i

PERANCANGAN DAN PENGEMBANGAN ALAT UJI

TARIK / TEKAN PORTABEL DENGAN DATA AKUISISI

TUGAS AKHIR

Oleh

SANDI SUFIANDI

04 04 22 041 9

TUGAS AKHIR INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI

SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

GASAL 2006/2007

ii

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan judul :

PERANCANGAN DAN PENGEMBANGAN ALAT UJI TARIK / TEKAN

PORTABLE DENGAN DATA AKUISISI

yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada

program studi Teknik Mesin Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Indonesia, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau

duplikasi dari Tugas Akhir yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai

untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Indonesia

maupun di Perguruan Tinggi atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber

informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya.

Depok, 29 Desember 2006

Sandi Sufiandi, A.Md.

NPM 04 04 22 041 9

iii

PENGESAHAN

Tugas Akhir dengan judul :

PERANCANGAN DAN PENGEMBANGAN ALAT UJI TARIK / TEKAN

PORTABLE DENGAN DATA AKUISISI

dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Mesin Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Indonesia. Tugas Akhir ini telah diujikan pada sidang ujian Tugas

Akhir pada tanggal 29 Desember 2006 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah

sebagai Tugas Akhir pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Indonesia.

Depok, 12 Januari 2007

Dosen Pembimbing,

Prof. Dr. Ir. Tresna P. Soemardi, SE, MSi Ir. Wahyu Nirbito, MSME

NIP. 131 475 423 NIP. 131 472 308

iv

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada :

Allah S.W.T. dan Nabi Muhammad S.A.W. Prof. Dr. Ir. Tresna P. Soemardi, SE, Msi dan Ir. Wahyu Nirbito, MSME

selaku dosen pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu untuk

memberi pengarahan, diskusi dan bimbingan serta persetujuan sehingga

Tugas Akhir ini dapat selesai dengan baik.

Ibunda Rd. Hj. Nelly Anita K. Ayahanda H. Dede Suparman Ir. Loekman Kartanagara (Alm.) dan H. A.Muayyad Abdul Muchsin (Alm.)

yang mengajari saya akan kerja keras dan kesederhanaan hidup.

Mahasiswa Ekstensi Mesin Angkatan 2004 dan Alumni Politeknik Manufaktur Bandung atas diskusi dan bantuan teknis.

Dan pihak-pihak yang tidak dapat saya sebutkan disini.

v

Sandi Sufiandi Dosen Pembimbing NPM 04 04 22 041 9 I. Prof. Dr. Ir. Tresna P. Soemardi, SE, MSi Departemen Teknik Mesin II. Ir. Wahyu Nirbito, MSME

PERANCANGAN DAN PENGEMBANGAN ALAT UJI TARIK / TEKAN PORTABLE DENGAN DATA AKUISISI

ABSTRAK

Pemahaman akan sifat material dalam dalam proses perancangan dan fabrikasi sangat penting sehingga untuk itu diperlukan perancangan dan penelitian dan pengembangan alat bantu agar proses belajar mahasiswa S1 Teknik Mesin dalam mata kuliah Material Teknik dapat lebih baik. Proses belajar akan lebih kuat menanamkan pengertian dan pemahaman dengan melakukan pengamatan langsung sifat mekanik bahan dengan menggunakan alat uji tarik portabel yang dilengkapi dengan data akuisisi sebagai salah satu pelengkap peraga demostrasi uji tarik untuk sebuah spesimen material pada mata kuliah material teknik Kata Kunci : Alat Uji Tarik, Data Akuisisi

vi

Sandi Sufiandi Counsellor NPM 04 04 22 041 9 I. Prof. Dr. Ir. Tresna P. Soemardi, SE, MSi Mechanical Engineering Department II. Ir. Wahyu Nirbito, MSME

DESIGN AND DEVELOPMENT OF PORTABLE TENSILE STRESS TEST BED WITH DATA ACQUISITION

ABSTRACT

Understanding of material properties in mechanical design and manufacturing are very important, therefore, design research and development of learning tool to fullfil learning process objective of Student at Mechanical Engineering in Engineering Material subject become better. Learning process will be better by implementing understanding and know-how by doing direct observation of mechanical material properties through portable tensile strength test bed with data acquisition as a tool for demonstrate tensile strength of a test piece in engineering material subject. Keyword : Tensile Strength Test, Data Acquisition

vii

DAFTAR ISI

PERANCANGAN DAN PENGEMBANGAN ALAT UJI TARIK / TEKAN

PORTABEL DENGAN DATA AKUISISI .............................................................. i

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR...................................................... ii

PENGESAHAN ...................................................................................................... iii

UCAPAN TERIMA KASIH................................................................................... iv

ABSTRAK ................................................................................................................v

ABSTRACT............................................................................................................ vi

DAFTAR ISI.......................................................................................................... vii

DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. ix

DAFTAR TABEL.....................................................................................................x

DAFTAR LAMPIRAN........................................................................................... xi

DAFTAR SINGKATAN ....................................................................................... xii

DAFTAR SIMBOL............................................................................................... xiii

BAB I PENDAHULUAN.........................................................................................1

1.1 LATAR BELAKANG ............................................................................ 2

1.2 PERMASALAHAN................................................................................ 2

1.3 PEMBATASAN MASALAH................................................................. 2

1.4 TUJUAN PENULISAN / PENELITIAN................................................ 2

1.5 METODOLOGI PENULISAN / PENELITIAN .................................... 3

1.6 SISTEMATIKA PENULISAN / PENELITIAN .................................... 3

BAB II DASAR TEORI ...........................................................................................4

2.1 PENGUJIAN KEKUATAN TARIK BAHAN ....................................... 4

2.1.1 Bagian Mekanikal Alat Uji Tarik......................................................5

2.1.2 Elemen Mesin yang Digunakan ........................................................7

2.1.2.1 Ulir dan Mur Transportir............................................................. 7

2.1.2.2 Bantalan Aksial ........................................................................... 7

2.1.2.3 Tiang ........................................................................................... 7

2.1.2.4 Baut Hexagonal........................................................................... 7

viii

2.1.3 Spesifikasi Bahan yang Digunakan...................................................7

2.1.3.1 Timah .......................................................................................... 7

2.1.3.2 Baja (St 37-2) .............................................................................. 8

2.1.4 Standard Spesimen ............................................................................8

2.2 SENSOR & KOMUNIKASI DATA ...................................................... 8

2.2.1 Load Cells .........................................................................................9

2.2.1.1 Spesifikasi Load Cell .................................................................. 9

2.2.2 Mouse, Dial Gauge / Jangka Sorong sebagai Displacement Scale .11

2.2.3 Communication Port .......................................................................12

2.2.4 Akuisisi Data...................................................................................14

BAB III PERANCANGAN, PENGEMBANGAN & FABRIKASI ......................16

3.1 PERANCANGAN ELEMEN MESIN ALAT UJI TARIK .................. 16

3.1.1 Perhitungan Kekuatan Bahan..........................................................16

3.1.1.1 Data Kekuatan Bahan Timah [Bargel, 1978][2] ....................... 16

3.1.1.2 Data Kekuatan Bahan Aluminium [Matek, 1987][1]................ 16

3.1.1.3 Tegangan Ijin Bahan ................................................................. 17

3.1.1.4 Momen Torsi yang terjadi pada Spindel ................................... 17

3.1.1.5 Momen Inersia Polar ................................................................. 17

3.1.1.6 Tegangan Puntir yang terjadi terhadap Tegangan Ijin .............. 18

3.1.1.7 Tegangan Tekan (Tarik) yang terjadi........................................ 18

3.1.1.8 Tegangan Gabungan yang terjadi pada Spindel........................ 18

3.1.1.9 Tingkat Kelendutan akibat Beban Tekuk.................................. 18

3.1.1.10 Tegangan Tekuk dengan < 105 untuk St 37-2 (Tetmajer). 19 3.1.1.11 Tingkat keamanan menerima keseluruhan beban ................. 19

3.1.1.12 Ukuran Mur........................................................................... 19

3.1.1.13 Ukuran ulir pengikat yang digunakan................................... 19

3.2 Fabrikasi Elemen-Elemen Mesin & Perakitan Alat .............................. 19

3.3 Pengembangan alat................................................................................ 20

BAB IV PENGUJIAN ............................................................................................21

BAB V KESIMPULAN..........................................................................................27

DAFTAR ACUAN .................................................................................................28

LAMPIRAN...........................................................................................................29

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar II.1 Bagian bagian dari alat uji tarik....................................................... 5

Gambar II.2 Skema load cell................................................................................... 9

Gambar II.3 6 pin mini-DIN male PS/2 connector at the mouse cable ............... 11

Gambar 2.4 Socket pada Data Akuisisi ( 9 Pin Female D Sub )........................... 12

Gambar II.5 Socket pada Load Cell pada 9 Pin Male D Sub................................ 13

Gambar II.6 Socket 9 Pin Male D Sub yang dikoneksikan dengan Mouse PS/2. 14

Gambar 2.7 Data Akusisi Biopac MP35............................................................... 15

Gambar 2.8 Tampilan aplikasi data akusisi Biopac MP35 ................................... 15

Gambar 3.1 Pengembangan akhir alat .................................................................. 20

Gambar 4.1 Spesimen uji aluminium diameter 4 mm........................................... 21

Gambar IV.2 Pencekaman bahan uji..................................................................... 21

Gambar 4.3 Grafik Tegangan Output.................................................................... 22

Gambar 4.4 Tegangan Tarik vs Elongasi.............................................................. 22

Gambar 4.5 Gambar Perpatahan ........................................................................... 23

Gambar IV.6 Pencekaman kawat tembaga menggunakan chuck bor .................. 23

Gambar 4.7 Data grafis spesimen 1 ...................................................................... 24

Gambar 4.8 Data grafis spesimen 2 ...................................................................... 24

Gambar 4.9 Pencekaman kawat timah menggunakan chuck bor......................... 25

Gambar IV.10 Data grafis spesimen 3 .................................................................. 25

Gambar 4.11 Data grafis spesimen 4 .................................................................... 26

Gambar 4.12 Data grafis spesimen 5 .................................................................... 26

x

DAFTAR TABEL

Tabel II.1 Tabel Kekuatan Bahan St 37-2............................................................... 8

Tabel 2.2 Koneksi pin-out mouse PS/2................................................................. 11

Tabel II.3 Pin-Outs Kanal Masukan Data Akuisisi............................................... 12

Tabel 2.4 Pin-Out Load Cell ................................................................................. 13

Tabel II.5 Pin-Out Mouse PS/2 pada Socket 9 Pin Male D Sub ........................... 14

xi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 A Low Cost Retrofit System for Digital Closed Loop Mechanical

Testing of Materials...29

Lampiran 2 Gambar Teknik Alat Peraga Uji Tarik...........................................37

xii

DAFTAR SINGKATAN

NA Not Available Tidak dipakai

FS Full Scale Beban Penuh

ID Internal Device

I2C Inter Integrated Circuit

SCL Serial Clock

SDA Serial Data

xiii

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Dimensi

Rm Kekuatan tarik hingga batas plastis N/mm2 (MPa)

Re Kekuatan tarik hingga batas elastis N/mm2 (MPa)

Rp0,2 Kekuatan tarik hingga mulur 0,2% N/mm2 (MPa)

tarik Tegangan Tarik N/mm2 (MPa) tekan Tegangan Tekan N/mm2 (MPa) tekuk Tegangan Tekuk N/mm2 (MPa) geser Tegangan Geser N/mm2 (MPa) puntir Tegangan Puntir N/mm2 (MPa) v Faktor keamanan N/mm2 (MPa)

d2 Diameter tengah ulir mm

d3 Diameter luar ulir mm

A3 Luas penampang terluar ulir mm2

F Gaya N (Newton)

lk Panjang batang ekuivalen mm

E Modulus elastisitas N/mm2 (MPa)

Sudut ulir G Sudut gesekan ulir Wp Momen Inersia Polar mm3

T Torsi N mm

Tingkat kelendutan P Pitch ulir mm

l1 Panjang Mur mm

H1 Tinggi Ulir mm

1

BAB I PENDAHULUAN

Rancangan dan penelitian ini dilatar belakangi oleh upaya pengembangan

proses belajar mahasiswa S1 Teknik Mesin dalam mata kuliah Material Teknik.

Proses belajar akan lebih kuat menanamkan pengertian dan pemahaman dengan

melakukan pengamatan langsung sifat mekanik bahan dengan menggunakan alat

uji tarik portabel yang dilengkapi dengan data akuisisi sebagai salah satu

pelengkap peraga demostrasi uji tarik untuk sebuah spesimen material pada mata

kuliah material teknik Kehadiran alat ini melengkapi beberapa peraga alat uji

material yang bersifat keteknikan lainnya seperti: peraga uji puntir, uji geser, dll.

Diharapkan dengan adanya peraga alat uji ini mahasiswa dapat lebih memahami

bagaimana fenomena sifat material berperan dan dalam membuat desain sebuah

produk. Dalam hal ini mahasiswa dirangsang agar berfikir analitis sehingga

mampu membuat kesimpulan berdasarkan kondisi pengujian yang dilakukan,

seperti bagaimana korelasi antara kekuatan tarik dan berat jenis material, apa yang

dimaksud dengan kekuatan tarik, apa yang dimaksud dengan elongasi dan lain-

lain.

Hadirnya alat ini adalah bukan sebagai pengganti alat uji tarik

sesungguhnya, karena mahasiswa tetap diwajibkan untuk mengikuti serangkaian

praktikum ilmu material yang pelaksanaannya bekerja sama dengan Departemen

Metalurgi. Diharapkan pada praktikum sesungguhnya, mahasiswa dapat mengerti

dengan baik kenapa dan apa yang harus dilakukan. Pada alat ini sebuah spesimen

uji tarik dummy yang terbuat dari timah solder atau bahan lainnya, ditarik dengan

mekanisme tarik memanfaatkan putaran ulir pada poros tengah pemegang

spesimen tersebut.

Pada saat proses penarikan spesimen, alat tersebut dikoneksi dengan

sebuah load cell dan sebuah displacement scale sederhana yang mendeteksi dan

menunjukan beban tarik serta pergeseran yang terjadi pada spesimen. Pada saat

proses penarikan berlangsung setiap fenomena keteknikan yang terjadi dapat

2

segera dijelaskan ataupun didiskusikan dengan mahasiswa sampai spesimen

tersebut mengalami perpatahan. Dalam setiap diskusi mahasiswa juga dipancing

ide, pendapat dan responnya berkaitan dengan fenomena yang terjadi, baik ketika

memasuki area elastis maupun area plastis. Spesimen yang menggunakan timah

solder padat dapat kembali digunakan setelah patah karena sebuah cetakan

spesimen juga disiapkan untuk memudahkan spesimen dilelehkan (titik leleh

timah solder padat tidak tinggi) dan dicetak kembali.

1.1 LATAR BELAKANG

Untuk memenuhi kebutuhan diatas maka diperlukan sebuah alat peraga di

ruangan kelas atau laboratorium, yaitu sebuah alat uji tarik ringan dan sederhana.

Dengan alat peraga kelas berupa alat uji ini mahasiswa diharapkan dapat

memahami bagaimana fenomena sifat-sifat material berperan dan bekerja dalam

membuat desain sebuah produk. Dalam hal ini mahasiswa dipancing agar berfikir

analitis sehingga mampu menganalisa parameter-parameter dalam desain, seperti

bagaimana koralasi antara kekuatan tarik dan berat jenis material, apa yang

dimaksud dengan gaya geser, elongasi dan fenomena-fenomena lainnya

1.2 PERMASALAHAN

Diharapkan dapat diperoleh desain dan fabrikasi alat uji tarik yang layak

serta dapat membantu praktikan menganalisa proses uji yang terjadi.

1.3 PEMBATASAN MASALAH

Masalah-masalah yang akan dikaji adalah proses uji tarik yang terjadi,

perancangan elemen-mesin yang digunakan, sensor-sensor yang digunakan

beserta peralatan data akuisisi, dan pengujian alat. Perancangan alat dan

pembuatan spesimen dari timah serta displacement scale tidak dibahas dalam

Tugas Akhir ini.

1.4 TUJUAN PENULISAN / PENELITIAN

Penulisan dimaksudkan untuk menjelaskan desain sistem mekanikal,

sistem elektronik, dan perangkat lunak yang digunakan dalam perancangan dan

pembuatan alat uji.

3

1.5 METODOLOGI PENULISAN / PENELITIAN

Metodologi yang digunakan adalah proses perancangan yang

menggunakan metode ilmiah untuk memperoleh desain dan alat yang layak dan

optimal.

1.6 SISTEMATIKA PENULISAN / PENELITIAN

Tugas Akhir ini disusun berdasarkan sistematika sebagai berikut. Bab 1

membahas tentang pendahuluan yang melatarbelakangi proses pembuatan alat uji

ini, Bab 2 membahas tentang dasar teori yang terlibat didalam proses perancangan

dan pembuatan alat uji, seperti elemen mesin, sensor, dan peralatan - peralatan

yang digunakan. Bab 3 membahas tentang perancangan, pengembangan dan

fabrikasi dari alat uji. Bab 4 membahas tentang pengujian alat. Bab 5 menjelaskan

tentang kesimpulan yang dapat diambil.

4

BAB II DASAR TEORI

2.1 PENGUJIAN KEKUATAN TARIK BAHAN

Pengujian kekuatan bahan yang dilakukan merupakan perbandingan antara

gaya yang diperlukan untuk menarik spesimen uji dengan pergerakan atau

pertambahan panjang yang terjadi dari spesimen uji (elongasi). Sensor yang

digunakan adalah sensor gaya sehingga tegangan diperoleh dari luas penampang

spesimen uji.

5

2.1.1 Bagian Mekanikal Alat Uji Tarik

Gambar II.1 Bagian bagian dari alat uji tarik

Keterangan

1. Pelat Bawah

2. Pencekam Bawah (Chuck)

3. Pencekam Atas (Chuck)

4. Pelat A (Penyangga Chuck Atas)

5. Pelat B (Penyangga Load Cell Bawah)

6. Pelat C (Penyangga Load Cell Atas)

7. Pelat D (Rumah Bantalan)

8. Pelat Penekan Bantalan

7 (8, 9)

1

2

3

4

5

6

10

11 12

13

21

6

9. Bantalan Aksial

10. Ulir Transportir

11. Mur Transportir

12. Pelat Atas

13. Tiang Penyangga

14. Baut Pengunci Tiang

15. Baut Pengunci Chuck

16. Baut Pencekam Pelat A dan B

17. Baut Pencekam Load Cell

18. Baut Pencekam Mur Transportir

19. Guide Way

20. Baut Pencekam Penutup Belakang

21. Pemutar Ulir Transportir

22. Baut Pencekan Ulir Transportir

23. Pasak

Secara Umum bagian-bagian alat uji tarik terdiri dari :

1. Pelat Penyangga

2. Pencekam

3. Pelat Penekan

4. Ulir dan Mur Transportir

5. Tiang Penyangga

6. Baut Pengunci / Pencekam.

7. Penutup Balakang

8. Pemutar dan Pasak

7

2.1.2 Elemen Mesin yang Digunakan

2.1.2.1 Ulir dan Mur Transportir

Ulir pemindah daya / ulir transportir, juga sering disebut aktuator linear

atau ulir translasi, digunakan untuk mengubah gerak putar yang dihasilkan oleh

mur atau baut menjadi gerakan linear yang relatif lambat dan searah dengan

sumbu ulir. Kegunaan dari ulir transportir adalah untuk memperoleh manfaat

mekanis yang besar dalam mengangkat beban seperti ulir pada dongkrak, atau

untuk menghasilkan gaya yang besar, seperti pada mesin press atau mesin penguji

kekuatan tarik, dan klem C. Kegunaan yang lain misalnya micrometer atau ulir

pembawa pada mesin perkakas untuk memperoleh ukuran yang presisi dari

pergerakan aksial.

2.1.2.2 Bantalan Aksial

Bantalan aksial digunakan untuk menopang dan menerima beban aksial

yang terjadi ketika proses penarikan terjadi.

2.1.2.3 Tiang

Tiang digunakan untuk menjaga dan menopang konstruksi alat uji tarik.

2.1.2.4 Baut Hexagonal

Digunakan sebagai pengikat dan penopang bagian-bagian dari alat uji tarik.

Baut yang digunakan adalah kelas 8.8.

2.1.3 Spesifikasi Bahan yang Digunakan

2.1.3.1 Timah

Spesifikasi timah - Properti fisik dan mekanik dari timah [Bargel, 1978][1]

Berat Jenis : 7,3 g/cm3

Titik Leleh : 232 C Modulus Elastisitas : 42400 N/mm2

Koefisien Ekspansi : 27x10-6/K

Konduktifitas Listrik : 8,8 m/(mm2)

8

2.1.3.2 Baja (St 37-2)

Bahan yang digunakan pada alat uji ini adalah baja karbon St37-32 Tabel II.1 Tabel Kekuatan Bahan St 37-2

St 37-2 16 >16 ... 40 >40 ... 100Rm 340 340 340

Re, Rp0,2 235 225 205

tarik ijin 156,667 150 136,667 tekan ijin 156,667 150 136,667 geser ijin 125,333 120 109,333 puntir ijin 101,833 97.5 88,833

Sumber : [Matek, 1987][2]

Faktor keamanan yang digunakan adalah v = 1,5. Satuan yang digunakan dalam

N/mm2 (MPa). ijin (ijin) St 37-2 diperoleh dari :

vR

)( p0,2ijinijin = .................................................................................................(2.1)

tekan ijin tarik ijin.................................................................................................(2.2) geser ijin 0,8 tarik ijin............................................................................................(2.3) puntir ijin 0,65 tarik ijin.........................................................................................(2.4)

2.1.4 Standard Spesimen

Spesimen yang akan digunakan adalah sebuah silinder dengan diameter 4

mm dan panjang 68 mm dengan bahan timah atau bahan lainnya. Walaupun

kapasitas alat uji tarik memiliki kemampuan yang lebih untuk menarik material

sampai dengan bahan aluminium dengan diameter yang sama.

2.2 SENSOR & KOMUNIKASI DATA

Sensor yang digunakan pada alat uji tarik ini menggunakan load cell untuk

mengukur gaya tarik yang terjadi dan direncanakan displacement scale

menggunakan komponen sensor cahaya pada mouse yang dikonversikan menjadi

pengukuran panjang pergerakan linear berdasarkan pulsa-pulsa yang dihasilkan

dari mouse dari putaran ulir penggerak, atau dengan menggunakan jangka sorong

atau dial gauge.

9

2.2.1 Load Cells

Load Cell adalah sebuah alat yang menghasilkan sinyal keluaran proporsional

terhadap beban atau gaya yang diterima. Berikut ini skema dari load cell.

Gambar II.2 Skema load cell

2.2.1.1 Spesifikasi Load Cell

General Data

Model : H3F-C3-500kg-4T

Serial Number : 04720892

Material : Alloy Steel

Capacity : 500 kg

Exitation : 10 VDC (NOM) 15 VDC (MAX)

Insulation Resistance : >5000M (50VDC)

Calibration Data

Full Scale Output : 3,0 0,003 (2,998mV) Non-Repeatability : 0,01 % of F S Input Resistence : 350 3 Temperature Sens Zero : < 0,02 % F S

Temperature Sens. Output : < 0,018 % F S

Non Linearity : 0,02 % F S/10C Cable Length : 6 m

Safe Overload (120%) : 600 kg

Ultimate Overload (150%) : 750 kg

Combined Error : 0,02 % of F S

10

Zero Balance : < 1,0 % of F S

Output Resistance : 350 3.5 Comp. Temp Range : -10C 40C Operating Temp : -35C 65C Hysteresis : 0,02 % of F S

Class : C3

11

2.2.2 Mouse, Dial Gauge / Jangka Sorong sebagai Displacement Scale

Sebuah Mouse PS/2 memiliki pin sebagai berikut

Gambar II.3 6 pin mini-DIN male PS/2 connector at the mouse cable

Tabel 2.2 Koneksi pin-out mouse PS/2

Pin Nama Arah Penjelasan

1 DATA Key Data

2 NA - Tidak digunakan

3 GND Gnd

4 VCC Power , +5 VDC

5 CLK Clock

6 NA - Tidak digunakan

Sumber : [pinout.ru, 2006][5]

Catatan : Arah adalah komputer relatif terhadap mouse.

Penjelasan

Data : Paket data hasil pemindaian dari mouse yang dikirim ke komputer melalui satu kabel ini secara serial.

Clock : Sinyal ini dikirim dari mouse untuk mensinkronsisasikan sinyal data.

+5 Vdc : Adalah sebuah tegangan 5 volt untuk memberikan catu daya kepada mouse.

Ground : Ini adalah sebuah pembumian (ground) yang digunakan sebagai jalur kembali dari data dan merupakan referensi data logika 0.

Selain menggunakan mouse dapat juga digunakan dial gauge untuk pergerakan

yang sedikit atau menggunakan jangka sorong untuk pergerakan yang cukup besar.

12

2.2.3 Communication Port

Port Input pada unit data akuisisi MP35 disebut dengan kanal (channel)

adalah sebuah konektor 9 pin dengan data analog yang terletak di sebelah depan

dari data akuisisi. Berikut ini pengalokasian pin pada data akuisisi.

Gambar 2.4 Socket pada Data Akuisisi ( 9 Pin Female D Sub )

Tabel II.3 Pin-Outs Kanal Masukan Data Akuisisi

Pin Fungsinya

1 Shield Drive

2 Vin +

3 GND

4 Vin

5 Shield Drive

6 +5V (100 mA max aggregate)

7 ID resistor lead 1; I2C SCL

8 ID resistor lead 2; I2C SDA

9 - 5V (100 mA max aggregate)

Sumber [Biopac, 2007][3]

Keterangan :

Shield Drive adalah jalur yang memberikan lindungan terhadap koneksi port dari sinyal-sinyal yang menyebabkan gangguan elektro magnetik dari

luar kabel.

Vin + adalah jalur masukan data analog berupa tegangan dengan polaritas positif

GND adalah ground atau pembumian yang berupa referensi dari tegangan dan logika data 0

Vin adalah jalur masukan data analog berupa tegangan dengan polaritas negatif

13

+5V adalah catu daya yang disediakan oleh saluran untuk memberikan tegangan atau daya bagi perangkat input

I2C SCL adalah saluran clock yang diberikan oleh data akuisisi terhadap input atau sebaliknya untuk mensinkronisasikan data serial yang terjadi

I2C SDA adalah saluran data serial antara input dengan data akuisisi dalam bentuk sinyal digital.

I2C adalah standar industri dari koneksi serial yang digunakan oleh data

akuisisi untuk menghubungkan input-input yang akan masuk dan diolah kemudian.

Port yang menghubungkan load cell dengan data akuisisi pin-outnya

tertera seperti pada tabel berikut

Gambar II.5 Socket pada Load Cell pada 9 Pin Male D Sub

Tabel 2.4 Pin-Out Load Cell

Pin Fungsinya

1 Shield Drive

2 Green Signal Out +

3 NA

4 White Signal Out

5 NA

6 Red Load Cell Excitation +5V (100 mA max aggregate)

7 NA

8 NA

9 Black Load Cell Excitation - 5V (100 mA max aggregate)

Load cell excitation adalah besarnya tegangan yang diberikan pada load

cell agar load cell dapat aktif dan memberikan output yang sesuai dan

proporsional.

14

Port yang menghubungkan mouse dengan data akuisisi pin-outnya tertera

seperti pada tabel dibawah ini

Gambar II.6 Socket 9 Pin Male D Sub yang dikoneksikan dengan Mouse PS/2

Tabel II.5 Pin-Out Mouse PS/2 pada Socket 9 Pin Male D Sub

Pin Fungsinya

1 NA

2 NA

3 GND

4 NA

5 NA

6 VCC

7 CLK

8 DATA

9 NA

2.2.4 Akuisisi Data

Data Akuisisi yang digunakan adalah MP35 Acquisition Unit. MP35

memiliki mikroprosessor internal untuk mengatur data akuisisi dan komunikasi

dengan komputer. MP35 mengambil sinyal yang masuk dan mengubahnya

menjadi sinyal digital sehingga dapat diproses pada komputer. Tersedia 4 kanal

input analog, dan salah satunya salah satunya dapat digunakan sebagai input

pemicu (trigger). Untuk itu kita dapat menghubungkan MP35 ke komputer dan

menghubungkan elektrode, transduser dan perangkat I/O ke perangkat MP35.

Jenis Perangkat Input

Ada 3 jenis perangkat yang dapat dihubungkan dengan MP35/30, yaitu : elektroda,

transducer, dan perangkat I/O.

Elektroda adalah sebuah instrumen yang relatif sederahana cukup didekatkan kepada objek dan mengambil sinyal listrik dari benda tersebut.

15

Transduser mengubah sinyal fisik menjadi sinyal listrik yang proporsional. Perangkat Input/Output ( I/O ) adalah perangkat seperti saklar tekan (push

button) dan headphones

Pada Gambar 2.7 ditunjukan koneksi load cell yang dihubungkan dengan data

akuisisi pada kanal 1.

Gambar 2.7 Data Akusisi Biopac MP35

Pada Gambar 2.8 menunjukan tampilan aplikasi dari data akuisisi (Biopac Student

Lab PRO) pada sistem operasi Microsoft Windows XP.

Gambar 2.8 Tampilan aplikasi data akusisi Biopac MP35

16

BAB III PERANCANGAN, PENGEMBANGAN & FABRIKASI

3.1 PERANCANGAN ELEMEN MESIN ALAT UJI TARIK

Spesimen uji tarik dummy yang terbuat dari timah solder Mekanisme tarik memanfaatkan putaran ulir pada poros tengah pemegang

spesimen

Sensor yang digunakan load scale dan displacement scale

3.1.1 Perhitungan Kekuatan Bahan

3.1.1.1 Data Kekuatan Bahan Timah [Bargel, 1978][2]

Rentang tegangan tarik : 30 ... 100 N/mm2

Diameter dummy test piece : 4 mm

Luas penampang : 12.57 mm2

Gaya yang dibutuhkan : 377,1 ... 1257 N

Nilai yang diambil : 817,05 N

Kekuatan terhadap beban tarik : sekitar 15 N/mm2

Panjang elastisitas hingga putus : hingga 55 %

3.1.1.2 Data Kekuatan Bahan Aluminium [Matek, 1987][1]

Rentang tegangan tarik : 250 ... 510 N/mm2

Diameter dummy test piece : 4 mm

Luas penampang : 12.57 mm2

Gaya yang dibutuhkan : 3142,5 ... 6477 N

Nilai yang diambil : 6477 N

17

3.1.1.3 Tegangan Ijin Bahan

Faktor Keamanan

Spesification No. : DIN 17100

Designation Grade : St 37, St 44, St 52

Title : Steel for general Structure

St 37-2 16 >16 ... 40 >40 ... 100 Rm 340 340 340

Re, Rp0,2 235 225 205

tarik ijin 156,667 150 136,667 tekan ijin 156,667 150 136,667 geser ijin 125,333 120 109,333 puntir ijin 101,833 97.5 88,833

Sumber : [Matek, 1987][1]

Untuk alat uji yang menggunakan spesimen aluminium luas area dari poros adalah

sebagai berikut :

23

23

mm 43,18A][N/mm 150

[N] 6477A

..........................................................................................(3.2)

Dari tabel diperoleh diameter ulir spindel 12 mm dan diameter ulir yang dipakai adalah 22 mm.

3.1.1.4 Momen Torsi yang terjadi pada Spindel

( )(Nmm) 14579,499 ... -7753,937T)013tan(/25,194776T

)tan(/2dFT G2

==

= .................................................................(3.4)

Momen torsi yang terjadi adalah = 14579,499 Nmm

3.1.1.5 Momen Inersia Polar

333

3p mm 325,266116

18.53.14116d

W === .................................................(3.5)

18

3.1.1.6 Tegangan Puntir yang terjadi terhadap Tegangan Ijin

2puntir

23puntir

233

puntir

ijinpuntir puntir

N/mm 5,79520,11

N/mm 5,797.50.2

14579,499

N/mm 5,79d0.2

14579,499

WpT

==

=

=

..................................................................(3.6)

3.1.1.7 Tegangan Tekan (Tarik) yang terjadi

2)(t

2)(t

ijin (tekan)tarik 3

)(t

N/mm 150078,24

N/mm 150269

6477

A

==

=

tekanarik

tekanarik

tekanarikF

.....................................................................(3.7)

3.1.1.8 Tegangan Gabungan yang terjadi pada Spindel

( )( )( )

2gabungan

222gabungan

ijin (tekan)tarik 22

gabungan

ijin (tekan)tarik 2

t02

n)tarik(tekagabungan

N/mm 156.667271,31

N/mm 156.667520,1113078,42

520,1113078,42

3

=+=+=

+=

................................(3.8)

3.1.1.9 Tingkat Kelendutan akibat Beban Tekuk

675,755,185007,04

4

3

=

=

=

d

lk

.................................................................................................(3.9)

lk adalah panjang ekivalen untuk poros dengan sambungan ujung yang satu di

pena dan ujung yang lain tetap ( lk=0,7 l )

19

3.1.1.10 Tegangan Tekuk dengan < 105 untuk St 37-2 (Tetmajer)

2N/mm 730,223

675,7514,131014,1310

===

tekuk

tekuk

tekuk

...............................................................................(3.10)

3.1.1.11 Tingkat keamanan menerima keseluruhan beban (Beban Tekuk dan

Beban Gabungan)

4154,7N/mm271,31N/mm 730,223

2

2

==

=

=

v

vv

vv

vv

dibutuhkan

dibutuhkangabungan

tekuk

dibutuhkangabungan

tekuk

......................................................................(3.11)

3.1.1.12 Ukuran Mur

( )mm 29,452 ... 15,663l

lN/mm 15 ... 10

294.527

N/mm 15 ... 10l

234,950

p.837,371l

32385p

p2,255.91l

56477p

pHdl

PFp

1

12

2

1

ijin1

ijin1

ijin121

=

=

=

............................................................................(3.12)

Maka panjang mur yang dibutuhkan adalah 30 mm

3.1.1.13 Ukuran ulir pengikat yang digunakan

Ulir Standar Ulir yang digunakan adalah baut kelas 8.8

3.2 Fabrikasi Elemen-Elemen Mesin & Perakitan Alat

Elemen elemen mesin diproses fabrikasi dengan menggunakan proses

permesinan bubut, milling / frais dan bor. Untuk bagian-bagian yang bersesuaian

20

diproses secara bersama-sama sama ketika membornya agar basis dari lubang

berada pada posisi yang sama.

Ketika proses perakitan alat harus diperhatikan urutan pemasangan dan

pengencangan agar posisi yang berpasangan dapat tepat terpasang pada tempatnya

dan bidang kontak antar permukaan bagian yang dirakit dapat menyentuh dengan

rata. Selain itu harus diperhatikan pengencangan baut-baut agar tidak melebihi

yang diijinkan sehingga tidak terjadi kerusakan pada ulir baut atau ulir pada pelat.

3.3 Pengembangan alat

Pengembangan alat yang dilakukan adalah untuk memindahkan pergerakan

tangan pada saat memutar handle dari posisi horisontal ke posisi vertikal sehingga

lebih mudah dalam pengoperasian, selain itu dilakukan pemasangan guide ways

agar posisi pengujian terjaga kelurusannya.

Gambar 3.1 Pengembangan akhir alat

21

BAB IV PENGUJIAN

Proses pengujian dilakukan dengan menguji menggunakan aluminium

seperti pada Gambar 4.1 dengan diameter pengujian sebesar 4 mm

Gambar 4.1 Spesimen uji aluminium diameter 4 mm

Bahan uji dicekam seperti pada gambar 4.2 dan dilakukan proses penarikan

setelah mengaktifkan proses pengambilan data oleh data akuisisi pada komputer

sehingga menghasilkan grafik seperti pada gambar 4.3.

Gambar IV.2 Pencekaman bahan uji

22

Segment 1, 5:53:30 AM

0.00 2.82 5.64 8.46seconds

0.00

6.30

12.59

18.89

mV

CH

1 In

put

Gambar 4.3 Grafik Tegangan Output

Dengan pergeseran yang terjadi sebesar 4.35 mm (diperoleh dari pengukuran

menggunakan jangka sorong) dengan waktu proses penarikan 11,28 detik. Melalui

perhitungan spreadsheet diperoleh grafik seperti pada gambar 4.3 Nilai

maksimum (Rm) sekitar 435 MPa dan dengan perpatahan seperti pada Gambar

4.4.

Tegangan Tarik VS Elongasi

-200

-100

0

100

200

300

400

500

00.

150.

290.

440.

590.

730.

881.

031.

171.

321.

471.

611.

761.

912.

05 2.2

2.34

2.49

2.64

2.78

2.93

3.08

3.22

3.37

3.52

3.66

3.81

3.96 4.1

4.25

Elongasi (mm)

Tega

ngan

Tar

ik (M

Pa)

Tegangan Tarik VS Elongasi

Gambar 4.4 Tegangan Tarik vs Elongasi

23

Gambar 4.5 Gambar Perpatahan

Proses pencekaman sebelumnya menggunakan chuck bor seperti pada gambar 4.6,

tetapi karena terjadinya pergeseran / slip pada bahan uji maka mekanisme

pencekaman diganti seperti pada gambar 4.2.

Gambar IV.6 Pencekaman kawat tembaga menggunakan chuck bor

24

Dua spesimen berikut diperoleh dari proses penarikan seperti pada gambar 4.6

dengan data grafis spesimen 1 yang berupa kawat tembaga dengan diameter 2,5

mm dapat dilihat pada Gambar 4.7. Segment 1, 6:56:36 AM

0.00 18.70 37.39 56.09seconds

0.00

5.07

10.13

15.20

mV

CH

1 In

put

Gambar 4.7 Data grafis spesimen 1

Data grafis spesimen 2 yang berupa kawat tembaga dengan diameter 2,5 mm

dapat dilihat pada Gambar 4.8. Segment 1, 7:04:27 AM

0.00 14.17 28.34 42.50seconds

0.00

4.98

9.97

14.95

mV

CH

1 In

put

Gambar 4.8 Data grafis spesimen 2

25

Gambar 4.9 Pencekaman kawat timah menggunakan chuck bor

Tiga spesimen berikut diperoleh dari proses penarikan seperti pada gambar 4.9

dengan data grafis spesimen 3 yang berupa kawat timah dengan diameter 2,5 mm

berjumlah 8 buah dapat dilihat pada Gambar 4.10 Segment 1, 7:13:45 AM

0.00 66.07 132.14 198.21seconds

0.00

0.47

0.94

1.40

mV

CH

1 In

put

Gambar IV.10 Data grafis spesimen 3

Data grafis spesimen 4 yang berupa kawat timah dengan diameter 2,5 mm

berjumlah 8 buah dapat dilihat pada Gambar 4.11

26

Segment 1, 7:18:14 AM

0.00 21.67 43.34 65.01seconds

0.00

0.39

0.77

1.16

mV

CH

1 In

put

Gambar 4.11 Data grafis spesimen 4

Data grafis spesimen 5 berupa kawat timah dengan diameter 2,5 mm berjumlah 8

buah dapat dilihat pada Gambar 4.12 Segment 1, 7:19:45 AM

0.00 15.42 30.83 46.25seconds

0.00

0.36

0.71

1.07

mV

CH

1 In

put

Gambar 4.12 Data grafis spesimen 5

Pengolahan data dapat dilakukan langsung pada aplikasi data akusisi juga

dapat dilakukan dengan aplikasi pengolah data dengan input masukan tabulasi

data. Kemudian dapat dipindahkan ke program spreadsheet sehingga dapat diolah

sesuai dengan kebutuhan.

27

BAB V KESIMPULAN

Cara kerja dari alat uji tarik adalah dengan cara melakukan proses

penarikan spesimen dengan menggunakan ulir penggerak / transportir berupa ulir

trapesium dan dikoneksikan dengan load cell untuk mengukur gaya yang terjadi

ketika proses penarikan berlangsung dan sensor cahaya dari mouse untuk

mengetahui pergerakan yang terjadi ketika proses penarikan

Kapasitas uji tarik merupakan kapasitas maksimum dari load cell yaitu 500

kg sedangkan kapasitas perancangan alat uji adalah 6477 N. Spesimen yang dapat

digunakan adalah kombinasi bahan dan dimensi yang proses penarikannya tidak

melebihi 500 kg.

Data Akuisisi yang digunakan adalah Biopac MP35 dengan kanal input

analog untuk load cell dan serial (I2C Serial Standard) untuk koneksi optical

sensor yang merupakan bagian dari mouse.

Kalibrasi yang dilakukan adalah dengan cara memasukan konversi input

menjadi output yang mewakilinya, yaitu tegangan menjadi beban, gaya, tegangan

dan pulsa digital menjadi pergeseran linear. Juga dengan membandingkan besaran

fisik dengan output yang dihasilkan.

Spesifikasi :

Kapasitas Gaya Penarikan : 4903,325 N

Sumber Energi : Engkol yang diputar dengan tangan

Sumber masukan data : Tegangan analog

28

DAFTAR ACUAN

[1] Bargel, Hans-Jrgen, Schulze, Gnther, et.al., Werkstoffkunde, (Hannover: Hermann Schroedel, Verlag KG, 1978)

[2] Wilhelm Matek, Dieter Muhs, Herbert Wittel, Roloff/Matek Maschinenelemente, (Braunschweig: Frier. Vieweg & Sohn Verlagsgessellschaft mbH, 1987)

[3] Biopac Systems, Inc., BSL Hardware Guide for MP 53 and MP 30

[4] Normen Bro des Vereins Schweiz. Maschinenindustrieller, VSM Normen Auszug fur Technische Schulen, (Zrich: VSM-Normenbro, 1974)

[5] pinout.ru team, PC serial port (RS-232 db9) pinout, Diakses 8 Desember 2006 dari pinout.ru http://pinouts.ru/SerialPorts/Serial9_pinout.shtml

29

Lampiran 1

A Low Cost Retrofit System for Digital Closed Loop

Mechanical Testing of Materials

30

31

32

33

34

35

36

37

Lampiran 2

Gambar Teknik Alat Peraga Uji Tarik