Studi Analisis Simulasi Tentang Karakter Polietilena Dan Kadar Pengisi (Serat Batang Pisang) Sebagai Komposit Untuk Bahan Palet Kayu

(1)

S

E

K O L _A

H

P A

S C

A S A R JA

N

A

STUDI ANALISIS SIMULASI TENTANG KARAKTER

POLIETILENA DAN KADAR PENGISI (SERAT

BATANG PISANG) SEBAGAI KOMPOSIT

UNTUK BAHAN PALET KAYU

TESIS

Oleh

SRI IMELDA

077026027/FIS

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

STUDI ANALISIS SIMULASI TENTANG KARAKTER

POLIETILENA DAN KADAR PENGISI (SERAT

BATANG PISANG) SEBAGAI KOMPOSIT

UNTUK BAHAN PALET KAYU

TESIS

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Magister Sains dalam Program Studi Magister Fisika pada

Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh

SRI IMELDA

077026027/FIS

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(3)

Judul Tesis : STUDI ANALISIS SIMULASI TENTANG KARAKTER POLIETILENA DAN KADAR PENGISI (SERAT BATANG PISANG) SEBAGAI KOMPOSIT UNTUK BAHAN PALET KAYU

Nama Mahasiswa : Sri Imelda Nomor Pokok : 077026027 Program Studi : Fisika

Menyetujui Komisi Pembimbing

(Prof. Dr. Muhammad Zarlis, M.Sc) (Drs. Nasir Saleh, M,Eng,Sc)

Ketua Anggota

Ketua Program Studi, Direktur,

(Prof. Drs. Eddy Marlianto, M.Sc, Ph.D) (Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B, M.Sc)Prof. Dr. Ir. Sumono, MS

(4)

Telah diuji pada

Tanggal: 16 Juni 2009

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Prof. Dr. Muhammad Zarlis, M.Sc

Anggota : 1. Drs. Nasir Saleh, M.Eng.Sc

2. Prof. Drs. Eddy Marlianto, M.Sc, Ph.D

3. Drs. Anwar Dharma Sembiring, MS

(5)

ABSTRAK

Polietilena dan kadar pengisi (serat batang pisang) sebagai komposit untuk bahan palet kayu diteliti dengan penelitian studi analisis secara simulasi program

Mathematica 5.1. Variabel penelitian simulasi ini adalah waktu 5’_{, 10}’_{, 15}’_{, 20}’_,25’

dan 30’_{selanjutnya pemakaian kadar pengisi (serat batang pisang) 10,20, 30, 40%}

berat. Parameter penelitian ini adalah kuat tekan dan elastisitas. Hasil simulasi menunjukkan hasil terbaik diperoleh di atas nilai literatur adalah dengan komposisi 90% polietilena dan 10% serat batang pisang pada waktu pengukuran 30 menit dengan nilai keelastisan 81,28 kgf dan kuat tekan 16,8 kgf. Kayu palet industri memberikan elastisitas 53,48 kgf dan kuat tekan 133,9 kgf.

Dari perbandingan antara hasil simulasi dan eksperimen dapat disimpulkan bahwa analisis simulasi untuk elastisitas dan kuat tekan dapat diperoleh perubahan yang konstan akibat dari kenaikan waktu dan juga dapat dianalisis dengan interval waktu yang konstan.

(6)

ABSTRACT

This research studied about the Polietilena character and filler level (banana fibers) as composite for material of palette wood. This research employed the

simulation program of Math 5.1. The variables of this research are time of 5’, 10’,

15’, 20’, 25’, and 30’ and use banana fibers with weight percent of 10, 20, 30, and

40. In that case, I use bending strength and the elasticity as parameters. The result of simulation shows that the best result is obtained above the value of literature with ninety percents politiena and teen percents banana fibers at the measurement time thirty minutes and the elasticity value of 81.28 kgf and bending strength of 16.8 kgf. The industrial palette wood gives the elasticity of 53.48 kgf and pressure strength of 133.9 kgf.

The comparison between the simulation result and the experiment are concluded that the simulation analysis for the elasticity and pressure strength can be obtained a constant change due to time increase and those can analyzed with an interval time constant.

(7)

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa kami panjatkan karena berkat

keyakinan, kesehatan, dan kesempatan yang telah diberikan-Nya membuat tesis ini

dapat diselesaikan.

Kami ucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada Pemerintah Republik

Indonesia c.q. Pemerintah Provinsi Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan

dana sehingga kami dapat menyelesaikan Program Magister Sains pada Program

Studi Magister Fisika Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.

Dengan selesainya tesis ini, kami mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya

kepada:

Bapak Prof. Chairuddin P. Lubis, DTM&H, Sp.A(K), Rektor Universitas

Sumatera Utara Medan, yang telah memberikan kesempatan kepada kami untuk

mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister Sains.

Ibu Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B, M.Sc sebagai Direktur Sekolah

Pascasarjana USU Medan yang telah memberikan kesempatan kepada kami

mengikuti pendidikan Program Magister Sains pada Sekolah Pascasarjana Universitas

Sumatera Utara.

Bapak Prof. Drs. Eddy Marlianto, M.Sc, Ph.D, Ketua Program Studi Fisika,

Drs. Nasir Saleh, M.Eng,Sc, Sekretaris Program Studi Fisika beserta seluruh Staf

Pengajar pada Program Studi Magister Fisika Sekolah Pascasarjana Universitas

Sumatera Utara.

Terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan yang setinggi-tingginya

kami ucapkan kepada Bapak Prof. Dr. Muhammad Zarlis, M.Sc selaku

Pembimbing Utama yang dengan penuh perhatian dan telah memberikan dorongan

dan bimbingan, demikian juga kepada Bapak Drs. Nasir Saleh, M.Eng,Sc selaku

Pembimbing Lapangan yang dengan penuh kesabaran menuntun dan membimbing

(8)

Kepada Ayahanda Ir.H. Kondar Siregar, BRE dan Ibunda almh. Hj.

Mukhlinar Lubis, Ibu Farida Raini Tanjung, kakak-kakakku Ir. Meiyani Siregar, Sri

Sundarini Siregar, S.P, Fitriana Rezki Siregar, A.Md, Yanita Siregar, SE, MM,

adik-adikku Gustina Roma Siregar, S.Pt dan Wesly Azis Martua Siregar, SE serta seluruh

ponakan dan seluruh keluargaku tersayang yang memberikan semangat dan dorongan

bagi kami dalam menyelesaikan pendidikan pada Program Studi Magister Fisika

Universitas Sumatera Utara.

Ucapan tarima kasih atas nasehat dan dukungannya yang selalu ada dikala

senang dan susah teruntuk kak Ima, kak Hafni dan kak Emi.

Atas do’_{a, dukungan dan keikhlasannya dalam membantu penulisan tesis ini}

terima kasih buat kak Bisman Agus Ritonga.

Ucapan tarima kasih atas nasehat dan dukungannya kepada Bapak Drs. Maruli

Naibaho (Kepala SMA Negeri 1 Pancurbatu), Ibu Hj. Ida Rosanti, Bapak Drs. M.

Saleh, Bapak M. Bukit serta bapak dan ibu guru rekan-rekan di SMA Negeri

Pancurbatu. Ucapan tarima kasih kepada rekan-rekan guru di SMA Swasta ERIA

medan.

Yang tak terlupakan atas kesabarannya untuk membimbing dan mengajari

kami dalam metode simulasi Ibu Herlina Harahap, M.Si.

Sahabat yang selalu mendo’_{akan dan memberi dukungan, Azro, Fifit, Riza,}

Heny dan Lely terima kasih selalu.

Kawan-kawan Program Studi Magister Fisika Universitas Sumatera Utara

angkatan 2007 yang telah memberikan bantuan dan dorongan kepada kami, Pegawai

Administrasi Sekolah Pascasarjana USU Medan yang telah memperlancar

administrasi selama penulis menempuh pendidikan, dan berbagai pihak yang banyak

(9)

Dengan segala kerendahan hati, tulisan ini masih mempunyai kekurangan,

namun penulis berharap dapat memberikan manfaat sebagai bahan referensi dan

untuk keperluan pengembangan ilmu pengetahuan.

Medan, Juni 2009

(10)

RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama Lengkap berikut Gelar : Sri Imelda, SPd

Tempat dan Tanggal Lahir : Padangsidimpuan, 28 Maret 1975

Alamat Rumah : Jalan Suka Subur No. 15 Medan

Telepon/Faks/HP : (061) 77788974

Instansi Tempat Bekerja : SMA Negeri 1 Pancurbatu

Alamat Kantor : Jl. Letjen Drs. Djamin Ginting No. 22

Pancurbatu

Telepon/Faks : (061) 8362557

DATA PENDIDIKAN

SD : SD Negeri 15/142431 Padangsidempuan Tamat : 1987

SMP : SMP Negeri 1 Padangsidempuan Tamat : 1990

SMA : SMA Negeri 2 Medan Tamat : 1993

Strata-1 : IKIP Tamat : 1998

Strata-2 : Program Studi Magister Fisika Tamat : 2009

(11)

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK... i

ABSTRACT... ii

KATA PENGANTAR... iii

RIWAYAT HIDUP..._ vi DAFTAR ISI... vii

DAFTAR TABEL... x

DAFTAR GAMBAR... xi

DAFTAR LAMPIRAN__________________________________________ xv BAB I PENDAHULUAN... 1

1.1. Latar Belakang... 1

1.2. Perumusan Masalah... 4

1.3. Tujuan Penelitian... 6

1.4. Hipotesis... 6

1.5. Pembatasan Masalah... 7

1.6. Manfaat Penelitian... 7

BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 8

2.1. Sistem Komputer... 8

2.2. Konsep Dasar Simulasi... 10

2.3. Bahasa Pemrograman... 11

2.3.1. Program Mathematica... 12

2.3.2. Tahapan dalam Pemrograman... 15

2.3.3. Metode Numerik... 17

(12)

2.5. Serat Batang Pisang, Sifat-sifat dan Komposisinya... 19

2.6. Komposit dan Sifat-sifatnya... 21

2.7. Palet... 22

2.8. Sifat Tegangan dan Regangan... 23

2.9. Modulus Patah dan Modulus Elastisitas... 26

BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 27

3.1. Pemilihan dan Pengambilan Data... 27

3.2. Parameter yang Digunakan... 27

3.2.1. Korelasi Keelastisan (MOE) terhadap Waktu (T)..._ 27 3.2.2. Korelasi Kekuatan Tekan (MOR) terhadap Waktu (T)..._ 28 3.2.3. Korelasi Keelastisan (MOE) terhadap Kadar Pengisi Sampel (C) dengan Waktu Konstan..._ 28 3.2.4. Korelasi Kekuatan Tekan (MOR) terhadap Kadar Pengisi Sampel (C) dengan Waktu Konstan... _ 29 3.3. Algoritma dan Analisis Simulasi... 29

3.3.1. Algoritma Program Simulasi untuk Menentukan Keelastisan... 32

3.3.2. Algoritma Program Simulasi untuk Menentukan Kekuatan Tekan... 33

3.3.3. Flowchart Korelasi Keelastisan (MOE) terhadap Waktu (T)... 35

3.3.4. Flowchart Korelasi Kekuatan Tekan (MOR) terhadap Waktu (T)... 36

3.3.5. Flowchart Korelasi Keelastisan (MOE) terhadap Kadar Pengisi Sampel (C) dengan Waktu Konstan.... 37

(13)

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 39

4.1. Analisis Simulasi Keelastisan (MOE) dan Kuat Tekan (MOR) terhadap Waktu (T)... 39

4.1.1. Keelastisan (MOE)... 39

4.1.2. Kuat Tekan (MOR)... 46

4.2. Analisis Simulasi Keelastisan (MOE) dan Kuat Tekan (MOR) terhadap Waktu (T) Konstan... 53

4.2.1. Keelastisan (MOE)... 53

4.2.2. Kuat Tekan (MOR)... 61

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 69

5.1. Kesimpulan... 69

5.2. Saran... 70

(14)

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

2.1. Sifat Kimia dan Komposisi Serat Batang Pisang………_.. ₂₀

(15)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

2.1. Tahapan Studi Simulasi... 11

2.2. Reaksi Pembentukan Polietilena... 18

2.3. Spesimen Komposit Polietilena Serat Batang Pisang

(PE-SBP)... 23

4.1. Korelasi antara Eelastisitas terhadap Waktu untuk Sampel

PE 100% dengan Simulasi... 39

4.1a. Korelasi antara Elastisitas terhadap Waktu untuk Sampel

PE 100% dengan Eksperimen... 40

4.2. Korelasi antara Elastisitas terhadap Waktu untuk Sampel

PE 90% dengan Ssimulasi... 41

PE 80 dengan Eksperimen... 42

(16)

4.6. Korelasi antara Kuat Tekan terhadap Waktu untuk Sampel

4.6a. Korelasi antara Kuat Tekan terhadap Waktu untuk Sampel

PE100% dengan Eksperimen... 47

PE 70% dengan Ssimulasi... 50

4.11. Korelasi antara Elastisitas terhadap Waktu Konstan 5 Menit

untuk Sampel PE dengan Simulasi... 53

4.11a. Korelasi antara Elastisitas terhadap Waktu Konstan 5 Menit

untuk Sampel PE dengan Eksperimen... 54

(17)

4.17. Korelasi antara Kuat Tekan terhadap Waktu Konstan 5 Menit

4.17a. Korelasi antara Kuat Tekan terhadap Waktu Konstan 5 Menit

(18)

(19)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

A. Data Hasil Pengukuran Kuat Tekan dan Elastisitas... 73

B. Data Hasil Pengukuran Kuat Tekan dan Elastisitas dengan Waktu Konstan... 74

C. Program Menghitung Elastisitas Polietilena 100%... 75

D. Program Menghitung Elastisitas Polietilena 90%... 77

E. Program Menghitung Elastisitas Polietilena 80%... 79

F. Program Menghitung Elastisitas Polietilena 70%... 81

G. Program Menghitung Elastisitas Polietilena 60%... 83

H. Program Menghitung Elastisitas dengan waktu Konstan 5 Menit... 85

I. Program Menghitung Elastisitas dengan Waktu Konstan 10 Menit... 87

J. Program Menghitung Elastisitas dengan Waktu Konstan 15 Menit... 89

K. Program Menghitung Elastisitas dengan Waktu Konstan 20 Menit... 91

L. Program Menghitung Elastisitas dengan Waktu Konstan 25 Menit... 93

M. Program Menghitung Elastisitas dengan Waktu Konstan 30 Menit... 95

N. Program Menghitung Kuat Tekan dengan Polietilena 100% 97 O. Program Menghitung Kuat Tekan dengan Polietilena 90%.. 99

(20)

Q. Program menghitung Kuat Tekan dengan Polietilena 70% 103

R. Program menghitung Kuat Tekan dengan Polietilena 60% 105

S. Program Menghitung Kuat Tekan dengan Waktu

Konstan 5 Menit... 107

T. Program Menghitung Kuat Tekan dengan Waktu

U. Program Menghitung Kuat Tekan dengan Waktu

V. Program Menghitung Kuat Tekan dengan Waktu

W. Program Menghitung Kuat Tekan dengan Waktu

X. Program Menghitung Kuat Tekan dengan Waktu

(21)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Perkembangan teori baru mengenai material pada skala atomik dapat

mempermudah peneliti memprediksi perilaku material pada skala makroskopik dan

memberikan kemampuan merancang material-material baru dengan sifat-sifat tertentu

yang diinginkan. Namun, analisa yang dilakukan dengan rancangan materialnya

terlebih dahulu, hanya dapat dilakukan dengan eksperimen berkali-kali dengan waktu

yang sangat lama dan biaya yang sangat mahal. Selain itu, akan menimbulkan

berbagai kondisi sulit atau tidak dapat diimplementasikan. Seperti eksperimen

pencampuran polietilena dengan serat batang pisang yang membutuhkan waktu lama

pada saat penelitiannya.

Keberadaan kemajuan ilmu komputer telah membuka kemungkinan baru

dalam eksperimen dengan menggunakan kecanggihan komputer. Eksperimen

komputer adalah jembatan antara teori dan eksperimen yang telah diterima sebagai

salah satu metoda penelitian dan pengembangan material.

Fisika komputasi adalah suatu gabungan antara Fisika, Komputer, Sains dan

Matematika Terapan untuk memberikan solusi pada kejadian dan masalah yang

kompleks pada dunia nyata, baik dengan menggunakan simulasi dan penggunaan

(22)

haruslah sebanding agar dihasilkan solusi numerik visualisasi atau pemodelan yang

tepat untuk memahami masalah Fisika (Stevan, et.al, 1998).

Tujuan penerapan fisika komputasi adalah untuk evaluasi integral,

penyelesaian persamaan differensial, penyelesaian persamaan simultan, memplot

suatu fungsi/data, membuat perkembangan suatu seri fungsi, menemukan akar

persamaan, dan bekerja dengan bilangan kompleks. Dengan fisika komputasi, suatu

eksperimen material secara fisik dapat didahului oleh eksperimen komputer untuk

menentukan kondisi yang dibutuhkan dan memprediksi hasilnya. Manfaat eksperimen

komputer diantaranya adalah biaya relatif murah dan dapat melakukan pekerjaan atau

perhitungan matematika dengan lebih mudah meskipun untuk sistem yang lebih

kompleks, dan dapat diselaraskan dengan kemajuan komputer yang terus meningkat.

Salah satu eksperimen komputer yang dapat dilakukan adalah menganalisa tentang

hubungan waktu terhadap karakter polietilena dan kadar pengisi (serat batang pisang)

sebagai komposit untuk bahan palet kayu.

Dewasa ini penggabungan suatu bahan dengan bahan lain untuk mendapatkan

hasil yang mendekati bahan alami telah banyak digunakan. Lebih jauh,

penggabungan bahan tersebut telah berhasil penggunaannya dalam menyelesaikan

berbagai persoalan dalam pembuatan suatu bahan.

Di era globalisasi ini kita dituntut untuk menguasai teknologi bersih baik pada

saat sekarang dan masa yang akan datang. Pemilihan material yang tepat sebagai

pemenuhan atas tuntutan tersebut juga harus diperhatikan agar tidak menambah

(23)

Selama ini telah terjadi kerusakan lingkungan, salah satunya berasal dari

limbah pohon pisang. Di daerah pesisir, batang pisang digunakan masyarakat ketika

banjir datang sebagai alat transportasi untuk melewati banjir. Setelah banjir selesai,

batang pisang dihanyutkan begitu saja tanpa memperdulikan pengaruh negatif dari

limbahnya. Ketika limbah dapat dijadikan serat, kemungkinan manfaat positif dari

batang pisang dapat diciptakan, terutama yang berhubungan dengan palet dan

komposit. Komposit merupakan suatu sistem bahan yang tersusun dari proses

pencampuran atau penggabungan dua atau lebih konstituen yang berbeda dalam hal

bentuk atau komposisi bahan yang tidak larut satu sama lain.

Polietilena (PE) adalah salah satu polimer terbesar yang diproduksi. Selain

ringan, mudah dibentuk, cukup keras, tahan goresan, tahan terhadap zat kimia, sedikit

sekali menyerap air, sifatnya transparan dan tembus cahaya. PE memiliki kekuatan

benturan-benturan yang tinggi dan tahan terhadap pelarut organik pada suhu 600C.

Adanya keanekaragaman produk berbahan polietilena disebabkan karena polimer ini

dapat kompatibel dengan jumlah bahan aditif sehingga polimer dapat menyumbang

22% berat permintaan termoplastik di dunia (Ramzah, 2008). Polietilena mempunyai

sifat fisik keras dan kaku sehingga secara komersil selalu ditambah bahan aditif

dengan tujuan agar diperoleh derajat kekerasan dan kelunakan tertentu sehingga

bahan polietilena tersebut mudah dibentuk menjadi berbagai jenis sarang

(Wirjosentono, 1998).

Serat batang pisang merupakan serat alam. Serat batang pisang merupakan

(24)

keberadaannya dapat menjadi alternatif penggunaan bahan pengisi matriks yang

pernah ada secara lebih efektif, murah dan anti pencemaran. Karena pohon pisang

yang sudah dipanen tentu menjadi limbah, dan limbah inilah yang digunakan.

Material komposit memiliki sifat khas yaitu ringan, karena itu sifat kekuatan

dan kekakuan spesifiknya tinggi. Material komposit diproyeksikan menjadi material

pengganti bahan-bahan struktural konvensional seperti logam dan kayu. Material

komposisit salah satunya untuk komposit polietilena dengan penguat serat batang

pisang yang diharapkan dapat digunakan sebagai bahan plastik untuk menggantikan

palet kayu yang diperoleh dengan cara komposit berlapis (Berger, et.al, 1989).

Langkah penting dalam simulasi adalah penentuan jumlah kadar pengisi

dalam bahan polietilena yang digunakan dalam perhitungan. Dalam perhitungan

pencampuran polimer polietilena dengan serat batang pisang dapat membentuk bahan

komposit (Mayer, 1991). Persamaan-persamaan tersebut digunakan untuk

menghitung kekuatan tekan dan keelastisan. Uji mekanik specimen (ASTM D 638

Type IV) merupakan data yang akurat karena memegang peranan yang sangat

penting. Dengan simulator kita dapat mengetahui nilai kekuatan tekan dan keelastisan

untuk setiap persen kadar pengisinya yaitu serat batang pisang, sehingga jadwal

produksi dan penyelesaiannya dapat dilakukan lebih efektif.

1.2. Perumusan Masalah

Model sederhana kadangkala tidaklah cukup untuk memberikan solusi

(25)

metode simulasi, dalam hal ini untuk menentukan kekuatan tekan dan keelastisan

dengan perlakuan waktu yang berbeda dan perlakuan waktu yang konstan.

Permasalahan utamanya adalah bagaimanakah cara merancang simulasi komputasi

dengan Program Mathematica 5.1 yang akan memperlihatkan karakter komposit yang

dihasilkan tetap kuat dan keelastisan yang tinggi dengan pencampuran polietilena dan

serat batang pisang (90% : 10%). Untuk memenuhi persyaratan di atas - yaitu jumlah

kadar pengisi, kekuatan tekan, dan keelastisan maka perlu dilakukan variasi

penambahan jumlah kadar pengisi yaitu serat batang pisang sehingga diperoleh suatu

kondisi optimum yang sesuai untuk bahan palet kayu.

Berdasarkan latar belakang di atas, maka yang merupakan permasalahan

penelitian Analisis Simulasi tentang Karakter Polietilena dan Kadar Pengisi (Serat

Batang Pisang) sebagai Komposit untuk Bahan Palet Kayu ini adalah sebagai berikut:

1. Bagaimanakah pengaruh penambahan serat batang pisang (dalam persen)

terhadap karakteristik elastisitas pada penambahan waktu (dalam menit) dan pada

waktu konstan?

2. Bagaimanakah pengaruh penambahan serat batang pisang (dalam persen)

terhadap karakteristik kekuatan tekan pada penambahan waktu (dalam menit) dan

(26)

1.3. Tujuan Penelitian

Penelitian Analisis Simulasi tentang Karakter Polietilena dan Kadar Pengisi

(Serat Batang Pisang) sebagai Komposit untuk Bahan Palet Kayu ini memiliki tujuan

sebagai berikut:

1. Untuk mengetahui pengaruh penambahan serat batang pisang (dalam persen)

terhadap karakteristik elastisitas pada penambahan waktu (dalam menit) dan pada

waktu konstan.

2. Untuk mengetahui pengaruh penambahan serat batang pisang (dalam persen)

terhadap karakteristik kuat tekan pada penambahan waktu (dalam menit) dan pada

waktu konstan.

1.4. Hipotesis

Hipotesis penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Karakteristik komposit polietilena dan kadar pengisi (serat batang pisang) terbaik

dapat diperoleh melalui pencampuran dengan ratio (90% : 10%).

2. Kekuatan tekan dan keelastisan sangat dipengaruhi oleh persentase penambahan

serat batang pisang (10, 20, 30 dan 40%) dan waktu (5, 10, 15, 20, 25 dan 30

(27)

1.5. Pembatasan Masalah

Penelitian tesis ini dibatasi dengan hal-hal sebagai berikut:

1. Penilitian ini dilakukan dengan cara simulasi dan komputasi dengan

menggunakan program Mathematica versi 5.1.

2. Simulasi yang dilakukan dibatasi pada hasil pengukuran karakteristik polietilena

dan kadar pengisi (serat batang pisang) sebagai komposit untuk bahan palet kayu

(kuat tekan dan keelastisan).

1.6. Manfaat Penelitian

Penelitian tesis ini diharapkan memiliki manfaat sebagai berikut:

1. Secara umum akan memajukan penelitian di bidang material khususnya komposit

untuk bahan palet kayu melalui simulasi dan metode komputasi.

2. Dapat memberikan informasi awal untuk menentukan variabel-variabel yang

lebih tepat agar hasil yang diperoleh lebih baik bagi peneliti selanjutnya.

3. Dapat digunakan sebagai pendahuluan dalam menentukan kondisi yang

dibutuhkan dan memprediksi hasil yang diperoleh sebagai pengembangan

eksperimen berikutnya.

(28)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Sistem Komputer

Kehidupan manusia yang terus berkembang dan meningkat tidak dapat lepas

dari teknologi. Teknologi merupakan himpunan produk kebudayaan, berupa

sarana-prasarana fisik dan non-fisik, yang hadir di dalam masyarakat melalui proses evolusi

yang panjang sepanjang abad sejarah. Komputer atau lebih tepat teknologi berbasis

komputer hanyalah salah satu manifestasi terakhir dari teknologi informasi. Ilmu

komputer mempelajari apa yang biasa dilakukan oleh beberapa program dan apa yang

tidak (komputabilitas dan intelegensia buatan), bagaimana program itu harus

mengevaluasi suatu hasil (algoritma), bagaimana program harus menyimpan dan

mengambil data tertentu dari suatu informasi (struktur data) dan bagaimana program

dan pengguna berkomunikasi (___, 2009f).

Tujuan pokok dari sistem komputer adalah mengolah data untuk

menghasilkan informasi sehingga perlu didukung oleh elemen-elemen yang terdiri

dari perangkat keras (hardware), perangkat lunak (software) dan brainware.

Kemudian, secara garis besar komputer tersusun dari empat komponen utama: piranti

masukan, piranti keluaran, unit pemrosesan utama dan memori. Unit pemrosesan

utama (Central Processing Unit-CPU) adalah otaknya komputer, yang berfungsi

mengerjakan operasi-operasi dasar seperti operasi perbandingan, operasi perhitungan

(29)

menulis. Memori adalah komponen yang berfungsi menyimpan atau mengingat.

Yang disimpan di dalam memori adalah program (berisi operasi-operasi yang akan

dikerjakan oleh CPU) dan data atau informasi (sesuatu yang diolah oleh

operasi-operasi). Piranti masukan dan keluaran (I/O devices) merupakan alat fungsi untuk

memasukkan data atau program ke dalam memori dan alat yang digunakan komputer

untuk mengkomunikasikan hasil-hasil aktivasinya. Contoh piranti masukan adalah

papan kunci (keyboard), pemindai (scanner), mouse, joystick dan disk. Contoh alat

keluaran adalah layar peraga (monitor), printer dan disk.

Pembuatan program komputer tidak terlepas dari pembuatan model dan

sistem. Yang dikatakan sistem adalah suatu kumpulan dari komponen atau unsur

yang dianggap penyusun dari bagian dunia nyata yang dipertimbangkan, unsur

tersebut berhubungan satu sama lain dan dikelompokkan untuk tujuan studi dari

bagian dunia nyata tersebut. Seleksi dilakukan terhadap unsur penyusun sistem

berdasarkan tujuan studi, karenanya sistem hanya merupakan wakil dari bentuk

sederhana dari realita. Sedangkan model dapat dianggap sebagai substitusi

(pengganti) untuk sistem yang dipertimbangkan dan digunakan apabila lebih mudah

bekerja dengan subtitusi tersebut dibanding dengan sistem yang sesungguhnya.

Pembuatan model dapat dibedakan pada model fisika dan matematis. Model

fisika dibedakan antara model statik dan model dinamik. Model statik adalah model

yang hanya dapat menunjukkan nilai-nilai yang ditunjukkan oleh atribut ketika sistem

berada dalam keseimbangan. Sebaliknya model dinamik adalah model yang

(30)

Model matematis adalah model yang merupakan pembedaan dalam metode

analisis dan numeris. Pada metode analisis memakai teori matematika deduktif untuk

menyelesaikan model, merupakan cara untuk mendapatkan model yang dapat

diselesaikan dan merupakan solusi terbaik yang bersesuaian dengan model yang

dipelajari. Sedangkan pada metode numerik melibatkan penggunaan

prosedur-prosedur komputasi untuk menyelesaikan persamaan-persamaan yang ada (_____,

2009d).

2.2. Konsep Dasar Simulasi

Simulasi adalah proses yang diperlukan untuk operasional model atau

penanganan model untuk meniru tingkah laku sistem yang sesungguhnya. Dengan

demikian, simulasi dapat diartikan sebagai suatu sistem yang digunakan untuk

memecahkan atau menguraikan persoalan-persoalan dalam kehidupan nyata yang

penuh dengan ketidakpastian, dengan atau tidak menggunakan metode tertentu dan

lebih ditekankan pada pemakaian untuk mendapatkan solusi (Djunaidi, et.al, 2006).

Ini meliputi berbagai kegiatan seperti penggunaan diagram alir dan logika komputer,

serta penulisan kode komputer dan penerapan kode tersebut pada komputer untuk

menggunakan masukan dan menghasilkan keluaran yang diinginkan. Penggunaannya

modelling dan simulasi adalah proses yang berhubungan sangat erat. Adapun

(31)

Simulasi Model

Menjalankan Model Simulasi

Verifikasi Model Simulasi

Validasi Model Simulasi

Pendukung Pengambilan Keputusan Menggunakan Model

Membangun Model

Mengembangkan Model Simulasi

Mengumpulkan Data

Menetapkan Kontrol Eksperimen Formulasi Masalah

[image:31.612.113.528.108.521.2]

Spesifikasi Model

Gambar 2.1. Tahapan Studi Simulasi (Djunaidi, et.al, 2006)

2.3. Bahasa Pemrograman

Program komputer adalah sekumpulan instruksi yang dikenal oleh komputer

dan disusun menurut urutan yang logis untuk menyelesaikan suatu masalah (_____,

2009b). Pemrograman (Programming) adalah kegiatan yang berkaitan dengan

(32)

Bahasa yang digunakan untuk penulisan program disebut bahasa

pemrograman (programming language). Bahasa pemrograman komputer senantiasa

berkembang secara evolusi sejalan juga dengan perkembangan perangkat keras

komputer. Hingga saat ini telah dikenal ada lima generasi bahasa pemrograman

komputer, yaitu: (Zarlis, et.al, 2005)

1. Generasi 1, yaitu bahasa mesin.

2. Generasi 2, yaitu bahasa rakitan.

3. Generasi 3, yaitu bahasa prosedural.

4. Generasi 4, yaitu bahasa non prosedural.

5. Generasi 5, yaitu bahasa kecerdasan buatan.

2.3.1. Program Mathematica

Mathematica merupakan software komputasi sejenis dengan Maple atau

Matlab, yang penuh fitur di dalamnya termasuk fitur untuk membuat animasi.

Mathematica adalah salah satu bahasa pemrograman komputer generasi keempat

yang ditulis oleh Wolfarm Inc. Pada aplikasi yang dikembangkan oleh Wolfarm

Research yang handal dengan fasilitas terintegrasi lengkap untuk penyelesaian

beragam masalah matematika yang meliputi komputasi numerik, simbolik, dan

visualisasi grafik. Dengan Mathematica beragam kasus komputasi matematika, mulai

dari komputasi yang paling sederhana hingga yang paling rumit dapat diselesaikan

(33)

Cara terbaik dari Mathematica - program khusus metode ini adalah untuk

melihat contoh lengkap program yang memecahkan beberapa masalah non-trivial.

Sekalipun contoh tidak berada dalam bidang tertentu dari aplikasi yang anda tertarik,

anda akan dapat menggunakan ide yang sama untuk program anda sendiri. Grafis

aplikasi sangat cocok pada pembelajaran pemrograman, karena lebih mudah untuk

melihat apakah kode anda benar hanya dengan melihat gambar yang dibuatnya.

Contoh lain datang dari simbolis hitung, geometri, dinamika dan matematika numerik

(_____, 2009e).

Beberapa produk mathematica yang belakangan ini berkembang diantaranya

adalah paket S@M (Spinor@Mathematica) dengan aplikasi spinor-helicity yang

formal dalam Mathematica (Maitre dan Mastrolia, 2007). Ada juga produk

Stringvacua yaitu sebuah paket untuk mempelajari konfigurasi vacum dalam

penomena string (Gray, 2008).

Setiap membuka program Mathematica akan selalu memunculkan pertanyaan

yang specifik dalam bentuk keluaran dari mathematica. Nilai yang dihasilkan dari

Mathematica akan disimpan sebagai file.res, file.resTex (Skorupski, 2007).

Menurut Wolfarm (1991) Mathematica dapat digunakan sebagai:

1. Suatu simbol numerik dan kalkulator, jika pertanyaan diketik maka Mathematica

akan menjawab dalam print- out.

2. Suatu sistem visualisasi untuk fungsi data.

3. Suatu bahasa pemrograman tingkat tinggi di mana dapat dibuat program yang luas

(34)

4. Suatu sistem untuk gambaran pengetahuan ilmiah dan bidang teknik.

5. Suatu software plat form yang dapat membuat paket bangunan untuk aplikasi

yang spesifik.

6. Suatu cara untuk menciptakan dokumen interaktif dengan menggabungkan teks,

animasi grafik dan bunyi dengan formula yang aktif.

7. Suatu kontrol bahasa dan proses dan program eksternal.

8. Suatu sistem penyisipan dengan mengambil dari program lain.

Mathematica komputasi dapat dibagi menjadi tiga kelas utama yaitu:

1. Numerik

Mathematica dapat digunakan sebagai kalkulator elektronik, dapat memperoleh

hasil-hasil eksak, dapat menghasilkan perhitungan numerik yang tidak hanya

dengan angka-angka individu, tetapi juga dengan objek seperti: fungsi

matematika tingkat tinggi, matriks dan invers matriks, data numerik, aljabar

linier, statistik, dan operasi numerik pada fungsi dan analasis yang lain.

2. Simbol komputasi

Mathematica dapat digunakan mengolah objek simbolik, seperti mengubah

ekspresi aljabar, kalkulus, mengevaluasi simbol integral dan derivatif dan untuk

mencari solusi simbol persamaan differensial biasa dan lain sebagainya.

3. Grafik

Mathematica dapat menghasilkan grafik dua dimensi dan tiga dimensi. Untuk tiga

(35)

lain, bahkan beberapa versi Mathematica dapat membuat animasi grafik (_____,

2009a).

Sebagai hal yang fundamental Mathematica adalah merupakan aturan

transformasi, yang menetapkan bagaimana simbol suatu format ditransformasikan ke

dalam format yang lain, untuk mendapatkan banyak informasi, khususnya relasi

matematika. Simulasi adalah proses yang diperlukan untuk operasionalisasi model

atau penanganan model untuk meniru tingkah laku sistem yang sesungguhnya. Hal ini

meliputi berbagai kegiatan seperti penggunaan diagram alir dan logika komputer,

serta penulisan kode komputer dan penerapan kode tersebut pada komputer untuk

menggunakan masukan dan menghasilkan keluaran yang diinginkan. Pada

prakteknya, modeling dan simulasi adalah proses yang berhubungan sangat erat.

2.3.2. Tahapan dalam Pemrograman

Langkah-langkah yang dilakukan dalam penyelesaian masalah pada

pemrograman dengan komputer adalah (Zarlis dan Handrizal, 2007):

1. Definisi masalah

1.1Tentukan apa yang menjadi masalah

1.2Tentukan data input yang diperlukan

1.3Tentukan output yang diinginkan

2. Membuat bagan dan struktur cara penyelesaiannya.

2.1Bagan secara global

2.2Deskripsikan tugas masing-masing program

(36)

4. Pengkodean.

4.1Pilih bahasa pemrograman yang sesuai

4.2Menterjemahkan algoritma ke bahasa pemrograman

5. Mencari kesalahan.

5.1Kesalahan sintak (penulisan program)

5.2Kesalahan pelaksanaan: semantik, logika dan ketelitian

6. Uji dan verifikasi program.

7. Dokumentasi program.

8. Pemeliharaan program.

8.1Memperbaiki kekurangan yang ditemukan kemudian

8.2Memodifikasi, karena perubahan spesifikasi

Dengan perkembangan teknik pemrograman struktur, orang tidak lagi

memecahkan masalah dengan langsung menuliskan programnya dalam bahasa

pemrogram, namun sudah mulai dipikirkan suatu cara penyelesaian masalah yang

akan diprogram dengan menekankan pada desain atau rancangan yang mewakili

pemecahan masalah tersebut. Desain berupa urutan langkah-langkah pencapaian

solusi yang ditulis dalam notasi-notasi deskriptif. Urutan langkah-langkah yang

sistemastis untuk menyelesaikan sebuah masalah dinamakan logaritma. Notasi untuk

(37)

2.3.3. Metode Numerik

Metode numerik adalah suatu teknik penyelesaian yang diformulasikan secara

matematis dengan cara operasi hitungan/aritmatik dan dilakukan secara

berulang-ulang dengan bantuan komputer atau secara manual. Dengan menganalisis suatu

permasalahan yang didekati dengan menggunakan metode numerik, umumnya

melibatkan angka-angka dalam jumlah banyak dan melewati proses perhitungan

matematika yang cukup rumit. Perhitungan secara manual akan memakan waktu yang

panjang dan lama. Namun dengan munculnya berbagai software komputer, masalah

tersebut dapat diatasi dengan mudah. Sebuah model matematika secara sederhana

dapat didefinisikan sebagai sebuah formulasi atau persamaan yang mengekspresikan

suatu sistem atau proses dalam istilah matematika (Setiawan, 2006).

Banyak model matemetika yang tidak dapat diselesaikan secara eksak

sehingga alternatif penyelesaiannya adalah melalui solusi numerik yang merupakan

hampiran bagi solusi eksak. Akan tetapi terdapat sedikit perbedaan hasil antara solusi

analitik (eksak) dengan solusi numerik atau yang biasa disebut error (kesalahan).

Adanya error dalam pendekatan secara numerik dapat diminimalisasi dengan

mengambil selang interval perhitungan yang lebih kecil (Setiawan, 2006).

2.4. Polietilena, Sifat-Sifat dan Aplikasinya

Polietilena dibuat dari gas etilen yang diperoleh dengan memberi hydrogen

gas petroleum pada pemecahan minyak (nafta), gas alam atau asetilen. Polimerisasi

(38)

H H H H

n C = C  C = C

[image:38.612.117.527.85.546.2]

H H H H

Gambar 2.2. Reaksi Pembentukan Polietilena

Yang digolongkan menjadi polietilena tekanan tinggi, tekanan medium dan

tekanan rendah oleh tekanan polimerisasinya, atau masing-masing menjadi polietilena

massa jenis rendah (LPDE) dengan massa jenis 0,910 –_{0,926, polietilena massa jenis}

tinggi (HDPE) dengan massa jenis 0,941 –_{0,965, menurut massa jenisnya, karena}

sifat-sifatnya erat hubungannya dengan massa jenisnya (kristalinitas). Secara kimia

polietilena merupakan parafin yang mempunyai berat molekul yang tinggi, oleh

karena itu sifat-sifatnya serupa dengan sifat-sifat paraffin, yaitu terbakar kalau

dinyalakan dan menjadi cair, menjadi rata kalau dijatuhkan di atas air. Polietilena

mudah diolah, sehingga sering dicetak dengan penekanan, injeksi, ekstrusi peniupan

dan dengan hampa udara. Pada temperatur rendah bersifat fleksibel, tahan impak, dan

bahan kimia karena itu dipakai untuk berbagai keperluan termasuk untuk pembuatan

berbagai wadah.

Sifat-sifat polietilena adalah sebagai berikut:

(39)

2. Tegangan permukaan yang rendah.

3. Kekuatan benturan yang tinggi.

4. Tahan terhadap pelarut organik, bahan kimia anorganik, uap air, minyak, asam

dan basa.

5. Isolator yang baik tetapi dapat dirusak oleh asam nitrat pekat.

6. Mudah terbakar.

7. Titik leleh 1660C.

8. Dan suhu dekomposisi 3800C (Cowd, 1991).

Karena keteraturan ruang polimer ini maka rantai dapat terjejak sehingga

menghasilkan plastik yang kuat dan tahan panas. Sebagai jenis plastik komoditas,

polietilena banyak digunakan untuk komponen kenderaan bermotor, bagian dalam

mesin cuci, botol kemasan, peralatan rumah tangga, bahan serat, isolator listrik, film,

kemasan (berupa lembaran tipis) makanan dan barang (Cowd, 1991).

2.5. Serat Batang Pisang, Sifat-Sifat dan Komposisinya

Serat batang pisang termasuk salah satu serat alam yang diperoleh dari

kelopak batang pisang. Serat batang pisang memiliki penampang melintang yang

berbentuk lingkaran. Identitas morfologi penampang terhadap serat batang pisang

memiliki banyak rongga. Struktur permukaannya lebih menyerupai busa (sponge),

bahkan terdapat lubang yang cukup besar berada di tengah-tengah diameternya.

Analisis sifat kimia bertujuan untuk mengetahui komposisi kimia yang

(40)

sari, kadar alfa selulosa, kadar pentosan, serta kelarutannya dalam 1 % NaOH yang

dilakukan menurut SNI (Standar Nasional Indonesia). Hasil analis sifat kimia dan

[image:40.612.121.523.220.485.2]

komposisi serat batang pisang seperti ditunjukkan pada Tabel 2.1 berikut.

Tabel 2.1. Sifat Kimia dan Komposisi Serat Batang Pisang

Komponen Kimia Hasil Uji (%)

1. Kadar abu 2,97

2. Kadar Lignin (Metode Klakson) 14,12

3. Kadar Sari 3,32

4. Kadar Alfa Selulosa 36,91

5. Kadar Total Selulosa 78,14

6. Kadar Pentosan sebagai Hermiselusosa 18,21

7. Kelarutan dalam NaOH 1% 24,26

Sumber: Laboratorium Balai Besar Pulp dan Kertas (Ramzah, 2008).

Penentuan morfologis Serat Batang Pisang bertujuan untuk mengetahui

dimensi serat dan turunannya. Hal ini dilakukan menurut Standar Nasional Indonesia.

Setiap materi bila dilihat di bawah mikroskop, akan terlihat serat-seratnya melekat

satu sama lain. Dari penampang melintangnya, serat-serat tersebut mempunyai

dinding dan lubang tengah yang disebut lumen. Uji morfologi serbuk dilaksanakan

untuk menunjukkan panjang serat yang merupakan sifat utama untuk menentukan

(41)

2.6. Komposit dan Sifat-sifatnya

Komposit terdiri dari komponen bahan utama (matrik) dan bahan rangka

(reinforcement), bahan matrik dapat berupa polimer (Polimer Matriks Composits),

keramik (Ceramic Metal Composites), dan Metal (Metal Matrix Composites).

Sedangkan bahan rangka biasanya berupa serat-serat pendek, partikel dan lamina.

Penyusun komposit secara umum adalah logam bahan organik dan anorganik.

Bentuk bahan utama yang digunakan dalam pembentukan bahan komposit adalah

fiber, partikel, laminae, atau layer, flakes dalam matriks.

Komposit dapat dikelompokkan menjadi:

1. Komposit jenis serat yang mengandung serat-serat pendek dengan diameter kecil,

disokong oleh matriks yang berfungsi untuk menguatkan komposit, seperti

serabut kelapa, serat sintetis, kaca dan logam.

2. Komposit jenis lamina yaitu komposit yang mengandung bahan berlapis, diikat

bersama satu sama lain dengan menggunakan pengikat, contohnya papan

komposit yang dibuat dari papan venire dan perekat urea formaldehid atau phenol

formaldehid.

3. Komposit jenis partikel yaitu partikel tersebar dan diikat oleh matriks Polimer

(Premasingan, 2000 dalam Ramzah, 2008).

Agar komposit dapat membentuk produk yang efektif yaitu:

1. Komponen penguat harus memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi dari pada

matriksnya.

(42)

Komposit yang paling khas adalah melekatnya suatu bahan struktural

konstituen pada matriks. Namun, banyak komposit tidak memiliki matriks dan

tersusun dari satu atau lebih bentuk konstituen yang terdiri dari dua atau lebih bahan

yang berbeda. Berbagai cara pemprosesan komposit terus dikembangkan ke arah

sasaran produk yang bersifat seperti yang dikehendaki. Banyak contoh komposit

untuk pemakaian yang berbeda-beda misalnya beton bertulang merupakan komposit

yang terdiri dari besi beton dalam matriks beton, contoh umum lainnya adalah plastik

berpenguat, di mana unsur-unsur penguat adalah serat karbon, glass atau boron.

Sebagai contoh badan perahu dibuat dari plastik diperkuat dengan serat fiber plastik

(Vlack, 1989).

2.7. Palet

Sistem paletisasi, yaitu metode handling, transportasi dan penyimpanan

produk serta kemasannya dengan menggunakan sistem palet. Paletisasi menjadi hal

yang sangat penting dalam peningkatan efesiensi distribusi fisik karena

mempermudah standarisasi transaksi usaha, mempercepat siklus pengambilan alat

tranportasi, mengurangi ruang bongkar muat, mengurangi kerja manual yang berat

dan berisiko tinggi serta mengurangi rusaknya barang. Palet dapat dibuat dari

berbagai jenis material yaitu kayu, plastik, kertas dan metal.

Palet plastik digunakan sebagai sarana pendukung sistem logistik dalam

perrdagangan baik produksi dalam negeri maupun ekspor. Palet plastik mempunyai

(43)

aman dipakai, bebas dari paku dan sekrup, bersih higienis dan tidak beracun, tahan

terhadap bahan kimia terutama asam sulfat dan alkalis, tidak menyerap cairan, bentuk

stabil pada semua kondisi dan cuaca, tahan terhadap sinar ultra violet. Penggunaan

palet plastik sudah cukup luas misalnya untuk produk makanan dan minuman,

[image:43.612.117.530.249.505.2]

farmasi dan industri pertanian (Pudjiastuti, 2007).

Gambar 2.3. Spesimen Komposit Polietilena Serat Batang Pisang (PE-SBP)

2.8. Sifat Tegangan dan Regangan

Sifat-sifat mekanik pada polimer dapat dinyatakan dalam beberapa parameter

yaitu modulus elastisitas (young modulus), kekuatan tarik (tensile strength) dan

lain-lain. Kekuatan (strength) adalah ukuran besar gaya yang diperlukan untuk

(44)

diperoleh dengan membagi gaya maksimum dengan luas penampang mula-mula,

dimensinya sama dengan tegangan (Valck, 1989). Pada uji tekan beban kakas

sesumbu yang bertambah secara perlahan-lahan sampai putus (patah), maka saat yang

bersamaan dilakukan pengamatan mengenai pertambahan panjang yang dialami

sampel uji. Pertambahan panjang yang terjadi akibat kakas tarikan yang diberikan

pada sampel uji disebut deformasi, sedangkan regangan adalah perbandingan antara

(45)

[image:45.612.120.518.138.646.2]

Tabel 2.2. Uji Mekanik Spesimen (ASTM D 638 Type IV)

Sampel Kekuatan Tekan

(Kgf)

Keelastisan (Kgf)

Waktu (Menit)

PE 100 % 6,9 89,78 5

PE 100 % 11,9 81,26 10

PE 100 % 8,5 90,91 15

PE 100 % 13,1 90,84 20

PE 100 % 13,5 91,24 25

PE 100 % 18,3 81,20 30

PE 90 % 15,3 108,73 5

PE 90 % 12,9 81,89 10

PE 90 % 12,6 91,16 15

PE 90 % 8,6 90,82 20

PE 90 % 9,8 91,25 25

PE 90 % 16,8 81,28 30

PE 80 % 16.6 108,33 5

PE 80 % 14,7 91,66 10

PE 80 % 9,6 90,96 15

PE 80 % 6,9 90,82 20

PE 80 % 16,6 81,65 25

PE 80 % 12,9 81,38 30

PE 70 % 12,6 108,33 5

PE 70 % 7,5 91,37 10

PE 70 % 7,4 70,76 15

PE 70 % 11,3 90,88 20

PE 70 % 12,1 84,17 25

PE 70 % 15,6 81,2 30

PE 60 % 7,5 88,79 5

PE 60 % 12,6 91,5 10

PE 60 % 10,4 90,75 15

PE 60 % 9,1 90,8 20

PE 60 % 16,5 82,8 25

PE 60 % 3,3 75,72 30

(46)

2.9. Modulus Patah dan Modulus Elastisitas

Dalam pengujian tekan digunakan rumus modulus patah dan modulus

elatisitas yaitu:

1. Modulus Patah (MOR)

Kekuatan patah sering juga disebut dengan Modulus of Rupture (MOR) yang

menyatakan ukuran ketahanan bahan terhadap tekanan mekanis dan tekanan

panas (Junshiro, 1991 dalam Juliandi, 2008). Besar kekuatan patah pada komposit

dapat ditentukan dengan standar ASTM D 638 Type IV melalui persamaan

sebagai berikut:

2

2 3

lt PL

MOR ………_.(1)

2. Modulus Elastisitas (MOE)

Besar elastisitas pada komposit dapat ditentukan dengan standar ASTM 638 Type

IV dengan persamaan sebagai berikut:

3 3

4 ylt PL

MOE  ………_...(2)

Di mana:

MOR = Modulus patah (kg/cm2)

MOE = Modulus elastisitas (kg/cm2

)

P = Beban patah (kgf)

L = Jarak sanggah (cm)

l = Lebar specimen (cm)

t = Tebal specimen (cm)

(47)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Pemilihan dan Pengambilan Data

Data yang digunakan dalam penelitian Analisis Simulasi tentang Karakter

Polietilena dan Kadar Pengisi (Serat Batang Pisang) sebagai Komposit untuk Bahan

Palet Kayu ini diambil dari hasil penelitian Ramzah (2008).

3.2. Parameter yang Digunakan

Parameter yang digunakan pada analisis ini meliputi sebagai berikut:

a. Korelasi Keelastisan (MOE) terhadap Waktu (T)

b. Korelasi Kuat Tekan (MOR) terhadap Waktu (T)

c. Korelasi Keelastisan (MOE) terhadap Waktu Konstan

d. Korelasi Kuat Tekan (MOR) terhadap Waktu Konstan

3.2.1. Korelasi Keelastisan (MOE) terhadap Waktu (T)

Hubungan keelastisan dengan pertambahan waktu secara geometris adalah

sebagai berikut:

MOE = aTb………_..………₍₃₎

bila diambil logarima kedua ruas persamaan tersebut maka diperoleh:

log MOE = log a + b log T………₍₄₎

Analog dengan persamaan linier

(48)

Di mana:

y = log MOE

a = log a

x = log T

Untuk memperoleh konstanta a dan b digunakan metode kuadrat terkecil

melalui persamaan regresi linier, yaitu:



















2

2 2 X X n XY X X Y a         











2

2 X X n Y X XY n b        

Dengan cara yang sama untuk sifat-sifat yang lain, yaitu:

3.2.2. Korelasi Kekuatan Tekan (MOR) terhadap Waktu (T)

Hubungan kekuatan tekan dengan pertambahan waktu secara geometris

sebagai berikut:

MOR = aTb ………_..………₍₅₎

bila diambil logaritma kedua ruas persamaan tersebut maka diperoleh:

log MOR = log a + b log T………₍₆₎

3.2.3. Korelasi Keelastisan (MOE) terhadap Kadar Pengisi Sampel (C) dengan Waktu Konstan

Hubungan keelastisan terhadap naiknya kadar pengisi sampel dengan waktu

konstan secara geometris sebagai berikut:

(49)

Bila diambil logaritma kedua ruas persamaan tersebut diperoleh:

log MOE = log a + b log C…………₍₈₎

3.2.4. Korelasi Kekuatan Tekan (MOR) terhadap Kadar Pengisi Sampel (C) dengan Waktu Konstan

Hubungan kekuatan tekan terhadap naiknya kadar pengisi sampel dengan

waktu konstan secara geometris sebagai berikut:

MOR = aCb………_...…₍₉₎

Bila diambil logaritma kedua ruas persamaan tersebut diperoleh:

log MOR = log a + b log C ………_.(10)

3.3. Algoritma Analisis Simulasi

Pengertian algoritma menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia terbitan Balai Pustaka 1988 adalah urutan logis pengambilan keputusan untuk pemecahan masalah. Pada ilmu komputer atau informatika, algoritma merupakan pusatnya dimana banyaknya cabang ilmu komputer yang diacu dalam terminologi algoritma, yang berisi langkah-langkah penyelesaian suatu masalah. Langkah-langkah tersebut dapat berupa runtunan aksi, pemilihan aksi dan pengulangan aksi. Ketiga jenis langkah tersebut membentuk konstruksi suatu logaritma. Proses dengan melaksanakan atau mengeksekusi algoritma yang menjabarkan proses tersebut merupakan pemrosesan yang dilakukan oleh alat yang disebut dengan komputer.

Algoritma memiliki beberapa ciri sebagai berikut (Suarga, 2006):

1. Algoritma memiliki awal dan akhir. Suatu algoritma harus berhenti setelah

mengerjakan serangkaian tugas atau dengan kata lain suatu algoritma memiliki

langkah yang terbatas.

2. Setiap langkah harus didefenisikan dengan tepat sehingga tidak memiliki arti

(50)

3. Memiliki masukan (input).

4. Memiliki keluaran (out put).

5. Algoritma harus efektif, bila diikuti benar-benar akan menyelesaikan persoalan.

Konsep pemrograman dapat juga digambarkan dengan menggunakan flowchart (diagram alir) yang berupa untaian simbol gambar (chart) yang menunjukkan aliran (flow) dari proses terhadap data (Suarga, 2006).

Ada 2 jenis flowchart yaitu (Zarlis dan Handrizal, 2007):

1. Flowchart sistem yaitu bagan dengan simbol-simbol tertentu yang

menggambarkan urutan prosedur dan proses suatu file di dalam media lain, dalam

suatu sistem pengolahan data.

2. Flowchart program yaitu bagan dengan simbol-simbol tertentu yang

menggambarkan urutan proses dan hubungan antar proses secara detil di dalam

suatu program.

(51)

Proses Data Input/output data

Proses Alternatif Lambang Fungsi

Seleksi/pilihan Untuk mulai atau selesai

Definisi awal dari data Penghubung halaman yang

berbeda

Penghubung pada halaman Garis Penghubung

Dalam pembuatan suatu program yang utuh perlu dilakukan perancangan

algoritma sehingga dapat memperjelas langkah-langkahnya. Berikut ini akan

dilakukan pembuatan algoritma program simulasi untuk menentukan elastisitas,

dan kuat tekan.

3.3.1. Algoritma Program Simulasi untuk Menentukan Keelastisan

Adapun algoritma untuk menentukan keelastisan adalah sebagai berikut:

(52)

P = beban patah (kg)

L = jarak sanggah (cm)

l = lebar specimen (cm)

t = tebal specimen (cm)

y = jarak defeksi (cm)

PROSES

1. Kalkulasi keelastisan

2. Kalkulasi logaritma keelastisan

3. Kalkulasi logaritma waktu

4. Kalkulasikan perkalian logaritma keelastisan dan logaritma waktu

5. Kalkulasikan logarima waktu kuadrat

6. Dilakukan perulangan untuk 6 data

7. Kalkulasi sigma logaritma keelastisan

8. Kalkulasikan sigma logaritma waktu

9. Kalkulasikan sigma logaritma keelastisan dan logaritma waktu

10.Kalkulasikan sigma waktu kuadrat

11.Kalkulasikan kuadrat sigma logaritma suhu

12.Kalkulasikan logaritma a

13.Kalkulasikan antilogaritma a

14.Kalkulasi b

(53)

OUT PUT

1. Untuk memperoleh hasil tekan key shift + enter

2. Plot grafik dengan memblok seluruh program lalu ditekan key Ctrl + Y

3.3.2. Algoritma Program Simulasi untuk Menentukan Kekuatan Tekan

Adapun algoritma untuk menentukan keelastisan adalah sebagai berikut:

INPUT :

P = beban patah (kg)

L = jarak sanggah (cm)

l = lebar specimen (cm)

t = tebal specimen (cm)

y = jarak defeksi (cm)

b, h = dimensi, sampel

PROSES

1. Kalkulasi kuat tekan

2. Kalkulasi logaritma kuat tekan

3. Kalkulasi logaritma waktu

4. Kalkulasikan perkalian logaritma kuat tekan dan logaritma waktu

5. Kalkulasikan logaritma waktu kuadrat

6. Dilakukan perulangan untuk 6 data

7. Kalkulasi sigma logaritma kuat tekan

8. Kalkulasikan sigma logaritma waktu

(54)

10.Kalkulasikan sigma waktu kuadrat

11.Kalkulasikan kuadrat sigma logaritma suhu

12.Kalkulasikan logaritma a

13.Kalkulasikan antilogaritma a

14.Kalkulasi b

15.Kalkulasi kuat tekan

OUT PUT

1. Untuk memperoleh hasil tekan key shift + enter

(55)

3.3.3. Flowchart korelasi Keelastisan (MOE) terhadap Waktu (T)

Berikut ini akan diperlihatkan flowchart korelasi keelastisan terhadap waktu:

Tujuan flowchart di atas adalah untuk melakukan proses menghitung nilai keelastisan komposit. Hasil yang ditunjukkan berupa nilai keelastisan hasil eksperimen, hasil simulasi dan grafik.

F

F T

for i = 1 to n Start

If a & b = 0 Input waktu (T)

MOE = a * pangkat (T,b)

Cetak MOE

Hitung MOE lagi _End

Input jumlah data (n)

Inisialisasi Xtot = 0, Ytot = 0

X2_tot_{= 0, XY}_tot_{= 0}

MOE=(P*L^3_)/(4*y*l*t^3₎

Ytot = Ytot + log (MOEi)

Xtot = Xtot + log (Ti)

XYtot = XYtot + log (Ti)* log (MOEi)

X2_tot_{= X}2_tot_{+ log (T}_i_{)* log (T}_i₎

E o F

log a = (Ytot * X2tot– X tot * XYtot) /

n*Xa = log lnv(log a) 2_tot_–_{pangkat (X}_tot_{, 2)}

b = (n*XYtot– X tot *Ytot) /

(n*X2_tot_–_{pangkat (X}_tot_{, 2)}

Update nilai a dan b F

(56)

3.3.4. Flowchart korelasi Kekuatan Tekan (MOR) terhadap Waktu (T)

Berikut ini akan diperlihatkan flowchart korelasi kekuatan tekan terhadap waktu.

Tujuan flowchart di atas adalah untuk melakukan proses menghitung nilai kuat tekan komposit. Hasil yang ditunjukkan berupa nilai kuat tekan hasil eksperimen, hasil simulasi dan grafik.

T

F

F for i = 1 to n

Start

If a & b = 0

Input waktu (T)

MOR = a * pangkat (T,b)

Cetak MOR

Hitung MOR lagi

End

X2_tot_{= 0, XY}_tot_{= 0}

MOR=(3*P*L)/(2*l*t^2₎

Ytot = Ytot + log (MORi)

Xtot = Xtot + log (Ti)

XYtot = XYtot + log (Ti)* log (MORi)

X2_tot_{= X}2_tot_{+ log (T}_i_{)* log (T}_i₎

E o F

n*X2_tot_–_{pangkat (X}_tot_{, 2)}

a = log lnv(log a)

(57)

3.3.5. Flowchart Korelasi Keelastisan (MOE) terhadap Kadar Pengisi Sampel

(C) dengan Waktu Konstan

Berikut ini akan diperlihatkan flowchart keelastisan terhadap kadar pengisi

sampel dengan waktu konstan.

Tujuan flowchart di atas adalah untuk melakukan proses menghitung nilai keelastisan komposit terhadap kadar pengisi dengan waktu konstan. Hasil yang ditunjukkan berupa nilai keelastisan hasil eksperimen, hasil simulasi dan grafik.

F

T

F

If a & b = 0

Input Kadar Pengisi(C)

MOE = a * pangkat (C,b)

Cetak MOE

Hitung MOE lagi

End

Inisialisasi

Xtot = 0, Ytot = 0

X2_tot = 0, XYtot = 0

Input data MOE, C

Ytot = Ytot + log (MOEi)

Xtot = Xtot + log (Ci)

XYtot = XYtot + log (Ci)* log (MOEi)

X2_tot_{= X}2_tot_{+ log (C}_i_{)* log (C}_i₎

E o F

log a = (Ytot * X2tot_– X tot * XYtot) /

a = log lnv(log a)

(58)

3.3.6. Flowchart Korelasi Kekuatan Tekan (MOR) terhadap Kadar Pengisi Sampel (C) dengan Waktu Konstan

Berikut ini akan diperlihatkan flowchart keelastisan terhadap kadar pengisi

sampel dengan waktu konstan.

Tujuan flowchart di atas adalah untuk melakukan proses menghitung nilai kuat tekan komposit terhadap kadar pengisi dengan waktu konstan. Hasil yang ditunjukkan berupa nilai keelastisan hasil eksperimen, hasil simulasi dan grafik.

F

F T

If a & b = 0

Input Kadar Pengisi(C)

MOR = a * pangkat (C,b)

Cetak MOR

Hitung MOR lagi

End

X2_tot_{= 0, XY}_tot_{= 0}

Input data MOR, C

Ytot = Ytot + log (MORi)

Xtot = Xtot + log (Ci)

XYtot = XYtot + log (Ci)* log (MORi)

X2_tot_{= X}2_tot_{+ log (C}_i_{)* log (C}_i₎

E o F

a = log lnv(log a)

(59)

10 15 20 25 30

t

H

menit

L

87.2

87.4 87.6 87.8 88 88.2

E

H

kgf

L

_Grafik _Elastisitas _{Vs Waktu} BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Analisis Simulasi Keelastisan (MOE) dan Kuat Tekan (MOR) terhadap Waktu (T)

4.1.1. Keelastisan (MOE)

Hasil analisis simulasi korelasi keelastisan terhadap waktu dengan berbagai

variasi persentase penambahan polietilena dengan batas waktu minimum 5 menit dan

waktu maksimum diperlihatkan pada Gambar 4.1 (penggunaan sampel polietilena

100%), Gambar 4.2 (penggunaan sampel polietilena 90%), Gambar 4.3 (penggunaan

sampel polietilena 80%), Gambar 4.4 (penggunaan sampel polietilena 70%) dan

Gambar 4.5 (penggunaan sampel polietilena 60%).

[image:59.612.119.528.329.651.2]

(60)

Elastisitas Polietilena 100 % 89.78

81.26

90.91 90.84 91.24

81.2 80

82 84 86 88 90 92

0 5 10 15 20 25 30 35 Waktu (menit)

E

la

s

ti

s

it

a

s

(

k

g

[image:60.612.111.528.108.533.2]

f)

Gambar 4.1a. Korelasi antara Elastisitas terhadap Waktu untuk Sampel PE 100% dengan Eksperimen

Dari Gambar 4.1 di atas dapat dilihat bahwa dengan metode simulasi untuk

sampel PE 100% menunjukkan bahwa bertambahnya waktu maka nilai elastisitasnya

cenderung menurun atau dengan kata lain terjadi korelasi negatif antara elastisitas

dengan pertambahan waktu. Sedangkan hasil eksperimen menunjukkan nilai

elastisitas yang fluktuatif dengan bertambahnya waktu. Hasil eksperimen yang

fluktuatif ini diduga akibat pengambilan data yang kurang teliti. Dari Gambar 4.1

diperoleh nilai elastisitas untuk sampel polietilena 100% pada waktu 5 menit: 88,20

kgf; waktu 10 menit: 87,70 kgf; waktu 15 menit: 87,41 kg; waktu 20 menit: 87,21

(61)

10 15 20 25 30

t

H

menit

L

87.5 90 92.5 95 97.5 100

E

H

kgf

L

Grafik Elastisitas Vs Waktu

Gambar 4.2. Korelasi antara Elastisitas terhadap Waktu untuk Sampel PE 90% dengan Simulasi

Elastisitas Polietilena 90 % 108.73

81.89

91.16 90.82 91.25

81.28 80 85 90 95 100 105 110

0 5 10 15 20 25 30 35 Waktu (menit) E la s ti s it a s (k g f)

Gambar 4.2a. Korelasi antara Elastisitas terhadap Waktu untuk Sampel PE 90% dengan Eksperimen

Dari Gambar 4.2 dan 4.2a di atas dapat dilihat bahwa dengan bertambahnya

[image:61.612.112.520.102.579.2]

(62)

dapat disimpulkan bahwa hasil simulasi dan eksperimen menghasilkan korelasi yang

negatif antara nilai elastisitas dengan pertambahan waktu menggunakan PE 90%.

Dari Gambar 4.2 diperoleh bahwa nilai elastisitas untuk sampel polietilena 90% pada

waktu 5 menit: 101,45 kgf; waktu 10 menit: