J T M
JURNAL TEKNIK MESIN
ISSN 2089 - 7235
J T M
JURNAL TEKNIK MESIN
Jurnal Penelitian, Karsa Cipta, Penerapan dan Kebijakan Teknologi
Volume 05, Nomor 2, Juni 2016
1 PENGARUH TEMPERATUR DAN LINE SPEED PADA PROSES PEMBUATAN KABEL OPTIK YANG MENGALAMI KECACATAN DISELUBUNG KABEL PADA MESIN EXTRUDER
Bahrul Ikam
2 PERHITUNGAN TEGANGAN PIPA DARI DISCHARGE KOMPRESOR MENUJU AIR COOLER MENGGUNAKAN SOFTWARE CAESAR II 5.10 PADA PROYEK GAS LIFT COMPRESSOR STATION
Arief Maulana
3 PERANCANGAN MESIN PENGUPAS DAN PEMISAH KULIT BUAH KOPI KERING Vinantius Kelik, Hengky
4 ANALISA PENGARUH TEMPERATUR UDARA MASUK TERHADAP TEKANAN DAN TEMPERATUR GAS BUANG PADA PLTD PULO PANJANG BANTEN
Sandi Setiawan
5 REKAYASA BAHAN CAMPURAN BETON DAN INSTALASI PENGOLAHAN AIR UNTUK PENUNJANG PRODUKSI DENGAN MEMANFAATKAN LIMBAH IPAL DI PT X
Zaenal
6 PENGARUH TEKNIK PENYAYATAN PAHAT MILLING PADA CNC MILLING 3 AXIS TERHADAP TINGKAT KEKASARAN PERMUKAAN BENDA BERKONTUR
KATA PENGANTAR
Kami mengucapkan syukur kepada Allah SWT karena dengan karunia dan hidayah-Nya, maka Jurnal JTM, Volume 05, Nomor 2 Tahun 2016 kembali dapat diterbitkan.
Edisi jurnal kali ini menyajikan enam makalah hasil kerja Tugas Akhir mahasiswa Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana. Dalam makalahnya, beberapa mahasiwa mempresentasikan judul yang erat kaitannya dengan analisa proses, desain dan perancangan. Beberapa judul yang disajikan antara lain: Pengaruh Temperatur dan Line speed pada proses pembuatan kabel optic, Perhitungan tegangan pipa dari discharge kompresor menuju air cooler menggunakan software CAESAE II, Analisa pengaruh temperatur udara masuk terhadap tekanan dan temperature gas buang.
Kami mengucapkan penghargaan dan ucapan terima kasih kepada seluruh anggota Dewan Redaksi, Redaktur Pelaksana serta semua pihak yang telah memberikan kontribusinya selama proses penyiapan, penyusunan sampai penerbitan. Semoga keberadaan Jurnal Teknik Mesin ini dapat dimanfaatkan sebaik-baiknya oleh civitas akademika secara umum dan semua kolega di Universitas Mercu Buana secara khususnya.
Jakarta, Juni 2016
Prof. (Em.) Dr.-Ing. Ir. Darwin Sebayang Pemimpin Redaksi
ISSN 2089 - 7235
J T M
JURNAL TEKNIK MESIN
Jurnal Penelitian, Karsa Cipta, Penerapan dan Kebijakan Teknologi
Pemimpin Redaksi : Prof. (Em.) Dr.-Ing. Ir. Darwin Sebayang (UMB) Dewan Redaksi : Prof. Dr. Ir. Chandrasa Soekardi (UMB)
: Dr. Kontan Tarigan (UMB) : Dr. Nurdin Ali (UMB)
: Dr. Poempida Hidayatullah (UMB)
: Prof. Dr. Bambang Suharno (Universitas Indonesia) : Dr. Nasrudin (Universitas Indonesia)
: Dr. Ing.Puji Untoro (Universitas Surya) : Dr. Ing Kusnanto (Universitas Gajah Mada) : Dr. Sagir Alva (UMB)
: Ir. Yuriadi Kusuma (UMB)
: Dr. Sulistyo (Universitas Diponegoro) : Dr. Abdul Hamid (UMB)
Redaktur Pelaksana : Ir. Haris Wahyudi, M.Sc (UMB) : Nur Indah, S. ST. MT (UMB) : Ir. Nurato, MT (UMB)
: Edijon Nopian (UMB)
Alamat Redaksi : Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Kampus Menara Bhakti, Universitas Mercu Buana
Jl. Meruya Selatan No. 01, Kembangan, Jakarta Barat 11650, Indonesia
Email: [email protected] Telp/Fax: +62 21 5871335
Jurnal ilmiah JTM diterbitkan 3 (tiga) kali dalam setahun pada bulan Februari, Juni dan Oktober. Redaksi menerima tulisan ilmiah tentang hasil penelitian, karsa cipta, penerapan dan kebijakan teknologi yang berkaitan dengan Teknik Mesin.
ISSN 2089 - 7235
J T M
JURNAL TEKNIK MESIN
Jurnal Penelitian, Karsa Cipta, Penerapan dan Kebijakan Teknologi
Volume 05, Nomor 2, Juni 2016
DAFTAR ISI
1 PENGARUH TEMPERATUR DAN LINE SPEED PADA PROSES PEMBUATAN KABEL OPTIK YANG MENGALAMI KECACATAN DISELUBUNG KABEL PADA MESIN EXTRUDER
37-49
Bahrul Ikam
2 PERHITUNGAN TEGANGAN PIPA DARI DISCHARGE KOMPRESOR MENUJU AIR COOLER MENGGUNAKAN SOFTWARE CAESAR II 5.10 PADA PROYEK GAS LIFT COMPRESSOR STATION
50-63
Arief Maulana 3
PERANCANGAN MESIN PENGUPAS DAN PEMISAH KULIT BUAH KOPI KERING 64-70
Vinantius Kelik, Hengky
4 ANALISA PENGARUH TEMPERATUR UDARA MASUK TERHADAP TEKANAN DAN TEMPERATUR GAS BUANG PADA PLTD PULO PANJANG BANTEN
71-76
Sandi Setiawan
5 REKAYASA BAHAN CAMPURAN BETON DAN INSTALASI PENGOLAHAN AIR UNTUK PENUNJANG PRODUKSI DENGAN MEMANFAATKAN LIMBAH IPAL DI PT X
77-80
Zaenal
6 PENGARUH TEKNIK PENYAYATAN PAHAT MILLING PADA CNC MILLING 3 AXIS TERHADAP TINGKAT KEKASARAN PERMUKAAN BENDA BERKONTUR
81-89
PENGARUH TEMPERATUR DAN LINE SPEED PADA PROSES PEMBUATAN
KABEL OPTIK YANG MENGALAMI KECACATAN DISELUBUNG KABEL
PADA MESIN EXTRUDER
Bahrul Ikam
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana, Jakarta E-mail: [email protected]
ABSTRAK -- Dari serangkaian ujicoba mulai dari menentukan tooling (tip &die) dengan cara melakukan perhitungan Draw Down Rasio (DDR)& Draw Ratio Balance (DRB), mencoba Line speed extruder sampai ujicoba temperatur Extruder pada projek Telkom ADSS untuk menentukan hasil kualitas hasil pengujian yang terbaik sudah dilakukan, tiga buah variable yang berpengaruh terhadap kualitas hasil tes plastik telah di pilih yaitu: perhitungan DDR & DRB untuk menentukan tooling yang gunakan dan temperatur extruder. Rangkaian pengujian dilakukan dengan tujuan mempelajari seberapa besar pengaruh tooling (tip & die) dan juga temperatur extruder. Hasil pengujian terbaik yang tidak menyebabkan cacat pada permukaan kabel yaitu dengan menggunakan tooling tip berdiameter 8.2 mm dan die berdiameter 13.5 dan temperatur screwextruder Z1=130°C, Z2=160°C, Z3=165°C, Z4=170°C, Z5=175°C, dan pada zona crosshead H1=180°C, H2=180°C, H3=185°C, H4=185°C. Dari ketiga variabel tersebut tololing (tip & die), line speed dan temperature extruder adalah sangat signifikan.Karena keduanya sangat bersinggungan.
Kata kunci : Extruder,temperatur, tooling (tip & die)
1. PENDAHULUAN
Pada industri yang bergerak dibidang telekomunikasi khususnya pembuatan kabel optik, kualitas dan kuantitas hasil produksi sangatlah diperhatikan, dalam prosesnya mesin extruder jacketinglah yang sangat berperan dalam proses akhir pembuatan kabel, mesin extruder jacketing adalah mesin pembuat selubung kabel pelindung inti kabel dan di proses penyelubungan inilah masalah kuantitas dan kualitas hasil produksi ini banyak terjadi seperti cacat pada permukaan luar kabel, tebal (thickness) dan diameter selubung kabel tidak stabil.
Gambar 1.1 permukaan luar kabel (outer sheath) good produk
Gambar 1.2 permukaan luar kabel (outer sheath) cacat
Dalam proses penyelubungan penggunaan mesin extruder untuk biji plastik tidak dapat dihindari lagi dan merupakan salah satu mesin paling vital pada proses pembuatan kabel optik. Dalam proses pembuatan kabel optik sendiri mesin extruder pada proses jacketing sangatlah dibutuhkan, dalam proses mesin ekstruksi sendiri, tooling extruder seperti tip dan die sangatlah dibutuhkan karena sebagai pembentuk ukuran diameter kabel, tidak hanya toolingtip dan dienya saja yang berpengaruh dalam terbentuknya diameter kabel, suhu temperatur material pun dibutuhkan karena pada prinsip kerja extruder temperatur suhu material sangat berpengaruh dalam menentukan sejauh mana material mencair yang akan diekstrusi.
Diameter kabel yang sudah dibentuk oleh tip dan die tersebut didinginkan dengan bertahap agar terjadi pengerutan yang baik dan terhindar dari cacat pada visual permukaan luar (outer sheath) yang disebabkan panas berlebih, serta mendinginkan mesin ekstrusi itu sendiri. Dan material yang digunakan untuk membuat selubung kabel tersebut menggunakan material PE (polyethylene).
1.1 Pengertian Umum
Extruder merupakan suatu proses perubahan material dari bentuk pelet (PE) diextrusi (perubahan dari bentuk padat menjadi cair) proses perubahan ini melalui berbagai tahapan tahapan panas, tahapan tahapan panas tersebut antara lain sebagai berikut:
Material tersebut setelah berada di hopper material tersebut jatuh menuju kedalam
screw, tepatnya jatuh kedalam feeding zone. Daerah feeding zone ini mempunyai daerah yang terdalam. Didalam daerah ini material tersebut mengalami pemanasan.
Setelah mengalami pemananasan di daerah feeding zone lalu material tersebut masuk kedalam compresion zone, didalam daerah ini selain material mengalami proses pemanasan juga material tersebut mengalami compresi sampai material itu meleleh, dan pada daerah ini juga berfungsi untuk mendorong balik udara yang ikut kembali kebagian umpan (feeding zone). Setelah mengalami proses compresi pada
daerah compresion zone kemudian material itu bergerak menuju matering zone. Pada proses ini untuk material sendiri.
mempunyai daerah yang berlekuk saluran dangkal, fungsi dari saluran ini adalah memberikan tekanan balik sehingga lelehan menjadi seragam, suhu seragam, selain itu pengukuranpenyalurannya tepat melewati die dengan laju alir tetap sehingga keluaran sangat seragam dan terkontrol.
Proses pemanasan yang terakhir yang dialami oleh material ini adalah pada daerah sekitar neck dan die biasanya pada daerah ini pemanasan yang digunakan lebih besar dari pemanasan yang sebelumnya.
Proses yang digunakan pada mesin extruder ini sesuai dengan material yang dipakai adalah sebagai berikut:
Tabel 1.1 Temperatur material
Untuk mesin extruder ini proses yang sering digunakan pada mesin ini adalah proses outersheath, dan material yang digunakan untuk proses ini adalah PE (polyethylene). Proses penyelubungan (outhersheating)itu sendiri adalah suatu proses pemberian lapisan pelindung dari gangguan elektrik atau mekanik yang dilakukan secara ekstrusi sedemikian rupa, dan bahan atau mekanik yang dilakukan secara ekstrusi sedemikian rupa, dan bahan atau material yang berfungsi untuk menutupi kabel yakni PE (polyethylene).Pada dasarnya proses ekstrusi dapat dibedakan pada cara penekanan terhadap material kerja.
1.2 Direct Extrusion
Pada dasarnya proses eksterusi ini menekan material yang akan dibentuk sampai keluar melalui die. Arah tumbukan searah dengan kedudukan die, jadi arah keluar material yang diekstrusi dari penampang seperti garis lurus.
Gambar 1.3 Proses Direct Extrusion
Disini proses penekanan material dilakukan dengan perantara fluida cair. Disamping itu juga ekstrusi ini dapat mengurangi gesekan antara penumbuk dengan dinding penumbuk.
1.3 Laterial Extrusion
Ekstrusi dilakukan penumbuk terhadap material secara langsung, sehingga material yang akan dibentuk keluar melalui die. Arah ekstrusi yang dilakukan adalah tegak lurus dalam arti posisi penumbuk dengan die adalah tegak lurus.
Pada mesin extruder proses ekstrusi dilakukan oleh screw double flight, dengan menggunakan temperatur tertentu dan kecepatan putar tertentu pula maka dapat dibuat material pelapis yang siap digunakan untuk melapisi kabel.
1.4 Jenis Jenis Ekstrusi
Jenis ekstrusi dapat dibedakan dari cara perlakuan terhadap material yang akan dibentuk. Die yang digunakan untuk proses eksrusi pada setiap jenis ekstrusi juga berbeda.Cara penekanan yang terdapat pada setiap jenis ekstrusi tergantung dari perlakuan awal yang dilakukan terhadap material yang akan dibentuk.Ekstrusi yang dilakukan dengan cara memberikan termperatur tertentu terhadap material yang akan diekstrusi. seperti untuk pengerjaaan panas yang lainnya, ekstrusi dengan pemanasan saat dibutuhkan panas yang tinggi. Pada ekstrusi ini resiko terjadinya deformasi sangat besar terhadap hasil akhir.
Untuk mengatasi hal tersebut perlu dilakukan pendingin untuk menurunkantemperatur secara cepat sebelum terjadi depormasi. Die yang digunakan adalah die yang memiliki lubang untuk jalan keluar material yang akan ditekan. Mengenai bentuk lubang die disesuaikan dengan jenis produk yang dibuat.
A. Ekstrusi Dingin
Ekstrusi dingin disini tidak menggunakan metode pemenasan seperti halnya ekstrusi panas, tetapi hanya menggunakan temperatur ruang untuk membentuk material menjadi bentuk yang diinginkan,Biasanya ekstrusi dengan ini digunakan untuk membuat peralatan atau komponen utama mobil, sepeda motor, dan juga untuk kebutuhan alat alat pertanian.
Ekstrusi dingin sendiri mempunyai beberapa keuntungan seperti:
Meningkatkan hasil mekanik ekstrusi dari pengerjaan kekerasan.
Kontrol toleransi yang baik, dengan demikian sedikit hal yang dilakukan untuk finishing. Meningkatkan hasil permukaan akhir. Angka produksi dan harga kompetitif dengan
menggunkan metode ekstrusi dingin dibandingkan menggunakan metode lain. Tingkat stressing (tegangan) pada peralatan
yang dihasilkan dengan menggunakan metode ini adalah sangat tinggi.
B. Impact extrusion
Impactextrusion sama dengan extrusi tidak langsung dan sering kali dimasukan dalam kategori ekstrusi dingin. Ketebalan pipa ekstrusi lebih kecil dibandingkan die, terdapat sela antara pipa penumbuk dengan sisi die. Hal ini dimaksudkan agar material atau plat yang akan diekstrusi dengan mengisi ruang kosong pada sisi die.
C. Hydrostatic Extrusion
Didalam hydrostatic extrusion yang diperlukan untuk proses ekstrusi dihasilkan oleh fluida yang selalu tersedia dalam pengerjaan, akibatnya tidak terjadi gesekan pada dinding dinding penampang selama proses ekstrusi.
Metode ini dapat mengurangi kerusakan pada produk yang dapat terjadi sselama proses ekstrusi, sebab pertambahan tekanan hydrostatic untuk material yang liat dan material yang getas sangat cocok untuk keberhasilan produk yang dihasilkan. Bagaimana pun untuk alasan keberhasilan ekstrusi terlihat pada rendahnya gesekan yang terjadi, pemakaian sudut die yang rendah dan rasio ekstrusi yang tinggi. Untuk kegiatan komersial material yang liat cocok digunakan untuk metode hydtostatic extrusion. Metode ini biasanya menggunakan temperatur ruang untuk proses pembentukan dan menggunakan minyak dari tumbuhan sebagai fluida, sebab hal ini sangat baik untuk pelumasan dan viskositasnya tidak berpengaruh pada penekanan yang dilakukan.
1.5 Faktor Faktor yang Mempengaruhi Ekstrusi
Ada beberaapa faktor yang mempengaruhi pada proses ekstrusi suatu material. Beberapa faktor tersebut antara lain:
1. Jenis ekstrusi: Jenis ekstrusi haruslah disesuaikan dengan jenis material yang akan digunakan.
2. Suhu kerja: Setiap jenis ekstrusi mempunyai suhu kerja sendiri sendiri tergantung jenis material yang akan diekstrusi.
3. Reduksi penampang: Penampang yang dipakai untuk setiap ekstrusi sangat tergantung pada kualitas bahan dan keadaan permukaannya.
4. Gesekan: Gesekan dapat terjadi pada semua komponen yang bersinggungan tidak terkecuali pada proses ekstrusi.
Pelumasan disini banyak melakukan fungsi lainya seperti:
1. Membatasi panas yang timbul dengan mengurangi gesekan sekecil mungkin. 2. Mengambil panas dari bagian mesin mesin
yang lainnya.
3. Disamping itu juga dapat mengurangi resiko terjadinya karat.
Untuk itulah dibutuhkan sifat dari minyak pelumas yang baik untuk mesin. Beberapa sifat dan syarat dari pelumas yang baik adalah: 1. Derajat kekentalan harus sesuai dengan
jenis operasi mesin.
2. Mempunyai daya lekat yang baik.
3. Tidak mudah tercampur dengan barang – barang lainya (kotoran).
4. Mempunyai flash point yang tinggi dan tidak mudah menguap.
5. Mudah memindahkan panas dan mempunyai titik beku yang rendah.
2. PROSES PRODUKSI
Dalam membuat atau memproduksi kabel optik memerlukan suatu langkah langkah yang menggunakan alat alat / mesin – mesin untuk mendukung, adapun urutan proses pada pembuatan kabel optik, antara lain:
1. proses Coloring (pewarnaan) 2. proses Buffering (pembuatan tube) 3. proses Stranding (pemilinan) 4. proses Jacketing (pembungkusan)
2.1 Prinsip Extrusion
Gambar 2.1 komponen mesin extruder
Prinsip ekstrusi pada thermo plastik adalah proses pada material sampai mencapai meleleh akibat panas dari luar / panas gesekan dan yang kemudian dialirkan ke die oleh screw yang kemudian dibuat produk sesuai bentuk yang diinginkan. Proses ektrusi adalah proses kontinyu yang menghasilkan beberapa produk seperti film plastik, talirafia, pipa, peletan, lembaran plastic, fiber, filament, selubung kabel dan beberapa produk dapat juga dibentuk.
2.1 Komponen mesin extruder
Mesin extruder adalah mesin yang terdiri dari Hopper, Barrel/screw dan Die.
1. Hopper
Smua extruder pasti mempunyai masukan untuk bahan biji/pellet plastik yang melalui lubang yang nantinya mengalir dalam dinding dinding extruder tersebut, hopper biasanya terbuat dari lembaran baja atau stainlesssteel yang berbentuk untuk menampung sejumlah bahan pellet plastik untuk stok beberapa jam.
2. Screw
Screw adalah jantungnya extruder, screw mengalirkan polimer yang telah meleleh kekepala die setelah mengalami proses pencampuran dan hemogenisasi pada lelehan polimer tersebut.
Gambar 2.2 Screw Macam – macam screw :
Screw PVC Screw PE/PP Screw barrier (2 ulir) 3. Kepala mixing
Daerah matering pada screw standar tidak mempunyai pencampuran yang baik. Aliran lapisan lapisan halus plastik berjalan secara tetap pada dalam screw.
4. Saringan 5. Dies
2.3 Sistem Induction Heater
Pada induction heater, panas dihasilkan didalam material dan berasal daripemanasan oleh material itu sendiri sehingga energi dapat digunakan secara maksimal untuk memanaskan material: Karena kerapatan energinya tinggi, pemanas
induksi bisa berukuran kecil dan mampu melepaskan panas dalam waktu yang relatif singkat.
Dengan induksi dimungkinkan untuk mencapai suhu yang sangat tinggi.
Pemanasan dapat dilakukan pada lokasi tertentu.
Sistem dapat dibuat bekerja secara otomatis.
Konsumsi energi:
Pemanasan induksi secara umum memiliki efisiensi energi yang tinggi, namun hal ini juga bergantung pada karakteristik material yang dipanaskan.
Rugi rugi pemanasan dapat ditekan seminimal mungkin.
2.4 Rangkaian Induction heater
Induction heater yang digunakan di PT. FURUKAWA OPTICAL SOLUTIONS INDONESIA memiliki beberapa komponen utama yaitu: power modul, kumparan penginduksi dan barrel screw yang menjadi objek yang dipanaskan seperti gambar di bawah ini.
Gambar 2.3 sistem induction heater
Komponen komponen ini akan di jelaskan secara terperinci sebagai berikut:
1. Power modul (modul daya)
Power modul ini menggunakan modul power merek SAVERO dengan supply 220 1 fasa, seperti gambar di bawah ini :
Gambar 2.4 Power modul SAVERO
Power modul SAVERO menggunakan inverter quasy resonant frekuensi tinggi. Frekuensi tinggi digunakan untuk memicu 2 mosfet yang dipasang secara paralel untuk menyuplai kumparan
penginduksi. Hal ini dikarenakan induction heaterakan bekerja secara optimal pada frekuensi tinggi sehingga membutuhkan sebuah power suplai khusus yang akan digunakan untuk menyuplai induction heater.
2. kumparan induksi
Lilitan penginduksi digunakan untuk menginduksi objek atau benda kerja yang ingin dipanaskan. Lilitan penginduksi ini harus mempunyai jumlah lilitan yang cukup agar medan magnetik yang dihasilkan dapat menginduksi benda kerja dengan baik, disamping itu juga diusahakan memiliki nilai induktansi yang sesuai dengan frekuensi resonansi yang diinginkan. Hal ini dikarenakan selain kumparan berfungsi untuk menginduksi benda kerja, kumparan ini juga digunakan sebagai indikator pada rangkaian resonant.
Gambar 2.5 lilitan penginduksi
Prinsip kerja kumparan ini sama dengan sebuah trafo, dimana arus pada sisi primer dikalikan dengan rasio trafo, dimana pada arus sisi skunder sebanding dengan arus pada sisi primer dikalikan dengan rasio trafo.
3. Barrel screw
Barrel screw merupakan salah satu komponen penting dari proses extrusion dan juga indication heater. Hal ini dikarenakan barrel screw merupakan tempat peleburan serbuk maupun pellet plastik. Dan barrel screw juga merupakan objek yang dipanaskan oleh inducation heater. Bahan barrel screw terbuat dari baja murni yang tahan terhadap tekanan tinggi (20.000 psig).
Gambar 2.6 barrel screw
2.5 Prinsip kerja induction heater SAVERO
Induction heater berdasarkan pada prinsip induksi elektromagnetik. Tegangan AC 1 fasa dari sumber diserahkan untuk menyuplai peralatan heater.
Gambar 2.7 induction heater SAVERO
Tegangan bolak balik yang memiliki frekuensi tinggi yang dibangkitkan dari power modul dengan frekuensi ± 27 KHz. Frekuensi ini akan memicu mosfet untuk membangkitkan daya AC yang memiliki frekuensi tinggi. Daya AC frekuensi tinggi ini yang dikirimkan ke kumparan untuk menimbulkan fluks, besar kecilnya fluks yang dibangkitkan bergantung pada luas bidang kumparan induksi yang digunakan.Hal ini dikarenakan induction heater memanfaatkan rugi rugi yang terjadi pada kumparan penginduksi. Rugi rugi yang dimanfaatkan untuk memanaskan objek adalah sebagai berikut:
1. Arus eddy
Arus eddy memiliki peranan yang paling dominan dalam proses pemanasan induksi. Panas yang dihasilkan pada material sangat bergantung kepada besarnya arus eddy yang diinduksikan oleh lilitan penginduksi. Ketika lilitan dialiri oleh arus bolak – balik, maka akan timbul medan magnet disekitar kawat penghantar. Medan magnet tersebut besarnya berubah – ubah sesuai dengan arus yang mengalir pada lilitan tersebut.jikaa terdapat bahan konduktif disekitar medan magnet yang beubah – ubah tersebut, maka pada bahan kondusif tersebut akan mengalirkan arus yang disebut arus eddy.
Gambar 2.8 arus eddy pada permukaan bahan
2. Rugi – rugi hysterisis
Rugi rugi hysterisis juga mempunyai peran penting dalam pemanasan induksi. Namun hal ini hanya berlaku pada material yang bersifat ferromagnetik seperti besi.untuk material diamagnetik seperti alumunium, pemanasan lebih didominasi oleh arus eddy.
Rugi – rugi hysterisis adalah suatu energi untuk mengubah intensitas fluks dari induksi residu menjadi nol. Energi ini digunakan untuk mengatasi suatu hambatan dari intensitas fluks
yang terjadi. Penggunaan energi ini akan menyebabkan panas yang juga dimanfaatkan untuk memanaskan benda kerja.
3. Efek kulit
Jika arus searah melewati sebuah konduktor, maka arus akan terdistribusi secara merata pada seluruh permukaan konduktor tersebut. Tetapi jika arus bolak – balik dialirkan melalui konduktor yang sama, arus tidak tersebar secara merata. Kerapatan arus paling besar selalu berada dipermukaan konduktor dan kerapatan arus ini akan semakin berkurang ketika mendekati pusat konduktor, hal ini disebut efektif kulit.
Semakin tinggi frekuensi yang diterapkan pada konduktor, maka semakin besar arus yang mengalir pada permukaaan konduktor.Efek kulit ini menyebabkan energi panas yang dikonversi dari energi listrik terpusat pada permukaan material, sehingga permukaan material lebih cepat panas dari pada pusatnya.
Gambar 2.9 Pengaruh frequensi pada pemanasan induksi
Kedalaman pemanasan bisa diatur dengan memvariasikan frekuensi inverter. Kecepatan pemanasan akan semakin tinggi dengan mengkonsentrasikan arus pada bagian permukaan material.
Gambar 2.10 pemanasan screw menggunakan inducation heater
Selama proses dalam screw suhu dijaga konstan pada suhu antara 225°C - 230°C. Untuk menjaga suhu tetap konstan dilakukan dengan sistem on-off induction heater. Sistem ini bekerja dengan sensor suhu yang dipasang pada silinder heater.Sepanjang satu silinder heater terdapat 17 induction heater dengan 6 termokontrol, setiap termokontrol mengontrol 3 buah induktion heater savero.
2.6 Keuntungan penggunaan induction heater dibandingkan dengan heater konvensional.
Tabel 2.2 Perbandingan penggunaan heater konvensional dengan induction heater
No konvensional Heater Induction heater
1 Memiliki efisiensi 30 – 70%.
Memiliki efisiensi 95% rugi – rugi coil.
2
Panas harus dihubungkan sepanjang kontak resistan.
Panas yang dihasilkan secara langsung didalam dinding barrel.
3
Panas tidak dapat diterapkan secara seragam keseluruh barrel.
Panas dapat diterapkan seragam di seluruh barrel. 4 Operasi elemen pemanasan memiliki batas waktu.
Operasi elemen dinding sehingga tidak memiliki batas waktu.
5
Massa panas dijumlahkan dengan inersia termal pada sistem.
Inersial termal pemanas dapat dihilangkan. 6 Waktu star up lama. Waktu star up cepat. 7 Tidak hemat energi.
Hemat energi dan mampu meningkatkan kualitas produksi.
2.7 Bahan Baku yang digunakan
2.7.1 Polyethilene PE
Bahan Material yang di gunakan dalam memproduksi kabel optik ditempat saya bekerja adalah PE (polyethilene).Plastik adalah bahan elastik, tahan panas, mudah dibentuk lebih ringan dari kayu dan tidak karat oleh karena ada kelembaban.Juga dapat sebagai isolator dan dapat juga diwarnai dan kelemahan dari sifat plastik adalah tidak mudah di hancurkan.
Polyethilene adalah polimer dari ethilena yang merupakan plastik mirip lilin dapat terbuat dari resin sintetik dan digolongkan dalam termoplastik (plastic tahan panas). Polyethilene sendiri mempunyai daya tekan yang baik, tahan bahan kimia, kekuatan mekanik rendah, tahan kelembaban, sifat elastis tinggi, hantaran elektrik rendah. Berdasarkan kerapatannya polyethilene terbagi menjadi dua yaitu:
1. HDPE (high density polyethilene)
Biasanya digunakan untuk pembuatan botol air mineral dan juga selubung kabel atau isolator.
2. LDPE (low density polyethilene)
Biasanya digunakan untuk pembuatan kantong plastik.
2.7.2 Proses dengan Material Polyethilene
(PE)
Material ini adalah material yang paling mudah di ekstrusi, smua jenis screw bisa digunakan untuk proses dengan material PE, temperatur silinder di mesin ekstrusi biasanya antara 130°C sampai
dengan 160°C sedangkan untuk bagian cross head temperaturnya antara 180°C sampai dengan 220°C.
A. Klasifikasi
Polyethilene terdiri dari berbagai jenis berdasarkan kepadatan dan percabangan molekul, sifat mekanis dari polyethilene bergantug pada tipe percabangan, struktur kristal, dan berat molekulnya.
B. Sifat fisik
No. Property Value Unit
1 Density < 0.927 Gr/cm3 2 Tensile strength < 1450 N/cm2 3 Elonganon < 300 % 4 Dielectric strength < 2.2 x 107 v/m 5 Dielectric constant < 2.82 - 6 Carbon black content 2.5 ± 0.5 %
Melihat kristalinitas dan massa molekul, titik leleh, dan transisi gelas sulit melihat sifat fisik polyethilene. Temperature titik tersebut sangat bervariasi bergantung pada type polyethilene. Pada tingkat komersil, polyethilene berdensitas menengah dan tinggi, titik lelehnya berkisar 120°C hingga 135°C.titik leleh polyethilene berdensitas rendah berkisar 105°C hingga 115°C.
2.8 Alat Ukur yang digunakan
Pada pengambilan data dilapangan alat yang digunakan adalah:
1. Thermocouple
Gambar 2.11 thermocouple
2. Thermometerinfrared
Disebut juga termometerlaser adalah sebuah alat ukur suhu yang dapat mengukur temperatur tanpa harus bersentuhan dengan objek yang akan diukur. Alat ini menawarkan kemampuan untuk mendeteksi temperatur secara optik selama objek itu diamati, radiasi energi inframerah diukur dan di sajikan sebagai suhu, dan menawarkan pengukuran suhu yang cepat, akurat dengan pengukuran yang berjarak dengan objek seperti di area berbahaya, area dengan suhu yang panas atau pengukuran yang tidak diperbolehkan terkontaminasi.
Prinsip dasar termometer inframerah adalah bahwa semua objek memancarkan energi
inframerah.Semakin panas suatu benda, maka molekulnya semakin aktif dan semakin banyak energi inframerah yang dipancarkan.
3. Pita diameter
Alat ukur dengan bahan elastis yang berguna untuk mengukur diameter suatu benda bulat/berdiameter.
Gambar 2.12 pita diameter
4. Jangka sorong digital
Alat ukur yang ketelitiannya dapat mencapai seperseratus milimeter.Terdiri dari dua bagian, bagian diam dan bagian gerak.Pembacaan hasil pengukuran sangat bergantung pada keahlian dan ketelitian pengguna maupun alat.
Gambar 2.13 Jangka Sorong Digital
5. Stop watch
Untuk mengukur/menghitung jarak tempuh waktu, dalam industri kabel alat ini digunakan untuk tes linier.
Gambar 2.14 stop watch 6. Timbangan
Alat untuk mengukur berat suatu benda, di industri kabel alat ini digunakan untuk mengukur berat lelehan polyethyleneyang sudah membeku pada tes linier.
Gambar 2.15 timbangan
2.9 Strandarisasi yang digunakan
Dalam memproduksi kabel perusahaan kami mempunyai acuan dalam membuat kabel optik yang berkualitas sesuai dengan standar telekomunikasi yaitu:
1. Telkom spesifikasi 2. Indosat spesifikasi 3. Telkomsel spesifikasi
2.9.1 Quality Assurance Plan (QAP)
Dalam standarisasi diatas banyak sekali bermacam desain untuk memproduksi kabel salah satunya yang digunakan oleh Quality Control (QC) untuk mengawasi jalanya proses produksi yang disesuaikan dengan kebutuhan dan permintaan konsumen yang disebut quality assurance plan (QAP).Dan dari QAP ini lah kualitas hasil produksi dari awal sampai akhir di identifikasi dari mulai nilai dimensi sampai dengan nilai karakteristinya.Dan QAP di desain sesuai dengan spesifikasi telekomunikasi yang ada dibuat oleh QA enginnering.
2.9.2 Standar Nilai Produk (SNP)
SNP ini dibuat oleh enginnering yang disesuaikan oleh QAP yang bertujuan untuk memperoleh nilai yang sama dengan QAP dalam proses pembuatan produksi kabel. SNP digunakan oleh operator produksi sebagai acuan untuk membuat kabel dengan nilai spesifikasi yang di inginkan oleh custamer dan juga mencapai nilai yang diinginkan QAP (sesuai dengan acuan yang dipakai oleh qulity control).
2.10 Parameter Pengujian
A. Menghitung Draw Down Rasio (DDR) &
Draw Ratio Balance (DRB) untuk menentukan tooling (tip & die) yang ingin digunakan Dalam pengujiannya menentukan tooling yang digunakan sudah di tentukan oleh standar untuk menentukan diameter permukaan luar atau outher sheat diameter (OD) dan juga diameter permukaan dalam atau inner sheath diameter (ID). Dan dalam prosesnya ada dua teknik perhitungan untuk mengantisipasi kecacatan
pada permukaaan kabel yang juga dapat menentukan kestabilan ukuran ketebalan yaitu dengan teknik draw down rasio (DDR) &draw rasio balance (DRB).
1. Draw down rasio (DDR)
DDR adalah perhitungan area rasio penarikan dan sejauh mana plastik meleleh untuk membentuk ukuran, itu adalah ukuran dari jumlah peregangan yang terjadi antara keluar die dan takeup. Lebih besar perhitungan DDR maka akan lebih besar pula ukuran diameter luarnya dan apabila lebih rendah DDR mudah mengatur dimensi produk. Sebuah proses penarikan rasio rendah cenderung lebih stabil dibandingkan yang lebih tinggi.
Kuncinya adalah menemukan sweetspot yang akan mengoptimalkan keseimbangan antara keduanya. Dan intinya perhitungan DDR adalah perhitungan menentukan ketebalan selubung kabel dari mengatur diameter die.
Gambar 2.16 ilustrasi area draw down ratio (DDR)
Formula DDR:
= (2.1)
2. Draw ratio balance (DRB)
Membentuk keseimbangan dalam (DRB) adalah rasio diameter die dan tip dibagi dengan diameter selubung. Intinya perhitungan DRB adalah teknik perhitungan menentukan ketebalan selubung kabel (ticknes) dari mengatur ukuran diameter tip
Formula DRB: = ×
× ≈ 1 (2.2)
Gambar 2.17 ilustrasi DDR & DRB Keterangan:
A = diameter Core D = diameter Die
B = diameter dalam Tip (ID) E = diameter kabel
C = diameter luar Tip (OD) F = Tickness sheath (t)
Tabel 2.4 Range DDR & DRB pada material PE
Material DDR DRB PE 1.1 –> 4 0.97 –> 1.1 PVC 1.1 –> 2.5 0.97 –> 1.1
B. Tes Linierity pada Material
Langkah – langkah yang dilakukan:
Setting zone temperatur ekstruder sesuai dengan standar range suhu ekstruder. Setting rpm ekstruder kelipatan 10 setiap 1
menit 30 detik.
Ambil dan kumpulkan lelehan PE yang keluar dari die dari hasil ekstrusi di setiap 30 detik tunggu hingga beku.
Lalu timbang satu persatu bekuan PE.
C. Percobaan hasil Temperatur Ekstruder dan hasil perhitungan DDR & DRB dalam menentukan tooling (Tip & Die)
Langkah – langkah yang dilakukan:
Mengaplikasikan Tip & Die yang telah didapat dari perhitungan DDR & DRB. Setting zone suhu temperatur ekstruder
sesuai dengan standar range suhu ekstruder. Analisa lelehan PE yang keluar dari Tip Menentukan hasil analisa dengan
menetapkan temperatur dan tooling (Tip & Die) yang akan digunakan sebagai proses. Selesai
3. PENGUJIAN
Tempat pengujian dilakukan di PT. FURUKAWA KABEL OPTIK OPTICAL SOLUTIONS INDONESIA, dan dilaksanakan pada tanggal 10 juni 2015.
3.1 Langkah – langkah pengujian
Analisa ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh suhu temperatur material dan juga tooling (tips dan dies) extruder terhadap hasil produksi yang digunakan pada pabrik tempat saya bekerja.
Metode pengujian dan pengambilan data ini dilakukan pada zona temperatur screw mesin extruder jacketingsesuai dengan ketahanan suhu temperatur material higth density polyethilene HDPE dan juga terhadap pengaruh perhitungan tooling (tips dan dies) dengan teknik perhitungan DDR (draw down ratio) dan DRB (draw ratio balance). Yang mana semua mengacu pada standar telkom spesifikasi karena masalah yang
terjadi disesuaikan dengan order produksi kabel tersebut.
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
Langkah – langkah pengujian:
1. Pengumpulan data – data kabel bermasalah/cacat untuk dijadikan perbandingan pada proses analisa.
2. Persiapan pengujian seperti menyiapkan materialnya, alat – alat pendukung, dan juga alat – alat savety.
3. Hidupkan monitor dan mesin – mesin terkait seperti mesin extruder dan heater.
4. Masukkan material PE ke dalam hopper untuk persiapan ekstrusi di mesin extruder.
5. Setting temperatur extruder pada display monitor lalu catat.
6. Lihat keluaran PE dari mesin extruder yang telah di ekstrusi, keluaran PE yang mendapat suhu tinggi akan terlihat kasar dan terlihat seperti mata ikan, dan bila keluaran PE mendapat suhu rendah maka terlihat berbintik atau berjendol, maka harus coba mencari suhu yang tepat untuk bisa mendapat keluaran PE yang baik.
hasil pengukuran Pengujian terhadap suhu Temperat Tooling ( tip and die ) Analisa dan perbandingan selesai Percob aan dan kesimpulan Mulai 1. Pengumpula n informasi 2. Persiapan pengukuran Ekstruder jacketing
7. Setelah mendapat suhu yang tepat maka lakukan tes linieritas dengan cara menguji berat sampel material PE yang keluar dari proses ekstrusi dari Tip dengan mengatur rpm dari rendah ke tinggi lalu di turunkan lagi yang dilakukan selama 3 kali /30detik di tiap kenaikan dan penurunan rpm tes ini bertujuan melihat stabilitas keluaran PE ketika rpm rendah lalu dinaikan lalu diturunkan lagi berat masa jenisnya stabil, jadi bisa mengukur material yang akan terpakai.
8. Setelah tes linieritas lalu menentukan tooling yang akan digunakan untuk proses yang juga berguna menentukan diameter dan tebal kabel yang akan didisain dengan teknik perhitungan DDR (drawdownratio)& DRB(draw ratio balance).
9. Bila sudah di dapat nilai DDR & DRB yang tepat selanjutnya percobaan temperatur pada saat proses, dengan cara mengujicoba smua temperatur extruder mulai dari feed zone(Z1), screw zone (Z2, Z3, Z4, Z5), dan head zone(H1, H2, H3, H4), dengan acuan data – data proses test record kabel yang bermasalah/cacat.
10. Bandingkan lelehan PE hasil proses ekstrusi pada tiap – tiap temperatur yang di ujicoba. 11. Menganalisa data – data hasil ujicoba. 12. Menentukan temperatur yang tepat dan
perhitungan drawdown ratio dan draw ratio balance yang tepat untuk bisa digunakan untuk proses.
13. Selesai.
3.2 Benda Uji
Berikut adalah objek kabel yang dipakai untuk proses pengujian diantaranya:
1. Mesin extruder NMB 80-24D
Extruder mempunyai komponen dan spesifikasinya: Extruder screw o Tipe : GINA A o Serial num. : 766 1820-001 o Diameter : 80mm o Panjang : 24D o Speed : 120rpm Silinder o Tipe : ALAIN CT o Serial num. : 766 1700
o Jumlah zona pemanas : 55 zona yang mempunyai panas : 14.56Kw (380V) & 19.6 Kw (440V)
heated collar : 0.96Kw kebutuhan air (25°C): 6 l/min
range temperatur : 20°C sampai 250°C Pengaman tekanan tinggi: pressure sensor Gear box EISENBEISS
o Tipe : ED 200
o Torsi maksimal dikeluaran: 9 kNm Motor drive SIEMENS
Tipe: 1GG6162OJF40/70.5Kw 2420 rpm
2. Tooling (tip & die)
Spesifikasitooling (TY]tip & die):
material: stavak boehler (plastik mold steel) tebal Tip: 0.5 mm sampai 1.0 mm
Tabel 3.1 diameter Tip & Die
Diameter Tip (mm) Die (mm) 9.5 10 10.2 11.5 11 12 14 16.5 15.5 18.5 17 19 19 24
3. Kabel udara (aerial) Spesifikasi:
Tabel 3.2 kabel ujicoba
Spesifikasi kabel
Project Telkom ADSS material PE DOW DGDA
6318BK Diameter kabel (E) 12.5 mm tickness sheath
(F)
Min.2.0mm ± 0.1mm Diameter core (A) 7.6 mm
4. ANALISA DAN PERHITUNGAN
4.1 Data Hasil Analisa
Data analisa yang saya observasi adalah data dari kabel projek telkom yang ingin disain kabel berdiameter luar 12.0 mm. dan thickness 2.0 mm.
4.1.1 Menentukan tooling (tip dan die) yang akan digunakan
Sebelum melakukan pembuatan kabel projek Telkom ADSS, sebagai engineer harus mencari tahu terlebih dahulu Tip & Die yang akan digunakan. Dengan teknik perhitungan DrawDown Ratio (DDR) &Draw Ratio Balance (DRB). = × × ≈ 1 1 = × 7.6 12.5 × 8.2 =D × 7.6 102.5 102.5 = × 7.6 =102.5 7.6 = .
Jadi diameter Die (D) yang akan digunakan adalah 13.5 mm. ∅C = D × A DRB × E≈ 1 =13.5 × 7.6 1.0 × 12.5 =102.6 12.5 = .
Jadi diameterluar Tip (C) yang akan digunakan yaitu 8.2 mm Perhitungan = × × ≈ 1 =13.5 × 7.6 12.5 × 8.2 =102.6 102.5 = . DDR =D² − C² E² − A²≈ 1 =13.5² − 8.2² 12.5² − 7.6² =182.25 − 67.24 156.25 − 57.76 =115.01 98.49 = .
Setting Temperatur ekstruder pada saat ujicoba linier
Tabel 4.1 setting temperatur dan aktual temperatur pada saat ujicoba linier
Zona Temp eratur Fee d Zon e (°C) Screw
Zone(°C) Head Zone(°C)
Z1 Z2 Z3 Z 4 Z 5 H 1 H 2 H 3 H 4 Set.te mpera tur 130 160 16 5 17 0 17 5 18 0 18 5 19 0 19 5 Act.te mpera tur 129 162 167 172 181 180 186 190 195
4.1.2 Test linieritas material HDPE DOW DGDA -6318 BK
Tujuan test linearity:
1. bisa menentukan berapa banyak material yang digunakan untuk kebutuhan proses dengan tools yang sudah ditentukan.
2. Menentukan rpm dari rpm rendah menuju rpm tinggi dan begitu sebaliknya keluaran material harus linear.
3. Melihat tingkat kematangan PE yang keluar dari die.
4.2 Hasil Percobaan Perbandingan Temperatur Material HDPE pada saat proses ujicoba berlangsung.
Percobaan ke-1, 11, 21:
Tabel 4.5 data percobaan ke-1, 11, 21.
Dari hasil ujicoba diatas dengan temperatur Z1=120°C, Z2=150°C, Z3=155°C, Z4=160°C, Z5=165°C, H1=170°C, H2=170°C, H3=175°C, H4=175°C dan dengan mencoba line speed 25, 35, 45 m/menit maka hasil yang didapat permukaan kabel menjadi mata ikan dan kasar.
Gambar 4.1 hasil percobaan ke-1, 11, 21 dan hasilnya NC
Percobaan ke-2, 12 dan 22
Dari hasil ujicoba diatas dengan menurunkan temperatur Z1=123°C, Z2=153°C, Z3=158°C, Z4=163°C, Z5=168°C, H1=173°C, H2=173°C, H3=178°C, H4=178°C dan dengan mencoba line speed 25, 35, 45 m/menit maka hasil yang didapat permukan kabel menjadi menggelembung.
Percobaan ke-3, 13 dan 23
Dari hasil ujicoba diatas dengan mengambil nilai temperatur Z1=125°C, Z2=155°C, Z3=160°C, Z4=165°C, Z5=170°C, H1=175°C, H2=175°C, H3=180°C, H4=180°C dan dengan mencoba line speed 25 m/menit haail yang didapat permukaan kabel OK, 35 m/menit permukaan OK, dan pada speed 45 m/menit permukaan kabel tidak halus/kasar.
Percobaan ke-4, 14 dan 24
Dari hasil ujicoba diatas dengan mencoba temperatur Z1=128°C, Z2=158°C, Z3=163°C, Z4=168°C, Z5=173°C, H1=178°C, H2=178°C, H3=183°C, H4=183°C dan dengan mencoba line speed 25 m/menit haail yang didapat permukaan kabel OK, 35 m/menit permukaan OK, dan pada speed 45 m/menit maka di dapat hasil permukaan kabel menjadi mata ikan.
Gambar 4.2 hasil percobaan ke-4, 14, 24 yang hasilnya NC
Percobaan ke-5, 15 dan 25
Dari hasil ujicoba diatas dengan mencoba temperatur Z1=129°C, Z2=159°C, Z3=164°C, Z4=169°C, Z5=174°C, H1=179°C, H2=179°C, H3=184°C, H4=184°C dan dengan mencoba line speed 25 m/menit haail yang didapat permukaan kabel OK, 35 m/menit permukaan OK, dan pada speed 45 m/menit permukaan kabel tidak halus/kasar.
Gambar 4.3 hasil percobaan ke-5, 15, 25 yang hasilnya NC
Percobaan ke-6, 16 dan 26
Dari hasil ujicoba diatas dengan mencoba temperatur Z1=130°C, Z2=160°C, Z3=165°C, Z4=170°C, Z5=175°C, H1=180°C, H2=180°C, H3=185°C, H4=185°C dan dengan mencoba line speed 25, 35, 45 m/menit maka semua hasil yang didapat permukaan kabel halus tidak kasar, tidak ada mata ikan dan tidak bergelombang.
Gambar 4.4 hasil percobaan ke-6, 16, 26 yang hasilnya OK
Percobaan ke-7, 17 dan 27
Dari hasil ujicoba diatas dengan mencoba temperatur Z1=133°C, Z2=163°C, Z3=168°C, Z4=173°C, Z5=178°C, H1=183°C, H2=183°C, H3=188°C, H4=188°C dan dengan mencoba line speed 25 m/menit permukaan OK, 35 m/menit permukaan kabel OK, 45 m/menit maka hasil yang didapat permukaan kabel menjadi kasar tidak mulus dan bergelombang.
Gambar 4.5 hasil percobaan ke-7, 17, 27 yang hasilnya NC
Percobaan ke-8, 18 dan 28
Dari hasil ujicoba diatas dengan mencoba temperatur Z1=135°C, Z2=165°C, Z3=170°C, Z4=175°C, Z5=180°C, H1=185°C, H2=185°C, H3=190°C, H4=190°C dan dengan mencoba line speed 25 m/menit permukaan OK, 35 m/menit permukaan kabel OK, 45 m/menit maka hasil yang didapat permukaan kabel menjadi kasar tidak mulus dan masih bergelombang.
Gambar 4.6 hasil percobaan ke-8, 18, 28 yang hasilnya NC
Percobaan ke-9, 19 dan 29
Dari hasil ujicoba diatas dengan mencoba temperatur Z1=138°C, Z2=168°C, Z3=173°C, Z4=178°C, Z5=183°C, H1=188°C, H2=188°C, H3=193°C, H4=193°C dan dengan mencoba line speed 25 m/menit permukaan tidak halus/kasar, 35 m/menit permukaan kabel bergelombang dan kasar, pada speed 45 m/menit maka hasil yang
didapat permukaan kabel menjadi kasar tidak mulus dan bergelombang.
Percobaan ke-10, 20 dan 30
Dari hasil ujicoba diatas dengan mencoba temperatur Z1=140°C, Z2=170°C, Z3=175°C, Z4=185°C, Z5=185°C, H1=190°C, H2=190°C, H3=195°C, H4=195°C dan dengan mencoba line speed 25, 35, 45 m/menit maka hasil yang didapat permukaan kabel menjadi mata ikandan kasar tidak mulus, Dan bisa disimpulkan terlalu tinggnya temperatur ekstruder.
Gambar 4.7 hasil eksperimen 10, 20, 30 yang hasilnya NC
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Syamsuri, Ahmad. 2010. Total Produktive Maintenance. Forum Penelitian. Jakarta: PT. Furukawa.
[2]. Kurniawan, Singgih. 2013. Cara Kerja Induction Heater pada mesin Extruder. Makalah Kerja Praktek. Semarang: Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro.
[3]. Rizki Perdana, Faisal. 2013. Cara Kerja Mesin Ekstruder PEX150 IA. Laporan Kerja Praktek. Jakara: Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana.
[4]. Widiyanto – pemula tempat untuk belajar – Jum’at, 24 Juli 2015-
http://pemulatempatuntukbelajar- widiyanto.blogspot.com/2011/04/prinsip-prinsip-extrusion.html.
[5]. Bhtool – extruder – Jum’at, 24 Juli 2015-http://www.bhtool.com.
PERHITUNGAN TEGANGAN PIPA DARI DISCHARGE KOMPRESOR MENUJU
AIR COOLER MENGGUNAKAN SOFTWARE CAESAR II 5.10 PADA PROYEK
GAS LIFT COMPRESSOR STATION
Arief Maulana
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercubuana Jakarta Email: [email protected]
Abstrak -- Gas lift merupakan suatu metode pengangkatan fluida dari lubang sumur yang mengandung
minyak bumi dengan cara menginjeksikan gas bertekanan tinggi kedalam kolom fluida. Gas bertekanan berasal dari sumur gas yang ditekan dengan menggunakan kompresor dan terhubung dengan peralatan lain seperti bejana bertekanan dan air cooler yang dihubungkan dengan rangkaian sistem perpipaan. Peningkatan tekanan dan temperatur pada discharge kompresor menyebabkan terjadinya tegangan sepanjang pipa sistem perpipaan tersebut sehingga perlu dilakukan perhitungan tegangan agar sistem perpipaan aman pada saat beroperasi. Hasil yang diharapkan dari perhitungan ini adalah tercapainya desain sistem perpipaan yang aman dengan penyangga pipa yang mampu menahan beban pipa serta tegangan pipa. Perhitungan ini dilakukan dengan menghitung tegangan sustain dan ekspansi termal menggunakan program CAESAR II.5.10 maupun perhitungan manual dengan mengacu pada ASME B31.3 sebagai nilai batasan tegangan izin, dengan jalur pipa yang dihitung adalah dari discharge nozzle kompresor menuju inlet nozzle air cooler pada proyek gas lift compressor station yang berada di Azerbaijan, Asia Tengah. Hasil perhitungan menunjukan bahwa nilai tegangan sustain tertinggi menggunakan program CAESAR II.5.10 sebesar 47746,6 kN/m² dengan batas tegangan izin sebesar 137895,14 kN/m², sedangkan untuk nilai tegangan akibat beban ekspansi terbesar dari hasil CAESAR II.5.10 adalah 23428,73 kN/m² dengan batas tegangan izin 206842,71 kN/m².
Kata Kunci: Tegangan Pipa, Air Cooler, Kompresor, Penyangga Pipa, Software CAESAR II.5.10.
Abstract -- Gas lift is a method of fluid removal from the wellbore containing crude oil by injecting of
high pressure into the well column. The pressurized gas suppressed by compressors with connected to other equipment such as pressure vessels and air cooler are connected by piping systems. Increasing of the pressure and temperature in piping system of discharge compressor causing stresses across in piping system, so that the piping stress calculation needed to be done in order to safe piping system. The expected result of this calculation is to achieve of a safe and good design of piping system with safe pipe support installation that can support the weight and stresses of pipe stress. This calculation is performed by calculating the stress due to sustain load and stress due to thermal expansion using CAESAE II.5.10 and manual calculation method with reference to ASME B31.3 code as the stresses limit permits, with a line pipe calculated is from discharge nozzle of compressor into air cooler nozzle at gas lift compressor station project has located in Azerbaijan, Central Asia. The calculation shown the highest stress due to sustain load using CAESAR Program at 477746,6 kN/m² with allowable stress limit is 137895,14 kN/m² and the highest stress due to thermal expansion is 23428,73 kN/m² with allowable stress limit is 206824,71 kN/m².
Keywords: Pipe Stress, Air Cooler, Compressor, Pipe Supports, Software CAESAR II.5.10.
1. PENDAHULUAN
Sumur-sumur minyak yang laju produksinya sudah rendah atau bahkan sudah tidak mampu mengalirkan minyak ke permukaan dapat ditingkatkan/ dihidupkan kembali dengan menggunakan pompa atau gas. Gas lift merupakan proses atau metode pengangkatan fluida dari lubang sumur dengan cara menginjeksikan gas yang relatif bertekanan tinggi ke dalam kolom fluida. Secara garis besar komponen utama dari suatu sistem gas lift dapat
dikelompokan ke dalam peralatan permukaan dan peralatan dalam sumur. Peralatan permukaan meliputi sumber gas tekanan tinggi yang berasal dari sumur gas ataupun kompresor, pipa saluran gas injeksi, dan alat pengukur laju aliran gas injeksi. Sedangkan peralatan dalam sumur meliputi satu atau beberapa gas lift mandel (GLM) dan katup gas lift yang dipasang di dalam mandel. Untuk menghantarkan fluida dari satu tempat ke tempat lainya dibutuhkan pipa sebagai sarana transportasi dan distribusi fluida, semua pipa tersebut perlu dilakukan perencanaan jalur yang
baik tentunya dengan pertimbangan-pertimbangan lain sesuai dengan kaidah sistem perpipaan yang diatur oleh kode tertentu agar memperoleh keamanan pada saat proyek tersebut berjalan untuk beberapa tahun kedepan. Atas dasar pemikiran tersebut maka penulis akan melakukan perhitungan tegangan pipa yang dimulai dari discharge kompresor menuju air cooler dimana pada discharge kompresor terjadi peningkatan tekanan dan temperatur yang mengakibatkan terjadinya tegangan sepanjang sistem perpipaan tersebut.
1.1 Tegangan Pipa
Perhitungan tegangan pipa merupakan salah satu bagian dari proses perancangan sistem pemipaan yang berkaitan erat dengan perencanaan tata letak pipa dan perencanaan sistem spesifikasi pipa, serta perencanaan tumpuan / penyangga pipa (pipe support). Perhitungan tegangan pipa merupakan teknik yang diperlukan oleh enjineer untuk mendesain sistem perpipaan tanpa tegangan berlebih dan beban berlebih pada komponen pipa dan peralatan yang terhubung oleh pipa. Dalam melakukan perancangan sistem perpipaan, tidak semua sistem perpipaan perlu dilakukan perhitugan tegangan pipa ataupun perhitungan fleksibilitas pipa, hanya sistem perpipaan yang dinyatakan dalam kondisi kritis saja yang perlu dilakukan perhitungan tegangan pada pipa. Penentuan kondisi tersebut didasarkan pada diameter pipa yang digunakan dalam desain sistem perpipaan, serta temperatur yang beroperasi pada sistem tersebut.
Gambar 1. Pemilihan Kriteria Kondisi Kritis Pada Sistem Perpipaan yang Dihubungkan Dengan
Nozzle Static Equipment
Terdapat 2 kategori sistem perpipaan yang dinyatakan berada pada kondisi kritis yang perlu dilakukan perhitungan tegangan yakni:
Kategori 1
Sistem perpipaan yang dihubungkan dengan nozzle dari peralatan statis (static equipment) seperti bejana bertekanan dan tanki-tanki penyimpanan.
Kategori 2
Sistem perpipaan yang dihubungkan dengan nozzle peralatan yang memiliki rotor bergerak (rotating equipment) berputar seperti pompa, kompresor, turbin, air cooler, dll).
Gambar 2. Pemilihan Kriteria Kondisi Kritis Pada Sistem Perpipaan yang Dihubungkan Dengan
Nozzle Rotating Equipmen
Untuk kategori 1, seluruh sistem perpipaan yang tidak termasuk dalam kriteria “C”, tidak perlu dilakukan perhitungan tegangan pipa secara intensif, hanya perlu dilakukan koreksi penempatan penyangga pipa dengan standar pipe span yang sudah ada. Sedangkan pada kategori 2, sistem perpipaan yang berada pada kriteria “A” tidak perlu dilakukan analisis tegangan, pada kriteria “B” diperlukan koreksi metode analisis fleksibilitas sederhana, sedangkan pada kriteria “C”, diperlukan perhitungan tegangan pipa secara mendetil baik menggunakan software komputer atau perhitungan matematis dengan teori-teori yang berkaitan.
1.2 Tegangan longitudinal pipa a) Tegangan Aksial
Gambar 3. Gaya Aksial Pada Pipa
σax =
Fax = P.A
Am = (do2 – di2)
Dimana:
P = Tekanan fluida dalam pipa (N/m2) Fax = Gaya aksial (N)
A = Luas diameter dalam pipa (m2)
Am = Luas permukaan pipa (m2)
do = diameter luar pipa (m)
di = diameter dalam pipa (m)
b) Tegangan Akibat Tekanan Dalam Pipa (Internal Pressure)
Jika fluida yang mengalir melewati pipa, maka praktis akan memberikan tekanan terhadap dinding pipa baik searah dengan panjang pipa maupun merata pada dinding pipa, hal tersebut akan memberikan tegangan internal pada pipa (σIP).
Gambar 4. Tekanan Dalam Pipa Ke Segala Arah
σip = .
Dimana:
P = tekanan fluida dalam pipa (N/m2)
Ai = luas permukaan dalam pipa (m2)
t = ketebalan dinding pipa (m)
c) Tegangan Akibat Momen Tekuk (Bending
Stress)
Momen bending menghasilkan distribusi teghangan yang linear dengan tegangan terbesar
berada pada bagian terluar permukaan yang terjauh dari sumbu aksis bending.
Sb = . y =
/ = Dimana:
Sb = tegangan tekuk (kN/m2)
M = bending momen (Nm)
Ip = momen inersia penampang pipa (m4)
R = radius lengkungan pusat bending pipa (m) E = modulus Elastisitas (N/m2)
y = radius pipa dari pusat netral ke titik yang diperhatikan (m)
Z = modulus cross section pipa (I / y)
1.3 Tegangan Radial
Tegangan radial adalah tegangan yang bekerja pada dalam arah radial pipa atau jari-jari pipa. Besar tegangan ini bervariasi dari permukaan dalam pipa ke permukaan luarnya dan dapat dinyatakan dengan persamaan tegangan tangensial. Dimana pada permukaan dalam pipa, besarnya sama dengan tekanan dalam atau tekanan yang disebabkan oleh fluida yang ada dalam pipa dan permukaan luar pipa besarnya sama dengan tekanan atmosfer. Tegangan ini berupa tegangan kompresi (negatif), dan jika ditekan dari dalam pipa akibat tekanan dalam (internal pressure) dan berupa tegangan Tarik (positif) jika didalamnya pipa terjadi tekanan hampa (vacuum pressure).
Gambar 5. Tekanan Radial Pada Pipa
σr =
² ² ( ) Dimana:
ro = Radius luar pipa (m)
ri = Radius dalam pipa (m)
P = Tekanan fluida dalam pipa (N/m2)
R = Radius pipa yang diperhatikan (m)
Karena jika r = r0 maka σr = 0 dan jika r = ri maka σr = -p. yang artinya tegangan ini bernilai 0
pada titik dimana tegangan lendutan maksimum, oleh karena itu tegangan ini seringkali diabaikan.
1.4 Tegangan Sirkumferensial (Hoop Stress)
Tegangan ini disebabkan oleh tekanan dalam pipa dimana tekanan ini bersumber dari fluida dan nilainya selalu positif jika tegangan cenderung membelah pipa menjadi dua. Tekanan dalam ini bekerja kearah tangensial dan besarnya bervariasi terhadap tebal dinding dari pipa, nilai tekanan yang diberikan kepada dinding pipa atau nilai tekanan yang dialami dinding pipa sama dengan tekanan yang diberikan oleh fluida.
Gambar 6. Tegangan Sirkumferensial (Hoop Stress)
... σH =
Dimana:
ro = radius luar pipa (m)
ri = radius dalam pipa (m)
P = tekanan fluida dalam pipa (N/m2)
R = radius pipa yang diperhatikan pipa (m)
1.5 Tegangan Berdasarkan Kode Desain
Dalam analisis sistem pemipaan ini, penulis mengacu kepada standar ASME B31.3 yang diperuntukan untuk pengolahan bahan kimia dan petroleum. Dimana pada standar tersebut terdapat 3 (tiga) persamaan tegangan yang menjadi fokus perhatian dalam melakukan analisis tegangan pipa, tegangan tersebut antara lain:
a) Tegangan karena beban tetap (Sustain load). b) Tegangan karena beban okasional
(Occasional load)
c) Tegangan karena beban ekspansi termal (Thermal Expansion load)
a) Tegangan Karena Beban Tetap (Sustain
Load)
Tegangan yang terjadi pada beban sustain merupakan jumlah dari tegangan longitudinal (σl)
akibat efek tekanan, berat, dan beban sustain yang lain, dengan tidak melebihi batasan tegangan dasar yang diizinkan (Sh) yang
didasarkan pada standar ASME B31.3 edisi 2014.
Adapun persamaan tegangan akibat sustain load antara lain: Sl = (| | + ) + (2 )²≤Sh σax = St = . Dimana:
Sl = Tegangan akibat beban tetap (sustain load)
(kN/m2).
Sb = Tegangan tekuk (kN/m2).
Sip = Tegangan yang disebabkan tekanan dalam
pipa (kN/m2).
Sh = Tegangan dasar yang diizinkan material,
berdasarkan ASME B31.3.
ii ,io = Faktor intensifikasi tegangan (SIF) in-plane
dan out-plane.
Mi = momen lendutan dalam bidang (in-plane)
karena beban tetap (Nm).
Mo = momen lendutan luar bidang (out-plane)
karena beban tetap (Nm). Z = effective modulus section
Fax = Gaya aksial yang disebabkan oleh tekanan
pipa (kN).
Ia = Sustain load faktor (1,00).
Am = Luas penampang pipa (m2).
Untuk mendapatkan momen dan reaksi yang terjadi pada penyangga, dapat menggunakan persamaan kesetimbangan gaya yang umum digunakan atau teori batang sederhana. Atau dapat menggunakan rumus cepat seperti dibawah ini.
Gambar 7. Model Tumpuan Sederhana Dengan Beban Merata
MMax =
. ²
Untuk model tumpuan sederhana dengan pembebanan menumpu pada titik tengah adalah
Gambar 8. Model Tumpuan Sederhana Dengan Beban Terpusat Tidak Ditengah
MMax = . .
b) Tegangan Karena Beban Occasional
Beban okasional adalah beban yang bekerja secara berubah-ubah menurut fungsi waktu 5. Suatu sistem perpiaan yang terletak di outdoor haruslah mampu menahan beban dinamis, seperti beban terpaan angin maksimum, gempa bumi (seismic) dan beban transient karena perubahan tekanan. Karena beban ini terjadi dengan siklus waktu yang singkat, kegagalan beban ini tidak akan mengakibatkan kegagalan karena rangkak (creep), sehingga tegangan yang terjadi diperbolehkan melebihi tegangan akibat beban primer yang tetap (sustained load). Keringanan ini berbeda antara kode pipa, yaitu 33% pada ANSI / ASME B31.3 dan 15% - 20% untuk ASME B31.3. Tegangan akibat beban okasional dikombinasikan dengan beban tetap seperti persamaan berikut:
Sl + Socc ≤1.33Sh
Dimana:
Sl = Tegangan Sustain (N/m2).
Socc = Tegangan Occasional (N/m2).
Sh = Tegangan dasar yang diizinkan material,
berdasarkan ASME B.31.3.
c) Tegangan Akibat Beban Ekspansi Termal (Expansion Load)
Expansion load adalah tegangan yang terjadi akibat adanya perubahan temperatur, jika temperatur naik maka mengakibatkan pemuaian, sedangkan jika temperatur menurun maka akan mengakibatkan penyusutan pada pipa. Pemuaian dan penyusutan akan mengakibatkan kegagalan dan kebocoran pada sambungan, misalnya sambungan pada kompresor, pompa, bejana bertekanan, serta peralatan lainya.
Gambar 9. Pemuaian akibat Temperatur
Δl = α.L. ΔT Se = α.L.E
Dimana:
Se = Tegangan ekspansi akibat ekspansi thermal
atau pergerakan anchor (kN/m2)
α = Koefisen ekspansi linear material akibat beda temperature tertentu
= αm.ΔT
ΔT = Perubahan temperatur pada sistem (°C) L = Panjang Pipa
ΔL = Perubahan Panjang Pipa
Jika perubahan panjang ΔL ini tertahan oleh suatu sebab tertentu seperti anchor-anchor seperti pada gambar 2.17, maka akan tejadi gaya aksial yang diakibatkan oleh tekanan akibat pemuaian pipa.
Gambar 10. Gaya Aksial Akibat Ekspansi
P = E.A. ΔL/L = E.A.α Fax = P.A
Dimana:
P = Tekanan akibat perubahan panjang pipa (kN/m²)
Fax = Gaya Aksial akibat perubahan panjang (kN) E = Modulus Elastisitas bahan
A = Luas Permukaan Pipa (m²)
Pada ASME B31.3 edisi 2014 yang dievaluasi pada beban ekspansi adalah tegangan aksial akibat pertambahan panjang, akibat momen lentur dan tegangan geser akibat momen torsi, dari persamaan tegangan geser maksimum dapat diperoleh persamaan:
Se = (| | + ) + (2 )² ≤Sa
Adapun batasan tegangan maksimum yang diizinkan karena beban ekspansi adalah sebagai berikut:
Dimana:
Sb = Resultan tegangan tegangan tekuk (kN/m2).
Se = Tegangan ekspansi akibat ekspansi thermal
atau pergerakan anchor (N/m2)
σax = Tegangan aksial akibat pertambahan
panjang = Fax / Am (kN/m2).
Sc = Basic material allowable stress pada
temperatur minimum dari tabel tegangan izin (kN/m2).
Sh = Basic material allowable stress pada
temperatur maximum dari tabel tegangan izin (kN/m2).
St = Mt / 2Z = tegangan puntir (N/m2).
Mt = Momen puntir (Nm)
Am = Luas Penampang pipa (m²)
f = faktor siklus yang dialami oleh pipa tersebut.
1.6 Flexibilitas Pipa
ASME B31.3 memberikan sebuah rumus sederhana yang dapat digunakan sebagai dasar apakah sebuah kalkulasi formal dari tegangan akibat ekspansi termal pada sistem perpipaan diperlukan atau tidak. Bila ternyata dari hasil perhitungan didapat > K1, maka analisis formal diperlukan, namun bila hasil perhitungan menyatakan ≤K1, maka tidak diperlukan analisis formal, dan perhitungan tegangan tetap dilakukan namun tidak mendetail.
. ( )² ≤ K1 Dimana:
do = Diameter luar pipa (m)
Δl = Pemuaian yang harus diserap pipa (mm) L = Panjang semua pipa antara dua ankor (m) U = Jarak langsung antar dua ankor (m) K1 = 208.3
1.7 Ketebalan Dinding Pipa Minimum
Penentuan ketebalan dinding pipa sangatlah penting, sebab suatu pipa haruslah mampu menahan tekanan fluida yang bekerja dalam sistem perpipaan tersebut, untuk penentuan ketebalan dinding pipa pada proyek Gas Lift Compressor Station digunakan kode standar ASME B31.3 antara lain:
t =
( )
tm = t + c
Dimana:
c = Jumlah dari batas dari perlakuan mesin (proses bubut, milling, dsb) adalah 0,5mm D = Diameter luar dari pipa (mm)
d = Diameter dalam pipa (mm) E = Faktor kualitas.
P = Desain tekanan (Mpa)
S = Nilai tegangan yang diizinkan pada material (tabel xx.)
tm = Ketebalan minimum yang diperlukan
t = Ketebelan dinding pipa dari hasil perhitungan tekanan operasi.
W = Faktor reduksi kekuatan sambungan pengelasan
Y = Koefisien dari tabel 1, (untuk t < D/6), sedangkan untuk t ≥ D/6 lihat perhitungan dibawah ini
Y =
1.8 Jarak Penyangga Pipa (Pipe Support
Span)
Jarak peletakan penyangga pipa sangat berpengaruh terhadap stabilitas sistem perpipaan, oleh karena itu perlu dipertimbangkan jarak antar masing-masing penyangga secara optimal.
L = . . Dimana:
L = panjang span maksimum (m).
Z = modulus penampang (modulus section). Sh = tegangan dasar yang diizinkan material,
berdasarkan ASME B.31.3. W = bobot total pipa (kg/m)
1.9 Software CAESAR II 5.10
CAESAR II.5.10 merupakan salah satu program versi lanjutan dari program CAESAR II dengan basis fenite element yang mampu melakukan analisis tegangan baik pada sistem perpipaan ataupun struktur kerangka suatu bangunan. Namun program ini lebih terkenal digunakan untuk menganalisis tegangan sistem perpipaan yang berorientasi berdasarkan berat, tekanan, temperatur, gaya, momen, seismic, angin serta beban dinamik yang dianalisis. CAESAR II diperkenalkan tahun 1984 yang dibuat oleh perusahaan perangkat lunak bernama COADE
Inc. Dengan menggunakan program CAESAR II maka akan didapatkan hasil perhitungan dalam analisis dengan tingkat akurasi yang tinggi dan mempersingkat waktu dalam melakukan pemecahan kasus bagi seorang engineer dalam merancang sistem perpipaan. CAESAR II juga menyediakan standar-standar Internasional seperti ASME, NEMA, API, dsb. Untuk melakukan pendekatan terkait sifat-sifat fisis material dan
juga mengatur batasan-batasan demi sebuah keamanan desain. Dari sana lah kita dapat mengetahui bahwa apakah desain jalur pipa mengalami kegagalan dan dievaluasi atau dapat dinyatakan aman untuk kondisi operasi nantinya.
2. METODOLOGI
Sistematika dalam penelitian ini digambarkan dalam diagram alir berikut:
Gambar 11. Diagaram Alir Penelitian
2.1 Teknik Pengumpulan Data
Teknik yang dilakukan untuk melakukan penelitian ini adalah:
a) Penelitian Kepustakaan
Mempelajari buku-buku yang berkaitan dengan tegangan pipa dan menjadikan dasar teori pendukung dalam melakukan penelitian ini.
b) Diskusi
Metode ini dimaksudkan untuk mengarahkan dalam menyelesaikan laporan dan memberikan masukan dalam menentukan langkah-langkah untuk melakukan analisis. Metode ini dilakukan bersama pembimbing, serta rekan-rekan yang
terlibat pada proyek gas lift compressor station ini, sehigga diperoleh data-data yang valid untuk mendapatkan hasil perhitungan tegangan pipa yang baik.
3. PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 3.1 Data – Data yang Diperoleh
Material Pipa: Carbon Steel, API 5L Gr.B (Seamless)
Kelas Flange: ASTM 900 # & 1500 # RTJ (Ring Type Joint)
Diameter Luar (D): 168,3 mm (6 inch) Batas Korosi yang Diizinkan: 3,0 mm
