Modifikasi Mesin Uji Tarik Kapasitas 5000 Newton Untuk Meningkatkan Nilai Keakuratan Pengujian
(1)*Rudi Harianto, (2)Ivan Sujana, (3)Muhammad Taufiqurrahman
(1)(3)Program Studi Teknik Mesin, Universitas Tanjungpura, Jl. Prof. Dr. H. Hadari Nawawi, Pontianak
(2)Program Studi Teknik Industri, Universitas Tanjungpura, Jl. Prof. Dr. H. Hadari Nawawi, Pontianak
*Email: [email protected]
ABSTRACT
Tensile Testing Machine is one type of tool to measure the characteristic value of a material. The tensile testing machine in the Department of Mechanical Engineering, Tanjungpura University has a main frame dimension of 50cm x 30cm x 84cm which is basically not a manufacturer, so that when initial observations were made there were many shortcomings, ranging from holes in the frame plate that were too large, weak grip strength. The resulting test value is only able to produce the maximum tensile strength value. In this study, the tensile strength of the PVC material sample was tested, before and after the engine modification, and compared it with the results of the sample test in a standard laboratory as a reference. The test results before being modified, the maximum tensile strength test value (Ultimate Tensile Strength) of the sample was 32.3 MPa on average, or there was a difference of 20.72% against the reference test results. After modification, the average maximum tensile test result is 30.10 MPa, or there is a difference to the reference value of 12.5%. From the results of other modifications there is also an elongation value of 8.22%, and the measurement data is recorded in the form of a data logger so that it is possible to make a graph of the stress and strain relationship. The newly created chuck is also very strong and easy to use.
Keywords: Tensile Testing Machine, 5000 Newton Capacity, Modification, Value Accuracy
ABSTRAK
Mesin Uji Tarik merupakan salah satu jenis alat untuk mengukur nilai karakteristik suatu bahan.
Mesin uji tarik yang ada di Jurusan Teknik Mesin Universitas Tanjungpura memiliki ukuran dimensi rangka utama sebesar 50cm x 30cm x 84cm yang pada dasar pembuatannya bukan pabrikan sehingga ketika dilakukan observasi awal terdapat banyak kekurangan dari mulai lubang pada plat rangka yang terlalu besar, kekuatan cekam yang lemah dan nilai pengujian yang hasilkan hanya mampu menghasilkan nilai kekuatan tarik maksimum. Pada penelitian ini dilakukan pengujian kekuatan tarik sampel material berbahan PVC, sebelum dan sesudah modifikasi mesin tersebut, serta membandingkannya dengan hasil pengujian sampel tersebut di laboratorium standar sebagai acuan.
Hasil pengujian sebelum dimodifikasi didapat nilai pengujian kekuatan tarik maksismum (Ultimate Tensile Strength) sampel rata-rata sebesar 32,3 MPa, atau terdapat selisih sebesar 20,72 % terhadap hasil pengujian acuan. Setelah dilakukannya modifikasi, hasil pengujian tarik maksimum rata-rata sebesar 30,10 MPa, atau terdapat selisih terhadap nilai acuan sebesar 12,5%. Dari hasil modifikasi lainnya terdapat juga nilai elongasi sebesar 8,22 %, serta data pengukuran terekam dalam bentuk data logger sehingga memungkinkan untuk dibuat grafik hubungan tegangan dan regangan. Cekam baru yang dibuat juga sangat kuat dan mudah untuk digunakan.
Kata kunci: Mesin Uji Tarik, Kapasitas 5000 Newton, Modifikasi, Nilai Keakuratan I. Pendahuluan
Mesin uji tarik sangat berperan penting dalam proses penentuan kualitas bahan yang akan diproduksi massal. Melakukan uji tarik
pada suatu material berarti mencari nilai dari sifat material diantaranya kelenturan, kekerasan dan plastisitas.
Mesin uji tarik yang berada dijurusan Teknik Mesin universitas Tanjungpura memiliki nilai Ultimate Tenslie Strength (UTS) maksimal 5000 Newton sehingga dengan tegangan sebesar itu hanya memungkinkan melakukan uji tarik spesimen material plastik.
Spesimen yang digunakan adalah ASTM D638 yang mengacu pada spesimen uji plastik.
Setelah dilakukan observasi, ditemukan masih banyak kekurangan, mulai lubang plat yang terlalu besar, kekuatan cepitan cekam yang rendah dan nilai yang dihasilkan hanya mampu membaca nilai UTS. Pengambilan data awal sebelum dilakukannya modifikasi dengan melakukan pengujian 5 buah sampel didapati tegangan masing-masing sebesar 32,66 MPa, 32,23 MPa, 32,27 MPa, 32,19 MPa dan 32,16 MPa dengan rata-rata sebesar 32,3 MPa, eror terhadap UTS acuan sebesar 20,72 %.
Tujuan dilakukannya penelitian kali ini adalah agar mesin uji tarik yang ada di Teknik Mesin Untan dapat meningkat nilai keakuratan pengujiannya.
Gambar 1. Mesin Uji Tarik sebelum dimodifikasi (Sumber: Jurusan Teknik Mesin, UNTAN)
II. Bahan dan Metode 2.1 Pengertian Uji Tarik
Uji tarik (tensile test) digunakan untuk mengetahui sifat dari suatu material antara lain kekerasan, kelenturan dan plastisitas.
Gambar 2. Hubungan antara gaya tarik dan penambahan panjang
(Sumber : Davis, 2004) 2.2 Spesimen Uji ASTM D638
Spesimen uji ASTM D638 merupakan standar uji untuk properti plastik. adapun bentuk dari spesimen uji dapat dilihat pada gambar 3 yang mana masing-masing dari kode tersebut dapat ditentukan dengan melihat tabel 1 di bawah ini.
Gambar 3. Spesimen uji standar ASTM D638 (Sumber : ASTM, PA 19428-2959. United States) Tabel 1. Dimensi spesimen uji tarik dalam ukuran
mm dan inch
Dimensions
7 (0,28) or under
Over 7 to 14 (0,28 to 0,55),
inch Type I Type II Type III W-Width of
narrow sectionE.F
13
(0,50) 6 (0,25) 19 (0,75) L-Length of
narrow section 57
(2,25) 57 (2,25) 57 (2,25) WO-width
overall, minG 19
(0,75) 19 (0,75) 29 (1,13) LO- Length
overall, minH
165
(6,5) 183 (7,2) 246 (9,7) G-Gage length 50
(2,00) 50 (2,00) 50 (2,00) D-Distance
between grips 115
(4.5) 135 (5,3) 115 (4,5) R-Radius of
fillet
76
(3,00) 76 (3,00) 76 (3,00) (Sumber : ASTM, PA 19428-2959. United States )
2.3 Stress
Ketika benda mengalami deformasi, molekul pada benda tersebut akan membentuk tahanan terhadap deformasi. Gaya per satuan luas ini biasa disebut dengan istilah stress.
Dalam rumus dasar uji tarik, nilai tegangan yang terjadi pada spesimen uji plastik (Davis, 2004) dapat dirumuskan sebagai berikut :
s = 𝐹𝐴 (1) Dimana:
s = Tegangan tarik (N/m2 ) F = Besar gaya yang bekerja (N) A= Luas penampang (m2) 2.4 Strain
Regangan adalah perbandingan antara pertambahan panjang dan panjang mula-mula.
Regangan yang terjadi pada spesimen uji plastik (Davis, 2004) dapat dicari dengan rumus sebagai berikut :
𝜀 =Δ𝐿
𝐿 (2) Keterangan :
ɛ = Regangaan
∆L = Pertambahan Panjang (m) L = Panjang mula-mula (m) 2.5 Load Cell
Load Cell merupakan suatu alat elektromekanik biasa juga disebut transducer, yaitu gaya yang bekerja berdasarkan prinsip reaksi terhadap elemen material logam akibat tegangan mekanis, gaya yang ditimbulkan dari reaksi tersebut kemudian dikonversi menjadi sinyal listrik oleh strain gauge (pengukur regangan). Sinyal listrik proporsional dengan gaya yang diterimanya (Suprapto, 2012).
Kapasitas load cell yang digunakan pada penelitian kali ini adalah sebesar 5000 Newton.
2.6 Digital Forge Gauge 5000 N
Digital Force Gauge adalah sebuah alat ukur besaran gaya secara digital. Nilai pengukuran yang dilakukan dapat langsung dilihat pada layar alat uji sehingga sangat praktis dan efisien untuk pengukuran secara cepat, adapun nilai yang mampu dibaca oleh Digital Force Gauge sebesar pada penelitian ini sebesar 5000 N.
2.7 Alat dan Bahan yang digunakan
Alat yang digunakan untuk penelitian ini adalah mesin las dan perlengkapannya, bor
duduk listrik, mesin bubut, gerinda listrik, palu, roll meter, mistar baja, kunci ring, pas, shok, amplas, tab roll, jangka sorong, dan mikrometer sekrup 0,01 mm.
Sedangkan bahan yang digunakan adalah baut dan mur, flange, besi strip 2 mm, mesin uji tarik 5000 N.
2.8 Metode Penelitian
Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode deskriptif dengan analisa kualitatif. Teknik pengumpulan data menggunakan teknik observasi dan eksperimen.
Tujuan digunakannya observasi sebagai metode penelitian kali ini untuk mengetahui data awal pada mesin uji tarik, seperti data rangka, data spesifikasi alat, data hasil pengujian sebelum dimodifikasi dan ketelitian hasil pengujian sebelum dimodifikasi terhadap UTS acuan.
Data-data yang dihimpun tersebut akan digunakan untuk melakukan uji eksperimen.
2.9 Pembuatan Spesimen Uji
Berdasarkan standar spesimen pada gambar 3 dan tabel 1 maka spesimen uji pada penelitian kali ini dengan dimensi sebagai berikut :
Gambar 4. Spesimen uji standar ASTM D638 Adapun jenis spesimen yang diujikan adalah pipa PVC Merek Gnet ¾ inch yang telah disesuaikan dengan ukuran standar ASTM.
III. Hasil dan Pembahasan 3.1 Hasil Observasi Mesin Uji Tarik
Sebelum dilakukan modifikasi, tentunya mesin tersebut diobservasi terlebih dahulu, agar dapat mengetahui secara rinci bagian-bagian mana saja yang akan diperbaiki. Selain itu juga dilakukan pengujian awal pada sampel yang digunakan, untuk mengetahui nilai hasil pengujian awal yang akan digunakan sebagai pembanding terhadap nilai acuan yang diperoleh dari pengujian pada laboratorium pengujian material standar.
Tabel 2. Tabel Perbaikan dan Dampak
3.1.1 Data dimensi dan material rangka Tabel 3. Data rangka No Nama
Item
Bagian Item
Dimensi (mm)
Jenis Material
1 Kerangka Duduk
Plat Atas
& bawah 500x300x15 Ductile Iron Poros
Rangka 810x40x40 Ductile Iron
2 Kerangka Gerak
Plat Atas
& bawah 200x120x15 Ductile Iron, Poros
Rangka Ø25,4x527,5
Stainless Steel AISI 304
3 Cekam -
70x70x25 Ductile Iron
3.1.2 Data spesifikasi alat dan spesimen uji Berikut ini adalah data spesifikasi mesin uji tarik :
Tabel 4. Data spesifikasi
No Nama Nilai Satuan
1 Elektrik Jack ≤ 2 Ton
2 Load Cell ≤ 5000 Newton
3 Digital Force
Gauge
≤ 5000 Newton
4 Power Supply 20 Amper
5 ASTM D638 - -
3.1.3 Hasil Pengujian spesimen sebelum dimodifikasi
Tabel 5. Data hasil pengujian UTS
No
Luas Penampang
( mm2)
Tegangan Tarik Maks.(N)
Kekuatan Tarik Maks.
(Mpa)
1 23,82 778 32,65918
2 23,58 760 32,2307
3 23,49 758 32,26905
4 23,76 765 32,19697
5 23,598 759 32,16374
Rata-rata 32,30393
STD Deviasi 0,202408
Tabel 6. UTS acuan No Parameter
Uji/Satuan
Hasil Uji
9 11 13 14 15
1
Uji Tarik : Kuat Luluh
(N/mm2) 25,4 25,3 26,2 27,6 26,2 Kuat Tarik
(N/mm2) 25,9 25,9 26,9 28,3 26,8 Regangan
(%) 17,5 24,9 34,9 28,4 24,2
Nilai yang terdapat pada UTS acuan bersumber dari pengujian 5 buah sampel sama yang dilakukan oleh Badan Standarisasi dan Kebijakan Jasa Industri Balai Riset dan Standarisasi Industri Surabaya di Laboratorium Pengujian dan Kalibrasi BARISTAND Industri Surabaya pada 7 Mei 2021 dengan rata-rata kekuatan tarik pada UTS acuan adalah 26,76, Yield Strength 26,14 dan elongasi 25,98 %.
No Gambar Keterangan dan
Dampak
1
Anak panah warna hitam menunjukkan lubang plat yang tidak pas untuk poros gerak, mengakibatkan posisi cekam atas dan bawah tidak presisi sehingga mempergaruhi nilai keakuratan pengukuran.
2
Ketidak sesuaian lubang plat rangka duduk dan
rangka gerak
menyebabkan
ketidaklurusan pada cekam.
3
Hasil pengukuran uji tarik hanya mampu membaca nilai UTS.
4
Elektrik jack yang sering berubah posisi berpengaruh kepada tidak seimbangnya rangka gerak.
5
Plat rangka gerak goyang dikarenakan lubang poros gerak terlalu besar. Anak panah warna hitam menunjukkan lubang plat yang besar.
6
Cekam yang digunakan tidak dapat menjepit spesimen uji dengan kuat sehingga spesimen uji mudah terlepas.
Tabel 7. Ketelitian pengukuran sebelum modifikasi terhadap UTS acuan
No Kekuatan Tarik Maks. (Mpa)
Rata- rata UTS acuan
Eror %
1 32,65918
26,76.
22,04478
2 32,2307 20,44359
3 32,26905 20,58689
4 32,19697 20,31753
5 32,16374 20,19336
Rata-
rata 32,30393 20,71723
Pada pengujian kali ini spesimen uji PVC merek Gnet, standar ASTM D638 dengan ketebalan 1,8 mm. Standar deviasi 0,202408, dan rata-rata eror yang terjadi antara UTS sampel terhadap UTS acuan adalah sebesar 20,72 %.
3.1.4 Kecepatan Elektrik Jack 2 Ton
Kecepatan tarik elektrik jack dengan kapasitas maksimal 2 ton adalah 17,14 cm/menit atau 2,86 mm/s.
3.2 Mempresisikan lubang pada plat rangka Salah satu penyebab menurunnya keakuratan pengujian adalah lubang pada plat poros gerak maupun rangka duduk terlalu besar.
Untuk mengatasi hal ini pada poros gerak dibantu dengan memasang flange.
Gambar 5. Desain plat rangka duduk, (a) sebelum dimodifikasi, (b) Setelah dimodifikasi
Gambar 6. Plat rangka duduk
Gambar 7. Desain plat rangka gerak sebelum dan setelah dimodifikasi
Gambar 8. Plat rangka gerak dengan flange 3.3 Desain dan Pembuatan Cekam
Pendesainan dan pembuatan cekam baru ini bertujuan agar cekam yang baru ini bisa menggantikan cekam yang lama dengan keunggulan daya cekam yang kuat dan tidak memerlukan alat tambahan. Adapun alasan lain dimodifikasinya cekam ini adalah tidak lurus dan presisi antar cekam atas dan bawah sehingga mempengaruhi keakuratan pengujian.
Gambar 9. Desain cekam baru
Gambar 10. Cekam baru yang dibuat 3.4 Pemasangan Program
Program yang digunakan bernama Handy Force Gauge yang mampu membaca pertambahan panjang setiap 0,1 detik dengan data yang terekam berbentuk data logger.
Gambar 11. Tampilan Utama Program Hendy Force Gauge
3.5 Pengujian Setelah Modifikasi
Tabel 8. Hasil pengujian Ultimate Tensile Stength setelah dimodifikasi
No Luas
Penampang ( mm2)
Stress Tarik Maks.
( N )
Kekuatan Tarik Maks.
( Mpa)
1 24,4296 755 30,9051
2 23,9616 689 28,7543
3 24,48 727 29,6977
4 24,2604 719 29,6368
5 23,7888 749 31,4854
Rata-rata 30,0959
STD Deviasi 1,0902650
Kecepatan pengujian pada tabel 8 di atas adalah 2,86 mm/s
Tabel 9. Ketelitian pengukuran terhadapat UTS acuan
No UTS Setelah Modifikasi
UTS
Acuan Eror % 1 30,90513
26,76
15,49003
2 28,75434 7,452692
3 29,69771 10,978
4 29,63677 10,75028
5 31,4854 17,65846
Rata-
rata 30,0959 12,46589
Tabel 10. Data Kuat luluh, Kuat tarik dan Elongasi No
Kuat Luluh (N/mm2)
Kuat Tarik (N/mm2)
Regangan
% 1 28,32629 30,9051 13,86667 2 28,37874 28,7543 14,73333 3 29,33007 29,6977 11,96 4 28,89482 29,6368 9,88 5 31,023 31,4854 17,68
Besar penyimpangan yang terjadi terhadap nilai UTS acuan adalah sebesar 12,46589 %
nilai ini tidak terlalu jauh dibandingkan eror yang terjadi sebelum dilakukan modifikasi yaitu 20,72%. Yield Strength dengan rata-rata 29,1907 N/mm2 dan elongasi rata-rata 13,624
% .
Gambar 12. Grafik hubungan antara tegangan dan waktu
Berdasarkan grafik diatas dapat diketahui nilai UTS puncak setiap spesimen berada pada detik ke 1,1 dengan rata-rata tegangan berada dikisaran 700 N, untuk patahan bervariasi spesimen no 48 pada detik ke 10,2 dan yang paling cepat spesimen no 47 terjadi pada detik ke 5,7. Secara keseluruhan keberagaman tidak mengalami perbedaan yang signifikan, pada proses pengujian uji sampel.
IV. Kesimpulan
Adapun dari penelitian yang telah dilakukan maka dapat disimpulan bahwa hasil modifikasi didapatkan data hasil pengukuran penyimpangan terhadap UTS acuan sebesar 20,72% sebelum modifikasi dan 12,5% setelah dimodifikasi. Hal ini membuktikan adanya peningkatan keakuratan data pengujian setelah dilakukan modifikasi sebesar 8,22%. Selain itu dari pengujian spesimen menggunakan program mampu menghasilkan data logger yang mana data logger ini dapat menghasilkan Yield Strength, Elongasi/Regangan serta dapat pula dibuat grafik.
Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada kedua orang tua dan kepada bapak Ir. M. Taufiqurrahman, S.T., M.T., IPM yang membantu meminjamkan alat uji tarik 5000 Newton juga pihak Comdev &
Outreaching Universitas Tanjungpura yang
telah membiayai penelitian ini melalui program Bantuan Dana dan Riset Penelitian mahasiswa Bidikmisi Angkatan 2014.
Daftar Pustaka
ASTM Internasional, Designation: D638 – 14.
Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics. West Conshohocken, PA 19428-2959. United States
Budynas, Richard G.; Nisbett, J. Keith; Shigley, J. E. 2011. Mechanical Engineering Design, 9nd. New York. McGraw-Hill Davis, J.R. 2004. Tensile Testing. Seccon
Edition. United States of America: ASM International
Hutton, David. V. 2004. Fundamentals of Finite Element Analysis. New York:
McGraw-Hill
M. Mualif. 2012. Pembuatan Alat Uji Tarik Meterial. Jurnal SIMETRIS. Vol. 10 No.
1. Halm. 93-95
Sufiandi, Sandi. 2007. Perancangan dan Pengembangan Alat Uji Tarik/Tekan Portabel dengan Data Akuisisi. Depok:
Fakultas Teknik: Universitas Indonesia Suryawan, Achmad Apriliansyah Arief. 2020.
Rancang Bangun Mesin Uji Tarik dan Uji Bending Untuk Pengujian Bahan Komposit Polimer. Publikasi Online Mahasiswa Teknik Mesin. Vol. 3 No. 1 Taufiq,Rochim. 2006. Spesifikasi Metrologi &
Control Kualitas Geometrik 2. Institut Teknologi Bandung: Bandung
Timoshenko, S. P. dan Gere, J. M. 1961.
Theory of Elastic Stability, 2nd. New York : McGraw-Hill International Book Company
