Permeabilitas pada pasir cetak '' metal casting''

 Permeabilitas adalah Kemampuan pasir cetak untuk dialiri fluida dalam hal ini udara tiap satuan luas dalam waktu tertentu {ml/cm2}. Kualitas coran dengan permeabilitas yang tepat dapat mencegah cacat seperti rongga penyusutan, gelembung gas atau kekasaran permukaan. Karena udara atau gas yang terjadi dalam waktu penuangan dapat terjadi dalam cetakan dalam waktu penuangan dapat terjadi dialirkan melalui rongga-rongga diantara butir-butir pasir keluar dan cetakan dengan kecepatan yang sama. Permeabilitas tergantung sekali pada ada tidaknya cairan ataupun gas di dalam rongga yang sama. Sebagai contoh, misalnya saja adanya air dan minyak

Dimana :   P = Permeabilitas (ml/cm²)

                 Q = Volume udara yang dilewatkan (ml)

                 L = Panjang spesimen (cm)

                 P = Tekanan Udara (cm)

                 A = Luas irisan spesimen (19,625 cm²)

                             T = Waktu yg diperlukan untuk melewatkan volume

udara Q melalui spesimen ( menit)

Sumber : Tata,Surdia. Teknik pengecoran Logam. Halaman 120

Pengertian Permeabilitas dari beberapa sumber :

1.    Permeabilitas adalah kemampuan pasir untuk meneruskan air atau udara.

( Forth,1994 )

2.    Permeabilitas adalah kemampuan pasir untuk mentransfer air atau udara yang di ukur dengan jumlah air yang mengalir melalui pasir dalam waktu tertentu dan ditetapkan dalam inci/jam. ( Anynomous 2010 )

3.    Permeabilitas adalah kapasitas dari zat ( contohnya batu atau tanah ) untuk mengalirkan air.

4.    Permeabilitas adalah suatu sifat batuan reservoir untuk dapat meluluskan cairan melalui pori – pori yang berhubungan, tanpa merusak partikel pembentuk atau kerangka batuan tersebut.

Cara penentuan permeabilitas adalah :

1.    Dengan permeameter, suatu alat pengukur yang mempergunakan gas.

2.    Dengan penaksiran kehilangan sirkulasi dalam pemboran.

3.    Dari kecepatan pemboran

4.    Berdasarkan test produksi terhadap penurunan tekanan dasar lubang (bottom-hole pressure-decline).

Sumber : geounhas06.wordpress.com/minyak-dan-gas-bumi/porositas-dan-permeabilitas/

B.       Jenis - Jenis Permeabilitas

1.    Base Permeabilitas

Base Permeabilitas atau permeabilitas dalam keadaan kering adalah kemampuan menyerap air atau gas didalam suatu specimen dengan penyaringan pasir yang jelas.

2.    Green Permeabilitas

Green Permeabilitas atau permeabilitas dalam keadaan basah adalah kemampuan menyerap air atau gas di dalam suatu specimen yang dibuat dari pasir penuangan lembab.

3.    Dry Permeabilitas

Dry Permeabilitas atau permeabilitas yang diperlakukan panas dari       100º - 110º adalah kemampuan menyerap air atau gas didalam suatu specimen yang dibuat dari pasir penuangan yang dikeringkan.

4.    Baked Permeabilitas

Baked Permeabilitas atau permeabilitas yang diperlakukan panas lebih dari 110º adalah kemampuan menyerap air atau gas didalam suatu specimen yang dibuat dari pasir penuangan yang dikeringkan dengan suhu tertentu.

Sumber : Tata,Surdia. Teknik pengecoran Logam. Halaman 120

C.      Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Permeabilitas

1.    Kadar air

Kadar air standart untuk pasir cetak adalah antara 1.5% - 8% tergantung dari jenis cetakan dan logam yang di tuang {Richard W Heinc “principle of metal casting”}. Bila pasir cetak kekurangan kadar air, maka lempung akan kekurangan daya ikat untuk mengikat pasir silica. Sehingga butir-butir lempung yang memperoleh air yang cukup akan menyebardan mengisi celah-celah antar butir pasir cetak yang akan menurunkan permeabilitasnya. Begitu juga dengan kadar air yang banyak maka lempung akan seperti pasta dan menurunkan permeabilitas. Pasir yang telah di keringkan mempunyai permeabilitas dan kekuatan yang meningkat dibandingkan dengan kekuatan basah, karena air bebas dan air yang diadsorbsi pada permukaan butir tanah lempung dihilangkan.

Gambar 1. Pengaruh air dan bentonit pada pasir diikat – bentoit

Sumber : Tata surdia, teknik pengecoran logam.Halaman 112

2.    Penekanan Sand Rammer

Semakin banyak penekanan sand rammer pada pasir maka dapat mengakibatkan jarak antara butir pasir menjadi lebih rapat dan padat. Akibatnya celah-celah udara menjadi semakin sempit dan akan menurunkan permeabilitanya.

3.    Kadar lempung

Kadar lempung untuk pasir cetak standart adalah 2 – 30% { Richard W Heinc “principle of metal casting” 864}, ukuran butir tanah lempung sekitar 0,005mm – 0,02mm {Tata surdia, Teknik pengecoran logam III}. Lempung tersusun atas kuorlinit, monmorilonit, kuarsa fildpor, mika dan kotoran lain { Richard W Heinc “principle of metal casting” 86}. Bila kadar lempung rendah maka air yang tidak terserap oleh lempung yang akan menempati celah antar butir pasir, sehingga menurunkan permeabilitas pasir cetak. Dan bila kadar lempung terlalu tinggi, maka sebagian yang tidak memperoleh air menyebar mengisi celah anatr butir pasir sehingga menurunkan permeabilitas pasir cetak.

4.    Bentuk dan distribusi pasir cetak

Untuk jenis butir pasir  bulat baik sebagai pasir cetak, karena memerlukan jumlah pengikat yang lebih sedikit untuk mrndapatkan kekuatan dan permeabilitas tertentu, serta mampu alirnya baik sekali. Pasir berbutir kristal kurang baik untuk pasir cetak,sebab akan pecah menjadi butir-butir kecil pada pencampuran serta memberikan ketahanan dan permeabilitas yang buruk pada cetakan dan selanjutnya membutuhkan pengikat dengan jumlah yang banyak.

Pasir cetak biasanya kumpulan dari butir-butir yang berukuran bermacam-macam. Tetapi kadang-kadang terdiri dari butir-butir tersaring yang mempunyai ukuran seragam. Besar butiran yang di inginkan adalah sedemikian sehingga 2/3 dari butiran pasir mempunyai ukuran dari 3 mesh yang berurutan dan sisanya dari ukuran mesh-mesh berikunya. Jadi lebih baik tidak mempunyai besar butir yang seragam.

Bentuk butir pasir cetak digolongkan menjadi beberapa jenis yang ditunjukkan pada gambar yang ada di bawah. Jenis butir pasir bulat baik sebagai pasir cetak karena memerlukan jumlah pengikat yang lebih sedikit untuk mendapatkan kekuatan dan permeabilitas tertentu, serta mampu alirnya baik sekali. Pasir bentuk Kristal kurang baik untuk pasir cetak karena akan pecah menjadi butir-butir kecil pada pencampuran serta memberikan permeabilitas pengikat dalam jumlah banyak.

a.    Butir Pasir Bulat (Round Grain)

Gambar 2. Butir Pasir Bulat

Sumber : http://memedcupu.blogspot.com/ distribusi-besar-butir.

Butiran ini mempunyai hubungan yang paling sedikit antara butiran yang satu dengan yang lainnya dalam jumlah yang diperlukan sehingga membuat permeabilitas menjadi tinggi. Butiran bulat terbentuk karena butir butir sedang bergesekan berulang-ulang akibat adanya angin, gelombang atau aliaran air sehingga menghasilkan bentuk bulat. Jenis butir ini umumnya tebentuk membulat dan hampir tidak ada yang membentuk sudut.

Kekurangan :

·      Kekuatannya rendah karena luas bidang kontaknya kecil sehingga banyak tedapat rongga-rongga.

Kelebihan :

·      Permeabilitasnya tinggi karena luas bidang kontak anta butir sedikit sehingga rongga yang tebentuk besar

·      Sedikit memerlukan jumlah pengikat

b.    Butir Pasir Sebagian Bersudut (Sub Angular Grain)

Gambar 3. Butir Pasir Sebagian Bersudut

Sumber : http://memedcupu.blogspot.com/ distribusi-besar-butir.

Butiran ini mempunyai kemampuan permeabilitas yang sedikit dibawah butiran bundar dan kekuatannya melebihi butiran bundar. Butiran sebagian bersudut terjadi karena butiran besudut saling begerak dan bertumbukan sehingga sudutnya pecah dan membentuk sub angular grain. Permeabilitas butian ini lebih rendah daripada butir pasir bulat, disebabkan oleh lebih banyaknya luas bidang kontak sehingga ronga-rongga yang ada lebih sempit. Namun kekuatannya lebih tinggi daripada buti pasir bulat. Hal ini dikarenakan oleh lebih banyaknya luas bidang kontak, sehingga kerapatan antar butir tinggi dan rongga-rongganya lebih sempit.

Kelebihan :

·      Kekuatannya lebih tinggi karena luas bidang kontaknya lebih besar sehingga rongga-rongga antar butir lebih sempit

Kekurangan :

·      Memerlukan jumlah pengikat agak banyak.

·      Permeabilitasnya lebih rendah, karena luas bidang kontak antar butir lebih besar sehingga rongga-rongga antar butir lebih sempit untuk dialiri udara

c.    Butir Pasir Bersudut (Angular Grain)

Gambar 4. Butir Pasir Bersudut

Sumber : http://memedcupu.blogspot.com/ distribusi-besar-butir.

Bentuk butinya mayoritas bersudut, namun sudut yang terbentuk belum terlalu runcing. Butiran bersudut terbentuk oleh dekomposisi bahan tanpa ada gesekan. Butiran ini memiliki permeabilitas rendah disbanding dengan butir pasir sebagian bersudut dan butir pasir bulat dikarenakan luas bidang kontaknya lebih besar, sehingga rongga-rongga yang ada sempit. Akan tetapi, butiran bersudut ini memberikan kekuatan yang lebih tinggi dibandingkan butiran sebagian bersudut, dikarenakan luas bidang kontaknya yang lebih besar dan rongga-rongga yang ada sempit, sehingga kerapatannya tinggi.

Kekurangan :

·      Memerlukan pengikat dalam jumlah yang banyak

·      Permeabilitasnya lebih rendah dibandingkan dengan buti bulat dan buti sebagian bersudut, dikarenakan luas bidang kontaknya yang lebih besar, sehingga rongga-rongga antar butirnya lebih sempit Butiran ini menyebabkan kekuata yang tinggi dan permeabilitas rendah dari butiran sudut sebagian. Karena bersudut sehingga menutup rongga-rongga untuk partikel atau lebih padat.

Kelebihan :

·      Kekuatannya lebih tinggi daripada butirr bulat dan butir sebagian besudut, karena luas bidang kontaknya lebih besar dan rongga-rongga yang ada kecil, sehingga kerapatannya tinggi

d.   Butir Pasir Kristal

Gambar 5. Butir Pasir Kristal

Sumber : http://memedcupu.blogspot.com/ distribusi-besar-butir.

Bentuk butir dari pasir ini memiliki sudut yang kurang pada ujung-ujungnya. Butiran ini memiliki permeabilitas yang rendah sekali dikarenakan luas bidang kontaknya lebih besar akibat butir kristal yang pecah menjadi kecil-kecil dan mengisi rongga-rongga. Namun memiliki kekuatan yang besar dikarenakan luas bidang kontak yang ada lebih besar akibat butir kristal pecah menjadi kecil-kecil dan mengisi rongga-rongga antar butir, sehingga kerapatannya tinggi.

Kelebihan :

·      Luas bidang kontaknya lebih besar akibat kristal yang pecah dan mengisi rongga-rongga antar butir sehingga kerapatannya tinggi

·      Kekuatannya lebih tinggi daripada jenis butir lain

Kekurangan :

·      Memerlukan pengikat yang sangat banyak

·      Permeabilitas lebih rendah daripada butir lainnya dikarenakan luas bidang kontaknya lebih besar akibat butir Kristal yang pecah dan mengisi rongga-rongga sehingga udara yang mengalir sedikit.

5.    Compachbility

Compachbility merupakan kemampuan pasir cetak untuk dipadatkan. Semakin padat pasir cetak maka rongga antar pasir akan mengenyal dan menyebabkan permeabilitas turun dan menyebabkan cacat rongga.