FABRIKASI DAN KARAKTERISASI ”CERAMIC FOAM” DENGAN MENGGUNAKAN BAHAN DASAR LIMBAH GIPSUM DAN ABU SEKAM PADI UNTUK APLIKASI THERMAL INSULATION DAN ACOUSTIC ABSORBER
TUGAS AKHIR Diajukan sebagai syarat untuk menyelesaikan Pendidikan Sarjana pada Program Studi Teknik Material, Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Bandung Oleh Tri Handoko 13703004 Pembimbing: Dr. Ir. Bambang Sunendar
PROGRAM STUDI TEKNIK MATERIAL FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007
LEMBAR PENGESAHAN FABRIKASI DAN KARAKTERISASI ”CERAMIC FOAM” DENGAN MENGGUNAKAN BAHAN DASAR LIMBAH GIPSUM DAN ABU SEKAM PADI UNTUK APLIKASI THERMAL INSULATION DAN ACOUSTIC ABSORBER
Tugas Akhir Diajukan sebagai syarat untuk menyelesaikan Pendidikan Sarjana pada Program Studi Teknik Material, Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Bandung
Oleh: Tri Handoko 13703004
Bandung, 28 September 2007 Pembimbing Tugas Akhir
Dr. Ir. Bambang Sunendar NIP.131126172
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
PROGRAM STUDI TEKNIK MATERIAL FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG JL. GANESHA 10 BANDUNG 40132 TELP/FAX : 022-2508144
TUGAS SARJANA Diberikan kepada
: Tri Handoko
Dosen Pembimbing
: Dr.Ir. Bambang Sunendar
Jangka Waktu Penyelesaian : 6 (enam) bulan Judul
: Fabrikasi dan Karakterisasi Ceramic Foam Dengan Menggunakan Bahan Dasar Bahan Limbah Gipsum dan Abu Sekam Padi Untuk Aplikasi Thermal Insulation dan Acoustic Absorber.
Isi Tugas
: 1. Studi literatur dan penentuan komposisi 2. Fabrikasi ceramic foam 3. Karakteriasasi sampel thermal insulation dan ceramic foam
Bandung, 28 September 2007 Pembimbing
Dr.Ir. Bambang Sunendar NIP. 131471326
****** Karya ini kupersembahkan untuk: Ibu dan Bapak tercinta atas setiap tetesan keringat, perjuangan, pengorbanan, kasih sayang, kesabaran, serta harapan dan doa untuk putranya.......
******
ABSTRAK Fabrikasi dan karakterisasi ceramic foam untuk aplikasi thermal insulation dan acoustic absorber dalam penelitian ini merupakan salah satu inovasi dalam pemanfaatan limbah gipsum dan abu sekam padi. Limbah gipsum yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari industri fertilizer, PT. Sud – Chemie, Sukabumi Jawa Barat. Ceramic foam bersifat liat, plastis, seperti busa yang terbuat dari keramik. Daya insulasi yang sangat baik pada ceramic foam dikarenakan adanya gelembung udara yang sangat kecil yang terjebak didalam bahan. Campuran dari gipsum, abu sekam padi, kapur, serbuk Al, semen dan perekat CMC ditambahkan air hingga terbentuk ceramic foam. Komposisi utama bahan dalam penelitian ini adalah gipsum dan abu sekam padi, dengan persen komposisi (40:20, 30:30, dan 20:40) % ditambahkan dengan 5% serbuk Al, 10% CaCO3, 25% semen, dan 20% CMC dari massa total. Ceramic foam yang ada kemudian dicetak kedalam cetakan berukuran 20x10x3 cm, dan cetakan berdiameter 4 cm dan ketebalan 2 cm dengan metode slip casting. Sampel kemudian dikeringkan didalam tungku pada T = 80oC, selama 1 jam. Kemudian melalui proses autoclaving pada T = 180oC, selama 1 jam. Proses ini dilakukan agar didapatkan sampel dengan gelembung udara didalamnya akibar reaksi serbuk Al. Dari pengujian konduktivitas panas dan pengujian akustik didapatkan nilai konduktivitas panas material A, B, dan C berturut – turut adalah: 0,067, 0,078, dan 0,079 W/moC. Sedangkan nilai absorpsivitas suara untuk ketiga jenis komposisi bahan (40:20, 30:30, 20:40) %, berturut – turut adalah: 0,37 – 0,49, 0,36 – 0,42, dan 0,37 – 0,55 pada rentang frekuensi 1 – 3,2 kHz. Kata kunci: Limbah gipsum, abu sekam padi, ceramic foam, thermal insulation, acoustic absorber.
ABSTRACT Ceramic foam fabrication and characterization research is one way to make an innovative application of thermal insulation and acoustic absorber from gypsum and rice husk ash waste. Gypsum used in this research was from PT. Sud – Chemie, a fertilizer industry in Sukabumi, West Java. Ceramic foam is tough, plastic-like foam made from ceramics. The foam has an extraordinary insulating power due to the many tiny air bubbles within the material Mixture of gypsum, rice husk ash, limestone, aluminum, cement, and CMC binder powder added by water until the ceramic foam was formed. The main raw material composition used is (A = 40:20, B = 30:30, and C = 20:40) % added with 5% aluminum powder, 10% CaCO3 powder, 25% cement, and 20% mass of bulk mixture. The ceramic foam then form by slip casting method into the 20x10x3 cm and 4 cm diameter and 2 cm height of mould. The sample dried at 80oC for 1h, and then treated by autoclaving process at 180oC for 1h under 5 bar pressure. This treatment means to make the aluminum react and get the tiny bubbles within the material. From thermal conductivity and acoustic measurement of three kind materials A, B, and C, the value of thermal conductivity are: 0,065; 0,078; and 0,079 W/moC. And the value of sound absorptivity are: 0,37 – 0,49; 0,36 – 0,42; and 0,37 – 0,55 at 1 – 3,2 kHz frequency range. Keywords: gypsum waste, rice husk ash, ceramic foam, thermal insulation, acoustic absorber.
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala bimbingan, petunjuk, rahmat dan ridha-Nya sehingga penulisan laporan Tugas Akhir dengan judul: ”Fabrikasi dan Karakterisasi ”Ceramic Foam” Dengan Menggunakan Bahan Dasar Limbah Gipsum dan Abu Sekam Padi Untuk Aplikasi Thermal Insulation dan Acoustic Absorber” dapat diselesaikan dengan baik dan sesuai dengan batas waktu yang ditetapkan. Shalawat dan salam, semoga selalu tercurah kepada Rasulullah SAW, penutup para Nabi dan Rasul. Dan semoga shalawat beserta salam juga tercurah kepada keluarga, sahabat dan para pengikutnya hingga akhir zaman. Dengan selesainya Tugas Akhir ini Penulis mengucapkan terima kasih yang tulus kepada kedua orang tua dan keluarga atas dukungan moril, materil, dan spirituil. Pada kesempatan ini, secara khusus Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Bapak Dr. Ir. Bambang Sunendar selaku dosen pembimbing yang dengan sabar memberikan arahan sehingga laporan ini dapat diselesaikan, serta tidak lupa penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Dr. Ir. Bambang Widyanto sebagai Ketua Program Studi Teknik Material ITB. 2. Bapak Dr. Ir. Husainy Ardy selaku dosen wali penulis yang telah banyak mengarahkan penulis selama kuliah di Teknik Material ITB. 3. Seluruh staf dosen pengajar, karyawan dan teknisi di Program Studi Teknik Material ITB. 4. Gisa Rismala dan Ayuningtyas yang telah sudi membantu dalam menyelesaikan tugas ini ditengah kepenatan dan kesibukan penulis. 5. Segenap keluarga di Asrama Bumi Ganesha ITB atas segala dukungannya. Tempat tinggal dimana penulis dibina selama 4 tahun menjadi manusia dewasa, pembelajar dan seorang yang bertanggung jawab.
6. Teman-teman di Extrovert Studio yang telah membantu kerja penulis sebagai General Manager pada perusahaan tersebut. 7. Teman- teman lantai A31 – A32, Anggit, Heri, Irul, Gema, Chandra, Riza, dan ex capeng Ruqy yang telah melarikan diri, terima kasih atas segala dukungan yang kalian berikan. 8. Seluruh sahabat – sahabatku Teknik Material angkatan 2003 9. Semua pihak yang telah memberikan bantuan moril maupun materil yang tidak dapat disebutkan satu per satu, semoga Allah SWT memberikan balasan yang lebih baik. Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam tugas akhir ini, oleh sebab itu penulis dengan segenap kerendahan hati memohon saran dan kritik dari semua pihak. Akhir kata, penulis berharap semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat dan nilai tambah, baik kepada penulis maupun bagi seluruh pihak yang berkepentingan.
Bandung, 20 September 2007
Penulis
ABSTRAK ............................................................................................................. i ABSTRACT .......................................................................................................... ii KATA PENGANTAR......................................................................................... iv DAFTAR ISI......................................................................................................... v DAFTAR TABEL .............................................................................................. vii DAFTAR GAMBAR.........................................................................................viii BAB I PENDAHULUAN.......................................................................................1 1.1 Latar belakang.................................................................................................1 1.2 Tujuan .............................................................................................................2 1.3 Ruang lingkup dan batasan masalah ...............................................................2 1.4 Sistematika penulisan laporan.........................................................................3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................................5 2.1 Material Keramik............................................................................................5 2.1.1 Klasifikasi Material Keramik .............................................................6 2.1.2 Proses Pembuatan Keramik................................................................7 2.1.3 Ceramic Foam....................................................................................8 2.2 Material Untuk Insulasi ..................................................................................8 2.2.1 Limbah Gipsum..................................................................................9 2.2.2 Limbah Abu Sekam Padi....................................................................9 2.2.3 Semen Portland ................................................................................10 2.2.4 Aluminium .......................................................................................11 2.2.5 Kapur................................................................................................12 2.2.6 Perekat CMC ....................................................................................13 2.3 Thermal Insulation........................................................................................13 2.3.1 Material Thermal Insulation.............................................................16 2.3.2 Prinsip Kerja Thermal Insulation .....................................................18 2.3.3 Aplikasi Thermal Insulation.............................................................18 2.3 Acoustic Absorber.........................................................................................19 2.3.1 Material Akustik...............................................................................20 2.3.2 Gejala Penyerapan Suara Dalam Material .......................................25 2.3.3 Aplikasi Acoustic Absorber..............................................................26 2.4 Karakteriasi Material ...................................................................................26 2.4.1 Pengukuran Massa Jenis...................................................................27 2.4.2 Pengukuran Specific Surface Area ...................................................27 2.4.3 Pengujian Akustik ............................................................................28 2.4.4 Pengujian Konduktivitas Panas ........................................................29 2.4.5 Karakterisasi Omnimet.....................................................................30 BAB III METODOLOGI PENELITIAN ..........................................................31 3.1 Umum ...........................................................................................................31 3.2 Alat dan Bahan .............................................................................................31 3.3 Proses Pembuatan sampel.............................................................................32 3.3.1 Tahap persiapan material .................................................................33 3.3.2 Tahap pencetakan dan pembakaran..................................................33
3.3.3
Tahap pengujian ...............................................................................35
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN....................................37 4.1 Analisis Perhitungan Massa Jenis.................................................................37 4.2 Analisis Uji Specific Surface Area ...............................................................39 4.3 Analisis Uji Akustik .....................................................................................40 4.4 Analisis Uji Konduktivitas Panas .................................................................44 4.5 Karakterisasi Omnimet .................................................................................48 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...............................................................50 5.1 Kesimpulan ...................................................................................................50 5.2 Saran .............................................................................................................51 DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................52 LAMPIRAN LAMPIRAN A
Data Pengujian Specific Surface Area
DAFTAR TABEL Tabel II.1 Klasifikasi material keramik berdasarkan fungsinya ............................7 Tabel II.2 Senyawa yang terkandung dalam limbah gipsum .................................9 Tabel II.3 Sifat-sifat fisik dan kimia semen portland tipe I .................................10 Tabel II.4 Sifat fisik dari aluminium....................................................................11 Tabel II.5 Sifat fisik dari kapur (CaCO3) .............................................................12 Tabel III.1 Desain komposisi campuran bahan.....................................................32 Tabel IV.1 Data perhitungan massa jenis .............................................................37 Tabel IV.2 Data pengujian specific surface area..................................................39 Tabel IV.3 Data pengujian nilai absorpsivitas suara.............................................41 Tabel IV.4 Data pengujian thermal conductivity ..................................................44 Tabel IV.5 Data literatur nilai konduktivitas panas berbagai material .................45
DAFTAR GAMBAR Gambar II.1 Limbah gipsum dari PT. SUD – CHEMIE........................................9 Gambar II.2 Struktur ikatan silika........................................................................10 Gambar II.3 Limbah abu sekam padi...................................................................10 Gambar II.4 Sabine absorptivities of common constructional materials.............23 Gambar II.5 Absorption properties of acoustic materials ...................................24 Gambar II.6 Ilustrasi penyerapan energi suara oleh bahan akustik .....................25 Gambar II.7 NOVA 1000 gas sorption surface analyzer ....................................27 Gambar II.8 Tabung impedansi untuk pengujian akustik ....................................28 Gambar II.9 Alat uji konduktivitas panas ............................................................29 Gambar II.10 Alat uji omnimet..............................................................................30 Gambar III.1 Cetakan sampel uji konduktivitas panas .........................................34 Gambar III.2 Cetakan sampel uji akustik..............................................................34 Gambar III.3 Mesin autoclave ..............................................................................35 Gambar III.4 Diagram alir pelaksanaan penelitian ...............................................36 Gambar IV.1 Pengaruh % gipsum terhadap nilai specific surface area ...............39 Gambar IV.2 Alat pengujian akustik ....................................................................40 Gambar IV.3 Koefisien absorbsi bahan dengan tiga variasi komposisi................42 Gambar IV.4 Sampel material akustik ..................................................................43 Gambar IV.5 Grafik hubungan % gipsum dengan konduktivitas panas...............45 Gambar IV.6 Sampel bahan thermal insulation....................................................45 Gambar IV.7 Struktur mikro bahan A...................................................................48 Gambar IV.8 Struktur mikro bahan B...................................................................48 Gambar IV.9 Struktur mikro bahan C...................................................................48
