Muai Panas

II.                TINJAUAN PUSTAKA

2.1         Konveksi

Konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi antara permukaan padat dengan fluida yang mengalir di sekitarnya, dengan menggunakan media penghantar berupa fluida (cairan/gas) karena perbedaan suhu di antara keduanya (benda-fluida).

a. Konveksi Alami Perpindahan panas konveksi alami adalah perpindahan panas yang disebabkan oleh beda suhu dan beda rapat saja dan tidak ada tenaga dari luar yang mendorongnya. Contohnya yaitu pelat panas dibiarkan berada di udara sekitar tanpa ada sumber gerakan dari luar.

b. Konveksi Paksa Konveksi paksa adalah perpindahan panas aliran gas atau cairan yang disebabkan adanya tenaga dari luar. Contohnya adalah pelat panas dihembus udara dengan kipas/blower (Umrowati dkk, 2011).

2.2         Area Sebaran Panas

Panas yang terjadi akan mengalami perpindahan secara konduksi, untuk melakukan analisa terhadap hal tersebut maka yang perlu diperhatikan adalah menentukan daerah temperature media/material yang dihasilkan dari kondisi batas tertentu. Oleh karena itu, perlu diketahui distribusi temperature yang menunjukkan bagaimana variasi temperatur sesuai fungsi posisi pada suatu medium. Konduksi flux pada titik tertentu atau permukaan suatu medium dapat ditentukan dengan menggunakan hukum Fourier, apabila distribusi temperaturnya sudah diketahui. Distribusi temperatur pada benda pejal dapat digunakan untuk menganalisa besarnya thermal stress, ekspansi dan defleksi struktur. Pada proses pengelasan dihasilkan siklus panas yang sangat rumit pada lasan. Siklus panas ini menyebabkan perubahan struktur mikro material pada daerah sekitar lasan (heat-affected zone) dan transient thermal stress, hingga akhirnya tercipta tegangan sisa (residual stress) dan perubahan bentuk (distorsi). Sebelum menganalisa permasalahan ini, harus dilakukan analisa pada aliran panas (heat flow) selama proses pengelasan (Setyawati, 2016).

2.3         Pemuaian pada Zat Padat

a.              Muai Panjang

Pemuaian panjang adalah bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena menerima kalor. Pada pemuaian panjang nilai lebar dan tebal sangat kecil dibandingkan dengan nilai panjang benda tersebut. Sehingga lebar dan tebal dianggap tidak ada. Contoh benda yang hanya mengalami pemuaian panjang saja adalah kawat kecil yang panjang sekali. Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu panjang awal benda, koefisien muai panjang dan besar perubahan suhu. Koefisien muai panjang suatu benda sendiri dipengaruhi oleh jenis benda atau jenis bahan. Secara matematis persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan panjang benda setelah dipanaskan pada suhu tertentu adalah pemuaian. Pemuaian terjadi ketika zat dipanaskan (menerima kalor), partikel-partikel zat bergetar lebih cepat sehingga saling menjauh dan benda memuai. Sebaliknya, ketika zat didinginkan (melepas kalor) partikel-partikel zat bergetar lebih lemah sehingga saling mendekati dan benda menyusut (Anwar, 2004).

b.             Muai Luas

Pada logam yang berbentuk lempengan tipis (segiempat, segitiga, atau lingkaran), ukuran volume dapat diabaikan. Ketika lempengan tersebut mendapat pemanasan, maka dapat diamati hanya pemuaian luasnya saja. Dengan kata lain, zat padat tersebut mengalami muai luas. Muai luas dapat diamati pada kaca jendela, pada saat suhu udara panas, dan suhu kaca menjadi naik sehingga terjadi pemuaian, maka kaca memuai lebih besar daripada pemuaian bingkainya, akibatnya kaca terlihat terpasang sangat rapat pada bingkai. Benda yang mengalami muai luas akan menjadi lebih besar daripada semula. Pemuaian yang terjadi pada sebuah benda padat jika ketebalannya jauh lebih kecil dibandingkan panjang dan lebarnya, maka yang terjadi adalah muai luas. Pertambahan luas suatu zat bila dipanaskan akan:

a.                        Berbanding lurus dengan luas mula-mula

b.                       Berbanding lurus dengan perubahan suhu

c.                       Bergantung dari jenis zat

c.              Muai Volume

Jika benda yang kita panaskan berbentuk balok, kubus, atau berbentuk benda pejal lainnya, muai volumlah yang harus kita perhatikan (paling dominan). Pertambahan volume suatu zat yang dipanaskan, secara fisis:

a.       Berbanding lurus dengan volume mula-mula zat

b.      Berbanding lurus dengan perubahan suhu zat

c.       Bergantung dari jenis bahan (Murni, 2004).

2.4         Menentukan Koefisien Ekspansi Linier

Efek-efek yang biasa terjadi akibat perubahan temperatur adalah perubahan ukuran dan perubahan keadaan bahan. Perubahan dimensi linier dari suatu objek, seperti panjang, lebar, atau tebalnya karena adanya kenaikan temperatur 1°C dinamakan koefisien ekspansi thermal linier atau koefisien ekspansi linier. Jika suatu objek memiliki panjang linier L pada temperatur T, maka perubahan panjang yang berasal dari suatu perubahan temperatur ∆T adalah ∆L yang dapat dituliskan sebagai [1]:

 ................................................................................................................ (1)                               

dengan α, yang dinamakan koefisien ekspansi linier, mempunyai nilai yang berbeda-beda untuk bahan-bahan yang berbeda. Dengan menuliskan kembali rumus ini maka kita dapatkan:

 ..................................................................................................................... (2)

sehingga α mempunyai arti sebagai bagian perubahan panjang per derajat perubahan temperatur. (Astuti, 2009).

2.5    Dial Gauge Indicator

Dial Gauge Indicator, alat ini digunakan untuk mengukur tingkat distorsi sudut yang terbentuk dari hasil penyambungan dengan pengelasan proses Shielded Metal Arc Welding (SMAW). Dial Gauge/ Indicator. Dial gauge atau ada yang menyebutnya dial indicator adalah alat ukur yang digunakan untuk memeriksa penyimpangan yang sangat kecil dari bidang datar, bidang silinder atau permukaan bulat dan kesejajaran. Pada dial indicator terdapat 2 skala. Yang pertama skala yang besar (terdiri dari 100 strip) dan skala yang lebih kecil. Pada skala yang besar tiap stripnya bernilai 0,01 mm. jadi ketika jarum panjang berputar 1 kali penuh maka menunjukkan pengukuran tersebut sejauh 1 mm. sedangkan skala yang kecil merupakan penghitung putaran dari jarum panjang pada skala yang besar. Adapun metode pengukuran yang digunakan pada pengujian ini adalah benda kerja yang digerakkan, dial indikator tetap pada posisi diam (Haryono dkk, 2013).