TUGAS BAHAN KONSTRUKSI TEKNIK KIMIA

Disusun Oleh:

Nama : Rinny Novia Pratiwi

NIM : 03121003043

Jurusan : Teknik Kimia 2012

Kelas : B

Dosen Pembimbing: Ir. Faisol Asip

FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK KIMIA

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

2015

Seorang sarjana teknik kimia adalah sosok yang harus bertanggung jawab

pada suatu proses industri kimia. Terlebih lagi dalam pemilihan material konstruksi

pabrik.Pemilihan material konstruksi pabrik untuk peralatan industri kimia bukan

masalah yang mudah dan gampang. Pemilihan material konstruksi dalam industri

kimia mempengaruhi proses, produk yang dihasilkan, keselamatan, dan biaya

peralatan.

Perancangan pabrik untuk industri kimia sudah barang tentu harus

memperhatikan berbagai macam pertimbangan. Hal semacam ini dilakukan dalam

rangka untuk mengefektifkan dan mengefesienkan pengunaan bahan konstruksi kimia

tersebut. Kita sudah pahami bersama bahwa seorang sarjana teknik kimia harus

mengedepankan aspek ekonomi dalam setiap rancangan yang mereka buat. Menjadi

satu keharusan bagi kita untuk mengetahui sifat-sifat dari bahan itu sendiri. Ketika

kita mengenali sifat bahan yang kita gunakan maka sudah barang tentu penggunaan

yang nanti kita lakukan akan menjadi efektif karena kita telah mengetahui

kekurangan dan kelebihan bahan yang kita pergunakan.

1. Kriteria Pemilihan Bahan Konstruksi Kimia

Kriteria pemilihan bahan konstruksi kimia dapat dibagi menjadi 3 antara lain

adalah sebagai berikut :

a. Biaya

Yang termasuk dalam hal biaya adalah banyaknya bahan mentah yang

digunakan untuk menghasilkan produk. Biaya disini antara lain biaya awal dari

pemilihan alat industri dimana biaya alatnya berdasarkan material konstruksi dari alat

industri itu sendiri, sampai tahan dalam beberapa lama alat industri tersebut juga

mempengaruhi cost industri dalam jangka waktu setahun, lima tahun bahkan 10

tahun. Penambahan biaya mungkin baru bisa terasa efeknya pada saat pengadaan

bahan tersebut yang meliputi biaya transportasi, penempatannya dilapangan dan biaya

diluar dari biaya yang langsung tetap menjadi perhatian dalam aspek ekonominya.

Selain itu, biaya disini juga termasuk biaya produksi produknya serta biaya

perawatannya. Table dibawah ini menunjukkan biaya dari bahan konstruksi

kimia untuk alat industri atau alat prosesnya.

Suatu indikasi dari biaya penggunaan logam suatu industri dalam suatu alat

industri diberikan pada tabel 7.5 (reference : Coulson & Richard’s Chemical

Engineering Vol 6, Chemical Engineering process) :

Nilai dari material yang digunakan akan bergantung pada material density dan

strength (design stress) dan hal tersebut diperhitungkan juga dengan biaya material

konstruksinya. Hubungan antara material density, strength dan biaya material

konstuksinya sesuai dengan persamaan dibawah ini :

Peringkat dihitung biayanya, relatif terhadap rating untuk baja ringan (karbon

rendah), ditunjukkan pada Tabel 7.6. Bahan dengan design stress yang relatif tinggi,

seperti paduan stainless dan rendah baja, dapat lebih efisien digunakan daripada baja

karbon. Biaya relatif peralatan yang terbuat dari bahan yang berbeda akan tergantung

pada biaya fabrikasi, serta biaya dasar materi. Kecuali bahan tertentu memerlukan

teknik fabrikasi khusus, biaya relatif peralatan jadi akan lebih rendah dari bare

relative material cost. 

Sebagai contoh, biaya yang harus dikeluarkan dari stainless steel storage tank

akan menjadi 2 sampai 3 kali dari biaya yang harus dikeluarkan pada carbon steel

storage tank, sedangkan biaya relatif dari logam adalah antara 5 sampai 8. Jika laju

korosi seragam, maka materi yang optimal dapat dipilih dengan menghitung tahunan

biaya untuk bahan kandidat yang mungkin. Biaya tahunan akan tergantung pada

ketahanan alat industrinya, dihitung dari laju korosi, dan biaya pembelian peralatan.

Dalam situasi tertentu, mungkin terbukti lebih ekonomis untuk menginstal

bahan yang lebih murah dengan tingkat korosi yang tinggi dan sering menggantinya;

ketimbang memilih lebih bahan yang lebih tahan lama tetapi dengan material yang

mahal. Strategi ini hanya akan dipertimbangkan untuk peralatan yang relative

sederhana dengan biaya fabrikasi rendah, dan di mana premature failure tidak akan

menyebabkan bahaya yang serius. Misalnya, baja karbon dapat ditentukan untuk

limbah cair baris di tempat stainless steel, menerima kebutuhan kemungkinan untuk

penggantian. Pipa Tebal dinding akan dipantau in situ sering untuk menentukan

kapan pengganti dibutuhkan.

Semakin mahal, ketahanan korosi, campuran logam sering digunakan sebagai

cladding pada baja karbon. Jika piring tebal diperlukan untuk kekuatan struktural,

untuk tekanan vessel makan penggunaan material clad secara substansial dapat

mengurangi biaya.

b. Ketersediaan

Yang dimaksud dengan a disini adalah sumber daya. Beberapa faktor sumber

daya yang perlu dikaji adalah :

1) Sumber daya alam yang terkait dengan keetrsedian bahan baku utama maupun

bahan baku pembantu. Dimana yang perlu dikaji adalah segi kualitas dan

kuantitasnya.

2) Sumber daya yang terkait dengan sarana dan prasarana pendukung antara lain

meliputi ketersediaan dan kemampuan jalan raya, jalan kereta api dan

pelabuhan ini terkait dengan masalah transportasi baik saat tahap konstruksi

dimana perlu sarana transportasi material dan peralatan pabrik sampai tahap

operasi untuk transportasi material dan peralatan pabrik sampai tahap operasi

untuk transportasi bahan baku dan produk. Juga perlu diketahui ada tidaknya

jaringan listrik umum telepon umum yang nantinya dibutuhkan untuk

administrasi perusahaan maupun karyawan.

3) Sumber daya manusia juga perlu diperhitungkan khususnya apabila pabrik

memerlukan jumlah karyawan yang banyak dengan spesifikasi tertentu.

Sumber daya manusia ini akan berbeda kualifikasinya saat tahap konstruksi

dengan saat tahap produksi titik ujungnya adalah biaya pengadaan tenaga

kerja.

2. Sifat-sifat umum bahan konstruksi kimia

Yang dimaksud sifat-sifat umum bahan ialah sifat mekanik,sifat thermal dan

sifat listrik. Bahan yang mengalami gaya akan terdeformasi.

a) 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 / energi tanpa menimbulkan kerusakan pada

bahan / komponen tersebut. Seringkali bila suatu bahan mempunya sifat mekanik

yang baik tetapi kurang baik pada sifat yang lain, maka diambil langkah untuk

mengatasi kekurangan tersebut dengan berbagai cara yang diperlukan. Misalkan saja

baja yang sering digunakan sebagai bahan dasar pemilihan bahan. Baja mempunyai

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

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.

Sifat mekanik meliputi:

regangan (strain), e adalah besar deformasi persatuan panjang.

tegangan (stress), S ialah gaya persatuan luas. Selama deformasi bahan

menyerap energi sebagai akibat adanya gaya yang bekerja sepanjang jarak

deformasi.

kekuatan (strength) ialah 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.

keuletan (ductility) ialah besar regangan permanen sebelum perpatahan.

ketangguhan (thoughness) ialah jumlah energi yang diserab bahan sampai

terjadi perpatahan.

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 mempunya korelasi dengan kekuatan.

Tabel sifat mekanik bahan :

Sifat atau Karakteristik Lambang Definisi Satuan

Tegangan S Gaya/sat.luas (F/A) Pascal

Regangan e Fraksi deformasi (ΔL/L) -

Modulus elastik E Tegangan/regangan Pascal

Kekuatan Tegangan waktu gagal/patah/putus -

Keuletan Besar reformasi plastik sampai patah -

Ketangguhan Energi yang diperlukan hingga patah -

Kekerasan Ketahanan terhadap deformasi plastik -

Sebagai contoh, apakah sebatang baja gagal bila melengkung ataukah

kegagalan diartikan dengan perpatahan?Dengan sendirinya kriteria tergantung pada

persyaratan rancangan.Disini dapat diidentifisir dua pengertian kekuatan, pertama

kekuatan luluh yaitu kekuatan pada saat terjadi deformasi plastic dan satu kekuatan

yang dikaitkan dengan beban maksimum yang dapat dipikul.Tegangan-reganan pada

gambar harus memperhatikan deformasi, kekuatan dan kekerasan & ketangguhan.

Regangan awal berbanding lurus dengan besarnya tegangan, disamping itu

iapun mampu balik.Setelah tegangan ditiadakan, regangan lenyap, regangan linier

yang mampu balik ini disebut regangan elastik.

Modulus elastik adalah perbandingan antara tegangan (S) dan regangan

mampu balik (e).Pada tegangan yang lebih terjadi pergeseran tetap dari atom-atom

dalam suatu bahan disamping regangan elastik.Regangan tetap ini tidak mampu balik

pada saat regangan ditiadakan, regangan ini disebut regangan plastik.Perpanjangan

merupakan ukuran regangan plastik sedangkan penyusutan penampang merupakan

ukuran susut plastik.Ketahanan suatu bahan terhadap deformasi plastik disebut

kekuatan luluh. Nilai besarannya adalah besar gaya pada saat luluh dibagi luas

penampang.

b) Sifat thermal

Yang meliputi sifat thermal adalah kapasitas kalor. Suhu atau temperatur

adalah level aktivitas termal sedangkan kandungan kalor adalah energi termal,

keduanya berkaitan dengan kapasitas kalor. Panas jenis (specific heat) suatu bahan

ialah perbandingan antara kapasitas kalor dari bahan tersebut dengan kapasitas kalor

air. Muai panas adalah Pemuaian yang lazim dialami oleh bahan yang dipanaskan

ditimbulkan oleh peningkatan getaran termal atom-atom. Pendekatan pertama

menghasilkan hubungan pertambahan panjang (ΔL/L0) yang sebanding dengan

naiknya suhu ΔT .

Jadi (ΔL/L0) = αL.ΔT. Ternyata umumnya αL adalah koefisien muai linier,

naik sedikit dengan naiknya suhu.Daya hantar panas (thermal conductivity) adalah

kemampuan memindahkan panas pada bahan padat secara konduksi.

c) Sifat listrik

Berdasarkan sifat listriknya, material/bahan dikelompokkan menjadi 3 sebagai

berikut :

Konduktif – jika resistansinya < 105 ohm ; disini elektron mudah bergerak

atau mengalir, jadi netralisasi dapat dilakukan dengan mudah dengan cara

grounding. Contoh : logam dan tubuh manusia.

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.

Statik disipatif – resistansi di antara 105 sampai 1011 ohm ; disini, 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.

Untuk mengukur nilai resistansi bahan, kita gunakan Mega Ohm meter (atau

Surface Resistance Meter) – ini semacam multimeter biasa tetapi dengan

jangkauan pengukuran sampai 100 G Ohm atau lebih. Kita juga dapat

menggunakan electrometer (misalnya Electrostatic Voltmeter/ Fieldmeter)

untuk mengukur muatan listrik dari proses tribocharging dan dengan bantuan

stopwatch, kita pun dapat mengukur decay time secara kualitatif. Untuk hasil

yang lebih akurat, kita perlu menggunakan Charged Plate Monitor. Jadi, jika

adanya muatan listrik statik menimbulkan masalah, maka salah satu solusinya

adalah dengan menetralkan mutan listrik bersangkutan. Cara efektif untuk

menetralkan muatan listrik dilakukan berdasarkan sifat listrik

material/bahan.Pada dasarnya netralisasi muatan dapat dilakukan dua cara,

yaitu grounding dan ionisasi dengan ionizer. Grounding dilakukan jika

elektron dapat bergerak atau mengalir dalam bahan bersangkutan, yaitu

dengan menghubungkan bahan tersebut ke tanah/bumi atau bagian ground

dari kabel listrik karena tanah/bumi adalah reservoar muatan (sumber muatan

yang tak-terhingga). Sebaliknya, untuk bahan yang tak dapat mengalirkan

muatan, maka tidak ada jalan lain untuk menetralkan muatan kecualim

memberikan muatan yang berlawanan dari udara. Sebetulnya udara

mengandung sejumlah molekual uap air yang dapat menetralkan permukaan

suatu benda, tapi netralisasi secara alami ini akan berlangsung sangat lama.

Untuk mempercepat proses netralisasi, maka digunakan alat/peralatan yang

disebut Ionizer. Ionizer dirancang untuk menghasilkan sejumlah besar ion

positif maupun negatif dan ion-ion tersebut diarahkan ke permukaan benda

yang akan dinetralisasi. Selain itu, netralisasi juga dapat dilakukan dengan

membasahi permukaan bahan bersangkutan dengan air biasa (bukan DI water)

atau larutan yang mengandung air seperti IsoPropyl Alcohol (IPA).

Logam dan semi konduktor dapat menghantarkan muatan listrik, apabila

ditempatkan dalam medan listrik. daya hantar tergantung pada jumlah pembawa

muatan, besar muatan, dan mobilitas dari pembawa muatan. Konduktivitas adalah

kebalikan dari pada tahanan jenis.Tahanan jenis adalah sifat bahan oleh karena itu

tidak tergantung pada bentuk. Untuk bentuk uniform dapat dihitung dari rumus :

R = ρ L / A

Dimana ; L = panjang ; A = luas penampang dan ρ = densitas bahan

Dengan mengetahui R, ahli teknik dapat menggunakan persamaan dasar fisika

untuk menghitung arus listrik I dalam ampere, dan daya P dalam watt, yaitu : I = E/R

dan P = E I = I2 R = E2 / R.