ANALYSIS HEAT EXCHANGER

ANALYSIS HEAT EXCHANGER

Flow simulasi analisa adalah model analysis  untuk mengetahui laju dari suatu aliran fluida di dalam benda kerja. Dengan flow simulation analisa kita dapat mengetahui velocity, pressure, temperatur dan density dari alran fluida dengan kecepatan tertentu yang mengalir dalam pipa.

 Selanjutnya untuk menentukan jenis material yang di gunakan  klik kolem “ade He1c” pilih material dan di lanjutkan dengan edit material, lalu pilih alumunium AISI 1020. Apply close.

SOLVER-SOLUTION

Solver solution adalah suatu proses mental dan intelektual dalam menemukan masalah dan memecahkan berdasarkan data dan informasi yang akurat, sehingga dapat di ambil kesimpulan yang tepat dan cermat. Setelah semua pengaturan awal flow simulation analysis dilakukan, langkah selanjutnya solver. Klik “Run” Tunggu hingga selesai proses.

                                     

Alat penukar kalor adalah alat yang difungsikan untuk melakukan perpindahan sejumlah kalor atau panas dari suatu fluida ke fluida yang lainnya. Tujuan perpindahan panas ini di dalam proses produksi adalah untuk memanaskan ataupun mendinginkan suatu fluida hingga mencapai temperatur tertentu yang diinginkan ataupun juga bertujuan untuk mengubah keadaan (fase) fluida dari satu fase ke fase yang lainnya. Pada alat penukar kalor ini perpindahan panas dapat terjadi secara konduksi, konveksi ataupun radiasi tergantung dari tipe dan konstruksi alat tersebut.

Log Perbedaan suhu rata-rata (juga dikenal dengan nya singkatan LMTD) digunakan untuk menentukan suhu mengemudi berlaku untuk perpindahan panas dalam sistem aliran, terutama di penukar panas . The LMTD adalah rata-rata logaritmik dari perbedaan suhu antara panas dan dingin sungai di setiap akhir exchanger. Semakin besar LMTD tersebut, semakin banyak panas yang ditransfer. Penggunaan LMTD muncul terang dari analisis suatu penukar panas dengan laju alir konstan dan sifat termal cairan.

Kami berasumsi bahwa penukar panas generik memiliki dua ujung (yang kita sebut "A" dan "B") di mana panas dan dingin sungai masuk atau keluar di kedua sisinya, kemudian, yang LMTD didefinisikan oleh mean logaritma sebagai berikut: 

mana ΔT _adalah perbedaan suhu antara dua aliran di akhir A, _B dan ΔT adalah perbedaan suhu antara dua aliran pada akhir B. Persamaan ini berlaku baik untuk aliran paralel, di mana aliran masuk dari akhir yang sama, dan untuk saat ini counter- aliran, di mana mereka masuk dari ujung yang berbeda.
Jenis ketiga aliran adalah cross-flow, di mana satu sistem, biasanya heat sink, memiliki temperatur nominal yang sama di semua titik pada permukaan perpindahan panas. Ini mengikuti matematika serupa, dalam ketergantungan terhadap LMTD, kecuali bahwa faktor koreksi F seringkali perlu dimasukkan dalam hubungan perpindahan panas. Ada kalanya empat suhu digunakan untuk menghitung LMTD tidak tersedia, dan metode NTU mungkin akan lebih baik.

Aplikasi

Setelah dihitung, LMTD biasanya diterapkan untuk menghitung perpindahan panas dalam penukar menurut persamaan sederhana:

Dimana Q adalah tugas panas dipertukarkan (dalam watt ), U adalah koefisien perpindahan panas (dalam watt per kelvin per meter persegi ) dan A adalah luas pertukaran. Perhatikan bahwa mengestimasi koefisien perpindahan panas mungkin cukup rumit.

Penurunan

Asumsikan perpindahan panas yang terjadi dalam penukar panas sepanjang sumbu z, dari generik koordinat A ke B, antara dua cairan, yang diidentifikasi sebagai 1 dan 2, yang suhu di sepanjang z adalah T ₁ (z) dan T ₂ (z). Perbedaan suhu ΔT (A) pada titik A dan ΔT (B) di titik B, memiliki didefinisikan ΔT (z) = T ₂ (z)-T ₁ (z).
Perhatikan bahwa arah aliran fluida tidak perlu dipertimbangkan; itu juga tidak penting yang merupakan aliran panas dan yang merupakan salah satu dingin, sebagai perubahan peran akan diwakili oleh angka negatif. Karena LMTD adalah perbedaan suhu rata-rata dari dua aliran antara A dan B, hal ini didefinisikan oleh rumus berikut:

Tingkat perubahan suhu dari dua cairan sebanding dengan perbedaan suhu antara mereka:

Ini memberikan:

dimana K = k a k + b.

Kita sekarang dapat mengekspresikan dz sebagai fungsi dari ΔT:

Mengganti ungkapan ini kembali ke dalam rumus kami untuk LMTD, kita bisa menghilangkan dz dari itu:

K adalah konstan dan dapat disederhanakan. Integrasi adalah pada saat ini sepele, dan akhirnya memberikan:

Asumsi dan Keterbatasan

Ø  Ini telah diasumsikan bahwa tingkat perubahan untuk suhu kedua fluida sebanding dengan perbedaan suhu, asumsi ini berlaku untuk cairan dengan sebuah konstanta panas spesifik , yang merupakan penjelasan yang baik cairan perubahan suhu lebih dari kisaran yang relatif kecil. Namun, jika perubahan panas spesifik, pendekatan LMTD tidak akan lagi akurat.

Ø  Sebuah kasus tertentu di mana LMTD tidak berlaku adalah kondensor dan reboilers , dimana panas laten terkait dengan perubahan fasa membuat hipotesis tidak valid.

Ø  Ini juga telah diasumsikan bahwa panas transfer coeffficient (U) adalah konstan, dan bukan fungsi temperatur. Jika hal ini tidak terjadi, pendekatan LMTD lagi akan kurang valid

Ø  The LMTD merupakan konsep kondisi mapan, dan tidak dapat digunakan dalam analisis dinamis. Secara khusus, jika LMTD itu harus diterapkan sementara di mana, untuk waktu yang singkat, perbedaan suhu itu tanda-tanda yang berbeda pada kedua sisi exchanger, argumen untuk fungsi logaritma akan menjadi negatif, yang tidak diperbolehkan.

POST-PROCESSING

Dalam post processing kali ini akan melihat hasil analisis temperature, hubungan antara factor desaign, material dan input data.

Heat exchanger di gunakan untuk mendinginkan atau memanaskan fluida cair. Pada kali ini akan di lakukan analisa hasil pada heat exchanger. Yang dimana berhubungan dengan tempratur input air panas dan air dingin yang menggunakan aliran counter-flow. Pada hasil analisis material ini memiliki temperatur max sebesar 135.00 ^OC dan tempratur min sebesar 10.00 ^OC. Pada data temperatur yang telah di ketahui di sini dapat di lihat temperature air panas mendominasi karena nilai yang lebih besar di bandingkan dengan temperature air dingin.

Input data dan desain berpengaruh terhadap hasil perubahan tempratur. Pada analisa ini menggunakan material AISI 1020. Data tempratur pada analisis ini untuk tempratur air dingin sebesar 10 ^OC dan untuk air panas 135 ^OC. Untuk fluidanya input air dingin 0.1 kg/s dan air panas 0.8 kg/s.

MEMBANDINGKAN PENGARUH PROSES HARDENING & TEMPERING TERHADAP KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO PADA BAJA KARBON SEDANG JENIS SNCM 447 DAN PENGARUH QUENCHING & TEMPERING PADA BAJA JIS GRADE S45C TERHADAP SIFAT MEKANIS DAN STRUKTUR MIKRO CRANKSHAFT

BAB I

LATAR BELAKANG

·         Latar belakang pengaruh proses hardening & tempering terhadap kekerasan dan struktur mikro pada baja karbon sedang jenis sncm 447

Hingga saat ini terdapat berbagai jenis bahan yang dapat digunakan sebagai bahan baku industri. Jenis-jenis yang sangat beragam kadang-kadang menyulitkan kita untuk memilih mana yang tepat. Bahan yang satu mempunyai keunggulan ditinjau dari segi keuletan, lainnya tahan terhadap korosi, mulur atau suhu kerja yang tinggi namun cukup mahal. Oleh karena itu, dalam hal pemilihan sering tidak semata-mata berdasarkan pertimbangan teknis, pertimbangan ekonomis, dan ramah terhadap lingkungan memegang peran yang sangat penting pula.

Dalam industri saat ini baja merupakan material yang banyak digunakan dalam bidang teknik. Untuk penggunaan tertentu, selain baja dan besi merupakan satu-satunya material yang memenuhi persyaratan teknis maupun ekonomis, namun di beberapa bidang lainnya material ini mulai mendapat persaingan dari logam bukan besi dan bahan bukan logam. Namun baja memiliki sifat yang tidak dapat dibandingkan dengan material yang lain seperti sifat kekerasan, kekuatan, ketangguhan, dan keuletan yang baik. Dalam aplikasinya di industri, peralatan-peralatan ataupun komponen mesin yang terbuat dari baja diperlukan kekerasan permukaan dan keuletan yang tinggi. Untuk memenuhi tujuan tersebut biasanya dilakukan proses hardening terhadap peralatan dan komponen baja tersebut agar dapat dipergunakan secara optimal.

Baja SNCM 447 (Standar JIS) merupakan salah satu produk jenis baja paduan karbon sedang. Baja SNCM 447 ini banyak digunakan pada komponen permesinan sebagai bahan dasar pembuatan rangka-rangka mesin misalnya bahan dasar gear untuk kendaraan. Baja SNCM 447 memiliki sifat yang keras dan ulet, oleh karena itu baja tersebut selain digunakan sebagai bahan dasar pembuatan gear kendaraan juga digunakan sebagai alat-alat perkakas seperti martil, linggis, konstruksi permesinan, dan lain sebagainya.

Agar mendapatkan kekerasan yang diinginkan dari baja SNCM 447 ini, maka dapat dilakukan dengan cara proses hardening. Variabel-variabel yang mempengaruhi proses hardening pada baja SNCM 447 ini adalah:

A. Proses pemanasan.

B. Media pendingin.

·         Latar belakang pengaruh quenching & tempering pada baja jis grade s45c terhadap sifat mekanis dan struktur mikro crankshaft

Crankshaft merupakan komponen otomotif hasil proses forging dengan metode closed-die forging yang mempertimbangkan ketepatan bentuk, kecepatan produksi dan kemampu bentukan kembali serta memberikan perlakuan panas (Heat Treatment) agar memperoleh sifat-sifat material yang diinginkan. Heat Treatmentmempunyai tujuan untuk meningkatkan keuletan, menghilangkan tegangan internal, menghaluskan butir kristal, meningkatkan kekerasan, meningkatkan tegangan tarik logam dan sebagainya. Salah satu proses perlakuan panas pada baja adalah pengerasan (hardening), yaitu proses pemanasan baja sampai suhu di daerah atau diatas

daerah kritis, disusul dengan pendinginan yang cepat atau quench, (Djafrie, 1995).

Proses heat treatmentyang sering dikerjakan PT Credit Up Industry Indonesia adalah machinery steel S45C yang diaplikasikan sebagai bahan pembuat komponen mesin seperti crankshaft. Material S45C sangat sering digunakan karena harganya yang sangat murah. Sifat material S45C yang dibutuhkan adalah keras, tahan aus, tahan beban puntir, dan cukup ulet. Masalah yang terjadi di PT Credit Up Industry Indonesia adalah adanya variasi nilai kekerasan material yang tidak sesuai dengan standar kekerasan (HRC) yang telah ditentukan oleh kosumen. Berdasarkan permasalahan diatas maka perlu dilakukan penentuan metode perbaikan yang tepat, agar kekerasan material S45C dapat sesuai dengan standar kekerasan dan sesuai dengan harapan dan kebutuhan konsumen. Toleransi kekerasan standar material yang dizinkan adalah 24±4 HRC.

BAB II

TUJUAN PENELITIAN

·         Tujuan penelitian pengaruh proses hardening & tempering terhadap kekerasan dan struktur mikro pada baja karbon sedang jenis sncm 447

Penelitian terhadap material baja kadar karbon sedang SNCM 447 ini dilakukan bertujuan untuk melihat pengaruh proses pengerasan baja berkarbon sedang pada berbagai kondisi temperatur dan waktu tahan yang berbeda-beda dalam proses hardening terhadap sifat kekerasan serta struktur mikro yang disebabkan oleh adanya proses perpindahan panas yang terjadi. Dengan adanya penelitian ini dapat diketahui pada keadaan bagaimana dapat diperoleh kekerasan yang optimal dengan pertimbangan waktu yang efisien, sehingga kita dapat:

A. Melihat dan mengamati struktur mikro baja karbon sebelum dan setelah proses hardening.

B. Melihat dan mengetahui pengaruh temperatur temper terhadap nilai kekerasan.

C. Mendapatkan perbandingan kekerasan pada dua media pendinginan yang berbeda.

·         Tujuan Penelitian pengaruh quenching & tempering pada baja jis grade s45c terhadap sifat mekanis dan struktur mikro crankshaft

1. Mengetahui metode forging crankshaft dan heat treatment yang dilakukan.

2. Melakukan percobaan pada baja S45C pada 5 spesimen, yaitu empat spesimen dengan heat   treatment dan satu spesimen non heat treatment.

3. Mengetahui nilai kekerasan (Hardness) dan struktur mikro kemudian mengidentifikasikan dan

membandingkan hasil percobaan untuk dianalisis

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

·         Metodologi penelitian pengaruh proses hardening & tempering terhadap kekerasan dan struktur mikro pada baja karbon sedang jenis sncm 447

Proses Pemanasan

Pada proses pemanasan awal untuk baja SNCM 447 dilakukan dengan cara memasukan spesimen ke dalam dapur pemanas pada temperatur 500ºC dan di ikuti dengan proses waktu tahan selama 60 menit lalu dipanasi kembali pada tempratur 900ºC dengan waktu tahan 120 menit yang bertujuan untuk mencegah terjadinya distorsi dan menghilangkan tegangan sisa pada specimen.

Proses Pendinginan

Setelah proses hardening dilakukan, proses selanjutnya adalah proses pendinginan dengan cara mengeluarkan spesimen dari dalam dapur pemanas kemudian didinginkan dengan media yang akan digunakan. Pada proses ini terdapat 4 buah spesimen yang menggunakan media pendingin oli dan air.

Proses Temper

Setelah proses pendinginan dilakukan, salah satu spesimen dari temperatur 500̊C dan 900C dilakukan proses temper dengan temperatur 300C, 400C, dan 500C dengan waktu tahan selama 60 menit didalam dapur pemanas. Kemudian spesimen-spesimen tersebut didinginkan didalam dapur dengan membuka penutup dapur pemanas agar udara sekeliling masuk.

·         Metodologi penelitian pengaruh quenching & tempering pada baja jis grade s45c terhadap sifat mekanis dan struktur mikro crankshaft

Proses Heat Treatment

Setelah dilakukan pemberian identitas pada tiap-tiap specimen, selanjutnya dilakukan proses heat treatment pada empat spesimen yaitu spesimen 2 sampai 5 yang di ambil dari kumpulan crankshaft secara acak, untuk spesimen 1 (non heat treatment) langsung di uji kekerasan dan struktur mikronya.

1. Proses pemanasan (heating) pada temperatur austenite 880°C (diatas Ac-1 pada diagram Fe-Fe3C) dengan waktu tahan (holding time) 50 menit agar pada fasa austenitemendapatkan kekerasan maksimum dan homogen.

2 .Selanjutnya didinginkan cepat (quenching) pada temperatur 78ºC, spesimen 2 dan 4 dengan oli dan spesimen 3 dan 5 dengan air. Bertujuan untuk mendapatkan struktur Martensite sehingga kekerasannya meningkat.

3. Untuk spesimen 2 dan 3 yang telah quenching, diambil dan di pisahkan untuk dilakukan pengujian kekerasan dan struktur mikro.

4. Setelah pemanasan pada temperatur austenite 880°C dan quenchingdengan oli (spesimen 4) dan air (spesimen 5), lalu dilanjutkan proses Tempering pada temperatur 560ºC dengan waktu tahan (holding time) 40 menit dan keduanya di dinginkan secara cepat dengan media pendingin air pada temperatur 50ºC. Ini bertujuan untuk meningkatkan keuletan dan menghaluskan struktur mikro.

5. Setelah proses heat treatment, lalu beri keterangan atau identitas pada tiap-tiap spesimen agar tidak tertukar dan spesimen di bersihkan permukaannya dengan proses Shortblasting

Proses Shortblasting

Setelah dilakukan proses heat treatment, selanjutnya ambil 5 spesimen tersebut untuk dilakukan proses Shortblastingagar permukaan spesimen yang akan diuji harus rata, bersih dari debu atau kerak, kemudian satu persatu spesimen dilakukan shortblasting dan sebelum dilakukan pemotongan untuk uji kekerasan.

.BAB IV

HASIL

·         Hasil pengaruh proses hardening & tempering terhadap kekerasan dan struktur mikro pada baja karbon sedang jenis sncm 447

Proses pengerasan yang telah dilakukan pada material baja paduan sedang SNCM 447, sesuai dengan diagram alir penelitian yakni dengan perbedaan variabel temperatur, pendinginan lalu proses temper yang dilakukan hingga akhirnya dilakukan proses pengujian. Setelah diperoleh data dari hasil pengujian, selanjutnya dilakukan analisa dan pembahasan untuk mengetahui seberapa besarpengaruh proses hardening agar dapat merubah sifat-sifat material tersebut terhadap kekerasan vickers, dan struktur mikro.

·         Hasil pengaruh quenching & tempering pada baja jis grade s45c terhadap sifat mekanis dan struktur mikro crankshaft

Pengujian komposisi dilakukan pada raw materialbaja karbon medium S45C dengan Ø50 lalu dipotong sesuai spesifikasi mesindengan metode optical emission spectrometer menggunakan pengeksitasi berupa loncatan bunga api (spark). Hasil pengujian dapat langsung terlihat pada komputer mesin uji. Hasil pengujian pada Tabel 4.1. Unsur besi (Iron) merupakan unsur utama dan unsur paduan yang sangat penting adalah Carbon(C), Silicon, Manganese, Chromium, Nikel dan adapun unsur lainnya relatif sangat kecil, seperti Molybdenum, Copper, Alumunium, Vanadium, Tungsten, Titanium, Niobium, Phosfor dan Sulfur.

BAB V

KESIMPULAN

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil analisa yang diperoleh dari hasil penelitian proses hardening yang dilakukan pada baja paduan karbon sedang SNCM 447 dan hasil penelitian quenching yang dilakukan pada baja S45C, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Nilai rata-rata kekerasan vickers tertinggi terjadi pada temperatur 900C dengan pendinginan air sebesar 658 HV dimana struktur yang terbentuk martensit, sedangkan nilai rata-rata kekerasan vickers terendah adalah pada specimen awal sebesar 216 HV dimana struktur yang terbentuk adalah Ferrit dan Perlit.

2. Pada rata-rata nilai kekerasan vickers tersebut juga bisa disimpulkan bahwa semakin tinggi temperature temper maka baja semakin lunak dikarenakan struktur martemper yang lunak dan tangguh banyak terdapat pada temperature temper yang tinggi.

3. Pada Spesimen 2 (Quenching oli) memiliki kekerasan bagian atas 35,3 HRC dan bagian bawah 31,6 HRC. Pada Spesimen 3 (Quenching air) memilik sifat pendinginan yang lebih cepat sehingga kekerasannya naik, yaitu bagian atas 43,5 HRC dan bagian bawah 37,5 HRC. Sedangkan struktur mikro keduanya sama yaitu martensite dan bainite.

4. Pada Spesimen 4 (Quenching oli dan Tempering air) paling mendekati standar kekerasan 24 ±4 HRC yaitu pada bagian atas 26,8 HRC dan bagian bawah 23,3 HRC, sedangkan pada spesimen 5 (Quenching air dan Temperingair) nilai kekerasan nya lebih tinggi dan berada pada batas maksimal standar kekerasan yaitu yaitu bagian atas 27,8 HRC dan bagian bawah 26,6 HRC, sedangkan struktur mikro keduanyasama yaitu bainite dan martensite.

DAFTAR PUSTAKA:

1. ASM Hand Book, “Materials Characterization”, Volume x, 1996, The Materials Information Society.

2. Adnyana, D.N Dr. Ir. “Logam Dan Paduan”,1989, Jakarta.

3. Eugene A, Avallone, And Baumeister, Theodore, “Standard Handbook For Mechanical Engineers”,

Tenth Edition, 1916, Mcgraw Hill, New York.

4. Lawrence H, Van Vlack, Alih Bahasa Sriati Djaprie, “Ilmu Dan Teknologi Bahan”, 1992, Erlangga, Jakarta.

5. Sitompul, Tunggul M Ir. SE. MSc. MM. “perlakuan panas pada logam”,1998, jakarta.

6. Surdia, Tata Prof. Ir. MS. Met.E. Dan Saito, Shinroku. Prof. Dr, “Pengetahuan Bahan Teknik”,

edisi iv, 1999, Pradnya Paramita, Jakarta.