## ANALISIS DISTRIBUSI TEMPERATUR PADA SPESIMEN UNTUK ALAT ULTRA VIOLET (UV) WEATHERING CHAMBER MENGGUNAKAN APLIKASI ANSYS
Maulana Yusuf 1 , Dedik Romahadi 1 , dan Muhamad Fitri 1
1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana Jakarta Jl. Meruya Selatan No. 1, Kembangan, Jakarta Barat 11650, Indonesia

## E-mail: ariftledekan104833@gmail.com
Abstrak-- Sinar  UV  telah  memainkan  peran  penting  dalam  menurunkan  kekuatan  material.  Radiasi UV  telah  dikaitkan  dengan  degradasi  material  komposit  dengan  tingkat  degradasi  bergantung  pada beberapa  parameter  utama,  seperti:  panjang  gelombang  UV,  waktu  pemaparan  dan  intensitas  UV. Alat  UV  Weathering  Chamber  adalah  alat  yang  dapat  digunakan  untuk  mensimulasikan  berbagai kondisi cuaca untuk pengujian material spesimen komposit.. Metode yang digunakan pada penelitian ini yaitu metode elemen hingga dengan menggunakan simulasi pada aplikasi ansys untuk mengetahui distribusi  termal  pada  specimen  untuk  alat  uv  weathering  chamber.  Hasil  dari  penelitian  ini  yaitu berupa  nilai  paparan  termal  atau  distribusi  temperature  yang  diterima  oleh  specimen  dengan  variasi temperatur 50°C, 60˚C dan 70°C. Simulasi pada variasi temperatur 50°C distribusi temperatur antara 28,071˚C  s/d  30,01˚C.  Variasi  temperatur  60°C  distribusi  temperatur  antara  28,009˚C  s/d  30,93˚C. Variasi temperature 70°C distribusi simulasi 28,142˚C s/d 31,9˚C.
Kata kunci: Sinar UV, UV Weathering Chamber, Ansys, Metode Elemen Hingga
Abstract-- UV rays have played an important role in lowering the strength of the material. UV radiation has  been  associated  with  the  degradation  of  composite  materials  with  the  degree  of  degradation depending on several key parameters, such as: UV wavelength, exposure time and UV intensity. The UV  Weathering  Chamber  tool  is  a  tool  that  can  be  used  to  simulate  various  weather  conditions  for testing  composite  specimen  materials.  The  method  used  in  this  study  is  the  finite  element  method using simulation on the ansys application to determine the thermal distribution of the specimen for the uv  weathering  chamber  tool.  The  results  of  this  study  are  in  the  form  of  thermal  exposure  values  or temperature  distributions  received  by  the  specimens  with  temperature  variations  of  50°C,  60°C  and 70°C.. Simulation at a temperature variation of 50°C, the temperature distribution is between 28.071˚C to  30.01˚C.  Temperature  variation  60°C  temperature  distribution  between  28.009˚C  to  30.93˚C. Temperature variations 70°C simulation distribution 28,142˚C to 31,9˚C.
Keywords: UV light, UV weathering Chamber, Ansys, Finite Element Method

## 1. PENDAHULUAN
Sinar  UV  sangat  berperan  penting  dalam menurunkan  kekuatan  material.  Kekuatan  tarik serat  telah  ditemukan  turun-menurun  dengan durasi  ketika  waktu  paparan  UV.  Radiasi  UV sudah  dikaitkan  dengan  degradasi  material komposit dengan tingkat degradasi bergantung di beberapa  parameter  utama,  seperti:  panjang gelombang UV,  waktu pemaparan dan  intensitas UV [1].
Material  komposit  matriks  polimer  akhir-akhir ini  semakin  banyak  digunakan  untuk  berbagai keperluan  baik  yang  fungsinya  menahan  beban atau  pun  tidak,  penggunaan  komposit  ada  juga yang  digunakan  di  dalam  ( indoor )  atau  di  luar ruangan ( outdoor ) [2]. Khusus untuk penggunaan diluar ruangan material komposit matriks polimer akan mengalami degradasi lebih cepat dibanding yang ada di dalam ruangan [3].
Alat UV  Weathering  Chamber adalah  alat yang  dapat  digunakan  untuk  mensimulasikan keadaan  panas  tetapi  dengan  keadaan  yang
lembab  karena  menggunakan  uap  air  yang panas  untuk  pengujian  spesimen  material komposit.  Perangkat  ini  memiliki  kemampuan untuk  menyinari  beberapa  spesimen  uji  dengan radiasi UV intensitas tinggi yang seragam sambil secara bersamaan menundukkannya ke berbagai suhu yang dikontrol secara tepat dan independen dan lingkungan kelembaban relative [4].
Banyak cara dalam menguji kinerja suatu alat, salah  satunya  dengan  menggunakan  aplikasi Ansys  Workbench  versi  17.0.  Ansys  Workbench adalah  salah  satu  perangkat  lunak  berbasiskan metode  elemen  hingga  yang  dipakai  untuk menganalisa masalah-masalah rekayasa ( engineering ). Ansys  Workbench menyediakan fasilitas  untuk  berinteraksi  antar solvers  family Ansys. Ansys Workbench juga dapat berintegrasi dengan perangkat lunak CAD sehingga memudahkan  pengguna  dalam  membangun model  geometri  dengan  berbagai  perangkat lunak  CAD.  Ansys  Mechanical  adalah  platform dinamis  terintegrasi  yang  menggunakan  analisis elemen  hingga  (MEH)  untuk  analisis  struktural.
Mekanika  adalah  lingkungan  yang  dinamis dengan  alat  analisis  yang  lengkap,  mulai  dari menyiapkan  geometri  untuk  analisis  hingga menghubungkan  fisika  lain  untuk  meningkatkan akurasi.  Antarmuka  pengguna  yang  intuitif  dan dapat  disesuaikan  memungkinkan  teknisi  dari semua  tingkatan  untuk  mendapatkan  jawaban dengan cepat dan percaya diri. Ansys Workbench  memungkinkan  koneksi  yang  kuat dengan alat CAD komersial, sehingga memberikan  pembaruan  titik  desain  satu  klik. Pemecah  cairan  dan  listrik  menyediakan  fungsi multifungsi yang terintegrasi sempurna [5].
Metode  yang  digunakan  dalam  penyelesaian penelitian ini yaitu elemen hingga adalah metode numeric  yang  digunakan  untuk  menyelesaikan permasalahan  teknik  dan  metematis  dari  suatu gejala  phisis  yang  diantaranya  adalah  tegangan, regangan,  kekuatan,  dan  analisa  getaran. Metode  elemen  hingga  inilah  yang  dapat membandingkan  antara  perhitungan  dengan menggunakan software catia  dan  dengan menggunakan perhitungan secara manual. Dalam  hal  ini  metode  elemen  hingga  yang  akan dipergunakan  adalah  metode  elemen  hingga  2D (bidang)  yaitu  elemen  segitiga  dengan  3  node. Metode  elemen  hingga  2D  dalam  hal  ini  elemen bidang segitiga dengan 3 node didasarkan untuk keperluan  analisa  suatu  continium  yang  berupa luasan.  Secara  terperinci  hal-hal  yang  disebut akan  ditinjau  dalam  sistem  koordinat  lokal  dan sistem koordinat global [6].
Degradasi ialah hasil  dari  efek gabungan  dari beberapa  faktor  pelapukan,  termasuk  faktor- faktor  seperti  panas,  kelembaban,  curah  hujan, maupun  radiasi  matahari,  tetapi  juga  polutan seperti  partikulat  jelaga,  hujan  asam  dan  ozon, dan faktor biologis seperti serbuk sari dan jamur. Efek  gabungan  dari  berbagai  faktor  seringkali muncul secara sinergis, yaitu efek  dari  beberapa  faktor  lebih  dari  sekedar jumlah efek yang disebabkan oleh faktor individu [7].
Tujuan  penelitian  ini  dilakukan  yaitu  untuk mengetahui  distribusi  temperatur  yang  diterima oleh  specimen  alat UV  weathering  chamber apakah  sudah  sesuai  dengan  keinginan  untuk mengoptimalkan  desain  alat  yang  akan  dibuat agar mendapatkan hasil dari pengujian  yang  lebih  efektif  dibandingkan dengan  alat UV  Weathering  Chamber yang sudah  ada  di  pasaran.  Selain  itu  juga  tujuan penelitian  ini  untuk  menganalisis  desain  alat UV Weathering  Chamber yang  dibuat  apakah  dapat menyalurkan  paparan  termal  yang  merata  untuk setiap spesimen.

## 2. METODOLOGI
2.1. Diagram Alir Proses penelitian yang
dilakukan digambarkan  pada  diagram  alir  pada  gambar 1. berikut:

## 2.2.   Metode Elemen Hingga
Dalam  penelitian  ini,  metode  yang  digunakan ialah  metode  elemen  hingga  atau finite element  methode. Metode  elemen  hingga ialah  metode  numeric  yang  digunakan  untuk menyelesaikan  permasalahan  teknik  dan metematis  dari  suatu  gejala  phisis  yang diantaranya  adalah  tegangan,  regangan, kekuatan,  dan  analisa  getaran.  Metode elemen  hingga (finite  element  method) banyak  memberikan  andil  dalam  melahirkan penemuan-penemuan bidang riset dan industri,  hal  ini  dikarenakan  metode  tersebut dapat  berperan  sebagai  research  tool  pada eksperimen  numerik.  Aplikasi  ini  banyak dilakukan  pada  permasalahan  kompleks dapat  diselesaikan  dengan  metode  elemen hingga seperti rekayasa struktur , steady state dan time  dependent  heat  transfer,  fluid  flow,
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
Gambar 2. Diagram Alir Penelitian
dan electrical  potential  problem, aplikasi bidang medical [6].
Gambar 3. Penerapan Metode Elemen
Hingga

## 2.3.  Proses Simulasi
Proses analisis distribusi temperatur pada alat uji UV  Weathering  Chamber ini  menggunakan perangkat  lunak  ANSYS  WORKBENCH  17.0. Proses  simulasi  dimulai  dari  tahap  geometri, mesh , setup , solution ,  dan result .  Tahapan- tahapan simulasi tersebut harus dilakukan secara berurutan dan dilakukan sesuai dengan penjelasan.  Pada  tahap  geometri  ini  mengimpor gambar UV  Weathering  Chamber yang  telah digambar menggunakan perangkat lunak Solidworks 2018  ke  dalam Design  Modeler ANSYS  WORKBENCH.  Setelah  semua  gambar untuk  masing-masing  geometri  diimpor  langkah selanjutnya  melakukan  penginputan  material pada  gambar  tersebut  untuk  mendefinisikan material yang dipakai pada alat tersebut.

## 2.4.   Proses Meshing
Meshing adalah  proses  membagi  komponen yang  akan  dianalisis  menjadi  elemen-elemen kecil atau diskrit [8]. Semakin baik kualitas mesh maka akan semakin tinggi tingkat konvergensinya.  Proses  meshing  atau  griding merupakan  proses  yang  sangat  mempengaruhi hasil  akhir  dari  simulasi  yang  dilakukan,  baik akurasi  hasil,  kecepatan  komputasi  hingga visualisasi hasil [9]. Semakin kecil ukuran elemen atau  semakin  banyak  elemen  maka  didapatkan hasil  yang  valid,  akan  tetapi  hal  ini  akan berpengaruh pada proses simulasi yang memakan waktu lebih lama [10].
Pada  tahap  mesh,  dilakukan  pencacahan objek menjadi elemen-elemen kecil yang dihubungkan  oleh  titik-titik (nodes) yang  sudah dibuat  pada  tahap  geometri.  Jumlah nodes dan element  di  dalam  hasil  mesh  ditampilkan  dalam
Tabel 1.
Tabel 1. Jumlah elemen dan titik dalam mesh
Gambar 4. Mesh Alat UV Weathering Chamber

## 1. HASIL DAN PEMBAHASAN
Simulasi dilakukan dengan menggunakan metode steady-state thermal . Pemilihan keadaan ini dilakukan karena alat yang akan disimulasikan dalam  keadaan  suhu  yang  konstan  dan memberikan  hasil  grafik  yang  linier.  Selain  itu juga  pada  simulasi  alat  ini  tidak  memiliki  skala waktu  berarti,  dengan  kata  lain,  istilah  energi internal dihilangkan.
Dalam  simulasi  ada  beberapa  hasil  yang dapat  diperoleh  oleh  alat  uji UV  Weathering Chamber yaitu  hasil  termal  dan  pengaruh  panas terhadap  material.  Simulasi  dilakukan  dengan memberikan  panas/  termal  pada  desain  alat UV Weathering  Chamber yaitu  dengan  nilai  sebagai berikut:

## 3.1. Distribusi Temperatur Pada 50°C
No Ukuran Mesh (mm) Jumlah Elemen Jumlah Titik 1. Fine 229067  480873
Gambar 5. Kontur temperatur spesimen pada temperatur heater 50°C
Nilai  suhu  yang  diterima  oleh  spesimen  alat UV  Weathering  Chamber pada  temperatur heater 50˚C  mulai  dari  suhu  terendah  yang ditandai  dengan  warna  biru  tua  pada  hasil simulasi  dengan  nilai  suhu  28,071˚C  sampai dengan suhu tertinggi yang diterima spesimen mencapai nilai suhu 30,01˚C.

## 3.2. Distribusi Temperatur Pada 60°C
Gambar 6. Kontur temperatur spesimen pada temperatur heater 60°C
Distribusi  temperatur  minimal  yang  diterima oleh  spesimen  mencapai  nilai  suhu  28,009˚C sampai  dengan  nilai  distribusi  temperatur maksimal  yaitu  dengan  nilai  suhu  30,93˚C. Perbedaan selisih suhu maksimal dan minimal  yang  diterima  oleh  spesimen  tidak berbeda  jauh  yang  disebabkan  oleh  posisi letak  antara heater dan  spesimen  pada  alat UV Weathering Chamber tersebut.
3.3. Distribusi Temperatur Pada 70°C
Gambar 7. Kontur temperatur spesimen pada temperature heater 70°C
Suhu  yang  diterima  oleh  spesimen  alat UV Weathering  Chamber pada  temperatur heater 70˚C. Suhu minimal yang diterima oleh spesimen yaitu  ditandai  dengan  warna  biru  tua  pada  hasil simulasi  dengan  nilai  suhu  28,142˚C  sampai dengan  suhu  tertinggi  yang  diterima  spesimen mencapai nilai suhu 31,9˚C.
Tabel 2. Variasi Temperatur Paparan Termal
No. Temperatur Heater Temperatur yang Diterima Spesimen Min ( ˚C) Max ( ˚C) 1 50°C 28,071 30,01 2 60°C 28,009 30,93 3 70°C 28,142 31,9
Berdasarkan  tabel  2  di  atas  dapat  kita  ketahui bahwa  distribusi  temperatur  maksimal  yang diterima  oleh  spesimen  pada  alat  uji UV Weathering Chamber tidak berbeda jauh masing- masing  variasi  temperaturnya  yang  diberikan oleh heater .  Perbedaan  distribusi  temperatur maksimal  dan  minimal  yang  diterima  oleh masing-masing  spesimen  memang  tidak  terlalu jauh  nilai  selisihnya,  hal  tersebut  dikarenakan oleh  posisi  dari  ketiga heater terhadap  setiap spesimen. Spesimen yang berhadapan langsung dengan  heater  menerima  paparan  termal  yang paling  tinggi  dan  berada  pada  posisi  tengah spesimen.
Nilai  distribusi  temperatur  yang  diterima  oleh spesimen  pada  alat uji  UV  Weathering  Chamber dengan variasi temperatur 50°C, 60˚C, dan 70°C, telah didapatkan seperti pada tabel 2 di atas dan hasilnya memang belum merata terhadap semua spesimen  sehingga  desain  yang  dibuat  untuk
saat  ini  belum  dapat  memenuhi  keinginan  yaitu mendapatkan  desain  yang  dapat  menyalurkan atau  mendistribusikan  termal  dengan  merata  ke semua spesimen.

## 2.  KESIMPULAN DAN SARAN

## 4.1.  KESIMPULAN
a.  Hasil  pengujian  simulasi  termal  pada aplikasi  Ansys  Workbench  17.0  didapatkan nilai  distribusi  termal  yang  berbeda  pada setiap  spesimen.  Untuk  variasi  temperatur 50°C,  60°C,  dan  70°C  masing-masing menerima  distribusi  temperatur  maksimal yaitu 30,01°C, 30,93°C, 31,9°C dan menerima  distribusi  temperatur  minimal yaitu 28,071°C, 28,009°C, 28,142°C.
b.  Desain  alat UV  Weathering  Chamber yang dipilih  belum  dapat  menyalurkan  paparan termal  yang  merata  ke  setiap  spesimen dikarenakan letak antara heater dan spesimen  memiliki  jarak  sehingga  nilai distribusi  temperatur  yang  diterima  oleh spesimen masih
berbeda-beda temperaturnya.  Spesimen  yang  lebih  efektif menerima  distribusi  termal  ialah  spesimen yang langsusng berhadapan dengan heater.

## 4.2.   SARAN
a.  Untuk  desain  alat UV  Weathering  Chamber sebaiknya  dibuat  menyesuaikan  dimensi antara heater dan spesimen atau posisi dari semua  spesimen  langsung  menghadap heater  agar  paparan  termal  yang  diberikan oleh  heater  dapat  langsung  diterima  oleh spesimen  sehingga  hasil  pengujian  lebih merata.
b.  Untuk  simulasi  termal  pada  penelitian selanjutnya  diharapkan  mencoba  simulasi dengan keadaan rak spesimen yang bergerak  memutar  mengelilingi heater dan lampu  uv  dan  tentukan  juga  waktu  yang dibutuhkan atau gunakan simulasi Transient Thermal agar  dapat  mengetahui  efisiensi paparan  termal  yang  diterima  oleh  setiap spesimen.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] S.  Mahzan,  M.  Fitri,  and  M.  Zaleha, “UV radiation effect towards mechanical properties  of  Natural  Fibre  Reinforced Composite material: A Review,” IOP Conf. Ser.  Mater.  Sci.  Engginering ,  vol.  165,  p. 12021, 2017, doi: 10.1088/1742-
6596/755/1/011001.
[2] Nurato,  M.  Fitri,  and  L.  anton  Manalu, “Pengaruh  Prosentase  Serat  Kelapa Sawit  Terhadap  Umur  Fatik  Beban  Aksial
Komposit  Matriks  Resin,” Rotasi ,  vol.  21, no. 4, p. 215, 2019, doi: 10.14710/rotasi.21.4.215-223. [3] M. Fitri and S. Mahzan, “ The effect of fibre content,  fibre  size  and  alkali  treatment  to Charpy impact resistance of Oil Palm fibre reinforced  composite  material ,” IOP  Conf. Ser.  Mater.  Sci.  Eng. ,  vol.  160,  no.  1, 2016, doi: 10.1088/1757-
899X/160/1/012030.
[4] J. W. Chin, E. Byrd, N. Embree, J. Martin, and  J.  D.  Tate,  “ Ultraviolet  chambers based  on  integrating  spheres  for  use  in artificial weathering, ”
J. Coatings Technol. ,  vol.  74,  no.  929,  pp.  39 –44, 2002, doi: 10.1007/BF02698367.
[5] N. A. Sutisna and M. F. A. A. Akbar, “ FEM Simulation of Electric Car Chassis Design with  Torsional  Bar  Technology ,” J.  Mech. Eng.  Mechatronics ,  vol.  3,  no.  2,  p.  97, 2019, doi: 10.33021/jmem.v3i2.542.
[6]
S.  Mulyadi,  “Analisa  tegangan-regangan produk tongkat lansia
dengan menggunakan metode elemen hingga,” J.
ROTOR , vol. 4, p. 1, 2011.
[7] J.  F.  Rabek, Polymer  photodegradation: mechanisms  and  experimental  methods . Springer  Science  &  Business  Media, 1994.
[8] A.  Yusra,  I.  Haryanto,  and  Jamari, “Analisa Kontak Elastis Antar Hemispheres,” Rotasi ,  vol.  10,  no.  1,  pp.
3 –7, 2008.
[9] P.  Alliez et  al. , “Variational  Tetrahedral Meshing  To  cite  this  version :  Variational Tetrahedral Meshing ,” 2008.
[10] M.  K.  Anam,  “Analisis  kekuatan  struktur rangka  terhadap  impact  pada  kendaraan mobil listrik e – falco dengan membandingkan  penggunaan  material astm a36 dengan jis g3101 menggunakan metode elemen hingga,” 2020.