proposal bab ii pra
DESCRIPTION
proposal penelitian teknik elektroTRANSCRIPT
Kinerja Isolator Tegangan Tinggi Isolasi Polimer Resin Epoxsi kolaborasi Rice Husk Ask Penuaan Dipercepat Pada Polutan Industri di Daerah Tropis
PAGE 46
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Telaah Pustaka Hasil Penelitian
Semakin intensifnya penelitian tentang bahan isolasi polimer Resin Epoxy disebabkan karena bahan ini mempunyai banyak kelebihan dibandingkan dengan bahan isolasi porselin maupun gelas dan sampai saat ini penelitian dan pengembangan isolator berbahan polimer Resin Epoxy masih terus berlangsung.
Penelitian untuk menemukan bahan isolator alternatif pengganti bahan porselin dan gelas, telah dirintis di Amerika Serikat sejak akhir tahun1930-an. Sampai sekarang penelitian dan pengembangan isolator dari bahan polimer masih berlangsung secara intensif (Salama dkk, 1999).
Pengaruh absorbsi gas terhadap pemohonan listrik dan peluahan sebagian didalam Polietilen (Arief, 1999).
Pengaruh temperatur pada bahan isolasi Cross Line Polyethyline (XLPE) dan tentang pengaruh polutan terhadap bahan isolasi Resin Epoxy untuk islator (Berahim, 2000).
Polimer sebagai material isolasi perlu modifikasi untuk meningkatkan sifat mekanik, kimia dan fisik. Untuk tujuan aplikasi tertentu diperlukan jenis bahan pengisi yang sesuai, penggunaan bahan pengisi mengandung dua tujuan, baik secara teknis maupun secara ekonomis. Secara teknis, sebagai upaya untuk memodifikasi kinerja polimer diantaranya konduktifitas termal dan menurunkan ekspansi termal (Saunders, 1973).
Bahan tambahan yang dikategorikan sebagai bahan pengisi, ditambahkan dalam konsentrasi (10-70%) penggunaan bahan pengisi lebih dari 70% pada suatu produk tuangan tidak dapat direalisasi (Yandri dan Sirait, 1998).
Bahan pengisi dapat digunakan sebagai penguat, pelindung, pelumasan dan perbaikan sifat pencetakan (Surdia, 1992).
Semakin intensifnya penelitian tentang bahan isolasi polimer disebabkan bahan ini mempunyai banyak kelebihan dibandingkan dengan bahan porselen atau gelas. Di eropa barat dan Amerika Serikat sejak akhir tahun 1930-an, telah dirintis penelitian untuk menemukan bahan isolasi alternatif pengganti bahan isolasi porselen dan gelas. Isolator pasangan luar (outdoor), pada tahun 1957 di Inggris telah diperkenalkan bahan isolasi polimer dari jenis epoksi sikloalifatik (Burns, 1968).
Material uji EST dengan dosis bahan isi F = 65,8% dan beberapa NS terutama untuk NS 1, pada sejumlah material uji dilakukan dua model penuaan, pertama penuaan dengan merendam material uji kedalam air bersuhu 1000C. Perendaman material uji cara pertama memberikan absorpsi air sekitar 2,50/ pada material uji dengan NS = 1,0, setelah perendaman selama 6500 jam. Material yang sama pada perendaman kedua memberikan absorpsi air sekitar 50/ dari kenyataan ini terlihat adanya pengaruh suhu terhadap kenaikan absorpsi (Saure, 1976).
Penggunaan bahan pengisi yang tinggi (lebih dari 70%) pada suatu produk tuangan tidak dapat direalisasikan, peningkatan penggunaan bahan pengisi mengakibatkan menurunnya viskositas campuran epoksi dan bahan pengisi pada saat kedua bahan ini dicampurkan sehingga menyulitkan proses peluahan gas. Perbedaan kepadatan (Density). (Huir, 1991 seperti dikutip NesYandri dan Sirait, 1998).
Bila suatu material diletakkan dilingkungan udara terbuka, maka pada kondisi yang berbeda antara lingkungan atmosfir dan material, air yang berasal dari kelembaban udara terpenetrasi kedalam polimer, mekanisme penetrasi air dapat dijelaskan dengan proses difussi (Kaerner, 1994).
Resin Epoxy merupakan plastik yang paling serba guna masa kini. Sifat dasarnya dapat dimodifikasi dengan berbagai cara yaitu dengan mencampurkan tipe-tipe resin dalam menggunakan pembentuk dan pengisi. Kekuatan Resin Epoxy terletak pada kekerasan, ketahanan terhadap gesekan dan ketahanan kimiawi. Resin yang padat pada berat molekul yan sedang bisa saja dipadukan dengan polimerisasi yang sejenis atau tidak, sejenis melalui golongan epoksi. Sifat perekat Resin Epoxy yang sempurna, mudah dibentuk, kekuatan mekanis baik, daya tahan kimia yang kuat merupakan keuntungan yang paling penting dari resin padat.(Lee dan Neville, 1976).
Penelitian yang akan dilakukan menggunakan spesimen Resin Epoxy dengan bahan pengisi Rice Husk Ash yang terkontaminasi polutan buatan yang komposisinya sama dengan kondisi polutan industri daerah Gresik selanjutnya mengamati sifat hidrofobik, pengukuran sudut kontak, pengukuran tegangan flashover dan pengukuran arus bocor yang hubungannya terhadap komposisi ESDD dan pengaruh kondisi lingkungan sekitar yakni kelembaban, tekanan dan temperatur, kekuatan mekanik, SEM dan FTIR.
2.2 Landasan Teori
2.2.1 Polimer Umum
Selama ini bahan pembuatan isolator yang dikenal adalah bahan dari porselen/keramik dan kaca, tetapi saat ini telah dikembangkan bahan lain yang
memiliki kemampuan yang lebih tinggi yaitu bahan polimer.
Polimer terdiri dari rantai molekul panjang dengan pengulangan monomer. Polimer biasanya diberi nama dengan imbuhan poly didepan nama monomer yang membentuknya. Contoh : Polyethylene adalah perulangan dari monomer Ethylene.
Pemilihan polimer yang digunakan disesuaikan dengan kebutuhan dan disertai dengan tambahan molekul pada akhir rantai karbon. Contoh CH3 pada Polyethylene, akan tetapi karena rantai karbon biasanya panjang sebanding dengan n (derajat polimerisasi) dengan range 103 sampai 105, maka molekul pada ujung rantai tidak begitu mempengaruhi susunan dari polimer itu sendiri.
Bentuk lain yang biasa dipergunakan adalah Hetrochin Polymers dimana atom karbon sebagai dasarnya telah diganti dengan elemen lain dan ditempatkan sesuai dengan kategori yang dipergunakan tergantung pada karakteristik rantai karbonnya. Seperti polimer sederhana yang menjadi cabang dari rantai utama, seperti yang terdapat pada Polyethylene, cabang tersebut dapat muncul setiap 30 100 urutan rantai monomer sepanjang rantai utama. Percabangan polimer dapat dihasilkan sampai jumlah yang besar dengan mengubah kondisi polimerisasi. Percabangan ini dapat mengurangi tenaga/energi ikatan reguler molekul dan memperkecil density atau mengurangi berat jenis dari molekul.
Selain cabang polimer juga memiliki ikatan silang (cross-links) dimana rantai polimer dapat tersusun pendek atau panjang dengan molekul polimer tersusun atas cabang-cabang. Polimer terikat silang adalah satu molekul yang sangat besar dan mempunyai titik lebur di atas titik leburnya atau di atas suhu transisi kaca. Ikatan silang dapat diperoleh dengan beberapa cara sebagai berikut.1. Pembentukan dengan katalis
Suatu katalis ditambahkan atau dicampurkan ke dalam polimer. Setelah pencampuran ini membentuk suatu cetakan tertentu, kemudian dipanaskan dan/atau diberi tekanan untuk membentuk reaksi ikatan silang. Beberapa kasus, katalis cukup reaktip sehingga reaksi dapat terjadi pada suhu kamar. Polimer yang tidak terikat silang, sehingga dapat dibentuk menjadi bentuk lain, dikenal sebagai thermoplastic. Contoh polyethylene, polypropylene dan poly(etheretherketone).
2. Pembentukan dengan radiasi
Prosesnya hanya dapat digunakan untuk menghasilkan ikatan silang. Prosesnya hanya dapat digunakan pada bahan tipis dan dapat menyebabkan degradasi lain seperti pengurangan panjang rantai. Teknik ini hanya dapat digunakan pada aplikasi terbatas, karena membutuhkan alat tambahan yang mahal.
3. Pembentukan dengan bahan pengeras
Pengerasan kimia dapat ditambahkan untuk menghasilkan ikatan silang.
2.2.2 Resin Epoxy
Resin Epoxy merupakan polimer termoset terdiri dari dua zat yang dicampur dan berbentuk seperti kaca suhu kamar yang memiliki kekuatan elektris isolasi serta tahan terhadap air. Cairan Resin Epoxy memiliki sifat kekentalan yang rendah sehingga mudah tercampur dalam pembuatannya, cairan resin seperti Polyaminoamide juga dibuat dalam pola yang sama, tetapi Resin Epoxy memilki kombinasi yang lebih unik antara lain.1. Sifat kekentalan yang rendah sehingga mudah untuk diproses.
2. Mudah dibentuk, dimana Resin Epoxy dapat dibentuk dengan cepat dan mudah dalam temperatur 5-1500 tergantung pada alat pembentuk yang dipilih.
3. Penyusutan yang rendah, Resin Epoxy ini bereaksi kembali sangat kecil dengan membentuk susunan yang lain.
4. Tingkat kerekatan yang tinggi, karena adanya pembentukan secara kimiawi, terutama kehadiran golongan polar hydroxil dan ether, maka resin epoksi merupakan alat perekat yang sempurna.
5. Resin Epoxy merupakan plastik yang serbaguna pada saat ini, dapat dimodifikasi dalam berbagai cara, dengan mencampurkan tipe resin dan menggunakan pembentuk serta pengisi.
Epoksi/oksirana/alkena adalah suatu eter siklik beranggotakan tiga atom. Epoxy yang paling sederhana adalah ethylene oxide, sedang trimethylene oxide dan tetrahydrofuran.
Table 2.1. Struktur Beberapa Polimer
Bentuk StrukturVariabel RantaiNama
X X
| |
( C ( C (| |
X XPolyethylenal(PE)
Polyetrafluorethylenal(PTFE)
H X
| |
( C ( C (| |
H HPolyprophylene(PP)
Poly(vinyl Chloride)(PVC)
Polystrene(PS)
Poly(vinyl acetate)PVA)
H X
| |
( C ( C (| |
H XPoly(vinylidine chloride)(PVDC)
Poly(vinylidine fluoride)PVDF)
Polyisobutylene(butyl rubber)
H X
| |
( C ( C (| |
H YPoly(methyl methacrylate)(PMMA)
H X
| |
( CH2 ( C = C ( CH2 (X = H
X = CH3Polybutadiene(BR)
Polysoprene(natural rubber)
O O
|| ||
( (CH2 ( O = C ( CH2 ( ( C ( C
O H
|| |
( (CH2)n ( C ( N (n = 5
n = 10Polyamide(PA6, nylon 6)
Polyamide 10(PA 10,nylon 10)
( (CH2)n ( N ( C ( (CH2)m ( C ( N ( | || || |
H O O HPolyamide 6,6(PA6,6 nylon 6,6)
CH3 | ||
( ( C ( ( C ( O
|
CH3Polycarbonate(PC)
O
||
( ( O ( ( O ( ( C
Dalam tabel 2.1 dapat dilihat ikatan intermolekul dari molekul ethylene polyethylene.Dalam gambar 2.1 tersebut ikatan intermolekul ditunjukkan oleh garis putus-putus yang memberikan ikatan yang lemah.
CH2 ( CH2 --- CH2 ( CH2 --- CH2 ( CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 ( CH2 --- CH2 ( CH2 --- CH2 ( CH2 CH2 CH2 CH2
CH2 CH2 CH2 CH2 ( CH2 --- CH2 ( CH2 --- CH2 ( CH2 CH2 CH2 CH2
CH2 CH2 CH2Gambar 2.1 Gaya Intermolekul dan Interatomic Ethylene dan Polyethylene
Resin Epoxy merupakan suatu produk termoset yang terbuat dari suatu Resin Epoxy bisphenol A dan agen pematangan. Proses pembuatan produk termoset itu dapat mempergunakan bahan tambahan (additif) berupa bahan pemercepat reaksi (accelerator), bahan pemlastik (plastisizer), bahan isi (filler), bahan pewarna (colouring). Resin Epoxy tersedia di pasaran dalam bentuk cairan maupun padat (tergantung pada tipe resin) dan dapat dirubah menjadi suatu produk termoset bila direaksikan dengan agen pematangan. Perubahan menjadi produk termoset dapat dilakukan pada kondisi suhu ruang maupun suhu yang lebih tinggi.
Resin epoksi merupakan polimer yang grup akhirnya mengandung tiga ring epoxide seperti pada gambar 2.2 berikut :
O O CH2 ((( CH2 CH2 ((( CH2 CH2 (( CH2 (( CH2 CH2 ((( CH2
(a) Ethylene oxide (b) Trimethylene oxide (c) Tetrahydrofuran
Gambar 2.2. Beberapa Contoh Struktur Epoksi
Epoksi memiliki jenis antara lain bisphenol A, cycloalphatic resin, novalac resin, dan sebagainya. Bisphenol-A merupakan polimer Resin Epoxy pertama.
Gambar 2.3. Struktur Kimia Bisphenol A
Reaksi Pembentukan Acetone
OH
|
1. CH2 == CH == CH3 + H 2SO 4/ H 2O CH2 === CH ( CH3
Prophiene Sulfur Acid / Water
Isopropyl Alkohol
OH
O
|
||
2. CH2 == CH ( CH3 + O 2 CH3 ( CH ( CH3
Isopropyl Alkohol
Acetone
Reaksi Pembentukan Risphenol A
OH O CH2 || |
+ CH3 ( C ( CH3 HO ( ( C ( ( OH + H 2O
Acetone |
Phenol CH3 Bisphenol A
Penelitian ini jenis Resin Epoxy bisphenol A yang digunakan dari jenis diglycidyl ether of hisphenol A (DGEBA), yang diperoleh dari reaksi epichlorohydrin dan bisphenol A seperti pada gambar berikut,
Reaksi Pembentukan Epichlorhydrin
CH2 == CH ( CH3 + Cl2 CH2 == CH ( CH2 ( Cl + HCl
Prophlene Allyl Chloride OH
|
CH2 == CH ( CH2 ( Cl + H 2O / Cl2 Cl ( CH2 ( CH ( OH2 + Cl
Allyl Chloride
Dichlorhydrin OH
O
|
Cl ( CH2 ( CH ( CH2 ( Cl + NaOH CH2 ( CH2 ( CH2 ( Cl
Dichlorhydrin
EpichlorohydrinReaksi Pembentukan Diglysidil Ether of Bisphenol A
O
OH
NaOH
|
CH2 ( CH2 ( CH2 ( Cl + R ( ( OH R( ( O ( CH2 ( CH( CH2 ( Cl
OH
O
| NaOH
R ( ( O ( CH2 ( CH( CH2 ( Cl R( ( O ( CH2 ( CH ( CH2 + HCl
O
CH2
|
2 [ Cl ( CH2 ( CH ( CH2 ] + HO ( ( C ( ( OH DGEBA
|
Epichlorohydrin CH2
Bisphenol A
2.2.3 Reaksi PematanganResin bisfenol A-epiklohidrin yang terbentuk seperti persamaan diatas tidak dapat membentuk ikatan silang walaupun dipanaskan sampai 200oC. Agar didapatkan suatu produk termoset yang berikatan silang maka resin epoksi haruslah direaksikan dengan suatu agen pematangan atau yang biasa juga disebut bahan pengeras (hardener), suhu reaksi sekitar 29oC disebut suhu pematangan serta reaksi
yang terjadi disebut reaksi pematangan.
Secara fungsi pematangan pada Resin Epoxy dapat dibedakan menjadi 3 grup utama :
1. Grup Hidroxil (R-OH)
2. Grup Amine
3. Grup Acid Anhydride
Pengujian ini menggunakan agen pematangan dari grup amine, yakni Metaphenylene-diamine (MPDA) karena MPDA ini termasuk yang paling sering digunakan sebagai agen pematangan untuk Resin Epoxy (Lee dan Naville, 1967). MPDA merupakan bahan berwarna kuning terang yang mempunyai berat molekul 108, dengan struktur kimianya lihat pada gambar 2.6 berikut,
NH2NH2Gambar 2.5 Struktur Kimia dari MPDASeperti terlihat pada strukturnya MPDA menyediakan 4 atom hydrogen aktif yang siap membentuk ikatan dengan Resin Epoxy. Pembuatan bahan uji pada penelitian ini memiliki nilai stokiometris 100, artinya perbandingan berat antara Resin Epoxy, dalam hal ini DGEBA dibandingkan dengan pematangnya MPDA adalah 1:1, reaksinya adalah sebagai berikut;
O CH3
O NH2
|
( CH2 ( CH ( CH2 ( O ( ( C ( ( O ( CH2 ( CH ( CH2 ) + SiO2
|
CH3
NH2 O
CH3
OH
OH
CH3 O
|
|
|
|
CH2 ( CH( CH2 ( O ( ( C ( ( O( CH2(CH( CH2
CH2 ( CH( CH2 ( O ( ( C ( ( O( CH2(CH( CH2
|
|
CH3
N( (N
CH3 O
CH3
OH
OH
CH3 O
|
|
|
|
CH2 ( CH( CH2 ( O ( ( C ( ( O( CH2(CH( CH2
CH2 ( CH( CH2 ( O ( ( C ( ( O( CH2(CH( CH2
|
|
CH3
CH3
2.2.4 Bahan TambahanPenggunaan bahan pengisi pada suatu produk tuangan mengandung dua tujuan, pertama secara teknis dan kedua secara ekonomis. Secara teknis, penggunaan bahan pengisi dimaksudkan sebagai upaya untuk memodifikasi kinerja polimer itu seperti untuk meningkatkan kinerja, konduktivitas termal, menurunkan ekspansi termal (Sounders, 1973). Secara ekonomis, penggunaan bahan pengisi dimaksudkan sebagai upaya mereduksi biaya pembuatan produk tuangan. Dengan demikian dosis, bahan pengisi yang tinggi tentu akan berpengaruh positif secara ekonomis terhadap produk tuangan.
Dikemukakan oleh peneliti di Hochspannungsinstitut TU Braunschweig, Jerman (Huir, 1991 seperti dikutip Yandri dan Sirait, 1998) bahwa penggunaan bahan pengisi yang tinggi (lebih dari 70%) pada suatu produk tuangan tidak dapat direalisasikan.
2.2.4.1 Bahan Pengisi
Pengisi adalah bahan yang ditambahkan pada polimer yang memiliki fungsi ganda yaitu secara teknis berfungsi untuk meningkatkan kinerja dan konduktivitas termal bahan, serta menurunkan ekspansi termal. Secara ekonomis bertujuan untuk mereduksi biaya pembuatan produk tuangan dengan demikian dosis bahan pengisi yang tinggi akan berpengaruh positif secara ekonomis terhadap produk tuangan.
Resin Epoxy merupakan salah satu dari bahan polimer tipe thermosetting. Tipe thermosetting ini tidak dapat dibentuk ulang. Bahan dielektrik padat mempunyai kekuatan dielektrik yang lebih besar dibandingkan dengan bahan dielektrik cair dan gas. Dielektrik yang bagus harus mempunyai kekuatan dielektrik tinggi, rugi dielektrik rendah, kekuatan mekanik dan kekerasan tinggi, bebas dari penyerapan gas dan kelembaban, dan tahan terhadap bahan kimia dan panas. Sifat lain seperti tahan terhadap ozone, permeabilitas, higroskopik, penyerapan air dan stabil terhadap radiasi juga dibutuhkan. (Salama et. al.,1999)
2.2.4.2Rice Husk Ask
Silika adalah nama lain dari SiO2 (silika dioksida). Silika merupakan material yang menyusun 28% kerak bumi yang terdapat baik dalam mineral silika maupun sebagai pasir kwarsa (UI-Press, 1987).
Macam-macam silika adalah :
1. Crystaline Silica seperti quartz dan tridimite 2. Cryptocrystaline Silica seperti batu akik dan batu api
3. Amorphous Silica seperti mata kucing
Tetapi pada umumnya hanya Crystaline Silika dan Amorphous Silica yang mudah ditemukan dialam (kirk-Othmer, 1982)
Kelarutan Silika Amorphous pada air tidak jauh berbeda dengan larutan pada larutan garam. Silika Amorphous tidak larut dalam metanol. Larutan Silika akan berkurang dengan adanya pengotor (Al dan Fe). Pencucian dengan asam digunakan untuk penghilangan logam (Sosman, 1927). Silika Amorphous larut dalam air sesuai dengan persamaan berikut :
SiO2(s) + 2H2O(1) H4SiO4(aq) (2.1) H4SiO4(aq) dapat juga dinyatakan sebagai Si(OH)4(aq) atau H2SiO3(aq)
Kelarutan Silika amorphous didalam air pada suhu 250C yaitu 80-120 ppm SiO2 (1,4-2,2 mmol/kg). Kelarutan Silika juga meningkat dengan meningkatnya suhu dan tekanan. Pada suhu 1000C kelarutan dalam air menjad 750 ppm. Dibawah PH 9 kelarutan Silika Amorphous tidak tergantung pada PH, sedangkan diatas PH 9 kelarutan Silika Amorphous semakin naik seiring naiknya PH. Kenaikan ini disebabkan oleh ionisasi asam Silicic (Silica Hydrate). Reaksi yang terjadi adalah :
H2SiO3(aq) H+(aq) + HsiO3(aq)
K1 = 1,6.10-10 Meta Silicic Acid Mono Silicic Acid
HsiO3-(aq) H+(aq) + SiO32-(aq)
K2 = 7,4E-13
(Kirk-Othmer,1982)
Silika Amorphous mempunyai luas muka yang cukup tinggi, umumnya 300 m2/gram. Silica Amorphous tidak stabil terhadap suhu, menjadi quartz setelah 16 jam pada suhu 9300C. Bentuk silica Amorphous dalam larutan antara lain adalah sol dan gel. Secara umum pembuatan sol dan gel adalah dengan mereaksikan natrium silika dengan asam tetapi PH untuk pembuatan sol dan gel berbeda, untuk sol pH larutan antara 8-10, sedangkan untuk gel PH-nya antara 2-7.
Sol lebih stabil daripada gel. Stabilitas sol yang terbentuk tidak membentuk gel. Silika sol berisi 50% lebih silika dan partikel yang berukuran 300 nm. Stabilitas sol ini terjadi pada PH 7-9. untuk PH yang rendah (lebih kecil 7) sol akan menjadi metastabil, dan membentuk gel pembentukan gel juga dipengaruhi oleh suhu, dengan meningkatnya suhu maka kecepatan pembentukannya gel semakin cepat (Kirk and Othmer, 1982)
Silika gel dibagi menjadi tiga tipe. Jenis pertama adalah Regular-density gel dibuat dengan pencampuran dimedia asam, yang memberikan diameter yang sangat kecil dengan luas permukaan yang sangat besar (750-800 m2/g). Rata-rata diameter 2.2-2.6 nm, dan volume 0,37-0,4 ml/g. Jenis kedua adalah Intermediate-density gel dengan luas permukaan 300-350 m2/g dan volume 0,9-1,1 ml/g. Diameter rata-rata adalah 12-16 nm, dan partikel lebih besar dibanding dengan partikel regular-density gel. Intermediate-density gel sangat baik untuk absorbsi air. Bentuknya berupa bubuk halus karena ukuran partikel yang kecil dan porositas dapat dikontrol. Jenis ketiga adalah low density dengan luas permukaan 100-200 m2/g dan volume 1,4-2,0 ml/g. Diameter rata-rata adalah 18-22 nm, dan partikel lebih besar dibanding dengan intermediate density gel (Kirk and Othmer, 1982)
Sumber-sumber silika di alam antara lain: tanah diatome, biogenik silika, opal, abu sekam padi, chart dan lain-lain. Komposisi Rice Husk Ash dari analisis kimia yang diperoleh dari hasil pembakaran batu bata didaerah Kabupaten Bantul dengan dasar kering adalah sebagai berikut (Suwarno, 1998)
Tabel 2.2. Komposisi Rice Husk Ash Hasil Pembakaran di Kabupaten BantulRice Husk Ash(%) Berat
SiO288,2%
A2O32,7%
Fe2O32,15%
CaO1,85%
MgO0,65%
K2O0,7%
Na2O0,15%
SO20,5
Hp3,98%
2.2.5 Sifat Mekanis Bahan Polimer
Sifat mekanik pada bahan isolasi polimer merupakan aspek yang sangat mendasar yang dalam pemakaiannya harus memperlihatkan suatu karakteristik bahan. Kekuatan mekanik dari suatu bahan isolasi adalah kemampuan bahan tersebut untuk menahan beban yang datangnya dari dalam atau dari luar, dalam hal ini adalahbeban tarik dan geser. Sifat-sifat mekanik bahan yang perlu diperhatikan antara lain.a. Kekuatan tarik mengacu pada ketahanan tarikan.
b. Kekuatan kompresif adalah kebalikan dari kekuatan tarik yaitu suatu ukuran yang memperlihatkan sampai dimana suatu bahan dapat ditekan sebelum rusak.
c. Kekuatan fleksur adalah ukuran dari ketahanan terhadap patahan atau patah cepat ketika suatu bahan uji ditekuk (difleks ).
d. Kekuatan impak adalah ukuran dari kekuatan bahan dalam menahan pukulan stress yang tiba-tiba seperti pukulan paku.
e. Kekuatan kelelahan (fatique) adalah ukuran kemampuan suatu bahan dalam menahan aplikasi berulang dari tegangan tarik, kompresif dan fleksur.
Pengujian kekuatan mekanis bahan isolator perlu dilakukan karena isolator selain harus mampu menjalankan fungsi elektrisnya yaitu memisahkan dua bahan penghantar atau lebih yang tidak boleh berhubungan tetapi secara mekanis juga harus mampu menahan beban yang berupa kabel penghantar. Pengujian mekanis suatu bahan padat dapat dibedakan menjadi dua yaitu.1. Pengujian yang merusak benda uji
Benda uji akan rusak setelah mengalami pengujian, misalnya pada pengujian tarik, tekan, lengkung, geser, puntir dan impact.2. Pengujian yang tidak merusakkan benda uji
Benda uji setelah pengujian tidak mengalami kerusakan yang berarti, misalnya pengujian kekerasan, Brinell, Rockwell, Scleroscope dari shore, Vickers, Ultrasonik. Sinar X dan Rontgen.Pengujian mekanis yang dilakukan terhadap bahan isolasi polimer Resin Epoxy dengan pengisi Rice Husk Ash ini menyangkut uji tarik dan uji kekerasan.
2.2.5.1 Pengujian Kekerasan Permukaan
Pengujian kekerasan permukaan ini dimaksudkan untuk mendapatkan data berupa nilai kekerasan dari bahan Resin Epoxy. Pengamatan kekerasan bahan permukaan ini memerlukan mesin uji kekerasan dengan standar 582-000-246 sebagai alat bantunya. Titik keretakan dari bahan uji akan ditunjukkan jarum pada alat yang menunjukkan nilai kekerasan mekanis dan mendapatkan gambaran mengenai pengaruh komposisi bahan terhadap kekuatan mekanis bahan uji.
2.2.6 Pengujian Kekuatan Tarik
Benda uji yang akan dilakukan untuk pegujian tarik harus dibentuk sebagai berikut :
Gambar 2.6 Penampang Benda Uji Mekanik
Data dari hasil pengujian mekanis digunakan untuk menghitung :
a. Tegangan tarik dari bahan atau Stress ((t )
(2.2)
b. Pertambahan panjang relatif bahan atau Strain (()
(2.3)
c. Modulus Elastisitas (E)
(2.4)
dengan :
F= Gaya tarik maksimum (kgf)
A= Luas penampang batang uji mula-mula (mm2)
(l= Selisih panjang batang uji sebelum dan sesudah patah (mm)
lo= Panjang batang mula-mula (mm)
Pengujian kekuatan tarik ini dimaksudkan untuk mendapatkan data nilai kekuatan mekanis dari bahan Resin Epoxy
2.2.7 Mekanisme Tegangan Flashover Pada Isolator Terkontaminasi
Isolator yang terpasang pada jaringan saluran udara sangat mudah dipengaruhi oleh perubahan kondisi lingkungan udara di sekitarnya. Perubahan-perubahan tersebut dapat mempengaruhi unjuk kerja suatu isolator yaitu kemampuan isolator menahan tegangan, dalam hal ini adalah terbentuknya lapisan polutan pada permukaan isolator dan basahnya permukaan isolator oleh uap air sehingga permukaan bahan isolasi akan lebih konduktif, menyebabkan lompatan api berupa flashover antara penghantar yang bertegangan dan menara. Tegangan flashover pada permukaan bahan isolasi untuk isolator pada jaringan udara ini menyebabkan hubung singkat satu fasa ke tanah dan sistem tenaga listrik akan padam yang akibatnya terjadi penuaan bahan isolasi dari isolator, umurnya sudah sampai batasnya atau tidak dapat dipakai lagi. Polutan yang melekat pada permukaan isolator dalam keadaan kering tidak akan mempengaruhi terjadinya tegangan flashover. Tetapi jika permukaan bahan isolasi dari isolator ini dalam keadaan basah, maka pada permukaan bahan isolasinya akan terbentuk lapisan yang bersifat konduktif. Khususnya pada daerah industri dan pesisir pantai, konduktivitas permukaan isolasi akan berlipat ganda karena terbentuknya lapisan garam yang terbawa oleh angin dan melekat pada permukaan, sehingga intensitas medan akan menjadi sangat besar dan terjadilah lucutan muatan dan akibatnya mengalir arus bocor pada permukaan bahan isolasi dari isolator.
Mekanisme tegangan flashover atau lompatan api karena gradien medan tinggi, melalui proses berikut (Fukuda, 1993; Karady, 1995; Mackevich and Shah, 1997; Karady, 1999 dan Berahim, 2002).
1. Terbentuknya kontaminasi
a. Polutan lautAngin yang membawa butir-butir air mengkontaminasi permukaan isolasi dari isolator yang terpasang pada saluran udara dekat dengan laut. Kontaminan terdiri dari sebagian besar garam yang larut pada butir-butir air. Bahan isolasi Resin Epoxy mempunyai sifat isolasi listrik yang baik sehingga mempunyai dielektrik dan sifat mekanis yang sangat baik yang dengan mudah modifikasi dari suatu serat atau filler karena bahan ini sangat lentur, dapat dibuat sebagai material isolator dengan bentuk apapun yang diinginkan untuk tegangan tinggi. Menurut Naidu (1995) konstanta dielektriknya bervariasi antara 2,5-3,8, faktor rugi dielektrik sangat kecl dibawah frekuensi daya, terletak dalam range 0,003-0,003 kekuatan dielektrik 75 kV/mm, koefisien hantar panas 4-5 kal/det/cm2/(0C/cm)x104 dan ketahanan panas secara kontinue 900C. DGEBA adalah salah satu jenis epoksi yang mengandung acetone dan Phenol. Dalam penelitian ini menggunakan Bisphenol A yang merupakan hasil reaksi antara Epichlorhydrin dan Bisphenol A.
b. Polutan darat
Angin akan membawa debu atau polutan industri, debu dan pasir dari gurun pasir, debu gunung berapi dan debu pabrik semen akan membentuk lapisan yang rata pada permukaan isolasi dari isolator yang terpasang pada saluran udara yang dekat dengan sumber-sumber polutan tersebut. Embun dan kabut akan membasahi lapisan polutan. Interaksi antara air dan polutan akan membentuk lapisan padat pada permukaan isolasi dari isolator. Beberapa polutan mengandung ter yang mana secara alami akan melekat pada permukaan isolasi. Sebagian permukaan isolasi biasanya akan diselimuti oleh lapisan polusi yang seragam.
2. Difusi dari rantai berat molekul rendah (LMW=Low Molecular Weight)
Difusi membawa rantai polimer berat molekul rendah dan molekulnya kecil yang lepas ikatannya keluar melewati material curahnya (bulk). Rantai polimer berat molekul rendah membentuk kisi-kisi lapisan tipis di atas lapisan polutan dan mengakibatkan permukaan polutan bersifat hidrofobik. Sifat hidrofobik ini akan hilang waktu terjadi busur api dan akan kembali setelah 10 -12 jam terbebas dari busur api.
3. Pembasahan permukaan
a. Migrasi polutan ketetesan butir-butir air . Embun dan kabut pagi hari, hujanb. rintik-rintik atau kelembaban tinggi menghasilkan tetesan butir-butir kecil air pada permukaan isolasi dari isolator yang bersifat hidrofobik seperti diperlihatkan pada gambar 2.8.a. Difusi membawa polutan melalui LMW yang tipis pada lapisan polimer. Garam dari polutan larut dalam butir-butir air, mengakibatkan lapisan yang konduktif.
c. Migrasi air kedalam polutan kering. Difusi membawa tetesan butir-butir air melalui lapisan tipis polimer kedalam polutan kering. Terbentuk lapisan resistif yang tinggi di sekitar tiap butir air seperti diperlihatkan pada gambar 2.8.b. Pembasahan yang kontinyu menaikkan rapat tetesan butiran air pada permukaan dan bersatu dengan daerah basah menghasilkan lapisan yang resistif yang mana akan menyelimuti tetesan-tetesan air yang konduktif.
4. Pemanasan karena resistans
Isolasi komposit dari isolator, jika diterapkan tegangan akan mengakibatkan arus bocor yang kecil mengalir pada lapisan yang resistif tinggi. Karena elektrolit mempunyai koefisien termal negatif, resistans akan berkurang secara perlahan-lahan yang mengakibatkan pemanasan. Secara simultan, pengeringan dan berkurangnya uap lembab akan menaikkan resistans permukaan. Kedua gejala yang berlawanan tersebut akan mencapai keseimbangan dalam suatu tingkatan rendah dari arus bocor. Pada titik ini isolasi komposit akan diselimuti oleh lapisan yang resistifnya tinggi yang mana akan menyebar dengan konduksi tetesan butiran air.
5. Efek dari medan listrik pada tetesan butir-butir air
Perkembangan pembasahan menaikkan rapat tetesan butir-butir air dan mengurangi jarak diantara tetesan butir-butir air. Interaksi antara medan listrik arus bolak-balik dan tetesan butir-butir air menghasilkan suatu gaya osilasi yang akan meratakan dan memperpanjang tetesan butir-butir air.
Jika jarak antara butir-butir air yang bersebelahan kecil, maka tetesan demikian akan bergabung membentuk filamen seperti ditunjukkan pada gambar 2.8.c. Filamen adalah daerah konduktif dan daerah sekelilingnya mempunyai resistans yang tinggi. Filamen terbentuk secara random pada seluruh permukaan.
6. Peluahan bintik
Filamen mengurangi jarak antara elektroda yang didahului oleh kenaikan medan listrik antara filamen yang berdekatan. Intensifikasi medan menghasilkan peluahan titik antara filamen seperti diperlihatkan pada gambar 2.8.d. Peluahan bintik secara random terdistribusi sepanjang permukaan.
7. Kehilangan sifat hidrofobik
a. Perpanjangan filamen
Peluahan bintik menghabiskan lapisan polimer yang tipis sekitar tetesan butir-butir air dan merusak sifat hidrofobik. Reduksi dari sifat hidrofobik akhirnya terbentuk filamen bersama. Perpanjangan filamen yang dihasilkan dan intensifikasi medan mengakibatkan peluahan bintik pada ujung filamen.
b. Pembentukan daerah basah
Medan listrik yang tinggi sekitar elektroda menghasilkan korona dan peluahan permukaan. Lokalisasi peluahan ini akan merusak sifat hidrofobik yang didahului oleh terjadinya bentuk yang tidak teratur dalam daerah yang basah. Pengentalan filamen juga terbentuk pada daerah basah, seperti diperlihatkan pada gambar 2.8.e. Daerah ini muncul sebagai jalan kecil perpanjangan elektroda. Disekeliling daerah basah adalah lapisan dengan resistans yang tinggi, yang diselimuti oleh tetesan butir-butir air. Gambar 2.8.f memperlihatkan permukaan isolator komposit yang diselimuti oleh daerah luasan yang basah, filamen dan distribusi tetesan butir-butir air secara random pada permukaan.
8. Flashover
Kenaikan dari panjang filamen dan formasi dari luasan yang basah akhirnya menghubungsingkatkan isolator melalui jalan elektrolit yang konduktif. Permukaan air yang konduktif memberikan jalan kecil untuk busur api listrik yang bertambah, jika Ebusur > Efilamen. Busur api listrik akan berjalan pada permukaan dari lapisan elektrolit yang mana mengakibatkan flashover seperti diperlihatkan pada gambar 2.8.f.
Gambar 2.7 Perkembangan dari Flashover
Besarnya tegangan flashover pada medan yang seragam dipengaruhi oleh kondisi udara di sekitar isolator. Kepadatan udara relatif akan berkurang dengan penurunan tekanan dan kenaikan suhu. Dalam pengujian tegangan flashover dinaikkan setahap demi setahap, sehingga terjadi tegangan kritis pada setiap bahan isolasi yang diuji. Hasil pembacaan lalu dikoreksi dengan kondisi udara standar dengan mengacu pada standar IEC 60-1 (1989) dengan persamaan :
(2.5)
(2.6)
dengan :
Vs = Tegangan lompatan dalam keadaan standar (Volt)
VB = Tegangan lompatan yang diukur pada keadaan sebenarnya (Volt)
d = Kepadatan udara relatif (mmHg/oC)
tB = Suhu keliling pada saat pengujian (oC)
bB = Tekanan udara pada saat pengujian (mmHg)
2.2.7.1 Sistem Pengujian Arus Bocor
Arus yang melalui permukaan bahan isolator sangat kecil atau sama dengan nol apabila isolator tersebut dalam keadaan bersih, hal ini dimungkinkan karena tahanan bahan isolator sangat besar, tetapi apabila dalam keadaan terpolusi atau mengandung bahan yang bersifat konduktif pada permukaannya, maka kemungkinan akan ada arus kecil yang disebut arus bocor.
Pengujian arus bocor ini dimaksudkan untuk mendapatkan data berupa nilai arus bocor dari bahan Resin Epoxy, pengamatan arus bocor ini memerlukan osiloskop sebagai alat bantunya. Input tegangan yang masuk kedalam osiloskop diperlukan untuk mengatasi tegangan besar yang masuk kedalam osiloskop dengan cara memasang rangkaian pembagi tegangan dan sela jarum.
Gambar 2.8 Rangkaian Pembagi Tegangan
Nilai resistans pada rangkaian pembagi tegangan tersebut adalah sebagai berikut :
R1 = 680 Ohm
R3 = 100 Ohm R5 = 10.000 Ohm
R2 = 920 Ohm
R4 = 820 Ohm
Berdasarkan perhitungan rangkaian pada gambar 2.4 dapat diukur besarnya arus I1 dari nilai tegangan input osiloskop, V melalui persamaan berikut :
Loop ABDE :
(I1 I2) R1 = I2 R2 + (I2 I3) R3
(2.7)
Loop BCD :
(I2 I3) R3 = I3 (R4 + R5)
(2.8)
I3 R5 = VCD
(2.9)
Jika persamaan di atas disederhanakan dan dimaksukkan nilai resistansnya, maka diperoleh :
(2.10)
(2.11)
Substistusi persamaan 2.10 ke persamaan 2.9 akan menghasilkan :
(2.12)
Sehingga diperoleh persamaan akhir sebagai berikut :
EMBED Equation.3
(2.13)
Persamaan 2.12 tersebut digunakan untuk mendapatkan nilai arus bocor sesuai dengan diagram rangkaian pengujian arus bocor dimana I1 mewakili nilai arus bocor yang diamati dan VCD mewakili tegangan yang terbaca pada osiloskop.
2.2.8 Sudut Kontak
Sudut kontak merupakan sudut yang dibentuk antara permukaan bahan uji dengan air destilasi yang diteteskan ke permukaan bahan uji yang bersangkutan. Sudut kontak berkaitan dengan karakteristik isolator yaitu sifat menyerap air (hydrophilic) atau sifat menolak air (hydrophobic). Nilai sudut kontak bisa menentukan suatu bahan isolator bersifat hydrophobic atau hydrophilic. Hidrofobik merupakan sifat yang penting bagi sebuah isolator. Isolator yang bersifat hidrofobik lebih mampu menahan tegangan saat kondisi basah maupun saat berpolutan dibandingkan dengan isolator yang bersifat hidrofilik. Kinerja sudut kontak hidrofobik terhadap lama penuaan dipercepat, ternyata memiliki pengaruh simulasi iklim tropis, sama halnya dengan tegangan lewat denyar, dan arus bocor permukaan, dan ESDD dengan urutan tertinggi ke urutan terendah adalah, parameter ultraviolet, suhu, dan kelembaban. Hubungan antara tegangan permukaan bahan padat, udara dan air dapat dilihat pada gambar 2.9 memperlihatkan suatu ilustrasi skematik dari berbagai derajat pembasahan permukaan da sudut kontak. Gambar tersebut memperlihatkan bahwa semakin kecil sudut kontak semakin basah permukaan.
Gambar 2.9. Ilustrasi skematik pembasahan permukaan dan sudut kontakSudut kontak dapat dicari dengan meneteskan air pada permukaan bahan isolator dan mengamati kemampuan bahan isolator dalam membentuk tetes air serta bentuk dari tetes air tersebut ( Swedish Transmission Research Institut, STRI Guide 1, 92/1, Hydrophobicity Classification Guide).
Sudut kontak
EMBED Equation.3 .....................................(2.14)
Persamaan (2.13) menunjukkan bahwa kerja adhesi dan sudut kontak dari bahan isolasi yang bersifat hidrofobik semakin besar jika permukaannya semakin kasar.
2.2.9 Perhitungan ESDD
Sebelum melakukan perhitungan ESDD, terlebih dahulu melakukan pencucian terhadap air dan kapas yang digunakan sebagai pencuci diukur dahulu konduktivitasnya, setelah spesimen dicuci hasil cuciannya diukur lagi konduktivitasnya, selisih hasil pengukuran tersebut di atas digunakan untuk mengukur ESDD. ESDD merupakan kepadatan timbunan garam ekuivalen dari larutan pengotor yang menempel pada permukaan isolator, untuk melakukan perhitungan ESDD perlu melakukan langkah-langkah sebagai berikut :
Melakukan pengukuran konduktivitas, hasilnya dikonversikan ke konduktivitas 20oC menggunakan faktor koreksi seperti tabel berikut ini:Tabel 2.3 Faktor b( (oC)B
5
10
20
300.03156
0.02817
0.02277
0.01905
Dengan menggunakan pendekatan interpolasi dari tabel 2.1 di atas, maka dapat dihitung besar nilai faktor koreksi (b) pada suhu larutan yang tidak terdapat pada tabel tersebut. Misalkan suhu larutan pada 27,2oC, maka faktor koreksi (b) dapat dicari seperti berikut.
=0,0200916
Dengan memasukkan faktor koreksi yang menggunakan pendekatan interpolasi di atas, maka dapat dihitung konduktivitasnya dengan persamaan :
(2.15)
dengan :
(= Suhu larutan
(20= Konduktivitas pada suhu 20 oC
((= Konduktivitas pada suhu (
b= Faktor koreksi pada suhu (
Konduktivitas yang didapatkan pada suhu 20oC kemudian menghitung konduktivitas NaCl dalam % dengan menggunakan persamaan :
(2.16)
dimana :
D = Konsentrasi garam NaCl (%)
(20 = Konduktivitas pada suhu 20 oC
Setelah mendapatkan konduktivitas pada suhu 20oC dan konsentrasi garam NaCl, selanjutnya dapat menghitung ESDD dengan menggunakan persamaan :
(2.17)
dengan :
ESDD = Equivalent Salt Deposit Density (mg/cm2)
V ap = Volume air pencuci (ml)
D1= Eqivalen konsentrasi garam dari air bersama kapas sebelum berpolutan
D2 = Eqivalen konsentrasi garam dari air bekas cucian bersama kapas dari
polutan
S= Luas seluruh permukaan isolator (cm2)
Luas seluruh permukaan bahan uji dapat dicari dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
S = ( 2 x s x s ) + ( 4 x s x t )
(2.18)
dengan :
S= Luas seluruh permukaan bahan (cm2)
s= sisi (cm)
t= ketebalan bahan (cm)
2.2.10 Degradasi dan Komposisi Kimia Permukaan Bahan Isolasi Polimer Resin Epoxy2.2.10.1 Degradasi Bahan Isolasi Polimer
Bahan isolasi dibawah terpaan iklim tropis secara kontinu dapat mengalami degradasi yang dimulai dari permukaan yang kemudian menjalar kedalam. Yang dimaksud dengan degradasi yaitu suatu reaksi yang menyebabkan putusnya rantai ikatan molekul utama sehingga terjadi perubahan sifat bahan dasar polimer berupa pengurangan berat dan panjang molekul polimer.
Untuk mengetahui degradasi permukaan dalam bentuk erosi, keretakan dan pengapuran diperlukan suatu cara untuk mengkarakterisasi permukaan. Salah satu metode yang dapat dipergunakan untuk keperluan itu adalah teknik Scanning Electron Microscopy (SEM). Teknik SEM pada hakekatnya merupakan pemeriksaan dan analisis struktur mikro permukaan. Data yang diperoleh dari lapisan permukaan yang tebalnya sekitar 20 (m memberikan gambar topografi dengan segala tonjolan dan lekukan permukaan yang ditangkap dan diolah oleh elektron sekunder yang dipancarkan oleh spesimen. (Stevens, 1989).
2.2.10.2 Analisis Komposisi Kimia Permukaan Dengan FTIR
Untuk mendeteksi komposisi kimia permukaan bahan isolasi polimer setelah diterpa oleh iklim tropis dapat dianalisis gugus fungsional dengan mempergunakan Fourier Transform Infrared (FTIR). Metode ini sangat efektif untuk mengevaluasi gejala kerusakan dan perubahan struktur kimia permukaan polimer yang mengalami penuaan.
Hampir setiap senyawa yang memiliki ikatan kovalen baik senyawa organik maupun anorganik akan menyerap berbagai frekwensi radiasi elektromagnetik dalam daerah spektrum inframerah. Setiap tipe ikatan yang berbeda mempunyai sifat frekwensi vibrasi yang berbeda dan karena tipe ikatan yang sama dalam dua senyawa berbeda terletak dalam lingkungan yang sedikit berbeda, maka tidak ada dua molekul yang berbeda strukturnya akan mempunyai bentuk serapan inframerah atau spektrum inframerah yang tepat sama. Untuk dapat menyatakan apakah kedua senyawa tersebut identik atau tidak sama maka harus membandingkan spektra inframerah dari dua senyawa. Jika puncak spektrum inframerah kedua senyawa tepat sama maka dalam banyak hal dua senyawa tersebut adalah identik. Kegunaan lain dari spektrum inframerah adalah memberikan keterangan tentang molekul.
2.2.11 Penurunan Model Matematis Untuk Analisis Hasil PenelitianKontaminasi pada permukaan isolator akan mempengaruhi besarnya
kemampuan untuk menahan tegangan flashover. Flashover merupakan lompatan busur api yang terjadi pada permukaan isolator. Kontaminasi pada umumnya diakibatkan oleh unsur-unsur tertentu yang dibawa oleh angin maupun asap-asap pabrik. Tingkat kontaminasi pada permukaan isolator biasanya dinyatakan dengan Equivalent Salt Deposit Density (ESDD) yang menyatakan tingkat endapan garam pada permukaan isolator.
Mekanisme tegangan lewat denyar isolator terkontaminasi, dan pengaruh iklim tropis adalah komplek, sehingga dikembangkan formula model matematik
yang dipakai dalam meneliti gejala penuaan (Obenaus and Neumaerker, 1957; Lambeth, 1971; Mizuno et al, 1997) sebagai berikut,
(2.19)
Dengan: Vfo = tegangan lewat denyar kontaminasi, K= konduktivitas permukaan karena polutan, L= panjang kebocoran pada isolator atau panjang busur api waktu terjadi tegangan lewat denyar, medan listrik = Vfo/L, N= konstanta yang ada hubungannya dengan medan listrik E, n = konstanta yang ada hubungannya dengan arus bocor I, yang hubungannya sebagai berikut,
(2.20)
Nilai konstanta N dan n diperoleh dari ekperimen secara empiris. Nilai medan listrik, E = Vfo / L sehingga persamaan 2.20 menjadi,
= N
Sehingga persamaan (2.19) akan menjadi,
EMBED Equation.3
(2.21)
Persamaan rapat endapan garam ekivalen menurut NGK Insulator (1995) ada hubungan dengan konduktivitas, ESDD = C3 k atau
(2.22)
Dari persamaan (2.21) dan (2.22) diperoleh,
(2.23)
Ultraviolet mengakibatkan sudut kontak hidrofobik akan berkurang secara perlahan-lahan, akibatnya rapat endapan garam ekivalen (esdd) akan naik, sehingga arus bocor juga bertambah, akhirnya terjadi tegangan busur (Vfo). Dapat dikatakan bahwa terjadi lucutan dalam medan listrik sebagai fungsi sudut kontak hidrofobik telah diteliti, dan menghasilkan persamaan berikut (Fukuda, 1993; Karady, 1995; Mackevich and Shah, 1997; Karady, 1999; dan Berahim, 2003)
(2.24)dengan c = konstanta tergantung sifat hidrofobik, untuk E = Vfo/L, sehingga persamaan (2.23) akan menjadi
(2.25)
Dari persamaan (2.23) dan (2.25) akan diperoleh persamaan model matematis penuaan bahan isolasi polimer Resin Epoxy silane,
(2.26)
Dari model matematis pada persamaan (2.26) dapat ditentukan hubungan antara tegangan flashover, arus bocor, ESDD dan sudut kontak hidrofobik yang divalidasi dengan menggunakan data-data hasil pengujian. Model matematis tersebut merupakan suatu bentuk persamaan linier multivariabel yaitu terdapat tiga buah variabel bebas yang akan menentukan variabel tak bebas. Dengan demikian metode yang digunakan untuk manganalisis data hasil penelitian adalah menggunakan analisis regresi linier ganda. Syarat dari analisis regresi ganda adalah data-data penelitian yang dianalisis adalah independen. Kinerja tegangan flashover, arus bocor, ESDD dan sudut kontak hidrofobik tidak saling independen karena semua variabel tersebut saling mempengaruhi. Dengan demikian agar datanya independen, maka pengambilan datanya dibuat independen dengan cara sebuah sampel uji digunakan untuk mengambil data kinerja tertentu saja, tidak boleh satu sampel digunakan untuk mengambil keempat kinerja tersebut secara berurutan.
Bentuk umum analisis regresi linier ganda diturunkan dari persamaan (2.27) menjadi bentuk seperti berikut :
Yi = b0 + b1X1i + b2X2i+ b3Xi3i+ ei
(2.28)
dengan :
Yi
= variabel respon yang diprediksi sebagai fungsi dari kinerja tegangan flashover
X1i,X2i,X3i
= variabel prediktor (dari arus bocor, ESDD dan sudut kontak
permukaan)
b0,b1,b2,b3 = koefisien regresi linier ganda yang akan ditaksir sejauh mana
pengaruh variabel prediktor terhadap variabel respon
ei
= galat (error) yaitu selisih antara nilai Y yang sebenarnya
dengan nilai Y yang diprediksi
i
= banyaknya pengukuran
Hasil pemodelan hubungan empat dimensi dari tegangan flashover terhadap variabel bebas arus bocor, ESDD dan sudut hidrofobik tersebut dapat dicari melalui perhitungan jumlah kuadrat galat (JKG).
Yi = b0 + b1X1i + b2X2i+ b3Xi3i
(2.29)
Agar didapatkan nilai jumlah kuadrat galat (JKG) terkecil, maka harus dideferensialkan terhadap koefisien-koefisien regresi pemodelannya, yaitu :
(2.30)
(2.31)
(2.32)
(2.33)
Substitusi keempat persamaan sebelumnya menghasilkan persamaan berikut ini :
(2.34)
(2.35)
(2.36)
(2.37)
bila
;dan
maka persamaan normal di atas bisa dinyatakan dalam bentuk matriks
(2.38)
dan bila matriks A tak singular, maka koefisien regresinya bisa dihitung sebagai berikut :
(2.39)
Selanjutnya untuk memutuskan apakah suatu prediktor Xi berpengaruh secara signifikan terhadap taksiran variabel respon Yi dapat dilihat dari nilai faktor korelasinya (r) atau faktor determinasinya (R2) yang menunjukkan bahwa bentuk pemodelan yang didapat merupakan bentuk yang optimal dari aproksimasi sebaran data dengan nilai error terkecil.
(2.40)
dengan
(2.41)
dan
(2.42)
Setelah itu dilakukan pengujian hipotesis :
Ho : bi = 0 (variabel prediktor tidak mempunyai kontribusi terhadap variabel
respon)
H1 : bi 0 (variabel prediktor mempunyai kontribusi terhadap variabel respon)
Kemudian untuk menguji hipotesis digunakan distribusi t (karena jumlah datanya relatif sedikit, n < 30) :
(2.43)
maka Ho diterima jika :
Jika Ho ditolak dan H1 diterima, maka ada kontribusi dari arus bocor, ESDD dan sudut kontak hidrofobik terhadap tegangan flashover.
2.3 Hipotesis
Berdasarkan rumusan masalah yang telah dikemukakan sebelumnya, maka hipotesis penelitian ini sebagai berikut :
1. Terdapat pengaruh yang signifikan antara bahan dasar polimer ResinEpoxy dengan peningkatan porsentase bahan pengisi Rice Husk Ash terhadap kekuatan mekanik bahan uji.2. Terdapat pengaruh yang signifikan antara bahan dasar polimer Resin Epoxy dengan bahan pengisi Rice Husk Ash yang berpolutan industri dan setelah pemberian penyinaran ultraviolet (UV) terhadap masing-masing variabel tegangan flashover, arus bocor, sudut kontak permukaan dan tingkat ESDD bahan uji.3. Terjadi degradasi permukaan pada bahan isolasi Resin Epoxy setelah terkontaminasi polutan industri Gresik dan semakin lama mengalami penuaan.4. Akibat pengaruh polutan dan lama penuaan, maka terjadi perubahan struktur kimia permukaan bahan uji. CH3
HO
C
OH
CH3
20 mm
30 mm
Tebal = 5 mm
50 mm
60 mm
60 mm
200 mm
(=0(
cairan
Bahan padat
Bahan padat
Bahan padat
90( < ( < 180(
cairan
cairan
(
( < 90(
9
garis singgung
kiri
garis singgung
kanan
Sudut kontak
kiri
Sudut kontak kanan
(
Poly(ether ketone)(PCEK)
n = 4
n = 6
n = 2
Poly(ethylene terephthalate)(PET)
X = CH3
Y = COOCH3
X = Cl
C = F
X = CH3
X = H
X = F
X = CH2
X = Cl
C = CijH3
X = OCOCH3
PAGE
_1208199258.unknown
_1215815523.unknown
_1234471987.unknown
_1234474343.unknown
_1235364722.unknown
_1235365007.unknown
_1234475301.unknown
_1234475974.unknown
_1234475004.unknown
_1234474012.unknown
_1234474037.unknown
_1234473633.unknown
_1234473806.unknown
_1234472739.unknown
_1234469693.unknown
_1234470581.unknown
_1234471703.unknown
_1234469998.unknown
_1215815722.unknown
_1232105659.unknown
_1216447866.unknown
_1215815684.unknown
_1209415964.unknown
_1215815279.unknown
_1215815340.unknown
_1210800116.unknown
_1209821791.unknown
_1208199750.unknown
_1208200791.unknown
_1208200973.unknown
_1208200988.unknown
_1208200131.unknown
_1208200523.unknown
_1208199998.unknown
_1208199638.unknown
_1208199723.unknown
_1208199499.unknown
_1202060652.unknown
_1202105665.unknown
_1206907252.unknown
_1208199253.unknown
_1208195862.unknown
_1202636632.unknown
_1202080743.unknown
_1202081016.unknown
_1202081303.unknown
_1202081464.unknown
_1202081220.unknown
_1202080914.unknown
_1202080652.unknown
_1185598488.unknown
_1185599724.unknown
_1202059278.vsdA
C
B
D
E
R1
R2
R3
R4
R5
I1
I3
I2
Tegangan Input Osiloskop
Tegangan diukur
-
_1185598617.unknown
_1182020558.unknown
_1185598141.unknown
_1180983803.unknown
_1182020516.unknown
_1172460727.unknown