RANCANG BANGUN MESIN PEMOTONG PIPA DENGAN METODE

Jurnal Infotekmes in Vol.8 No.1 Juli 2017
RANCANG BANGUN MESIN PEMOTONG PIPA DENGAN METODE THERMAL
CUTTING BERBASIS RANTAI DAN RODA GIGI
Bayu Aji Girawan1 , Fajar Pangestu2
1,2
1
Program Studi Teknik Mesin, Politeknik Negeri Cilacap
[email protected], [email protected]
Abstrak
Kata Kunci:
Pemotongan pipa;
thermal cutting;
cutting weld
Pemotongan pipa berdiameter besar di tempat yang jauh dari jangkauan sumber listrik PLN
merupakan permasalahan tersendiri bagi industri yang bergerak di bidang perpipaan. Sebuah alat
pemotong pipa berdaya listrik rendah sangat diperlukan untuk mengatasi permasalah tersebut.
Penelitian ini merupakan rekayasa engineering yang bertujuan untuk merancang dan membuat
sebuah mesin pemotong pipa berdiameter besar dengan metode thermal cutting dengan konsumsi daya
yang rendah, serta mudah dipindahtempatkan. Hasil dari penelitian adalah terciptanya sebuah mesin
yang mampu memotong pipa dengan diameter 4 sampai dengan 14 inch, menggunakan penggerak
motor DC dengan daya 30 watt, dengan berat 15 kg. Setelah dilakukan pengujian pada pemotongan
pipa diameter 10 inch dan tebal 10 mm dengan cutting speed 1 mm/menit diperoleh hasil
pemotongan terbaik adalah pada pemotongan tegak lurus dan pemotongan sudut 45° yang
menghasilkan simpangan dari panjang rata-rata sebesar 1 mm. Sedangkan untuk pemotongan sudut
60° menunjukkan hasil pemotongan yang kurang halus.
Abstract
Keywords:
pipe cutting; thermal
cutting; cutting weld
Cutting of the large pipe at a rural and far away from electric line is a problem for a piping industrial.
A pipe cutter machine which consume lower electicity is needed to solve this problem. This research is
an engineering design aimed to design a portable pipe cutter machine for a large diameter of pipe using
thermal cutting method which consume lower electricity. Result of this research is a machine that can
be used for cutting 4 up to 14 inches diameter of pipe, powered by 30 watt of DC electric motor, and
has 15 kgs of weight. The experiment is subjected on 10 inches diameter of pipe and 10 mm of thickness
using 1mm/min of cutting speed, the result shows that radial cutting and cutting at angle of 45° is the
best method for this machine, it produces 1 mm of deviation from average length of pipe. The cutting at
angle of 60° is the worst one, it produces coarse texture.

Alamat
korespondensi
E-mail: [email protected]
ISSN : 2087 – 1627
1
ISSN : 2087 – 1627
I.
PENDAHULUAN
Industri besi baja merupakan salah satu fokus
pengembangan ekonomi di Indonesia. Hal ini
sesuai dengan Peraturan Presidan Republik
Indonesia nomor 32 tahun 2011 tentang Masterplan
Percepatan dan Perluasan Pembangunan Ekonomi
Indonesia (MP3EI). Berbagai pekerjaan yang
menyangkut industri besi dan baja diantaranya
meliputi pekerjaan konstruksi dan mekanikal,
mengingat kedua industri ini menggunakan baja
sebagai bahan utamanya.
Jika berbicara tentang pekerjaan konstruksi
dan mekanikal, maka tidak akan terlepas dari proses
manufaktur berupa pemotongan logam. Proses
pemotongan logam dapat dilakukan melalui 2 cara
yaitu menggunakan proses pemesinan (cold cutting)
maupun menggunakan las (hot cutting, thermal
cutting). Beberapa industri menengah ke bawah
lebih banyak menggunakan thermal cutting dengan
alasan efisiensi. Pemotongan menggunakan metode
thermal cutting ini dianggap lebih efisien karena
hanya dibutuhkan 1 peralatan yaitu mesin las, untuk
dapat melakukan 2 pekerjaan yaitu pemotongan dan
penyambungan.
Pada industri yang bergerak dalam bidang
perpipaan, proses pemotongan menjadi lebih
spesifik. Material yang akan dipotong tidak lagi
mempunyai bermacam bentuk dan model.
Pemotongan tersebut dapat dilakukan dengan
tujuan momotong pipa, maupun proses awal untuk
pembuatan bevel untuk pekerjaan penyambungan
pipa. Hal ini berarti alat potong yang digunakan
juga harus spesifik untuk memotong material
berbentuk pipa. Untuk pemotongan pipa dengan
diameter kecil, proses pemotongan dapat dilakukan
menggunakan gergaji mesin maupun mesin gerinda
standar. Namun pada pipa dengan diameter yang
besar dan tebal, hal ini tidak dapat dilakukan karena
akan memakan waktu yang lama menggunakan
peralatan yang besar. Masalah yang lainnya adalah
jika pekerjaan tersebut dikerjakan didaerah yang
tidak terjangkau jaringan listrik PLN, maka mesin
gergaji maupun mesin gerinda membutuhkan
genset dengan daya yang besar.
Dari hal yang telah diuraikan tersebut,
diperlukan sebuah alat untuk memotong pipa
diameter besar, dengan bentuk potongan lurus
maupun bersudut untuk beveling yang dapat
dioperasikan menggunakan daya listrik yang kecil.
Sehingga penelitian ini bertujuan:
1.
2.
3.
Melakukan rancang bangun pemotong
pipa dengan metode thermal cutting.
Mencari kecepatan potong yang optimal
pada mesin pemotong pipa.
Mencari simpangan yang terjadi pada
proses pemotongan menggunakan mesin
pemotong pipa.
II.
LANDASAN TEORI
Pengelasan adalah proses penyambungan dua
buah logam atau lebih dengan cara meleburkan sisi
dua buah benda tersebut untuk disambungkan
dengan ataupun tanpa bahan tambah [1].
A. Jenis-jenis las
Secara garis besar, pengelasan dibagi menjadi
menjadi 2 jenis yaitu:
1. Electric arc welding (las busur listrik)
Pengelasan ini sering dikenal sebagai las listrik
karena panas yang digunakan untuk meleburkan
logam diperoleh dari nyala busur listrik. Busur
listrik tersebut menimbulkan energi panas yang
cukup tinggi untuk mencairkan logam. Pada
prinsipnya las listrik menggunakan elektroda
yang sekaligus berfungsi sebagai bahan tambah.
Jenis dari las busur listrik antara lain Shielded
Metal Arc Welding (SMAW), Metal Inert Gas
(MIG), Metal Active Gas (MAG), Flux Cored
Arc Welding (FCAW), Tungsten Inert Gas
(TIG), dan Plasma Arc Welding (PAW). Las
busur listrik mampu menghasilkan panas sampai
dengan 5500 °C, membutuhkan sumber listrik
bertegangan ± 45 volt dan arus listrik sebesar
400 A.
2. Thermal Welding
Thermal welding sering juga d isebut sebagai las
gas, adalah pengelasan dengan menggunakan
pemanasan hasil pembakaran berbahan bakar
gas. Jenis gas yang paling banyak digunakan
pada las jenis ini adalah gas asetilin, yang
diperoleh dari reaksi antara kalsium karbit
(CaC2 ) dengan air (H2 0). Jenis las ini banyak
digunakan karena bahannya yang mudah
didapat, dan mobilitasnya tinggi karena tidak
memerlukan energi listrik. Panas yang
dihasilkan dari las gas dapat mencapai 3500 °C
[2].
B. Jenis-jenis sambungan
Sambungan pengelasan terdiri dari beberapa
jenis diantaranya:
1. Sambungan V
Sambungan jenis ini dapat menerima gaya tekan
yan besar serta lebih tahan terhadap kondis i
beban statis.
Gambar 1. Sambungan V (Handra N. dan
Yudi P.I., 2011)
2
ISSN : 2087 – 1627
2. Sambungan X
Sambungan sangat baik untuk kondisi beban
statis maupun dinamis, serta dapat menjaga
perubahan bentuk kelengkungan sekecil
mungkin.
pembentukan bevel dari 2 buah bagian yang akan
disambung.
Gambar 2. Sambungan X (Handra N. dan
Yudi P.I., 2011)
3. Sambungan U
Sambungan ini lebih kuat menerima beban
statis dan diperlukan untuk sambungan
berkualitas tinggi
Gambar 5. Thermal cutting (Ductile Iron Pipe
Reasearch Association, 2016)
Gambar 3. Sambungan U (Handra N. dan
Yudi P.I., 2011)
Berdasarkan hasil pengujian, sambungan V mampu
menahan tegangan tarik yang paling tinggi diantara
dua sambungan lainnya [3].
C. Posisi mulut pembakar (torch)
Posisi atau sudut torch untuk pengelasan gas
mempengaruhi hasil pengelasan. Posisi yang benar
dapa dilihat pada gambar 4.
Gambar 4. Posisi mulut pembakar
(Timmings R., 2008)
D.
Pemotongan pipa
Selain digunakan untuk menyambung 2 buah
logam, pengelasan juga dapat digunakan untuk
memotong logam. Proses pemotongannya melalui
pemanasan dan peleburan logam yang akan
dipotong. Proses pemotongan ini disebut juga
dengan thermal cutting. Metode thermal cutting
sering digunakan untuk pemotongan pipa yang akan
dilakukan pekerjaan lanjutan berupa penyambungan
menggunakan las. Pemotongan dilanjutkan dengan
Gambar 6. Bevel pada sambungan pipeline
(American Petroleum Institute, 2005)
Jenis-jenis las yang dapat digunakan untuk
pemotongan logam adalah:
1. Las asetilin.
Pemotongan menggunakan las jenis ini
dilakukan dengan cara melakukan pemanasan
awal (pre heating) pada baja yang akan
dipotong sampai merah cemerlang (sekitar
875°C) kemudian disemburkan gas (oksigen)
dengan tekanan yang tinggi untuk menembus
baja tersebut. Perbedaan penggunaan las gas
untuk penyambungan dan pemotongan adalah
pada jenis torch tip yang digunakan.
Pemotongan
menggunakan
las
asetilin
mempunyai celah yang lebih sempit dibanding
las PAW, tidak memerlukan energi listrik, dapat
memotong pipa sampai dengan tebal 300 mm,
serta peralatan dan bahan berbiaya murah.
Kerugiannya adalah pada ketebalan di bawah 25
mm, pemotongan menggunakan las asetilin
mempunyai laju pemotongan di bawah las
PAW. Celah yang dihasilkan dari pemotongan
menggunakan las asetilin berkisar 1,5 – 10 mm
[4].
2. Las busur plasma (PAW)
Pemotongan menggunakan las busur plasma
mempunyai prinsip kerja berkebalikan dengan
las asetilin. Las plasma memomotong dengan
cara melelehkan material dan meniup material
yang telah meleleh menggunakan pancaran
3
ISSN : 2087 – 1627
plasma. Pemotongan menggunakan las jenis ini
baik dilakukan untuk logam baja paduan rendah,
untuk ketebalan di bawah 25 mm. Kerugiannya
adalah memerlukan peralatan dan bahan
berbiaya tinggi, serta celah pemotongan 1,5 – 2
kali lebih lebar dibandingkan las gas [5].
2. Fabrikasi
Pada tahap ini desain alat dibuat menggunakan
alat dah bahan yang tersedia, sesuai dengan
jenis pekerjaan yang akan dibuat.
3. Pengujian
Pada tahap ini akan dilakukan pengujian hasil
pemotongan dari alat yang sudah dibuat.
Adapaun pengujian akan dilakukan dengan
memotong pipa dengan diameter 10 inch dan
ketebalan 10 mm. Hasil pengujian akan dilihat
dari aspek:
a.
Kerataannya diukur dari 4 titik;
Gambar 7. Kecepatan pemotongan
menggunakan las (Weman K., 2003)
E. Hasil pemotongan
Hasil pemotongan menggunakan
dikatakan baik jika:
las
dapat
b. Hasil pemotongan;
dengan melakukan variasi sudut bevel dan torch
tip dan kecepatan potong sebagai variabel
konstan. Sudut bevel yang akan diujikan adalah
0° (tegak lurus), 45° dan 60°. Kecepatan potong
yang digunakan adalah kecepatan potong
dengan hasil yang paling baik setelah dilakukan
trial and error.
1. Alur potong cukup kecil.
2. Permukaan potongan halus.
3. Terak mudah terkelupas.
4. Sisi atas potongan membulat
Bentuk hasil pemotongan dapat dilihat pada gambar
5.
B. Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini dapat
dilihat pada tabel 1.
Tabel 1. Alat yang digunakan
Gambar 8. a). Hasil pemotongan yang baik
b). Pre-heating terlalu kecil c). Pre-heating
terlalu besar (Akbar S.F dan Kusharjanta
B., 2005)
N
o
1
III.METODE
A. Metodologi penelitian
Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental
yang dimulai dengan dengan tahapan:
1. Desain
Pembuatan desain diawali dengan pembuatan
gambar sketsa, hingga pembuatan detail
drawing dengan dimensi sesuai dengan hasil
perhitungan pada langkah ke-2. Proses desain
dari mulai sketsa hingga detail drawing
dilakukan menggunakan software AutoCAD
2015.
Alat/Mesin
Spesifikasi
Mesin
Gerinda
tangan
Merk MAKTEC
Ø 355 mm MT 240
220 – 230 V
9,2 A 50 – 60 Hz
2000 W
Kecepatan 3880 rpm
2
Mesin Frais
Merk FULL MARK
4
ISSN : 2087 – 1627
FMU – 1
3
Mesin Bubut
Merk PINACHO
SP – 200 R X 1000
4
Mesin Las
Merk SAF – FRO
7
Bantalan
Bantalan Luncur
8
Rantai dan sproket
Komponen standar
9
Mur dan Baut
Komponen standar
PRESTO 180 PFC
5
Mesin Gurdi
KRISBOW
KW 15 – 00869
Tapping &Drilling Machine
Daftar bahan yang digunakan untuk pembuatan
pemotong pipa ini dapat dilihat pada tabel 2.
Tabel 2. Bahan mesin pemotong pipa
No
Bahan
1
Spesifikasi
Ø 17 mm dan
Ø 20 mm (4 buah)
2
Plat
30 x 300 x 90 mm
3
Selang Las
Ø 6 s/d Ø 10 mm
panjang 3 meter
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Desain
Dari perhitungan dan proses desain diperoleh mesin
seperti terlihat pada gambar 9.
4
Nozzel
Koike CG-11G
5
Motor DC
DC 110V 50Hz 30Watt
4200 rpm
5
ISSN : 2087 – 1627
No
SPESIFIKASI
additional chain
10.
Motor
DC 110V 50Hz 30Watt
4200 rpm
Hasil Pengujian
Untuk mengetahui ketercapaian dari tujuan yang
telah ditetapkan, maka dilakukan pengujian pada
mesin. Pengujian tersebut dilakukan guna
mengetahui kinerja dari mesin yang telah dibuat.
Tabel 4. Hasil pemotongan tegak lurus
Gambar 9. Mesin pemotong pipa hasil proses
desain
Mesin pemotong pipa tersebut mempunyai
spesifikasi seperti terlihat pada tabel 3.
Tabel 3. Spesifikasi pemotong pipa
No
SPESIFIKASI
1.
Type
PGC-01
2.
Weight
± 15 kg
3.
Machine
dimension
± 500 mm × 460 mm × 280
mm
4.
Speed
control
Silicon control
5.
Power
source
AC 220V ±10% 50Hz
6.
Cutting
speed
1  50 mm/min
7.
Cutting
thickness
5-100 mm
8.
Groove
angle
0-60 degrees
9.
Effective
pipe
diameter
114-600 mm (4-24 inch)
Standard chain over 600
mm (24 inch) with
Titik
Hasil pengukuran
panjang (mm)
1
583
2
584
3
585
4
584
Rata-rata
584
Dari pengujian seperti terlihat pada tabel 4, dapat
disimpulkan bahwa simpangan terbesar terhadap
rata-rata panjang pipa adalah 1 mm. Simpangan ini
relatif sangat kecil dan berarti mesin valid untuk
digunakan dalam pemotongan secara tegak lurus.
Visualisasi hasil pemotongan tegak lurus
menggunakan mesin ini dapat dilihat pada gambar
10.
Gambar 10. Hasil pemotongan tegak lurus
Dari gambar tersebut terlihat bahwa hasil
pemotongan menghasilkan alur potong yang cukup
kecil dengan permukaan yang halus.
6
ISSN : 2087 – 1627
Tabel 5. Hasil pemotongan 45°.
Titik
Hasil pengukuran
panjang (mm)
1
609
2
609
3
610
4
609
Rata-rata
609,25
panjang piap adalah 1 mm. Simpangan ini relatif
sangat kecil dan berarti mes in valid untuk
digunakan dalam pemotongan sudut 60°.
Visualisasi hasil pemotongan sudut 60° dapat
dilihat pada gambar 12.
Dari pengujian seperti terlihat pada tabel 5, dapat
disimpulkan bahwa simpangan terbesar terhadap
rata-rata panjang pipa adalah 0,75 mm. Simpangan
ini relatif sangat kecil dan berarti mesin valid untuk
digunakan dalam pemotongan sudut 45°.
Visualisasi hasil pemotongan tegak lurus
menggunakan mesin ini dapat dilihat pada gambar
11.
Gambar 12. Hasil pemotongan 60°
Hasil pemotongan 60° terlihat kurang halus. Hal ini
dapat disebabkan karena perubahan nyala api yang
digunakan yang diakibatkan oleh penyetelan gas
secara manual.
V. PENUTUP
Kesimpulan
Dari rangkaian kegiatan desain sampai dengan
pengujian yang telah dilakukan dapat dis impulkan
bahwa:
1.
Gambar 11. Hasil pemotongan 45°
2.
3.
Dari gambar tersebut terlihat bahwa hasil
pemotongan menghasilkan alur potong yang cukup
kecil dengan permukaan yang halus
4.
Tabel 6. Hasil pemotongan 60°.
5.
Titik
Hasil pengukuran
panjang (mm)
6.
1
623
2
625
3
624
4
624
Rata-rata
624
7.
Mesin yang telah dibuat dapat bekerja
baik, dan dapat beroperasi untuk bekerja
untuk diameter 4 - 24 inch.
Mesin ini dapat beroperasi dengan daya
relatif rendah yaitu 30 watt.
Mesin yang dihasilkan bersifat portable
dengan dimensi 500 mm × 460 mm × 280
mm, dan berat 15 kg.
Untuk pemotongan pipa dengan ketebalan
10 mm, cutting speed yang baik adalah 1
mm/menit.
Penyimpangan dari hasil pengukuran
panjang rata-rata adalah berkisar 1 mm.
Hasil pemotongan dengan sudut 60°
mempunyai kehalusan permukaan yang
kurang baik. Hal ini bisa disebabkan oleh
perbedaan pada saat penyetelan gas yang
dilakukan secara manual.
Secara keseluruhan alat dapat digunakan
untuk
proses
beveling
dengan
memperhatikan
simpangan
terhadap
panjang rata-rata adalah 1 mm.
Hasil pengujian pemotongan sudut 60° dapat dilihat
pada tabel 6. Simpangan terbesar terhadap rata-rata
7
ISSN : 2087 – 1627
Saran
Untuk penelitian selanjutnya perlu dilakukan
investigasi pengaruh sudut torch terhadap hasil
pengelasan, serta variasi cutting speed terhadap
ketebalan pipa dengan penyetelan nyala api tertentu
sehingga dapat dibuat suatu tabulasi berupa data
sheet untuk
keperluan pemotongan pipa
selanjutnya.
VI. DAFTAR PUSTAKA
[1] Khurmi, R.S. and Gupta, J.K., A Textbook of
Machine Design, 14th ed. New Delhi:Eurasia
Publishing House, 2005.
[2] Beddoes, J. and Bibby, M.J., Principles of
Metal Manufacturing Processes, 1st ed.
Oxford: Elsevier ButtenNorth-Heinemann,
2003.
[3] Handra, N. and Yudi, P.I, “Studi Kekuatan
Hasil Las Oxy-Acetylene pada Variasi
Kampuh,”J. Teknik Mesin, Vol. 1, No. 1, pp.
1-8, Oct. 2011.
[4] Kalpakjian,
S.
and
Schmid,
S.R.,
Manufacturing Engineering and Technology,
6th ed. New York: Prentice Hall, 2009.
[5] Weman, K., Welding Processes Handbook, 1st
ed. New York:Woodhead Publishing Ltd,
2003.
[6] Timmings R., Fabrication and Welding
Engineering, 1st ed. Oxford: Elsevier Ltd.,
2008.
[7] Welding of Pipelines and Related Facilities,
API Standard 1104, 2005.
[8] Field Welding and Cutting Ductile Iron Pipe,
Ductile Iron Pipe Reasearch Association,
Colorado, 2016
[9] Akbar, S.F and Kusharjanta, B., “Pemotongan
Plat Baja dengan Gas Cutting Machine,” J.
Mekanika, Vol. 3, No. 1, pp. 14-22, Jan. 2005.
8