Ilmu Bahan konstruksi pabrik kimia

BAHAN KONTRUKSI PABRIK KIMIA

Tujuan : mempelajari peranan sifat dan struktur bahan dalam merancang bahan, pengendalian sifat dan struktur intern bahan yang menghasilkan peningkatan kemampuan bahan.

Pokok bahasan :

-      Pendahuluan dan Beberapa sifat bahan

-      Susunan Atom Bahan Padat

-      Larutan Padat suatu Bahan

-      Logam Dan Paduannya

-      Bahan Fasa Ganda dan Bahan Fasa Ganda Proses Termal

-      Polimerisasi dan Keramik

-      Korosi dan Pengendaliannya.

Literatur :

               

BAHAN KONSTRUKSI PABRIK KIMIA

PRINSIP.

        Adalah suatu ilmu yang mempelajari sifat sifat suatu bahan baik yang bersifat mikro ataupun makro, struktur dari atom atom yang menyusun bahan tersebut.

Sifat sifat yang dipelajari meliputi :

1.   Sifat mekanik

2.   Sifat thermal

3.   Sifat listrik

4.   Sifat kimia

1.    Sifat Mekanik

Suatu bahan akan mempunyaisifat sifat mekanik sesuai dari perubahan bentuk yang terjadi.

Karakteristik                  Difinisi               SI                 British

-      Tegangan                  S                   Pascal                psi

-      Regangan                  e                     -                   -

-      Modulus Elastisitas      E                  Pascal                psi

-      Perpanjangan             ef                  %                    %

-      Susut penampang       R                      %                    %

1 Pascal (Pa)  =   1 N/m2   =  0,145 x 10 ^-3 psi

1000 psi        =   6,894 Mpa  (mega pascal)

1 kg massa akan menghasilkan gaya (F)  9,8   akibat gravitasi

Deformasi (perubahan bentuk) terdiri dari deformasi secara plastis dan deformasi secara elastis.

Regangan      : suatu bahan mengalami regangan tidak sampai patah

Kekuatan       : suatu bahan mengalami regangan sampai patah.

Keuletan/besar regangan plastis sampai perpatahan (ef)dapat dinyatakan dalam prosen (%) perpanjangan.

Kekuatan Luluh (yield strenght) : sy  adalah besar gaya pada saat luluh dibagi luas penampang.

Kekuatan tarik (tensile strenght) : st  adalah gaya maksimum perluas penampang semula.

Yp     : Titik luluh

Sb     : Kekuatan patah

St     : Kekuatan tarik

ef     : Perpanjangan (regangan     sebelum patah )

1.   Sifat Thermal

Dibedakan atas suhu dan kandungan kalor

Suhu                 :  merupakan level aktivitas thermal

Kandungan kalor :  adalah energi thermal

Kapasitas kalor   :  perubahan kandungan kalor per   (bila tidak       ada perubahan isi).

Panas jenis suatu bahan = perbandingan antara kapasitas kalor bahan tersebut dengan kapasitas kalor air.

( kapasitas kalor air = 1 Cal/g  = 4,184 J/g  = 1 BTU/lb )

Daya hantar panas dalam benda padat biasanya terjadi secara konduksi. Daya hantar panas (k) adalah konstanta yang menghubungkan aliran panas (heat flux) , Q dengan gradien suhu .

Q      =  k             k  = 

Satuan       =       =      k  

       

        Pengaruh medan listrik

        Daya Hantar Listrik dan Tahanan Jenis

Pada logam dan semi konduktor dapat menghantarkan muatan listrik bila ditempatkan dalam medan listrik.

Daya hantar ()  tergantung jumlah pembawa muatan (n), besar muatan (q) dan mobilitas () dari pembawa muatan.

Daya hantar merupakan kebalikan dari tahanan jenis ()

              =    =  n.q

     Satuan  =  ohm^-1 m^-1  = 

Pada logam dan semi konduktor  elektron merupakan pembawa muatan sebesar         = 0,16 x 10^-8 Coul  atau

                        = 0,16 x 10^-18  Amp.sec

Tahanan jenis ()  tidak tergantung pada bentuk suatu bahan sedangkan untuk bentuk yang uniform dapat dihitung :

R =           Dimana  :   L =  Panjang

                                        A = Luas penampang

Krn    I  =    maka   P (Daya) = E.I  = I².R  =   x

Mobilitas,  dapat dinyatakan   =    

Dimana :       :  kecepatan pembawa muatan  ()

                                                    :   medan listrik      ()

Soal .

1.         Hitung tegangan

a.   Batang Al berukuran 24,6 mm x 30,7 mmdengan beban 7640 kg

b.   Baja berdiameter 12,8 mm dengan beban 500 kg

Penyelesaian :

a.   S  =        =  100  Mpa           

b.   S =           = 380 MPa

2.        Kawat berdiameter 2,5 mm panjang 3 m mendapat beban 5000 kg. Modulus elastisitas rata rata 205.000 Mpa. Berapa regangan kawattersebut dan berapa  perpanjangannya ?

Penyelesaian :

E = s/e        e = S/E              Satuan :  m.m =

S  =    =   998,7   Mpa

e  = 

               

3.           Plat baja tebal 0,4 cm dialiri air panas pada satu sisi,aliran udara pada sisi lain, sehingga suhu permukaan masing masing 90 OC dan 20 OC.  Berapa energi yang dialihkan melalui plat tersebut tiap  menitnya.  Bila diketahui  k_Baja = 0,015  (lampiran C)

Penyelesaian :

       

            =   15,75  Joule/mm².min

4.           Kawat Cu diameter 0,9 mm terdapat tegangan sebesar 1,5 volt pada jarak 30 m.

a.   Berapa tahanan permeter

b.   Berapa watt akan dihasilkan daya

Penyelesaian :       

                    =  17 ohm.   N m  (lampiran C)

a.   R  =

b.   P  =    = 2,8 watt

5.           Silikon tidak murni mempunyai tahanan 0,03 ohm.m

Mobilitas muatannya 0,19  m²/V.S

a.   Berapa jumlah pembawa muatan per m3

b.   Berapa kecepatan gerak pembawa muatan bila terdapat tegangan 5 mV pada tebal 0,4 mm

Penyelesaian :

                                                    

a.             

b.             

SIFAT dan STRUKTUR KIMIA BAHAN

        Berdasarkan ikatan atomnya, jenis bahan dapat dibedakan menjadi 3 kelompok yaitu  :

a.           LOGAM

·                     Mempunyai daya hantar listrik tinggi dan daya hantar panas

·                     Kedap cahaya, biasanya dapat dipoles sampai mengkilap

·                     Lebih berat dan mudah diubah bentuknya disebabkan karena beberapa elektron terdislokalisir dan dapat meninggalkan atom induknya.

b.           POLIMER

·                     Mempunyai berat jenis rendah

·                     Dapat digunakan sebagai isolator panas dan listrik

·                     Kurang memantulkan cahaya dan cenderung tembus cahaya (bening)

·                     Beberapa jenis fleksibel dan dapat diubah bentuknya

c.           KERAMIK

Campuran dari unsur logam dan bukan logam dengan ciri ciri :

·                     Kerasdan rapuh

·                     Lebih tahan terhadap suhu tinggi bila dibanding logam dan polimer

·                     Merupakan isolator listrik, panasdan kimia yang baik.