skripsi joshua ananda mayki 1610311030 universitas

OPTIMASI SISTEM SALURAN TERHADAP CACAT

SHRINKAGE PADA CASTING IMPELLER DENGAN METODE

SIMULASI SAND CASTING

SKRIPSI

JOSHUA ANANDA MAYKI

1610311030

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL VETERAN JAKARTA

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK MESIN

2020




SKRIPSI

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana

JOSHUA ANANDA MAYKI

1610311030

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL VETERAN JAKARTA

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK MESIN

2020

v




Joshua Ananda Mayki

ABSTRAK

Impeller merupakan komponen penting yang berputar di dalam pompa sentrifugal

dan memiliki fungsi untuk mengkonversikan energi mekanik dari pompa menjadi

kinetik pada fluida yang dipompakan dengan konstan, sehingga fluida pada sisi

inlet akan terus-menurus masuk mengisi kekosongan karena adanya perpindahan

fluida sebelumnya. Alumunium banyak digunakan pada dunia manufaktur karena

keunggulan yang dimiliki material alumunium. Dalam pembuatan impeller

menggunakan material Alumunium melalui proses pengecoran sand casting.

Penelitian dilakukan untuk menganalisa pengaruh dua jenis saluran serta variasi

perbedaan diameter riser terhadap shrinkage dengan cara membuat model produk

cor impeller secara 3D, kemudian melakukan simulasi menggunakan software

simulasi casting diproduk impeller. Simulasi dilakukan hingga mengurangi

terjadinya cacat shrinkage pada komponen impeller secara simulasi, sehingga

didapatkan data hasil simulasi berupa letak dan persentase cacat shrinkage.

Kemudian diambil kesimpulan bahwa jumlah saluran masuk menunjukkan

perbedaan nilai shrinkage, dimana persentase terkecil terlihat pada dua sistem

saluran masuk yaitu 1,32 % dan pada variasi perbedaan diameter riser dari dua

sistem saluran sebesar 1,31 % cacat shrinkage.

Kata kunci : Impeller, Alumunium, riser, shrinkage, simulasi, sand casting.

vi




Joshua Ananda Mayki

ABSTRACT

The impeller is an important component that rotates in a centrifugal pump and has

the function of converting mechanical energy from the pump to the kinetic fluid

that is pumped constantly, so that the fluid on the inlet side will keep coming in to

fill the void because of the previous fluid transfer. Aluminum is widely used in

the manufacturing world because of the advantages of aluminum material. In

making impellers using aluminum material through the sand casting process. The

study was conducted to analyze the effect of two types of channels as well as

variations in the diameter of the riser to shrinkage by making a model of the cast

impeller product in 3D, then simulating it using a casting simulation software

produced by the impeller. The simulation is carried out to reduce the occurrence

of shrinkage defects in the impeller component in a simulation, so that the

simulation results in the form of the location and percentage of shrinkage defects.

Then the conclusion is that the number of inlet shows different shrinkage values,

where the smallest percentage is seen in the two gating system which is 1.32%

and in the variation of the riser diameter difference of the two gating systems is

1.31% shrinkage defect.

Keywords : Impeller, alumunium, riser, shrinkage, simulation, sand casting

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus, karena atas

kasih dan karuniaNya penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul

“OPTIMASI SISTEM SALURAN TERHADAP CACAT SHRINKAGE

PADA CASTING IMPELLER DENGAN METODE SIMULASI SAND

CASTING“. Skripsi ini dibuat dalam rangka untuk memenuhi persyaratan

akademis untuk mendapatkan gelar Sarjana di Program Studi Teknik Mesin

Univeristas Pembangunan Nasional Veteran Jakarta.

Dalam setiap proses pembuatan skripsi ini, penulis menyadari segala

kekurangan yang ada mengingat keterbatasan pengetahuan dan pengalaman yang

dimiliki oleh penulis. Oleh sebab itu, pada kesempatan yang luar biasa ini, penulis

ingin meyampaikan banyak terimakasih kepada setiap pihak yang telah

membantu, membimbing, mendoakan, memotivasi, dan memberi semangat dalam

meyelesaikan skripsi ini. Dengan rasa syukur , penulis menyampaikan terimakasih

kepada :

1. Tuhan Yesus Kristus atas berkat dan kasihNya yang dilimpahkan kepada

saya dalam melakukan penelitian ini sehingga skripsi ini dapat

diselesaikan dengan baik.

2. Orang tua dan keluarga penulis yang selalu memberikan dukungannya,

pesan moral, materil, doa dan semangat kepada penulis sehingga dapat

melaksanakan dan menyelesaikan skripsi ini dengan lancer.

3. Bapak Dr. Ir. Reda Rizal, M.Si, selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Pemabangunan Nasional Veteran Jakarta.

4. Bapak M Rusdy Hatuwe, MT, IPM, Selaku Kepala Kaprodi Jurusan

Teknik Mesin Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jakarta.

5. Bapak Dr. Damora Rhakasywi, ST, MT, IPP selaku dosen pembimbing I

(satu) yang telah bersedia membantu dan meluangkan waktu dalam

memberikan bimbingan berupa arahan konsep penelitian, referensi yang

menjadi acuan serta nasihat sehingga penulis dapat menyelesaikan

penelitian dengan baik.

viii

6. Bapak Nur Cholis, ST. M.Eng. selaku dosen pembimbing II (dua) yang

telah bersedia membantu dan meluangkan waktu dalam memberikan

masukan beserta saran-saran sehingga penulis dapat lebih menlengkapi

skripsi ini dengan baik.

7. Rekan-rakan seperjuangan Program Studi Teknik Mesin Universitas

Pembangunan Nasional Veteran Jakarta khususnya angkatan 2016 yang

selalu memberikan dukungan moral dan ilmu-ilmu sehingga penulis

dapat menyelesaikan skripsi dengan baik.

8. Serta setiap orang yang telah memberikan fasilitas-fasilitas dalam

mengerjakan skripsi ini.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan skripsi ini,

sehingga penulis sangat berharap kritik dan saran dari semua pihak untuk

membangun kesempurnaan dari skripsi ini.

Ahkir kata, penulis berharap semoga penulisan ini bisa memberikan manfaat

bagi penulis sendiri, perusahaan, kampus, dan berbagai civitas akademik lainnya

dikemudian hari.

Jakarta, Juni 2020

Penulis

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN DOSEN PENGUJI ................................................. i

PENGESAHAN PEBIMBING .......................................................................... ii

PERNYATAAN ORISINALITAS ................................................................... iii

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ............................................. iv

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

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

KATA PENGANTAR ...................................................................................... vii

DAFTAR ISI ..................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL ............................................................................................ xv

DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... xvi

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ............................................................................ 1

1.2 Rumusan Masalah ....................................................................... 3

1.3 Batasan Masalah ......................................................................... 4

1.4 Tujuan Penelitian ........................................................................ 4

1.5 Sistematika Penulisan ................................................................. 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pompa Sentrifugal ...................................................................... 6

2.1.1 Impeller ........................................................................... 7

2.2 Casting ..................................................................................... 11

2.2.1 Klasifikasi Casting ........................................................ 13

2.2.2 Pembekuan Logam ........................................................ 14

2.2.3 Pencairan Logam ........................................................... 16

2.3 Cetakan Pasir (Sand Casting) .................................................... 16

x

2.4 Ketelitian Ukuran Coran ........................................................... 19

2.5 Sistem Saluran (Gating System) ................................................ 20

2.5.1 Cawang Tuang (Pouring Basin) ..................................... 21

2.5.2 Saluran Turun (Sprue) ................................................... 22

2.5.4 Pengalir (Runner) .......................................................... 23

2.5.5 Pengalir Tambahan (Runner Extension) ......................... 24

2.5.6 Ingate atau Saluran Masuk ............................................... 24

2.6 Perencanaan Sistem Saluran ...................................................... 25

2.7 Saluran Penambah (Riser) ......................................................... 29

2.7.1 Meranacang Riser ............................................................ 32

2.8 Cacat Coran .............................................................................. 32

2.8.1 Rongga Udara ................................................................ 33

2.8.2 Crack atau Retakan ........................................................ 34

2.8.3 Shrinkage atau Penyusutan ............................................ 34

2.9 Alumunium 7075 Alloy ............................................................. 37

2.10 Computer Aided Design (CAD) ................................................ 38

2.10.1Solidworks ...................................................................... 39

2.11 Simulasi Proses Casting ............................................................ 40

2.11.1 Komputasi Numerik Simulasi ......................................... 41

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Pengumpulan Data .................................................................... 44

3.1.1 Data Benda Pengecoran Impeller ................................... 45

3.2 Perancangan Geometri 3D Impeller .......................................... 45

3.3 Perencanaan Sistem Saluran ...................................................... 46

3.4 Pemodelan 3D Sistem Saluran .................................................. 46

3.5 Simulasi Software ..................................................................... 46

xi

3.6 Pemodelan Ulang pada Riser .................................................... 46

3.7 Simulasi Software (Perubahan Diameter Riser) ......................... 47

3.8 Analisa dan Pembahasan ........................................................... 47

3.9 Kesimpulan dan Saran .............................................................. 47

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Perancangan Sistem Saluran ..................................................... 48

4.1.1 Perhitungan Satu Saluran Masuk ...................................... 48

4.1.2 Perhitungan Dua Saluran Masuk .................................... 52

4.2 Perencanaan Riser ..................................................................... 55

4.2.1 Perencanaan riser biasa dengan pendekatan teori Foseco

Non – Ferrous Foundryman’s Handbook ....................... 55

4.3 Variabel Tetap Simulasi Sistem Sistem Saluran Impeller .......... 57

4.4 Simulasi Sistem Saluran ............................................................ 58

4.4.1 Simulasi Sistem 1 Saluran ............................................. 58

4.4.2 Simulasi Sistem 2 Saluran ............................................. 59

4.5 Meminimalisir Cacat Shrinkage Sistem 2 Saluran Pada Diameter

Riser ......................................................................................... 62

4.5.1 Simulasi 2 Saluran Riser Ø 158,5 mm........................... 62



4.6 Perhitungan Cacat Shrinkage Produk ........................................ 66

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ............................................................................... 69

5.2 Saran ........................................................................................ 70

xii

DAFTAR PUSTAKA

RIWAYAT HIDUP

LAMPIRAN

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Impeller radial ................................................................... 8

Gambar 2.2 Mixed flow impeller ........................................................... 8

Gambar 2.3 Axial impeller .................................................................... 9

Gambar 2.4 Special impeller ................................................................. 9

Gambar 2.5 Open impeller .................................................................. 10

Gambar 2.6 Semi-open impeller .......................................................... 11

Gambar 2.7 Close impeller .................................................................. 11

Gambar 2.8 (a) cetakan terbuka (b) Cetakan Tertutup.......................... 12

Gambar 2.9 Pembekuan logam dalam cetakan ..................................... 15

Gambar 2.10 Kurva pendinginan logam murni pada pengecoran ........... 15

Gambar 2.11 Bagian Cetakan Pasir ....................................................... 18

Gambar 2.12 Sistem Saluran ................................................................. 19

Gambar 2.13 (a) Jenis cawang tuang tanpa inti pemisah, (b) dengan inti

pemisah, (c) dengan penutup ............................................ 20

Gambar 2.14 Jenis geomteri sprue (a) tapered sprie, (b) straight

Sprue ............................................................................... 21

Gambar 2.15 Bentuk saluran turun dasar (well base) ............................. 21

Gambar 2.16 Jenis bentuk pengalir : (a) Wide shallow runner, (b) Square

Runner ............................................................................. 22

Gambar 2.17 Jenis saluran masuk (ingate) ............................................ 23

Gambar 2.18 Area sprue ....................................................................... 25

Gambar 2.19 Top Gating system ........................................................... 26

Gambar 2.20 Bottom Gating system ...................................................... 26

Gambar 2.21 Parting line Gating .......................................................... 26

Gambar 2.22 Dimensi well base ............................................................ 27

Gambar 2.23 Wall Base area................................................................. 27

Gambar 2.24 Top riser dan side riser .................................................... 28

Gambar. 2.25 Peletakan Top riser dan side riser pada cetakan ............... 28

Gambar 2.26 Contoh-contoh riser : (a) Penambah atas, (b) penambah

buta, (c) penambah samping ............................................. 29

xiv

Gambar 2.27 Cacat Porositas Gas ......................................................... 31

Gambar 2.28 Cacat retakan ................................................................... 32

Gambar 2.29 Cacat penyusutan (Shrinkage) .......................................... 33

Gambar 2.30 Ilustrasi terjadinya cacat penyusutan (shrinkage) ............. 33

Gambar 2.31 Logo Software Solidworks ............................................... 38

Gambar 3.1 Diagram Alir .................................................................... 42

Gambar 3.2 Model Impeller ................................................................ 43

Gambar 4.1 Top Gating System ........................................................... 47

Gambar 4.2 Penampang runner ........................................................... 49

Gambar 4.3 Top Gating System ........................................................... 50

Gambar 4.4 Dimensi Runner ............................................................... 52

Gambar 4.5 3D system 1 saluran pada simulasi flow casting ............... 56

Gambar 4.6 Cacat Shrinkage pada satu saluran saat simulasi ............... 56

Gambar 4.7 3D system 2 saluran pada simulasi flow casting ............... 57

Gambar 4.8 Cacat Shrinkage pada simulasi sistem dua saluran............ 58

Gambar 4.9 (a) Model 3D Sistem Cetakan (b) Diameter riser

158,5 mm ......................................................................... 60

Gambar 4.10 Shrinkage pada dua saluran diameter riser Ø158,5 mm .... 60

Gambar 4.11 (a) Model 3D Sistem Cetakan (b) Diameter riser 168,5

mm .................................................................................. 61


Gambar 4.13 (a) Model 3D Sistem Cetakan (b) Diameter riser 178,5 .... 63


xv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.3 Alumunium alloy 7075-T6 ........................................................ 36

Tabel 4.1 Parameter variabel tetap pada tahap simulasi ............................. 55

Tabel 4.2 Hasil Simulasi Cacat shrinkage ................................................. 59

Tabel 4.3 Hasil Persentase Cacat Penyusutan 2 Sistem Saluran ................. 65

Tabel 4.4 Volume desain Gating System ................................................... 65

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Komponen Impeller

Lampiran 2. Casting Impeller Satu Saluran

Lampiran 3 Casting Impeller Dua Saluran

Lampiran 4. Surface Mesh Satu Saluran

Lampiran 4. Volume Mesh Satu Saluran

Lampiran 5. Generic Data Satu Saluran

Lampiran 5. Temperatur Satu Saluran

Lampiran 6. Solidification Satu Saluran

Lampiran 7. Surface Mesh Dua Saluran

Lampiran 7. Volume Mesh Dua Saluran

Lampiran 8. Generic Data Dua Saluran

Lampiran 8. Temperatur Dua Saluran

Lampiran 9. Solidification Dua Saluran

skripsi joshua ananda mayki 1610311030 universitas

Documents