6
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengolahan Kelapa Sawit
Proses pengolahan kelapa sawit di mulai dari stasiun penerimaan buah, untuk mensortir buah yang layak olah. Kemudian buah masuk ke stasiun perebusan, untuk melunakkan buah, serta menonaktifkan enzim-enzim lipase. Buah yang telah di rebus di kirim ke stasiun pemipilan untuk memisahkan brondolan dengan tangkos. Brondolan yang telah terpisah tersebut kemudian di lumat di stasiun kempa, untuk mempermudah pengepresan di screwpress yang berfungsi mendapatkan minyak kasar. Miyak kasar tersebut kemudian dimurnikan di stasiun klarifikasi, lalu masuk ke tangki penyimpanan. Sedangkan cake masuk ke depricarper untuk memisahkan fiber dengan biji. Fiber di gunakan sebagai bahan bakar boiler. Sedangkan biji masuk kepengolahan inti untuk memisahkan inti dengan cangkang. Inti masuk ke tangki penyimpanan inti, sedangkan cangkang digunakan sebagai bahan bakar boiler.
Gambar 2.1. Proses Pengolahan Kelapa Sawit
2.2 Sistem Pembangkit Tenaga Kelapa Sawit
Dalam pembangkit listrik tenaga uap, energi primer yang dikonversikan menjadi energi listrik adalah bahan bakar. Bahan bakar yang digunakan dapat berupa batubara (padat), minyak (cair), dan gas.
7
Konversi energi tingkat yang pertama yang terjadi di pembangkit listrik tenaga uap adalah konversi energi primer menjadi energi panas (kalor). Hal ini dilakukan dalam ruang bakar dari ketel uap. Energi panas ini kemudian dipindahkan ke dalam air yang ada dalam steam drum. Uap dari steam drum dialirkan ke turbin uap. Dalam turbin uap, energi uap dikonversikan menjadi energi mekanis penggerak generator, dan akhirnya energi mekanik dari turbin uap dikonversikan menjadi energi listrik oleh generator (Yunus A. Cengel dan Michael A. Boles, 1994).
Gambar 2.2. Skematik Sistem Pembangkit Tenaga
2.2.1 Boiler
Boiler merupakan mesin kalor (thermal engineering) yang menstransfer energi –energi kimia atau energi otomis menjadi kerja (usaha) (Muin 1988:28). Boiler atau ketel steam adalah suatu alat berbentuk bejana tertutup yang digunakan untuk menghasilkan steam. Steam diperoleh dengan memanaskan bejana yang berisi air dengan bahan bakar (Yohana dan Askhabulyamin 200:13). Boiler mengubah energi – energi kimia menjadi bentuk energi yang lain untuk menghasilkan kerja. Boiler dirancang untuk melakukan atau memindahkan kalor dari suatu sumber pembakaran, yang biasanya berupa pembakaran bahan bakar. Boiler terdiri dari 2 komponen utama, yaitu :
1) Furnace (ruang bakar) sebagai alat untuk mengubah energi kimia menjadi energi panas.
8
2) Steam Drum yang mengubah energi pembakaran (energi panas) menjadi energi potensial steam (energi panas).
Boiler pada dasarnya terdiri dari drum yang tertutup ujung dan pangkalnya dan dalam perkembangannya dilengkapi dengan pipa api maupun pipa air. Banyak orang yang mengklasifikasikan ketel steam tergantung kepada sudut pandang masing – masing (Muin 1998 :8).
Prinsip kerja boiler sebenarnya cukup sederhana dengan cara mendidihkan air dengan kalor bahan bakar, dalam proses pendidihan air tersebut akan selalu diiringi proses perpindahan panas yang melibatkan bahan bakar, distribusi udara, material pipa, serta partikel air. Kalor dari bahan bakar akan terpancarkan secara radiasi ke pipa – pipa evavorator sehingga memanaskan pipa – pipa tersebut. Panas yang terserap oleh permukaan pipa akan secara konduksi berpindah kesisi permukaan dalam pipa. Proses peyebaran panas antar molekul air didalam aliran ini terjadi secara konveksi, secara bertahap air akan berubah fase menjadi uap basah (Djokosetyardjo,1990).
a. Klasifikasi Boiler
Ketel uap pada dasarnya terdiri dari bumbung (drum) yang tertutup pada ujung pangkalnnya dan dalam perkembangannya dilengkapi dengan pipa – pipa api maupun pipa air. Berbagai – bagai orang mengklasifikasikan ketel uap tergantung pada sudut pandang masing – masing. Dalam buku ini ketel uap diklasifikasikan dalam klas yaitu:
Berdasarkan fluida yang mengalir dalam pipa, maka ketel uap uap diklasifikasikan sebagai :
1) Ketel Pipa Api (Fire tube boiler). 2) Ketel Pipa Air (water tube boiler).
9
Pada ketel api, fluida yang mengalir dalam pipa adalah gas nyala (hasil pembakaran), yang membawa energi panas (thermal energi), yang segera menstransfer ke air ketel melalui bidang pemanas (heating surface). Tujuan pipa - pipa api ini adalah untuk memudahkan distribusi panas (kalori) kepada air ketel.
Pada pipa air, fluida yang mengalir dalam pipa adalah air, energi panas ditransfer dari luar pipa (yaitu ruang dapur) ke air ketel.
Berdasarkan pemakaiannya, ketel uap diklasifikasikan sebagai :
1) Stasioner (Stationary boiler) atau ketel tetap.
2) Modal (Mobile boiler) ketel pipa atau portable boiler.
Yang termasuk stasioner adalah ketel - ketel yang didudukkan diatas fundasi yang tetap, seperti boiler untuk pembangkit tenaga, untuk indutri dan lain - lain yang sepertinya.
Yang termasuk ketel mobil, adalah ketel yang dipasang pada fundasi ysng berpindah – pindah (mobil), seperti boiler lokomotif, loko mobil dan ketel panjang serta lain yang sepertinya termasuk ketel kapal (marine boiler).
Berdasarkan letak dapur (Furnace positition), ketel uap diklasifikasikan sebagai berikut :
1) Ketel dengan pembakaran didalam (internally fired steam boiler), dalam hal ini dapur berada (pembakaran terjadi) di bagian dalam ketel. Kebanyakan ketel pipa api memakai sistem ini.
2) Ketel dengan pembakaran diluar (ourtenally fired steam boiler), dalam hal ini dapur berada (pembakaran terjadi dibagian luar ketel, kebanyakan ketel pipa air memakai sistem ini.
Menurut jumlah lorong (Boiler tube), ketel diklasifikasikan sebagai berikut: 1) Ketel dengan lorong tunggal (Single tube steam boiler).
10
Pada single tube steam boiler, hanya terdapat satu lorong saja, apakah itu lorong api atau saluran air saja. Cornis boiler adalah single fire tube boiler dan simple vertical boiler adalah single water tube boiler.
Multi fire tube boiler misalnya ketel scotch dan Multi water tube boiler misalnya ketel B & W dan lain – lain.
1) Tergantung kepada poros tutup drum (shell), ketel diklasifikasikan sebagai:
a. Ketel tegak (Vertical steam boiler), seperti ketel cochran, ketel Clarkson dan lain – lain sepertinya.
b. Ketel mendatar (hoorizontal steam boiler), seperti ketel Cornish, Lancashire, Scotch dan lain – lain.
2) Menurut bentuk dan letak pipa, ketel uap diklasifikasikan sebagai berikut : a. Ketel dengan pipa lurus, bengkok dan belekak – lekuk (straight, bent
and sinous tubuler heating surface).
b. Ketel dengan pipa miring – datar dan miring – tegak (horizontal, inclined or vertical tubuler heating surface).
3) Menurut sistem peredaran air ketel (water circulation), ketel uap diklasifikasikan sebagai berikut :
a. Ketel dengan peredaran alam (natural circulation steam boiler). b. Ketel dengan peredaran paksa (forced circulation steam boiler).
Pada natural circulation boiler, peredaran air didalam ketel terjadi secara alami, yaitu air yang ringan naik sedang yang berat turun, sehingga terjadilah aliran conveksi alami. Umumnya ketel beroperasi secara aliran alami, seperti ketel lancarshire, Babcock & Wilcox dan lain – lain.
Pada ketel dengan aliran paksa (Forced circulation steam boiler), aliran paksa diperoleh dari sebuah pompa centrifugal yang digerakkan dengan electric motor. misalnya sistem aliran paksa dipakai pada ketel – ketel yang
11
bertekanan tinggi seperti La – Mont boiler, Benson Boiler, Loeffer Boiler dan Velcan Boiler.
4) Tergantung kepada sumber panasnya (heat source) untuk pembuatan uap, ketel uap dapat diklasifikasikan sebagai berikut :
a. Ketel uap dengan bahan bakar alami. b. Ketel uap dengan bahan bakar buatan. c. Ketel uap dengan dapur listrik.
d. Ketel uap dengan energi nuklir.
Pada umumnya ketel uap yang dipakai sebagai tenaga penggerak mempunyai ruang api dan ruang berbentuk silinder. Jenis – jenis dapat diklasifikasikan sebagai berikut :
1) Menurut penggunaanya
a. Stationary Boiler (ketel uap tetap)
Jenis ini banyak dijumpai di pabrik – pabrik dan digunakan menetap disuatu tempat. Contohnya : steam power plant dan penghasil uap untuk proses pemanasan / pemisahan di pabrik kelapa sawit dan pabrik gula.
b. Mobile Boiler
Ketel uap yang diletakkan dalam bodi yang dapat berpindah – pindah. Ketel seperti ini di jumpai di kapal – kapal lokomotif dan sebagainya yang sifatnyta bergerak.
2) Menurut tekanan kerjanya
a. Low Pressure tekanan 2 – 16 atm. b. Medium pressure tekanan 17 – 30 atm. c. High pressure tekanan 31 – 140 atm. d. Super high pressure tekanan 141 – 225 atm. e. Super critical pressure tekanan 226 atau keatas.
12 3) Menurut kandungan pipanya
Yang dimaksud dengan kandungan pipa adalalh bahan apa yang mengisis ruangan didalam pipa. Berdasarkan ini ketel uap dibedakan atas :
a. Fire Tube Boiler ( ketel pipa api )
Ketel jenis ini mempunyai pipa – pipa yang didalamnya di alliri oleh api atau gaas panas. Sedangkan bahagian luarnya dikelilingi oleh air didalam drum ketel.
b. Water tube Boiler ( ketel pipa air )
Ketel jenis ini memiliki pipa – pipa yang bahagian dalamnya berisi air yang dipanaskan sedangkan luarnya dikelilingi oleh api atau gas panas. c. Combi boiler ( kombinasi ketel pipa api dan ketel pipa air
Ketel jenis ini adalah kombinasi antara ketel pipa api dan pipa air, dimana bagian ruang dapur pipa – pipanya yang bagian dalamnya berisi air dan bagian badan ketel (Boiler proper) pipa – pipanya dialiri oleh api atau gas panas.
2.2.2 Komponen Utama Boiler Pipa Air 1) Furnace (Ruang bakar)
Furnace (ruang bakar) berfungsi sebagai tempat pembakaran bahan bakar. Bahan bakar dan udara dimasukkan ke dalam ruang bakar sehingga terjadi pembakaran. Dari pembakaran bahan bakar dihasilkan sejumlah panas dan nyala api atau gas asap. Dinding ruang bakar umumnya dilapisi dengan pipa-pipa. Semakin cepat laju peredaran air, pendinginan dinding pipa bertambah baik dan kapasitas steam yang dihasilkan bertambah besar.
Idealnya, furnace harus memanaskan bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu yang seragam dengan bahan bakar. Kunci dari operasi furnace yang efisien yaitu terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara berlebih yang minim. Furnace beroperasi dengan efesiensi yang relatif rendah (paling rendah 7%) dibandingkan dengan peralatan pembakaran lainnya seperti boiler (dengan efisiensi lebih dari 90%). Hal ini disebabkan oleh suhu operasi yang tinggi dalam furnace.
13 2) Steam Drum
Steam drum merupakan tempat penampungan air panas dan pembangkitan steam. Steam masih bersifat jenuh (saturated).
3) Waterwall
Pada ruang bakar ketel uap komponenyang paling penting adalah pipa waterwall, dimana panas yang dihasilkan pada pembakaran bahan bakar diserap waterwall,sehingga air yang terdapat pada pipa waterwall mengalami penaikan temperatur sampai berubah menjadi uap.
4) Superheater
Komponen ini merupakan tempat pengeringan steam dan siap dikirim melalui main steam pipe dan siap untuk menggerakkan turbin steam atau menjalankan proses industri.
5) Safety valve
Komponen ini merupakan saluran buang steam jika terjadi keadaan dimana tekanan steam melebihi kemampuan boiler menahan tekanan steam.
c. Maintenance
Pada umumnya sebuah produk yang dihasilkan oleh manusia, tidak ada yang tidak mungkin rusak, tetapi usia penggunaannya dapat diperpanjang dengan melakukan perbaikan yang dikenal dengan pemeliharaan. Oleh karena itu, sangat dibutuhkan kegiatan pemeliharaan yang meliputi kegiatan pemeliharaan dan perawatan mesin yang digunakan dalam proses produksi. Kata pemeliharaan diambil dari bahasa yunani terein artinya merawat, menjaga, dan memelihara.
Pemeliharaan adalah suatu kombinasi dari berbagai tindakan yang dilakukan untuk menjaga suatu barang dalam, atau memperbaikinya sampai suatu kondisi yang bisaditerima. Untuk Pengertian Pemeliharaan lebih jelas adalah tindakan merawat mesin atau peralatan pabrik dengan memperbaharui umur masa pakai dan kegagalan atau kerusakan mesin.
14 1) Tujuan Maintanance
Dengan adanya kegiatan pemeliharaan ini maka fasilitas atau peralatan perusahaan dapat dipergunakan untuk kegiatan produksi sesuai dengan rencana, dan tidak mengalami kerusakan selama fasilitas atau peralatan perusahaan tersebut dipergunakan selama proses produksi. Oleh karena itu, suatu kalimat yang perlu diketahui oleh orang pemeliharaan dan bagian lainnya bagi suatu pabrik adalah pemeliharaan (maintenance) murah sedangkan perbaikan (repair) mahal (Setiawan, 2008).
Menurut Asyari (2007), dalam bukunya manajemen pemeliharaan mesin tujuan pemeliharaan yang utama dapat didefenisikan sebagai berikut :
a. Untuk memperpanjang kegunaan asset,
b. Untuk menjamin ketersediaan optimum peralatan yang dipasang untuk produksi danmendapatkan laba investasi maksimum yang mungkin,
c. Untuk menjamin kesiapan operasional dari seluruh peralatan yang diperlukan dalamkeadaan darurat setiap waktu,
d. Untuk menjamin keselamatan orang yang menggunakan sarana tersebut.
2) Jenis-jenis maintenance a. Preventive maintenance
Preventive Maintenance merupakan tindakan pemeliharaan yang terjadwal dan terencana. Hal ini dilakukan untuk mengantisipasi masalah-masalah yang dapat mengakibatkan kerusakan pada komponen/alat dan menjaganya selalu tetap normal selama dalam operasi.
b. Predictive maintenance
Predictive maintenance merupakan pemeliharaan yang bersifat prediksi. Jadi pada maintenance ini, dilakukan suatu hitungan maupun pengukuran yang berfungsi untuk memprediksi kapan suatu material itu akan rusak.
15 c. Breakdown maintenance
Breakdown maintenance merupakan perbaikan yang dilakukan tanpa adanya rencana terlebih dahulu. Dimana kerusakan terjadi secara mendadak pada suatu alat/material yang sedang beroperasi, yang mengakibatkan kerusakan bahkan hingga alat tidak dapat beroperasi. d. Corrective maintenance
Corrective maintenance merupakan pemeliharaan yang telah direncanakan, yang didasarkan pada kelayakan waktu operasi yang telah ditentukan pada buku petunjuk alat tersebut. Pemeliharaan ini merupakan ”general overhaul” yang meliputi pemeriksaan, perbaikan dan penggantian terhadap setiap bagian-bagian alat yang tidak layak pakai lagi, baik karena rusak maupun batas maksimum waktu operasi yang telah ditentukan.
3) Pembagian Maintenance
Pemeliharaan menurut Asyari (2007), dalam bukunya Manajemen pemeliharaan mesin membagi pemeliharaan menjadi :
a. Pemeliharaan pencegahan (Preventive Maintenance)
Pemeliharaan pencegahan adalahpemeliharaan yang bertujuan untuk mencegah terjadinya kerusakan, atau cara pemeliharaan yangdirencanakan untuk pencegahan. Ruang lingkup pekerjaan preventif termasuk inspeksi,perbaikan kecil, pelumasan dan penyetelan, sehingga peralatan atau mesin-mesin selamaberoperasi terhindar dari kerusakan.
b. Pemeliharaan korektif (Corrective Maintenance)
Pemeliharaan korektif adalah pekerjaanpemeliharaan yang dilakukan untuk memperbaiki dan meningkatkan kondisi fasilitas atauperalatan sehingga mencapai standar yang dapat di terima. Dalam perbaikan dapat dilakukanpeningkatan- peningkatan sedemikian rupa, seperti
16
melakukan perubahan atau modifika sirancangan agar peralatan menjadi lebih baik.
c. Pemeliharaan berjalan (Running Maintenance)
Pemeliharaan ini dilakukan ketika fasilitasatau peralatan dalam keadaan bekerja. Pemeliharan berjalan diterapkan pada peralatan-peralatanyang harus beroperasi terus dalam melayani proses produksi. d. Pemeliharaan prediktif (Predictive Maintenance)
Pemeliharaan prediktif ini dilakukan untukmengetahui terjadinya perubahan atau kelainan dalam kondisi fisik maupun fungsi dari sistemperalatan. Biasanya pemeliharaan prediktif dilakukan dengan bantuan panca indra atau alat-alatmonitor yang canggih.
e. Pemeliharaan setelah terjadi kerusakan (Breakdown Maintenance) Pekerjaan pemeliharaanini dilakukan ketika terjadinya kerusakan pada peralatan, dan untuk memperbaikinya harusdisiapkan suku cadang, alat-alat dan tenaga kerjanya.
f. Pemeliharaan Darurat (Emergency Maintenance)
Pemeliharan ini adalah pekerjaanpemeliharaan yang harus segera dilakukan karena terjadi kemacetan atau kerusakan yang tidak terduga. g. Pemeliharaan berhenti (shutdown maintenance)
Pemeliharaan berhenti adalah pemeliharaanyang hanya dilakukan selama mesin tersebut berhenti beroperasi.
h. Pemeliharaan rutin (routine maintenance)
Pemeliharaan rutin adalah pemeliharaan yangdilaksanakan secara rutin atau terus-menerus.
i. Design out maintenance
Merancang ulang peralatan untuk menghilangkan sumberpenyebab kegagalan dan menghasilkan model kegagalan yang tidak lagi atau lebih sedikit membutuhkan maintenance.
17 2.3 Perpindahan Panas
Perpindahan Kalor adalah bentuk kalor yang dapat berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Sedangkan kalor ini merupakan suatu bentuk energi atau dapat juga didefinisikan sebagai jumlah panas yang ada dalam suatu benda.
1) Konduksi (hantaran).
Perpindahan kalor secara konduksi adalah proses perpindahan kalor dimana kalor mengalir dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur rendah dalam suatu medium (padat, cair, atau gas) atau antara medium –medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung sehingga terjadi pertukaran energi dan momentum (J.P. Holman, hal :33).
2) Konveksi (aliran)
Konveksi adalah perpindahan panas karena adanya gerakan/aliran/ pencampuran dari bagian panas ke bagian yang dingin. Menurut cara menggerakkan alirannya, perpindahan panas konveksi diklasifikasikan menjadi dua, yakni konveksi bebas (free convection) dan konveksi paksa (forced convection). Bila gerakan fluida disebabkan karena adanya perbedaan kerapatan karena suhu, maka perpindahan panasnya disebut sebagai konveksi bebas (free/ natural convection). Bila gerakan fluida disebabkan oleh gaya pemaksa/ eksitasi dari luar, misalkan dengan pompa atau kipas yang menggerakkan fluida sehingga fluida mengalir di atas permukaan, maka perpindahan panasnya disebut sebagai konveksi paksa (J.P. Holman, hal: 252).
3) Radiasi
Merupakan perpindahan kalor (panas) yang disertai dengan berpindahnya zat perantara. Konveksi sebenarnya mirip dengan Induksi, hanya saja jika Induksi adalah perpindahan kalor tanpa disertai zat perantara sedangkan konveksi merupakan perpindahan kalor yang di ikuti zat perantara.
18 2.4 Logam
Bahan Logam dapat dibagi dalam dua golongan yaitu logam ferro atau logam besi dan logam nonferro yaitu logam bukan besi.
1) Logam Ferro (besi)
Logam Ferro adalah suatu logam paduan yang terdiri dari campuran unsur karbon dengan besi. Untuk menghasilkan suatu logam paduan yang mempunyai sifat yang berbeda dengan besi dan karbon maka dicampur dengan bermacam logam lainnya. Logam ferro terdiri dari komposisi kimia yang sederhana antara besi dan karbon. Adapun jenis-jenis logam ferro sebagai berikut:
a. Besi Tuang
Komposisinya yaitu besi dan karbon. Kadar karbon sekitar 4%. Sifatnya rapuh dan tidak dapat ditempa, lemah dalam tegangan tetapi baik untuk dituang. Digunakan untuk membuat alas mesin, meja perata, badan ragum, bagian – bagian mesin bubut, blok silinder dan cincin torak.
b. Besi Tempa
Komposisi besi tempa terdiri dari 99% besi murni. Sifat dapat ditempa tetapi tidak dapat dituang. Besi tempa antara lain dapat digunakan untuk membuat rantai jangkar.
c. Baja Lunak
Komposisi baja lunak terdiri dari campuran besi dan karbon. Kadar karbon 0,1% - 0,3%, mempunyai sifat dapat ditempa. Digunakan untuk membuat mur, sekrup, pipa dan keperluan umum dalam pembangunan.
d. Baja Karbon Sedang
Komposisi baja karbon sedang terdiri dari campuran besi dan karbon. Kadar karbon 0,4% - 0,6%. Sifat lebih kenyal dan keras. Digunakan untuk membuat benda kerja tempa berat, poros, dan rel baja.
e. Baja Karbon Tinggi
Komposisi baja karbon tinggi terdiri dari campuran besi dan karbon. Kadar karbon 0,7% - 1,5%. Sifat dapat ditempa. Digunakan untuk membuat kikir, pahat, gergaji, tap, stempel dan alat mesin bubut.
19 f. Baja Karbon Tinggi Dengan Campuran
Komposisi dari baja tersebut adalah baja karbon tinggi ditambah nikel atau kobalt, krom atau tungsten. Bersifat rapuh, tahan suhu tinggi tanpa kehilangan kekerasan. Digunakan untuk membuat mesin bubut dan alat – alat mesin.
2) Logam Nonferro
Logam nonferro yaitu logam yang tidak mengandung unsur besi (Fe). Logam nonferro antara lain sebagai berikut.
a. Tembaga (Cu)
Warna coklat kemerah – merahan. Sifatnya dapat ditempa, baik untuk penghantar panas, listrik, dan kukuh. Tembaga digunakan untuk membuat suku cadang bagian listrik, radio penerangan, dan alat –alat dekorasi. b. Alumunium (Al)
Warna biru putih. Sifatnya dapat ditempa, bobot ringan, penghantar panas dan listrik yang baik, mampu dituang. Alumunium digunakan untuk membuat peralatan masak, elektronik, industri mobil dan industri pesawat terbang.
c. Timbel (Pb)
Warna biru kelabu. Sifatnya dapat ditempa, liat dan tahan korosi. Timah digunakan sebagai pelapis lembaran baja lunak (pelat timah) dan industri pengawetan.
2.5 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kekerasan
Faktor-faktor yang mempengaruhi kekerasan adalah sebagai berikut: 1) Perlakuan Panas
Perlakuan panas adalah suatu metode yang digunakan untuk mengubah sifat fisik, dan kadang-kadang sifat kimia dari suatu material. Adapun jenis perlakuan panas adalah:
20 a. Hardening
Hardening adalah perlakuan panas terhadap logam dengan sasaran meningkatkan kekerasan alami logam. Hardening bertujuan untuk memperoleh kekerasan maksimum pada baja. Untuk baja hypoeutectoid dipanaskan sampai (20-300C). untuk baja eutectoid dan hypoeutectoid (20-30oC) diatas Acl. Selanjutnya ditahan pada temperature tersebut selama waktu tertentu dan didinginkan cepat kedalam air atau oli, tergantung pada komposisi kimia, bentuk dan dimensinya. Kecepatan pendinginan harus sesuai supaya transformasi yang sempurna dari austensit menjadi martensit. Kekerasan maksimum yang dapat dicapai setelah proses hardening sangat tergantung pada karbon. Semakin tinggi kadar karbon maka semakin tinggi pula kekerasan maksimum yang akan dicapai.
b. Annealing
Annealing adalah untuk meningkatkan keuletan menghilangkan tegangan denga lama, menghaluskan ukuran butiran dan meningkatkan sifat mampu dari material tersebut. prosesnya adalah dengan memanaskan baja pada temperature tertentu kemudian holding beberapa saat lalu didinginkan secara perlahan dalam dapur pemanas atau media teriolasi.
c. Normalizing
Proses ini bertujuan untuk mengahaluskan struktur butiran yang mengalami pemansan berlebihan, menghilangkan tegangan dalam dan memperbaiki sifat mekanik. Prosesnya dengan pemanasan (30-500C) diatas AC3 dan didinginkan pada udara sampai temperature ruang. Pendinginan disini lebih cepat dari pada annealing sehingga pearlite yang terjadi menjadi lebih halus dan kekerasannya lebih kuat dibanding dengan yang diperoleh dengan annealing.
d. Tempering
Tempering adalah mengurangi tegangan dalam dan melunakkan bahan setelah hardening lalu memperbaiki keuletannya (diebility).
21 2) Struktur Kimia
Struktur kimia menjadi salah satu faktor yang menyebabkan kekerasan suatu material berkurang atau lemah. Struktur kimia yang biasanya terdapat pada material pipa (baja) adalah karbon (C), mangan (Mn), silicon (Si), pasfor (P), belerang (S), khrom (Cr), nikel (Ni), molibden (No), titanium (Ti), wolfram (W), tungsten (T), besi (Ze). Tapi strukur kimia yang paling berpengaruh pada material adalah struktur kimia karbon (C). Dimana saat pembuatan material, unsur paduan yang paling diperhatikan adalah karbon (C). Semakin tinggi nilai karbon, maka semakin baik tingkat kekerasaan pada material tersebut. Tetapi juga harus diperhatikan saat pembuatan material, karena keseimbangan dari setiap unsur dapat mempengaruhi kekuatan khususnya kekerasan pada material tersebut.
2.6 Sifat-sifat Mekanis Bahan
Ada beberapa sifat mekanis yang dapat menjelaskan bagaimana bahan merespon beban yang bekerja dan deformasi yang terjadi. Sifat-sifat tersebut adalah :
1) Kekakuan (Stiffness) adalah sifat bahan yang mampu renggang pada tegangan tinggi tanpa diikuti regangan yang besar. Ini merupakan ketahanan terhadap deformasi. Kekakuan bahan merupakan fungsi dari modulus elastisitas (E). Sebuah material yang mempunyai nilai modulus elastisitas tinggi seperti baja, E=207.000 Mpa, akan berdeformasi lebih kecil terhadap beban daripada material dengan nilai E lebih rendah, misalnya kayu dengan E=7.000 Mpa atau kurang.
2) Kekuatan (Strengh) adalah sifat bahan yang ditentukan oleh tegangan paling besar mampu renggang sebelum rusak (failure). Ini dapat didefinisikan oleh batas proporsional, titik mulur atau tegangan maksimum. Tidak ada satu nilai yang cukup bisa mendefenisikan kekuatan, karena prilaku bahan berbeda terhadap beban dan sifat pembebanan.
22
3) Elastisitas adalah sifat yang dimiliki oleh suatu material yang menyebabkan benda atau material akan kembali ke bentuk seperti semula setelah diberi beban dan tidak mengalami perubahan bentuk. Material benda terdiri dari partikel–partikel kecil atau molekul–molekul. Diantara molekul–molekul ini bekerjalah gaya–gaya yang biasa disebut gaya molekuler. Gaya–gaya molekuler ini memberi perlawanan terhadap gaya – gaya luar yang berusaha mengubah bentuk benda itu sampai terjadi suatu keseimbangan antara gaya–gaya luar dan gaya–gaya dalam. Selanjutnya benda itu dikatakan berada dalam keadaan regang (state of strain).
4) Plastisitas adalah sifat yang dimiliki oleh suatu material, yaitu ketika beban yang diberikan kepada suatu benda atau material hingga mengalami perubahan bentuk lalu benda tidak bisa kembali sepenuhnya ke bentuk semula. Peningkatan pembebanan yang melebihi kekuatan luluh (yield strength) yang dimiliki plat mengakibatkan aliran deformasi permanen yang disebut plastisitas.
5) Regangan (strain) didefinisikan sebagai perubahan ukuran atau bentuk material dari panjang awal sebagai hasil dari gaya yang menarik atau yang menekan pada material. Apabila suatu spesimen struktur material diikat pada jepitan mesin penguji dan beban serta pertambahan panjang spesifikasi diamati serempak, maka dapat digambarkan pengamatan pada grafik dimana kordinat menyatakan beban dan absis menyatakan pertambahan panjang. Batasan sifat elastis perbandingan regangan dan tegangan akan linier akan berakhir sampai pada titik mulur.
6) Tegangan (stress) adalah tahanan material terhadap gaya atau beban. Tegangan diukur dalam bentuk gaya per luas. Tegangan normal adalah tegangan yang tegak lurus terhadap permukaan dimana tegangan tersebut diterapkan. Tegangan normal berupa tarikan atau tekanan. Satuan SI untuk tegangan normal adalah Newton per meter kuadrat (N/m2) atau Pascal (Pa). Tegangan dihasilkan dari gaya seperti : tarikan, tekanan atau geseran yang menarik, mendorong, melintir, memotong atau mengubah bentuk potongan bahan dengan berbagai cara. Perubahan bentuk yang terjadi
23
sering sangat kecil dan hanya testing machine adalah contoh peralatan yang dapat digunakan untuk mendeteksi perubahan bentuk yang kecil dari bahan yang dikenai beban. Cara lain untuk mendefinisikan tegangan adalah dengan menyatakan bahwa tegangan adalah jumlah gaya dibagi luas permukaan dimana gaya tersebut bereaksi. Tegangan normal dianggap positif jika menimbulkan suatu tarikan (tensile) dan dianggap negatif jika menimbulkan penekanan (compression). Tegangan normal (σ) adalah tegangan yang bekerja tegak lurus terhadap bidang luas.
7) Keuletan (ductility) adalah sifat bahan yang mampu deformasi terhadap beban tekan/tarik sebelum benar-benar patah.Keuletan ditandai dengan persen perpanjangan panjang ukur spesimen selama uji tarik dan persen pengurangan luas penampanng.
8) Kegetasan (brittleness) menunjukan tidak adanya deformasi plastis sebelum rusak. Material yang getas akan tiba-tiba rusak tanpa adanya tanda terlebih dahulu. Material getas tidak mempunyai titik mulur atau pengecilan penampang (necking down process) dan kekuatan patah sama dengan kekuatan maksimum.
9) Kelunakan (malleability) adalah sifat bahan yang mengalami deformasi plastis terhadap beban tekan sebelum benar-benar patah.
10) Ketangguhan (toughness) adalah sifat material yang mampu menahan beban impak, sebagian energi diserap dan sebagian dipindahkan.
11) Kelenturan (resilience) adalah sifat material yang mampu menerima beban impak tinggi tanpa menimbulkan tegangan lebih pada batas elastis. Ini menunjukan bahwa energi yang diserap selama pembebanan disimpan dan dikeluarkan jika material tidak dibebani.
2.7 Uji Kekerasan (Hardness Tester)
Kekerasan (hardness) adalah salah satu sifat mekanik (mechanical properties) dari suatu material. Kekerasan suatu material harus diketahui khususnya untuk material yang dalam penggunaannya akan mengalami pergesekan (frictional force) dan deformasi plastis. Deformasi plastis sendiri adalah suatu keadaan
24
dari suatu material ketika material tersebut diberikan gaya maka struktur mikro dari material tersebut sudah tidak bias kembali kebentuk asalnya. Artinya material tersebut tidak dapat kembali kebentuk semula. Lebih singkatnya kekerasan didenifikan sebagai kemampuan suatu material untuk menahan beban identisi atau penetrasi (penekanan).
Adapun metode pengujian kekerasan adalah: 1) Metode Gores :
Metode ini tidak banyak digunakan dalam dunia metalurgi, tetapi masih dalam dunia mineralogi. Metode ini dikenalkan oleh Friedrich Mohs yaitu dengan membagi kekerasan material berdasarkan skala (yang kemudian dikenal sebagai skala Mohs). Skala ini bervariasi dari nilai 1 untuk kekerasan yang paling rendah, sebagaimana dimiliki oleh material talk, hingga skala 10 sebagai nilai kekerasan tertinggi, sebagaimana dimiliki oleh intan.
Dalam skala Mohs urutan nilai kekerasan material diwakili oleh:
Tabel 2.1 Skala Mohs Nilai Kekerasan
1. Talc 5. Apatite 8. Topaz
2. Gipsum 1. Orthoclase 5) Corundum
3. Calcite 2. Quartz 6) Diamond (intan)
4. Fluorite
Prinsip pengujian bila suatu mineral mampu digores oleh Orthoclase (no. 6) tetapi tidak mampu digores oleh Apatite (no. 5), maka kekerasan material tersebut berada antara 5 dan 6. Berdasarkan hal ini, jelas terlihat bahwa metode ini memiliki kekurangan utama berupa ketidakakuratan nilai kekerasan suatu material. Bila kekerasan material-material diuji dengan metode lain, ditemukan bahwa nilai-nilainya berkisar antara 1-9saja, sedangkan nilai 9-10 memiliki rentang yang besar. Maka dari itu, metode pengujian kekerasan dengan metode ini tidak terlalu dipakai karena tidak memiliki nilai yang pasti.
25 2) Metode Elastik/Pantul (Rebound)
Dengan metode ini, kekerasan suatu material ditentukan oleh alat Scleroscope yang mengukur tinggi pantulan suatu pemukul (hammer) dengan berat tertentu, yang dijatuhkan dari suatu ketinggian terhadap permukaan benda uji. Tinggi pantulan (rebound) yang dihasilkan mewakili kekerasan benda uji. Semakin tinggi pantulan yang ditunjukkan oleh dial pada alat pengukur, maka kekerasan benda uji dinilai semakin tinggi.
3) Metode Indentasi
Pengujian dengan metode ini dilakukan dengan penekanan benda uji dengan indentor yang ditekan dan diberikan waktu indentasi yang ditentukan. Kekerasan suatu material ditentukan oleh dalam ataupun luas area indentasi yang dihasilkan (tergantung jenis identornya). Berdasarkan prinsip bekerjanya metode uji kekerasan dengan cara indentasi dapat diklasifikasikan sebagai berikut:
a. Brinnel
Metode ini diperkenalkan pertama kali oleh J.A. Brinell pada tahun 1900. Pengujian kekerasan dengan metode brinnel bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap bola baja yang ditekan pada permukaan material uji tersebut (specimen). Idelanya, pengujian brinnel diperuntukan untuk material yang memiliki permukaan kasar dengan uji kekuatan berkisar 500-3000kgf. Bola baja tersebut biasanya telah dikeraskan dan diplating material uji tersebut. Rumus brinnel sebagai berikut:
BHN = 𝜇𝐷 (𝐷− 𝐷2𝑃 2−𝑑2 ... (1)
Dimana:
P = beban (Kg)
D = diameter indentor (mm) d = diameter jejak (mm)
26
Hasil dari penekanan adalah jejak berbentuk lingkaran bulat, yang harus dihitung diameternya dibawah mikroskop khusus pengukur jejak.
b. Rockwell
Pengujian kekerasan dengan metode Rockwell bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap indentor berupa bola baja ataupun kerucut intan yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut.
Adapun rumus untuk mencari besarnya kekerasan dengan metode rockweel adalah.
𝐻𝑅 = 𝐸 − 𝑒 ... (2) Dimana:
HR : besarnya nilai kekersan dengan metode hardness
E : jarak antara indentor saat diberi minor load dan zero refence line yang untuk tiap jenis indentor berbeda-beda.
e : jarak antara kondisi 1 dan 3 yang dibagi dengan 0.002 mm
c. Vikers
Pengujian kekerasan dengan metode Vickers bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam yaitu daya tahan material terhadap indentor intan yang cukup kecil dan mempunyai bentuk geometri yang berbentu pyramid dengan sudut 1360. Beban yang dikenakan juga jauh lebih kecil dibandingkan dengan pengujian Rockwell dan brinnel yaitu antara 1 sampai 1000 gram. Adapun rumus dari vikers adalah:
𝐻𝑉 = 2𝐹𝑠𝑖𝑛 136 ° 2 𝑑2 = 0.1891 𝐹 𝑑2 ... (3)
27 Dimana :
HV = Uji kekerasan vikers
F = Beban Tester
d = Rata-rata panjang diagonal
d. Micro Hardness
Micro hardness sering disebut dengan knopp hardness testing merupakan pengujian yang cocok untuk pengujian material yang nilai kekerasannya rendah. Knopp biasanya digunakan untuk mengukur material yang getas seperti keramik.
