OPTIMASI SISTEM SALURAN TERHADAP CACAT SHRINKAGE PADA CASTING IMPELLER DENGAN METODE
SIMULASI SAND CASTING
SKRIPSI
JOSHUA ANANDA MAYKI 1610311030
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL VETERAN JAKARTA FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI S1 TEKNIK MESIN
2020
OPTIMASI SISTEM SALURAN TERHADAP CACAT SHRINKAGE PADA CASTING IMPELLER DENGAN METODE
SIMULASI SAND CASTING
SKRIPSI
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana
JOSHUA ANANDA MAYKI 1610311030
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL VETERAN JAKARTA FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI S1 TEKNIK MESIN
2020
i
ii
iii
iv
v
OPTIMASI SISTEM SALURAN TERHADAP CACAT SHRINKAGE PADA CASTING IMPELLER DENGAN METODE
SIMULASI SAND CASTING Joshua Ananda Mayki
ABSTRAK
Impeller merupakan komponen penting yang berputar di dalam pompa sentrifugal dan memiliki fungsi untuk mengkonversikan energi mekanik dari pompa menjadi kinetik pada fluida yang dipompakan dengan konstan, sehingga fluida pada sisi inlet akan terus-menurus masuk mengisi kekosongan karena adanya perpindahan fluida sebelumnya. Alumunium banyak digunakan pada dunia manufaktur karena keunggulan yang dimiliki material alumunium. Dalam pembuatan impeller menggunakan material Alumunium melalui proses pengecoran sand casting.
Penelitian dilakukan untuk menganalisa pengaruh dua jenis saluran serta variasi perbedaan diameter riser terhadap shrinkage dengan cara membuat model produk cor impeller secara 3D, kemudian melakukan simulasi menggunakan software simulasi casting diproduk impeller. Simulasi dilakukan hingga mengurangi terjadinya cacat shrinkage pada komponen impeller secara simulasi, sehingga didapatkan data hasil simulasi berupa letak dan persentase cacat shrinkage.
Kemudian diambil kesimpulan bahwa jumlah saluran masuk menunjukkan perbedaan nilai shrinkage, dimana persentase terkecil terlihat pada dua sistem saluran masuk yaitu 1,32 % dan pada variasi perbedaan diameter riser dari dua sistem saluran sebesar 1,31 % cacat shrinkage.
Kata kunci : Impeller, Alumunium, riser, shrinkage, simulasi, sand casting.
vi
OPTIMASI SISTEM SALURAN TERHADAP CACAT SHRINKAGE PADA CASTING IMPELLER DENGAN METODE
SIMULASI SAND CASTING
Joshua Ananda Mayki
ABSTRACT
The impeller is an important component that rotates in a centrifugal pump and has the function of converting mechanical energy from the pump to the kinetic fluid that is pumped constantly, so that the fluid on the inlet side will keep coming in to fill the void because of the previous fluid transfer. Aluminum is widely used in the manufacturing world because of the advantages of aluminum material. In making impellers using aluminum material through the sand casting process. The study was conducted to analyze the effect of two types of channels as well as variations in the diameter of the riser to shrinkage by making a model of the cast impeller product in 3D, then simulating it using a casting simulation software produced by the impeller. The simulation is carried out to reduce the occurrence of shrinkage defects in the impeller component in a simulation, so that the simulation results in the form of the location and percentage of shrinkage defects.
Then the conclusion is that the number of inlet shows different shrinkage values, where the smallest percentage is seen in the two gating system which is 1.32%
and in the variation of the riser diameter difference of the two gating systems is 1.31% shrinkage defect.
Keywords : Impeller, alumunium, riser, shrinkage, simulation, sand casting
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus, karena atas kasih dan karuniaNya penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul
“OPTIMASI SISTEM SALURAN TERHADAP CACAT SHRINKAGE PADA CASTING IMPELLER DENGAN METODE SIMULASI SAND CASTING“. Skripsi ini dibuat dalam rangka untuk memenuhi persyaratan akademis untuk mendapatkan gelar Sarjana di Program Studi Teknik Mesin Univeristas Pembangunan Nasional Veteran Jakarta.
Dalam setiap proses pembuatan skripsi ini, penulis menyadari segala kekurangan yang ada mengingat keterbatasan pengetahuan dan pengalaman yang dimiliki oleh penulis. Oleh sebab itu, pada kesempatan yang luar biasa ini, penulis ingin meyampaikan banyak terimakasih kepada setiap pihak yang telah membantu, membimbing, mendoakan, memotivasi, dan memberi semangat dalam meyelesaikan skripsi ini. Dengan rasa syukur , penulis menyampaikan terimakasih kepada :
1. Tuhan Yesus Kristus atas berkat dan kasihNya yang dilimpahkan kepada saya dalam melakukan penelitian ini sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik.
2. Orang tua dan keluarga penulis yang selalu memberikan dukungannya, pesan moral, materil, doa dan semangat kepada penulis sehingga dapat melaksanakan dan menyelesaikan skripsi ini dengan lancer.
3. Bapak Dr. Ir. Reda Rizal, M.Si, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Pemabangunan Nasional Veteran Jakarta.
4. Bapak M Rusdy Hatuwe, MT, IPM, Selaku Kepala Kaprodi Jurusan Teknik Mesin Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jakarta.
5. Bapak Dr. Damora Rhakasywi, ST, MT, IPP selaku dosen pembimbing I
(satu) yang telah bersedia membantu dan meluangkan waktu dalam
memberikan bimbingan berupa arahan konsep penelitian, referensi yang
menjadi acuan serta nasihat sehingga penulis dapat menyelesaikan
penelitian dengan baik.
viii
6. Bapak Nur Cholis, ST. M.Eng. selaku dosen pembimbing II (dua) yang telah bersedia membantu dan meluangkan waktu dalam memberikan masukan beserta saran-saran sehingga penulis dapat lebih menlengkapi skripsi ini dengan baik.
7. Rekan-rakan seperjuangan Program Studi Teknik Mesin Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jakarta khususnya angkatan 2016 yang selalu memberikan dukungan moral dan ilmu-ilmu sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan baik.
8. Serta setiap orang yang telah memberikan fasilitas-fasilitas dalam mengerjakan skripsi ini.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan skripsi ini, sehingga penulis sangat berharap kritik dan saran dari semua pihak untuk membangun kesempurnaan dari skripsi ini.
Ahkir kata, penulis berharap semoga penulisan ini bisa memberikan manfaat bagi penulis sendiri, perusahaan, kampus, dan berbagai civitas akademik lainnya dikemudian hari.
Jakarta, Juni 2020
Penulis
ix
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN DOSEN PENGUJI ... i
PENGESAHAN PEBIMBING ... ii
PERNYATAAN ORISINALITAS ... iii
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... iv
ABSTRAK ... v
ABSTRACT ... vi
KATA PENGANTAR ... vii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR TABEL ... xv
DAFTAR LAMPIRAN ... xvi
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 3
1.3 Batasan Masalah ... 4
1.4 Tujuan Penelitian ... 4
1.5 Sistematika Penulisan ... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pompa Sentrifugal ... 6
2.1.1 Impeller ... 7
2.2 Casting ... 11
2.2.1 Klasifikasi Casting ... 13
2.2.2 Pembekuan Logam ... 14
2.2.3 Pencairan Logam ... 16
2.3 Cetakan Pasir (Sand Casting) ... 16
x
2.4 Ketelitian Ukuran Coran ... 19
2.5 Sistem Saluran (Gating System) ... 20
2.5.1 Cawang Tuang (Pouring Basin) ... 21
2.5.2 Saluran Turun (Sprue) ... 22
2.5.4 Pengalir (Runner) ... 23
2.5.5 Pengalir Tambahan (Runner Extension) ... 24
2.5.6 Ingate atau Saluran Masuk ... 24
2.6 Perencanaan Sistem Saluran ... 25
2.7 Saluran Penambah (Riser) ... 29
2.7.1 Meranacang Riser ... 32
2.8 Cacat Coran ... 32
2.8.1 Rongga Udara ... 33
2.8.2 Crack atau Retakan ... 34
2.8.3 Shrinkage atau Penyusutan ... 34
2.9 Alumunium 7075 Alloy ... 37
2.10 Computer Aided Design (CAD) ... 38
2.10.1Solidworks ... 39
2.11 Simulasi Proses Casting ... 40
2.11.1 Komputasi Numerik Simulasi ... 41
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Pengumpulan Data ... 44
3.1.1 Data Benda Pengecoran Impeller ... 45
3.2 Perancangan Geometri 3D Impeller ... 45
3.3 Perencanaan Sistem Saluran ... 46
3.4 Pemodelan 3D Sistem Saluran ... 46
3.5 Simulasi Software ... 46
xi
3.6 Pemodelan Ulang pada Riser ... 46
3.7 Simulasi Software (Perubahan Diameter Riser) ... 47
3.8 Analisa dan Pembahasan ... 47
3.9 Kesimpulan dan Saran ... 47
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Perancangan Sistem Saluran ... 48
4.1.1 Perhitungan Satu Saluran Masuk ... 48
4.1.2 Perhitungan Dua Saluran Masuk ... 52
4.2 Perencanaan Riser ... 55
4.2.1 Perencanaan riser biasa dengan pendekatan teori Foseco Non – Ferrous Foundryman’s Handbook ... 55
4.3 Variabel Tetap Simulasi Sistem Sistem Saluran Impeller ... 57
4.4 Simulasi Sistem Saluran ... 58
4.4.1 Simulasi Sistem 1 Saluran ... 58
4.4.2 Simulasi Sistem 2 Saluran ... 59
4.5 Meminimalisir Cacat Shrinkage Sistem 2 Saluran Pada Diameter Riser ... 62
4.5.1 Simulasi 2 Saluran Riser Ø 158,5 mm... 62
4.5.2 Simulasi 2 Saluran Riser Ø 168,5 mm... 63
4.5.3 Simulasi 2 Saluran Riser Ø 178,5 mm... 64
4.6 Perhitungan Cacat Shrinkage Produk ... 66
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 69
5.2 Saran ... 70
xii
DAFTAR PUSTAKA
RIWAYAT HIDUP
LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Impeller radial ... 8
Gambar 2.2 Mixed flow impeller ... 8
Gambar 2.3 Axial impeller ... 9
Gambar 2.4 Special impeller ... 9
Gambar 2.5 Open impeller ... 10
Gambar 2.6 Semi-open impeller ... 11
Gambar 2.7 Close impeller ... 11
Gambar 2.8 (a) cetakan terbuka (b) Cetakan Tertutup... 12
Gambar 2.9 Pembekuan logam dalam cetakan ... 15
Gambar 2.10 Kurva pendinginan logam murni pada pengecoran ... 15
Gambar 2.11 Bagian Cetakan Pasir ... 18
Gambar 2.12 Sistem Saluran ... 19
Gambar 2.13 (a) Jenis cawang tuang tanpa inti pemisah, (b) dengan inti pemisah, (c) dengan penutup ... 20
Gambar 2.14 Jenis geomteri sprue (a) tapered sprie, (b) straight Sprue ... 21
Gambar 2.15 Bentuk saluran turun dasar (well base) ... 21
Gambar 2.16 Jenis bentuk pengalir : (a) Wide shallow runner, (b) Square Runner ... 22
Gambar 2.17 Jenis saluran masuk (ingate) ... 23
Gambar 2.18 Area sprue ... 25
Gambar 2.19 Top Gating system ... 26
Gambar 2.20 Bottom Gating system ... 26
Gambar 2.21 Parting line Gating ... 26
Gambar 2.22 Dimensi well base ... 27
Gambar 2.23 Wall Base area... 27
Gambar 2.24 Top riser dan side riser ... 28
Gambar. 2.25 Peletakan Top riser dan side riser pada cetakan ... 28
Gambar 2.26 Contoh-contoh riser : (a) Penambah atas, (b) penambah
buta, (c) penambah samping ... 29
xiv
Gambar 2.27 Cacat Porositas Gas ... 31
Gambar 2.28 Cacat retakan ... 32
Gambar 2.29 Cacat penyusutan (Shrinkage) ... 33
Gambar 2.30 Ilustrasi terjadinya cacat penyusutan (shrinkage) ... 33
Gambar 2.31 Logo Software Solidworks ... 38
Gambar 3.1 Diagram Alir ... 42
Gambar 3.2 Model Impeller ... 43
Gambar 4.1 Top Gating System ... 47
Gambar 4.2 Penampang runner ... 49
Gambar 4.3 Top Gating System ... 50
Gambar 4.4 Dimensi Runner ... 52
Gambar 4.5 3D system 1 saluran pada simulasi flow casting ... 56
Gambar 4.6 Cacat Shrinkage pada satu saluran saat simulasi ... 56
Gambar 4.7 3D system 2 saluran pada simulasi flow casting ... 57
Gambar 4.8 Cacat Shrinkage pada simulasi sistem dua saluran... 58
Gambar 4.9 (a) Model 3D Sistem Cetakan (b) Diameter riser 158,5 mm ... 60
Gambar 4.10 Shrinkage pada dua saluran diameter riser Ø158,5 mm .... 60
Gambar 4.11 (a) Model 3D Sistem Cetakan (b) Diameter riser 168,5 mm ... 61
Gambar 4.12 Shrinkage pada dua saluran diameter riser Ø168,5 mm .... 62
Gambar 4.13 (a) Model 3D Sistem Cetakan (b) Diameter riser 178,5 .... 63
Gambar 4.14 Shrinkage pada dua saluran diameter riser Ø178,5 mm .... 63
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.3 Alumunium alloy 7075-T6 ... 36
Tabel 4.1 Parameter variabel tetap pada tahap simulasi ... 55
Tabel 4.2 Hasil Simulasi Cacat shrinkage ... 59
Tabel 4.3 Hasil Persentase Cacat Penyusutan 2 Sistem Saluran ... 65
Tabel 4.4 Volume desain Gating System ... 65
xvi
