Simulasi Hasil Distribusi Temperatur saat

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.5. Simulasi Hasil Distribusi Temperatur saat

Telah dilakukan simulasi numerik untuk melihat kontur distribusi temperatur cairan logam saat proses penekanan (squeeze) yang diperlihatkan dalam bentuk kontur 2 dimensi terhadap bidang x-z. Analisa hasil simulasi dilakukan saat cairan logam telah menerima beban hingga mencapai tekanan yang diinginkan dan penekanan dilakukan saat cairan logam berada pada suhu 660^oC.

Dalam hal ini tekanan yang dicapai yaitu 25MPa, 30MPa, 35MPa, 40MPa, dan 45MPa dan ditahan selama 30 detik. Simulasi dilakukan dalam interval waktu 5 detik, 10 detik, 15 detik, 20 detik, 25 detik, dan 30 detik. Hasilnya adalah sebagai berikut:

a. Distribusi temperatur pada tekanan 25MPa.

Gambar 4.9 Distribusi temperatur pada saat penekanan 25MPa (a)5 detik, (b)10 detik, (c)15 detik, (d)20 detik, (e)25 detik, dan (f)30 detik.

Hasil yang diperoleh adalah berupa kontur distribusi temperatur yang ditunjukkan oleh warna-warna yang menunjukkan besarnya temperatur yang dihasilkan simulasi.Warna merah menunjukkan daerah bertemperatur maksimum dan warna biru menunjukkan daerah bertemperatur minimum.

Temperatur maksimum terjadi pada waktu 5 detik dimana pada coran bagian bawah memiliki distribusi temperatur tertinggi yang berkisar 628^oC hingga

(a) (b)

(e) (f)

647^oC seperti ditunjukkan pada Gambar 4.9(a). Temperatur pada masing-masing titik pengukuran ditunjukkan oleh tabel 4.5.

Tabel 4.5 Distribusi temperatur pada saat penekanan 25MPa berdasarkan titik pengukuran.

Waktu

(detik) Bagian Distribusi Temperatur (^oC) Rata-rata (^oC)

Berdasarkan tabel 4.5 distribusi temperatur pada bagian atas waktu penekanan 30 detik memiliki kecenderungan suhu yang lebih tinggi, hal ini disebabkan karena koefisien perpindahan panas mencapai nilai maksimum pada waktu 30 detik akibat cairan logam bersentuhan dengan die punch dan distribusi penekanan lebih terkonsentrasi pada bagian atas. Grafik distribusi temperatur ditunjukkan oleh gambar 4.10.

Gambar 4.10 Grafik distribusi temperatur v.s bagian coran tekanan 25MPa.

Gambar 4.10 memperlihatkan distribusi temperatur coran aluminium A356 pada tiap bagian. Terlihat bahwa temperatur tertinggi didapat pada waktu 20 detik yaitu 642^oC pada bagian atas yang disebabkan karena partikel yang ada dalam energi kalor megalami kecenderungan untuk bergerak (vibrasi) akibat penekanan sehingga menimbulkan penambahan energi dalam dan menyebabkan peningkatan temperatur, sedangkan yang mempunyai temperatur rendah pada waktu 30 detik sebesar 606^oC pada bagian bawah. Hal ini disebabkan karena cairan logam mengalami kehilangan panas akibat bersentuhan dengan dinding cetakan dan mengalami perpindahan panas. Semakin lama logam dalam keadaan cair akan meningkatkan waktu pembekuan. Semakin cepat cairan logam mengeras akan menurunkan waktu pembekuan [16].

b. Distribusi temperatur pada tekanan 30MPa.

Gambar 4.11 Distribusi temperatur pada saat penekanan 30MPa (a)5 detik, (b)10 detik, (c)15 detik, (d)20 detik, (e)25 detik, dan (f)30 detik.

Temperatur maksimum terjadi pada waktu 5 detik dimana pada coran bagian tengah dan bawah memiliki distribusi temperatur tertinggi yang berkisar

(a) (b)

(e) (f)

627^oC hingga 648^oC seperti ditunjukkan pada Gambar 4.11(a). Temperatur pada masing-masing titik pengukuran ditunjukkan oleh tabel 4.6.

Tabel 4.6 Distribusi temperatur pada saat penekanan 30MPa berdasarkan titik pengukuran.

Waktu

(detik) Bagian Distribusi Temperatur (^oC) Rata-rata (^oC)

Tabel 4.6 memperlihatkan hasil simulasi berupa distribusi temperatur pada 9 titik pengukuran. Grafik distribusi temperatur ditunjukkan oleh gambar 4.12.

Gambar 4.12 Grafik distribusi temperatur v.s bagian coran tekanan 30MPa.

Gambar 4.12 memperlihatkan distribusi temperatur coran aluminium A356 pada tiap bagian. Terlihat bahwa temperatur tertinggi didapat pada waktu 5 detik yaitu 641ôC pada bagian atas dan bawah. Pada nilai temperatur yang tinggi, molekul dalam cairan logam mengandung gas yang bergerak memutar dengan lebih cepat, lebih sering berbenturan, dan lebih tinggi kecepatannya. Dalam kasus ini volume molekul atau struktur partikel menjadi kecil dan halus, maka temperatur akan mengalami penurunan suhu ynag lama. Sedangkan yang mempunyai temperatur rendah pada waktu 30 detik sebesar 606ôC pada bagian bawah. Pada saat pengukuran waktu 15 detik mengalami penurunan temperatur yang drastis pada bagian tengah coran, hal ini disebabkan karena terjadinya peningkatan laju pendinginan material coran pada suhu 601ôC, yang disebabkan volume pada partikel membesar sehingga terjadi penurunan suhu [10].

580

c. Distribusi temperatur pada tekanan 35MPa.

Gambar 4.13 Distribusi temperatur pada saat penekanan 35MPa (a)5 detik, (b)10 detik, (c)15 detik, (d)20 detik, (e)25 detik, dan (f)30 detik.

Temperatur maksimum terjadi pada waktu 5 detik dimana pada coran bagian atas memiliki distribusi temperatur tertinggi yang berkisar 642^oC seperti

(a) (b)

(e) (f)

ditunjukkan pada Gambar 4.13(a). Temperatur pada masing-masing titik pengukuran ditunjukkan oleh tabel 4.7.

Tabel 4.7 Distribusi temperatur pada saat penekanan 35MPa berdasarkan titik pengukuran.

Waktu

(detik) Bagian Distribusi Temperatur (^oC) Rata-rata (^oC)

Tabel 4.7 memperlihatkan hasil simulasi berupa distribusi temperatur pada 9 titik pengukuran. Grafik distribusi temperatur ditunjukkan oleh gambar 4.14.

Gambar 4.14 Grafik distribusi temperatur v.s bagian coran tekanan 35MPa.

Gambar 4.14 memperlihatkan distribusi temperatur coran aluminium A356 pada tiap bagian. Terlihat bahwa temperatur tertinggi didapat pada waktu 5 detik yaitu 636^oC pada bagian bawah. Pada nilai temperatur yang tinggi, molekul dalam cairan logam mengandung gas yang bergerak memutar dengan lebih cepat, lebih sering berbenturan, dan lebih tinggi kecepatannya. Dalam kasus ini volume molekul atau struktur partikel menjadi kecil dan halus, maka temperatur akan mengalami penurunan suhu yang lambat. Sedangkan yang mempunyai temperatur rendah pada waktu 30 detik sebesar 606^oC pada bagian bawah. Perubahan temperatur sangat signifikan pengaruhnya terhadap kekerasan produk hasil direct squeeze casting. Hal ini menyebabkan pembekuan terjadi dengan laju pendinginan yang lebih besar [10].

580 590 600 610 620 630 640

5 10 15 20 25 30

Temperatur (oC)

Waktu (detik)

Tekanan 35MPa

Atas Tengah Bawah

d. Distribusi temperatur pada tekanan 40MPa.

Gambar 4.15 Distribusi temperatur pada saat penekanan 40MPa (a)5 detik, (b)10 detik, (c)15 detik, (d)20 detik, (e)25 detik, dan (f)30 detik.

Temperatur maksimum terjadi pada waktu 5 detik dimana pada coran bagian atas dan tengah memiliki distribusi temperatur tertinggi yang berkisar

(a) (b)

(e) (f)

647^oC seperti ditunjukkan pada Gambar 4.15(a). Temperatur pada masing-masing titik pengukuran ditunjukkan oleh tabel 4.8.

Tabel 4.8 Distribusi temperatur pada saat penekanan 40MPa berdasarkan titik pengukuran.

Waktu

(detik) Bagian Distribusi Temperatur (^oC) Rata-rata (^oC)

Tabel 4.8 memperlihatkan hasil simulasi berupa distribusi temperatur pada 9 titik pengukuran. Grafik distribusi temperatur ditunjukkan oleh gambar 4.16.

Gambar 4.16 Grafik distribusi temperatur v.s bagian coran tekanan 40MPa.

Gambar 4.16 memperlihatkan distribusi temperatur coran aluminium A356 pada tiap bagian. Terlihat bahwa temperatur tertinggi didapat pada waktu 5 detik yaitu 640,67^oC pada bagian bawah, sedangkan yang mempunyai temperatur rendah pada waktu 30 detik sebesar 606^oC pada bagian atas. Volume, temperatur, dan tekanan memiliki hubungan yang sangat dekat. perubahan pada salah satunya akan mengakibatkan perubahan pada yang lain. Temperatur adalah ukuran panas dingin suatu zat. Saat zat cair dipanaskan dengan volume tetap, tekanannya meningkat. Hal ini dikarenakan molekul dalam gas bergerak memutar dengan lebih cepat, lebih sering berbenturan, dan lebih tinggi kecepatannya. Jika volume gas dikurangi atau partikel mengecil, temperatur dan tekanan gas akan meningkat.

Hal ini yang menyebabkan tekanan menjadi naik karena molekul bertabrakan lebih sering. Pembebanan pada punch mesin squeeze menyebabkan temperatur meningkat karena molekul gas bergerak dengan lebih cepat. Begitu juga sebaliknya, temperatur menurun karena molekul gas tidak mengalami pergerakan dan mengalami pembesaran volume [19].

e. Distribusi temperatur pada tekanan 45MPa.

Gambar 4.17 Distribusi temperatur pada saat penekanan 45MPa (a)5 detik, (b)10 detik, (c)15 detik, (d)20 detik, (e)25 detik, dan (f)30 detik.

Temperatur maksimum terjadi pada waktu 5 detik dimana pada coran bagian tengah dan bawah memiliki distribusi temperatur tertinggi yang berkisar

(a) (b)

(e) (f)

642^oC seperti ditunjukkan pada Gambar 4.17(a). Temperatur pada masing-masing titik pengukuran ditunjukkan oleh tabel 4.9.

Tabel 4.9 Distribusi temperatur pada saat penekanan 45MPa berdasarkan titik pengukuran.

Waktu

(detik) Bagian Distribusi Temperatur (^oC) Rata-rata (^oC)

Tabel 4.9 memperlihatkan hasil simulasi berupa distribusi temperatur pada 9 titik pengukuran. Grafik distribusi temperatur ditunjukkan oleh gambar 4.18.

Gambar 4.18 Grafik distribusi temperatur v.s bagian coran tekanan 45MPa.

Gambar 4.18 memperlihatkan distribusi temperatur coran aluminium A356 pada tiap bagian. Terlihat bahwa temperatur tertinggi didapat pada waktu 10 detik yaitu 636^oC pada bagian tengah dan bawah, sedangkan yang mempunyai temperatur rendah pada waktu 30 detik sebesar 606^oC pada bagian bawah.

Struktur silikon yang berbentuk serpih terlihat semakin kasar secara signifikan seiring dengan peningkatan temperatur cetakan. Pengkasaran struktur silikon ini disebabkan semakin tinggi temperatur cetakan maka perbedaan atau gradien dengan temperatur logam cair semakin rendah yang mengakibatkan laju pembekuan yang semakin lambat [15].

Dalam dokumen ANALISA DISTRIBUSI TEMPERATUR DAN TEKANAN PADA METODE PENGECORAN SQUEEZE CASTING MENGGUNAKAN METODE COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC (CFD) SKRIPSI (Halaman 88-103)