Article Details

STUDI DISTRIBUSI TEGANGAN, FENOMENA KEGAGALAN DAN PENINGKATAN INTEGRITAS MEKANIKAL SAMBUNGAN ADESIF PIPA KOMPOSIT YANG MENDAPAT BEBAN TEKANAN INTERNAL DAN TORSI

Oleh   Jamiatul Akmal [33107301]
Kontributor / Dosen Pembimbing : Prof. Ir. I Gusti Nyoman Wiratmaja, Ph.D.;Prof. Dr. Ir. Rochim Suratman;Dr. Ir. I Wayan Suweca, DEA;
Jenis Koleksi : S3-Disertasi
Penerbit : FTMD - Teknik Mesin
Fakultas : Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara (FTMD)
Subjek : Engineering & allied operations
Kata Kunci : pipa komposit, sambungan adesif, integritas sambungan, konsentrasi tegangan minimal, eksperimental.
Sumber :
Staf Input/Edit : Alice Diniarti   Ena Sukmana
File : 7 file
Tanggal Input : 2019-08-14 15:39:41

Pipa komposit telah dikenal dan dipakai sejak 40 tahun terakhir. Umumnya pipa ini dipakai sebagai alternatif jika penggunaan pipa baja mengalami laju korosi tinggi sehingga tidak lagi ekonomis bahkan bisa membahayakan lingkungan. Kelebihan pipa komposit bukan hanya dari segi ketahanan terhadap korosi, tetapi juga lebih ringan dan bisa lebih kuat jika arah serat dirancang optimal sesuai dengan orientasi tegangan prinsipal. Salah satu persoalan pada pipa komposit adalah keterbatasan metode penyambungan dan sering terjadi kebocoran. Penelitian ini membahas salah satu jenis sambungan yang biasa dipakai, yaitu sambungan adesif. Permasalahan yang terjadi pada sambungan adesif adalah tingginya konsentrasi tegangan pada bagian pinggirnya, baik pada lapisan adesif maupun pada pipa / koplernya. Konsentrasi tegangan tersebut dapat menginisiasi kegagalan yang mengakibatkan sambungan menjadi tidak efektif. Beberapa peneliti telah mengusulkan modifikasi-modifikasi untuk mengatasi permasalahan ini, misalnya merancang model taper joint dan taper/taper joint. Namun metode ini pun dianggap belum memuaskan karena kegagalan masih diawali dari bagian pinggir sambungan. Tujuan penelitian ini adalah mendapatkan rancangan optimum dengan integritas yang lebih baik. Untuk mencapai tujuan tersebut, terlebih dahulu dilakukan studi karakteristik sambungan adesif. Studi diawali dengan analisis distribusi tegangan pada lapisan adesif, yang mana lapisan ini dianggap bagian terlemah dari sambungan. Selanjutnya dilakukan studi parametrik untuk mengetahui pengaruh: ketebalan lapisan adesif, panjang sambungan, rasio elastisitas adesif dengan elastisitas pipa, serta rasio ketebalan kopler dengan ketebalan pipa. Parameter-parameter tersebut selanjutnya divariasikan dan dilakukan simulasi numerik untuk mendapatkan rancangan baru dengan konsentrasi tegangan yang minimal. Pada penelitian ini diusulkan dua metode baru untuk sambungan adesif yang relatif berbeda dengan model-model sebelumnya. Model pertama, disebut model sambungan tirus-dalam, adalah sebuah model yang pembuatan tirus dilakukan pada kopler bagian dalam. Metode ini memiliki dampak ganda, di mana penurunan konsentrasi tegangan bukan hanya disebabkan oleh pengecilan penampang kopler, tetapi sekaligus juga karena penebalan lapisan adesif. Model ini lebih efektif dibandingkan model taper joint yang diusulkan peneliti sebelumnya. Model ini bisa menurunkan konsentrasi tegangan menjadi 1,4, suatu angka yang 56,25 % lebih rendah dari konsentrasi tegangan 3,2 pada model tapper joint. Model kedua, disebut model sambungan dua-adesif. Model ini menggunakan dua macam material adesif dengan elastisitas yang berbeda. Adesif material rendah digunakan di bagian pinggir sambungan, sedangkan adesif dengan elastisitas tinggi di bagian tengahnya. Dari analisis numerik diketahui bahwa model ini bisa menurunkan konsentrasi tegangan sebesar 18,75 %, jika dibandingkan dengan model yang memakai satu jenis adesif saja. Penelitian ini dilengkapi dengan studi eksperimental dengan menguji beberapa spesimen sambungan. Distribusi tegangan pada lapisan adesif diukur dengan sensor regangan (strain gauge). Selanjutnya spesimen diberi beban puntir dan tekanan internal. Distribusi tegangan lapisan adesif bisa diketahui dari potensial listrik yang dihasilkan oleh masing-masing sensor. Potensial listrik dibaca dengan seperangkat peralatan pembaca data (akusisi data). Hasil pengukuran distribusi tegangan terhadap lima buah spesimen dengan beban torsi menunjukkan kecendrungan yang sama dengan kajian teoritik dan numerik, meski ada perbedaan-perbedaan hasil pengukuran. Perbedaan yang signifikan terjadi pada spesimen-2 sebesar 20 % pada posisi x/L=0 dan 17 % pada posisi x/L=1. Pengujian spesimen terhadap beban tekanan internal juga menunjukkan kecendrungan yang sama, meski terjadi kesalahan sebesar 20 % pada posisi x/L=1. Studi eksperimental juga dimaksudkan untuk mengamati fenomena kegagalan. Pengujian model tanpa modifikasi yang diberi tekanan internal menunjukkan bahwa secara umum modus kegagalan berupa terjadinya kebocoran. Kebocoran tersebut terjadi pada permukaan batas antara material adesif dengan permukaan pipa / kopler (adhesive failure mode). Dari pengamatan terhadap spesimen yang dipotong, terlihat bahwa kegagalan dimulai dari bagian pinggir (x/L=0). Dari dua model baru yang diusulkan, model tirus-dalam dianggap berhasil mengatasi kebocoran. Pengujian terhadap tiga spesimen model tirus dalam, dua spesimen (spesimen TD-2 dan TD-3) mampu menahan tekanan internal sampai 700 psi (?4,8 MPa, yaitu batas maksimum alat uji). Hanya satu spesimen (spesimen TD-1) yang mengalami kebocoran pada tekanan ?400 psi (?2.76 MPa). Kebocoran pada spesimen TD-1) terjadi karena kualitas produkasinya yang rendah, terlihat adanya porositas-porositas dari penampang potongannya.