ANALISIS PERBANDINGAN SIFAT MEKANIS PIPA TEMBAGA AC BARU DAN BEKAS
R.N. Akhsanu Takwim, Kris Witono, dan Bambang Irawan
Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Malang Email: akhsanu140474@polinema.ac.id, k_witono@polinema.ac.id ,

## ABSTRACT
In  the  repair  of  the  installation  of  air  conditioners  or  refegeration  are  often found  referigeran  (ACR)  tube  that  must  be  replaced  because  the  old  copper  tube leaked on the connection. Replacement is done because the repair of the connection by cutting and flaring the connection usually fails in the form of a tear on the flared part.The  cause  of  flaring  failure  in  the  used  air  conditioner  tube  by  testing  the mechanical properties and the microstructure of the material and compared with the mechanical properties and the  microstructure of the  new tube  material.Knowing the causes of the  failure can  be searched  for the prevention and repair solutions  so that the old tube can be used without replacement.
The tensile test results showed that the average ultimate strength of the used ACR  copper  tube  has  increase  in  strength  of  18188.65  N/mm 2 comparing  with  the ultimate strength of the new copper tube which was only 14615.15 N/mm 2 .The micro Vickers test results show the same phenomenon  from the tensile test results, where the hardness value of used ACR tube has 42.7 HV while the new ACR tube is 37.8 HV.Microstructure testing  with  SEM  shows  the  changing  in  grain  structure  from  a longitudinal shape with a large enough grain size and tenuous in a new tube, to more flat and dense longitudinal grain structure for used tube.
Keywords:  used  ACR  copper  tube,  Mechanical  Properties,  Micro  Structures.

## 1. PENDAHULUAN
Pemakaian  pengkondisi  udara  (AC)  saat  ini,  menjadi  kebutuhan  yang  tidak bisa  dihindari,  karena  perubahan  iklim  yang  semakin  panas  sehingga  hampir  setiap gedung  menggunakan  instalasi  pengkondisian  udara.Jasa  perawatan  dan  perbaikan AC juga menjadi kebutuhan yang harus dipenuhi.
Dalam  perbaikan  instalasi  AC  seringkali  ditemukan  pipa  saluran  referigeran yang  harus  diganti  karena  pipa  mengalami  kebocoran  pada  bagian  sambungan. Penggantian  dilakukan  karena  perbaikan  sambungan  dengan  cara  memotong  dan mem- flaring kembali  bagian  sambungan  biasanya  mengalami  kegagalan  berupa sobekan  pada  bagian  yang  di- flaring .  Untuk  mendapakan  hasil flaring yang  baik, selain  keahlian  dari  teknisi,  juga  dibutuhkan  kualitas  pipa  tembaga  yang  cukup  ulet sehingga pipa tidak mudah sobek pada saat diproses.
Perlu diketahui penyebab kegagalan flaring pada pipa AC bekas dengan cara menguji  sifat  mekanis  dan  struktur  mikro  dari  material  tersebut  dan  dibandingkan dengan sifat mekanis dan struktur mikro dari material pipa AC yang baru.
Dengan  mengetahui  penyebab-penyebab  kegagalan  tersebut  dapat  dicari solusi  pencegahan  dan  perbaikannya  sehingga  pipa  bekas  tersebut  tetap  dapat digunakan  tanpa  harus  melakukan  penggantian.Dengan  demikian  secara  ekonomis biaya perawatan dan perbaikan AC dapat dikurangi.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
Tembaga  merupakan  salah  satu  logam  ringan  yang  paling  banyak dimanfaatkan  oleh  manusia  selain  karena  kelimpahannya  yang  besar  di  alam  juga disebabkan  sifat-sifat  yang  dimiliki  oleh  tembaga.  Tembaga  mempunyai  sifat-sifat unggul  antara  lain  mempunyai  laju  korosi  yang  lambat,  konduktivitas  termal  dan elektrik yang baik, relatif lunak dan mudah dikerjakan misalnya dengan pengecoran, ekstrusi, drawing , dipres, tempa dan dirol.
Salah satu produk olahan tembaga adalah pipa tembaga Kembla Copper yang banyak digunakan untuk instalasi AC dan refrigerasi (ACR).Merupakan pipa tembaga yang  mengacu pada  standar  ASTM,  minimal 99.9% tembaga  murni. Tembaga  yang digunakan untuk spesifikasi ini biasanya dilakukan proses deoxidasi dengan phosphor dan disebut dengan tembaga UNS C12200 atau tembaga DHP.
2.1 Hasil Penelitian Terdahulu
Tembaga  dan  paduan  tembaga  mempertahankan  keuletan  dan  ketangguhan tingkat  tinggi  pada  temperatur  di  bawah  nol.  Sebenarnya,  paduan  tembaga  menjadi
lebih kuat dan lebih ulet saat temperatur turun, ketahanan impact bertahan sangat baik hingga 20 K (-253 oC atau -424 F). (Thompson, dkk, 1990)
Paduan  tembaga  menjadi  lebih  kuat  dan  lebih  ulet  karena  temperatur turun.Tembaga juga mempertahankan ketahanan impact yang sangat baik sampai 20 K. Karakteristik umum ini telah terungkap dalam pengujian pada 15 paduan tembaga, termasuk  kuningan,  perunggu  dan  tembaga  murni  komersial.  Pengujiaan  dilakukan oleh Cryogenics  Div , National  Bureau  of  Standards , for  copper  and  Brass  Industry untuk  memeriksa  kekuatan  tarik,  kekuatan  tarik  takik, modulus  Youngs ,  dan  sifat impact pada temperatur rendah sampai 4 K (-454 F). (Reed,1990) .
2.2 Struktur Mikro Tembaga
Ketika  tembaga  coran  hasil  pemurnian    dirol  panas,  struktur  eutektik  benar- benar hancur. Struktur mikro tembaga yang dirol panas mengandung banyak butiran kecil.Garis lurus paralel yang membentang di banyak butir disebut anil kembar.Garis ini  muncul  setelah  logam  diproses  secara  mekanis  pada  temperatur  tinggi,  yang disebut  anil  dan  dideformasi.Jaringan  interdendritik  partikel  oksida  tembaga dihancurkan  oleh  pengerolan  panas.Setelah  dirol  panas,  partikel  oksida  tembaga berubah  bentuk, dan hadir sebagai  barisan sejajar partikel gelap.Partikel oksida  jauh lebih besar dan jumlahnya lebih sedikit daripada pada struktur mikro cor.

## 3. METODOLOGI

## 3.1 Variabel Penelitian
Dalam penelitian ini yang menjadi variabel bebas adalah:
- Kondisi pipa: Baru atau bekas
Sedangkan variabel terikatnya adalah:
- Sifat kekuatan Tarik dan Kekerasan
- Struktur Mikro
3.2 Rancangan Penelitian
Eksperimen akan diawali dengan membuat instalasi uji vakum venturi dengan 3 ukuran dimensi  diffuser  venturi dengan sudut divergen  berbeda-beda. Instalasi  ini terdiri dari rangkaian pompa sentrifugal di mana inletnya terhubung dengan reservoir
yang  berisi  fluida  yang  viskositasnya  akan  divariasikan.  Outlet  pompa  terhubung dengan inlet venturi melalui pipa 1,5 inchi yang telah dipasang manometer dan sensor flowmeter . Outlet venturi terhubung kembali ke reservoir melalui pipa 1,5 inchi yang sudah  terpasang  manometer  dan  sensor flowmeter .  Pada  bagian  leher  venturi dihubungkan dengan tabung vakum yang dilengkapi dengan vakum meter dan katup, melalui  selang  hisap  ¾  inchi.  Pada  selang  hisap  dipasang  sensor flowmeter untuk mengukur  debit  hisap  venturi.  Katup  pada  tabung  vakum  berfungsi  untuk mengembalikan tekanan dalam tabung menjadi tekanan atmosfer.
3.2.1 Bahan yang digunakan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah pipa tembaga untuk ACyaitu jenis yang fleksible (annealed) yang disebut dengan Kembla Copper  atau UNS C12200  dengan  ukuran  diameter  ½  inchi,  dengan  kondisi  baru  maupun  yang sudah pernah dipakai dalam instalasi AC selama 1 tahun.
3.2.2 Peralatan yang dipakai
1. Mesin Uji Tarik Tarno Grocki.
Mesin uji tarik Tarno Grocki yang dipakai dalam penelitian ini adalah mesin uji  tarik  yang  terletak  di  Laboratorium  Uji  Bahan  Teknik,  Jurusan  Teknik Mesin, Politeknik Negeri Malang.
Gambar 1.Mesin Uji Tarik

## 2. Scanning Electron Microscope (SEM)
Mikroskop  electron  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah mikroskop  electron  di  Laboratorium  SEM,  Jurusan  Teknik  Mesin,  Universitas Brawijaya.SEM yang digunakan sebagaimana tampak pada gambar 2.
Gambar 2.Scanning Electron Microscope
3. Mesin uji Micro hardness
Pengujian  micro  hardness  dilakukan  di  lab  uji  mekanik  jurusan  teknik mesin Universitas Negeri Malang.
Gambar 3.Vickers Micro hardness

## a. Metode Pelaksanaan
Urutan  proses  dalam  penelitian,  sebagaimana  terlihat  pada  diagram  alir  berikut (gambar 4 ):
Gambar 4.  Diagram Alir Penelitian
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
a. Hasil
Hasil  pengujian  disajikan  dalam  bentuk  grafik  untuk  masing-masing kondisipipa.
i. Pengujian Tarik
Untuk Pipa tembaga AChasil uji tarik disajikan dalam bentuk grafik tegangan- regangansebagaimana tampak pada gambar 5 berikut:
Mulai Pembentukan Spesimen Uji Proses Uji Tari, Hardness danMikrostruktur Hasil Uji Analisa Data Selesai
Gambar 5. Grafik Perbandingan Tegangan-Regangan pipa AC Baru dan Bekas ii. Pengujian Kekerasan
Hasil pengujian kekerasan menggunakan mikro Vickers sebagaimana tampak pada gambar 6 berikut:
Gambar 6.Grafik Perbandingan Kekerasan Pipa Tembaga Baru dan Bekas
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 1 2 3 4 5 Ke ke ra sa n (H V ) Pengujian Pipa Baru Pipa Bekas
iii. Struktur Mikro
Foto mikro specimen pipa tembaga AC baru dan Bekas  sebagaimana tampak pada gambar 7 berikut:
Gambar 7. Perbandingan Struktur Mikro Pipa Tembaga Baru dan Bekas
b. Pembahasan
i. Kekuatan Tarik
Dalam grafik tegangan-regangan pada gambar 5 terlihat bahwa kekuatan tarik pipa  tembaga  AC  bekas  mengalami  peningkatan  mencapai  18188.65  N/mm 2 jauh lebih  besar dibandingkan kekutan tarik rata-rata pipa tembaga  AC  baru,  yang  hanya 14615.15 N/mm 2 . Pipa tembaga AC bekas lebih kaku dibandingkankan pipa tembaga baru.  Hal  ini  terlihat  dari  batas  proporsional  pada  pipa  AC  bekas  yang  lebih  tinggi dibandingkan batas proporsional  pada pipa AC baru.
ii. Kekerasan
Perbandingan kekerasan antara pipa tembaga bekas AC dan pipa tembaga AC yang  baru  dapat  digambarkan  dalam  grafik  perbandingan  kekerasan  sebagaimana tampak  pada  gambar  6.Dalam  grafik  tampak  bahwa  kekerasan  pipa  tembaga  bekas menunjukkan  nilai  yang  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  kekerasan  pipa  tembaga baru.Pada  umumnya  sifat  keras  pada  logam  biasanya  diikuti  dengan  sifat  rapuh,
sehingga  demikian  berdasarkan  sifat  kekerasannya  pipa  tembaga  bekas  cenderung lebih rapuh dibandingkan dengan pipa tembaga AC baru. Maka wajar jika pada saat dilakukan proses flaring pada pipa tembaga bekas cenderung mengalami kegagalan. iii. Struktur Mikro
Dari gambar  7  perbandingan struktur mikro  hasil SEM antara pipa tembaga AC bekas dan pipa tembaga AC baru, menunjukkan adanya perbedaan  struktur pada pipa  tembaga  AC  bekas  dibandingkan  dengan  pipa  AC  yang  masih  baru,  di  mana pada pipa bekas menunjukkan bentuk butiran yang longitudinal pipih dengan formasi yang  rapat,  sedangkan  pada  pipa  baru  bentuk  butiran  cenderung  longitudinal  tetapi dengan  ukuran  lebih  besar  dengan  batas  butir  yang  lebih  renggang.    Arah  butiran longitudinal dihasilkan oleh proses pengerjaan secara mekanis mengikuti arah proses.
Pada  pipa  tembaga  AC  baru,  ukuran  butir  yang  lebih  besar  dihasilkan  oleh proses  perlakuan  panas  yang  diberikan  pasca  cold  working,  dimana  struktur  butir akan berkembang kembali sesuai temperatur perlakuan panas yang diberikan.
Struktur butiran yang rapat pada pipa AC bekas menyebabkan kekuatan tarik dan kekerasannya semakin meningkat.Sebaliknya pada pipa baru dengan ukuran lebih besar  dan  struktur  butir  yang  lebih  renggang  menyebabkan  kekuatan  tarik  dan kekerasannya menjadi lebih rendah.
5. KESIMPULAN DAN SARAN
a. Kesimpulan
1. Pipa  tembaga  AC  bekas  yang  pernah  dipakai  akan  mengalami  perubahan  sifat- sifat mekanis, dimana kekuatan tarik dan kekerasannya meningkat dibandingkan dengan  pipa  tembaga  AC  yang  baru.  Kekuatan  tarik  pada  pipa  bekas  rata-rata sebesar, 18188.65 N/mm2  sedangkan pada pipa  baru sebesar 14615.15 N/mm2. Untuk  kekerasan  pipa  bekas  sebesar  42.7  HV  sedangkan  untuk  pipa  baru memiliki nilai kekerasan sebesar 37.8 HV
2. Dari gambar struktur mikro  dengan SEM, menunjukkan perubahan struktur pada pipa tembaga AC bekas dibandingkan dengan pipa AC yang masih baru, di mana pada pipa  bekas  menunjukkan  bentuk butiran  yang  longitudinal dengan  formasi
yang rapat, sehingga hal ini berpengaruh pada kekuatan tarik dan kekerasan pipa semakin  meningkat.  Sedangkan  pada  pipa  baru  bentuk  butiran  cenderung equaxial  dengan  batas  butir  yang  jelas.  Sehingga  dengan  bentuk  butiran  yang demikian kekuatan tarik dan dan kekerasannya menjadi lebih rendah.
b. Saran
1. Berdasarkan hasil pengujian mikro struktur pada pipa tembaga bekas AC terlihat beberapa  bentuk  endapan  yang  belum  diketahui  dengan  pasti  unsur/partikel penyusunnya.  Sehingga  disarankan  untuk  dilakukan  pengujian  lebih  lanjut dengan XRD untuk mengetahui komposisinya.
2. Untuk  mendapatkan  solusi  dari  proses  perubahan  sifat  mekanis  pada  tembaga bekas  AC  perlu  juga  studi  terhadap  pengaruh  pemberian  perlakuan  panas terhadap  sifat  mekanis  dari  pipa  tembaga  bekas  AC  tersebut.  Sehingga memungkinkan  untuk  pemanfaatan  kembali  pipa  bekas  AC  tersebut  tanpa melakukan daur ulang.

## DAFTAR PUSTAKA
Anonim,  THE  COPPER  TUBE  HANDBOOK.  Copper  Development  Association,
260 Madison Avenue New York, 2010
Anonim,  Over  View.  Copper  Development  Association,  260  Madison  Avenue  New York, 2017
C.A.  Thompson,  W.  M.  Manganaro  dan  F.R.  Fickett,  Institut  Nasional  Standar  dan Teknologi  (NIST),  International  Copper  Association,  Ltd.  oleh  Boulder, Colorado, Juli 1990.
Ludvík  Kunz  ,Mechanical  Properties  of  Copper    Processed  by  Severe  Plastic Deformation . Copper Alloys – Early Applications and Current Performance – Enhancing Processes,InTech March, 2012
R.  P.  Reed,  Mechanical  Properties  Low  Temperature  Copper  and  Alloy,  NBS Monograph  101,  Institute  for  Materials  Research,  National  Bureau  of Standards, Boulder, Colorado 80302.