Bidang Fisika dan Pend. Fisika

(1)

23

MODIFIKASI PROSES PENYULINGAN MINYAK ATSIRI

–

STUDI KASUS DI DESA PURWASABA, BANJARNEGARA

Sidharta Sahirman, Arief Sudarmaji, Ardiansyah, Krisandi Wijaya Jurusan Teknologi Pertanian, Universitas Jenderal Soedirman

[email protected]

ABSTRAK

Indonesia menempati peringkat ketujuh negara penghasil minyak atsiri dunia, dengan setidaknya 50 jenis minyak atsiri yang diproduksi, Minyak nilam, cengkih dan pala merupakan tiga komoditas paling potensial dengan nilai ekspor 75% dari total nilai ekspor atsiri Indonesia. Salah satu sektor penting penghasil minyak atsiri adalah usaha kecil dan menengah. Studi kasus tentang metode penyulingan minyak pala di industri kecil ini merupakan bagian dari kegiatan pengabdian yang dilakukan oleh jurusan Teknik Pertanian UNSOED di Desa Purwasaba, Banjarnegara. Mitra dalam kegiatan ini adalah Pesantren Al Ihsan , salah satu UKM yang memproduksi minyak atsiri pala dan jahe . Berdasarkan observasi lapang dan wawancara dengan pekerja dan pengelola UKM, disarikan bahwa proses penyulingan yang diterapkan selama ini menghasilkan rendemen yang kecil, yaitu 7 liter per ton buah pala, dan kualitas yang tidak optimal. Analisa menyeluruh terhadap proses produksi mengindikasikan bahwa akar permasalahan adalah ketidaktepatan metode penyulingan yang diterapkan, dan tidak efisiennya proses produksi (destilasi dan kondensasi). Selain berpengaruh pada rendemen dan kualitas produk, hal itu juga berdampak pada total waktu proses yang diperlukan. Berdasarkan temuan tersebut, metode penyulingan kombinasi uap-air dirancang untuk menggantikan metode penyulingan metode uap yang kini digunakan, dan diperkaya dengan sistem kontrol suhu tiga titik. Sensor suhu dan unit pengendali (aktuator) di ketiga unit (steamer, destilator dan kondensor) dimaksudkan agar tidak terjadi kelebihan panas yang tidak diperlukan, sehingga proses produksi menggunakan energi secara lebih efisien. Unit baru penyulingan minyak atsiri ini telah selesai dirancangbangun dan dirakit di lokasi mitra, siap digunakan untuk proses produksi.

Kata-kata kunci:minyak atsiri, pala, penyulingan, kontrol suhu, rendemen

PENDAHULUAN

Indonesia merupakan negara penghasil minyak atsiri yang menghasilkan devisa negara; Minyak pala merupakan salah satu komoditas yang menonjol dan potensial untuk dikembangkan. Pala (Myristica frangans Houtt (Myristicaceae)) memiliki nilai ekonomis tinggi dan multiguna, karena setiap bagian tanaman dapat dimanfaatkan oleh berbagai industri [1]. Sampai saat ini Indonesia menjadi pemasok biji dan fuli pala terbesar ke pasar dunia (sekitar 60%). Ketua Umum Dewan Atsiri Indonesia (DAI) Wien P. Gunawan menyatakan optimis pemenuhan 80% dari permintaan minyak pala (nutmeg oil) di dunia yang mencapai 400 ton - 500 ton per tahun dapat

dipenuhi oleh Indonesia - negara penghasil pala terbesar di dunia [2].

(2)

Prosiding Seminar Nasional Sains dan Pendidikan Sains IX, Fakultas Sains dan Matematika, UKSW Salatiga, 21 Juni 2014, Vol 5, No.1, ISSN :2087-0922

24 Berdasarkan hasil observasi lapangan dan interview dengan pekerja dan pengelola usaha, diketahui permasalahan utama pada mitra adalah rendahnya rendemen produk, yaitu 7 liter minyak per ton buah pala. Metode destilasi yang kurang tepat ditengarai sebagai akar permasalahannya.

Gambar 1. Metode penyulingan mitra Sebagai akibatnya, rendemen yang dihasilkan rendah dan kualitas produkpun tidak seperti yang diharapkan. Solusi yang ditawarkan adalah pengubahan metode penyulingan dari metode penyulingan uap menjadi metode penyulingan uap dan air yang dilengkapi sistem kontrol suhu pada boiler dan bagian kondensasi.

Penerapan kegiatan pengolahan minyak atsiri di UKM ini diharapkan dapat dijadikan percontohan untuk rakyat desa, mengingat pesantren cukup disegani oleh masyarakat sekitar. Produksi minyak atsiri dari dan oleh masyarakat ini diharapkan akan meningkatkan pemanfaatan lahan kosong, menyerap tenaga kerja, meningkatkan nilai jual komoditas minyak atsiri, dan meningkatkan pendapatan masyarakat desa.

METODE PENYULINGAN YANG

DISARANKAN

Metode penyulingan kombinasi uap dan air [3-5] yang ditawarkan pada dasarnya adalah sebagai berikut: Pada tahap awal, air dipompa hingga

tandon terisi penuh. Air dalam tandon kemudian dialirkan untuk mengisi bagian ketel, penampung air dan pendingin (kondensor). Setelah semua bagian terisi air yang cukup, maka biji pala dimasukkan ke dalam ruang destilasi, selanjutnya kompor gas dinyalakan untuk mendidihkan air bersamaan dengan menghidupkan sistem kontrol suhu proses penyulingan. Elemen pemanas bekerja berdasarkan suhu air boiler. Bila suhu di bawah 100 oC maka elemen pemanas akan aktif, sedangkan sensor suhu pada unit/bagian kondensor akan memantau dan mengontrol suhunya. Apabila suhu telah mencapai 60 oC maka katup akan terbuka dan air dalam kondensor akan mengalir ke bak penampung untuk selanjutnya air dalam tandon akan mengisi/ menggantinya dengan air yang lebih dingin. Bila kondisi air dalam boiler berkurang pada level yang ditentukan, maka katup pada boiler akan terbuka sehingga air pre-heating (hasil dari kondensasi dalam bak penampung) akan mengalir mengisi boiler. Hal ini akan meningkatkan efsiensi pemanasan, karena air awal yang digunakan dalam boiler adalah air yang sudah hangat.

(3)

25 Gambar 2. Metode penyulingan usulan

HASIL DAN DISKUSI

Berdasarkan kesepakatan dengan mitra, unit penyuling metode uap air yang dilengkapi kontrol suhu dirancang bangun. Perancangan alat dan pembuatan diselesaikan dalam waktu dua bulan, sedangkan perancangan dan pembuatan kontrol suhu dirampungkan dalam waktu satu bulan. Alat kontrol suhu [6] diilustrasikan pada Gambar 4, sedangkan unit penyulingan komplit yang siap dikirim ke UKM disajikan dalam Gambar 5. Saat ini, unit baru tersebut telah diterima oleh pihak mitra dan siap digunakan untuk menyuling minyak atsiri, baik pala maupun jahe – produk baru yang sedang dikembangkan di UKM mitra.

Gambar 3. Sistem pengukur suhu tiga titik

(4)

26 Gambar 5. Unit penyulingan baru siap dikirim

KESIMPULAN

Metode penyulingan yang disarankan akan meningkatkan rendeman dan kualitas minyak atsiri yang dihasilkan oleh mitra. Dengan adanya unit baru destilasi minyak atsiri ini, kegiatan usaha pesantren diharapkan akan semakin berkembang sehingga dapat menjadi media pembelajaran kewirausahaan untuk para santri, dan sebagai percontohan untuk masyarakat sekitar. Sebagai tindak lanjut, akan dilakukan penelitian untuk mempelajari tingkat perbaikan efisiensi proses penyulingan metode baru dibandingkan dengan yang diterapkan mitra sebelumnya.

DAFTAR PUSTAKA

[1] FAO, 1994, Nutmeg and derivatives. [online], Available:

http://www.fao.org/docrep/v4084e/v4084e00.htm, (21 Mei 2012).

[2] Kontan, 2010,Industri Minyak Pala: Indonesia Isi 80% Minyak Pala Dunia. [online], Available:

http://industri.kontan.co.id/news/indonesia-isi-80-minyak-pala-dunia, (22 Mei 2012).

[3] Ketaren, S., Minyak Atsiri. Departemen Teknologi Hasil Pertanian, Fatemeta-IPB, Bogor, 1975.

[4] Nanan Nurdjannah, Teknologi Pengolahan Pala. Badan penelitian dan pengembangan pertanian, Balai besar penelitian dan pengembangan pascapanen pertanian, 2007. [5] Sumitra, O, Memproduksi Minyak Atsiri Biji Pala. Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan Direktorat Jenderal Pendidikan Dasar Dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional, 2003.

(5)

27

AKTIVITAS SEISMOTEKTONIK DALAM MENENTUKAN

PERCEPATAN DAN KECEPATAN TANAH MAKSIMUM

DI SULAWESI BARAT

Muhammad Altin Massinai1, Lantu2, A. Rixs Jayanti Amruh3 Prodi Geofisika Universitas Hasanuddin Makassar

[email protected]; [email protected]

; [email protected]

3

ABSTRAK

Wilayah Sulawesi Barat merupakan zona gempa bumi yang bersumber dari pemekaran dasar laut di Selat Makassar. Aktivitas seismotektonik di wilayah ini juga di sebabkan oleh sesar - sesar di daratan di antaranya sesar Saddang, sesar Kaluku, dan di bagian timur wilayah ini terdapat sesar besar Palu Koro. Aktivitas seismisitas wilayah ini didominasi oleh gempa bumi dangkal (kedalaman kurang dari 60 km) dan gempa bumi menengah (kedalaman antara 60 - 300 km). Gempa bumi menengah disebabkan oleh aktivitas pemekaran dasar laut di Selat Makassar. Salah satu pengaruh aktivitas seismik adalah percepatan dan kecepatan tanah. Penelitian ini bertujuan membuat mengenai model matematik hubungan antara percepatan tanah maksimum (PGA) dan kecepatan tanah maksimum (PGV) parameter seismotektonik. Data yang digunakan merupakan hasil rekaman gempa bumi selama 102 tahun di wilayah Sulawesi Barat. Pengolahan data dengan menggunakan formula – formula seismologi yang bernilai empiris. Hasil pengolahan data dan estimasi dilakukan dengan cara analisis statistik regresi. Parameter – parameter yang dianalisis meliputi magnitudo, jarak hiposenter, percepatan tanah maksimum, dan kecepatan tanah maksimum. Dengan menggunakan perangkat lunak SPSS versi 16 diperoleh model yang mempunyai hubungan linier antara percepatan tanah maksimum dan kecepatan tanah maksimum. Hasil perhitungan percepatan tanah maksimum dari yang terkecil sampai yang terbesar adalah 26 cm/s2 - 1069 cm/s2. Nilai kecepatan tanah maksimum dari yang terkecil sampai yang terbesar adalah 61 cm/s - 826 cm/s. Model matematik sebagai kesimpulan memberikan hubungan linear sesuai dengan model matematik yang berlaku.

Kata-kata kunci: seismotektonik, gempa bumi, magnitudo, statistik regresi, percepatan tanah maksimum, kecepatan tanah maksimum

PENDAHULUAN

Kepulauan Indonesia terletak di antara dua kontinen yaitu, kontinen Asia di bagian barat laut dan kontinen Australia di bagian tenggara serta terletak antara dua samudera yaitu, samudera Pasifik dan samudera Indonesia. Indonesia ditinjau dari titik pandang geodinamika kepulauan terletak dalam zona konvergen antara tiga lempeng yang saling bergerak satu terhadap lainnya, yaitu lempeng Benua Eurasia di bagian utara yang relatif diam, lempeng Samudera Pasifik yang bergerak ke arah barat dengan kecepatan 7 – 13 cm pertahun, sedang di tenggara/selatan lempeng Hindia-Australia bergerak ke utara dengan kecepatan 6 – 10 cm pertahun [1, 2].

Pulau Sulawesi terdiri dari 4 lengan, yaitu lengan Utara Sulawesi, lengan Timur Sulawesi, lengan Tenggara Sulawesi, dan lengan Selatan Sulawesi. Keempat lengan Pulau Sulawesi ini menyatu berbentuk huruf K [2]. Kondisi tektonik lengan Selatan Sulawesi sangat mempengaruhi aktivitas kegempaan dan gerakan tanah di daerah Sulawesi Barat [3].

Sesar-sesar yang melintasi Sulawesi Barat terdiri dari :

(6)

28 2) Sesar Saddang, memanjang dari pesisir

pantai Mamuju memotong diagonal melintasi daerah Sulawesi Barat dan Sulawesi Selatan bagian tengah, bagian selatan;

3) Sesar Kaluku memanjang sepanjang wilayah Mamuju di Sulawesi Barat. Kajian seismotektonik Sulawesi Barat [6] menunjukkan struktur sesar-sesar tersebut dipengaruhi aktivitas pemekaran dasar samudera di Selat Makassar. Pergerakan sesar-sesar ini yang mengakibatkan aktivitas gempa bumi cukup tinggi di wilayah ini.

Pergerakan tersebut menyebabkan perpindahan materi. Waktu yang diperlukan untuk perpindahan harus diketahui sehingga kecepatan tanah dan percepatan tanah dapat dihitung. Ketika terjadi gempa bumi timbul getaran yang disebut sebagai gelombang seismik yang menyebabkan tanah mengalami kecepatan. Sementara percepatan menunjukkan perubahan kecepatan mulai dari keadaan diam sampai pada kecepatan tertentu.

Berdasarkan catatan data historis gempa bumi dan tsunami di wilayah ini selama kurung waktu lebih 100 tahun telah terjadi beberapa kali gempa bumi tektonik dengan kekuatan 5,0 SR. Dampak dari gempa bumi tersebut yaitu terjadinya pergerakan tanah (ground displacement) sebagai penyebab terjadinya percepatan tanah maksimum (PGA) dan kecepatan tanah maksimum (PGV). Berdasarkan uraian tersebut, penelitian untuk penentuan percepatan tanah maksimum dan kecepatan tanah maksimum, dapat dilakukan dengan menggunakan data seismotektonik (intesitas gempa bumi).

BAHAN DAN METODE

Penelitian ini mengambil lokasi di Propinsi Sulawesi Barat. Pengambilan data gempa dilakukan di stasiun BMKG wilayah IV Makassar.

Bahan terdiri dari perangkat keras berupa komputer intel core TM i3-370M serta

periferalnya. Perangkat lunak menggunakan Arc view GIS versi 9.3 ESRI, SPSS 16 dan Microsof Excel.

Data yang digunakan berupa data gempa bumi harian dalam waktu 102 tahun dari tahun 1900 – 2012. Data tersebut terdiri dari waktu kejadian gempa bumi, posisi lintang dan bujur, kedalaman hiposenter, dan magnitudo gempa. Hasil perhitungan percepatan dan kecepatan tanah dibuat menggunakan software SPSS 16. Hasil ini dianalisis untuk mendapatkan model, kemudian dibandingkan dengan yang diperoleh secara analitik dengan persamaan matematik. HASIL DAN DISKUSI

Gempa bumi di wilayah Sulawesi Barat diakibatkan aktivitas seismotektonik dengan klasifikasi gempa dalam. Wilayah ini bermorfologi daerah lipatan dan retakan. Seismotektonik wilayah menunjukkan beberapa struktur tektonik berupa sesar-sesar.

Hasil perhitungan dengan menggunakan analisis statistik memperlihatkan nilai korelasi kekuatan antara variabel PGA dan variabel PGV adalah 0,983. Hal ini berarti kekuatan hubungan antara jarak hiposenter dan magnitudo terhadap variabel PGA dan PGV sangat kuat. Nilai determinasi pengaruh antara variabel PGA dan PGV dapat ditentukan dengan dari jarak hiposenter dan nilai magnitudo sebesar 98,3 %. Variabel lain yang menentukan hubungan sebesar 1,7% merupakan faktor geomorfologi dan litologi lokasi penelitian.

Analisis statistik dengan menggunakan F-test atau uji simultan bertujuan mengetahui pengaruh bersama antara variabel independen dan dependen. Berdasarkan tabel Anova menunjukkan nilai F-hitung (4,994) lebih besar dibanding F-tabel (0,089) seperti pada Tabel 1.

Tabel 1. Perhitungan dengan ANOVA Model df Rata2 F-hit F-tab

Reg 1 83855,133

4,998 0,089 Res 317 43209,332

(7)

29 Tabel 1 menunjukkan komponen PGA dan PGV sangat dipengaruhi terhadap aktivitas kegempaan di wilayah Sulawesi Barat. Berdasarkan grafik normal regresian standar residual diperoleh bahwa hubungan intensitas baik PGV maupun PGA semuanya membentuk garis linear. Gambar Intensitas Mercalli yang diplot terhadap kecepatan tanah maksimum dan perceapatan tanah maksimum dapat dilihat pada Gambar 1 dan 2.

Gambar 1. Intensitas Mercalli yang diplot terhadap kecepatan tanah maksimum untuk gempa bumi

Gambar 2. Intensitas Mercalli yang diplot terhadap Percepatan tanah maksimum untuk gempa bumi

Model korelasi kecepatan tanah maksimum

(PGV) dengan percepatan tanah maksimum (PGA) mempunyai persamaan grafik: Y = 119,855 + 004x. Berdasarkan grafik tersebut diperoleh bahwa hubungan antara PGV dengan PGA saing memperkuat. Hal ini berarti bahwa model mendekati arah garis linier. Gambar 3 memperlihatkan model korelasi PGV dengan PGA tahun 1900 – 2013 di Sulawesi Barat.

Gambar 3. Model Korelasi PGV dan PGA Tahun 1900 – 2012

Distribusi gempa bumi di wilayah Sulawesi Barat berkekuatan 5,0 SR terjadi di 22 lokasi. Gempa bumi berkekuatan 5,0 – 6,0 SR terjadi di 21 lokasi, sementara 9 lokasi terjadi gempa dengan 6,0 – 7,0 SR. Gempa bumi dengan kekuatan lebih dari 7,0 SR hanya terjadi pada 1 lokasi di Sulawesi Barat. Dari segi kerusakan gempa bumi di Sulawesi Barat berkisar VI – VII MMI. Skala MMI demikian dapat menghawatirkan bagi masyarakat yang bermukim di sekitar pantai Selat Makassar, karena dapat membangkitkan gelombang tsunami.

(8)

30 gempa bumi yang berupa gangguan. Percepatan tanah maksimum (PGA) memberikan informasi efek paling parah yang pernah dialami suatu lokasi di Sulawesi Barat yaitu di Kabupaten Mamuju Utara. Kecepatan tanah maksimum (PGV) merupakan kecepatan tanah terbesar pada permukaaan dalam periode waktu tertentu akibat getaran gempa bumi. Percepatan dan kecepatan tanah maksimum yang dianalisis dengan alat seismograf di wilayah Sulawesi Barat memberikan nilai PGA dari yang terkecil 26 cm/det2 sampai yang terbesar 1069 cm/det2. Sementara nilai PGV dari yang terkecil 61 cm/det sampai nilai terbesar 826 cm/det.

Percepatan tanah maksimum dan kecepatan tanah maksimum memberikan gambaran efek terparah dan resiko gempa bumi yang mungkin terjadi di kemudian hari. Makin besar nilai PGA dan PGV, maka semakin besar dampak dan resiko gempa bumi dikemudian hari.

KESIMPULAN

Hasil penelitian dan analisis yang dijelaskan di atas dapat diatarik kesimpulan sebagai berikut :

1. Gempa bumi yang terjadi di Wialayah Sulawesi Barat dalam kurung waktu 102 tahun yakni dari tahun 1991 – 2013 mempunyai magnitudo sedang 4 – 5 SR terjadi sebanyak 319 kali. Magnitudo 5 – 7,5 SR terjadi sebanyak 53 kali. Hiposenter gempa bumi berdasarkan kedalam sumber antara 30 – 100 km.

2. Nilai percepatan tanah maksimum berkisar 26 cm/det2 sampai yang terbesar 1069 cm/det2. Sementara nilai kecepatan tanah maksimum dari yang terkecil 61 cm/det sampai nilai terbesar 826 cm/det. Model hubungan antara percepatan tanah maksimum dengan kecepatan tanah maksimum berbanding lurus sesuai model matematika yang berlaku.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penelitian ini tidak akan terwujud apabila tidak didukung oleh pembiayaan penelitian BOPTN UNHAS 2014. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada Ketua

LPPM Universitas Hasanudin atas dukungan biaya penelitian ini. Terima kasih kepada panitia Seminar Nasional Sains dan Pendidikan Sains IX, FSM, UKSW atas dipercayakannya kepada kami untuk mempresentasikan paper ini. Tak lupa kepada rekan-rekan peneliti dan mahasiswa Geofisika UNHAS atas bantuannya selama ini.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Hamilton, Warren. 1979. Tectonics of the

Indonesian Region. Washington:

Geological Survey Profesional Paper 1078. [2] Katili, J. A. 1989. Evolution of the

Southeast Asian Arc Complex. Jakarta: Geol. Indon. V. 12, no 1. p.113 – 143. [3] Lantu, Aswad, S., Tahir, I., Kartika, D. I.

2012. Investigasi Pergerakan Tanah Berbasis Pola Kecepatan Tanah Maksimum (PGV) Akibat Gempa Bumi Untuk Identifikasi Stabilitas Wilayah Sebagai Salah Satu Acuan Pembangunan Infra Struktur. Seminar Nasional Sains dan Teknik Universitas Nusa Cendana. Kupang.

[5] Massinai, Muhammad Altin. 2012. Morphotectonic of Jeneberang Watershead and Impact on Bilibili Dam in

Gowa Regency South Sulawesi.

Proceeding The 37th HAGI Annual Convention, Unconventional & Renewable Energy. Palembang.

(9)

31

PENGARUH REDAMAN GILBERT TERHADAP POLA PEMBALIKKAN

MAGNETISASI BAHAN FERROMAGNETIK KUAT

COBALT-PLATINUM-CHROMIUM PADA SUHU RUANG

Kukuh Azis Waluyo1, Muhamad Azhar Ma’arif2, Nur Aji Wibowo3

Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Sains dan Matematika Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga Jl. Diponegoro 52-60 Salatiga 50711

1_{[email protected],}2_{[email protected],}3_{[email protected]}

ABSTRAK

Melalui simulasi mikromagnetik, pengaruh redaman Gilbert terhadap pola pembalikkan magnetisasi bahan ferromagnetik kuat Cobalt-Platinum-Chromium pada suhu ruang telah dikaji dengan menyelesaikan persamaan Landau-Lifshiftz-Gilbert. Parameter-parameter magnetik yang digunakan antara lain konstanta anisotropi tegak lurus, magnetik saturasi, dan konstanta pertukaran, yang nilainya berturut-turut adalah 2×106 erg/cm3, 3700 G, dan 9.99×10-7 erg/cm. Sampel nano-dot yang diteliti berdimensi 50×50×50 nm3 dan terbagi menjadi elemen-elemen balok sejumlah 15×15, dengan masing-masing elemen memiliki orientasi momen magnetik tunggal. Step integrasi yang dipergunakan sebesar 0.12 ps. Simulasi ini dilakukan dengan memvariasi nilai redaman Gilbert sebagai berikut, 0.26, 0.28, 0.30, dan 0.32. Hasil simulasi mikromagnetik ditunjukkan melalui grafik mekanisme pembalikan megnetisasi, visualisasi mekanisme pembalikkan magnetisasi dan hasil yang diperoleh pengaruh redaman terhadap medan pembalik. Dari hasil yang diperoleh melalui grafik mekanisme pembalikkan magnetisasi, menunjukkan bahwa terdapat perbedaan waktu pembalikan untuk setiap konstanta redaman yang diberikan. Dari hasil visualisasi mekanisme pembalikkan magnetisasi, memperlihatkan bahwa bahan magnetik termagnetisasi dengan pola seragam pada semua bagian tanpa diiukuti pembentukan dinding domain, serta terjadi perbedaan waktu pembalikan untuk setiap sampel nilai redaman. Semakin besar nilai redaman, semakin cepat waktu pembalikkan magnetisasi yang diperlukan. Sedangkan dari hasil evaluasi pengaruh redaman terhadap medan pembalik, diperoleh juga bahwa peningkatan redaman Gilbert mampu menurunkan nilai medan pembalik. Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini adalah bahwa peningkatan nilai redaman Gilbert pada bahan ferromagnetik kuat Cobalt-Platinum-Chromium mampu mempercepat waktu pembalikan magnetisasi dan sekaligus menurunkan besaran medan pembalik.

Keywords: mikromagnetik, redaman Gilbert, nano-dot, magnetisasi, medan pembalik.

PENDAHULUAN

Pesatnya kemajuan teknologi komputer saat ini, diikuti kian maraknya berbagai produk komputer yang beredar dipasaran dengan spesifikasi tertentu. Kebutuhan masyarakat akan komputer dengan harga terjangkau, non-volatile, memiliki kapasitas penyimpanan dan transfer data yang besar, telah menjadi perhatian berbagai perusahaan komputer ternama di seluruh dunia.

Semenjak penemuan efek magnetoresistansi atau Giant Magnetoristance (GMR) pada tahun 1988, media penyimpanan data berbasis magnet (magnetic memory device) dan sensor magnetik

(magnetic sensor) semakin berkembang sebagai upaya menjawab kebutuhan masyarakat di era teknologi saat ini [1][2].

(10)

32 diatasi dengan mode pembalikan magnetisasi berbantukan panas (Heat Assisted Magnetization Reversal-HAMR) [6]. Selain medan magnet, masih banyak faktor yang saling terkait dalam pengembangan PMR, salah satunya adalah faktor redaman Gilbert [1][4].

Pada makalah ini, proses mekanisme pembalikan magnetisasi tegak lurus pada material magnetik dalam suhu ruang, akan dipelajari melalui simulasi mikromagnetik dengan menyelesaikan persamaan Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG) [4]. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menyelidiki pengaruh redaman Gilbert terhadap pola pembalikkan magnetisasi bahan ferromagnetik kuat Cobalt-Platinum-Chromium.

METODOLOGI PENELITIAN

Secara umum, simulasi pengaruh redaman Gilbert terhadap pola pembalikan magnetisasi bahan beranisotropi tegak lurus dapat dilakukan dengan menyelesaikan persamaan LLG sebagai berikut [7]. eff 2 1 × + − = α γ dt d ) ( _eff s 2

)

1

(

× × −

+

α

M

γα

(1)

Simulasi ini dilakukan dengan memvariasi konstanta redaman Gilbert(α)dengan mengambil nilai 0.26, 0.28, 0.30, dan 0.32. Dimana _adalah vektor magnetisasi, M_sadalah magnetisasi jenuh,

γ adalah rasio giromagnetik elektron yang nilainya

1 1 7 .s Oe 10 76 .

1 × − −

=

γ dan _eff_{adalah medan}

efektif. _eff_{mencakup medan anisotropi}₍ ₎ k _, medan demagnetisasi (_d)_{, medan interaksi tukar}

)

(_ex _{, dan medan eksternal}₍ ₎ ext

_{, seperti yang} ditunjukkan pada Persamaan (2) [4][5].

ext ex d k

eff

= + + + ₍₂₎

Bahan ferromagnetik kuat CoPtCr pada suhu ruang (298 K) memiliki konstanta anisotropi tegak

lurus (K_⊥)= 2×106 erg/cm3, magnetik saturasi )

4

( πM_s = 3700 G, dan konstanta pertukaran )

(A = 9.99×10-7 erg/cm. Pada simulasi ini, nano-dot yang digunakan berdimensi 50×50×20 nm3 dan terbagi menjadi elemen-elemen balok sejumlah 15×15, dengan masing-masing elemen memiliki orientasi momen magnetik tunggal. Step integrasi yang dipergunakan sebesar 0.12 ps. Pada kondisi awal sebelum medan diberikan, momen magnet termagnetisasi dalam arah sumbu x positif. Medan pengimbas yang diberikan, meningkat secara linier dan mencapai maksimum ketika durasi maksimum diberikan.

HASIL DAN DISKUSI

Gambar 1. Mekanisme pembalikkan magnetisasi untuk

⊥

K = 2×106 erg/cm3, A= 9.99×10-7 erg/cm dan s

4πM =3700Gpada suhu ruang (298 K) dengan α= 0.26, 0.28, 0.30, dan 0.32

Gambar 1 menunjukkan mekanisme pembalikan magnetisasi yang disajikan melalui nilai

sat easy M

(11)

33 titik pembalikkan (switching point). Sedangkan medan magnet pengimbas dan waktu yang terkait pada titik ini akan disebut sebagai medan pembalik )(Hswt dan titik pembalikkan (tswt).

sat easy M

M = –1, menunjukkan bahwa bahan magnetik termagnetisasi jenuh dalam arah sejajar dengan medan magnet luar.

Pada titik pembalikkan, terlihat bahwa konstanta redaman yang diberikan menunjukkan perbedaan waktu yang dibutuhkan bahan magnetik untuk melakukan pembalikkan magnetisasi. Efek redaman ini juga dipengaruhi oleh suku kedua pada Persamaan (1) yang memberikan efek disipasi dari gerak presisi.

0.26

0.44 ns 0.46 ns 0.50 ns 0.62 ns

0.28

0.42 ns 0.45 ns 0.50 ns 0.60 ns

0.30

0.40 ns 0.43 ns 0.47 ns 0.58 ns

0.31

0.38 ns 0.40 ns 0.44 ns _{0.56 ns}

Gambar 2. Visualisasi mekanisme pembalikkan

magnetisasi untuk K_⊥ = 2×106 erg/cm3, A= 9.99×10-7 erg/cm dan 4πMs=3700Gpada suhu ruang

(298 K) dengan α = 0.26, 0.28, 0.30, dan 0.32.

Gambar 2 merupakan visualisasi keadaan pembalikkan megnetisasi. Warna hitam menunjukkan keadaan awal sebelum proses pembalikkan, yaitu saat termagnetisasi jenuh dalam arah sumbu x positif. Warna abu-abu cerah menunjukkan bahwa bahan magnetic termagnetisasi dengan arah berkebalikan dari arah semula. Keseragaman warna yang diperlihatkan dalam setiap waktu, menunjukkan bahwa saat magnetisasi berlangsung, konfigurasi dinding domain tidak terbentuk. Artinya, pola pembalikan terjadi secara serempak pada semua bagian. Informasi lain yang didapat dari Gambar 2 adalah perbedaan waktu pembalikkan magnetisasi setiap keadaan dari ke empat sampel α. Semakin besar α, semakin cepat waktu pembalikkan magnetisasi yang diperlukan.

Gambar 3. Pengaruh α terhadap medan pembalik

)

(Hswt untuk K⊥ =

3 6

erg/cm 10

2× , A= 9.99×10-7 erg/cm dan 4πMs=3700Gpada suhu ruang (298 K).

(12)

34 untuk pembalikkan magnetisasi menjadi lebih cepat.

KESIMPULAN

Dari simulasi diperoleh bahwa faktor redaman Gilbert pada bahan ferromagnetik kuat CoPtCr berpengaruh terhadap waktu pembalikkan magnetisasi. Semakin besar konstanta redaman Gilbert yang diberikan, semakin cepat waktu pembalikkan magnetisasi yang dibutuhkan. Selain itu, nilai medan pembalik juga dapat direduksi dengan memperbesar konstanta redaman Gilbert. DAFTAR PUSTAKA

[1] Mardona, ”Dinamika Domain Wall dan Efek Anisotropi pada Material Ferromagnet Co dan Ni Berbentuk Nanoware,” Tesis, Program Studi Magister Fisika, Universitas Indonesia, 2012.

[2] Ismail, “Studi Micromagnetic Proses Magnetisasi dan Spektrum Suseptibilitas Ferromagnetik Elemen Diamond-Shape,” Tesis, Program Studi Magister Fisika, Universitas Indonesia, 2013.

[3] S. Muhammady, Suharyana, B. Purnama, “Kajian Simulasi Mikromagnetik Ketergantungan Tipe-nukleasi Magnetisasi

Reversal terhadap Waktu pada Nano Dot Permalloy,” Indonesian Journal of Applied Physics, vol. 2, no. 2, hal. 164, 2012.

[4] W. N. Handayani, A. Setiawan, N. A. Wibowo, “Gilbert Damping Effect on Thermally Assited Magnetization Reversal of Perpendicular Magnetized Nano-dot,” International Journal of Science and Engineering Investigations, vol.2, issue 16, 2013.

[5] A.C.D. Permatasari, S. Trihandaru, N. A. Wibowo, “Micro Magnetic Study of Thermally Assited Magnetization Reversal Mechanism on Perpendicularly Magnetic Anisotropy COxSIyBz,” International Journal

of Science and Research (IJSR), vol. 2, issue 5, 2013.

[6] N. A. Wibowo, Cari, B. Purnama, “Heat Assisted Magnetization Reversal on Perpendicular Magnetized Nano-dot,” The Journal for Technology and Science, vol. 22, no. 2, 2011.

(13)

35

KARAKTERISTIK ELEKTRIK NANOPARTIKEL BaTiO

3

UNTUK

APLIKASI MATERIAL

MULTIFERROIC

Dwita Suastiyanti1, Moh.Hardiyanto2, Marlin Wijaya3

1,2

Institut Teknologi Indonesia, Jl.Raya Puspiptek-Serpong, 3Departement Fisika FMIPA-UI, Depok 1_{[email protected],}2_{[email protected],}3_{[email protected]}

ABSTRAK

Barium titanate (BaTiO3/BTO) merupakan material feroelektrik yang dapat diterapkan sebagai salah

satu material dasar penyusun material multiferroic yaitu material yang menunjukkan sifat feroelektrik, feromagnetik dan feroelastisitas secara simultan dalam sebuah material. Untuk dapat digunakan sebagai salah

satu material penyusun material multiferroic, BTO harus dalam bentuk nanopartikel,fasa tunggal dan

mempunyai nilai polarisasi saturasi elektrik yang cukup tinggi sehingga dapat memunculkan efek kopling magnetoelektrik (ME). Efek kopling ME merupakan karakteristik utama dari material multiferroic. Metode sintesa yang diterapkan adalah sol-gel yang merupakan metode yang mudah dan sederhana. Pengujian yang dilakukan adalah uji TGA/DTA (terhadap gel BTO), X-Ray Diffraction (XRD), Particle Size Analyzer (PSA) dan karakteristik elektrik. Prekursor (senyawa dasar) yang digunakan pada proses sol-gel adalah barium nitrate, titanium oxide, nitrate acid, ammonium nitrate dan citric acid sebagai fuel . Parameter yang divariasikan adalah rasio berat citric acid/BTO = 1:1 dan 2:1, waktu sinter 2 dan 4 jam masing-masing pada temperatur sinter 700oC.Hasil uji XRD menunjukkan bahwa fasa tunggal BTO diperoleh pada rasio citric acid/BTO = 2:1 dengan waktu sinter 2 jam. Dari hasil refinement menggunakan perangkat lunak HighScore Plus terhadap pola difraksi XRD, diperoleh ukuran kristal yang dihasilkan pada kondisi tersebut adalah 25 nm. Hasil pengujian dengan PSA menunjukkan bahwa serbuk BTO pada kondisi tersebut merupakan nanopartikel dengan ukuran partikel 45 nm (<100 nm). Pengukuran dengan alat ukur loop histeresis elektrik menunjukkan bahwa BTO yang dihasilkan dengan kondisi tersebut mempunyai nilai polarisasi saturasi elektrik yang paling tinggi, 44.84μC/cm2. Adanya fasa residual pada serbuk BTO akan menurunkan nilai polarisasi saturasi elektrik.

Kata-kata kunci: multiferroic, nanopartikel, polarisasi elektrik, magnetoelektrik, fasa tunggal

PENDAHULUAN

Material feroelektrik barium titanate (BaTiO3/BTO) banyak diteliti orang karena memiliki sifat yang menarik seperti dielectric, pyroelectric, piezoelectric dan electro optic

yang sangat baik. Aplikasinya banyak diterapkan untuk divais-divais elektronik [1]. Akan tetapi pada penelitian ini aplikasi material BTO diarahkan bukan sebagai material tunggal untuk divais-divais elektronik tetapi sebagai salah satu material dasar penyusun material

multiferroic berstruktur nanokomposit. Agar dapat berfungsi sebagai material penyusun

material multiferroic, BTO harus sebagai

material nanopartikel fasa tunggal [2,3,4] untuk dapat memperoleh efek kopling Magneto

Elektrik (ME) yang cukup kuat yang merupakan karakteristik utama dari material

multiferroic. Di samping itu serbuk BTO harus mempunyai karakteristik elektrik yang cukup baik terutama nilai polarisasi saturasi elektrik

yang tinggi. Partikel BTO diperlukan dalam

bentuk single electric domain [5]. Ketertarikan mempelajari partikel berukuran nano terletak pada kemampuan untuk menghasilkan senyawa fasa tunggal yang dapat mempengaruhi nilai parameter kristal dan pola difraksinya yang pada akhirnya mempunyai efek terhadap sifat-sifat fisisnya khususnya sifat-sifat elektrik [6].

(14)

36 fraksi permukaan yang berinteraksi akan meningkat sejalan dengan bertambah kecilnya ukuran butir. Interaksi yang kuat ini akan menimbulkan adanya efek kopling magnetoelektrik (ME) yang menyebabkan adanya sifat multiferroic pada material. Oleh karena itu, preparasi material BTO harus diarahkan kepada sistem nanopartikel sehingga BTO dapat dijadikan sebagai salah satu material dasar penyusun material multiferroic.

Material multiferroic adalah material yang dapat menunjukkan sifat feromagnetik, feroelektrik dan feroelastisitas secara bersamaan dalam sebuah material yang dinyatakan dengan memiliki nilai kopling ME yang cukup besar.Pembentukan nanopartikel dilakukan melalui proses sol-gel yang merupakan metode yang sederhana dan mudah. Dengan metode ini diharapkan akan dihasilkan material nanopartikel BTO fasa tunggal. Keuntungan menggunakan metode sol-gel antara lain : reagen yang diperlukan merupakan senyawa yang sederhana, menghasilkan nanopartikel, tidak diperlukan peralatan khusus, unsur-unsur dopants dapat dengan mudah dimasukkan ke dalam produk akhir, sangat sedikit kemungkinan terjadinya aglomerisasi partikel, memerlukan temperatur proses yang relatif rendah, menghasilkan produk dengan kemurnian tinggi, struktur mikro yang homogen dengan distribusi ukuran yang sempit dan bentuk yang seragam [7].

Hingga saat ini pada umumnya BTO disintesis melalui metode solid state reaction. Akan tetapi metode ini memiliki beberapa kelemahan yaitu suhu sintering yang tinggi (1400-1450oC), masih adanya pengotor yang berasal dari proses ball milling serta ukuran partikelnya masih belum mencapai nano Sekarang ini material BTO banyak dipelajari untuk aplikasi material multiferroic yaitu sebagai salah satu material dasar penyusun material multiferroic.

BAHAN DAN METODE

Sintesa material BTO dilakukan dengan menggunakan senyawa dasar pro analysis produk Merck dengan kemurnian 99,99% yaitu

Ba(NO3)2, TiO2, NH4OH, HNO3 dan citric acid C6H8O7 sebagai fuel. Senyawa-senyawa dasar tersebut dilarutkan ke dalam aquabidestilata yang kemudian dipanaskan di atas hot plate pada 80-90oC sampai terbentuk gel (kurang lebih 4 sampai 5 jam). Adapun tahapan proses sintesa ditunjukkan pada Gambar 1.

Penimbangan material dasar Ba(NO3)2, TiO2, C6H8O7,

NH4NO3, HNO3 sesuai perhitungan stoikhiometri

Rasio berat C6H8O7/barium

titanate = 2:1,dipanaskan 80-90oC selama 4-5 jam

Rasio berat C6H8O7/barium

titanate = 1:1, dipanaskan 80-90o_{C selama 4-5 jam}

Pemanasan 150oC selama 1 jam

Pemanasan 450oC selama 24 jam

Pemanasan 700oC selama 2 dan 4 jam

Uji XRD, Particle Size Analyzer dan Loop Histeresis Elektrik

Uji TGA/DTA

Hasil Uji TGA/DTA

Gambar 1. Diagram Alir Sintesa BTO Metode Sol-Gel

(15)

37 menggunakan Thermogravimetric Analysis (TGA)/Differential Thermal Analysis (DTA) ditujukan untuk mengamati perubahan massa dan panas sampel (masih dalam bentuk gel) terhadap kenaikan temperatur,menggunakan alat TGA/DTA tipe Research Thermal Balance Series LINSEIS L81-I/L81-STA (TGA-DTA).

HASIL DAN DISKUSI

Proses sol-gel dilakukan untuk menghasilkan material serbuk BTO berukuran nano. Adapun tahapan prosesnya ditunjukkan seperti pada Gambar 2.

Gambar 2. (a) dan (b) Proses Pemanasan di atas

Hot Plate, (c) dan (d) Proses Combustion di dalam

Furnace

Tahapan sol-gel dimulai dari proses pemanasan di atas hot plate pada temperatur 80-90oC selama 4-5 jam sampai larutan berubah bentuk menjadi gel (Gambar 2 a dan b). Kemudian gel dipanaskan di dalam furnace pada temperatur 150oC selama 1 jam untuk proses penguapan air (Gambar 2 c). Setelah itu dilakukan proses kalsinasi pada 450oC selama 24 jam (Gambar 2 d) dan dilanjutkan dengan proses sinter pada 700oC selama 2 dan 4 jam. Pada akhir proses diperoleh serbuk BTO seperti ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Serbuk BTO Setelah Proses Sinter

Serbuk BTO seperti pada Gambar 3 diperoleh pada akhir proses sol-gel melalui beberapa tahapan reaksi sebagai berikut :

Ba(NO3)2 BaO+N2+ 5[O] (1)

BaO + TiO2 BaTiO3 (2) NH4OH + HNO3 NH4NO3 (3)

NH4NO3 2 H2O + N2 + [O] (4)

C6H8O7 + 9 [O] 6 CO2 + 4 H2O (5)

Material dasar Ba(NO3)2 dengan proses pemanasan pada 80-90oC akan terurai sesuai dengan persamaan reaksi (1). Untuk selanjutnya senyawa BaO yang terbentuk akan bereaksi dengan material dasar TiO2 menjadi BaTiO3 sesuai dengan persamaan reaksi (2). Pada proses pemanasan 80-90oC akan terbentuk pula gas-gas N2, [O] dan H2O. Senyawa NH4NO3 terbentuk dari penambahan NH4OH (untuk pengaturan pH = 7) dan HNO3 yang digunakan untuk melarutkan TiO2. Pembentukan senyawa ini mengikuti persamaan reaksi (3). Senyawa ini kemudian akan terurai menjadi H2O, N2 dan [O] mengikuti persamaan reaksi (4). Pada pemanasan 150oC selama 1 jam akan terjadi penguapan sisa H2O yang tidak habis menguap pada saat pembentukan gel. Proses pembentukan BaTiO3 mengikuti persamaan reaksi (2) terjadi melalui pengikatan ion-ion Ba2+ dan Ti4+ oleh rantai-rantai C yang berasal dari C6H8O7 pada temperatur 450oC selama 24 jam. Selama proses pengikatan oleh rantai-rantai C tersebut terjadi reaksi (5) dimana C6H8O7 akan teroksidasi dengan [O] yang

a b

(16)

38 berasal dari reaksi (1) dan (4) menghasilkan gas CO2 dan H2O yang akan ikut menguap pada saat pemanasan pada 450oC. Proses sinter pada 700oC atau 800oC akan memperkuat ikatan antar butir BTO dan diharapkan terjadi kristalisasi dari serbuk dengan ukuran nano.

Untuk mengetahui temperatur-temperatur tersebut di atas yaitu temperatur terjadinya proses penguapan air, penguapan gas-gas dan perubahan fasa dilakukan pengujian dengan TGA/DTA yang hasilnya ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4.Hasil Uji TGA/DTA Terhadap

Gel BTO

Gambar 4 memperlihatkan bahwa hasil pengujian dengan TGA menunjukkan gel mengalami perubahan berat kurang lebih sebesar 50% yang dimulai pada temperatur 150oC. Pada temperatur di atas 150oC masih terjadi pengurangan berat sampel kurang lebih sebesar 20%. Kehilangan berat ini disebabkan karena terjadi penguapan air yang berasal dari air bidestilata yang ditambahkan pada saat pembentukan gel dan berasal dari proses penguapan NH4NO3 (persamaan reaksi 3). Hasil pengujian dengan DTA menunjukkan juga suatu perubahan yaitu terjadi peningkatan energi kurang lebih sebesar 120 μV yang dimulai pada temperatur yang sama seperti yang ditunjukkan oleh TGA yaitu 150oC. Pada temperatur 450oC mulai terjadi peningkatan energi kurang lebih sebesar 150 μV yang disebabkan karena adanya penguapan gas-gas

CO2, N2 dan [O]. Pada temperatur tersebut terjadi juga pengurangan berat kurang lebih 5% seperti yang ditunjukkan oleh TGA.Untuk menghilangkan unsur-unsur pengotor lainnya dan memperkuat ikatan antar butir BTO dilakukan proses sinter pada temperatur 700oC. Fenomena-fenomena yang terjadi pada saat gel dipanaskan sampai 1000oC (pada saat pengujian dengan TGA/DTA) menghasilkan acuan temperatur yang untuk selanjutnya digunakan pada proses sintesa BTO khususnya pada beberapa kali proses pemanasan di dalam furnace.

Untuk mengkonfirmasi serbuk apakah merupakan fasa tunggal BTO dilakukan pengujian XRD terhadap seluruh sampel yang hasilnya ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5. Pola Difraksi Sinar X Serbuk BTO

(17)

39 sehingga tidak ada reaksi pembakaran dan bahkan terjadi reaksi antara ion Ba2+ dengan gas CO2 yang berasal dari reaksi (5).

Untuk mengkonfirmasi apakah sampel yang mengalami pemanasan pada 700oC selama 2 jam merupakan fasa tunggal, maka dilakukan refinement dengan menggunakan piranti lunak HighScore Plus yang hasilnya ditunjukkan pada Gambar 6.

Gambar 6. Hasil Refinement Pola Difraksi Sinar X Sampel BTO Temperatur Sinter 700oC 2 Jam

Gambar 6. memperlihatkan bahwa sampel yang mengalami pemanasan 700oC selama 2 jam mempunyai puncak-puncak pola difraksi yang tepat sama dengan pola difraksi standar BTO tanpa adanya fasa kedua (fasa residual), ditunjukkan oleh daerah puncak yang seluruhnya diarsir warna biru. Hal ini menunjukkan bahwa sampel BTO mengandung 100% BaTiO3 (fasa tunggal). Dari hasil refinement pola difraksi pada Gambar 6 dapat diperoleh beberapa data kristalografi seperti ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Data Kristalografi BTO Fasa Tunggal

Tabel 1 menunjukkan bahwa sampel BTO fasa tunggal mempunyai sistem tetragonal, ukuran kristal 25 nm dan micro strain 0%. Hal ini menunjukkan bahwa kondisi proses sinter pada temperatur 700oC selama 2 jam merupakan kondisi proses optimum untuk memperoleh serbuk BTO fasa tunggal nanokristalin.

Sebagai perbandingan dengan serbuk BTO komersil yang diproduksi oleh salah satu perusahaan kimia, ternyata serbuk BTO komersil tersebut belum merupakan serbuk BTO fasa tunggal tetapi masih mengandung 1,3 % fasa Ti2O3 seperti ditunjukka pada Gambar 7 yang merupakan hasil refinement terhadap pola difraksi sinar X serbuk BTO komersil.

(18)

40 Gambar 7 memperlihatkan bahwa ada satu puncak dengan intensitas yang rendah yang bukan merupakan puncak dari pola difraksi BTO melainkan puncak dari Ti2O3 (ditunjukkan dengan tanda panah). Hal ini menunjukkan bahwa serbuk komersil tersebut bukan merupakan serbuk BTO fasa tunggal.

Dengan menggunakan alat uji PSA (Particle Size Analyzer) Beckman Coulter, dilakukan pengukuran besar partikel BTO yang mengalami sinter 700oC selama 2 jam (BTO fasa tunggal) seperti ditunjukkan pada Gambar 8.

Gambar 8. Distribusi Ukuran Partikel BTO Fasa Tunggal

Hasil pengukuran pada Gambar 8. menunjukkan bahwa sebagian besar partikel mempunyai ukuran diameter 45,127 nm (45 nm). Hal ini menunjukkan bahwa serbuk BTO fasa tunggal tersebut adalah merupakan nanopartikel karena ukuran partikelnya < 100 nm.

Untuk mengetahui karakteristik elektrik sampel BTO dilakukan pengujian loop histeresis elektrik. Peralatan yang digunakan ditunjukkan pada Gambar 9.

Gambar 9. Rangkaian Instrumen Ukur Loop Histeresis Elektrik

Dengan menggunakan rangkaian instrumen seperti ditunjukkan pada Gambar 9 dilakukan pengujian terhadap seluruh sampel BTO yang hasilnya ditunjukkan pada Gambar 10 sampai dengan Gambar 13.

Gambar 10. Bentuk Loop Histeresis Elektrik BTO Perbandingan Citric Acid/BTO = 2:1 pada

(19)

41 Gambar 11. Bentuk Loop Histeresis Elektrik BTO

Perbandingan Citric Acid/BTO = 2:1 pada Temperatur Sinter 700oC 4 Jam

Gambar 12. Bentuk Loop Histeresis Elektrik BTO Perbandingan Citric Acid/BTO = 1:1 pada

Temperatur Sinter 700oC 2 Jam

Gambar 13. Bentuk Loop Histeresis Elektrik BTO Perbandingan Citric Acid/BTO =1:1 pada

Temperatur Sinter 700oC 4 Jam

Gambar 10 sampai dengan 13 memperlihatkan bahwa seluruh sampel memiliki bentuk loop histeresis elektrik yang cukup baik yang menandakan bahwa sampel-sampel tersebut mempunyai nilai polarisasi saturasi elektrik. Nlai polarisasi saturasi elektrik dari seluruh sampel dapat dilihat pada Gambar 10 sampai dengan Gambar 13 yang dapat ditabelkan seperti ditunjukkan pada Tabel 2.

Tabel 2. Nilai Polarisasi Saturasi Elektrik BTO

Sinter

Rasio Citric Acid

/BTO

Polarisasi Saturasi Elektrik ((μC/cm2)

Komposisi Fasa

700oC

2 Jam

2:1 44,84 BaTiO3

700oC

4 Jam

2:1 43,82 BaTiO3

Ti2O3

700oC

2 Jam

1:1 42,80 BaTiO3

Ti2O3

BaCO3

700oC

4 Jam

1:1 40,76 BaTiO3

Ti2O3

BaCO3

(20)

42 BTO dapat menurunkan nilai polarisasi saturasi elektrik dan makin banyak fasa residual tersebut maka makin rendah nilai polarisasi saturasi elektriknya.

KESIMPULAN

Kesimpulan dari hasil penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Metode sol-gel dengan rasio berat fuel citric acid/BTO = 2:1 dan proses sinter pada 700oC selama 2 jam dapat diterapkan pada sintesa serbuk barium titanate untuk menghasilkan serbuk nanopartikel fasa tunggal.

2. Nilai polarisasi saturasi elektrik yang paling besar 44,84 μC/cm2 dimiliki oleh serbuk barium titanate dengan fasa tunggal.

3. Adanya fasa-fasa residual selain fasa BaTiO3 dapat menurunkan nilai polarisasi saturasi elektrik dan makin banyak fasa residual maka makin kecil nilai polarisasi saturasi elektriknya.

4. Rasio berat citric acid lebih dari 1 bagian dapat meningkatkan nilai polarisasi saturasi elektrik terutama pada waktu sinter yang lebih pendek.

5. Serbuk BaTiO3 yang dihasilkan dengan fasa tunggal dapat diaplikasikan sebagai salah satu material dasar penyusun material multiferroic karena menunjukkan karakteristik elektrik yang cukup baik.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penelitian ini dapat terlaksana dengan dukungan sebagian dana dari Hibah Desentralisasi Skim Fundamental 2014, DIKTI, No. 0284/E5.1/PE/2014, 0263/E5/2014, Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, Republik Indonesia.

DAFTAR PUSTAKA

[1] S.Srimala,F.M.N Ahmad, A.A Zainal, O.Radzali, W.Anthony, “Structural and Electrical Characteristic of Crystalline Barium Titanate Synthesized by Low Temperature Aqueous Method”, Journal

of Materials Processing Technology, vol.195, pp. 171-177, 2008.

[2] D.Suastiyanti, B. Soegijono, M. Hikam, “Simple Recipe to Synthesize BaTiO3-BaFe12O19 Nanocomposite Bulk System with High Magnetization”, Applied Mechanics and Materials, vol. 493, pp. 634-639 2014.

[3] D. Suastiyanti, B. Soegijono, M. Hikam, “Magnetic Behaviors of BaTiO3-BaFe12O19 Nanocomposite Prepared by Sol-gel Process Based on Differences in Volume Fraction”, Advanced Materials Research, vol. 789, pp. 118-123, 2013.

[4] D. Suastiyanti, B. Soegijono, M. Hikam, “Magnetoelectric Coupling Phenomena Based on The Changes of Magnetic Properties in Multiferroic Nanocomposite BaTiO3-BaFe12O19 System”, Advanced Materials Research, vol. 896, pp. 385-390, 2014.

[5] J. Lin, Y. Zeng, C. Guo, W. Zhang, X. Yang, “One Step Synthesis of Barium Hexaferrite Nano Powders via Microwave Assisted Sol – gel Auto Combustion”, Elsevier Science Direct Ceramics International, vol. 30, pp. 993-997, 2010.

[6] M. Hikam, D. Suastiyanti, S.R. Adnan, B. Soegijono, “The Influence of BaTiO3 -BaFe12O19 Differents Composition on Its Ferroelectric Properties”, Journal of Physics: Conference Series, vol. 495, 012007, 2014.

(21)

43

PENGUKURAN KONSENTRASI LARUTAN GULA MENGGUNAKAN

SENSOR ULTRASONIK

Indria Puspa Yaniar1, Nur Aji Wibowo2, Andreas Setiawan2 1

Program Studi Pendidikan Fisika Fakultas Sains dan Matematika 2

Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Matematika Universitas Kristen Satya Wacana

Jl. Diponegoro 52-60, Salatiga 50711, Indonesia [email protected]

ABSTRAK

Gula merupakan salah satu bahan pemanis yang biasa digunakan untuk makanan dan minuman dalam kehidupan sehari-hari dan konsentrasi kadar gula mengambil peran penting dalam menentukan cita rasa makanan. Dengan memanfaatkan bidang hardware dan software yang diaplikasikan pada Gelombang Ultrasonik, maka dirancang sebuah alat yang digunakan untuk mengukur konsentrasi kadar gula pada sebuah larutan. Beberapa alat yang diperlukan dalam penelitian antara lain catu daya, generator sinyal, tranduser, osiloskop, pipa PVC (Polivinil Klorida), dan tiang statif. Untuk mengukur konsentrasi larutan gula, pipa PVC (Polivinil Klorida) diisi larutan yang berisi air dan gula cair ±300ml atau sepanjang 40cm. Dalam penelitian ini pengukuran larutan gula didasarkan pada kecepatan gelombang yang merambat di dalam larutan tersebut. Konsentrasi sampel larutan gula cair yang digunakan dalam pengukuran dilakukan secara bertahap antara lain 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, hingga 70%. Dari sampel-sampel tersebut diperoleh bahwa Gelombang ultrasonik mampu merambat lebih cepat pada larutan dengan konsentrasi gula yang lebih tinggi, dalam hal ini larutan gula dengan konsentrasi 70% yaitu sebesar 1666.667 m/s, sedangkan larutan dengan konsentrasi yang lebih rendah atau tanpa konsentrasi gula yakni dengan konsentrasi 0%, perambatan gelombang ultrasoniknya lebih lambat yaitu sebesar 1333.333 m/s. Hal ini menyatakan bahwa Sensor Ultrasonik dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi gula dalam larutan.

Kata kunci: gula, gelombang ultrasonik, kecepatan gelombang, konsentrasi larutan, sensor

PENDAHULUAN

Gula merupakan salah satu bahan pemanis yang biasa digunakan untuk makanan dan minuman dalam kehidupan sehari-hari. Gula juga menjadi bahan baku bagi industri [1] makanan dan minuman. Proses produksi makanan atau minuman dalam skala besar tentunya diperlukan alat ukur bahan baku yang tepat agar cita rasa makanan sesuai yang diinginkan.

Konsentrasi kadar gula [2] juga mempengaruhi cita rasa pada makanan, semakin ketat kosentrasi gula pada larutan, semakin manis pula rasa larutan tersebut. Pada industri makanan atau minuman, pengukuran konsentrasi gula merupakan suatu hal yang sangat penting agar dapat menentukan takaran yang tepat. Pengukuran konsentrasi gula dapat dilakukan secara ilmiah. Dalam penelitian ini dirancang alat untuk mengukur konsentrasi gula secara

fisika yang diharapkan bisa melengkapi metode sebelumnya, yaitu metode difraksi [3] dan metode interferometer michelson [4].

(22)

44 BAHAN DAN METODE

Dalam penelitian ini langkah awal yang dilakukan adalah merangkai alat untuk meneliti larutan gula. Peralatan yang digunakan antara lain:

1) Catu daya (sumber tegangan) yang digunakan sebagai sumber energy pada generator sinyal.

2) Generator sinyal berfungsi sebagai penghasil pulsa dan juga merupakan sirkuit internal peralatan elektronik, alat ini berfungsi untuk memberikan penguatan pada pulsa yang ditransmisikan, sehingga pantulan pulsa dapat terlihat jelas pada osiloskop.

3) Tranduser berfungsi sebagai pengirim dan penerima gelombang ultrasonik.

4) Osiloskop berfungsi untuk memberikan tampilan gelombang ultrasonic dan pantulan gelombang ultrasonik.

5) Pipa pralon dengan diameter 2,5 cm dan panjang 50 cm sebagai tabung untuk menampung larutan gula kyang akan diteliti. 6) Statif berfungsi sebagai penyangga tabung

agar dapat berdiri dengan vertical.

Setelah peralatan sudah tersedia langkah berikutnya adalah merangkai alat. Generator pulsa dihubungkan dengan catu daya sebagai sumber daya kemudian dihubungkan dengan tranduser sebagai pengirim gelombang sekaligus sensor gelombang dan dihubungkan juga dengan osiloskop untuk dapat melihat tampilan gelombang. Berikut skema alat yang digunakan untuk mengukur konsentrasi larutan gula.

(23)

45 Gambar 2. Gambar pantulan gelombang

dalam tabung

Gambar 3. Contoh tampilan gelombang pada layar osiloskop

Berdasarkan tampilan gelombang dalam osiloskop kita dapat mengetahui waktu yang diperlukan saat gelombang memancar hingga gelombang pantul kembali lagi mengenai sensor tranduser. Waktu rambat gelombang pancar sampai gelombang pantul ditampilkan dengan kode X1 dan X2 pada layar osiloskop.

Dalam penelitian ini tabung yang digunakan untuk mengukur konsentrasi larutan berdiameter 2,5 cm dengan panjang 50cm, namun yang diisi dengan larutan hanya sepanjang 40 cm hal ini dikarenakan 10 cm dari tabung diinginkan untuk dudukan sensor tranduser. Berdasarkan ukuran tabung yang digunakan maka kita dapat mengetahui panjang larutan yang dirambati gelombang ultrasonik. Dengan mengetahui jarak dan waktu rambatan gelombang ultrasonik maka kita dapat menghitung kecepatan gelombang pada larutan yang akan diteliti.

Dalam penelitian ini pengukuran kadar gula dalam sebuah larutan didasarkan dengan membandingkan kecepatan rambatan gelombang ultrasonik di setiap larutan yang diteliti. Penelitian ini menggunakan sampel larutan gula dengan perbandingan gula cair 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%. Berdasarkan sampel larutan yang digunakan diharapkan kita dapat mengetahui tingkatan konsentrasi gula pada larutan.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari hasil pengukuran yang dilakukan didapatkan data kecepatan gelombang ultrasonik dengan perbandingan gula cair 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70% seperti pada tabel berikut:

Tabel 1. Hasil Pengukuran

air gula cair x(m) t (µs) t/2 (µs) t/2 (s) v(m/s) 100% - 0.4 600 300 0.00030 1333.333

90% 10% 0.4 550 275 0.00028 1454.545 80% 20% 0.4 580 290 0.00029 1379.310 70% 30% 0.4 540 270 0.00027 1481.481 60% 40% 0.4 530 265 0.00027 1509.434 50% 50% 0.4 510 255 0.00026 1568.627 40% 60% 0.4 490 245 0.00025 1632.653 30% 70% 0.4 480 240 0.00024 1666.667

Dari hasil pengukuran didapatkan data kecepatan rambatan gelombang ultrasonik pada setiap larutan. Dalam perhitungan larutan waktu rambatan harus dibagi dua dikarenakan waktu yang tercantum dalam osiloskop adalah waktu gelombang ultrasonik dipancarkan sampai gelombang pantul kembali mengenai sensor tranduser, sedangkan jarak larutan yang dirambati gelombang adalah posisi sensor ultrasonik dengan tutup ujung tabung.

(24)

46 Gambar 4. Perbandingan konsentrasi gula

terhadap kecepatan gelombang

Dari gambar 4 dapat dilihat bahwa perbandingan konsentrasi air terhadap kecepatan gelombang yang mengalir pada larutan gula. Pada konsentrasi air 30% berarti mengandung 70% gula cair kecepatan gelombang ultrasonik tampak paling cepat. Kecepatan gelombang tampak menurun seiring dengan bertambahnya konsentrasi air dalam larutan yang berarti konsentrasi gula semakin berkurang.

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil percobaan dan analisa secara umum maka dapat dinyatakan bahwa gelombang ultrasonik dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi gula dalam larutan. Gelombang ultrasonik mampu merambat lebih cepat pada larutan dengan konsentrasi gula yang lebih tinggi. Pengukuran konsentrasi gula menggunakan sensor gelombang ultrasonik beracuan pada kecepatan gelombang pada larutan yang diukur.

Penelitian ini memerlukan pengembangan untuk penelitian selanjutnya agar gelombang ultrasonik tidak hanya dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi gula namun juga untuk jenis larutan lain.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Abd. Rahman Razak, dkk, “Optimalisasi Hidrolisis Sukrosa Menggunakan Resin Penukar Kation Tipe Sulfonat,” Jurnal Natural Science, vol. 1.(1) 119-131, 2012. [2] Satria Bagus Pratama, dkk, “Studi Pembuatan Sirup Tamarillo (Kajian Perbandingan Buah Dan Konsentrasi Gula),” Jurnal Industria, vol. 1, no. 3, hal. 180 – 193. [3] Lusiana Weni Setyarini, dkk, “Perancangan Sistem Pengukuran Larutan Gula Menggunakan Metode Difraksi,”Jurnal Teknik Pomits, vol. 1, no. 1, 1-5, 2012. [4] Friska Ayu Nugraheni, dkk, “Perancangan Sistem Pengukuran Konsentrasi Larutan Gula Dengan Menggunakan Interferometer Michelson,”Jurnal Teknik Pomits, vol. 1, no. 1, 1-5, 2012.

DISKUSI

Pertanyaan : Apakah sudah diujikan terhadap larutan gula yang konsentrasi gulanya belum diketahui? Bagaimana jika dibandingkan dengan metode lain?

(25)

47

STUDI DAN EKSPERIMEN DASAR

PULSE DETONATION ENGINE

DENGAN BAHAN BAKAR HIDROGEN - OKSIGEN.

Jayan Sentanuhady1), Arwanto Lakat2) 1)

Jurusan Teknik Mesin dan Industri Universitas Gadjah Mada (UGM) Jl. Grafika. No 2. Sleman Yogyakarta

Email :[email protected] 2)

Mahasiswa Sekolah Pasca Sarjana Teknik Mesin Universitas Gadjah Mada (UGM). Yogyakarta. Email :[email protected]

ABSTRAK

Pemanfaatan gelombang detonasi sebagai gaya dorong pada umumnya diterapkan untuk roket – roket atau dioperasikan pada mesin– mesin kecepatan super tinggi. Keuntungan menggunakan gelombang detonasi sebagai gaya dorong adalah tidak diperlukan lagi sudu – sudu penekan gas dan ukuran mesinnya dapat dibuat lebih kecil. Pulse detonation engine (PDE) adalah mesin yang memanfaatkan gelombang detonasi yang memberikan impuls pada dinding pipa dan mendorong nyala pembakaran gas sehingga keceptaan perambatan nyala lebih cepat, seiring dengan peningkatan kecepatan gas pembakaran maka terjadilah gaya dorong pada PDE. Untuk memperoleh impuls maksimum maka perlu dilakukan variasi waktu pembukaan dan penutupan katup selenoid serta tekanan awal bahan bakar sebelum masuk keruang bakar agar tekanan detonasi tidak menyebabkan berkurangnya pasokan campuran bahan bakar yang dimasukkan keruang bakar untuk siklus berikutnya, fenomena ini memang perlu diteliti lebih jauh lagi karena menyangkut impuls yang dihasilkan dan tekanan detonasi. Hasil pengujian menunjukkan semakin banyak kapasitas bahan bakar yang diinjeksikan keruang bakar PDE maka semakin besar gaya dorong yang dihasilkan PDE, semuanya bisa dilihat mulai dari tekanan awal, Po=100 kPa, menghasilkan gaya dorong, F = 31963,265 N. dan Po = 90 kPa,

menghasilkan gaya dorong, F = 23919,7168 N. Hal ini disebabkan karena semakin besar kapasitas bahan bakar berdasarkan tekanan dan kerapatan bahan bakar maka makin besar tekanan detonasi yang terjadi seiring dengan kenaikan kecepatan reaksi pembakaran yang berhubungan dengan kecepatan gas keluar dari pipa detaonasi dari PDE. Kata-kata Kunci: Detonation, Impulse, Tekanan, Gaya dorong, P.D.E.

1. PENDAHULUAN

Pemanfaatan gelombang detonasi sebagai gaya dorong pada umumnya diterapkan untuk roket – roket atau mesin –mesin yang dioperasikan pada kecepatan super tinggi. Keuntungan menggunakan gelombang detonasi sebagai gaya dorong adalah tidak diperlukan lagi sudu – sudu penekan gas dan ukuran mesinnya dapat dibuat lebih kecil. Pulse detonation engine (PDE) adalah mesin yang memanfaatkan gelombang detonasi (detonation wave) yang memberikan impuls pada dinding pipa dan mendorong nyala pembakaran gas sehingga keceptaan perambatan nyala lebih cepat, seiring dengan peningkatan kecepatan gas pembakaran dan impuls maka terjadilah gaya dorong pada PDE. Berbagai teori menyebutkan bahwa PDE merupakan penyempurnaan dari pulsejet dan berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan diperoleh prestasi yang lebih tinggi dibanding pulsejet, hal ini disebabkan karena campuran bahan bakar dibakar pada tekanan yang cukup tinggi sehingga kerapatan gas meningkat dan hasil pembakarannya menimbulkan tekanan yang besar, tekanan inilah yang nantinya

akan memberikan impuls, menaikkan keceptan reaksi dan memadatkan campuran bahan bakar untuk semprotan campuran bahan bakar berikutnya.

(26)

48 detonasi dan frekwensi yang menentukan lamanya tiap siklus.

Berdasarkan uraian diatas maka perlu dilakukan pengujian pengaruh perubahan kapasitas bahan bakar yang dimasukkan keruang bakar terhadap tekanan detonasi yang terjadi untuk memperoleh karakteristik dari PDE.

2. DASAR TEORI

Bila diasumsikan mesin penggerak dioperasikan di atmosfer seperti ditunjukkan pada gambar 1, dimana campuran oksigen dan hidrogen masuk melalui ujung depan (i), melewati ruang pembakaran (c), dan keluar melalui pembuangan (e), maka keseimbangan momentum untuk menghasilkan gaya dorong (F) adalah mengikuti persamaan (Kubota.N, [5] ) :

Gambar 1. Perubahan momentum pada pendorong.

(1) dimana :

=momentum masuk dii. =momentum keluar die.

=gaya tekan yang bekerja padai. =gaya tekan yang bekerja padae.

= gaya yang bekerja pada permukaan luar mesin.

Tetapi dalam kenyataan sisi masuk PDE tidak terbuka seperti ditunjukkan pada gambar 1, sehingga tidak ada momentum yang diberikan gas demikian persamaan (1) dapat ditulis :

(2)

Dari persamaan (2) dapat dilihat bahwa gaya dorong dipengaruhi oleh laju aliran massa gas pada

sisi keluar ( ), kecepatan aliran gas pembakaran

( , luas penampang keluar ( dan selisih tekanan pada sisi keluar ( , sehingga dapat disimpulkan bahwa gaya dorong akan maksimum bila

Gambar 2. Venturi pada sisi keluar PDE. Jika pada sisi keluar diberi nosel konvergen dan divergen (gambar 2) maka persamaan (2) perlu dikoreksi dengan faktor koreksi aliran untuk aliran nonaksial dan sudut nosel divergen serta

dorongan oleh tekanan , maka

persamaannya menjadi;

Dimana faktor koreksi dengan

sudut puncak (α) harus kecil untuk menjaga kerugian sampai pada batas yang dapat diterima, tipikal desain untuk memudahkan pembentukan, sudutα= 150sehingga = 0,9830, dengan memakai nilai ini akan mengakibatkan kerugian gaya dorong sebesar 1,7 %.

Bila impuls spesifik (Isp) berdasarkan berat gas pembakaran ( didefinisikan sebagai , maka persamaan (3) dapat ditulis :

Bila tidak terdapat venturi pada sisi keluar dan maka persamaan (4) menjadi :

(27)

49

3. DESAIN DAN PELAKSANAAN

3.1. Desain eksperimen.

Pengujian ini menggunakan pipa detonasi dengan panjang satu meter dan diameter dalam pipa 53 mm, jumlah sensor yang dipakai adalah 2 sensor tekanan dan 2 sensor ion probe ditempatkan pada jarak 25 cm dari ujung pipa yang terdapat busi dan sensor yang satunya lagi dipasang 25 cm dari ujung sisi keluar (exhaust). Pemasangan sensor ini saling berhadapan dengan jarak yang sama dimana fungsi masing masing sensor ini adalah untuk mendeteksi nyala (ion probe) dan tekanan. PDE ini dilengkapi dengan busi dan ignition coil seperti ditunjukkan pada gambar 3.

3.2. Kondisi eksperimen.

Bahan bakar yang digunakan dalam pengujian ini adalah campuran hidrogen dan oksigen dengan memvariasikan tekanan awal bahan bakar dalam pipa uji sehingga dapat juga dikatakan memvariasikan kapasitas bahan bakar dalam pipa denonasi.

Tabel 1. Kondisi eksperimen.

Parameter Kondisi

Bahan bakar campuran Hidrogen dengan Oksigen Equivalence ratio 1

Tekanan awal 30 kPa - 100 kPa

Suhu Ruangan

Bahan bakar yang digunakan dalam pengujian ini adalah campuran hidrogen dan oksigen dengan memvariasikan kapasitas bahan bakar dalam pipa dentonasi berdasarkan kerapatan dan tekanan gas pada tekanan tertentu seperti ditunjukkan pada tabel 1.

Selanjutnya untuk dimensi pipa detonasi dari PDE adalah sebagai berikut (tabel 2) :

Tabel 2. Dimensi pipa detonasi dari PDE.

Pengujian ini dilakukan dengan urutan tekanan 30 kPa, 40 kPa, 50 kPa, 60 kPa, 70 kPa, 80 kPa, 90 kPa dan 100 kPa, pada kondisi campuran stoikiometri.

4. PEMBAHASAN DAN DISKUSI

4.1. Grafik hasil pengujian.

Hasil pengujian perubahan tekanan awal bahan bakar dalam pipa PDE adalah sebagai berikut :

(a)

(28)

50 Gambar 4. Histori pembakaran dari tekanan awal

80 kPa, (a) dansoot trackyang diambil pada jarak 30 cm dari busi, (b).

(a)

(b)

Gambar 5. Histori pembakaran dari tekanan awal 90 kPa, (a) dansoot trackyang diambil pada jarak 30 cm dari busi, (b).

(a)

(b)

Gambar 6. Histori pembakaran dari tekanan awal 100 kPa, (a) dansoot trackyang diambil pada jarak 30 cm dari busi, (b).

(a)

(b)

Gambar 7.Histori pembakaran dari tekanan awal 40 kPa, (a) dansoot track yang diambil pada jarak 98 cm dari busi, (b).

(29)

51 Bentuk sel pada soot track menunjukkan bahwa semakin tinggi tekanan awal maka posisi daerah detonasinya atau jarak titik detonasi dengan busi akan semakin dekat sehingga impuls yang dihasilkan akan lebih tinggi.

4.2. Pengaruh tekanan awal terhadap besaran dasar PDE.

Dengan menggunakan data

–

data hasil

eksperimen, diperoleh hasil sebagai berikut :

(a)

(b)

(c)

Gambar 9. Grafik besaran dasar PDE.

Hubungan impuls dengan kecepatan rata – rata pembakaran gas atau gas buang merupakan hubungan liner karena semakin banyak impuls yang terjadi maka semakin cepat kecepatan pembakaran gas, hal ini disebabkan impuls merupakan fungsi dari tekanan detonasi sehingga dengan semakin banyak tekanan detonasi yang terjadi maka semakin cepat gas sisa pembakaran terdorong keluar pipa detonasi dari PDE, hal ini seperti digambarkan dalam gambar 9(a), dimanaux=3158,56m/sdengan besar impuls spesifik, Isp = 321,973 detik dan kecepatan aliran terendah, ux = 579,71 m/s dan impuls spesifikIsp=59,094 detik.

Gambar 9(b) menunjukkan tekanan awal gas sebelum disulut dengan api dari busi adalah salah satu varibel yang berhubungan dengan proses pembakaran dimana, semakin tinggi tekanan awal maka kerapatan campuran bahan bakar akan semakin tinggi sehingga saat disulut dengan percikan api dari busi maka akan terbakar dengan mudah sampai pada tahap terbakar sendirinya (autoignition), peritiwa ini terjadi karena pada bagian produk terjadi kenaikan tekanan dan temperatur sehingga gas pada bagian reaktan akan terkompres sampai kerapatannya meningakat dan mencukupi untuk terjadinya pembakaran stabil dimana peningkatan tekanan dan temperatur akan diikuti oleh peningkatan kecepatan pembakaran.

(30)

52 berikutmya, sehingga pada kondisi tekanan masuk bahan bakar yang sama akan terjadi perubahan gaya dorong, perubahan ini disebabkan oleh selisih tekanan bahan bakar yang masuk keruang bakar dimana; pada siklus awal cukup besar sedangkan pada siklus berikutnya selisih tekanan bahan bakar dengan ruang bakar lebih kecil sehingga untuk waktu dan tekanan injeksi bahan bakar yang sama akan terjadi pengurangan kapasitas bahan bakar yang masuk keruang bakar dan menyebabkan terjadinya penurunan gaya dorong atau bahkan mesinnya tidak bisa hidup untuk siklus berikutnya, disamping itu penggunaan tekanan berbeda antara oksigen dan hidrogen pada sisi masuk bahan bakar akan mempengaruhi kapasitas bahan bakar yang masuk ke ruang bakar dan akibatnya kondisi stoikiometri tidak dapat tercapai dan pembakaran tidak lengkap. Dalam kasus ini impuls tertinggi mencapai Isp = 321,974 s, gaya dorong, F = 31963,265 N, dan kecepatan pembakaran, ux = 3158,56m/s.

5. KESIMPULAN.

Sebagai kesimpulan yang dapat diambil dalam penulisan ini yaitu :

Sel detonasi yang terdapat pada

soot track

terdiri atas multi sel dimana, sekitar daerah yang

terjadi tekanan detonasi ukuran selnya lebih

kecil dan mulai membesar setelah selang waktu

dan jarak tertentu, pada

soot track

ini juga dapat

dilihat hanya tekanan awal 60 kPa dan 70 kPa

yang memiliki ukuran sel yang teratur dalam

arti bentuk dan ukuran selnya dapat dikatakan

sama seperti ditunjukkan pada gambar 16

sampai gambar 23.

Impuls dan gaya dorong tertinggi yang

dihasilkan dalam pengujian ini terjadi pada

tekanan bahan bakar 70 kPa sampai 100 kPa

dimana

I

sp

=

, pada kecepatan

pembakaran

u

x

=

1764,73

m/s

,

dengan gaya

dorong

F

=

6984,9266

N

dan impuls tertinggi

mencapai

I

sp

=

321,974

s,

dengan

gaya dorong,

F

=

31963,265

N, dan kecepatan pembakaran,

u

x

=

3158,56

m/s.

sehingga tekanan ini dapat

dijadikan referensi dalam perancangan PDE

sebab jarak daerah detonasinya cukup dekat

dengan dinding

upstream

dari PDE.

Bentuk sel pada soot track menunjukkan bahwa semakin tinggi tekanan awal maka posisi daerah detonasinya atau jarak titik detonasi dengan

busi akan semakin dekat sehingga impuls yang dihasilkan akan lebih tinggi.

6. DAFTAR PUSTAKA

[1]. E.M.Braun, N.L. Dunn and F.K. Lu, Testing of a Continuous Detonation Wave Engine with Swirled Injection, Journal AIAA 2010 – 146.

[2]. F. Ma, J.Y. Choi, and V.Yang, Propulsive Performance of Airbreathing Pulse Detonation Engines, Journal of propulsion and power. Vol. 22, No. 6, November– December 2006.

[3]. Glassman.I, Yetter. R.A, Combustion, Fourth edition, Academic press 2008.

[4]. J.Sentanuhady, M.Z.Piliang dan D.A.Baskoro, Pengaruh Equivalence Ratio dan Tekanan Awal Campuran Hidrogen – Oksigen Terhadap Mekanisme Deflagration to Detonation Transition. Jurnal Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNTTM). [5]. Kubota.N, Propellants and Explosives,

WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA,Weinheim, First Edition 2001.

[6]. M. Cooper and J.E. Shepherd, Single Cycle Impulse from Detonation Tube with Nozzles. Journal of Propulsion and Power. Vol. 24, No. 1–2008.

[7]. McDonald.A.T and Fox.R.W, Introduction to Fluid Mechanics. John Wiley & Sons, Inc. 1983.

[8]. Terao.K, Irreversible Phenomena, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2007.