Dokumen tersebut merupakan laporan tugas tentang fluida plasma yang membahas pengertian fluida, plasma, teknologi plasma dalam berbagai bidang seperti kimia teknik, cleaning technology, serta berbagai aplikasi plasma seperti CFD, plasma jet, plasma display panel, dan plasma dalam industri makanan."

1. Andika Prasetya & Aji Riyanto
(1303035008) (1303035004)
TUGAS KIMIA TEKNIK
FLUIDA PLASMA
TEKNIK MESIN – FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH
PROF.DR.HAMKA
JAKARTA
2013

2. FLUIDA PLASMA
TEKNIK MESIN – FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH
PROF.DR.HAMKA
Jalan Tanah Merdeka No.6 pasar rebo, Jakarta
timur
Indonesia
24 – November – 2013 M
Cetak Pertama,,
20 – Muharrom – 1435 H

3. PRAKATA
Buku materi tentang fluida plasma dan
aplikasinya dibuat agar dapat megantarkan para
pembaca maupun yang ingin menambah wawasan
pengetahuan mengenai filosofi tentang fase wujud
zat yang ke empat setelah padat, cair, dan gas.
Buku ini sangat bermanfaat bagi kita yang saat ini
berada di zaman abad ke XXI yang serba modern
dari mulai lampu, television, dalam bidang
otomotif, penerbangan, dan dalam perindustrian
yang serba menggunakan plasma.
Isi buku ini memuat pengenalan,
pemahaman, dan sejarah agar dapat menguasai
proses terbentuknya wujud zat yang ke empat
tersebut di aplikasikan di dunia industry,elektonik
dan biomedical yang sering kita nikmati setiap
hari.
Harapan penulis agar buku ini bermanfaat
untuk menghadapi masa depan yang terjadi di
dunia .
iii

4. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan
banyak terima kasih yang tiada terhingga kepada :
1. Allah SWT,yang telah memberikan
kesehatan jasmani dan rohani yang
diberikan agar bisa membuat tugas buku
ini.
2. Ir. Irwandy.MI,M.M.sc, selaku guru kimia
teknik yang selalu membimbing agar
mahasiswa mampu mandiri.
3. Eka kusmara,selaku sahabat yang telah
membantu dalam hal memproses tugas
buku ini.
4. Sopyan muadz, selaku teman yang telah
memberikan tempat kostannya untuk bisa
mengerjakan tugas buku ini.
Sambung saran dari pembaca buku ini sangatlah
diharapkan demi penyempurnaan selanjutnya.
Semoga buku ini dapat bermanfaat dalam mengisi
pengetahuan yang bermanfaat bagi nusa dan
bangsa.
Jakarta. 22 November 2013
18 Muharrom 1435
Andika Prasetya & Aji Riyanto
Penulis
iv

5. DAFTAR ISI
PRAKATA.................................................................. iii
DAFTAR ISI........................................................ v
I. PENDAHULUAN...................................... 1
I.1 Pengertian fluida …………………..…..... 1
I.2 Pengertian plasma……………………….. 5
II. TEKNOLOGI PLASMA……………....... 17
II.1 Teknologi plasma dalam dunia teknik
kimia……..…………………………….... 17
II.2 Teknologi Plasma Sebagai Cleaning
Technology ……………………………… 19
III. BERBAGAI APLIKASI PLASMA……. 23
III.1 Computational fluid dynamics (CFD)…… 23
III.2 Plasma Jet………………………………… 49
III.3 Plasma display panel……………………… 90
III.4 plasma dalam industry makanan ………… 96
DAFTAR PUSTAKA………………………….. 103
v

6. I. Pendahuluan
Pengertian fluida
Fluida adalah berbagai zat yang mampu
mengalir dan yang menyesuaikan diri dengan
bentuk wadah tempatnya. Bila berada dalam
keseimbangan, fluida tidak dapat menahan gaya
tangensial atau gaya geser. Semua fluida memiliki
suatu derajat kompresibilitas dan memberikan
tahanan kecil terhadap perubahan bentuk.
Karena adanya kekentalan zat cair, maka terjadi
perbedaan kecepatan partikel pada medan aliran.
Partikel zat cair yang berdampingan dengan
dinding batas akan diam (kecepatan nol) sedang
yang terletak pada suatu jarak tertentu dari dinding
akan bergerak. Perubahan kecepatan tersebut
merupakan fungsi jarak dari dinding batas.
Aliran viskos adalah aliran zat cair yang
mempunyai kekentalan (viskositas). Kekentalan
adalah sifat zat cair untuk melawan tegangan geser
pada waktu bergerak/mengalir. Kekentalan
disebabkan karena kohesi antara partikel zat cair.
Zat cair ideal tidak mempunyai kekentalan. Aliran
viskos dapat dibedakan menjadi dua macam.
1

7. Apabila pengaruh kekentalan (viskositas) adalah
cukup dominan sehingga partikel-partikel zat cair
bergerak secara teratur menurut lintasan lurus
maka aliran disebut laminer. Aliran laminer terjadi
apabila kekentalan besar dan kecepatan aliran
kecil. Dengan berkurangnya pengaruh kekentalan
atau bertambahnya kecepatan maka aliran akan
berubah dari laminer manjadi turbulen. Pada aliran
turbulen dari partikel zat cair bergerak secara tidak
teratur (Triatmodjo, B., 1993).
Bila fluida diberi tegangan geser, maka ia akan
mengalami perubahan bentuk, dengan kata lain ia
mengalami regangan geser. Selain itu bagian yang
terkena tegangan geser, langsung akan bergerak
inilah yang disebut sebagai aliran. Jadi jelaslah
bahwa zat padat tidak tergolong fluida, karena bila
dikenai tegangan geser zat padat tidak akan
mengalir (Sardjito, 2000).
Osborne Reynolds berpendapat bahwa tipe aliran
tergantung dari kecepatan, kerapatan dan
kekentalan dari cairan dan ukuran dari tempat
mengalirnya dan tergantung pula dari angka
Reynolds (Kodoatie, J. R., 2001).
Kekentalan zat cair menyebabkan terbentuknya
berbagai gaya geser antara dua elemen zat cair.
2

8. Keberadaan kekentalan ini menyebabkan
terjadinya kehilangan tenaga selama pengaliran
atau diperlukannya energi untuk menjamin adanya
pengaliran. Viskositas gas meningkat dengan suhu,
tetapi viskositas cairan berkurang dengan naiknya
suhu. Perbedaan dalam kecenderungan terhadap
suhu tersebut dapat di terangkan dengan
menyimak berbagai penyebab viskositas. Tahanan
suatu fluida terhadap tegangan geser tergantung
pada kohesinya dan pada laju perpindahan
momentum molekulnya. Cairan dengan berbagai
molekul yang jauh lebih rapat dari pada gas,
mempunyai gaya-gaya kohesi yang jauh lebih
besar dari pada gas. Kohesi nampaknya
merupakan penyebab utama viskositas dalam
cairan dan karena kohesi berkurang dengan
naiknya suhu, maka demikian pula viskositas.
Sebaliknya gas mempunyai berbagai gaya kohesi
yang sangat kecil. Sebagian besar dari tahanannya
terhadap tegangan geser merupakan akibat
perpindahan momentum molekuler.
Tegangan molekular menimbulkan tegangan geser
semu dalam gas, yang lebih penting dari pada
berbagai gaya kohesi, dan karena kegiatan
molekular meningkat dengan suhu, maka
viskositas gas juga meningkat dengan suhu. Untuk
3

9. tekanan-tekanan yang biasa viskositas tidak
tergantung pada tekanan dan tergantung pada suhu
saja. Untuk tekanan yang sangat besar, gas-gas dan
kebanyakan cairan menunjukkan variasi viskositas
yang tidak menentu terhadap tekanan.
Fluida dapat digolongkan ke dalam cairan atau
gas. Perbedaan utama antara cairan dan gas adalah:
(a) cairan praktis tak kompresibel, sedangkan gas
kompresibel dan sering kali harus diperlakukan
demikian dan
(b) cairan mengisi volume tertentu dan mempunyai
permukaannya bebas sedangkan gas dengan massa
tertentu mengembang sampai mengisi seluruh
bagian wadah tempatnya.
(Triatmodjo, B., 1993).
4

10. Pengertian Plasma
Plasma merupakan substansi yang mirip
dengan gas dengan bagian tertentu dari partikel
terionisasi. Adanya pembawa muatan yang cukup
banyak membuat plasma bersifat konduktor listrik
sehingga bereaksi dengan kuat terhadap medan
elektromagnet. Oleh karena itu, plasma memiliki
sifat-sifat unik yang berbeda dengan padatan,
cairan maupun gas dan dianggap merupakan
wujud zat yang berbeda. Mirip dengan gas, plasma
tidak memiliki bentuk atau volume yang tetap
kecuali jika terdapat dalam wadah, tetapi berbeda
dengan gas, plasma membentuk struktur seperti
filamen, pancaran dan lapisan-lapisan jika
dipengaruhi medan elektrommagnet (Thonk.,
1967)
Dalam setiap atom gas biasa berisi jumlah
yang sama muatan positif dan negatif. Gas menjadi
plasma ketika penambahan panas atau energi yang
menyebabkan sejumlah besar atom untuk
melepaskan beberapa atau semua elektron. Bagian
dari atom yang tersisa dengan muatan positif, dan
elektron negatif terlepas bebas untuk bergerak.
Jika cukup banyak atom terionisasi secara
5

11. signifikan mempengaruhi karakteristik listrik dari
gas. Secara sederhana plasma didefinisikan
sebagai gas terionisasi dan dikenal sebagai fase
materi ke empat setelah fase padat, cair dan gas
(Arifin, et al., 2009).
Gambar 1. Ilustrasi Fase Materi Keempat Setelah
Padat, Cair dan Gas.
6

12. Plasma merupakan kondisi ketika gas terisi oleh
partikel bermuatan dengan energi potensial antar
partikelnya lebih kecil dibandingkan dengan
energi kinetik partikelnya yang terdapat dalam gas
tersebut (Nicholson, 1983). Salah satu cara
pembangkitan plasma dilakukan melalui lucutan
listrik (Sigmond,1982; Czech, et al., 1995).
Plasma yang terbentuk dalam lucutan listrik
dikenal dengan plasma lucutan pijar korona
(Champman,1990; Chang, 1991).
7

13. Plasma pertama kali dikemukakan oleh Langmuir
dan Tonks pada tahun1928. Mereka
mendefinisikan plasma sebagai gas yang
terionisasi dalam lucutan listrik (Chang, 1991).
Ketika medan listrik di kenakan pada gas, elektron
energetik akan mentransferkan energinya pada
spesies gas melalui proses tumbukan, eksitasi
molekul, tangkapan elektron, disosiasi, dan
ionisasi sperti pada gambar 2.
Gambar 2. Proses elementer pada plasma dingin
dalam skala waktu (Prieto, et al., 2002)
Plasma terjadi ketika terbentuk percampuran
kuasinetral dari elektron, radikal, ion positif dan
ion negatif (Tseng, C.H., 1999). Kondisi
kuasinetral merupakan daerah dimana terdapat
8

14. kerapatan ion (ni) yang hampir sama dengan
kerapatan elektron (ne) sehingga dapat dikatakan
ni .ne ,n, dengan n menyatakan kerapatan secara
umum yang disebut kerapatan plasma (Francis,
1974).
9

15. Gambar 3. Proses pembangkitan plasma lucutan
pijar korona pada ruang antar elektroda (Chen dan
Davidson, 2002)
Korona merupakan proses pembangkitan
arus di dalam fluida netral diantara dua elektroda
bertegangan tinggi dengan mengionisasi fluida
tersebut sehingga membentuk plasma di sekitar
salah satu elektroda dan menggunakan ion yang
dihasilkan dalam proses tersebut sebagai pembawa
muatan menuju elektroda lainnya seperti tampak
pada Gambar 2. Proses terjadinya lucutan pijar
korona dalam medan listrik diawali dengan lucutan
townsend kemudian diikuti oleh lucutan pijar
(glow discharge) atau korona (corona discharge)
dan berakhir dengan arc discharge (Reizer, 1997).
10

16. Lucutan pijar korona dibangkitkan menggunakan
pasangan elektroda tak simetris yang akan
membangkitkan lucutan di dalam daerah dengan
medan listrik tinggi di sekitar elektroda yang
memiliki bentuk geometri lebih runcing dibanding
elektroda lainnya (Rutgers dan Van, 2002).
Elektroda dimana disekitarnya terjadi proses
ionisasi disebut elektroda aktif (Spyrout, et al.,
1994).
1.1 Aplikasi Plasma Lucutan Pijar Korona
Lucutan pijar korona bisa terjadi dalam
medan listrik tak seragam yang intensitas
medannya cukup besar tetapi belum mampu
mengakibatkan terjadinya
keadaan arc (arc discharge) pada gas.
Pijaran korona bisa terjadi pada ujung elektroda
aktif. Lucutan pijar korona dapat terjadi diawali
oleh lucutan Townsend kemudian diikuti oleh
lucutan pijar (glow discharge) atau korona (corona
discharge) dan berakhir dengan lucutan arc.
Lucutan pijar korona ini termasuk jenis plasma
non thermal. Penerapan plasma lucutan pijar
korona di bidang komersial dan industry adalah :
11

17. a. Pembuatan ozon, sterilisasi air kolam,
menghilangkan berbagai organik teruap yang tak
diinginkan, seperti pestisida kimia, pelarut atau
bahan kimia dari atmosfer.
b. Pengion udara yang baik buat kesehatan.
c. Fotografi Kirlian menggunakan foton yang
dihasilkan oleh lucutan untuk mengekspos film
fotografik.
d. Laser nitrogen.
Ionisasinya cuplikan gas untuk analisa subsekuen
dalam sebuah spektrometer massa maupun
spektrometer mobilitas ion.
1.2 Plasma Lucutan Pijar Korona sebagai
Sistem Sterilisasi
Plasma lucutan pijar korona sebagai
sistem sterilisasi seperti yang dilakukan oleh Nur
et al., (2005) dengan diujikan pada bakteri E coli
yang ditanam pada media agar menunjukan
penurunan jumlah yang signifikan. Ketika ion
yang dihasilkan oleh plasma lucutan pijar korona
mengenai suatu sel bakteri maka akan terbentuk
radikal bebas hidrogen, gugus hidroksil yang
12

18. radikal dan beberapa peroksida yang dapat
menyebabkan beberapa jenis kerusakan dalam sel
(Black,1999). Montie, et al. (2000) Menyatakan
pecahnya membran bakteri dikarenakan oleh
perubahan membran lipid yang di sebabkan asam
lemak peroksida.
(a) (b)
Gambar 4. Pemindaian dengan microskop elektron
menunjukan kerusakan sel setelah perlakuan
penyinaran plasma. (a) kontrol (b) setelah
perlakuan ( M. Laroussi, et.al. 2002)
Setiap molekul reaktif tersebut mampu
menurunkan dan merubah biopolimer seperti asam
deoksiribonukleat (DNA/deoxcyribonucleid acid)
13

19. dan protein. Ion dapat berinteraksi langsung
dengan DNA sehingga menyebabkan pecahnya
ikatan polimer. Ionisasi dan penurunan (degradasi)
molekul penting dalam materi biologi seperti DNA
dan protein enzim memicu terjadinya kematian
pada sel (Parker, 1997).
Pada penelitian ini desain sistem reaktor plasma
lucutan pijar korona yang dibuat tampak pada
Gambar 3. sistem tersebut terdiri atas sumber
tegangan DC (Directing Current) sebagai sumber
daya pembangkit plasma dan sistem elektroda
titik-bidang (point to plane geometry) tempat fase
plasma terjadi. Plasma dibangkitkan pada ruang
antar elektroda berkonfigurasi elektroda titik-
bidang menggunakan sumber tegangan tinggi DC
(Directing Current) sehingga menimbulkan medan
listrik tak seragam pada ruang antar elektroda dan
memicu terjadinya proses pembangkitan plasma.
14

20. Gambar 5. Desain sistem reaktor plasma lucutan
pijar korona (Pandji, et al., 2007)
Sumber tegangan tinggi DC (Directing Current)
dibuat dengan desain rangkaian seperti tampak
pada Gambar 5. Pada rangkaian tersebut,
dilakukan peguatan tegangan menggunakan
flyback yang dipicu oleh adanya sinyal pulsa yang
dibangkitkan oleh rangkaian osilator sebagai
pembangkit sinyal astabil dan penguat arus.
Penguatan daya dalam peralatan ini mengacu pada
rangkaian penguatan darlington.
15

21. Gambar 6. Skema tegangan tinggi DC dengan
cuplikan gambar sinyal keluaran pada tiap bagian
rangkaian (Pandji, et al., 2007).
16

22. II. TEKNOLOGI PLASMA
Teknologi Plasma dalam Dunia Teknik
Kimia
Sekilas Tentang Teknologi Plasma
Plasma dalam teknologi plasma dapat
didefinisikan sebagai gas yang terionisasi, terdiri
dari partikel neutron, ion positif, ion negatif dan
elektron yang merespon secara kuat medan
magnetik. Plasma juga dapat dikatakan sebagai
atom yang kehilangan elektron karena beberapa
atau semua elektron di orbit atom terluar telah
terpisah dari atom atau molekul. Hasilnya adalah
sebuah koleksi ion dan elektron yang tidak lagi
17

23. terikat satu sama lain. Untuk menghilangkan
elektron dari atom dibutukakan suatu energi,
energi tersebut berasal dari panas, listrik ataupun
cahaya. Berbagai partikel ini terionisasi
(bermuatan) sehingga terbentuklah plasma.
Berdasarkan temperaturnya, plasma dapat
dikategorikan menjadi:
1. Plasma termal : Telektron ~ Tgas
Suhu elektron dan gas berada dalam keadaan
kesetimbangan (quasi-equilibrium) akibat
pemanasan Joule (Joule heating).
Contoh: plasma matahari
2. Plasma non-termal: Telektron > Tgas
Telektron ~ 1 eV (~ 10000 K); T ~ suhu ruang
Contoh: Aurora borealis
Teknologi plasma memiliki beberapa keunggulan
diantaranya: plasma merupakan teknologi yang
ramah lingkungan, murah dan mudah, dan dapat
digunakan berkali-kali. Terdapat beberapa aplikasi
plasma yang telah dikenal luas diantaranya
teknologi plasma dalam AC, teknologi plsma pada
18

24. TV, teknologi plasma pada pengolahan sampah,
dan teknologi plasma sebagai cleaning technology.
Teknologi Plasma Sebagai Cleaning
Technology
Aplikasi teknologi plasma sebagai cleaning
technology merupakan salah satu aplikasi yang
erat kaitannya dengan Teknik Kimia. Sebagai
mana kita ketahui, efek negatif dari perkembangan
19

25. industri adalah munculnya polusi yang
menyebabkan kerusakan alam. Di sinilah teknologi
plasma dapat berperan sebagai salah satu teknologi
untuk membersihkan limbah yang dihasilkan oleh
suatu industri. Aplikasi teknologi plasma dapat
menghilangkan polutan dalam limbah bahkan
dapat menghasilkan produk yang memiliki nilai
guna. Sebagaimana digambarkan dalam gambar di
atas.
Aplikasi Non-thermal Plasma untuk
Mengatasi Gas Buangan NOx dan SOx
Gas buang yang mengandung NOx dan atau
SOx, akan dikontakkan dengan plasma. Akibatnya
akan terbentuk radikal yang menyebabkan
terjadinya reaksi kompleks yang mengonversi
NOx dan atau SOx menjadi produk tertentu.
Mekanisme ini terjadi di dalam reaktor plasma
penghilangan NOx dan atau SOx. Salah satu
contohnya adalah sebagai berikut:
20

26. Sistem kerja reaktor CRS dari contoh sistem
reaktor penghilangan NO yang dikembangkan
oleh McMaster University (Matsuoka, dkk.)
Gas buang dimasukkan ke dalam reaktor.
Kemudian dikontakkan dengan plasma yang akan
dibangkitkan pada bagian tube dan nozzle.
Tube dan nozzle ini terletak pada channels. Ketika
terjadi kontak antara gas buang dengan plasma
maka akan terbentuk radikal. Gas aditif seperti
ammonia (NH3) atau hidrokarbon seperti metana
(CH4) perlu ditambahkan untuk turut
membangkitkan radikal sehingga menyebabkan
reaksi pembentukan partikulat. Selain itu,
21

27. penambahan gas aditif juga disesuaikan dengan
produk akhir yang diharapkan terbentuk.
Contoh Reaksi: (HO2, OH, H, adalah radikal yang
teraktifkan oleh plasma)
HO2 + NO -> OH + NO2
OH + NO2-> NO3 + H
H + NH3 + NO3 -> (NH4)NO3
Setelah melewati channels kemudian ditangkap
oleh pengendap elektrostatik. Beberapa produk
yang ditangkap dapat dimanfaatkan untuk pupuk
seperti ammonium nitrat (NH4)NO3.
22

28. III. BERBAGAI APLIKASI PLASMA
Computational fluid dynamics (CFD).
CFD merupakan metode penghitungan dengan
sebuah kontrol dimensi, luas dan volume dengan
memanfaatkan bantuan komputasi komputer untuk
melakukan perhitungan pada tiap elemen
pembaginya. Prinsipnya adalah suatu ruang yang
berisi fluida yang akan dilakukan penghitungan
dibagi menjadi beberapa bagian, hal ini sering
disebut dengan sel dan prosesnya dinamakan
meshing. Bagian yang terbagi tersebut merupakan
sebuah kontrol penghitungan yang akan dilakukan
oleh aplikasi atau software. Kontrol penghitungan
ini beserta kontrolnya penghitungan lainnya
merupakan pembagian ruang yang disebutkan tadi
atau meshing. Nantinya, pada setiap titik kontrol
penghitungan akan dilakukan penghitungan oleh
aplikasi dengan batasan domain dan boundary
condition yang telah ditentukan. Prinsip inilah
yang banyak dipakai pada proses penghitungan
23

29. dengan menggunakan bantuan komputasi
komputer. Contoh lain penerapan prinsip ini
adalah Finite Element Analysis (FEA) yang
digunakan untuk menghitung tegangan yang
terjadi pada benda solid.
Sejarah CFD berawal pada tahun 60-an dan mulai
terkenal pada tahun 70-an, awalnya pemakaian
konsep CFD hanya digunakan untuk aliran fluida
dan reaksi kimia, namun seiring dengan
berkembangnya industri di tahun 90-an membuat
CFD makin dibutuhkan pada berbagai aplikasi
lain. Contohnya sekarang ini banyak sekali paket-
paket software CAD menyertakan konsep CFD
yang dipakai untuk menganalisa stress yang terjadi
pada design yang dibuat. Pemakain CFD secara
umum dipakai untuk memprediksi:
• Aliran dan panas.
• Transfer massa.
• Perubahan fasa seperti pada proses melting,
pengembunan dan pendidihan.
• Reaksi kimia seperti pembakaran.
24

30. • Gerakan mekanis seperti piston dan fan.
• Tegangan dan tumpuan pada benda solid.
• Gelombang elektromagnet
CFD adalah penghitungan yang mengkhususkan
pada fluida, mulai dari aliran fluida, heat transfer
dan reaksi kimia yang terjadi pada fluida. Atas
prinsip-prinsip dasar mekanika fluida, konservasi
energi, momentum, massa, serta species,
penghitungan dengan CFD dapat dilakukan.
Secara sederhana proses penghitungan yang
dilakukan oleh aplikasi CFD adalah dengan
kontrol-kontrol penghitungan yang telah dilakukan
maka kontrol penghitungan tersebut akan
dilibatkan dengan memanfaatkan persamaan-
persamaan yang terlibat.
Berbagai persamaan ini adalah persamaan yang
dibangkitkan dengan memasukkan parameter apa
saja yang terlibat dalam domain. Misalnya ketika
suatu model yang akan dianalisa melibatkan
temperatur berarti model tersebut melibatkan
persamaan energi atau konservasi dari energi
25

31. tersebut. Inisialisasi awal dari persamaan adalah
boundary condition. Boundary condition adalah
kondisi dimana kontrol perhitungan didefinisikan
sebagi definisi awal yang akan dilibatkan ke
berbagai kontrol penghitungan yang berdekatan
dengannya melalui persamaan-persamaan yang
terlibat. Berikut ini skema sederhana dari proses
penghitungan konsep CFD:
26

32. Gambaran Umum Proses CFD
Hasil yang didapat pada kontrol point terdekat dari
penghitungan persamaan yang terlibat akan
diteruskan ke kontrol point terdekat lainnya secara
terus menerus hingga seluruh domain terpenuhi.
Akhirnya, hasil yang didapat akan disajikan dalam
bentuk warna, vektor dan nilai yang mudah untuk
27

33. dilihat dengan konfigurasi jangkauan diambil dari
nilai terbesar dan terkecil.
Secara umum proses penghitungan CFD terdiri
atas 3 bagian utama:
1. Preposessor
2. Processor
3. Post processor
Prepocessor adalah tahap dimana data diinput
mulai dari pendefinisian domain serta pendefinisan
kondisi batas atau boundary condition. Ditahap itu
juga sebuah benda atau ruangan yang akan analisa
dibagi-bagi dengan jumlah grid tertentu atau sering
disebut juga dengan meshing. Tahap selanjutnya
adalah processor, pada tahap ini dilakukan proses
penghitungan berbagai data input dengan
persamaan yang terlibat secara iteratif. Artinya
penghitungan dilakukan hingga hasil menuju error
terkecil atau hingga mencapai nilai yang
konvergen. Penghitungan dilakukan secara
menyeluruh terhadap volume kontrol dengan
proses integrasi persamaan diskrit. Tahap akhir
merupakan tahap postprocessor dimana hasil
28

34. perhitungan diinterpretasikan ke dalam gambar,
grafik bahkan animasi dengan pola-pola warna
tertentu.
Hal yang paling mendasar mengapa konsep CFD
(software CFD) banyak sekali digunakan dalam
dunia industri adalah dengan CFD dapat dilakukan
analisa terhadap suatu sistem dengan mengurangi
biaya eksperimen dan tentunya waktu yang
panjang dalam melakukan eksperimen tersebut.
Atau dalam proses design engineering tahap yang
harus dilakukan menjadi lebih pendek. Hal lain
yang mendasari pemakaian konsep CFD adalah
pemahaman lebih dalam akan suatu masalah yang
akan diselesaikan atau dalam hal ini pemahaman
lebih dalam mengenai karakteristik aliran fluida
dengan melihat hasil berupa grafik, vektor, kontur
dan bahkan animasi.
Persamaan Konservasi
Dalam membuat model CFD diperlukan definisi
dari model itu sendiri, apakah model tersebut
29

35. memepertimbangkan faktor reaksi kimia, mass
transfer, heat transfer atau hanya berupa aliran
fluida non kompressible dan laminar. Definisi dari
model sebenarnya adalah memilih persamaan
mana yang akan diaktifkan dalam suatu proses
CFD. Banyak sekali persamaan yang digunakan
dalam konsep CFD secara umum karena semua
persamaan tersebut merupakan pendekatan dari
karakteristik fluida yang akan mendekatkannya
pada kondisi real. Subhanallah, jika kita
mengetahui hal ini akan menunjukkan betapa
hebatnya Allah SWT membuat aturannya tesebut,
bisa dibayangkan berapa persamaan konservasi
yang dibutuhkan dan berapa kekuatan komputasi
komputer untuk membuat model seperti bumi
dalam kehidupan nyata, karena untuk suatu
karakter aliran fluida tertentu saja bisa melibatkan
berbagai macam persamaan-persamaan konservasi
dan membutuhkan hardware komputer yang
canggih untuk bisa menghitungnya. Sebagai
gambaran komputer tercepat saat ini yang sistem
keseluruhan komputernya sebesar kurang lebih
30

36. satu ruangan kelas berisi 40 orang siswa hanya
mampu memodelkan keadaan cuaca bumi, lantas
bagaimana Allah bisa mengatur semua alam
semesta ini dalam waktu yang bersamaan, tanpa
terjadi kesalahan, dengan tingkat akurasi yang
begitu tinggi. SUBHANALLAH, mungkin hanya
itu yang bisa saya katakan.
Kita kembali ke CFD, berikut ini salah satu contoh
persamaan-persamaan dasar yang terlibat dalam
suatu aliran laminar tanpa melibatkan perpindahan
kalor maupun spesies.
Persamaan Konservasi Massa
Persamaan konservasi massa atau persamaan
kontinuiti yang digunakan dalam CFD adalah:
Persamaan konservasi massa
31

37. Persamaan diatas merupakan persamaan umum
dari konservasi massa dan valid untuk setiap aliran
compressible dan incompressible.
Persamaan Konservasi Momentum
Persamaan konservasi momentum adalah
persamaan yang mendefinisikan gerakan fluida
ketika terjadi gaya-gaya pada partikel-partikelnya
pada setiap elemen fluida yang didefiniskan di
dalam model CFD. Untuk lebih jelasnya lihat
gambar di bawah ini:
32

38. Gaya-gaya yang terjadi dalam arah x pada suatu
elemen fluida
Persamaan konservasi momentum
Persamaan diatas adalah persamaan diferensial
umum dari gerakan fluida. Kenyataannya
persamaan tersebut dapat diaplikasikan untuk
setiap continuum (solid atau fluid) ketika bergerak
ataupun diam.
Boundary Conditions
Dalam menganalisa suatu aliran fluida terdapat
dua metode yang dapat digunakan, yang pertama
adalah mencari pola aliran secara detail (x, y, z)
pada setiap titik atau yang kedua, mencari pola
aliran pada suatu daerah tertentu dengan
33

39. keseimbangan antara aliran masuk dan keluar dan
menentukan (secara kasar) efeknya yang
mempengaruhi aliran tersebut (seperti: gaya atau
perubahan energi). Metode pertama adalah metode
analisa diferensial sedangkan yang kedua adalah
metode integral atau control volume. Boundary
conditions adalah kondisi dari batasan sebuah
kontrol volume tersebut. Dalam analisa
menggunakan CFD seluruh titik dalam kontrol
volume tersebut di cari nilainya secara detail,
seperti yang telah di jelaskan di awal bab ini,
dengan memanfaatkan nilai-nilai yang telah
diketahui pada boundary conditions. Secara umum
boundary conditions terdiri dari dua macam, inlet
dan oulet. Inlet biasanya didefinisikan sebagai
tempat dimana fluida memasuki domain (control
volume) yang ditentukan. Berbagai macam kondisi
didefinisikan pada inlet ini mulai dari kecepatan,
komposisi, temperatur, tekanan, laju aliran.
Sedangkan pada outlet biasanya didefinisikan
sebagai kondisi dimana fluida tersebut keluar dari
domain atau dalam suatu aplikasi CFD merupakan
34

40. nilai yang didapat dari semua variabel yang
didefinisikan dan diextrapolasi dari titik atau sel
sebelumnya. Di bawah ini salah satu contoh
penerapan boundary conditions.
Salah satu contoh boundary conditions pada
analisa aliran viscous heat conduction fluid
Solusi dari persamaan
Setelah semua terdefinisi maka seluruh variabel
yang diketahui dimasukkan kedalam persamaan
35

41. dan diselesaikan menggunakan operasi numerik.
Ketika iterasi dimulai maka seluruh persamaan
konservasi yang didefinisikan diselesaikan secara
bersamaan secara paralel. Disinilah peran
komputer yang sebenarnya. Berikut ini flow charts
dari salah satu aplikasi CFD (Fluent) dalam
penyelesaian persamaan.
36

42. Prosedur penyelesaian dari salah satu software
CFD (FLuent)
37

43. Mengapa CFD
Mengapa harus menggunakan CFD?, pertanyaan
ini selalu muncul dalam setiap bahasan CFD.
Banyak engineer-engineer mempertanyakan
mengapa harus menggunakan CFD padahal
sebelum kelahiran CFD pun banyak produk-
produk yang dibuat tanpa harus melakukan
modeling terlebih dahulu. Dan hal ini juga yang
mungkin bisa menjawab pertanyaan mengapa
produk-produk buatan zaman sekarang lebih
ringan, lebih efisien, lebih canggih, lebih murah,
dan lebih lainnya. Kita akan mencoba melihatnya
dari hal yang didapat ketika kita memodelkan
CFD.
1. Pengetahuan mendalam
Disaat produk yang ingin kita buat sulit untuk di
buat prototipe ataupun diadakan riset yang
mendalam, misalnya dikarenakan mahalnya
membuat prototipe ataupun riset, maka
menggunakan analisa CFD merupakan hal yang
38

44. tepat. Artinya, dalam dunia industri hal ini sangat
berguna ketika kita akan membuat sebuah produk.
Dengan analisa CFD kita akan mudah mengetahui
dan melihat data-data yang dibutuhkan untuk
membuat produk yang efisien, parameter-
parameter yang berpengaruh dan fenomena-
fenomena fisika yang terjadi bahkan bisa dibilang
jauh lebih mendalam dibandingkan dengan
prototipe.
2. Pengambilan keputusan
Karena analiasa CFD merupakan tools untuk
memprediksi parameter-parameter yang ada
dengan kondisi tertentu, maka analisa CFD bisa
menjawab pertanyaan “WHAT IF” dengan sangat
cepat. Dengan simulasi CFD kita dapat mengubah
parameter yang ada melihat hasilnya,
mengubahnya lagi hingga didapat kondisi yang
diinginkan sebelum dibuatnya protipe fisik. Jadi,
dalam waktu yang sama kita dapat melalukan test
dari model CFD yang kita buat, melihat hasilnya,
39

45. dan mengubah variabel-variabel yang ada hingga
didapatkan hasil yang optimal, dalam waktu yang
singkat, dengan biaya yang murah dan bahkan
membuat produk kita sesuai dengan code dan
standard yang ada terutama safety.
3. Efisiensi
Design dan analisis yang baik dalam aplikasi
industri adalah design yang memberikan design
cycle yang singkat, biaya yang murah, waktu yang
singkat sampai ke tangan client atau market,
pengembangan produk dilakukan dengan instalasi
dalam waktu singkat dan minimum downtime.
CFD adalah tools untuk mempersingkat siklus
design dan pengembangan dari suatu produk.
40

46. Penerapan Aplikasi CFD di Industri
Berikut ini beberapa contoh penerapan konsep
CFD yang dipakai di berbagai bidang industri.
1. Aerospace
Di industri ini penerapan CFD dipakai oleh para
produsen/manufaktur pesawat militer, penumpang
dan pesawat luar angkasa. Kemampuan CFD saat
ini hingga mampu memodelkan hingga tingkat
kompleksitas yang tinggi. Pengunaan konsep CFD
dipakai untuk menganalisis external aerodynamics,
avionics cooling, fire supression, the icing, engine
performance, life support, climate control, etc.
41

47. 2. Automotive
Di bidang otomotif, aplikasi CFD dipakai
oleh banyak perusahaan otomotif terkemuka di
dunia. Aplikasi CFD dipakai guna melihat
fenomena external aerodynamics, cooling, heating,
engine performance dan pada dunia balap.
Aplikasi CFD juga dipakai guna mengetahui
performa pada komponen-komponen / sistem
penunjang otomotif, seperti pompa, rem,
compressor, manifold, ban, headlamp dll.
42

48. 3. Biomedical
Biomedis merupakan salah satu bidang
yang cukup menantang bagi CFD. Di bidang ini
aplikasi CFD dipakai pada alat-alat medis dan
anatomi tubuh manusia. Tapi, lagi-lagi konsep
CFD mampu mengcapture kebutuhan di bidang
ini. Aplikasi CFD dipakai untuk untuk mengetahui
bagaimana sistem yang ada di tubuh kita bekerja.
Bahkan dengan bantuan sebuah aplikasi CFD
dapat mempermudah memahami sebuah sistem
dan membuat tiruannya guna membantu bagi yang
memerlukannya. Aplikasi CFD dalam bidang ini
dipakai pada pembedahan mata, aliran darah pada
nadi, masuknya udara pada hidung, pengembangan
pompa jantung, sistem penyaluran obat internal,
spinal needle, dll.
43

49. 4. Chemical Processing
Dalam industri proses kimia hampir semua aliran
bereaksi satu dengan yang lain. Kemampuan
seorang engineer dalam memodelkan proses kimia
ke dalam CFD membutuhkan pemahaman yang
mendalam mulai dari sifat kimia, kinetis, sifat
fisika, dinamik, karakteristik fluida dsb.
Kompleksnya pemodelan di industri ini seperti
pada mixing tank, dan aliran multifase yang
kadang melibatkan beberapa fase berbeda (cair,
gas dan padat) saling bereaksi satu sama lain
membuat pemodelan di bidang ini harus dilakukan
44

50. oleh engineer berpengalaman di bidang ini. Proses
kimia yang pada umumnya dimodelkan adalah
mixing, separation, reaction, combustion, filtration
dan drying.
5. Equipment Manufacturing
Kebutuhan pemodelan dalam industri manufaktur
produk pada umumnya berupa optimasi design
dari produk baru yang akan dibuat atau
troubleshooting equipment yang telah dipakai
dengan cepat, minimum downtime serta safety.
Dengan memodelkan suatu produk, kita bisa
mengetahui perubahan yang terjadi ketika design
diubah, sehingga dengan mudah mendapatkan
hasil yang diinginkan dan tentunya juga kita dapat
45

51. menyelesaikan masalah yang terjadi pada suatu
sistem dengan cepat dan efisien. Pemodelan dalam
industri manufaktur peralatan ini biasanya dipakai
dalam pembuatan, impeller, turbin, fan, propeller,
vanes, ducting, valve, piping, seal bahkan sebuah
sistem.
46

52. 6. Semikonduktor
Pemodelan di industri ini sangat berperan aktif
dalam memodelkan clean room ventilation, air
handling, wafer processing, optimisasi furnace. Di
industri ini efisiensi dan optimisasi sangat
diperlukan karena proses dengan teknologi tinggi
sangat menelan biaya jika tidak dilakukan dengan
efisien. Pemodelan CFD di bidang ini sudah
mencapai teknologi plasma.
47

53. 7. Industri makanan dan minuman
Di industri makanan sama seperti industri kimia,
hampir semuanya mengalir, terjadi perpindahan
panas, dan proses kimia. Di industri ini peranan
analisa CFD menjadi cukup penting, karena
kebutuhan akan kualitas dan dan keamanan
makanan. Analisis CFD yang dilakukan membuat
proses yang terjadi menjadi mudah dipahami yang
akhirnya akan membuat target yang ingin dicapai
dapat dilakukan dalam waktu yang singkat dan
dengan cara yang efisien. Di industri ini aplikasi
CFD dipakai pada pasturisasi, pemanasan,
pendinginan, pencampuran.
48

54. Plasma jet
PENGERTIAN PLASMA JET
Plasma terdiri dari kumpulan elektron yang
bergerak bebas dari atom-atom yang kehilangan
elektron. Energi yang dibutuhkan untuk strip
elektron dari atom untuk membuat plasma dapat
berbagai asal misal termal, listrik atau cahaya
(sinar ultra violet, cahaya tampak intens dari
49

55. laser). Plasma dapat dipercepat dan dikendalikan
oleh medan listrik dan magnetik.
Sejarah plasma jet
Pada tahun 1941, industri pertahanan AS
sedang mencari cara yang lebih baik dari logam
ringan bergabung bersama untuk upaya perang
dan, lebih khusus, untuk produksi pesawat. Keluar
dari upaya ini, proses pengelasan baru lahir. Busur
listrik digunakan untuk melelehkan logam, dan
perisai gas inert sekitar busur dan kolam logam
cair digunakan untuk menggantikan udara,
mencegah logam cair dari mengambil oksigen dari
udara.
Proses baru "TIG" (Tungsten Inert Gas),
tampaknya menjadi solusi yang sempurna untuk
kebutuhan yang sangat spesifik las berkualitas
tinggi. Karena ini proses pengelasan menjadi besar
51

56. pengguna gas seperti argon dan helium, industri
yang memiliki paling menarik dalam aplikasi baru
ini ternyata menjadi produsen gas industri.
Perusahaan-perusahaan gas industri dan,
khususnya, Union Carbide's Linde Divisi, menjadi
aktif dan sukses dengan proses TIG, juga dikenal
sebagai "Argonarc" atau "Heliarc." Saat ini, proses
ini disebut sebagai "GTAW" (Gas Tungsten Arc
Welding).
Pada 1950, TIG telah tegas memantapkan
dirinya sebagai metode las baru untuk pengelasan
berkualitas tinggi pada bahan eksotis. Saat
melakukan pekerjaan pengembangan lebih lanjut
tentang proses TIG, para ilmuwan di laboratorium
pengelasan Union Carbide's menemukan bahwa
ketika mereka mengurangi pembukaan gas nozzle
yang diarahkan gas inert dari obor TIG elektroda
(katoda) ke benda kerja (anoda), sifat-sifat terbuka
52

57. busur TIG bisa sangat berubah. Pembukaan nozel
mengurangi terbatas busur listrik dan gas dan
meningkatkan kecepatan dan panas resistif nya.
Suhu busur dan tegangan meningkat secara
dramatis, dan momentum dari gas terionisasi dan
non-terionisasi menghilangkan genangan cair
karena kecepatan yang lebih tinggi.
Plasma cutting (sebuah teknologi yang
tumbuh dari pengelasan plasma pada tahun 1960)
muncul sebagai cara yang sangat produktif untuk
memotong lembaran logam dan plat pada 1980-an.
Ini memiliki keunggulan dibandingkan tradisional
"logam terhadap logam" pemotongan produksi
logam tidak keripik dan memberikan luka akurat,
dan menghasilkan keunggulan bersih daripada-
bakar pemotongan oksi. Awal pemotong plasma
besar, agak lamban dan mahal dan, karenanya,
53

58. cenderung didedikasikan untuk mengulangi pola
pemotongan dalam produksi massal "mode".
Seperti dengan peralatan mesin lain, CNC
(komputer kontrol numerik) teknologi yang
diterapkan untuk plasma mesin pemotong di akhir
1980-an ke 1990-an, memberi mesin pemotong
plasma fleksibilitas yang lebih besar untuk
memotong beragam bentuk "sesuai permintaan"
didasarkan pada seperangkat instruksi yang
diprogram ke's numerik kontrol mesin. ini plasma
CNC mesin pemotong itu, bagaimanapun, pada
umumnya terbatas pada pemotongan pola dan
bagian dalam lembaran datar baja, hanya
menggunakan dua sumbu gerak (disebut sebagai
pemotongan XY).
54

59. PRINSIP KERJA PLASMA JET
1. Plasma welding
Pada proses ini menggunakan frekuensi dan
tegangan tinggi, menghasilkan percikan untuk
mengionisasi udara melalui kepala obor dan
memulai sebuah busur. Obor yang dipegang
menggunakan tangan biasanya dapat memotong
menjadi 2 pada (48 mm) pelat baja tebal, dan obor
yang dikendalikan oleh komputer lebih kuat, yaitu
dapat memotong baja sampai 6 inci (150 mm)
tebal.
Sejak pemotong menghasilkan plasma yang
sangat panas dan sangat "lancip" untuk memotong,
dimana sangat berguna untuk memotong logam
lembaran atau bentuk siku melengkung. Sebagai
pelindung kacamata las dan perisai wajah
diperlukan untuk mencegah kerusakan mata.
55

60. Pada pengelasan ini, gas dipanaskan oleh
busur wolfram hingga suhu sangat tinggi sehingga
gas menjadi terion dan menjadi penghantar listrik.
Gas dalam kondisi ini disebut plasma. Peralatan
didesain sedimikian sehingga gas mengalir ke
busur melalui lubang halus sehingga suhu plasma
naik dan konsentrasi energi panas pada logam
pada area yang kecil akan menyebabkan logam
gambar skema obor plasma
56

61. cepat menjadi cair. Ketika gas meninggalkan
nosel, gas berkembang dengan cepat dan
membawa logam cair, sehingga proses
pemotongan bisa berjalan.
Las plasma busur nyala listrik (Plasma Arc
Welding). Proses plasma sebenarnya merupakan
penyempurnaan las tungsren, hanya saja busur
nyala listrik tidak muncul diantara elektroda
dengan benda kerja tetapi muncul antara ujung
elektroda dengan gas inti yang mengalir di
sekitarnya. Las plasma ternyata lebih baik dari las
tungsten karena busur nyala listrik yang muncul
lebih stabil dengan diameter lebih kecil sehingga
panasnya lebih terpusat. Proses pengelasan bias
lebih cepat, disamping itu tungsten tidak pernah
menyentuh benda kerja.
57

62. 2. Plasma cutting
adalah proses yang digunakan untuk
memotong baja dan lainnya logam dari ketebalan
yang berbeda (atau kadang-kadang bahan lain)
dengan menggunakan obor plasma. Dalam proses
ini, suatu gas inert (di beberapa unit, udara tekan)
ditiup dengan kecepatan tinggi dari nozel, pada
saat yang sama busur listrik terbentuk melalui gas
yang dari nozel ke permukaan dipotong,
mengubah sebagian dari gas itu untuk plasma.
Plasma cukup panas untuk mencairkan logam yang
dipotong dan bergerak cukup cepat untuk meniup
logam cair jauh dari memotong. Busur plasma
sangat panas dan berada di kisaran 25.000 ° C
(45,000 ° F).
Plasma (arc) cutting dikembangkan pada
tahun 1950 untuk memotong logam yang tidak
bisa nyala api dipotong, seperti baja stainless
58

63. aluminium, dan tembaga. Proses pemotongan
plasma busur konduktif menggunakan gas elektrik
untuk mentransfer energi dari sumber daya listrik
melalui pemotongan plasma obor ke dipotong
material. Gas plasma termasuk argon, hidrogen,
nitrogen dan campuran, ditambah udara dan
oksigen.
Biasanya, sebuah sistem pemotongan busur
plasma memiliki catu daya, rangkaian mulai busur,
dan obor. Sumber daya dan sirkuit starter busur
tersambung ke obor memotong memimpin dan
kabel yang menyediakan aliran gas yang tepat,
arus listrik, dan frekuensi tinggi untuk obor untuk
memulai dan mempertahankan proses dan. The
busur aliran plasma difokuskan oleh sangat sempit
lubang nozzle.
Suhu busur plasma meleleh logam dan
menembus benda kerja sementara aliran gas
59

64. kecepatan tinggi menghilangkan bahan cair dari
bagian bawah dipotong, atau goresan. Selain itu
untuk radiasi energi tinggi (Ultraviolet dan
terlihat) yang dihasilkan oleh plasma busur
pemotongan.
MACAM PLASMA CUTTING
1. Plasma Cutting konvensional Arc (1957)
Jet plasma yang dihasilkan oleh
konvensional "kering" teknik penyempitan busur
diperkenalkan pada tahun 1957 oleh Union
Carbide's Linde Divisi. Pada tahun yang sama, Dr
Robert Gage memperoleh paten, yang selama 17
tahun memberikan Union Carbide monopoli
virtual. Teknik ini dapat digunakan untuk
memotong logam apapun pada kecepatan potong
yang relatif tinggi. Ketebalan plat bisa berkisar
dari lembaran logam tipis untuk pelat setebal
60

65. sepuluh inci (250 mm). Ketebalan potong pada
akhirnya tergantung pada kapasitas saat pembawa
obor dan sifat fisik logam. Sebuah obor tugas berat
mekanik dengan kapasitas arus 1000 amp bisa
memotong sampai dengan 10-inch stainless steel
tebal dan aluminium. Namun, dalam sebagian
besar aplikasi industri, tebal plat jarang melebihi
dua inci. Dalam rentang tebal, potongan plasma
konvensional biasanya miring dan memiliki ujung
atas bulat. pemotongan miring adalah hasil dari
ketidakseimbangan dalam masukan panas ke
wajah dipotong. Sebuah sudut potong yang positif
dihasilkan karena energi panas di bagian atas
potongan didisipasikan sebagai busur berlangsung
melalui memotong.
Ketidakseimbangan panas berkurang dengan
menempatkan obor sedekat mungkin dengan
benda kerja dan menerapkan prinsip penyempitan
61

66. busur, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.
penyempitan busur Peningkatan menyebabkan
profil temperatur busur listrik menjadi
diperpanjang dan lebih seragam. Sejalan, potong
menjadi lebih persegi. Sayangnya, penyempitan
nosel konvensional dibatasi oleh kecenderungan
penyempitan meningkat untuk mengembangkan
dua busur seri, satu busur antara elektroda dan
nozzle dan busur kedua antara nozzle dan benda
kerja.
Fenomena ini dikenal sebagai "busur ganda"
dan rusak baik elektroda dan nozzle. Double busur
sangat terbatas sejauh mana kualitas plasma
dipotong dapat ditingkatkan. Sejak
diperkenalkannya proses busur plasma pada
pertengahan tahun 50-an, penelitian yang
difokuskan pada peningkatan penyempitan busur
tanpa menciptakan arcing ganda. Plasma
62

67. pemotongan busur seperti yang dilakukan maka
sekarang disebut sebagai "pemotongan plasma
konvensional." Hal ini dapat rumit untuk berlaku
jika pengguna memotong berbagai logam dan
ketebalan pelat yang berbeda. Sebagai contoh, jika
proses plasma konvensional digunakan untuk
memotong stainless steel, baja ringan, dan
aluminium, perlu untuk menggunakan gas yang
berbeda dan arus gas untuk kualitas optimal
potong pada ketiga logam.
Plasma konvensional memotong didominasi
1957-1970, dan sering dibutuhkan campuran gas
yang sangat mahal argon dan hidrogen.
2. Dual F Arc Plasma rendah (1962)
Teknik aliran dual dikembangkan dan
dipatenkan oleh Dinamika Corporation Thermal
dan James Browning, Presiden TDC, pada tahun
63

68. 1963. Ini melibatkan sedikit modifikasi plasma
proses pemotongan konvensional. Pada dasarnya,
itu dimasukkan fitur yang sama seperti
pemotongan plasma konvensional, kecuali bahwa
perisai gas sekunder telah ditambahkan di sekitar
nosel plasma. Biasanya, dalam operasi dual
memotong aliran, atau plasma, gas nitrogen dan
gas shielding sekunder dipilih sesuai dengan
logam yang akan dipotong. gas perisai sekunder
biasanya yang digunakan adalah udara atau
oksigen untuk baja ringan, karbon dioksida untuk
stainless steel, dan argon sebuah / campuran
hidrogen untuk aluminium.
Pemotongan kecepatan masih lebih baik
dibandingkan dengan pemotongan konvensional
pada baja ringan, namun kualitas potong tidak
cukup untuk banyak aplikasi. Pemotongan
kecepatan dan kualitas pada stainless steel dan
64

69. aluminium pada dasarnya sama dengan proses
konvensional.
Keuntungan utama dari pendekatan ini
adalah bahwa nozzle bisa tersembunyi dalam
cangkir atau gelas keramik gas perisai seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 4, mencegah nosel dari
korslet dengan benda kerja, dan mengurangi
kecenderungan untuk arcing ganda. Gas perisai
juga meliputi zona pemotongan, meningkatkan
kualitas potong dan kecepatan serta pendinginan
nozel dan topi perisai.
65

70. Gambar Dual F Arc Plasma rendah
3. Air Plasma Cutting (Sejak 1963)
Udara pemotongan diperkenalkan pada awal
1960-an untuk memotong baja ringan. Oksigen di
udara memberikan energi tambahan dari reaksi
eksotermik dengan baja cair. Ini energi tambahan
meningkat memotong kecepatan sekitar 25% dari
66

71. plasma pemotongan dengan nitrogen. Meskipun
proses dapat digunakan untuk memotong baja
stainless dan aluminium, permukaan luka di
bahan-bahan ini sangat teroksidasi dan tidak dapat
diterima untuk banyak aplikasi.
Masalah terbesar dengan pemotongan udara
selalu menjadi erosi yang cepat dari elektroda obor
plasma. elektroda khusus, terbuat dari zirkonium,
hafnium, atau paduan hafnium, diperlukan karena
tungsten tergerus di detik jika gas pemotongan
terkandung oksigen. Bahkan dengan bahan-bahan
khusus, elektroda kehidupan menggunakan plasma
udara jauh lebih sedikit dari umur elektroda yang
terkait dengan plasma konvensional.
Meskipun pemotongan udara tidak dikejar
di akhir 1960-an di Amerika Serikat dan dunia
barat, kemajuan mantap dibuat di Eropa timur
dengan pengenalan dari "Feinstrahl Brenner" (obor
67

72. menghasilkan busur terbatas), yang dikembangkan
oleh Manfred van Ardenne. Teknologi ini diadopsi
di Rusia dan akhirnya di Jepang. Pemasok utama
menjadi Mansfeld Jerman Timur. Beberapa
galangan kapal di Jepang adalah pengguna awal
pemotongan plasma udara peralatan. Namun,
kehidupan elektroda relatif pendek dan penelitian
diungkapkan bahwa wajah potongan benda kerja
memiliki persentase tinggi nitrogen dalam larutan
yang dapat menyebabkan porositas saat kemudian
dilas.
4. Air Shield Plasma Cutting (1965)
Air perisai pemotongan plasma mirip
dengan aliran ganda kecuali air yang diganti untuk
gas perisai. Potong penampilan dan kehidupan
nosel ditingkatkan karena efek pendinginan yang
disediakan oleh air. Potong lurus, kecepatan
potong dan akumulasi sampah tidak terukur
68

73. membaik aliran plasma dual memotong karena air
tidak memberikan penyempitan busur tambahan.
5. Injeksi air Cutting (1968)
Sebelumnya, dinyatakan bahwa kunci untuk
meningkatkan kualitas memotong meningkat
penyempitan busur sementara mencegah arcing
ganda. Dalam plasma injeksi air proses
pemotongan, air radial disuntikkan ke busur secara
seragam seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.
Para pelampiasan radial air pada busur yang
diberikan tingkat yang lebih tinggi penyempitan
busur daripada yang dapat dicapai hanya dengan
nozel tembaga saja. Arc suhu di wilayah ini
diperkirakan mendekati 50.000 ° K atau kira-kira
sembilan kali suhu permukaan matahari dan lebih
dari dua kali suhu busur plasma konvensional.
Hasil bersih diperbaiki kuadrat dipotong,
peningkatan kecepatan pemotongan dan
69

74. penghapusan sampah ketika memotong baja
ringan. penyempitan air injeksi Radial busur
dikembangkan dan dipatenkan pada tahun 1968
oleh Richard W. Couch Jr, Presiden Hypertherm,
Inc
gambar Air injeksi pemotongan plasma
70

75. Pendekatan lain yang diambil untuk
membatasi busur dengan air adalah untuk
mengembangkan pusaran pusaran air di sekitar
busur. Dengan teknik ini, penyempitan busur
tergantung pada kecepatan pusaran yang
diperlukan untuk menghasilkan pusaran air yang
stabil. Gaya sentrifugal yang diciptakan oleh
pusaran kecepatan tinggi cenderung untuk
meratakan film annulus air terhadap busur dan,
oleh karena itu, mencapai kurang dari efek
konstriksi dibandingkan dengan injeksi air radial.
Berbeda dengan proses konvensional
dijelaskan sebelumnya, dipotong kualitas optimal
dengan plasma injeksi air diperoleh pada semua
logam dengan hanya satu gas: nitrogen. Ini
kebutuhan gas tunggal membuat proses lebih
ekonomis dan mudah digunakan. Secara fisik,
nitrogen ideal karena kemampuan unggul untuk
71

76. mentransfer panas dari busur untuk benda kerja.
Energi panas yang diserap oleh nitrogen ketika
dipisahkan telah dilepaskan ketika direkombinasi
di benda yang dikerjakan. Meskipun suhu sangat
tinggi pada titik di mana air dilanggar busur,
kurang dari 10% dari air itu menguap. Sisa air
keluar dari nozzle dalam bentuk semprotan
berbentuk kerucut, yang didinginkan atas
permukaan benda kerja. Pendinginan tambahan ini
mencegah pembentukan oksida pada permukaan
memotong dan efisien didinginkan nozzle pada
titik beban panas maksimum.
Alasan untuk penyempitan busur di zona
injeksi air adalah pembentukan lapisan batas
isolasi uap antara jet plasma dan air disuntikkan.
(Ini batas lapisan uap, yang "Linden Frost Layer,"
adalah prinsip yang sama yang memungkinkan
72

77. setetes air untuk menari di sekitar di piring logam
panas daripada segera menguap.)
Nozzle hidup itu sangat meningkat dengan
teknik injeksi air karena lapisan batas uap
terisolasi nozzle dari panas kuat dari busur, dan air
didinginkan dan dilindungi nozel pada titik
penyempitan busur maksimum dan panas busur
maksimum. Perlindungan yang diberikan oleh
lapisan uap air batas juga memungkinkan sebuah
inovasi desain yang unik: bagian bawah seluruh
nosel bisa keramik. Akibatnya, busur ganda,
penyebab utama dari kerusakan nozzle, nyaris
dieliminasi.
Karakteristik penting dari potongan
pinggirnya adalah bahwa sisi kanan garitan itu
persegi dan sisi kiri garitan itu sedikit miring. Hal
ini bukan disebabkan oleh air injeksi melainkan
hasil dari pusaran searah jarum jam dari gas
73

78. plasma. pusaran ini menyebabkan lebih banyak
energi busur yang akan dikeluarkan di sisi kanan
goresan itu. Asimetri ini memotong sama ada
dengan menggunakan konvensional "kering"
memotong ketika gas pemotongan diaduk. Ini
berarti bahwa arah perjalanan harus benar dipilih
untuk menghasilkan dipotong persegi di sisi yang
benar dari benda kerja.
Dalam kasus pemotongan sebuah cincin
dengan sisi sejajar, jari-jari luar akan dipotong
dalam arah jarum jam, yang memberikan dipotong
persegi di sisi kanan. Demikian pula, dipotong
dalam dibuat dalam arah jarum jam untuk
mempertahankan tepi persegi di bagian dalam
cincin. Sebuah cincin pusaran berlawanan dapat
disediakan yang membalikkan pusaran aliran gas
dan, akibatnya, juga sisi baik memotong ke sisi
kiri. Ini akan digunakan jika sistem dua potong
74

79. obor harus memotong bagian cermin gambar
secara bersamaan.
6. Air Knalpot dan Tabel Air (1972)
Karena proses busur plasma adalah sumber
panas yang sangat terkonsentrasi hingga 50.000 K,
ada beberapa efek samping yang bersifat negatif.
Pada pemotongan busur tertinggi saat ini, plasma
dihasilkan tingkat kebisingan intens lebih dari
yang biasanya diizinkan di wilayah kerja,
membutuhkan perlindungan telinga. Asap dan gas
beracun berpotensi dikembangkan di area kerja,
membutuhkan ventilasi yang baik. Radiasi
ultraviolet, yang berpotensi dapat menyebabkan
luka bakar pada kulit dan mata, diperlukan pakaian
pelindung dan kacamata gelap.
Efek samping ini membuka proses busur
plasma untuk kritik di depan lingkungan. Sesuatu
75

80. harus ditemukan untuk menangani masalah daerah
tersebut. Pada tahun 1972, Hypertherm
diperkenalkan dan dipatenkan di Knalpot Air dan
Pengendalian Pencemaran Air Tabel sistem, yang
dikendalikan efek berpotensi berbahaya untuk
memotong busur plasma.
7. Air Knalpot
Tingkat kebisingan yang tinggi busur
plasma tajam dikurangi melalui efek meredam dari
tirai air. Asap dan gas beracun yang terbatas pada
daerah tirai air, yang bertindak sebagai scrubber
air, menghilangkan partikel-partikel asap dalam
air. Arc silau berkurang ke tingkat yang kurang
berbahaya untuk mata. Dengan pewarna yang tepat
dalam air, radiasi ultraviolet itu berkurang.
76

81. 8. Underwater Cutting (1977)
Upaya lebih lanjut di Eropa untuk
menurunkan tingkat kebisingan dari busur plasma
dan untuk menghilangkan asap pengembangan
sebanyak mungkin menyebabkan pemotongan
bawah air. Metode untuk plasma daya tinggi
pemotongan dengan memotong arus di atas 100
amps telah menjadi sangat populer sehingga saat
ini, plasma banyak kekuatan tinggi memotong
sistem potong bawah air.
Untuk memotong plasma dalam air, benda
kerja terbenam sekitar 2 sampai 3 inci di bawah air
dan obor plasma dipotong sementara direndam
dalam air. Tingkat asap dan kebisingan serta busur
silau dikurangi secara dramatis. Salah satu efek
negatif dari metode ini adalah bahwa benda kerja
pemotongan tidak dapat diamati saat memotong
dan kecepatan potong berkurang 10-20%.
77

82. Selanjutnya, operator tidak bisa lagi menentukan
dari suara busur apakah proses pemotongan ini
berjalan dengan benar dan apakah bahan yang
akan menghasilkan kualitas yang baik dipotong.
Akhirnya, ketika memotong dalam air, air
yang mengelilingi zona potong memisahkan diri
menjadi oksigen dan hidrogen, dan oksigen yang
dibebaskan memiliki kecenderungan untuk
menggabungkan dengan logam cair dari luka
(terutama aluminium dan logam ringan lainnya)
untuk membentuk oksida logam, yang daun gas
hidrogen bebas dalam air. Ketika hidrogen ini
terkumpul dalam saku di bawah benda kerja, itu
menciptakan ledakan kecil ketika menyulut
kembali dengan jet plasma. Oleh karena itu,
kebutuhan air terus-menerus gelisah saat
memotong logam tersebut.
78

83. 9. Underwater Knalpot
Berdasarkan popularitas pemotongan bawah
air, pada tahun 1986 Hypertherm dirancang dan
dipatenkan sebuah Air Knalpot bawah air yang
disuntikkan udara di sekitar senter, mendirikan
gelembung udara yang memotong bisa dilanjutkan.
Ini menjadi udara diinjeksikan proses pemotongan
bawah laut yang paling sering digunakan dengan
oksigen memotong sampai 260 amp. Penggunaan
proses ini meningkat memotong kualitas dan
diproduksi normal kecepatan potong tinggi dicapai
dengan air-line dan teknik memotong "di-udara"
plasma.
10. Rendah-Amp Air Plasma Cutting (1980)
Pada tahun 1980, produsen peralatan plasma
busur pemotongan di belahan bumi Barat
memperkenalkan peralatan menggunakan udara
79

84. sebagai gas plasma, terutama untuk sistem plasma
rendah amp. Pada awal 1983, Dinamika Thermal
meluncurkan PAK3 dan SAF memperkenalkan
ZIP-POTONG. Kedua unit sangat sukses, satu di
Amerika Serikat dan yang lainnya di Eropa. Hal
ini membuka era baru untuk memotong busur
plasma yang meningkatkan ukuran pasar dunia
sekitar 50 kali pada tahun 1980 dan menciptakan
produsen baru. Plasma pemotongan busur akhirnya
diterima sebagai metode baru untuk memotong
logam dan dianggap sebagai alat yang berharga di
semua segmen industri pengerjaan logam modern.
Dengan dorong baru diberikan kepada
industri busur plasma memotong melalui
kompetisi peningkatan, perbaikan baru yang
diperkenalkan yang membuat proses mudah
digunakan. Proses jauh lebih handal dan
keterampilan yang dibutuhkan kurang untuk
80

85. beroperasi. Power supply desain menggunakan
teknologi konverter state padat primer dan
sekunder memperbaiki karakteristik busur dan
mengurangi ukuran dan berat dari sistem.
Hypertherm membuat kontribusi lain dengan paten
seperti blowback (atau hubungi start) obor yang
menghilangkan frekuensi tinggi busur mulai, dan
nozel perisai udara disuntikkan, yang dilindungi
akhir bagian depan selama penindikan logam.
11. Oksigen Plasma Cutting (1983)
Karena metode tradisional pemotongan baja
adalah proses oxyfuel, itu logis bahwa insinyur
yang memotong busur plasma dikembangkan
mencoba dari awal untuk menggunakan oksigen
sebagai gas plasma. Namun, suhu yang sangat
tinggi di ujung elektroda dan keberadaan oksigen
murni disebabkan semua bahan elektroda yang
dikenal dengan cepat memburuk, sehingga baik
81

86. tidak ada pemotongan dapat dibuat atau hanya
pemotongan durasi yang sangat singkat ini
diberikan oksigen dan udara tidak dapat diterima
sebagai plasma gas. Oksigen pemotongan itu telah
ditinggalkan di tahun-tahun awal pengembangan
teknologi plasma pemotongan. Pada awal 1970,
ditemukan bahwa hafnium dan zirkonium dalam
bentuk industri yang tersedia tidak menahan
kemerosotan cepat yang terjadi dengan memotong
oksigen busur plasma. Udara dan oksigen sebagai
gas plasma lagi menjadi kepentingan ekstrim.
Hypertherm mengambil tantangan ini dan
mulai usaha R & D dengan sungguh-sungguh.
Pada tahun 1983, perusahaan berhasil dengan
desain obor lebih baik yang memungkinkan untuk
menggunakan oksigen sebagai gas plasma. Sebuah
paten untuk memotong plasma oksigen air
disuntikkan arc diberikan dan oksigen pemotongan
82

87. plasma menjadi perkembangan terbaru dalam
teknologi plasma busur. Oksigen plasma
pemotongan menawarkan berbagai dross-bebas
kondisi kecepatan potong, kecepatan potong
meningkat hingga 30%, sementara beroperasi pada
tingkat saat ini yang lebih rendah, dan
menghasilkan tepi halus, persegi, dan lebih
lembut. Bagian tepi potongan yang dihasilkan
lebih mudah untuk mengarang dengan
membungkuk atau pengelasan. Semua baja,
termasuk kekuatan tinggi, baja paduan rendah,
sekarang dipotong sampah bebas dengan proses
baru.
Bagian penting terus hidup elektroda, yang,
bahkan saat menggunakan hafnium, tetap terbatas.
Namun, kualitas dipotong potong baja dengan
oksigen yang luar biasa, dan pengguna akhir
paling banyak ditemukan tradeoff kecepatan jauh
83

88. lebih tinggi dan kualitas memotong dalam
menghadapi kehidupan elektroda yang lebih
pendek untuk dapat diterima. operasi dross Mahal
pasca-cut removal sering dikaitkan dengan
pemotongan nitrogen hampir dihilangkan dengan
plasma oksigen.
12. Oksigen Injeksi Plasma Cutting (1985)
Oksigen injeksi pemotongan plasma
dielakkan masalah kehidupan elektroda dengan
menggunakan nitrogen sebagai gas plasma dan
penyuntikan oksigen hilir di pintu keluar dari
nozzle seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.
84

89. gambar Oksigen injeksi pemotongan plasma
Proses ini digunakan secara eksklusif pada
baja ringan dan sedikit meningkatkan kecepatan
pemotongan. Namun, kelemahan utama adalah
kurangnya kuadrat dipotong, penghapusan goresan
berlebihan, hidup nozzle pendek, dan fleksibilitas
yang terbatas (baja ringan). Sementara proses ini
masih digunakan di beberapa lokasi, kenaikan
terbatas dalam kinerja yang terkait dengan itu
85

90. tidak membenarkan biaya ekstra desain obor ini
agak rumit dan halus.
13. Air Deep Plasma Cutting
Pada 1990-an, industri tenaga atom
dihadapkan dengan dua tantangan utama:
· Cara memperpanjang umur tanaman yang ada
nuklir
· Bagaimana membongkar tanaman non-
operasional
Sementara industri listrik bekerja keras
untuk mengembangkan prosedur perbaikan
komponen di kolam reaktor, komisi atom beberapa
negara sedang mencari metode untuk memotong
reaktor dikeluarkan dan komponen lainnya
menjadi potongan kecil untuk pembuangan.
86

91. Karena reaktor dan komponen tambahan
harus disimpan dalam kolam air, memperbaiki
semua dan pembongkaran juga harus dia lakukan
di bawah air. Karena sebagian besar komponen
terbuat dari stainless steel, cutting plasma adalah
metode yang diinginkan. Mengatasi masalah
pemotongan bawah laut telah menjadi tantangan
bagi produsen peralatan plasma dengan sebagian
besar menolak untuk terlibat dalam proses.
Hypertherm telah bekerja dengan beberapa
kontraktor dalam industri tenaga nuklir untuk
mengembangkan plasma pemotongan peralatan
untuk memotong di bawah air. Pada 1990 PAC500
Hypertherm's 1000 amp sistem plasma telah
berhasil digunakan untuk memotong 4 1 / 2 "(114
mm) perisai baja panas steel di bawah 15 kaki
(4,56 m) air di pembangkit listrik Yankee
Connecticut nuklir Juga pada tahun 1990,
MAX100 dan MAX200 yang digunakan di bawah
87

92. air di beberapa lokasi pada kedalaman 25 kaki
(7,62 m). Rencana sedang dilakukan untuk
memotong di bawah 100 kaki (30,48 m) untuk
aplikasi offshore.
14. High Density Plasma Cutting (1990)
Pemotongan Laser telah menjadi pesaing
penting dalam industri logam-pemotongan karena
kemampuannya untuk menghasilkan pemotongan
berkualitas tinggi dengan akurasi yang tepat.
Untuk mengasumsikan tempat di pasar logam
presisi pemotongan, plasma produsen peralatan
telah meningkatkan desain mereka upaya untuk
lebih meningkatkan kualitas potongan peralatan
mereka.
Pada awal 1990 kami melihat kualitas
plasma instalasi pertama tinggi 40-90 amp, yang
menghasilkan potongan persegi dan lebar goresan
88

93. berkurang dengan kecepatan potong meningkat.
Beberapa unit telah datang dari produsen Jepang.
Hypertherm telah memperkenalkan teknologi
HyDefinition untuk bersaing di pasar ini. Harapan
adalah bahwa pemotongan plasma akan segera
kualitas yang sama seperti potongan laser. Karena
peralatan plasma jauh lebih rendah dalam biaya
modal dari unit laser, kami berharap bahwa jenis
pemotongan plasma akan menjadi pesaing utama
di pasar laser saat ini.
89

94. Plasma display panel
Dewasa ini pengembangan PDP sebagai modul
untuk menciptakan TV plasma yang dapat
dipasang di dinding atau bahkan digantung di
langit-langit berkembang sangat pesat. TV plasma
memiliki layar lebih lebar dan lebih tipis
dibandingkan dengan televisi Cathode Ray Tube
(CRT) serta memiliki kejelasan gambar yang lebih
terang dan jelas dibandingkan televisi dengan
Liquid Crystal Display (LCD).
Prinsip dari PDP adalah memanfaatkan pancaran
sinar ultraviolet dari gas Xe dan Ne yang
terionisasi (plasma) pada fosfor dengan warna
merah, biru, dan hijau. Figure 2 adalah tampilan
dari PDP dengan surface discharge (plasma) yang
dihasilkan dari memberlakukan AC pada kedua
plat electrodenya (AC type PDP). Area dari
surface discharge (cell) adalah sangat kecil yaitu
90

95. berkisar antara 1-100μm. Didalam sel ini gas Xe
dicampur dengan gas Ne atau gas He dengan
komposisi hingga mencapai sekitar 5%. Dengan
tekanan gas sekitar p=70 kPa, kondisi ideal yang
paling mudah dalam membuat plasma (pl ≒ 3 Pa ·
m, Paschen痴 law).
Gambar 2. Radiasi (cahaya RGB) akibat pancaran
cahaya ultraviolet dari Xe plasma pada Phospor
91

96. Gambar 3. Structure AC type plasma display
panel
Pada Gambar 2 dengan mengacu pada sustain
electrode K, andaikan electrical discharge terjadi
pada saat diberikan pulsed voltage (V=250V,
width=1μs) pada electrode A. Second electron
yang keluar dari cathode K terionisasi serta
92

97. berkembang dengan menuju anode A, terjadilah
electrical discharge. Tetapi, anode A terisolasi oleh
dielectric layer sehingga electron terkumpulkan
pada permukaan dielectric layer tersebut
(bermuatan listrik negatif), kemudian potential
menurun dan electrical discharge current terhenti.
1μs kemudian applied voltage ≒ 0 dan plasma pun
menghilang, diikuti dengan hilangnya muatan
listrik negatif yang menempel pada permukaan
dielectric layer setelah beberapa detik kemudian.
Semuanya kembali pada keadaan semula. Hal ini
kemudian dilakukan secara berulang-ulang (AC)
hingga menimbulkan electrical discharge yang
cukup lemah di dalam cell (area dari surface
discharge). Plasma yang ditimbulkan di dalam cell
memiliki konsentrasi 1020 per meter kubik dengan
suhu dari electron 2 eV.
93

98. Di dalam plasma ini ion Xe+ lebih banyak
jumlahnya dibandingkan dengan ion Ne+
walaupun konsentrasi dari gas Xe lebih sedikit
daripada gas Ne. Hal ini terjadi dikarenakan Xe
lebih mudah mengalami ionisasi (e + Xe -> Xe+ +
2e), Xe terionisasi dengan energi sebesar 12.1 eV,
sedangkan Ne membutuhkan energi sebesar 21.6
eV. Selain dari pada itu Penning effect yang terjadi
pada Ne,
Dalam plasma tumbukan elektron pada Ne
membentuk Metastable atom Nem* dalam jumlah
banyak (1). Nem* kemudian bertumbukan dengan
Xe dan Xe terionisasi (2). Penning effect ini sangat
bermanfaat dalam meningkatkan ionisasi efisiensi
melalui penurunan electrical discharge voltage.
(Hal yang sama juga terjadi pada gas He)
94

99. Dalam pembuatan PDP dipergunakan gas Xe, hal
ini selain dikarenakan adanya Penning effect, juga
dikarenakan adanya cahaya ultraviolet dengan
panjang gelombang 147 nm yang memancar dari
Xe pada waktu terionisasi. Cahaya ultraviolet yang
dihasilkan ini dapat menyebabkan excitation pada
phosphor dan mengubahnya menjadikan RGB
cahaya yang terlihat (Visible light). Lengkapnya
bisa kita lihat pada (3) dan (4).
Tumbukan dari elektron pada Xe menyebabkan
excitasi atom Xe* yang akan diikuti dengan
cahaya ultraviolet dengan panjang gelombang 147
nm yang keluar dari Xe* untuk kembali pada
posisi semula Xe (4). Selanjutnya tiga dasar warna
RGB yang dihasilkan oleh phosphor tadi akan
melewati front glass substrate (lihat Radiation
95

100. pada Figure 1) menjadi kombinasi warna yang kita
lihat pada layar TV plasma.
Teknologi Plasma dalam Industri
Pengemasan Makanan
Food Technology
Salah satu tujuan utama pengemasan makanan
adalah untuk menjadikan makanan dapat tahan
lama (awet). Akan tetapi, proses yang dilakukan
untuk mencapai tujuran tersebut biasanya dapat
96

101. menyebabkan kerusakan nutrien dan komponen –
komponen sensori pada makanan.
Olehsebabitu, teknologi pengemasan makanan
terus dikembangkan dengan tujuan menjadikan
makanan dapat tahan lama dengan meminimalkan
kerusakan nutrient dan komponen – komponen
sensori pada makanan tersebut.
Aplikasi teknologi plasma dalam industri
pengemasan makanan lahir sebagai bentuk
perkembangan dalam teknologi pengemasan
makanan yang baik karena memiliki beberapa
keunggulan seperti proses yang cepat dan minim
menyebabkan kerusakan pada makanan.
Berikut ini merupakan aplikasi teknologi plasma
dalam pengemasan makanan:
1. Fungsionalisasi dan aktivasi permukaan
Pada kemasan makanan berbahan dasar polimer,
kemudahan dicetak dan sifat anti asap merupakan
properti khas yang harus dimiliki. Dengan
teknologi plasma, kedua kriteria tersebut dapat
dipenuhi melalui fungsionalisasi dan aktivasi
permukaan. Dalam tahap ini, plasma berfungsi
97

102. sebagai penyesuai energi permukaan dengan cara
mengatur adhesifitas, sifat hidrofobik, dan
hidrofilik. Dalam pengaturan sifak hidrofobik dan
hidrofil, ada dua hal yang menjadi perhatian yaitu
terbentuknya lapisan permukaan anti asap dan
penggunaan cat berbahan dasar air ataupun tinta.
Lamanya waktu yang dibutuhkan dalam perlakuan
plasma terhadap kemasan menentukan adhesifitas
yang diperoleh.
Penggunaan lapisan plasma juga berguna dalam
meningkatkan derajat kebasahan permukaan yang
berpengaruh juga terhadap energi permukaan
tersebut. Dengan adanya plasma, energi
permukaan meningkat 1,5 kali lipat. Hal ini sangat
berguna dalam penggunaan cat berbahan dasar
secara ekologis.
2. Pelapisan permukaan
Pengawetan makanan dalam kemasan bergantung
pada sterilitas dan kualitas kemasan itu sendiri.
Sebagai contoh, untuk makanan atau minuman
yang sensitivitasnya terhadap udara cukup tinggi
98

103. harus dikemas dalam botol yang memiliki lapisan
penghalang yang kuat
Gambar 1: Ruang dalam rekator selama perlakuan
dengan plasma
Pelapisan botol PET dari dalam menggunakan
SiOx dan HMDSO (heksametildioksan) dengan
bantuan argon plasma merupakan cara baru dalam
produksi botol PET berkualitas tinggi sebagai
kemasan minuman tertentu. Dengan menggunakan
plasma, lapisan SiOx setebal 50 nm dapat
diperoleh hanya dalam waktu kurang dari lima
99

104. detik. Padahal proses ini memakan waktu hampir
puluhan kali lipat lebih lama tanpa adanya plasma.
Penggunaan plasma juga meningkatkan
kemampuan kemasan dalam menghalangi
terjadinya difusi gas dalam rentang skala 3 -10.
Selain itu, kemasan yang dilapisi menggunakan
plasma, memiliki kemungkinan hampir 0% dalam
terjadinya microcrack akibat spora.
3. Sterilisasi plasma
Sterilisasi dalam pemrosesan makanan merupakan
suatu proses pengawetan makanan dengan cara
memanaskan makanan pada temperatur yang
cukup tinggi dalam waktu tertentu untuk
menghancurkan mikroba dan aktivitas enzim.
Dengan proses sterilisasi,biasanya makanan dapat
bertahan hingga lebih dari 6 bulan pada temperatur
ruang.
Ada banyak alasan mengapa sterilisasi
menggunakan plasma menjadi pilihan. Berikut
beberapa alasannya.
o Waktu inaktivasi spora yang singkat
o Beban termal yang rendah
100

105. o Tidak ada penggunaan bahan kimia toksik dan
berbahaya
o Tidak terbentuk produk yang toksik dan berbahaya
pasca steriliasi
o Tidak ada perubahan sifat pada material makanan
yang diproses, malah terjadi peningkatan kualitas
material makanan
o Tidak perlu ada treatment lanjutan
Mekanisme sterilisasi dengan plasma:
1. Destruksi material genetic mikroorganisme
melalui irradiasi UV
2. Pengikisan mikroorganisme atom per atom melalui
fotodesorpsi intrinsik
3. Pengikisan mikroorganisme atom per atom melalui
proses etching.
Alat sterilisasi berteknologi plasma yang biasa
digunakan adalah ECR Plasma (Electron
Cyclotron Resonance Plasma). Alat ini
memanfaatkan prinsip gaya Lorentz dengan
adanya pergerakan sirkular electron-elektron bebas
sehingga membangkitkan medan magnet seragam
yang statis.
Berikut ini merupakan skema ECR plasma:
101

106. Gambar 2 : Skema alat ECR Plasma
Sterilisasi meggunakan plasma berbeda karena
agen aktif nya spesifik, seperti foton UV dan
radikal. Keuntungan metode plasma adalah proses
dapat dilakukan pada temperature rendah (500C),
relative aman, dan mengawetkan keutuhan
instrument dasar polimer, yang tak bisa dilakukan
bila menggunakan autoklaf atau oven. Foton UV
yang diemisikan akan di-reabsorpsi oleh gas
ambient pada tekanan atmosfer.
102

107. DAFTAR PUSTAKA
1. http://karvbox.blogspot.com/2010/05/penge
rtian-fluida-dalam-fisika-fluida.html
2. http://mrchemilo.wordpress.com/2012/05/1
2/computational-fluid-dynamics-24-2/
3. http://ariyantoengineering.blogspot.com/20
12/06/cfd_10.html
4. http://www.chem-is-
try.org/artikel_kimia/kimia_material/plasm
a-display-panel-pdp-hidup-dalam-
lingkungan-plasma/
5. http://wajibmenuntutilmu.blogspot.com/201
3/06/plasma.html?m=1
103