BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Kriteria

BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Kriteria Alat dan Bahan Penelitian
Sebagai sampel dalam penelitian ini adalah Aluminium Alloy dan Stainless
Steel.
3.2. Alat dan Bahan Penelitian
3.2.1. Bahan yang digunakan.
Dalam penelitian pembuatan mesin preheat, bahan yang dibutuhkan
berupa :
1.
Stainless steel.
2.
Pipa kapiler tembaga.
3.2.2. Alat-alat yang digunakan.
Alat-alat yang digunakan dalam pembuatan mesin preheat berupa :
1. Gergaji besi
2. Solder
3. Tang
4. Obeng
5. Kamera saku
6. Multi meter
7. Bor
8. Tang ampere
9. Stopwatch
10. Termokopel
11. Timah
12. Alat tulis
3.3.
Perancangan Pembuatan Alat Preheat
Adapun gambaran umum tentang alat yang dirancang dapat dilihat pada
desain yang dibuat menggukan software Autodesk Inventor Profesional 2016
berikut ini:
21
Gambar 3. 1 Desain Preheat
Gambar 3. 2 Desain Preheat dan penempatannya pada las gesek
Gambar rangkaian mesin preheat secara keseluruhan
dibuat dalam
diagram blok, agar lebih mudah untuk dipahami. Skema diagram blok digambar
dengan menggunakan software Express PCB sehingga gambar yang dihasilkan
seperti Gambar 3.3.
22
Gambar 3. 3 Diagram blok rangkaian mesin preheat
(sumberbelajarangga.wordpress.com, 2012)
3.3.1. Pembuatan Mesin Preheat Friction Welding
Proses pembuatan mesin dapur induksi terdapat beberapa langkah
diantaranya adalah sebagai berikut.
3.3.1.1. Power supply
Rangkaian ini merupakan rangkaian pendukung namun sangat diperlukan.
Rangkaian ini berfungsi untuk men-supply tegangan dari sumber tegangan AC
atau tegangan jala-jala PLN. Rangkaian ini berfungsi untuk mengubah arus AC
menjadi DC. Pada power supply terdapat trafo yang berfungsi untuk menurunkan
tegangan dari jala-jala PLN sebesar 220V menjadi 12V, 15V, dan 18V sesuai
spesifikasi dari transformator. Tegangan dari rangkaian ini yang akan dipakai
untuk mencatu komponen pada rangkaian driver dan rangkaian inverter.
Microwave diketahui memiliki tranfomator yang berkapasitas besar. Daya yang
dihasilkan dari transfomator
ini sampai 1 KW,
sehingga mampu unutuk
digunakan pada preheat yang menggunakan prinsip pemanas induksi dengan
keperluan daya yang besar. Transformator yang lebih besar dan transistor yang
lebih kuat dapat menghasilkan daya lebih besar. Transfomator yang digunakan
adalah hasil daur ulang dari microwave yang sudah tidak terpakai yang memiliki
arus 20 A dan tegangan yang digunakan adalah 24V.
23
TRAFO 20V
Gambar 3. 4 Skema rangkaian power supply
(http://maulananuragusta.blogspot.co.id, 2014)
3.3.1.2. Printed Circuit Board (PCB)
Printed Circuit Board atau biasa disingkat PCB adalah sebuah papan yang
digunakan untuk mendukung semua komponen-komponen elektronika yang
berada diatasnya, papan PCB juga memiliki jalur-jalur konduktor yang terbuat
dari tembaga dan berfungsi untuk menghubungkan antara satu komponen dengan
komponen lainnya.
PCB ini dibuat untuk digunakan pada rangkaian inverter. Supaya
memudahkan dalam proses perangkaian komponen yang dibutuhkan oleh inverter
maka PCB dibuat menggunakan software Eagle Pro lalu disimulasikan untuk
melihat rangkaian yang akan diterapkan dapat berfungsi dan tidak ada arus pendek
yang dapat membuat komponen terbakar. Desain rangkaian ditunjukan pada
gambar 3.5.
24
Gambar 3. 5 Desain PCB
Setelah desain rangkaian selesai dibuat dan tidak terjadi arus pendek
selanjutnya dilakukan pencetakan. Ada beberapa macam cara yang kita bisa
lakukan jika ingin membuat PCB yang digunakan untuk merangkai sebuah
rangkaian pesawat elektronika. PCB dilapisi lapisan logam (tembaga) yang
berfungsi sebagai penghubung antar komponen. Lapisan logam ini nantinya akan
menjadi kabel yang tersusun rapi, setelah kita melarutkan pada larutan Ferrite
Clorit + air.
3.3.1.3. Rangkaian daya inverter frekuensi tinggi
Rangkaian daya inverter frekuensi tinggi yang digunakan dalam alat ini
yaitu rangkaian model osilator royer. Inverter berfungsi untuk mengubah arus
searah (DC) menjadi arus bolak-balik (AC) frekuensi tinggi. Skema rangkaian
daya inverter frekuensi tinggi yang dibuat ditunjukkan pada Gambar 3.6.
25
Gambar 3. 6 Desain rangkaian daya inverter frekuensi tinggi
(www.markobakula.wordpress.com, 2017)
Langkah dalam perancangan inverter yaitu:
1. Menentukan spesifikasi inverter
a. Inverter bekerja pada tegangan 50 V / 50 Hz.
b. Frekuensi resonan 100 Khz
c. Daya maksimal 800 watt
2. Menentukan mosfet yang digunakan
Dalam menentukan mosfet yang digunakan ada hal-hal yang perlu
diperhatikan antara lain:
a. Tegangan kerja mosfet
Tagangan keluaran penyearah gelombang penuh sebesar 50 volt DC, tegangan
inilah yang harus mampu di tahan oleh mosfet.
b. Arus maksimal
Arus maksimal dalam perancangan ini adalah 30 ampere, arus inilah yang
mampu ditahan oleh mosfet dan power supply.
26
c. Inverter dirancang bekerja dengan daya input maksimal 800 watt. Maka, dapat
dihitung dengan rumus = ∨ =
= 40 ampere.
Berdasarkan pada ketentuan di atas maka mosfet yang dipilih adalah mosfet
IRFP150 dengan spesifikasi sebagai berikut.
Gambar 3. 7 Spesifikasi mosfet IRFP 150 (http://www.alldatasheet.com, 2017)
Arus dalam perhitungan hanya digunakan untuk perancangan, karena arus
sebenarnya tergantung pada beban dan bahan yang akan dilebur. Arus maksimal
yang mengalir pada perancangan sebesar 44 A sehingga kerja mosfet tidak terlalu
berat. Mosfet yang digunakan pada alat ini berjumlah 4 buah dan dipasang secara
paralel. Konfigurasi transistor paralel bertujuan untuk menguatkan kapasitas arus
transistor. Pada konfigurasi transistor secara paralel ini kaki basis dihubungkan
dengan basis, Emitor dengan emitor dan kolektor dengan kolektor. Pada
konfigurasi 4 buah transistor paralel maka besarnya kapasitas atau kemampuan
mengalirkan arus listrik transistor akan naik 4 kali lipat (Purnama ; 2012). Mosfet
yang dimaksud ditunjukkan pada Gambar 3.8.
27
Gambar 3. 8 Transistor mosfet
3.3.1.4. Membuat induktor
Sebuah induktor merupakan komponen elektronika pasif dengan fungsi
dapat menyimpan energi pada medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik.
Induktor memiliki kemampuan untuk menyimpan energi magnet yang ditentukan
oleh induktansinya, dalam satuan yang dinamakan Hendry. Induktor biasanya
berbentuk sebuah kawat penghantar yang dibentuk menjadi sebuah kumparan,
kawat konduktif yang lurus menjadi lilitan-lilitan kawat yang disebut kumparan.
Bentuk ini menghasilkan medan magnet yang lebih kuat daripada magnet yang
dihasilkan oleh kawat yang lurus. Ada beberapa induktor yang dibentuk berupa
belitan kawat saja, ada juga yang yang dibentuk dari belitan kawat pada suatu
bahan padat yang mana bahan padat tersebut disebut sebagai inti dari induktor.
Kadang pula inti dari induktor berbentuk lurus, dan terkadang berbentuk
melingkar atau persegi panjang sehingga fluks magnetic dapat diperoleh secara
maksimum. Berbagai pilihan desain tersebut memberikan efek terhadap
karakteristik dan kemampuan dari induktor (Kurniawan, 2012).
Induktor berdasarkan bahan intinya dibedakan menjadi 3 jenis, yaitu
induktor dengan inti udara (air core), induktor dengan inti besi, dan induktor
dengan inti ferit. Dalam pembuatan alat ini digunakan induktor dengan inti ferit
dimana nilai induktansinya bernilai tinggi dengan menggunakan inti ferit. Inti ferit
yang digunakan adalah jenis toroid. Kurniawan (2012), mengatakan bahwa toroid
memiliki tingkat efisiensi magnet yang tinggi, yang disebabkan tidak adanya air-
28
gap, dan bentuk penampang melintang yang simetris. Nilai frekuensi yang besar,
banyak dihasilkan dari beberapa jenis toroid.
Dalam pembuatan induktor hal yang penting adalah ukuran core, diameter
kawat dan nilai induktansinya. Induktor yang sudah dibuat menggunakan core
dengan diameter dalam 13 mm diameter luar 22 mm tebal core 9 mm, diameter
kawat 0.75 mm, jumlah lilitannya 20 lilit dan digunakan 2 buah indukstor.
Gambar 3. 9 Skema rangkaian induktor
(http://rangkaianelektronikareview.blogspot.co.id, 2014)
3.3.1.5. Membuat kumparan kerja (work coil)
Dalam perancangan kumparan kerja atau kumparan pemanas ini harus
diperhatikan kapasitas arus yang akan digunakan.. Pada perancangan mesin ini
digunakan kawat berbentuk pipa pejal tembaga dengan diameter 5 mm. Jumlah
lilitan pada kumparan kerja adalah n = 6 lilit dengan panjang 35 mm dan diameter
lilitan 40 mm. Skema kumparan kerja yang buat ditunjukkan pada Gambar 3.10.
29
Gambar 3. 10 kumparan kerja (http://teknikelektronika.com, 2017)
3.3.1.6. Kapasitor resonansi
Kapasitor resonansi berfungsi untuk meredam tegangan kejut yang
dihasilkan oleh kumparan kerja dengan cara menyerap tegangan tersebut untuk
mengisi kapasitor, kapasitor ini umumnya mempunyai tegangan kerja 0,630 KV.
Kapasitor yang digunakan pada alat ini bermacam-macam, spesifikasi diambil
menurut kapasitor yang digunakan pada sebuah inverter dc / ac dan battery
charger.
Dalam alat ini digunakan untuk membuat osilator astable (flip flop), yang
memberikan pada 3 gelombang persegi. Frekuensi operasi disesuaikan oleh dua
resistor eksternal dan kapasitor. Dalam hal ini kita menggunakan resistor 33K
yang berlangsung dari kaki 8 (+ Vcc) , yang dibuang kapasitor eksternal timer,
dan rheostat 100K terhubung dengan masukan komparator internal yang
digunakan
untuk
mengatur
output
yang
rendah
(http://construyasuvideorockola.com/). Kapasitor yang digunakan ditunjukan pada
gambar 3.11.
30
Gambar 3. 11 Kapasitor yang digunakan
3.3.1.7. Sistem Pendingin
Setiap komponen elektronik transistor jika dialiri arus maka akan terjadi
peningkatan suhu. Untuk itu diperlukan pendinginan sehingga transistor dapat
berkerja dengan baik. Pendingin yang digunakan menggunakan sirip dan terbuat
dari bahan aluminium.Permukaan yang besar dan memiliki sirip ini berguna untuk
pengalirkan panas. Bentuk pendingin yang digunakan ditunjukan pada gambar
3.12.
Gambar 3. 12 Pendingin dengan sirip dari Aluminium
31
3.3.1.8. Spesimen Uji
Spesimen uji yang digunakan dalam uji coba alat ini adalah stainless
steel AISI 420. Spesimen ini adalah spesimen yang digunakan dalam penelitian
las gesek. Dalam penelitian las gesek spesimen yang digunakan adalah stainless
steel dan aluminium, namun karena stainless steel memilki temperatur yang jauh
lebih tinggi aluminium sehingga diperlukan alat preheat yang bertujuan supaya
dapat bergesekan dengan keadaan sudah mencapai tingkat panas yang diperlukan.
SS AISI 420 memiliki Physical Properties yang ditunjukan pada gambar 3.13.
Gambar 3. 13 Physical Properties AISI 420 (http://www.aksteel.com/)
Uji coba yang dilakukan menggunakan spesimen SS AISI 420 ini hanya
diperlukan sebagian ujung saja karena yang diperlukan hanya bagian yang akan
bergesekan dengan alumnium. Luasan spesimen yang akan dilakukan pemanasan
ditentukan tinggi 30 mm dan dimater 14 mm, ditunjukan pada gambar 3.14.
32
Gambar 3. 14 Tinggi Spesimen Uji
Gambar 3. 15 Diameter Spesimen Uji
33
Perhitungan teoritis dilakukan untuk menentukan volume dan massa dari
spesimen uji. Dengan data yang dimiliki spesimen perhitungan dilakukan sebagai
berikut.
Diketahui
Ditanya
:
Stainless Steel AISI 420
Tinggi
= 3 cm
Diameter
= 1,4 cm
ρ
= 7,74 g/cm3
: a. v ?
b. m ?
Penyelesaian :
a. v
= π x r2 x t
= π x 0,72 cm x 3 cm
= 4,62 cm3
b. m = v x ρ
= 4,62 cm3 x 7,74 g/cm3
=
35,76 g
= 0,03576 kg
34
3.4.
Diagram Alir Perancangan
MULAI
STUDI LITERATUR
1.PROSES DESAIN
2.DESAIN RANGKAIAN
INVERTER
3.DESAIN RANGKAIAN
POWER SUPPLY
PENGADAAN ALAT DAN
BAHAN
PEMBUATAN MESIN PREHEAT
UNTUK FRICTION WELDING
PENGUJIAN MESIN PREHEAT
UNTUK FRICTION WELDING
TIDAK
PANAS SPESIMEN
>600 C
YA
ANALISIS DATA
KESIMPULAN
SELESAI
Gambar 3. 16 Diagram Alir Perancangan