Abstrak—Connecting  rod  saat  ini  dimanufaktur  melalui  tiga metode  yaitu  forging,  powder  metallurgy,  dan  casting.  Secara ekonomi,  proses  casting  merupakan  yang  paling  murah dibanding  metode  lain.  Pada  proses  melakukan  casting seringkali  menggunakan  trial  and  error  untuk  mendapatkan parameter casting yang dapat menghasilkan produk yang baik. Maka  saat  ini  mulai  digunakanlah  simulasi  numerik  untuk menekan biaya produksi. Sudah banyak perangkat lunak yang diciptakan  untuk  menyimulasikan  proses  casting,  namun banyak juga biaya yang dibutuhkan untuk membeli perangkat lunak  tersebut.  Maka  dari  itu  perlu  dilakukan  penelitian mengenai  simulasi  numerik  casting  menggunakan  perangkat lunak  numerik  umum  yaitu  ANSYS  Workbench.  ANSYS Workbench  menyediakan  berbagai  fitur  analisis  sehingga sebuah  perangkat  hanya  perlu  menggunakan  satu  perangkat lunak  untuk  berbagai  kebutuhan.  Salah  satu  di  dalamnya adalah  ANSYS  Fluent  yang  berguna  menganalisis  perilaku suatu fluida. Seperti diketahui proses pengisian cetakan harus menghindari  aliran  turbulen  agar  didapat  produk  cor  yang baik.  Parameter  yang  diamati  pada  penelitian  ini  adalah pouring  temperature  dan  tinggi  sprue  cetakan  terhadap  sifat logam  cair  di dalam  cetakan pada pengecoran  connecting  rod. Variasi tinggi sprue yang digunakan adalah 20 mm, 60 mm, dan 100  mm.  Sedangkan  untuk  variasi  temperatur  penuangan adalah  715℃,  740℃,  dan  765℃.  Untuk  material  yang digunakan  untuk  connecting  rod  adalah  aluminium  7075. Langkah-langkah  penelitian  ini  dimulai  dari  desain  model connecting rod dan gating system, kemudian melakukan simulasi dan  analisis  hasil.  Berdasarkan  simulasi  ini,  model  yang memiliki  intensitas  turbulensi  terkecil  adalah  tinggi  sprue  20 mm  dengan  temperatur  penuangan  740 o C  dan  765 o C.  Untuk fraksi  volume  logam  terbesar  yang  masuk  ke  dalam  rongga cetak terjadi pada model tinggi sprue 20 mm dengan temperatur penuangan  740 o C.  Dengan  mempertimbangkan  dua  variabel tersebut, maka model  pengecoran  connecting rod untuk  mesin motor 150 cc yang paling baik adalah menggunakan tinggi sprue 20 mm dengan temperatur penuangan 740 o C.
Kata Kunci—ANSYS, Pengecoran, Simulasi.

## I. PENDAHULUAN
ONNECTING rod merupakan  komponen  mesin pembakaran  dalam.  Proses  pembuatan connecting rod bermacam-macam.  Rujukan  menjelaskan  proses  pembuatan connecting rod meliputi forging , powder metallurgy ,  dan pengecoran [1]. Metode pengecoran digunakan karena biaya manufaktur  yang  paling  rendah,  namun  sifat  mekaniknya yang  dihasilkan  juga  rendah. Connecting rod dengan  cara dicor  hanya  digunakan  untuk  mesin  berkekuatan  rendah
seperti  sepeda  motor.  Rujukan  menjelaskan  produk  dengan jumlah lebi  h dari 100 unit, biaya yang paling rendah adalah menggunakan permanent mold casting [2].  Dimensi connecting rod perlu  untuk  diperhitungkan  secara  teoritis agar  dalam  pengaplikasiannya  sesuai  dengan  kondisi  yang terdapat  dalam  mesin  pembakaran  dalam.  Rujukan melakukan perbandingan antara perhitungan teoritis dengan connecting rod yang  sebenarnya  [3].  Didapatkan  hasil perhitungan  teoritis  mampu  mendekati  dimensi  benda sebenarnya.
Untuk  pembuatan  cetakan connecting rod ,  bentuk  yang biasanya  dipakai  adalah  dalam  satu  cetakan  berisi  8 connecting rod [4].  Perbandingan  proses  manufaktur connecting rod dari segi biaya telah dilakukan penelitian oleh A.  B.  Sidhpara  et.al  (2013)  [5].  Didapatkan  hasil  bahwa proses  produksi  pengecoran connecting rod membutuhkan biaya lebih rendah dibandingkan proses forging . Bahan yang digunakan  untuk connecting rod pada  umumnya  adalah forged steel dan  aluminium  7075.  Rujukan  melakukan simulasi  sifat  mekanik  dari  kedua  bahan  tersebut  [6]. Keuntungan yang didapat dari penggunaan bahan aluminium 7075  untuk connecting rod adalah  beratnya  menjadi  3  kali lebih rendah dibanding forged steel . Berat yang lebih rendah ini berguna untuk meningkatkan kecepatan rotasi per menit (rpm). Dalam proses pengisian cetakan pengecoran, hal yang perlu dipelajari adalah fluiditas. Fluiditas adalah kemampuan logam  cair  mengalir  mencapai  jarak  tertentu.  Rujukan melakukan  penelitian  mengenai  fluiditas  ini  menggunakan simulasi komputer [7]. Hasil yang didapat adalah temperatur penuangan tinggi dapat meningkatkan fluiditas dan kecepatan

## Simulasi Aliran pada Proses Pengecoran

## Connecting Rod Berbahan Aluminium 7075 untuk Mesin Motor 150 cc dengan Variasi Tinggi Sprue Cetakan dan Temperatur Penuangan Menggunakan Metode Elemen Hingga
Farid Miftahul Anwar, Mas Irfan Purbawanto Hidayat, dan Mavindra Ramadhani Departemen Teknik Material dan Metalurgi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : irfan@mat-eng.its.ac.id
C
Gambar 1. Model 3 dimensi connecting rod mesin motor 150 cc.
aliran,  namun  temperatur  penuangan  tinggi  menyebabkan kemungkinan terjadi cacat permukaan semakin besar.
Dalam  pengecoran  yang  perlu  diperhatikan  lagi  adalah gating system . Gating system adalah  saluran  logam  cair sebelum  masuk  ke  cetakan  produk.  Secara  umum  terdapat tiga jenis gating system yaitu top , bottom , dan parting gating system .  Rujukan  telah  melakukan  eksperimen  pengecoran untuk  membandingkan  ketiga  jenis gating system tersebut. Hasil yang didapat adalah persentase porositas terkecil adalah dengan  model parting line gating system [8]. Top gating system memiliki  ketinggian  jatuh  logam  cair  paling  besar sehingga  menyebabkan  aliran  turbulensi.  Aliran  turbulensi menyebabkan  terperangkapnya  udara  di  dalam  rongga cetakan. Selain itu ketinggian yang besar menyebabkan erosi pada  cetakan. Bottom gating system tidak  menyebabkan aliran  turbulen  karena  aliran  masuk  melalui  bawah  rongga cetakan,  namun  menyebabkan  erosi  pada  bagian  bawah cetakan.  Bahan  lain  yang  sering  digunakan  juga  untuk connecting rod adalah  aluminium  A360.  Rujukan  telah menyimulasikan sifat mekanik dari connecting rod berbahan aluminium 7075 [9]. Dari analisis sifat mekanik disimpulkan bahwa  aluminium  7075  mampu  digunakan  untuk  material connecting rod kendaraan roda dua sebagai alternatif material selain  yang  sudah  ada  yaitu  A360.  Proses  simulasi pengecoran  dapat  menggunakan  berbagai  perangkat  lunak yang  sudah  ada.  Rujukan  telah  melakukan  simulasi pengecoran  menggunakan  perangkat  lunak  umum  yaitu ANSYS Fluent [10].  Hasil  yang  didapatkan  adalah  simulasi untuk  aliran  logam  cair  dapat  dilakukan  menggunakan perangkat lunak ANSYS Fluent . Dalam ANSYS Fluent model  yang  digunakan  untuk simulasi  pengecoran  adalah  model  multifasa,  model  energi,
dan  model  turbulensi.  Model  yang  digunakan  untuk turbulensi dalam pengecoran adalah RNG k-epsilon, karena aliran di runner sering mengalami turbulensi [11]. Kemudian untuk bahan cetakan pengecoran yang paling baik digunakan untuk  cetakan  permanen  aluminium  adalah  baja  perkakas H13 [12]. Berdasarkan teori, tinggi sprue merupakan dimensi yang pertama kali ditentukan dalam pembuatan gating system [13].  Dalam  penentuan  tinggi sprue tidak  ada  persamaan khusus, namun menggunakan pengalaman pelaku pengecoran. Maka dari itu, dalam simulasi ini digunakanlah tinggi sprue sebagai variabel. Rujukan melakukan penelitian yang berjudul pengaruh tinggi sprue terhadap sifat mekanik besi cor berdinding  tipis ( thin wall ductile iron ) [14]. Hasil dari penelitian tersebut menunjukkan adanya tren penurunan kekerasan  dan  kekuatan  tarik  seiring  bertambahnya  tinggi sprue . Aliran yang jatuh dari jarak besar akan memiliki energi kinetik yang lebih besar dibanding yang jatuh dari jarak yang lebih  kecil.  Energi  kinetik  besar  dapat  menimbulkan  aliran turbulen.  Energi  turbulen  besar  bisa  menyebabkan  erosi cetakan  dan  terperangkapnya  udara  di  dalam  benda  cor. Namun  di  samping  itu,  kecepatan  aliran  yang  kecil  dapat menyebabkan cacat cold shut .
Temperatur penuangan tidak bisa didapatkan secara pasti. Temperatur  penuangan  yang  terlalu  mendekati  titik  beku akan menyebabkan pendinginan, sedangkan temperatur yang terlalu  tinggi  menyebabkan  kerusakan  pada  cetakan  cor. Rujukan  menjelaskan  temperatur  penuangan  penting dipelajari  karena  apabila  temperatur  penuangan  terlalu
Tabel 1. Dimensi model connecting rod mesin motor 150 cc
No. Bagian Nilai 1 t (I- section ) 4 mm 2 Panjang connecting rod 130,275 mm 3 Diameter dalam big end 37,03 mm 4 Diameter luar big end 45,697 mm 5 Ketebalan big end 31,157 mm 6 Diameter dalam small end 18,75 mm 7 Diameter luar small end 24,75 mm 8 Ketebalan small end 30 mm 9 Lebar 16 mm 10 Tinggi pada bagian tengah 20 mm 11 Tinggi pada small end 15 mm 12 Tinggi pada big end
22 mm Gambar 2. Gambar teknik connecting rod mesin motor 150 cc.
Gambar 3. Model 3 dimensi benda cor dengan tinggi sprue (a) 20 mm (b) 60 mm (c) 100 mm.
rendah,  cetakan  tidak  terisi  penuh  disebabkan  logam  akan membeku  terlebih  dahulu  pada ingate [15].  Dan  apabila temperatur penuangan terlalu tinggi menyebabkan penyusutan  dan  akurasi  dimensi  yang  rendah.  Temperatur penuangan paduan aluminium biasanya berkisar antara 675- 790 o C.  Dalam  penelitian  tersebut  d    idapat  kekuatan  tarik semakin menurun seiring peningkatan temperatur penuangan. Menurut  penelitian  lain  peningkatan  temperatur  penuangan dapat  meningkatkan  jumlah  udara  yang  terperangkap  di dalam  logam  cair  [16].  Udara  yang  tidak  bisa  keluar  dari logam  cair  akan  terperangkap  ketika  logam  membeku sehingga  menyebabkan  porositas.  Porositas  ini  dapat menyebabkan menurunnya sifat-sifat mekanik produk cor.

## II. METODE PENELITIAN
A. Desain Connecting Rod dan Gating System
Sesuai perhitungan didapat dimensi model connecting rod untuk  mesin  motor  150  cc.  Model connecting rod dibuat menggunakan perangkat lunak Autodesk
Inventor Professional 2016. Nilai dimensi ditabulasikan dalam Tabel 1. Untuk gambar teknik dan gambar model 3 dimensi secara berurutan  ditampilkan  dalam  Gambar  1  dan  Gambar  2. Perhitungan dimensi connecting rod terdapat pada lampiran. Dimensi gating system berupa  ukuran sprue , pouring basin , sprue base well , choke area, runner , ingate , dan riser . Gating system dibuat  menggunakan Autodesk Inventor Professional 2016.  Pada  Gambar  3  ditampilkan  gambar  3 dimensi gating system. Besar  ukuran gating system berdasarkan tinggi sprue ditabulasikan pada Tabel 2. Contoh perhitungan gating system terdapat pada lampiran.
B. Proses Meshing
Proses  simulasi  selalu  diawali  dengan meshing . Meshing ini terdiri dari kumpulan elemen-elemen dengan bentuk yang bervariasi  seperti  tetrahedral  atau  balok.  Tiga  jenis  cetakan dengan masing-masing tinggi sprue yang telah dibuat dengan Autodesk  Inventor  Professional 2016  dilakukan  proses meshing menggunakan ANSYS  Fluent 16.0.  Pengaturan meshing yang digunakan adalah relevance bernilai nol. Hasil meshing ditunjukkan pada Gambar 4.

## C. Sifat Material Cor dan Cetakan
Sebelum melakukan simulasi perlu memasukkan sifat-sifat material cor dan cetakan. Sifat-sifat ini didapat menggunakan perangkat  lunak  simulasi  sifat  material  yaitu JMatPro 7.0. Sifat  material  didap    atkan  dengan  cara  memasukkan komposisi  masing-masing  unsur  dari  material  cor  dan cetakan.  Sifat-sifat  material  tersebut  ditabulasikan  dalam Tabel 3.

## D. Variabel dan Proses Simulasi
Simulasi  adalah  proses  penyelesaian  hasil  dari  model  3 dimensi  yang  telah  dilakukan meshing .  Parameter  yang
Tabel 2. Dimensi gating system untuk masing-masing tinggi sprue Tinggi sprue Gating system Dimensi 20 mm Kedalaman sprue base well 29,853 mm Diameter sprue base well 38,009 mm Panjang runner extension 30,408 mm Lebar runner 15,204 mm Tinggi runner 5 mm Lebar ingate 15 mm Tinggi ingate 5 mm Panjang runner 64,412 mm Diameter choke 16,998 mm Diameter atas sprue 19.323 mm 60 mm Kedalaman sprue base well 22,683 mm Diameter sprue base well 28,881 mm Panjang runner extension 23,105 mm Lebar runner 11,552 mm Tinggi runner 5 mm Lebar ingate 15 mm Tinggi ingate 5 mm Panjang runner 52,545 mm Diameter choke 12,916 mm Diameter atas sprue 17,847 mm 100 mm Kedalaman sprue base well 19,964 mm Diameter sprue base well 25,418 mm Panjang runner extension 20,335 mm Lebar runner 10,167 mm Tinggi runner 5 mm Lebar ingate 15 mm Tinggi ingate 5 mm Panjang runner 48,044 mm Diameter choke 11,367 mm Diameter atas sprue 17,798 mm (a) (b) (c)
Gambar 4. Hasil proses meshing model (a) 20 mm (b) 60 mm (c) 100 mm.
digunakan dalam proses simulasi ditabulasikan dalam Tabel 4.
Dalam penelitian ini digunakan dua jenis variasi variabel yaitu tinggi sprue dan temperatur penuangan. Variasi tinggi sprue yang digunakan adalah 20 mm, 60 mm, dan 100 mm. Sedangkan  variasi  temperatur  penuangan  yang  digunakan adalah  715 o C,  740 o C,  dan  765 o C.  Maka  akan  terdapat  9 kombinasi variabel seperti pada Tabel 5.
Dari  variabel-variabel  tersebut  dilakukan  simulasi menggunakan perangkat lunak ANSYS Fluent 16.0. Simulasi dilakukan pada setiap 0,01 detik dengan pengulangan 20 kali dan dilakukan selama 2 detik. Sifat yang dianalisis mengenai aliran  pengecoran  ini  adalah  intensitas  turbulensi,  fraksi volume logam cair, dan distribusi temperatur.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Pengaruh  Tinggi  Sprue  dan  Temperatur  Penuangan terhadap Intensitas Turbulensi
Gambar  5  digunakan  untuk  memudahkan  dalam membandingkan hasil intensitas turbulensi antar model. Pada gambar  tersebut  menunjukkan  semakin  besar  tinggi sprue , semakin besar pula intensitas turbulensi yang terjadi. Hal ini terjadi karena semakin besar tinggi sprue maka semakin besar pula energi potensial yang tersedia, menyebabkan kecepatan aliran yang dihasilkan semakin besar. Kecepatan aliran besar menyebabkan  fluktuasi  kecepatan  semakin  besar  sehingga intensitas turbulensi juga meningkat, sesuai dengan
Persamaan  1  bahwa  intensitas  turbulensi  sebanding  dengan fluktuasi kecepatan aliran.
𝐼 = √𝑢 ′ 𝑢 (1)
Dengan 𝑢 𝑟2 =   ( 1 𝑇 ∫ 𝑢 𝑟2 𝑑𝑡 𝑡 0 +𝑇 𝑡 0 ) 1/2 dan U  adalah  rata-rata kecepatan.  Sehingga  intensitas  turbulensi  bergantung  pada fluktuasi  kecepatan  dan  rata-ratanya.  Berdasarkan  grafik pada  Gambar  5,  variabel  yang  menghasilkan  intensitas turbulensi  terkecil  adalah  tinggi sprue 20  mm  dengan temperatur penuangan 740 o C dan 765 o C.
Pengaruh  temperatur  terhadap  intensitas  turbulensi  pada simulasi ini menghasilkan pola yang bervariasi. Bertambahnya  temperatur  menyebabkan  bertambah  pula energi  kinetik  molekul.  Peningkatan  energi  kinetik menyebabkan peningkatan kecepatan. Dalam Persamaan 4.1 di  atas,  disebutkan  bahwa  intensitas  turbulensi  dipengaruhi oleh fluktuasi kecepatan dan rata-rata kecepatan. Perubahan kecepatan yang terjadi menyebabkan perubahan dua variabel tersebut. Sehingga tidak dapat ditinjau dari satu variabel saja. Sifat  aliran  bisa  juga  ditentukan  dari  tegangan  geser  yang terjadi.  Berdasarkan  Persamaan  2  berikut  ini,  sifat  aliran mempengaruhi tegangan geser yang terjadi.
𝜏 =  𝜇 𝑑𝑢 𝑑𝑦 −  𝜌𝑢 ′ 𝑣 ′ = 𝜏 𝑙𝑎𝑚 + 𝜏 𝑡𝑢𝑟𝑏 (2)
Dari Persamaan 2 dapat dilihat bahwa tegangan geser yang terjadi  pada  aliran  turbulen  lebih  besar  daripada  aliran laminar.  Pada  simulasi  ini  telah  dimodelkan  bahwa  aliran yang terjadi adalah turbulen. Terlihat dari Persamaan 2 bahwa tegangan  geser  di  dalam  aliran  turbulen  tidak  semata-mata sebanding  dengan  gradien  dari  kecepatan  rata-rata  menurut waktu.  Tetapi  tegangan  geser  tersebut  juga  mengandung kontribusi dari fluktuasi acak komponen-komponen x dan y
Tabel 3.
Sifat-sifat material cor dan cetakan
No. Material Sifat Nilai 1 Aluminium Massa jenis 2470 kg/m 3 2 Massa molekul 26,982 kg/kmol 3 Entalpi standar -978300 J/kmol 4 Panas jenis 1170 J/kg.K 5 Konduktivitas panas 87,45 W/m.K 6 Viskositas 0,0013 kg/m.s 7 Udara Viskositas 1,789.10 -5 kg/m.s 8 Massa molekul 28,996 kg/kmol 9 Massa jenis 1,225 kg/m 3 10 Panas jenis 1006,43 J/kg.K 11 Konduktivitas panas 0,0242 W/m.K 12 Tool steel H13 Massa jenis 7760 kg/m3 13 Panas jenis 450 J/kg.K 14 Konduktivitas panas 18,21W/m.K Tabel 4. Nilai parameter yang digunakan dalam simulasi No. Parameter Nilai 1 Percepatan gravitasi 9,8 m/s 2 2 Tekanan operasi 101325 Pa 3 Temperatur operasi 298,15 K 4 Temperatur dinding 298,15 K 5 Tegangan permukaan aluminium 1,031 n/m
Tabel 5.
Kombinasi variabel
715 O C 740 o C 765 o C 20 mm 20 mm, 715 o C 20 mm, 740 o C 20 mm, 765 o C 60 mm 60 mm, 715 o C 60 mm, 740 o C 60 mm, 765 o C 100 mm 100 mm, 715 o C 100 mm, 740 o C 100 mm, 765 o C 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 20 mm 60 mm 100 mm In te n si ta s tu rb u le n si (% ) Tinggi sprue 715°C 740°C 765°C Gambar 5. Grafik Perbandingan Intensitas Turbulensi. 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 20 mm 60 mm 100 mm F ra k si V o lu m e L o g am Tinggi sprue 715°C 740°C 765°C
Gambar 6. Grafik perbandingan fraksi volume logam.
dari kecepatan.
B. Pengaruh  Tinggi  Sprue  dan  Temperatur  Penuangan terhadap Fraksi Volume Logam
Fraksi  volume  dapat  digunakan  untuk  memperkirakan adanya udara yang terjebak dalam logam cair. Fraksi volume bernilai maksimum 1, sehingga apabila fraksi volume logam berjumlah  0,9  maka  diperkirakan  terdapat  0,1  udara  yang terperangkap.  Pada  penelitian  ini,  hanya  bagian  yang mempunyai  fraksi  volume  logam  cair  yang  terendah  untuk membandingkan antar variabel. Grafik pada Gambar 6 dibuat untuk memudahkan perbandingan.
Dari Gambar 6, Fraksi volume logam cenderung menurun seiring  dengan  bertambahnya  tinggi sprue .  Bertambahnya tinggi sprue menyebabkan  meningkatnya  aliran  kecepatan logam. Kecepatan aliran yang tinggi berakibat meningkatnya intensitas  turbulensi.  Intensitas  turbulensi  tinggi  bisa membentuk  ruang  udara  di  dalam  logam  cair.  Pada  tinggi sprue 60  mm, peningkatan temperatur  penuangan menyebabkan  penurunan  fraksi  volume  logam  yang  terisi dalam  cetakan.  Hal  ini  terjadi  karena  peningkatan  energi kinetik. Energi kinetik tinggi menyebabkan kecepatan aliran meningkat,  sehingga  intensitas  turbulensi  juga  meningkat. Intensitas turbulensi  tinggi dapat  menimbulkan ruang udara dalam  logam  cair.  Pada  tinggi sprue 20  mm fraksi  volume menurun  ketika  dari  temperatur  740 o C    ke  765 o C  dan meningkat  dari  temperatur  715 0 C  ke  740 o C  dan  765 o C. Selain  menimbulkan  ruang  udara  pada  aliran  kecepatan tinggi, namun bisa juga menyebabkan rongga cetakan lebih cepat  terisi  sehingga  tidak  memberikan  waktu  yang  cukup untuk udara memasuki rongga cetakan.
Pada  tinggi sprue 100  mm,  terdapat  daerah  yang sepenuhnya  terisi  udara  dan  terjadi  pada  ketiga  variabel temperatur.  Hal  ini  terjadi  karena  tinggi sprue yang  besar dapat menyebabkan kecepatan aliran yang tinggi. Intensitas turbulensi  pada  tinggi sprue 100  mm  adalah  yang  paling besar, sehingga kemungkinan timbulnya ruang udara dalam cairan  semakin  besar.  Menurut  (Das,  et  al.  2019),  fraksi volume  udara  minium  yang  dapat  menyebabkan  cacat pengecoran  adalah  0,5.  Maka  variabel  hasil  simulasi pengecoran  yang  terhindar  dari  cacat  akibat  udara  yang terjebak  dalam  cetakan  adalah  tinggi sprue 20  mm  dengan temperatur penuangan 715 o C,  740 o C, dan 765 o C.  Perangkat lunak ANSYS Fluent menghitung fraksi volume berdasarkan Persamaan 3.
1 𝜌 𝑞 [ 𝜕 𝜕 𝑡 (𝑎 𝑞 𝜌 𝑞 ) + ∇(𝑎 𝑞 𝜌 𝑞 𝑣 𝑞 )] = 𝑆 𝑎𝑞 + ∑ (𝑚 𝑝𝑞 − 𝑚 𝑞𝑝 ) 𝑛 𝑝=1 (3)
Dimana fraksi volume ditunjukkan simbol  , massa jenis  , dan kecepatan v. Secara umum ruas kanan bernilai nol karena tidak  memodelkan  transfer  massa.  Karena  nilai  dari  massa jenis  adalah  konstan  maka  yang  berpengaruh  terhadap perubahan  fraksi  volume  adalah  kecepatan  aliran.  Dalam persamaan  momentum  untuk  multifasa  terdapat  hubungan antara kecepatan dengan temperatur yaitu pada Persamaan 4 berikut ini.
𝜕 𝜕𝑡 (𝑝𝑣) + ∇(𝜌𝑣 2 ) = −∇𝑝 + ∇[𝜇(∇𝑣 + ∇𝑣 𝑇 )] + 𝜌𝑔 + 𝐹 (4) Di  samping  itu,  peningkatan  temperatur  mampu meningkatkan  kelarutan  aluminium  terhadap  hidrogen. Menurut  (Tiryakioglu  2020)  hidrogen  terserap  ke  dalam aluminium  cair  karena  adanya  dekomposisi  uap  air  dan oksidasi aluminium sesuai Persamaan reaksi 5 2𝐻 2 𝑂 → 2𝐻 2 + 𝑂 2 3𝐻 2 𝑂 + 2𝐴𝑙 → 𝐴𝑙 2 𝑂 3 + 3𝐻 2 (5) Kelarutan  adalah  jumlah  maksimum  zat  yang  dapat dilarutkan  di  dalam  pelarut  pada  temperatur  tertentu. Kelarutan hidrogen di dalam aluminium cair dapat dihitung menggunakan Persamaan 6 berikut.
𝑆 𝑒𝑞[𝐻] = 𝑆 𝑜[𝐻] . √𝑃. 𝑒 − ∆𝐻 𝑅𝑇 (6) Dimana  P  adalah  tekanan,  T  adalah  temperatur  absolut, adalah  konstanta  kelarutan, adalah  entalpi pembentukan larutan hidrogen, dan R adalah konstanta gas. Dapat  dilihat  pada  persamaan  tersebut  bahwa  apabila temperatur mengalami kenaikan maka  entalpi pembentukan larutan  hidrogen  pada  temperatur  tersebut  semakin  besar. Entalpi  pembentukan  larutan  hidrogen  semakin  tinggi menyebabkan  kelarutan  hidrogen  dalam  aluminium  juga meningkat.

## C. Pola  Temperatur  pada  Daerah  Fraksi  Volume  Logam Terendah
Secara  umum,  pola  distribusi  temperatur  adalah inlet memiliki  temperatur  paling  tinggi  kemudian  berangsur menurun  menuju  daerah outlet .  Hal  ini  terjadi  karena  pada inlet seolah-olah logam cair terus masuk dengan temperatur awal yang sudah ditetapkan. Pada daerah outlet lebih dingin karena  telah  terjadi  karena  panas  dari  logam  ada  yang berpindah  pada  dinding  cetakan.  Temperatur  dalam  logam cair  berhubungan  dengan  kelarutan  logam  terhadap  udara. Pada  persamaan  4  telah  disebutkan  bahwa  kelarutan berbanding  lurus  dengan  temperatur.  Semakin  tinggi temperatur  maka  semakin  tinggi  pula  kelarutan  logam terhadap  udara.  Untuk  melihat  bagaimana  hubungan kelarutan  dengan  temperatur  maka  dibuatlah  pengamatan antara fraksi volume udara di dalam aluminium cair dengan temperatur  pada  daerah  tersebut.  Pada  Gambar  7  berikut terlihat bahwa fraksi volume logam terkecil yaitu 0, memiliki temperatur  paling  tinggi  daripada  lainnya  yaitu  antara 553,874  K  sampai  895,505  K.  Sedangkan  fraksi  volume logam  lebih  dari  0  memiliki  temperatur  antara  372,56  K sampai  558,691  K.  Untuk  memudahkan  pengamatan dibuatlah grafik pada Gambar 7 berikut.
Pada  Gambar  7  tersebut,  tinggi sprue 100  mm  memiliki temperatur  tertinggi  dan  menyebabkan  fraksi  volume aluminium  cair  terkecil  yaitu  0.  Hal  ini  terjadi  juga  pada model  tinggi sprue 20  mm  dengan  temperatur  penuangan 740 o C.  Fraksi  volume  udara  minimum  yang  menyebabkan
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 20 mm 60 mm 100 mm T em p er at u r (K ) Tinggi sprue 715°C 740°C 765°C
Gambar  7.  Grafik  perbandingan  nilai  temperatur  pada  daerah  fraksi volume logam terkecil.
cacat adalah 0,5. Fraksi volume udara yang aman terjadi pada tinggi sprue 20 mm dengan temperatur penuangan 715 o C dan 765 o C.  Dapat  dilihat  bahwa  model  tinggi sprue 20  mm dengan  temperatur  penuangan  765 o C  memiliki  temperatur paling rendah. Pada tinggi sprue 60 mm terjadi peningkatan kelarutan  udara  seiring  dengan  meningkatnya  temperatur penuangan.  Hal  ini  ditunjukkan  dari  nilai  fraksi  volume aluminium  cair  yang  menurun  seiring  bertambahnya temperatur  penuangan.  Nilai  fraksi  volume  aluminium  cair yaitu  0,48,  0,28,  dan  0,14.  Dari  hasil  tersebut  dapat disimpulkan  bahwa  peningkatan  temperatur  dalam  logam mampu meningkatkan kelarutan logam terhadap udara.

## IV. KESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  di  atas  dapat  diambil  beberapa kesimpulan  sebagai  berikut:  (1)Tinggi sprue mempunyai pengaruh terhadap intensitas turbulensi. Semakin besar tinggi sprue maka  semakin  besar  kecepatan  aliran  logam  cair, dengan  demikian  semakin  besar  pula  intensitas  turbulensi yang  terjadi;  (2)Tinggi sprue juga  berpengaruh  terhadap fraksi  volume  udara  maksimum  yang  terperangkap  dalam logam.  Semakin  besar  tinggi sprue maka  semakin  besar kecepatan  aliran  logam,  sehingga  intensitas  turbulensi  juga meningkat.  Hal  ini  menyebabkan  adanya  udara  yang terperangkap  dalam  logam  cair;  (3)Temperatur  penuangan mempunyai  pengaruh  yang  bervariasi  terhadap  intensitas turbulensi.  Variasi  ini  terjadi  karena  intensitas  turbulensi dipengaruhi  oleh  dua  hal  yaitu  rata-rata  kecepatan  dan fluktuasi kecepatan. Fluktuasi kecepatan ini sangat bervariasi dan  merupakan  variabel  berdasarkan  waktu;  (4)Temperatur penuangan  berpengaruh  terhadap  fraksi  volume  udara  yang masuk  ke  aliran  logam.  Semakin  tinggi  temperatur penuangan,  maka  semakin  besar  fraksi  volume  udara  yang masuk  karena  kelarutan  logam  terhadap  udara  meningkat. Hal  ini  dapat  diamati  dari  pola  distribusi  temperatur  pada daerah yang memiliki fraksi volume udara terbesar. Di mana fraksi  volume  udara  besar  memiliki  temperatur  besar  pada daerah  tersebut;  (5)Berdasarkan  simulasi  ini,  model  yang memiliki intensitas turbulensi terkecil adalah tinggi sprue 20 mm dengan temperatur penuangan 740 0 C dan 765 0 C. Untuk fraksi volume  logam  terbesar  yang  masuk ke  dalam rongga cetak  terjadi  pada  model  tinggi sprue 20  mm  dengan temperatur  penuangan  740 0 C.  Dengan  mempertimbangkan dua  variabel  tersebut,  maka  model  pengecoran connecting
rod untuk  mesin  motor  150  cc  yang  paling  baik  adalah menggunakan  tinggi sprue 20  mm  dengan  temperatur penuangan 740 0 C.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  M.  Plancak et  al. ,  “A  Review  of  the  Possibilities  to  Fabricate Connecting Rods,” Ann. Fac. Eng. Hunedoara , vol. 11, no. 2, p. 167, 2013.
[2]  W. D. Callister, Materials science and engineering : an introduction , 7th ed. New York: John Wiley & Sons, 2007.
[3]  S. Aishwarya and E. V. V Ramanamurthy, “Design and optimization of  connecting  rod  for  4-stroke  petrol  engine  by  using  finite  element analysis,” Asian Res. Public Netw. J. Eng. Appl. Sci. Vol , vol. 10, 2015.
[4]  V. I. Karumuri, Srikanth, Terefe Jima, Masresha Adasho, “Aluminum casting tool design for connecting rod using 8 cavities,” Int. J. Eng. Sci. Invent. Res. Dev. , vol. Vol. III, 2017.
[5]  A.  B.  Sidhpara,  V.  I.  Kureshi,  and  P.  A.  Patel,  “Comparision  of manufacturing  methods  and  analysis  of  connecting  rod  for  reducing cost,” Int. J. Eng. Res. Technol. , vol. 2, no. 5, 2013.
[6]  B. T. Ramesh, V. Koppad, and others, “Analysis and Optimization of Connecting Rod With Different Materials,” World J. Res. Rev. , vol. 4, no. 1, 2017.
[7]  A.  W.  Adianta,  S.  Suprianto,  A.  Daely,  and  M.  F.  Bangun,  “Studi fluiditas  dan  karakteristik  aliran  pada  pengecoran  al-si  alloy menggunakan  simulasi  numerik,”  in Talenta  Conference  Series: Energy and Engineering (EE) , 2018, vol. 1, no. 1, pp. 7–12.
[8]  R.  M.  Pratama  and  S.  Soeharto,  “Studi  eksperimen  pengaruh  jenis saluran  pada  aluminium  sand  casting  terhadap  porositas  produk toroidal piston,” J. Tek. ITS , vol. 1, no. 1, pp. F126--F130, 2012.
[9]   and D. D. V. Rao, M. Srinivas, A. Girish Kumar, “Design and analysis of al 7075 connecting rod,” Int. J. Pure Appl. Math. , vol. 118 No. 24, 2018.
[10]  X.  Yuwen,  L.  Chen,  and  Y.  Han,  “Numerical  simulation  of  casting filling  process  based  on  FLUENT,” Energy  Procedia ,  vol.  17,  pp. 1864–1871, 2012.
[11]  X. Dai, X. Yang, J. Campbell, and J. Wood, “Effects of runner system design  on  the  mechanical  strength  of  Al--7Si--Mg  alloy  castings,” Mater. Sci. Eng. A , vol. 354, no. 1–2, pp. 315–325, 2003.
[12]  O.  of  I.  Technologies,  “Mold  Materials  for  Permanent  Molding  of Aluminum Alloys,” Met. Cast. Proj. Fact Sheet , 2000.
[13]  K. Y. Foo and B. H. Hameed, “Adsorption characteristics of industrial solid  waste  derived  activated  carbon  prepared  by  microwave  heating for methylene blue,” Fuel Process. Technol. , vol. 99, pp. 103–109, Jul.
2012, doi: 10.1016/j.fuproc.2012.01.031.
[14]  E.  F.  Ochulor,  S.  O.  Adeosun,  and  S.  A.  Balogun,  “Effect  of  gating sprue height on mechanical properties of thin wall ductile iron,” World Acad. Sci. Eng. Technol. Int. J. Chem. Mol. Nucl. Mater. Metall. Eng. , vol. 9, no. 2, pp. 360–367, 2015.
[15]  A.  Klemens,  F.  Sariman,  M.  Syahid,  and  others,  “Study  on  effect  of temperature smelting and pouring to mechanical properties Aluminum 7075,” in IOP Conference Series: Earth and Environmental Science , 2019, vol. 343, no. 1, p. 12166.
[16]  Y. Li and H. Zhou, “Effects of pouring temperature on microstructure and mechanical properties of the a356 aluminum alloy die castings,” Mat.  Res ,  vol.  23,  no.  1,  2020,  doi:  doi.org/10.1590/1980-5373-mr- 2019-0676.