4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sifat Kemagnetan Bahan

Sifat Kemagnetan Bahan Berdasarkan sifat medan magnet atomis, bahan

dibagi menjadi tiga golongan, yaitu diamagnetik, paramagnetik dan

ferromagnetik. Bahan diamagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet

atomis masing-masing atom atau molekulnya nol, tetapi orbit dan spinnya

tidak nol (Halliday & Resnick, 1989). Bahan diamagnetik tidak mempunyai

momen dipol magnet permanen. Jika bahan diamagnetik diberi medan

magnet luar, maka elektron-elektron dalam atom akan berubah gerakannya

sedemikian hingga menghasilkan resultan medan magnet atomis yang

arahnya berlawanan. Sifat diamagnetik bahan ditimbulkan oleh gerak orbital

elektron sehingga semua bahan bersifat diamagnetik karena atomnya

mempunyai elektron orbital. Bahan dapat bersifat magnet apabila susunan

atom dalam bahan tersebut mempunyai spin elektron yang tidak berpasangan.

Dalam bahan diamagnetik hampir semua spin elektron berpasangan,

akibatnya bahan ini tidak menarik garis gaya. Permeabilitas bahan

diamagnetik adalah μ < μ0 dan suseptibilitas magnetiknya χ m < 0 . Contoh

bahan diamagnetik yaitu: bismut, perak, emas, tembaga dan seng. Bahan

paramagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing-

masing atom/molekulnya tidak nol, tetapi resultan medan magnet atomis total

seluruh atom/molekul dalam bahan nol (Halliday & Resnick, 1989).

Hal ini disebabkan karena gerakan atom/molekul acak, sehingga resultan

medan magnet atomis masing-masing atom saling meniadakan. Bahan ini jika

diberi medan magnet luar, maka elektron-elektronnya akan berusaha

sedemikian rupa sehingga resultan medan magnet atomisnya searah dengan

medan magnet luar. Sifat paramagnetik ditimbulkan oleh momen magnetik

spin yang menjadi terarah oleh medan magnet luar. Pada bahan ini, efek

diamagnetik (efek timbulnya medan magnet yang melawan medan magnet

penyebabnya) dapat timbul, tetapi pengaruhnya sangat kecil. Permeabilitas

5

bahan paramagnetik adalah μ > μ0 , dan suseptibilitas magnetik bahannya >

0. χ m contoh bahan paramagnetik: alumunium, magnesium, wolfram dan

sebagainya. Bahan diamagnetik dan paramagnetik mempunyai sifat

kemagnetan yang lemah. Perubahan medan magnet dengan adanya bahan

tersebut tidaklah besar apabila digunakan sebagai pengisi kumparan toroida.

Bahan ferromagnetik adalah bahan yang mempunyai resultan medan atomis

besar (Halliday & Resnick, 1989). Hal ini terutama disebabkan oleh momen

magnetik spin elektron. Pada bahan ferromagnetik banyak spin elektron yang

tidak berpasangan, misalnya pada atom besi terdapat empat buah spin

elektron yang tidak berpasangan. Masing-masing spin elektron yang tidak

berpasangan ini akan memberikan medan magnetik, sehingga total medan

magnetik yang dihasilkan oleh suatu atom lebih besar. Medan magnet dari

masing-masing atom dalam bahan ferromagnetik sangat kuat, sehingga

interaksi diantara atom-atom tetangganya menyebabkan sebagian besar atom

akan mensejajarkan diri membentuk kelompok-kelompok. 8 Kelompok atom

yang mensejajarkan dirinya dalam suatu daerah dinamakan domain.

Bahan feromagnetik sebelum diberi medan magnet luar mempunyai

domain yang momen magnetiknya kuat, tetapi momen magnetik ini

mempunyai arah yang berbeda-beda dari satu domain ke domain yang lain

sehingga medan magnet yang dihasilkan tiap domain saling meniadakan. H

(a) (b) Gambar 1. Arah domain-domain dalam bahan ferromagnetik sebelum

dan sesudah diberi medan magnet luar (Surya, 1989). Bahan ini jika diberi

medan magnet dari luar, maka domain-domain ini akan mensejajarkan diri

searah dengan medan magnet dari luar. Semakin kuat medan magnetnya

semakin banyak domain-domain yang mensejajarkan dirinya. Akibatnya

medan magnet dalam bahan ferromagnetik akan semakin kuat. Setelah

seluruh domain terarahkan, penambahan medan magnet luar tidak memberi

pengaruh apa-apa karena tidak ada lagi domain yang disearahkan. Keadaan

ini dinamakan jenuh atau keadaan saturasi. Permeabilitas bahan

ferromagnetik adalah μ >>> μ0 dan suseptibilitas bahannya χ m >>> 0 .

contoh bahan ferromagnetik : besi, baja, besi silicon dan lain-lain. Sifat

6

kemagnetan bahan ferromagnetik ini akan hilang pada temperatur 9 yang

disebut Temperatur Currie. Temperatur Curie untuk besi lemah adalah 7700

C, dan untuk baja adalah 10430 C (Kraus. J. D, 1970).

Neodymium adalah logam putih keperakan yang ulet dan lentur. Mudah

teroksidasi di udara untuk membentuk oksida, Nd2O3, spalls yang

mengekspos logam untuk oksidasi lebih lanjut. Neodymium harus disimpan

dan disegel dalam penutup plastik atau disimpan dalam ruang hampa atau

dalam suasana inert. Bereaksi secara bertahap dengan asam-kecuali mineral

asam fluorida (HF), di mana Neodymium membentuk lapisan pelindung

trifluorida, NdF3. Neodymium sangat paramagnetik dan

antiferromagnetically pada 7,5 dan 19,9 K (-265,7 dan -253,3 ° C, atau -446,2

dan -423,9 ° F) dengan momen magnetik spontan berkembang secara terpisah

di bentuk independen yang berbeda, masing-masing heksagonal dan kubik.

Kimiawan Austria Carl Auer von Welsbach menemukan neodymium pada

tahun 1885 dengan memisahkan amonium nitrat didymium dibuat dari

didymia (campuran rare-earth oksida) menjadi fraksi neodymium dan fraksi

praseodymium dengan kristalisasi berulang. Dari rare-earth, hanya yttrium,

lanthanum, dan cerium yang lebih banyak daripada neodymium. Dalam

batuan beku di kerak bumi, Neodymium dua kali lebih melimpah dari timah

dan sekitar setengah kali banyaknya tembaga.

7

2.2 Magnet

Definisi magnet berasal dari bahasa Yunani yaitu magnes atau magnetis

lithos yang berarti batu dari magnesia. Magnet merupakan benda yang dapat

menarik benda-benda lain di sekitarnya seperti besi, baja, dan kobalt. Sebuah

magnet terdiri atas magnet-magnet elementer yang tersusun secara teratur. Magnet

mmepunyai bagian yang paling kuat daya tariknya yaitu bagian kutub magnet,

terdiri dari kutub utara (KU) dan kutub Selatan (KS) .Sifat-sifat kutub magnet

adalah kutub-kutub sejenis jika didekatkan, akan tolak menolak. Sedangkan

kutub-kutub tidak sejenis jika didekatkan, akan tarik menarik. Ruangan di sekitar

magnet yang masih dipengaruhi adanya gaya magnet disebut medan magnet. Kuat

medan magnet ditunjukkan oleh garis-garis magnet yang disebut fluks.

Mengalirkan arus listrik searah pada kawat konduktor yang dililitkan pada besi

lunak. Kekuatan magnet seperti ini tergantung dari jumlah lilitan besarnya kuat

arus listrik yang mengalir. Magnet seperti ini disebut electromagnet.

Sifat kemagnetan suatu bahan digolongkan menjadi magnet tetap dan

magnet sementara. Penggolongan benda terhadap pengaruh magnet sebagai

berikut:

1. Ferro magnetic

2. Para magnetic

3. Diamagnetic

Sifat-sifat yang dimiliki oleh magnet antara lain sebagai berikut:

a. Dapat menarik benda-benda yang terbuat dari besi dan baja.

b. Gaya dapat menembus benda-benda tertentu.

c. Kutub utara magnet selalu mengarah ke utara dan kutub selatan

magnet selalu mengarah ke selatan.

d. Gaya tarik terbesar terletak pada kutub-kutubnya.

8

e. Kutub magnet yang senama tolak-menolak dan kutub yang tidak

senama tarik-menarik.

2.1.1 Pengertian magnetik flux ball milling

Magnetik flux ball milling merupakan salah satu instrument alat yang

digunakan untuk memutar rumah magnet. Kompenen magnetic flux ball milling

ini terdiri dari rumah magnet dan komponen magnet. Pada proses ini rumah

magnet akan berotasi dikarenakan kedua kutub magnet yang berada pada rumah

magnet dan yang ada didalam poros akan saling tolak menolak dan Tarik menarik

( kutub utara dan kutub selatan ) tergantung pada pemasangan magnet itu sendiri

sehingga magnet dapat menghasilkan energi magnetik yang bisa memutar poros.

Gambar 2.1 Magnetik flux

9

2.1.2 Kegunaan Dan Fungsi Mesin Magnetik flux

Banyak sekali kegunaan yang bisa di menfaatkan dari mesin magnetik flux

ball milling. Pada umumnya alat ini digunakan industry besar yang memproduksi

bahan bangunan atau material banguanan seperti semen, besi, galangan batu, kaca,

pupuk, porselen, bahan tahan api dan bahan kimia yang bisa di hancurkan oleh

Ball Milling. Untuk kegunaan dan fungsi selanjutanya magnetik flux ball milling

ini memiliki kelebihan karena magnetik flux ball milling ini merupakan alat

penggerak yang efisien karena memanfaatkan rotasi dari ke dua kutub yang saling

Tarik menarik dan tolak menolak sehingga magnetik flux milling ini tidak

menggunakan daya listrk (motor).

2.3 Macam - macam Mesin Ball Mill

Beberapa macam peralatan pemecah batu ( stone crusher ) meliputi :

1.Primery crusher, biasanya menggunakan tipe crusher

a. Jaw crusher ( pemecah tipe rahang )

Jaw crusher digunakan untuk mengurangi besar butiran pada tingkat

pertama, untuk kemudian dipecahkan lebih lanjut oleh crusher lain. Jenis

ini paling efektif digunakan untuk bantuan sedimen sampai bantuan yang

paling keras seperti granita tau basalt. Jaw crusher merupakan mesin

penekan (compression) dengan rasio pemecahan 6 : 1 . keuntungan yang

diperoleh dari jaw crusher antara lain karena sederhanaan kontruksinya,

ekonomis dan memerlukan tenaga yang relatife kecil. Ukuran material

yang dapat dipecah oleh crusher ini tergantung pada feed opening (

bukaan ) dan kekerasan batu yang akan dipecah. Umumnya untuk

material hasil peledakan, material yang berukuran sampai dengan 900%

dari feed opening ( bukaan ) dapat diterima. Untuk batuan yang tidak

terlalu keras disarankan berukuran 80% dari feed opening ( bukaan ).

b. Gyrator crusher ( pemecah giratori )

Crusher ini beroperasi dengan kisaran. Bagian crusher pemecah

berbentuk Conis, karena itu kadang disebut cone crusher. Gyratory

crusher hampir sama dengan jaw crusher, perbedaannya terletak pada

10

cara pemberian tekanan dimana untuk Gyratory crusher tekanan

diberikan dari arah samping. Hasil pemecahan crusher ini rata – rata

berbentuk kubus dan agak uniform hal ini karena berbentuk lengkung

dari cone dan browl yang mempunyai permukaan cekung ( concave ).

c. Impact crusher ( pemecah tipe pukulan )

Impact crusher disarankan terutama untuk batu kapur atau untuk

penggunaan dengan abrasi rendah lebih rendah. Impact crusher ada 2

jenis yaitu : impact breaker dan hammer mill. Kedua jenis pada

prinsipnya sama, perbedaanya terletak pada jumlah rotor dan ukuranya

lebih besar daripada hummer mill. Impact breaker menghasilkan produk

yang berbentuk seperti kubus meskipun semula merupakan batu

lempeng serta meningkatkan kualitas agregat dan mempertinggi

kapasitas plant.

2.Secondary Crusher, biasanya menggunakan tipe crushe :

a. Cone Crusher

Sebuah crusher cone operasinya mirip dengan crusher gyratory, dengan

kecuraman kurang dalam ruang menghancurkan dan lebih dari zona

paralel antara zona menghancurkan. Sebuah crusher cone istirahat

batuan dengan meremas batu antara spindle eksentrik berkisar, yang

ditutupi oleh mantel tahan aus, dan hopper cekung melampirkan, ditutupi

oleh cekung mangan atau kapal mangkuk. Seperti batu memasuki

puncak kerucut crusher, menjadi terjepit dan terjepit di antara mantel dan

kapal mangkuk atau cekung. Potongan besar bijih yang rusak sekali, dan

kemudian jatuh ke posisi yang lebih rendah (karena mereka sekarang

lebih kecil) di mana mereka rusak lagi. Proses ini berlanjut sampai

potongan cukup kecil untuk jatuh melalui celah sempit di bagian bawah

crusher.Sebuah crusher cone cocok untuk menghancurkan berbagai mid-

keras dan di atas mid-keras bijih dan batuan. Ini memiliki keuntungan

dari konstruksi yang handal, produktivitas yang tinggi, penyesuaian

mudah dan biaya operasional yang lebih rendah. Pelepasan semi sistem

crusher cone bertindak suatu perlindungan yang berlebihan yang

11

memungkinkan gelandangan untuk melewati ruang menghancurkan

tanpa merusak crusher.

b . Roll crusher

Roller crusher merupakan mesin stone crusher yang menggunakan dua

silinder bergerak untuk menghancurkan batu. Ruang di antara kedua

silinder tersebut bisa diatur sesuai dengan ukuran yang diinginkan.

Seperti yang telah disebutkan, mesin ini cocok digunakan sebagai mesin

tersier dan tidak sesuai untuk material abrasif.

Ditinjau dari jumlah roolnya ada beberapa macam tipe rool crusher

yaitu;

Single roll ( silinder tunggal ), biasanya digunakan untuk

memecahkan batuan yang lembab dan tidak menguntungan jika

digunakan untuk memecahkan batuan yang abrasife.

Crusher tipe ini memiliki rasio pemecah maksimum 7 : 1

Double roll (silinder ganda ) , memiliki rasio pemecahan 2 –

2,5:1

Triple roll ( silinder tiga ) , memiliki rasio pemecahan 4 – 5 : 1

c. Hammer crusher ( pemecah tipe pukulan )

Hammer crusher adalah mesin penghancur batu yang menggunakan

rotor yang berputar dengan kecepatan tinggi. Rotor tersebut dilengkapi

dengan jumlah palu tertentu yang selanjutnya akan menghancurkan

batu. Mesin ini cocok untuk berbagai jenis batuan dengan struktur yang

rapuh ataupun keras. Biasanya, mesin ini pun kerap digunakan untuk

produksi industri semen, generator listrik, serta untuk produksi material

bangunan.

3. Tertiary crusher, biasanya menggunakan tipe crusher :

12

a. Roll crusher ( pemecah tipe silinder ), selain sebagai crusher

sekunder , roll crusher dapat juga digunakan sebagai crusher

tersier.

b. Rod mill ( pemecah tipe batang ), dimaksudkan untuk

mendapatkan material yang lebih halus.

c. Ball mill ( pemecah tipe bola ) , dimaksudkan untuk

mendapatkan material yang lebih halus. Namun dalam

prakteknya di lapangan, pekerjaan crushing hanya sampai tahap

kedua. Tipe crusher yang dipakai umumnya menggunakan tipe

jaw to jaw dimana jaw pertama sebagai primery crusher.

d. ( crusher primer ) untuk pemecah tahap pertama, sedangkan jaw

kedua sebagai secondary crusher ( crusher sekunder ) untuk

pemecah tahap kedua. Hal ini disebabkan antara lain karena :

1) Kesederhanaan kontruksinya

2) Ekonomis dan tenaga yang digunakan relatife kecil.

Kapasitas produksi yang besar tergantung lebar bukaan pada jaw

dan ukuran butir yang dikehendaki. ( Silva Sukirman, 2003 ).

2.4 Poros

Poros adalah salah satu Elemen Mesin yang berbentuk silindris memanjang

dengan penampang yang biasanya berbentuk lingkaran yang memiliki fungsi

sebagai penyalur daya atau tenaga melalui putaran sehingga poros ikut berputar.

Jadi, poros bisa dikatakan transmisi atau penghubung dari sebuah elemen mesin

yang bergerak ke sebuah elemen mesin yang akan digerakan. Ada berbagai

macam penamaan poros, mulai dari shaft maupun axis ada juga yang menyebut

poros sebagai as namun disini as lebih berperan sebagai poros yang statis dan

tidak ikut berputar sebagai penyalur daya atau tenaga.

Jenis – jenis Poros Pada Elemen Mesin

Ada beberapa jenis atau macam – macam poros bila ditinjau dari

spesifikasi masing – masing antara lain:

13

Jenis poros berdasarkan pembebanannya:

1. Poros Transmisi

Poros transmisi merupakan poros yang mengalami pembebabanan faktor

(torsi), pembebanan lentur murni, maupun kombinasi dari pembebanan

torsi lentur.

2. Spindel

Spindel adalah poros transmisi yang memiliki dimensi lebih pendek

dengan pembebanan faktor saja. Contohnya : poros pada mesin perkakas.

3. Gandar

Gandar merupakan poros roda yang biasa dijumpai pada roda kereta api

dan biasanya disebut dengan as.

Jenis Poros Berdasarkan Bentuknya

1. Poros Lurus

2. Poros Engkol

3. Poros Luwes (Untuk trasmisi daya kecil)

Setelah kita mengetahui jenis – jenis serta penggunaan poros,

sekarang kita harus mengetahui bagaimana cara merancang poros yang

baik dan benar. Tetapi sebelum itu kita bahas dulu hal – hal penting yang

harus diperhatikan jika kita hendak merancang poros.

5 Hal Penting Yang Harus Diperhatikan Dalam Merancang

1. Kekuatan Poros

Kekuatan poros sangat penting dalam menentukan dan merancang

poros yang baik serta aman digunakan. Dengan melihat pembebanan

yang terjadi pada poros seperti beban 13actor, beban lentur, baban 13acto

kita dapat menentukan kekuatan poros yang sesuai. Selain itu kita harus

memerhatikan factor lainnya seperti kelelahan (fatigue), tumbukan, dan

kosentrasi tegangan.

2. Putaran Kritis Poros

Poros harus dirancang sedemikian rupa sehingga putaran kerja

yang dibutuhkan harus menjauhi putaran kritis dari poros itu sendiri.

14

Poros dapat dibuat bekerja di bawah putaran kritisnya ataupun di atas

putaran kritisnya untuk menghindari kegagalan.

3. Bahan Poros

Dari sisi teknis pemilihan bahan untuk pembuatan poros harus

memerhatikan ketersiaan bahan, biaya produksinya, serta

manufactureability atau kemampuan proses manufacturnya. Poros yang

berasal dari bahan yang langka di daerah kita serta membutuhkan

pekerjaan yang khusus akan menaikan harga produksi, oleh karena itu

perhatikan ketersediaan bahan poros di daerah sekitar.

4. Faktor Korosi

Penggunaan dan penempatan poros akan menentukan nilai korosi

pada poros. Oleh karena itu perhatikan penempatan poros agar 14actor

dapat dikurangi. Misal poros digunakan pada pompa mesin pompa air

laut maka poros tersebut harus lebih tahan korosi jika dibandingkan

dengan poros pada pompa air tawar. (Sularso,1991).

Tebel 2.1 Baja karbon untuk konstruksi mesin dan baja batang yang difinis

dingin untuk poros.

Standar dan

macam

Lambang Perlakuan

panas

Kekuatan

Tarik

(kg/mm2)

Keterangn

Baja karbon

konstruksi

mesin (JIS G

4501)

S30C

S35C

S40C

S45C

S50C

S55C

Penormalan

Penormalan

Penormalan

Penormalan

Penormalan

Penormalan

48

52

55

58

62

66

Batang baja

yang difinis

S35C-D

S45C-D

-

-

53

60

Ditarik dingin,

digerinda,

15

dingin S55C-D - 72 dibubut, atau

gabungan antara

hal-hal tersebut

( Sularso, Dasar – dasar Perancangan dan Pemilihan Elemen Mesin, Pradya

Pramita, Jakarta 1997 ).

Tabel 2.2 Jenis-jenis faktor koreksi berdasarkan data yang akan

ditransmisikan, fc.

Data yang ditransmisikan fc

Daya rata – rata yang diperlukan 1,2 – 2,0

Daya maksimum yang diperlukan 0,8 – 1,2

Daya normal 1,0 – 1,5

( Sularso, Dasar – dasar Perancangan dan Pemilihan Elemen Mesin,

Pradya Pramita, Jakarta 1997 ).

Pada perhitungan poros, yang akan dihitung adalah bahan dan diameternya.

Pertama harus diketahui Daya Motor (P) dan Putaran Motor (𝑛1) yang

diinginkan, setelah itu tentukan bahan yang akan digunakan lihat tabel 1.1 ,

2.5 Asumsi Daya

Pd = Fc × P

Keterangan :

Pd = Daya rencana (Kw)

Fc = Faktor koreksi

P = Daya (Kw)

Setelah mengetahui daya rencana selanjutnya menentukan momen 15actor atau

momen rencana

16

T = 9,74 × 105 × 𝑃𝑑 𝑛1⁄

Tegangan izin dicari dengan menggunakan persamaan

τα = 𝜎𝐵 (𝑆𝑓1 × 𝑆𝑓2) ⁄

Keterangan :

σB = kekuatan tarik izin

Sf1 = kekuatan keamanan dari bahan S-C dengan pengaruh masa

Sf2 = pengaruh kekasaran permukaan poros

Faktor koreksi untuk momen faktor Kt dan Faktor lenturan Cb / Km

Tabel 2.3 Menentukan nilai Km / Cb dan Kt

Jenis Pembebanan

1.1 Poros Tetap

a. Beban perlahan

b. Beban tiba – tiba

1.2 Poros yang berputar

a. Beban perlahan ataupun

tetap

b. Beban tiba–tiba – kejutan

ringan

c. Beban tiba–tiba – kejutan

berat

Km / Cb

1.0

1.5 – 2.0

1.5

1.5 – 2.0

2.0 – 3.0

Kt

1.0

1.5 – 2.0

1.0

1.5 – 2.0

1.5 – 3.0

Sumber : R.S., Khurmi dan Gupta J.K., 1982

1. Mencari diameter poros

Ds = [5,1

τα × 𝐾𝑡 × 𝐶𝑏 × T]1/3

Poros dengan beban faktor

Mt = 71620𝑁

𝑛

Dimana : N = daya yang ditransmisikan

Mt = momen torsi

17

n = putaran poros

2. Kekakuan Poros

Ɵ = 584 𝑀𝑡.𝐿

Ɵ.𝑑𝑠4

Dimana : ds = diameter poros

Ɵ = sudut defleksi (deg)

L = panjang

Mt = momen 17actor

τizin = modulus geser

Gambar 2.2 Poros

2.6 Bantalan

Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga

putaran atau gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus, aman

dan panjang umur. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros

serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak berfungsi

dengan baik maka prestasi seluruh sistem akan menurun atau tidak dapat

bekerja secara semestinya. Jadi bantalan dalam permesinan dapat disamakan

peranannya dengan pondasi pada gedung. Bantalan yang dipakai adalah

bantakan jenis gelinding. Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara

bagian yang berputar dengan bagian yang diam melalui elemen gelinding

seperti bola (peluru), rol atau rol jarum, dan rol bulat.

18

1. Faktor kecepatan (fn)

fn = (33,3

𝑛)

1

3 (sularso dan K Suga 1991)

2. Faktor umur (fh)

fh = fn . 𝐶

𝑃𝑟 (Sularso dan Suga (1991 ; Hal 143)

Keterangan :

fh = Faktor umur bantalan

fn = Faktor kecepatan

C = Kapasitas nominal statis

P = Gaya yang bekerja pada

3. Umur nominal bantalan (Lh)

Lh = 500 . fh3 (sularso dan K Suga, 1991)

Gambar 2.3 Bantalan