Kriteria Pemilihan Bahan Konstruksi Kimia

Dalam merancang peralatan industri khususnya industri kimia, perancang

memilih bahan-bahan untuk dijadikan komponen atau struktur untuk peralatn

tersebut. Di samping itu, perlu mempertimbangkan faktor lain misalnya ketahanan

terhadap korosi. Perancangan dalam rekayasa harus melalui kompromi sehingga

bisa didapat produk yang cukup kuat, mudah dibuat dan tidak mahal. Oleh sebab

itu ada beberapa kriteria pemilihan bahan konstruksi kimia, yaitu :

a. Biaya

b. Ketersediaan

c. Sifat-sifat umum bahan

a. Biaya

Aspek biaya menjadi salah satu yang dipertimbangkan dalam memilih

bahan konstruksi. Dalam merancang suatu alat proses, sarjana teknik kimia tidak

lepas dengan yang namanya perhitungan ekonomi sehingga didapat bahan

konstruksi yang bagus dan murah.Hal yang termasuk hal biaya dalam pemilihan

bahan konstruksi yaitu :

Biaya banyaknya bahan mentah yang digunakan untuk menghasilkan

produk atau biaya kuantitas.

Biaya produksi, termasuk diantaranya biaya kemampuan di las, dibentuk

dan diproses secara mesin maupun tradisional.

Umur pelayanan yang diharapkan.

Penambahan biaya meliputi biaya transportasi, penempatannya di lapangan

dan biaya di luar dari biaya yang langsung tetap menjadi perhatian dalam aspek

ekonominya. Penambahan bahan dalam sebuah campuran konstruksi kimia atau

tidak mengubah komposisi yang besar dari bahan yang lainnya. Hal ini

disebabkan penggunaan bahan tambah cenderung merupakan pengganti atau

substitusi dari dalam campuran konstruksi itu sendiri. Sebagai contohnya tujuan

memperbaiki atau mengubah sifat dan karakteristik tertentu dari beton atau mortar

yang akan dihasilkan, maka kecenderungan perubahan komposisi dalam berat

volume tidak terasa secara langsung dibandingkan dengan komposisi awal

konstruksi tanpa bahan tambah.

1

Contoh peralatan dengan biaya fabrikasi rendah dimana kegagalan prematur

tidak akan menyebabkan serius bahaya adalah baja karbon. Baja karbon ini dapat

digunakan untuk limbah cair baris di tempat stainless steel, dan menerima

kebutuhan kemungkinan untuk penggantian. Lebih mahal tahan korosi, paduan

sering digunakan sebagai cladding pada baja karbon.

b. Ketersediaan

Ketersediaan bahan konstruksi kimia sangat mempengaruhi harga dari

bahan konstruksi kimia itu sendiri. Harga bahan konstruksi kimia akan sangat

mahal ketika jumlah ketersediaan bahan tersebut semakin sedikit. Sebaliknya

apabila bahan konstruksi kimia mudah untuk ditemukan maka harga dari bahan

konstruksi kimia tersebut akan semakin murah. Oleh sebab itu, letak industri

kimia disesuaikan dengan tempat bahan baku bahan konstruksi kimia. Apabila

letak bahan konstruksi kimia jauh, maka akan mempengaruhi pendistribusian

bahan konstruksi kimia. Selain itu biaya distribusi yang tinggi membuat bahan

konstruksi kimia menjadi mahal. faktor lain yang menyebabkan ketersediaan

bahan konstruksi kimia menjadi langka adalah distribusi yang tidak sesuai dengan

semestinya sehingga harga bahan konstruksi kimia pun menjadi tinggi.

c. Sifat-Sifat Umum Bahan

Sifat-sifat umum bahan terbagi menjadi 3, yaitu :

1. Sifat mekanik

2. Sifat thermal

3. Sifat listrik

1. Sifat Mekanik

Sifat mekanik adalah salah satu sifat yang terpenting, karena sifat mekanik

menyatakan kemampuan suatu bahan (seperti komponen yang terbuat dari bahan

tersebut) untuk menerima beban/gaya atau energi tanpa menimbulkan kerusakan

pada bahan atau komponen tersebut. Seringkali bila suatu bahan mempunya sifat

mekanik yang baik tetapi kurang baik pada sifat yang lain. Untuk mengatasi

kekurangan tersebut dapat diatasi dengan berbagai cara. Misalnya saja baja yang

sering digunakan sebagai bahan dasar pemilihan bahan. Baja mempunyai sifat

mekanik yang cukup baik, dimana baja memenuhi syarat untuk suatu pemakaian

2

tetapi mempunyai sifat tahan terhadap korosi yang kurang baik. Untuk mengatasi

hal itu seringkali dilakukan sifat yang kurang tahan terhadap korosi tersebut

diperbaiki dengan cara pengecatan atau galvanising, dan cara lainnya. Jadi tidak

harus mencari bahan lain seperti selain kuat juga harus tahan korosi, tetapi cukup

mencari bahan yang syarat pada sifat mekaniknya sudah terpenuhi namun sifat

kimianya kurang terpenuhi.

Berikut adalah beberapa sifat mekanik yang penting untuk diketahui, yaitu :

a) Kekuatan (strength)

Kekuatan menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan

tanpa menyebabkan bahan menjadi patah. Kekuatan ini ada beberapa

macam, tergantung pada jenis beban yang bekerja atau mengenainya.

Contoh kekuatan tarik, kekuatan geser, kekuatan tekan, kekuatan torsi, dan

kekuatan lengkung.

b) Kekerasan (hardness)

Kekerasan dapat didefenisikan sebagai kemampuan suatu bahan

untuk tahan terhadap penggoresan, pengikisan (abrasi), identasi atau

penetrasi. Sifat ini berkaitan dengan sifat tahan aus (wear resistance).

Kekerasan juga mempunyai korelasi dengan kekuatan.

c) Elastisitas (Elasticity)

Elastisitas menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan

tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk yang permanen setelah

tegangan dihilangkan. Bila suatu benda mengalami tegangan maka akan

terjadi perubahan bentuk. Apabila tegangan yang bekerja besarnya tidak

melewati batas tertentu maka perubahan bentuk yang terjadi hanya bersifat

sementara, perubahan bentuk tersebut akan hilang bersama dengan

hilangnya tegangan yang diberikan. Akan tetapi apabila tegangan yang

bekerja telah melewati batas kemampuannya, maka sebagian dari

perubahan bentuk tersebut akan tetap ada walaupun tegangan yang

diberikan telah dihilangkan. Kekenyalan juga menyatakan seberapa

banyak perubahan bentuk elastis yang dapat terjadi sebelum perubahan

bentuk yang permanen mulai terjadi, atau dapat dikatakan dengan kata lain

3

adalah kekenyalan menyatakan kemampuan bahan untuk kembali ke

bentuk dan ukuran semula setelah menerima bebang yang menimbulkan

deformasi.

d) Kekakuan (stiffness)

Kekakuan menyatakan kemampuan bahan untuk menerima

tegangan/beban tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk

(deformasi) atau defleksi. Dalam beberapa hal kekakuan ini lebih penting

daripada kekuatan.

e) Plastisitas (plasticity)

Plastisitas menyatakan kemampuan bahan untuk mengalami

sejumlah deformasi plastik (permanen) tanpa mengakibatkan terjadinya

kerusakan. Sifat ini sangat diperlukan bagi bahan yang akan diproses

dengan berbagai macam pembentukan seperti forging, rolling, extruding

dan lain sebagainya. Sifat ini juga sering disebut sebagai keuletan

(ductility). Bahan yang mampu mengalami deformasi plastik cukup besar

dikatakan sebagai bahan yang memiliki keuletan tinggi, bahan yang ulet

(ductile). Sebaliknya bahan yang tidak menunjukkan terjadinya deformasi

plastik dikatakan sebagai bahan yang mempunyai keuletan rendah atau

getas (brittle).

f) Ketangguhan (toughness)

Ketangguhan menyatakan kemampuan bahan untuk menyerap

sejumlah energi tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan. Juga dapat

dikatakan sebagai ukuran banyaknya energi yang diperlukan untuk

mematahkan suatu benda kerja, pada suatu kondisi tertentu. Sifat ini

dipengaruhi oleh banyak faktor, sehingga sifat ini sulit diukur.

g) Kelelahan (fatigue)

Kelelahan merupakan kecendrungan dari logam untuk patah bila

menerima tegangan berulang – ulang (cyclic stress) yang besarnya masih

jauh dibawah batas kekuatan elastiknya. Sebagian besar dari kerusakan

yang terjadi pada komponen mesin disebabkan oleh kelelahan ini.

4

Karenanya kelelahan merupakan sifat yang sangat penting, tetapi sifat ini

juga sulit diukur karena sangat banyak faktor yang mempengaruhinya.

h) Creep

Creep atau bahasa lainnya merambat atau merangkak merupakan

kecenderungan suatu logam untuk mengalami deformasi plastik yang

besarnya berubah sesuai dengan fungsi waktu, pada saat bahan atau

komponen tersebut tadi menerima beban yang besarnya relatif tetap.

Beberapa sifat mekanik diatas juga dapat dibedakan menurut cara

pembebanannya, yaitu :

o Sifat mekanik statis, yaitu sifat mekanik bahan terhadap beban statis yang

besarnya tetap atau bebannya mengalami perubahan yang lambat.

o Sifat mekanik dinamis, yaitu sifat mekanik bahan terhadap beban dinamis

yang besar berubah – ubah, atau dapat juga dikatakan mengejut.

2. Sifat Termal Bahan

Sifat termal bahan adalah perubahan sifat yang berkaitan dengan suhu. Sifat

termal ini dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu :

a) Kandungan uap air

Apabila suatu benda berpori diisi air, maka akan berpengaruh

terhadap konduktifitas termal. Konduktifitas termal yang rendah pada

bahan insulasi adalah selaras dengan kandungan udara dalam bahan

tersebut.

b) Suhu

Pengaruh suhu terhadap konduktifitas termal suatu bahan adalah

kecil, namun secara umum dapat dikatakan bahwa konduktifitas termal

akan meningkat apabila suhu meningkat.

c) Kepadatan dan porositas

Konduktifitas termal berbeda pengaruh terhadap kepadatan, apabila

pori-pori bahan semakin banyak maka konduktifitas termal rendah.

Perbedaan konduktifitas termal bahan dengan kepadatan yang sama akan

tergantung pada perbedaan struktur yang meliputi ukuran, distribusi,

hubungan pori / lubang.

5

3. Sifat Elektrik Bahan

Berdasarkan sifat listriknya, material atau bahan dikelompokkan menjadi 3,

yaitu :

1. Konduktif jika resistansinya < 105 ohm. Elektron mudah bergerak atau

mengalir, jadi netralisasi dapat dilakukan dengan mudah dengan cara

grounding. Contoh : logam dan tubuh manusia.

2. Insulatif jika resistansinya > 1011 ohm. Elektron bisa dikatakan tak dapat

bergerak, jadi netralisasi hanya mungkin dilakukan dengan ionisasi.

Contoh : plastik dan karet. Dari pengukuran tribocharging, kita bisa

menentukan apakah muatan listrik mudah ditimbulkan pada bahan

tersebut. Jika tidak mudah membangkitkan muatan (atau muatan yang

dihasilkan cukup rendah), maka bahan itu dapat dikatakan sebagai anti-

statik.

3. Statik disipatif–resistansi di antara 105 sampai 1011 ohm

Elektron dapat bergerak tetapi lambat, jadi perlu diketahui parameter

decay time. Untuk mengetahui berapa cepat grounding dapat menetralisasi

muatan. Pengukuran tribocharging juga perlu dilakukan untuk mengetahui

apakah bahan tersebut anti-statik atau tidak. Umumnya bahan yang masuk

kategori statik disipatif adalah bahan buatan, artinya memang khusus

dibuat untuk mempunyai resistansi tertentu, misalnya bahan dasarnya

adalah insulatif tapi diberi tambahan karbon dalam kadar tertentu untuk

membuatnya bersifat statik disipatif. Jika kadarnya berlebih, bahan juga

bisa bersifat konduktif.

Material teknik dapat diklasifikasikan menjadi 5, yaitu : 

1. Logam

2. Keramik

3. Polimer 

4. Komposit

1. Logam

Jenis material teknik yang dipakai secara luas dalam teknologi modern

adalah baja. Baja adalah material logam yang dapat dipakai secara fleksibel dan

6

mempunyai beberapa karakteristik. Material ini kuat dan siap dibentuk menjadi

bermacam-macam keperluan teknik. Material ini berspektrum luas dan

mempunyai kemampuan berdeformasi secara permanen yang merupakan modal

penting dalam menentukan harga tegangan luluh pada berbagai beban.

Berbagai material logam tidak dalam bentuk murni dipakai dalam teknik

tetapi dipakai dalam bentuk paduan, misalnya paduan besi dan baja (dari Fe),

aluminium (Al), magnesium (Mg), titanium (Ti), nikel (Ni), paduan seng (Zn) dan

tembaga (Cu) (perunggu). Sifat –sifat umum dari logam, yaitu :

o Konduktifitas listrik dan termal yang tinggi

o Sifat-sifat mekanik (kekerasan dan kekuatan) umumnya tinggi

o Masa Jenis relatif tinggi

o Bersifat korosi

o Warna yang khas dan tidak transparan

2. Keramik

Al2O3 adalah material teknik yang disebut keramik atau Aluminium oksida.

(Al2O3) mempunyai 2 keunggulan. Pertama, Al2O3 stabil secara kimia dalam

lingkungan yang beraneka ragam karena Al akan di oksidasi. Pada kenyataannya

hasil reaksi oksidasi dari aluminium akan memberikan aluminium oksida yang

lebih stabil. Kedua, keramik Al2O3 mempunyai titik lebur lebih tinggi (2020oC)

daripada logam Al (660oC). Hal ini membuat Al2O3 sukar lebur dan dipakai secara

luas dalam industri peleburan.

Contoh material keramik yang lain yang banyak dipakai adalah magnesium

oksida (MgO) dan silika (SiO2). Material keramik ini sering dipadukan dengan

aluminium oksida (Al2O3) untuk mendapatkan sifat yang lebih baik. Material

keramik silikon nitrida Si3N4 dapat diurai menjadi keramik oksida yang penting.

Selanjutnya, material keramik yang berdaya jual tinggi adalah keramik yang

mempunyai gabungan unsur antara satu unsur logam dan satu unsur bukan logam

(C, N, 0, P, S ). Logam dari keramik mempunyai ciri susunan yang sama pada

skala atomik. Susunannya kristalin, artinya atom-atomnya tertumpuk dalam

sebuah keteraturan atau pola yang berulang. Perbedaan antara bahan logam dan

keramik adalah pada material keramik dengan pengolahan yang sederhana dan

7

bersih dapat dibuat dalam bentuk nonkristalin, sehingga atom-atom tertumpuk

atau tersusun dalam ketidakteraturan atau pola yang acak.

Sifat-sifat umum dari keramik, yaitu :

o Keras dan getas

o Kekuatan tarik rendah

o Kekuatan Tekan Tinggi

o Isolator yang baik

o Tahan korosi

o Tahan pada temperatur tinggi

3. Polimer

Polimer merupakan material hasil teknologi modern yang mempunyai

karakteristik lebih banyak dari pada material yang lain. Bahan buatan ini

merupakan cabang khusus dari kimia organik. Plastik adalah bahan murah yang

dapat dibentuk dari beberapa polimer selama fabrikasi. Mer dalam sebuah polimer

adalah sebuah molekul hidrokarbon tunggal seperti etilen (C2H4). Polimer adalah

molekul rantai panjang yang mengandung beberapa ikatan mer. Polimer yang

umum dalam dunia perdagangan adalah polietilen (C2H4 ) dengan harga n berkisar

antara 100 sampai 1000. Beberapa polimer penting (termasuk polyethylene)

adalah campuran sederhana dari hidrogen dan karbon. Beberapa yang lain

mengandung oksigen, misalnya acrylic, nitrogen (nilon), fluorine (fluoroplastic),

dan silikon (silicone). Polimer mempunyai sifat ringan, murah dan mampu

menggantikan logam dalam aplikasi disain struktur. 

Sifat-sifat umum dari polimer, yaitu :

o Ringan (masa jenis relatif rendah)

o Tidak tahan temperatur tinggi

o Kekuatan tarik rendah dan keuletan tinggi

o Isolator yang baik

o Modulus elastisitas rendah

4. Komposit

8

Perkembangan teknologi material telah melahirkan suatu material jenis baru

yang dibangun secara bertumpuk dari beberapa lapisan. Material ini yang disebut

material komposit. Material komposit terdiri dari lebih dari satu tipe material dan

dirancang untuk mendapatkan kombinasi karakteristik terbaik dari setiap

komponen penyusunnya. Pada dasarnya, komposit dapat didefinisikan sebagai

campuran makroskopik dari serat dan matriks. Serat merupakan material yang

(umumnya) jauh lebih kuat dari matriks dan berfungsi memberikan kekuatan

tarik.Sedangkan matriks berfungsi untuk melindungi serat dari efek lingkungan

dan kerusakan akibat benturan.

Serat kaca (glass fibre) adalah material yang umum digunakan sebagai serat.

Namun, teknologi komposit saat ini telah banyak menggunakan karbon murni

sebagai serat. Serat karbon memiliki kekuatan yang jauh lebih baik dibanding

serat kaca tetapi biaya produksinya juga lebih mahal. Komposit dari serat karbon

memiliki sifat ringan dan juga kuat. Komposit jenis ini banyak digunakan untuk

struktur pesawat terbang, alat-alat olahraga, dan terus meningkat digunakan

sebagai pengganti tulang yang rusak. Selain serat kaca, polimer yang biasanya

menjadi matriks juga dapat dipakai sebagai serat atau penguat. Contohnya, kevlar

merupakan serat polimer yang sangat kuat dan dapat meningkatkan toughness dari

material komposit. Kevlar dapat digunakan sebagai serat dari produk komposit

untuk struktur ringan yang handal, misalnya bagian kritis dari struktur pesawat

terbang. Sebenarnya, material komposit bukanlah pengguaan asli dari kevlar.

Kevlar dikembangkan untuk pengganti baja pada ban radial dan untuk membuat

rompi atau helm anti peluru.

Untuk matriks, kebanyakan material komposit modern menggunakan plastik

thermosetting, yang biasanya disebut resin. Plastik adalah polimer yang mengikat

serat dan membantu menentukan sifat fisik dari material komposit yang

dihasilkan. Plastik termosetting berwujud cair tetapi akan mengeras dan menjadi

rigid ketika dipanaskan. Plastik ini memiliki tahanan terhadap serangan zat kimia

yang baik meskipun berada pada lingkungan ekstrim. Untuk tujuan khusus,

digunakan matriks dari keramik, karbon dan logam. Contohnya, keramik

digunakan untuk material komposit yang didesain bekerja pada temperatur sangat

9

tinggi dan karbon digunakan untuk produk yang menerima gaya gesek seperti

bearing dan gir. Pada material komposit dikenal istilah lamina dan laminate.

Lamina adalah satu lembar komposit dengan satu arah serat tertentu, sedangkan

laminate adalah gabungan beberapa lamina.

Manfaat utama dari penggunaan komposit adalam mendapatkan kombinasi

sifat kekuatan serta kekakuan tinggi dan berat jenis yang ringan. Dengan memilih

kombinasi material serat dan matriks yang tepat, kita dapat membuat suatu

material komposit dengan sifat yang tepat sama dengan kebutuhan sifat untuk

suatu struktur tertentu dan tujuan tertentu pula. Penerbangan modern, baik sipil

maupun militer, adalah contoh utamanya. Keduanya akan menjadi sangat tidak

efisien tanpa adanya material komposit. Material komposit canggih kini telah

umum digunakan pada bagian sayap dan ekor, propeller, bilah rotor, dan juga

struktur internal pesawat terbang. Hambatan dalam aplikasi material komposit

umumnya adalah soal biaya. Meskipun sering kali proses manufaktur material

komposit lebih efisien, namun material mentahnya masih terlalu mahal. Material

komposit masih belum bisa secara total menggantikan material konvensional

seperti baja, tetapi dalam banyak kasus kita memiki kebutuhan akan hal itu. Tidak

diragukan, dengan teknologi yang terus berkembang, pengunaan baru dari

material komposit akan bermunculan. Kita belum melihat semua yang material

komposit dapat lakukan.

Perhitungan Distribusi Fasa dengan Hukum Lever

Prosedur lever rule (hukum tuas) biasanya digunakan untuk mencari persen

atau fraksi fase. Selain menggunakan hukum lever, digunakan juga garis

horizontal (tie line).Prosedur dari hukum tuas antara lain adalah sebagai berikut :

1. Tarik garis horisontal pada temperatur yang diketahui.

2. Diperoleh komposisi alloy keseluruhan, Co.

3. Fraksi sebuah fase dihitung dengan mengambil panjang dari komposisi alloy

keseluruhan, Co, kebatas fase yang lainnya dan dibagi dengan panjang total tie

line (panjang CL - Cα).

4. Fraksi fase yang lain dilakukan dengan cara yang sama.

10

Gambar 7. Diagram fase tembaga-nikel

5. Jika diinginkan dalam persen, fraksi dikali 100. Jika komposisi dalam % berat,

maka fraksi adalah fraksi massa (berat).

dimana:

WL= fraksi berat fase L

Cα = komposisi fase α

CL= komposisi fase L

Co= komposisi keseluruhan

Sebagai contoh, diketahui Cα 42,5 ; Co 35 ; CL 31,5.

=0,68

Dengan cara yang sama untuk fase α :

11

=0,32

12

Daftar Pustaka

Ahmad. 2011. “Material Teknik”. (Online). http://aw697488.blogspot.co.id/2011/

05/material-teknik.html. Diakses tanggal 19 Oktober 2015.

Anonim. 2011. “Pengertian Material Teknik”. (Online). https://teknikmesin10.

wordpress.com/2011/06/25/pengertian-material-teknik/. Diakses tanggal

19 Oktober 2015.

Anonim. 2012. “Material Teknik”. (Online). https://tajilapak.wordpress.com/

2012/12/14/material-teknik/. Diakses tanggal 19 Oktober 2015.

Taufiq. 2013. “Klasifikasi Material Teknik”. (Online). http://taufiqurrokhman.

com/2013/10/17/klasifikasi-material-teknik/. Diakses tanggal 19 Oktober

2015.

13