Dasar-dasar Pemilihan Bahan

 

 Apakah hakikat bahan itu ? bagaimana memahami,mengolah dan menggunakannya ? Bahan, dengan sendirinya merupakan bagian darialam semesta, akan tetapi secara lebih terperinci pengertian dari bahan adalahbenda yang dengan sifat-sifatnya yang khas dimanfaatkan dalam bangunan, mesin,peralatan dan produk. Termasuk di dalamnya logam, keramik, semi konduktor,polimer (plastic), gelas, dielektrik, kayu, pasir, batu dan berbagai komposit. 

 

Perancangan pabrik untukindustri kimia sudah barang tentu harus memperhatikan berbagai macampertimbangan. Hal semacam ini dilakukan dalam rangka untuk mengefektifkan danmengefesienkan pengunaan bahan konstruksi kimia tersebut. Kita sudah pahamibersama bahwa seorang sarjana teknik kimia harus mengedepankan aspek ekonomidalam setiap rancangan yang mereka buat. Menjadi satu keharusan bagi kita untukmengetahui sifat-sifat dari bahan itu sendiri. Ketika kita mengenali sifatbahan yang kita gunakan maka sudah barang tentu penggunaan yang nanti kitalakukan akan menjadi efektif karena kita telah mengetahuikekurangan dan kelebihan bahan yang kita pergunakan.

 

Dalam menentukan pilihan,perancang harus memperhatikan sifat-sifat seperti : kekuatan, konduktivitas(listrik), daya hantar panas, berat jenis dan sebaginya. Selanjutnya seseorangharus memperhatikan sifat bahan selama proses pembentukannya dan perilakuselama penggunaannya (dalam bentuk, mesin, stabilitas listrik, ketahanan kimia,dan sifat radiasi merupakn factor yang penting), demikian pula masalah biayadan penggadaan. Sebagai contoh spatbor harus dibuat dari logam yang mudahdibentuk akan tetapi yang memilki ketahanan terhadap deformasi impak.

Merupakan suatu kewajibanyang berat untuk ahli teknik untuk menguasai pengetahuan menyeluruh mengenaiberibu-ribu jenis bahan yang terdapat di pasaran. Kita perlu menguasaidasar-dasar ilmu pengetahuan yang menentukan sifat-sifat bahan yang dimaksud.Prinsip utama ialah setiap sifat bahan berkaitan erat sekali dengan strukturintern bahan itu sendiri.

                                                                                                                                     Struktur intern bahan mencakup atom-atom dansusunannya di dalam kristal, molekul atau struktur mikro. Tenaga teknik harusmemahami sifat-sifat bahan bila akan menghasilkan atau menggunakan bahantersebut.

Bahan perlu diproses untukmemenuhi persyaratan yang telah ditetapkan dalam desain produk. Prosespembentukan paling sederhana adalah merubah bentuk melalui pemotongan denganmesin atau penempaan. Dengan sendirinya sifat-sifat sangat menentukan prosespembentukannya. Bahan yang sangat keras akan merusak mata pahat pemotong danbahan yang lunak seperti timbal akan sulit digergaji. Bahan yang kuat, yangtidak memiliki keuletan dang etas kurang mampu terhadap eformasi plastic.Sering pula terjadi bahwa proses pembentukan merubah sifat bahan. Bermanfaatatau tidak, sifat selalu berubah

bila terjadi perubahan strukturdalam bahanselama proses pembentukan. Struktur dalam bahan berubah bila terjadi deformasi, oleh karena itu terjadi perubahan sifat-sifat.

 

Proses termal juga  berpengaruh atas struktur dalam bahan. Prosestermal ini meliputi proses pelunakan, pencelupan dari suhu tinggi dan sejumlahlaku panas lainnya. Tujuan kita memahami perubahan struktur yang terjadi, agarkita sebagai ahli teknik dapat menggariskan langkah proses yang sesuai.

 

Bahan yang telahterbentuk akan memiliki seperangkat sifat-sifat kekuatan, kekerasan, dayahantar listrik, berat jenis, warna dan sebagainya yang dipilih sehinggamemenuhi persyaratan desain. Produk ini akan tetap memiliki sifat-sifat tersebutasalkan tidak ada perubahan pada struktur dalam bahan. Akan tetapi bila produkmengalami perubahan struktur akibat penggunaannya,kita akan lihat sifat danperilakunya akan berubah pula. Oleh karena itu, ahli teknik harus memperhatikanpula pengaruh pemakaian produk pada struktur intern disamping persyaratanlainnya dan mengkaitkannya dengan sifat-sifat bahan.   

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                                     

Pengelompokkan Bahan

 

Secara garis besar bahandapat kita bagi menjadi tiga golongan besar, yaitu :

LogamPolimer atau plastikKeramikPembagian kelompok besarini didasarkan oleh perbedaan sifat-sifat bahan konstruksi kimia ini sendiri.

Logam Logammemiliki ciri-ciri umum sebagai berikut:

o    Dayahantar panas tinggi

o    Dayahantar listrik tinggi

o    Kedapcahaya

Sifat kedap cahaya dari logam disebabkan oleh ketanggapan elektron yangterdislokasi terhadap getaran elektromagnet pada frekuensi yang tinggi

o    Dapatdipoles sampai mengkilap

o    Dapatdiubah bentuknya sesuai fungsi dan kegunaan

Logam memiliki sifat mudah dibentuk karena didalam logam terdapatelektron  yang terdislokasi sehingga dapat dengan mudah memindahkan muatanlistrik dan energi termal.

o    Moduluslogam sangat besar dan tinggi

Logam memiliki sifat modulus yang tinggi, menyebabkan logam memiliki ketahananyang tinggi pula sehingga sukar untuk dibengkokkan.

Dari beberapa ciri umum yang dimiliki logam diatas sekiranya kita sudah dapatmereka-reka untuk keperluan dibagian mana kita pergunakan logam.

 

Polimer atau plastik Mungkindalam keseharian kita jarang mendengar kata polimer, apalagi buat orang yangmasih awam. Sungguh ia akan bertanya apa sesungguhnya polimer itu. Sedikitmemberikan penjelasan polimer itu berasal dari kata  Poly yang berarti

                                                                                                                               

banyak dengan mer yang saya secara sederhana menafsirkansebagai singkatan dari monomer yang berarti 1 mer. Maka dapat kita simpulkanbahwa polimer merupakan kumpulan dari monomer-monomer yang menjadi satusehingga memiliki sifatnya sendiri. Polimer yang sering kita jumpai adalahplastik itu lah mengapa polimer diidentikkan dengan polimer, padahalsesungguhnya masih banyak contoh polimer yang terdapat dikeseharian kita.

Polimeratau plastik memiliki keunggulan sebagai berikut :

o    Beratjenis kecil

o    Isolatorterhadap panas dan listrik

o    Mudahdiberi warna

o    Tahanterhadap larutan kimia

o    Tidakbanyak memantulkan cahaya dan cendrung tembus cahaya

Reaksisuatu polimer disebut dengan reaksi polimerisasi. Reaksi polimerisasi ini dapatberlangsung secara adisi atau pun kondensasi. Sebagai contoh dari polimerselain plastik yang sudah lazim digunakan adalah Poliester resin yang dapatdigunakan sebagai bahan pembuat kotak pelindung mesin. Polivinil klorida (PVC)dapat digunakan sebagai bahan pembuat pipa-pipa yang tahan terhadap bahankimia.

Keramik Keramik adalah campuran yang terdiri dariunsur logam dan unsur yang bukan logam, memiliki sifat umum sebagai berikut :

o    Kerasdan rapuh

o    Tahanterhadap lingkungan suhu tinggi dan lingkungan yang lebih berat persyaratannya.

o    Tahanterhadap perubahan kimia.

o    Mempunyaititik cair yang tinggi dibandingkan dengan logam atau organik.

 

 

Sifat-sifat bahan

Sifat mekanikal, meliputi kekuatan tarik dan tekan, elastisitas, kekuatan kejut, dllSifat termal, meliputi konduktivitas panas, temperatur kerja maksimum, koefisien ekspansi termal, difusivitas termal, dllSifat listrik dan magnetik, meliputi konduktivitas listrik, dielektrika, magnetisasi, dllSifat optik, meliputi refraktivitas, reflektivitas, absostif, dllSifat kimia, meliputi korosifitas, oksidasi, ketahanan terhadap sinar ultraviolet, dll 

Sifat Mekanik Bahan

 

I.Elastisitas Bahan

Elastisitas adalah kemampuan benda padat untuk kembali ke bentuk semula setelahgaya yangbekerja pada benda tersebut dihilangkan. Benda-benda yang memiliki sifatelastis disebut benda elastik, misalnya karet gelang, mistar plastik, dan pegasbaja.

 

Selain memiliki sifat elastis, benda padat juga memiliki sifat plastis, yaitusifat yang bertolak belakang dengan sifat elastis. Benda yang memiliki sifatplastis disebut benda plastik, misalnya tanah lempung dan plastisin

 

II.Hukum Hooke

Hukum Hooke menyatakan bahwa gayayang bekerja pada pegas sebanding dengan konstanta pegas dan pertambahanpanjang pegas. Jika sebuah gayabekerja pada sebuah pegas hingga pegas terenggang,

 

III.Kekuatan Bahan (Strength)

Dalam bidang teknologi, kualitas bahan yang digunakan harus sesuai dengankeperluan dan fungsinya. Untuk keperluan tersebut, suatu bahan harus diujimacam-macam komposisi zatnya, dan juga dilakukan pengujian sifat mekanis bahanyaitu tentang kelenturan dan kekerasannya.

 Empat sifat mekanis yang pentingialah

kekuatan (strength), kekakuan (stiffness), kelenturan (ductility), dankekerasan (toughness).

 

Kekuatan suatu bahan berhubungan dengan besar gaya yang mampu ditahan oleh bahan sampaibehan itu tepat pecah atau patah. Kekakuan berhubungan dengan ketahanan bahanitu terhadap suatu gangguan pada perubahan bentuk atau ukuran ataukedua-duanya. Kelenturann suatu bahan berhubungan dengan ketahanan terhadappukulan, tekanan, bengkokan, juga bila digulung atau diregang menjadi bentuk-bentukyang kita kehendaki. Sedangkan kekerasan suatu bahan berhubungan dengan bahanyang tidak rapuh atau tidak mudah retak.

Sifat mekanik logam dipengaruhi oleh struktur mikrologam. Struktur mikro logam dipengaruhi oleh tidak hanya komposisi kimia, temperatur,tetapi juga oleh perlakuan yang dialami oleh logam tersebut. Meskipun komposisisama, tetapi jika perlakuan yang dialami logam tersebut berbeda maka strukturmikronya bisa berbeda. Kita bisa dengan sengaja merubah sifat mekanik logamdengan cara merubah struktur mikro logam melalui perlakuan yang tepat.

Perlakuan yang diterapkan pada logam dengan cara :memanaskan logam pada temperatur   tertentu dilanjutkan denganmengatur laju  pendinginan. Tujuannya untuk mendapatkan sifat logam yangsesuai dengan yang kita inginkan.

Contoh :   - mengeraskan/menguatkan logam

- melunakkan/menguletkan logam

- meningkatkan ketahanan aus logam

Dengan perlakuan panas pada logam akan didapatkansitat mekanis logam sesuai yang kita inginkan. Jenis jenis perlakuan panas perlakuanpanas misalnya pada baja karbon :

1.    Anil

proses memanaskan logam (yang sebelumnya mengalami pembentukan dingin) di atastemperatur rekristalisasi

Tujuan :

- memperbaiki mampu mesin, mampu bentuk, dankeuletan.

- menghilangkan tegangan dalam

2. Penormalan

3. Stress Relieving

4. Pengerasan (dengan transformasi martensit)

5. Pengerasan permukaan :

Sifat Termal

Karakteristik termal  memegang peranan pentingterhadap sifat suatu bahan karena berkaitan erat dengan struktur dalam bahanitu sendiri. Suatu bahan bila dipanaskan akan terjadi perubahan struktur yangmengakibatkan adanya perubahan dalam kapasitas panas atau energi termal bahantersebut. Teknik analisa termal digunakan untuk mendeteksi perubahan fisika(penguapan) atau kimia (dekomposisi) suatu bahan yang ditunjukkan denganpenyerapan panas (endotermik) dan pengeluaran panas (eksotermik). Proses termalmeliputi antara lain proses perubahan fase (transisi gelas), pelunakan,pelelehan, oksidasi, dan dekomposisi.

 

Dalam kaitannya dengan industri, teknik analisa termal digunakan untukpenentuan kontrol kualitas suatu produk / bahan khususnya polimer. Tanpa adanyapengetahuan data-data termal, pemrosesan suatu bahan akan sangat sulitdilakukan. Sifat termal suatu bahan menggambarkan kelakuan dari bahan tersebutjika dikenakan perlakuan termal (dipanaskan / didinginkan). Dengan demikianpengetahuan tentang sifat termal suatu bahan menjadi sangat penting dalamkaitannya dengan pemrosesan bahan menjadi barang jadi maupun untuk kontrolkualitas. Dengan memahami jenis perubahan strukturyang terjadi, dapat ditentukan langkah proses yang sesuai.

 

Konduktivitastermal, dari suatu bahan didefinisikan sebagai laju perpindahan panas per unitarea dibagi dengan gradien temperatur yang menyebabkan panas tersebutberpindah.

Tiga mekanismedasar yang berhubungan dengan perpindahan panas secara konduksi dalam suatubahan :

Gerakan elektron, sebagaimana yang ada pada konduktor logam.Perpindahan energi getaran kisi atau gerakan phonon, sebagaimana yang ada pada semua bahan.Gerakan molekuler, sebagaimana yang ada di organik padat dan gas.Di dalam cairan: mekanisme utama untuk perpindahan panas secara konduksi adalah transferenergi getaran secara molekuler.

Di dalam gas :panas terkonduksi terutama dengan transfer energi transisional (untuk gas yangmonoatomik). Untuk gas diatomik, energi ditransfer secara transisional danrotasional.

 

Sifat Bahan dalam Medan Listrik

Suatu bahan dapat berbentukpadat, cair, atau gas. Wujud bahan tertentu juga bisa berubah karena pengaruhsuhu. Selain pengelompokkan berdasarkan wujud tersebut dalam teknik listrikbahan-bahan juga dapat dikelompokkan sebagai berikut.

1. Bahan Penghantar (konduktor)

2. Bahan Penyekat (isolator/insulator)

3. Bahan Setengah Penghantar (semi konduktor)

4. Bahan Magnetis.

5. Bahan Super Konduktor.

6. Bahan Nuklir.

7. Bahan Khusus (bahan untuk pembuatan kontak-kontak, untuk sekering, dansebagainya)

1. Bahan Penghantar(konduktor) adalah bahan yangmenghantarkan listrik dengan mudah. Bahan ini mempunyai daya hantar listrik(Electrical Conductivity) yang besar dan tahanan listrik (ElectricalResistance) kecil. Bahan penghantar listrik berfungsi untuk mengalirkan aruslistrik. Perhatikan fungsi kabel, kumparan/lilitan pada alat listrik yang andajumpai. Juga pada saluran transmisi/distribusi. Dalam teknik listrik, bahanpenghantar yang sering dijumpai adalah tembaga dan alumunium.

 

2. Bahan Penyekat (Insulator/isolator) adalah bahan yang befungsi untukmenyekat (misalnya antara 2 penghantar); agar tidak terjadi aliranlistrik/kebocoran arus apabila kedua penghantar tersebut bertegangan. Jadibahan penyekat harus mempunyai tahanan jenis besar dan tegangan tembus yangtinggi. Bahan penyekat yang sering ditemui dalam teknik listrik adalah :plastik, karet, dan sebagainya.

 

3. Bahan Setengah Penghantar (Semi Konduktor) adalah bahan yangmempunyai daya hantar lebih kecil dibanding bahan konduktor, tetapi lebih besardibanding bahan isolator. Dalam teknik elektronika banyak dipakai semikonduktor dari bahan germanium (Ge) dan silicon (Si). Dalam keadaan aslinya, Gedan Si adalah bahan pelikan dan merupakan isolator. Di Pabrik bahan-bahantersebut diberi kotoran. Jika bahan tersebut dikotori dengan alumunium makadiperoleh bahan semikonduktor type P (bahan yang kekurangan elektron/mempunyaisifat positif). Jika dikotori dengan fosfor maka yang dipeoleh adalahsemikonduktor jenis N (bahan yang kelebihan electron, sehingga bersifatnegative). Ge mempunyai daya hantar lebih tinggi dibandingkan Si, sedangkan Silebih tahan panas dibanding Ge.

 

4. Bahan Magnetik (Magnetic Materials) dikelompokkan menjadi 3 kelompok,yaitu ferro magnetic, para-magnetic dan dia-magnetic. Bahan ferro-magneticadalah bahan yang mempunyai permeabilitas tinggi dan mudah sekali dialirigaris-garis gayamagnet. Contoh bahan yang mempunyai permeabilitas tinggi adalah besi, besipasir, stalloy, dan sebagainya. Selain itu sering dijumpai magnet yangmerupakan magnet permanen, misalnya alnico, cobalt, baja arang, dan sebagainya.Baja untuk magnet sering dijumpai pada pelat-pelat

motor/generator, pelat-pelattransformator, dan sebagainya. Dalam bidang elektronika, digunakan bahan magnetmisalnya pada speaker, alat-alat ukur elektronika, dan sebagainya.

 

5. Bahan Super Konduktor. Pada tahun 1911, Kamerligh Onnes mengukurperubahan tahanan listrik yang disebabkan oleh perubahan suhu Hg dalam heliumcair. Dia menemukan bahwa tahanan listrik tiba-tiba hilang pada suhu 4,153°K.Sampai saat ini telah ditemukan sekitar 24 unsur hantaran super dan lebihbanyak lagi paduan dan senyawa yang menunjukkan sifat-sifat hantaran super.Temperatur kritisnya berkisar antara 1 samapai 19° Kelvin. Bahan-bahan lead(timah), tin (timah patri), alumunium, dan mercury, pada sushu mendekati 0°Kmempunyai resistivitas nol.

 

6. Bahan Nuklir. Bahan nuklir sering dipakai sebagai bahan baker reaktornuklir. Reaktor nuklir adalah pesawat yang mengandung bahan-bahan nuklir yangdapat membelah, yang disusun sedemikian sehingga suatu reaksi berantai dapatberjalan dalam keadaan dan kondisi terkendali. Dengan sendirinya syarat agarsuatu bahan dapat dipergunakan sebagai bahan bakar nuklir adalah bahan yangdapat mengadakan fisi (pembelahan atom). Dalam reaktor nuklir digunakan bahanbakar uranium 235, plutonium-239, uranium-233.