Research – Behind The Scene

Sudah lama saya gak ngeblog. Kali ini saya mau cerita sesuatu yang lebih menarik tentang riset saya. Jadi kalau kalian gak tertarik dengan riset, mungkin bisa baca cerita saya ini supaya merasa tertarik. Hehe..

Riset itu punya seluk beluk yang cukup kompleks dan banyak cerita di baliknya. Sayang tidak banyak kisah yang diangkat ke publik. Memang kebanyakan ilmuwan tidak mengkomunikasikan hasil riset mereka ke publik meski sebenarnya khalayak ramai adalah end usernya. Nah untuk itu, saya akan coba menceritakan bidang riset saya yang merupakan 1 dari sekian puluh juta hal yang diteliti di dunia ini.

Jujur ya, dari awal saja sudah banyak orang yang tidak paham apa itu Teknik Material atau Teknik Metalurgi. Padahal istilah Material atau Metalurgi adalah istilah yang paling general dari berbagai macam turunan ilmunya. Jadi, ilmu Material (Material Science) itu adalah salah satu bidang dasar dari IPTEK (Ilmu Pengetahuan dan Teknologi). Ilmu Material ini bisa dikategorikan sebagai percabangan ilmu fisika dan kimia. Ilmuwan Material (Materials Scientist) itu adalah orang-orang yang mempelajari atau menginvestigasi sifat alamiah (sifat fisik dan sifat kimiawi) materi di dunia ini. Nah, Ilmu Material ini punya anak namanya Teknik Material (Materials Engineering). Materials Engineer ini kerjaannya adalah mengeksploitasi sifat natural dari material (plastik, logam, keramik) agar lebih berguna di masyarakat. Sedangkan Teknik Metalurgi adalah sebagian dari Teknik Material karena hanya berkutat dengan material Logam.

Saat ini keilmuan material dan metalurgi, baik dipandang dari sisi science maupun engineering sudah sangat sulit dipisahkan satu sama lain. Cabang ilmu Metalurgi/Material dan ditambah dengan cabang ilmu lainnya sudah menghasilkan ribuan cabang ilmu, misalnya nanomaterial, biomaterial, dsb.

Departemen saya di Southampton dinamakan Engineering Science dan memang benar kami harus menggunakan fundamental science untuk menyelesaikan masalah teknis yang kami hadapi di sini. Saya banyak memakai ilmu Matematika, Fisika, dan Kimia untuk membantu mempelajari komponen engineering yang saya teliti di sini, yaitu mesin turbin.

Mesin turbin yang saya teliti digunakan untuk dua macam hal, yakni pembangkit listrik dan mesin pesawat. Mesin turbin sendiri terdiri dari banyak aspek engineering, misalnya dari termodinamika, aerodinamika, vibrasi, dan material.

Oh iya, sebelum terlalu jauh, menjelaskan tentang mesin turbin, ini saya kasih liat bagaimana bentuk mesinnya.

Untitled1

Yang di atas itu adalah suami saya, wkwk. Dibelakangnya itu mesin turbin pembangkit listrik yang ‘dipamerkan’ di area Departemen Teknik Mesin Universitas Indonesia. Nah, yang di bawah ini adalah mesin turbin untuk pesawat yang biasanya terletak di bawah sayap pesawat komersial atau di bawah badan pesawat tempur.

Untitled

Dari mesin yang sebesar itu dan material yang bermacam-macam, saya hanya menginvestigasi sebagian materialnya saja, tepatnya di daerah turbine disc (piringan turbin) dan turbine blade (sudu turbin).

Screen Shot 2016-04-25 at 11.45.23

Komponen no 1 di atas adalah turbine blade. Turbine blades tersebut dipasang di turbine disc yang ditunjukkan oleh nomer 2. Lihat di sini skemanya.

Screen Shot 2016-04-25 at 11.46.56

Jadi, bagian turbin yang saya lingkari ungu adalah komponen yang sangat kritis karena tekanan yang tinggi dan dipenuhi temperatur yang sangat panas hasil dari pembakaran dengan avtur di ruang bakar. Dalam cabang ilmu metalurgi, komponen turbin menempati posisi tertinggi untuk tingkat presisi dalam manufakturnya. Bahkan, komponen ini dibuat lebih presisi daripada jam Rolex. Kenapa? Jawabannya ada di gambar bawah ini.

Pesawat adalah sarana transportasi paling cepat dan nyaman, tapi ia juga harus sesuai dengan hukum alam yaitu semakin besar yang dicapai semakin tinggi pula risikonya (high gain = high risk). Untuk transportasi seperti mobil atau kapal, kalau terjadi kecelakaan penumpangnya masih mungkin lari atau berenang ke luar. Sedangkan untuk pesawat, jika terjadi kebakaran mesin di udara, maka kemungkinan besar tidak akan ada yang selamat karena penumpang tidak bisa melarikan diri secara mandiri. Untuk itu penumpang dan kru kabin sangat bergantung pada kelayakan pesawat saat terbang, dan yang bisa menjamin kelayakan pesawat ini adalah para engineer dan teknisi yang bekerja. Demikian pengantar mengenai ilmu yang saya pelajari dan apa tujuan utamanya untuk manusia.

Supervisor saya adalah orang yang sangat ahli dalam material turbin. Riset yang beliau bangun selalu mengarah untuk membangun pengetahuan yang solid terhadap proses kerusakan turbin. Saat ini beliau tergabung dalam 1 konsorsium riset di Inggris yang berusaha untuk mempelajari hal tersebut. Kami semua berusaha merekam dan menganalisa proses detail pertumbuhan retak di material nikel yang dibuat dengan berbagai karakteristik. Dalam pembuatan material turbin, material dibuat dengan 2 cara : Cor dan Metalurgi Serbuk. Masing-masing proses menghasilkan material dengan sifat dan kekuatan yang berbeda, dan proses permulaan retak dan perambatan retaknya pun berbeda.

Menganalisa keretakan turbin sebenarnya sangat sulit karena komponen yang patah jadi dua atau mungkin malah pecah berkeping-keping itu awalnya hanya dari pergeseran 1 nanometer partikel material karena pembebanan dari luar. Nah, dari awal 1 nanometer itulah kemudian retakan tumbuh jadi 5 nm, 50 nm, 1 mikron, 100 mikron, 1 cm, kemudian 20 cm, hingga akhirnya ada 1 bilah sudu yang patah dan menghajar mesin yang sedang berputar sangat kencang, dan kemudian terjadilah kecelakaan yang tidak diinginkan.

Di sini mahasiswa PhD dan Post-Doc diberikan tugas masing-masing untuk mengamati satu jenis material dan memetakan pola retaknya, apakah lurus, ke kanan, ke kiri, atau berputar-putar. Hehe.. Kami harus tahu seberapa cepat dia retak dan faktor apa saja yang mempengaruhi pertumbuhannya. Untuk membuat retakan di material, kami menguji spesimen kecil dan memberikan pembebanan yang mirip dengan aslinya. Untuk melakukan pengujian ini, ada training khusus yang harus dilakukan karena alat yang kami gunakan bisa memberikan beban hingga 10,000 kg ke spesimen yang diuji. Kemudian setelah muncul retakan, kami amati permukaan materialnya di mikroskop elektron yang bisa memberikan perbesaran sampai ratusan ribu kali. Ini contoh retak fatik punya orang yang diperbesar 20,000 kali menggunakan Scanning Electron Microscope. Kalau punya saya belum boleh dipublikasikan… 😀

figure2

(Sumber : http://www2.lbl.gov/ritchie/Programs/NITI/)

Jaman dulu, pengamatan permukaan secara 2 dimensi dengan mikroskop elektron saja sudah cukup. Namun sekarang tingkat ketelitian yang diinginkan menjadi lebih tinggi. Salah satu kasus yang terjadi adalah karena pergeseran partikel tidak terbuka ke arah kanan dan kiri, melainkan ke atas dan ke bawah sehingga gambar 2 dimensi tidak bisa menagkap fenomena tersebut. Di laboratorium kami ada alat CT Scan, tapi resolusinya tidak mampu untuk pencitraan dalam skala nanometer. Maka dari itu, kami harus mencoba menggunakan alat Atomic Force Microscope yang bisa memetakan profil 3 dimensi permukaan material dengan resolusi tinggi. 

Sebagai seorang materials scientist, kami harus sangat teliti dalam melihat berbagai fenomena. Skala material yang kami tangani sangat penting untuk mengerti fenomena yang terjadi. Kami harus tahu benar mana fenomena yang berkorelasi, mana yang tidak. Dalam satu area spesimen bisa saja terjadi berbagai macam mekanisme retakan dan kami harus mengerti masing-masing skenarionya.

Secara umum studi doktoral bukan hanya mengajarkan saya untuk mengerti tentang material. Saya juga terbiasa melatih cara berpikir logis untuk kepentingan hidup saya sehari-hari. Banyak sekali yang terjadi di sekitar saya, sebagian barangkali berhubungan, dan sebagian lainnya terjadi hampir independen satu sama lain. Sebelum menarik kesimpulan bahwa A adalah akibat dari B, saya perlu merunut banyak hal terlebih dahulu. Nah, tentu saya tidak tahu dan sempat untuk meneliti banyak hal di dunia ini, untuk itu saya akan tanya kepada yang lebih ahli atau memilih abstain ketika bertemu sesuatu yang saya tidak mengerti. Katanya ‘Doctor of Philosophy’ itu berasal dari bahasa yunani yang arti secara luasnya adalah orang-orang yang mencintai kebijaksanaan atau wisdom. Saya yakin orang yang sangat bijaksana tidak gampang menghakimi sesuatu atau seseorang sebelum tau keseluruhan ceritanya.

Btw, saya perlu tegaskan kembali kalau kerjaan saya ‘BUKAN MEMBUAT PESAWAT’. Saya hanya meneliti retak fatik dari turbin disc dan turbine bladesnya. Bersama grup riset saya, saya membangun pengetahuan mengenai hal tersebut untuk membantu para produsen mesin turbin membuat komponen yang lebih handal tetapi tetap ekonomis. Saya tidak bisa membuat pesawat. Yang bisa membuat pesawat adalah orang-orang dari teknik penerbangan/dirgantara/aerospace. Orang dari teknik dirgantara yang bisa menentukan bentuk pesawat sesuai dengan misinya, dimensinya, bentuk sayap, jumlah mesin, letak mesin, sistem kendali, dsb. Orang-orang teknik material yang menentukan misalnya untuk bagian sayap atas itu pakai aluminium jenis apa dan sayap bawah pakai jenis apa karena bagian atas dan bawah mengalami bentuk pembebanan yang berbeda. Metode pembentukan logam apa yang harus dipakai, apakah dicor, diroll, atau menggunakan metalurgi serbuk. Jika memang ada komponen yang perlu disambung, bagaimana caranya, apakah boleh dilas atau dirivet. Kalau dilas, metode las apa yang tepat dari puluhan jenis metode las yang tersedia di pasaran. Nah, orang-orang dari teknik mesin atau propulsi yang akan menentukan model mesin, proses kompresi, proses pembakaran, berapa tahap turbin yang dipakai, disain afterburner, dsb. Sedangkan orang material yang akan menentukan material apa yang tahan sampai 1000 derajat celcius, proteksi material dari oksidasi, proteksi material terhadap pertumbuhan retak yang terlalu cepat. Kami juga menentukan sifat intrinsik material yang cocok misalnya ukuran butir material, ukuran partikel penguat, unsur paduan yang diperlukan, dsb.

US_Navy_090114-N-9704L-004_Hull_Technician_Fireman_John_Hansen_lays_beads_for_welding_qualifications.jpg
Contoh prose las yang dilakukan oleh teknisi. Yang mendisain proses las dan parameternya baru Engineer. Welding Engineer tidak ngelas, semacam orang Civil Engineer tidak ngaduk semen sendiri saat bangun gedung..

Oh iya, banyak sekali negara di dunia ini yang bisa mendisain dan membuat pesawat. Tapi jarang sekali yang bisa membuat mesin pesawat. Pembuat pesawat itu bukan cuma Boeing dan Airbus, ada lainnya seperti Bombardier, Embraer, CASA, Gulfstream, Dassault, dsb. Setau saya yang bisa bikin mesin pesawat hanya Rolls Royce, Pratt&Whitney, General Electric, dan Snecma. Jadi biasanya pabrik pesawat akan bikin disain dan badan pesawat sendiri, tapi mesin akan diimpor dari USA atau UK. Kenapa demikian? Karena tadi, proses manufaktur mesinnya teramat sangat sulit dan risetnya sangat mahal. Tapi kalau untuk mesin turbin pembangkit listrik jauh lebih banyak yang bisa produksi karena tidak terlalu berisiko seperti mesin pesawat.

Oke sekian dulu cerita dari saya. Kapan-kapan saya sambung lagi… Terima kasih sudah membaca.. 🙂

 

Advertisements

3 thoughts on “Research – Behind The Scene

  1. Great article.
    Oh iya, untuk gambar welding nya, mungkin bisa agak di edit sedikit. Kebanyakan di pesawat, pengelasan menggunakan GTAW (meskipun ada pula yang memakai laser welding, maupun automatic welding). Sementara gambar tsb sepertinya adalah SMAW. Ada sebab kenapa GTAW yang dipilih. Diantaranya adalah HAZ nya lebih sedikit drpd SMAW.
    🙂

  2. sar, makasi banyak sharing ilmunya, meskipun aku bukan background material science, tapi aku senang baca tulisan kamu, jd nambah ilmu juga, hehe
    keep writing ya 🙂
    kalo balik ke indo kabar2i yaa, mungkin kita bisa ketemu 🙂

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s