## PENGARUH CHILLER PENDINGIN PADA KEKUATAN TARIK PRODUK COR PROPELER ALUMUNIUM

## Hera Setiawan
Dosen Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Mesin Universitas Muria Kudus Email: herasetiawan6969@yahoo.com

## ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh chiller pendingin terhadap kekuatan tarik pada proses  pengecoran  propeler  kapal  nelayan  tiga  sudu  dengan  material  alumunium.  Pengecoran  dilakukan dengan  pasir  cetak (sand  casting) dan  proses  peleburan  logam  dilakukan  pada  dapur crusible dengan bahan  bakar  minyak.  Teknik  pengecoran  dilakukan  dengan  pendinginan  logam  cor  dengan chiller pendingin  yang  dialiri  air  dengan  dorongan  pompa.  Pengujian  kekuatan  tarik  menggunakan  mesin servopulser dengan  beban  maksimum  2000  kg.  Hasil  penelitian  ini  menunjukkan  bahwa  proses pengecoran  dengan chiller pendingin  pada  propeler  dapat  meningkatkan  kekuatan  tarik  material alumunium.  Kekuatan  tarik  alumunium  naik  dari  70,1758  MPa  menjadi  99,6408  MPa  (41,99%)  dan 99,7574 MPa (42,15%) atau rata-rata naik sebesar 42,07%.
Kata kunci: alumunium, propeler, chiller , kekuatan tarik.

## ABSTRACT
The aim of this work is to study the effect of chiller during the casting process three-blade propellers of fishing boats with aluminum material. The alloy material was melted on a crucible furnace with sand casting  methode.  Casting  technique  is  performed  by  water  cooling  chiller,      flowed  with  a  boost  pump. Tensile strength testing using servopulser machine with a maximum load of 2000 kg. The results of this study show that the casting process with cooling chiller on the propeller can increase the tensile strength of  aluminum  material.  The  tensile  strength  of  aluminum  increased  from  70.1758  MPa  to  9.6408  MPa (41.99%) and 99.7574 MPa (42.15%) or an average increase of 42.07%.
Keywords: aluminum, propeller, chiller, tensile strenght.

## 1. PENDAHULUAN
Dari  hasil  penelitian  sebelumnya  dapat  diketahui  bahwa  teknik  pembekuan  searah  dapat  dilakukan  pada pengecoran teknik pasir cetak dengan chiller pendingin dan menghasilkan struktur mikro kolumnar dendrit pada material kuningan [1,2]. Sedangkan pada penelitian ini akan dikembangkan metode tersebut untuk propeler dengan material alumunium.
Material alumunium banyak digunakan pada proses pengecoran propeler karena harganya yang relatif murah dibandingkan  dengan  kuningan  dan  lebih  mudah  didapat.  Alumunium  yang  digunakan  adalah  alumunium  daur ulang. Gambar 1  menunjukkan diagram fasa terner Al-Si-Fe dan fase biner Al-Cu [3,4].
Pengecoran logam  merupakan salah satu ilmu  pengetahuan tertua yang sudah dipelajari oleh umat manusia. Walaupun telah berumur sangat tua, ilmu pengecoran logam terus berkembang dengan pesat [2].  Berbagai macam teknik dan metode pengecoran logam telah ditemukan dan  terus disempurnakan, diantaranya adalah centrifugal casting, investment casting, dan sand casting serta masih banyak lagi metode-metode lainnya [3,4,5].
Gambar 1. Diagram fase terner Al-Si-Fe dan diagram fase biner Al-Cu [3,4]
Industri pengecoran logam tumbuh seiring dengan perkembangan teknik dan metode pengecoran,  berbagai model produk cor membanjiri pasar domestik [5]. Produk cor banyak dijumpai mulai dari perabotan rumah tangga, komponen otomotif, pompa air sampai propeler kapal seperti yang terlihat pada gambar 2 dibawah.

## Gambar 2. Produk propeler untuk kapal nelayan dari UMKM – Juwana
Sentra-sentra  industri  pengecoran  usaha  mikro  kecil  dan  menengah  (UMKM)  banyak  tersebar  di  Propinsi Jawa  Tengah  seperti  Klaten,  Pati,  Tegal  dan  Surakarta.  Salah  satu  sentra  industri  logam  khususnya  pengecoran adalah Kecamatan Juwana di Kabupaten Pati Jawa Tengah. Tidak kurang dari 12 pengrajin dalam skala UMKM menekuni  pekerjaan  pengecoran  logam  dari  bahan  aluminium  maupun  kuningan.  Beberapa  industri  menengah dengan produk yang cukup komplek yaitu : UMKM Citra Widi Mandiri, Timbulindo Gear, Yamusu, Indogas Maju Saputra,  Barokah  Jaya  Abadi  dan  KTM.  Salah  satu  produk  yang  dibuat  dan  telah  dipasarkan  untuk  industri galangan kapal nasional adalah propeler (baling-baling kapal). UMKM pengecoran logam ini juga telah menjalin kemitraan dengan PT. National Gobel, Panasonic, Pindad Material, PT. Pura Box dan PT. Galangan Kapal [6]. Permintaan pasar akan produk logam cor yang prospektif dan luas ini, kurang di imbangi dengan peningkatan kualitas produk. Ironisnya walaupun banyak industri cor di tanah air, produk logam cor dari pengrajin lokal masih kalah  bersaing  dengan  produk  impor  baik  dari  sisi  kualitas  dan  harga.  Hal  ini  merupakan  tantangan  yang  harus segera dibenahi, agar dapat bersaing dipasar domestik, dalam negeri  maupun luar negeri.
Upaya meningkatkan kualitas produk menjadi prioritas utama dalam upaya meningkatkan daya saing produk di pasar domestik maupun global. Produk yang berkualitas tentu dihasilkan dari pemilihan bahan baku yang baik, penguasaan teknik produksi, serta pengujian kualitas yang melekat.
Pada  penelitian  ini  akan  dilakukan  pengujian  kekerasan  propeler  alumunium  hasil  pengecoran  produk UMKM  dari  Juana  Pati.  Propeler  yang  merupakan  salah  satu  komponen  sistem  penggerak  kapal  sangat menentukan keberhasilan rancang bangun kapal. Kualitas produk cor propeler sangat ditentukan oleh keunggulan sifat  mekanisnya,  hal  ini  masih  dikeluhkan  oleh  UMKM  dan  konsumen  pengguna  produk  propeler.  Upaya memperbaiki  sifat  mekanis  tersebut  selain  dari  pemilihan  bahan  baku (raw  material) dan  pengaturan  komposisi paduan, juga sangat ditentukan oleh proses dan teknik pengecoran yang akan mempengaruhi bentuk mikrostruktur logam  cor.  Sebagaimana  diketahui  sebelum  proses  pembekuan  akan  didahului  oleh  proses  pengintian  untuk selanjutnya terbentuk butir (crystal) dengan batas butir (grain boundary) .
Produk cor seperti propeler kapal dan sudu-sudu turbin sangat membutuhkan orientasi butir searah sehingga mampu menahan beban aksial dan memiliki kekuatan mulur yang tinggi serta tahan terhadap beban berulang atau retak fatik [5,7].
Pengujian  kekuatan  tarik  dilakukan  dengan  mesin Universal  Testing  Machine  (Servopulser) ,  seperti  yang terlihat pada gambar 3, dengan beban maksimal yang digunakan 2000 kg. Ukuran spesimen uji tarik disesuaikan dengan standar JIS Z2201 seperti yang terlihat pada gambar 4.
Gambar 3. Alat uji kekuatan tarik
Gambar 4. Dimensi spesimen uji tarik JIZ Z2202

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian  ini dilakukan dengan  diagram alir seperti  yang  terlhat pada gambar 5. Material  yang  digunakan pada penelitian ini adalah alumunium daur ulang berupa propeler kapal nelayan tiga sudu hasil pengecoran produk UMKM  dari  Juana  Pati.  Proses  peleburan  logam  kuningan  menggunakan  dapur crucible menggunakan  bahan bakar  minyak  dan  pengecoran  dengan  pasir  cetak (sand  casting) dengan  pola  cetakan  dari  logam  dan  bingkai cetakan (frame) dari kayu seperti yang terlihat terlihat pada gambar 6 dan gambar 7. Pengujian  komposisi  paduan  logam  alumunium  dengan spektrometer digunakan  untuk  mengetahui kandungan unsur kimia yang terdapat dalam logam tersebut. Selanjutnya dengan menggunakan acuan diagram fase biner  paduan  Al-Cu  atau  fase  terner  Al-Si-Fe  dapat  ditentukan  berapa  temperatur  untuk  mencapai  titik liquidus (melting point) . Hal ini penting untuk menghindari temperatur peleburan berlebih yang justru merusak cairan logam cor.
Pengujian  dilakukan  menggunakan  mesin Universal  Testing  Machine  (Servopulser) ,  dengan  pembebanan maksimum sebesar 2000 kg. Ukuran spesimen uji tarik disesuaikan dengan standar JIS Z2201 seperti yang terlihat pada gambar 4 dengan merubah panjang seksi uji (Lo) dari 12,5 mm menjadi 25 mm dan tebal (t) dan lebar (w) seksi uji dari 3,1 mm menjadi sekitar 5 mm.
Untuk  melihat  struktur  mikro  digunakan  mikroskop  optik  logam  dengan  perbesaran  200  kali.  Pengujian kekuatan tarik dilakukan dengan Universal Testing Machine .

## Gambar 5. Diagram alir penelitian

## Gambar 6. Peleburan logam alumunium dengan dapur crucible
Teknik pembekuan searah dilakukan dengan mengalirkan air pendingin ke chiller dengan dorongan pompa pada  saat  penuangan  logam  alumunium  dengan  pengecoran  pasir  cetak  seperti  yang  terlihat  pada  gambar  7. Langkah pengecoran propeler dengan metode pembekuan searah (menggunakan chiller sebagai media pendingin) : 1. Memasangkan pola cetakan pada bingkai bagian drag .
2. Menaburkan bedak / tepung halus diatas permukaan pola, dengan cara ditaburkan menggunakan kain yang dibungkus.
3. Memasukkan  pasir  cetakan  kedalam  bingkai  cetakan  bagian drag dengan  cara  ditumbuk  agar  pasir  cetak tidak runtuh saat membalik bingkai.
4. Membalik bingkai cetakan drag menjadi menjadi dibawah, dan bingkai cope menjadi menjadi diatas.
5. Menaburkan bedak / tepung yang halus pada atas pola dengan cara ditaburkan hingga merata.
6. Memasangkan saluran turun pada inti.
7. Memasukan pasir cetak kedalam bingkai cetakan bagian cope , dengan cara ditumbuk.
8. Mengambil saluran turun.
9. Mengangkat bingkai cope , harus dengan hati-hati agar pasir cetak tidak runtuh.
10. Mengambil pola cetakan. 11. Memasangkan kembali bingkai cope diatas bingkai drag . 12. Memasangan selang dan pompa pada chiller .
13. Menghidupkan pompa aquarium sebelum penuangan logam cair.
14. Menuangkan logam cor pada saluran turun, bersamaan dengan itu air bersirkulasi mengalir hingga logam cair membeku.
15. Membongar bingkai cetakan setelah logam membeku dan keras, kurang lebih 5 menit.
Hasil proses pengecoran dibersihkan dan dibuat spesimen untuk masing-masing pengujian, sesuai bentuk dan ukuran dengan standar yang digunakan.
Gambar 7. Proses pengecoran cetakan pasir dengan chiller pendingin

## 3. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Hasil proses pengecoran propeler alumunium adalah seperti yang terlihat pada gambar 8.
Gambar 8. Hasil pengecoran sebelum dan setelah proses finishing

## 3.1 Komposisi Kimia
Tabel 1 menunjukkan komposisi kimia material alumunium propeler kapal yang digunakan pada penelitian ini, seperti yang biasa digunakan pada UMKM atau industri logam yang ada di Juwana Pati.
Tabel 1. Komposisi kimia alumunium propeler kapal
Al Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn Sn Ti Pb Be Ca Sr V Zr
1 74,3800 1,8600 0,3550 11,2000 0,7300 0,7460 0,9770 0,1010 3,6900 0,8370 0,2540 4,4500 0,0000 0,0872 0,0000 0,0000 0,3230
2 68,0200 3,2800 0,9800 12,2000 1,3900 0,0000 0,0312 0,0005 0,0049 4,4700 0,2430 9,2500 0,0000 0,0416 0,0000 0,1990 0,0000
Mean 71,2000 2,5700 0,6675 11,7000 1,0600 0,3730 0,5041 0,0508 1,8475 2,6535 0,2485 6,8500 0,0000 0,0644 0,0000 0,0995 0,1615 No. Komposisi (%)
Dari  tabel  1  terlihat  bahwa  material  adalah  paduan  alumunium  yang  mengandung  komposisi  rata- rata kimia Al = 71,2 %,  Cu = 11,7 %, Si = 2,57 %, Fe = 0,67 %.

## Gambar 9. Diagram fase biner Al-Cu [3,4]
Dari diagram fase biner Al-Cu seperti yang terlihat pada gambar 9 diatas, untuk alumunium dengan kandungan 11,7 % Cu termasuk tipe α + θ dengan titik cair (liquid) sekitar 640 o C. Temperatur ini dapat dijadikan  acuan  untuk  proses  peleburan  sehingga  dapat  dihindari  temperatur  peleburan  berlebih  yang justru merusak cairan logam cor [3,4].

## 3.2 Kekuatan Tarik
Pengujian  kekuatan  tarik  dilakukan  menggunakan  mesin Servopulser dengan  pembebanan maksimum  sebesar  2000  kg.  Ukuran  spesimen  uji  tarik  disesuaikan  dengan  standar  JIS  Z2201  seperti yang terlihat pada gambar 4 diatas, dengan merubah panjang seksi uji (Lo) dari 12,5 mm menjadi 25 mm dan tebal (t) dan lebar (w)  seksi  uji dari 3,1 mm  menjadi sekitar 5  mm.  Foto spesimen  uji terlihat pada gambar 10. Grafik Beban-Regangan hasil uji tarik terlihat pada gambar 11.
Gambar 10. Foto spesimen uji tarik

## Gambar 11. Grafik Beban-Regangan hasil uji tarik material alumunium
Data  hasil  pengujian  tarik  untuk  alumunium  dapat  dilihat  pada  tabel  2.  Dari  tabel  2  dapat  dibuat grafik kekuatan tarik material seperti yang terlihat pada gambar 12.

## Tabel 2. Hasil Pengujian kekuatan tarik material alumunium
Tebal Lebar Luas Panj t w Ao Lo (mm) (mm) (mm ²) (mm) (%) (kg) (kg/mm ²) (MPa) (MPa) (%) Rata-rata 1 4,65 5,95 27,6675 25 9,90% 198 7,1564 70,1758 0,0000 0,00% 2 4,45 5,75 25,5875 25 13,00% 260 10,1612 99,6408 29,4651 41,99% 42,07% 3 4,45 5,92 26,3440 25 13,40% 268 10,1731 99,7574 29,5816 42,15% Beban Mak
No. σ P Naik Kekuatan Tarik
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa proses pengecoran dengan chiller pendingin pada propeler dapat  meningkatkan  kekuatan  tarik  material  alumunium.  Kekuatan  tarik  alumunium  naik  dari  70,1758 MPa menjadi 99,6408 MPa (41,99%) dan 99,7574 MPa (42,15%) atau rata-rata naik sebesar 42,07%.
Gambar 12. Grafik kekuatan tarik material alumunium dan peningkatannya

## 4. KESIMPULAN
Dari penelitian ini didapatkan kesimpulan sebagai berikut:
a. Teknik pembekuan searah dengan chiller pendingin dapat dilakukan pada proses pengecoran propeler kapal nelayan dengan material alumunium.
b. Teknik  pembekuan  searah  dengan chiller pendingin  dapat  meningkatkan  kekuatan  tarik  material  sampai 42,07 %.
c. Masih perlu dilakukan penelitian lanjutan tentang teknik dan metode pada pengecoran propeler kapal nelayan, sehingga dapat meningkatkan kualitas dan daya saing produk.

## 5. SARAN
Perlu  dilakukan  penelitian  lanjutan  tentang  teknik  dan  metode  pada  pengecoran  propeler,  sehingga  dapat meningkatkan kualitas dan daya saing produk

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Setiawan,  H.  2013.  “Pengujian  Kekuatan  Tarik,  Kekerasan  dan  Struktur  Mikro  Produk  Cor  Propeler Kuningan”. SIMETRIS  3. 1 ,  71-79.
[2] Setiawan,  H.  2014.  “Pengaruh  Chiller  Pendingin  Pada  Kekerasan  Produk  Cor  Propeler  Alumunium”. SIMETRIS 5. 2 , 105-114.
[3] Surdia, T., dan Saito, S. (1992). Pengetahuan Bahan Teknik . Jakarta:  P.T. Pradnya Paramitha.
[4] Callister Jr.,W.D., and Rethwisch, D.G., (2010). Materials Science and Engineering, An Introduction , Eight Edition, New York, USA : John Wiley & Sons.
[5] Brown, JR. (2001). Foseco Non-Ferrous Foundryman’s Handbook, Eleveth Edition, Oxford: Butterworth- Heinemann.
[6] Disperindag Pati. (2008). Profil Usaha Industri Kecil Menengah Perlogaman . Pati.
[7]  Smallman, R..E., and Bishop, R.J. (1999). Modern Physical Metallurgy and Materials Engineering, Science, process, applications . Sixth Edition, Oxford: Butterworth-Heinemann.