## ANALISA PERBANDINGAN MECHANICAL DAN ELECTRICAL PROPERTIES TERHADAP PENAMBAHAN JUMLAH KANDUNGAN OKSIGEN PADA BATANG TEMBAGA DIAMETER 8MM
Nanang Ruhyat, Agung Pramu Aji
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana Jakarta

## ABSTRAK
Kandungan oksigen sangatlah berpengaruh terhadap mekanikal dan electrical properties pada batang  tembaga.  Pengujian  terhadap  4  (tiga)  sample  yang  mempunyai  kandungan  oksigen  yang berbeda  memberikan  hasil  beberapa  sifat  mekanikal  dan  elektrikal  yang  berbeda,  di  antaranya sample  1  dengan  kandungan  oksigen  169.2  ppm  mempunyai  tensile  strength    22.26  kg/mm 2 , regangan  (elongation)  43.40%,  modulus  young  51.22kg/mm 2 ,  electrical  conductivity  102.6%IACS, resistivity  at  20°C  1.6796  µΩ.cm,  sample  2  dengan  kandungan  oksigen  317.16  ppm  mempunyai tensile  strength  22.70  kg/mm 2 ,  regangan  (elongation)  41.80%,  modulus  young  54.49  kg/mm 2 , electrical conductivity 101.80%IACS, resistivity a t 20°C 1.6935 µΩ.cm, sample 3 dengan kandungan oksigen  387.18  ppm  mempunyai  tensile  strength  23.42  kg/mm 2 ,  regangan  (elongation)  40.50%, modulus young 57.81 kg/mm 2 , electrical conductivity 101.60%IACS, resistivity at 20°C 1.6954 µΩ.cm, sample  4  dengan  kandungan  oksigen  465.66  ppm  mempunyai  tensile  strength  23.98  kg/mm 2 , regangan  (elongation)  38.13%,  modulus  young  62.90  kg/mm 2 ,  electrical  conductivity  101.13%IACS, resistivity at 20°C 1.7047 µΩ.cm
Kata Kunci : Kandungan Oksigen, tensile strength, electrical conductivity

## 1. Pendahuluan
Oksigen  merupakan  unsur  gas  yang terdapat  pada  alam  bebas  yang  terdapat disetiap  tempat.  Dalam  proses  peleburan masuknya unsur gas oksigen kedalam tembaga (Difution) tidak  dapat  dihindari karena  disetiap  lingkungan  selalu  terdapat oksigen.
Dengan semakin
meningkatnya penggunaan kabel
serta
semakin kompleksnya penggunaan kabel sehingga isu- isu  tentang  perbaikan mechanical  &  electrical telah berkembang sehingga pengaruh terhadap  unsur-unsur  yang  berkaitan  pada tembaga  seperti  oksigen,  hidrogen,  serta element-elemen yang ada menjadi sesuatu yang harus dipelajari untuk mendapatkan sifat-sifat terbaiknya.
Untuk  mengetahui  sifat-sifat  terbaik yang  dimiliki  oleh  batang  tembaga  harus melakukan penelitian-penelitian serta percobaan  pengujian  dengan  parameter  atau variabel tertentu. Sehingga dengan begitu kita
dapat mengetahui pengaruh dari perubaha parameter atau variabel tersebut. Penelitian tentang pengaruh kandungan oksigen terhadap sifat-sifat tembaga
merupakan  penelitian  yang  penting karena  pada  peleburan  tembaga,  unsur oksigen pasti selalu  terdapat  pada  tembaga,  oleh sebab  itu  pengaruh  dengan  pertambahan oksigen  tersebut  harus  dilakukan  penelitian agar mengetahui seberapa besarkah pengaruhnya.

## 1.1  Tujuan Penulisan
Berdasarkan  latar  belakang  yang  telah  di kemukakan  diatas  maka    tujuan  dari  tugas akhir ini adalah agar mahasiswa mampu untuk :
1. Untuk  mengetahui  pengaruh  O 2 pada tembaga yang digunakan sebagai bahan baku kabel, terhadap sifat mekanik dan elektriknya.

## 1.2  Rumusan Masalah
Ada  beberapa  masalah  yang  ingin diketahui :
a.  Adakah perubahan sifat mekanikal serta elektrika padabatang tembaga yang diaplikasikan  untuk  kabel,  bila kandungan oksigenya bertambah ? b.  Bila  ada,  berapa  persenkah perubahanya ?

## 1.3  Pembatasan Masalah
Pada  laporan  tugas  akhir  ini  penulis membatasi masalah pada:
a)  Perbandingan terhadap electrical properties hanya meliputi:
 Electrical conductivity
 Resistivity
b)  Perbandingan  terhadap mechanical properties hanya meliputi :
 Ultimate tensile strenght
 Elongation
 Young‟s modulus
c)  Spesimen  yang  digunakan  hanya batang  tembaga  Ø  8mm  yang  biasa digunakan untuk industri kabel.
2.   Landasan Teori
2.1  Pengertian Batang Tembaga Copper  Rod atau  batang  tembaga merupakan  alat  atau  media  penghantar  arus listrik,  tembaga  sendiri  memiliki  konduktifitas yang  tinggi  hingga  100%  IACS  pada  suhu 20°C.  Batang  tembaga  ini  juga  bisa  di  proses untuk dijadikan kawat ( Wire) tembaga dengan cara  di  tarik,  batang  tembaga  juga  harus memiliki mechanical properties yang baik agar saat di tarik tidak putus ( wire break).
2.2 Ultimate Tensile Strength Ultimate  Tensile  Strength merupakan pengujian  yang  dilakukan  untuk  mengetahui kekuatan  maksimum  suatu    material,  dengan cara  ditarik.  Pertama-tama  specimen  yang memiliki  bentuk  silinder  atau  persegi  di  jepit lalu  kemudian  ditarik  sampai  beban  tertentu (P) hingga putus.
Tensile  strength  mempunyai  satuan (kg/mm 2 ) dimana persamaanya adalah : σ f = a .) P f
=  Beban maksimum (Kg)
b.) A 0 = Adalah luas penampang (mm 2 )
Pada  saat  pengujian  besarnya  beban yang  diberikan  untuk  memutuskan  specimen berubah-ubah sesuai digambarkan pada diagram, hal ini dikarenakan pada tiap material memiliki  fase-fase  yang  terjadi  sebelum terputus,  seperti  elastisitas  dan  plastisitas, sedangkan  untuk tensile  strength beban  yang dipakai  (P)  merupakan  beban  terbesar  yang diberikan.
Gambar 2.1 : Ilustrasi sample untuk pengujian uji tarik
2.3 Regangan (Elongation)
Dalam  pengujian  tensile  strength  juga dapat di ketahui regangan/perpanjangan (elongation),  dimana  dengan  cara  memberi tanda  panjang  awal  (L1)  dengan  nilai  panjang tertentu seperti pada gambar 2.1.b, setelah itu kemudian  ditarik  di  mesin tensile  strength sampai  putus  lalu  panjang  setelah  putus tersebut  diukur  berapa  panjang  pemuluranya (L2). Catat L1 dan L2 kemudian hitung dengan rumus :
ε =
ε = Elongation (%)
L1  = Panjang specimen awal (mm) L2  = Panjang specimen akhir (mm)
2.4 Modulus Young Modulus  Elastisitas  atau  Modulus
Young (E)  didefinisikan sebagai perbandingan antara  tegangan    ( dan  regangan  (e)  logam itu. Hukum  Hooke ,  berlaku  untuk  semua material  padat;  dari  besi  hingga  tulang,  tetapi hanya  berlaku  hingga  titik  tertentu.  Jika  gaya semakin diperbesar, obyek akan terus bertambah panjang dan akhirnya putus.
Modulus elastisitas untuk kawat/tali tersebut dinyatakan dengan rumus :
Keterangan : F : Gaya tarik (Kg/mm 2 ) A 0
: Luas penampang (mm 2 )
∆L : Panjang akhir – Panjang awal  / L 1 -L 0 (mm)
L 0
: Panjang awal (mm)
2.5 Electrical Conductivity
Konduktivitas  listrik  adalah  ukuran  dari seberapa baik bahan mengakomodasi pergerakan muatan listrik. Ini adalah rasio dari rapat  arus  terhadap  kuat  medan  listrik. Satuanya  menurut satuan SI adalah Siemens per  meter, tetapi  nilai-nilai  konduktivitas  yang sering digunakan untuk tembaga adalah IACS persen. IACS adalah singkatan dari (Internasional  Anneal  Copper  Standard) atau bahan  yang  digunakan  untuk  membuat  kawat tembaga.  Konduktivitas  dari  tembaga  anil (5.8108 x 10 7 S / m) didefinisikan sebagai 100
%IACS pada 20 ° C. Semua nilai konduktivitas lainnya  terkait  kembali  dengan  konduktivitas tembaga  anil.  Oleh  karena  itu,  besi  dengan nilai konduktivitas 1,044 7 S / x 10 m, memiliki konduktivitas  sekitar  18%  dari  tembaga  anil dan  dapat  ditulis  dengan  18%  IACS.  Sebuah catatan  adalah  bahwa  produk  komersial tembaga  murni  sekarang  sering  kali  memiliki nilai konduktivitas IACS lebih besar dari 100% karena  teknik  pengolahanya  telah  membaik
sejak penerapan standar  pembuatan tembaga pada tahun 1913 dan unsure-unsur pengotornya  sekarang  dapat  dihilankan  dari tembaga.
Konduktivitas nilai dalam Siemens/meter dapat  dikonversi  kedalam  %IACS  dengan mengalikan  nilai  konduktivitas  1.7241  x10 -6 . Ketika nilai-nilai konduktivitas yang didapatkan adalah microSiemens/cm, maka nilai konduktivitasnya  dikalikan  dengan  172.41 untuk dikonversi kedalam nilai %IACS.
Konduktivitas  istrik  adalah  salah  satu properti  yang  sangat  berguna  untuk  tembaga karena nilai yang didapatkan dapat dipengaruhi  oleh  parameter  lain  seperti  : komposisi  kima  dan  keadaan  stress  dari struktur  kristal  atom.  Oleh  karea  itu  nilai  dari konduktivitas  listrik  dapat  dijadikan  acuan untuk  mengetahui  kemurnian  suatu  material, memeriksa  adanya  perlakuan  panas,  dan memeriksa kerusakan struktur kristal atom.
Electrical  conductivity dapat  dihitung dengan rumus sbb:
Dimana :
172.41 :  Merupakan  konstanta  dari konversi antara Siemens dan IACS Resistivity : Tahanan Listrik (µΩ.cm)

## 2.6 Electrical Resistivity Volume
Resistivitas  listrik  adalah  kebalikan dari  konduktivitas. Resistivitas  (ρ)  adalah kemampuan suatu bahan untuk mengantarkan arus listrik yang bergantung terhadap besarnya  medan  istrik  dan  kerapatan  arus sehingga  semakin  besar  resistivitas  suatu bahan maka semakin besar pula medan listrik yang  dibutuhkan  untuk  menimbulkan  sebuah kerapatan arus.
Electrical resistivity volume dapat dihitung dengan rumus sbb:
ρ = ( )
dimana :
ρ   : Electrical resisitivity volume (Ω. cm)
R  :Resistensi  yang  didapatkan  dari  hasil pengukuran  dengan  suhu  kamar/  suhu ruang (Ω)
L : Panjang sampel (cm)
A : Luas Penampang (cm 2 )

## 2.7.3   Resistansi
Resistensi  adalah  kemampuan  suatu benda  untuk  menahan  aliran  arus  listrik. Dalam  suatu  hambatan  atom-atom  nya  akan bertumbukan dengan elektron-elektron sehingga laju dan kecepatan  elektron menjadi berkurang.  Karena  kuat  arus  biasanya  di hitung  berdasarkan  banyak  dan  kecepatan elektronnya,  maka  ketika  jumlah  elekron  dan kecepatannya  berkurang  otomatis  berkurang pula kekuatan arus yang mengalir dalam suatu hambatan.
Setiap  Konduktor  mempunyai  hambatan. Ketebalan suatu konduktor menentukan besar-kecilnya  hambatan  yang  dimilikinya. Konduktor yang tebal memiliki hambatan yang kecil. Kawat yang tebal mempunyai penampang lintang yang lebih lebar, sehingga mengandung lebih banyak elektron. Sebaliknya,  konduktor  yang  panjang,  memiliki hambatan yang besar. Ini dikarenakan semakin  panjang  suatu  konduktor  semakin banyak pula atom-atom yang akan menghadang gerak elektron bebasnya sehingga  arus  listrik  yang  dialirkan  akan berkurang.
Resistensi  pengaruh  temperatur  dapat dihitung dengan :
R =
Dimana: R  =  Resistansi pada temperatur T 1 (Ω) R t =    Resistansi  pengukuran  pada  temperatur
T 2 (Ω) α  = Koefisien temperatur (Tabel 2.1) T 1 = Temperatur yang diinginkan (ºC) T 2 =  Temperatur pada saat pengujian resistansi (ºC)
Tabel 2.1 Koefisien Temperatur Pada Material
3. Analisa
3.1 Hasil Pengujian Oksigen Tabel  3.1  : Hasil  Pengujian  Oksigen  dan
Hidrogen Sampel 1 (ppm) Sampel 2 (ppm) Sampel 3 (ppm) Samp el 4 (ppm) Ave Oksigen 169.2 317.16 387.18 465. 55 Deviasi Oksigen 2.43 2.89 5.74 3.95 Ave Hidrogen 0.384 0.031 0.042 0.63 8 Deviasi Hidrogen 0.33 0.1 0.1 0.8 Material Koefisien Temperatur ( 1/ o C) Nikel 0.0059 Iron 0.0060 Molybdenum 0.0046 Tungsten 0.0044 Alumunium 0.0043 Copper 0.0040 Silver 0.0038 Platinum 0.0038 Gold 0.0037 Zinc 0.0038

## 3.2 Hasil Pengujian Komposisi kimia
Gambar 3.1 Komposisi Kimia
Gambar 3.2 Kemurnian Tembaga
3.3 Hasil Analisa Tensile Strength
Gambar 3.3 Pengaruh Oksigen pada Tensile Strength

## 3.4 Hasil Analisa Regangan
Gambar 3.4 Pengaruh Oksigen pada
Regangan

## 3.5 Hasil Analisa Modulus Young
Gambar 3.5 Pengaruh Oksigen pada Modulus Young
0 2 4 6 8 10 12 14 Zn Pb Sn Ni Bi Ag As Te Sb Fe Se P sampel 1 sampel 2 sampel 3 sampel 4 0 20 40 60 80 100 Sampel 1 Sampel 2 Sampel 3 Sampel 4 99.998  99.998  99.998  99.998 Cu % Cu % 22,26 kg/mm2 22,7
kg/mm2 23,42 kg/mm2 23,98 kg/mm2 169,2 ppm 317,16 ppm 387,18 ppm 465,66 ppm 0 100 200 300 400 500 600 Sampel 1 Sampel 2 Sampel 3 Sampel 4 Oksigen Tensile Strength
169,2 ppm 317,16 ppm
387,18 ppm
465,66 ppm 43,40% 41,80% 40,50% 38,13% 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Sampel 1 Sampel 2 Sampel 3 Sampel 4
Oksigen
Regangan
51,22 kg/mm2 54,49 kg/mm2 57,81 kg/mm2 62,9 kg/mm2 169,2 ppm 317,16 ppm 387,18 ppm 465,66 ppm 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Sampel 1 Sampel 2 Sampel 3 Sampel 4
Modulus Young Oksigen Ppm

## 3.6  Hasil  Analisa  Terhadap  Electrical Conductivity (EC)
Gambar 3.6 Pengaruh Oksigen pada EC

## 3.6 Pembahasan
Dari  hasil  perhitungan  diatas  diketahui bahwa penambahan kandungan oksigen dari169.2  ppm  sampai  465.66  ppm  nilai mechanical serta electrical dari batang tembaga, masih sesuai dengan standard yang telah  ditentukan  namun  juga  telah  diketahui bahwa  pada  pengujian tensile  strength meningkat  dengan  bertambahnya  kandungan oksigen  pada  tembaga  antara  169.2  ppm sampai  465.66  ppm,  yaitu  kenaikanya  antara 22.26  kg/mm 2 sampai  23.98kg/mm 2 sama halnya dengan Modulus Young yang mengalami  kenaikan  antara  51.22  kg/mm 2 sampai  62.9  kg/mm 2 ,  namun  berbeda  dengan regangan  dimana  terjadi  penurunan  antara 43.40%  sampai  38.13%,  hal  ini  menunjukan adanya  perubahan  sifat  mekanis  pada  batang tembaga  dimana  batang  tembaga  menjadi kuat  dan  keras  namun  memiliki  sifat  elastis yang rendah. Sedangkan untuk sifat kelistrikanya  berdasarkan  hasil  analisa  diatas telah diketahui dimana hambatan atau resistivitas volume bertambah seiring bertambahnya oksigen dari 169.2 ppm sampai 465.66 ppm, pertambahan resistivitas  volume berkisara antara  1.6796µΩ.cm sampai 1.7047 µΩ.cm,  hal  ini  menyebabkan  terjadinya penurunan  kemampuan  hantar  listrik  karena resistivitas adalah kebalikan dari konduktivitas atau  kemampuan  hantaran  listrik,  besarnya penurunan konduktivitas listrik sebesar 102.6%IACS sampai 101.13 %IACS. Berdasarkan pengujian diatas diketahui bahwa dengan  pertambahan  oksigen  maka  akan merubahan  sifat  kelistrikan  pada  batang tembaga  yaitu  menaikan  resistivitas  volume
yang berarti juga akan menurunkan kemampuan hantar listrik.
4. Penutup
4.1 Simpulan
Simpulan  dari  hasil  analisa    adalah sebagai berikut:
1. Batang  tembaga  merupakan  penghantar listrik yang baik karena memiliki konduktivitas > 100 %IACS.
2. Pengaruh  pertambahan  jumlah  oksigen sebesar 175.14% mengakibatkan adanya perubahan mechanical  properties, yaitu naiknya  nilai  persentase tensile  strength sebesar  7.17%, naiknya  nilai  persentase Modulus  Young sebesar  22.80%,  dan penurunan regangan sebesar 12.16 %.
3. Untuk electrical  properties pengaruh pertambahan  jumlah  oksigen  sebesar 175.14%  mengakibatkan  naiknya  nilai persentase  dari resistivity  volume sebesar    2.51%  dan  menurunkan  nilai persentase electrical condustivity sebesar 1.43%.
4. Semakin meningkatnya kandungan oksigen akan terjadi wirebreak khususnya untuk jenis wire break tension.
5. Oksigen  merupakan  kandungan  yang sangat  penting  pada  tembaga  karena sifat  kelistrikan  dan  mekanisnya  dapat berubah  bila  kandungan  oksigenya  juga berubah.
DAFTAR PUSTAKA
1. Dieter,  E,  George.  (1986). Metalurgi Mekanik. Edisi  ke  3.  Penerjemah  :  Sriati Djaprie. Jakarta: Penerbit Erlangga
2. Patton, W.J. (1975). Materials in Industry. Edisi ke-2 New Jersey: Penerbit Prentice-
Hall, Inc
3. Van Vlack, H, Lawrence. (2001). Elemen- elemen  Ilmu  dan  Rekayasa  Material . Edisi  ke  6.  Penerjemah  :  Sriati  Djaprie. Jakarta: Penerbit Erlangga
4. Beumer,  B,  J,  M  (1980). Pengetahuan Bahan. Edisi  ke-3.  Penerjemah  :  B.S Anwir/Matodang. Jakarta : Penerbit Bhratara Karya Aksara
5. Zainuri,  Muhib,  Ach.  (2008). Kekuatan Bahan. Edisi  ke-1.  Yogyakarta:  Penerbit Andi.
6. Singer,  L,  Ferdinand.  Pytel,  Andrew. (1981). Kekuatan  Bahan. Edisi  ke-3. Penerjemah :Ir. Darwin Sebayang. Jakarta: Penerbit Erlangga. DAFTAR ACUAN ASTM  B193,  (2008). Standard  Test  Methode for  Resistivity  of  Electrical          Conductor Materials.
ASTM  B49,  (1998). Standard  Specification  for Copper  Rod  Drawing  Stock  for  Electrical Purpose.
169,2 ppm 317,16 ppm
387,18 ppm 465,66 ppm 102,6 %  101,8 %  101,6 % 101,13 % 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Sampel 1Sampel 2Sampel 3Sampel 4 Oksigen EC
ASTM  B115,  (2008). Standard  Specification for Electrolytic Cathode Copper.
SNI  04-0109-1989,  (1989).    Batang  Kawat Tembaga Untuk Penghantar Listrik. Modul  Training,  PT  Magna  Sardo  (2012).

## Maintenance and Operation LECO
Henry, Chia, E. and Patel, Gautam, R. (1996). “ Characterization  of  Rod  an  Wire  Defect Produced During the Manufacturing of Copper,”  Wire  Journal  International URL : http://www.copperworld.net/copper/im ages/stories/characterizati.pdf (diakses tanggal 10 Maret 2013, Jam 20:00) Guskovic,  D.  Markovic,  D.  and  Nestorovic,  S. (1997).  “ Effect  of  Deformation  and  Oxygen Content On Mechanical Properties of Different Copper  Wires,” URL : http://link.springer.com/article/10.1007%2FBF0 2745077#page-1 (diakses tanggal 10 Maret 2013, Jam 21:00)
Horace, Pops, Dr, (1997).
“Copper
Applications in Metallurgy of Copper & Copper Alloys” URL
: http://www.copper.org/publications/newsletters /innovations/ 1997/12/wiremetallurgy.html (diakses tanggal 20 Maret 2013, Jam 23:00)
Camurri,  Carlos.  Carrasco,  Claudia.  Albreth, Soraya. “  Impurities  On  Cathodic  Copper Study  of    Their  Influence  On  the  Ductility  of Copper Wires and Development of Mechanical Tests
Sensible to Such Impurties” URL :
www.metal2013.com/files/proceedings/.../55.p df (diakses tanggal 20 Maret 2013, Jam 23:00)
Prasad,  Y,  V,  R,  K.  And  Rao,  K,  P.  (2005). “Effect  of  Oxygen  Content  on  the  Processing Maps  for  Hot  Deformation  of  OFHC  Copper”
URL: http://materialstechnology.asmedigitalcollectio n.asme.org/mobile/article.aspx?articleid=1427 651 (diakses tanggal 20 Maret 2013, Jam 23:00) Astin, A, V. (1966). “ NBS Handbook „100” URL
: http://library.bldrdoc.gov/docs/nbshb100.pdf (diakses tanggal 20 Maret 2013, Jam 23:00)
Roylance,
David. (2008).
“ Mechanical
Properties of Materials”
URL
: http://stuff.mit.edu/afs/athena/course/3/3.225/b ook.pdf (diakses tanggal 20 Maret 2013, Jam 23:00)
Stratton,W,  S.    (1914), “Circular  of    The Bureau  of  Standards,  No.31,  Copper  Wire
Tables” URL: http://www.archive.org/stream/copperwiretable s31unituoft  #page/n0/mode/2up
(diakses
tanggal 23 Maret 2013, Jam 19:30)
Aprilanto,  Joko.  (2008).  “Teori  Dasar  Atomic Emissi on Spectrometer” URL :
http://jokoaprilanto.wordpress.com/2008/11/15
/teory-atomic-emission-spectrometer /
(di akses tanggal 30 April 2013, Jam 13:00)