Kriteria Pemilihan Bahan Konstruksi Kimia
description
Transcript of Kriteria Pemilihan Bahan Konstruksi Kimia
Nama : Yulianti Permatasari
Nim : 03101403045
Kelas : B
Kriteria Pemilihan Bahan Konstruksi Kimia
Perancangan pabrik untuk industri kimia sudah barang tentu harus memperhatikan
berbagai macam pertimbangan. Hal semacam ini dilakukan dalam rangka untuk
mengefektifkan dan mengefesienkan pengunaan bahan konstruksi kimia tersebut.Sudah
dipahami bersama bahwa seorang sarjana teknik kimia harus mengedepankan aspek ekonomi
dalam setiap rancangan yang dibuat. Menjadi satu keharusan bagi kita untuk mengetahui
sifat-sifat dari bahan itu sendiri. Ketika kita mengenali sifat bahan yang kita gunakan maka
sudah barang tentu penggunaannya akan menjadi efektif karena telah mengetahui kekurangan
dan kelebihan bahan yang kita pergunakan.
Maka dari itu kita harus mengetahui kriteria pemilihan bahan konstruksi kimia.
A. Biaya
Sebuah indikasi dari biaya beberapa logam yang biasa digunakan diberikan dalam Tabel
7.5. Itu biaya aktual dari logam dan paduan akan berfluktuasi cukup luas, tergantung pada
pergerakan logam dunia menukar.
Tabel 7.5. Dasar biaya logam (pertengahan 2004)
Logam
Nama : Yulianti Permatasari
Nim : 03101403045
Kelas : B
Jumlah bahan yang digunakan akan tergantung pada berat jenis material dan kekuatan
(desainstres) dan ini harus diperhitungkan ketika membandingkan biaya material. Moore
(1970)membandingkan biaya dengan menghitung faktor biaya penilaian ditentukan oleh
persamaan:
Biaya Peringkat D
C ð d
Dimana :
CD biaya per satuan massa, £ / kg,
D density, kg / m3
D desain stres, N / mm
Peringkat dihitung biaya nya, relatif terhadap rating untuk baja ringan (karbon
rendah), ditunjukkan pada Tabel 7.6. Bahan dengan stres desain relatif tinggi, seperti paduan
stainless dan rendah baja, dapat digunakan lebih efisien daripada baja karbon. Biaya relatif
peralatan yang terbuat dari bahan yang berbeda akan tergantung pada biaya fabrikasi, serta
biaya dasar materi. Kecuali bahan tertentu memerlukan teknik fabrikasi khusus, biaya relatif
peralatan jadi akan lebih rendah dari biaya bahan relatif telanjang. Sebagai contoh, biaya
yang dibeli dari-stainless steel tangki penyimpanan akan menjadi 2 sampai 3 kali biaya dari
tangki yang sama dalam baja karbon, sedangkan biaya relatif dari logam adalah antara 5
sampai 8. Jika laju korosi seragam, maka materi yang optimal dapat dipilih dengan
menghitung tahunan biaya untuk bahan kandidat yang mungkin. Biaya tahunan akan
tergantung pada diperkirakan hidup, dihitung dari laju korosi, dan biaya pembelian peralatan.
Dalam situasi tertentu, mungkin terbukti lebih ekonomis untuk menginstal bahan yang lebih
murah dengan tingkat korosi yang tinggi dan menggantinya sering; ketimbang memilih lebih
tahan tetapi lebih mahal material. Strategi ini hanya akan dipertimbangkan untuk relatif
sederhana.
Tabel 7.6. Relatif biaya peringkat untuk logam
Desain stres (N / mm2)
Baja karbon 1 100
Al-paduan (Mg) 4 70
Stainless steel 18/8 (Ti) 5 130
Nama : Yulianti Permatasari
Nim : 03101403045
Kelas : B
Inconel 12 140
Kuningan 10-15 76
Perunggu 16 87
Alumunium 18 14
Monel 19 120
Tembaga 27 46
Nikel 35 70
Catatan: Angka desain stres ditunjukkan untuk tujuan ilustrasi saja dan tidak boleh
digunakan sebagai desain nilai-nilai.
Peralatan dengan biaya fabrikasi rendah, dan di mana kegagalan prematur tidak akan
menyebabkan serius bahaya. Misalnya, baja karbon dapat ditentukan untuk limbah cair baris
di tempat stainless steel, menerima kebutuhan kemungkinan untuk penggantian. Pipa Tebal
dinding akan dipantau in situ sering untuk menentukan kapan pengganti dibutuhkan.
Lebih mahal tahan korosi, paduan sering digunakan sebagai cladding pada baja
karbon. Jika piring tebal diperlukan untuk kekuatan struktural, penggunaan bahan berpakaian
secara substansial dapat mengurangi biaya.
B. Ketersediaan
Ketersediaan bahan konstruksi kimia
Nama : Yulianti Permatasari
Nim : 03101403045
Kelas : B
C. Sifat-sifat Umum Bahan Knstruksi Kimia
a. Sifat Mekanik
Sifat mekanik adalah salah satu sifat yang terpenting, karena sifat mekanik
menyatakan kemampuan suatu bahan (seperti komponen yang terbuat dari bahan tersebut)
untuk menerima beban/gaya atau energi tanpa menimbulkan kerusakan pada bahan atau
komponen tersebut. Seringkali bila suatu bahan mempunya sifat mekanik yang baik tetapi
kurang baik pada sifat yang lain, maka diambil langkah untuk mengatasi kekurangan
tersebut dengan berbagai cara yang diperlukan. Misalkan saja baja yang sering digunakan
sebagai bahan dasar pemilihan bahan. Baja mempunyai sifat mekanik yang cukup baik,
dimana baja memenuhi syarat untuk suatu pemakaian tetapi mempunyai sifat tahan
terhadap korosi yang kurang baik. Untuk mengatasi hal itu seringkali dilakukan sifat yang
kurang tahan terhadap korosi tersebut diperbaiki dengan cara pengecatan atau
galvanising, dan cara lainnya. Jadi tidak harus mencari bahan lain seperti selain kuat juga
harus tahan korosi, tetapi cukup mencari bahan yang syarat pada sifat mekaniknya sudah
terpenuhi namun sifat kimianya kurang terpenuhi. Berikut adalah beberapa sifat mekanik
yang penting untuk diketahui :
Kekuatan (strength), menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan
tanpa menyebabkan bahan menjadi patah. Kekuatan ini ada beberapa macam,
tergantung pada jenis beban yang bekerja atau mengenainya. Contoh kekuatan
tarik, kekuatan geser, kekuatan tekan, kekuatan torsi, dan kekuatan lengkung.
Kekerasan (hardness), dapat didefenisikan sebagai kemampuan suatu bahan untuk
tahan terhadap penggoresan, pengikisan (abrasi), identasi atau penetrasi. Sifat ini
berkaitan dengan sifat tahan aus (wear resistance). Kekerasan juga mempunya
korelasi dengan kekuatan.
(Elasticity), menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa
mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk yang permanen setelah tegangan
dihilangkan. Bila suatu benda mengalami tegangan maka akan terjadi perubahan
bentuk. Apabila tegangan yang bekerja besarnya tidak melewati batas tertentu
maka perubahan bentuk yang terjadi hanya bersifat sementara, perubahan bentuk
tersebut akan hilang bersama dengan hilangnya tegangan yang diberikan. Akan
Nama : Yulianti Permatasari
Nim : 03101403045
Kelas : B
tetapi apabila tegangan yang bekerja telah melewati batas kemampuannya, maka
sebagian dari perubahan bentuk tersebut akan tetap ada walaupun tegangan yang
diberikan telah dihilangkan. Kekenyalan juga menyatakan seberapa banyak
perubahan bentuk elastis yang dapat terjadi sebelum perubahan bentuk yang
permanen mulai terjadi, atau dapat dikatakan dengan kata lain adalah kekenyalan
menyatakan kemampuan bahan untuk kembali ke bentuk dan ukuran semula
setelah menerima bebang yang menimbulkan deformasi.
Kekakuan (stiffness), menyatakan kemampuan bahan untuk menerima
tegangan/beban tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk (deformasi)
atau defleksi. Dalam beberapa hal kekakuan ini lebih penting daripada kekuatan.
Plastisitas (plasticity) menyatakan kemampuan bahan untuk mengalami sejumlah
deformasi plastik (permanen) tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan. Sifat ini
sangat diperlukan bagi bahan yang akan diproses dengan berbagai macam
pembentukan seperti forging, rolling, extruding dan lain sebagainya. Sifat ini juga
sering disebut sebagai keuletan (ductility). Bahan yang mampu mengalami
deformasi plastik cukup besar dikatakan sebagai bahan yang memiliki keuletan
tinggi, bahan yang ulet (ductile). Sebaliknya bahan yang tidak menunjukkan
terjadinya deformasi plastik dikatakan sebagai bahan yang mempunyai keuletan
rendah atau getas (brittle).
Ketangguhan (toughness), menyatakan kemampuan bahan untuk menyerap
sejumlah energi tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan. Juga dapat dikatakan
sebagai ukuran banyaknya energi yang diperlukan untuk mematahkan suatu benda
kerja, pada suatu kondisi tertentu. Sifat ini dipengaruhi oleh banyak faktor,
sehingga sifat ini sulit diukur.
Kelelahan (fatigue), merupakan kecendrungan dari logam untuk patah bila
menerima tegangan berulang – ulang (cyclic stress) yang besarnya masih jauh
dibawah batas kekuatan elastiknya. Sebagian besar dari kerusakan yang terjadi
pada komponen mesin disebabkan oleh kelelahan ini. Karenanya kelelahan
merupakan sifat yang sangat penting, tetapi sifat ini juga sulit diukur karena
sangat banyak faktor yang mempengaruhinya.
Nama : Yulianti Permatasari
Nim : 03101403045
Kelas : B
Creep, atau bahasa lainnya merambat atau merangkak, merupakan kecenderungan
suatu logam untuk mengalami deformasi plastik yang besarnya berubah sesuai
dengan fungsi waktu, pada saat bahan atau komponen tersebut tadi menerima
beban yang besarnya relatif tetap
Beberapa sifat mekanik diatas juga dapat dibedakan menurut cara pembebanannya, yaitu :
Sifat mekanik statis, yaitu sifat mekanik bahan terhadap beban statis yang besarnya
tetap atau bebannya mengalami perubahan yang lambat.
Sifat mekanik dinamis, yaitu sifat mekanik bahan terhadap beban dinamis yang besar
berubah – ubah, atau dapat juga dikatakan mengejut.
Ini perlu dibedakan karena tingkah laku bahan mungkin berbeda terhadap cara
pembebanan yang berbeda.
b. Sifat Termal Bahan
Sifat termal bahan adalah perubahan sifat yang berkaitan dengan suhu. Sifat termal ini
dipengaruhi oleh beberapa factor, yaitu :
1. Kandungan uap air
Apabila suatu benda berpori diisi air, maka akan berpengaruh terhadap konduktifitas
termal. Konduktifitas termal yang rendah pada bahan insulasi adalah selaras dengan
kandungan udara dalam bahan tersebut. Hubungan antara konduktifitas termal dan
kandungan uap air dituangkan dalam persamaan sebagai berikut :
pers (1)
Dimana Kh = konduktifitas termal pada kandungan uap air h
Kd = konduktifitas termal dalam keadaan kering
h = kandungan uap air ( % berat )
2. Suhu
Pengaruh suhu terhadap konduktifitas termal suatu bahan adalah kecil, namun secara
umum dapat dikatakan bahwa konduktifitas termal akan meningkat apabila suhu
meningkat.
Nama : Yulianti Permatasari
Nim : 03101403045
Kelas : B
3. Kepadatan dan porositas
Konduktifitas termal berbeda pengaruh terhadap kepadatan, apabila pori-pori bahan
semakin banyak maka konduktifitas termal rendah. Perbedaan konduktifitas termal bahan
dengan kepadatan yang sama akan tergantung pada perbedaan struktur yang meliputi
ukuran, distribusi, hubungan pori / lubang.
Sifat termal bahan dikaitkan dengan perpindahan kalor. Perpindahan kalor ada 2 jenis,
yaitu
1. Keadaan tetap (steady heat flow)
2. Keadaan berubah (transien heat flow)
c. Sifat Elektrik Bahan
Berdasarkan sifat listriknya, material/bahan dikelompokkan menjadi 3 sebagai berikut :
Konduktif – jika resistansinya < 105 ohm
Disini elektron mudah bergerak atau mengalir, jadi netralisasi dapat dilakukan dengan
mudah dengan cara grounding.
Contoh : logam dan tubuh manusia
Insulatif – jika resistansinya > 1011 ohm
Elektron bisa dikatakan tak dapat bergerak, jadi netralisasi hanya mungkin dilakukan
dengan ionisasi.
Contoh : plastik dan karet
Dari pengukuran tribocharging, kita bisa menentukan apakah muatan listrik mudah
ditimbulkan pada bahan tersebut – jika tidak mudah membangkitkan
muatan (atau muatan yang dihasilkan cukup rendah), maka bahan itu dapat dikatakan
sebagai anti-statik
Statik disipatif – resistansi di antara 105 sampai 1011 ohm
Disini, elektron dapat bergerak tetapi lambat, jadi perlu diketahui parameter decay time.
Untuk mengetahui berapa cepat grounding dapat menetralisasi muatan. Pengukuran
tribocharging juga perlu dilakukan untuk mengetahui apakah bahan tersebut anti-statik
Nama : Yulianti Permatasari
Nim : 03101403045
Kelas : B
atau tidak.
Umumnya bahan yang masuk kategori statik disipatif adalah bahan buatan, artinya
memang khusus dibuat untuk mempunyai resistansi tertentu, misalnya bahan dasarnya
adalah insulatif tapi diberi tambahan karbon dalam kadar tertentu untuk membuatnya
bersifat statik disipatif. Jika kadarnya berlebih, bahan juga bisa bersifat konduktif.
Untuk mengukur nilai resistansi bahan, kita gunakan MegaOhmmeter (atau Surface
Resistance Meter) – ini semacam multimeter biasa tetapi dengan jangkauan pengukuran
sampai 100 G Ohm atau lebih. Kita juga dapat menggunakan electrometer (misalnya
Electrostatic Voltmeter/ Fieldmeter) untuk mengukur muatan listrik dari proses
tribocharging dan dengan bantuan stopwatch, kita pun dapat mengukur decay time secara
kualitatif. Untuk hasil yang lebih akurat, kita perlu menggunakan Charged Plate Monitor.
Jadi, jika adanya muatan listrik statik menimbulkan masalah, maka salah satu solusinya
adalah dengan menetralkan mutan listrik bersangkutan. Cara efektif untuk menetralkan
muatan listrik dilakukan berdasarkan sifat listrik material/bahan.Pada dasarnya netralisasi
muatan dapat dilakukan dua cara, yaitu grounding dan ionisasi dengan ionizer. Grounding
dilakukan jika elektron dapat bergerak atau mengalir dalam bahan bersangkutan, yaitu
dengan menghubungkan bahan tersebut ke tanah/bumi atau bagian ground dari kabel
listrik karena tanah/bumi adalah reservoar muatan (sumber muatan yang tak-terhingga).
Sebaliknya, untuk bahan yang tak dapat mengalirkan muatan, maka tidak ada jalan lain
untuk menetralkan muatan kecuali
memberikan muatan yang berlawanan dari udara. Sebetulnya udara mengandung
sejumlah molekual uap air yang dapat menetralkan permukaan suatu benda, tapi
netralisasi secara alami ini akan berlangsung sangat lama. Untuk mempercepat proses
netralisasi, maka digunakan alat/peralatan yang disebut Ionizer. Ionizer dirancang untuk
menghasilkan sejumlah besar ion positif maupun negatif dan ion-ion tersebut diarahkan
ke permukaan benda yang akan dinetralisasi. Selain itu, netralisasi juga dapat dilakukan
dengan membasahi permukaan bahan bersangkutan dengan air biasa (bukan DI water)
atau larutan yang mengandung air seperti IsoPropyl Alcohol (IPA).