TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

  PENGARUH FRAKSI VOLUME SERBUK ALUMINIUM TERHADAP KEMAMPUAN MENGHANTARKAN PANAS KOMPOSIT SERBUK ALUMINIUM-EPOKSI TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

  Disusun oleh:

  AGUNG PRANAYUDA NIM : 015214041 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2007

  THE INFLUENCE OF VOLUME ALUMINUM POWDER FRACTION TO HEAT TRANSFER OF ALUMINUM POWDER-EPOXY COMPOSITE FINAL PROJECT Presented as Partial Fulfillment of the Requirements to Obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering

  by

   AGUNG PRANAYUDA Student Number : 015214041 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT ENGINEERING FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2007

  

PERNYATAAN

  Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.

  Yogyakarta,

  28 Juli 2007 Penulis

  Agung Pranayuda

  INTISARI

  Tujuan penelitian ini adalah untuk mencari fraksi volume terbaik komposit lem epoksi-serbuk aluminium yang mampu memberikan hantaran panas paling baik dari campuran lem epoksi 0%, 25%, 50%, dan 75% serbuk aluminium.

  Pengambilan data dengan dua cara yaitu dengan menggunakan alat Heat Conduction Apparatus dan penjemuran dibawah sinar matahari. Bahan yang digunakan adalah aluminium yang dilem dengan 4 macam variasi fraksi volume yaitu : lem epoksi-sebuk aluminium 0%, 25%, 50%, dan 75%. Setelah dilakukan pengeleman didiamkan hingga lem benar-benar kering, kemudian dilakukan pengujian untuk mengetahui besarnya hantaran panas yang dihasilkan oleh lem epoksi dan campuran lem epoksi-serbuk aluminium.

  Dari pengujian konduktifitas termal dengan menggunakan alat Heat Conduction Apparatus, diperoleh presentase kenaikan suhu yang dicapai oleh komposit lem epoksi 25%, 50% dan 75% serbuk aluminium masing-masing adalah 3,98%; 15,1% dan 25,42%. Sedangkan pada pengujian dibawah sinar matahari langsung diperoleh angka prosentase 0,176%; 10,6% dan 22,8%.

  Kata kunci : Konduktivitas panas, Komposit, Epoksi, Fraksi Volume.

  ABSTRACT

  The objective of this research was to find out the best volume fraction composite of aluminum powder epoxy glue which was able to give the best heat conductor of composite of epoxy glue 0%, 25%, 50%, and 75% aluminum powder.

  Conductivity where two ways in taking the data: first was by using Heat Conductivity Apparatus tool and second was by shining under sun shine. The materials used were aluminum which was glue by 4 kinds of volume fraction: aluminum powder epoxy glue 0%, 25%, 50%, and 75%. After the materials were glue, the material were been motionless until the glue was exactly dry and then the experience was done in order to know the scale of heat which was produced by epoxy glue and the composite of aluminum powder epoxy glue.

  From thermal conductivity examination using Heat Conduction Apparatus, there was increasing percentage of thermal which was gained by epoxy glue composite 25%, 50%, and 75% of aluminum powder: each percentage was 3,98%, 15,1%, and 25,42%. Whereas in examination in the sun shine the percentage number where 0,176%; 10,6%; and 22,8%.

  Key words: Heat Conductivity, Composite, Epoxy, Volume Fraction

KATA PENGANTAR

  Segenap puji dan syukur kepada Tuhan yang Maha Esa yang telah memberikan kasih dan anugrah-Nya kepada penulis, sehingga penulis diberi kemudahan dan kelancaran dalam menyelesaikan penyusunan Tugas Akhir ini, yang merupakan salah satu syarat yang harus ditempuh untuk memperoleh gelar sarjana Teknik di jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Dalam proses penyusunan Tugas Akhir ini penulis tak lepas dari bantuan dan masukan dari berbagai pihak, seperti halnya dalam bentuk dorongan, motivasi, bimbingan, sarana dan materi. Untuk itu pada kesempatan ini hanya terima kasih yang sebesar-besarnya yang dapat penulis ucapkan kepada:

  1. Romo Ir. Greg. Heliarko SJ.,S.S.,B.S.T.,M.A.,M.Sc., Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Bapak Budi Setyahandana, S.T., M.T., Dosen Pembimbing yang telah membimbing dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

  3. Laboran Laboratorium Teknologi Mekanik dan Laboratorium Perpindahan Panas Universitas Sanata Dharma yang telah membantu penelitian penulis.

  4. Segenap dosen dan karyawan Jurusan Teknik Mesin FT-USD yang telah membimbing dalam masa-masa kuliah.

  5. Segenap keluargaku di Jakarta, bapak, dan ibu yang telah memberikan dukungan moril maupun materiil.

  6. Untuk adikku satu-satunya, terimakasih atas doa dan pinjaman printernya.

  7. Teman satu kos dan kampus Agus, Widyo, Toples, Gendut, Natan, Tetek, Daniel, Tedi, maaf kalo selalu merepoti kalian semua.

  8. Temanku di rumah Krisna, Sukirno, Dwi, Tukino, Pendi, sahabatku Yetik dan Repha teman suka duka sejak SMA yang selalu mendorong dan menyemangati untuk segera menyelesaikan Tugas Akhir ini.

  9. Anton dan CB yang telah membantu dan melengkapi penyusunan Tugas Akhir ini.

  10. Teman-teman TM angkatan 2001 yang telah mendukung kelancaran penyusunan Tugas Akhir ini.

  Tiada kata yang bisa penulis ucapkan selain terima kasih dan semoga Tuhan selalu memberkati dan membalas segala kebaikan anda semua.

  Demikian usaha yang telah penulis lakukan sudah semaksimal mungkin, namun penulis menyadari bahwa penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu dengan terbuka dan senang hati menerima saran dan kritik yang sifatnya membangun demi kemajuan yang akan datang.

  Semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat berguna dan memberikan wawasan lebih tentang ilmu pengetahuan dan teknologi bagi semua pembaca.

  Yogyakarta,

  28 Juli 2007 Penulis

  DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i

HALAMAN JUDUL BAHASA INGGRIS .................................................. ii

HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING............................................ iii HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI DAN DEKAN ............................ iv

HALAMAN PERNYATAAN........................................................................ v

  INTISARI ....................................................................................................... vi ABSTRACT ................................................................................................... vii KATA PENGANTAR.................................................................................... viii

DAFTAR ISI .................................................................................................. x

DAFTAR GAMBAR...................................................................................... xiii DAFTAR TABEL .......................................................................................... xvi BAB I PENDAHULUAN......................................................................... 1

  1.1. Latar Belakang ........................................................................ 1

  1.2. Perumusan Masalah dan Metode Pengujian ........................... 3

  1.3. Tujuan Penelitian .................................................................... 5

  1.5. Manfaat Penelitian ................................................................. 5

  BAB II DASAR TEORI ............................................................................ 6

  2.1. Aluminium .............................................................................. 7

  2.1.1. Produksi Alumina ........................................................ 7

  2.1.2. Proses Pengolahan Alumina ........................................ 7

  2.1.3. Proses Elektrolisa Alumina Menjadi Aluminium ........ 7

  2.1.4. Sifat-sifat Aluminium .................................................. 8

  2.1.5. Aluminium Murni ........................................................ 10

  2.2. Resin epoksi ............................................................................ 11

  2.2.1. Produksi ....................................................................... 12

  2.2.2. Sifat-sifat ...................................................................... 14

  2.2.3. Pencetakan ................................................................... 14

  2.2.4. Penggunaan .................................................................. 15

  2.3. Proses Perpindahan Panas ....................................................... 16

  2.3.1. Kalor Berpindah dari Suhu Tinggi ke Suhu Rendah.... 17

  2.3.2. Kalor Jenis.................................................................... 17

  2.3.3. Kapasitas Kalor ............................................................ 18

  2.3.4. Kalorimeter .................................................................. 18

  2.3.5. Perpindahan Kalor Secara Konduksi ........................... 19

  2.3.6. Perpindahan kalor Secara Konveksi............................. 22

  2.3.7. Perpindahan Kalor Secara Radiasi ............................... 23

  

BAB III METODOLOGI PENELITIAN DASAR TEORI..................... 25

  3.1. Skema Penelitian..................................................................... 25

  3.2. Alat dan Bahan........................................................................ 26

  3.3. Pembuatan Cetakan................................................................. 29

  3.4. Proses Pembuatan Benda Uji .................................................. 30

  3.5. Metode Penelitian ................................................................... 32

  3.5.1. Mencari Distribusi Suhu pada Benda Padat 1 Dimensi Koordinat Silinder........................................................ 33

  3.5.2. Mencari Peningkatan Kondukvitas Lem Epoksi.......... 37

  BAB IV DATA PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ........................... 39

  4.1. Analisis Pengujian Konduktivitas Termal .............................. 39

  4.2. Analisis Mencari Peningkatan Konduktivitas Panas Lem Epoksi...................................................................................... 54

  BAB V KESIMPULAN DAN PENUTUP ............................................... 60

  5.1. Kesimpulan ............................................................................. 60

  5.2. Penutup.................................................................................... 61

  5.3. Saran........................................................................................ 62

  DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 64 LAMPIRAN.................................................................................................... 65

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Koordinat Benda Uji .................................................................. 4Gambar 1.2. Posisi Titik Pada Benda Uji ....................................................... 4Gambar 2.1. Perpindahan Kalor Konduksi ..................................................... 20Gambar 2.2. Silinder Berisi Gas ..................................................................... 22Gambar 3.1. Diagram Alur Penelitian............................................................. 25Gambar 3.2. Lem Epoksi ................................................................................ 27Gambar 3.3. Bentuk Serbuk Aluminium ........................................................ 28Gambar 3.4. Cetakan Benda Uji ..................................................................... 30Gambar 3.5. Hasil Cetakan ............................................................................. 32Gambar 3.6. Specimen .................................................................................... 33Gambar 3.7. Rangkaian Alat yang di Gunakan untuk Pengambilan Data ...... 33Gambar 3.8. Alat yang di Gunakan untuk Pengambilan Data ........................ 34Gambar 3.9. Posisi Benda yang Diuji ............................................................. 36Gambar 3.10. Benda Uji dan Pemasangan Thermokopel ............................... 38Gambar 3.11. Posisi Benda Uji pada Saat penjemuran................................... 38Gambar 4.1. Diagram Distribusi Suhu pada Lem Epoksi............................... 40Gambar 4.2. Diagram Distribusi Suhu pada Lem Epoksi dengan Campuran

  Serbuk Aluminium 25%.............................................................. 41

Gambar 4.3. Diagram Distribusi Suhu pada Lem Epoksi dengan Campuran

  Serbuk Aluminium 50%.............................................................. 41

Gambar 4.4. Diagram Distribusi Suhu pada Lem Epoksi dengan Campuran

  Serbuk Aluminium 75%.............................................................. 42

Gambar 4.5. Diagram Distribusi Suhu pada Silinder Aluminium .................. 42Gambar 4.6. Diagram Distribusi Suhu pada Titik 2........................................ 44Gambar 4.7. Diagram Distribusi Suhu pada Titik 2 dengan Suhu

  °

  Awal 30 C ............................................................................... 44

Gambar 4.8. Diagram Distribusi Suhu pada Titik 2 dengan Suhu

  °

  Awal 40 C. ............................................................................ 45

Gambar 4.9. Diagram Distribusi Suhu pada Titik 2 dengan Suhu

  °

  Awal 50 C .............................................................................. 45

Gambar 4.10. Diagram Distribusi Suhu pada Titik 2 dengan Suhu

  °

  Awal 60 C ............................................................................. 46

Gambar 4.11. Diagram Distribusi Suhu pada Titik 2 dengan Suhu

  °

  Awal 70 C .............................................................................. 46

Gambar 4.12. Diagram Distribusi Suhu pada Titik 2 dengan Suhu

  °

  Awal 80 C .............................................................................. 47

Gambar 4.13. Diagram Distribusi Suhu pada Titik 2 dengan Suhu

  °

  Awal 90 C ............................................................................. 47

Gambar 4.14. Diagram Distribusi Suhu pada Titik 2 dengan Suhu

  °

  Awal 100 C ............................................................................ 48

Gambar 4.15. Diagram Distribusi Suhu pada Titik 3 ..................................... 49Gambar 4.16. Diagram Distribusi Suhu pada Titik 3 dengan Suhu

  °

  Awal 30 C .............................................................................. 49

Gambar 4.17. Diagram Distribusi Suhu pada Titik 3 dengan Suhu

  °

  Awal 40 C .............................................................................. 50

Gambar 4.18. Diagram Distribusi Suhu pada Titik 3 dengan Suhu

  °

  Awal 50 C ............................................................................... 50

Gambar 4.19. Diagram Distribusi Suhu pada Titik 3 dengan Suhu

  °

  Awal 60 C ............................................................................... 51

Gambar 4.20. Diagram Distribusi Suhu pada Titik 3 dengan Suhu

  °

  Awal 70 C ............................................................................... 51

Gambar 4.21. Diagram Distribusi Suhu pada Titik 3 dengan Suhu

  °

  Awal 80 C .............................................................................. 52

Gambar 4.22. Diagram Distribusi Suhu pada Titik 3 dengan Suhu

  °

  Awal 90 C ............................................................................... 52

Gambar 4.23. Diagram Distribusi Suhu pada Titik 3 dengan Suhu

  °

  Awal 100 C ........................................................................... 53

Gambar 4.24. Thermokopel dan Displaynya .................................................. 54Gambar 4.25. Grafik Distribusi Suhu Peningkatan Konduktivitas ................ 56

  Foto Benda Uji ................................................................................................. 58

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Sifat- sifat Fisik Aluminium .......................................................... 10Tabel 2.2. Sifat-sifat Mekanik Aluminium ..................................................... 11Tabel 2.3. Sifat-sifat Bahan Pengeras dan Resin Epoksi Kaku....................... 12Tabel 2.4. Sifat-sifat bahan logam .................................................................. 16Tabel 2.5. Nilai Konduktivitas Termal Beberapa Bahan ................................ 21Tabel 4.1. Distribusi Suhu Pengujian Konduktivitas Termal ......................... 40Tabel 4.2. Peningkatan Konduktivitas Surya.................................................. 53

  xvi

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

  Bahan material yang kita kenal pada umumnya adalah logam, keramik dan polimer. Disamping bahan-bahan tersebut masih ada bahan lain yaitu komposit.

  Komposit diartikan sebagai penggabungan dua bahan atau lebih unsur pokok yang memiliki sifat yang berbeda ke dalam satu bentuk material.

  Saat ini banyak sekali dipakai bahan komposit di kehidupan sehari-hari. Bahkan digunakan juga pada sarana-sarana transportasi darat, laut, dan udara karena konstruksinya ringan, kuat, kaku, dan memberikan penampilan dan kehalusan permukaan lebih baik. Penggunaan komposit polimer secara luas sudah banyak kita temui dalam kehidupan sehari-hari misalnya : pipa, bak ornamen, mainan anak, peralatan kantor, peralatan rumah tangga, otomotif, penerbangan dan lain-lain.

  Komposit juga bisa digunakan sebagai meterial pengikat (lem) bagi bahan lainya. Idenya adalah digunakan komposit campuran antara lem epoksi dengan serbuk alumunium sebagai pengikat antara plat alumunium dengan pipa alumunium.

  Selain sebagai perekat, campuran lem epoksi dengan serbuk aliminium ini befungsi juga sebagai peredam kalor (absorber termal) dari pipa yang teraliri fluida panas ke plat yang berfungsi sebagai pendingin fluida yang bergerak di dalam pipa tersebut.

  2 Bahan lem epoksi sebagai pengikat juga sebagai peredam kalor (absorber termal), sudah benyak digunakan oleh produsen elektronik khususnya produsen perangkat keras komputer. Chipset atau IC yang dalam kerjanya sudah dipastikan komponen ini akan menghasilkan panas di mana panas ini harus dikendalikan atau diredam agar tidak merusak komponen itu sendiri.

  Banyak produsen komponen elektronik menempelkan pendingin dengan

  IC menggunakan lem epoksi. Disamping harganya yang relatif murah untuk menekan biaya poduksi juga penggunaanya yang mudah dan prosesnya cepat.

  Komposit merupakan sejumlah sistem multi fasa sifat gabungan, yaitu gabungan antara bahan matriks atau pengikat dan reinforcement atau bahan penguat. Dalam berbagai aplikasi komposit terbukti efektif pada penggunaannya sebagai bahan teknik. Keunggulan komposit dibandingkan dengan bahan logam :

  1. Mempunyai kekuatan dan kekakuan yang tinggi.

  2. Sifat fatigue dan ketangguhan yang baik.

  3. Tahan korosi.

  4. Memberikan kehalusan permukaan lebih baik dan lebih ringan Oleh karena itu banyak eksperimen terhadap proses pembuatan dan pengujian dilakukan untuk melihat sifat-sifat komposit termoset.

  Beberapa masalah yang sering dihadapi adalah : 1. Pembuatannya memerlukan ketelitian dan ketekunan.

  2. Bahan cepat mengering sehingga dalam proses pengeleman harus cepat dan tepat.

  3 Bahan penguat untuk komposit dapat berupa jenis serat maupun partikel dan flake. Sedangkan penggolongan untuk komposit menurut jenis matrik yang digunakan dapat dibedakan menjadi komposit bermatrik, pengikat jenis logam, keramik maupun polimer.

  Semakin banyaknya bahan komposit yang diaplikasikan dalam kehidupan masyarakat saat ini, maka itu banyak dilakukan pengembangan-pengembangan untuk memperoleh kualitas komposit yang semakin baik. Dalam hal ini, penulis ingin mengetahui seberapa besar kualitas dari komposit dengan alternatif penyelasian menggunakan cara perpindahan kalor. Di dalam perpindahan kalor diketahui bahwa masing-masing bahan mempunyai sifat spesifik yang berbeda- beda. Sifat tersebut antara lain : berat jenis (

  ρ ), nilai konduktivitas termal ( k ), difusivitas termal ( α ). Melalui penelitian ini pula akan ditunjukkan hasil-hasil beserta pembahasannya.

1.2. Perumusan Masalah dan Metode Pengujian

  Pada penelitian pengambilan data di laboratorium dilakukan terhadap benda uji dengan bentuk penampang lingkaran dengan diameter tetap 25 mm dan panjang 30 mm. Penelitin dilakukan pada titik-titik yang mempunyai jarak sama sebesar 10 mm. Suhu awal akan berubah terus seiring perubahan waktu dengan daya 15 watt dan diasumsikan merata serta merupakan fungsi waktu. Pada sisi lainya diberi pendingin dengan cara dialiri air. Gambar 1.1. dan Gambar 1.2. menunjukkan koordinat benda uji dan posisi titik pemasangan termokopel pada benda uji.

  4

  aluminium x sepesimen lubang untuk meletakkan termo kopel

Gambar 1.1. Koordinat Benda Uji

  T1 T2

  3

  1

  2 Gambar 1.2. Posisi Titik Pada Benda Uji

  5 Seluruh penelitian yang dilakukan di laboratorium dilakukan terhadap benda uji berbahan komposit campuran antara lem epoksi dan serbuk alumunium.

  Dengan asumsi :

  1 Sifat bahan tetap ( ρ, c, k : konstan ) atau tidak terpengaruh perubahan suhu.

  2 Selama proses benda tidak mengalami perubahan bentuk dan volume.

  3 Tidak ada energi yang dibangkitkan di dalam benda.

  1.3. Tujuan Penelitian

  Mencari fraksi volume terbaik dari komposit lem epoksi-serbuk aluminium yang mampu memberikan hantaran panas yang paling baik.

  1.4. Manfaat Penelitian

  1 Mencari komposisi yang tepat antara campuran lem epoksi dan serbuk alumunium sebagai perekat yang kuat serta penghantar kalor yang baik.

  2 Dapat memberikan alternatif bahan perekat sekaligus penghantar kalor.

BAB II DASAR TEORI

2.1. Aluminium Aluminium (Al) merupakan logam yang cukup banyak di alam.

  Aluminium ditemukan pada tahun 1809 oleh Sir Humpheny Davy dan pertama kali direduksi sebagai logam oleh Hans Christian Oerted pada tahun 1825. pada tahun 1886 Paul Heroult di Prancis dan C.M Hall di Amerika Serikat secara terpisah telah memperoleh logam aluminium dengan cara elektolisa. Bahan dasarnya adalah bauksit yang umumnya banyak terdapat didaerah tropis dan sub- tropis yang mempunyai curah hujan tinggi. Bauksit terbentuk dari proses pelapukan (weathering) batuan beku.

2.1.1. Produksi Alumina

  Aluminium dipoduksi dari bauksit yang merupakan campuran gibsite [Al(OH) ], diaspore [Al O (OH)] dan mineral lempung seperti koalinit ₃ [Al Si O (OH) ]. _{2 2 5 4} Proses aluminium dari bauksit, untuk memisahkan alumina dengan bauksit melalui dua tahap :

1. Proses pengolahan alumina (Al O )

  _{2 3} 2.

  Proses elektrolisa alumina mejadi aluminium.

  7

  2.1.2. Proses Pengolahan Alumina

  Proses pengolahan bauksit menjadi alumina melalui suatu rangkaian proses yang disebut proses Bayer. Bauksit dimasukkan dalam lautan (NaOH) dan didalam bentuk sodium aluminat.

  ° °

  Al O + 2 NaOh 2NaAlO + H O (160 -170 _{2 3 2 2} C)

  ° °

  Lalu didinginkan perlahan-lahan sampai temperatur 25 -35 C untuk mengendapkan alumunium hidroksida [Al (OH )], menurut reaksi: _{2 3} NaAlO + 2 NaOh Al O + NaOH _{2 2 3} Kemudian Al (OH ) atau aluminium hidroksida dicuci selanjutnya ₃

  ° °

  dipanaskan sampai suhu 1100 - 1200 C untuk menghasilkan aluminium oksida (Al O ), menurut reaksi berikut : _{2 3}

  2Al (OH) Al O + H O _{3 2 3 2}

  2.1.3. Proses Elektrolisa Alumina Menjadi Aluminium

  Aluminium yang diperolah dari pangolahan bauksit, diproses secara elektolisa pada temperatur tinggi dengan proses Hall-Heroult. Karena alumina

  °

  mempunyai titik lebur tinggi mencapai 2000 C, maka alumina dilarutkan kedalam cairan cyolite (Na AlF ) yang bertindak sebagai elektrolit, sehingga _{3 6}

  °

  mengakibatkan titik lebur menjadi rendah mencapai 1000 C. 15% Al O _{2 3} dapat diuraikan kedalam cyolite dan elektolisa disini sebagai reduksi Al O . _{2 3} Pemakaian aluminium pada era-modern ini meningkat setiap tahunya dan menempati urutan kedua setelah logan ferro (besi dan baja).

  8 Aluminium paling banyak digunakan diantara logam non-ferro, hal ini dikarenakan aluminium mempunyai sifat-sifat yang baik antara lain :

1. Ringan

  2. Tahan korosi

  3. Mudah dibentuk 4.

  Konduktivitas tinggi dan hantaran listrik yang baik. Sedangkan paduan aluminium banyak digunakan dalam hal, antara lain : 1.

  Peralatan rumah tangga.

  2. Industri pesawat terbang serta industri transportrasi lainya.dan masih banyak lagi.

2.1.4. Sifat-sifat Aluminium

  Aluminium merupakan logam non-ferro yang banyak digunakan karena mempunyai sifat-sifat sebagai berikut :

  1. Kerapatan (density) Aluminium mempunyai berat jenis rendah, yaitu: 2700 kg/mm ³ .

  2. Tahan terhadap korosi (Corrosion seristance) Dalam teori logam non-ferro, dijelaskan bahwa semakin besar kerapatan maka semakin baik daya tahan terhadap korosinya, tetapi aluminium merupakan pengecualian. Dalam kehidupan sehari-hari kenyataanya bahwa aluminium merupakan logam non-ferro yang mempunyai daya tahan yang baik. Hal ini disebabkan oleh lapisan tipis oksida transparan dan jenuh oksigen diseluruh permukaan yang

  9 mengendalikan laju korosi dan melindungi lapisan dibawahnya dari serangan atmosfer berikutnya.

  3. Sifat mekanis (Mechanical properties) Aluminium mempunyai kekuatan tarik, kekerasan, dan sifat mekanis lainnya sebanding dengan paduan bukan besi (non-ferrous alloys) lainya, dan sebanding dengan beberapa jenis baja.

  4. Penghantar panas listrik yang baik (Heat electrical conductivity) Disamping daya tahan yang baik terhadap korosi, aluminium memiliki daya hantar listrik yang tinggi. Daya hantar listrik aluminium murni sekitar 60% dari tembaga.

  5. Tidak beracun (non-toxicity) Aluminium dapat digunakan sebagai pembungkus makanan dan minuman kaleng. Hal ini disebabkan reaksi kimia antara makanan atau minuman tidak menghasilkan zat beracun yang membahayakan manusia.

  6. Sifat mampu bentuk (Formability) Aluminium dapat dibentuk dengan mudah, karena aluminium mempunyai sifat mudah ditempa (malleability) yang memungkinkanya dibuat dalam bentuk pay atau lembaran tipis.

  7. Titik lebur rendah (melting point)

  °

  Titik lebur aluminium relatif rendah sebesar 660 C, sehingga sangat baik untuk proses penuangan dengan waktu peleburan relatif singkat dan biaya operasi akan lebih murah.

  10 Selain sifat-sifat tersebut masih bayak lagi sifat-sifat alumunium yang menguntungkan, seperti : anti magnetic, reflektifitas tinggi, nilai asitektur dan dekoratif baik, mudah dilakukan proses pengerjaan akhir (finishing) dan lain sebagainya.

2.1.5. Aluminium Murni

  Kemurnian aluminium sekitar 99,99% yaitu dicapai dengan empat angka sembilan. Alumunium yang didapat dalam keadaan cair dengan elektrolisa, umumnya mencapai kemurnian 99,85% berat. Tabel 2.1. dan 2.2. memperlihatkan sifat-sifat fisik dan mekanik dari aluminium.

Tabel 2.1. Sifat- sifat Fisik Aluminium

  (Surdia T. Saito S : Pengetahuan Bahan Teknik)

  Sifat-sifat Kemurnian Al (%) 99,996 >99,0

  ° 2,6989 2,71 Massa jenis (20

  C) 660,2 653-657 Titik cair 0,2297 0,2226 Panas jenis 64,94 59(dianil) Hantaran listrik (%) 0,00429 0,0115

  ° Tahanan listrik koefisien temperatur (/

  C) ₆ −

  0,0115 ° 23,8 x 10

  Koefisien pemuaian (20-100

  C) Fcc, a = 4,013 kX Fcc, a = 4,04 kX Jenis kristal, kontrak kisi Catatan : fcc = face centered cubic = kubus berpusat muka

  11

Tabel 2.2. Sifat-sifat Mekanik Aluminium

  (Surdia T. Saito S : Pengetahuan Bahan Teknik)

  Kemunian Al (%) 99,996 >99,0 Sifat-sifat Dianil 75% dirol dingin Dianil

  Kekuatan tarik (kg/mm ) ² 4,9 11,6 9,3 16,6 Kekutan mulur (0,2%) (kg/mm ) ² 1,3 11,0 3,5 14,8

  Perpanjangan (%) 48,8 5,5

  35

  5 Kekerasan Brinell

  17

  27 23 4,4

  Sifat-sifat mekanik dan sifat-sifat fisik yang ditunjukkan dalam tabel berubah menurut kemurnian, aluminium dengan kemunian 99,0% atau diatasnya dapat dipergunakan diudara selama bertahun-tahun. Hantaran listrik aluminium kira-kira 65% dari hantaran listrik tembaga, tetapi massa jenisnya kira-kira sepertiganya, sehingga memungkinkan untuk perluasan penampangnya. Oleh karena itu dapat dipergunakan untuk kabel-kabel tenaga dan bisa untuk lembaran tipis (foil).

2.2. Resin epoksi

  Resin ini mempunyai kegunaan yang luas dalam industri teknik kimia, listrik, cat pelapis, pencetakan cor dan benda-benda cetakan.

  12

2.2.1. Produksi

  Pada saat ini produksinya adalah kebanyakan merupakan kondesat dari bisfenol A (4-4’ dihidroksidifenil 2,2-propanon) dan epiklorhidrin.

  Bisfenol A diganti dengan novolak, atau senyawa tak jenuh, siklopentadien, dan sebagainya. Resin epoksi bereaksi dengan pengeras dan menjadi unggul dalam kekuatan mekanik dan ketahanan kimia. Sifatnya bervariasi bergantung pada jenis, kondisi dan pencampuran dengan pengerasnya. Banyaknya campuran dihitung dari ekivalen epoksi (banyaknya resin yang mengandung 1 mol gugus epoksi dalam gram). Tabel. 2.3. menunjukkan beberapa contoh dan kondisi demikian : a.

  Zat pengawet amin Poliamin alifatik, misalnya dietilentriamin, trietilentetramim, dan sebagainya, digunakan bagai zat pengawet dingin, tetapi zat-zat tersebut beracun. Dalam banyak hal senyawa lain, seperti akrilonitril, etilen oksida dan sebagainya, ditambahkan dan digunakan sebagai senyawa tambahan yang mempunyai gugus amin pada ujung.

  b. Pengeras anhidrida asam Anhidrida ftalat, anhididra tetra dan heksahidroftalat.

  13

  aito S : Pengetahuan Bahan Teknik) (Surdia T. S

Tabel 2.3. Sifat-sifat Bahan Pengeras dan Resin Epoksi Kaku

  14

  2.2.2. Sifat-sifat

  a. Resin bifinol A Kelekatanya terhadap bahan lain baik sekali. Bahan ini banyak digunakan dalam cat atau logam, perekat, pelapis dengan serat gelas. Pada pengawetan tak dihasilkan produk tambahan seperti air, dan penyusutan volume kurang. Kestabilan dimensinya baik.

  Sangat tahan tehadap zat kimia dan stabil terhadap banyak asam kecuali asam pengoksida yang kuat, dan asam alifatik rendah, alkali dan garam. Karena tak diserang oleh hampir semua pelarut, bahan ini baik digunakan sebagai bahan non-korosif.

  b.

  Resin sikloalifatik Bahan ini viskositasnya rendah dan ekivalen epoksinya kecil.

  Bahan ini berguna sebagai pengencer bisfenol karena mudah penanganaya. Karena kaku dan rapuh, bahan ini banyak digunakan untuk alat isolasi listrik yang diperkuat dengan serat gelas. Ketahanan busur dan sifat anti alurnya baik.

  2.2.3. Pencetakan

  a. Pengecoran Digunakan untuk poduksi perekat dan pembenam komponen listrik.

  15 b.

  Pencetakan lapisan Digunakan untuk produksi pelapis resin epoksi-serat gelas. Ada metoda aliminasi basah (pengeras diletakkan dalam resin cair dan ditambah pengencer atau pembasah, viskositasnya turun), metoda laminasi kering (resin padat dilarutkan dalam pelarut seperti aseton, dan pengeras yang tak bereaksi pada suhu rendah, ditambahkan kemudian, dalam massa serat gelas dijenuhkan dan dikeringkan), dan metode penggulungan filament (serat gelas yang jenuh digulung pada inti dan diawetkan dengan pemanasan).

2.2.4. Penggunaan

  a. Perekat Hampir semua plastik dapat melekat cukup kuat kecuali resin silikon, fluoresin, polietilen dan polipropilen. Jenis yang lain adalah jenis yang paling sering dipakai. Paling luas digunakan dalam industi penebangan, kontruksi dan litrik.

  b.

  Cat Bahan cat dapat dipakai tehadap bebagai bahan, dan secaa luas digunakan kaena pelapisanya kuat, unggul dalam ketahanan air dan ketahanan kimia.

  c. Pencetakan coran Kebanyakan digunakan dalam industri listrik.

  16

2.3. Proses Perpindahan Panas

  Disini penulis akan menyinggung sediki tentang proses perpindahan panas. Karena dalam pengambilan data dilaboatorium alat yang kami gunakan behubungan erat dengan perpindahan panas. Dan apa yang kami amati adalah mengenai pengaruh serbuk aluminium dengan campuran lem epoksi terhadap distibusi kalornya.

  Kalor merupakan salah satu bentuk energi. Istilah kalor berasal dari kata Caloric. Istilah ini pertamakali dikenalkan oleh A.L. Lavosier seorang ahli kimia dari Prancis. Oleh para ahli kimia dan fisika, kalor dianggab sebagai sejenis zat alir yang tidak terlihat oleh manusia. Satu kalori didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 gram air sehingga

  °

  suhunya naik 1 C.

  Pengaruh bahan terhadap distribusi suhu pada benda uji dapat dilihat dengan adanya variabel k dan α. Tabel 2.4, memperlihatkan beberapa bahan logam dengan sifat-sifatnya.

Tabel 2.4. Sifat-sifat Bahan Logam

  (Sumber : Holman, Perpindahan Kalor, 581) _{5 5}

  k , k ,

  α x 10 α x 10 No Bahan No Bahan W/m. ºC W/m. ºC _{2 2} m /det m /det

  1 Perak murni 410 16,563 6 baja karbon 0,5% C 54 1,474 2 tembaga muni 386 11,234 7 baja karbon 1% C 43 1,172 3 alumunium murni 204 8,418 8 baja karbon 1,5% C 36 0,970 4 nikel murni 93 2,266 9 Kuningan 111 3,412

  5 besi murni 73 2,034 10 Timbal 35 2,343

  17

  2.3.1. Kalor Berpindah dari Suhu Tinggi ke Suhu Rendah

  Pada sebuah benda yang mempunyai suhu yang tidak sama untuk seluruh bagian-bagiannya akan terjadi perpindahan kalor dari bagian yang bersuhu lebih tinggi kebagian yang bersuhu lebih rendah.

  Demikian juga bila sebuah benda besuhu lebih tinggi dari suhu lingkunganya. Benda tersebut akan mamancarkan energi sampai suhu benda tersebut sama dengan suhu lingkunganya. Bila suhu sudah sama akan terjadi keseimbangan atau tidak ada lagi perpindahan kalor atau energi.

  2.3.2. Kalor Jenis

  Suatu zat yang menerima kalor, selain mengalami pemuaian atau perubahan wujud, pada zat tersebut juga terjadi kenaikan suhu. Besarnya kenaikan suhu dapat dituliskan dari persamaan berikut.

  Q Δ t = ……………………………………………………………….(2.1) mc

  °

  Dengan : c = kalor jenis (kl/g C) atau (J/kg.K) Q = kalor (kalori atau joule) m = massa benda (g atau kg)

  °

  Δt= perubahan suhu ( C) Jadi

  Δt adalah perubahan suhu dari suatu zat yang menerima kalor sebesar Q. Kalor jenis suatu zat didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang

  °

  diberikan oleh suatu zat untuk menaikan suhu 1 kg zat itu sebesar 1 C.

  18

  2.3.3. Kapasitas Kalor

  Kapasitas kalor adalah bilangan yang menunjukkan banyaknya kalor

  ° yang diperlukan oleh suatu benda untuk menaikan suhu sebesar 1 C.

  Kapasitas kalor dapat dinyatakan dalam persamaan berikut.

  Q

  ………………………………………………………………...(2.2)

  C = Δ t

  ° °

  Dimana : C = kapasitas kalor (kal/ C) atau (joule/ C) Q = kalor yang diterima (kalori) atau (joule)

  °

  Δt = perubahan suhu ( C) Apabila kapsitas kalor (C) dihubungkan dengan kalo jenis (c) maka akan didapatkan pesamaan berikut.

  C = m.c ……………………………………………………….………..(2.3) ° Dimana : c = kalor jenis (kl/g C) atau (J/kg.K).

  ° ° C = kapasitas kalor (kal/ C) atau (joule/ C).

  2.3.4. Kalorimeter

  Kalorimeter adalah suatu alat untuk memperlihatkan besarnya kalor jenis suatu zat. Kalorimeter ini bekerja berdasarkan Asas Black. Asas Black berbunyi besarnya kalor yang dilepaskan oleh sebuah benda yang suhunya lebih tinggi akan sama dengan kalor yang diterima oleh benda yang bersuhu lebih rendah.

  19 Secara umum perpindahan kalor terjadi melalui 3 cara yaitu konduksi (hantaran), konveksi (aliran) dan radiasi (pancaran). Ilmu perpindahan kalor tidak hanya mencoba menjelaskan bagaimana energi kalor itu berpindah, tatapi juga dapat meramalkan laju perpindahan yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu. Selanjutnya pada bab ini akan dibahas secara umum dasar teori perpindahan panas yang terjadi pada penelitian ini.

2.3.5. Perpindahan Kalor Secara Konduksi

  Bila salah satu ujung sebatang logam dimaksukkan kedalam api atau dipanaskan maka ujung yang lainnya akan ikut panas walaupun tidak ikut dimasukkan kedalam api, karena atom-atom di dalam zat padat yang dipanaskan akan bergetar. Kemudian atom-atom tersebut akan memindahkan sebagian energi yang dimilikinya ke atom-atom tetangga yang ditumbuknya. Atom tetangga ini menumbuk atom tetangga lainya, demikian seterusnya sehingga terjadi hantaran energi di dalam zat padat.

  Untuk bahan logam, elektron-elektron yang dapat begerak bebas juga ikut berperan di dalam merambatkan energi itu. Perpindahan kalor dengan tidak diikuti perpindahan massa ini disebut dengan konduksi, ditunjukkan pada Gambar 2.1.

  20

Gambar 2.1. Perpindahan Kalor Konduksi

  Kalor yang mengalir dalam batang persatuan waktu dapat dinyatakan dalam hubungan berikut.

  T − T _{1 2} H = kA ………..………………………………………….……(2.4)

  Δ x Diamana :

  ° T = suhu pada ujung batang logam yang bersuhu tinggi ( ₁ C)

  ° T = suhu pada ujung batang logam yang besuhu rendah ( C) _{2 2} A = luas penampang hantaran kalor dari batang logam ( m )

  ° k = koefisien konduksi termal (kal/m.s C).

  H = jumlah kalor yang merambat (mangalir) pada persatuan waktu, persatuan luas (kal/s)

Tabel 2.5. memperlihatkan nilai konduktivitas termal beberapa bahan.

  21

Tabel 2.5. Nilai Konduktivitas Termal Beberapa Bahan

  (J.P.Holman, 1993:7) Bahan k (W/m.°C) k (Btu /h.ft.°F)

  Logam Perak (murni) Tembaga (murni) 410 237 Aluminium (murni) 385 223 Nikel ( murni) 202 117 Besi (murni)

  93

  54 Baja karbon, 1% C

  73

  42 Timbal (murni)

  43

  25 Baja krom-nikel 35 20,3 (18 % Cr, 8% Ni)

  16,3 9,4 Bukan logam

  Kuarsa (sejajar sumbu) Magnesit

  41,6

  24 Marmer 4,15 2,4

  Batu pasir 2,08 – 2,94 1,2 – 1,7

  Kaca, jendela 1,83 1,06

  Kayu mapel atau ek 0,78 0,45

  Serbuk gergaji 0,17 0,096

  Wol kaca 0,059 0,034 0,038 0,022

  Zat cair Air raksa Air

  8,21 4,74 Amonia

  0,556 0,327 Minyak lumas SAE 50

  0,540 0,312 Freon 12, CCl2, F2

  0,147 0,085 0,073 0,042

  Gas Hidrogen Helium

  0,175 0,101 Udara

  0,141 0,081 Uap air (jenuh)

  0,024 0,0139 Karbon dioksida

  0,0206 0,0119 0,0146 0,00844

  22

2.3.6. Perpindahan kalor Secara Konveksi

  Rambatan kalor dengan disertai gerakan massa atau gerakan partikel-partikel zat perantaranya disebut dengan perpindahan kalor secara aliran atau konveksi. Rambatan kalor seperti ini terjadi pada fluida atau zat alir, seperti pada zat cair, gas atau udara. Seperti tampak pada Gambar 2.2.

  Ta > Tb Ta

  Tb gas Arah aliran kalor

Gambar 2.2. Silinder Berisi Gas

  Apabila dua sisi yang berhadapan dari silinder suhunya berbeda, T _a lebih besar dari T maka akan terjadi aliran kalor dari dinding yang bersuhu _b T ke dinding yang mempunyai T . Peristiwa ini disebut konveksi kalor. _{a b} Demikian juga air didalam bejana jika dipanaskan dari bawah maka akan terjadi rambatan kalor didalam air secara konveksi. Ini merupakan konveksi alamiah. Peristiwa ini terjadi karena rapat massa dari air yang dekat pemanas akan menjadi lebih kecil kemudian naik kepermukaan. Sampai dipermukaan mendapat pendinginan dari udara sehingga suhu di bagian atas

  23 lebih rendah dari suhu dibagian bawah. Rapat massa air dipermukaan akan menjadi lebih besar kemudian akan turun kembali. Peristiwa ini sesuai dengan hukum gavitasi. Kemudian sampai dibawah mendapat pemanasan lagi, rapat massanya turun lagi, demikian seterusnya sehingga terjadi aliran konveksi alamiah secara terus-menerus.

  Besarnya kalor yang merambat secara konveksi tiap satuan waktu dapat dituliskan dalam persamaan berikut.

  H = h.A.

  ΔT…………………………………………….………………(2.5) Dengan : H = jumlah kalor yang berpindah tiap waktu (Kal/s) ₂ A = luas penampang aliran ( m )

  ° T T

  ΔT = - (beda suhu antara kedua tempat) ( C) a b

  °

  h = koefisien koneksi termal (kal/m.s C).

  Besarnya koefisien konveksi termal dari suatu fluida bergantung pada bentuk dan kedudukan geometrik permukaan-permukaan pada bidang aliran serta bergantung pula pada sifat fluida perantaranya.

2.3.7. Perpindahan Kalor Secara Radiasi

  Matahari merupakan sumber terbesar yang dapat dimanfaatkan oleh manusia. Kalor yang dipancarkan matahari berupa gelombang yang dalam perambatanya tidak memerlukan medium perantara. Cara perambatan kalor seperti ini disebut dengan radiasi. Sebenanya, setiap benda pada setiap saat memancarkan energi radiasi. Bila telah mencapai keseimbangan atau suhu

  24 benda sama dengan suhu lingkungan, benda tidak memancarkan radiasi lagi. Dalam keseimbangan ini sebenarnya jumlah energi yang dipancarkan sama dengan energi yang diserap oleh benda tersebut.

  Dari hasil percobaan Josef Stefan diperoleh bahwa besarnya energi persatuan luas, persatuan waktu yang dipancarkan oleh benda yang bersuhu T memenuhi persamaan berikut. ₄ W = e σ T ……………………………………………………………(2.6)

  Dengan : ₂

  m

  W = energi yang dipancarkan persatuan waktu, persatuan luas (watt/ ) _{8 2 4}

  −

  σ = konstantanta Stefan-Boltzmann (5,72x10 watt/m .K ) T = suhu mutlak benda, dalam derajat Kelvin (K) e = koefisien emisivitas (0< e

  ≤1) Untuk benda hitam sempurna, harga e = 1 karena benda hitam merupakan pemancar dan penyerap kalor yang baik. Sedangkan permukaan mengkilap yang termasuk pemancar dan penyerap kalor yang buruk.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Skema Penelitian

  Agar lebih sistematis dalam penelitian maka dibuat alur jalannya penelitian seperti ditunjukkan pada Gambar 3.1.