Rancang Bangun Otomasi Pemeriksaan Pipa Minyak Zaenal Ab

ISBN 978-979-99141-6-3 173

PROSIDING Seminar Nasional Geologi Nuklir dan Sumber Daya Tambang Tahun 2014

PUSAT TEKNOLOGI BAHAN GALIAN NUKLIR

1Mahasiswa 2DosenpembimbingI 3DosenpembimbingII

RANCANG BANGUN OTOMATISASI PEMERIKSAAN PIPA MINYAK

DENGAN ULTRASONIC TEST

DESIGN AUTOMATION OF OIL PIPE WITH ULTRASONIC TEST.

Zaenal Abidin, Fandy Achmad Taufan, Budi Suhendro

STTN-BATAN Jl. Babarsari Kotak Pos 6101/YKBB Yogyakarta 55281

Telp: (0274)484085, 489716, Fax: (0274)489715

E-mail: [email protected]

ABSTRAK

Pemeriksaan sambungan las pada pipa minyak bisa dilakukan secara manual yang

merepotkan operator. Untuk meringankan operator perlu dibuat alat yang otomatis memutar

probe. Telah dilakukan rancang bangun suatu alat yang dapat bergerak melingkar pada pipa

dengan membawa probe sehingga mampu melakukan pengujian terhadap suatu lasan.

Pengujian lasan dengan Ultrasonic Test (UT) dilakukan dengan meletakkan probe di atas

benda yang akan diuji yang telah diberi couplant sebagai medium penghantarnya. Alat yang

dibuat mempunyai bentuk segitiga sama sisi dengan panjang sisinya 50,7cm. Alat ini

menggunakan rangka dari besi profil U dengan lebar 5 cm dan tinggi 3 cm. Penggerak yang

digunakan adalah motor DC Gearred 12V dengan putaran 38 rpm dan torsi 8,6 kgcm. Alat

dapat berputar tanpa slip karena pada roda-rodanya dilapisi karet untuk memperbesar gaya

gesek. Hasil yang diperoleh adalah alat dapat digerakan mengelilingi pipa dengan posisi

horizontal dan vertikal, arah putar dapat ke kiri dan ke kanan.

Kata kunci: ultrasonic test, motor DC, gaya gesek, slip

ABSTRACT

Inspection of welded joints in pipeline can be done manually which is troublesome

operators, to relieve the operator needs to be made a tool that automatically rotates the probe.

It has designed a device that can move in a circular pipe with a probe that is able to perform

tests on the welds. Ultrasonic testing of welds with Test (UT) performed by placing the probe

on the object to be tested which has been given a couplant. The tools are made to have a

equilateral triangle with side length of 50.7 cm. This tool uses the framework of steel U profile

with a width of 5 cm and height 3 cm. Activator used is Gearred 12 V DC motor with 38 rpm

rotation and torque of 8.6 kgcm. Tool can rotate without slip due to rubber coated wheels to

increase friction. The result is a tool can be moved around the pipe with a horizontal and

vertical position, direction can swivel to the left and to the right.

Keywords: ultrasonic test, DC motor, friction, slip

174 ISBN 978-979-99141-6-3

Rancang Bangun Otomatisasi Pemeriksaan Pipa Minyak

dengan Ultrasonic Test

Oleh: Zaenal Abidin, dkk.

PENDAHULUAN

Pipeline di offshore maupun onshore

perlu diperiksa dengan uji tak rusak (UTR),

salah satunya dengan ultrasonik tes (UT).

Dalam melakukan pemeriksaan dengan UT,

operator harus memberi kouplan pada lasan

yang akan diperiksa dan menggosokkan prope

UT pada lasan. Pekerjaan menggosok ini

kadang terasa merepotkan dan membosankan.

Untuk menanggulangi hal tersebut perlu

dilakukan upaya untuk membuat alat yang

bisa menggosokkan prope UT secara

otomatis.

Rancang bangun bertujuan untuk

membuat alat yang bisa menggerakkan prope

UT mengelilingi pipa secara otomasi sehingga

operator tinggal mengamati LCD atau

menyimpan hasilnya sehingga ada standar

gerakan antara satu lasan dengan lasan

lainnya.

TEORI

Otomasi

Otomasi dapat didefinisikan sebagai

suatu teknologi yang berkaitan dengan

aplikasi mekanik, elektronik, dan system

yang berbasis komputer. Semuanya

bergabung menjadi satu untuk memberikan

fungsi terhadap manipulator (mekanik)

sehingga akan memiliki fungsi tertentu.

Otomasi dapat diaplikasikan dalam

berbagai hal seperti otomasi mekanik, mesin,

elektronik, industry yang dapat digunakan

untuk satu tujuan[1]

.

Ultrasonic Test

Gelombang ultrasonic adalah

gelombang accustic yang memiliki daerah

frekuensi di atas daerah frekuensi

pendengaran manusia (diatas 20 KHz).

Gelombang ultrasonik berupa accustical,

yaitu vibrasi mekanik yang terjadi pada gas,

cairan, dan medium padat.

Ultrasonic Testing (UT) merupakan

salah satu metode Non Destructive Testing

yang menggunakan energi suara frekuensi

tinggi untuk melakukan proses pengujian

atau proses pengukuran. Metode UT bisa

digunakan untuk deteksi cacat, evaluasi

material, pengukuran dimensi, analisis

karakteristik material dan lainnya.

Peralatan UT terdiri dari beberapa

bagian yang memiliki fungsi dan perannya

masing-masing, seperti pulser/receiver,

tranducer, couplant, dan display.

Pulser/receiver adalah peralatan elektronik

yang dapat memproduksi pulsa elektrik

bertegangan tinggi. Dikendalikan oleh

pulser, tranduser memproduksi energi

ultrasonic berfrekuensi tinggi. Energi

ultrasonic tersebut dikeluarkandan

disebarkan melintasi material uji dalam

bentuk gelombang[2]

.

Couplant adalah bahan (biasanya cair)

yang memfasilitasi transmisi energi

ultrasonik dari transduser ke dalam benda uji.

Pengujian dengan ultrasonic test harus

menggunakan couplant karena

ketidakcocokan impedansi akustik antara

udara dan padatan (yaitu seperti benda uji)[3]

.

MotorDC

Motor DC adalah motor yang

memerlukan suplai tegangan searah pada

kumparan jangkar dan kumparan medan

untuk diubah menjadi energi mekanik.

Berdasarkan karakteristiknya, motor arus

searah ini mempunyai daerah pengaturan

putaran yang luas dibandingkan dengan

motor arus bolak-balik sehingga sampai

sekarang masih banyak digunakan pada

pabrik-pabrik yang mesin produksinya

memerlukan pengaturan putaran yang luas[4]

.

Prinsip kerja dari motor DC adalah

ISBN 978-979-99141-6-3 175



pada motor DC kumparan medan yang dialiri

arus listrik akan menghasilkan medan

magnet yang melingkupi kumparan jangkar

dengan arah tertentu. Konverter energi baik

energi listrik menjadi energi mekanik (motor)

maupun sebaliknya dari energi mekanik

menjadi energi listrik (generator) berlangsung

melalui medium medan magnet. Energi yang

akan diubah dari suatu system ke sistem

yang lain sementara akan tersimpan pada

medium medan magnet untuk kemudian

dilepaskan menjadi energi system lainya.

Dengan demikian, medan magnet disini

selain berfungsi sebagi tempat penyimpanan

energi juga sekaligus proses perubahan

energi[5]

.

Hubungan torsi dan kecepatan[6]

dimana

T =torsi motor

P=daya motor

n = kecepatan putar motor

Arah putaran motor seri ini dapat diubah

atau dibalik dengan merubah polaritas salah

satu gulungan baik itu angker atau gulungan

medan. Hal ini dapat dilakukan dengan

membalik polaritas tegangannya. Rangkaian

pembalikan putaran terlihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Rangkaian pembalik putaran motor DC

[4].

Roda Gigi Transmisi

Roda gigi adalah bagian dari mesin

yang berputar yang berguna untuk

mentransmisikan daya. Roda gigi memiliki

gigi-gigi yang saling bersinggungan dengan

gigi dari roda gigi yang lain. Dua atau lebih

roda gigi yang bersinggungan dan bekerja

bersama-sama disebut sebagai transmisi roda

gigi, dan bisa menghasilkan keuntungan

mekanis melalui rasio jumlah gigi. Roda gigi

mampu mengubah kecepatan putar, torsi, dan

arah daya terhadap sumber daya. Gambar

berbagai macam roda gigi ditunjukkan pada

Gambar 2.

Gambar 2. Macam-macam roda gigi

[7].

Persamaan yang menghubungkan

perbandingan roda gigi adalah[8]

:

u = perbandingan putaran

n2 = kecepatan putar pada roda gigi ke-2

n1 = kecepatan putar pada roda gigi ke-2

z1 = jumlah gigi pada roda gigi ke-1

z2 = jumlah gigi pada roda gigi ke-2

Poros

Poros adalah suatu bagian stationer yang

berputar, biasanya berpenampang bulat,

dimana terpasang elemen-elemen seperti roda

gigi, roda gila, dan elemen pemindah daya

lainnya. Poros dapat menerima beban–beban

176 ISBN 978-979-99141-6-3




lentur, tarik, tekan atau putaran yang bekerja

sendiri–sendiri atau berupa gabungan satu

dengan yang lainnya. Oleh karena itu, poros

adalah salah satu elemen terpenting dari setiap

mesin[8]

.

Bearing/ Bantalan

Bantalan adalah elemen mesin yang

menumpu poros berbeban sehingga putaran

atau gerakan bolak-baliknya dapat

berlangsung secara halus, aman, dan umur

pakai panjang. Agar elemen mesin dapat

bekerja dengan baik maka bantalan harus

dipasang cukup kokoh. Dalam penelitian ini

bearing akan berfungsi sebagai roda yang

akan dilapisi karet untuk berjalan di atas

pipa[8]

.

Gaya Gesek

Gaya gesekan adalah gaya yang timbul

akibat persentuhan langsung antara dua

permukaan benda, arah gaya gesekan

berlawanan dengan kecenderungan arah gerak

benda. Besarnya gaya gesekan ditentukan

oleh kehalusan atau kekasaran permukaan

benda yang bersentuhan[9]

. Perhitungan gaya

gesek dapat dilihat dari persamaan berikut

fgesek = N.µk

dengan,

fgesek = gaya gesek yang terjadi

N = gaya normal

µk = koefisien gaya gesek kinetis

Kecepatan Linier dan Kecepatan Putar

Kecepatan linier adalah jumlah

perpindahan suatu benda dalam selang waktu

tertentu. Besarnya kecepatan linier dapat

dihitung dengan persamaan

v = s/t

dengan

v = kecepatan linier (m/s)

s = perpindahan yang dilakukan (m)

t = selang waktu yang dibutuhkan (s)

Kecepatan putar adalah banyaknya

putaran yang ditempuh dalam selang

waktu tertentu. Besarnya kecepatan putar

dirumuskan dengan[9]

:

n= jumlah putaran/waktu,

dengan n adalah kecepatan putar (rpm)

Lingkaran dalam Segitiga

Lingkaran dalam segitiga merupakan

lingkaran yang memiliki titik pusat

diperpotongan garis bagi dari ketiga sisi

suatu segitiga. Gambar 3 ini merupakan

gambar lingkaran dalam segitiga

Gambar 3. Lingkaran dalam segitiga.

Persamaan-persamaan yang berlaku

pada lingkaran dalam segitiga adalah

r = L/s

dengan

L= luas segitiga

s = setengah keliling segitiga

a, b, c = panjang sisi segitiga[10]

Daya

Daya adalah laju perpindahan atau

perubahan energi persatuan waktu. Satuan

daya adalah joule/sekon bisa juga disebut

watt[9]

. Persamaannya adalah:

P = w/t = F.s/t = F.v

dimana

P= daya

F = gaya

v = kecepatan

ISBN 978-979-99141-6-3 177



METODOLOGI

Rancang bangun otomasi mekanik

pemeriksaan pipa dengan ultrasonic test

terbagi menjadi dua bagian, yaitu bagian

mekanik dan bagian elektrik (pembalik

putaran motor DC). Bagian mekanik terdiri

dari rangka, roda gigi cacing, pillow block,

dudukan bearing, poros penggerak, roda

penggerak dan pengikut, pencekam probe.

Sedangkan bagian elektrik terdiri dari motor

DC 12V dan rangkaian pembalik putaran

motor DC.

Pembuatan alat ini dimulai dari tahap

perencanaan, dimulai dengan membuat

gambar teknik alat. Gambar 4. merupakan

gambar desain teknik.

Gambar 4. Desain teknik alat.

Langkah berikutnya adalah dengan

menentukan ukuran rangka yang digunakan

menggunakan persamaan lingkaran segitiga.

Dari persamaan diperoleh ukuran seperti

gambar di atas.

Langkah ketiga menentukan kecepatan

putar motor. Pada tahap ini diperoleh nilai

kecepatan putar yang dibutuhkan sebesar

31,86 rpm.

Langkah selanjutnya menentukan daya

dan torsi motor dengan menggunakan

persamaan gaya gesek dan daya. Secara

perhitungan diperoleh nilai daya sebesar

0,24 watt dan torsi sebesar 5,43 kgcm.

Dikarenakan di pasaran belum ada motor

yang sesuai dengan perhitungan yang

dibutuhkan maka digunakan motor DC 12V

dengan kecepatan putar 38 rpm dan torsi 8,6

kgcm.

Tahapan berikutnya adalah pengadaan

dan pembuatan alat. Tidak semua komponen

yang diperlukan dijual di pasaran. Untuk itu

diperlukan pembuatan komponen itu sendiri.

Komponen-komponen yang dibuat

diantaraanya roda gigi dan ulir cacing dengan

Z 28 ukuran ulir 6 G1 dengan kedalaman

2,25 mm. Pembuatan pillow block dan

dudukan bearing. Pembuatan ini dilakukan

dengan mesin frais dimana ukuran yang

digunakan menyesuaikan dengan ukuran ulir

cacing dan poros penggerak. Pembuatan

poros penggerak. Poros penggerak ini

berfungsi untuk mentransmisikan putaran

dari roda gigi ke roda penggerak. Pada poros

ini terdapat komponen-komponen lain yang

membentuk sistem penggerak. Komponen

yang melekat pada poros penggerak antara

lain roda gigi cacing, roda penggerak, dan

dudukan bearing untuk memperlancar

gerakan. Proses pembuatan poros penggerak

ini menggunakan mesin bubut dan mesin

frais. Pembuatan pemegang probe dari klem

C yang diberi lengan untuk menghubungkan

klem C tersebut dengan rangka. Pembuatan

roda penggerak dan pengikut. Roda

penggerak terbuat dari aluminium yang

dilapisi karet untuk memperbesar gaya gesek

sedangkan roda pengikut merupakan bearing

dengan diameter luar 35 mm dan diameter

dalam 10 mm dengan dilapisi karet pada sisi

luarnya. Pembuatan rangka alat dari besi

profil U. Pembuatan rangkaian pembalik

putaran motor DC menggunakan saklat dan

178 ISBN 978-979-99141-6-3




rellay. Setelah semua komponen tersedia

tahapan berikutnya adalah perangkaian. Pada

Gambar 5 tampak alat yang dirangkai.

Gambar 5. Alat yang sudah jadi.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengujian dilakukan pada posisi pipa

horizontal dan vertikal dengan menghitung

lamanya waktu yang diperlukan untuk

melakukan satu putaran penuh dan

membandingkan hasilnya dengan perhitungan.

Pengukuran Kecepatan Putar Secara

Horizontal

Dalam pengukuran ini pipa diposisikan

secara horizontal dimana pipa diletakkan

pada dudukan yang telah dibuat sebelumnya.

Gambar 6 adalah pengujian pipa dalam

posisi horizontal.

Gambar 6. Pengujian pipa dalam posisi horizontal.

Tabel 1

Hasil Pengujian Kecepatan Putar dalam Posisi

Horizontal

No Waktu tempuh alat dalam satu putaran

Putaran kanan Putaran kiri

1 2 menit 42 detik 2 menit 42 detik





Berdasarkan Tabel 1 diperoleh waktu

tempuh rata- rata sebesar 2 menit 42 detik.

Dalam perencanaan waktuyang dibutuhkan

untuk menempuh satu putaran penuh dapat

dihitung dengan membagi keliling pipa

dengan kecepatan linier.

T= K/v

K adalah keliling besarnya 3,14 x 8 Cm x

2,54 Cm = 63,8048 Cm2, kecepatan rerata v

= 18,18 Cm/menit.

Persentase selisih perhitungan dengan

alat dihitung dengan membandingkan selisih

T perhitungan dengan Tsesungguh dibagi dengan

Tperhitungan kali 100%, diperoleh harga 22,85%.

Perbedaan antara perencanaan dan alat

yang dihasilkan ini dapat disebabkan karena

beberapa faktor yaitu:

Standar yang digunakan untuk kecepatan

ISBN 978-979-99141-6-3 179



linier pengujian diasumsikan sehingga

tidak ada kepastian

Kecepatan putar dan torsi dari motor

lebih tinggi dari yang direncanakan. Hal

ini dikarenakan tidak dibuat motor

dengan perhitungan yang dilakukan dan

motor yang tersedia di pasaran belum ada

yang sesuai dengan perhitungan yang

dilakukan.

Sumber tegangan yang tidak tepat 12 V

sehingga mempengaruhi kecepatan putar

motor.

Adanya rugi-rugi mekanik dan elektrik

yang tidak diperhitungkan

Pengukuran Kecepatan Putar secara

Vertikal

Pengukuran kecepatan putar pada

kondisi ini dilakukan dengan memposisikan

pipa yang akan diuji dalam posisi berdiri.

Kemudian dilakukan pengukuran lamanya

waktu yang dibutuhkan alat untuk berputar

satu putaran penuh baik putaran kanan

ataupun kiri. Gambar 7 merupakan pengujian

secara vertikal.

Gambar 7. Pengujian pada posisi vertikal.

Data yang diperoleh dalam pengujian

ini dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2

Pengujian posisi vertikal.

Dari Tabel 2 diperoleh waktu rata-rata

yang ditempuh alat untuk melakukan satu

putaran penuh selama 2 menit 33d etik, baik

untuk arah putar kanan ataupun kiri. Dalam

hal ini pengujian pipa secara vertikal lebih

cepat bila dibandingkan dengan pengujian

pipa secara horizontal. Hal ini disebabkan

karena berat dari alat tersebut diimbangi oleh

gaya gesek antara roda dan pipa sehingga

beban mekanis dari motor hanya berasal dari

gaya gesek itu sendiri. Untuk pengujian

secara horizontal sedikit lebih lama karena

beban mekanis dari motor berasal dari gaya

gesek antara roda dengan pipa dan berat dari

alat itu sendiri.

KESIMPULAN

Alat yang dirancang bangun dapat

dijalankan dengan spesifikasi kecepatan linier

23,63 cm/menit, satu sumbu gerakan dengan

arah putar CW (clock wise) dan CCW

(counter clock wise), ukuran pipa yang dapat

diuji 8 inchi, posisi pengujian vertikal dan

horizontal. Berdasarkan perhitungan daya

motor, dipilih motor DC geared 12V dengan

torsi 8,6 kgcm dan kecepatan putar 38 rpm.

Hasilnya setelah dilakukan pengujian tidak

terjadi slip.

DAFTARPUSTAKA

1. OGATA, KATSUHIKO, “Teknik

Kontrol Automatik” (Sistem Pengaturan

Jilid1), Penerbit Erlangga, Jakarta, 2005.

2. ABIDIN, Z., “Aplikasi Teknik Nuklir”,

STTN BATAN, Yogyakarta, 2010.

180 ISBN 978-979-99141-6-3




3. SYAIFUDIN, AGUS, “Rancang Bangun

Generator Pulsa Gelombang Ultrasonik

dan Implementasinya untuk Pengukuran

Jarak antara Dua Obyek”, UNDIP,

Semarang, 2008.

4. ELIB, “Motor DC”, UNICOM, Bandung,

2011.

5. WAHYUDI, A.N., 2013. http:// yudhi1.

blogspot.com/2013/01/pendahuluan-

suatu-mesin-listrik.html 20.15, 20

Februari 2014

6. SUYAMTO,“Teknik Tenaga Listrik”,

STTN-BATAN, Yogyakarta, 2011.

7. MUCHSIN, ISMAIL, ”Elemen Mesin

II”, PPBA-UMB. http://www.slideshare.

net/Amethgrunge/13012-

8368214845111, akses 13-10-2014.

8. SULARSO, “Dasar Perencanaan dan

Pemilihan Elemen Mesin”, PT. Pradnya

Paramita, 1980.

9. S. EARS, ZEMANSKY, “Fisika

Universiata”, Jilid I, PT. Gelora Aksara

Pratamma (Erlangga), Bandung, 2001.

10. K. RISTANTO, YOSEF, ”Pendidikan

Matematika”, Jakarta, 2012.

http://yudhi1.blogspot.com/2013/01/%20pendahuluan-suatu-mesin-listrik.html



Documents

Rancang Bangun Otomasi Pemeriksaan Pipa Minyak Zaenal Ab