BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Bahan magnetik adalah suatu bahan yang memiliki sifat kemagnetan dalam komponen pembentuknya. Menurut sifatnya terhadap pengaruh kemagnetan, bahan dapat diklasifikasikan menjadi bahan 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 BaFe 12 O 19 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