Analisa Data Dan Titik Berat Sayap Pada Pesawat Tanpa Awak Dan Pengujian Impak Dengan Material Aluminium – Magnesium (96%-4%)

(1)

ANALISA DATA DAN TITIK BERAT SAYAP PADA PESAWAT TANPA AWAK DAN PENGUJIAN IMPAK DENGAN MATERIAL

ALUMINIUM – MAGNESIUM (96%-4%) SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

IVAN BASKER MARBUN 080401064

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

ABSTRAK

Aluminium banyak digunakan didalam aplikasi bidang automotive yang memiliki sifat mekanis yang memadai seperti ketangguhan (impak). di dalam pengecoran aluminium memiliki titik kelemahan tersendiri. maka perlu dilakukan penelitian dengan perpaduan dua material antara Aluminium-Magnesium yang dipakai untuk pembuatan pesawat tanpa awak. Pada penelitian ini dilakukan untuk membandingkan berat dari hasil perhitungan teori dan hasil pengecoran pesawat dan titik berat (pusat massa ) sayap pesawat untuk mengetahui kesetimbangan gaya yang bekerja pada sebuah benda. Didalam pembuatan pesawat tanpa awak didesain menggunakan software solidwork dengan perhitungan secara teoritis didapat hasil nilai Thrust 1170.1148 N, Drag 24.6093 N, Lift 1167.60 dan Weight 264.6 dalam hal ini massa pesawat adalah sebesar 27 Kg. sehingga disimpulkan secara teori pesawat tanpa awak memenuhi syarat untuk terbang. berbanding terbalik dari hasil penelitian pengecoran pesawat tanpa awak dengan material paduan Aluminium-Magnesium (96%-4%) tidak dapat untuk diterbangkan karena memiliki berat lebih dari 27 Kg. Hasil penelitian uji impak dari pengecoran logam paduan Aluminium-Magnesium (96%-4%) memiliki energi serap rata-rata 21,49 Nm dan 22,36 Nm. Maka dapat diambil kesimpulan semakin rendah sudut pemukulan akhir semakin besar energi yang diserap. Untuk hasil simulasi titik berat paduan Aluminium-Magnesium ( 96%-4%) memilki densitas 2.62 gr/cm3, massa pesawat 4,5 Kg. Volume sayap pesawat 1727,68 cm3, dan luas permukaan massa sayap pesawat 5774,6 m3. Maka pusat massanya berada pada koordinat X= 75,58 cm. Y= 8,87 cm. Z= 60,80 cm. berdasarkan penelitian ini material paduan Aluminium-Magesium (96%-4%) kurang cocok untuk pembuatan material pesawat tanpa awak.

Kata kunci: automotive, ketangguhan, solidwork, teoritis, Thrust, Drag, Lift, Weight, aluminium, magnesium, densitas, energi.

(8)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Penulisan skripsi ini dilaksanakan untuk mememnuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Departemen Teknik Mesin pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Pada kesempatan ini juga penulis tidak lupa mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu dan membimbing penulis selama penyusunan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa tanpa adanya dukungan dan bantuan ini, penulis sangat sulit untuk dapat menyelesaikan skripsi ini mulai dari awal hingga selesainya skripsi ini. Untuk itu penulis mengucapkan terimakasih kepada:

1. Bapak Dr.ing.ir. Ikhwansyah Isranuri selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga dan pikiran untuk mengarahkan penulis dalam penyusunan skripsi ini.

2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku ketua Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3. Ibunda tercinta Nurmaya Sinaga dan Bapak saya Efendi marbun yang telah mendukung saya sehingga mampu menyelesaikan skripsi ini dan juga telah memberikan materi dan moril. Thanks Mam & dad ( love u).

4. Teman-teman seangkatan 2008, yang telah memberikan semangat kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini..

5. Untuk kakak saya Curiani Marbun S.hut, Teman saya Iqbal Tawakal dan Peter Manurung ST, dan buat abangda fadly kurniawan nst ST, terimakasih buat nasehatnya, yang membantu menyelesaikan skripsi ku ini.

6. Adek-adek 2010 dan 2012 terimakasih buat motivasi kalian semua.

7. Terima kasih buat teman-teman satu kost atas doa dan dukungan sehingga saya dapat menyelesaikan tugas skripsiku ini.

(9)

8. Dan tidak lupa buat kawan-kawan seperjuangan yang lagi skripsi, Ali martin, syarief, arlan, anggi, fandi, yansen, satahi, dahlan, yudi dan buat jimmy, semangat untuk menyelesaikan skripsinya.

Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan sebagai pengembangan ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila terdapat kesalahan dalam penyusunan sebagai manusia yang tidak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan banyak terima kasih.

Medan,Februari 2014 Penulis,

(10)

DAFTAR ISI

halaman

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL

... ix

DAFTAR NOTASI

... x

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan Penelitian ... 2

1.2.1 Tujuan Umum ... 2

1.2.2 Tujuan Khusus ... 2

1.2.3 Manfaat Penelitian ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Sistematika Penulisan ... 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kajian Pustaka ... 4

2.2 Landasan Teori ... 4

2.2.1 Sejarah Pengecoran ... 4

2.2.2 Pengetahuan Pengecoran ... 6

2.2.3 Pembuatan Coran ... 11

2.2.4 Sifat Cora Al-Mg ... 12

2.3 SejarahAluminium ... 12

2.3.1 Pengertian Aluminium ... 12

(11)

2.3.3 Paduan Aluminium ... 13

2.3.4 Klasifikasi Aluminium ... 14

2.3.5 Paduan Logam Aluminium ... 16

2.4 Magnesium ... 17

2.4 1 Sejarah Magnesium ... 17

2.4.2 Pengertian Magnesium ... 17

2.4.3 BerbagaiSifat Material Magnesium ... 18

2.5 Titik Berat ( Pusat Massa ) ... 18

2.5.1 Letak / Posisi Titik Berat ... 19

2.5.2 Rumus Untuk Mengetahui Titik Berat Sebuah Benda ... 19

2.6 Shape Factor ... 20

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat ... 24

3.2 Bahan dan Alat Penelitian ... 24

3.2 1 Bahan Penelitian ... 24

3.2.2 Alat Penelitian ... 25

3.3 Diagram Alir Penelitian ... 29

3.4 Langkah-Langkah Pengecoran Pesawat Tanpa Awak Al-Mg ... 30

3.4.1 Desain dan pemodelan badan dan sayap pesawat tanpa awak ... 30

3.4.2 Proses Pembuatan Mal ... 31

3.4.3 Proses Pembuatan Cetakan ... 32

3.4.4 Proses Pengecoran ... 33

3.4.5 Proses Penuangan dan Pendinginan ... 34

3.4.6 Proses Finishing ... 35

3.5 Prosedur Penelitian ... 35

3.5.1 Desain dan Pembuatan Pesawat Tanpa Awak ... 36

3.5.2 Komponen Pesawat Model ... 36

3.5.3 Badan Pesawat Fuselage ... 36

(12)

3.5.5 Ekor dan Sayap ... 38

3.5.6 Landing Gear dan Roda Pesawat ... 39

3.6 Pengujian Impak (Impact Test) ... 41

3.6.1 Langkah-langkah pengujian ketangguhan impak ... 44

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisa data (teoritis) syap pesawat terbang ... 47

4.1.1 Spesifikasi Pesawat Tanpa awak ... 47

4.2 Analisa Data Pesawat Terbang ... 50

4.2.1 Analisa Kecepatan Pesawat ... 50

4.2.3 Analisa Gaya-Gaya yang Terjadi ... 51

4.2.4 Menghitung Nilai Thrust (T) ... 51

4.2.5 Menghitung Nilai Drag (D) ... 52

4.2.6 Menghitung Nilai Lift (L) ... 55

4.2.7 Menghitung Weight (W) ... 56

4.3 Hasi lUji Impak ... 56

4.4 Titik Berat Sayap (Pusat Massa) ... 60

4.4.1 Perhitungan Teori Titik Berat Sayap Pesawat ... 63

4.4 Perhitungan Shape Factor Sayap Pesawat ... 64

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ... 67

5.2 Saran ... 68

DAFTAR PUSTAKA

... 69

LAMPIRAN

(13)

DAFTAR GAMBAR

halaman

Gambar 2.1 (a) Jenis Bentuk Cetakan Terbuka ...9

Gambar 2.1 (b) Jenis Bentuk Cetaka Tertutup ...9

Gambar 2.2 Proses Die-Casting ...10

Gambar 3.1 Aluminium batangan ...24

Gambar 3.2 Magnesium batangan ...25

Gambar 3.3 Dapur Peleburan ...25

Gambar 3.4 Blower ...26

Gambar 3.5 Gerinda ...26

Gambar 3.6 Ladel ...27

Gambar 3.7 Timbangan ...27

Gambar 3.8 Pasir Cetak ...28

Gambar 3.9 Alat Uji Impact ...28

Gambar 3.10 Diagram alir ...29

Gambar 3.11 Proses Pembuatan Mal Body Pesawat ...31

Gambar 3.12 Proses Pembuatan Mal Sayap Pesawat ...31

Gambar 3.13 Proses Pembuatan Cetakan Body Pesawat ...32

Gambar 3.14 Proses Pembuatan Cetakan Sayap Pesawat ...32

Gambar 3.15 Proses Pengecoran Body Pesawat ...33

Gambar 3.16 Proses Pengecoran Sayap Pesawat ...33

Gambar 3.17 Hasil Coran Sayap Pesawat ...34

Gambar 3.18 Hasil Coran Body Pesawat ...34

Gambar 3.19 Hasil finishing coran ...35

Gambar 3.20 Desain Pesawat Tanpa Awak ...36

Gambar 3.21 Badan Pesawat (Fuselage) ...37

Gambar 3.22 Sayap Pesawat Tanpa Awak ...38

Gambar 3.23 Gambar Teknik Ekor dan Sayap ...38

Gambar 3.24 Landing Gear Depan ...39

(14)

Gambar 3.26 Dimensi Letak Landing Gear ...40

Gambar 3.27 Roda Pesawat ...41

Gambar 3.28 Ilustrasi Skematis Pengujian Impak denga Uji Charpy ...42

Gambar 3.29 Ilustrasi Pembebanan Impak Pada Uji Charpy dan Izod ...43

Gambar 3.30 Spesimen Uji Impak ...44

Gambar 3.31 Alat Uji Impak (Charpy) ...45

Gambar 4.1 Pesawat Tanpa Awak ...47

Gambar 4.2 Analisis Profil Sayap Pesawat NACA 2412, Sudut Serang 150 ...48

Gambar 4.3 Aircraft Design ...54

Gambar 4.4 Grafik Energi Serap (E) Em vs Ep pada Coran Al-Mg ...59

Gambar 4.5 (a) Sampel Uji Impak Sebelum Diuji ...59

Gambar 4.5 (b) Sampel Uji Impak Setelah Diuji ...59

Gambar 4.6 Pusat Massa dari Sayap ...60

Gambar 4.7 Pusat Massa Sayap Setelah diberi Perintah ...60

Gambar 4.8 Keterangan Pusat Massa ...61

Gambar 4.9 Profil Sayap NACA 2412 ...62

(15)

DAFTAR NOTASI

Simbol Keterangan Satuan

n putaran rpm ρ massa jenis udara kg/m3 V0 kecepatan udara yang masuk m/s

Vt kecepatan udara yang dihasilkan m/s

m0 massa sebelum masuk per waktu m/s

mt massa sewaktu keluar per waktu m/s

p0 tekanan sebelum masuk m/s

pt tekanan sebelum keluar m/s

A0 luas penampang sayap mm2

V kecepatan pesawat m/s2

Cd coefisien drag N/s Cl coefisien lift N/s P beban yang diterima permukaan N A sudut pemukulan awal

β sudut permukaan akhir

E energi yang diserap N/m

(16)

ABSTRAK

Kata kunci: automotive, ketangguhan, solidwork, teoritis, Thrust, Drag, Lift, Weight, aluminium, magnesium, densitas, energi.

(17)

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Seiring dengan berkembang pesatnya teknologi berbagai jenis jenis pesawat pun telah tercipta. salah satu jenis dari pesawat itu adalah pesawat tanpa awak, tanpa awak adalah seni merancang dan membangun miniatur pesawat terbang. Walaupun pada beberapa tingkatan tertentu tanpa awak telah mencapai kemahiran dan kecanggihan. Tanpa awak bisa dikembangkan sebagai kegiatan yang terdiri dari dua ketrampilan dasar, yang satunya adalah pemodelan dari tanpa awak, yang kedua bagaimana cara membuat terbang model pesawat tersebut.

Banyak orang menganggap tanpa awak selalu mengacu kepada miniatur yang “harus terbang” pendapat tersebut kurang benar karena sebagian orang terlibat dengan kegiatan ini lebih memfokuskan diri pada ketrampilan teknis, seperti mesin. Tanpa awak pada dasarnya dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis yaitu, jenis statis dan bisa diterbangkan. dalam arti statis tidak bisa diterbangkan.

Pada pesawat tanpa awak, badan pesawat tidak berfungsi untuk membawa penumpang. Badan pesawat tanpa awak berfungsi untuk melekatnya motor penggerak, wing dan elevator. Tetapi pada sebagian badan pesawat tanpa awak juga berfungsi untuk melekatnya roda pesawat. Pada pesawat tanpa awak yang menggunakan motor penggerak elektric, badan pesawat berfungsi untuk tempat baterai pada pesawat tanpa awak yang menggunakan motor penggerak engine, bagian pada badan pesawat berfungsi untuk tempat bahan-bakar.

Komponen utama pada sebuah pesawat terbang adalah badan pesawat, badan pesawat ini sendiri merupakan tempatnya melekat bagian bagian pesawat seperti sayap (wing), elevator, maupun roda pendaratan. Selain itu juga. Badan pesawat ini juga dapat membawa penumpang atau barang. Berbagi jenis pergerakan pesawat seperti roll, yaw, pitch yang dihasilkan oleh sayap (wing) maupun elevator untuk mengontrol pergerakan dari badan pesawat tersebut. Untuk itulah badan pesawat harus di desain aerodinamis agar tidak menghambat fluida serta dapat bergerak sesuai dengan yang di inginkan.

Dalam hal ini judul skripsi yang akan saya bawakan adalah, analisa data dan titik berat dan pengujian pada pada bagian sayap pesawat tanpa awak (aeromodelling) dengan material Aluminium-Magnesium dengan campuran 96%-4%. yang didesain dengan menggunakan

(18)

software solidwork untuk memenuhi syarat lulus Tugas skripsi yang di bimbing oleh Bpk Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri.

1.2. Tujuan Penelitian

1.2.1. Tujuan Umum

Desain pemodelan pada pesawat tanpa awak dan mengetahui sifat bahan dari uji material terhadap hasil pengecoran material alumunium-magnesium pada miniatur pesawat tanpa awak.

1.2.2. Tujuan Khusus

1. Analisa data (teoritis) dari sayap pesawat tanpa awak

2. Memperoleh tingkat kegetasan material melalui pengujian impak.

3. Untuk mengetahui Titik berat sayap (pusat massa) dan mendapatkan nilai shape factor.

1.2.3 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah:

1. Mengetahui teori berat pesawat syarat untuk terbang.

2. Mengetahui kegetasan material Aluminium-Magnesium (uji impak). 3. Mengetahui titi berat sayap pesawat.

1.3. Batasan Masalah

Pada skripsi ini penulis hanya mengetahui teori syarat terbang pesawat dan membatasi pengujian kepada sifat-sifat dari material hasil pengecoran dari alumunium-magnesium (96%-4%) yang berupa miniatur pesawat tanpa awak tanpa pertimbangan kemampuan terbang dari pesawat tanpa awak tersebut.

1.4. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan ini disajikan dalam tulisan yang terdiri dalam 5 bab. Dimana pada bab pertama memberikan gambaran menyeluruh mengenai tugas akhir yang meliputi pembahasan tentang latar belakang, perumusan dan batasan masalah, tujuan, manfaat dan sistematika penulisan.

Pada bab 2 berisikan landasan teori dan studi literatur yang berkaitan dengan pokok permasalahan serta metode pendekatan yang digunakan untuk pengujian. Pada bab 3 memuat metode dari pengerjaan meliputi langkah langkah pengolahan dan

(19)

pengujian. Pada bab 4 berisikan tentang teori syarat terbang pesawat dan hasil pengelohan data yang di peroleh dari hasil penelitian kemudian dilakukan pembahasan terhadap hasil pengujian dan pada bab 5 berisikan jawaban dari tujuan penelitian

(20)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Kajian Pustaka

Aluminium merupakan salah satu material yang sangat banyak di pergunakan dalam bidang teknik, namun sangat jarang dipergunakan dalam kondisi alumiium murni. Aluminium yang dijumpai dalam bidang teknik kebanyakan dalam bentuk alloy dengan unsur penambah utama seperti magnesium, iron, silicon, copper, mangan dan zincum (NADCA 1997). Komposisi paduan pada pemilihan proses pengecoran dapat mempengaruhi struktur mikro dari aluminium paduan. Sifat mekanis dan mampu mesin yang baik dapat di perbaiki (Brown, 1999). Aluminium yang dipadukan dan di heat treatment akan meningkatkan kekerasan (Basuki 2005) Penambahan magnesium pada aluminium akan menigkatkan kekerasan dan kekuatan tarik aluminium. Pengecoran aluminium akan berakibat penurunan sikap mekanis (impak) dari logam, yang terjadi akibat pada saat pengecoran aluminium dapat dieleminir dega megontrol gas/oksigen dan variable pengecoran lainya seperti, temperature, laju pembekuan, laju pendiginan ( Melo,M.L.N.M.,etl., 2005 ) yang dapat dilakukan dengan tersedianya dapur peleburan yang memadai. Parameter pembekuan sangat dipengaruhi laju pendinginan, keadaan temperature pada berbagai phasa berubah dengan peningkatan laju pendinginan, peningkatan laju pedinginan secara signifika meingkatkan temperature pegintian aluminium.

( Dobrzanski, dkk, 2006 ).

2.2. Landasan Teori

2.2.1. Sejarah Pengecoran

Coran dibuat dari logam yang dicairkan, dituang kedalam cetakan, kemudian dibiarkan mending membeku. Oleh karena itu sejarah pengecoran dimulai ketika orang mengetahui bagaimana mencairkan logam dan bagaimana membuat cetakan. Hal ini terjadi kira-kira 4.000 sebelum masehi, sedangkan tahun yang lebih tepat tidak diketahui.

Pengecoran dilakukan pertama di mesopotamia kira-kira 3.000 tahun sebelum masehi, teknik ini diteruskan ke asia tengah, india dan cina. Penerusan ke cina kira-kira 2.000 tahun sebelum masehi, dan dalam cina kuno semasa Yin, yaitu kira-kira 1.500-1000 tahun sebelum masehi. Pada masa itu tangki tangki besar yang halus buatannya dibuat dengan jalan pengecoran.

(21)

Sementara itu teknik pengecoran Mesopotamia diteruskan juga ke eropa, dan dalam tahun 1.500-1.400 sebelum masehi, barang barang seperti mata bajak, pedang, mata tombak, perhiasan, tangki dan perhiasan makam dibuat di Spanyol, Swiss, Jerman, Ustria, Norwegia, Denmark, Swedia, Inggris dan Prancis. Teknik pengecoran di india dan cina diteruskan ke jepang dan asia tenggara, sehingga di jepang banyak arca-arca budha dibuat antara tahun 600-800 sebelum masehi.

Penggunaan besi dimulai dengan penempaan , sama halnya dengan tembaga. Orang orang asiria dan mesir mempergunakan perkakas besi dalam tahun 2.800-2.700 sebelum masehi. Kemudian, dicina dalam tahun 800-700 sebelum masehi, ditemukan cara membuat coran dari besi kasar yang mempunyai titik cair rendah dan mengandung fosfor tinggi dengan mempergunakan tanur beralas datar.

Teknik produksi ini kemudian diteruskan ke negara-negara disekitar laut tengah. Di yunani, 600 tahun sebelum masehi, arca-arca raksasa Epaminondas atau Hercules. Berbagi senjata, dan perkakas dibuat dengan jalan pengecoran. Di india di jaman itu, pengecoran besi kasar dilakukan dan diekspor ke mesir dan eropa. Walaupun demikian baru pada abad ke 14 pengecoran besi kasar dilakukan secara besar besaran, yaitu ketika jerman dan italiameningkatkan tanur beralas datar yang primitip itu menjadi tanur tiap berbentuk silinder, dimana pencairan dilakukan dengan jalan meletakkan biji besi dan arang batu berselang seling. Produk-produk yang dihasilkan pada waktu itu ialah: meriam, peluru, tungku, pipa dan lain lain. Cara pengecoran pada waktu itu adalah menuangkan secara langsung logam cairyang didapat dari bijih besi, kedalam cetakan,

Coran dibuat dari logam yang dicairkan, dituang kedalam cetakan, kemudian dibiarkan mendingin dan membeku. Oleh karena itu sejarah pengecoran dimulai ketika orang mengetahui bagaimana mencairkan logam dan bagaimana membuat cetakan. Hal ini terjadi karena kira-kira tahun 4.000 sebelum masehi, sedangkan tahun yang lebih tepat tidak diketahui orang.

Awal penggunaan logam oleh manusia adalah ketika orang membuat perhiasan dari emas atau perak tempaan , dan kemudian membuat senjata atau mata bajak dengan menempa tembaga, hal itu dimungkinkan karena logam logam ini terdapat dialam dalam keadaan murni, sehingga dengan mudah orang dapat menempanya.

Kemudian secara kebetulan orang menemukan tembaga mencair, selanjutnya mengetahui cara untuk menuang logam cair kedalam cetakan, dengan demikian untuk pertama kalinya orang

(22)

dapat membuat coran yang berbentuk rumit, contohnya perabot rumah, perhiasan dan hiasan makam. Coran tersebut dibuat dari perunggu yaitu suatu paduan tembaga, timah dan timbal yang titik cairnya lebih rendah dari titik titik cair tembaga.

2.2.2 Pengetahuan Pengecoran

Pengecoran logam adalah proses pembuatan benda dengan mencairkan logam dan menuangkan ke dalam rongga cetakan. Proses ini dapat digunakan untuk membuat benda-benda dengan bentuk rumit. Benda berlubang yang sangat besar yang sangat sulit atau sangat mahal jika dibuat dengan metode lain, dapat diproduksi masal secara ekonomis menggunakan teknik pengecoran yang tepat.

Pengecoran logam dapat dilakukan untuk bermacam-macam logam seperti, besi, baja paduan tembaga (perunggu, kuningan, perunggu aluminium dan lain sebagainya), paduan ringan (paduan aluminium, paduan magnesium, dan sebagainya), serta paduan lain, semisal paduan seng, monel (paduan nikel dengan sedikit tembaga), hasteloy (paduan yang mengandung molibdenum, khrom, dan silikon), dan sebagainya.

Pengecoran logam merupakan salah satu ilmu pengetahuan tertua yang dipelajari oleh manusia. Ilmu pengecoran logam terus berkembang dengan pesat. Berbagai macam metode pengecoran logam telah ditemukan dan terus disempurnakan, diantaranya adalah sentrifugal casting, investment casting, dan sand casting serta masih banyak metode-metode lainnya. Pengecoran adalah membuat komponen dengan cara menuangkan bahan yang dicairkan kedalam cetakan. Bahan disini dapat berupa metal maupun non metal. Untuk mencairkan bahan diperlukan furnace (dapur kupola). Furnace adalah sebuah dapur atau tempat yang dilengkapi dengan heater (pemanas). Bahan padat dicairkan sampai suhu titik cair dan dapat ditambahkan campuran bahan seperti chroum, silikon, titanium, magnesium, dan aluminium.

Aplikasi dari proses pengecoran sangat banyak salah satunya dapat ditemukan dalam pembuatan komponen permesinan. Proses pengecoran dilakukan melalui beberapa tahap mulai dari pembuatan cetakan, persiapan dan peleburan logam, penuangan logam cair kedalam cetakan pembersihan coran dan proses daur ulang pasir cetakan. Hasil pengecoran disebut dengan coran atau benda cor. Proses pengecoran bisa dibedakan atas 2 yaitu proses pengecoran dan proses percetakan. Proses pengecoran tidak menggunakan tekanan sewaktu mengisi rongga cetakan sedangkan proses percetakan adalah logam cair ditekan agar mengisi rongga-rongga cetakan. cetakan untuk kedua proses ini berbeda dimana proses pengecoran cetakan biasanya dibuat dari

(23)

pasir sedangkan proses percetakan cetakan dibuat dari logam. Proses pengecoran ada dua macam yang disebut sand casting dan die casting adapun perbedaannya adalah sebagai berikut:

1. Sand Casting

Adalah proses penuangan logam cair dengan gaya gravitasi atau gaya lain ke dalam suatu cetakan, kemudian dibiarkan membeku, sehingga terbentuk logam padat sesuai dengan bentuk cetakannya. adapun keuntungan dan kerugian sand casting sebagai berikut.

Keuntungannya:

a) Dapat mencetak bentuk kompleks, baik bentuk bagian luar maupun bentuk bagian dalam b) Beberapa proses dapat membuat bagian (part) dalam bentuk jaringan;

c) Dapat mencetak produk yang sangat besar, lebih berat d) Dapat digunakan untuk berbagai rmacam logam.

e) Beberapa metode pencetakan sangat sesuai untuk keperluan produksi massal. Kerugiannya:

Setiap metode pengecoran memiliki kelemahan sendiri sendiri, tetapi secara umum dapat disebutkan sebagai berikut.

Keterbatasan sifat mekanik antara lain: a) Sering terjadi porositas.

b) Dimensi benda cetak kurang akurat. c) Permukaan benda cetak kurang halus. d) pada saat penuangan logam panas. e) Masalah lingkungan.

1.1 Contoh produk coran:

a. Perhiasan, c. Blok mesin b. Patung, d. Pipa, dan lain-lain 1.2 Proses pengecoran:

- Pembuatan cetakan.

- Persiapan dan peleburan logam.

- Penuangan logam cair ke dalam cetakan:

a. Untuk cetakan terbuka (lihat gambar 2.2.a) logam cair hanya dituang hingga memenuhi rongga yang terbuka.

(24)

b. Untuk cetakan tertutup (lihat gambar 2.2.b) logam cair dituang hingga memenuhi sistem saluran masuk.

- Setelah dingin benda cor dilepaskan dari cetakannya;

- Untuk beberapa metode pengecoran diperlukan proses pengerjaan Lanjut. a. Memotong logam yang berlebihan,

b. Membersihkan permukaan, c. Memeriksa produk cor,

d. Memperbaiki sifat mekanik dengan perlakuan panas (heat treatment) e. Menyesuaikan ukuran dengan proses pemesinan

Gambar 2.1. Jenis bentuk cetakan (a) cetakan terbuka, b (cetakan tertutup)

2. Die Casting

Die-casting adalah suatu proses pengecoran dengan menginjeksi logam cair kedalam cetakan kemudian mempertahankan pemberian tekanan selama pembekuan proses ini berlangsung dalam ruang tertutup. Die casting menggantikan cetakan pasir non-permanen atau cetakan keramik dengan Die yang dapat menghasilkan ribuan part sebelum diganti.

Die-casting kadang disebut Pressure die casting merupakan proses pengecoran bertekanan tinggi (0.7MPa – 700 Mpa) menggunakan piston untuk menyuntikkan logam cair ke dalam die. Untuk menaikan kecepatan proses pembekuan, maka die-set didinginkan dengan air.

Keuntungan:

Die Casting memiliki keuntungan dan kerugian yang dapat dilihat sebagai berikut: a) Dapat membuat benda berdinding tipis dan berukuran presisi

(25)

c) Ukuran yang berlebihan dapat dihindarkan d) Waktu proses yang sangat singkat

e) Menghasilkan kecepatan alir yang tinggi

Kerugian:

a) Biaya operasional lebih tinggi b) Harga mesin lebih mahal

c) Material yang terbuang lebih banyak karena adanya biscuit dan dengan demikian akan lebih banyak material kelas dua L,[(return material)

2.1. Contoh produk cor:

a) Pelak, e) Baut

b) Patung, f) Pipa

c) Blok mesin, g) Mur

d) Rangka mesin, h) Pompa, dan lain-lainnya.

2.2.Proses Pengecoran

Gambar 2.2 ProsesDie Casting Proses die casting sebagai berikut:

a. Logam cair diambil dari dapur menggunakan ladel, kemudian dituang ke shot tube, b. Piston mendorong logam cair hingga mengisi rongga cetakan.

(26)

d. Cetakan dibuka

e. Piston mendorongproduk cor keluar cetakan. 2.3 Chamber (wadah panas):

a. Logam cair ditekan ke dalam die-cavity melalui gooseneck dan nosel b. Pressure : rata-rata 15 Mpa (5000psi)

c. Cylcle time 200-300 shots/jam

d. Digunakan untuk low melting point alloyzinc: magnesium, tin dan lead 2.2.3. Pembuatan Coran

Untuk membuat coran, harus dilakukan beberapa proses seperti pencairan, pembuatan cetakan, penuangan, pembongkaran dan pembersihan coran. Untuk mencairka logam bermacam macam dapur yang dipakai. Umumnya kupola (dapur induksi frekwensi rendah) dipergunakan untuk besi cor, dapur busur listrik (dapur induksi frekwensi tinggi) digunakan untuk baja tuang dan dapur krus untuk paduan tembaga atau coran paduan ringan, karena dapur ini dapat memberikan logam cair yang baik dan sangta ekonomis untuk logam logam tersebut.

Cetakan biasanya dibuat dengan cara memadatkan pasir. Pasir yang yang dipakai adalah pasir alam atau pasir buatan yang mengandung tanah lempung. Biasanya dicampurkan pengikat khusus seperti air-kaca, semen, resin furan resin fenol (minyak pengering) dan bentonit karena penggunaan zat-zat tersebut memperkuat cetakan atau mempermudah pembuatan cetakan. Selaian dari cetakan pasir, dapat juga dipergunakan cetakan logam. Pada penuangan, logam cair akan mengalir melalui pintu cetakan, maka bentuk pintu cetakan harus dibuat sedemikian rupa sehingga tidak mengganggu aliran logam cair. Pada umumnya logam cair dituangkan dengan pengaruh gaya berat, walaupun dapat juga dipergunakan tekanan pada logam cair selama atau setelah penuangan. Pengecoran cetak adalah suatu cara pengecoran dimana logam cair ditekan kedalam cetakan logam dengan tekanan tinggi.

Pengecoran tekanan rendah adalah suatu cara pengecoran dimana diberikan tekanan yang sedikit lebih tinggi dari tekanan atmosfir pada permukaan logam dalam dapur, tekanan ini mengakibatkan mengalirnya logam cair keatas melalui pipa kedalam cetakan. Pengecoran sntrifugal adalah suatu cara pengecoran dimana cetakan diputar dan logam cair dituangkan ke dalamnya, sehingga logam cair tertekan oleh gaya sentrifugal dan kemudian membeku. Coran berbentuk pipa dibuat dengan jalan tersebut. Setelah penuangan , coran dikeluarkan dari cetakan

(27)

dan dibersihkan, bagian bagian yang tidak perlu dibuang dari coran. Kemudian dilakukan pemeriksaan dengan penglihatan terhadap rupa, kerusakan, dan dilakukan pemeriksaan dimensi.

2.2.4 Sifat Coran Al-Mg

Keberadaan magnesium hingga 15,35% dapat menurunkan titik lebur logam paduan yang cukup drastis, dari 660 oC hingga 450 oC. Namun, hal ini tidak menjadikan aluminium paduan dapat ditempa menggunakan panas dengan mudah karena korosi akan terjadi pada suhu di atas 600 oC. Keberadaan magnesium juga menjadikan logam paduan dapat bekerja dengan baik pada temperatur yang sangat rendah, di mana kebanyakan logam akan mengalami failure pada temperatur tersebut.

2.3. Sejarah Aluminium

Aluminium pertama kali ditemuka oleh Sir Humphrey Davy pada tahun 1809 sebagai suatu unsurda pertama kali direduksi sebagai logam oleh H. C Oersted pada tahun 1825. Secara idustri tahun 1886. Paul heroul di Prancis dan C.M.Hall di Amerika Serikat secara terpisah telah memperoleh logam aluminium daro alumina dengan cara elektrolisa dari garam yag berfusi. Penggunaa aluminium sebagai logam tiap tahunnnya adalah pada urutan yag kedua setelah baja dan besi yang tertinngi diantara logam non ferro. Aluminium merupakan logam ringan mempunyai ketahanan korosi yang baik dan hantaran listrik yang baik.

Aluminium diambil dari bahasa Latin: alumen, alum. Orang-orang Yunani dan Romawi kuno menggunakan alum sebagai cairan penutup pori-pori dan bahan penajam proses pewarnaan. Pada tahun 1787, Lavoisier menebak bahwa unsur ini adalah Oksida logam yang belum ditemukan. Pada tahun 1761, de Morveau mengajukan nama alumine untuk basa alum. Pada tahun 1827, Wohler disebut sebagai ilmuwan yang berhasil mengisolasi logam ini. Pada tahun 1807, Davy memberikan proposal untuk menamakan logam ini Aluminum, walau pada akhirnya setuju untuk menggantinya dengan Aluminium. Nama yang terakhir ini sama dengan nama banyak unsur lainnya yang berakhir dengan “ium”.

(28)

Aluminium adalah salah satu diantara logam ringan yang saat ini kita kenal. Merupakan konduktor panas yang baik dan kuat. Dapat dicor menjadi bermacam macam bentuk dan mempunyai sifat tahan korosi. Jenis Aluminium dibedakan berdasarkan kemurnian atau persentase aluminium murni dalam komposisi kimia materialnya. Pengelompokan ini diatur oleh Aluminium Association.

2.3.2. Sifat-Sifat Aluminium

Semua sifat-sifat dasar aluminium, tentu saja, dipengaruhi oleh efek dari berbagai elemen aluminium paduan. Unsur-unsur paduan utama dalam pengecoran aluminium paduan dasar adalah tembaga, silikon, magnesium, seng, kromium, mangan, timah dan titanium.

Aluminium dasar paduan mungkin secara umum akan ditandai sebagai sistem eutektik, mengandung bahan intermetalik atau unsur-unsur sebagai fase berlebih.

Aluminium telah menjadi salah satu logam industri yang paling luas penggunaannya di dunia. Aluminium banyak digunakan di dalam semua sektor utama industri seperti angkutan, konstruksi, listrik, peti kemas dan kemasan, alat rumah tangga serta peralatan mekanis. Adapun sifat-sifat aluminium antara lain sebagai berikut:

1. Ringan.

2. Tahan terhadap korosi. 3. Kuat.

4. Mudah dibentuk. 5. Konduktor listrik. 6. Konduktor panas.

7. Memantulkan sinar dan panas. 8. Non magnetik.

9. Tidak beracun.

10. Memiliki ketangguhan yang baik. 11. Dapat diproses ulang.

12. Menarik.

2.3.3 Paduan Aluminium

Proses pengecoran aluminium batangan dapat dilakuakan dengan peleburan dan selanjutnya dicetak kebentuk yang kita inginkan. Tapi aluminium murni memiliki sifat coran

(29)

mekanis yang jelek, maka dipergunakan aluminium alloy untuk memperbaiki sifat tersebut, untuk memperbaiki sifat mekanis yang jelek itu maka dibutuhkann padua aluminium seperti Magnesium, tembaga, mangan, nikel, silicon dan sebagainya.

Perlakuan panas pada aluminium paduan dilakukan dengan memanaskan sampai terjadi fase tunggal kemudian ditahan beberapa saat dan diteruskan dengan pendinginan cepat hingga tidak sempat berubah ke fase lain. Jika bahan tadi dibiarkan untuk jangka waktu tertentu maka terjadilah proses penuaan (aging). Perubahan akan terjadi berupa presipitasi (pengendapan) fase kedua yang dimulai dengan proses nukleasi dan timbulnya klaster atom yang menjadi awal dari presipitat. Presipitat ini dapat meningkatkan kekuatan dan kekerasannya. Proses ini merupakan proses age hardening yang disebut natural aging. Jika setelah dilakukan pendinginan cepat kemudian dipanaskan lagi hingga di bawah temperatur solvus (solvus line) kemudian ditahan dalam jangka waktu yang lama dan dilanjutkan dengan pendinginan lambat di udara disebut proses penuaan buatan (artificial aging).

2.3.4 Klasifikasi Aluminium

Standarisasi aluminium digunakan untuk menggolongkan logam aluminium paduan berdasarkan komposisi kimia, penetapan standarisasi logam aluminium menurut American Society for Materials (ASTM) mempergunakan angka dalam menetapkan penggolongan aluminium paduan.

Adapun cara–cara yang ditentukan ASTM dalam menetapkan penggolongan aluminium paduan sebagai berikut :

1. Aluminium murni (kandungan aluminium sebesar 99%) 1xxx 2. Copper 2xxx

3. Manganase 3xxx 4. Silicon 4xxx 5. Magnesium 5xxx

6. Magnesium dan silicon 6xxx 7. Zincum 7xxx

8. Elemen – elemen yang lain 8xxx

(30)

1. Angka pertama menunjukkan jenis – jenis unsur paduan yang terdapat pada logam aluminium.

2. Angka kedua menunjukkan sifat khusus misalnya : angka kedua menunjukkan bilangan nol

(0) maka tidak memerlukan perhatian khusus dan jika angka kedua menunjukkan angka satu (1) sampai dengan sembilan (9) memerlukan perhatian khusus.

3. Dua angka terakhir tidak mempunyai pengertian, tetapi hanya menunjukkan modifikasi

dari paduan dalam perdagangan. Contoh pembacaan:

1. ASTM 2017 artinya Adalah paduan aluminium – cupper tanpa perhatian khusus dan mengalami modifikasi dari paduan Al – Cu

2. ASTM 2117 artinya Adalah paduan aluminium – magnesium tanpa perhatian khusus dan mengalami modifikasi dari paduan Al - Mg

3. ASTM 5056 artinya Adalah paduan aluminium – magnesium dengan perhatian khusus dan mengalami modifikasi dari paduan Al – Mg

4. ASTM 1030 artinya Adalah aluminium murni tanpa perhatian khusus, dengan kadar aluminium sebesar 99,30%

5. ASTM 1130 artinya Adalah aluminium murni dengan perhatian khusus dengan kadar aluminium sebesar 99,30%

6. ASTM 1230 artinya Adalah aluminium murni dengan perhatian khusus dengan kadar aluminium sebesar 99,30

Perlu diperhatikan bahwa pengkodean aluminium untuk keperluan penempaan seperti di ats tidak berdasarkan pada komposisi paduannya, tetapi berdasarkan pada sistem pengkodean terdahulu, yaitu sistem Alcoa yang menggunakan urutan 1 sampai 79 dengan akhiran S, sehingga dua digit dibelakang setiap kode pada pengkodean di atas diberi angka sesuai urutan Alcoa terdahulu. Pengecualian ada pada paduan magnesium dan lithium. Pengkodean untuk aluminium cor berdasarkan Aluminium Association adalah sebagai berikut:

1. Seri 1xx.x adalah aluminium dengan kandungan minimal 99% aluminium 2. Seri 2xx.x adalah paduan dengan tembaga

3. Seri 3xx.x adalah paduan dengan silikon, tembaga, dan magnesium 4. Seri 4xx.x adalah paduan dengan silikon

(31)

5. Seri 5xx.x adalah paduan dengan magnesium 6. Seri 7xx.x adalah paduan dengan seng 7. Seri 8xx.x adalah paduan dengan lithium

Perlu diperhatikan bahwa pada digit kedua dan ketiga menunjukkan persentase aluminiumnya, sedangkan digit terakhir setelah titik adalah keterangan apakah aluminium dicor setelah dilakukan pelelehan pada produk aslinya.

2.3.5 Paduan logam aluminium

Paduan aluminium merupakan material utama yang saat ini digunakan dibanyak industri. Aluminium dipilih karena memiliki sifat ringan dan kekuatannya dapat dibentuk dengan cara dipadu dengan unsur lain. Permasalahan yang dihadapi adalah pemilihan jenis unsur apa yang akan dipadu dengan aluminium untuk mendapatkan karakteristik material yang dibutuhkan. Paduan logam ringan yang mempunyai kekuatan tinggi terhadap korosi. Dan merupakan konduktor listrik yang sangat baik. Paduan aluminium dapat diklasifikasikan dalam tiga bagian yaitu:

1. berdasarkan pembuatan, klasifikasi paduan cor dan paduan tempa. 2. berdasarkan perlakuan panas

3. Berdasarkan unsur-unsur paduan

Berdasarkan klasifikasinya aluminium dibagi dalam tujuh jenis yaitu, 1. Jenis Al-murni (1000)

Jenis Al-murni ini adalah aluminium dengan kemurnian antara 99% s/d 99,9%, aluminium dari seri ini disamping sifatnya baik dan tahan karat,

2. Jenis Al-Cu (2000)

Adalah jenis yang dapat diperlaku panaskan, dengan melalui pengelasan endap atau penyempuhan sifat mekanik. Paduan ini dapat menyamai sifat-sifat dari bajak lunak, tetapi dayan tahan korosinya rendah bila dibandingkan dengan jenis paduan lainnya.

3. Jenis Al-Mn (3000)

Adalah jenis yang tidak diperlaku panaskan sehingga penaikan kekuatannya hanya dapat diusahakan melalui pengerjaan dingin dalam proses pembuatannya dari segi kekuatan jenis paduan aini lebih unggul dari pada jenis Aluminium murni.

(32)

4. Jenis Al-Si (4000)

Adalah jenis yang tidak termasuk diperlaku panaskan. Jenis ini dalam keadaan cair mempunyai sifat mampu alir yang baik dan dalam proses pembekuannya hampir tidak terjadi retak.

5. Jenis Al-Mg (5000)

Adalah jenis paduan yang tidak dapat diperlaku panaskan. Tetapi mempunyai sifat yang baik dalam daya tahan korosi.

6. Jenis Al-Mg-Si (6000)

Adalah jenis yang termasuk diperlaku panaskan dan mempunyai sifat mampu potong dan daya tahan korosi yang sangat tinggi.

7. Jenis Al-Zn (7000)

Adalah jenis yang dapat diperlaku panaskan dan daya tahan korosi yang kurang menguntungkan.

2.4 Magnesium

2.4.1 Sejarah Magnesium

Senyawa-senyawa magnesium telah lama diketahui. Black telah mengenal magnesium sebagai elemen di tahun 1755. Davy berhasil mengisolasikannya di tahun 1808 dan Busy mempersiapkannya dalam bentuk yang koheren di tahun 1831. Magnesium merupakan elemen terbanyak kedelepan di kerak bumi.Ia tidak muncul tersendiri, tapi selalu ditemukan dalam jumlah deposit yang banyak dalam bentuk magnesite, dolomite dan mineral-mineral lainnya.Logam ini sekarang dihasilkan di AS dengan mengelektrolisis magnesium klorida yang terfusi dari air asin, sumur, dan air laut.

2.4.2 Pengertian Magnesium

Magnesium adalah unsur kimia dengan nomor atom 12 dan massa atom 24,305. Mg adalah unsur logam, berwarna putih dengan titik lebur 651° C dan titik didih 1.107° C. ditemukan pada tahun 1808 oleh H. Davy.

Logam ini adalah yang paling ringan diantara logam komersial yang ada tetapi Relatif lemah. Sifatnya sangat mudah dicor dan di-mesin tetapi lebih getas dari pada aluminium. Selain itu logam ini juga mempunyai ketahanan korosi yang cukup baik, paling aktif dalam skala galvanis, dan sangat mudak terbakar.

(33)

2.4.3 Berbagai Sifat Material Magnesium

Magnesium merupakan logam yang ringan, putih keperak-perakan dan cukup kuat. Ia mudah ternoda di udara dan magnesium yang terbelah-belah secara halus dapat dengan mudah terbakar di udara dan mengeluarkan lidah api putih yang menakjubkan.

Magnesium digunakan di fotografi, flares, pyrotechnics, termasuk incendiary bombs. Magnesium sepertiga lebih ringan dibanding aluminium dan dalam campuran logam digunakan sebagai bahan konstruksi pesawat dan missile. Logam ini memperbaiki karakter mekanik fabrikasi dan las aluminium ketika digunakan sebagai alloying agent. Magnesium digunakan dalam memproduksi grafit dalam cast iron, dan digunakan sebagai bahan tambahan conventional propellants. Magnesium juga digunakan sebagai agen pereduksi dalam produksi uranium murni dan logam-logam lain dari garam-garamnya. Hidroksida (milk of magnesia), klorida, sulfat (Epsom salts) dan sitrat digunakan dalam kedokteran. Magnesite digunakan untuk refractory, sebagai batu bata dan lapisan di tungku-tungku pemanas.

2.5 Titik Berat ( Pusat Massa )

Statika adalah ilmu kesetimbangan yang menyelidiki syarat-syarat gaya yang bekerja pada sebuah benda/titik materi agar benda/titik materi tersebut setimbang. Pusat massa dan titik berat suatu benda memiliki pengertian yang sama, yaitu suatu titik tempat berpusatnya massa/berat dari benda tersebut. Perbedaannya adalah letak pusat massa suatu benda tidak dipengaruhi oleh medan gravitasi, sehingga letaknya tidak selalu berhimpit dengan letak titik beratnya.

1. Pusat massa

Koordinat pusat massa dari benda-benda diskrit, dengan massa masing-masing M1, M2,... , Mi ; yang terletak pada koordinat (x1,y1), (x2,y2),..., (xi,yi) adalah:

(34)

X = (฀ Mi . Xi)/(Mi) Y = (฀ Mi . Yi)/(Mi)

2. Titik berat

Koordinat titik berat suatu sistem benda dengan berat masing-masing W1, W2,..., Wi ; yang terletak pada koordinat (x1,y1), (x2,y2), ..., (xi,yi) adalah:

X = (฀ W_i . Xi)/(Wi) Y = (฀ Wi . Yi)/(Wi)

3.5.1 Letak / Posisi Titik Berat

1. Terletak pada perpotongan diagonal ruang untuk benda homogen berbentuk teratur. 2. Terletak pada perpotongan kedua garis vertikal untuk benda sembarang.

3. Bisa terletak di dalam atau diluar bendanya tergantung pada homogenitas dan bentuknya.

3.5.2 Rumus Untuk Mengetahui Titik Berat Sebuah Benda

Nama Letak Titik Berat Keterangan

Garis lurus yo = 1/2 AB z = di tengah-tengah AB

Busur lingkaran yo = AB/AB . R

AB = tali busur AB = busur AB R = jari-jari lingkaran

Busur setengah

lingkaran yo = 2.R/p R = jari-jari lingkaran

Juring lingkaran Y= AB/AB.2/3.R

A = tali busur AB = busurAB R = jari-jari lingkaran

(35)

Selimut setengah

bola yo = 1/2 R R = jari-jari lingkaran Selimut limas yo = 1/3 t t = tinggi limas Selimut kerucut yo = 1/3 t t = tinggi kerucut Setengah bola yo = 3/8 R R = jari-jari bola Limas yo = 1/4 t t = tinggi limas Kerucut yo = 1/4 t t = tinggi kerucut

Dalam menyelesaikan persoalan titik berat benda, terlebih dahulu bendanya dibagi-bagi sesuai dengan bentuk benda khusus yang sudah diketahui letak titik beratnya, kemudian baru diselesaikan dengan rumusan yang ada.

2.6 Shape Factor

Faktor bentuk yang digunakan dalam aliran lapisan batas untuk menentukan sifat aliran.

di mana H adalah faktor bentuk, adalah ketebalan perpindahan dan θ adalah ketebalan momentum. Semakin tinggi nilai H, semakin kuat gradien tekanan merugikan. Sebuah gradien tekanan merugikan tinggi dapat sangat mengurangi jumlah Bilangan Reynolds di mana transisi ke dalam turbulensi dapat terjadi.

Secara konvensional, H = 2.59 (Blasius lapisan batas) khas dari aliran laminar, sedangkan H = 1,3-1,4 khas dari aliran turbulen.

Ketebalan lapisan batas, δ, adalah jarak di boundary layer dari dinding ke titik di mana kecepatan aliran telah dasarnya mencapai kecepatan 'aliran bebas',. Jarak ini didefinisikan normal dinding, dan titik di mana kecepatan aliran pada dasarnya bahwa aliran bebas lazim didefinisikan sebagai titik di mana:

(36)

Untuk lapisan batas turbulen atas piring datar, ketebalan lapisan batas diberikan oleh

δ adalah ketebalan keseluruhan (atau tinggi) dari lapisan batas = bilangan Reynold

= massa jenis

= freestream velocity

= batas bawah dari boundary layar. = dynamic viscosity

Ketebalan kecepatan juga dapat disebut sebagai rasio Soole, meskipun gradien ketebalan lebih dari jarak akan merugikan sebanding dengan yang ketebalan kecepatan

boundary layer adalah lapisan cairan di sekitar langsung dari permukaan loncat di mana efek dari viskositas yang signifikan . Dalam atmosfer bumi , lapisan batas planet adalah lapisan udara dekat tanah yang terkena panas diurnal , kelembaban atau mentransfer momentum ke atau dari permukaan . Pada sayap pesawat lapisan batas adalah bagian dari aliran dekat dengan sayap , di mana pasukan kental mendistorsi sekitarnya aliran non - kental. Lihat bilangan Reynolds.

Lapisan batas laminar dapat longgar diklasifikasikan menurut struktur dan keadaan di mana mereka diciptakan . Lapisan geser tipis yang berkembang pada tubuh berosilasi adalah contoh dari lapisan batas Stokes , sedangkan lapisan batas Blasius mengacu pada solusi kesamaan terkenal dekat plat datar terpasang diadakan di arus searah mendekat . Ketika berputar cairan dan pasukan kental yang seimbang dengan efek Coriolis (bukan inersia konvektif ) , sebuah bentuk lapisan Ekman . Dalam teori perpindahan panas , lapisan batas termal terjadi . Permukaan dapat memiliki beberapa jenis lapisan batas secara bersamaan.

(37)

 Shape factor atau faktor bentuk merupakan fungsi dari bentuk penampang. Shape factor dapat dihitung sebagai berikut:

Mp = momen plastis penampang My = momen leleh

 Secara fisik, shape factor menunjukkan tingkat efisiensi penampang ditinjau dari perbandingan kapasitas maksimum atau plastis terhadap kapasitas lelehnya.

Perbandingan antara momen plastis Mp dengan momen leleh My menyatakan peningkatan kekuatan penampang akibat ditinjau dari kondisi plastis. Perbandingan ini tergantung dari bentuk penampangnya, f (shapefactor).

My

Mp

K

=

(38)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan tempat

Pengerjaan dan penelitian ini dilakukan di marelan dan di laboratorium ilmu logam dan proses produksi di Teknik Mesin USU telah dilaksanakan pada bulan Mei - Desember 2013.

3.2 Bahan dan Alat Penelitian

3.2.1 Bahan Penelitian

a. Aluminium batangan

Aluminium adalah salah satu diantara logam ringan yang saat ini kita kenal. Merupakan konduktor panas yangbaik dan kuat. Dapat dicor menjadi bermacam macam bentuk dan mempunyai sifat tahan korosi.

(39)

b. Magnesium batangan

Magnesium adalah salah satu jenis logam ringan yang memiliki titik cair yang lebih rendah dari aluminium. magnesium dengan simbol Mg adalah unsur kimia dengan nomor atom 12 dan massa atom 24,305. Mg adalah unsur logam, berwarna putih dengan titik lebur 651° C dan titik didih 1.107° C.

Gambar 3.2 Magnesium batangan 3.2.2 Alat Penelitian

a. Dapur peleburan

Dapur peleburan berfungsi untuk melebur material yang akan kita lakukan. dapur ini terbuat dari batu bata tahan api dan semen tahan api.

(40)

b. Blower

Blower berfungsi untuk menjaga temperatur peleburan yang dihasilkan dari panas pembakaran pada kayu bakar dan oli bekas. Tanpa alat ini, maka panas yang dihasilkan dari proses pembakaran tidak terdistribusi dengan baik dan panas yang dihasilkan tidak maksimal.

Gambar 3.4 Blower

c. Mesin gerinda

Mesin gerinda yang digunakan adalah gerinda tangan bermerek Hitachi. Mesin gerinda berfungsi untuk menghaluskan permukaan pada fuselage, untuk mendapatkan dimensi yang diinginkan. Mata gerinda yang digunakan berbentuk kertas pasir dengan ukuran kekasaran 400 dan 800.

(41)

d. Ladel

Ladel merupakan alat penuang dalam peleburan. Aluminium cair yang memiliki suhu tinggi diambil dari dalam crucible dan dituangkan kedalam cetakan. Ukuran dari alat ini disesuaikan dengan isi cetakan dan penggunanya,

Gambar 3.6 Ladel

e. Timbangan

Timbangan digunakan untuk mengukur berat dari bahan material yang akan kita pakai.

(42)

f. Pasir cetak

berfungsi untuk membuat cetakan. karena tahan suhu tinggi dan tidak teruai, harga nya murah, awet, butiran nya mempunyai ukuran dan bentuk yang berbeda yang banyak ditemukan di nusantara.

Gambar 3.8 Pasir cetak

g. Uji impact (charpy impact test)

Pada penelitian ini digunakan bentuk dan dimensi dari uji impak charpy dengan ukuran yang telah ditentukan berdasarkan ASTM E23-56T. Dapat dilihat pada Gambar dibawah ini.

(43)

3.3 Diagram Alir Penelitian

Untuk memudahkan pelaksanaan riset serta sistematis dalam monitoring dan evaluasi, maka dibuat Diagram alir sebagai berikut :

Gambar 3.10 Diagram Alir Penelitian Mulai

Aluminium dan Magnesium

Penambahan Mg Proses Peleburan

Peleburan Aluminium

sayap Spesimen

Pengujian spesimen Uji impak

Finishing

Menentukan titik berat

Analisa Data Kesimpulan

(44)

3.4 Langkah-Langkah Pengecoran Pesawat Tanpa Awak Al-Mg

Pesawat tanpa awak memiliki dua control variasi utama, yaitu dikontrol melalui pengendali jarak jauh dan pesawat yang terbang secara mandiri berdasarkan program yang dimasukkan kedalam pesawat sebelum terbang.

Bahan utama pada pengecoran pesawat tanpa awak adalah paduan aluminium dengan magnesium yang disebut Al-mg. Metode pengecoran yang digunakan adalah metode sand casting. Proses kerja perancangan badan dan sayap pesawat tanpa awak.

a. Desain dan pemodelan badan dan sayap pesawat tanpa awak b. Proses pembuatan mal

c. Proses pembuatan cetakan d. Proses pengecoran

e. Proses penuangan dan pendinginan f. Proses finishing

3.4.1 Desain dan pemodelan badan dan sayap pesawat tanpa awak

Desain dan pemodelan badan dan sayap pesawat tanpa awak Desain dan perhitungan badan dan sayap pesawat tanpa awak menggunakan software ansys 14.5 dan software dari NASA.

(45)

Menentukan bahan/material untuk pembuatan mal,bahan/material yang digunakan sebagai berikut :

a) Bambu b) Triplek c) Dempul d) Gypsum,

Cara pembuatan mal dapat kita lihat pada Gambar 3.8 dan Gambar 3.9

Gambar 3.11 Proses pembuatan mal body pesawat

(46)

3.4.3 Proses Pembuatan Cetakan

Cetakan yang digunakan menggunakan metode yang digunakan pada proses pengecoran pada umumnya adalah metode sand casting. Metode sand casting menggunakan cetakan yang terbuat dari pasir.

Gambar 3.13 Proses pembuatan cetakan body pesawat

(47)

3.4.4 Proses Pengecoran

Pengecoran aluminium dan magnesium dilakukan secara bertahap, dikarenakan titik lebur aluminium dengan magnesium berbeda. Untuk mencegah kegagalan hasil coran dilakukan dengan cara meleburkan aluminium terlebih dahulu, sampai ½ mencair kemudian magnesium dapat dicampurkan kedalam coran.

Aluminium memiliki titik lebur 660.32 °C dan magnesium 650 °C. Perbedaan titik lebur ini menjadi dasar pada saat pengecoran bahwasannya aluminium harus dilebur terlebih dahulu sebelum magnesium dipadukan.

Gambar 3.15 Proses pengecoran body pesawat

(48)

3.4.5. Proses penuangan dan pendinginan a. Proses penuangan

Proses penuangan dilakukan secara bersamaan berdasarkan jumlah lubang masuknya coran. Jumlah masuknya coran menentukan hasil coran, karena apabila jumlah coran yang dibuat kurang tepat mengakibatkan kegagalan coran.

b. Proses pendinginan.

Proses pendinginan setelah coran dituang berlangsung selama ± 30 menit. proses ini dilakukan agar permukaan coran tidak mengalami crack. Pendingingan hasil coran dilakukan dengan cara dianginkan, sehingga hasil coran mendapatkan hasil yang sempurna.

Gambar 3.17 Proses pendinginan coran sayap pesawat

(49)

3.4.6 Proses finishing

Proses ini dilakukan dengan membersihkan hasil coran dari kotoran-kotoran coran untuk mendapatkan dimensi hasil coran yang diinginkan. Setelah mendapatkan dimensi yang diinginkan dilakukan proses polishing untuk mendapatkan permukaan coran yang diinginkan.

Gambar 3.19 hasil finishing coran

3.5 Prosedur Penelitian

Adapun teori dan tahap penelitian dari desain dan proses pengecoran pesawat tanpa awak ini adalah sebagai berikut:

1. Desain dan analisa data sayap pesawat tanpa awak 2. Pengujian impak

(50)

3.5.1 Desain dan Pembuatan Pesawat tanpa awak

Berikut adalah gambar desain Pesawat tanpa awak

Gambar 3.20 Desain Pesawat tanpa awak

3.5.2 Komponen Pesawat Model

Adapun komponen-komponen pesawat model adalah sebagai berikut : a) Badan pesawat

b) Sayap pesawat c) Landing gear d) Ekor pesawat

3.5.3 Badan Pesawat ( Fuselage)

Fuselage merupakan salah satu struktur utama pesawat yang terhubung dengan sayap, ekor, dan landing gear. Struktur fuselage berfungsi mentransfer beban dari struktur sayap, ekor, dan landing gear. Struktur fuselage ini harus mampu menahan beban seperti berikut tanpa mengalami kegagalan struktur maupun masalah fatigue:

a) Beban dari ekor akibat trim, maneuvering, turbulence, dan gust,

b) Beban landing gear akibat impact saat mendarat, beban saat taxi, dan ground maneuvering,

(51)

Struktur fuselage harus dibuat cukup kaku dan kuat untuk menahan segala pembebanan yang akan terjadi selama pesawat ini beroperasi. Hal ini berfungsi untuk menghindari terjadinya defleksi dan vibrasi pada saat operasionalnya. Akan tetapi, struktur fuselage ini harus dibuat tetap seringan mungkin.

Dalam merancang badan pesawat ini, aerodinamis badan pesawat adalah hal yang paling penting. Badan pesawat yang digunakan adalah tipe 8 dengan koefisien drag (Cd)0,458, dimana Cd yang akan digunakan untuk menghitung gaya hambat yang dialami pesawat model.

Gambar 3.21 Badan pesawat ( Fuselage) 3.5.4 Sayap Pesawat

Sayap merupakan salah satu komponen penting pesawat yang berfungsi membangkitkan gaya angkat utama pesawat. Pembebanan yang terjadi pada sayap ini terdiri dari gaya geser, momen lentur, dan torsi akibat beban aerodinamika, beban yang ditimbulkan oleh getaran pesawat beban yang ditimbulkan oleh pergerakan flap.

Dengan pembebanan tersebut, struktur sayap dirancang dengan memperhatikan beberapa kriteria sebagai berikut:

 Struktur dibuat seringan mungkin, tetapi tetap kuat menahan pembebanan yang terjadi.

(52)

Gambar 3.22 Sayap pesawat tanpa awak 3.5.5 Ekor dan Sayap Ekor

Fungsi dari ekor antara lain :

a) Menjamin keseimbangan momen pada kondisi steady flight dengan memberikan gaya dengan jarak tertentu dari titik berat untuk melawan momen gangguan.

b) Menjamin agar keseimbangan momen tetap stabil, yang berarti jika pesawat menerima gangguan, ia akan kembali ke posisi seimbangnya semula dengan redaman yang cukup terhadap osilasi gangguan.

c) Menghasilkan gaya-gaya untuk keperluan manuver pesawat, seperti rotasi saat take-off, flareout ketika landing, kontrol terhadap lintasan terbang, dan taxying.

Berikut adalah dimensi ekor dan sayap ekor pesawat model dengan profil sayap ekor NACA 2412.

(53)

3.5.6 Landing Gear dan Roda Pesawat 1. Landing Gear

Bagian ini akan membahas perancangan roda pendarat dari pesawat model ini. Adapun fungsi Landing Gear adalah sebagai berikut :

a) Untuk menyerap getaran saat landing dan getaran saat taxiing.

b) Menyediakan kemampuan untuk maneuver di darat :taxi, take-off roll, landing roll, dan steering.

c) Untuk melindungi pesawat dari permukaan tanah

Beban-beban yang harus diperkirakan pada layout design dari landing gear adalah a) Beban vertikal disebabkan oleh laju touchdown yang tidak nol dan taxiing pada permukaan

yang kasar.

b) Beban longitudinal disebabkan oleh beban “spin up”, dan beban gesekan rolling.

c) Beban lateral, disebabkan oleh “crabbed landings”, cross-wind taxiing dan pembelokan di darat.

Berikut adalah gambar landing gear pesawat model: a) Landing gear roda depan

Gambar 3.24 Landing Gear depan

(54)

Gambar 3.25 Landing Gear belakang

Berikut adalah gambar tata peletakan landing gear pesawat model roda depan dan roda belakang:

(55)

2. Roda Pesawat

Dalam perancangan ban akan ditentukan tipe, gaya yang bekerja pada ban, penentuan ukuran ban,performance.

Dengan beban yang didapat, maka dipilihlah terlebih dahulu merk ban. Kemudian berdasarkan merk ban, jenis ban dan beban pada ban, maka dapat dipilihlah dimensi dari ban pada main gear dan nose gear sebagai berikut.

Berikut adalah dimensi ban yang diguynakan dalam perancangan pesawat tanpa awak

Gambar 3.27 Roda pesawat

3.6 Pengujian Impak ( Impact Test )

Ketangguhan (impak) merupakan ketahanan bahan terhadap beban kejut. Inilah yang membedakan pengujian impak dengan pengujian tarik dan kekerasan dimana pembebanan dilakukan secara perlahan-lahan. Pengujian impak merupakan suatu upaya untuk mensimulasikan kondisi operasi material yang sering ditemui dalam perlengkapan transportasi atau konstruksi dimana beban tidak selamanya terjadi secara perlahan-lahan melainkan datang secara tiba-tiba, contoh deformasi pada bumper mobil pada saat terjadinya tumbukan kecelakaan.

(56)

Gambar 3.28 Ilustrasi skematis pengujian impak dengan benda uji Charpy

Pada pengujian impak ini banyaknya energi yang diserap oleh bahan untuk terjadinya perpatahan merupakan ukuran ketahanan impak bahan tersebut. Pada pengujian impak, energi yang diserap oleh benda uji biasanya dinyatakan dalam satuan Joule dan dibaca langsung pada skala (dial) penunjuk yang telah dikalibrasi yang terdapat pada mesin penguji. Harga impak (HI) suatu bahan yang diuji dengan metode Charpy diberikan oleh.

(57)

HI =

�

� Dimana:

HI = Harga impak

E = Energi yang diserap (Joule)

A = Sudut awal pemukulan 1470 (sesuai standart pengujian impact)

Besarnya energi yang diserap dapat dihitung dengan rumus empiris. E = P.D.( cosB – cosA )

Dimana:

E = energi yang diserap (joule) P = 251,3 N

D = 0,6495 m

cosB = Sudut akhir pemukulan cosA = Sudut awal pemukulan (147o)

(58)

3.6.1 Langkah-langkah pengujian ketangguhan impak

Adapun prosedur yang dilakukan pada pengujian ketangguhan impak ( impacttoughness test/impact charpy test ) adalah:

1. Menyiapkan peralatan mesin impact charpy.

2. Dipersiapkan specimen untuk uji ketangguhan impak sesuai dengan standart ASME E8. 3. Alat uji ketagguhan impak yag digunakan adalah universal testing machine (UTM)

4. Menaikkan palu charpy pada kedudukan 1470 (sudut α) menggunakan handle pengatur kemudian di kunc.

5. Kemudian spesimen diikatkan pada dudukan spesimen, yaitu spesimen raw material ddan variasi suhu 100 A, 120 A dan 140 A.

6. Lepaskan kunci sehingga palu Charpy berayun membentur benda uji.

7. Kemudian didapat sudut akhir pemukulan (sudut β) yang digunakan untuk menghitung energy serap dan hasil impak.

8. Setelah didapat data, maka dilakukan penganalisaan terhadap uji ketangguhan impak. Benda uji Charpy memiliki luas penampang lintang bujur sangkar (10 x 10 mm) dan memiliki takik (notch) berbentuk V dengan sudut 450. kedalaman 2 mm.

Gambar 3.30 Spesimen uji impak

Secara umum benda uji impak dikelompokkan ke dalam dua golongan sampel standar yaitu batang uji Charpy banyak digunakan di Amerika Serikat dan batang uji Izod yang lazim digunakan di Inggris dan Eropa. Dalam pengujian ini uji charpy yang di gunakan.

(59)

Gambar 3.31 Alat uji impak (charpy)

Mesin uji ketangguhan (impact) yang digunakan untuk mengetahui harga impak suatu bahan yang diakibatkan oleh gaya kejut pada bahan uji tersebut. Tipe dan bentuk konstruksi mesin uji bentur beraneka ragam mulai dari jenis konvensional sampai dengan system digital yang lebih maju. Dalam pembebanan statis dapat juga terjadi laju deformasi yang tinggi kalau bahan diberi takikan, maka takikan makin besar deformasi yang terkonsentrasikan pada takikan, yang memungkinkan meningkatkan laju regangan beberapa kali lipat. Patah getas menjadi permasalahan penting pada baja dan besi.

Pengujian impact charpy banyak dipergunakan utuk menentukan kualitas banyak dipakai. Takikan dibuat dengan mesin freis atau alat notch khusus takik. Semua dikerjakan menurut standart yang ditetapkan. Pada pengujian adalah suatu bahan uji yang ditakikan, dipukul oleh pendulum (godam) yang mengayun. Dengan pegujian ini dapat diketahui sifat kegetasan suatu bahan.

(60)

BAB IV

ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisa data (teoritis) pesawat tanpa awak

Pesawat tanpa awak UAV ( Unmanned Aerial Vehicle ). kontrol pesawat tanpa awak memiliki dua variasi utama, yaitu dikontrol melalui pengendali jarak jauh dan pesawat yang terbang secara mandiri berdasarkan program yag dimasukkan kedalam pesawat sebelum terbang. yang memiliki beban yang lumayan berat bagi sebuah pesawat model (tanpa awak).

4.1.1 Spesifikasi pesawat tanpa awak

Dengan pembebanan tersebut, struktur sayap dirancang dengan memperhatikan beberapa kriteria sebagai berikut:

 Struktur dibuat seringan mungkin, tetapi tetap kuat menahan pembebanan yang terjadi.

 Terdapat ruang yang cukup untuk mekanisme system bidang kendali .

Gambar 4.1 pesawat tanpa awak

Dalam perancangan pesawat model ini, material yang digunakan adalah Aluminium Magnesium (Al-Mg) dengan densitas bahan 2,62 gr/cm3 dengan tebal 5 mm. Spesifikasi data khusus hasil design adalah sebagai berikut :

(61)

Tabel 4.1 Densitas bahan

No Spesifikasi Karakteristik

1 Aifoil NACA 2412

2 Jenis Wing Straight Wing

3 Panjang Span 1200 mm

4 Lebar Chord 500 mm

5 Propulsion Electrik motor, dua buah

6 Putaran Propeler 4500 rpm

7 Jumlah Blade 2 buah

8 Diameter Propeler 200 mm

9 Material Bahan Aluminium Magnesium

10 Jenis Landasan Tanah rata

Berikut adalah hasil analisis profil sayap pesawat model NACA 2412 dengan sudut serang ( angel of attack ) 15o.

Gambar 4.2 Analisis profil sayap pesawat NACA 2412 , sudut serang 15o

Dari grafik analisis di atas, koefisien tekanan minimum dan maksimum masing-masing adalah -10,553 dan 1,0. Center of preasure berada pada 29,26 % dari panjang chord airfoil NACA 2412. Transisi dimulai dari 1,12 % dari panjang chordnya. Turbulent dimulai dari 1,12%

(62)

dari panjang chordnya. Dimana moment reference center berada pada 26.50% drai panjang chordnya.

Dari hasil analisis profil sayap pesawat model NACA 2412 dengan sudut serang 15 o maka diperoleh hasil sebagai berikut :

Bilangan reynolds = 3 x 106

Coefisien lift ( Cl ) = 1.506

Coefisien Drag ( Cd ) = 0.0237

Berikut adalah hasil yang diperoleh dari analisis drag polar profil sayap pesawat model NACA 2412.

Tabel 4.2 NACA 2412, Rey = 3000000, sudut serang 150

AOA Cl Cd Cm

-5 -0,332 0,0079 -0,053

-4 -0,213 0,0075 -0,053

-3 -0,094 0,0072 -0,053

-2 0,026 0,0068 -0,053

-1 0,145 0,0067 -0,053

0 0,265 0,0067 -0,053

1 0,384 0,0068 -0,053

2 0,504 0,0072 -0,053

3 0,623 0,0075 -0,053

4 0,742 0,0079 -0,053

5 0,861 0,0087 -0,054

6 0,979 0,0092 -0,054

7 1.097 0,0101 -0,054

8 1.196 0,0109 -0,054

9 1.281 0,0120 -0,054

10 1.353 0,0133 -0,055

11 1.410 0,0154 -0,055

12 1.455 0,0171 -0,055

13 1.485 0,0191 -0,055

14 1.503 0,0213 -0,056

15 1.506 0,0237 -0,056

(63)

Dari tabel hasil drag polar diatas diperoleh Cl paling tinggi adalah 1.496 dengan Cd= 0.0264 dengan A0A = 16. Hasil analisis drag polar NACA dan Epller memeiliki hasil yang sama, perbedaannya adalah di grafik yang dibentuk. Berikut adalah hasil analisis profil sayap pesawat model NACA 2412 dengan sudut serang ( angel of attack ) 0o. Dari hasil analisis profil sayap tanpa awak NACA 2412 dengan sudut serang 15 o maka diperoleh hasil sebagai berikut :

Bilangan reynolds = 3 x 106

Coefisien lift ( Cl ) = 0.265

Coefisien Drag ( Cd ) = 0.0067

4.2. Analisa Data Pesawat Terbang.

4.2.1. Analisa Kecepatan Pesawat

Agar dapat menganalisa kecepatan pesawat, maka terlebih mengumpulkan data-data yang tersedia baik dari Badan Pusat Statistik maupun data spesifikasi motor penggerak. Berikut ini data-data yang telah diketahui agar dapat membantu dalam perhitungan kecepatan pesawat model:

 Suhu kota Medan (Sumber : BMKG) - Min = 24,60 C

- Max = 31,40 C - ρudara = 1.61 kg/m3

- Suhu aktivitas penerbangan (siang hari) = 30,80 C - Kecepatan angin rata-rata = 2,8 m/s

 Spesifikasi Propeler ( Elektrik ) - Putaran (n) = 4500 rpm

- D propeler = 200 mm r = 100 mm = 0,1 m - Kecepatan udara masuk ( V1 ) = 2,8 m/s

ω =

4500 rpm =

(

4500 ��

)(

2��

)(

1��

60�

)

ω

= 471 rad/s

Maka : V22 = V12 + r ω2

(64)

V2 = 47,18 m/s

4.2.2. Analisa Gaya- Gaya yang Terjadi

Setelah diperoleh kecepatan pesawat, selanjutnya dihitung gaya-gaya yang terjadi selama pesawat terbang di udara sebelum melakukan landing.

4.2.3. Menghitung Nilai Thrust ( T )

Pesawat bisa terbang karena ada momentum dari dorongan horizontal dari mesin atau baling-baling pesawat, kemudian dorongan mesin penggerak tersebut akan menimbulkan perbedaan kecepatan aliran udara di bawah dan di atas sayap pesawat. Kecepatan udara di atas sayap akan lenih besar daripada di bawah syapa dikarenakan jarak tempuh lapisan udara yang mengalir di atas sayap lebih besar dari pada jarak tempuh di bawah sayap, waktu tempuh lapisan udara yang melalui atas sayap dan di bawah sayap adalah sama. Dorongan inilah yang disebut dengan Thrust. Secara teoritis ,thrust dapat dihitung sebagai berikut:

Thrust = Force

V

ṁ

P

A

V

ṁ

P

A

t V0 = Kecepatan udara yang masuk

Vt = Kecepatan udara yang dihasilkan

ṁ0 = Massa flow rata-rata sebelum masuk per waktu ṁt = Massa flow rata-rata sewaktu keluar per waktu P0 = Tekanan sebelum masuk

Pt = Tekanan ketika keluar

A0 = At = Luas penampang sayap pesawat

Dimana luas penampang sayap pesawat tersebut merupakan perkalian antara panjang span dengan lebar chord. Sesuai hasil design maka diperoleh nilai span sebesar 1200 mm dan nilai chord sebesar 500 mm. Berikut ini adalah perhitungan luas penampang sayap pesawat.

A = span x chord = 1,2 m x 0,5 m = 0,6 m2

Maka selanjutnya dilakukan perhitungan untuk mencari massa flow persatuan waktu seperti di bawah ini.

(65)

m0 =

ρ

V

0 .A = 1.161 kg/m3 x 0.6 m2 x 2.8 m/s = 1,95 kg/s mt =

ρ

V

t .A = 1.161 kg/m3 x 0.6 m2 x 47.18 m/s = 32,86 kg/s Karena P0 ≠Pt maka rumus thrust

T = m

t .

V

– m

V

+ (P

– P

) A

(Pt – P0) = ΔP didapat dari hukum Bernouli Pt +1₂ρ V02 = Pt + 1₂ρ Vt2 = Konstan

Pt-Po = 0.5 x ρ ( V02- Vt2)

= 0.5 x 1.161 kg/m3 (1,952- 32,862) = -624,6 Pa (kg/ms2)

T = mt Vt- m0 V0 + (Pt-P0) A

T = 32,86 x 47.18 – 1,95 x 2.8 +(-624,6) 0,6 T = 1550.3348 – 5,46 + (- 374,76)

T = 1170,1148 N

Maka besarnya gaya thrust pada pesawat aeromodeling adalah 1170,1148 N 4.2.4. Menghitung Nilai Drag (D)

Drag adalah gaya kebelakang yang menarik mundur dan disebabkan oleh gangguan aliran udara oleh sayap, fuselage, dan objek-objek lain. Drag kebalikan dari thrust, dan beraksi ke belakang paralel dengan arah angin relatif ( relatif wind ). Gaya drag dapat dihitung denag runus :

D =

�� .� .�2 .�

2 Dimana :

D = Drag ( N/s ) Cd = Cofisien Drag

ρ

= Massa jenis udara ( kg/m3)

V = Kecepatan Pesawat ( m/s ) A = Luas penampang ( m2 )

(66)

Dalam hal ini, jenis airfoil yang digunakan adalah NACA 2412 yang memiliki angel of attack ( A0A) sebesar 150 untuk sudut maksimum dan 00 untuk sudut minimum dengan nilai koefisien drag untuk masin-masing sebesar 0,0237 dan 0,0067. Untuk lebih jelasnya, perhitungan nilai drag dapat dilihat sebagai berikut :

 Untuk A0A = 150 dengan nilai Cd = 0,0237

Dmax =

( 0,0237)( 1,161kg/m3)(47,182)(0,6) 2

= 18.3745 N/s

 Untuk A0A = 00 dengan nilai Cd = 0.0067

Dmax =

( 0,0067)( 1,161kg/m3)( 47,18)(0,6) 2

= 4.96 N/s

Setelah diperoleh nilai drag dari sayap,maka selanjutnya di hitung nilai drag yang terjadi pada fuselage pesawat tanpa awak. Menurut hasil pemilihan design fuselage, maka fuselage yang dipilih adalah tipe 8 dengan koefisien drag 0,458 untuk lebih jelas dapat ditunjukkan oleh gambar berikut.

(67)

Gambar 4.3 Aircraft Design

Sumber : lennon Andy ,2006. Aircraft Design

Maka perhitungan nilai drag untuk fuselage dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:

D =

�� .� .�2 .�

2 Dimana : D = Drag ( N/s )

Cd = Coefisien Drag fuselage

ρ

= Massa jenis udara (kg/m3 ) V = Kecepatan pesawat (m/s) A = Luas penampang fuselage ( m3)

A= π r2

, dimana r = 125 mm = 0.125 m A= 3,14 x 0,1252

A = 0,4906 m2

(68)

Dfuselage =

( 0,458)( 1,161kg/m3)(47,182)(0,4906) 2

Dfuselage = 6,2348 N/s

Maka nilai drag total yang terjadi pada pesawat dapat dihitung dengan rumus : D total = D sayap + D fuselage

D total = 18.3745 + 6,2348

D total = 24.6093 N/s

4.2.5 Menghitung Nilai Lift ( L)

Lift ( gaya angkat ) adalah gaya yang dihasilkan oleh efek dinamis dari udara yang beraksi di sayap, dan beraksi tegak lurus pada arah penerbangan melalui center of lift dari sayap. Besarnya gaya lift dapat dihitung sebagai berikut :

L =

�� .� .�2 .� 2 Dimana : L = Lift ( N/s )

Cl = Coefisien Lift

ρ

Massa jenis udara ( kg/m3 ) V = Kecepatan Pesawat (m/s) A = Luas penampang sayap (m2)

Sama seperti perhitungan drag, perhitungan lift pada airfoil NACA 2412 juga memerlukan nilai A0A maksimum dan minimum yaitu sebesar 150 dan 00 dengan coefisien lift masing-masing sebesar 1,005 dan 0,216. Untuk lebih jelasnya, perhitungan lift maksimum dan minimum dapat dilihat sebagai berikut :

 Untuk A0A = 150 dengan nilai Cl = 1,506

L

max

=

( 1,506)(1,161)(47,182)(0,6) 2

=

1167.60 N/s

 Untuk A0A = 00 dengan nilai Cl = 0,265

L

min

=

( 0,265)(1,161)�47,182�(0,6) 2

(69)

=

205.45 N/s

4.2.6. Menghitung Weight ( W)

Weight (gaya berat) adalah gaya yang menarik pesawat ke bawahkarena gaya gravitasi. Weight melawan lift ( gaya angkat) dan beraksi secara vertikal ke bawah melalui center of gavity dari pesawat. Dalam hal ini massa pesawat model adalah sebesar 27 kg.

Berat = 27 kg W = 27 x 9,8

W =264,6 N

Dan data 4 gaya yang diperoleh adalah:

T = 1170,1148 N

D = 24.6093 N T ˃ D

L = 1167.60 N L ˃ W

W = 264,6 N

Dari data hasil perhitungan di atas diperoleh bahwa nilai Thrust (T) lebih besar dari pada nilai drag (D) dan nilai Lift (L) lebih besar dari pada berat pesawat sehingga disimpulkan secara teori perancangan pesawat tanpa awak memenuhi syarat untuk dapat terbang.

4.3. Hasil Uji Impak

Pengujian impak merupakan salah satu cara yang dapat digunakan untuk megetahui ketangguhan suatu material. Pada pengujian impak, spesimen (benda kerja) mendapatkan beban kejut hingga patah.

Pengujian impak yang dilakukan untuk mengetahui ketangguahan aluminium-magesium. Pengujian ini dilakukan dengan metode charpy dengan sudut awal pemukulan 1470. Sudut awal pemukulan didapat dari petunjuk buku messi yang dilakukan di laboratorium ilmu logam kampus teknik mesin. Dibawah ini hasil pengujian impak yang dilakukan di laboratorium FT.USU jurusan teknik mesin laboratorium ilmu logam diperlihatkan pada tabel berikut.

(70)

Tabel. 4.3 Hasil uji impak

No Material Al-Mg (96.4%)

Β E

1 134 23.51

2 135 21.48

3 136 19.48

Rata-rata 135 21.49

Sumber : Dari hasil percobaan di laboratorium FT.USU E = P . D (cos β – cos A)

Dimana :

P = 251.3 N D = 0.6495 mm

A = Sudut pemukulan awal 147 0 β = Sudut pemukulan akhir E1 = 251.3 x 0.6495 (cos 1360 – cos 1470) = 251.3 x 0.6495 (0.137)

= 22.36 Nm

E2 = 251.3 x 0.6495 (cos 1350 – cos 1470) = 163.219 x 0.151

= 24.65 Nm

E3 = 251.3 x 0.6495 (cos 1340 – cos 1470) = 163.219 x 0.164

= 26.77 Nm

�

�� − ��

=

E1+E2+E3

=

22 .

36 Nm+24

.

65 Nm+26

.

77 Nm

3 =

_��.��

(71)

Pada perhitungan diatas, diambil titik pertama pada pengujian material Al- Mg. β ( sudut akhir pemukulan ) 1340. 1350. 1360 dan A (sudut awal pemukulan ) 1470 hasil energi yang diserap 24.59 Nm. Pada tabel 4.2 dapat kita lihat nilai rata-rata hasil akhir pemukulan (β) 1350. dan hasil energi yang diserap (E) 21.49 Nm.hasil energi yang diserap didapat dari sumber ( tabel XX dari alat mesin charpy ) lampiran. Maka hasil yang didapat dari perhitungan ini tidak jauh berbeda dari hasil tabel XX dari alat mesin charpy. Tabel tersebut dapat dilihat dibawah ini.

Tabel 4.4 Harga energi yang diserap pada setiap sudut

Xx 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 300.16 300.16 300.16 300.16 300.16 300.16 300.16 300.16 300.16 300.16 1 300.14 300.13 300.12 300.12 300.11 300.1 300.10 300.09 300.08 300.07 10 297.68 297.63 297.58 297.53 297.48 297.43 297.37 297.32 297.27 297.21 20 290.31 290.22 290.12 290.02 289.92 289.82 289.72 289.62 289.52 289.42 30 278.29 278.15 278.00 277.86 277.72 277.57 277.43 277.28 277.14 276.99 40 261.97 261.78 261.6 261.42 261.23 261.05 260.86 260.68 260.49 260.30 50 241.85 241.63 241.41 241.15 240.97 240.75 240.53 240.31 240.09 239.87 60 218.54 218.29 218.04 217.79 217.55 217.30 217.05 216.80 216.55 216.31 70 192.75 192.48 192.21 191.94 191.67 191.41 191.14 190.87 190.60 190.33 80 165.26 164.98 164.70 164.42 164.14 163.86 163.57 163.29 163.01 162.73 90 136.91 136.63 136.34 136.06 135.77 135.49 135.20 134.92 134.63 134.35 100 108.56 108.28 108.00 107.72 107.44 107.16 106.88 106.80 106.32 106.04 110 81.08 80.81 80.54 80.27 80.01 79.74 79.47 79.21 78.94 78.67 120 55.29 55.04 54.79 54.55 54.30 54.06 53.81 53.57 53.32 53.08 130 31.98 31.76 31.54 31.32 31.11 30.89 30.67 30.46 30.24 30.03 133 25.58 25.37 25.16 24.95 24.75 24.54 24.33 24.13 23.92 23.71 134 23.51 23.30 23.10 22.90 22.69 22.49 22.29 22.08 21.88 21.68 135 21.48 21.28 21.08 20.87 20.67 20.47 20.28 20.08 19.88 19.68 136 19.48 19.28 19.09 18.89 18.67 18.50 18.30 18.10 17.91 17.71 137 17.52 17.33 17.13 16.94 16.75 16.55 16.36 16.17 15.98 15.79

(72)

Gambar 4.4 Grafik energi serap (E). Em vs Ep pada coran Al-Mg

Sesuai dengan hasil grafik diatas dapat kita lihat perbandingan hasil Em (energi material) dan Ep (energy perhitungan) setiap spesimen tidak jauh berbeda. Dan grafik diatas menandakan energi serap yang didapat lebih tinggi dari setiap spesimen adalah energi perhitungan (Ep). hasil diagram diatas menunjukan bahwa dari setiap spesimen 1.2 dan 3 menunjukkan semakin kecil

hasil pemukulan akhir (β) maka hasil energi (E) yang diserap sema

(a) (b)

Gambar 4.5 Sampel uji impak (a) sebelum diuji (b) setelah diuji

Dari gambar diatas sampel uji impak yang terbuat dari bahan Aluminium-Magnesium dengan campuran 96.4%. semakin tinggi hasil akhir pemukulan (β) semakin rendah energi yang diserap.

0 5 10 15 20 25 30

0 1 2 3 4

Spesimen

Em (Energi material) Ep (Energi Perhitungan)

(73)

4.4 Titik Berat Sayap (Pusat Massa)

Gambar 4.7 Pusat massa setelah diberi perintah

Dari hasil anailsa solidwork diatas, dengan densitas material Aluminium Magnesium ( AlMg ) 2,62 gram /cm3 , maka diperoleh massa pesawat 4,5 kg, volume sayap pesawat 1727.68 cm3, dan luas permukaan sayap peawat 5774.6 m3 dan pusat massanya berada pada koordinat:

X = 75.58 cm Y = 8.87 cm Z = -60.80 cm

(74)

Berikut adalah gambar profil sayap pesawat model, yaitu NACA 2412

Gambar 4.9 Profil sayap NACA 2412

(75)

4.4.1 Perhitungan Teori Titik Berat Sayap Pesawat A1 = 13 x 100 = 1300 cm2

A2 = 1�₂ x a . t = 1�₂ . 11 . 100 cm = 550 cm2

Mencari sumbu X0

I

X₁ = 1�₂x 13 = 6,5 cm Y1 = 1�₂ x 100 = 50 cm

II X1 = 1�₂ x 11 = 5,5 cm Y1 = 1�₃ x 100 = 33,33 cm

X

=

.X1+A2+X2 A1+A2

=

1300 .6,5cm+550+50cm

1850cm

=

35950cm

1850cm

=

19,43 cm

Y

=

.Y1+A2+Y2 A1+A2

=

1300 .50cm+550 .33,33cm

1850cm

=

83331,5cm

1850cm

=

45,04 cm

Jadi titik berat berada pada sumbu X dan Y, dimana pada sumbu X berada pada 19,43 cm dan sumbu Y berada pada 45,04 cm, biar lebih jelas dapat kita lihat pada gambar titik berat dilampiran.

(76)

4.5 Perhitungan Shape Factor Sayap Pesawat

Diketahui: p = 55 mm P = 251,3 N l = 10 mm

t = 10 mm a = 2 mm b = 2 mm ditanya :

σ

Penyelesaian :

σ

=

�

(77)

A = luas persegi – luas segitiga.

= p x l x t - ½ x a x b

= 55 mm x 10 mm x 10 mm – ½ x 2 mm x 2 mm

= 5498 mm

σ

=

�

=

251,3

5498

= 0.0457075 N/mm

Berdasarkan Luas Aerofoil

Pada sumbu Y A = p x l x t

= 1000 mm x 194 mm x 10 mm = 1.940.000 mm2

σ = �

� = 251,3

1.940.000 = 0,0001295 N/mm

(78)

Pada sumbu x

Gambar dari sumbu X

A = Luas elipse = π x a x b

= 3,14 x 5 mm x 194 mm A = 3045,8 mm2

σ

=

�

=

251,3

3045,8

=

0,0825 N/mm 2

Jadi, maka didapat nilai tegangan pada sumbu X = 0,0825 N/mm2

194 mm

(79)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Dari data hasil perhitungan di atas diperoleh bahwa nilai Thrust (T) lebih besar dari pada nilai drag (D) dan nilai Lift (L) lebih besar dari pada berat pesawat sehingga disimpulkan secara teori perancangan pesawat tanpa awak memenuhi syarat pesawatuntuk terbang. Dalam hal ini massa pesawat adalah sebesar 27 kg.

Dimana: berat pesawat = 27 kg W=27 . 9.8 W=264.6 Dari data 4 gaya yang diperoleh; T = 1170.1148 N

D = 24.6093 N L = 1167.60 N W = 264.6 N

2. Maka diperoleh kesimpulan dari hasil pengecoran pesawat tanpa awak dengan material paduan Al-Mg (96%-4%) tidak dapat untuk diterbangkan karena memiliki berat lebih dari 27 kg.

3. Dari hasil penelitian impak yang dilakukan terhadap paduan Aluminium- Magnesium dalam campuran (96%-4%) dapat dilakukan beberapa kesimpulan.

Dari hasil penelitian dari LAB Teknik Mesin USU dimana rata-rata akhir pemukulan (β) dimana: 1340,1350,1360. Dengan sudut awal pemukulan (A). maka hasil energi yang didapat adalah:

- Pada saat pemukulan akhir 1340 energi rata-rata yangdiserap =23.51 Nm - Pada saat pemukulan akhir 1350 energi rata-rata yangdiserap =21.48 Nm - Pada saat pemukulan akhir 1360 energi rata-rata yangdiserap =19.48 Nm

Maka hasil dari pengujian LABORATORIUM rata-rata Energi yag diserap adalah: 21.49

Dari hasil Perhitugan nilai rata-rata Energi yang diserap adalah:

- Pada saat pemukulan akhir 1340 energi rata-rata yangdiserap =26.77 Nm - Pada saat pemukulan akhir 1350 energi rata-rata yang diserap = 24.65 Nm

(1)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan

1. Dari data hasil perhitungan di atas diperoleh bahwa nilai Thrust (T) lebih besar dari pada nilai drag (D) dan nilai Lift (L) lebih besar dari pada berat pesawat sehingga disimpulkan secara teori perancangan pesawat tanpa awak memenuhi syarat pesawat untuk terbang. Dalam hal ini massa pesawat adalah sebesar 27 kg.

Dimana: berat pesawat = 27 kg W=27 . 9.8 W=264.6 Dari data 4 gaya yang diperoleh; T = 1170.1148 N

D = 24.6093 N L = 1167.60 N W = 264.6 N

2. Maka diperoleh kesimpulan dari hasil pengecoran pesawat tanpa awak dengan material paduan Al-Mg (96%-4%) tidak dapat untuk diterbangkan karena memiliki berat lebih dari 27 kg.

3. Dari hasil penelitian impak yang dilakukan terhadap paduan Aluminium- Magnesium dalam campuran (96%-4%) dapat dilakukan beberapa kesimpulan.

Dari hasil penelitian dari LAB Teknik Mesin USU dimana rata-rata akhir pemukulan (β) dimana: 1340,1350,1360. Dengan sudut awal pemukulan (A). maka hasil energi yang didapat adalah:

(2)

- Pada saat pemukulan akhir 1360 energi rata-rata yang diserap = 22.36 Nm Maka dari hasil diatas energi serap rata-rata hasil perhitungan adalah: 24.59 Nm

Maka dari hasil pengujian dan perhitungan tidak jauh berbeda 21.49-24.59 Nm dalam hal ini ita dapat membuat kesimpulan semakin redah sudut pemukulan akhir (β) semakin besar energi yang diserap (E).

4. Dari hasil simulasi titik berat (pusat massa ) paduan Al-Mg memiliki densitas 2,62 gram/cm3, maka diperoleh massa pesawat 4,5 kg. volume sayap pesawat 1727,68 cm3, dan luas permukaan sayap pesawat 5774,6 m3 dan pusat massanya berada pada koordinat:

X = 75,58 cm Y = 8,87 cm Z = 60,80 cm

4. dari hasil teroi perhitungan titik berat ( pusat massa ) sumbu X dan Y, dimana pada 5. sumbu X berada pada 19,43 cm dan sumbu Y berada pada 45,04

5.2 Saran

1. Untuk meningkatkan perpaduan Al-Mg yang lebih sempurna dibutuhkan alat mixer, hingga kedua bahan berpadu secara merata.

2. Perlu diadakan pengujian lebih lanjut mengenai karakteristik material yang lebih ringan dan kuat lebih unggul dari bahan Al-Mg sebagai baha material pesawat tanpa awak.

(3)

DAFTAR PUSTAKA

1. ASM Handbook. 2000. Volume 9Metallography and Microstructures. ASM International 2. George E. dieter University of Maryland dengan alih bahasa Ir. Ny. Sriati Djaprie M.E, M.Met universitas Indonesia Metalurgi Mekanik Edisi ketiga.

3. Hidayat, Taufiq & Sugeng Slamet. 2010. Pengaruh Model Saluran Tuang pada Cetakan Pasir terhadap Hasil Cetakan.Kudus: Universitas Muria Kudus.

4. Hisar M, Pasaribu.Pedoman Perancangan Awal Pesawat Terbang, ITB, 1993

5. McCormick, Barnes W., Aerodynamics, Aeronautics, and Flight Mechanics, John Wiley and Sons, 1979

6. Meriam, J.L. and Kraige. 2003. Engineering Mechanics Statistics. John Wile & sons

7. Raymer, Daniel P. Aircraft design: A Conceptual Approach. AIAA Education Series. Washington, US. 1989

8. Sembiring, Edward Helvin. 2007. Perencanaan gantry Crane Untuk Pengangkatan Peti Kemas Berkapasitas 40 Ton pada Pelabuhan Laut. USU

9. Tata Surdia M.S. Met. E and Prof. DR. SHINROKU SAITO Pengetahuan Bahan Teknik 10. Tata Surdia M.S. Met E and Prof. Dr. KENJI CHIJIWA Teknik Pengecoran Logam 11. www.google.com

(4)

(5)

(6)

Analisa Data Dan Titik Berat Sayap Pada Pesawat Tanpa Awak Dan Pengujian Impak Dengan Material Aluminium – Magnesium (96%-4%)

DAFTAR ISI

halaman

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL

DAFTAR NOTASI

BAB I PENDAHULUAN

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

My

Mp

K

=

HI =

ω =

(

)(

)(

)

ω

V

ṁ

P

A

V

ṁ

P

A

ρ

V

ρ

V

T = m

V

– m

V

+ (P

– P

) A

D =

ρ

D =

ρ

L =

ρ

L

=

=

L

=

=

�

���� − ����

=

=

22

.

36

Nm+24

.

65

Nm+26

.

77

Nm

3

=

I

X

=

=

=

�� − ��