bab i pendahuluan

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Bahan magnetik adalah suatu bahan yang memiliki sifat kemagnetan
dalam
komponen
kemagnetan, bahan
pembentuknya.
dapat
Menurut
diklasifikasikan
sifatnya
menjadi
terhadap
bahan
pengaruh
diamagnetik,
paramagnetik, dan feromagnetik. Setiap bahan magnetik memiliki parameterparameter magnetik di antaranya magnetisasi, momen magnetik, permeabilitas
dan suseptibilitas magnetik.
Permeabilitas magnet merupakan konstanta pembanding antara rapat fluks
magnet (B) dengan kuat medan magnet (H). Suseptibilitas magnetik (m) adalah
ukuran dasar sifat kemagnetan suatu bahan, ditunjukkan dengan adanya respon
terhadap induksi medan magnet. Dengan adanya suseptibilitas magnet suatu
bahan, maka dapat diketahui sifat-sifat magnetik lain bahan tersebut. Momen
magnetik merupakan ukuran kuat medan magnet dan magnetisasi (M) merupakan
momen magnet per satuan volume.
Bahan feromagnetik adalah bahan yang mempunyai permeabilitas tinggi
dan mudah sekali dialiri garis-garis gaya magnet atau biasa disebut dengan bahan
magnet yang memiliki kekuatan medan magnet yang tinggi. Bahan magnet yang
mempunyai medan magnet tinggi akan menghasilkan keuntungan berupa
peningkatan efisiensi operasi [1]. Contoh bahan yang mempunyai permeabilitas
tinggi antara lain besi, baja, dan stalloy.
Stalloy adalah tipe magnet besi lunak yang terbuat dari 96% besi dan 4%
silikon, sifat kemagnetannya sementara. Supaya bahan-bahan ini menjadi magnet
permanen berbagai cara telah dilakukan, diantaranya penggabungan bahan dengan
serbuk magnet permanen (mixing) [2], sintering, injection moulding, dan
compression moulding. Cara lain untuk membuat bahan magnetik menjadi magnet
permanen adalah dengan mengaliri arus listrik yang biasa disebut elektromagnet.
Elektromagnet terdiri atas tiga unsur penting, yaitu jumlah lilitan, kuat
arus, dan inti besi. Semakin banyak lilitan dan semakin besar arus listrik yang
1
mengalir maka semakin besar medan magnet yang dihasilkan. Selain itu medan
magnet yang dihasilkan oleh elektromagnet tergantung pada inti besi yang
digunakan. Apabila kawat dililitkan pada sebuah inti yang terbuat dari bahan
logam dan dialiri arus, maka akan muncul medan magnet di sekitar inti dan inti
tersebut menjadi magnet. Supaya inti dapat menjadi magnet permanen, maka arus
yang dialiri adalah arus tinggi atau impuls arus.
Proses
magnetisasi
dengan impuls
arus
dilakukan dengan
cara
memasangkan kumparan yang berintikan bahan magnet pada pembangkit impuls
arus, kemudian kumparan dialiri impuls arus selama waktu tertentu. Pemberian
impuls arus pada waktu tertentu untuk mencapai puncak atau nilai maksimal pada
bahan magnet permanen akan mempengaruhi kuat medan magnet yang
dihasilkannya. Waktu inilah yang disebut dengan waktu muka atau front time.
Pada umumnya, impuls arus yang dihasilkan dari pembangkit impuls arus
digunakan untuk pengujian peralatan tegangan tinggi. Pengujian ini dilakukan
untuk mengetahui performa peralatan tegangan tinggi apabila terkena impuls arus
yang berasal dari petir ataupun dari pensaklaran.
Dari penjelasan sebelumnya, maka peneliti tertarik untuk meneliti
kekuatan bahan untuk menjadi magnet permanen apabila dialiri impuls arus
dengan nilai front time yang bervariasi. Hal ini disebabkan karena pembuatan
magnet permanen masih belum mencukupi kebutuhan magnet permanen di
Indonesia.
Kebutuhan akan magnet permanen setiap tahun semakin meningkat
(Gambar 1.1), terutama untuk kebutuhan hardware komputer dan energi.
Untuk kebutuhan energi di Indonesia, yang menjadi prioritas adalah energi baru
dan terbarukan. Energi ini untuk menggantikan energi yang berasal dari bahan
fosil seperti BBM dan batu bara. Salah satu sumber energi baru dan terbarukan
adalah angin, sehingga dibuat pembangkit listrik tenaga angin. Dalam sebuah
sistem pembangkit listrik, generator merupakan salah satu komponen utama
dimana sistem kerjanya tergantung kepada magnet permanen. Fungsi magnet pada
generator adalah untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.
2
Magnet adalah salah satu sumber energi lain yang sering dilupakan,
padahal energi yang dihasilkan cukup tinggi dan tanpa efek pencemaran
lingkungan. Karena itulah, sampai saat ini kebutuhan magnet selalu diimpor dari
mancanegara untuk memenuhi kebutuhan magnet di Indonesia [3].
Gambar 1.1. Persentase kebutuhan magnet permanen [3]
1.2 Perumusan masalah
Front time merupakan waktu yang diperlukan oleh impuls arus atau
tegangan untuk mencapai puncak atau nilai maksimal. Kenaikan arus atau
tegangan pada front time yang cepat akan berpengaruh pada sifat-sifat unsur
bahan yang akan dijadikan magnet permanen. Sedangkan pemberian impuls arus
dengan variasi front time dapat mempengaruhi besarnya waktu dan arus
maksimum yang diterima beban [4].
Sebuah magnet permanen yang baik harus menghasilkan kuat medan
magnet yang tinggi dengan massa yang rendah dan harus stabil terhadap
pengaruh-pengaruh yang akan mendemagnetisasinya.
Dari penjelasan tersebut maka peneliti merumuskan masalah untuk bahan
magnet permanen ini sehingga penelitian ini berbeda dengan penelitian
sebelumnya, yaitu “bagaimana efek yang ditimbulkan oleh variasi front time
impuls arus terhadap kekuatan bahan magnet permanen untuk menjadi magnet
3
permanen”.
1.3 Keaslian penelitian
Penelitian mengenai magnet, baik itu pengujian kekuatan medan magnet,
pembuatan magnet permanen, dan aplikasi magnet permanen telah banyak diteliti,
Mihara[5] dan Kumada[6] menyebutkan bahwa kekuatan medan magnet yang
dihasilkan oleh magnet permanen dipengaruhi oleh bahan yang digunakan. Untuk
pembuatan magnet permanen, Idayanti[2] menggabungkan serbuk bahan magnet
dengan serbuk magnet permanen yang akan menghasilkan magnet permanen yang
lebih kuat.
Pada saat ini, magnet NdFeB (Neodymium Ferum Boron) jenis permanen
logam tanah jarang (rare earth) dikenal sebagai magnet yang memiliki kekuatan
tinggi. Umumnya pembuatan magnet ini dilakukan dengan teknik sintering dan
teknik compression bonded. Magnet yang dihasilkan dengan teknik sintering
dapat menghasilkan energi produk (BHmax) yang tinggi dibandingkan dengan
teknik compression bonded [7]. Selain dengan kedua metode tersebut, energi
produk maksimum (BHmax) dapat ditingkatkan dengan memperhatikan
koersivitas yang berhubungan dengan butiran fasa utama magnet [8].
Metode pembuatan magnet lainnya yang berasal dari bubuk magnet yaitu
dengan cara injection moulding dan compression moulding [9]. Kelebihan kedua
metode ini yaitu, metode yang pertama injection moulding ini cocok untuk
produksi massal karena biaya produksinya rendah dan metode yang kedua
compression moulding, memiliki elemen sifat magnet lebih baik dari pada yang
menggunakan teknologi injection moulding.
Sifat magnetik bahan dipengaruhi oleh suhu dan teknik pembuatannya,
Tarihoran [10] menjelaskan bahwa bentuk butiran dengan ukuran yang bervariasi
akan mempengaruhi tiga sifat kemagnetan bahan. Tiga sifat tersebut adalah
kerapatan fluks magnet B, kuat medan magnet H dan energi produk maksimal
(BHmax). Semakin kecil ukuran butir maka medan magnet H semakin kecil dan
kerapatan fluks B semakin besar. Sedangkan BHmax akan memiliki nilai optimal
4
pada saat ukuran butir sebesar 0,014 kali ukuran butir mula-mula berdomain
tunggal.
Selain ukuran butir, substitusi ion juga mempengaruhi sifat magnetik
bahan. Priyono [11] menjelaskan bahwa substitusi secara parsial ion (ion Fe+3)
dengan menggunakan ion Mn+2, ion Co+2 dan ion Ti+4 pada bahan magnetik
BaFe12O19 dapat menyebabkan perubahan parameter kisi kristal, sehingga terjadi
perubahan sifat magnetik seperti koersivitas, remanen dan saturasi magnetik.
Perubahan ini terjadi terutama pada nilai koersivitas dari 135 kA/m sampai 5
kA/m.
Dalam penelitian ini, bahan magnet permanen yang telah ditetapkan dialiri
impuls arus, sedangkan dalam penelitian sebelumnya impuls arus digunakan
untuk pengujian peralatan tegangan tinggi seperti pengujian pada arester,
transformator dan kabel. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kinerja
peralatan tersebut apabila dialiri arus tinggi atau impuls arus karena petir atau
pensaklaran. Gonos[12] melakukan pengujian impuls pada generator dan
menjelaskan bahwa ketika generator beroperasi dalam osilasi under-damped,
peningkatan resistansi total mengakibatkan penurunan front time dan peningkatan
time to half-value yang sama dengan osilasi over-damped. Disisi lain, peningkatan
induktans atau kapasitans pada generator tidak hanya menghasilkan peningkatan
front time tetapi juga meningkatkan time to half-value. Untuk Exponential Impulse
Current pada multistage generator, peningkatan induktans dan resistans dapat
meningkatkan tegangan impuls generator [13].
Dari penelitian yang telah ada sebelumnya, diyakini bahwa pembuatan
magnet telah banyak dilakukan dengan variasi komposisi bahan. Namun
pembuatan magnet menggunakan impuls arus dengan menvariasikan nilai front
timenya untuk mengetahui kuat medan magnet yang dihasilkan bahan belum
pernah dilakukan.
5
1.4 Tujuan penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui efek variasi front time
impuls arus yang terjadi pada bahan magnet permanen dengan membandingkan
unsur feromagnetik yang terkandung di dalam bahan dan kuat medan magnet
yang dihasilkannya.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian efek variasi front time impuls arus terhadap bahan
magnet permanen adalah:
1. Memberikan tambahan referensi mengenai unsur, bahan dan
karakteristik bahan yang dapat dijadikan magnet permanen ditinjau
dari segi kekuatan medan magnetnya.
2. Memberikan informasi mengenai impuls arus dan variasi front time
impuls arus yang harus dicapai oleh setiap bahan sehingga bahan
dapat menjadi magnet permanen.
3. Diharapkan memberikan solusi untuk mengatasi kekurangan atau
kelangkaan magnet permanen di negara kita, karena magnet
permanen yang ada di negara kita masih di impor.
6