PL IPENGUJIAN KOMPOSISI PASIR CETAK

1.1 Pengujian kadar air pasir cetak1.1.1 Tujuan PengujianTujuan yang hendak dicapai dari pengujian ini adalah :1. Agar praktikan mengetahui besar prosentase kadar air, kadar lempung, dan ukuran butir pasir yang terdapat dalam pasir cetak.2. Agar praktikan mengetahui distribusi besar butir melalui nomor kehalusan pasir cetak (FN = Finnest Number)3. Agar praktikan memahami dan mampu melakukan pengujian kadar air, kadar lempung, dan distribusi besar butir pasir cetak.

1.1.2 Dasar Teori1.1.2.1 Pengertian dan fungsi kadar airA. PengertianKadar air adalah jumlah air yang terkandung di dalam pasir cetak dan dinyatakan dalam prosentase. Kadar air standart untuk pasir cetak adalah antara 1,5%-8% tergantung dari jenis cetakan dan logam yang dituang.

Rumus kadar air (%)

Sumber : Richard W. Heine, Principles of Metal Casting, hal 88 dan blog mahasiswa mesin brawijaya, pengujian kadar air 2010

B. FungsiAir berfungsi sebagai aktifator untuk mengaktifkan daya ikat lempung sehingga dapat digunakan untuk mengikat pasir cetak. Besar kadar tergantung pada lempung yang akan mengikat pasir cetak yaitu berkisar 1,5%-8%.Sumber : Richard W.Heine, Principle of Metal Casting, hal 88

1.1.2.2 Macam-macam air1. Air terikatAir yang terikat pada lempung tersebut hingga dapat mengikat antar butiran pasir2. Air bebasAir yang kehilangan fungsinya sebagai aktifator lempung dan akhirnya masuk ke dalam celah-celah antar butiran pasir sehingga tidak dapat mengikat antar butiran pasir.

1.1.2.3 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pengujian Kadar Air1. Waktu PemanasanSaat pasir cetak dipanaskan pada suhu tertentu, semakin lama pemanasan berlangsung maka semakin banyak air yang menguap, sehingga kadar air pasir cetak pun akan semakin kecil. Namun lamanya waktu pemanasan hanya mempengsruhi pengujian kadar air dalam waktu tertentu karena saat sudah mencapai waktu tertentu semua air dalam pasir cetak sudah habis menguap dan kadar air menjadi 0 %.Analisa laju penguapan :

Keterangan : = kadar airS1 = berat awalX1 = kadar air maksimalX2 = kadar air minimalA = luas penampangNc = Waktu penguapanSumber : blog mahasiswa mesin brawijaya, pengujian kadar air 2010

2. Temperature pemanasanPada pemanasan temperatur rendah, laju penguapannya rendah sehingga penguapan berjalan lambat dan air yang menguap sedikit. Namun pada pemanasan temperatur tinggi, laju penguapannya tinggi sehingga penguapan berjalan cepat dan air yang menguap lebih banyak. Hal ini yang menyebabkan perbedaan kadar air saat temperatur pemanasan berbeda.3. Luas penampang pasir cetakSemakin besar luas penampang pasir cetak maka laju penguapan akan semakin tinggi. Hal ini karena luas penampang permukaan pasir cetak permukaan pasir cetak yang menerima panas semakin banyak sehingga terjadi pemanasan yang merata.Sedangkan luas penampang pasir cetak yang semakin kecil laju penguapannya akan semakin rendah karena kecilnya luas permukaan pasir cetak yang menerima panas sehingga pemanasannya tidak merata.4. Ukuran dan distribusi pasir cetakSemakin besar ukuran pasir, celah antara butir akan semakin besar sehingga uap air akan mudah keluar saat terjadi pemanasan, sehingga laju penguapan semakin tinggi dan bila butir pasir homogen, air akan lebih cepat menguap dibanding butir heterogen karena rongga antar butir yang terbentuk lebih besar sehingga laju penguapannya lebih tinggi.5. Bentuk butir pasir cetakUkuran butir pasir yang semakin besar maka kadar air yang terdapat akan semakin banyak sedangkan untuk ukuran butir pasir yang kecil kadar air yang terkandung lebih sedikit.Pada butir pasir yang bulat mempunyai kadar air paling sedikit karena luas permukaannya kecil jadi air bebas yang mengisi celah-celah antar butiran pasir lebih sedikit. Berbeda dengan butiran pasir yang berdimensi kristal, sudut dan setengah sudut, rongga antar butir pasir lebih besar sehingga air yang mengisi celah antar butiran semakin banyak. Hal ini menyebabkan penguapan yang terjadi lebih banyak dibandingkan dengan butir pasir yang bulat.6. Kelembaban udaraTingkat kelembaban udara juga berpengaruh terhadap pengujian kadar air pasir cetak karena pada saat pengujian dapat dipastikan terdapat udara di dalam alat moisture analyzer yang dipanaskan. Semakin tinggi kelembaban udara, semakin banyak uap air yang terkandung di dalam udara lingkungan sehingga semakin banyak uap air yang dipanaskan.

1.1.2.4 Pengaruh Kadar Air terhadap Kekuatan Pasir Cetak1. Kekuatan BasahJika kadar air meningkat pada prosentase tertentu maka kekuatan akan meningkat karena air mengaktifasi bentonit sehingga bentonit berikatan dengan pasir sehingga menjadi lebih kuat, namun ketika setelah melewati titik maksimum dan kadar air dinaikkan maka kekuatan akan berangsur-angsur menurun, hal ini dikarenakan bentonit tidak dapat mengikat air lagi. Hal ini sesuai dengan sifat bentonit yang hanya bisa mengikat air dalam jumlah terbatas. Kelebihan air bisa menjadi pelumas dan membuat pasir cetak menjadi pasta sehingga kekuatannya menurun.

Gambar 1.1 Pengaruh air dan bentonit pada pasirSumber : Tata Surdia, Teknik Pengecoran Logam hal 112

2. Kekuatan KeringSemakin besar kadar air yang diberikan maka kekuatan kering dari pasir cetak akan semakin besar pula. Hal ini disebabkan semakin banyak air yang diberikan semakin banyak pula bentonit yang teraktifasi sehingga daya ikat pasir akan semakin besar.

Gambar 1.2 Pengaruh air dan bentonit pada pasirSumber : Tata Surdia, Teknik Pengecoran Logam hal 112

1.1.2.5 Pengaruh kadar air terhadap permeabilitas pasir cetakKadar air standar untuk pasir adalah 1,5-8% tergantungdari jenis cetakan dan logam yang dituang. Apabila kadar air bertambah, permeabilitas naik ssampai titik maksimum dan menrun apabila ditambah secara terus-menerus dangan kelebihan air permeabilitas menurun karena rongga antar butir pasir ditempati oleh air bebas. Begitu pula dengan kadar air yang tidak cukup akan menurunkan permeabilitas karena akan ada bentonit yang tidak teraktifasi yang mana bentonit tersebut akan mengisi rongga antar butir pasir.

1.1.3 Pelaksanaan Pengujian1.1.3.1. Alat dan bahan1. Moisture AnalyzerAlat ini digunakan untuk mengukur kandungan kadar air pasircetak. Spesifikasi alat :Merk: SartoriusModel: MA 30Arus: 3,3 A / 1,6 AVoltase: 100 120 / 220 290 VACFrekuensi: 50 60 Hz

Gambar 1.3 Moisture AnalyzerSumber : Laboratorium Pengecoran Logam Teknik Mesin UB2. Timbangan elektrikAlat ini digunakan untuk menimbang berat pasir cetak sebelum dan sesudah diukur kandungan kadar airnya.Spesifikasi alat :Merk: MelterType: PJ 3000Frekuensi: 50 60 HzVoltase: 100 120 V 80 mA / 200 240 V 45 mA

Gambar 1.4 Timbangan ElektrikSumber : Laboratorium Pengecoran Logam Teknik Mesin UB

3. CawanAlat ini digunakan untuk tempat spesimen.

Gambar 1.5 CawanSumber : Laboratorium Pengecoran Logam Teknik Mesin UB

1.1.3.2. Urutan Kerja PengujianUrutan kerja dalam pengujian ini adalah :1. Ambil pasir cetak kemudian timbanglah seberat 25 gram sebanyak 5 buah sebagai spesimen.2. Letakkan spesimen pasir cetak dalam cawan spesimen.3. Masukkan cawan pertama ke dalam alat penentu kelembaban kemudian panaskan pada suhu 110 OC selama 10 menit4. Catat kandungan kadar air yang terbaca pada alat pengukur5. Ukurlah berat akhir pasir cetak setelah dikeringkan pada timbangan elektrik dan catat hasilnya6. Ulangi langkah 3, 4, dan 5 untuk cawan berikutnya.

1.1.4 Pengolahan data dan pembahasan1.1.4.1. Data hasil pengujian kadar air

Tabel 1.1 Data hasil pengujianNo.Berat awal(gram)Berat akhir(gram)Kadar air(%)

1.26,15126,0960,2

2.28,39128,3390,18

3.27,25727,2140,15

Kadar air sampel 1= = 0,2%

Kadar air sampel 1= = 0,18%

Kadar air sampel 1= = 0,15%

1.1.4.2. Perhitungan data hasil pengujian kadar air

Tabel 1.2 Data hasil perhitunganNo.Berat awal(gram)Berat akhir(gram)% kadar air(x)

1.26,15126,0960,20,030,0009

2.28,39128,3390,180,010,0001

3.27,25727,2140,15-0,020,0004

81,79981,4060,530,020,0014

Perhitungan Data Hasil Pengujian Kadar Air Kadar Air Rata-Rata ()

Simpangan Baku ()

Simpangan Baku Rata-Rata()

Kesalahan Relatif (KR)

=KR x 100%=x 100%=8,8%Dengan mengambil resiko kesalahan Derajat Kebebasan (db)=n-1=3-1=2

Dari perhitungan di atas didapat bahwa nilai kadar air yang digunakan berada di antara 0,1262 dan 0,2138.Dengan tingkat keyakinan 90%.

1.1.4.3. Grafik hubungan antara waktu dengan penguapan rata-rata

Gambar 1.6 Grafik Hubungan Antara Waktu Pemanasan Dengan Penguapan Rata-rata

Grafik tersebut menunjukkan hubungan antara penguapan rata-rata terhadap waktu pemanasan pada pengujian kadar air. Dapat kita lihat kurva hasil pengujian terus meningkat. Secara umum dapat dikatakan bahwa semakin lama waktu pemanasan maka semakin tinggi pula penguapan yang terjadi. Hal ini disebabkan karena semakin banyak air bebas dalam pasir cetak yang menguap sehingga penguapan yang terjadi semakin tinggi.Apabila kita lihat secara seksama, kurva pada menit ke 1-10 terjadi peningkatan penguapan. Hal ini disebabkan banyaknya air bebas yang ada pada pasir cetak. Hal ini sesuai dengan teori bahwa semakin lama pemanasan berlangsung maka semakin banyak pula air yang menguap.

1.1.4.4. Grafik hubungam antara waktu pemanasan dengan laju penguapan

Gambar 1.7 Grafik Hubungan Antara Waktu Pemanasan Dengan Laju Penguapan

Grafik tersebut menunjukkan hubungan antara laju penguapan terhadap waktu pemanasan yang lama dan suhu yang sama. Air bebas pada pasir cetak akan semakin sedikit dan akhirnya habis sehingga laju penguapan rata pun menurun.

1.1.4.5. Grafik hubungan antara waktu pemanasan dengan penguapan rata-rata antar kelompok

Gambar 1.8 Grafik Hubungan Antara Waktu Pemanasan Dengan Penguapan Rata-Rata Antar Kelompok

Grafik tersebut menunjukkan hubungan antara penguapan rata-rata terhadap waktu pemanasan antar kelompok. Dapat diketahui dari grafik bahwa grafik cenderung meningkat pada kadar air 3%, 4% dan 5%. Tetapi pada kadar air 4% menurun pada menit ke 8 dan pada kadar air 3% dan 5% terus meningkat pada saat pemanasan. Hal ini disebabkan semakin lama waktu pemanasan menyebabkan banyaknya air bebas yang menguap. Pada umumnya, semakin tinggi kadar air maka penguapan rata-ratanya akan semakin tinggi. Tetapi pada grafik terlihat beda dan tidak sesuai dengan teori yaitu pada penguapan rata-rata kadar air 5% di bawah dari kadar air 4%. Hal ini diakibatkan adanya penguapan ketika pencampuran pasir cetak atau sebelum dijadikan specimen pada kadar air 5%.

1.1.4.6. Grafik hubungan antara waktu pemanasan dengan laju penguapan antar kelompok

Gambar 1.9 Grafik Hubungan Antara Waktu Pemanasan Dengan Laju Penguapan

Pada grafik tersebut menunjukkan antara laju penguapan terhadap waktu pemanasan dari masing-masing kadar air 3%, 4% dan 5%. Dapat dilihat dari masing-masing kadar air mengalami peningkatan hingga menit ke 4. Hal ini disebabkan semakin banyak kadar air yang dipanaskan maka semakin banyak air bebas yang menguap. Namun setelah menit ke 4 terjadi penurunan, hal ini disebabkan bertambah sedikitnya air bebas dan jika diteruskan air bebas akan habis sehingga laju penguapan turun.Dapat kita amati pada grafik laju penguapan dimiliki oleh kadar air 4% yaitu 0,708%, kadar air 5% yaitu 0,023% dan kadar air 3% yaitu 0,0177%. Ada perbedaan aktual dan teoritis dikarenakan adanya penguapan saat pengadukan, pencampuran dan sebelum dijadikan spesimen pada kadar air.

1.5.1 Kesimpulan dan saran1.1.5.1. KesimpulanA. Dari hasil pengujian dapat diperoleh :Kadar air adalah 0,17% dengan interval pendugaan kadar air antara 0,1262 sampai 0,2138B. Kadar airAdalah air yang terkandung dalam pasir cetak.

C. Fungsi air sebagai aktifator sehingga dapat digunakan untuk mengikat pasir cetak.D. Faktor yang mempengaruhi kadar air1. Waktu pemanasan2. Temperatur pemanasan3. Luas penampang cawan4. Ukuran dan bentuk pasir5. Kelembaban udara sekitarE. - Hubungan antara rata-rata penguapan dengan waktu pemanasan.Semakin lama waktu pemanasan semakin banyak pula air yang menguap sehingga jumlah penguapan akan semakin meningkat seiring bertambahnya waktu pemanasan yang menyebabkan rata-rata penguapan semakin besar.- Hubungan antara laju penguapan dengan waktu pemanasanSemakin lama waktu pemanasan maka laju penguapan semakin besar namun pada titik tertentu laju penguapan akan cenderung menurun. Hal ini disebabkan dengan suhu yang sama namun dengan waktu yang lebih lama, air bebas pada pasir cetak mulai habis dan laju penguapan turun.

1.1.5.2. Saran1. Para asisten hendaknya lebih mendampingi praktikan dalam melakukan pengujian.2. Sebaiknya jumlah timbangan diperbanyak agar lebih cepat dalam menimbang pasir.3. Sebaiknya praktikumnya tidak ada denda tetapi langsung gugut dikarenakan adanya praktikan yang kurang mampu dan menambah keseriusan.

1.2 Pengujian kadar pengikat pasir cetak1.2.1 Tujuan PengujianTujuan yang hendak dicapai dari pengujian ini adalah :1. Agar praktikan mengetahui berat prosentase kadar pengikat pasir.2. Agar praktikan memahami dan mampu melakukan pengujian kadar pengikat pasir.3. Agar praktikan mampu menganalisa kadar pengikat pasir cetak. 1.2.2 Dasar Teori1.2.2.1 Pengertian dan fungsi kadar airA. PengertianPengikat adalah bahan yang digunakan untuk mengikat butir-butir pada pasir cetak. Pengikat yang biasa digunakan yaitu lempung dengan jenis bentonit, dimana bentonit tersebut terdiri dari butiran halus yang fase utamanya adalah monmorilonit (Al2O3, 4SiO2, H2O). Ukuran butir pada pasir cetak biasanya berukuran kurang dari 20 mikron / 0,0008 in dan butiran dari bentonit berukuran 10 s.d 0,064Sumber : Richard W.H , Principle od Metal Casting hal 86 88 dan hal 100

B. FungsiFungsi pengikat yang utama yaitu untuk mengikat pasir cetak sehingga pasir cetak tersebut mempunyai sifat mampu bentuk sehingga mudah dalam pembuatan cetakan dengan kekuatan dan permeabilitas yang cocok. Cetakan yang dihasilkan harus kuat sehingga tidak mudah rusak dan mudah dibongkar sesudah penuangan.Selain itu juga berfungsi sebagai penahan panas saat penuangan, hal ini terjadi karena pasir cetak dengan butiran yang tidak seragam dapat dipadatkan dengan lempung, sehingga mempunyai berat jenis yang tinggi, mempunyai permukaan sentuh yang luas dengan butir-butir yang berdekatan sehingga kekuatan untuk menahan panas lebih tinggi.Standar kadar bentonit sekitar 8 % sampai 12 % ( selain sodium dan calcium bentonit ). Untuk fire clay sekitar 20 sampai 25 % cukup untuk pencampur tanah dengan ukuran kehalusan 60 100 nomor AFS. Standar kadar lempung pada pasir cetak mungkin sekitar 2 sampai 50 % dengan keberadaan isi air.Sumber : Richard W.H , Principle of Metal Casting hal 86 88 dan hal 110

1.2.2.2 Macam-macam pengikat1. Lempung primerJenis lempung yang berasal dari pelapukan batuan feldspatik yang dipicu tenaga endogen dari batuan induk yang tidak berpindah. Sifat lempung ini tidak berpindah tempat. Salah satu jenis lempung primer adalah bentonit. Bentonit merupakan salah satu jenis mineral lempung yang terdiri dari 85 % monmorilonit.Berdasarkan tipe bentonit ada 2 tipe yaitu :

a. Tipe Western BentonitMemiliki daya mengembang hingga 8 kali apabila dicelupkan ke dalam air dengan tetap terdispersi beberapa waktu di dalam air.b. Tipe Southern BentonitTipe ini kurang menyambung apabila dicelupkan di dalam air tetapi secara alami atau setelah diaktifkan mempunyai sifat hisap yang baik.Sumber : Richard W.H , Princple of Metal Casting hal 88

2. Lempung sekunderLempung ini berasal dari pelapukan batuan feldspatik yang mengalami perpindahan jauh dari bahan induknya oleh tenaga eksogen. Lempung ini memiliki sifat lebih plastis dan berdaya serap lebih besar daripada jenis polimer.Sumber : www.anneahira.com/tanahlempung.htm

Lempung sekunder dibagi menjadi 4 macam, yaitu :1. Tanah liat merahTanah jenis ini memiliki tingkat plastis sedang yang mudah dibentuk.

Gambar 1.10 Tanah liat merahSumber : http://files.mitrausahamandiri.webnode.com

2. Tanah liat stonewareJenis ini tidak mengalami perubahan bentuk pada saat pembakaran gerabah.

Gambar 1.11 Tanah liat stonewareSumber : http://img.ehocdn.com/

3. Tanah liat ballclayJenis ini biasa dibuat dari sedimen tanah liat. Memiliki butir yang halus dengan gaya plastis tinggi.

Gambar 1.12 Tanah liat ballclaySumber : http://www.rajasthanrocks.com/

4. Tanah liat tahan api (fireclay)Biasanya berasal dari warna terang keabu-abuan gelap, misal alumina dan silika.

Gambar 1.13 Tanah liat fire claySumber : http://www.rrrefractories.com/images

3. SemenSemen adalah bahan-bahan yang memperlihatkan sifat-sifat karakteristik mengenai peningkatan serta pengerasannya jika dicampur dengan air sehingga terbentuk pasta semen. Semen merupakan suatu hasil industri yang dapat menjadi sangat kompleks dengan campuran serta susunan yang berbeda-beda. Macam-macam semen :

1. Semen yang berwarna putih dinamakan nut

Gambar 1.14 Semen PutihSumber : http://orj.cc/productimages/

2. Semen yang berwarna hijau / abu-abu untuk adukan plesteran

Gambar 1.15 Semen hijauSumber : http://solar.calfinder.com/

3. Semen yang berwarna merah biasanya untuk bagian alas paving blok

Gambar 1.16 Semen merahSumber : http://w37.indonetwork.co.id/

1.2.2.3 Pengaruh kadar pengikat terhadap kekuatan pasir cetakKekuatan pasir cetak akan meningkat jika disertai dengan penambahan kadar bentonit dan bila lebih dari 10% kekuatan akan konstan dikarenakan penambahan kadar air dan penambahan bentonit yang seimbang sehingga tidak terdapat air bebas pada pasir cetak.

Gambar 1.17 Pengaruh kadar pengikat terhadap kekuatanSumber : Richard W.H, Principle of Metal Casting hal 109

1.2.2.4 Pengaruh kadar pengikat terhadap permeabilitas pasir cetakKadar pengikat sangat berpengaruh terhadap permeabilitas karena dengan kadar pengikat yang berlebih, permeabilitasnya tinggi tetepi kekuatannya rendah. Hal ini menyebabkan porositas dan perubahan dimensi terhadap hasil coran. Begitu pula sebaliknya, jika kadar pengikat yang kurang, permeabilitasnya rendah tetapi kekuatannya tinggi. Hal ini menyebabkan perubahan dimensi terhadap hasil coran.

1.2.3 Pelaksanaan Pengujian1.2.3.1. Alat dan bahan1. Kompor listrikAlat ini digunakan untuk mengeringkan spesimen

Gambar 1.18 Kompor listrikSumber : Laboratorium Pengecoran Logam Teknik Mesin UB

2. Timbangan elektrikAlat ini digunakan untuk menimbang specimen sebelum dan sesudah dikeringkan.Spesifikasi alat :Merk: MelterType: PJ 3000Frekuensi: 50 60 HzVoltase: 100 120 V 80 mA / 200 240 V 45 mA

Gambar 1.19 Timbangan ElektrikSumber : Laboratorium Pengecoran Logam Teknik Mesin UB

3. PanciDigunakan untuk menghilangkan pengikat pada pasir dan untuk mengeringkan pasir pada kompor listrik

Gambar 1.20 PanciSumber : Laboratorium Pengecoran Logam Teknik Mesin UB

4. Gelas ukurAlat ini digunakan untuk mengukur volume larutan yang dipakai.

Gambar 1.21 Gelas ukurSumber : Laboratorium Pengecoran Logam Teknik Mesin UB

Bahan yang digunakan untuk pengujian kadar pengikat antara lain :a. Pasir cetak seberat 100 gramb. Larutan NaOH 2,5% sebanyak 50 mlc. Air sebanyak 950 ml

1.2.3.2. Urutan Kerja PengujianUrutan kerja pengujian kadar lempung pasir cetak adalah :1. Timbang pasir cetak seberat 100 gr sebagai spesimen.2. Larutkan pasir di dalam 950 ml air pada panci.3. Tambahkan NaOH 2,5% sebanyak 50 ml.4. Aduk campuran tersebut dan biarkan pasir mengendap selama 5 menit.5. Buang airnya sebanyak 5/6 dari tinggi permukaan airingat :JANGAN SAMPAI PASIR IKUT TERBUANG !!!!6. Tambahkan airnya hingga seperti semula dan ulangi langkah kerja 4, 5, 6 dan diamkan selama 5 menit hingga airnya jernih.7. Panaskan pasir cetak dalam panci dengan kompor listrik pada suhu 100 110oC.8. Aduk pasir hingga kering.9. Timbang pasir cetak kering tersebut dan catat hasilnya.10. Hitung kadar lempung dengan rumus di bawah ini :