LAPORAN AKHIR

Laporan Pemilihan Bahan dan Proses

LAPORAN AKHIR

PEMILIHAN BAHAN DAN PROSES

“PIPA”

OLEH :

KELOMPOK 27

RONAL OKTAFIRMAN 05 171 026

FERY FIRDAUS 05 171 032

MHD SUHENDRA PUTRA 05 971 008

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ANDALAS

P A D A N G

2 0 0 8

Kelompok 27 1


BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pengetahuan tentang pemilihan material dapat dijadikan dasar bagi

penelaahan teknis selanjutnya. Pengetahuan ini merupakan landasan untuk

memperdalam pengetahuan diberbagai bidang teknik. Untuk sementara orang,

mempelajari material mungkin mempunyai tujuan lain, dan merupakan suatu

studi antar disiplin hubungan masyarakat, bisnis atau masalah ekonomi.

Dengan dikembangkannya bahan-bahan baru, mekanisasi dan otomasi,

teknik pemilihan bahan menjadi lebih rumit. Para sarjana teknik perlu

mengetahui cara-cara pemrosesan bahan tenik dan pengaruh proses terhadap

sifat bahan. Untuk disain atau produksi secara mampu saling, seorang sarjana

teknik perlu memahami kelebihan dan keterbatasan berbagai proses dan

disamping itu harus dapat meramalkan toleransinya dan keuntungannya

secara ekonomi sekaligus. Ahli teknik dan ilmuwan yang berkecimpung

dalam kegiatan penelitian dan pengembangan harus terus menerus mengikuti

dan memahami cara manufaktur dan perakitan yang semakin kompleks.

Untuk memberikan landasan tersebut pada mahasiswa teknik mesin, bab

berikut ini akan dibahas tentang pemilihan bahan dan proses tentang

pembuatan pipa.

2.1 Tujuan

1. Mengetahui bahan yang cocok untuk pembuatan pipa

2. Mengetahui proses yang cocok untuk pembuatan pipa

3.1 Manfaat

Mahasiswa dapat mengetahui bahan dan proses yang cocok dalam

membuat suatu produk dan melakukan anlisa-analisa yang sangat

berpengaruh terhadap suatu perancangan. Serta mahasiswa dapat

mengaplikasikannya didunia kerja nantinya.

Kelompok 27 2


BAB II

PENGENALAN KOMPONEN

2.1 Pengertian

Pipa adalah sebuah benda yang berbentuk tabung atau silinder hollow,

dengan kombinasi spesifik ukuran diameter dalam (internal diameter ,ID),

diameter luar (outside diameter, OD), dan ketebalan tertentu.

2.2 Fungsi dan Kondisi Kerja Pipa

Secara umum pipa berfungsi untuk memindahkan fluida ataupun material

lainnya.

Gambar Pipa

Kelompok 27 3


Aplikasi

Kondisi Kerja Pipa

Analisis gaya-gaya yang bekerja pada pipa :

Dalam ilmu Mekanika Kekuatan Material pada Silinder berdinding tipis

dikenal ada dua tegangan yang bekerja, yaitu tegangan Hoop (tangensial) dan

tegangan Longitudinal. Tegangan Hoop (tangensial) merupakan tegangan yang

arahnya tegak lurus terhadap penampang pipa sedangkan tegangan longitudinal

merupakan tegangan yang arahnya sejajar dengan permukaan penampang pipa.

Tegangan-tegangan utama pada silinder berdinding tipis pada pipa yang akan

dibuat adalah sebagai berikut:

Tegangan Hoop (tangensial) :

σ1 = (P . r) / t

= (100 . 0,0475) / 0,005

= 950 MPa

Tegangan Longitudinal

σ2 = (P.r)/2t

= (100 . 0,0475)/2 . 0,005

= 475 MPa

Kelompok 27 4


Untuk menentukan tegangan geser maksimum

Teg. geser max = σ2

= 475 MPa

Jadi, tegangan yang akan dialami pipa pada kondisi kerjanya adalah sebesar

950 MPa dan tegangan geser maksimum sebesar 475 MPa. Oleh karena itu

material yang akan dipilih harus memiliki tegangan yang lebih besar daripada

tegangan yang bekerja pada pipa.

Dalam pembuatan sebuah pipa ada beberapa kriteria atau pertimbangan

yang harus diperhatikan, yaitu

Kriteria dasar

Kriteria dalam desain dan struktur

Pertimbangan ekonomis

Kriteria Dasar dalam Pemilihan Bahan Pipa :

1. Ketersediaan ukuran dan hubungan dengan supplier.

2. Ketersediaan penyambung dan perbaikan sambungan.

3. Kondisi instalasi.

4. Pembebanan yang dialami sistem.

5. Lama waktu pengiriman.

6. Harga produk.

Kriteria dalam Desain dan Struktur :

1. Faktor gesekan

2. Elastisitas

3. Kekuatan tarik dan tekan

4. Respon terhadap tekanan yang datang secara tiba-tiba.

5. Kedalaman pemasangan/instalasi

Pertimbangan Ekonomis :

1. Biaya modal

2. Biaya perawatan

3. Umur produk

4. Faktor tenaga kerja

5. Pengalaman masa lalu (kerusakan dan pengiriman)

Kelompok 27 5


Pada pemilihan bahan dan proses produk yang akan dibuat adalah pipa

pendingin pada mesin Diesel jenis YANMAR pada PLTD Simp. Empat

Kabupaten Pasaman Barat Cab. PLN Bukittinggi

Asumsi :

Diameter dalam pipa = 90 mm

Diameter luar pipa = 100 mm

Ketebalan = 5 mm

Fluida kerja = air

Temperatur kerja = 40 °C

Tekanan fluida dalam pipa = 100 MPa

BAB III

Kelompok 27 6


PEMILIHAN BAHAN DAN PROSES

3.1 Pemilihan Bahan Pipa

Kondisi kerja pada pipa yang akan dibuat adalah:

Temperatur kerja 40 °C – 85 °C

Gesekan fluida dengan pipa

Tekanan fluida yang tingggi terhadap pipa

Berdasarkan kondisi kerja pada yang akan dibuat, maka Kriteria Material

yang harus didapatkan adalah :

Tahan terhadap teperatur tinggi

Tahan terhadap gesekan

Tahan korosi

Tahan terhadap tekanan

Harga relatif murah

Mudah diperoleh

Dilihat dari kondisi kerja dan kriteria Material yang diinginkan , maka

didapatkan beberapa Alternatif Material yang dirasa cocok untuk pembuatan pipa

tersebut, yaitu :

A. Besi cor nodular

Besi Cor Nodular yang akan digunakan adalah jenis ISO 2531,

spesifikasinya adalah sebagai berikut :

Kandungan karbon 3,1 %

Tegangan Ultimate 1250 MPa

Tegangan Yield 876 MPa

Elongation 5 %

Kekerasan 221 BHN

Sifat-sifat besi cor nodular ISO 2531 adalah :

Kelompok 27 7


Keuletan tinggi

Kekerasan rendah

Ketangguhan tinggi

Ketahanan terhadap korosi cukup baik

Harga relatif mahal

B. Baja Karbon tinggi

Baja Karbon Tinggi yang akan dipilih adalah jenis AISI 1095 dengan

spesifikasi sebagai berikut :

Kandungan karbon 0.95%



Elongation 7 %

Ketahanan terhadap korosi kurang baik

Kekerasan 316 BHN

Sifat-sifat baja karbon tinggi AISI 1095 adalah :

Kekuatan sangat tinggi

Kekerasan yang tinggi

Kualitas permukaan akhir yang halus

Relatif mudah dibentuk

Tahan gesekan

Harga relatif lebih murah

C. Baja Paduan

Baja Paduan yang akan dipilih adalah jenis 8660 dengan spesifikasi

sebagai berikut :



Komposisi kimia paduan adalah Crhomium – Nickel –

Molybdenum

Elongation 9 %

Kelompok 27 8


Kekerasan 314 BHN

Sifat-sifat baja paduan

Kekuatan bagus

Harga relatif mahal

Bebas dari cacat permukaan

Tahan korosi

Tahan aus

Perbandingan antar alternatif pemilihan bahan dari segi kepuasan:

100 = semua aspek tujuan terpenuhi

90 = beberapa aspek penting terpenuhi

75 = sebagian besar aspek terpenuhi

50 = puas

25 = cukup puas

10 = kurang puas

0 = tidak puas

Kriteria yang perlu diperhatikan dalam proses pembuatan produk :

Tegangan ultimate

Kekerasan

Biaya material

Keuletan

Ketahanan terhadap korosi

1. Tegangan ultimate

Dari perhitungan sebelumnya diperoleh tegangan yang bekerja pada pipa

adalah sebesar 950 MPa. Sedangkan tegangan ultimate material :

Besi cor nodular = 1250 MPa

Baja karbon tinggi = 1186 MPa

Baja paduan = 1179 MPa

Kelompok 27 9


Maka material yang dipilih harus memiliki tegangan yang lebih besar

daripada 950 Mpa. Tegangan yang lebih tinggi diberi bobot yang lebih tinggi

pula.

Rasio alternatif material

Alternatif A : tegangan real = 1250 – 950 MPa

= 300 MPa

Bobot Alternatif A = 80

Alternatif b : Alternatif a = 0,78 x bobot alternatif a

= 0,78 x 80

= 62,9

Alternatif c : Alternatif a = 0,76 x bobot alternatif a

= 0,76 x 80

= 61

2. Kekerasan

Berdasarkan sifat-sifat dari material yang telah dijelaskan sebelumnya

diketahui bahwa :

Kekerasan besi cor nodular 221 BHN

Kekerasan baja karbon tinggi 316 BHN

Kekerasan baja paduan 314 BHN


Kekerasan alternatif A = 221 BHN

Bobot alternatif A = 80

Alternatif A : alternatif B

= 0,69 x bobot alternatif A

= 0,69 x 80

= 55,9

Alternatif C : alternatif A

= 0,70 x bobot alternatif A

= 0,70 x 80

Kelompok 27 10


= 56,3

3. Biaya material

Berdasrkan informasi yang kami peroleh dari pasar bahwa harga masing-

masing alternatif material adalah sebagai berikut :

Harga besi cor nodular = Rp.6000 /kg

Harga baja karbon tinggi = Rp.4000 /kg

Harga baja paduan = Rp.8000 /kg

Dalam memilih bahan untuk pertimbangan ekonomis tentu saja material

yang akan dipilih adalah material dengan harga yang paling rendah. Hal ini

bertujuan untuk menekan biaya produksi sehingga harga jual dari produk bisa

lebih murah yang nantinya akan berdampak konsumen akan lebih memilih untuk

membeli produk tersebut.


Harga alternatif B = Rp. 4000 /kg

Bobot alternatif B = 80

Alternatif B : alternatif A

= 0,66 x bobot alternatif B

= 0,66 x 80

= 53,3

Alternatif B : alternatif C

= 0,50 x bobot alternatif B

= 0,50 x 80

= 40

4. Keuletan

Dari sifat-sifat alternatif material yang akan dipilih diketahui bahwa

keuletan dari masing-masing material adalah sebagai berikut :

Keuletan besi cor nodular = 5 %

Keuletan baja karbon tinggi = 7 %

Keuletan baja paduan = 9 %

Kelompok 27 11



Keuletan material C = 9 %

Bobot alternatif C = 80

Keuletan material A : material C

= 0,55 x bobot alternatif C

= 0,55 x 80

= 44,44

Alternatif B : alternatif C

= 0,77 x bobot alternatif C

= 0,77 x 80

= 62,22

Untuk menentukan material yag akan dipilih maka material tersebut harus

memenuhi kriteria-kriteria yang diinginkan. Untuk itu masing-masing kriteria

harus diberikan faktor pemberat yang nilainya ditentukan berdasarkan kebutuhan

dari produk yang diinginkan sehingga produk dapat digunakan untuk kondisi kerja

yang diberikan. Nilai total dari faktor pemberat ini adalah 1 atau 100 %

Tegangan ultimate = 0,25

Kekerasan = 0,2

Harga material = 0,2

Keuletan = 0,25

Tahan korosi = 0,1

Matrik keputusan :

Kelompok 27 12


Jadi, material yang dipilih dalam pembuatan pipa adalah Besi cor nodular ISO

2531 dengan spesifikasi :




Elongation 5 %

Kekerasan 221 BHN

3.2 Pemilihan Proses Pembuatan Pipa

Kelompok 27 13


Adapun proses-proses yang dapat digunakan untuk membuat pipa adalah

sebagai berikut :

Pengecoran sentrifugal sejati

Las tumpuk

Ekstrusi

1. Pengecoran Sentrifugal Sejati

Cara ini digunakan untuk membuat pipa, lapisan ( linier ) mesin dan objek

simetris lainnya. Cetakan diputar mengitari sumbu horizontal atau vertikal, dan

logam cair dituangkan pada salah satu ujungnya. Akibat adanya gaya sentrifugal,

logam cair terlempar keluar dan tertekan pada permukaan cetakan sehingga

terbentuk tongga slindris. Disini tidak diperlukan adanya inti. Untuk membuat

pipa besi cor digunakan dua jenis cetakan.

Cetakan logam diberi lapisan bahan tahan api yang tipis. Hal ini

memungkinkan terjadinya solidifikasi dengan cepat. Benda cor padat dan kotoran

terhimpun pada permukaan sebelah dalam. Pada gambar dapat dilihat cetakan

berputar dengan cepat pada saat besi cair diuangkan dan perputaran berlangsung

terus sampai solidifikasi selesai. Ketebalan pipa diatur dengan pengendali juimlah

logam cair.

Kelebihan :

Permukaan yang halus

Struktur logam yang dihasilkan mempunyai sifat fisik yang unggul

Memungkinkan dicornya produk yang tipis

Cocok untuk benda yang simetris

Kekurangan :

Tidak bisa untuk paduan

Pemuaian cetakan

Penyusutan logam yang membeku

Gambar Proses pengecoran Sentrifugal :

Kelompok 27 14


2. Las Tumpuk

Pada pengelasan tumpuk pipa, tepi skelp berbentuk agak tirus. setelah

dipanaskan dalam dapur, skelp ditarik melalui die, atau diantara rol sehingga

berbentuk silinder dengan tepinya saling tertindih. Setelah dipanaskan kembali

skelp yang telah ditekuk bergerak melalui dua buah rol yang beralur seperti

terlihat pada gambar. Diantara rol terdapat mandril tetap dengan ukuran sesuai

dengan diameter dalam pipa. Tepi-tepi dilas dengan tekanan antara rol dan

mandril.

Gambar proses las tumpuk :

3. Ekstrusi

Kelompok 27 15


Merupakan cara yang lazim diterapkan untuk membuat pipa ekstrusi seperti

yang terlihat pada gambar. Cara ini dapat dikelompokkan dalam ekstrusi

langsung, akan tetapi disini digunakan mandril untuk membentuk bagian dalam

dari pipa. Setelah bilet ditempatkan didalam, mandril didorong melalui bilet

seperti terlihat pada gambar. Pendorong pres kemudian maju mengekstrusi logam

melalui die disekeliling mandril. Opersi seluruhnya harus berlangsung dengan

cepat dan kecepatan sampai 180 m/menit telah digunakan dalam pembuatan pipa

baja.

Pipa baja karbon rendah dapat diekstrusi pada atau sekitar suhu ruang,

namun billet paduan biasanya dipanaskan disekitar 1300 C

Kelebihan :

Produk bisa dipakai untuk suhu tinggi

Untuk tekanan tinggi

Bisa untuk penyaluran gas dan bahan kimia

Ketepatan ukuran

Penyelesaian permukaan yang baik pada kecepatan produksi yang

tinggi

Harga die yang relatif murah

Kekurangan :

Proses produksi lambat

Ram kurang kokoh karena ada lubang di tengahnya

Benda kerja hasil ekstrusi tidak mungkin ditopang dengan baik

Gambar Proses Ekstrusi :

Kelompok 27 16


Alternatif proses dalam Pembuatan pipa:

A. Alternatif 1 : Pengecoran sentrifugal

B. Alternatif 2 : Las Tumpuk

C. Alternatif 3 : Ekstrusi

Perhitungan Proses :

1. Alternatif 1 ( Pengecoran Sentrifugal )

Asumsi :

cm (ongkos Operasi Mesin) Rp. 5000,-/menit

waktu pemanasan material = 6 menit

waktu pengecoran = 3 menit

waktu pengeringan = 4 menit

waktu pengangkatan = 1 menit

Cm = cm x t total

= Rp. 5000,-/menit x 14 menit/produk

= Rp. 70.000/produk

2. Alternatif 2 ( Las Tumpuk )

Asumsi :

Kelompok 27 17



waktu pelengkungan skelp = 1 menit

waktu pemanasan = 4 menit

waktu penarikan melalui die = 3 menit

Cm = cm x t total


= Rp. 48.000/produk

3. Alternatif 3 ( Ekstrusi )

Asumsi :


waktu pemanasan = 4 menit

waktu penekanan = 3 menit

Cm = cm x t total


= Rp. 49.000/produk

Kriteria yang perlu diperhatikan dalam proses pembuatan produk serta faktor

pemberatnya :

1. Harga / Biaya = 0,3

2. Lama waktu proses = 0,15

3. Kualitas permukaan = 0,2

4. Umur dari produk = 0,25

5. Kemudahan proses = 0,1

1. Perbandingan biaya produksi

Biaya proses per produk :

A. Alternatif 1 : Pengecoran sentrifugal

= Rp. 70.000/produk

B. Alternatif 2 : Las Tumpuk

= Rp. 48.000/produk

C. Alternatif 3 : Ekstrusi

Kelompok 27 18


= Rp. 49.000/produk

Penilaian Bobot masing-masing alternatif :

1. Bobot Proses Alternatif 2 = 80

2. Bobot Proses Alternatif 1 = Rp. 48.000 x 80

Rp. 70.000

= 54.8

3. Bobot Proses Alternatif 3 = Rp. 48.000 x 80

Rp. 49.000

= 78.4

2. Perbandingan bobot waktu produksi

1. Waktu produksi alternatif 3 = 80


7 x 80 = 40

14


7 x 80 = 70

8

3. Kualitas permukaan

1. Alternatif 1 = 80


8 x 80 = 43

15


8 x 80 = 64

10

4. Umur produk



Kelompok 27 19


8 x 80 = 43

15


8 x 80 = 64

10

5. Kemudahan Proses



2 x 80 = 54

3


2 x 80 = 40

4

Matrik keputusan pembuatan pipa

Jadi dapat disimpulkan bahwa alternatif proses yang digunakan dalam

pembuatan pipa adalah alternatif 2 yaitu proses Las Tumpuk.

BAB IV

Kelompok 27 20


PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Dari perhitungan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa

berdasarkan kondisi kerja pipa yang diberikan maka :

Material yang cocok untuk pembuatan pipa adalah Besi C or N odular

ISO 2531 dengan spesifikasi :




Elongation 5 %

Kekerasan 221 BHN

Proses yang cocok untuk pembuatan pipa adalah Proses Las Tumpuk

4.2 Saran

Dalam pemilihan bahan dan proses untuk pembuatan suatu produk perlu

diperhatikan beberapa hal, yaitu

Material yang dipilih harus memenuhi semua kriteria-kriteria yang

diinginkan.

Pemilihan bahan dan proses suatu produk harus dapat memenuhi kondisi

kerja yang telah ditentukan sebelumnya

Agar lebih akurat, usahakan alternatif bahan dan proses lebih dari dua

alternatif sehingga kita dapat membandingkan dan mengetahui kelebihan

serta kekurangan dari masing-masing alternatif. Hal ini akan

membimbing kita untuk memilih bahan dan proses pembuatan yang

cocok untuk produk tersebut.

DAFTAR PUSTAKA

Kelompok 27 21


Amstead,B.H.1992.”Teknologi Mekanik”.Erlangga : Jakarta

Bur, Mulyadi.2007.”Diktat Mekanika Kekuatan Material”.Laboratorium

Dinamika Struktur Universitas Andalas : Padang

De Garmo, Paul.2002.”Materials and Manufacturing Proccess”.John Willey :

New York.

Nayyar, P.E., Mohinder L. 2000). "A1", in Mohinder L. Nayyar, P.E.: “Piping

Handbook”, 7th, McGraw-Hill : New York

www.co.tillamook.or.us

DAFTAR PERTANYAAN DAN JAWABAN

Kelompok 27 22

http://www.co.tillamook.or.us/


1. Q : Apa itu pengertian tengangan tangensial dan tegangan longitudinal ?

( Julie Irdo ; 04971038 )

A : Tegangan Hoop (tangensial) merupakan tegangan yang arahnya tegak

lurus terhadap penampang pipa sedangkan tegangan longitudinal

merupakan tegangan yang arahnya sejajar dengan permukaan

penampang pipa ( Mhd Suhendra Putra ; 05971008 )

2. Q : Mengapa pada slide saudara ditulis bahwa Baja Karbon Tinggi

mempunyai sifat mampu bentuk yang baik ?

( Ricky Fernandez ; 05171006 )

A : Yang dimaksud disini adalah Baja Karbon Tinggi mempunyai sifat

mampu bentuk yang baik jika dibandingkan dengan Besi Cor Nodular

dan Baja paduan ( Fery Firdaus ; 05171032 )

3. Q : Apa hubungan kekuatan suatu material terhadap kekerasannya?

( Hari Hidayat ; 05171056 )

A : Antara kekuatan dan kekerasan merupakan sebanding/ berbanding

lurus. Seperti rumus berikut :

Kekuatan (Mpa) = 3.45 x kekerasan (BHN)

Kekuatan (Psi) = 500 x kekerasan (BHN)

( Ronal Oktafirman ; 05171026 )

Kelompok 27 23

LAPORAN AKHIR

Documents

Transcript of LAPORAN AKHIR