BAB II LANDASAN TEORI

BAB II LANDASAN TEORI

2.1.

Pengertian Umum Baterai Baterai atau aki, atau bisa juga accu adalah sebuah sel listrik dimana di

dalamnya berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (dapat berbalikan) dengan efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversibel, adalah di dalam baterai dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (proses pengosongan), dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi tenaga kimia, pengisian kembali dengan cara regenerasi dari elektrodaelektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam arah (polaritas) yang berlawanan di dalam sel.

2.2.

Fungsi Baterai Baterai atau aki pada mobil berfungsi untuk menyimpan energi listrik

dalam bentuk energi kimia, yang akan digunakan untuk mensuplai (menyediakan) listik ke sistem starter, sistem pengapian, lampu-lampu dan komponen komponen kelistrikan lainnya.

2.3.

Kontruksi Baterai Didalam bateria mobil terdapat elektrolit asam sulfat, elektroda positif dan

negatif dalam bentuk plat. Plat plat tersebut dibuat dari timah atau berasal dari timah. Karena itu baterai tipe ini sering disebut baterai timah, Ruangan

5

http://digilib.mercubuana.ac.id/

didalamnya dibagi menjadi beberapa sel (biasanya 6 sel, untuk baterai mobil) dan didalam masing masing sel terdapat beberapa elemen yang terendam didalam elektrolit. Pada mobil banyak terdapat komponen-komponen kelistrikan yang digerakkan oleh tenaga listrik. Diwaktu mesin mobil hidup komponen kelistrikan tersebut dapat digerakkan oleh tenaga listrik yang berasal dari alternator dan baterai (aki), akan tetapi pada saat mesin mobil sudah mati, tenaga listrik yang berasal dari alternator sudah tidak digunakan lagi, dan hanya berasal dari baterai saja. Contoh bentuk pemakaian energi listrik saat mesin mobil dalam kondisi off (mati) adalah pada lampu parkir, lampu ruangan, indikator pada ruangan kemudi, peralatan audio (tape recorder), peralatan pengaman dan lain-lain. Jumlah tenaga listrik yang disimpan dalam baterai dapat digunakan sebagai sumber tenaga listrik tergantung pada kapasitas baterai dalam satuan amper jam (AH). Jika pada kotak baterai tertulis 12 volt 60 AH, berarti baterai baterai tersebut mempunyai tegangan 12 volt dimana jika baterai tersebut digunakan selama 1 jam dengan arus pemakaian 60 amper, maka kapasitas baterai tersebut setelah 1 jam akan kosong (habis). Kapasitas baterai tersebut juga dapat menjadi kosong setelah 2 jam jika arus pemakaian hanya 30 amper. Disini terlihat bahwa lamanya pengosongan baterai ditentukan oleh besarnya pemakaian arus listrik dari baterai tersebut. Semakin besar arus yang digunakan, maka akan semakin cepat terjadi pengosongan baterai, dan sebaliknya, semakin kecil arus yang digunakan, maka akan semakin lama pula baterai mengalami pengosongan. Besarnya kapasitas baterai sangat ditentukan oleh luas permukaan plat atau

6


banyaknya plat baterai. Jadi dengan bertambahnya luas plat atau dengan bertambahnya jumlah plat baterai maka kapasitas baterai juga akan bertambah. Sedangkan tegangan accu ditentukan oleh jumlah daripada sel baterai, dimana satu sel baterai biasanya dapat menghasilkan tegangan kira kira 2 sampai 2,1 volt. Tegangan listrik yang terbentuk sama dengan jumlah tegangan listrik tiap-tiap sel. Jika baterai mempunyai enam sel, maka tegangan baterai standar tersebut adalah 12 volt sampai 12,6 volt. Biasanya setiap sel baterai ditandai dengan adanya satu lubang pada kotak accu bagian atas untuk mengisi elektrolit aki.

2.4.

Pengertian Umum Perpindahan Panas Perpindahan panas adalah perpindahan energi yang terjadi pada benda atau

material yang bersuhu tinggi ke benda atau material yang bersuhu rendah, hingga tercapainya kesetimbangan panas. Kesetimbangan panas terjadi jika panas dari sumber panas sama dengan jumlah panas benda yang dipanaskan dengan panas yang disebarkan oleh benda tersebut ke medium sekitarnya. Proses perpindahan panas ini berlangsung dalam 3 mekanisme, yaitu: 1. Konduksi. 2. Konveksi. 3. Radiasi. Dalam prakteknya ketiga proses perpindahan panas tersebut sering terjadi secara bersama–sama.

7


Dalam bab ini akan dijelaskan teori perpindahan panas secara konduksi, konveksi, dan radiasi.

2.5.

Konduksi 2.5.1 Laju Perpindahan Panas Konduksi adalah proses perpindahan panas dari suatu bagian benda padat

atau material ke bagian lainnya. Perpindahan panas secara konduksi dapat berlangsung pada benda padat, umumnya logam. Jika salah satu ujung sebuah batang logam diletakkan di atas nyala api, sedangkan ujung yang satu lagi dipegang, bagian batang yang dipegang ini suhunya akan naik, walaupun tidak kontak secara langsung dengan nyala api. Pada perpindahan panas secara konduksi tidak ada bahan dari logam yang berpindah. Yang terjadi adalah molekul-molekul logam yang diletakkan di atas nyala api membentur molekul-molekul yang berada di dekatnya dan memberikan sebagian panasnya. Molekul-molekul terdekat kembali membentur molekulmolekul terdekat lainnya dan memberikan sebagian panasnya, dan begitu seterusnya di sepanjang bahan sehingga suhu logam naik. Jika pada suatu logam terdapat perbedaan suhu, maka pada pada logam tersebut akan terjadi perpindahan panas dari bagian bersuhu tinggi ke bagian bersuhu rendah. Besarnya laju perpindahan panas (q) berbanding lurus dengan luas bidang (A) dan perbedaan suhu (

/

) pada logam tersebut seperti

ditunjukkan pada Gambar 2-1. Secara matematis dinyatakan sebagai: ≈ 8


(2-1)

Gambar 2.1 Perpindahan panas

Dengan memasukkan konstanta kesetaraan yang disebut konduktivitas thermal didapatkan persamaan berikut yang disebut juga dengan hukum Fourier tentang konduksi: (2-2) dimana :

q = Laju perpindahan panas (W) k = Konduktivitas termal (W/m °C) A = Luas penampang (m²) T/ x = Gradien suhu,yaitu laju perubahan suhu T dalam arah aliran x (°C/m)

Tanda minus (-) menunjukkan arah perpindahan panas terjadi dari bagian yang bersuhu tinggi ke bagian yang bersuhu rendah. Nilai kondukitivitas thermal suatu bahan menunjukkan laju perpindahan panas yang mengalir dalam suatu bahan. Konduktivitas thermal kebanyakan bahan merupakan fungsi suhu, dan bertambah sedikit kalau suhu naik, akan tetapi variasinya kecil dan sering kali diabaikan. Jika nilai konduktivitas thermal suatu bahan makin besar, maka makin besar juga panas yang mengalir melalui benda tersebut. Karena itu, bahan yang harga k-nya besar adalah penghantar panas yang baik, sedangkan bila k-nya kecil bahan itu kurang menghantar atau merupakan isolator.

9


2.5.2 Laju Perpindahan Panas Perpindahan panas pada suatu dinding datar seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-2, dapat diturunkan dengan menerapkan Persamaan 2-2.

Gambar 2.2 Konduksi

Jika persamaan 2-2 diintegrasikan :

Maka diperoleh ∆ Dimana:

∆

∆

₂

₁

(2-3)

T₁ = Suhu dinding sebelah kiri (°C) T₂ = Suhu dinding sebelah kanan (°C) ∆x = Tebal dinding (m)

Apabila dalam sistem itu terdapat lebih dari satu macam bahan, misalnya dinding berlapis rangkap seperti pada Gambar 2-3, maka aliran panas dapat dituliskan sebagai :

10


Gambar 2.3 Dinding berlapis rangkap

Persamaan tersebut mirip dengan hukum Ohm dalam aliran listrik. Dengan demikian perpindahan panas dapat dianalogikan dengan aliran arus listrik seperti ditunjukkan pada Gambar 2-4.

Gambar 2.4 Persamaan dengan hukum Ohm

Menurut analogi di atas, perpindahan panas sama dengan :

(2-5)

11


Jika ketiga persamaan 2-4 dipecahkan serentak, maka aliran panas adalah:

(2-6) Sehingga persamaan Fourier dapat dituliskan sebagai berikut :

Harga tahanan thermal total Rth tergantung pada susunan dinding penyusunnya, apakah bersusun seri atau paralel atau gabungan.

2.6

Pemilihan Bahan

1. Pemilihan bahan yang tepat adalah bagian yang sangat penting dalam desain teknik (engineering design). 2. Ada banyak faktor yang harus diperhatikan sebelum melakukan kegiatan perancangan, di antaranya: kekuatan (strength), kekakuan (stiffness), ketahanan (durability), ketahanan terhadap korosi (corrosion resistance), harga (cost), kemampuan bentuk (formability), dan lain-lain. (S2C2DF)

Design Criteria (Kriteria Perancangan)

1. Bagaimana cara memproduksi sebuah produk yang berkualitas tinggi, murah, baik, dan cepat? 2. Design (Perancangan) 

Adalah proses merubah ide atau permintaan pasar menjadi sebuah informasi yang jelas. Tujuannya adalah supaya informasi yang jelas

12


tersebut bisa diproduksi menjadi sebuah produk nyata hasil dari kegiatan perancangan. 

Kegiatan perancangan akan selalu membutuhkan pemilihan bahan (material selection). Tujuannya adalah supaya produk yang dihasilkan bisa pas sesuai dengan kriteria yang dibutuhkan. Kriteria yang dibutuhkan itu akan erat kaitannya dengan beberapa hal sebagai berikut: gaya, panas, konduksi listrik, ketahanan kalor, ketahanan korosi, ketahanan pemakaian (keawetan), kekerasan, dan lain-lain. Selain itu kemudahan kegiatan produksi juga harus diperhatikan. Rancangan itu harus mudah untuk diproduksi.

Design Tipe (Tipe perancangan)

1. Original design (New) (desain asli). Yang dipertimbangkan adalah metodenya yang baru, caranya yang baru, keunggulan produk dibanding dengan yang sudah ada sebelumnya, aplikasinya yang luas, materialnya yang baru, atau komponennya yang juga baru. Contoh I: turbin gas dengan high temperatur steel (super alloy). Contoh II: Peralatan komunikasi yang menggunakan fiber optik. 2. Adaptive design (perancangan yang diadaptasi): pengembangan rancangan yang sudah ada sebelumnya. Contoh: pembuatan mesin setrika otomatis yang mekanisme kerjanya seperti sebuah mesin fotokopi, ini merupakan sesuatu yang baru karena sebelumnya tidak ada mesin setrika yang memiliki mekanisme kerja seperti itu.

13


3. Varian design (perancangan campuran/acak): perubahan bentuk, ukuran, warna, tanpa perubahan fungsi utama. Contoh: desain mouse yang bermacam-macam bentuk dan warnanya, padahal fungsinya tetap sama yaitu sabagai penggerak pointer di worksheet.

General

Comments

Regarding

Design

(uraian

umum

mengenai

perancangan)

1. Buatlah desain yang sederhana! Desain yang sederhana akan mudah diproduksi dan juga dirawat. 2. Menggunakan komponen (parts) yang sudah distandarisasi. 3. Mengambil manfaat dari keahlian seorang penjajak (vendor). Tukang cor tahu tentang pengecoran. Penyedia peralatan mesin tahu tentang mesin. Bekerjasamalah dengan mereka. 4. Menurunkan penggunaan beberapa komponen (sangat memungkinkan), dan tidak mungkin jika menurunkan seluruh penggunaan komponen. Gunakan komponen-komponen yang utama saja. 5. Meminimkan kegiatan machining. 6. Meminimkan estetika produk. 7. Memahami manufaktur sebagai salah satu bagian untuk merealisasikan produk.

14


Macam-macam Bahan Teknik (Engineering Materials)

1. Logam (metals) o

Ferrous alloy: besi cor (gray, white, malleable, nodular), baja karbon (low, medium, high), alloy steels (low, alloys, tools, stainless).

o

Non-Ferrous

alloy:

heavy

alloy

(tembaga,

timah,

nikel),

refractory metals (tungsten, tantalum, molibdenum), precious metals (emas, perak, platinum)

2. Polimer (polymers) o

Polimer Alami (natural polymers): Selulosa, Protein.

o

Termoplastik:

Partially

cristalline

(polyamides,

acetals,

polyathenes), amorphous (PVC, polikarbonat, polistiren). o

Termoset: rubber/elastomer (silikon, styrene), epoxy (phenolics, poliester, aminos).

3. Elastomer/Rubber (karet):

o

Alami.

o

Sintetis.

4. Keramik (Ceramics) o

Keramik Alami (natural ceramics): Batu.

o

Keramik Kontruksi (contructional ceramics): porselin, stoneware, earthware.

o

Keramik Elektronik (electronic ceramics): semikonduktor, ferit. 15


o

Keramik Teknik (engineering ceramics): Alumina, Karbida, Nitrida, Zirkonia.

5. Kaca (glasess) o

Contoh: soda, bhorosilicates, phyroceramics.

6. Komposit (composites) o

MMC (Metal Matrix Composites)

o

CMC (Ceramic Matrix Composites)

o

PMC (Polimer Matrix Composites)

Bahan Teknik dan Ciri-cirinya

LOGAM

Modulus Elastisitas (E) yang tinggi.

1. Dapat dibuat lebih kuat dengan paduan dan perlaukan panas atau mechanical treatment. 2. Sangat mudah berdeformasi, terutama pada temperatur yang tinggi. 3. Reseistensi yang rendah terhadap korosi (mudah terkorosi). 4. Memiliki konduktivitas elektrik dan termal yang baik.

16


POLIMER DAN ELASTOMER

1. Modulus Elastisitas (E) yang rendah. 2. Defleksi elastisnya besar. 3. Mulur (creep) pada temperatur ruanangan. 4. Tahan terhadap korosi.

KERAMIK DAN KACA

1. Modulus Elastisitas (E) yang tinggi. 2. Keras. 3. Getas. 4. Kuat. 5. Kerapatan yang rendah (low density). 6. Tahan terhadap korosi dan goresan (abrasion). 7. Konduktivitas elektrik dan termal yang rendah.

KOMPOSIT

1. Tergantung pada tipe kompositnya. 2. Bisa menjadi memiliki densitas yang rendah. 3. Bisa menjadi kuat dan kaku. 4. Bisa menjadi tangguh.

17


Tipe-tipe Model - Desksriptif dan Prediktif. 

Menjelaskan sebuah sistem atau sebuah fenomena.



Satis atau dinamis: model tersebut tergantung pada efek variasi waktu atau tidak.

- Deterministik atau Probabilistik. 

Iconic: permodelan yang persis sebagaimana aslinya. Contoh: model sebuah pesawat terbang.



Analog: behaves the real thing. Contoh: dudukan komponen RLC untuk memodelkan sebuah sistem mekanik, software simulasi pembuat produk.



Marketing: model pemasaran produk. Contohnya: product style, human factor, evaluasi pelanggan.

Prinsip Pemilihan Proses Manufaktur

1. Gunakan harga yang murah. 2. Cari raw material yang paling mudah untuk diproses. 3. Buatlah sebuah desain yang sederhana. 4. Menggunakan komponen sederhana yang mudah didapatkan dan dibeli. 5. Design for communally with other products. 6. Meminimkan kegiatan machining. 7. Meminimkan estetika produk. 8. Memahami manufaktur sebagai salah satu bagian untuk merealisasikan produk. 18


Sifat-sifat Bahan Teknik

1. Mechanical Properties (sifat mekanik): strength (kekuatan), toughness (keuletan), ductilitty (sifat mudah diubah), hardness (kekerasan), elastisity (elastisitas), fatigue (kelelahan), dan creep (mulur). 2. Physical Properties (sifat fisik): densitas, ekspansi termal, konduktivitas, kalor jenis, titik lebur, dan sifat elektrik dan magnetik. 3. Chemical Properties (sifat kimia): oksidasi, korosi, kandungan racun (toxicity), kemampuan bakar (flamability). 4. Manufacturing Properties (sifat manifaktur): formability, castability, machinability, weldability, dan hardability oleh perlakuan panas.

Panduan dalam Pemilihan Bahan (Panduan Tradisional)

1. Sesuai dengan sifat mekanik, fisik, dan kimia yang dibutuhkan. 2. Ketersediaan suplai bahan dasar (mudah didapat). 3. Harga bahan baku dan proses pembuatannya. 4. Tidak memilih bahan yang konsentrasi toxic-nya tinggi. (pilih yang nontoxic) 5. Memilih material

yang bersahabat

dengan alam,

menurunkan kualitas produk.

19


dengan tanpa

BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents