Efektifitas Abrasive Water Jet Machine pada Proses Restorasi Komponen Otomotif

Remanufacturing cleaning technology merupakan metode pembersihan dan penghilangan kotoran yang menempel pada permukaan material menggunakan mesin sebagai alat bantu maupun larutan kimia. Salah satu metode yang dikembangkan untuk pembersihan dan penghilangan kotoran pada permukaan material ialah Abrasive Water Jet (AWJ).

Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui efektifitas dari mesin AWJ pada proses restorasi/pembersihan permukaan material pada komponen otomotif. Metode penelitian menggunakan metode SDLC (System Development Life Cycle) meliputi:

Requirement analysis yaitu melakukan analisa kebutuhan terkait dengan spesifikasi mesin yang akan digunakan,
Perancangan (design) dengan menggunakan software Computer Aided Design (CAD),
Proses pembuatan mesin (implementation),
Pengujian mesin dan
Evaluasi.

Penelitian ini menggunakan variable bebas berupa luas area material, tekanan, jenis kontaminan, tebal kontaminan, sedangkan variable tetap berupa abrasive yaitu menggunakan glassbeads.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa mesin abrasive water jet (AWJ) yang dilengkapi dengan ruang kerja (cabinet) bekerja secara efektif dan efisien untuk membantu proses restorasi komponen otomotif yaitu untuk material dengan kontaminan kerak oli dengan ketebalan ± 50-70 micron menghasilkan kecepatan pembersihan rata-rata sebesar 48,83 mm2 /s dengan tekanan 90 psi, kemudian untuk kontaminan cat dengan ketebalan ± 80-100 micron menghasilkan kecepatan pembersihan rata-rata sebesar 37,38 mm2 /s dengan tekanan sebesar 90 psi.

Metode Abrasive Water Jet (AWJ) telah banyak dikembangkan pada industri manufaktur karena memiliki karakteristik yang baik, meliputi: kemampuan operasi yang luas, kualitas produk yang dihasilkan sangat baik dan lebih unggul daripada teknik lainnya, prosesnya efisien dan cepat, good security, non-polusi, high adaptability serta low cost.

Selain itu, permukaan yang dibersihkan dengan menggunakan metode AWJ memiliki tingkat kehalusan yang tinggi dan salinitas yang rendah yaitu cepat kering dan tidak menimbulkan karat.

AWJ merupakan salah satu teknologi manufaktur berdasarkan pada erosion localization dan intensification yang mana proses pembersihan permukaan material dengan cara menembakkan partikel abrasif yang bercampur air dan udara bertekanan tinggi untuk menghaluskan permukaan yang kasar, mengasarkan permukaan yang halus, dan menghilangkan kontaminan pada permukaan.

Tingkat kekasaran dari permukaan dapat dibedakan melalui besarnya tekanan dan ukuran media abrasive yang digunakan. Jenis media abrasive yang banyak digunakan ialah steel grit, baking soda, garnet, alox, glass beads dan silica.

Teknologi AWJ banyak diaplikasikan pada industry manufaktur antara lain: pembersihan dinding luar kapal, kulit pesawat, tangki penyimpanan minyak, peralatan perpindahan panas dan lain sebagainya. Penelitian terkait dengan AWJ telah banyak dilakukan, baik di Indonesia maupun luar negeri.

Kohorst Philipp et al. melakukan penelitian terhadap human dentin machine menggunakan AWJ dan mengevaluasi pengaruh perbedaan tipe abrasive dan tekanan air pada laju penghilangan kotoran dari permukaan material.

Jiang Yu-Ying et al meneliti karakteristik dinamis dari aliran multifase dan menemukan bahwa pengaruh yang baik terhadap bentuk visual permukaan diperoleh dengan cara menambahkan poliakrilamida kedalam campuran AWJ, dimana aliran multifase ini disimulasikan menggunakan persamaan Cross.

Dayong Ning et al melakukan studi eksperimental dalam pembersihan lapisan cat menggunakan AWJ, dari hasil percobaan diketahui bahwa tekanan jet, kecepatan traversal, dan waktu tumbukan berulang mempengaruhi hasil pembersihan permukaan material.

Zhang et al menganalisis karakteristik gerak partikel abrasif. Berdasarkan hasil simulasi, terbukti bahwa terdapat zona tekanan stagnasi selama penyemprotan AWJ. Partikel abrasif dengan diameter dan densitas besar memiliki kecepatan yang lebih tinggi dan sulit untuk mengubah arah pergerakannya.

Hal ini membantu meningkatkan efisiensi dari abrasive water jet. Zhang dan Chen menganalisa penghilangan lapisan cat pada passenger-vehicle menggunakan system AWJ dengan menggunakan tekanan air yang tinggi selama pengujian penghilangan lapisan.

Hasil pengujian menunjukkan bahwa besarnya tekanan, kecepatan, jarak target dan sudut injeksi terhadap laju penghilangan lapisan. Che et al melakukan penelitian terhadap proses pembersihan lapisan pada material super keras menggunakan abrasive water jet.

Hasil menunjukkan bahwa besarnya sudut pancaran, tingkat kekerasan substrat berpengaruh terhadap hasil kekerasan permukaan. Zhang et al. membandingkan kinerja penghilangan (erosi) lapisan cat menggunakan air sandblasting dan AWJ pada micromachining permukaan papan kuarsa.

Hasil percobaan menunjukkan bahwa semburan air abrasif memiliki erosi yang brittle dan plastic selama proses pembersihan permukaan. Permukaan yang terkena pancaran air abrasif lebih halus daripada yang dipoles dengan air sandblasting.

Mieszala et al melakukan pengujian terhadap mekanisme erosi permukaan selama proses pembersihan lapisan permukaan material dengan menggunakan AWJ. Hasil percobaan menunjukkan bahwa variasi kecepatan berpengaruh terhadap kecepatan pembersihan lapisan permukaan.

Semakin tinggi kecepatan yang digunakan, maka semakin cepat proses pembersihan lapisan permukaan material. Efisiensi pembersihan dipengaruhi oleh jenis partikel, ukuran partikel, distribusi ukuran partikel dan bentuk dari abrasive partikel.

Penelitian menunjukkan bahwa partikel abrasive yang memiliki ukuran lebih besar dapat membawa lebih banyak energi, sehingga akan menghasilkan kemampuan pembersihan yang lebih tinggi.

Beberapa penelitian tersebut hanya sebatas melakukan penelitian dengan menggunakan variasi kecepatan, tekanan, sudut pancaran maupun jarak material pada material yang berukuran relative besar (dinding luar kapal, kulit pesawat, mesin industry berukuran besar, dll.).

Penelitian mengenai AWJ dengan parameter variasi jenis kontaminan pada permukaan material dan komponen material yang dibersihkan dengan ukuran kecil, khususnya pada komponen otomotif belum dilakukan.

Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui efektifitas dari mesin AWJ pada proses restorasi/pembersihan permukaan material pada komponen otomotif.

Selain itu, penelitian ini menggunakan Abrasive Water Jet Machine yang dirancang dengan adanya tambahan ruangan kerja (cabinet), sehingga dapat membantu industri dalam hal kemudahan pengerjaan, keamanan operator, dan dalam pengerjaan lebih efektif dan efisien serta menjadi kebaharuan dalam penelitian mengenai AWJ.

Material dan metodologi

Metode penelitian menggunakan metode SDLC (System Development Life Cycle). Metode SDLC meliputi:

Requirement analysis yaitu melakukan analisa kebutuhan terkait dengan spesifikasi mesin yang akan digunakan,
Perancangan (design) dengan menggunakan software Computer Aided Design (CAD), (3) Proses pembuatan mesin (implementation),
Pengujian mesin dan
Evaluasi.

Penelitian ini menggunakan variable bebas berupa luas area material, tekanan, jenis kontaminan, tebal kontaminan, sedangkan variable tetap berupa jenis abrasive yaitu menggunakan glassbeads. Mesin AWJ berfungsi untuk menghilangkan atau membersihkan kotoran/kontaminan pada permukaan material.

Prinsip kerja AWJ yaitu dengan cara menembakkan partikel abrasif dengan campuran air dengan udara bertekanan tinggi pada sebuah permukaan material sehingga terjadi gaya tumbukan atau gesekan. Dengan demikian permukaan material akan menjadi bersih sekaligus kasar.

Gambar 1 merupakan skema dari mesin AWJ yang digunakan dalam penelitian ini. Sedangkan Gambar 2 merupakan diagram alir cara kerja dari AWJ. Terdapat 3 (tiga) proses aliran pada dari mesin AWJ yaitu proses aliran udara, media abrasive dan air.

Air dipompa menuju mixing chamber, dalam waktu yang bersamaan media abrasif didalam hopper penampung pasir didorong oleh udara memasuki mixing chamber.

Pada mixing chamber terjadi pencampuran antara media abrasif dan air menuju gun blasting, kemudian ditekan oleh udara bertekanan dari kompresor melewati nozzle pada gun blasting yang berada dalam cabinet. Proses abrasive jet water machining dapat memberikan hasil lebih baik karena air befungsi sebagai peredam hantaman media abrasif ke benda.

Hasil dan pembahasan

Pembuatan desain mesin AWJ menggunakan software Computer Aided Design (CAD). Desain mesin AWJ tersaji pada Gambar 3. Mesin tersebut terdiri dari beberapa komponen, meliputi: (1) Cabinet, (2) Gun Blasting, (3) Pressure Regulator, (4) Submersibble pump, (5) Agitator, (6) Penampung slurry dan (7) Box overflow.

Mesin Abrasive Water Jet dirancang dengan adanya tambahan ruangan kerja (cabinet), sehingga dapat membantu industri dalam hal kemudahan pengerjaan, keamanan operator, dan dalam pengerjaan lebih efektif dan efisien. Tabel 1 merupakan spesifikasi dari mesin yang telah dirancang.

Mesin AWJ dirancang dengan sistem pencampuran air dengan glassbeads dilakukan dalam satu wadah yang menggunakan pompa submersible pump untuk mengalirkan slurry. Proses pencampuran dalam wadah penampung memanfaatkan fungsi dari submersible pump yaitu memiliki gaya tekan dari aliran terpisah melewati tee dan penyempitan penampang pada fitting.

Hal ini akan mengakibatkan aliran terbagi menjadi dua yaitu aliran pertama akan naik menuju gun blasting (untuk proses kerja) dan aliran kedua kembali ke dalam wadah untuk memberikan gaya dorong pada glassbeads dan air supaya selalu tercampur dengan perbandingan yang sesuai.

Komposisi campuran antara media abrasive yaitu glassbleads yang digunakan yaitu 20%-25% dari total volume air.