Perencanaan Alat Uji Impact Type Charpy Kapasitas 10 Joule
Saktiawan 1 , Nanang Endriatno 2 , Al Ichlas Imran 3
1 Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Halo oleo
23 Dosen Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Halo Oleo Jl. H.E.A Mokodompit Kampus Baru Tridharma Anduonohu, Kendari 93232
Email Penulis : awansakti3094@gmail.com Article Info Abstrak Available online December 30,, 2020 Dalam  pelaksanaan  konstruksi  dan  rekayasa  material,  pemilihan  bahan  akan kebutuhan  material  logam  sangatlah  penting.  Tujuan  penelitian  yaitu merencanakan  pendulum,  poros  pendulum,  rangka  alat  uji  impact  tipe Charpy , dan  merencanakan  dudukan  spesimen  uji.  Metode  penelitian  meliputi perencanaan  bandul,  poros,  lengan,  tumpuan  ( bearing ),  rangka  tiang  dan dudukan spesimen (anvil), serta memilih bahan dan perhitungan kekuatan bahan. Hasil  penelitian  Alat  uji  impact  menggunakan  pendulum  dari  bahan  baja  ST  37 dengan  panjang  pendulum  =  0,345  mm,  volume  =  213  mm 3 ,  massa  =  1,67  kg, pada  perencanaan  poros,  dengan  hasil  perhitungan  perencanaan  didapat diameter porosnya = 25,4 mm, sedangan momen torsi yang diperoleh = 577,219 kg mm, dalam perencanaan alat uji impact tipe charpy, rangka mengunakan baja profil  C  dengan  ukuran  125  x  65,  material  dipilih  karena  lebarnya  melebihi dudukan  bearing,  untuk  gaya  tangesial  =  28,951  N,  momen  bending  =  5240,1  N mm, modulus penampang = 109,169 mm 3 , Perencanaan dudukan spesimen harus melebih  lebar  spesimen  itu  sendiri  agar  spesimen  bias  diletakan  dengan  baik, tengangan ijin = 1,206 mm 2 dan Perencanaan alat uji impak untuk alat 10 J dapat digunakan  untuk  menguji  material  plastic  dengan  energi  impak  dibawah  10  J, dengan ketinggian 610 ± 2 mm.
Kata kunci : Konstruksi, Rekayasa Material, Material Logam, Besi, Baja, Impak.

## Abstract
In  the  implementation  of  construction  and  material  engineering,  the  choice  of materials  for  metal  material  needs  is  very  important.  The  research  objectives were planning the pendulum, swing shaft, the frame for the Charpy type impact test,  and  planning  the  test  specimen  holder.  The  research  method  includes planning  the  pendulum,  shaft,  arm,  bearing,  pole  frame  and  specimen  holder (anvil), as well as selecting materials and calculating the strength of the materials. The results of the research. The impact test tool uses a pendulum made of steel ST 37 with a pendulum length = 0.345 mm, volume = 213 mm3, mass = 1.67 kg, in the planning of the shaft, with the results of the planning calculation obtained the diameter of the shaft = 25.4 mm, while the moment torque obtained = 577,219 kg mm, in the planning of the Charpy type impact test, the frame uses C-profile steel with  a  size  of  125  x  65,  the  material  is  chosen  because  its  width  exceeds  the bearing holder, for tangsial force = 28,951 N, bending moment = 5240.1 N mm , cross-sectional  modulus  =  109.169  mm3,  the  specimen  holder  planning  must exceed  the  specimen  width  itself  so  that  the  specimen  can  be  placed  properly, the allowance = 1.206 mm2 and the planning of the impak test tool for the 10 J tool can be used to test plastic materials with an impact energy below 10 J, with a height of 610 ± 2 mm.
Keywords: Construction,  Materials  Engineering,  Metal  Materials,  Iron,  Steel, Impak.

## ENTHALPY: Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
Journal homepage: http://ojs.uho.ac.id/index.php/ENTHALPY

## Saktiawan, Nanang Endriatno, Al Ichlas Imran

## 1. Pendahuluan
Sifat  mekanik  tersebut  terutama  meliputi kekerasan, keuletan, kekuatan, ketangguhan, sifat mampu las serta sifat mampu mesin yang baik. Berdasarkan  perbedaan  sifat  suatu  bahan  atau material,  maka  banyak  metode  untuk  menguji suatu bahan atau material untuk mengetahui sifat apa  saja  yang  dimiliki  oleh  suatu  bahan  atau material  tersebut.  Pengujian  impact  merupakan salah  satu  metode  yang  digunakan  untuk mengetahui kekuatan, ketangguhan, dan keuletan suatu  bahan  atau  material,  oleh  karena  itu  uji impak banyak digunakan dan dipakai dalam bidang menguji  sifat  mekanik  yang  dimiliki  oleh  suatu bahan  dan  material  tersebut  khususnya  material logam dan baja.
Metode yang telah menjadi standar untuk uji impak ini ada dua, yaitu uji impak metode Charpy dan  metode Izod .  Metode  charpy  banyak digunakan  di  Amerika  Serikat,      sedangkan metode izod lebih  sering  digunakan  disebagian besar  dataran  Eropa.  Batang  uji  metode charpy memiliki spesifikasi, luas penampang 10 mm x 10 mm,  takik  berbentuk  V.  Proses  pembebanan  uji impak  pada  metode charpy dan  metode izod dengan sudut 45 ° , kedalaman takik 2 mm dengan radius pusat 0.25 mm.
Perancangan  alat  uji  impak  metode charpy dan izod, dimensi  alat  uji  impak  ini  mempunyai ukuran  P  x  L  x  T  =  746,43  mm  x  428,6  mm  x 1221,85  mm,  dan  berat  bandul  yang  akan digunakan  adalah  sebesar  20  kg  dengan  energi potensial  sebesar  140 joule, jarak  titik  ayun sebesar 560 mm dan sudut awal pemukulan 105 o [1].
Perancangan  alat  uji  impak  metode charpy kapasitas  100  Joule , bahwasanya  perancangan dan  pengujian  impak  merupakan  analisa  bahan untuk  mengetahui  ketangguhan  atau  kegetasan bahan  terhadap  beban  tiba-tiba.  Tujuan  dari penulisan  ini  adalah  mampu  mendesain  dan membuat  alat  uji impak  tipe charpy , mengetahui mekanisme kerja, dan menganalisa performa alat sekaligus  mengkalibrasinya  berdasarkan  energi impak  spesimen . Metodologi  yang  diterapkan mempunyai  tiga  poin  utama,  yaitu  perancangan kontruksi,  proses  pabrikasi,  dan  perhitungan kontruksi [2].
Impak ( impact test )
Uji  impak  ( impact  test )  adalah  pengujian dengan  menggunakan  pembebanan  yang  cepat (rapid loading). Pengujian impak merupakan suatu
pengujian  yang  mengukur  ketahanan  bahan terhadap beban kejut.
HI = E A (1)
Dimana:
E   = energi yang diserap (Joule)
A = luas penampang dibawah takik (mm 2 )
Energi Potensial
𝑊 = 𝐹 𝐴 𝑋 𝑆 (2)

## Defleksi Batang
Defleksi  merupakan  deformasi  balok  berupa simpangan  titik-titik  penampang  sepanjang  balok pada  arah  tegak  lurus  sumbu  longitudinal  balok yang dinyatakan sebagai defleksi y. Sumbu sebuah balok  akan  berdefleksi  (atau  melentur)  dari kedudukannya  semula  apabila  berada  di  bawah pengaruh gaya terpakai.
δ max = F.L 3 3.E.I (3)
Dimana:
ᶞ max = besarnya defleksi (mm)
F      = gaya balok (N) L      = Jarak F 1 dengan F 2 (mm)
E   = Modulus elastisitas balok (sifat bahan) (GPa) I       = momen inersia (mm 4 )

## Momen Inersia
Momen inersia merupakan ukuran kelembaman  suatu  benda  untuk    berotasi terhadap  porosnya.  Besaran  ini  adalah  analog rotasi  daripada  massa.  Momen  inersia  berperan dalam  dinamika  rotasi  seperti  massa  dalam dinamika dasar, dan menentukan hubunganantara momentum  sudut  dan  kecepatan  sudut,  momen gaya dan percepatan sudut, dan beberapa besaran lain.
I = bh 3 12 (4)
Dimana:
I  = momen inersia (m 4 ) b  = lebar balok (mm) h   = tebal/tinggi balok (mm)
Energi potensial adalah  energi  yang dimiliki suatu benda akibat adanya pengaruh tempat atau kedudukan dari benda tersebut. Energi potensial disebut juga dengan energi diam karena benda itu mengalami perubahan energi potensial menjadi energi gerak.

## Poros
Poros  dalam sebuah mesin berfungsi  untuk meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran.  Poros  pada  alat  uji  impak  berfungsi sebagai  tumpuan  pendulum  dan  dihubungkan dengan  dua  buah  bantalan  pada  masing-masing ujung  poros.  Pada  poros  pendulum  alat  uji  impak akan  mengalami  pembebanan  berupa  beban puntir, lentur atau gabungan keduanya.

## Beban Torsi
Torsi mengandung  arti  puntir  yang  terjadi pada  batang  lurus  apabila  dibebani  momen  yang cendrung  menghasilkan  rotasi  terhadap  sumbu longitudinal batang.
T = f 1 . 𝑥 (5)
Dimana: T  = torsi (Kg.mm) f 1 = massa (Kg) x  = jari-jari (mm)

## Bantalan Duduk (Bearing)
Bantalan  merupakan  salah  satu  bagian  dari elemen  mesin  yang  memegang  peranan  cukup penting  karena  fungsi  untuk  menumpu  sebuah poros agar poros dapat berputar tanpa mengalami gesekan  yang  berlebihan.  Bantalan  harus  cukup kuat  untuk  memungkinkan  poros  serta  elemen mesin lainnya bekerja dengan baik.

## Tegangan
Tegangan  (stress)  secara  sederhana  dapat didefinisikan  sebagai  gaya  persatuan  luas penampang.
σ = F A (6)
Dimana:
σ = tegangan (N/mm 2 ) F = gaya (N)
A = luas penampang (mm 2 )

## Regangan
Regangan (strain)  adalah  pertambahan panjang  suatu  struktur  atau  batang  akibat pembebanan.
ε = ∆L L (7)
Dimana: ε = tegangan (N/mm 2 ) ᴧ L  = pertambahan panjang (mm)
A = panjang mula-mula (mm)

## Modulus Elastisitas
Modulus  elastisitas  (modulus  of  elastic) merupakan  perbandingan  antara  tegangan  dan regagan  yang  berasal  dari  diagram  tegangan- regangan.
E = σ ε (8)
Tabel 1. Beberapa Harga Modulus Elastisitas   Dari Bahan Teknik.

## 2. Metode Penelitian
Penelitian  ini  dilaksanakan  di  laboratorium Pengujian Material
Teknologi Mekanik, laboratorium  desain  dan  kontruksi  Teknik  Mesin Unversitas Halu Oleo, Kendari.

## Alat dan Bahan
Adapun  alat  dan  bahan  yang  digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
Alat Bahan impak tipe Charpy data-data alat uji impak standard ASTM E-23 software Inventor ASTM D-6110 Bandul buku-buku pengujian lengan bandul poros, bantalan ( bearing )
tiang rangka dudukan spesim ( anvil )

## Prosedur Penelitian
Prosedur  penelitian  ini  terbagi  menjadi dua tahap, yaitu:

## 1. Metode Pengambilan Data
Metode  pengambilan  data  merupakan  cara yang  digunakan  dalam  kegiatan  penelitian  untuk mendapatkan  data  yang  valid,  sehingga  dapat dipertanggung  jawabkan  secara  akademis  dan ilmiah.

## Saktiawan, Nanang Endriatno, Al Ichlas Imran

## 2. Metode Analisa
Metode  analisa  yang  digunakan  pada penelitian ini adalah merencanakan dan menganalisa  setiap  komponen-komponen  utama alat  uji  impak  yang  meliputi  perencanaan  bandul, perencanaan poros, perencanaan lengan, perencanaan  tumpuan  ( bearing ),  perencanaan rangka  tiang  dan  perencanaan  dudukan  spesimen (anvil).

## 3. Hasil dan Pembahasan
a. Pendahuluan
Gambar 1. Pendulum
Tabel 2. Data Ukuran Pendulum.
Pada  perencanaan  alat  uji  Impact,  jarak ketinggian  jatuh  pendulum  adalah  610  ±  2  mm sesuai  dengan  ASTM  D  6110-97.  Maka  untuk mencari panjang [3].
Lp + Lpsin 50 = 610 mm
(9)
Panjang pendulum:
Lp + Lp sin 50  = 610 mm
Lp + 0,766 Lp   = 610 mm
1,766 Lp = 610 mm
Lp = 610 𝑚𝑚 1,766 =345,4 mm = 345 mm
Perencanaan  alat  uji  impack  dengan  beban pendulum sebesar 1,67 kg dengan jarak titik ayun dengan titik pemukulan adalah 0,61 m [4].
E p =m.g.h (10)
= 1,67 kg x 9,81 m/s 2 x 0,61 m = 16,3877 N x 0,61 m = 10 J
Menentukan volume total pendulum,
Volume total (Vtot) : Vtot = m/ρ (11) Vtot    = 1,67 𝑘𝑔 7850 𝑘𝑔/𝑚3 = 2,13  x 10 −4 𝑚 3 = 213 𝑚𝑚 3
Pendulum memukul spesimen maka ketinggian adalah 0, maka nilai energy potensialnya juga 0.
v = √ 2.𝐸 𝑚 (12)
v = √ 2.10 𝑗𝑜𝑢𝑙𝑒 1,67 𝑚
= 3,46 m/s
Perencanaan  alat  uji  impak  cahrpy  memiliki jarak  jatuh  pendulum  (h)  mengacu  pada  standar ASTM  D  6110-04  ditentukan  610±2  mm  dengan energi potensial.
W   = 𝐸 ℎ (13) = 10 𝐽 0,61 𝑚
= 16,393 N
Dengan didapat kecepatan impak, maka gaya sentrifugal dapat ditentukan [5].
Fs   = m x 𝑣 2 𝑟 (14) = 1,67 kg x 3,46 𝑚/𝑠 2 0,4 𝑚
= 1,67 kg x 11,972 𝑚/𝑠 0,4 𝑚
= 49,983 N
Gaya  total  yang  terjadi  pada  pendulum digunakan. Ft  = W + Fs (15) = 6,1 N + 49,983 N = 56,083 N b. Lengan
Gambar. 2 Lengan/Batang Pendulum.
Dalam menentukan titik berat sumbu X
X = 𝛴𝐴𝑋 𝛴𝐴 (16)
X = 𝐴 1 𝑋 1 +𝐴 2 𝑋 2 +𝐴 3 𝑋 3 𝐴 1 +𝐴 2 +𝐴 3
= (4.000 𝑥 20)+ (10.900 𝑥 54,5)+(4.000 𝑥 89) 4.000+10.900+4.000
X = 56,405 mm Dalam menentukan titik berat sumbu Y
Y = 𝛴𝐴𝑌 𝛴𝐴 Y = A 1 Y 1 +A 2 Y 2 +A 3 Y 3 A 1 +A 2 +A 3
= (4.000 x 22,5)+ (10.900 x 67,5)+(4.000 x 22,5) 4.000+10.900+4.000
Y = 48,452 mm
c. Poros
Gambar. 3 Poros
Untuk  menghitung  momen  torsi  yang  terjadi pada poros.
T = m t . Ȳ (17) T = (1,67 kg) x (345 mm) = 577,219 kg mm
Menentukan  besarnya  diameter  minimum poros dengan beban punter dan lentur.
Ds = 4.1 √𝑇 4 (18)
Ds = 41 √577,219 𝑘𝑔 𝑚𝑚 4 Ds = (4,1) (4,902) Ds = 20,096 mm Maka dipilih Ds = 25,4 mm
Momen inersia pada poros digunakan.
I = 1 64 π x d 4 (19) = 1 64 3,14 x (25 mm) 4
= 1.226.563
64
= 19.165 kg mm
Momen  puntir  yang  terjadi  pada  poros menggunakan. Mp = F x R (20) = 56,083 N x 12,5 mm = 56,083 N x 0,0125 m = 0,701 Nm
Maka untuk menentukan defliksi yang terjadi digunakan [6].
Δ = p x L 3
48 x E x I (21)
= 1,67 kg x (300 mm) 3
48 x 200 Gpa x 19.165 kg mm
= 45.090.000 kg mm 3
183.984.000 kg mm
= 0,245 mm 2
Gambar 4 Momen Gaya pada Poros. d. Bantalan
Gambar 5 Bantalan
Bantalan dilakukan perhitungan beban dengan menghitung putaran  poros [7].
n = 𝑉 𝜋 𝐷 (22)
n =
3,46 𝑚/𝑠
(3,14 𝑟𝑎𝑑/𝑠)(0,0254 𝑚)
= 43,38 rps
= 2602 rpm
Saktiawan, Nanang Endriatno, Al Ichlas Imran
e. Dudukan spesimen
Untuk  menentukan  luas  penampang  dudukan spesimen.
A = 𝐹 𝜎 𝔞 (23)
Tegangan ijin ( σ 𝔞 )
𝜎 𝑎 = 𝜎 𝑦 𝑆𝑓
Sf = (beban kejut 3-5)
= 240 5 = 48 Mpa A = 57,902 𝑁 48 𝑀𝑝𝑎
= 1,206 mm 2
Spesimen  dapat  diletakan  pada  dudukan spesimen dengan baik maka tebal plat (t) dudukan spesimen di buat 8 mm. Maka lebar pelat (L) yang diperlukan.
L = 𝐴 𝑡 (24) = 1,206 𝑚𝑚 2 8 𝑚𝑚 = 0,151 mm
f. Kerangka  tegak pelat base
Gambar. 6 Rangka
Rangka tiang tegak ini terdiri dari dua batang dan  gaya  tangesial  terjadi  pada  jarak  181  mm, maka gaya tengesial yang bekerja dibagi dua.
F A = 𝐹 𝑡 2 (25) = 57,902 𝑁 2
= 28,951 N
Untuk menentukan momen bending M  = (F) (x) (26) = (11,6 N) (181 mm) = 5240,1 Nmm
Modulus  penampang  (S)  yang  diperlukan untuk rangka tiang tegak [8].
S = 𝐼 𝑌 = 𝑀 𝜎 𝔞 (27)
S = 5240,1 𝑁𝑚𝑚 48 𝑀𝑝𝑎
= 109,169 mm 3 g. Indikator

## Gambar 7 Indikator
4. Kesimpulan
Adapun  kesimpulan  dalam  penelitian  ini adalah
Alat  uji  impact  ini  menggunakan  pendulum dari bahan baja ST 37 dengan panjang pendulum = 0,345 mm, volume = 213 mm 3 , massa = 1,67 kg.
Pada  perencanaan  poros,  digunakan  baja  St 37  dengan  hasil  perhitunggan  perencanaan didapat  diameter  porosnya  =  25,4  mm,  sedangan momen torsi yang diperoleh = 577,219 kg mm.
Dalam  perencanaan  alat  uji  impact  tipe charpy  ini,  rangka  mengunakan  baja  profil  C dengan ukuran 125 x 65, material ini dipilih karena lebar  melebih  lebar  dudukan  bearing,  sedangkan untuk gaya tangesial = 28,951 N, momen bending =  5240,1  N  mm,  modulus  penampang  =  109,169 mm 3 .
Perencanaan  dudukan  spesimen  ini  harus melebih  lebar  spesimen  itu  sendiri  agar  spesimen bias diletakan dengan baik, ada pun tengangan ijin pada pencanaan alat uji impack ini = 1,206 mm 2 .
Perencanaan  alat  uji  impak  untuk  alat  ini sebesar  10  J  dapat  digunakan  untuk  menguji material  plastik  yang  memiliki  energi  impak dibawah 10 J, dengan ketinggian 610 ± 2 mm dan panjang  pendulum  yang  digunakan  400  atau  0,4 m.

## 5. Saran
Disarankan  agar  bahan  yang  digunakan  harus sesuai  dengan  kebutuhan  dan  sesuai  dengan
standar.  Dalam  penelitian  selanjunya  diharapkan menambahkan  pengereman  untuk  pergerakan pendulum untuk meningkatkan factor safety.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]   F.  Hardiana,  H.  Budiman  and  Y.  Samantha, "PERANCANGAN  ALAT  UJI  IMPAK  METODE CHARPY DAN IZOD," 2015.
[2]   Y.  Handoyo,  "PERANCANGAN  ALAT  UJI IMPAK  METODE  CHARPY  KAPASITAS  100 JOULE," pp. 45-53, 2013.
[3]   M.  Wawandaru,  "PERANCANGAN  ALAT  UJI IMPAK  CHARPY  UNTUK  MATERIAL  PLASTIK DENGAN TAKIK," Zona Mesin, vol. 8, pp. 41- 48, 2017.
[4]   D.  FISIKA  TEKNIK,  Jakarta:  PT  Asdi Mahasatya, 1997.
[5]   A.  Suntoro,  "PENENTUAN  JARAK  MINIMUM ANTAR  CARRIER  YANG  BERURUTAN  DI LINTASAN GERAK PADA IRADIATOR GAMMA IR-200  K," Jurnal  Perangkat  Nuklir, vol.  08, 2014.
[6]   H. Prasetyo and I. M. Kastiawan, "RANCANG BANGUN  MESIN  UJI  IMPACT  METODE CHARPY  UNTUK  PENGUJIAN  MATERIAL KOMPOSIT POLIMER SERAT ALAM (NATURAL FIBER)," Publikasi  Online  Mahasiswa  Teknik Mesin, vol. 3, 2020.
[7]   S.  and  K.  Suga,  DASAR  PERENCANAAN  DAN PEMILIHAN  ELEMEN  MESIN,  Jakarta:  Pradia Paramita, 1997.
[8]   A.  M.  Zainuri,  Kekuatan  Bahan,  Yogyakarta: Andi, 2018.