Model FEM untuk tabrakan

LS-DYNA adalah sebuah software komersial yang berbasis FEA, software ini banyak digunakan untuk melakukan analisa fenomena fisika dinamis seperti benturan atau ledakan.

Cikal-bakal LS-DYNA adalah DYNA3D, yang dikembangkan oleh Dr.John Helmquist saat bekerja di Lawrence Livermore National Laboratory, Los Alamos, Amerika Serikat tahun 1970-an. Saat itu DYNA3D banyak digunakan untuk menghitung ketahanan dinding tank terhadap rudal anti-tank atau ketahanan dinding bunker terhadap ledakan bom. Setelah berhenti dari Livermore Laboratory, Dr.Helmquist mendirikan Livermore Software Technology Corporation (LSTC) dan mengembangkan lagi DYNA3D untuk tujuan yang lebih general yaitu memecahkan berbagai macam fenomena fisika terutama yang berkaitan dengan kekuatan material dan struktur. Pada tahun 1988 LS-DYNA 3D diluncurkan dan mendapat sambutan yang baik dari para ahli struktur (2). Setelah melalui berbagai penyempurnaan, LS-DYNA sekarang ini menjadi salah satu software standar untuk menguji secara virtual kekuatan material dan struktur, pada fenomena dinamis seperti tabrakan mobil, kapal laut atau pesawat terbang.

Website resmi ls-dyna: www.lstc.com

Sudah menjadi pengetahuan umum bahwa pihak militer adalah salah satu pengguna teknologi paling canggih di dunia. Banyak terobosan revolusioner yang diawali dari penelitian untuk keperluan dunia militer, sebutlah misalnya teknologi nuklir dan internet. Kedua teknologi ini pada awalnya dikembangkan secara terstruktur dan massif untuk memenuhi kebutuhan militer, namun seiring dengan perkembangan zaman, akhirnya lebih banyak digunakan untuk keperluan masyarakat umum.

Teknologi nuklir dalam bentuknya yang sekarang, secara sistematis pertamakali dikembangkan oleh pihak Amerika dengan program nasional yang secara populer dikenal sebagai Manhattan Project. Berlangsung selama tahun 1942-1946, proyek ini sukses mewujudkan senjata pemusnah massal paling mengerikan dalam sejarah manusia yang dicobakan di Hiroshima dan Nagasaki pada akhir PD II. Waktu berjalan, teknologi nuklir kemudian banyak digunakan untuk keperluan sipil seperti pembangkit tenaga listrik dan pertanian sejak tahun 1960-an. Dewasa ini teknologi nuklir menjadi salah satu teknologi yang paling banyak diburu oleh banyak negara, baik untuk keperluan sipil maupun militer.

Teknologi internet juga memilki keterkaitan yang kuat dengan pihak militer. Pada tahun 1970-an, untuk memenuhi kebutuhan network militer Amerika yang aman, di Pentagon diluncurkan program ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network). Pada awalnya koneksi antar komouter hanya berupa sistem local area network (LAN) sederhana. Komunikasi satu computer dengna computer lain pada saat itu berjalan di layar hitam, lewat konsol program yang antara lain bernama telnet. Setelah teknologi paket TCP/IP dikembangkan terjadilah lompatan-lompatan besar, dan ketika browser kemudian diperkenalkan,pemakaian internet meledak dan menandai era baru yang kita kenal dengan era teknologi informasi yang mendunia. Dewasa ini, hampir seluruh dunia bergantung pada internet dan di banyak negara sulit membayangkan bagaimana kehidupan manusia modern tanpa internet.

Masih banyak lagi contoh alat canggih yang ditelurkan oleh penelitian di dunia militer, antara lain robot sebesar serangga yang digunakan untuk keperluan mata-mata, atau alat penyadap percakapan sebesar kancing baju atau bahkan lebih kecil. Mengapa penelitian di litbang militer negara maju bisa menghasilkan teknologi demikian canggih?  Salah satu jawabannya adalah, dukungan penuh pemerintah dalam bentuk kebijakan dan dana yang melimpah.

2. Pengantar Penerapan Teknologi Simulasi

Dalam tulisan kali ini saya ingin memperkenalkan bagaimana dunia militer memakai secara maksimal teknologi simulasi untuk menghasilkan peralatan perang yang lebih baik daripada generasi sebelumnya. Saya mengambil contoh penerapan Finite Element Analysis (FEA) dengan menggunakan software komersial LS-DYNA untuk menganalisa kekuatan bahan perisai baja terhadap hantaman peluru senapan otomatis. Inti dari FEA ini adalah sebuah metode perhitungan yang disebut dengan Finite Element Method (FEM), dalam bahasa Indonesia kita sebut dengan metode elemen hingga.

FEM adalah sebuah istilah untuk teknik kalkulasi numerik yang sangat praktis dan mudah diterapkan untuk berbagai masalah-masalah rekayasa. Prinsip FEM adalah penghitungan fenomena fisika kompleks yang disederhanakan dengan cara membagi-bagi sebuah obyek menjadi banyak elemen, lalu satu-persatu elemen tersebut dicari penyelesaiannya, dan akhirnya semua penyelesaian tersebut digabung untuk mendapatkan penyelesaian secara keseluruhan ⁽¹⁾. Istilah FEA, pada prakteknya dimaksudkan sebagai metode analisa menggunakan FEM sehingga fenomena sebenarnya dapat disimulasikan di layar computer. Pada awalnya FEA hanya diterapkan oleh industri-industri besar seperti industri pesawat terbang, kapal laut, atau mobil. Seiring dengan makin terjangkaunya harga komputer berkemampuan tinggi, dewasa ini FEA telah dipakai secara luas oleh industri kecil dan menengah di negara-negara maju seperti Amerika, Jepang dan Eropa. Dalam sepuluh tahun terakhir FEA juga sudah diterapkan secara besar-besaran di Cina dan India.

Keuntungan menerapkan simulasi dalam proses rekayasa produk (dikenal dengan istilah CAE, Computer Aided Engineering) jelas, anda tidak perlu membuat cetak biru di tahap awal, cukup membuat disain yang detail. Langkah selanjutnya adalah melakukan berbagai eksperimen secara virtual terhadap disain tersebut. Selain waktu pengembangan produk yang bisa diperpendek, jenis eksperimen bisa lebih banyak. Gampangnya seperti ini, sebuah rumah kotak hitam bisa diuji kekuatannya apakah tetap berfungsi baik bila tenggelam di laut dengan kedalaman ribuan meter, tanpa harus membuat alat uji dengan tekanan ribuan atmosfer. Dengan penerapan simulasi yang benar, jumlah uji fisik yang sebenarnya dapat dikurangi secara signifikan dan hanya perlu dilakukan pada tahap akhir pembuatan cetak biru saja. Tetapi, ada syarat agar dapat melakukan uji virtual dengan benar yaitu, pemakai FEA/CAE harus mengerti dengan baik fenomena fisika yang dianalisanya. Tanpa pemahaman mendasar yang cukup untuk masalah yang dianalisa, hasil FEA/CAE hanya akan membawa kepada kesimpulan yang salah, dan akibatnya bisa sangat fatal.

3. Simulasi Peluru Menembus Perisai Baja

Pada kesempatan kali ini akan ditampilkan simulasi sebuah peluru yang dilontarkan dari laras M16, kemudian peluru tersebut menghantam perisai yang terdiri dari dua lapis lembaran baja. Dimensi peluru yang digunakan dalam simulasi mendekati ukuran-ukuran sebenarnya. Simulasi ini mendemonstrasikan bagaimana FEA dapat memvisualisasikan proses peluru membentur dan melubangi perisai baja yang memiliki karakteristik tertentu. Agar dapat dipahami dengan mudah, rincian proses simulasi beserta hasilnya disertakan di file “bullet_strike.pdf”. Silakan menyimak detail simulasi di halaman ini. Perlu diingat bahwa simulasi ini hanya untuk tujuan demonstrasi, sehingga banyak dari kondisi sebenarnya yang disederhanakan. Misalnya tidak ada sudut tembak dan efek kenaikan suhu yang diabaikan.

Dari hasil simulasi di atas dapat kita lihat bahwa peluru tidak dapat menembus plat baja pertama untuk simulasi dengan kondisi 1. Pada kondisi 2, peluru dapat menembus sempurna plat pertama dan melubangi plat kedua dengan efek spalling. Dan pada kondisi 3, ketika peluru diberi dengan kecepatan rotasi sekitar 180,000 rpm, plat baja kedua terlubangi lebih besar. Pada prakteknya semua peluru pasti memiliki spin karena ada ulir yang dibuat pada laras senapan dengan tujuan menstabilkan gerak peluru terhadap hambatan udara. Dari hasil simulasi juga dapat kita lihat bagaimana pelat baja menjadi lubang, dan peluru menjadi penyok.

Apakah yang ditampilkan di sini benar-benar sesuai dengan kenyataan? Ini adalah pertanyaan yang hanya bisa dijawab ketika kita sudah melakukan eksperimen dengan peluru dan plat baja sebenarnya. Salah satu tujuan dari simulasi adalah memberikan gambaran umum sebuah fenomena. Dalam kasus ini,karena model material yang digunakan adalah model material sangat sederhana dan hanya untuk tujuan demonstrasi, kemungkinan besar hasilnya tidak sama dengan kenyataan sebenarnya. Namun dari telaah awal hasil simulasi, mekanisme yang diperlihatkan di layar komputer bisa dikategorikan “cukup logis” (considerably logic).

Sampai di sini, biasanya langkah selanjutnya adalah verifikasi hasil simulasi dengan hasil eksperimen. Bila hasil simulasi dan eksperimen cukup mirip, yang berarti simulasi cukup valid, langkah berikutnya adalah mengubah karakteristik material yang diuji dan mencoba berbagai kondisi peluru. Misalnya menerapkan karakteristik baja campuran yang lebih bervariasi atau mengubah sudut tembak peluru, besar dan kecepatannya.

4. Penutup

Demikian kita telah membahas sedikit tentang penerapan teknologi simulasi di dunia militer yang dicontohkan dengan visualisasi proses peluru melubangi dua lapis plat baja. Mengingat urgensi dan keuntungan yang dapat diraih dengan menerapkan teknologi simulasi dalam proses manufaktur alat perang, penguasaan teknologi ini menjadi mutlak bagi badan-badan penelitian dan pengembangan (litbang) yang berada di lingkungan TNI dan POLRI, seperti divisi litbang PT.PINDAD atau laboratorium-laboratorium lainnya.

Pengenalan singkat mengenai software yang digunakan dalam simulasi di atas, dapat dilihat di sini.

Semoga uraian di atas ada manfaatnya bagi para pengunjung website infometrik dan penggiat militer khususnya. Kritik dan saran sangat diharapkan oleh penulis. Terima kasih.

Referensi:

(1)  http://www.infometrik.com/2009/08/pengantar-finite-element-method/

(2)  LS-DYNA 971 Manual, published by LSTC.

———————————————————————————————————————————

*Azhari Sastranegara, Dr.Eng

Menekuni bidang kekuatan material, impact safety, crashworthiness pada struktur kemudi kendaraan, tribology, dan  bearing manufacturing.

Tentang penulis dapat dilihat di

http://www.infometrik.com/penulis/?user=Azhari-Sastranegara>

Pada riset permulaan dari Metode Elemen Hingga Prof. Zienkiewicz (Zienkiewicz 1968) dalam sebuah artikel mengusulkan kriteria batuan sebagai material yang tidak dapat menahan tarik (no-tension material) dan memakai kriteria runtuh Mohr-Coulomb untuk analisa tegangan gesernya. Berdasarkan riset-riset para pakar geologi dan geofisik antara tahun 1960an sampai 1990an, Papaliangas (Papaliangas et.al. 1996) melakukan riset-percobaan kekar batuan (jointed rock) dan mengusulkan suatu terobosan baru dalam rumus dasar keruntuhan batuan tsb. Papaliangas memperhatikan dan mengimplementasikan pengaruh transisi getas-daktail (brittle-ductile transition). Kriteria runtuh lama yang dipergunakan para pakar mekanika batuan (Zienkiewicz et.al. 1968, Locat et. al. 2000) dan ahli-ahli geologi teknik / teknik perminyakan (Hatcher 1995, Aoki et.al. 1993, McLean 1987 and  Ramsay & Lisle 2000) tidak memasukan unsur transisi getas-daktail. Berkaitan dengan itu penulis mencoba mengimplementasikan algoritma baru (Louhenapessy 2000, Louhenapessy & Pande 2000)  yang  pada akhirnya sangat bermanfaat dalam pemecahan problem-problem mekanika batuan: a) perencanaan terowongan (tunneling),  b) kestabilan lereng dan c) stabilitas “borehole”. Beberapa contoh telah ditampilkan dan dibandingkan disini.

Pekerjaan-pekerjaan teknik sipil dan teknik pertambangan banyak melibatkan pembuatan terowongan dibatuan, seperti terowongan untuk “spillway” bendungan, ruang penyimpanan mesin pembangkit listrik pada bendungan, terowongan pada pertambangan dsb. Batuan yang umumnya ditemukan adalah batuan utuh (intact rock) dan batuan berkekar (joint rock). Perencanaan pembangunan proyek terowongan batuan (rock tunnel) melibatkan berbagai bidang ilmu, dan satu diantaranya adalah mekanika batuan. Dan jika mungkin dilakukan pemodelan konstitutip (kriteria runtuh) dari material batuan utuh / berkekar tsb.

Download artikel selengkapnya.

Hanya saja wacana yang dilemparkan pemerintah belum jelas, mobil hibrid seperti apa yang akan dikembangkan? Tanpa konsep yang jelas, sekali lagi topik ini hanya akan jadi wacana yang layu sebelum berkembang. Bukankah kalangan teknolog dan ilmuwan sudah sering dibuat terperangah dengan wacana-wacana muluk pemerintah? Beberapa waktu lalu pemerintah mengangkat wacana blue energy, padi super, bahan bakar alternatif dari minyak jarak, dan sebagainya, tapi ke mana semua gembar-gembor itu sekarang?

Bila mobil hibrid yang dimaksudkan pemerintah adalah mobil hibrid seperti milik Toyota dengan Prius-nya dan Honda dengan Insight-nya, yang menggunakan sumber energy primer dari bensin kemudian secara bertahap menyimpan energi listrik di dalam baterai, maka kita harus bersiap secara serius mengingat teknologi hibrid ini termasuk teknologi yang masih dijaga ketat oleh pabrikan otomotif besar dunia.

Mengulangi kembali seputar teknologi hibrid di dunia otomotif, kami lampirkan tiga tulisan tentang hal ini. Tulisan ini pernah dimuat di edisi khusus Majalah GATRA pada tahun 2006.

Mobil Hibrid 1

Mobil Hibrid 2

Mobil Hibrid 3

Sugeng Waluyo

Kategori: Aplikasi Teknologi, Komputasi Teknik

Pendahuluan

Hingga kini di Indonesia, proses penelitian yang melibatkan pemodelan dan simulasi komputer untuk material berbahan dasar karet masih dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak komersil. Disamping harga perangkat lunak yang sangat mahal, langkah tersebut terbukti tidak efisien mengingat di dalam perangkat lunak tersebut terdapat modul analisis lain yang embedded misalnya rangka batang dan pelat yang sejatinya tidak dapat digunakan untuk material karet. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, perlu segera dikembangkan perangkat lunak yang mampu memberikan fasilitas penelitian mandiri yang lebih fokus kepada proses pemodelan dan simulasi material karet. Fasilitas tersebut meliputi kemudahan akses dan modifikasi terhadap kode program (open source) sesuai kebutuhan spesifik pengguna. Sebagai ilustrasi, peneliti yang tertarik hanya pada aspek numerik dapat fokus pada aplikasi penyelesaian persamaan nonlinear yang lebih efektif dan efisien, sedangkan bagi mereka yang bergerak pada bidang kajian material karet dapat fokus untuk menguji material model baru.

Isi

LD-FEM sendiri adalah program komputer dalam bahasa Fortran untuk pemodelan dan simulasi material karet berbasis finite element method (FEM). Pre- dan post-processing dilakukan dengan bantuan perangkat lunak Gmsh (Geuzaine dan  Remacle, 2009). LD-FEM sejatinya adalah pengembangan lebih lanjut dari proyek AbabilSolver yang telah berhasil mengimplementasikan Timoshenko Beam Theory. Kemampuan LD-FEM saat ini masih disandarkan kepada kode program untuk elemen 4-node tetrahedra dengan linear shape function (lihat Gambar 1). Struktur program LD-FEM didesain mengikuti teori dasar large deformation FEM (Taylor, 1999) tanpa mengalami optimasi pemrograman. Dengan struktur tersebut diharapkan pengguna dapat dengan mudah melihat kesesuaian antara teori dan kode program. Sesuatu yang saat ini sulit diperoleh dari open source lain, sebagai contoh FEAP (Taylor, 2000), akibat proses evolusi dan optimalisasi  kode program. Kemudahan tersebut diharapkan memberikan dorongan pengguna memodifikasi program sesuai kebutuhan mereka.

[Gbr 1. Meshing menggunakan elemen linear tetrahedral 4-node beserta tampilan hasil perhitungan LD-FEM (kiri) pada komponen rubber bushing (kanan bawah) dengan beban dari poros. Perhitungan distribusi perpindahan dilakukan LD-FEM untuk pembebanan dan tumpuan seperti terlihat pada ilustrasi (kanan atas)]

Kinerja LD-FEM dapat diuji dengan perbandingan solusi analitik, solusi dari perangkat lunak komersil, dan solusi pengujian atau eksperimen. Disini akan diberikan dua contoh pengujian kinerja LD-FEM dibandingkan dengan solusi analitik dan hasil dari perangkat lunak komersil. Spesimen pengujian pertama adalah silinder karet dengan geometri dan dimensi terlihat pada Gambar 2. Masih dari gambar yang sama dapat dilihat bahwa silinder mengalami tekan uniaksial seragam pada sumbu X. Tumpuan pada permukaan bawah silinder dimodelkan tidak dapat bergerak bebas pada sumbu X,Y, dan Z sementara permukaan atas hanya diperbolehkan bergerak searah beban. Spesimen kedua adalah rubber stick yang mengalami torsi pada ujungnya sementara ujung lain di rekatkan pada sebuah tumpuan (Gambar 3).

Hasil simulasi spesimen silinder karet dapat dilihat pada Gambar 4. Sedangkan  perbandingannya dengan solusi analitik 1-D dan solusi dari MSC.Nastran 4.5 (MSC.

[Gbr 2. Spesimen silinder karet]                        [Gbr 3. Spesimen rubber stick]

Software Corporation Inc, 1999) dapat dilihat pada Gambar 5. Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa solusi LD-FEM masih mengalami apa yang disebut sebagai deformation locking. Fenomena ini terjadi karena LD-FEM masih menggunakan standard linear shape function untuk elemen tetrahedral sedangkan MSC. Nastran menggunakan strain enhanced formulation pada jenis elemen yang sama. Sebagai informasi saat ini penulisan kode program sedang dilakukan untuk mengimplementasikan formulasi strain enhanced (Taylor, 1999) pada LD-FEM.

[Gbr 4. Deformasi pada silinder karet]

[Gbr 5. Perbandingan hasil  LD-FEM dengan solusi                                                       analitik 1-D dan MSC.Nastran 4.5]

Untuk specimen kedua, hasil simulasi dan perbandingannya dengan hasil dari MSC.Nastran dapat dilihat pada Gambar 6. Disini dapat terlihat deformasi yang dihasilkan oleh LD-FEM maupun MSC.Nastran pada bagian ujung stick yang terkena beban terlihat mirip .

[Gbr 6. Perbandingan bentuk deformasi pada simulasi rubber stick yang terkena beban torsi antara LD-FEM (kiri) dan MSC.Nastran (kanan)]

Penutup / Kesimpulan

Dari pemaparan diatas dapat disimpulkan bahwa kinerja LD-FEM menjanjikan dilihat dari kuantitas hasil perhitungan dan kualitas deformasi yang dihasilkan. Pengembangan lebih lanjut yang sangat mendesak ada pada aspek-aspek berikut:

–       Pembuatan user interface antara Gmsh dan LD-FEM

–       Penggunaan elemen tetrahedral dengan enhanced strain function

–       Pembuatan pustaka subroutine material model untuk karet

Referensi

1. Geuzaine, C., Remacle, JF. (2009). Gmsh: a three dimensional finite element generator with built-in pre- and post-processing facilities. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 0:1-24
2. MSC. Software Corporation Inc. (1999). MSC. Nastran Documentation. MSC. Nastran for Windows 4.5
   1. Press, W. H., Teukolsky, S. A., Vetterling, W. T., and Flannery, B. P. (1986). Numerical Recipies in Fortran 77: The Art of Scientific Computing. Cambridge University  Press, 2^nd Edition
3. Taylor, R. L. (1999). A Mixed-Enhanced Formulation for Tetrahedral Finite Elements. Report No. UCB/SEMM-99/02
4. Taylor, R. L. (2000). FEAP – A Finite Element Analysis Program – Version 7.3. Berkeley: University of California

Profil Penulis:

Dilahirkan di Purwokerto, 13 April 1979. Menamatkan pendidikan sarjana teknik dari Institut Teknologi Bandung pada tahun 2002, dan master of science dari Technical University of Munich (TUM) pada tahun 2007. Saat ini bekerja sebagai pengajar dan peneliti bidang teknik mesin dan material di Universitas Jenderal Soedirman Purwokerto. Bidang keahlian khusus yang diminati adalah in-house finite element solution, simulasi dan pemodelan karet, dan rapid prototyping untuk Usaha Kecil dan Menengah (UKM). Penulis dapat dihubungi di sugengwalj@googlemail.com

Sebagian besar masyarakat umum menyamakan istilah Chrome dengan semua jenis pelapisan logam. Ketika menyebutkan electroplating yang mereka maksud adalah Chrome. Padahal, boleh jadi pelapisan logam tersebut hanya menggunakan tembaga  atau nikel saja atau  gabungan keduanya, dilapis tembaga kemudian dilapis nikel, namun tidak menggunakan lapisan chrome.

Chrome plating adalah salah satu teknik melapis logam (electroplating) menggunakan chromium sebagai pelapis ke permukaan logam yang hendak dilapis. Chrome adalah ungkapan populer dari Chromium yang merupakan salah satu senyawa kimia dengan symbol Cr yang memiliki nomor atom 24 (Cr²⁴) . Chrome adalah logam tapi dalam  aplikasi penggunaannya  tidak efektif  dalam bentuk solid.

Teknik pelapisan dasar chrome sangat bergantung pada pelapisan dasar. Untuk apilkasi decorative seperti melapis velg mobil/motor, tutup blok mesin, bumper, dan aksesoris lainnya, memerlukan pelapisan dasar menggunkan nikel plating, yakni melapis logam dengan bahan dasar nikel. Hal ini bertujuan untuk mendapatkan permukaan yang halus dan mengkilap. Nikel plating saja tidak membuat permukaan logam yang dilapis mengkilap, akan tetapi masih tampak pucat dan kekuning-kuningan. Setelah dilapis dengan chrome barulah permukaan logam yang dilapis mengkilap dan bercahaya  seperti pada sebuah cermin.

Untuk aplikasi engineering seperti melapis silinder hidrolik, ring piston, mata bor, permukaan cetakan, tidak mesti dilapis nikel sebagai pelapisan dasar, cukup dengan memoles permukaan benda kerja sampai halus  dan mengkilap lalu dilapis dengan chrome.

Perbedaan mendasar anatara chrome plating ( untuk decorative) dan hard chrome  ( untuk aplikasi engineering) adalah tebal lapisan dan konsentrasi larutan chrome. Hard chrome lapisannya lebih tebal dibandingkan chrome plating biasa.

Gambar (1) dan ( 2) di bawah ini adalah contoh hasil chrome plating

Untuk melakukan proses pelapisan yang baik diperlukan alat-alat dan bahan penunjang proses tersebut

Mesin Poles

Mesin ini berfungsi untuk menghaluskan benda kerja sekaligus mengkilapkan (buffing). Mesin ini dapat dibuat dari sebuah dynamo motor berkekuatan minimal 1 PK dengan kecepatan 2.800 RPM

Rectifier

Alat ini sebagai sumber arus listrik. Trafo atau rectifier yang digunakan minimal memiliki kuat arus 100 A untuk mendapatkan kekutan pelapisan yang baik.

Bak Plating

Wadah ini adalah tempat larutan electrolisis yang berfungsi sebagai media penghantar dalam prorses perpindahan partikel logam.

Plat Logam

Plat inilah yang sering disebut anode, ditempatkan mengapit benda kerja yang hendak dilapis. Anode ini sebagai pelapis yang akan larut dan menempel pada benda kerja yang hendak dilapis.

Electrolisis Chrome

Bahan untuk membuat larutan chrome terdiri dari Aquades, chromic acid, Asam sulfat dan katalis

Proses Pengerjaan

Diagram alir proses pengerjaan chrome plating dapat dilihat pada diagram di bawah ini

Benda kerja yang hendak di lapis biasanya masih memiliki cat dasar, untuk memudahkan pada proses buffing maka cat ini harus dihilangkan terlebih dahulu. Caranya bisa dengan mengoleskan paint remover atau merendamnya di dalam larutan asam sulfat. Proses berikutnya adalah buffing yakni mengkilapkan benda kerja dengan mesin poles.

Setelah proses buffing selesai, untuk menghilangkan sisa-sisa langsol pada permukaan benda kerja, maka dilakukan pencucian dengan sabun dan metal cleaner. Proses ini penting dalam electroplating, sebab jika masih ada sisa-sisa kotoran yang menempel dipermukaan benda kerja walau satu titik, maka proses pelapisan akan cacat dan menyebabkan lapisan chrome akan mudah lepas. Setelah memastikan pencucian/pembersihan kita sempurna, saatnya benda kerja dicelupkan ke dalam bak plating nikel. Setelah terlapisi nikel, benda kerja diangkat lalu dibilas dengan air setelah itu dimasukkan ke dalam bak  chrome.

Selesai melapis benda kerja dengan chrome, proses selanjunya adalah melakukan finishing dengan menghilangkan warna abu-abu pada benda kerja akibat arus yang berlebih.

Untuk menambah referensi Anda tentang metode pelapisan logam sebagai decorative maupun untuk aplikasi engineering, Anda dapat mengunjungi situs www.engineerfocus.com

Refrence :

http://www.finishing.com/faqs/chrome.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Chromium

www.google.com

Dalam jurnal kali ini, FEA Information seperti biasanya mengulas beberapa perkembangan terakhir seputar LS-DYNA processor. Kode program FEM berbasis explicit method ini semakin berkembang dan merambah daerah simulasi statis, yang sebenarnya merupakan domain asli kode berbasis implicit method. FEA edisi September ini antara lain mengupas kapabilitas LS-DYNA dalam mewujudkan simulasi forging dan extrusion, simulasi elektromagnetik, dan simulasi gerak katup jantung. FEA Information juga menambahkan informasi terbaru seputar hardware pendukung simulasi yang rumit.

Sedikit komentar Infometrik.Com terhadap jurnal FEA Information yang terakhir, tampaknya terlalu LS-DYNA sentris. Kupasan mengenai kode FEM yang lain seperti NASTRAN, ANSYS, dan lainnya seperti menghilang pada edisi ini. Meski demikian jurnal ini tetap menarik untuk dibaca, terutama bagi para pemerhati masalah-masalah simulasi teknik.

Jurnal terbaru FEA Information dapat diunduh di sini: FEAInformationEngineeringJournalSeptember,2010

Salam.

Pada tanggal 20 April 2010 lalu, Institut Teknologi Bandung meluncurkan kendaraan hemat energy yang akan diikutkan dalam lomba Shell Eco-Marathon se Asia yang akan diadakan di Sepang, Malaysia, bulan Juli nanti. Peluncuran ini sendiri telah diekspos oleh banyak media nasional, baik cetak maupun visual.

Dalam tulisan ini, Prof.Djoko Suharto, pembimbing dari tim ITB memberikan ulasan mengenai makna kompetisi tersebut dan efek yang diharapkan bisa timbul dari mengikuti kompetisi semacam ini, khususnya terhadap perkembangan inovasi di tanah air.

Shell Eco-marathon mulai diselenggarakan sejak tahun 1936 oleh sekelompok peneliti di laboratorium Shell untuk mempromosikan penghematan energi dan pengurangan polusi, khususnya di sektor transportasi. Dalam bentuknya yang sekarang, kompetisi ini pertama kali dilaksanakan di Eropa pada tahun 1985, kemudian di Amerika mulai tahun 2007 dan pada tahun 2010 ini Shell memperluas penyelengaraannya ke Asia. Kompetisi akan dilakukan di sirkuit Sepang, Malaysia pada tanggal 8-10 Juli 2010 dan diikuti oleh 112 peserta yang mewakili berbagai universitas dari 12 negara di Asia. Empat Perguruan Tinggi, yaitu ITB, ITS, UI dan UGM akan mewakili Indonesia dalam kompetisi tersebut.

Pemenang kompetisi adalah tim dengan kendaraan yang dapat menempuh jarah terjauh dengan jumlah bahan bakar paling sedikit. Berbagai tipe bahan bakar boleh digunakan. Setiap tim dapat memilih tipe bahan bakar masing-masing, seperti bensin, LPG, solar, bahan bakar
nabati maupun hidrogen. Kendaraan umumnya dijalankan dengan kecepatan rata-rata 30 km/jam dan menempuh jarak antara 16 sampai dengan 20 km tergantung dari panjang sirkuit balap yang dipakai. Untuk lomba di Sepang, kendaraan peserta diharuskan berputar 6 kali atau sepanjang 16,8 km. Setelah menempuh jarak tersebut, jumlah bahan bakar yang digunakan diukur dengan teliti dalam satuan gram atau ml. Agar penggunaan berbagai tipe bahan bakar tersebut dapat diperbandingkan, maka perhitungan konsumsi bahan bakar disetarakan ke tipe bensin Shell 95 tanpa timbal (Shell Unleaded 95 gasoline). Acuan yang dipakai adalah harga kalor bersih atau net calorific value. Sebagai contoh, harga kalor bersih bensin Shell 95 tanpa timbal adalah 42,9 kJoule/gram. Sebagai pembanding, etanol memiliki harga kalor bersih 26,9 kJoule/gram dan hidrogen 119,93 kJoule/gram.

Artikel selengkapnya dapat diunduh di sini Kompetisi Shell Eco-marathon

Berikut ini beberapa hal lain yang perlu diketahui mengenai katup atau valve sebagai kelanjutan dari pembahasan sebelumnya.

Tidak Mengisolasi 100%

Perlu dicamkan sewaktu mendesain sistem pipa, bahwa katup itu tidak bisa 100% mengisolasi aliran. Terutama ketika mendesain sistem pipa yang mengandung fluida beracun atau fluida terbakar. Karena itu, biasanya untuk fluida berbahaya, double block valve (menggunakan 2 katup untuk mengisolasi) itu merupakan keharusan.

Tes Tekanan

Untuk menstandarisasikan kemampuan katup mengisolasi dan kualitas katup, manufaktur katup diharuskan melakukan tes tekanan pada setiap katup yang diproduksi. Besar tekanan, lamanya tes, toleransi kebocoran, cara melakukan tes serta hal hal lain yang perlu diperhatikan terdapat dalam standar pelaksanaan tes tekanan seperti API STD 598, ASME B16.34, MSS SP-61 dan ISO 5208.

Standar diatas menjelaskan tentang tes untuk menguji kemampuan badan katup dan bagian penyekatnya. Masing-masing standar memiliki syarat yang sedikit berbeda, karena itu saat kita ingin membeli katup, kita harus jelas menulis standar mana yang harus diaplikasikan pada rekuisisi saat membeli.

Toleransi kebocoran tergantung dari jenis katup (silakan lihat artikel sebelumnya mengenai katup). Katup dengan soft/resilient seat mengharuskan tidak adanya kebocoran sedikitpun saat tes tekanan. Berbeda dengan metal seat dimana sedikit kebocoran masih bisa diterima. Tolerasi kebocoran biasanya berbanding lurus dengan besar katup. Semakin besar katup, semakin besar tingkat toleransinya.

Fluida yang digunakan untuk tes biasanya air atau udara. Saat menggunakan air, harus diperhatikan cara pembuangan air setelah tes tekanan tersebut. Sisa air di dalam katup dapat menjadi sumber permasalahan. Saat menggunakan udara, keamanan saat tes perlu lebih diperhatikan.

Tes pada suhu rendah dan cryogenic

Untuk katup yang akan digunakan pada sistem pipa dengan suhu rendah (dibawah -40 degC) dan cryogenic (-196 degC), katup perlu dites kemampuan mengisolasinya pada suhu tersebut. Untuk tes tekanan pada suhu rendah ini biasanya menggunakan standar BS 6364. Cryogenic test ini butuh fasilitas yang berbiaya besar. Selain kemampuan mengisolasi, pengoperasian katup juga diperiksa saat tes.　Contoh alat untuk menguji katup dapat dilihat pada gambar berikut.

Tes keamanan saat terbakar (Fire Safe Test)

Ketika mendesain pabrik, kita harus memperhatikan segala kemungkinan, termasuk kemungkinan terjadinya kebakaran di pabrik, terutama pabrik yang mengolah bahan mudah terbakar, seperti pengilangan minyak dan pengolahan gas alam.

Katup dengan soft/resilient seat tidak ada toleransi kebocoran saat tes. Tetapi, seperti yang dijelaskan di artikel sebelumnya, soft seat ini lemah terhadap suhu tinggi, apalagi kebakaran. Karena itu, kelulusan fire safe test biasanya diharuskan untuk katup dengan soft seat. Tes ini dilakukan cukup pada katup representatif dari setiap jenis model yang diproduksi dan biasanya memakai standar API STD 6FA, API STD 607 atau ISO 10497.

Di dalam tes ini, katup dimasukkan ke perapian, dibakar dan dilakukan tes tekanan. Ini bertujuan untuk menguji kemampuan katup mengisolasi saat soft seat rusak akibat panas.

Fugitive Emission Test

Walaupun dalam keadaan normal, katup dalam sistem pipa dapat mengeluarkan fluida didalamnya melalui celah-celah atau pori-pori yang ada terutama jika fluida itu dalam bentuk gas. Pori-pori stem packing merupakan salah satu celah keluar untuk gas didalam katup. Selain itu gasket diantara badan dan bonnet juga bisa menjadi celah. Banyaknya fluida yang keluar memang kecil sekali, tetapi jika fluida itu beracun atau berefek buruk pada lingkungan, jumlah sedikit tetap saja berbahaya dan harus diminimalisasikan.

Tes yang mengatur tentang kebocoran selain dari badan dan bagian penyekat katup ini disebut tes fugitive emission. Tes ini menjadi populer bersamaan dengan permasalahan polusi lingkungan. Meresapnya fluida keluar melalui stem seal memang sulit dihilangkan 100%. Jika stem seal terlalu padat, buka tutup katup akan sangat sulit, bahkan bisa merusak stem itu sediri. Mencari pertengahannya itulah menjadi tantangan bagi industri katup.

Serba-serbi lain mengenai katup

Vent Hole (lubang) pada bagian penyekat

Lubang pada penyekat biasanya diaplikasikan pada katup untuk suhu rendah dan cryogenic. Pada saat katup ditutup, biasanya ada fluida cair yang terperangkap diantara penyekat dan badan katup (yang biasa disebut dengan body cavity). Fluida cair itu akan menguap dan volume nya akan membesar. Sedangkan volume body cavity tetap, sehingga butuh pelarian untuk tekanan akibat penguapan ini.

Untuk itulah, butuh lubang pada bagian penyekat yang bisa melarikan tekanan ini kearah upstream. Lubang pada bagian penyekat ini merupakan keharusan untuk katup suhu rendah dan cryogenic.

Adakan toleransi korosi pada katup?

Seperti penjelasan tentang pipa diartikel sebelumnya, untuk mengatasi korosi pada pipa, ketebalan pipa perlu ditambahkan sebesar kecepatan korosi dikali tahun lama pabrik didesain. Bagaimana dengan katup?

Toleransi korosi pada katup sudah termasuk dalam standar ukuran yang diatur oleh beberapa standar internasional tentang katup. Tetapi hampir semua standar hanya memberikan toleransi korosi sebesar 3 mm. Jika perhitungan korosi lebih dari itu, perlulah permintaan khusus untuk menebalkan katup ketika memesan.

Tetapi perlu diperhatikan, bahwa hanya bagian badan katup saja yang diperbolehkan adanya toleransi. Bagian penyekat, stem dan bagian lain yang jika terkikis korosi akan menurunkan kemampuan mengisolasi, tidak boleh adanya toleransi korosi. Bayangkan, jika bagian penyekat menipis karena korosi, fungsi dari katup akan gagal. Karena itulah, bagian penyekat dan stem biasanya diharuskan menggunakan material yang lebih bagus dari material badan katup.

Demikianlah sedikit informasi tentang katup. Jika ingin lebih mengetahui lebih banyak, membaca standar seperti API, ASME, ISO, MSS atau BS akan sangat membantu.

Pipa dapat dibagi menjadi 2 bagian besar. Pipa dari logam dan non-logam. Logam terdiri dari carbon steel, stainless steel, aluminium, nickel dan lainnya. Berikut ini adalah contoh dalam desain pipa untuk pabrik industri gas alam, minyak, atau pabrik kimia lainnya.

Pertama, insinyur proses harus menghitung apa dan berapa banyak macam kandungan yang akan melewati pipa. Pada dasarnya, semua pipa untuk proses biasanya harus memakai pipa logam dan dimulai dari material carbon steel yang paling murah.

Akibat aliran fluida, bagian dalam pipa mengalami korosi, dan salah satu cara untuk menetapkan kecepatan korosi adalah memakai grafik de Waard – Milliams nomograph. Grafik ini membantu untuk menentukan berapa kecepatan korosi (mm/tahun) yang disebabkan adanya kandungan CO2 dalam fluida.

Problem disebabkan korosi dapat diatasi dengan menambah ketebalan pipa sebesar kecepatan korosi dikali tahun lamanya pabrik didesain. Tetapi, jika total ketebalan yang dibutuhkan untuk mengatasi korosi itu terlalu tebal, pipa akan menjadi sangat tebal dan tidak efektif dalam pembangunannya. Untuk keadaan ini, pipa dari stainless steel menjadi pilihan selanjutnya.

Selain korosi, suhu fluida juga menentukan material pipa. Semakin rendah suhu, logam akan menjadi mudah mengalami retakan. Ini karena sifat brittle (getas)  logam bertambah pada suhu rendah . Stainless steel merupakan salah satu yang tahan akan suhu rendah. Karena itu, untuk cryogenic service (fluida dengan suhu operasi dibawah -196 degC) stainless steel adalah material yang cocok dibandingkan dengan carbon steel.

Stainless steel sering disebut juga corrosion resistance alloy (campuran logam tahan korosi) dan tentunya lebih mahal dibandingkan carbon steel. Stainless steel bisa dibagi menjadi beberapa jenis, contohnya austenitic, feritic, martenistic, duplex dan high alloy stainless steel (campuran tinggi logam stainless steel). Sayangnya, stainless steel tidak tahan terhadap semua jenis korosi, terutama korosi yang disebabkan oleh klorida, sulfida serta fluida asam (sour fluid) lainnya.

Untuk sistem pipa yang mengalirkan fluida asam (piping system for sour service) biasanya di desain berdasarkan standar NACE (National Association of Corrosion Engineers) MR0175. Mulai tahun 2003, standar NACE MR0175 bersatu dengan ISO 15156 dan yang memiliki syarat desain yang sulit dibandingkan edisi tahun sebelumnya.

Berdasarkan NACE MR0175/ISO 15156, penggunaan austenitic stainless steel dibatasi oleh kombinasi dari kadar khlorida, H2S (hydrogen sulfide) dan suhu fluida. Jika austenitic stainless steel tidak dapat digunakan, maka penggunaan duplex atau high alloy stainless steel merupakan pilihan selanjutnya. Jika duplex atau high alloy stainless steel juga tidak dapat digunakan, maka pilihan selanjutnya adalah menggunakan logam campuran nikel seperti incoloy dan inconel.

Semakin tahan terhadap berbagai korosi, semakin mahal harga material tersebut. Untuk mengurangi biaya, pengaplikasian cladding atau overlay merupakan salah satu alternatif. Misalnya menggunakan pipa dari carbon steel dengan dilapisi logam mahal pada bagian dalamnya saja yang bersentuhan langsung dengan fluida sumber korosi akan bisa menekan biaya tanpa mengurangi ketahanan terhadap korosi.

Pemilihan material ini bukan hanya untuk pipa, tetapi juga berlaku untuk bejana (vessel), katup (valve) dan elemen pipa lainnya. Untuk katup, walaupun material dari badan katup bisa memakai carbon steel, tetapi bagian dimana korosi tidak diperbolehkan untuk menjaga kemampuan katup untuk menyekat (sering disebut sebagai trim, seperti bagian valve seat, stem dan lainnya), maka penggunaan stainless steel atau logam tahan korosi lainnya menjadi keharusan.

Pada saat melakukan pemilihan material yang sebenarnya, mungkin tidak akan semudah yang dijabarkan diatas, tetapi secara umum, begitulah proses pemilihan material pada saat mendesain pabrik industri.