1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kapasitor atau kondensator merupakan salah satu komponen penting dalam rangkaian elektronika karena berfungsi untuk menyimpan muatan listrik. Secara umum, kapasitor digambarkan sebagai dua buah pelat elektroda sejajar dengan luas tertentu yang dibatasi oleh bahan dielektrik dalam ruang vakum. Saat kedua elektroda diberi muatan listrik, maka muatan positif akan berkumpul pada permukaan salah satu elektroda dan muatan negatif akan berkumpul pada permukaan elektroda lainnya (Muslim, 2001). Perpindahan muatan pada masing-masing elektroda tidak mungkin terjadi karena adanya bahan dielektrik yang bersifat isolator diantara kedua pelat elektroda.
Salah satu jenis kapasitor yang umum digunakan dalam rangkaian elektronika adalah kapasitor elektrolit (Electrolytic Capacitor, Elco) aluminium. Kapasitor elektrolit terdiri dari pelat aluminium, kertas berisi larutan elektrolit dan lapisan aluminium oksida yang saling melekat dan tergulung. Lapisan aluminium oksida, yang merupakan dielektrik dari kapasitor elektrolit, dihasilkan ketika elektrolit mengoksidasi pelat aluminium melalui proses elektrolisis. Dengan ukuran yang relatif kecil, kapasitor elektrolit aluminium memiliki kemampuan penyimpanan muatan listrik yang cukup tinggi.
Kapasitor elektrolit aluminium dapat beroperasi jika dialiri arus listrik dengan tegangan yang tidak melebihi batas maksimal tegangan operasional. Tegangan yang diberikan pada kapasitor akan mempengaruhi ketebalan dari lapisan aluminium oksida. Jika tegangan yang diberikan pada kapasitor melebihi batas tegangan operasional akan menyebabkan peningkatan tekanan yang cukup tinggi pada bagian internal kapasitor (Nichicon, 2014). Kesalahan lain dalam operasional kapasitor adalah pemberian muatan listrik yang terbalik. Kondisi ini terjadi pada kapasitor polar. Pada kapasitor polar, bagian anoda diberi muatan positif sedangkan bagian katoda diberi muatan negatif. Jika muatan yang
2
diberikan terbalik akan menyebabkan meningkatnya tekanan pada internal kapasitor. Peningkatan tekanan menyebabkan terjadinya perubahan struktur kapasitor seperti adanya kebocoran, perubahan dimensi baik pada bagian tabung pembungkus maupun bagian internal dari kapasitor hingga ledakan (Platt, 2013).
Proses pembuatan kapasitor elektrolit aluminium membutuhkan ketelitian tinggi. Kesalahan kecil dari struktur kapasitor dalam proses pembuatan akan sangat berpengaruh pada kinerja kapasitor. Kesalahan struktur pada kapasitor umumnya berupa kebocoran tabung dan kesalahan dimensi dari struktur kapasitor. Kebocoran tersebut dapat terjadi pada bagian tabung aluminium ataupun pada karet penutup. Jika terjadi kebocoran, larutan elektrolit yang terdapat pada kapasitor akan menguap sehingga mempengaruhi kinerja dari kapasitor. Kebocoran yang terjadi juga menyebabkan kapasitor tidak dalam kondisi kedap udara. Kesalahan dimensi dapat terjadi akibat kesalahan operasional ataupun kesalahan pada proses produksi. Kesalahan operasional pada pemberian muatan atau tegangan menyebabkan terjadinya perubahan dimensi tabung dan diameter inti kapasitor akibat peningkatan tekanan pada bagian internal kapasitor. Kesalahan pada proses produksi dapat berupa perbedaan luasan pelat aluminium. Perbedaan luasan dari pelat yang digunakan akan mempengaruhi nilai kapasitansi dari kapasitor. Informasi mengenai struktur kapasitor menjadi sangat penting untuk memastikan bahwa kapasitor yang dihasilkan memiliki kinerja yang baik.
Kebutuhan akan penggunaan kapasitor yang tinggi mengharuskan proses produksi dilakukan secara cepat. Proses produksi kapasitor dalam jumlah besar sangat memungkinkan dihasilkan kapasitor yang tidak sesuai standar. Pengujian akhir mengenai fisik dan kualitas sangat dibutuhkan agar kapasitor yang dihasilkan telah memenuhi standar. Proses kendali mutu (quality control) kapasitor khususnya pada bagian dalam dari kapasitor tentu tidak dapat dilakukan tanpa bantuan teknologi. Selama proses kendali mutu, pembungkus kapasitor tidak boleh dibuka atau dirusak. Dibutuhkan metode pengujian yang tidak merusak (Non-Destructive Testing and Inspection, NDT & I) untuk memastikan fisik dan kualitas kapasitor yang diproduksi telah memenuhi standar tertentu.
3
Salah satu teknik yang dapat digunakan untuk menganalisis bagian internal dari suatu objek adalah tomografi. Tomografi merupakan teknik pencitraan untuk menganalisis struktur dan komposisi internal dari objek pengamatan. Pengujian dilakukan dengan memancarkan gelombang elektromagnetik terhadap objek. Gelombang elektromagnetik yang melewati objek kemudian divisualisasikan (Grangeat, 2009). Tomografi berasal dari bahasa Yunani yang merupakan penggalan dua buah kata, yakni “tomos” yang berarti potongan dan ”gramma” yang berarti tulisan (Romans, 2011). Dapat dikatakan bahwa tomografi merupakan teknik pencitraan atau pemindaian yang mempresentasikan tampang lintang dari suatu objek 3D tanpa pembedahan (Kusminarto dkk., 1991). Tomografi sangat tepat digunakan untuk melakukan pengujian atau diagnosis internal dari objek karena sifatnya berupa teknik analisis tak merusak
(Non-Destructive Testing, NDT; Non-Invasive Testing, NIT) (Suparta, 1989).
Pada awal penemuan, tomografi digunakan untuk bidang kesehatan. Tanggal 1 Oktober 1971, tomografi pertama kali digunakan untuk mendiagnosis seorang wanita yang menderita tumor otak (Ciernak, 2011). Saat ini tomografi telah digunakan dibeberapa bidang termasuk bidang industri. Perkembangan ilmu komputer, sistem deteksi dan kamera CCD menjadikan tomografi 3D sebagai teknologi penting untuk pengujian internal material, kerusakan dari suatu komposit hingga aliran fluida dalam batuan (Grangeat, 2009).
Salah satu sistem dari tomografi adalah Computed Tomography (CT) atau Tomografi Komputer (TK). Sistem TK dioperasikan menggunakan perangkat komputer, baik dalam proses pengambilan data hingga proses rekonstruksi yang menghasilkan citra tampang lintang dari objek. Sumber radiasi yang digunakan pada sistem TK adalah sinar-x atau sinar gamma. Tahapan dari sistem TK adalah dengan melakukan rotasi pada objek selama proses pemindaian sehingga dihasilkan proyeksi objek dari berbagai sudut. Kumpulan proyeksi yang diperoleh kemudian disusun menjadi sinogram dan direkonstruksi menggunakan perangkat lunak pada komputer sehingga dihasilkan citra tampang lintang dari objek. Jika proses pemindaian menghasilkan banyak sinogram, maka akan dihasilkan kumpulan citra tampang lintang objek. Kumpulan citra tampang lintang objek
4
kemudian disusun sehingga menghasilkan citra 3D (Petit dkk., 2013). Keunggulan dari sistem TK adalah objek tidak perlu persiapan khusus (material dapat berupa padatan, cairan, bubuk hingga pasta), tidak melibatkan zat kimia, pengujian dapat diulang dan secara kolektif, dapat dipresentasikan secara visual. Pengujian dapat dilakukan untuk skala makroskopik dan mikroskopik (Mikro-Tomografi Komputer) (Handayani, 2006).
Laboratorium Fisika Citra Jurusan Fisika FMIPA UGM telah memiliki sistem Mikro-Tomografi Komputer Sinar-X (Mikro-TK sinar-x) yang mampu menghasilkan citra tomografi 3D. Pada pembangkit sinar-x, Molibdenum digunakan sebagai anoda, sedangkan bagian detektor digunakan sungkup fluoroskopi dan kamera CCD. Sungkup fluoroskopi memberikan efek pendaran yang sebanding dengan intensitas sinar-x setelah melewati objek. Pendaran yang dihasilkan kemudian direkam menggunakan kamera CCD, lalu didigitisasi dan ditampilkan menggunakan unit komputer dalam bentuk citra negatif. Sistem Mikro-TK sinar-x tersebut dirancang untuk pengamatan objek berukuran kecil sehingga sangat tepat digunakan untuk pengamatan kapasitor.
Pada penelitian ini akan dilakukan pengamatan terhadap kapasitor elektrolit aluminium dengan nilai kapasitansi 1000 µF menggunakan sistem Mikro-TK sinar-x. Pengujian dilakukan dengan beberapa kapasitor yang diberi perlakuan berbeda. Profil dan citra tomografi yang dihasilkan diamati dan dibandingkan untuk masing-masing kapasitor. Ketelitian citra tomografi yang dihasilkan kemudian dibandingkan dengan struktur dari objek kapasitor.
1.2 Rumusan Masalah
Proses kendali mutu menggunakan sistem Mikro-TK sinar-x bukan merupakan hal baru dalam dunia industri. Kualitas dari sistem Mikro-TK sinar-x yang digunakan sangat mempengaruhi keakuratan hasil. Proses kendali mutu merupakan proses pengujian tanpa toleransi. Kapasitor yang mengalami kerusakan sekecil apapun akan dinyatakan tidak lolos dari proses kendali mutu. Sifat dari proses kendali mutu yang sangat ketat, menjadikan Mikro-TK sinar-x yang digunakan harus memberikan kualitas pengujian yang akurat. Dengan
5
pertimbangan tersebut, maka permasalahan yang dikaji dalam penelitian ini adalah:
1. Apakah perangkat Mikro-TK sinar-x di Laboratorium Fisika Citra Jurusan Fisika FMIPA UGM dapat digunakan untuk melakukan uji inspeksi kapasitor?
2. Bagaimana detail citra dan ukuran dimensional yang diperoleh berdasarkan citra tomografi yang dihasilkan?
3. Bagaimana hasil pengamatan mengenai kerapatan, profil citra tomografi dan koefisien atenuasi linear (µ) dari kapasitor yang diuji?
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Menguji perangkat Mikro-TK sinar-x di Laboratorium Fisika Citra Jurusan Fisika FMIPA UGM untuk melakukan uji inspeksi kapasitor.
2. Menganalisis detail citra dan ukuran dimensional yang diperoleh berdasarkan citra tomografi yang dihasilkan.
3. Menganalisis kerapatan, profil citra tomografi dan koefisien atenuasi linear (µ) dari kapasitor yang diuji.
1.4 Batasan Masalah
Batasan-batasan yang berkaitan dengan masalah dalam penelitian ini adalah:
1. Penelitian ini menggunakan perangkat Mikro-TK sinar-x generasi pertama yang masih terus dikembangkan di Laboratorium Fisika Citra Jurusan Fisika FMIPA UGM.
2. Objek kapasitor yang digunakan adalah kapasitor elektrolit aluminium dengan nilai kapasitansi 1000 µF dan tegangan operasional maksimal 16 V karena dimensinya sesuai dengan ukuran objek yang dimungkinkan oleh alat Mikro-TK sinar-x.
6
3. Pengujian dilakukan terhadap kapasitor dalam kondisi baik (C1) yang dibandingkan dengan kapasitor yang mengalami kerusakan akibat kebocoran (C2) dan kesalahan pemberian muatan listrik (C3).
4. Analisis hanya meliputi kerapatan, profil citra dan koefisien atenuasi linear (µ) pada bagian inti kapasitor.
1.5 Hipotesis Penelitian
Hipotesis dari penelitian ini adalah:
1. Kapasitor elektrolit aluminium dapat dianalisis dengan menggunakan perangkat Mikro-TK sinar-x di Laboratorium Fisika Citra FMIPA UGM. 2. Perbedaan kondisi antara kapasitor dalam kondisi baik akan berbeda
dengan kapasitor dalam kondisi tidak baik karena kebocoran ataupun kesalahan operasional yang dikaji berdasarkan informasi perbedaan profil citra serta nilai koefisien atenuasi linear (µ).
1.6 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah:
1. Diperoleh bukti rekam jejak penerapan Mikro-TK 3D sinar-x yang telah dibuat di Jurusan Fisika FMIPA UGM untuk uji inspeksi produk industri. 2. Diperolehnya pemahaman tentang bukti manfaat sistem Mikro-TK untuk
mengamati struktur internal dari objek tertentu, seperti kapasitor elektrolit. 3. Diperolehnya analisis detail objek berdasarkan citra tomografi yang
dihasilkan menggunakan sistem Mikro-TK 3D sinar-x.
4. Diperolehnya cara menganalisis kerapatan, profil citra tomografi, koefisien atenuasi linear (µ) dan dimensi atas suatu objek yang diuji inspeksi menggunakan sistem Mikro-TK sinar-x.
