Graphene Material Pengganti Baja dimasa Depan

Teknologi otomotif kini makin berkembang. Bila sebelumnya produsen otomotif masih percaya serat karbon sebagai bahan yang ringan namun kuat, kini ada lagi material baru yang diklaim 10 kali lebih kuat dibanding metal.

Material yang diberi nama graphene ini dikembangkan oleh tim dari University of Technology Sydney (UTS) dan disupervisi oleh Professor Guoxiu Wang ini diprediksi akan sangat potensial digunakan oleh industri otomotif masa depan.

Material ini seperti dipublikasi dari Journal of Applied Physics merupakan hasil dari pengolahan graphite yang kemudian dimurnikan dan disaring dengan bahan kimia tertentu yang kemudian ditransformasi menjadi graphene nanosheets.
Dengan menggunakan berbagai proses tersebut UTS mengklaim kalau material baru yang mereka temukan itu enam kali lebih ringan dibanding baja tapi lima sampai enam kali lebih padat.
Selain itu material ini juga dua kali lebih keras dari baja dan sepuluh kali lebih kuat serta 13 kali lebih rigid dibanding baja.

Sifat mekanik yang luar biasa dari kertas graphene membuat bahan ini menjanjikan untuk diaplikasi secara komersial,” ungkap kepala peneliti Ali Reza Ranjbartoreh seperti dikutip dari

“Bukan hanya karena ringan, kuat, lebih keras dan lebih fleksibel daripada baja tapi juga merupakan produk manufactur yang bisa didaur ulang dan bisa berkelanjutan serta ramah lingkungan dan hemat biaya dalam penggunaannya,” tambahnya.

Contoh material graphene

Bila material ini diaplikasi dalam industri otomotif, Ranjbartoreh mengatakan bahwa di masa depan akan memungkinkan terjadinya pengembangan kendaraan ringan yang dapat mengkonsumsi sedikit bahan bakar, memproduksi lebih sedikit emisi CO2 dan tentunya mengurangi biaya operasi. 

Cara Pelapisan Krom

Pelapisan krom adalah suatu perlakuan akhir menggunakan elektroplating oleh kromium. Pelapisan dengan krom dapat dilakukan pada berbagai jenis logam seperti besi, baja, atautembaga. Pelapisan krom juga dapat dilakukan pada plastik atau jenis benda lain yang bukan logam, dengan persyaratan bahwa benda tersebut harus dicat dengan cat yang mengandung logam sehingga dapat mengalirkan listrik.

Pelapisan krom menggunakan bahan dasarasam kromat, dan asam sulfat sebagai bahan pemicu arus, dengan perbandingan campuran yang tertentu. Perbandingan yang umum bisa 100:1 sampai 400:1. Jika perbandingannya menyimpang dari ketentuan biasanya akan menghasilkan lapisan yang tidak sesuai dengan yang diharapkan.

Faktor lain yang sangat berpengaruh pada proses pelapisan krom ini adalah temperatur cairan dan besar arus listrik yang mengalir sewaktu melakukan pelapisan. Temperatur pelapisan bervariasi antara 35 °C sampai 60 °C dengan besar perbandingan besar arus 18 A/dm2 sampai 27 A/dm2.

Elektroda yang digunakan pada pelapisan krom ini adalah timbal (Pb) sebagai anoda (kutub positif) dan benda yang akan dilapis sebagai katoda (kutub negatif). Jarak antara elektroda tersebut antara 9 cm sampai 29 cm. Sumber listrik yang digunakan adalah arus searah antara 10 – 25 Volt, atau bisa juga menggunakan aki mobil. 

Prinsip Pembengkokan Pelat (Bending Process)

Proses perubahan bentuk logam secara plastik dengan cara penekanan dan tarik lewat roll penjepit dan pembentuk ( Die ) sebagai pelengkung dengan menggunakan press hidrolik dinamakan proses roll bending. Pengerjaan ini banyak digunakan pada proses pengerjaan logam khususnya pada pengerjaan dingin logam ( metal cold working ).

Pada perubahan bentuk logam diantara roll penjepit dan die pembentuk, benda kerja akan mengalami tegangan yang dikenal dengan tegangan-tegangan kompresi yang tinggi berasal dari gerakan jepit roll dan tegangan gesek permukaan sebagai akibat gesekan antara logam dan roll. Gaya gesek juga mempunyai pengaruh terhadap penarikan logam diantara roll dan die pembentuk. Pelengkungan logam ini pada dasarnya terdiri                                     dari : roll ( bantalan/bushing ) dan die pembentuk yang berbentuk busur dan dudukan/meja tempat komponen-komponen tersebut, disertai penggerak die yakni hidrolik oli yang dipompa oleh motor lisrik. Gaya yang dihasilkan pada pembengkokan dapat mencapai ratusan Kgf, oleh karena itu diperlukan konstruksi yang kokoh. Hampir semua proses bending ( pembengkokan ) pelat khususnya pada proses yang dibahas ini sangat identik dengan dua elemen dimana kedua elemen tersebut dibuat dari coran logam atau logam karbon berstandar kuat. Setiap elemen mempunyai fungsi masing-masing dalam proses pembentukan, sebagai ilustrasi dapat diperlihatkan pada gambar dibawah ini.

Secara deskriptif untuk setiap elemen mempunyai fungsi khusus antara lain:

1. Busur Pembenrtuk ( dies )

Dinyatakan sebagai busur pembentuk karena bentuknya seperti busur dengan sudut .yang berfungsi untuk membentuk lembaran pelat dengan membengkokkan pelat melalui pemberian tekanan hidrolik. Benda  ini bergerak kekiri dan kekanan dengan arah tegak lurus pada sumbu poros dan pergerakan  busur ini dibatasi oleh dua pembatas ( limit switch ) yang dipasang pada sisi kanan dan kiri poros agar busur bergerak tetap pada radius . Pada sisi sebelah busur diberikan penjepit pelat agar pelat tetap pada posisi diam pada saat terjadi penetrasi antara roll dan busur dalam proses pembengkokan.

2. Roll Penjepit/penekan

Roll penjepit ini berada tepat disebelah busur pembentuk. Roll ini bekerja secara statis ( diam ) namun berputar pada saat terjadi gesekan dengan pelat yang digerakkan oleh busur, rol ini berputar dengan arah tegak lurus pada sumbu poros, yang berfungsi untuk menjepit dan menekan pelat pada proses pembengkokan terjadi.

Getaran Mekanik

Getaran Bebas

Getaran bebas terjadi jika sistem berosilasi karena bekerjanya gaya yang ada dalam sistem itu sendiri (inherent), dan jika ada gaya luas yang bekerja. Sistem yang bergetar bebas akan bergerak pada satu atau lebih frekuensi naturalnya, yang merupakan sifat sistem dinamika yang dibentuk oleh distribusi massa dan kekuatannya. Semua sistem yang memiliki massa dan elastisitas dapat mengalami getaran bebas atau getaran yang terjadi tanpa rangsangan luar.

Sistem Massa Pegas

Prinsip D’Alembert

Suatu sistem dinamik dapat diseimbangkan secara statik dengan menambahkan gaya kayal yang dikenal dengan gaya inersia, dimana besarnya sama dengan massa dikali percepatan dengan arah melawan melawan arah percepatan.

Penyusunan persamaan diferensial gerak (PDG)

Jawab Persamaan Diferensial Gerak

Setiap benda dapat bergetar bebas, jika benda tersebut mempunyai massa (m) dan kekakuan (k) dengan frekuensi pribadi (w_n)

Contoh pada sistem massa-balok

Balok ditumpu sederhana

Balok Kantilever

Balok ditumpu pegas

Statika Pegas

Statika Pegas

Pegas apabila diberi beban akan mengalami perpendekkan/ lendutan, berdasarkan hukum aksi-reaksi, maka beban yang diberikan pada pegas sebanding dengan besarnya lendutan dikali dengan konstanta pegas.

Sistem Pegas Ekivalen

• Pegas disusun secara paralel

• Pegas disusun secara seri

Pengertian Getaran Mekanik

Pengertian Getaran

Getaran adalah gerakan bolak-balik dalam suatu interval waktu tertentu. Getaran berhubungan dengan gerak osilasi benda dan gaya yang berhubungan dengan gerak tersebut. Semua benda yang mempunyai massa dan elastisitas mampu bergetar, jadi kebanyakan mesin dan struktur rekayasa (engineering) mengalami getaran sampai derajat tertentu dan rancangannya biasanya memerlukan pertimbangan sifat osilasinya.

Pentingnya Belajar Getaran Mekanik

—        Salah satu tujuan belajar getaran adalah mengurangi efek negatif getaran melalui desain mesin yang baik

—        Hampir semua alat gerak mempunyai masalah getaran karena adanya ketidak seimbangan mekanisme, contohnya :

-     Mechanical failures karena material fatigue

-      Getaran dapat mengakibatkan keausan yang lebih cepat

-     Dalam proses manufaktur, getaran dapat menyebatkan hasil akhir yang buruk

—        Selain efek yang merusak, getaran dapat digunakan untuk hal hal yang berguna.

-     Getaran digunakan dalam conveyors getar, mesin cuci, sikat gigi elektrik.

-     Getaran juga digunakan dalam pile driving, vibratory testing of materials.

-     Getaran digunakan untuk menaikan efisiensi dari proses permesinan seperti casting dan forging.

Mekanisme getaran pada mobil

Pengelompokkan Getaran

—   Getaran Bebas dan Paksa

—   Getaran Teredam dan tak teredam

—   Getaran Deterministic dan Random

1. Getaran Bebas Dan Getaran Paksa

Getaran Bebas

Getaran bebas terjadi jika sistem berosilasi karena bekerjanya gaya yang ada dalam sistem itu sendiri (inherent), dan jika ada gaya luas yang bekerja. Sistem yang bergetar bebas akan bergerak pada satu atau lebih frekuensi naturalnya, yang merupakan sifat sistem dinamika yang dibentuk oleh distribusi massa dan kekuatannya. Semua sistem yang memiliki massa dan elastisitas dapat mengalami getaran bebas atau getaran yang terjadi tanpa rangsangan luar.

Getaran Paksa

Getaran paksa adalah getaran yang terjadi karena rangsangan gaya luar, jika rangsangan tersebut berosilasi maka sistem dipaksa untuk bergetar pada frekuensi rangsangan. Jika frekuensi rangsangan sama dengan salah satu frekuensi natural sistem, maka akan didapat keadaan resonansi dan osilasi besar yang berbahaya mungkin terjadi. Kerusakan pada struktur besar seperti jembatan, gedung ataupun sayap pesawat terbang, merupakan kejadian menakutkan yang disebabkan oleh resonansi. Jadi perhitungan frekuensi natural merupakan hal yang utama.

2. Getaran Teredam dan Tak Teredam

Damping

—  Dalam system dynamic bekerja dissipative forces – friction, structural resistances

—  Umumnya, damping dalam structural systems adalah kecil dan mempunyai efek yang kecil terhadap natural frekuensi

—  Tetapi, damping mempunyai pengaruh yang besar dalam mengurangi resonant pada structural system

3. Getaran Deterministic dan Random

Getaran Deterministic

Sinyal disebut deterministic, selama harga dari sinyal dapat diprediksi.

Getaran deterministic

Getaran Random

- Tidak memiliki sinyal yang periodik maupun harmonik

- Harga dari getaran random tidak dapat di prediksi

- Tetapi getaran random bisa di gambarkan secara statistik

Cara Menentukan Putaran Kritis Pada Poros

Ketika suatu poros di beri putaran, maka akan selalu terjadi fenomena whirling. Whirling adalah keadaan dimana poros berputar akan mengalami defleksi yang besar akibat dari gaya sentrifugal yang di hasilkan oleh eksentrisitas massa poros. Fenomena whirling ini terlihat sebagai poros berputar pada sumbunnya, dan pada saat yang sama poros yang berdefleksi juga berputar relative mengelilingi sumbu poros.

Hal ini akan selalu terjadi, bahkan pada system sudah seimbang. Pada sistem yang seimbang, hal ini dapat di sebabkan oleh defleksi terjadi sampai keadaan seimbang yang berkaitan dengan kekakuan poros tercapai. Poros yang melewati putaran kritis lalu akan mencapai keadaan seimbang.

Kondisi yang dapat di terapkan untuk percobaan :

1)        Jika pembebanan pada poros  tersebut berada di tengah poros :

2)        Jika pembebanan  pada poros tersebut tidak tepat di tengah poros :