BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.5 CFD (Computational Fluid Dinamics)
2.5.1 Proses Simulasi CFD
Pada umumnya terdapat tiga tahapan yang harus dilakukan ketika melakukan simulasi pada solver CFD, yaitu sebagai berikut [11]:
1. Preposessor 2. Processor 3. Post processor
Prepocessor mencakup proses penginputan data mulai dari pendefinisian domain serta pendefinisian kondisi batas (boundary condition). Ditahap ini juga wilayah kerja atau ruangan benda yang akan dianalisa dibagi-bagi dengan jumlah grid tertentu atau sering juga disebut dengan meshing. Tahap selanjutnya adalah processor, pada tahap ini terdapat proses penghitungan data-data input dengan persamaan yang terlibat secara iteratif. Artinya penghitungan dilakukan hingga hasil menuju error terkecil atau hingga mencapai nilai yang konvergen. Penghitungan
dilakukan secara menyeluruh terhadap volume kontrol dengan proses integrasi persamaan diskrit. Tahap akhir merupakan tahap post-processor dimana hasil perhitungan divisualisasikan ke dalam gambar, grafik bahkan animasi dengan pola warna tertentu.
Hal yang paling mendasar kenapa konsep CFD banyak sekali digunakan dalam dunia industri dikarenakan dengan software berbasis CFD dapat dilakukan analisa terhadap suatu sistem dengan menghemat waktu dan biaya untuk melakukan eksperimen. Dengan kata lain desain pemesinan yang dilakukan lebih singkat. Hal ini yang mendasari pemakaian konsep CFD yaitu pemahaman yang lebih dalam mengenai suatu masalah yang akan diselesaikan atau dalam hal ini pemahaman lebih dalam tentang karakterisrik aliran fluida dengan melihat hasil berupa grafik, vektor, kontur dan bahkan animasi [12].
Pemakaian CFD secara umum dipakai untuk memprediksi : 1. Aliran dan panas.
2. Transfer massa.
3. Perubahan fasa seperti pada proses melting, pengembunan dan pendidihan.
4. Reaksi kimia seperti pembakaran.
5. Gerakan mekanis seperti piston dan fan.
6. Tegangan dan tumpuan pada benda solid.
7. Gelembung elektromagnetik.
2.5.2 Numerical modeling of fluidity
Permodelan numerik digunakan untuk mempredikisi pengisisan cetakan dan aliran panas selama proses pembekuan (solidification). Ini biasanya digunakan untik memprediksi struktur bentuk dan ukuruan cacat pengecoran , dan ini sangat berguna untuk pengecoran modern untuk meningkatkan kualitas produk dan meminimalisir biaya pengeluaran. Proses permodelan matematika digunakan untuk mensimulasikan proses pengecoran pada produksi pengecoran, ini dapat meningkatkan disain cetakan,
cara penuangan, pemilihan komposisi paduan, dll, telah mengalami peningkatan pada akhir decade ini. MAGMASOFT, PROCAST dan FLOW-3D hanya beberapa contoh perangakat lunak untuk simulasi pengecoran yang tersedia secara komersil. Masing masing mampu secara mendasar untuk mensimulasikan proses pembekuan, pengisisan cetakan, dan distribusi tempratur. Masing masing juga mampu mensimulasikan mikrostruktur akhir , dengan memanfaatkan mekanikal properties bahan.
Dalam skala makrokospik , aliran dapat dilihat alrian dalam bentuk continue, dan di software simulasi numerik yang tersedia, pengisisan cetakan dan proses solidification dapat di jelaskan secara model continue. Secara umum hubungan hukum massa , momentum dan energi dapat digunakan untuk membuat formula menggunakan permodelan matematika. Methodologically, ini sangat digunakan untuk memasukan hubungan prinsip dasar kedalam infinitesimal element (control volume, CV) dan digunakan untuk membuat persamaan differential (GDE) [17].
Jika kita asumsikan aliran dalam keadaan incompressible (ȡ=constant), lalu persamaan konservasi atau persamaan continuity bisa diformulasikan seperti:
……..………..……….…………(4) Hubungan dari momentum dapat dimasukan dalam Newton’s Second Law
………..……….…….……..(5)
fij denotes i-th direction components of the surface and volume forces acting on the control volume. These forces acting on the control volume can be categorized as:
- Surface forces: pressure, friction and surface forces - Volume forces: gravity and electromagnetic forces
Persamaan 5 dapat ditunjukan:
…….…...……...…...(6) persamaan hubungan energy thermal dapat dilihat:
……….(7)
Solusi dari persamaan differensial membutuhkan definisi dari kondisi awal sama seperti kondisi batas (heat transfer coefficient between interfaces, slip/no slip at the mould wall, etc.) bagian ini sangat penting dalam permodelab numerik
Selain persamaan proses pengisisan cetakan dan pembekuan telah di formulasikan dan kondisi batas telah di definisikan, thermophysical data material yang dipilih dibutuhkan ketersediaanya untuk penyelesaian solusi. perangkat lunak komersil Flow -3D [17] dalam paket datanya telah terdapat thermophysical properties untuk steel, aluminium and magnesium alloy yang biasa digunakan. Selain itu, terdapat data untuk heat transfer coefficient antara perbedaan casting interfaces, i.e.
mould metal, metal pouring basin, etc. [18, 19].
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini direncanakan berlangsung selama ± 4 bulan. Penelitian ini di laksanakan di Laboratorium Foundry Universitas Sumatera Utara. Adapun lokasi dan aktivitas penelitian dapat dilihat pada tabel 3.1 di bawah ini:
Tabel 3.1. Lokasi dan aktivitas penelitian
No. Kegiatan Bulan Lokasi
3.2 Alat dan Bahan Penelitian 3.2.1 Bahan
1. Aluminium
Peleburan ini menggunakan material aluminium yang dibentuk batangan (ingot).Aluminium yang didapat berdasarkan proses daur ulang oleh perusahaan industri aluminium.Aluminium yang diberikan berupa batangan atau sering disebut Ingot, dapat dilihat pada gambar 3.1
Gambar 3.1. Aluminium A356
2. Pasir Cetak
Cetakan dan teras merupakan bagian yang akan bekerja menerima panas dan tekanan dari logam cair yang dituang sebagai bahan produk, oleh karena itu pasir sebagai bahan cetakan harus dipilih sesuai dengan kualifikasi kebutuhan bahan yang akan dicetak baik sifat penuangannya maupun ukuran benda yang akan dibentuk dalam penuangan ini dimana semakin besar benda tuangan maka tekanan yang disebut tekanan metallostatic akan semakin besar dimana cetakan maupun teras harus memiliki kestabilan mekanis yang terandalkan.
3. Bentonit
Bentonit adalah perekat antar butir-butir pasir yang digunakan dalam proses penngecoran logam.
Gambar 3.2. Bentonit 3.2.2. Alat
Dalam proses penelitian ini banyak menggunakan alat-alat teknik,dimana alat-alat tersebut memiliki fungsi masing-masing dalam proses penelitian ini.
Adapun alat-alat tersebut antara lain : 1. Mesin gergaji.
Alat ini berfungsi untuk memotong batangan Aluminium untuk mendapatkan ukuran kecil yang mempermudah proses peleburan.
2. Timbangan
Timbangan ini berfungsi untuk berapa banyak campuran aluminium yang akan dilebur.
3. Dapur Lebur
Dapur lebur berfungsi sebagai alat pelebur logam yang berbahan bakar kayu bakar dan oli bekas. Dapur lebur terbuat dari batu bata dan semen tahanapi, hasil pembakaran mencapai hingga temperatur 7000C – 8000C. Dapur lebur ini menggunakan blower untuk menghasilkan temperatur panas yang stabil.
4. Crucible
Crucible adalah tempat yang berfungsi untuk mencairkan Aluminium A356. Proses peleburan lebih efisien jika diberikan penutup pada bagian atasnya.
5. Blower
Blower berfungsi untuk menjaga temperatur peleburan yang dihasilkan dari panas pembakaran dari arang. Tanpa alat ini, maka panas yang dihasilkan dari proses pembakaran tidak terdistribusi dengan baik dan panas yang dihasilkan tidak maksimal.
6. Cetakan Pasir
Cetakan ini berfungsi untuk tempat penuangan peleburan aluminium A356.
7. Termokopel
Termokopel adalah alat untuk menunjukkan berapa derajat panas dari aluminium yang telah melebur
8. Komputer
Proses simulasi yang dilakukan merupakan jenis pengujian komputasional dengan menggunakan seperangkat komputer dengan spesifikasi:
- Processor : Intel i3-380M, 2.53 Ghz
- Ram : 4GB
- Software : Flow 3d cast 4.1
- VGA : AMD Radeon HD 6470M
3.3 Cara Pelaksanaan Penelitian
Untuk melakukan analisa karakteristik pada cetakan pasir ini, diperlukan urutan proses agar dalam pengerjaan tugas akhir ini dapat berjalan dengan baik yang meliputi:
1. Pengumpulan Data Awal
Tahap ini merupakan tahapan dilakukan pengumpulan data tentang informasi perkembangan pengecoran tradisional menggunakan cetakan pasir dan perkembangan penelitian mengenai masalah dan kendala yang sering muncul pada pengecoran tersebut serta spesifikasi dan dimensi data yang dibutuhkan saat penelitian.
2. Studi Literatur
Penelitian ini harus dilakukan berlandaskan pada azas-azas teoritis yang diakui di dalam dunia ilmu pengetahuan sehingga dapat dijadikan rujukan penyelesaian penelitian ini. Studi literatur ini dilakukan dengan cara memperolehnya dari buku buku referensi, jurnal jurnal ilmiah, kumpulan simposium, diskusi personal, atau bahkan lewat media internet.
3. Perhitungan dan Analisa Data Hasil Komputasi
Perhitungan data pada penelitian ini dilakukan melalui simulasi software.
Data-data yang dibutuhkan selama proses pengerjaan di input kedalam proses komputasi data. Selanjutnya akan dilakukan pembahasan terhadap data yang dihasilkan dari simulasi.
4. Proses Pengecoran
Pada tahap ini dilakukan pengecoran yang mana dimulai dari peleburan bahan, penuangan cairan logam kedalam cetakan hingga pengeringan hasil coran.
5. Pengumpulan Data dan Penarikan kesimpulan
Setelah mendapatkan semua data-data yang dibutuhkan kemudian dilakukan penarikan kesimpulan. Penarikan kesimpulan ini berdasarkan korelasi terhadap tujuan penelitian yang telah ditetapkan sebelumnya. Dengan demikian diharapkan tidak terjadi penyimpangan dari tujuan penelitian.
Tidak
Secara garis besar, pelaksanaan penelitian ini akan dilaksanakan berurutan dan sistematis seperti ditunjukkan pada Gambar 3.3
Gambar 3.3. Diagram Alir Penelitian Identifikasi Masalah
Persiapan bahan dan pembuatan cetakan pasir
Peleburan bahan
kesimpulan spesimen
Pengolahan data dan Pengumpulan data hasil pengecoran
3.5 Set-up Pengujian 3.5.1. Proses Simulasi
3.5.1.1 Tahap Pre-processing
Proses pre-processing merupakan proses yang dilakukan sebelum pengujian (simulasi). Proses ini mencakup pembuatan model, penentuan domain dan pembuatan mesh (meshing).
1. Pembuatan Model
Langkah awal sebelum proses simulasi dilakukan adalah membuat model geometrik objek pengecoran. Data geometrik dibuat menggunakan salah satu software berbasis CAD yaitu program AutoCAD. File yang berbentuk stereolithography (STL) kemudian diinput kedalam software Flow-3D. Model cetakan pasir mengacu kepada bentuk dan dimensi yang sebenarnya. Gambar 3.4 berikut ini merupakan dimensi cetakan.
(A)
(B)
Gambar 3.4 (a) pandangan depan dimensi Cetakan Pasir (b) pandangan atas dimensi Cetakan Pasir
Berikut adalah bentuk geometri masing-masing model cetakan setelah diinput kedalam software Flow-3D seperti ditunjukkan Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Model Cetakan Pasir
2. Pembuatan Mesh
Unit-unit volume pada software simulasi diinterpretasikan dengan pembentukan mesh atau grid. Meshing adalah proses dimana geometri secara keseluruhan dibagi-bagi dalam elemen-elemen kecil. Elemen - elemen kecil ini nantinya berperan sebagai kontrol surface atau volume dalam proses perhitungan yang kemudian tiap-tiap elemen ini akan menjadi inputan untuk elemen disebelahnya.
Hal ini akan terjadi berulang-ulang hingga domain penuh.
Dalam meshing elemen-elemen yang akan dipilih disesuaikan dengan kebutuhan dan bentuk geometri objek simulasi. Kesalahan pengaturan mesh menyebabkan ketidakakuratan dalam penampilan data simulasi. Gambar 3.6 berikut ini adalah merupakan hasil meshing dengan konfigurasi ukuran elemen sebesar 1mm.
Gambar 3.6 Bentuk Mesh 3. Menentukan Parameter
Dasar Pada bagian ini ditentukan jenis cairan, unit dan jumlah fluida dan unit simulasi. Untuk pengaturan lainnya digunakan pengaturan default seperti terlihat pada Gambar 3.11.
Gambar 3.7 Penentuan Parameter Dasar 4. Menentukan Jenis Fluida dan Material Cetakan
Pada bagian ini diinput data material cetakan. Data diambil dari Flow-3D Fluids dan Solids Database. Jenis fluida yang diinput yaitu aluminium alloy A356 dengan bahan pengikat silikon karbida. Jenis pasir yang diinput yaitu pasir silika.
Gambar 3.8 Penentuan Jenis Fluida
Gambar 3.9 Penentuan Material Cetakan 3.5.1.2 Tahap Post-processing
Pada tahap ini ditentukan hasil yang ingin didapatkan dari proses simulasi.
Untuk penelitian ini hasil yang ingin didapat dari simulasi adalah nilai surface defect concentration, magnitudo kecepatan aliran dan temperatur.
3.5.1.3 Menjalankan dan Menampilkan Hasil Simulasi
Setelah tahap post-processing dan solution telah selesai diatur, maka simulasi dimulai. Proses solving merupakan tahap akhir dari proses simulasi, selanjutnya tinggal menunggu hasil simulasi.. Setelah simulasi selesai kemudian melihat hasil simulasi yang telah dilakukan.
Dalam melihat hasil simulasi dapat dilakukan dengan berbagai cara, dilihat secara keseluruhan maupun target tertentu saja dengan menetukan bidang, garis atau titik pengamatan. Karena target utama adalah untuk melihat bagaimana pengaruh tempratur tuang terhadap tekanan, distribusi tempratur, kecepatan, cacat permukaan dan panjang fluiditas.
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini membahas mengenai hasil analisa pengaruh tempratur penuangan terhadap karakteristik aliran logam cair dalam cetakan pasir. Model cetakan pasir yang geometri dan parameternya telah didefinisikan dimasukkan kedalam ruang simulasi untuk memperoleh karakteristik aliran fluida yang mengalir melaluinya.
Pembahasan yang dilakukan meliputi analisa kecepatan aliran logam cair, temperatur cairan logam, fluiditas coran, tekanan cairan logam , hingga perbandingan antara cacat permukaan hasil simulasi dan cacat permukaan pada hasil pengecoran eksperimental. parameter kondisi fluida dan cetakan adalah sama perbedaan hanya pada keadaan suhu penuangannya.
Suhu penuangan yang akan dibahas antara lain yaitu 685oC, 710oC, 735oC, 760oC dan 785oC. Setelah diperoleh hasil simulasi dan hasil pengecoran, maka akan dibandingkan dan dianalisa satu sama lain untuk memperoleh tempratur tuang yang terbaik.
4.1 Analisa Simulasi Hasil Distribusi Kecepatan
Telah dilakukan simulasi numerik untuk melihat kontur kecepatan aliran aluminium yang diperlihatkan dalam bentuk kontur 3 dimensi terhadap bidang x-y-z.
Analisa hasil simulasi dilakukan saat cairan logam mengisi cetakan pada saat 1 detik hasilnya adalah sebagai berikut:
- Kecepatan aliran aluminium pada saat 1 detik
gambar 4.1 kecepatan aliran pada saat 1 detik dengan tempratur penuangan (a) 785oC, (b)760 oC, (c) 735 oC, (d) 710 oC dan (e) 685 oC.
Hasil yang diperoleh adalah berupa kontur fluida yang ditunjukkan oleh warna-warna yang menunjukkan besarnya kecepatan yang dihasilkan pada saat pengecoran.
warna merah menunjukkan bahwa daerah kecepatan maksimum terjadi di daerah ini.
Sedangkan kontur berwarna biru menunjukkan kecepatan terkecil. kecepatan maksimum pada masing-masing tebal coran pada saluran masuk diperlihatkan dalam tabel 4.1 berikut ini:
(a) (b)
(c) (d)
(e)
Tabel 4.1 Distribusi kecepatan aliran aluminium pada tebal coran.
Tebal Coran Kecepatan Pada Tempratur Tuang (m/s)
(mm) 685 710 735 760 785
Tabel 4.1 memperlihatkan hasil simulasi berupa distribusi kecepatan masing masing tebal coran. Grafik kecepatan aliran ditunjukkan oleh Gambar 4.2.
Gambar 4.2 grafik kecepatan aliran vs tebal coran
Dari grafik diatas dapat kita lihat bahwa kecepatan aliran tertinggi terdapat pada tempratur tuang 7850C pada rongga 12mm yaitu sebesar ± 0,303 m/s seperti yang ditunjukkan oleh kontur berwarna biru muda pada gambar 4.1 (a) Hal ini dikarenakan aliran terfokus pada rongga 12mm. Sedangkan kecepatan fluida terendah ditunjukkan oleh tempratur tuang 685oC dengan kecepatan maksimum pada rongga 7 hanya
- Kecepatan aliran aluminium pada saat 2 detik
(a) (b)
(c) (d)
(e)
gambar 4.3 kecepatan aliran pada saat 2detik dengan tempratur penuangan (a) 785oC, (b)760 oC, (c) 735 oC, (d) 710 oC dan (e) 685 oC.
Hasil yang diperoleh adalah berupa kontur fluida yang ditunjukkan oleh warna-warna yang menunjukkan besarnya kecepatan yang dihasilkan pada saat pengecoran.
Warna merah menunjukkan bahwa daerah kecepatan maksimum terjadi di daerah ini.
Sedangkan kontur berwarna biru menunjukkan kecepatan terkecil. kecepatan
maksimum pada masing-masing tebal coran pada saluran masuk diperlihatkan dalam tabel 4.2 berikut ini:
Tabel 4.2 Distribusi Kecepatan aliran aluminium pada tebal coran.
Tebal Rongga Kecepatan Pada Tempratur Tuang (m/s)
(mm) 685 710 735 760 785
Tabel 4.2 memperlihatkan hasil simulasi berupa distribusi kecepatan masing masing tebal coran. Grafik kecepatan aliran ditunjukkan oleh Gambar 4.4.
Gambar 4.4 grafik kecepatan aliran vs tebal coran
Dari grafik diatas dapat kita lihat bahwa kecepatan aliran tertinggi terdapat pada tempratur tuang 7850C pada rongga 12mm yaitu sebesar ± 0,373 m/s seperti yang ditunjukkan oleh kontur berwarna biru muda pada gambar 4.1 (a) Hal ini dikarenakan tingginya tempratur penuangan yang mengakibatkan rendahnya viskositas aliran.
Sedangkan kecepatan fluida terendah ditunjukkan oleh tempratur tuang 735oC dengan kecepatan maksimum pada rongga 5mm dan 7mm hanya mencapai ± 0.174 m/s. Hal
0.1
ini dikarenakan rendahnya tempratur penuangan yang menakibatkan viskositas aliran tinggi.
- Kecepatan aliran aluminium pada saat 3 detik
(a) (b)
(c) (d)
(e)
gambar 4.5 kecepatan aliran pada saat 3detik dengan tempratur penuangan (a) 785oC, (b)760 oC, (c) 735 oC, (d) 710 oC dan (e) 685 oC.
Hasil yang diperoleh adalah berupa kontur fluida yang ditunjukkan oleh warna-warna yang menunjukkan besarnya kecepatan yang dihasilkan pada saat pengecoran.
Warna merah menunjukkan bahwa daerah kecepatan maksimum terjadi di daerah ini.
Sedangkan kontur berwarna biru menunjukkan kecepatan terkecil. kecepatan maksimum pada masing-masing tebal coran pada saluran masuk diperlihatkan dalam tabel 4.3 berikut ini:
Tabel 4.3 Distribusi Kecepatan aliran aluminium pada tebal coran.
Tebal Rongga Kecepatan Pada Tempratur Tuang (m/s)
(mm) 685 710 735 760 785
Tabel 4.3 memperlihatkan hasil simulasi berupa distribusi kecepatan masing masing tebal coran. Grafik kecepatan aliran ditunjukkan oleh Gambar 4.6.
Gambar 4.6 grafik kecepatan aliran vs tebal coran
Dari grafik diatas dapat kita lihat bahwa kecepatan aliran tertinggi terdapat pada tempratur tuang 7850C pada rongga 12mm yaitu sebesar ± 0,381 m/s seperti yang ditunjukkan oleh kontur berwarna biru muda pada gambar 4.1 (a) Hal ini dikarenakan tingginya tempratur penuangan yang mengakibatkan rendahnya viskositas aliran.
Sedangkan kecepatan fluida terendah ditunjukkan oleh tempratur tuang 685 oC, 710
0
oC, 735oC, 760oC pada rongga 1mm yaitu sebesar 0 m/s. Hal ini dikarenakan aluminium pada rongga 1mm sudah membeku sehingga tidak ada aliran yang terjadi.
- Kecepatan aliran aluminium pada saat 4 detik
gambar 4.7 kecepatan aliran pada saat 4 detik dengan tempratur penuangan (a) 785oC, (b)760 oC, (c) 735 oC, (d) 710 oC dan (e) 685 oC.
Hasil yang diperoleh adalah berupa kontur fluida yang ditunjukkan oleh warna-warna yang menunjukkan besarnya kecepatan yang dihasilkan pada saat pengecoran.
Warna merah menunjukkan bahwa daerah kecepatan maksimum terjadi di daerah ini.
Sedangkan kontur berwarna biru menunjukkan kecepatan terkecil. kecepatan (a) (b)
(c) (d)
(e)
maksimum pada masing-masing tebal coran pada saluran masuk diperlihatkan dalam tabel 4.4 berikut ini:
Tabel 4.4 Distribusi Kecepatan aliran aluminium pada tebal coran.
Tebal Rongga Kecepatan Pada Tempratur Tuang (m/s)
(mm) 685 710 735 760 785
Tabel 4. memperlihatkan hasil simulasi berupa distribusi kecepatan masing masing tebal coran. Grafik kecepatan aliran ditunjukkan oleh Gambar 4.8.
Gambar 4.8 grafik kecepatan aliran vs tebal coran.
Grafik diatas memperlihatkan kontur kecepatan dan pola aliran pada setiap tempratur penuangan. Kecepatan aliran tertinggi terdapat pada tempratur tuang 7850C pada rongga 12mm yaitu sebesar ± 0,347 m/s seperti yang ditunjukkan oleh kontur berwarna biru muda pada gambar 4.7 (a) Hal ini dikarenakan tingginya tempratur penuangan yang mengakibatkan rendahnya viskositas aliran. Sedangkan kecepatan fluida terendah ditunjukkan oleh tempratur tuang 685 oC, 710 oC, 735oC, 760oC pada
0
rongga 1mm yaitu sebesar 0 m/s. Hal ini dikarenakan aluminium pada rongga 1mm sudah membeku sehingga tidak ada aliran yang terjadi.
- Kecepatan aliran aluminium pada saat 5 detik
(a) (b)
(c) (d)
(e)
gambar 4.9 aliran pada saat 5detik dengan tempratur penuangan (a) 785oC, (b)760 oC, (c) 735 oC, (d) 710 oC dan (e) 685 oC.
Hasil yang diperoleh adalah berupa kontur fluida yang ditunjukkan oleh warna-warna yang menunjukkan besarnya kecepatan yang dihasilkan pada saat pengecoran.
Warna merah menunjukkan bahwa daerah kecepatan maksimum terjadi di daerah ini.
Sedangkan kontur berwarna biru menunjukkan kecepatan terkecil. kecepatan
maksimum pada masing-masing tebal coran pada saluran masuk diperlihatkan dalam tabel 4.5 berikut ini:
Tabel 4.5 Distribusi Kecepatan aliran aluminium pada tebal coran.
Tebal Rongga Kecepatan Pada Tempratur Tuang (m/s)
(mm) 685 710 735 760 785
Tabel 4.5 memperlihatkan hasil simulasi berupa distribusi kecepatan masing masing tebal coran. Grafik kecepatan aliran ditunjukkan oleh Gambar 4.10.
Gambar 4.10 grafik kecepatan aliran vs tebal coran
Grafik diatas memperlihatkan kontur kecepatan dan pola aliran pada setiap tempratur penuangan. Kecepatan aliran tertinggi terdapat pada tempratur tuang 6850C pada rongga 12mm yaitu sebesar ± 0,547 m/s seperti yang ditunjukkan oleh kontur berwarna biru muda pada gambar 4.7 (e) Hal ini dikarenakan kecepatan aliran hanya terfokus ke rongga 12mm. Sedangkan kecepatan fluida terendah terjadi pada tempratur tuang 6850C rongga 1mm, 3mm, 5mm dan 7mm yaitu sebesar 0 m/s. Hal
-0.2
ini dikarenakan aluminium pada rongga 1mm sudah membeku sehingga tidak ada aliran yang terjadi.
- Kecepatan aliran aluminium pada saat 6 detik
gambar 4.11 kecepatan aliran pada saat 6 detik dengan tempratur penuangan (a) 785oC, (b)760 oC, (c) 735 oC, (d) 710 oC dan (e) 685 oC.
Hasil yang diperoleh adalah berupa kontur fluida yang ditunjukkan oleh warna-warna yang menunjukkan besarnya kecepatan yang dihasilkan pada saat pengecoran.
Warna merah menunjukkan bahwa daerah kecepatan maksimum terjadi di daerah ini.
Sedangkan kontur berwarna biru menunjukkan kecepatan terkecil. kecepatan maksimum pada masing-masing tebal coran pada saluran masuk diperlihatkan dalam tabel 4.6 berikut ini:
(a) (b)
` (c) (d)
(e)
Tabel 4.6 Distribusi Kecepatan aliran aluminium pada tebal coran.
Tebal Rongga Kecepatan Pada Tempratur Tuang (m/s)
(mm) 685 710 735 760 785
Tabel 4.6 memperlihatkan hasil simulasi berupa distribusi kecepatan masing masing tebal coran. Grafik kecepatan aliran ditunjukkan oleh Gambar 4.12.
Gambar 4.12 grafik kecepatan aliran vs tebal coran
Grafik diatas memperlihatkan kontur kecepatan dan pola aliran pada setiap tempratur penuangan. Kecepatan aliran tertinggi terdapat pada tempratur tuang 7850C pada rongga 12mm yaitu sebesar ± 0,145 m/s seperti yang ditunjukkan oleh kontur berwarna biru muda pada gambar 4.7 (a) Hal ini dikarenakan kecepatan aliran hanya terfokus ke rongga 12mm. Sedangkan kecepatan fluida terendah terjadi pada tempratur tuang 6850C rongga 1mm, 3mm, 5mm d an 7mm yaitu sebesar 0 m/s. Hal
-0.02
ini dikarenakan aluminium pada rongga 1mm sudah membeku sehingga tidak ada aliran yang terjadi.
Fluiditas viskositas dan tegangan permukaan logam cair akan berkurang dengan bertambahnya temperatur tuang yang menyebabkan bertambahnya kecepatan pengisian. Hal inilah yang menyebabkan panjang fluiditas meningkat seiring meningkatnya temperature penuangan. Tren peningkatan seperti ini juga dinyatakan Sabatino dkk., [28]
Kecepatan aliran yang tinggi cendrung memicu terjadinya turbulensi Semakin besar turbulensi yang terjadi maka akan semakin besar pula kemungkinan cacat yang ada pada produk hasil coran. Hal ini terjadi karena akan mempermudah terjebaknya gas-gas yang ada pada saat proses penuangan logam cair [29]. Hal ini dapat dicegah dengan mensimulasikan berbagai variasi tempratur tuang hingga tercapai kecepatan rata-rata yang paling minimum.
Kecepatan aliran yang tinggi juga dapat menurunkan tekanan aliran hal ini di tunjukan pada hukum bernouli dimanana jika P2>P1 maka V1>V2 sehingga semangkin besar tekanan pada p2 maka tekanan kecepatan pada v2 akan semangkin kecil.
4.2 Simulasi Hasil Distribusi Temperatur
Telah dilakukan simulasi numerik untuk melihat distribusi tempratur cairan logam. Hasil diperlihatkan dalam bentuk kontur 3 dimensi yang dipotong terhadap bidang x-y-z. Waktu simulasi yaitu pada 1 detik dengan temperatur penuangan sebesar 685oC, 710oC, 735oC, 760oC, dan 785oC. Hasilnya adalah sebagai berikut:
- Distribusi tempratur pada saat 1 detik
- Distribusi tempratur pada saat 1 detik