

No Bagian

Runner

VR(cm3) DR(cm) DNR(cm) HR(cm)

1. Ring 178.04 5.55 2.44 8.33

A 3305.19 14.7 6.47 22.05 2. Cone

B 258.97 6.25 2.75 9.37

3. Blade 21.67 2.751 4.13 1.21

c. Menghitung Jangkauan penambah dan Jumlah Penambah

Jumlah penambah yang digunakan pada suatu cetakan harus

disesuaikan dengan jangkauan penambah dan besar penyusutan yang terjadi

selama proses pemadatan dan pendinginan berlangsung. Untuk menghitung

jumlah penambah berdasarkan jangkauan, maka digunakan persamaan (2.7)

untuk menghitung jangkuan penambah dan persamaan (2.8) untuk menghitung

jumlah penambah.

Tabel 3.7 Perhitungan jumlah penambah (NP: Jumlah penambah, K:

Panjang coran atau keliling lingkaran coran ,JP : Jangkauan penambah)

No Bagian Runner b(cm) K(cm) Jp(cm) NR(cm)

1. Ring 5.2 207.24 23.4 4

Lokasi A 12 75.6 5.4 2 2. Cone

Lokasi B 3` 166.75 13.5 5

3.3.2 Perancangan Sistem Saluran

Setelah saluran penambah ditentukan letak dan jumlah penambah pada

sebuah runner maka ditentukan sistem saluran masuk yang berfungsi

mengantarkan logam cair dari ladel menuju rongga cetakan. Sistem saluran turun

terdiri dari saluran masuk (in-gate), pengalir (runner), saluran turun (sprue) dan

cawan tuang (pouring). Semua perancangan dihitung dengan data berupa volume

produk dan penambah.

Perancang sistem saluran tidaklah mudah, ada beberapa hal yang menjadi

pertimbangan yaitu ukuran dimensi harus sesuai agar sistem saluran dapat

mengantarkan logam cair ke rongga cetakan secepat mungkin karena proses

penuangan logam cair dari ladel ke cetakan dilakukan dengan cepat. Hal ini

bertujuan untuk meminimalkan panas yang hilang (heat loss) dari logam cair

sewaktu proses penuangan. Penuangan yang cepat juga dapat meminimalkan

terjadinya proses oksidasi yang dapat meminimalkan terjadinya aliran turbulen

yang dapat menyebabkan terkikisnya cetakan pasir, mencegah cacat coran.

Berikut ini adalah diiagram alir perhitungan sistem saluran pada gambar 3.8.

Gambar 3.8 Diagram Alir Perhitungan Saluran Cetakan

3.3.2.1 Perhitungan Massa, friksi dan time pouring

Langkah awal yang dilakukan dalam perancangan sistem saluran adalah

menghitung gesekan pada saluran berupa friksi (f) dan waktu tuang yang efektif

(t). Data yang perlu diketahui sebelum menghitung friksi dan waktu tuang adalah

massa logam cair tersebut. Massa logam cair dan volume (coran dan penambah)

dapat diperoleh dari proses measurement oleh software Pro Engineering.

Gambar 3.9 (a) Tabel Friksi (b) Kurva massa (kg) terhadap Pouring time (s)[17]

Berdasarkan gambar massa cetakan dan gambar 3.9 maka diperoleh nilai

gesekan dan waktu tuang pada tabel 3.8.

Tabel 3.8 Perhitungan friksi dan waktu tuang sistem saluran cetakan

No Bagian Runner Massa Total

(kg)

friksi (fr) Waktu tuang

(sekon)

1. Ring 72.24

0.65 12

2. Cone 145.53

0.72 16

3. Blade 5.5 0.17 3

3.3.2.2 Penentuan tinggi saluran turun dan tinggi coran

Selain faktor gesekan dan waktu tuang, untuk menghitung luas

penampang pencekik, juga perlu ditetapkan jenis sistem saluran, tinggi saluran

turun (H), dan tinggi coran (b). Gambar ketinggian coran ditunjukkan pada

gambar 3.10. Sistem saluran yang dipilih adalah sistem saluran gate-runner yang

menempatkan pencekik di antara saluran masuk dan saluran pengalir. Tinggi

saluran turun dan tinggi coran cone, ring dan blade pada tabel 3.6.

Gambar 3.10 Gambar perbandingan ketinggian saluran turun terhadap bidang

runner.

Tabel 3.9 Penentuan ketinggian saluran turun dan tinggi coran

No Bagian Runner Tinggi Saluran

Turun H (cm)

Tinggi Coran b

(cm)

1. Ring 28 25

2. Cone 41 20

3. Blade 24 30

3.3.2.3 Perhitungan Luas Penampang Pencekik (Choke)

Dari data-data pada tabel 3.9 maka dapat diperoleh diperoleh kecepatan

aliran logam sebesar:

VC = fr x Hg ⋅⋅2 = 0,73 x )28()det

980(22

cmcm ⋅⋅ = 152 cm/det

Proses pengecoran cone, ring dan blade menempatkan seluruh coran di

bagian kup (cope), sehingga untuk mencari luas penampang pencekik digunakan

persamaan (2.12). Besar luas penampang pencekik pada ring yang diperoleh yaitu:

AC [ ]33 )(2

5,1

bHHgft

Vb

r

C

−−⋅⋅⋅

⋅⋅=

= 152 cm2

Luas penampang pencekik selengkapnya ditunjukkan pada tabel 3.10

Tabel 3.10 Perhitungan Luas Pencekik (AC)

No Bagian Runner Kecepatan Aliran

Vc (cm/det)

Luas Pencekik

AC(cm2)

1. Ring 152 6.99

2. Cone 204 6.56

3. Blade 73 3

3.3.2.4 Perhitungan Luas Penampang Sistem Saluran

Setelah luas penampang pencekik telah diketahui maka dapat diperoleh

proses perhitungan luas penampang sistem saluran dapat dilakukan. Untuk

menghitung luas penampang saluran masuk dan saluran pengalir dibutuhkan luas

penampang pencekik saja, namun untuk menghitung luas penampang saluran

turun diperlukan data tambahan mengenai tinggi saluran turun dan tinggi cawan

tuang. Tinggi saluran turun dan tinggi cawan tuang umumnya diambil ¼ dari

tinggi saluran turun.

Proses perhitungan saluran masuk berdasarkan persamaan (2.) dan nilai

luas pencekik pada tabel 3.10 maka diperoleh besar saluran masuk (gate) pada

ring adalah,

AG = 2

cA = 1.74 cm2

Sedangkan luas saluran pengalir (runner) adalah

AR = 3 x 2. AG = 10.48 cm2

Sedangkan saluran turun (sprue) adalah

AS = AC x (3.86)1/2 = 13.73 cm2

Luas penampang saluran turun, pengalir dan saluran masuk pada cone,

ring dan blade ditunjukkan pada tabel 3.11.

Tabel 3.11 Perhitungan luas saluran penampang

No Bagian Runner AG(cm2) AG\R(cm2) AS(cm2)

1. Ring 1.74 10.48 13.73

2. Cone 1.64 9.84 12.88

3. Blade 0.73 4.39 5.75

3.3.2.5 Perhitungan Dimensi Sistem Saluran

Langkah terakhir dalam merancang sebuah sistem saluran adalah

menentukan dimensi dari luas penampang masing-masing saluran. Aturan dimensi

sistem saluran mengikuti ditunjukkan pada Gambar 3.11. Aturan dimensi saluran

masuk adalah ukuran panjang sama dengan empat kali lebarnya (p = 4 x l) agar

agar proses pendinginannya cepat sehingga saluran masuk mengalami proses

pemadatan cepat yang dapat mencegah mengalirnya logam dari produk coran ke

pengalir sedangkan saluran pengalir memiliki dimensi dengan panjang yang sama

dengan dua kali lebarnya. Besar dimensi penampang sistem saluran dapat dilihat

pada tabel 3.12

.

Gambar 3.11 Aturan Dimensi Luas Penampang

Tabel 3.12 Perhitungan dimensi luas saluran

No Bagian

Runner

AG

(cm2)

AR

(cm2)

AS

(cm2)

1. Ring 2.95 0.59 4.58 2.29 2.09 2.09

2. Cone 2.87 0.57 4.44 2.23 2.03 2.03

Hasil Perhitungan perancangan coran berupa model coran dapat dilihat pada

gambar 3.12 dan tabel 3.13. Model coran tersebut berupa 3D yang disimpan

dalam bentuk .*stl yang dilihat dan dibuka di program Coyu Viewer. Dari

perhitungan pengecoran belum dapat dipastikan apakah pengecoran tersebut

menghasilkan produk coran yang bagus atau tidak. Oleh karena itu perlu software

casting agar membantu secara visualisasi pengecoran layaknya proses pengecoran

sebenarnya.

Tabel 3.13 Hasil Perancangan Cetakan

No Bagian Runner Geometri

1 Ring Volume = 1.2062070e+07 mm3

Surface Area = 1.1262064e+06 mm2

Density = 7.85e-06 kg /mm3

Massa = 9.4687248e+01 Kg

2. Cone Volume = 1.6319756e+07 mm3

Surface Area = 1.2033466e+06 mm2

Density = 7.85e-06 kg/mm3

Massa = 1.2811009e+02 Kg

3. Blade

Volume = 1.0445740e+06 mm3

Surface Area = 1.4778251e+05 mm2

Density = 7.85e-06 kg /mm33

Massa = 8.1999063e+00 Kg

(a)

(b)

(c)

Gambar 3. 12. Model Coran (a) Ring, (b) Cone (c) Blade