4

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengolahan kelapa sawit

Pabrik kelapa sawit mengelolah TBS ( Tandan Buah Segar ) menjadi CPO

(crude palm oil) dan inti sawit. CPO dan inti yang dihasilkan dari Pabrik

Kelapa Sawit merupakan produk setengah jadi. Stasiun proses pengolahan

Tandan buah segar menjadi minyak kelapa sawit dan inti kelapa sawit

umumnya terdiri dari stasiun utama dan stasiun pendukung. Stasiun utama

berfungsi sebagai berikut penerimaan buah (Fruit receptoin), rebusan

(Sterilizer), Pemipilan (Stripper), pencacahan (digester ) dan pengempaan

(Presser), Pemurnian (Clarifier), Pemisahan biji dan kernel. Sementara,

stasiun pendukung berfungsi sebagai berikut, Pembangkit tenaga (power),

Laboratrium (Laboratory), Pengolahan air (water treatment), Penimbunan

produk (bulking), Bengkel (workshop). ( Pahan iyung, 2006).

Gambar 2.1 Pengolahan kelapa sawit

5

2.2 Sistem Pembangkit Tenaga Pengolahan Pabrik 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. 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 Pembangkit Tenaga uap

Siklus ideal yang mendasari siklus kerja dari suatu pembangkit daya uap

adalah siklus Rankine. Siklus Rankine berbeda dengan siklus-siklus udara

ditinjau dari fluida kerjanya yang mengalami perubahan fase selama siklus

pada saat evaporasi dan kondensasi. Perbedaan lainnya secara

6

termodinamika, siklus uap dibandingkan dengan siklus gas adalah bahwa

perpindahan kalor pada siklus uap dapat terjadi secara isotermal.

Proses perpindahan kalor yang sama dengan proses perpindahan kalor pada

siklus Carnot dapat dicapai pada daerah uap basah dimana perubahan

entalpi. fluida kerja akan menghasilkan penguapan atau kondensasi, tetapi

tidak pada perubahan temperatur. Temperatur hanya diatur oleh tekanan uap

fluida. Kerja pompa pada siklus Rankine untuk menaikkan tekanan fluida

kerja dalam fase cair akan jauh lebih kecil dibandingkan dengan

pemampatan untukcampuran uap dalam tekanan yang sama pada siklus

carnot.

Gambar 2.3 Siklus Rankine Sederhana

Siklus Rankine ideal terdiri dari 4 tahapan proses :

1-2 kompresi isentropik dengan pompa

2-3 penambahan panas dalam boiler secara isobar

3-4 ekspansi isentropik pada turbin

4-1 pelepasan panas pada kondenser secara isobar dan isotermal

7

Air masuk pompa pada kondisi 1 sebagai cairan jenuh dan

dikompresisampai tekanan operasi boiler. Temperatur air akan meningkat

selama kompresiisentropik karena menurunnya volume spesifik air. Air

memasuki boiler sebagai cairan terkompresi (compressed liquid) pada

kondisi 2 dan akan menjadi uap superheate pada kondisi 3. Dimana panas

diberikan ke boiler pada tekanan yang tetap. Boiler dan seluruh bagian yang

menghasilkan steam ini disebut steam generator. Uap superheated pada

kondisi 3 kemudian akan memasuki turbin. untuk diekspansi secara

isentropik dan akan menghasilkan kerja untuk memutarshaft yang terhubung

dengan generator listrik sehingga dpat dihasilkan listrik. Tekanan dan

temperatur dari steam akan turun selama proses ini menuju keadaan 4

dimana steam akan masuk kondenser dan biasanya sudah berupa uap jenuh.

Steam ini akan dicairkan pada tekanan konstan didalam kondenser dan akan

meninggalkan kondenser sebagai cairan jenuh yang akan masuk pompa

untuk melengkapi siklus ini. (Cengel dan Boles, 1994 : 553)

2.3 Termodinamika

2.3.1 Pengertian Termodinamika

Termodinamika berasal dari bahasa Yunani dimana Thermos yang artinya

panas dan Dynamic yang artinya perubahan. Termodinamika merupakan

ilmu yang menggambarkan usaha untuk mengubah kalor (perpindahan

energi yang disebabkan perbedaan suhu) menjadi energi serta sifat-sifat

pendukungnya. Termodinamika berhubungan erat dengan fisika energi,

panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika juga

berhubungan dengan mekanika statik. Cabang ilmu fisika ini mempelajari

pertukaran energi dalam bentuk kalor dan kerja, sistem pembatas dan

lingkungan.

8

2.3.2 Prinsip Termodinamika

Prinsip termodinamika sebenarnya adalah hal alami yang terjadi dalam

kehidupan sehari-hari. Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan

teknologi, termodinamika direkayasa sedemikian rupa sehingga menjadi

bentuk mekanisme yang dapat membantu manusia dalam kegiatannya.

Aplikasi termodinamika yang begitu luas dimungkinkan karena

perkembangan ilmu termodinamika sejak abad 17. Pengembangan ilmu

termodinamika dimulai dengan pendekatan makroskopik yaitu perilaku

umum partikel zat yang menjadi media pembawa energi.

2.3.3 Hukum-Hukum Termodinamika

Termodinamika memiliki hukum-hukum pendukungnya. Hukum-hukum ini

menjelaskan bagaimana dan apa saja konsep yang harus diperhatikan.

Seperti peristiwa perpindahan panas dan kerja pada proses termodinamika.

Sejak perumusannya, hukum-hukum ini telah menjadi hukum penting dalam

dunia fisika yang berhubungan dengan termodinamika. Penerapan hukum-

hukum ini juga diperlukan dalam berbagai bidang seperti bidang ilmu

lingkungan, otomotif, ilmu pangan, ilmu kimaia dan lain-lain. Berikut

hukum-hukum termodinamika :

a. Hukum Termodinamika I

Energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, energi hanya dapat

diubah dari bentuk energi satu ke energi lainnya. Dalam termodinamika,

apabila sesuatu diberikan kalor, maka kalor tersebut akan berguna untuk

usaha luar dan mengubah energi dalam. Bunyi hukum termodinamika I yaitu

“untuk setiap proses apabila kalor Q diberikan kepada sistem dan sistem

9

melakukan usaha W, maka akan terjadi perubahan energi dalam ΔU = Q –

W”.

b. Hukum Termodinamika II

Hukum kedua membatasi perubahan energi mana yang dapat terjadi dan

yang tidak. Pembatasan ini dinyatakan dengan berbagi cara, yaitu : “Aliran

kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu

rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya”

c. Hukum Termodinamika III

Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum

ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol

absolut (temperatur kelvin) semua proses akan berhenti dan entropi sistem

akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi

benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.

2.3.4 Kesetimbangan Termodinamika

Sebuah benda dapat dikatakan dalam keadaan kesetimbangan

termodinamika bila nilai dari besaran keadaan makroskopiknya tidak lagi

berubah dalam jangka waktu yang lama. Termodinamika hanya akan

meninjau besaran dalam keadaan sistem yang setimbang. Termodinamika

tidak meninjau bagaimana proses perubahan sistem mencapai kondisi

kesetimbangan termodinamika, karena itu tidak ada variabel waktu dalam

realisasi-realisasi termodinamika. Dalam keadaan nyata kesetimbangan

termodinamika adalah hal yang mustahil terjadi, hal ini dikarenakan sebuah

benda tidak akan lepas dari interaksinya dengan lingkungan yang

10

mempengaruhi keadaan benda sehingga perubahan dapat terjadi begitu

cepat.

a. Kesetimbangan Termal

Pencapaian kesetimbangan termal terjadi apabila dalam kondisi adanya

kemungkinan interaksi antara partikel kedua sistem, tidak ada total

perpindahan energi panas antara keduanya (tidak ada lagi perubahan

makro). Relasi kesetimbangan termal adalah suatu relasi ekuivalensi

sehingga dapat dikelompokkan benda-benda yang berada dalam keadaan

setimbang termal dan memiliki parameter. Fakta ini dikenal sebagai hukum

ke-nol termodinamika. Benda yang mencapai kesetimbangan termal satu

sama lainnya,diartikan memiliki temperatur yang sama. Termodinamika ke-

nol ini menjelaskan adanya besaran temperatur. Besaran temperatur tidak

bergantung pada nilai partikel. Walaupun sebuah benda tidak secara

keseluruhan berada dalam kesetimbangan termal, bagian-bagian dari benda

tersebut mungkin berada dalam keadaan kesetimbangan termal lokal.

b. Kesetimbangan Mekanik

Jika didalam sebuah sistem terdapat kesetimbangan sedemikian sehingga

tidak terjadi perubahan (makro) volume sistem dan lingkungan maka dapat

dikatakan bahwa sistem dan lingkungan berada dalam keadaan

kesetimbangan mekanik. Pada kondisi ini, sistem dan lingkungan akan

memiliki nilai tekanan yang sama.

c. Kesetimbangan Jumlah Partikel

Sebuah sistem akan dikatakan setimbang jumlah partikelnya jika partikel

yang keluar masuk sistem dalam jumlah yang sama, maka terdapat

11

kesetimbangan jumlah partikel antara sistem dan lingkungan. Ketika itu

antara sistem dan lingkungan akan memiliki tekanan yang sama.

2.3.5 Konsep Dasar Termodinamika

Pembagian dalam termodinamika mengarah kepada pembagian dunia

menjadi sistem yang dibatasi oleh kenyataan atau keidealan batasannya.

Sistem yang tidak termasuk dalam pertimbangan digolongkan sebagai

lingkungan. Dan pembagian yang sistem menjadi subsistem menjadi sistem

sangat mungkin terjadi, atau bisa jadi pembentukan sistem yang lebih besar.

Biasanya sistem ini bisa diuraikan menjadi beberapa parameter. Dari

prinsip-prinsip dasar termodinamika secara umum bisa diturunkan hubungan

antara kuantitas misal, koefisian ekspansi, kompresibilitas, panas jenis,

transformasi panas dan koefisien elektrik terutama sifat-sifat yang

dipengaruhi temperature (El-Wakil, 1982).

2.4 Pemeliharaan (Maintenance)

Kamus Besar Bahasa Indonesia mendefinisikan pemeliharaan sebagai

penjagaan harta kekayaan, terutama alat produksi agar tahan lama dan tetap

dalam kondisi yang baik. Jadi tujuan pemeliharaan menjaga mesin dan

peralatan terhadap kerusakan dan kegagalan mesin dalam berproduksi.

Secara umum kata pemeliharaan tidak akan terlepas dengan pekerjaan

memperbaiki, membongkar, atau memeriksa mesin secara saksama dan

menyeluruh (Maintenance, Repair, and Overhaul - MRO). Sistem

pemeliharaan sendiri mencakup pengertian memperbaiki perangkat mekanik

dan atau kelistrikan yang menjadi rusak.

12

Pemeliharaan juga bermakna melakukan tindakan rutin guna menjaga

perangkat (dikenal sebagai pemeliharaan terjadwal) atau mencegah

timbulnya gangguan (pemeliharaan pencegahan). Jadi MRO dapat

didefinisikan sebagai, "semua tindakan yang bertujuan untuk

mempertahankan atau memulihkan komponen atau mesin kekeadaan ideal

agar dapat menjalankan fungsinya sesuai kebutuhan perusahaan.

Tindakannya mencakup kombinasi dari semua manajerial teknis,

administratif dan tindakan pengawasan yang sesuai."

Tidak ada mesin maupun peralatan yang mampu berproduksi selamanya,

beberapa mampu bertahan atau bekerja sesuai standar operasional.

Kebutuhan pemeliharaan umumnya juga didasarkan pada prediksi kegagalan

nyata atau standar idealnya. Setiap kali kita gagal dalam melakukan kegiatan

pemeliharaan seperti permintaan perancang peralatan, maka akan

mempersingkat umur operasi peralatan tersebut. Selama beberapa tahun

terakhir, pendekatan yang berbeda tentang bagaimana perawatan dapat

dilakukan untuk memastikan peralatan mencapai atau melebihi umur

rencana perusahaan telah dikembangkan dinegara industri. Selain menunggu

sebuah peralatan gagal (reaktif pemeliharaan), kita dapat memanfaatkan

pemeliharaan preventif, pemeliharaan prediktif, atau keandalan berpusat

pemeliharaan.

2.4.1 Tujuan Pemeliharaan

Setiap jenis kegiatan pemeliharaan pasti mempunyai tujuan. Secara umum

tujuan dilakukannya pemeliharaan adalah menjaga kondisi dan atau untuk

memperbaiki mesin agar dapat berfungsi sesuai tujuan usaha. Kondisi yang

diterima adalah sesuai mesin yang mampu menghasilkan produk sesuai

13

standar, yaitu memenuhi toleransi bentuk, ukuran dan fungsi. Namun

demikian secara umum tujuan utama pemeliharaan adalah:

1. Menjamin ketersedian optimum peralatan yang tepat guna memenuhi

rencana kegiatan produksi dan proses produksi dapat memperoleh laba

investasi secara maksimal.

2. Memperpanjang umur produktif suatu mesin pada tempat kerja,

bangunan dan seluruh isinya.

3. Menjamin ketersediaan seluruh peralatan yang diperlukan dalam kondisi

darurat.

4. Menjamin keselamatan semua orang yang berada dan menggunakkan

sarana tersebut.

2.4.2 Klasifikasi Pemeliharaan

Menurut (Ngadiyono, 2010), secara garis besar manajemen pemeliharaan

dapat dibagi dalam tiga jenis, yaitu: perbaikan pemeliharaan (maintenance

improvement), pemeliharaan preventif (maintenance preventive) dan

pemeliharaan korektif (maintenance corrective).

a. Perbaikan Pemeliharaan (Maintenance Improvement)

Manajemen pemeliharaan dari waktu kewaktu harus meningkat untuk

memperbaiki segala kekurangan yang ada. Oleh karenanya perbaikan

pemeliharaan merupakan upaya untuk mengurangi atau menghilangkan

kebutuhan pemeliharaan. Kita sering terlibat dalam menjaga pemeliharaan,

namun kita lupa untuk merencanakan dan menghilangkan sumbernya. Oleh

karenanya keandalan rekayasa diharapkan mampu menekan kegagalan

14

sebagai upaya menghapus kebutuhan perawatan. Kesemuanya ini

merupakan pra-tindakan, bukan bereaksi.

b. Pemeliharaan Preventif (Maintenance Preventive)

Pelaksanaan pemeliharaan preventif sebenarnya sangat bervariasi. Beberapa

program dibatasi hanya pada pelumasan dan sedikit penyesuaian. Program

pemeliharaan preventif lebih komprehensif dan mencakup jadwal perbaikan,

pelumasan, penyesuaian, dan membangun kembali semua mesin sesuai

perencanaan. Prioritas utama untuk semua program pemeliharaan preventif

adalah pedoman penjadwalan. Semua manajemen pemeliharaan program

preventif mengasumsikan bahwa mesin dalam jangka waktu tertentu

produktifitasnya akan menurun sesuai klasifikasinya. Program preventif

dapat dibagi 3 (tiga) macam :

1. Time driven : program pemeliharaan terjadwal, yaitu dimana komponen

diganti berdasarkan waktu atau jarak tempuh pemakaian. Sistem ini

banyak digunakan perusahaan yang menggunakan mesin dengan

komponen yang tidak terlalu mahal.

2. Predictive : pengukuran untuk mendeteksi timbulnya degradasi sistem

(turunnya fungsi), sehingga diperlukan mencari penyebab gangguan

untuk dihilangkan atau dikontrol sebelum segala sesuatunya membawa

dampak penurunan fungsi komponen secara signifikan.

3. Proactive : perbaikan mesin didasarkan hasil studi kelayakan mesin.

Sistem ini banyak diaplikasikan pada industri yang menggunakan mesin-

mesin dengan komponen yang berharga mahal.

15

c. Pemeliharaan Korektif (Maintenance Corrective)

Sistem ini dilakukan ketika sistem produksi berhenti berfungsi atau tidak

sesuai dengan kondisi operasi yang diharapkan. Pada umumnya berhentinya

sistem diakibatkan kerusakan komponen yang telah atau sedang dalam

proses kerusakan. Kerusakan yang terjadi umumnya akibat tidak

dilakukannya kegiatan preventive maintenance maupun telah dilakukannya

kegiatan preventive maintenance tetapi kerusakan dalam batas dan kurun

waktu tertentu tetap rusak.

Kegiatan corrective maintenance biasa disebut pula sebagai breakdown

maintenance, namun demikian kegiatannnya dapat terdiri dari perbaikan,

restorasi atau penggantian komponen. Pemeliharaan korektif berbeda dari

pemeliharaan. Pada sistem ini tidak dilakukan pemeliharaan secara berkala

dan tidak terjadwal. Kebijakan untuk melakukan corrective maintenance

saja tanpa adanya kegiatan preventive maintenance, dapat menimbulkan

hambatan proses produksi atau membuat macet jalannya proses produksi.

Kebijakan yang mungkin tepat akan tindakan corrective maintenance adalah

atas dasar pertimbangan emergency akibat kerusakan-kerusakan yang tidak

terduga atas aset atau peralatan. Kondisi inilah yang menuntut adanya

tindakan reaktif (reactive maintenance), karena tidaklah mungkin menduga

dan menjadwal datangnya kerusakan. Namun manakala kerusakan datang

pada saat proses produksi berlangsung, maka akibat yang ditimbulkan

akibat hanya dilakukannya corrective maintenance adalah kerusakan yang

parah dibandingkan preventive maintenance.

16

2.4.3 Efisiensi Pemeliharaan

Asumsi dasar penerapan perawatan adalah bahwa makin baik perawatan

makin tinggi effisiensi dan keuntungan yang akan diperoleh. Ada dua

persoalan umum yang dihadapi perusahaan dalam penerapan perawatan,

yaitu masalah teknik dan masalah ekonomi. Adapun masalah tekniis adalah

segala upaya untuk menyiapkan mesin/alat agar siap pakai, terencana dan

terukur. Artinya bahwa semua mesin/alat terhindar dari kemacetan

mendadak akibat tidak pernah dilakukan inspeksi dari program preventive.

Sistim pemeliharaan yang baik adalah berbeda untuk masingmasing pabrik

karena masing-masing pabrik berbeda dalam pemakaian bahan dan

energinya. Sistim pemeliharaan dimulai dengan mengoptimumkan sistim

teknis pemeliharaan agar menjadi efisien, ini adalah konsep pemeliharaan

produktif dengan basis ekonomi. Jadi dalam aspek ekonomi yang menjadi

penekanan adalah bagaimana upaya-upaya yang harus dilakukan agar

pemeliharaan menekan biaya dan menguntungkan perusahaan.

Kerjasama yang baik diantara bagian perencanaan, bagian inspeksi, dan

bagian produksi harus dijaga untuk mengoptimumkan sistim yang dipakai

pada pemeliharaan produktif. Tujuan dari pemeliharaan atau perencanaan

lain adalah untuk merencanakan pemeliharaan dari masing-masing fasilitas

yang ada sesuai dengan umur masa pakainya dan dengan mengurangi biaya

pemeliharaan tahunan, dengan cara pendekatan inspeksi dan pekerjaan

perbaikan pada waktu diadakannya pembongkaran pabrik tahunan atau

pemeliharaan yang lain-lain.

17

Optimisasi perencanaan biaya pemeliharaan untuk pekerja lapangan pada

saat pembongkaran pabrik dan pekerjaan pemeliharaan harian dapat

dievaluasi langsung melalui sifat-sifat dari pabrik. Keperluan memasang

mesin cadangan/equipmen ditentukan oleh hasil dari konsep pemeliharaan

produktif. Biaya tambahan untuk unit-unit cadangan dapat ditentukan

dengan membandingkan biaya investasi dengan uang yang kembali bila kiat

memakai sistim pemeliharaan rutin untuk seluruh mesin yang ada dalam

pabrik tersebut. Secara umum mesin-mesin atau equipmen yang besar dan

mahal diharapkan dapat berjalan secara rutin pada masa-masa pemeliharaan

tersebut, hingga mesin-mesin atau unit-unit cadangan dapat ditiadakan.

2.5 Analisa Kegagalan

Suatu logam mempunyai sifat-sifat tertentu yang dibedakan atas sifat fisik,

mekanik, thermal, dan korosif. Salah satu yang penting dari sifat tersebut

adalah sifat mekanik. Sifat mekanik terdiri dari keuletan, kekerasan,

kekuatan, dan ketangguhan.

Sifat mekanik merupakan salah satu acuan untuk melakukan proses

selanjutnya terhadap suatu material, contohnya untuk dibentuk dan

dilakukan proses permesinan. Untuk mengetahui sifat mekanik pada suatu

logam harus dilakukan pengujian terhadap logam tersebut. Salah satu

pengujian yang dilakukan adalah pengujian tarik.

Analisa kegagalan adalah langkah-langkah pemeriksaan kegagalan atau

kerusakan pada pemeriksaan kegagalan atau kerusakan pada suatu

komponen yang mencakup situasi dan kondisi kegagalan atau kerusakan

18

tersebut, sehingga dapat ditentukan penyebab dari kegagalan atau kerusakan

yang terjadi. tersebut. Tujuan analisa kegagalan adalah :

1. Menemukan penyebab utama kegagalan

2. Menghindari kegagalan atau kerusakan yang sama dimasa yang akan

dating dengan melakukan langkah-langkah penanggulangan

3. Sebagai bahan pengaduan teknis terhadap pembuat komponen

4. Sebagai langkah awal untuk perbaikan kualitas komponen tersebut

5. Sebagai penentuan kapan waktu perawatan dilakukan

Menurut (Hamdani, 2012) kegagalan pada komponen boiler merupakan

salah satu penyebab menurunnya produktivitas. Penyebab kegagalan yang

sering terjadi pada komponen boiler adalah sebagai berikut, yaitu :

1. overheating/creep

2. fatik (kelelahan)

3. korosi (pengkaratan)

4. erosi (pengikisan)

5. kurangnya kontrol kualitas

2.6 Pengertian Logam

Logam adalah unsur kimia yang memiliki sifat kuat, keras, liat, merupakan

penghantar panas dan listrik, serta mempunyai titik lebur tinggi. Benda

logam pada awalnya dibuat dari bijih logam, dimana bijih logam dapat

diperolah dengan cara menambang baik yang berupa bijih logam murni

maupun yang bercampur dengan materi lain.

19

Bijih logam yang diambil dalam keadaan murni diantaranya adalah emas,

platina, perak, bismus dll. Sedangkan ada juga bijih logam yang bercampur

dengan unsur lain seperti tanah liat, fosfor, silikon, karbon, serta pasir.

a. Logam Ferro

Logam ferro adalah suatu logam paduan yang terdiri dari campuran unsur

karbon dengan besi. Untuk menghasilkan suatu logam paduan yang

mempunyai 2 sifat yang berbeda dengan besi dan karbon maka dicampur

dengan bermacam logam lainnya. Logam adalah elemen kerak bumi

(mineral) yang terbentuk secara alami. Jumlah logam diperkirakan 4% dari

kerak bumi. Logam dalam bidang keteknisian adalah besi. Biasanya dipakai

untuk konstruksi bangunan-bangunan, pipa-pipa, alat-alat pabrik dan

sebagainya.

Contoh dari logam yang sudah memiliki sifat-sifat penggunaan teknis

tertentu dan dapat diperoleh dalam jumlah yang cukup adalah besi, tembaga,

seng, timah, timbel nikel, aluminium, magnesium. Kemudian tampil logam-

logam lain bagi penggunaan khusus dan paduan, seperti emas, perak, platina,

iridium, wolfram, tantal, molybdenum, titanium, vokalt, anti monium

(metaloid), khrom, vanadium, beryllium, dan lain-lain.

Logam adalah unsur kimia yang mempunyai sifat-sifat, yaitu :

a. Dapat ditempa dan diubah bentuk

b. Penghantar panas dan listrik

c. Keras (tahan terhadap goresan, potongan atau keausan), kenyal (tahan

patah bila dibentang), kuat (tahan terhadap benturan, pukulan martil),

dan liat (dapat ditarik).

20

Yang dimaksud besi dalam bidang teknik adalah besi teknis, bukan besi

murni, karena besi murni (Fe) tidak memenuhi pernyataan teknik,

persyaratan teknik adalah kekuatan bahan, keuletan, dan ketertahanan

terhadap pengaruh luar (korosi, aus, bahan kimia, suhu tinggi dan

sebagainya).

Besi teknis selalu tercampur dengan unsure-unsur lain misalnya karbon (C),

silicon (Si), mangan (Mn), Fosfor (P), dan belerang (S). Unsur-unsur

tersebut harus dalam kadar tertentu, sesuai dengan sifat-sifat yang

dikehendaki, secara garis besar besi teknik terbagi menjadi :

a. Besi kasar : kadar karbon lebih besar dari 3,5%, tidak dapat ditempa.

b. Besi : kadar karbon lebih besar dari 2,5%, tidak dapat ditempa.

c. Baja : kadar karbon kurang dari 1,7%, dapat ditempa.

b. Logam Non Ferro

Logam non ferro ialah jenis logam yang secara kimiawi tidak memiliki

unsur besi atau Ferro (Fe), oleh karena itu logam jenis ini disebut sebagai

logam bukan Besi (non Ferro). Beberapa dari jenis logam ini telah

disebutkan dimana termasuk logam yang banyak dan umum digunakan baik

secara murni maupun sebagai unsur paduan. Dengan semakin

berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi terutama dalam pengolahan

bahan logam, menjadikan semua jenis logam digunakan secara luas dengan

berbagai alasan, mutu produk yang semakin ditingkatkan, kebutuhan

berbagai peralatan pendukung teknologi serta keterbatasan dari ketersediaan

bahan-bahan yang secara umum digunakan dan lain-lain.

21

Logam non Ferro ini terdapat dalam berbagai jenis dan masing-masing

memiliki sifat dan karakteristik yang berbeda secara spesifik antara logam

yang satu dengan logam yang lainnya. Keberagaman sifat dan karakteristik

dari logam Non Ferro ini memungkinkan pemakaian secara luas baik

digunakan secara murni atau pun dipadukan antara logam non ferro bahkan

dengan logam Ferro untuk mendapatkan suatu sifat yang baru yang berbeda

dari sifat asalnya.

2.7 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 material yang dapat kembali kedimensi awal

setelah beban dihilangkan. Sangat sulit menentukan nilai tepat elastisitas,

yang dapat dilakukan adalah menentukan rentang elastisitas/batas

elastisitas.

4. 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.

5. 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.

6. Kelunakan (malleability) adalah sifat bahan yang mengalami deformasi

plastis terhadap beban tekan sebelum benar-benar patah.

7. Ketangguhan (toughness) adalah sifat material yang mampu menahan

beban impak, sebagian energi diserap dan sebagian dipindahkan.

8. 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.

2.8 Diagram fasa logam

Diagram fasa adalah diagram yang menampilkan hubungan antara

temperature dimana terjadi perubahan fasa selama proses pendinginan dan

23

pemanasan yang lambat dengan karbon.Diagram ini merupakan dasar

pemahaman untuk semua operasional perlakuan panas.

Fungsi diagram fasa adalah memudahkan memilih temperatur pemanasan

yang sesuai untuk setiap proses perlakuan panas baik proses pendinginan ,

normalizing maupun proses pengerasan.

Baja adalah paduan besi dengan karbon maksimal sampai sekitar 1,7%.

Paduan besi diatas 1,7% disebut cast iron.Perlakuan panas bertujuan untuk

memperoleh struktur mikro dan sifat yang diinginkan. Struktur mikro dan

sifat yang diinginkan dapat diperoleh melalui pemanasan dan proses

pendinginan pada temperature tertentu.

Macam macam struktur yang ada pada baja:

Ferit

Ferit adalah larutan padat karbon dan unsur paduan lainnya pada besi kubus

(fe). Ferit terbentuk akibat proses pendinginan yang lambat dari austentit

baja hypotektoid pada saat mencapai pemanasan. Ferit bersifat lunak , ulet

dan memiliki kenduktifitas yang tinggi

Sementit

Sementit adalah senyawa besi dengan karbon yang umum dikenal sebagai

kabrida besi dengan persentase karbon 6,67%. Sementit mempunyai sifat

getas.

Perlit

Perlit adalah campuran sementit dan ferit yang memiliki kekerasan sekitar

10-30 HRC. Perlit yang terbentuk sedikit dibawah temperature eutectoid

memiliki kekerasan yang lebih rendah dan memerlukan waktu inkubasi yang

lebih banyak

24

Bainit

Bainit merupakan fasa yang kurang stabil yang diperoleh dari asutentit pada

temperatur yang lebih rendah dari temperatur transformasi ke perlit dan

lebih tinggi dari transformasi ke martensit.

Martensit

Martensit merupakan larutan padat dari karbon yang lewat jenuh pada besi

alfa sehingga sel satuannya terdistorsi.

Karbon adalah unsur penstabil austentit. Kelarutan maksimum dari karbon

pada austentit adalah sekitar 1.7% pada temperature 1140ºC , sedangkan

kelarutan karbon pada ferit naik dari 0% pada 910ºC menjadi 0.025% pada

730ºC.

Pada pendinginan lanjut , kelarutan karbon pada ferit menurun menjadi

0,08% pada temperatur kamar. Kegunaan dari baja tergantung dari sifat-

sifatnya yang sangat bervariasi yang diperoleh dari pemaduan dan penerapan

proses perlakuan panas. Sifat mekanik dari baja sangat tergantung pada

struktur mikronya , sedangkan struktur mikro sangat mudah diubah melalui

proses perlakuan panas. Berikut adalah Gambar diagram fasa logam :

25

Gambar 2.4 Diagram Fasa Logam

2.10 Metalografi

Pengetahuan metalografi pada dasarnya mempelajari karakteristik struktur

dan susunan dari suatu logam atau paduan logam dalam hubungannya

dengan suatu analisis. Metalografi merupakan suatu ilmu yang mempelajari

karakteristik mikrostruktur suatu logam, paduan logam dan material lainnya

serta hubungannya dengan sifat-sifat material tersebut.

Alat uji yang digunakan untuk mengamati struktur mikro adalah Olympus

Metallurgycal Microscope dan yang digunakan untuk pengambilan gambar

struktur mikro yaitu Olympus Photomicrographic System. Standar uji yang

digunakan dalam pengujian ini terdiri dari standar persiapan sebelum uji

struktur mikro (ASTM E3) dan standar pelaksanaan uji struktur mikro

(ASTM E7). ASTM E3 (Standard Practice for Preparation of

Metallographic Specimenns) berisi tentang persiapan sebelum pelaksanaan

foto mikro seperti pemilihan permukaan pada spesimen, pembuatan ukuran

dan juga pemotongan pada spesimen, pembersihan dan penghalusan

permukaan spesimen, pelapisan spesimen(resin), proses gerinda, poles, dan

26

proses pengetsaan. Sedangkan ASTM E7 (standar terminologi Relating to

Metalografi) berisi tentang istilah, proses dan syarat-syarat pada uji

metalografi. (Sydney, H.A.,1974).

Pengujian ini dilakukan untuk mengetauhi struktur makro dan mikro suatu

permukaan logam. Adapun langkah-langkah yang dilakukan untuk

pengujian ini adalah sebagai berikut :

a. Pemotongan (Sectioning)

Proses Pemotongan merupakan pemindahan material dari sampel yang besar

menjadi spesimen dengan ukuran yang kecil. Pemotongan yang salah akan

mengakibatkan struktur mikro yang tidak sebenarnya karena telah

mengalami perubahan. Kerusakan pada material pada saaat proses

pemotongan tergantung pada material yang dipotong, alat yang digunakan

untuk memotong, kecepatan potong dan kecepatan makan. Pada beberapa

spesimen, kerusakan yang ditimbulkan tidak terlalu banyak dan dapat

dibuang pada saat pengamplasan dan pemolesan.

b. Pembingkaian ( Mounting)

Pembingkaian seringkali diperlukan pada persiapan spesimen metalografi,

meskipun pada beberapa spesimen dengan ukuran yang agak besar, hal ini

tidaklah mutlak. Akan tetapi untuk bentuk yang kecil atau tidak beraturan

sebaiknya dibingkai untuk memudahkan dalam memegang spesimen pada

proses pngamplasan dan pemolesan.Sebelum melakukan pembingkaian,

pembersihan spesimen haruslah dilakukan dan dibatasi hanya dengan

perlakuan yang sederhana detail yang ingin kita lihat tidak hilang. Sebuah

perbedaan akan tampak antara bentuk permukaan fisik dan kimia yang

27

bersih. Kebersihan fisik secara tidak langsung bebas dari kotoran padat,

minyak pelumas dan kotoran lainnya, sedangkan kebersihan kimia bebas

dari segala macam kontaminasi. Pembersihan ini bertujuan agar hasil

pembingkaian tidak retak atau pecah akibat pengaruh kotoran yang ada.

Dalam pemilihan material untuk pembingkaian, yang perlu diperhatikan

adalah perlindungan dan pemeliharaan terhadap spesimen. Bingkai haruslah

memiliki kekerasan yang cukup, meskipun kekerasan bukan merupakan

suatu indikasi, dari karakteristik abrasif. Material bingkai juga harus tahan

terhadap distorsi fisik yang disebabkan oleh panas selama pengamplasan,

selain itu juga harus dapat melkukan penetrasi ke dalam lubang yang kecil

dan bentuk permukaan yang tidak beraturan.

c. Pengerindaan, Pengamplasan dan Pemolesan

Pada proses ini dilakukan penggunaan partikel abrasif tertentu yang

berperan sebagai alat pemotongan secara berulang-ulang. Pada beberapa

proses, partikel-partikel tersebut dsisatukan sehingga berbentuk blok dimana

permukaan yang ditonjolkan adalah permukan kerja. Partikel itu dilengkapi

dengan partikel abrasif yang menonjol untuk membentuk titik tajam yang

sangat banyak. Perbedaan antara pengerindaan dan pengamplasan terletak

pada batasan kecepatan dari kedua cara tersebut. Pengerindaan adalah suatu

proses yang memerlukan pergerakan permukaan abrasif yang sangat cepat,

sehingga menyebabkan timbulnya panas pada permukaan spesimen.

Sedangkan pengamplasan adalah proses untuk mereduksi suatu permukaan

dengan pergerakan permukaan abrasif yang bergerak relatif lambat sehingga

panas yang dihasilkan tidak terlalu signifikan.

28

Dari proses pengamplasan yang didapat adalah timbulnya suatu sistim yang

memiliki permukaan yang relatif lebih halus atau goresan yang seragam

pada permukaan spesimen. Pengamplasan juga menghasilkan deformasi

plastis lapisan permukaan spesimen yang cukup dalam. Proses pemolesan

menggunakan partikel abrasif yang tidak melekat kuat pada suatu bidang

tapi berada pada suatu cairan di dalam serat-serat kain. Tujuannya adalah

untuk menciptakan permukaan yang sangat halus sehingga bisa sehalus

kaca sehingga dapat memantulkan cahaya dengan baik. Pada pemolesan

biasanya digunakan pasta gigi, karena pasta gigi mengandung Zn dan Ca

yang akan dapat mengasilkan permukaan yang sangat halus. Proses untuk

pemolesan hampir sama dengan pengamplasan, tetapi pada proses

pemolesan hanya menggunakan gaya yang kecil pada abrasif, karena

tekanan yang didapat diredam oleh serat-serat kain yang menyangga

partikel.

d. Pengetsaan (Etching)

Etsa dilakukan dalam proses metalografi adalah untuk melihat struktur

mikro dari sebuah spesimen dengan menggunakan mikroskop optik.

Spesimen yang cocok untuk proses etsa harus mencakup daerah yang

dipoles dengan hati-hati, yang bebas dari deformasi plastis karena deformasi

plastis akan mengubah struktur mikro dari spesimen tersebut. Proses etsa

untuk mendapatkan kontras dapat diklasifikasikan atas proses etsa tidak

merusak (non disctructive etching) dan proses etsa merusak (disctructive

etching).

1).Etsa Tidak Merusak (Non Discructive Etching)

29

Etsa tidak merusak terdiri atas etsa optik dan perantaraan kontras dari

struktur dengan pencampuran permukaan secara fisik terkumpul pada

permukaan spesimen yang telah dipoles. Pada etsa optik digunakan teknik

pencahayaan khusus untuk menampilkan struktur mikro. Beberapa metode

etsa optik adalah pencahayaan gelap (dark field illumination), polarisasi

cahaya mikroskop (polarized light microscopy) dan differential interfence

contrast.

Pada penampakan kontras dengan lapisan perantara, struktur mikro

ditampilkan dengan bantuan interfensi permukaan tanpa bantuan bahan

kimia. Spesimen dilapisi dengan lapisan transparan yang ketebalannya kecil

bila dibandingkan dengan daya pemisah dari mikroskop optik. Pada

mikroskop interfensi permukaan, cahaya ynag terjadi pada sisa-sisa film

dipantulkan ke permukaan perantara spesimen.

2) Etsa Merusak (Desctructive Etching)

Etsa merusak adalah proses perusakan permukaan spesimen secara kimia

agar terlihat kontras atau perbedaan intensitas dipermukaan spesimen. Etsa

merusak terbagi dua metode yaitu etsa elektrokimia (electochemical

etching) dan etsa fisik (phisical etching). Pada etsa elektrokimia dapat

diasumsikan korosi terpaksa, dimana terjadi reaksim serah terima elektron

akibat adanya beda potensial daerah katoda dan anoda. Beberapa proses

yang termasuk etsa elektokimia adalah etsa endapan (precipitation etching),

metode pewarnaan panas (heat tinting), etsa kimia (chemical etching) dan

etsa elektrolite (electrolytic etching).Pada etsa fisik dihasilkan permukaan

yang bebas dari sisa zat kimia dan menawarkan keuntungan jika etsa

30

elektrokimia sulit dilakukan. Etsa ion dan etsa termal adalah teknik etsa fisik

yang mengubah morfologi permukaan spesimen yang telah dipoles.

e. Menganalisa dengan Mikroskop

Menganalisa dilakukan dengan Microskop, sampel yang telah dietsa diamati

dengan microskop sesuai pembesaran yang kita inginkan sampai 800 kali

pembesaran. Hasil yang didapat difoto dengan menggunakan software

raxvision.. Berikut adalah langkah langkah pengamatan dengan mickroskop.

A. Menyiapkan sampel dan memastikan sampel bersih

B. Meletakkan sampel pada plat landasan nicroskop dan berada pada posisi

horizontal.

C. Menyiapkan mikroskop untuk pengujian.

D. Meletakkan sampel tepat pada bawah lensa mikroskop

E. Menghidupkan mikroskop dan mensinkronkan dengan laptop , melalui

aplikasi ravixion.

F. Mengarahkan pandangan mikroskop pada bagian sampel yang akan

diamati dengan cara memutar posisi maju – mundur dan kanan – kiri ,

sampai gambar yang diinginkan dapat dan foto berulang – ulang melalui

aplikasi ravixion.

G. Mengamati foto dengan Table Metal Handbook .