Wisnu Anjaswara : Perancangan Dan Pembuatan Poros Turbin Air Francis Yang Berdaya 950 Kw Dan Putaran 300 Rpm Dengan Proses Pengecoran Logam, 2009.
USU Repository © 2009
Dimana:
1
D = Diameter akhir dari poros D = Diameter awal dari poros
α = Konstanta pemuaian = Untuk baja adalah
6
10 11
−
×
T ∆
= Perbedaan temperatur =
C 1623
27 1650
= −
Maka: 1623
10 11
1 04
, 200
6 1
× ×
− =
−
D = 196,47 mm
Jadi, besar penyusutan yang terjadi adalah 200,04 – 196,47 = 3,57 mm
4.2. Perencanaan cetakan
Setelah dimensi dari pola ditentukan, maka kemudian dibuat perencanaan cetakan. Cetakan yang direncanakan adalah kup dan drag yang disesuaikan dengan
ukuran-ukuran dan bentuk dari cawan tuang, saluran turun, pengalir dan ketebalan pasir. Langkah-langkah yang dilakukan dalam pembuatan cetakan adalah sebagai
berikut: 1.
Pengolahan pasir cetak Sebelum pasir digunakan , hal yang pertama sekali harus dilakukan adalah
melakukan pengayakan terhadap pasir cetak yang akan digunakan. Hal ini bertujuan untuk mandapatkan pasir cetak yang bersih, bebas dari kotoran dan
besar ukuran pasir cetak yang seragam. Pasir yang telah dibersihkan dimasukkan kedalam mesin pengaduk mixer dan dilakukan pengadukan beberapa saat.
Wisnu Anjaswara : Perancangan Dan Pembuatan Poros Turbin Air Francis Yang Berdaya 950 Kw Dan Putaran 300 Rpm Dengan Proses Pengecoran Logam, 2009.
USU Repository © 2009
Kemudian dilakukan penambahan bahan pengikat. Dalam perencanaan ini digunakan water glass sebagai pengikat, dimana komposisi yang diizinkan untuk
ditambahkan adalah 3-7 dari pasir yang akan digunakan.
2. Pembuatan cetakan kup dan drag
Pembuatan cetakan dilakukan dengan menggunakan rangka yang tebuat dari kayu dan berbentuk persegi panjang. Rangka cetak ini terdiri dari kup dan
drag. Pembuatan cetakan ini dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut: a.
Pertama-tama pola diletakkan pada rangka drag. b.
Pola ditaburi dengan powder bahan pemisah, dalam hal ini digunakan tepung kanji. Hal ini dilakukan untuk mempermudah pengangkatan pola.
c. Rangka drag yang telah berisi pola ditaburi dengan pasir cetak dan
dikeraskan dengan menggunakan gas
2
CO dengan tekanan 1,0-1,5
2
cm Kg
. d.
Kemudian pola diangkat dan diletakkan pada rangka kup. Di dalam kup ini diletakkan saluran turun, penambah dan cawan tuang. Pengerasan cetakan
kup ini dilakukan seperti pengerasan pada drag, lalu pola diangkat. e.
Kemudian pola kup dan drag disatukan.
4.3. Sistem saluran
Logam cair yang akan dituang ke dalam cetakan harus direncanakan melalui jarak yang sesingkat mungkin. Sistem saluran adalah saluran untuk
menyalurkan logam cair dari saluran tuang masuk ke rongga cetakan.
Wisnu Anjaswara : Perancangan Dan Pembuatan Poros Turbin Air Francis Yang Berdaya 950 Kw Dan Putaran 300 Rpm Dengan Proses Pengecoran Logam, 2009.
USU Repository © 2009
4.3.1. Saluran Turun
Sebelum membuat saluran tuang, perlu terlebih dahulu diketahui berat coran dari poros turbin yang akan dikerjakan karena ukuran dari saluran ini
disesuaikan berdasarkan berat coran. Berat coran dapat dihitung sebagai berikut:
Berat coran = Berat poros tingkat I + Berat poros tingkat II + Berat poros tingkat III.
= γ
π γ
π γ
π
× ×
× +
× ×
× +
× ×
× p
l p
d p
l p
d p
l p
d
3 2
3 2
2 2
1 2
1
4 4
4
Dimana:
γ
= Berat jenis metal coran =
g ×
ρ = 7,8x10
-3
kgcm
3
x
2
81 ,
9 s
m =
2 3
81 ,
9 7800
s m
m kg
× = 76518 Nm
3
p d
1
= Diameter pola tingkat I p
d
2
= Diameter pola tingkat II p
d
3
= Diameter pola tingkat III p
l
1
= Panjang pola tingkat I p
l
2
= Panjang pola tingkat II p
l
3
= Panjang pola tingkat III
Wisnu Anjaswara : Perancangan Dan Pembuatan Poros Turbin Air Francis Yang Berdaya 950 Kw Dan Putaran 300 Rpm Dengan Proses Pengecoran Logam, 2009.
USU Repository © 2009
Maka berat coran adalah:
2 2
2
17972 ,
4 76518
6196 ,
20004 ,
4 76518
518 ,
17972 ,
4 ×
+ ×
× ×
+ ×
× ×
=
π π
π
W
76518 7212
, ×
× = 3895,44 N
= 397,09 kg
Tabel 4.2. Diameter saluran turun dari saluran cabang dan berat tuang Berat tuang
kg Luas saluran turun a
3
mm
2
Diameter saluran turun mm
10 130
13 10
20 240
19 300
350 1.200
39 350
400 1.200
39 400
450 1.270
40 450
500 1.360
42
Sumber : Prof. Ir. Tata Surdia M.S Met E, Prof. Dr. Kenji Chijiiwa, Teknik Pengecoran Logam, Penerbit PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 1986, lit 4 hal 78
Berdasarkan berat coran yang diperoleh dan disesuaikan dengan tabel maka didapat:
a. Diameter saluran turun untuk berat coran 350-400 kg adalah 39 mm
b. Tinggi saluran turun adalah = 10 ×
ST
d = 10 ×39 mm = 390 mm
Wisnu Anjaswara : Perancangan Dan Pembuatan Poros Turbin Air Francis Yang Berdaya 950 Kw Dan Putaran 300 Rpm Dengan Proses Pengecoran Logam, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 4.3. Saluran turun
4.3.2. Cawan Tuang
Sebelum cairan logam mengalir masuk ke saluran turun, logam cair ini akan terlebih dahulu masuk ke dalam cawan tuang. Cawan tuang biasanya
berbentuk corong atau cawan dengan saluran turun dibawahnya. Ukuran cawan tuang tergantung dari diameter saluran turun. Berdasarkan dari perhitungan ukuran
saluran turun, maka ukuran cawan tuang dapat diketahui yaitu: 1.
Panjang cawan tuang : Panjang = 6d + 0,5d +2d +1,5d; dimana d = diameter saluran turun
= 6 × 39 + 0,5 × 39 + 2 × 39 + 1,5 × 39 = 390 mm 2.
Lebar cawan tuang = 4d = 4 × 39 = 156 mm 3.
kedalaman cawan tuang: o
Yang terdalam = 5 d = 5 × 39 = 195 mm
o Yang terdangkal
= 4,5 d = 4,5 × 39 = 175,5 mm Bentuk dan ukuran cawan tuang dapat dilihat pada gambar berikut ini:
Wisnu Anjaswara : Perancangan Dan Pembuatan Poros Turbin Air Francis Yang Berdaya 950 Kw Dan Putaran 300 Rpm Dengan Proses Pengecoran Logam, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 4.4. Bentuk dan Ukuran Cawan tuang.
4.3.3. Saluran Pengalir
Saluran pengalir menghubungkan antara saluran turun dengan saluran masuk. Ukuran saluran pengalir disesuaikan dengan perbandingan sebagai berikut:
Luas saluran turun Ast : Luas pengalir Ap = 1 : 1,5-2 dipilih 1 : 1,5 Dengan demikian dapat diperoleh luas pengalir adalah sebagai berikut:
4 ,
796 5
, 1
39 4
5 ,
1
2
= ×
= =
π
ST P
A A
2
mm …..
lit 10 hal 71
Bentuk pengalir yang akan digunakan direncanakan berbentuk trapezium dengan perbandingan ukuran seperti pada gambar 4.4 berikut:
Gambar 4.5. Penampang pengalir
6d 0,5d
d d
1,5d
Wisnu Anjaswara : Perancangan Dan Pembuatan Poros Turbin Air Francis Yang Berdaya 950 Kw Dan Putaran 300 Rpm Dengan Proses Pengecoran Logam, 2009.
USU Repository © 2009
Dari gambar dapat dihitung ukuran penampang pengalir adalah sebagai berikut:
4 ,
796 3
3 2
1 =
+ +
− ×
= A
A A
A
P
2
mm
2
A = 796,4
2
mm A = 28,22 mm.
≈ 28 mm Dari tabel 2.1 untuk pengalir dengan A = 40 panjang pengalir adalah 2000 mm
Maka untuk A = 28 mm, panjang pengalir = 2000 × 2840 = 1400 mm
4.3.4. Saluran Masuk
Saluran masuk adalah saluran diaman logam-logam cair dari saluran turun dimasukkan kedalam rongga cetakan. Ukuran saluran masuk ditentukan
berdasarkan ukuran –ukuran saluran turun. Perbandingan antara ukuran saluran masuk dengan ukuran saluran turun untuk baja cor adalah sebagai berikut:
Luas saluran turun Ast : Luas saluran masuk Asm = 1:2-4, dipilih 1:3. Luas saluran turun adalah:
2
4
ST ST
d A
× =
π
=
2
39 4
×
π
= 1194,6
2
mm Maka luas saluran masuk total adalah:
3 1
=
total SM
A
ST
A
Wisnu Anjaswara : Perancangan Dan Pembuatan Poros Turbin Air Francis Yang Berdaya 950 Kw Dan Putaran 300 Rpm Dengan Proses Pengecoran Logam, 2009.
USU Repository © 2009
=
3 6
, 1194
= 398,2
2
mm Jumlah saluran masuk yang direncanakan adalah 4 empat buah. Maka
luas dari masing-masing saluran masuk
SM
A adalah:
4 2
, 398
=
SM
A = 99,55
2
mm Saluran pengalir yang direncanakan berbentuk bujur sangkar, maka ukuran
sisi-sisi dari saluran masuk adalah:
SM SM
A S
= =
55 ,
99
= 9,97 mm
4.3.5. Saluran Penambah
Selama masa terjadinya pembekuan logam cair dalam rongga cetakan akan terjadi penyusutan. Untuk mengimbangi penyusutan tersebut, maka diperlukan
tambahan logam cair kedalam rongga cetakan dan harus membeku lebih lambat dari coran. Banyaknya penambah tergantung pada tebal dan panjang coran. Kalau
penambah terlalu besar, maka persentase terpakai akan dikurangi dan kalau penambah terlalu kecil akan terjadi rongga penyusutan. Oleh karena itu penambah
harus mempunyai ukuran yang cocok. Penambah digolongkan menjadi dua macam, penambah samping dan
penambah atas. Penambah samping diletakkan disamping coran dan langsung dihubungkan dengan saluran turun dan pengalir. Penambah macam ini sangat
Wisnu Anjaswara : Perancangan Dan Pembuatan Poros Turbin Air Francis Yang Berdaya 950 Kw Dan Putaran 300 Rpm Dengan Proses Pengecoran Logam, 2009.
USU Repository © 2009
efektif dipakai untuk coran ukuran menengah dan besar. Penambah atas dipasang diatas coran yang biasanya berbentuk silinder dan mempunyai ukuran kecil.
Pada pengecoran poros turbin ini, tebal coran yang paling besar adalah pada poros tingkat II dengan diameter 200,04 mm. Dengan menyesuaikan grafik
Hubungan antara Tebal Coran T dan Jarak Isi dari Penambah JP, maka diperoleh jarak pengisian JP = 483,4 mm. Banyaknya penambah untuk masing-
masing tingkat poros dapat dihitung sebagai berikut:
1. Poros tingkat I
1 54
, 4
, 483
2 00
, 518
2
1
= =
× =
× =
JP p
l n
buah ….
lit 10 hal 81
2. Poros tingkat II
1 64
, 4
, 483
2 60
, 619
2
1
= =
× =
× =
JP p
l n
buah 3.
Poros tingkat III 1
75 ,
4 ,
483 2
20 ,
721 2
1
= =
× =
× =
JP p
l n
buah
Sebelum menghitung perbandingan volume penambah dengan volume coran maka harus terlebih dahulu dihitung factor bentuk yaitu:
Faktor bentuk =
T L
P +
....
lit 10 hal 81
Dimana: P
= Panjang coran Panjang coran adalah panjang pola yang digunakan
Wisnu Anjaswara : Perancangan Dan Pembuatan Poros Turbin Air Francis Yang Berdaya 950 Kw Dan Putaran 300 Rpm Dengan Proses Pengecoran Logam, 2009.
USU Repository © 2009
L = Lebar coran
T = Tebal Coran, dimana penambah harus dipasangkan
lebar dan tebal coran adalah diameter dari poros itu
Volume penambah Volume coran ditentukan dari kurva dibawah ini.
Gambar 4.6 Kurva Pellini
Sumber : Prof. Ir. Tata Surdia M. S Met E, Prof. Dr. Kenji Chijiiwa, Teknik Pengecoran Logam, Penerbit PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 1986
Untuk poros tingkat I
8 ,
3 72
, 179
72 ,
179 518
= +
= +
T L
P
Maka sesuai dengan kurva Pellini : 8
, =
coran Volume
penambah Volume
Volume penambah
p l
p d
V
p 1
2 1
4 8
, ×
× ×
=
π
= 518
72 ,
179 4
8 ,
2
× ×
× π
= 10.512.413,81
3
mm
Wisnu Anjaswara : Perancangan Dan Pembuatan Poros Turbin Air Francis Yang Berdaya 950 Kw Dan Putaran 300 Rpm Dengan Proses Pengecoran Logam, 2009.
USU Repository © 2009
= 10.512,41
3
cm Dengan menganggap diameter saluran adalah d maka tinggi saluran
penambah adalah d
h 2
, 5
, 1
± =
. Pada perancangan ini dipilih h = 1,4d.
d d
V
p
4 ,
1 4
2
× ×
=
π
10.512,41 =
3
1 ,
1 d
d =
3
1 ,
1 10.512,41
diameter penambah = 21,22 cm Tinggi saluran penambah: h = 1,4d
= 1,4 x 21,22 = 29,71 cm.
Untuk poros tingkat II
10 ,
4 04
, 200
04 ,
200 60
, 619
= +
= +
T L
P
Maka sesuai dengan kurva Pellini :
77 ,
= ⋅
⋅ coran
Volume penambah
Volume
Volume penambah
p l
p d
V
p 2
2 2
4 77
, ×
× ×
=
π
= 60
, 619
04 ,
200 4
77 ,
2
× ×
× π
= 14.994.283,14
3
mm = 14.994,28
3
cm d
d V
p
4 ,
1 4
2
× ×
= π
Wisnu Anjaswara : Perancangan Dan Pembuatan Poros Turbin Air Francis Yang Berdaya 950 Kw Dan Putaran 300 Rpm Dengan Proses Pengecoran Logam, 2009.
USU Repository © 2009
14.994,28 =
3
1 ,
1 d
d =
3
1 ,
1 14.994,8
diameter penambah = 23,89 cm Tinggi saluran penambah: h = 1,4d
= 1,4 x 23,89 = 33,45 cm.
Untuk poros tingkat III
Karena pada poros tingkat III diameternya sama dengan poros tingkat I maka tinggi saluran penambah yang digunakan adalah sama dengan tinggi
penambah poros tingkat I yaitu 29,71 cm.
4.4. Pemberat
Pemberat ini berfungsi untuk menghindari terangkatnya kup akibat tekanan yang ditimbulkan oleh cairan logam. Berat dari pemberat ini dapat dihitung
dengan persamaan:
h A
k W
pemberat
× ×
× =
γ .....
lit 10 hal 109
Dimana : k = Faktor keamanan dari pemberat 1,5-2; dipilih 2
A = Luas irisan rongga cetakan = 518 × 179,72mm
2
+ 619,6 × 200.04mm
2
+ 721,2 × 179,72mm
2
= 346.653,8 mm
2
= 3.466,54 cm
2
γ = Berat jenis logam = 7,8 x
3
10
− 3
cm kg
h = Tinggi saluran turun = 39 cm
Wisnu Anjaswara : Perancangan Dan Pembuatan Poros Turbin Air Francis Yang Berdaya 950 Kw Dan Putaran 300 Rpm Dengan Proses Pengecoran Logam, 2009.
USU Repository © 2009
Maka berat total dari pemberat adalah :
39 10
8 ,
7 54
, 466
. 3
2
3
× ×
× ×
=
− pemberat
W
= 2.109,04 kg
Gambar 4.7. Bentuk Pemberat
4.5. Waktu Tuang
