Pengaruh Variasi Beban dan Lama Rendaman Air Laut Terhadap Perubahan Defleksi Material Pipa Baja ASTM A53 dengan Metode Uji C-RingHairul Arsyadaa Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin

Jl. Perintis Kemerdekaan Km 10 Tamalanrea Makassar, Indonesia

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui besar perubahan defleksi yang terjadi pada material jenis pipa baja ASTM A53 yang mengalami variasi pembebanan dan waktu rendaman pada lingkungan air laut. Pengujian pada material jenis pipa baja ASTM A53 dilakukan dengan menggunakan metode pengujian C-Ring. Besarnya variasi beban yang diberikan adalah 20 kg, 40 kg, 60 kg, dan 80 kg dengan variasi waktu rendaman adalah 3 hari, 6 hari, 9 hari, 12 hari, 15 hari, 18 hari, 21 hari, 24 hari, 27 hari dan 30 hari. Adapun spesimen uji menggunakan standar ASTM G38-01 jenis C-Ring yang digunakan untuk korosi tegangan. Pengukuran defleksi dilakukan dengan menggunakan mikrometer sekrup setelah diberikan pembebanan sebelum perendaman dan kemudian dilakukan pengukuran ulang pada spesimen setelah mengalami perendaman. Dari hasil pengujian diperoleh bahwa dengan variasi perendaman air laut yang diberikan pada spesimen uji tidak memberikan dampak signifikan terhadap perubahan defleksi yang terjadi tetapi lebih dipengaruhi oleh peningkatan beban yang diberikan. Besar defleksi maksimal terjadi pada kondisi pembebanan 80 kg dengan lama perendaman 15 hari yaitu sebesar 5,9 mm sedangkan perubahan defleksi minimal terjadi pada kondisi pembebanan 20 kg dengan lama perendaman 15 dan 18 hari sebesar 0,2 mm.Katakunci: Beban, Waktu rendam, perubahan defleksiAbstractThe aim of this research is to measure deflection change in ASTM A53 steel pipe under variation of load and immersion time in sea water atmosphere. The test was conducted by using C-Ring method with ASTM G38-01 standart test speciment for stress corrosion. Variation of load that applied to speciment was 20 kg, 40 kg, 60 kg and 80 kg with variation of immersion time was 3 days, 6 days, 9 days, 12 days, 15 days, 18 days, 21 days, 24 days, 27 days and 30 days. Deflection of speciment was measured by using micrometer after given load/before immerse and then after immerse in sea water. The result show that deflection change after variation of time immersion in sea water give little effect to the deflection but more because of increasing the load. Maksimum of change deflection is 5.9 mm at 80 kg load after 15 days immersion time and minimum deflection of change is 0.2 mm at 20 kg load after 15 and 18 days immersion time.

Keywords: load, immersion time, deflection change.

1. PENDAHULUAN (10 pt, bold)

Baja ASTM A53 adalah jenis baja karbon rendah yang sesuai standar American Standar Testing Material adalah untuk pembuatan pipa, steel black and hot-dipped, Zinc-Coated, Welded-Seamless. Baja ASTM A53 merupakan baja karbon rendah dengan kadar C = 0,25%. Berdasarkan ASTM A53, pipa baja digunakan di daerah steam, air, gas dan air lines [1]Adapun spesifikasi tipe dan grade ASTM A53 sebagai berikut :

a. Type F Furnace-butt welded, continuous welded, Grade A

b. Type E Electric-resistance welded, Grade A and B

c. Type S Seamless, Grade A and B

Sebagai material pipa yang juga diaplikasikan dalam lingkungan air laut maka material ini juga akan mengalami kombinasi tegangan pada dinding pipa yang disebabkan oleh tekanan fluida dari dalam maupun tekanan fluida dari luar yaitu oleh air laut. Selain itu material tersebut juga mengalami proses korosi yang disebabkan oleh air laut. Kombinasi ini sangat mempengaruhi usia pakai dari material baja ASTM A53 tersebut [2]Pipa baja dalam pemakaiannya akan mengalami deformasi akibat tekanan baik dari dalam pipa maupun dari luar pipa, deformasi yang terjadi dapat berupa defleksi yang sifatnya elastis atau permanen yang bergantung pada karakteristik beban dan jenis pipa baja yang digunakan.

Gambar 1. Sampling Procedure for Testing Various Products [3]Tinjauan Pustaka:Deformasi defleksiApabila sebuah elemen mengalami pembebanan maka elemen tersebut akan mengalami deformasi berupa perubahan bentuk pada elemen sebagai efek terhadap beban yang diberikan. Dalam beberapa bentuk, deformasi yang terjadi dapat dijumpai diantaranya dengan pertambahan dimensi dari elemen, sebagai contoh adalah pertambahan panjang pada peristiwa pemberian beban uniaksial pada sebuah elemen berbentuk silinder pejal yang dapat diperoleh dari persamaan [4]:

= L/E........................................... (1)

Dimana:

= deformasi pada bahan.

= tegangan yang bekerja

L = panjang total awal dari bahan

E = Modulus elastisitas bahan.

Pada contoh lainnya adalah adanya reduksi ketebalan penampang yang terjadi yang merupakan gambaran deformasi pada sebuah proses pengerolan pelat atau balok baja.

Jenis deformasi lain yang dapat digambarkan adalah terjadinya penipisan pada dinding mangkuk pada proses penarikan dalam. Pada contoh-contoh diatas, deformasi yang terjadi umumnya deformasi atau perubahan bentuk permanen dari elemen akibat pembebanan yang melebihi kekuatan luluh dari bahan. Jenis deformasi permanen tersebut juga disebut deformasi plastis karena perubahan bentuk elemen tersebut terjadi pada daerah plastis dari bahan sehingga elemen tidak akan kembali kebentuk semula apabila beban dihilangkan.Defleksi pada sebuah elemen juga menggambarkan terjadinya deformasi akibat adanya pembebanan yang diberikan. Sebagai contoh besar defleksi pada balok yang ditumpu dan diberi beban pada bagian tengah tumpuan dapat ditentukan dari persamaan [4]:

= -PL3/48EI..................................(2)

P = Besar beban yang bekerja.

Besar defleksi pada balok baja dari persamaan diatas tergantung pada parameter-parameter yaitu: beban, besar momen lengkung, modulus elastisitas bahan (E), jarak tumpuan terhadap beban dan nilai momen inersia (I) dari penampang balok.KorosiKorosi adalah proses perusakan material, dimana material akan mengalami penurunan mutu (degradation) karena bereaksi dengan lingkungan baik itu secara kimia atau elektrokimia pada waktu pemakaiannya. Penurunan mutu material akibat korosi dapat ditinjau dari perubahan kekuatan material.

Penurunan kekuatan akibat korosi tersebut dapat terjadi melalui banyak mekanisme seperti misalnya penipisan ketebalan, terjadinya konsentrasi tegangan akibat serangan setempat oleh korosi, perubahan dimensi dan komposisi material dan penurunan berat yang dialami oleh material. Salah satu parameter penting yang dapat dihitung pada persitiwa korosi adalah besar laju korosi yang terjadi, adapun persamaan yang untuk menghitung laju korosi yang terjadi adalah [5]:

Laju korosi rata-rata = 87,6 x 104...(3).

W = selisih antara berat awal dengan berat akhir (gram)

D = massa jenis specimen (gram/cm3)

A = luas permukaan specimen (cm2)

T = waktu perendaman (jam)

Semakin tinggi laju korosi yang terjadi maka semakin tinggi pula penurunan kekuatan material. Perubahan defleksi sebagai indikator penurunan kekuatan material dari material yang mengalami kombinasi pembebanan dan lingkungan korosif air laut belum banyak dilaporkan. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui besar perubahan defleksi yang terjadi pada material jenis pipa baja ASTM A53 yang mengalami variasi pembebanan dan waktu rendaman pada lingkungan air laut. Pengujian pada material jenis pipa baja ASTM A53 dilakukan dengan menggunakan metode pengujian C-Ring. Besarnya variasi beban yang diberikan adalah 20 kg, 40 kg, 60 kg, dan 80 kg dengan variasi waktu rendaman adalah 3 hari, 6 hari, 9 hari, 12 hari, 15 hari, 18 hari, 21 hari, 24 hari, 27 hari dan 30 hari.2. METODEBahan yang digunakan pada penelitian ini adalah jenis Baja ASTM A53 Grade A dengan Komposisi Kimia sebagai berikut:Kadar C: 0.25%, Mn : 0.95%, P : 0.05%, S : 0.045%, Cu : 0.40%, Ni : 0.40 %, dan Cr : 0.40%.

Gambar 2. Material Uji Baja Pipa ASTM A53 Grade A.Bentuk dari spesimen menggunakan standar ASTM G38-01 Standard Practice of Making and Using C-Ring Stress-Corrosion Test Specimens

Gambar 3. Bentuk Spesimen Uji.Pengujian dilakukan dengan memberikan variasi pembebanan pada spesimen uji yaitu 20 kg, 40 kg, 60 kg, dan 80 kgBesar defleksi yang terjadi sebelum rendaman diukur dari celah C-ring yang mengecil setelah diberikan pembebanan (lihat gambar... tanda X). Besarnya nilai X diukur sebagai defleksi yang terjadi akibat pengencangan C-ring oleh baut sebelum perendaman. Setelah mengalami pembebanan, spesimen uji kemudian direndam kedalam air laut selama 3 hari, 6 hari, 9 hari, 12 hari, 15 hari, 18 hari, 21 hari, 24 hari, 27 hari dan 30 hari. Setelah mengalami perendaman kemudian dilakukan pengukuran ulang terhadap defleksi yang terjadi. Pengukuran defleksi setelah perendaman dilakukan dengan mengukur jarak celah pada spesimen uji sebelum dan setelah melepaskan baut pengencang (jarak celah x).

Gambar 4 . Jarak x sebagai besar defleksi yang diukur

Gambar 5 Proses perendaman benda uji kedalam air laut.

3. HASIL DAN PEMBAHASANHasil pengujian yang dilakukan dengan menggunakan material baja ASTM A53 grade A dengan memberikan variasi beban dan lama rendaman terlihat pada tabel 1. Dari tabel 1 dibawah diperoleh hasil pengukuran jarak celah (defleksi) baik sebelum dan setelah perendaman dengan berbagai variasi pembebanan dan lama rendaman air laut. Besar defleksi maksimum yang diperoleh sebelum perendaman adalah pada spesimen uji untuk perendaman 9 hari dengan besar beban yang diberikan 80 kg yaitu sebesar 7.8 mm. sedangkan defleksi minimumnya adalah1.6 mm pada spesimen uji untuk perendaman 3 hari dengan pembebanan 20 kg.

Sedangkan besar defleksi maksimum setelah perendaman yang diperoleh dari hasil pengujian adalah 3 mm yaitu pada beban 60 kg dengan lama perendaman 21 hari dan pada beban 40 kg dengan lama perendaman 28 hari. Sementara untuk defleksi minimum setelah perendaman diperoleh sebesar 0.3 mm pada spesimen 80 kg dan lama perendaman 15 hari.

Nilai rata-rata defleksi untuk beban maksimum (80 kg) sebelum perendaman diperoleh sebesar 7.04 mm dan nilai rata-rata defleksi untuk beban minimum (20 kg) sebelum perendaman diperoleh sebesar 2.3 mm. Nilai rata-rata defleksi untuk beban maksimum (80kg) setelah perendaman diperoleh sebesar 2.2 mm dan nilai rata-rata defleksi untuk beban minimum (20kg) setelah perendaman diperoleh sebesar 1.98 mm.

Tabel 1. Hasil Pengukuran Perubahan DefleksiNo.HariBeban

KgX 1

mmX 2

MmX1-X2 mmY 1

mmY 2

MmY1-Y2 mmDmm

132031.429.81.629.8311.20.4

2403228.33.728.330.72.41.3

3603226.65.426.628.31.73.7

4803225.36.725.327.82.54.2

592031.629.6229.631.31.70.3

64031.427.73.727.730.42.71

76031.826.45.426.428.92.52.9

88031.423.67.823.626.32.75.1

9152031.8292.82931.62.60.2

104031.927.84.127.830.52.71.4

11603226.25.826.228.82.63.2

128031.725.56.225.525.80.35.9

13212031.629.6229.631.31.70.3

144031.828.43.428.4301.61.8

156031.426.15.326.129.132.3

168032.225.17.125.127.82.74.4

1727203228.93.128.931.62.70.4

184032.128.1428.131.131

196031.826.65.226.629.42.82.4

20803224.67.424.627.42.84.6

Keterangan:

X1: Jarak celah sebelum pembebanan dan sebelum perendaman.X2: Jarak celah setelah pembebanan dan sebelum perendaman.

Y1: Jarak celah sebelum melepaskan baut pengencang setelah perendaman.

Y2: Jarak celah setelah melepaskan baut pengencang setelah perendaman.

D: Perubahan defleksi (mm)

Pada tabel diatas juga terlihat bahwa besarnya defleksi yang terjadi setelah dilakukan perendaman air laut dengan variasi lama rendaman menunjukkan kecenderungan yang konstan seperti terlihat pada gambar 6. Adanya proses korosi yang terjadi pada spesimen uji serta pemberian beban dengan waktu yang lama membuat spesimen uji terdeformasi secara permanen sehingga tidak dapat kembali ke ukuran jarak celah (defleksi) sebelum pembebanan dan perendaman.

Gambar 6. Grafik hubungan beban dan defleksi spesimen uji setelah perendaman .Dari hasil pengujian yang dilakukan terlihat adanya kecenderungan peningkatan perubahan defleksi yang terjadi dengan naiknya pembebanan yang diberikan untuk setiap lama perendaman hal ini terlihat pada gambar 7. Besar perubahan defleksi maksimum terjadi pada spesimen uji perendaman 15 hari dengan beban 80 kg yaitu sebesar 5.9 mm.

Gambar 7. Grafik hubungan antara perubahan defleksi terhadap beban sebelum dan setelah perendaman.

Gambar 8. Grafik Hubungan antara perubahan defleksi terhadap lama rendaman pada pembebanan yang berbeda-beda.Pada gambar 8 memperlihatkan besar perubahan defleksi yang terjadi terhadap lama rendaman air laut. Dari gambar terlihat bahwa semakin kecil beban yang diberikan maka besar besar perubahan defleksi yang terjadi tidak terlalu besar untuk setiap waktu rendaman sebaliknya dengan semakin besar beban yang diberikan maka semakin besar pula perubahan defleksi yang terjadi untuk setiap waktu rendaman.

Dari penelitian yang dilakukan terlihat bahwa dampak waktu rendaman air laut terhadap besar perubahan defleksi tidak terlalu besar tetapi lebih dipengaruhi oleh besarnya beban yang diberikan akan tetapi dari tabel 1 juga diperoleh bahwa besar defleksi setelah direndam cenderung berkurang dibandingkan dengan besar defleksi sebelum direndam sehingga dapat disimpulkan bahwa ada pengaruh perendaman terhadap defleksi yang terjadi pada material uji baja ASTM A53 grade A.

Penelitian ini masih berpotensi untuk dilanjutkan untuk mencari lebih jauh dan lebih spesifik pengaruh lingkungan air laut terhadap perubahan defleksi dari material uji tanpa memperhitungkan defleksi akibat pembebanan.4. KESIMPULANDari hasil penelitian dapat disimpulkan:1. Pengukuran defleksi yang dilakukan sebelum rendaman memperlihatkan nilai yang lebih besar dibandingkan pengukuran defleksi setelah proses perendaman.

2. Besarnya defleksi yang terjadi pada setiap benda uji lebih dominan dipengaruhi oleh besar beban yang diberikan.

3. Besar perubahan defleksi maksimum sebelum dan setelah perendaman diperoleh sebesar 5.9 mm pada kondisi beban 80 kg dengan waktu rendaman 15 hari.

4. Besar perubahan defleksi minimum sebelum dan sesudah perendaman diperoleh sebesar 0.2 mm pada kondisi pembebanan 20 kg dengan waktu rendaman 15 dan 18 hari.

Daftar pustaka:

[1]Suhardi, Analisis Perubahan Laju Korosi Pada Baja ASTM A53 Akibat Tegangan Dalam Dengan Metode C-RING, 2010 Skripsi Teknik Mesin UNHAS..[2] Annual Book of ASTM Standards, A53, Standard Specification for pipe, Steel, Black and Hot-Dipped, Zinc-Coated, welded and Seamless, American Society for Testing and Material, Philadelphia, PA (1990).

[3]ASTM G38-01 (2007) Standard Practice for Making and Using C-ring Stress Corrosion Test Specimens [4]Robert L Mott, P.E, 2004, Elemen-elemen Mesin dalam Perancanga Mekanis, Penerbit Andi, Yogyakarta. [5]Fontana, M.G., 1986, Corrosion Engineering, 3rd edition, McGraw-Hill Book Company, New York.2

_1377831067.unknown