tugas bahan konstruksi teknik kimia-besi dan paduannya
DESCRIPTION
Tugas BKTK pak Faisol Asip, tugas 1 mengenai Besi dan Paduannya.TRANSCRIPT
Kriteria Pemilihan Bahan Konstruksi Kimia
Dalam merancang peralatan industri khususnya industri kimia, perancang
memilih bahan-bahan untuk dijadikan komponen atau struktur untuk peralatn
tersebut. Di samping itu, perlu mempertimbangkan faktor lain misalnya ketahanan
terhadap korosi. Perancangan dalam rekayasa harus melalui kompromi sehingga
bisa didapat produk yang cukup kuat, mudah dibuat dan tidak mahal. Oleh sebab
itu ada beberapa kriteria pemilihan bahan konstruksi kimia, yaitu :
a. Biaya
b. Ketersediaan
c. Sifat-sifat umum bahan
a. Biaya
Aspek biaya menjadi salah satu yang dipertimbangkan dalam memilih
bahan konstruksi. Dalam merancang suatu alat proses, sarjana teknik kimia tidak
lepas dengan yang namanya perhitungan ekonomi sehingga didapat bahan
konstruksi yang bagus dan murah.Hal yang termasuk hal biaya dalam pemilihan
bahan konstruksi yaitu :
Biaya banyaknya bahan mentah yang digunakan untuk menghasilkan
produk atau biaya kuantitas.
Biaya produksi, termasuk diantaranya biaya kemampuan di las, dibentuk
dan diproses secara mesin maupun tradisional.
Umur pelayanan yang diharapkan.
Penambahan biaya meliputi biaya transportasi, penempatannya di lapangan
dan biaya di luar dari biaya yang langsung tetap menjadi perhatian dalam aspek
ekonominya. Penambahan bahan dalam sebuah campuran konstruksi kimia atau
tidak mengubah komposisi yang besar dari bahan yang lainnya. Hal ini
disebabkan penggunaan bahan tambah cenderung merupakan pengganti atau
substitusi dari dalam campuran konstruksi itu sendiri. Sebagai contohnya tujuan
memperbaiki atau mengubah sifat dan karakteristik tertentu dari beton atau mortar
yang akan dihasilkan, maka kecenderungan perubahan komposisi dalam berat
volume tidak terasa secara langsung dibandingkan dengan komposisi awal
konstruksi tanpa bahan tambah.
1
Contoh peralatan dengan biaya fabrikasi rendah dimana kegagalan prematur
tidak akan menyebabkan serius bahaya adalah baja karbon. Baja karbon ini dapat
digunakan untuk limbah cair baris di tempat stainless steel, dan menerima
kebutuhan kemungkinan untuk penggantian. Lebih mahal tahan korosi, paduan
sering digunakan sebagai cladding pada baja karbon.
b. Ketersediaan
Ketersediaan bahan konstruksi kimia sangat mempengaruhi harga dari
bahan konstruksi kimia itu sendiri. Harga bahan konstruksi kimia akan sangat
mahal ketika jumlah ketersediaan bahan tersebut semakin sedikit. Sebaliknya
apabila bahan konstruksi kimia mudah untuk ditemukan maka harga dari bahan
konstruksi kimia tersebut akan semakin murah. Oleh sebab itu, letak industri
kimia disesuaikan dengan tempat bahan baku bahan konstruksi kimia. Apabila
letak bahan konstruksi kimia jauh, maka akan mempengaruhi pendistribusian
bahan konstruksi kimia. Selain itu biaya distribusi yang tinggi membuat bahan
konstruksi kimia menjadi mahal. faktor lain yang menyebabkan ketersediaan
bahan konstruksi kimia menjadi langka adalah distribusi yang tidak sesuai dengan
semestinya sehingga harga bahan konstruksi kimia pun menjadi tinggi.
c. Sifat-Sifat Umum Bahan
Sifat-sifat umum bahan terbagi menjadi 3, yaitu :
1. Sifat mekanik
2. Sifat thermal
3. Sifat listrik
1. Sifat Mekanik
Sifat mekanik adalah salah satu sifat yang terpenting, karena sifat mekanik
menyatakan kemampuan suatu bahan (seperti komponen yang terbuat dari bahan
tersebut) untuk menerima beban/gaya atau energi tanpa menimbulkan kerusakan
pada bahan atau komponen tersebut. Seringkali bila suatu bahan mempunya sifat
mekanik yang baik tetapi kurang baik pada sifat yang lain. Untuk mengatasi
kekurangan tersebut dapat diatasi dengan berbagai cara. Misalnya saja baja yang
sering digunakan sebagai bahan dasar pemilihan bahan. Baja mempunyai sifat
mekanik yang cukup baik, dimana baja memenuhi syarat untuk suatu pemakaian
2
tetapi mempunyai sifat tahan terhadap korosi yang kurang baik. Untuk mengatasi
hal itu seringkali dilakukan sifat yang kurang tahan terhadap korosi tersebut
diperbaiki dengan cara pengecatan atau galvanising, dan cara lainnya. Jadi tidak
harus mencari bahan lain seperti selain kuat juga harus tahan korosi, tetapi cukup
mencari bahan yang syarat pada sifat mekaniknya sudah terpenuhi namun sifat
kimianya kurang terpenuhi.
Berikut adalah beberapa sifat mekanik yang penting untuk diketahui, yaitu :
a) Kekuatan (strength)
Kekuatan menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan
tanpa menyebabkan bahan menjadi patah. Kekuatan ini ada beberapa
macam, tergantung pada jenis beban yang bekerja atau mengenainya.
Contoh kekuatan tarik, kekuatan geser, kekuatan tekan, kekuatan torsi, dan
kekuatan lengkung.
b) Kekerasan (hardness)
Kekerasan dapat didefenisikan sebagai kemampuan suatu bahan
untuk tahan terhadap penggoresan, pengikisan (abrasi), identasi atau
penetrasi. Sifat ini berkaitan dengan sifat tahan aus (wear resistance).
Kekerasan juga mempunyai korelasi dengan kekuatan.
c) Elastisitas (Elasticity)
Elastisitas menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan
tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk yang permanen setelah
tegangan dihilangkan. Bila suatu benda mengalami tegangan maka akan
terjadi perubahan bentuk. Apabila tegangan yang bekerja besarnya tidak
melewati batas tertentu maka perubahan bentuk yang terjadi hanya bersifat
sementara, perubahan bentuk tersebut akan hilang bersama dengan
hilangnya tegangan yang diberikan. Akan tetapi apabila tegangan yang
bekerja telah melewati batas kemampuannya, maka sebagian dari
perubahan bentuk tersebut akan tetap ada walaupun tegangan yang
diberikan telah dihilangkan. Kekenyalan juga menyatakan seberapa
banyak perubahan bentuk elastis yang dapat terjadi sebelum perubahan
bentuk yang permanen mulai terjadi, atau dapat dikatakan dengan kata lain
3
adalah kekenyalan menyatakan kemampuan bahan untuk kembali ke
bentuk dan ukuran semula setelah menerima bebang yang menimbulkan
deformasi.
d) Kekakuan (stiffness)
Kekakuan menyatakan kemampuan bahan untuk menerima
tegangan/beban tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk
(deformasi) atau defleksi. Dalam beberapa hal kekakuan ini lebih penting
daripada kekuatan.
e) Plastisitas (plasticity)
Plastisitas menyatakan kemampuan bahan untuk mengalami
sejumlah deformasi plastik (permanen) tanpa mengakibatkan terjadinya
kerusakan. Sifat ini sangat diperlukan bagi bahan yang akan diproses
dengan berbagai macam pembentukan seperti forging, rolling, extruding
dan lain sebagainya. Sifat ini juga sering disebut sebagai keuletan
(ductility). Bahan yang mampu mengalami deformasi plastik cukup besar
dikatakan sebagai bahan yang memiliki keuletan tinggi, bahan yang ulet
(ductile). Sebaliknya bahan yang tidak menunjukkan terjadinya deformasi
plastik dikatakan sebagai bahan yang mempunyai keuletan rendah atau
getas (brittle).
f) Ketangguhan (toughness)
Ketangguhan menyatakan kemampuan bahan untuk menyerap
sejumlah energi tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan. Juga dapat
dikatakan sebagai ukuran banyaknya energi yang diperlukan untuk
mematahkan suatu benda kerja, pada suatu kondisi tertentu. Sifat ini
dipengaruhi oleh banyak faktor, sehingga sifat ini sulit diukur.
g) Kelelahan (fatigue)
Kelelahan merupakan kecendrungan dari logam untuk patah bila
menerima tegangan berulang – ulang (cyclic stress) yang besarnya masih
jauh dibawah batas kekuatan elastiknya. Sebagian besar dari kerusakan
yang terjadi pada komponen mesin disebabkan oleh kelelahan ini.
4
Karenanya kelelahan merupakan sifat yang sangat penting, tetapi sifat ini
juga sulit diukur karena sangat banyak faktor yang mempengaruhinya.
h) Creep
Creep atau bahasa lainnya merambat atau merangkak merupakan
kecenderungan suatu logam untuk mengalami deformasi plastik yang
besarnya berubah sesuai dengan fungsi waktu, pada saat bahan atau
komponen tersebut tadi menerima beban yang besarnya relatif tetap.
Beberapa sifat mekanik diatas juga dapat dibedakan menurut cara
pembebanannya, yaitu :
o Sifat mekanik statis, yaitu sifat mekanik bahan terhadap beban statis yang
besarnya tetap atau bebannya mengalami perubahan yang lambat.
o Sifat mekanik dinamis, yaitu sifat mekanik bahan terhadap beban dinamis
yang besar berubah – ubah, atau dapat juga dikatakan mengejut.
2. Sifat Termal Bahan
Sifat termal bahan adalah perubahan sifat yang berkaitan dengan suhu. Sifat
termal ini dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu :
a) Kandungan uap air
Apabila suatu benda berpori diisi air, maka akan berpengaruh
terhadap konduktifitas termal. Konduktifitas termal yang rendah pada
bahan insulasi adalah selaras dengan kandungan udara dalam bahan
tersebut.
b) Suhu
Pengaruh suhu terhadap konduktifitas termal suatu bahan adalah
kecil, namun secara umum dapat dikatakan bahwa konduktifitas termal
akan meningkat apabila suhu meningkat.
c) Kepadatan dan porositas
Konduktifitas termal berbeda pengaruh terhadap kepadatan, apabila
pori-pori bahan semakin banyak maka konduktifitas termal rendah.
Perbedaan konduktifitas termal bahan dengan kepadatan yang sama akan
tergantung pada perbedaan struktur yang meliputi ukuran, distribusi,
hubungan pori / lubang.
5
3. Sifat Elektrik Bahan
Berdasarkan sifat listriknya, material atau bahan dikelompokkan menjadi 3,
yaitu :
1. Konduktif jika resistansinya < 105 ohm. Elektron mudah bergerak atau
mengalir, jadi netralisasi dapat dilakukan dengan mudah dengan cara
grounding. Contoh : logam dan tubuh manusia.
2. Insulatif jika resistansinya > 1011 ohm. Elektron bisa dikatakan tak dapat
bergerak, jadi netralisasi hanya mungkin dilakukan dengan ionisasi.
Contoh : plastik dan karet. Dari pengukuran tribocharging, kita bisa
menentukan apakah muatan listrik mudah ditimbulkan pada bahan
tersebut. Jika tidak mudah membangkitkan muatan (atau muatan yang
dihasilkan cukup rendah), maka bahan itu dapat dikatakan sebagai anti-
statik.
3. Statik disipatif–resistansi di antara 105 sampai 1011 ohm
Elektron dapat bergerak tetapi lambat, jadi perlu diketahui parameter
decay time. Untuk mengetahui berapa cepat grounding dapat menetralisasi
muatan. Pengukuran tribocharging juga perlu dilakukan untuk mengetahui
apakah bahan tersebut anti-statik atau tidak. Umumnya bahan yang masuk
kategori statik disipatif adalah bahan buatan, artinya memang khusus
dibuat untuk mempunyai resistansi tertentu, misalnya bahan dasarnya
adalah insulatif tapi diberi tambahan karbon dalam kadar tertentu untuk
membuatnya bersifat statik disipatif. Jika kadarnya berlebih, bahan juga
bisa bersifat konduktif.
Material teknik dapat diklasifikasikan menjadi 5, yaitu :
1. Logam
2. Keramik
3. Polimer
4. Komposit
1. Logam
Jenis material teknik yang dipakai secara luas dalam teknologi modern
adalah baja. Baja adalah material logam yang dapat dipakai secara fleksibel dan
6
mempunyai beberapa karakteristik. Material ini kuat dan siap dibentuk menjadi
bermacam-macam keperluan teknik. Material ini berspektrum luas dan
mempunyai kemampuan berdeformasi secara permanen yang merupakan modal
penting dalam menentukan harga tegangan luluh pada berbagai beban.
Berbagai material logam tidak dalam bentuk murni dipakai dalam teknik
tetapi dipakai dalam bentuk paduan, misalnya paduan besi dan baja (dari Fe),
aluminium (Al), magnesium (Mg), titanium (Ti), nikel (Ni), paduan seng (Zn) dan
tembaga (Cu) (perunggu). Sifat –sifat umum dari logam, yaitu :
o Konduktifitas listrik dan termal yang tinggi
o Sifat-sifat mekanik (kekerasan dan kekuatan) umumnya tinggi
o Masa Jenis relatif tinggi
o Bersifat korosi
o Warna yang khas dan tidak transparan
2. Keramik
Al2O3 adalah material teknik yang disebut keramik atau Aluminium oksida.
(Al2O3) mempunyai 2 keunggulan. Pertama, Al2O3 stabil secara kimia dalam
lingkungan yang beraneka ragam karena Al akan di oksidasi. Pada kenyataannya
hasil reaksi oksidasi dari aluminium akan memberikan aluminium oksida yang
lebih stabil. Kedua, keramik Al2O3 mempunyai titik lebur lebih tinggi (2020oC)
daripada logam Al (660oC). Hal ini membuat Al2O3 sukar lebur dan dipakai secara
luas dalam industri peleburan.
Contoh material keramik yang lain yang banyak dipakai adalah magnesium
oksida (MgO) dan silika (SiO2). Material keramik ini sering dipadukan dengan
aluminium oksida (Al2O3) untuk mendapatkan sifat yang lebih baik. Material
keramik silikon nitrida Si3N4 dapat diurai menjadi keramik oksida yang penting.
Selanjutnya, material keramik yang berdaya jual tinggi adalah keramik yang
mempunyai gabungan unsur antara satu unsur logam dan satu unsur bukan logam
(C, N, 0, P, S ). Logam dari keramik mempunyai ciri susunan yang sama pada
skala atomik. Susunannya kristalin, artinya atom-atomnya tertumpuk dalam
sebuah keteraturan atau pola yang berulang. Perbedaan antara bahan logam dan
keramik adalah pada material keramik dengan pengolahan yang sederhana dan
7
bersih dapat dibuat dalam bentuk nonkristalin, sehingga atom-atom tertumpuk
atau tersusun dalam ketidakteraturan atau pola yang acak.
Sifat-sifat umum dari keramik, yaitu :
o Keras dan getas
o Kekuatan tarik rendah
o Kekuatan Tekan Tinggi
o Isolator yang baik
o Tahan korosi
o Tahan pada temperatur tinggi
3. Polimer
Polimer merupakan material hasil teknologi modern yang mempunyai
karakteristik lebih banyak dari pada material yang lain. Bahan buatan ini
merupakan cabang khusus dari kimia organik. Plastik adalah bahan murah yang
dapat dibentuk dari beberapa polimer selama fabrikasi. Mer dalam sebuah polimer
adalah sebuah molekul hidrokarbon tunggal seperti etilen (C2H4). Polimer adalah
molekul rantai panjang yang mengandung beberapa ikatan mer. Polimer yang
umum dalam dunia perdagangan adalah polietilen (C2H4 ) dengan harga n berkisar
antara 100 sampai 1000. Beberapa polimer penting (termasuk polyethylene)
adalah campuran sederhana dari hidrogen dan karbon. Beberapa yang lain
mengandung oksigen, misalnya acrylic, nitrogen (nilon), fluorine (fluoroplastic),
dan silikon (silicone). Polimer mempunyai sifat ringan, murah dan mampu
menggantikan logam dalam aplikasi disain struktur.
Sifat-sifat umum dari polimer, yaitu :
o Ringan (masa jenis relatif rendah)
o Tidak tahan temperatur tinggi
o Kekuatan tarik rendah dan keuletan tinggi
o Isolator yang baik
o Modulus elastisitas rendah
4. Komposit
8
Perkembangan teknologi material telah melahirkan suatu material jenis baru
yang dibangun secara bertumpuk dari beberapa lapisan. Material ini yang disebut
material komposit. Material komposit terdiri dari lebih dari satu tipe material dan
dirancang untuk mendapatkan kombinasi karakteristik terbaik dari setiap
komponen penyusunnya. Pada dasarnya, komposit dapat didefinisikan sebagai
campuran makroskopik dari serat dan matriks. Serat merupakan material yang
(umumnya) jauh lebih kuat dari matriks dan berfungsi memberikan kekuatan
tarik.Sedangkan matriks berfungsi untuk melindungi serat dari efek lingkungan
dan kerusakan akibat benturan.
Serat kaca (glass fibre) adalah material yang umum digunakan sebagai serat.
Namun, teknologi komposit saat ini telah banyak menggunakan karbon murni
sebagai serat. Serat karbon memiliki kekuatan yang jauh lebih baik dibanding
serat kaca tetapi biaya produksinya juga lebih mahal. Komposit dari serat karbon
memiliki sifat ringan dan juga kuat. Komposit jenis ini banyak digunakan untuk
struktur pesawat terbang, alat-alat olahraga, dan terus meningkat digunakan
sebagai pengganti tulang yang rusak. Selain serat kaca, polimer yang biasanya
menjadi matriks juga dapat dipakai sebagai serat atau penguat. Contohnya, kevlar
merupakan serat polimer yang sangat kuat dan dapat meningkatkan toughness dari
material komposit. Kevlar dapat digunakan sebagai serat dari produk komposit
untuk struktur ringan yang handal, misalnya bagian kritis dari struktur pesawat
terbang. Sebenarnya, material komposit bukanlah pengguaan asli dari kevlar.
Kevlar dikembangkan untuk pengganti baja pada ban radial dan untuk membuat
rompi atau helm anti peluru.
Untuk matriks, kebanyakan material komposit modern menggunakan plastik
thermosetting, yang biasanya disebut resin. Plastik adalah polimer yang mengikat
serat dan membantu menentukan sifat fisik dari material komposit yang
dihasilkan. Plastik termosetting berwujud cair tetapi akan mengeras dan menjadi
rigid ketika dipanaskan. Plastik ini memiliki tahanan terhadap serangan zat kimia
yang baik meskipun berada pada lingkungan ekstrim. Untuk tujuan khusus,
digunakan matriks dari keramik, karbon dan logam. Contohnya, keramik
digunakan untuk material komposit yang didesain bekerja pada temperatur sangat
9
tinggi dan karbon digunakan untuk produk yang menerima gaya gesek seperti
bearing dan gir. Pada material komposit dikenal istilah lamina dan laminate.
Lamina adalah satu lembar komposit dengan satu arah serat tertentu, sedangkan
laminate adalah gabungan beberapa lamina.
Manfaat utama dari penggunaan komposit adalam mendapatkan kombinasi
sifat kekuatan serta kekakuan tinggi dan berat jenis yang ringan. Dengan memilih
kombinasi material serat dan matriks yang tepat, kita dapat membuat suatu
material komposit dengan sifat yang tepat sama dengan kebutuhan sifat untuk
suatu struktur tertentu dan tujuan tertentu pula. Penerbangan modern, baik sipil
maupun militer, adalah contoh utamanya. Keduanya akan menjadi sangat tidak
efisien tanpa adanya material komposit. Material komposit canggih kini telah
umum digunakan pada bagian sayap dan ekor, propeller, bilah rotor, dan juga
struktur internal pesawat terbang. Hambatan dalam aplikasi material komposit
umumnya adalah soal biaya. Meskipun sering kali proses manufaktur material
komposit lebih efisien, namun material mentahnya masih terlalu mahal. Material
komposit masih belum bisa secara total menggantikan material konvensional
seperti baja, tetapi dalam banyak kasus kita memiki kebutuhan akan hal itu. Tidak
diragukan, dengan teknologi yang terus berkembang, pengunaan baru dari
material komposit akan bermunculan. Kita belum melihat semua yang material
komposit dapat lakukan.
Perhitungan Distribusi Fasa dengan Hukum Lever
Prosedur lever rule (hukum tuas) biasanya digunakan untuk mencari persen
atau fraksi fase. Selain menggunakan hukum lever, digunakan juga garis
horizontal (tie line).Prosedur dari hukum tuas antara lain adalah sebagai berikut :
1. Tarik garis horisontal pada temperatur yang diketahui.
2. Diperoleh komposisi alloy keseluruhan, Co.
3. Fraksi sebuah fase dihitung dengan mengambil panjang dari komposisi alloy
keseluruhan, Co, kebatas fase yang lainnya dan dibagi dengan panjang total tie
line (panjang CL - Cα).
4. Fraksi fase yang lain dilakukan dengan cara yang sama.
10
Gambar 7. Diagram fase tembaga-nikel
5. Jika diinginkan dalam persen, fraksi dikali 100. Jika komposisi dalam % berat,
maka fraksi adalah fraksi massa (berat).
dimana:
WL= fraksi berat fase L
Cα = komposisi fase α
CL= komposisi fase L
Co= komposisi keseluruhan
Sebagai contoh, diketahui Cα 42,5 ; Co 35 ; CL 31,5.
=0,68
Dengan cara yang sama untuk fase α :
11
=0,32
12
Daftar Pustaka
Ahmad. 2011. “Material Teknik”. (Online). http://aw697488.blogspot.co.id/2011/
05/material-teknik.html. Diakses tanggal 19 Oktober 2015.
Anonim. 2011. “Pengertian Material Teknik”. (Online). https://teknikmesin10.
wordpress.com/2011/06/25/pengertian-material-teknik/. Diakses tanggal
19 Oktober 2015.
Anonim. 2012. “Material Teknik”. (Online). https://tajilapak.wordpress.com/
2012/12/14/material-teknik/. Diakses tanggal 19 Oktober 2015.
Taufiq. 2013. “Klasifikasi Material Teknik”. (Online). http://taufiqurrokhman.
com/2013/10/17/klasifikasi-material-teknik/. Diakses tanggal 19 Oktober
2015.
13