Kurva Perpindahan Panas pada Cetakan
4.2.3 Distribusi Temperatur
Waktu yang diperlukan pada simulasi ini adalah 45 menit
atau 2700 detik, kemudian dilakukan pengamatan distribusi temperatur seperti pada gambar 4.4 dibawah ini.
Gambar 4.4 Gambar distribusi temperatur proses solidifikasi tanpa
variasi (a) 5 detik (b) 900 detik (c) 1800 detik (d) 2700 detik. Pada gambar diatas dapat dilihat distribusi temperatur saat proses pendinginan cor dengan ukuran awal posisi runner dan riser. Bagian coran yang paling banyak bersentuhan dengan cetakan merupakan bagian awal terjadinya pembekuan.
Pembekuan yang terjadi pada model pertama ini ditinjau dari 4 selang waktu yaitu (a) detik ke 5 dapat dilihat bahwa sprue mengalami pembekuan terlebih dahulu dikarenakan bentuk geometri yang sangat kecil menyebabkan panas akan diterima oleh pasir. Kemudian pembekuan selanjutnya terjadi di pouring basin karena mengalami kontak langsung dengan udara luar. Setelah itu, pembekuan berlanjut pada bagian runner dan sampai pada benda cor.
Untuk benda cor proses pembekuan dimulai dari bagian bawah coran karena bagian tersebut yang pertama kali terisi dengan fluida coran. Lalu, berlanjut menuju bagian inti coran dan sampai pada bagian atas coran yang merupakan riser dari coran
tersebut. Pembekuan terakhir pada riser merupakan hal yang baik karena akan mencegah cacat pengecoran seperti shrinkage. Selanjutnya (b) detik ke 900 gambar 4.1 sprue dan pouring basin sudah mendekati temperatur 373-473K. Namun, runner dan coran masih berada pada temperatur 473-573K . Pada (c) detik ke 1800 gambar 4.1 coran dan setengah bagian runner masih berada pada temperatur 373-473K. Dan pada (d) detik 5400 gambar 4.5 kondisi coran sudah hampir mendekati temperatur kamar hanya pada bagian riser masih berada pada temperatur 473K.
Gambar 4.5 Gambar distribusi temperatur proses solidifikasi dengan
variasi bentuk riser (a) 5 detik (b) 900 detik (c) 1800 detik (d) 2700 detik.
Pada model yang ke dua ini, distribusi temperatur dapat dilihat pada gambar 4.5 dalam 4 selang waktu. Pada (a) detik ke 5 dapat dilihat bagian inti coran masih berada pada rentang temperatur 973-1015 dimana bagian tersebut masih belum mengalami proses pendinginan yang cukup signifikan. Hal ini disebabkan tinggi riser yang tidak terlalu tinggi sehingga riser tidak langusng mengalami kontak dengan udara luar. Apabila
dibandingkan dengan sprue sudah mengalami pendinginan yang cukup cepat yang mana sudah berada pada temperatur 473-573. Sedangkan pouring basin berada pada temperatur 673-773. Pada (b) detik ke 900 bagian coran sudah mengalami proses pendinginan yaitu pada temperatur 673K. Sedangkan pada bagian pouring basin,sprue dan runner pada temperatur 473-573K.
Untuk (c) detik ke 1800 pouring basin dan hampir sepenuhnya bagian sprue sudah berada pada temperatur 373K. Bagian coran dan runner berada pada temperaur 473-573K. Hal ini tidak jauh berbeda pada (d) detik ke 2700 yang mana coran masih berada pada temperatur 473-573K namun sudah hampir sepenuhnya berada pada 473K.
Gambar 4.6 Gambar distribusi temperatur proses solidifikasi dengan
variasi posisi runner (a) 5 detik (b) 900 detik (c) 1800 detik (d) 2700 detik
Pada model yang ketiga ini dapat dilihat pada gambar 4.6 diatas, (a) 5 detik sprue kembali mengalami pendinginan lebih awal yaitu temperatur 573-473K yang mana saat yang sama coran berada pada temperatur 873-773K. Sedangkan pouring basin masih berada pada temperatur 673-773K. Namun, pada (b) 900 detik pouring basin telah mencapai temperatur 373K dan coran serta semua bagian gating system kecuali pouring basin berada pada temperatur 473-573K.
Dalam (c) detik ke 1800 bagian pouring basin dan sprue sudah berada pada temperatur 373K. Namun, runner dan coran masih tetap berada pada rentan 473K. Untuk (d) detik ke 2700 bagian riser memiliki temperatur tertinggi sekitar 473K sedangkan untuk bagian gating system sudah mendekati temperatur kamar.
Gambar 4.7 Gambar distribusi temperatur proses solidifikasi dengan
variasi posisi runner dan ukuran riser (a) 5 detik (b) 900 detik (c) 1800 detik (d) 2700 detik
Pada gambar 4.7 merupakan distribusi temperatur proses solidifikasi dengan variasi model keempat. Dapat dillihat pada (a) detik ke-5 coran masih memiliki temperatur yang sangat tinggi sebesar 973-1015K. Hal seperti ini dapat juga dilihat pada model yang kedua. Ini disebebabkan karena variasi dari riser yang memiliki ukuran yang tidak terlalu tinggi dan pada model keempat ini digunakan variasi posisi runner dan ukuran riser yang menyebabkan fluida coran lebih cepat berada pada bagian inti coran.
Dalam (b) detik ke 900 bagian coran sudah mengalami proses pendinginan dan berada pada temperatur 673-773K serta gating system berada pada temperatur 573-673K. Pada (c) detik ke 1800 coran dan gating system masih berada pada temperatur 473-573K. Untuk (d) detik ke 2700 hanya pouring basin yang sudah mencapai temperatur 373K sedangkan untuk sprue,runner dan coran masih berada pada temperatur 373-473K. Model keempat ini mengalami pendinginan yang lebih lama dibandingkan dengan model lain karena variasi posisi runner dan ukuran riser.
Pada gambar 4.8 dibawah ini merupakan distribusi temperatur proses perpindahan temperatur pada cetakan dengan variasi model pertama yang berada pada bagian cetakan. Dari gambar 4.5 (a) detik ke 5 dapat kita lihat bahwa fluida coran mengalir begitu cepat sehingga bagian inti coran mengalami pemanasan yang cukup tinggi. Pada (b) detik ke 900 pemanasan mulai menyebar secara merata menuju bagian cetakan yang lainnya. Kemudian pada (c) detik 1800 dan (d) detik ke 2700 pemanasan masih terus berlanjut hingga menuju runner dan sprue bagian bawah.
Gambar 4.8 Distribusi temperatur perpindahan panas dari coran ke
cetakan dengan variasi model 1 (a) 5 detik (b) 900 detik (c) 1800 detik (d) 2700 detik
Berikutnya pada gambar 4.9 terjadi distribusi temperatur proses pemanasan dengan variasi model 2 pada bagian cetakan. Dari gambar 4.6 diketahui bahwa pada (a) detik ke 5 pemanasan sangat jelas terlihat pada bagian inti coran dan juga riser sedangkan pada bagian pouring basin, sprue sudah terlebih dahulu mengalami pendinginan. Pada (b) detik ke 900 pemanasan terus berlanjut pada bagian coran yang kemudian panas terus merambat menuju gating system. Dan untuk (c) detik ke 1800 serta (d) detik ke 2700 terjadi kondisi cetakan pada bagian coran masih berada pada temperatur yang cukup panas namun untuk (c) detik ke 1800 daerah pouring basin dan sprue menunjukkan penurunan temperatur.
Gambar 4.9 Distribusi temperatur perpindahan panas dari coran ke
cetakan dengan variasi model 2 (a) 5 detik (b) 900 detik (c) 1800 detik (d) 2700 detik
Pada gambar 4.10 dibawah ini terjadi distribusi temperatur proses pemanasan dengan variasi model 3 pada bagian cetakan. Fenomena pemanasan yang terjadi pada bagian cetakan ini sedikit berbeda dibandingkan dengan variasi model lainnya. Bagian cetakan yang mengalami pemanasan awal yang begitu cepat yaitu daerah riser (a) detik ke 5. Kemudian untuk (b) detik ke 900 pemanasan berlanjut pada daerah coran dan runner sama seperti yang terjadi pada (c) detik ke 1800 namun pada detik ini daerah cetakan disekitar coran mengalami kenaikan temperatur dibandingkan detik ke 900. Untuk (d) detik ke 2700 seluruh bagian coran dan gating system mengalami pemanasan yang maksimum. Dan panas akan terus merambat menuju bagian luar cetakan.
Gambar 4.10 Distribusi temperatur perpindahan panas dari coran ke
cetakan dengan variasi model 3 pada bagian cetakan (a) 5 detik (b) 900 detik (c) 1800 detik (d) 2700 detik
Pada gambar 4.11 ini juga menunjukkan distribusi temperatur proses pemanasan pada bagian cetakan dengan variasi model 4. Dalam (a) detik ke 5 dapat dilihat bahwa daerah bagian tengah coran memiliki temperatur pemanasan tertinggi. Kemudian (b) detik ke 900 (c) 1800 dan (d) 2700 memiliki fenomena pemanasan yang sama yang mana pemanasan tertinggi terjadi pada daerah coran dan runner. Perbedaan dari ketiga selang waktu ini hanya terletak pada bagian pemanasan di daerah luar pinggiran coran. Detik ke 900 daerah sekitar coran belum mengalami pemanasan yang cukup maksimum. Pada detik ke 1800 dan 2700 pemanasan di daerah sekitar coran baru mencapai kondisi yang maksimum.
Gambar 4.11 Distribusi temperatur perpindahan panas dari coran ke
cetakan dengan variasi model 4 pada bagian cetakan (a) 5 detik (b) 900 detik (c) 1800 detik (d) 2700 detik
Proses perpindahan temperatur pada dari coran menuju cetakan merupakan proses konveksi. Proses konveksi dipengaruhi oleh koefisien konveksi, luas permukaan dan juga perbedaan temperatur. Perpindahan panas secara konveksi merupakan jenis perpindahan panas yang disebabkan karena adanya aliran fluida dari daerah bertemperatur tinggi ke temperatur rendah. Aliran fluida pada konveksi dapat digerakkan secara bebas dan paksa. Pada proses pengecoran, aliran konveksi yang terjadi adalah aliran konveksi secara bebas karena terdapat perbedaan massa jenis yang dipengaruhi oleh perbedaan temperatur. Pada proses pengecoran terdapat distribusi dari temperatur tinggi menuju temperatur rendah yaitu pada proses perpindahan temperatur dari coran menuju cetakan. Perbedaan temperatur yang tinggi antara coran dan cetakan menyebabkan proses konveksi berlangsung cukup cepat. Perpindahan temperatur dari coran menuju cetakan memiliki batas
maksimum yaitu pada saat temperatur cetakan memiliki temperatur yang lebih tinggi dibandingkan temperatur coran. Kondisi seperti ini mengakibatkan proses konveksi terjadi dari cetakan menuju coran.