PENGUJIAN DAN VALIDASI ALAT UJI IMPAK TYPE CHARPY ( …repository.utu.ac.id/386/1/I-V.pdf · 1.2....
Transcript of PENGUJIAN DAN VALIDASI ALAT UJI IMPAK TYPE CHARPY ( …repository.utu.ac.id/386/1/I-V.pdf · 1.2....
TUGAS AKHIR
PENGUJIAN DAN VALIDASI ALAT UJI IMPAK TYPE
CHARPY ( IMPACT TESTING MACHINE )
Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Dari Syarat-syarat Yang Diperlukan
Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Universitas Teuku Umar
Disusun Oleh :
Nama : M U H I B U D D I N
Nim : 08C10202008
Bidang : TEKNIK PEMBENTUKAN DAN
MATERIAL
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS TEUKU UMAR
ALUE PEUNYARENG, MEULABOH
2014
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Diera globalisasi saat ini Universitas Teuku Umar harus mampu
menyeimbangkan perkembangan teknologi agar mampu bersaing dengan
universitas lainnya yang berada di tingkat lokal dan nasional, salah satu usaha
yang dapat dilakukan adalah dengan peningkatan kualitas mahasiswa, mahasiswa
harus mampu mengaplikasikan teori-teori yang didapatkan di ruang kuliah ke
lapangan kerja tentunya, salah satunya yang dapat mendukung hal tersebut diatas
adalah dengan memberikan pendalaman pemahaman teori melalui praktikum-
praktikum. Keterbatasan alat-alat praktikum di Fakultas Teknik Jurusan Teknik
Mesin Universitas Teuku Umar Meulaboh, yang selama ini praktikum mahasiswa
dilakukan dengan menyewa alat praktikum dengan biaya yang besar di
Universitas Syiah Kuala Darussalam Banda Aceh, selain biaya yang besar dan
mengingat jarak tempuh perjalanan ke tempat praktikum dan penelitian tersebut
sangat jauh (Rata-rata diatas 250-500 km dari UTU) membuat praktikum dan
penelitian mahasiswa menjadi tidak optimal.
Dengan sudah di rancang ulang alat uji impak (impact testing) type Charpy
telah dibuat ulang (Farizal dan Jufrianto 2013) Sesuai dengan stantar ASTM E 23-
02, [1].
2
Dan agar alat uji impak tersebut dapat digunakan untuk di publikasikan
penggunaannya secara umum baik untuk kegiatan praktikum material teknik
maupun penelitian mahasiswa dan dosen, maka alat uji tersebut terlebih dahulu
harus di uji, pengujian alat uji impak tersebut dilakukan sesuai dengan standar
ASTM E 23-02.
Bedasarkan dari latar belakang di atas maka sebelum alat uji yang telah di
buat dapat digunakan, maka pada penelitian ini akan melakukan pengujian dan
Validasi dari alat uji impak type charpy. maka pada penelitian pengujian alat uji
impak type charpy dilakukan pada material yang umumnya digunakan dan
mengalami beban impak. pengujian alat uji impak type charpy pada material
kuningan, material kuningan yang digunakan adalah bahan yang umumnya
banyak digunakan sebangai material pasak pada poros propeler kapal nelayan
penangkap ikan di sekitar Aceh Barat.
1.2. Rumusan Masalah
Alat uji impak type charpy yang telah dirancang bangun ulang harus di uji
agar dapat digunakan secara umum untuk kegiatan praktikum, pengujian
dilakukan pada material kuningan berdasarkan standar ASTM E 23-02.
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. pengujian dan validasi alat uji impak (impact testing) type Charpy
dengan menggunakan meterial kuningan.
3
2. Membandingkan dengan hasil penelitian orang yang telah di uji dengan
spesimen yang sama.
1.4. Manfaat Penelitian
Dengan selesainya pengujian dan validasi alat uji impak type charpy ini
diharapkan alat uji ini valid dan dapat digunakan untuk kegiatan praktikum
material teknik, dan penelitian dosen dan mahasiswa.
Dimana penelitian dan praktikum telah dilakukan di Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Teuku Umar, dan ini dapat menekan biaya penelitian
dan praktikum yang selama ini dilakukan dengan menyewa alat tersebut dengan
biaya yang besar di Universitas Syiah Kuala Darussalam Banda Aceh.
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Ketangguhan Bahan
Ketangguhan bahan adalah suatu ukuran energi yang diperlukan untuk
mematahkan suatu bahan. Bahan yang bersifat ulet akan memerlukan energi
perpatahan yang lebih besar dan mempunyai sifat tangguh yang lebih baik dari
pada bahan yang bersifat getas dengan kekuatan bahan yang sama. Penurunan
ketangguhan bahan sangat beresiko dan dapat berakibat fatal, oleh karena itu
ketangguhan perlu diukur atau dikuantifikasi secara konvensional, hal tersebut
dilakukan dengan uji impak atau benturan.
Pengujian impak bertujuan untuk mengukur berapa energi yang dapat
diserap suatu material sampai material tersebut patah. Pengujian impak
merupakan respon terhadap beban kejut atau beban tiba-tiba (beban impak) [3].
Dalam pengujian impak terdiri dari dua teknik pengujian standar yaitu Charpy
dan Izod. Pada pengujian standar Charpy dan Izod, dirancang dan masih
digunakan untuk mengukur energi impak yang juga dikenal dengan ketangguhan
takik [3].
2.2. Metode Izod
Menggunakan batang impak kantilever. Benda uji izod sangat jarang
digunakan pada saat sekarang ini. Pada benda uji izod mempunyai penampang
lintang bujur sangkar atau lingkaran dan bertakik V didekat ujung yang di jepit.
5
2.3. Metode Charpy
Menggunakan batang impak yang ditumpu pada kedua ujungnya. Benda
uji charpy mempunyai luas penampang lintang bujur sangkar dan memiliki takik
V – 450, dengan jari-jari dasar 0,25 mm dan kedalaman 2 mm. Benda uji
diletakkan pada tumpuan dalam posisi mendatar dan bagian yang bertakik diberi
beban impak dengan ayunan bandul. Benda uji akan melengkung dan patah pada
laju regangan yang tinggi [4].
Menurut ASTM, standarisasi Notched Bar Test adalah ASTM E 23-01,
kedua metode di atas dapat di lihat pada gambar 2.1.
Gambar 2.1. Metode Pengujian Impak
Sumber : Calliester, 2007
2.4. PengujianAlat Uji Impak Metode Charpy
Dalam menentukan ketahanan logam terhadap pembebanan kejut (Impact
Strenght), prinsipnya adalah berapa besar gaya kejut yang dibutuhkan untuk
mematahkan benda uji dibagi dengan luas penampang bahan [5].
6
Spesimen Charpy berbentuk batang dengan penampang lintang bujur
sangkar dengan takikan V oleh proses permesinan (gambar 2.2.a). Mesin
pengujian impak diperlihatkan secara skematik dengan (gambar 2.2.b). Beban
didapatkan dari tumbukan oleh palu pendulum yang dilepas dari posisi ketinggian
h. Spesimen diposisikan pada dasar seperti pada (gambar 2.2.b) tersebut. Ketika
dilepas, ujung pisau pada palu pendulum akan menabrak dan mematahkan
spesimen ditakikannya yang bekerja sebagai titik konsentrasi tegangan untuk
pukulan impak kecepatan tinggi. Palu pendulum akan melanjutkan ayunan untuk
mencapai ketinggian maksimum h’ yang lebih rendah dari h. Energi yang
diserap dihitung dari perbedaan h’ dan h (mgh – mgh’), adalah ukuran dari
energi impak. Posisi simpangan lengan pendulum terhadap garis vertikal sebelum
dibenturkan adalah α dan posisi lengan pendulum terhadap garis vertikal setelah
membentur spesimen adalah β.
Gambar 2.2. Metode Impak Type Charpy
Sumber : Calliester, 2007
7
2.5. Prinsip Dasar Mesin Uji Impak
Apabila pendulum dengan berat G dan pada kedudukan h1 dilepaskan,
maka akan mengayun sampai kedudukan posisi akhir 4 pada ketinggian h2 yang
juga hampir sama dengan tinggi semula (h1), dimana pendulum mengayun bebas.
Pada mesin uji yang baik, skala akan menunjukkan usaha kilogram meter (kg.m)
pada saat pendulum mencapai kedudukan 4. seperti terlihat pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3. Prinsip Dasar Mesin Uji Impak
Apabila batang uji dipasang pada kedudukannya dan pendulum dilepaskan,
maka pendulum akan memukul batang uji dan selanjutnya pendulum akan
mengayun sampai kedudukan 3 pada ketinggian h2.
8
Usaha yang dilakukan pendulum waktu memukul benda uji atau usaha
yang diserap benda uji sampai patah dapat diketahui dengan menggunakan
persamaan 2.1, [5, 6, 3]:
W1 = G x h1 (Kg.m) ........................................................................... 2.1
Atau dengan menggunakan persamaan 2.2 :
W1 = G x λ (1 – cos α) (Kg.m) .......................................................... 2.2
Dimana :
W1 = Usaha yang dilakukan (Kg.m)
G = Berat pendulum (Kg)
h1 = Jarak awal antara pendulum dengan benda uji (m)
λ = Jarak lengan pengayun (m)
cos λ = Sudut posisi awal pendulum
Sedangkan sisa usaha setelah mematahkan benda uji dapat dihitung
dengan menggunakan persamaan 2.3 :
W2 = G x h2 (Kg.m) ........................................................................... 2.3
Atau dengan menggunakan persamaan 2.4 :
W2 = G x λ (1 – cos β) (Kg.m) ......................................................... 2.4
9
Dimana :
W2 = Sisa usaha setelah mematahkan benda uji (Kg.m)
G = Berat pendulum (Kg)
H2 = Jarak akhir antara pendulum dengan benda uji (m)
λ = Jarak lengan pengayun (m)
cos β = Sudut posisi akhir pendulum
Besarnya usaha yang diperlukan untuk memukul patah benda uji dapat
diketahui melalui persamaan 2.5 :
W = W1 – W2 (Kg.m) ...................................................................... 2.5
Sehingga dari persamaan diatas diperoleh persamaan 2.6 :
W2 = G x λ (cos β – cos λ) (Kg.m) ................................................... 2.6
dimana :
W = Usaha yang diperlukan untuk mematahkan benda uji (Kg m)
W1 = Usaha yang dilakukan (Kg m)
W2 = Sisa usaha setelah mematahkan benda uji (Kg m)
G = Berat pendulum (Kg)
λ = Jarak lengan pengayun (m)
cos λ = Sudut posisi awal pendulum
cos β = Sudut posisi akhir pendulum
Besarnya harga impak setelah dilakukan pengujian dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan 2.7:
10
K = 0A
W ............................................................................................ 2.7
dimana :
K = Nilai impak (Kg m/mm2)
W = Usaha yang diperlukan untuk mematahkan benda uji (Kg m)
Ao = Luas penampang di bawah takikan (mm2)
Pengujian impak dapat di identifikasi sebagai berikut [5,7]:
1. Material yang getas, bentuk patahannya akan permukaan merata, hal ini
menunjukkan bahwa material yang getas akan cenderung patah akibat
tegangan normal.
2. Material yang ulet akan terlihat meruncing, hal ini menunjukkan bahwa
material yang ulet akan patah akibat tegangan geser.
3. Semakin besar posisi sudut β akan semakin getas, demikian
sebaliknya. Artinya pada material getas, energi untuk mematahkan
material cenderung semakin kecil, demikian sebaliknya.
2.6 . Material kuningan
Kuningan adalah logam yang merupakan campuran dari tembaga dan seng.
Tembaga merupakan komponen utama dari kuningan, dan kuningan biasanya
diklasifikasikan sebagai paduan tembaga. Warna kuningan bervariasi dari coklat
kemerahan gelap hingga ke cahaya kuning keperakan tergantung pada jumlah
kadar seng. Seng lebih banyak mempengaruhi warna kuningan tersebut. Kuningan
11
lebih kuat dan lebih keras dari pada tembaga, Tetapi tidak sekuat atau sekeras
seperti baja. Kuningan sangat mudah untuk di bentuk ke dalam berbagai bentuk,
sebuah konduktor panas yang baik, dan umumnya tahan terhadap korosi dari air
garam. Karena sifat-sifat tersebut, kuningan kebanyakan digunakan untuk
membuat pipa, tabung, sekrup, adiator, alat musik, aplikasi kapal laut, dan untuk
senjata api.[7]
Penggunaan kuningan sebagai casing logam untuk senjata api pertama kali
diperkenalkan pada tahun 1852. Berbagai macam logam dicoba, Hasilnya ternyata
kuningan yang paling berhasil. Seperti ini menyebabkan perkembangan pesat
dalam industri senjata api otomatis.[7]
Komponen utama kuningan adalah tembaga. Jumlah kandungan tembaga
bervariasi antara 55% sampai dengan 95% menurut beratnya tergantung pada
jenis kuningan dan tujuan penggunaan kuningan. Kuningan yang mengandung
persentase tinggi tembaga terbuat dari tembaga yang dimurnikan dengan cara
elektrik. Yang setidaknya menghasilkan kuningan murni 99,3% agar jumlah
bahan lainnya bisa di minimalkan. Kuningan yang mengandung persentase rendah
tembaga juga dapat dibuat dari tembaga yang dimurnikan dengan elektrik, namun
lebih sering dibuat dari scrap tembaga. Ketika proses daur ulang terjadi,
persentase tembaga dan bahan lainnya harus diketahui sehingga produsen dapat
menyesuaikan jumlah bahan yang akan ditambahkan untuk mencapai komposisi
kuningan yang diinginkan. Kuningan mempunyai energi impak rata-rata 22,16
Joule [7]
12
2.7. Standar Deviasi
Standar Deviasi (SD) adalah pembangkuan dari penyimpangan nilai pada
distribusi data yang di hitung dari nilai mean-nya yang selanjutnya di namakan
simpangan baku. Semakin kecil nilai Standar Deviasi implementasi semakin baik
dan Standar Deviasi di usahakan tidak melebihi dari 5%.
Cara menghitung Standar deviasi yaitu [8].
X =N
x
D = X- X
SD =1
2
N
D
Keterangan :
SD = Standar Deviasi
D = Selisih nilai rata-rata dengan nilai data yang sebenarnya
X = Jumlah dari data yang ada
N = Jumlah data
X = Jumlah data yang ada
= Rata-rata dari data yang ada
………..…………………………….. ........(2.8)
………..…………………………….. ........(2.9)
………..…………………………............(2.10)
13
2.8. Standar Erorr
Standar Erorr (SE) adalah estimasi kesalahan suatu alat ukur, dihitung
dengan cara membandingkan kinerjanya dengan alat serupa yang telah baku. Nilai
Standar Erorr berkisar antara 0 – 1 dan bila nilai Standar Erorr mendekati 0 maka
mempunyai implementasi bahwa tingkat kesalahan alat ukur yang di uji adalah
kecil.
Cara menghitung standar erorr yaitu [8]:
Keterangan :
SE = Standar Erorr
SXX = Hasil kali yang kurang baku
SYY = Hasil Kali data yang baku
SXY = Hasil kali data antara yang baku dengan yang tidak baku
N = Jumlah data
X = Jumlah data yang ada
………..…………………....(2.11)
………..…………………....(2.12)
………..………………….. (2.13)
………..…………..…........ (2.14)
SE =
2
2
N
SXX
SXYSYY
N
XX
2
2 SXX =
N
YY
2
2
SYY =
N
YxXXY
SXY =
14
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan selama 6 (enam) bulan untuk mencapai target
yang tentukan. Pekerjaan persiapan dan pengujian serta segala sesuatu yang
menyangkut akan dilakukan di Laboratorium / workshop Universitas Teuku Umar
(Workshop M UTU). Setiap kejadian, respon dan hasil yang diperoleh selama
menjalankan kegiatan dicatat dalam dokumentasi dengan bantuan komputer untuk
menjamin akuntabilitas hasil penelitian.
3.2. Bahan dan Alat
Pada penelitian ini menggunakan bahan dan yang terbuat dari kuningan
karena kuningan sering digunakan bahan salah satunya pada poros popeler kapal
penangkap ikan nelayan. Spesimen kuningan ini di beli di kota Banda Aceh dalam
bentuk batangan dengan ukuran 10 mm x 10 mm x 55 mm.
3.2.1. Spesimen Uji
Dimensi dan ukuran spesimen dibuat berdasarkan standar ASTM E 23-
02 tipe A, seperti terlihat pada gambar 3.1.
10 mm 450
Gambar 3.1.Dimensi dan ukuran spesimen uji impak charpy.
Sumber : ASTM E 23-02.
3.3. Alat Uji.
Peralatan Alat uji yang di gunakan pada penelitian ini adalah Alat uji
impak Machine dengan spesifikasi seperti yang di tunjukan pada gambar 3.2.
Gambar 3.2. Alat Uji Impak
Sumber : Farizal dan Jufrianto, 2013
Keterangan :
Skala pengukur energy impak
Pengunci Pendulum
Rellintasan Pendulum
Kerangka utama
Kerangka penyangga
Bandul dan
Pedal rem
15
55 mm 10 mm
3.4. Peralatan Kerja
Peralatan kerja yang digunakan dalam pembuatan spesimen kuningan alat
uji impak tipe charpy adalah sebagai berikut :
3.4.1. Gergaji Tangan dan Ragum
Alat pendukung kerja ini yang digunakan dalam proses pemotongan
(spesimen), dengan mengunakan ragum ini untuk mengikat spesimen sewaktu di
potong, untuk alat pemotongan spesimen dengan mengunakan gergaji tangan,
seperti yang terlihat pada gambar lampiran 3.3.
3.4.2. Jangka sorong.
Jangka sorong ini digunakan untuk menggukur panjang dan lebar, juga
menggukur kedalaman takik spesimen sampai dengan 200 mm, ketelitian 0,05
mm pada penelitian seperti yang terlihat pada gambar lampiran 3.4.
3.4.3. Kikir Tangan
Alat pendukung kerja yang digunakan dalam proses pembuatan spesimen
untuk membuat takikan pada spesimen dengan penampang sudut 450
kikir ini
mempunyai panjangnya 10 mm, yang terlihat pada gambar lampiran 3.5.
3.5. Pengujian alat uji impak type charpy
Pengujian alat uji impak menggunakan material kuningan dengan
langkah- langkah pengujian sebangai berikut:
16
6
1. Mengangkat Bandul 1400 dengan cara memutar melawanan arah jarum
jam secara pelahan-lahan.
2. Meletakkan benda uji (spesimen) pada tempat tumpuan dengan benar-
benar pada posisi tegah, dimana pisau pada bendul spesimen sejajar
dengan takikan benda tersebut.
3. Menyetel posisi jarum skala ukuran di 00
4. Sebelum di tarik kunci bandul pada pendulum harus ditekan pedal rem
atau di tekan dengan kaki.
5. Tarik pengunci bandul atau melepaskan untuk mengayun dan
mematahkan spesimen benda uji.
6. Pedal rem di lepaskan untuk menghentikan bandul.
7. Melihat dan mencatat hasil data pengujian yang di tujukan oleh jarum
penunjuk pada busur derajat.
8. Masukan data energi impak yang telah di uji pada tabel berikut.
3.6. Perhitungan Energi Impak dan Standar Deviasi
Evaluasi terhadap hasil perhitungan energi impak dilakukan dengan
menghubungkan sudut derajat energi impak terhadap persamaan standar
pengujian impak dari persamaan 2.2, perasamaan 2.4, persamaan 2.5, dan
persamaan 2.7.
17
Pengujian
Alat Uji
Validasi
Alat Uji
Analisa
Data
Kesimpulan Penelitian
Selesai
Mulai
3.7. Validasi Alat Uji
Validasi alat uji Impak Type Charpy dilakukan dengan menggunakan data
hasil pengujian dengan menggunakan persamaan standar deviasi persaman ( 2.8)
s.d (2.10) dan persamaan standar error persamaan (2.11) s.d (2.14)
3.8. Diagram Alir Penelitian
Rangkaian kegiatan yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dilihat
dalam gambar 3.6.
Gambar 3.6. Diagram alir penelitian
Persiapan dan
Pembuatan Spesimen
ASTM E 23
18
3.9. Proses Pembuatan Spesimen
3.9.1. Pemotongan spesimen.
Spesimen kuningan ini merupakan campuran dari tembaga dan seng,
Tembaga merupakan komponen utama dari kuningan dan kuningan biasanya di
klasifikasikan sebangai paduan tembaga dengan bedasarkan ASTM E 23-02
dengan dimensi 10 mm x 10 mm x 55 mm seperti yang terlihat pada lampiran
gambar 3.7.
3.9.2. Proses meratakan spesimen
Kertas Atlas Brand ini untuk meratakan pinggir spesimen alat uji dalam
penelitian ini dengan mengunakan ukuran kertas gosok P400 dan P600 seperti
yang terlihat pada lampiran gambar 3.8.
3.9.3. Proses Pembuatan Takik.
Spesimen kuningan ini setelah di ukur dan pemotongan maka harus dibuat
takik pada ukuran tengah- tengah spesimen dengan kedalaman takik 2 mm seperti
yang terlihat pada lampiran gambar 3.9.
3.9.4. Proses pengukuran Spesimen.
Dengan selesainya proses pemotongan, maka di lanjutkan denga proses
meratakan dengan mengunakan kertas Atlas Brand, dengan dua cara, yang
pertama dengan mengunakan kertas Atlas Brand P 400, yang ke dua mengunakan
19
kertas Atlas Brand P 600, sehingga baru proses pengukuran spesimen, dengan
pengukuran, panjang, dan lebar, juga ukuran takik, seperti yang terlihat pada
lampiran gambar 3.10.
3.10. Proses Pengujian
Langkah-langkah dalam proses pengujian alat uji impak tipe charpy adalah
sebagai berikut :
3.10.1.Proses mengangkat bandul pada pengunci.
Mengangkat bandul pada pengunci, dari 00 diangkat pada posisi sudut 140
0,
mengangkat bandul dengan cara memutar dan melawan arah jarum jam secara
pelahan-lahan seperti yang terlihat pada lampiran gambar 3.11.
3.10.2. Proses peletakan spesimen pada tumpuan.
Peletakan benda uji pada tempat tumpuan, alat uji harus benar-benar pada
posisi tegah, dimana pisau pada bendul spesimen sejajar dengan takik, dan posisi
kedudukan takik membelakangi bandul seperti yang terlihat pada lampiran
gambar 3.12.
3.10.3. Proses skala energi impak di 00
Setelah di angkat bandul maka, posisi jarum skala energi impak di 00
seperti yang terlihat pada lampiran gambar 3.13.
20
3.10.4. Proses penekanan Pengereman bandul.
Sebelum ditarik kunci bandul pada pendulum, maka harus di tekan pedal
rem untuk tidak terjadi pengereman waktu bandul mengayun atau waktu
pengujian spesimen, seperti yang terlihat pada lampiran gambar 3.14.
3.10.5. Proses penarikan Pengunci Pendulum
Tarik pengunci bandul atau melepaskan pengunci untuk melihat
perpatahan spesimen benda uji yang diletakan pada posisi tumpuan, seperti yang
terlihat pada lampiran gambar 3.15.
3.10.6. Proses pembacaan skala energi impak.
Melihat dan mencatat hasil data pengujian yang ditujukan oleh jarum
penunjuk pada busur derajat seperti yang terlihat pada lampiran gambar 3.16.
21
22
BAB IV
HASIL PERHITUNGAN
4.1. Hasil Pengujian
4.1.1. Hasil spesimen yang telah di uji
Spesimen yang di uji material kuningan nilai skala spesimen I dan III= 660
dan spesimen II= 680
seperti yang terlihat pada lampiran gambar 4.1.
4.1.2. Pengisian data pada tabel energi impak.
Hasil pengujian alat uji impak type (charpy) untuk material kuningan, di
isi pada tabel di bawah ini.
Tabel 4.1. Tabel hasil Perhitungan Derajat Energi Impak
NO Material Nomor Spesimen Derajat Energi impak (0)
1 Kuningan Spesimen 1 66
2 Kuningan Spesimen 2 68
3 Kuningan Spesimen 3 66
Sumber : Hasil Pengujian
23
4.2. Menghitung energi impak material kuningan
Evaluasi terhadap hasil perhitungan energi impak dilakukan dengan
menghubungkan sudut derajat energi impak terhadap persamaan standar
pengujian impak dari persamaan 2.2 dimana :
W1 = G x λ (1 – cos α) (kg.m) .......................................................... 4.1
Dimana :
W1 = Usaha yang dilakukan (Kg.m)
G = Berat pendulum (Kg)
λ = Jarak lengan pengayun (m)
cos α = Sudut posisi awal pendulum
Data dari alat uji impak diketahui G = 6 Kg, λ = 0,55 m, α = 1400, maka
dihasilkan usaha awal yang dilakukan (W1) adalah :
W1 = G x λ (1 – cos α)
W1 = 6 Kg x 0,55 m (1 – cos 1400)
W1 = 3.3 Kg.m (1 + 0.766)
W1 = 3,3 Kg.m (1.766)
W1 = 5,8278 Kg.m
Usaha awal yang dilakukan oleh alat uji impak tipe charpy yang
direncanakan adalah sebesar 5,8278 Kg.m
Untuk menghasilkan besarnya energi awal alat uji impak tipe charpy
dalam satuan Joule atau N.m maka :
24
a) Satuan Kg.m dikalikan dengan standar gravitasi bumi 9,80 m/det
menghasilkan 5,8278 Kg.m x 9,80 m/det = 57,11 Kg.m2/s
2, jika satuan
Kg.m2/s
2 = N.m., maka 57,11 Kg.m
2/s
2 sama dengan 57,11 N.m
b) Satuan N.m sama dengan satuan Joule ( 1 N.m = 1 Joule), maka kapasitas
maksimum alat uji impak yang direncanakan desainnya ini adalah 57,11
N.m atau 57,11 Joule.
Adapun sisa usaha setelah mematahkan benda uji dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan 2.4 :
W2 = G x λ (1 – cos β) (Kg.m) .......................................................... 4.2
Dimana :
W2 = Sisa usaha setelah mematahkan benda uji (Kg.m)
G = Berat pendulum (Kg)
λ = Jarak lengan pengayun (m)
cos β = Sudut posisi akhir pendulum
jika diasumsikan bahwa sudut posisi akhir pendulum setelah pengujian
adalah 660
(β), maka akan dihasilkan sisa usaha setelah mematahkan benda uji
adalah :
1) Spersimen I
W2 = G x λ (1 – cos β)
W2 = 6 Kg x 0,55 kg (1 – Cos 660)
W2 = 3.3 Kg.m (1 - 0,4067)
25
W2 = 3.3 Kg.m (0,5933)
W2 = 1,9579 Kg.m
2) Spersimen II
W2 = G x λ (1 – cos β)
W2 = 6 Kg x 0,55 kg (1 – Cos 680)
W2 = 3.3 Kg.m (1 - 0,3746)
W2 = 3.3 Kg.m (0,6254)
W2 = 2,063 Kg.m
3) Spesimen III
W2 = G x λ (1 – cos β)
W2 = 6 Kg x 0,55 Kg (1 – Cos 660)
W2 = 3.3 Kg.m (1 - 0,4067)
W2 = 3.3 Kg.m (0,5933)
W2 = 1,9579 Kg.m
Jadi sisa usaha setelah mematahkan benda uji material kuningan oleh alat
uji impak tipe charpy yang direncanakan pada spesimen III adalah sebesar
1,9579 Kg.m.
Dan besarnya usaha yang diperlukan untuk memukul patah benda uji dapat
diketahui melalui persamaan 2.5 :
W = W1 – W2 (Kg.m) ....................................................................... 4.3
26
dimana :
W = Usaha yang diperlukan untuk mematahkan benda uji (kg.m)
W1 = Usaha yang dilakukan (kg.m)
W2 = Sisa usaha setelah mematahkan benda uji (kg.m)
Dengan menggunakan data diatas dimana W1 = 5,8278 Kg.m dan W2 =
2,063 Kg.m, maka akan dihasilkan usaha yang diperlukan alat uji yang
direncanakan untuk mematahkan benda uji adalah sebesar :
Spesimen II
W = W1 – W2
W = 5,8278 Kg.m – 2,063 Kg.m
W = 3,7648 Kg.m
Spesimen I dan III
W = W1 – W2
W = 5,8278 Kg.m – 1,9579 Kg.m
W = 3,870 Kg.m
Besarnya harga impak setelah dilakukan pengujian dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan 2.7
K = 0A
W ........................................................................................... 4.4
27
dimana :
K = Nilai impak (Kg m/mm2)
W = Usaha yang diperlukan untuk mematahkan benda uji (Kg m)
Ao = Luas penampang di bawah takikan (mm2)
Spesimen I dan III adalah W = 0,047 Kg.m dan spesimen II W= 0,048
kg.m, dan luas penampang spesimen yang direncanakan berdasarkan standar
ASTM E 23-07 tipe A, seperti terlihat pada Gambar 4.12.
10 mm 450
Gambar 4.2. Dimensi dan ukuran spesimen uji impak charpy. Sumber : ASTM E 23-02, 2002
Maka diketahui dari gambar 4.12. dimensi dan ukuran spesimen uji impak
charpy adalah luas penampang di bawah takikan A0 adalah :
A0 = t x l (mm
2) ................................................................................ 4.5
Dimana :
T = Tinggi spesimen dibawah takik (mm)
L = Lebar spesimen (mm)
55 mm 10 mm
28
Dari dimensi dan ukuran spesimen type A alat uji impak charpy ASTM E-
23-02, diketahui bahwa T = 8 mm dan L = 10 mm, maka dihasilkan luas
penampang dibawah takikan A0 adalah
A0 = t x l (mm2)
A0 = 8 mm x 10 mm
A0 = 80 mm2
Jika A0 telah diketahui sebesar 80 mm2, maka besarnya harga impak
setelah dilakukan pengujian, adalah :
Spesimen I dan III
K = 0A
W
K = 280
kg.m 3,7648
mm
K = 0,047 kg m/mm2
Spesimen II
K = 0A
W
K = 280
kg.m 3,870
mm
K = 0,048 kg m/mm2
29
Hasil perhitungan untuk 3 spesimen kuningan yang ditunjukkan pada tabel 4.2
Tabel 4.2. Tabel hasil Perhitungan Energi Impak
NO Material Nomor Spesimen
Derajat Energi
impak (0)
Energi Impak
Kg.m/mm2
1 Kuningan Spesimen 1 66 0,047
2 Kuningan Spesimen 2 68 0,048
3 Kuningan Spesimen 3 66 0,047
Sumber : Hasil Pengujian
Maka dapat diketahui bahwa besarnya energi impak terhadap rata-rata
material kuningan adalah :
1) Spesimen I K = Kg m/mm2
2) Spesimen II K = 8 Kg m/mm2
dan
3) Spesimen III K = Kg m/mm2
Krata2
=
=
Krata2
=
Krata2 = 0,047 kg.m/mm
2.
30
4.3. Menghitung Standar Deviasi
Standar deviasi dihitung dengan menggunakan persamaan standar deviasi
pesamaan (2.8) s./d persamaan (2.10), dimana data uji deviasi rata-rata yang di
gunakan adalah 22,16 J, data Pengujian yang di dapatkan energi impak
SP 1 = 3,870 Kg.m → x 9,8 m/s2 = 37,926 J
SP 2 = 3,7648 Kg.m → x 9,8 m/s2 = 36,895 J
SP 3 = 3,870 Kg.m → x 9,8 m/s2 = 37,926 J
Menghitung jumlah data pengujian dan menggunakan persamaan 2.8,
menghasilkan.
X =
X =
X = 37,582 J
Selisih nilai rata-rata dan nilai data yang sebelumnya dihitung dan mengunakan
persamaan 2.9. menghasilkan.
Spesimen I D1 = – x
D1 = 22,16 – 37,926 = 15,766 J
Spesimen II D2 = – x
D2 = 22,16 – 36,895 = 14,4,5 J
Spesimen III D3 = – x
D3 = 22,16 – 37,926 = 15,766 J
31
Selanjutnya di lakukan perhitungan Standar alat uji impak dan menggunakan
persamaan 2.10. Menghasilkan.
SD =
SD =
SD =
SD =
SD = = 18,774 %
Dari hasil perhitungan standar alat uji impak tipe carpy yang telah di rancang
bangun didapatkan standar angka deviasi adalah 18,774 %.
4.4. Menghitung Standar Erorr
Standar Erorr dihitung dengan menggunakan persamaan standar erorr
pesamaan (2.11) s./d persamaan (2.14), dimana data alat uji rata-rata yang di
gunakan adalah 22,16 hasil kali data yang kurang baku di dapatkan dengan
menggunakan persamaan 2.12 :
SXX = ∑X2 –
SXX = (37,926)2 + (36,895)
2 + (37,926)
2 –
SXX = (1438,38) + (1361,24) + (1438,38) +
32
SXX = 4238 –
SXX = 4238 – 4237,295
SXX = 0,7060 J
Menghitung hasil kali data yang baku di dapatkan dengan menggunakan
persamaan 2.13, menghasilkan.
SYY = ∑Y2 –
SYY= (22,16) 2
+ (22,16) 2
– (22,16) + (22,16)2 -
SYY= 491,06 + 491,06 + 491,06 -
SYY= 1473,18 – 1473,19
SYY= 0,016 J.
Hasil kali data antara yang baku dengan yang tidak baku maka di hitung dengan
menggunakan persamaan 2.14 :
SXY = ∑XY –
SXY = 22,16 x 22,16 x 22,16 –
SXY = (840,44 + 817,59 + 840,44) –
SXY = 2498,47 - 1249,24
SXY = 1249,23 J
33
Selanjutnya di lakukan perhitungan standar erorr alat uji impak dan menggunakan
persamaan 2.11. Menghasilkan.
SE =
SE =
SXY =
SXY =
SXY = 94 %
Dari hasil perhitungan standar alat uji impak tipe carpy yang telah di rancang
bangun didapatkan standar angka erorr 94 %.
2
2
N
SXX
SXYSYY
26
7060,0
23,1249016,0
2
34
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan analisis data pengujian yang telah dilakukan dapat
disimpulkan bahwa :
1. Hasil perhitungan untuk bahan kuningan energi impak pada 3 spesimen
material kuningan:
a) Spesimen I K = 0,047 kg m/mm2,
b) Spesimen II K = 0,048 kg m/mm2
dan
c) Spesimen IIIK = 0,047 kg m/mm2.
Maka untuk material kuningan energi impak (K) Rata-rata sebesar 0,047
kg m/mm2.
2. Standar deviasi dan standar erorr alat uji impak type charpy 18,77 %, dan
94 % merupakan angka deviasi dan erorr yang besar.
5.2. Saran
Berdasarkan hasil penelitian maka disampaikan untuk penelitian
berikutnya:
1. Validasi alat dilakukan dengan spesimen yang sama pada alat uji impak
yang sudah standar, untuk mendapatkan angka deviasi dan erorr yang lebih
valit.
2. Alat uji impak yang sudah di rancang bangun perlu di perbaiki kembali.
35
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Farizal, dan H Susanto, 2013, Perencanaan Desain Alat Uji Impak Type
Charpy, Makalah Ilmiah Teknik Mesin Universitas Teuku Umar,
Meulaboh Aceh Barat.
[2]. Jufrianto dan H Susanto, 2013, Pembuatan dan Perakitan Alat Uji
Impak Type Charpy, Makalah Ilmiah Teknik Mesin Universitas Teuku
Umar, Meulaboh Aceh Barat.
[3]. William D. Callister, Jr, 2001, Fundamental of Material Science and
Engineering, John Wiley & Sons, Inc, New York
[4]. ASTM E 23-02, 2002, Standard Test Methods for Notched Bar Impact
Testing of Metallic Materials.
[5]. ASM Handbook, 2000, Mechanical Testing and Evaluation, Volume 08
[6]. ASTM E 1236-91, 1997, Standard Practice for Qualifying Charpy
Impact Machines as Reference Machines
[7]. George E. Dieter, 1992, alih bahasa Djaprie, Sriati, Metalurgi Mekanik,
Erlangga, Jakarta.
[8]. Wikipedia , Kuningan, 2012. http://id.wikipedia.org/wiki/Kuningan_(logam).
Diakses tanggal 28 Juli 2012.
[9]. A.O. Wardhana, 2013, Perancanaan Instrumentasi untuk Perhitungan
Standar Deviasi dan Standar Erorr Barometer Tabung Bourdon,
Tugas Akhir Diploma Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Deponegoro, Semarang.