PL 1

PENGUJIAN KOMPOSISI PASIR CETAK

1.1 Pengujian kadar air pasir cetak

1.1.1 Tujuan pengujian

1. Praktikan mengetahui dan memahami persentase kadar air

2. Praktikan mengetahui laju penguapan

3. Praktikan mengetahui penguapan rata-rata

1.1.2 Dasar Teori

1.1.2.1 Definisi dan Fungsi Kadar Air

Kadar air adalah jumlah air yang terkandung pada suatu materi, yang dalam konteks

bab ini adalah pasir cetak. Kadar air biasanya dinyatakan dalam prosentase (%). Berat

basah adalah berat pasir yang mengandung kadar air, sedangkan berat kering adalah berat

pasir yang sudah tidak ada kadar airnya.

Kadar Air (% )=Berat Basah−Berat KeringBerat Basah

×100 %

(Sumber :Surdia dan Kenji, Teknik Pengecoran Logam halaman 15)

Fungsi air adalah sebagai sebagai aktifator, yaitu air berfungsi sebagai aktifator

daya ikat bentonit sehingga dapat digunakan untuk mengikat pasir cetak. Besar kadar air

standar dalam pembuatan cetakan dengan pasir cetak adalah daerah antara 1,5% - 8%.

(Principles of metal casting. Richard W Heine. 88) Bila kadar air kurang dari 1,5% maka

fungsi air sebagai aktifator tidak akan berjalan sempurna karena hanya sedikit bentonit

yang teraktifasi. Bila kadar air lebih dari 8% maka air yang tidak berikatan akan terlalu

banyak pada celah-celah anatar butir pasir yang mengakibatkan pasir menjadi terlalu

lembek untuk dibentuk.

1.1.2.2 Macam-macam Air

1. Air bebas

Air yang tidak berikatan dengan pengikat atau tidak berfungsi sebagai aktifator.

Air yang terletak pada celah-celah antar butir pasir dan permukaan pasir yang

diuapkan pertama kali.

2. Air terikat

Air yang berikatan dengan pengikat dan berfungsi sebagai aktifator. Air ini

melekat dengan bentonit (pengikat) pada butiran pasir yang diuapkan setelah air bebas

menguap secara keseluruhan

1.1.2.3 Pengaruh Kadar Air terhadap Pengujian Karakteristik Pasir Cetak

1. Pengaruh Kadar Air Terhadap Kekuatan

Gambar 1.1 Pengaruh Air dan Bentonit pada Pasir CetakSumber : Surdia dan Kenji. Teknik Pengecoran Logam. 112

- Kekuatan basah

Dalam gambar 1.1 terlihat bahwa dengan kadar pengikat yang tetap dan

kadar air yang meningkat, maka kekuatan basah akan meningkat, sampai titik

maksimum, karena pengikat telah teraktivasi seluruhnya, kemudian akan

mengalami penurunan setelah mencapai titik maksimum dikarenakan air bebasnya

yang terdapat pada cetakan terlalu berlebih sehingga bentonit menjadi pasta dan

daya ikatnya menurun.

- Kekuatan kering

Dalam gambar 1.1 terlihat semakin besar kadar air yang diberikan maka

kekuatan kering dari pasir cetak akan semakin besar. Hal ini menyebabkan

semakin banyak air yang diberikan maka semakin banyak pula pengikat yang

teraktivasi daya ikatnya sehingga daya ikat pasir cetak akan semakin meningkat.

Dengan begitu kekuatan kering dari pasir cetak akan semakin bertambah.

2. Pengaruh Kadar Air Terhadap Permeabilitas

Dengan kadar pengikat yang tetap dan kadar air meningkat maka permeabilitas

akan meningkat sampai titik maksimun karena semua pengikat telah traktifasi,

kemudian permeabilitas menurun karena jumlah air bebas yang mengisi rongga butir

pasir semakin banyak sehingga permeabilitasnya menurun.

1.1.2.4 Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Penguapan Kadar Air

1. Waktu pemanasan

Dengan semakin lama waktu pemanasan maka kadar air yang menguap semakin

besar. Bila pemanasan pada waktu tertentu penguapan akan terjadi semakin konstan.

Hal ini dikarenakan kadar air dalam pasir cetak telah habis menguap. Waktu

pemanasan menentukan seberapa banyak kalor yang diterima oleh pasir cetak,

sehingga semakin banyak kalor yg diterima maka kadar air semakin banyak yang

menguap.

2. Temperatur pemanasan

Semakin tinggi temperatur pemanasan maka kadar air yang menguap akan

semakin besar dikarenakan air memiliki titik didih 100°C sehingga perubahan fase cair

menuju fase uap baru bisa terjadi pada suhu tersebut.

3. Luas penampang permukaan butir

Bila semakin besar luas penampang permukaan butir dari pasir cetak maka

penguapan yang terjadi semakin cepat. Ini dikarenakan semakin besar luas penampang

butir maka semakin besar jumlah kalor yang diterima.

4. Ukuran dan dimensi butir

Ukuran butir pasir yang besar akan memperlama proses penguapan

dikarenakan jumlah air yang berada di celah-celah butir akan lebih banyak dari pada

pasir dengan ukuran butir yang kecil. Dari segi dimensi butir, dimensi butir yang bulat

adalah dimensi pasir yang bisa melakukan penguapan dengan cepat karena sifat

mampu alirnya yang sangat baik. Sifat mampu alir disini adalah mobilitas fluida saat

berada dicelah-celah butir pasir.

5. Tekanan Udara

Tekanan udara juga berpengaruh pada penguapan kadar air. Bila tekanan udara

tinggi maka penguapan kadar air berlangsung cepat dikarenakan tekanan sebanding

dengan temperatur.

6. Kelembapan Udara

Kelembapan udara sekitar pasir cetak juga mempengaruhi pengupan kadar air

karena semakin lembab udara maka semakin banyak uap air diluar pasir cetak yang

berdifusi kedalam pasir sehingga menyebabkan semakin lamanya proses penguapan

kadar air pasir cetak.

1.1.3 Pelaksanaan Pengujian

1.1.3.1 Alat dan Bahan

1. Moisture Analyzer

Alat ini digunakan untuk mengukur kandungan kadar air pasir cetak.

Spesifikasi alat :

Merk : Sartorius Voltase : 100 – 120 / 220 – 290 VAC

Model : MA 30 Frekuensi : 50 – 60 Hz

Arus : 3,3 A / 1,6 A

Gambar 1.2 : Moisture AnalyzerSumber :Laboratorium Pengecoran Logam Jurusan Mesin

Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

2. Timbangan Elektrik

Alat ini digunakan untuk menimbangberat pasir cetak sebelum dan

sesudah diukur kandungan kadar airnya.

Spesifikasi alat :

Merk : Melter

Type : PJ 3000

Frekuensi : 50 – 60 Hz

Voltase : 100 – 120 V 80 mA

200 – 240 V 45 mA

Gambar 1.3 : Timbangan ElektrikSumber :Laboratorium Pengecoran Logam Jurusan Mesin Fakultas

Teknik Universitas Brawijaya

3. Cawan

Alat ini digunakan untuk tempat spesimen.

Bahan yang digunakan dalam pengujian ini adalah pasir cetak yang terdiri

dari pasir silica dan pengikat seberat …….. gram.

1.1.3.2 Urutan Kerja Pengujian

Urutan kerja dalam pengujian ini adalah :

1. Ambil pasir cetak kemudian timbanglah seberat 25 gram sebanyak 3 buah sebagai

spesimen.

2. Nyalakan Moisture Analyzer dengan menekan tombol ON/OFF sampai terdengar

bunyi alarm.

3. Masukkan cawan pertama ke dalam alat penentu kelembapan kemudian panaskan

pada suhu 110 oC selama 10 menit.

4. Mengatur temperatur dengan menekan tombol F1 dan tekan F1 kembali untuk

menaikkan suhu sampai 110 oC kemudian tekan ENTER

5. Mengatur waktu pemanasan dengan menekan tombol F2 dan tekan tombol F1 untuk

mengatur waktu sampai 10 menit kemudian tekan ENTER

6. Tekan ENTER untuk menghilangkan TAR lalu letakkan specimen di dalam cawan.

7. Tutup penutup Moisture Analyzer lalu tekan ENTER untuk mengeksekusi.

8. Catat kandungan kadar air yang terbaca pada alat pengukur tiap menitnya.

9. Setelah terdengar bunyi alarm, ukurlah berat akhir pasir cetak setelah dikeringkan

dengan menekan tombol CF.

10. Ulangi langkah 3 – 9 untuk cawan berikutnya.

1.1.4 Pengolahan Data dan Pembahasan

1.1.4.1 Data Hasil Pengujian Kadar Air

Tabel 1.1. Data Hasil Pengujian Kadar Air

No. Berat Specimen Awal

( gram )

Berat Specimen Akhir

( gram )

Kadar Air

( % )

1. 28,896 27,868 3,55

2. 28,961 28,205 2,61

3. 29,865 29,218 2,16

∑ ¿ ¿ 87,722 85,291 8,32

Presentase kadar air spesimen:

Kadar air (%) =

Berat spesimen − Berat pasir sisaBerat spesimen x 100 %

=

28 , 896−27 ,86828 , 896 x 100 % = 3,55 %

Tabel 1.2. Hasil Perhitungan

No

.

Berat Awal

( gram )

Berat Akhir

( gram )

% Kadar Air

( X )( X−X ) ( X−X )2

1. 28,896 27,868 3,55 0,777 0.603

2. 28,961 28,205 2,61 -0.163 0.026

3. 29,865 29,218 2,16 0.613 0.375

∑ ¿ ¿ 87,722 85,291 8.32 0.00 1,004

Perhitungan Statistika

Kadar air rata-rata (X )

X =

ΣXn

=

8 ,323 =2,773 %

Tabel 1.3. Hubungan antara penguapan raata-rata, laju penguapan dan waktu pemanasan pada

kadar air 3%

SpesimenWaktu pemanasan

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 0.04 0.23 0.71 1.39 2.03 2,53 2,75 2,78 2,78 2,78

2 0.70 1.14 1,84 2.30 3.51 2,58 2,60 2,60 2,60 2,60

3 0.5 1,10 1.67 2.00 2,13 2,15 2,16 2,16 2,16 2,16

Jumlah 1,24 2,47 4.27 5,69 7,67 7,26 7.51 7,54 7,54 7,54

Average0

.413

0

.8231.4

1,89

72,22 2,42 2,5 2,5 2,513

2,51

3

Laju

penguapa

n

0.30 0.33 0.49 0.59 0.62 0.61 0.58 0.53 0.48 0.43

Penguapan rata- rata =

jumlah penguapann =

1,243 = 0,413

Laju penguapan =

penguapan Rata-ratat =

0,4131 = 0,413

Tabel 1.4 Hubungan antara penguapan raata-rata, laju penguapan dan waktu pemanasan pada

kadar air 5%

SpesimenWaktu pemanasan

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 3,42 3,23 2,97 2,61 2,09 1.44 0.77 0.27 0.04 0

2 3,36 3,24 3,06 2.82 2.47 1.95 1.27 0.58 0.14 0

3 2,55 2,51 2,43 2.29 2.09 1.81 1.42 0.87 0.29 0

Jumlah 9.33 8.98 8.46 7.72 6.65 5.2 3.46 1.72 0.47 0

Average 3,11 2,99 2,82 2.57 2.21 1.73 1.15 0.57 0.15 0

Laju

penguapan3.11 1.49 0.94 0.64 0.44 0.28 0.45 0.16

0

.0160

Tabel 1.5 Hubungan antara penguapan raata-rata, laju penguapan dan waktu pemanasan pada

kadar air 5%

SpesimenWaktu pemanasan

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 3.29 3.23 2.85 2.52 2.08 1.51 0.88 0.32 0.06 0

2 3.29 3.12 3.11 3.10 2.03 2.78 2.13 1.08 0.19 0.1

3 2.55 2.88 3.07 2.96 2.87 2.72 2.28 1.15 0.35 0

Jumlah 9.46 9.16 9.03 8.58 7.98 7.01 5.29 2.55 0.6 0.1

Average 3.15 3.05 3.01 2.86 2.66 2.33 1.79 0.85 0.2 0.03

Laju

penguapan3.15

1.52

51 0.71 0.53 0.38 0.25

0

.1060.02

0

.003

1.1.4.2 Perhitungan Data Hasil Pengujian Kadar Air

Perhitungan Sttatistika

Kadar air rata-rata (X )

X =

ΣXn

=

8 ,323

= 2,773

Simpangan baku (δ )

δ 2 =

Σ ( X − X )2

n − 1

δ = √ 1 .0043−1

δ =0.708

Simpangan baku rata-rata ( δ )

δ =

δ

√n

=

0 .708

√3 = 0.408

Kesalahan relatif (Kr)

Kr =

δX

=

0 ,4082 .773

= 0,147

Resiko kesalahan (α )

α = Kr x 100 %

= 0,147 x 100 %

= 14.7 %

Dengan db = n-1= 3 – 1 = 2

Diambil kesalahan relatif = 5 %

Sehingga t (

α2

; db )= 0 . 07 t(α/2;db) t(0,05/2; 2) t(0,025;2) 4,303

X - [ t( α

2; db ) . δ ] < x < X + [ t ( α

2; db ) . δ ]

2.773 – 1.191 < x < 1.191 + 2.773

0.863 < x < 3,964

Dari grafik di bawah bahwa daerah tolak ≤ 0.863 atau ≥ 3.964 sedangkan daerah

terimanya adalah 0.863 sampai 3.964 artinya pada daerah tolak adalah daerah yang

memiliki tingkat kesalahan.sedangkan pada derah terimanya yaitu 0.863≤ x ≤ 3.964

adalah daerah tingkat kebenaran maka nilai kadar air rata-rata 2.773 masuk pada

daerah terima.

Gambar 1.22 Grafik uji T pengujian kadar air

1.1.4.3 Grafik Hubungan antara Waktu Pemanasan terhadap Penguapan Rata-rata Data

Kelompok

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Grafik Hubungan antara Waktu Pe-manasan dengan Penguapan Rata

rata Data Kelompok 1

Penguapan rata-rata

waktu pemanasan

Peng

uapa

n ra

ta-r

ata

Gambar 1.4 Grafik Hubungan antara Waktu Pemanasan terhadap Penguapan Rata-rata

Data Kelompok

Gambar 1.4 merupakan grafik hubungan antara waktu pemanasan terhadap

penguapan rata-rata. Pada grafik 1.4 sumbu x merupakan waktu pemanasan dan sumbu

0,863 3,964

y merupakan besar penguapan rata – rata. Berdasarkan dasar teori bahwa semakin lama

waktu pemanasan semakin banyak kadar air yang menguap sehingga penguapan rata-

rata meningkat seiring bertambahnya waktu pemansan dengan temperatur tetap. Dari

grafik ini juga dapat terlihat bahwa pada menit ke 0 sampai menit ke 1 peningkatan

penguapan rata-rata lebih kecil dari pada menit ke 1-2,2-3 dan seterusnya. Hal ini

disebabkan oleh proses pemanasan pada menit ke 0 sampai menit ke 1 Moisture

Analyzer membutuhkan waktu untuk mencapai temperatur pemanasan yang diinginkan,

dalam hal ini temperatur yang diinginkan 110 oC. Selain itu kelembapan udara yang

mempengaruhi pasir cetak sehingga pada menit-menit awal penguapan rata-ratanya

kecil. Begitu juga luas permukaan pasir cetak dapat mempengaruhi proses penguapan.

Jika semakin besar luas permukaan pasir cetak penguapan semakin besar dan semakin

kecil luas permukaan pasir cetak penguapan rata-rata semakin kecil. Ukuran butir juga

butir juga mempengaruhi penguapan, jika ukuran butir kecil maka penguapan rata – rata

kecil dan ukuran butir besar maka penguapan rata- rata besar. Setelah menit pertama

punguapan rata-rata meningkat signifikan kemudian peningkaatan penguapan rat-rata

cenderung konstan. Hal ini dikarenakan kadar air bebas pada pasir cetak sudah mulai

habis dan yang tersisa hanya air ikat,Penguapan rata-rata sebanding dengan jumlah

kalor yang siperlukan untuk merubah zat cair menjadi uap air. Ketika harga kalor

semakin besar maka penguapan rata-rata akan semakin tinggi pula. Ketika harga nilai

kalor kecil penguapan rata-rata juga akan kecil.

1.1.4.4 Grafik hubungan antara waktu pemanasan terhadap penguapan rata-rata data

Antar Kelompok & pembahasan

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

Kadar air 3%Polynomial (Kadar air 3%)Kadar air 4%Polynomial (Kadar air 4%)Polynomial (Kadar air 4%)Kadar air 5%Polynomial (Kadar air 5%)

w

Gambar 1.5 Grafik hubungan antara waktu pemanasan terhadap penguapan rata-rata

data Antar Kelompok

Gambar 1.5 merupakan grafik hubungan antara waktu pemanasan terhadap

penguapan rata-rata data antar kelompok. Pada grafik 1.5 sumbu x merupakan waktu

pemanasan dan sumbu y merupakan besar penguapan rata – rata. Pada grafik hubungan

rata-rata penguapan dengan waktu pemanasan data antar kelompok dapat dilihat bahwa

grafiknya cenderung meningkat hal ini disebabkan karena semakin lama waktu

pemansan maka semakin banyak pula kadar air pada pasir cetak yang akan menguap

sehingga penguapanpun semakin meningkat seiring bertambahnya waktu penguapan.

Pada grafik terlihat bahwa terdapat penyimpangan pada kadar air 5% besarnya dibawah

kadar air 5%. Hal ini disebakan oleh kelembapan udara yang mempengaruhi pasir cetak

sehingga pada menit-menit tertentu penguapan rata-ratanya lebih kecil. Selain itu luas

permukaan pasir cetak juga mempengaruhi proses penguapan. Jika semakin besar luas

permukaan pasir cetak penguapan semakin besar dan semakin kecil luas permukaan

pasir cetak penguapan rata-rata semakin kecil. Ukuran butir juga butir juga

mempengaruhi penguapan, jika ukuran butir kecil maka penguapan rata – rata kecil dan

ukuran butir besar maka penguapan rata- rata besar.

Waktu pemanasan

Penguapan rata-rata

1.1.4.5 Grafik Hubungan Waktu Pemanasan terhadap Laju Penguapan

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

laju penguapan rata rata

laju penguapan rata rataPolynomial (laju penguapan rata rata)

Gambar 1.6 Grafik Hubungan Waktu Pemanasan terhadap Laju Penguapan

Laju Penguapan

Waktu pemanasan

Gambar 1.6 merupakan grafik hubungan antara waktu pemanasan terhadap laju

penguapan. Pada grafik 1.6 sumbu x merupakan waktu pemanasan dan sumbu y

merupakan besar laju penguapan. Berdasarkan dasar teori semakin bertambahnya waktu

pemanasan maka laju penguapan akan meningkat sampai titik tertentu kemudian akan

turun dikarenakan kadar air bebas pada pasir cetak sudah mulai habis dan yang tersisa

hanya air ikat. Pada grafik hubungan rata-rata penguapan dengan waktu pemanasan

dapat diketahui bahwa pada menit ke 1 sampai menit ke 5 mengalami peningkatan hal

ini disebabkan karena kandungan air bebas pada pasir cetak masih banyak yang belum

diuapkan ,sedangkan menit ke 5 sampai ke 10 laju penguapan menurun karena

kandungan air berangsur-angsur berkurang hingga hampir habis dimenit ke 10. Hal ini

sesuain dengan dasar teori.

1.4.1.6 Grafik hubungan antara waktu pemanasan terhadap laju penguapan data antar

kelompok & pembahasan

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

kadar air 3%Polynomial (kadar air 3%)kadar air 4%Polynomial (kadar air 4%)kadar air 5%Polynomial (kadar air 5%)

Gambar 1.7 Grafik hubungan antara waktu pemanasan terhadap laju penguapan data

antar kelompok

Waktu pemanasan

Laju penguapan

Gambar 1.7 merupakan grafik hubungan antara waktu pemanasan terhadap laju

penguapan. Pada grafik 1.7 sumbu x merupakan waktu pemanasan dan sumbu y

merupakan besar laju penguapan. Berdasarkan dasar teori semakin bertambahnya waktu

pemanasan maka laju penguapan akan meningkat sampai titik tertentu kemudian akan

turun dikarenakan kadar air bebas pada pasir cetak sudah mulai habis dan yang tersisa

hanya air ikat.

Pada grafik terlihat bahwa laju penguapan pada menit 1 sapai 3 kadar air 5%

dibawah kadar air 3% dan 4%,. Hal ini disebabkan pada kadar air 4% dan 3%

mengalami penambahan kadar air akibat pengaruh kelembaban udara pada saat

pengujian selain itu luas permukaan pasir cetak juga mempengaruhi. Jika semakin besar

luas permukaan pasir cetak maka proses penguapan juga semakin besar dan jika

semakin kecil luas permukaan maka proses penguapan juga semakin kecil.Penguapan

rata-rata sebanding dengan jumlah kalor yang siperlukan untuk merubah zat cair

menjadi uap air. Ketika harga kalor semakin besar maka penguapan rata-rata akan

semakin tinggi pula. Ketika harga nilai kalor kecil penguapan rata-rata juga akan kecil.

1.1.5 Kesimpulan dan Saran

1.1.5.1 Kesimpulan

1. Dari hasil pengujian dapat diperoleh kadar air rata-rata 2.773 % dengan interval

pendugaan antara 0.863≤ x ≤ 3.964.

2. Kadar air adalah jumlah air yang terkandung dalam pasir cetak.

% kadar air ¿beratawal – beratakhir

beratawalx100 %

3. Fungsi air sebagai oksidator lempung sehingga dapat digunakan untuk mengikat pasir

cetak.

4. Faktor-faktor yang mempengaruhi kadar air :

a) Waktu pemanasan

b) Temperatur pemanasan

c) Luas penampang

d) Ukuran butir

e) Kelembaban udara sekitar

5. Laju penguapan merupakan kecepatan penguapan air ketika dipanaskan.

Laju penguapan = penguapan rata−rata

t

1.1.5.2 Saran

1. Sebaiknya praktikan sudah mempersiapkan diri sebelum praktikum dimulai, sehingga

pada saat praktikum semuanya dapat berjalan dengan lancar.

2. Sebaiknya lebih dijelaskan lagi lebih mendetail masalah laju penguapan, sehingga

praktikan paham mengenai laju penguapan kadar air.