II. TINJAUAN PUSTAKA A. Fly Ash (Abu Terbang Batubara)digilib.unila.ac.id/16181/14/BAB II.pdf · % polutan padat berupa abu (fly ash dan bottom ash), dimana sekitar 10-20% adalah

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Fly Ash (Abu Terbang Batubara)

Abu terbang merupakan limbah padat hasil dari proses pembakaran di dalam

furnace pada PLTU yang kemudian terbawa keluar oleh sisa-sisa pembakaran

serta di tangkap dengan mengunakan elektrostatic precipitator. Fly ash

merupakan residu mineral dalam butir halus yang dihasilkan dari pembakaran

batu bara yang dihaluskan pada suatu pusat pembangkit listrik. Fly ash terdiri

dari bahan inorganik yang terdapat di dalam batu bara yang telah mengalami

fusi selama pembakarannya. Bahan ini memadat selama berada di dalam gas-

gas buangan dan dikumpulkan menggunakan presipitator elektrostatik. Karena

partikel-partikel fly ash umumnya berbentuk bulat. Partikel-partikel fly ash

yang terkumpul pada presipitator elektrostatik biasanya berukuran silt (0.074 –

0.005 mm). Bahan ini terutama terdiri dari silikon dioksida (SiO2), aluminium

oksida (Al2O3) dan besi oksida (Fe2O3). (Koesnadi, Heri, 2008)

Pemanfaatan dan peningkatan kualitas salah satu limbah industri pembangkit

listrik tenaga uap (PLTU) yaitu Fly ash (abu terbang) batubara yang tersedia

dalam jumlah sangat banyak mampu menjawab kedua isu di atas, yaitu mampu

untuk membantu mengatasi krisis energi dan polusi udara (meningkatkan

efisiensi pembakaran), juga dapat mengatasi permasalahan besar yang sedang

dihadapi industri-industri tersebut. Sebagai contoh, PLTU Tarahan yang

8

memiliki 2 unit pembangkit berkapasitas 100 MW per unit menggunakan batu

bara sebanyak 40 ton/jam per unit. Pembakaran batu bara dihasilkan sekitar 5

% polutan padat berupa abu (fly ash dan bottom ash), dimana sekitar 10-20%

adalah bottom ash dan 80-90% fly ash dari total abu yang dihasilkan. Dengan

demikian, berdasarkan pernyataan di atas, setiap harinya PLTU tarahan

menghasilkan fly ash sebanyak 5% x 80 ton/jam x 24 jam/hari x 80% = 76,8

ton/hari. Artinya, semakin hari akan semakin besar lahan yang dibutuhkan

(Wardani, 2008)

Sebagai tempat penumpukan limbah fly ash tersebut. Hal ini berbanding

terbalik dengan pertumbuhan manusia yang terus meningkat yang berarti

kebutuhan akan tempat tinggal pun semakin tinggi. Selain itu, pencemaran

lingkungan akibat limbah fly ash juga dapat menyebabkan berbagai penyakit

gangguan saluran pernafasan seperti silikosis dan antrakosis. Jumlah limbah

yang sangat banyak ini, tentu akan menyebabkan permasalahan besar seperti di

atas, yang harus diselesaikan dan dicarikan solusinya oleh PLTU Tarahan

Propinsi Lampung (Dafi, 2009).

a. Sifat-sifat Fly Ash (Abu Terbang)

Abu terbang mempunyai sifat-sifat yang sangan menguntungkan di dalam

menunjang pemanfaatannya yaitu :

1. Sifat Fisik

Abu terbang merupakan material yang dihasilkan dari proses pembakaran

batubara pada alat pembangkit listrik, sehingga semua sifat-sifatnya juga

ditentukan oleh komposisi dan sifat-sifat mineral-mineral pengotor dalam

9

batubara serta proses pembakarannya. Dalam proses pembakaran

batubara ini titik leleh abu batu bara lebih tinggi dari temperatur

pembakarannya. Dan kondisi ini menghasilkan abu yang memiliki tekstur

butiran yang sangat halus. Abu terbang batubara terdiri dari butiran halus

yang umumnya berbentuk bola padat atau berongga. Ukuran partikel abu

terbang hasil pembakaran batubara bituminous lebih kecil dari 0,075mm.

Kerapatan abu terbang berkisar antara 2100 sampai 3000 kg/m3 dan luas

area spesifiknya (diukur berdasarkan metode permeabilitas udara Blaine)

antara 170 sampai 1000 m2/kg. Adapun sifat-sifat fisiknya antara lain:

Warna: abu-abu keputihan, Ukuran butir: sangat halus yaitu sekitar 88 %.

2. Sifat Kimia

Komponen utama dari abu terbang batubara yag berasal dari pembangkit

listrik adalah silikat (SiO2), alumina(Al2O3), dan besi oksida(Fe2O3),

sisanya adalah karbon, kalsium, magnesium, dan belerang. Sifat kimia

dari abu terbang batubara dipengaruhi oleh jenis batubara yang dibakar

dan teknik penyimpanan serta penanganannya. Pembakaran batubara

lignit dan sub/bituminous menghasilkan abu terbang dengan kalsium dan

magnesium oksida lebih banyak dari pada bituminus. Namun, memiliki

kandungan silika, alumina, dan karbon yang lebih sedikit daripada

bituminous. Abu terbang batubara terdiri dari butiran halus yang

umumnya berbentuk bola padat atau berongga. Ukuran partikel abu

terbang hasil pembakaran batubara bituminous lebih kecil dari 0,075 mm.

Kerapatan abu terbang berkisar antara 2100-3000 kg/m3 dan luas area

spesifiknya antara 170-1000 m2/kg. (Koesnadi, 2008)

10

Tabel 1. Komposisi kimia abu terbang batubara

b. Pemanfaatan Fly Ash (Abu Terbang)

Berbagai penelitian mengenai pemanfaatan abu terbang batubara sedang

dilakukan untuk meningkatkan nilai ekonomisnya serta mengurangi dampak

buruknya terhadap lingkungan. Saat ini umumnya abu terbang batubara

digunakan dalam pabrik semen sebagai salah satu bahan campuran pembuat

beton selain itu, sebenarnya abu terbang batubara memiliki berbagai

kegunaan yang amat beragam:

1. penyusun beton untuk jalan dan bendungan

2. penimbun lahan bekas pertambangan

3. recovery magnetik, cenosphere dan karbon

4. bahan baku keramik, gelas, batubata, dan refraktori

5. bahan penggosok (polisher)

Komponen Bituminous Sub-bituminous Lignite

SiO2 20-60% 40-60% 15-45%

Al2O3 5-35% 20-30% 10-25%

Fe2O3 10-40% 4-10% 4-15%

CaO 1-12% 5-30% 15-40%

MgO 0-5% 1-6% 3-10%

SO3 0-4% 0-2% 0-10%

Na2O 0-4% 0-2% 0-6%

K2O 0-3% 0-4% 0-4%

LOI 0-15% 0-3% 0-5%

11

6. filler aspal, plastik, dan kertas

7. pengganti dan bahan baku semen

8. aditif dalam pengolahan limbah (waste stabilization)

9. konversi menjadi zeolit dan adsorben (Silvonen,2001)

Refraktori merupakan bahan tahan api sebagai penahan (isolator) panas

pada tanur-tanur suhu tinggi yang banyak digunakan oleh berbagai industri,

seperti industri peleburan logam, kaca, keramik, semen. Refraktori cor

merupakan bahan tahan api berupa bubuk yang jika dicampur dengan air

dan dibiarkan beberapa saat akan mengeras (setting). Penggunaannya

sebagai isolator panas dilakukan dengan cara pengecoran adonan campuran

bahan tersebut dengan air pada dinding tanur yang akan diisolasi. (Kumar et

al, 2003)

B. Nitrile butadiene rubber (NBR)

Nitrile rubber

Gambar 1. Ikatan nitrile rubber

NBR adalah salah satu jenis karet sintetik yang terdiri dari kopolimer

butadiena dan akrilonitril. Jenis karet nitril tergantung kepada kandungan

12

akrilonitril (25 s/d 50%), gugus akrilonitril (AcN) menyebabkan karet ini

berkutub serta tahan terhadap bahan yang tidak berkutub seperti minyak

bumi/minyak mineral, dan gugus akrilonitril. Pada sisi tulang belakang

molekul karet ini menghalangi terjadinya penghabluran atau penguatan

sendiri. Semakin meningkat kadar akrilonitril, maka semakin baik ketahanan

pengembangan rantai molekul (swelling resistance), suhu peralihan glass (Tg),

kekerasan, kekuatan tarik. Semakin buruk resiliens, sifat-sifat elastisitas

(terutama suhu rendah).

a. Manfaat NBR

NBR memiliki ketahanan tinggi terhadap minyak yang biasa digunakan

dalam pembuatan pipa karet untuk bensin dan minyak, membrane seal,

gasket serta barang lainnya yang banyak dipakai untuk peralatan

kendaraan bermotor dan industry gas.(Zuhra,2006)

b. Sifat-sifat NBR

NBR yang memiliki sifat minyak yang baik dan tahan bensin, kekuatan

tarik, sifat perpanjangan, tahan panas, dan kompresi yang rendah adalah

keluarga dari kopolimer tak jenuh monomer butadiene 2-propenenitrile

dan berbagai (1,2-butadiena dan 1,3-butadiena). NBR memiliki

kemampuan untuk menahan berbagai suhu dari 40 0C sampai 108

0C yang

membuat material ideal untuk aplikasi aeronautika.

13

Tabel 2. Sifat mekanik NBR (Nitrile Butadiene Rubber)

Physical propertis Metric English Comments

Density 1.00 g/cc 0.0361 lb/in3 Base

Elastomer

1.15-1.35 g/cc 0.0415-0.0488 lb/in3

Compound

ed

Mechanichal properties Metric English Comments

Hardness, shore D 30-95 30-95 Depends

on

compoundi

ng

Tensile Strength,

Ultimate

6.89-24.1 MPa 1000-3500 psi reinforced

0.896 MPa

@Temperature 204 0C

130 psi

@Temperature 400 0F

4.83 MPa

@Temperature 121 0C

700 psi

@Temperature 250 0F

Elongation at Break 400-600 % 400-600 % Reinforced

20 %

@Temperature 204 0C

20%

@Temperature 400 0F

120 %

@Temperature 121 0C

120 %

@Temperature 250 0F

100% Modulus 0,00300 GPa 0.435 ksi 200mm/mi

n

Compression Set 5.0 % 5.0 %

Thermal Properties Metric English Comments

CTE, linear 702 µm/m- 0C

@Temperature 20.0 0C

390 µin/in- 0F

@Temperature 68.0 0F

Maximum Service

Temperature, Air

120 0C 248

0F

Minimum Service

Temperature, Air

-30.0 0C -22.0

0F

Brittleness

Temperature

-51.1 0C -60.0

0F

Glass Transition

Temp, Tg

-38.0 0C -36.4

0F Typical 0f

rubber with

18 % ACN

content

-20.0 0C 28.4

0F Typical 0f

rubber with

18 % ACN

content

Sember: MatWeb

14

C. Material Komposit

Material komposit adalah material yang terbuat dari dua bahan atau lebih yang

tetap terpisah dan berbeda dalam level makroskopik selagi membentuk

komponen tunggal. Composite berasal dari kata kerja “to compose“ yang

berarti menyusun atau menggabung. Jadi secara sederhana bahan komposit

berarti bahan gabungan dari dua atau lebih bahan yang berlainan. Kata

komposit dalam pengertian bahan komposit berarti terdiri dari dua atau lebih

bahan yang berbeda yang digabung atau dicampur secara makroskopis.

Pada umumnya bentuk dasar suatu bahan komposit adalah tunggal dimana

merupakan susunan dari paling tidak terdapat dua unsur yang bekerja

bersama untuk menghasilkan sifat-sifat bahanyang berbeda terhadap sifat-

sifat unsur bahan penyusunnya. Dalam prakteknya komposit terdiri dari suatu

bahan utama (matrik-matrik) dan suatu jenis penguatan (reinforcement) yang

ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan matrik. Penguatan

ini biasanya dalam bentuk serat (fiber). Material komposit terdiri dari lebih

dari satu tipe material dan dirancang untuk mendapatkan kombinasi

karakteristik terbaik dari setiap komponen penyusunnya. (Handoyo Kus,

2008)

Bahan komposit memiliki banyak keunggulan, diantaranya berat yang lebih

ringan, kekuatan dan ketahanan yang lebih tinggi, tahan korosi dan ketahanan

aus . Beberapa definisi komposit sebagai berikut :

15

1. Tingkat dasar : pada molekul tunggal dan kisi kristal, bila material yang

disusun dari dua atom atau lebih disebut komposit (contoh senyawa,

paduan, polymer, dan keramik).

2. Mikro struktur : pada kristal, phase, dan senyawa, bila material disusun

dari dua Phase atau lebih disebut komposit (contoh paduan Fe dan C).

3. Makro struktur : material yang disusun dari campuran dua atau lebih

penyusun makro yang berbeda dalam komposisi, dan tidak larut satu

dengan yang lain disebut material komposit. (Smallman & Bishop, 2000).

a. Bagian-bagian utama dari komposit

1. Reinforcement

Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat)

yang berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit.

Gambar 2. Ilustrasi reinforcement pada komposit

b. Partikel sebagai penguat (Particulate composites)

Keuntungan dari komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk

partikel:

1) Kekuatan lebih seragam pada berbagai arah

16

2) Dapat digunakan untuk meningkatkan kekuatan dan meningkatkan

kekerasan material

3) Cara penguatan dan pengerasan oleh partikulat adalah dengan

menghalangi pergerakan dislokasi.

Komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk partikel, dimana

interaksi antara partikel dan matrik terjadi tidak dalam skala atomik atau

molekular. Partikel seharusnya berukuran kecil dan terdistribusi merata.

Contohnya large particle composite adalah cemet dengan sand atau gravel.

Cemet sebagai matriks dan sand sebagai partikel, Sphereodite steel

(cementite sebagai partikulat), Tire (carbon sebagai partikulat), Oxide-

Base Cermet (oksida logam sebagai partikulat).

Gambar 3. Flat flakes sebagai penguat (Flake composites)

(http://www.onkian.com/2009/10/6420.html)

c. Fiber sebagai penguat (Fiber composites)

Fungsi utama dari serat adalah sebagai penopang kekuatan dari komposit,

sehingga tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari serat

yang digunakan, karena tegangan yang dikenakan pada komposit mulanya

diterima oleh matrik akan diteruskan kepada serat, sehingga serat akan

17

menahan beban sampai beban maksimum. Oleh karena itu serat harus

mempunyai tegangan tarik dan modulus elastisitas yang lebih tinggi

daripada matrik penyusun komposit. Parameter fiber dalam pembuatan

komposit, yaitu sebagai berikut :

Gambar 4. Parameter fiber dalam pembuatan komposit. (Gibson, 1994)

1) Continuous Fiber Composite

Continuous atau uni-directional, mempunyai susunan serat panjang

dan lurus, membentuk lamina diantara matriksnya. Jenis komposit

ini paling banyak digunakan. Kekurangan tipe ini adalah lemahnya

kekuatan antar lapisan. Hal ini dikarenakan kekuatan antar lapisan

dipengaruhi oleh matriksnya.

Gambar 5. Continuous Fiber Composite. (Gibson, 1994)

18

2) Woven Fiber Composite (bi-dirtectional)

Komposit ini tidak mudah terpengaruh pemisahan antar lapisan karena

susunan seratnya juga mengikat antar lapisan. Akan tetapi susunan serat

memanjangnya yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan

kekakuan tidak sebaik tipe continuous fiber.

Gambar 6. Woven Fiber Composite. (Gibson, 1994)

3) Discontinuous Fiber Composite (chopped fiber composite)

Gambar 7. Discontinuous Fiber Composite. (Gibson, 1994)

4) Hybrid fiber composite

Hybrid fiber composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat

lurus dengan serat acak. Pertimbangannya supaya dapat mengeliminir

kekurangan sifat dari kedua tipe dan dapat menggabungkan

kelebihannya.

19

Gambar 8. Hybrid fiber composite. (Gibson, 1994)

d. Fiber sebagai sturktural (Structute composites)

Komposit struktural dibentuk oleh reinforce- reinforce yang memiliki

bentuk lembaran-lembaran. Berdasarkan struktur, komposit dapat

dibagi menjadi dua yaitu struktur laminate dan struktur sandwich.

(a) (b)

Gambar 9. Ilustrasi komposit berdasarkan Strukturnya :

(a). Struktur laminate dan (b). Sandwich panel (Gibson, 1994)

20

1) Laminate

Laminate adalah gabungan dari dua atau lebih lamina (satu lembar

komposit dengan arah serat tertentu) yang membentuk elemen struktur

secara integral pada komposit. Proses pembentukan lamina ini menjadi

laminate dinamakan proses laminai. Sebagai elemen sebuah struktur,

lamina yang serat penguatnya searah saja (unidirectional lamina) pada

umumnya tidak menguntungkan karena memiliki sifat yang buruk.

Untuk itulah struktur komposit dibuat dalam bentuk laminate yang

terdiri dari beberapa macam lamina atau lapisan yang diorientasikan

dalam arah yang diinginkan dan digabungkan bersama sebagai sebuah

unit struktur. Mikrostruktur lamina dan jenis-jenis dari arah serat dapat

dilihat pada gambar dibawah ini :

Gambar 10. Mikrostruktur lamina. (Widodo, 2007)

2) Sandwich panels

Komposit sandwich merupakan salah satu jenis komposit struktur yang

sangat potensial untuk dikembangkan. Komposit sandwich merupakan

komposit yang tersusun dari 3 lapisan yang terdiri dari flat composite

21

(metal sheet) sebagai kulit permukaan (skin) serta meterial inti (core) di

bagian tengahnya (berada di antaranya). Core yang biasa dipakai adalah

core import, seperti polyuretan (PU), polyvynil Clorida (PVC), dan

honeycomb. Komposit sandwich dibuat dengan tujuan untuk efisiensi

berat yang optimal, namun mempunyai kekakuan dan kekuatan yang

tinggi. Sehinggga untuk mendapatkan karakteristik tersebut, pada

bagian tengah diantara kedua skin dipasang core.

Komposit sandwich merupakan jenis komposit yang sangat cocok

untuk menahan beban lentur, impak, meredam getaran dan suara.

Komposit sandwich dibuat untuk mendapatkan struktur yang ringan

tetapi mempunyai kekakuan dan kekuatan yang tinggi. Biasanya

pemilihan bahan untuk komposit sandwich, syaratnya adalah ringan,

tahan panas dan korosi, serta harga juga dipertimbangkan. Dengan

menggunakan material inti yang sangat ringan, maka akan dihasilkan

komposit yang mempunyai sifat kuat, ringan, dan kaku. Komposit

sandwich dapat diaplikasikan sebagai struktural maupun non-struktural

bagian internal dan eksternal pada kereta, bus, truk, dan jenis kendaraan

yang lainnya.

22

Gambar 11. Structural composites sandwich panels.

(http://www.engineredmaterialsinc.com)

2. Matriks

Berdasarkan matrik, komposit dapat diklasifikasikan kedalam tiga

kelompok besar yaitu:

a) Komposit matrik polimer (KMP), polimer sebagai matrik

b) Komposit matrik logam (KML), logam sebagi matrik

c) Komposit matrik keramik (KMK), keramik sebagai matrik

Gambar 12. Klasifikasi komposit Berdasarkan bentuk dari matriks-nya

23

a. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites–PMC)

Komposit ini bersifat :

1) Biaya pembuatan lebih rendah dan dapat dibuat dengan produksi

massal.

2) Ketangguhan baik.

3) Siklus pabrikasi dapat dipersingkat dan kemampuan mengikuti

bentuk lebih ringan.

Jenis polimer yang banyak digunakan :

1. Thermoplastic

Thermoplastic adalah plastic yang dapat dilunakkan berulang kali

(recycle) dengan menggunakan panas. Thermoplastic merupakan

polimer yang akan menjadi keras apabila didinginkan. Thermoplastic

meleleh pada suhu tertentu, melekat mengikuti perubahan suhu dan

mempunyai sifat dapat balik (reversibel) kepada sifat aslinya, yaitu

kembali mengeras bila didinginkan. Contoh ari thermoplastic yaitu

Poliester, Nylon 66, PP, PTFE, PET, Polieter sulfon, PES, dan

Polieter eterketon (PEEK).

2. Thermoset

Thermoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu (irreversibel). Bila

sekali pengerasan telah terjadi maka bahan tidak dapat dilunakkan

kembali. Pemanasan yang tinggi tidak akan melunakkan termoset

melainkan akan membentuk arang dan terurai karena sifatnya yang

sering digunakan sebagai tutup ketel, seperti jenis-jenis melamin.

24

Plastik jenis termoset tidak begitu menarik dalam proses daur ulang

karena selain sulit penanganannya juga volumenya jauh lebih sedikit

(sekitar 10%) dari volume jenis plastik yang bersifat termoplastik.

Contoh dari thermoset yaitu Epoksida, Bismaleimida (BMI), dan

Poli-imida (PI).

b. Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC)

Metal Matrix composites adalah salah satu jenis komposit yang

memiliki matrik logam. Material MMC mulai dikembangkan sejak

tahun 1996. Pada mulanya yang diteliti adalah Continous Filamen

MMC yang digunakan dalam aplikasi aerospace.

c. Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC)

CMC merupakan material 2 fasa dengan 1 fasa berfungsi sebagai

reinforcement dan 1 fasa sebagai matriks, dimana matriksnya terbuat

dari keramik. Reinforcement yang umum digunakan pada CMC

adalah oksida, carbide, dan nitrid. Salah satu proses pembuatan dari

CMC yaitu dengan proses DIMOX, yaitu proses pembentukan

komposit dengan reaksi oksidasi leburan logam untuk pertumbuhan

matriks keramik disekeliling daerah filler (penguat).

D. Metalurgi serbuk komposit

Metalurgi serbuk merupakan salah satu pilihan cara pembuatan untuk

menghasilkan suatu komponen. Metalurgi serbuk merupakan suatu bidang ilmu

yang mempelajari mengenai proses yang berkaitan dengan serbuk logam dan

25

serbuk komposit yang meliputi pembuatan (fabrikasi), karakteristik serbuk,

hingga konversi serbuk menjadi suatu komponen produk. Proses metalurgi

serbuk ini meliputi tahapan proses metalurgi serbuk antara lain:

1. Karakteristik serbuk

Selain komposisi kimia yang menentukan sifat akhir komponen, sifat serbuk

awal yang akan diproses juga mempengaruhi sifat produk akhir yang

dihasilkan. Hal ini sangat penting untuk menentukan sifat mekanis dari hasil

kompaksi serbuk serta karakteristik-karakteristik lainnya yang meliputi

ukuran serbuk, berat jenis serbuk, mampu alir serbuk (flowability), dan

mampu tekan serbuk (compressability). Sesuatu dapat dikatakan serbuk

apabila merupakan suatu padatan yang memiliki ukuran dimensi lebih kecil

dari pada 1mm.

a. Ukuran dan distribusi partikel serbuk

Ukuran serbuk dapat didefinisikan sebagai ukuran linier pertikel yang

kecil. Ukuran pertikel biasanya dilambangkan dengan ukuran mikron

(µm). Ukuran partikel akan berpengaruh terhadap porositas dan densitas

serta sifat mekanisnya. Ukuran partikel juga menentukan stabilitas

dimensi, pelepasan gas yang tertangkap dan karakteristik selama proses

pencampuran. Semakin halus ukuran partikel, maka akan semakin besar

berat jenis bahan tersebut. Sedangkan distribusi ukuran partikel adalah

pengelompokan besar pertikel dalam berbagai ukuran yang bertujuan

untuk menghasilkan pengukuran kerapatan maksimum suatu partikel.

26

Distribusi partikel ini sangat berpengaruh terhadap kemampuan saling isi

partikel untuk mendapatkan volume terpadat.

Berikut ini adalah pengaruh ukuran partikel serbuk terhadap karakteristik

serbuk:

1) Ukuran partikel serbuk yang halus lebih digunakan untuk proses

kompaksi serbuk yang keras atau getas seperti: tungsten dan alumina,

karna dengan meningkatnya gesekan akan membantu meningkatkan

kekuatan adhesif sehingga memudahkan proses selanjutnya.

2) Serbuk yang halus memiliki luas permukaan antar partikel yang lebih

banyak sehinnga luasnya permukaan akan meningkatkan mekanisme

ikatan antar partikel secara difusi saat proses pemanasan.

3) Dengan partikel serbuk yang kasar, maka dapat lebih mudah

didapatkan berat jenis yang lebih seragam pada saat kompasi, akan

tetapi sifat hasil pemanasannya kurang baik dibandingkan dengan

partikel yang lebih halus karna rendahnya luas antar partikel yang

menyebabkan sedikitnya difusi yang terjadi sehingga menurunkan sifat

mekanisnya.

b. Bentuk partikel serbuk

Bentuk partikel serbuk merupakan faktor penting terhadap sifat massa

serbuk, seperti efisiensi pemadatan serbuk, mampu alir serbuk, dan

mampu tekan serbuk. Bentuk partikel serbuk yang besar mempengaruhi

besarnya kontak antar pertikel sehinnga besarnya gaya gesekan antar

partikel dihubungkan dengan luas permukaan partikel serbuk. Bentuk

partikel serbuk juga bepengaruh pada perpindahan serbuk saat proses

27

penekanan, yang pada akhirnya akan mempengaruhi perpindahan massa

pada proses pemanasan. Berdasarkan standar ISO 3252, bentuk serbuk

dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

1) Spherical : berbentuk bulat.

2) Angular : berbentuk polihedral kasar dengan tepi tajam.

3) Acicular : berbentuk jarum.

4) Irregular : berbentuk tidak beraturan.

5) Flake : berbentuk serpihan.

6) Fibrous : berbentuk serabut yang beraturan atau tidak beraturan.

7) Dendritic : berbentuk kristalin dan bercabang.

8) Granular : berbentuk hampir bulat.

9) Nodular berbentuk bulat dan tidak beraturan.

c. Berat jenis serbuk

Berat jenis serbuk dapat didefinisikan sebagai tingkat kerapatan dari

serbuk. Pada metode metalurgi serbuk terdapat beberapa terminologi

mengenai pengertian berat jenis yaitu:

1) Apparent density atau bulk density didefinisikan sebagai berat per

satuan volume dari serbuk.

2) Tap density didefinisikan sebagai berat jenis tertinggi yang dicapai

dengan vibrasi tanpa aplikasi tekanan luar.

3) Green density didefinisikan sebagai berat jenis serbuk setelah serbuk

mengalami penekanan kompaksi untuk proses pemanasan.

28

4) Theoritical density didefinisikan sebagai berat jenis sesungguhnya dari

material serbuk ketika material serbuk ditekan hingga menghasilkan

serbuk tanpa pori.

d. Mampu alir serbuk (Flowability)

Mampu alir serbuk merupakan karakteristik serbuk yang menggambarkan

sifat alir dan kemampuan serbuk untuk dapat memenuhi ruang cetakan

dan beberapa faktor yang mempengaruhi mampu alir serbuk adalah

bentuk serbuk, berat jenis serbuk, distribusi ukuran partikel, dan

kelembaban serbuk.

e. Mampu tekan (Compressibility)

Mampu tekan merupakan perbandingan volume serbuk mula-mula

dengan volume benda yang ditekan yang nilainya berbeda-beda

tergantung distribusi ukuran serbuk dan bentuk serbuk. Mampu tekan

menunjukan bahwa densitas merupakan fungsi dari tekanan yang

diberikan. Serbuk yang halus akan memiliki mampu tekan yang lebih

tinggi dari pada serbuk yang kasar. Mampu tekan serbuk juga dipengaruhi

oleh efek gesekan antar partikel.

f. Pencampuran (Mixing)

Karakteristik serbuk mempunyai peranan yang penting dalam tercapainya

hasil campuran yang seragam. Makin tinggi gesekan antar partikel akan

menjadikan proses pencampuran makin sulit. Friksi akan meningkat oleh

beberapa faktor diantaranya ukuran partikel yang makin kecil, bentuk

partikel tidak beraturan, koefisien gesek partikel yang makin tinggi. Pada

29

umumnya, ukuran partikel serbuk yang seragam akan memudahkan untuk

mendapatkan hasil pencampuran yang seragam. Partikel yang besar

memiliki kemungkinan yang tinggi untuk mengalami segregasi. Salah satu

kendala dalam proses pencampuran adalah jika serbuk yang akan

dicampur memiliki densitas yang berbeda sehingga sulit untuk

mendapatkan hasil campuran yang seragam. Serbuk yang memiliki

densitas lebih kecil akan terakumulasi diatas serbuk yang densitasnya lebih

tinggi sehingga terjadi segregasi.

E. Kampas rem

Kampas rem merupakan salah satu komponen yang penting pada lokomotif

pada saat berjalan maupun berhenti.Pada tahun 1897, mulai digunakan rem

jenis tromol (brake lining) pada kendaraan. Jenis rem ini diciptakan Herber

Food dari perusahaan Ferodo Ltd. Kampas yang digunakan menggunakan

bahan campuran sabut dengan kain katun (cotton belting). Selanjutnya sekitar

1908, bahan asbestos mulai digunakan. Asbestos merupakan paduan kuningan

dan serat metal yang disatukan menggunakan binder (bahan pengikat) namun

belum dicetak. Hingga tahun 1920, kampas rem mulai dicetak dengan serat

metal dengan ukuran lebih pendek, logam kuningan yang lebih halus serta

tambahan bahan organik.

Pada tahun 1994 ditemukan kalau asbestos mengandung zat Karsinogen yang

dituding sebagai salah satu zat penyebab kanker paru-paru. Dan efek itu baru

terasa setelah 10-15 tahun. Sejak itu, produksinya pun mulai perlahan

dihentikan. Sebagai gantinya adalah penggunaan brass, copper fiber dan

30

aramid pulp. Kampas rem non-asbestos ini terbagi 2, yakni low steel yang

masih mengandung besi meski sedikit dan non-steel yang tidak menggunakan

besi. Namun ada 2 kelemahannya, kotoran dari pengikisan kampas berwarna

hitam dapat mengotori pelek dan harganya pun lebih mahal dari kampas rem

asbestos. Namun kini beberapa produsen telah meninggalkan penggunaan

asbestos. Bahan baku kampas rem asbestos: asbestos 40 s/d 60 %, resin 12 s/d

15%, BaSO4 14 s/d 15%, sisanya karet ban bekas, tembaga sisa kerajinan, frict

dust. Bahan baku kampas rem non asbestos: aramyd/ kevlar/ twaron, rockwool,

fiberglass, potasiumtitanate, carbonfiber, graphite, celullose, vemiculate,

steelfiber, BaSO4, resin, Nitrile butadine rubber. ( Ari Tristianto Wibowo,

2010)

F. Keausan

Keausan dapat didefinisikan sebagai terlepasnya material atau atom dari

permukaan material akibat dari derformasi plastis dan aksi mekanik. Keausan

dapat menyebabkan perubahan bentuk benda kerja sehingga akan

mengakibatkan ukuran dan kualitas material akan mengalami

penurunan.masalah besar yang diakibatkan dari keausan adalah komponen

yang mengalami keausan harus terus menerus diperbaiki atau diganti.keausan

diklasifikasikan menjadi beberapa bagian yaitu keasuan adhesive,keausan

abrasive,keausan erosi,keausan kavitasi,keausan fretting,dan keausan akibat

gesekan. (Amrudin,1995)

31

Jenis-jenis keausan adalah sebagai berikut:

a) Keausan Adhesive

Terjadi akibat dua permukaan saling bergesekan dengan tekanan tertentu.

Mekanisme keausan adhesive ini terjadi karena adanya gaya tarik menarik

antar logam. Karena disebabkan oleh adanya pergerakan relatif maka akan

terjadi perpatahan pada daerah yang lemah dan dengan adanya gesekan

selanjutnya menyebabkan bagian yang menempel pada permukaan yang

lebih keras akan terpotong-potong oleh puncak-puncak kekerasan di

sekitarnya, sehingga akan meninggalkan serpihan yang disebut dengan

keausan. Serpihan ini dapat mempunyai kekerasan yang lebih besar dari

logam induknya. Serpihan ini menyebabkan keausan adhesive yang terjadi

pada logam induknya.

Gambar 13. Proses terjadinya keausan adhesive

b) Keausan Abrasive

Keausan abrasive adalah keausan yang terjadi akibat terjebaknya

partikel keras diantara dua permukaan. Keausan ini biasanya terjadi

pada alat berat, hammer, scrapper, dan crusher. Mekanisme keausan

abrasive yaitu permukaan yang kasar bergerak diantara permukaan

32

yang lunak. Pada keausan abrasive mengakibatkan adanya material

yang pindah dari permukaan logam sehingga akan timbul celah.

Keausan abrasive mempunyai beberapa bentuk diantaranya :

1) Abrasive pahat

Keausan ini terjadi ketika adanya permukaan material yang kasar.

Gambar 14. Keausan Abrasif pahat, berupa kepingan kecil bubutan

2) Abrasive tekanan tinggi

Keausan ini terjadi secara tiba-tiba ketika adanya dua permukaan

yang sejenis bergerak untuk menghancurkan material padat.

Gambar 15. Keausan Abrasive tekanan tinggi

33

3) Abrasive tekanan rendah

Tekanan ini terjadi terutama disebabkan adanya material abrasive

yang muncul bebas di atas permukaan material yang mempunyai

ketahanan abrasive yang lebih rendah. Keausan ini terjadi karena

adanya kondisi yang terkikis yang disebabkan oleh material abrasive

terhadap material yang kurang abrasive. Untuk mencapai ketahanan

abrasive yang tinggi diperlukan logam yang mempunyai ketahanan

yang tinggi.

Gambar 16. Keausan Abrasive tekanan rendah

c) Keausan Erosi

Keausan erosi adalah keausan yang terjadi akibat gesekan logam dengan

cairan yang mengalir, terutama cairan yang mengandung partikel yang

keras. Keausan erosi juga dapat terjadi akibat partikel cair yang terdapat

dalam gas yang bergerak cepat. Keausan erosi biasanya terjadi pada pipa-

pipa pengalir minyak, pipa-pipa keluar dari turbin uap dan lain sebagainya.

34

d) Keausan Kavitasi

Keausan kavitasi adalah keausan yang disebabkan oleh cairan yang

mengandung uap pada tekanan rendah. Dimana pergerakan suatu bagian

dalam cairan akan terjadi perbedaan tekanan, sehingga gelembung-

gelembung udara akan pecah dan akan terjadi tekanan yang menyebabkan

permukaan logam terluka atau tergores. Keausan kavitasi biasanya terjadi

pada pompa hidrolik, propeller, dan turbin.

e) Keausan Fretting

Terjadi akibat kombinasi dari gesekan dan getaran. Kerusakan akan

dipercepat dengan adanya partikel yang terlepas dari permukaan yang

terperangkap diantara kedua permukaan tersebut, sehingga keausan yang

terjadi juga disebabkan oleh keausan abrasive. (Sularso, 1997)

f) Keausan karena gesekan

Keausan yang disebabkan oleh gesekan merupakan hasil dari suatu

gesekan yang meluncur, dapat juga secara berputar dari suatu permukaan

logam dari permukaan logam yang lain dan kontak luncuran yang terus-

menerus sampai permukaan mencapai titik dimana bagian elemen harus

diganti.

1. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Keausan:

Berikut adalah beberapa faktor yang mempengaruhi keausan:

a) Bahan perantara (butir debu, butir pasir, pecahan beling, kandungan

asam, udara, suhu).

b) Pergerakan (kecepatan, getaran).

35

c) Faktor Dalam.

Faktor dalam merupakan faktor yang dimiliki oleh material atau

bahan itu sendiri : komposisi kimia, sifat mekanis atau struktur

mikro.

d) Faktor luar.

Faktor yang menyebabkan keausan karena faktor luar dari dalam.

Contohnya, kecepatan, beban yang diterima, kekerasan, permukaan

awal, kondisi lingkungan seperti temperatur, pelumasan dan lain-

lain. (Amrudin, 1995)

2. Laju keausan kampas rem

Pengujian keausan dapat dilakukan dengan berbagaimacam metode dan

teknik, yang semuanya bertujuan untuk mensimulasikan kondisi

keausan aktual. Salah satunya adalah dengan pengujian laju keausan.

Pengujian laju keausan dinyatakan dengan jumlah kehilangan/

pengurangan spesimen tiap satuan luas bidang kontak dan lama

pengausan. (Viktor Malau dan Adhika widyaparaga, 2008)

G. Scanning Electrone Microscope (SEM)

Scanning Electron Microscope (SEM) merupakan ssebuah alat yang

digunakan untuk mengamati serbuk didalam matriks bersama dengan

beberapa sifat ikatan antara matriks dengan serbuk penguatnya. Cara untuk

mendapatkan struktur mikro dengan membaca berkas electron, didalam SEM

berkas electron berupa noda kecil yang umumnya 1µm pada permukaan

spesimen yang diteliti berulang kali.

36

Permukaan spesimen diambil gambarnya dan dari gambar ini dianalisa

keadaan atau kerusakan spesimen. Pentingnya SEM adalah memberikan

gambaran nyata dari bagian kecil spesimen, yang artinya kita bisa

menganalisa besar serbuk.

Prinsip kerja dari SEM adalah sebagai berikut :

a. Sebuah pistol elektron memproduksi sinar electron dan dipercepat

dengan anoda.

b. Lensa magnetik memfokuskan elektron menuju ke sampel.

c. Sinar elektron yang terfokus memindai (scan) keseluruhan sampel

dengan diarahkan oleh koil pemindai.

d. Ketika elektron mengenai sampel, maka sampel tersebut akan

mengeluarkan electron baru yang akan diterima oleh detektor dan

dikirim kemonitor (CRT).

Gambar 17. Skema mikroskop elektron (http://www.bacteria-

world.com/what-is-SEM.htm)