Radiator Spring

RADIATOR BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Radiator memegang peranan penting dalam mesin otomotif (misalnya: mobil). Radiator berfungsi untuk mendinginkan mesin. Pembakaran bahan bakar dalam silinder mesin menyalurkan energi panas ke dalam bentuk tenaga putar. Tetapi energi panas dari bahan bakar tidak sepenuhnya dapat dikonversikan ke dalam bentuk tenaga. Hanya kurang lebih 25 % dari energi yang dikonversikan menjadi tenaga. Kurang lebih 45 % dari energi panas hilang menjadi gas buang atau gesekan dan 30 % diserap oleh mesin itu sendiri. Panas yang diserap oleh mesin harus dikeluarkan ke udara sekeliling. Jika tidak maka akan menyebabkan mesin menjadi kelebihan panas dan pada akhirnya rusak. Sistem pendinginan dipasang untuk mendinginkan mesin agar tidak kelebihan panas. Pendinginan mesin biasanya menggunakan sistem pendinginan udara atau sistem pendinginan air. Pada umumnya mesin otomotif menggunakan sistem pendinginan air. Sistem pendinginan air lebih sulit dan lebih mahal dari pada sistem pendinginan udara. Tetapi sistem pendinginan air mempunyai beberapa keuntungan. Air pendingin mesin adalah aman sebab ruang pembakaran dikelilingi oleh air pendingin (air ditambah macam-macam additive, dan juga anti beku), yang juga sebagai peredam suara. Air pendingin yang panas dapat juga berfungsi sebagai sumber panas pada pemanas udara. Dilihat dari fungsi dan kegunaan radiator ini, maka pemilihan material untuk radiator dan juga proses manufaktur radiator haruslah tepat agar diperoleh produk radiator yang berkualitas dan berfungsi dengan baik dalam mendinginkan mesin. I.2. Batasan Masalah Makalah ini dibatasi pada pemilihan material dan proses manufaktur radiator mobil. 1 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR I.3. Tujuan Penulisan Makalah tentang radiator ini disusun dalam rangka memenuhi tugas mata kuliah pemilihan material dan proses manufaktur di program pendidikan sarjana ekstensi teknik mesin universitas Indonesia. Selain itu juga bertujuan agar mengerti tentang pemilihan material yang sesuai dengan fungsi dan kegunaan radiator serta proses manufakturnya dari raw material hingga jadi produk yang siap dipasarkan. I.4. Metode Penulisan Makalah tentang pemilihan bahan dan proses manufaktur radiator ini disusun berdasarkan studi literatur yaitu dengan penelusuran informasi dan data-data yang diperlukan dari buku-buku dan layanan internet. 2 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR BAB II TINJAUAN OBJEK 2.1 Deskripsi Radiator Radiator adalah komponen / alat yang digunakan untuk mendinginkan lingkungan kerja yang berada disekitarnya. Radiator menyerap panas lingkungan, lalu didinginkan dengan bantuan media plat / air yang berada didalamnya. Para pengembang property banyak yang menggunakan radiator sebagai penyejuk ruangan. Radiator diinstal sedemikian rupa sebelum rumah di cor dengan beton. Gambar 2.1 Penggunaan radiator Pada bisnis property Dalam makalah yang kami susun saat ini akan lebih memfokuskan pada pembahasan tentang radiator yang digunakan pada mobil Radiator pada mobil pada umumnya terpasang dibagian depan. Radiator berfungsi untuk mendinginkan air yang menjadi panas setelah beredar dalam mantel air pendingin pada mesin. Yang mempunyai dua tabung air, terletak di atas dan di bawah. Ditabung bagian atas terdapat lubang pengisian air, pipa pemasukan air dari mantel pembuangan dan di tabung bagian bawah terdapat kran pembuangan air, dan pipa penghubung kemesin. Gambar 2.2 Radiator Mobil 3 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR Radiator pada awalnya hanya berupa plastik yang mengelilingi pipa-pipa tembaga atau kuningan yang berisi air yang mengalir didalamnya. Sekitar tahun 1920, beberapa pabrikan kendaraan seperti General Motor, telah menganti pipa radiator menjadi berbentuk oval, sehingga menjadikannya lebih efisien. Setelah dimensi mesin bertambah besar dan panas, perusahaan mulai menambahkan beberapa bagian seperti kipas, agar udara yang melalui melalui pipa terjaga tetap konstan. Dan juga ditambahkan pompa air untuk mendorong air melalui pipa-pipa tersebut. Sekarang, pabrikan mulai menggunakan cairan kimia anti-beku kedalam plastik pendingin untuk mencegah kegagalan plastik pendingin pada saat cuaca bersuhu rendah. Awalnya radiator mengunakan pipa berdiameter 1⁄2 inchi. Pada tahun 1940, pabrikan Ford mulai bereksperimen mengunakan pipa yang lebih besar. Permasalahan muncul ketika diameter pipa yang digunakan bertambah besar maka dinding pada pipa harus lebih tebal untuk mencegah kebengkokan pada saat diberi tekanan. Hal ini menyebabkan radiator bertambah berat tetapi membuatnya lebih efisien. Pada tahun 1970, pabrikan kendaraan bereksperimen mengunakan radiator yang berinti banyak, serta bereksperimen terhadap ukuran dan ketebalan pipa. Beberapa pabrikan bahkan ada yang mencoba mengunakan plastik untuk membuat radiator menjadi ringan. Dan sekarang beberapa kendaraan menggunakan radiator berbahan aluminium yang lebih ringan dan dengan desain lebih baik. 3 Bagian-bagian Radiator 1 7 1. Tabung air atas (upper tank) 2. Tabung air bawah (lower tank) 3. Sambungan selang atas 5 4. Sambungan selang bawah 5. Kisi-kisi ( tube ) 6 6. Sirip-sirip ( fin ) 7. Tutup radiator 8. Kran pembuang (drain cock) 2 8 4 Gambar 2.3 Bagian-bagian Radiator 4 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR 1. Tabung air atas (upper tank), berfungsi sebagai penampung air sebelum air masuk kedalam kisi-kisi (tube) radiator. 2. Tabung air bawah (lower tank), berfungsi sebagai penampung air dari kisi-kisi (tube) radiator. 3. Sambungan selang atas, berfungsi sebagai jalan masuk air ke radiator. 4. Sambungan selang bawah, berfungsi sebagai jalan keluar air dari radiator. 5. Kisi-kisi (tube), dengan memiliki konstruksi pipih dan memanjang diharapkan air dapat mentransferkan panasnya dengan efisien. 6. Sirip-sirip (fin), berfungsi untuk membuat turbulensi udara disekitar kisi- kisi (tube) agar pendinginan air lebih efisien. 7. Tutup radiator, berfungsi untuk menutup radiator serta mengatur dan menaikan tekanan dalam sistem pendingin. 8. Kran pembuang (drain cock), berfungsi untuk membuang air yang ada didalam radiator. Thermostat Thermostat bekerja dengan memanfaatkan tekanan yang disebabkan oleh fluida (cairan) panas dari dalam jaket pendingin mesin. Ketika tekanan naik, pegas pada thermostat akan tertekan dan membuka saluran menuju radiator, sehingga fluida panas tersebut akan masuk ke radiator dan didinginkan. Fluida dingin dalam radiator masuk ke jaket pendingin dengan cara menekan vakum valve thermostat. Gambar 2.4 Thermostat Gambar 2.5 Cara kerja thermostat 5 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR Tutup radiator Untuk mendapatkan efek pendinginan yang lebih baik, maka perbedaan suhu antara udara luar dengan suhu air pendingin dalam radiator haruslah besar, dengan menggunakan tutup radiator. Didalam tutup radiator terdapat relief valve atau klep relief dan vacuum valve atau klep vakum yang mengatur agar tekanan dalam radiator tidak lebih dari 1 atmosfer (atm) dan air mendidih dalam radiator diatas 100 derajat celcius. Gambar 2.6 Tutup Radiator 1. Relief valve atau klep relief mempunyai fungsi untuk membuang kelebihan tekanan dalam radiator, bila telah melewati batas tekanan yang ditentukan oleh pabrik. Gambar 2.7 Relief valve 2. Gambar 2.8 Vacuum Valve Sedangkan vacuum valve atau klep vakum mempunyai fungsi untuk menyamakan tekanan di dalam radiator dengan tekanan udara luar, apabila suhu air pendingin dalam radiator turun sampai dibawah titik didihnya. 6 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR Tangki Resevoir Sistem pendingin radiator dilengkapi dengan tangki reservoir. Tangki tersebut diletakkan dekat dengan radiator yang mempunyai fungsi untuk memperbesar ekspansi air pendingin selama mesin bekerja. Prinsip kerja dari tangki reservoir adalah “ Bila suhu air pendingin dalam radiator naik, maka air akan mengalir dari tangki reservoir kedalam radiator dan akan mengalir kembali kedalam tangki reservoir bila suhu air dalam radiator turun”. Gambar 2.9 Tangki Reservoir 2.2 Pemilihan Material Faktor yang harus diperhatikan dalam pemilihan material adalah karakteristik material tersebut. Dengan mengetahui karakteristiknya, maka dapat diketahui kelebihan dan kekurangan material tersebut sehingga kita dapat menentukan material yang sesuai dengan fungsi dan tujuan produk yang ingin dicapai. Radiator sebagai alat penukar panas akan selalu menerima beban panas dari mesin yang akan didinginkan. Untuk itu dibutuhkan material yang memiliki sifat fisik dan mekanis sesuai dengan beban kerjanya. 2.2.1 Sifat Fisik Material 1. Density Density adalah perbandingan berat material terhadap volumenya. Density material menentukan beberapa sifat mekanik bahan diantaranya specific strength dan specific stiffness. Untuk menentukan pemilihan material radiator perlu dipilih material dengan density rendah dengan pertimbangan berat total produk dan biaya. 2. Melting point Melting point suatu material tergantung pada energi yang digunakan untuk melepaskan ikatan-ikatan atom material tersebut. Sedangkan untuk material alloy melting point juga tergantung pada komposisi partikel penyusunnya. Informasi melting point material penting diketahui pada pemilihan material 7 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR radiator. Melting point menginformasikan batas suhu yang dapat diterima oleh material tersebut sebelum berubah fasa dari padat menjadi cair. Sehingga, semakin tinggi melting point maka semakin baik material tersebut digunakan sebagai material radiator. Material yang digunakan harus mampu menahan beban termal yang tinggi sehingga apabila suhu radiator mencapai/melampaui batas temperatur kerja material tersebut tidak meleleh. 3. Thermal expansion Sebagian besar material padat akan memuai apabila dipanaskan dan berkontraksi apabila didinginkan. Perubahan panjang material padat akibat perubahan temperature, secara matematik ditulis : Dimana : lo= Panjang awal material Lf= Panjang akhir material To= Temperatur awal Tf=Temperatur akhir Sedangkan αl disebut linear coefficient of thermal expansion, variabel tersebut mengindikasikan pemuaian material ketika dipanaskan. Sifat thermal expansion dimaksudkan untuk mengetahui titik muai dan titik kontraksi material pada suhu tertentu. Ketika radiator menerima beban termal yang tinggi maka material radiator tersebut harus memiliki titik muai yang rendah supaya bentuk atau konstruksi radiator tersebut tidak mengalami perubahan. 4. Specific heat Material padat akan meningkat temperaturnya apabila dipanaskan dengan menyerap sejumlah energi. Sifat tersebut dinamakan heat capacity yaitu kemampuan suatu material untuk menyerap panas dari lingkungan dengan menyerap sejumlah energi untuk menghasilkan kenaikan suhu sebesar 1 derajat. Secara matematik, heat capacity terdapat pada persamaan berikut : 8 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR Keterangan : C = Heat capacity (J/mol-K atau Kal/mol-K) dQ = Energi yang diserap dT = Perubahan suhu Sedangkan specific heat (c) menunjukkan heat capacity persatuan massa (J/kg-K, Kal/g-K, Btu/Lb-0F) Radiator yang baik harus memiliki kemampuan menyerap panas yang baik dari lingkungan dalam hal ini suhu tinggi yang berasal dari mesin. Untuk itu diperlukan material radiator yang memiliki sifat specific heat yang baik. Semakin tinggi specific heat suatu material, maka semakin besar pula suhu yang dapat diserap oleh material tersebut. 5. Thermal conductivity Konduksi termal merupakan fenomena perpindahan panas dari substansi bersuhu tinggi ke suhu yng lebih rendah. Sifat tersebut menunjukkan kemampuan suatu material untuk memindahkan panas atau disebut konduktifitas termal. Besarnya panas yang dipindahkan ditunjukkan pada persamaan berikut : Dimana : q = aliran panas (Btu/ft2-h) k = konduktifitas termal (W/m-K) atau (Btu/ft-h-0F) Thermal conductivity merupakan sifat yang penting pada proses heat transfer. Dengan nilai thermal conductivity yang baik maka semakin besar pula suhu yang dapat ditransfer oleh suatu material. Material yang akan dipilih untuk radiator harus memiliki thermal conductivity yang baik sehingga panas yang diserap dari mesin bisa dialirkan melalui material tersebut yang pada akhirnya dilepas menuju lingkungan yang bertemperatur lebih rendah. 9 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR 2.2.2 Sifat Mekanik Material 1. Yield strength Pada umumnya suatu struktur didesain agar memiliki deformasi elastic yang baik ketika menerima beban stress. Salah satu fenomena mekanik yang penting dalam hal ini adalah yielding yaitu kekuatan tarik material sebelum mengalami deformasi plastis. Secara jelas peristiwa tersebut digambarkan pada grafik Stress-strain dibawah ini. Gambar 2.10 Grafik stress-strain 2. Tensile strength Agar terjadi deformasi plastis, setelah terjadi yielding diperlukan stress agar mencapai titik maksimumnya. Pada titik tersebut terjadi stress maksimum sebelum terjadi perpatahan pada material. Hal tersebut diperlihatkan pada grafik berikut : Gambar 2.11 Grafik tensile strength material 10 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR 2.3 Proses manufaktur 2.3.1 Rolling Rolling adalah proses pengurangan ketebalan benda kerja dengan cara memberikan gaya tekan melalui alat roll. Untuk jenis flat rolling dihasilkan dua macam produk yaitu plat dan sheet. Untuk plat ketebalannya lebih dari 6 mm sedangkan sheet ketebalan minimumnya sebesar 1 mm. Proses flat rolling dapat dibagi kedalam 2 jenis pengerjaan yaitu hot rolling dan cold rolling. Pada hot rolling, saat di rol material dipanaskan diatas temperatur rekristalisasi. Hal ini dimaksudkan untuk memperbaiki struktur material agar ukuran grain lebih homogen dan lebih kecil sehingga bisa memperbaiki kekuatan material terutama sifat ductility nya. Sedangkan pada cold rolling material di rol pada temperatur ruangan dengan menghasilkan permukaan sheet yang lebih halus dari pada dengan pengerjaan hot rolling. Gambar 2.12 Efek hot rolling terhadap perubahan struktur material 2.3.2 Sheet Metal Forming Sheet metal forming merupakan salah satu proses manufaktur sheet metal untuk menghasilkan bentuk yang dikehendaki. Beberapa proses yang termasuk sheet metal forming diantaranya shearing dan bending. Shearing merupakan proses forming dengan cara memotong bagian sheet dengan punching sehingga didapat bentuk yang sesuai dengan bentuk punchnya. Terdapat bemacam-macam jenis proses shearing dalam pengerjaan sheet metal diantaranya : a. Blanking Pada proses ini sheet metal di punch sesuai dengan bentuk yang dikehendaki sehingga terpisah dengan sheet metal asalnya. 11 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR b. Die cutting Proses ini terdiri dari berbagai macam jenis diantaranya : 1. Perforating ; yaitu punching untuk menghasilkan beberapa lubang sekaligus pada sheet metal 2. Parting ; yaitu pemotongan sheet metal menjadi beberapa bagian. 3. Notching ; yaitu membuang bagian sheet metal dengan cara di punch. 4. Lancing ; yaitu memotong bagian sheet metal tanpa membuang bagian material tersebut. Gambar 2.13 Shearing process c. Slitting Slitting yaitu memotong permukaan sheet dan memberikan bentuk pada bagian tersebut. Gambar 2.14 Slitting sheet metal d. Niblling Nibling yaitu proses pemotongan sheet dengan cara di punch secara bolak- balik dengan arah yang lurus terhadap sheet dan dilakukan secara cepat. 2.3.3 Bending Bending merupakan proses forming dengan membengkokkan benda kerja. Pada proses bending terdapat parameter yang dinamakan minimum bend radius. 12 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR Parameter ini menunjukkan jarak radius bending yang menimbulkan retak pada benda kerja. Mininum bend radius berhubungan dengan ketebalan material (thickness), ketebalan tersebut menunjukkan pula radius terkecil pada saat bending sheet tanpa mengalami keretakan. Tabel 2.1 Minimum bend radius material pada temperatur ruang Gambar 2.15 Grafik hubungan antara minimum bend radius terhadap tensil 2.3.4 Brazing Brazing adalah proses penyambungan ( Joining ) dengan cara memanaskan Filler sampai titik leburnya. Dengan gaya kapilaritas, Filler tersebut mengisi celah-celah sambungan material. Metal filler dipanaskan hingga mencapai titik lebur sebesar 4500 C sedangkan temperatur kerja brazing harus dibawah titik lebur material yang akan disambung. Kekuatan brazing bergantung pada desain sambungan dan adhesivitas antar muka benda kerja dan fillernya. Gambar 2.16 (a) benda kerja sebelum dibrazing (b) benda kerja sesudah dibrazing 13 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR 2.3.5 Soldering Soldering memiliki prinsip kerja yang sama dengan brazing, yang membedakannya adalah temperatur kerja soldering lebih rendah dari pada brazing. Tabel 2.2 Jenis filler solder dan aplikasinya 2.3.6 Surface treatment Surface treatment digunakan untuk melindungi permukaan komponen agar tidak terjadi perubahan sifat dan karakteristik. Untuk sheet metal, surface treatment diperlukan untuk meningkatkan ketahanan material terhadap korosi dan oksidasi. Adapun jenis surface treatment yang umum dikenal diantaranya : a. Coating b. Electroplating c. Anodizing 2.4 Analisa Ekonomi Pada operasi manufaktur, desain dan manufaktur yang ditentukan berdasarkan spesifikasi dan sifat teknis merupakan salah satu aspek dalam kegiatan produksi. Dengan tujuan memenuhi market target, maka harus dilakukan juga analisa ekonomi agar diperoleh faktor harga produk yang sekompetitif mungkin terhadap produk lain yang sejenis. Dalam melakukan analisa ekonomi, faktor biaya yang menjadi pertimbangan diantaranya : a. Material cost b. Tooling cost, diantaranya biaya pembuatan alat, dies, mold, cetakan. 14 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR c. Fixed cost, diantaranya biaya energi, bahan bakar, pajak, asurasi, modal, termasuk depresiasi dan interest. d. Capita cost, diantaranya modal berupa lahan, bangunan, mesin. 2.5 Pertimbangan Lingkungan Kegiatan industri yang terus mengalami kemajuan pada satu abad terakhir ini telah menimbulkan efek buruk bagi lingkungan. Masalah lingkungan seperti pencemaran oleh limbah pabrik dan pemanasan global telah menjadi topik utama untuk dicari solusinya. Untuk itu perlu diupayakan analisa mengenai dampak lingkungan, terhadap produk, desain, material yang digunakan dan proses manufakturnya. Adapun langkah-langkah penting sebagai petunjuk untuk mengurangi dampak lingkungan yang diakibatkan kegiatan industri, diantaranya : a. Mengurangi material limbah dengan memperbaiki desain produksi dan mengurangi jumlah material yang digunakan. b. Melakukan riset dan pengembangan produk dan teknologi manufaktur yang ramah lingkungan. c. Mengurangi penggunaan material berbahaya pada produk maupun proses produksinya. d. Melakukan penanganan limbah dengan benar e. Melakukan perbaikan terhadap proses daur ulang, waste treatment, dan penggunaan ulang material. 15 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR BAB III PEMILIHAN MATERIAL DAN PROSES MANUFAKTUR RADIATOR 3.1 Pertimbangan Faktor Teknik Radiator 3.1.1 Pemilihan Material Radiator Pemilihan material yag sesuai dengan fungsi benda yang akan diproduksi menentukan kualitas maupun kinerja benda yang akan diproduksi. Berikut ini disertakan tabulasi dari bermacam-macam jenis material yang akan dipilih sebagai maerial radiator. Tabel 3.2 Sifat mekanik material pada temperatur ruang 16 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR Berdasarkan tabel diatas kita dapat mengetahui beberapa sifat fisik material yang dapat digunakan sebagai material untuk radiator. Akan tetapi, berdasarkan fungsi utama radiator sebagai alat penyerap kalor maka sifat thermal conductivity material adalah dasar utama pertimbangan saat memilih material radiator. Thermal conductivity Specific heat Aluminium, Copper, Tungten, Magnesium, Titanium, Plastic, Wood Melting point Density All material Gambar 3.1 Diagram piramid pemilihan material Pada puncak piramida tersebut terpilih dua jenis material sebagai material yang akan digunakan sebagai material radiator. Cu dan Al memiliki sifat fisik yang baik terutama sifat koduktifitas termalnya. Hal ini sesuai dengan fungsi utama radiator dimana materialnya harus memiliki kemampuan transfer panas yang baik. Akan tetapi, 17 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR untuk pemilihan material yang lebih presisi dari ke dua jenis material tersebut perlu dianalisa lebih jauh dengan mempertimbangkan faktor lainnya. Dari tabel properti material sebelumnya dapat kita lihat bahwa secara umum Cu dan Al memiliki properti fisik dan mekanik dengan keunggulan dan kelemahan masing- masing. Yang harus di pertimbangkan lebih lanjut adalah mengetahui material paduannya sehingga dapat diketahui sifat-sifat khusus dari kedua material tersebut. Agar dapat dipilih material yang baik maka kita harus mengetahui paduan dari kedua jenis material tersebut beserta sifat-sifatnya. Adapun jenis-jenis paduan Cu dan Al adalah sebagai berikut : Tabel 3.3 Sifat dan aplikasi copper alloy dan brass alloy Untuk bahan tube radiator, material paduan yang digunakan adalah aluminium alloy jenis AA 3003/7072 dan brass alloy UNS C26000. Secara garis besar sifat material dari kedua material tersebut dapat dilihat pada tabel berikut : 18 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR Perbandingan penggunaan material tembaga dengan aluminium 1. Pertimbangan sifat untuk material tube dan fin radiator Tabel 3.5 Sifat fisik dan mekanik aluminium alloys dan brass untuk material tube Sedangkan untuk material fin radiator digunakan aluminium AA 7072 dan brass UNS C14300. Tabel 3.6 Sifat fisik dan mekanik aluminium alloys dan brass untuk material fin Pada kedua tabel diatas dapat dilihat bahwa density Al lebih rendah dari pada Cu. Hal ini menunjukkan bahwa Al lebih ringan dari pada Cu. Sehingga berdasarkan factor berat, Al lebih unggul dari pada Cu. Adapun hubungan antara density dan strength material dapat dilihat dalam bubling chart berikut. 19 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR Gambar 3.2 Grafik strength terhadap density metal Pada tabel terlihat bahwa berdasarkan perbandingan tensil strenghtnya , brass lebih unggul dari pada Al. Dengan perbandingan kekuatan tersebut dinding tube material yang menggunakan brass bisa dibuat lebih tipis dan mengurangi berat total radiator. Tabel 3.7 Perbandingan sifat fisik dan mekanik cu, br dan Al untuk fin dan tube material radiator Sedangkan untuk material tube radiator diketahui bahwa thermal conductivity Al lebih besar dari pada brass. Akan tetapi dengan perbandingan nilai strengthnya, brass masih lebih unggul dari pada Al. Pada buble chart berikut dapat dilihat juga nilai strength brass dan Al terhadap maksimum service temperaturnya. Chart tersebut menunjukan bahwa pada teperatur yang lebih tinggi strength brass masih lebih unggul dari pada Al. 20 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR Gambar 3.3 Grafik strength terhadap maximum service temperatur metal 3.1.2 Proses Manufaktur Radiator Proses manufaktur radiator terdiri dari beberapa tahap. Dalam pembuatan elemen radiator yaitu fin dan tube nya dijelaskan sebagai berikut : 1. Pembuatan tube a. Bending sheet Kisi-kisi (tube), dibuat dari paper thin brass yang dibengkokkan dengan mesin roller bending hingga berbentuk flat tube. (a) (b) Gambar 3.4 (a) Proses sheet rolling (b) bending sheet tube 21 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR b. Coating flat tube Hal ini dilakukan untuk melapisi tube dengan timah yang pada proses selanjutnya dilakukan soldering. Flat tube dicelupkan pada cairan timah panas hingga menutupi seluruh permukaan tube. Gambar 3.5 Coating tube dengan hot molten lead c. Hardening flat tube Tube yang sudah terlapisi timah dilewatkan pada air dingin untuk menjaga lapisan timahnya agar tetap melekat pada permukaan tube. d. Cutting flat tube Flat tube yang telah di coating dan diproses dengan air dingin, kemudian di potong dengan cutter machine sesuai dengan panjang tube yang diinginkan (± 76 cm). Gambar 3.6 Tube cutting Gambar 3.7 Slitting fin radiator 2. Pembuatan Fin a. Slitting Fin radiator dengan tebal 1,5 mm dibuat dari tembaga melalui roller mesin fin mil untuk membuat celah-celah pada copper sheet. Celah-celah ini berfungsi untuk mempercepat proses pendinginan. 22 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR b. Bending Setelah proses slitting, fin radiator dibuat zig-zag dengan cara bending. Selanjutnya rangkaian fin tersebut di potong-potong sesuai dengan panjang yang di kehendaki. (a) (b) Gambar 3.8 (a) Dies bending (b) bending sheet fin 3. Header Pembuatan header dilakukan dengan cara : a. Nibbling Sheet tembaga diproses dengan cara nibbling pada mesin punch sesuai dengan pola yang telah dibuat sebelumnya. Dalam satu sheet bisa dibuat beberapa sheet header. Kemudian sheet yang telah di bentuk dilepaskan dari sheet utama secara manual. Gambar 3.9 Niblling sheet header 23 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR b. Pressing Gambar 3.10 Sheet header Setelah pembuatan sheet header, maka proses selanjutnya lembaran-lembaran tersebut dibentuk dengan cara dibengkokkan dengan menggunakan mesin press. c. Punching Header radiator yang telah terbentuk kemudian dilubangi yang ukuran lubangnya disesuaikan dengan ukuran tube. Header tersebut dipunch (perforating) hingga menghasilkan lubang-lubang. Gambar 3.11 Punching slot tube pada header 4. Upper tank dan lower tank Pada proses pembuatan upper dan lower tank radiator, terlebih dahulu dibuat dies sesuai dengan bentuk tank yang dikehendaki. Setelah dies dibuat maka dapat dilakukan pressing sheet pada dies sehingga dihasilkan bentuk dan volume tank radiator. 24 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR Gambar 3.12 Proses press untuk tank radiator 5. Perakitan fin dan tube radiator Fin dan tube radiator di susun kemudian ditekan oleh mesin press dan di ikat agar konstruksinya tidak berubah. Fin dan tube yang telah dirakit tersebut dipasangkan header pada tube-tubenya hingga tahap selanjutnya, yaitu proses joining. Gambar 3.13 Fin dan tube setelah dirakit 6. Joining fin, tube dan header radiator Sebelum masuk proses joining, permukaan radiator yang telah dirakit dibersihkan dari kotoran. Kemudian radiator tersebut di oven dengan suhu 3500 C hingga timah yang melekat pada tube meleleh dan yang tersisa hanya timah pada rongga-rongga sambungan. Dalam proses tersebut selain untuk melelehkan timah pada tube juga berfungsi sebagai soldering dari bagian-bagian radiator. (a) (b) Gambar 3.14 (a) Cleaning surface (b) Fin dan tube radiator setelah soldering 25 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR 7. Soldering Untuk menghasilkan kekuatan konstruksi yang lebih baik, sambungan antara tube dan header harus di solder ulang. Soldering dilakukan dengan cara mencelupkan bagian header dan tube kedalam timah panas. Selanjutnya adalah menyambung upper dan lower tank pada tiap headernya dengan cara brazing. Setelah itu pipa saluran masuk dan saluran keluar pada radiator dipasang dengan cara brazing. (a) (b) (c) Gambar 3.15 (a) Soldering header dan tube radiator (b) Brazing pada tank radiator (c) Brazing pada pipa intake 8. Finishing Finishing radiator adalah memberi perlakuan pada permukaan radiator dengan cara electrophoretic coating. Tujuan dari treatment ini adalah untuk meningkatkan ketahanan material dari korosi dan oksidasi sehingga radiator bisa bertahan lama. Proses ini juga sekaligus memberikan warna pada permukaan radiator. Proses electrophoretic coating ini dapat dilihat pada gambar dibawah ini. 26 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR Gambar 3.16 Proses electrophoretic coating bath Pada saat proses electrophoretic coating, cat film menempel secara alami pada permukaan radiator. Permuakaan yang telah tertutupi cat menyebabkan isolasi listrik pada permukaan radiator sehingga cat tidak bisa lagi menempel pada permukaan radiator. Setelah proses electrophoretic coating, radiator yang telah tertutupi cat kemudian di oven pada suhu 1500-1700C. Setelah proses oven kemudian coating radiator di treatment pada temperature rendah untuk mengasilkan kualitas coating yang lebih baik. Dibandingkan dengan proses spray painting, electrophoretic coating memiliki banyak keunggulan yaitu electrophoretic coating memiliki efisiensi coating surface yang tinggi 95%-99% karena dapat melapisi permukaan radiator yang sulit dijangkau sedangkan dengan spray painting hanya mampu melapisi permukaan 30%-50% saja. (a) (b) Gambar 3.17 (a)Electroproratic coated (b) Spray painting 27 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR 3.2 Pertimbangan Faktor Ekonomi 1. Biaya material Berdasarkan data London Metal Exchange (LME) sampai akhir tahun 1996 harga copper chatode 37% lebih tinggi daripada aluminium batangan dimana harga copper cathode sebesar 96 cent dan 70 cent untuk aluminium batangan. Sedangkan untuk jenis copper/ brass radiator strip dan aluminium radiator strip didapat perbedaan harga yang cukup tinggi. Perbedaan harga tersebut mencapai 4% dimana copper brass strip lebih murah dari pada aluminium strip. 2. Analisa biaya terhadap energy content Perbedaan biaya terhadap energy content material brass/copper dan aluminium dapat dilihat pada chart dibawah ini. Terlihat bahwa brass dan copper memiliki energy content yang relatif sama sehingga biayanya pun sama diantara keduanya. Tetapi apabila keduanya dibandingkan dengan aluminium, aluminium memiliki energy content lebih tinggi sehingga biaya produksinya pun lebih tinggi dari pada brass dan copper. Gambar 3.18 Grafik energy content material terhadap biaya 3. Analisa biaya produksi terhadap kekuatan bahan Pada chart dibawah ini dapat dilihat bahwa dengan kekuatan material yang relatif sama antara brass, copper dan aluminium, area harga brass dan copper relative lebih murah dari pada aluminium. 28 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR Gambar 3.19 Grafik biaya terhadap kekuatan metal 4. Analisa biaya produksi terhadap kemampuan daur ulang material Biaya yang dikeluarkan untuk daur ulang material mempengaruhi harga bahan baku radiator. Semakin tinggi biaya produksi daur ulang maka akan semakin tinggi pula biaya yang keluarkan untuk membeli atau memproses bahan baku. Berdasarkan chart dibawah, kemampuan daur ulang copper dan aluminium sama baiknya. Sehingga biaya yang dikeluarkan pun relatif sama. Tetapi dari segi biaya, copper lebih rendah dari pada aluminium. Sedangkan brass, dengan harga yang relatif sama dengan copper dan aluminium kemampuan daur ulang brass lebih kecil dari pada kedua material lainnya. 29 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR Gambar 3.20 Grafik biaya terhadap kemampuan daur ulang material 5. Analisa harga pada proses joining Joining core radiator dapat dilakukan melalui dua proses yaitu soldering dan brazing. Dibawah ini terdapat grafik yang menunjukkan perbandingan harga antara soldering dan brazing core radiator. Gambar 3.21 Grafik biaya material terhadap biaya joining per radiator core Sebagai contoh perbandingan pada tanggal 30 desember 2006 harga aluminium adalah 70 cent/Lb. Sedangkan cu adalah 96 cent/Lb. diperoleh biaya 30 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR brazing per core sebesar Al = $ 8,53 per core dan Cu = $ 8,17 per core dengan menghasilkan berat core yang sama. Harga tersebut berbeda jauh apabila menggunakan proses soldering. Karena untuk material Cu dengan harga material dan dimensi core yang sama membutuhkan material solder yang lebih banyak sehingga mempengaruhi tingginya biaya pada proses tersebut. Selain keunggulan dari faktor biaya, proses brazing juga dapat mengurangi berat core radiator sekitar 30%-40% dari pada menggunakan proses soldering. 3.3 Pertimbangan Faktor Lingkungan Material Al dan Cu secara umum memiliki kemampuan daur ulang yang baik (recyclability) berdasarkan metal statistik Amerika dari tahun 1981-1991 total daur ulang Cu adalah 37% lebih banyak dari pada Al. Pada negara lainnya data metal statistik mengenai recyclability Al dan Cu dapat dilihat pada tabel berikut. Tahun Wilayah Cu Al 37%> Cu - Eropa barat 53% 25% Jepang 55% 31% USA 1981-1991 Tabel 3.8 Data statistik daur ulang Copper dan Aluminium Dari tabel diatas dapat diketahui bahwa cu dapat di daur ulang lebih baik dari pada Al sehingga lebih ramah terhadap lingkungan. 31 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR BAB IV PENUTUP 4.1 Kesimpulan • Berdasarkan data London Metal Exchange (LME) sampai akhir tahun 1996, perbedaan harga antara Al dengan Copper Brass mencapai 4% dimana copper brass strip lebih murah dari pada aluminium strip. • Berdasarkan energy content, brass dan copper memiliki energy content yang relatif sama sehingga biayanya pun sama diantara keduanya. Tetapi apabila keduanya dibandingkan dengan aluminium, aluminium memiliki energy content lebih tinggi sehingga biaya produksinya pun lebih tinggi dari pada brass dan copper. • Berdasarkan buble chart hubungan biaya dengan kekuatan material, ketiga jenis logam tersebut memiliki kekuatan yang relatif sama antara brass, copper dan aluminium, area harga brass dan copper relatif lebih murah dari pada aluminium. • Berdasarkan bubble chart hubungan biaya dengan kemampuan daur ulang, disimpulkan bahwa kemampuan daur ulang copper dan aluminium sama baiknya. Sehingga biaya yang dikeluarkan pun relatif sama. Tetapi dari segi biaya, copper lebih rendah dari pada aluminium. Sedangkan brass, dengan harga yang relatif sama dengan copper dan aluminium kemampuan daur ulang brass lebih kecil dari pada kedua material lainnya. • Berdasarkan perbandingan harga pada proses joining, disimpulkan bahwa Cu dengan harga material dan dimensi core yang sama membutuhkan material solder yang lebih banyak sehingga mempengaruhi tingginya biaya pada proses tersebut. Selain keunggulan dari faktor biaya, proses brazing juga dapat mengurangi berat core radiator sekitar 30%-40% dari pada menggunakan proses soldering. Dari 5 point diatas dapat kita simpulkan bahwa, secara garis besar material radiator yang paling banyak memiliki keunggulan adalah copper / brass jika dibandingkan dengan material aluminium. Sehingga copper / brass bisa dijadikan sebagai pilihan utama material radiator. 32 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA RADIATOR 4.2 Kritik dan saran Pada karya tulis ini banyak dijumpai kekurangan maupun kesalahan baik dalam tulisan maupun isi dari makalahnya. Untuk itu perlu dilakukan perbaikan analisa yang lebih mendalam mengenai pemilihan material radiator dan tata cara penulisan makalahnya. Penulis dengan senang hati menerima kritik dan saran sebagai feed back (umpan balik) tentang penyusunan makalah yang kami buat agar dihasilkan karya tulis yang lebih baik. 33 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS INDONESIA

Recommended Posts

randomposts

Postingan Populer