PENGARUH BESAR BUTIRAN ALUMINIUM-SILIKON (AL-SI), DAN KARBON SEKAM PADI DENGAN MENGGUNAKAN POLYESTER BQTN 157 TERHADAP NILAI PENGUJIAN KEKERASAN, KEAUSAN,
DAN KOEFISIEN GESEK KAMPAS REM
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Oleh :
FAHRI MUHAMAD D200140025
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2019
i
HALAMAN PERSETUJUAN
PENGARUH BESAR BUTIRAN ALUMINIUM-SILIKON (AL-SI), DAN KARBON SEKAM PADI DENGAN MENGGUNAKAN POLYESTER BQTN 157 TERHADAP NILAI PENGUJIAN KEKERASAN, KEAUSAN,
DAN KOEFISIEN GESEK KAMPAS REM
PUBLIKASI ILMIAH
Oleh:
Fahri Muhamad D200140025
Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh:
Dosen Pembimbing
ii
HALAMAN PENGESAHAN
VARIASI UKURAN MESH (Al-Si) DAN KARBON TEMPURUNG KELAPA DENGAN MENGGUNAKAN POLYESTER BQTN 157 TERHADAP NILAI PENGUJIAN KEKERASAN, KEAUSAN DAN
KOEFISIEN GESEK KAMPAS REM
OLEH Fahri Muhamad
D200140025
Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji Fakultas Teknik Progam Studi Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Surakarta pada hari Senin, 11 November 2019 dan dinyatakan telah memenuhi syarat
Dewan Penguji : 1. Ir. Pramuko Ilmu Purboputro, M.T.
(Ketua Dewan Penguji) (.…...……….)
2. Ir. Sunardi Wiyono, M.T.
(Anggota I Dewan Penguji ) (……….)
3. Ir. Masyrukan, M.T.
(Anggota II Dewan Penguji ) (……….)
Dekan,
Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D. NIK.682
iii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam publikasi ilmiah ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Apabila kelak terbukti ada ketidakbenaran dalam pernyataan saya di atas, maka akan saya pertanggungjawabkan sepenuhnya.
Surakarta, 11 November 2019 Penulis
FAHRI MUHAMAD D200140025
1
PENGARUH BESAR BUTIRAN ALUMINIUM-SILIKON (AL-SI), DAN KARBON SEKAM PADI DENGAN MENGGUNAKAN POLYESTER BQTN 157 TERHADAP NILAI PENGUJIAN KEKERASAN, KEAUSAN,
DAN KOEFISIEN GESEK KAMPAS REM Abstrak
Pada penelitian ini peneliti ingin memahami dan membuat sampel kampas rem sepeda motor dengan menggunakan bahan komposit ramah lingkungan. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu fiberglass, karbon sekam padi, serbuk Al-Si variasi mesh 50, 60, 100, kalsium karbonat, barium sulfat dan resin polyester dengan katalis sebagai matriks. Kemudian di uji gesek dengan uji kering, uji air, uji air garam, uji oli dan uji minyak rem dengan beban 20 kg selama 3 jam dan di uji kekerasan menggunakan Durometer dengan standar ASTM D2240. Dari hasil uji kekerasan nilai tertinggi pada variasi Al-Si mesh 100 yaitu 90,03 Shore D. Hasil pengujian gesek nilai keausan tertinggi pada semua kondisi dari variasi Al-Si mesh 100 yaitu 24,879 mm³/jam, 20,732 mm³/jam, 22,114 mm³/jam, 22,114 mm³/jam, 29,025 mm³/jam. Dari hasil pengujian gesek di dapat nilai koefisien gesek nilai tertinggi pada semua kondisi dari variasi Al-Si mesh 100 yaitu 0,668, 0,601, 0,572, 0,604, 0,608. Pada foto mikro setelah uji gesek kampas rem variasi mesh 50 mengalami kegagalan bonding adhesive sedangkan variasi mesh 60, 100 dan pasaran x mengalami kegagalan bonding kohesive. Dari hasil pebahasan dapat di simpulkan besar kecil butiran Al-Si mempengaruhi nilai kekerasan, keausan dan koefisien gesek kampas rem.
Kata kunci : serbuk Al-Si, karbon sekam padi, polyester Abstract
In this study, researchers wanted to understand and make a sample of motorcycle brake pads using environmentally friendly composite materials. The materials used in this research are fiberglass, rice husk carbon, Al-Si powder, variations of mesh 50, 60, 100, calcium carbonate, barium sulfate and polyester resin with catalyst as a matrix. Then the friction test with dry test, water test, salt water test, oil test and brake fluid test with a load of 20 kg for 3 hours and tested hardness using the Durometer with ASTM D2240 standard. From the results of the hardness test the highest value on the variation of Al-Si mesh 100 that is 90.03 Shore D. The results of friction testing the highest wear value in all conditions of the variation of Al-Si mesh 100 is 24,879 mm³ / hour, 20,732 mm³ / hour, 22,114 mm³ / hour, 22,114 mm³ / hour, 29,025 mm³ / hour. From the results of friction testing, the highest value of the coefficient of friction can be obtained in all conditions of Al-Si mesh 100 variations, namely 0.668, 0.601, 0.572, 0.604, 0.608. In the micro photos after the friction test the brake mesh variation of mesh 50 has failed bonding adhesive while the variation of mesh 60, 100 and market x have failed cohesive bonding. From the results of the discussion, it can be concluded that the size of the Al-Si grain affects the value of hardness, wear and brake coefficient of friction.
2 1. PENDAHULUAN
Semakin berkembangnya teknologi dalam dunia otomotif banyak sekali perkembangan dalam meningkatkan mutu produktifitas yaitu salah satunya adalah kampas rem, kampas rem salah satu komponen yang ada pada kendaraan bermotor yang berfungsi untuk memperlambat atau menghentikan kendaraan bermotor khususnya kendaraan yang ada di darat. Sehingga setiap produsen merancang dan membuat sistem dan komponen rem yang sesuai dengan kemampuan kendaraan.
Secara umum bahan friksi kampas rem memiliki tiga penyusun yaitu bahan pengikat, bahan serat dan bahan pengisi. Dalam pembuatan kampas rem, keausan suatu bahan komposit semakin besar atau semakin mudah aus dapat di pengaruhi oleh besarnya gaya kompaksi dan campuran dari beberapa variasi bahan. Dan komposit dalam kampas di pengaruhi beberapa faktor diantaranya Pemanasan (sintering).
Dari beberapa hal di atas mendorong penulis melakukan perancangan dalam pembuatan kampas rem yang ramah lingkungan untuk mendapatkan pengereman yang maksimal maka di butuhkan kampas rem dengan kemampuan yang baik. Dalam hal ini peneliti ingin menggunakan bahan non asbes, karena lebih ramah lingkungan dan hanya memanfaatkan serat-serat alam yang memiliki karakteristik yang baik serta harganya relatif terjangkau. Sekam padi merupakan kulit padi yang dihasilkan dari mesin pengupas biji padi menjadi beras. Selama ini pemanfaatan kulit padi atau sekam masih kurang, hanya sebatas untuk pembuatan arang dan keperluan lainnya. Sekam padi memiliki fungsi mengikat logam berat dari limbah yang dihasilkan pabrik industri. Abu sekam padi yang telah mengikat limbah logam berat bisa dimanfaatkan lagi sebagai geopolimer. Manfaat dari geopolimer adalah sebagai campuran bahan bangunan yang tahan api. Teknologi geopolimer selain ramah lingkungan juga sederhana dan tepat
Piston merupakan salah satu komponen kendaraan bermotor yang sering di gunakan sekali pakai. Limbah piston yang sering meningkat mendorong penulis untuk melakuakan perancangan untuk bahan pembuatan kampas rem, di karenakan piston terbuat dari paduan Aluminium silikon (Al-Si). Paduan ini memiliki daya tahan korosi, abrasi/tahan aus,ringan,koefisien muai rendah dan juga mempunyai
3
kekuatan yang tinggi. Selama ini limbah piston yang pemanfaatannya sebatas pada peleburan ulang (remelting).
Dalam penelitian ini mencari material alternatif kampas rem dengan performa yang baik serta tidak menimbulkan efek buruk bagi lingkungan, Sehingga peneliti menggunakan bahan karbon sekam padi, Al-Si dengan variasi mesh 50,60,100 pada kedua bahan tersebut dan di padukan dengan bahan barium sulfat,kalsium karbonat dan fiber glass, bermetriks polyester dengan melakukan pengujian kekerasan dengan standart ASTM D2240, foto mikro, pengujian keausan dan koefisien gesek pada kondisi kering, pengaruh air, pengaruh oli, pengaruh air garam / asam, dan pengaruh oli rem
2. METODE
2.1 Diagram Alir Penelitian
4 2.2 Bahan dan Alat
2.2.1.Bahan
a) Barium Sulfat b) Calsium Karbonat c) Resin Epoxy
d) Plat Kampas Honda e) Fiberglass
f) Polyester BQTN 157 g) Karbon Sekam Padi h) Serbuk Al-Si i) Cobalt j) Katalis 2.2.2. Alat a) Mesin Pres b) Dies (cetakan) c) Heater
d) Unit Pengontrol suhu (Therocontrol) e) Non-contact infrared Thermometer f) Digital Tachometer g) Clamp Meter h) Jangka Sorong i) Timbangan Digital j) Oven k) Blender l) Mesin Bubut m) Mesin Frais n) Alat Uji Gesek o) Alat Uji Kekerasan p) Alat uji Foto Mikro
5 2.3 Langkah Penelitian
Pada penelitian ini menggunakan variasi ukuran besar butir AL- Si sebanyak 30 spesimen. Dari masing-masing jenis variasi di lakukan berbagai pengujian yaitu pengujian kekerasan, pengujian gesek, dan foto mikro.
Gambar 2 Kampas rem a). Mempersiapkan bahan dan alat.
b). Melakukankan penimbangan.
c). Pencampuran bahan-bahan hingga merata kemudian di masukkan ke cetakan yang sudah terpasang plat kampas yang sudah di kasih perekat.
d). Kemudian di pres dengan beban 4,5 ton suhu 80˚C.
e). Di sintering dengan suhu 140˚C selama 15 menit, setelah ini di lakukan pengujian kekerasan, pengujian gesek dan foto mikro dan diambil data dari pengujian.
Mencari nilai keausan
𝐾𝑒𝑎𝑢𝑠𝑎𝑛 =(T0−T1)A
𝑡 (1)
dimana :
T0 = tinggi awal kampas (mm)
T1 = tinggi akhir kampas (mm)
T = lama waktu pengujian (jam)
A = luas permukaan kampas (mm²)
6 μ = T 2 x Fn x r (2) dimana : µ = koefisien gesek T = Torsi (N.m) Fn = beban (N)
r = jarak dari titik pembebanan ke kampas (m)
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 3 Histogram Perbedaan Nilai Kekerasan Durometer Shore D
Gambar 4 Histogram Keausan Kampas Rem Pada Kondisi Pengujian Kering.
7
Gambar 5 Histogram Keausan Kampas Rem Pada Kondisi Pengujian Air.
Gambar 6 Histogram Keausan Kampas Rem Pada Kondisi Pengujian Oli.
Gambar 7 Histogram Keausan Kampas Rem Pada Kondisi Pengujian Air Garam.
8
Gambar 8 Histogram Keausan Kampas Rem Pada Kondisi Pengujian Minyak Rem.
Gambar 9 Histogram Keausan Kampas Rem Pada Kondisi Pengujian Air.
Gambar 10 Histogram Koefisien Gesek Kampas Rem Pada Kondisi Pengujian Kering.
9
Gambar 11 Histogram Koefisien Gesek Kampas Rem Pada Kondisi Pengujian Oli.
Gambar 12 Histogram Koefisien Gesek Kampas Rem Pada Kondisi Pengujian Air Garam.
Gambar 13 Histogram Koefisien Gesek Kampas Rem Pada Kondisi Pengujian Minyak Rem.
10 4. PENUTUP
4.1 Kesimpulan
a) Nilai kekerasan dari kampas rem Al-Si dengan variasi mesh 100 memiliki nilai paling tinggi yaitu 90,03 skala shore D, sedangkan nilai kekerasan pada mesh 60 dengan nilai 89,11 shore D, nilai kekerasan pada mesh 50 dengan nilai 87,16 shore D, dan pada nilai kekerasan kampas pasaran x memiliki nilai terendah dengan nilai 85,43 shore D dari hasil tersebut di simpulkan besar butiran Ai-Si mempengaruhi nilai kekerasan kampas rem.
b) Dari hasil pengujian keausan kampas menunjukkan bahwa variasi kampas mesh 100 memiliki nilai keausan paling rendah dari semua pengujian dari pengujian kering dengan nilai 24,879 mm³/jam, pengujian air dengan nilai 20,732 mm³/jam, pengujian oli dengan nilai 22,114 mm³/jam, pengujian air garam dengan nilai 22,114 mm³/jam, pengujian minyak rem dengan nilai 29,025. Dan keausan tertinggi pada kampas pasaran x terjadi ke semua pengujian, jadi untuk kampas pasaran terbukti pada nilai kekerasan di mana semakin lunak nilai keausan semakin tinggi dan besar butiran Al-Si sangat mempengaruhi nilai keausan kampas rem yang di sebabkan struktur kampas yang padat akan memperlambat laju keausan itu sendiri.
c) Hasil pengujian gesek menunjukkan nilai koefisien gesek dengan nilai tertinggi pada semua kondisi yaitu variasi Al-Si mesh 100 dengan nilai pengujian kering sebesar 0,668, kondisi air dengan nilai sebesar 0,601, pengujian oli dengan nilai sebesar 0,572, pengujian minyak rem dengan nilai sebesar 0,604, pengujian air garam dengan nilai sebesar 0,608. Dan koefisien gesek pada kampas pasaran x dengan nilai pengujian kering sebesar 0,649, kondisi air dengan nilai sebesar 0,581, pengujian oli dengan nilai sebesar 0,513, pengujian minyak rem dengan nilai sebesar 0,525, pengujian air garam dengan nilai sebesar 0,523, jadi dari hasil pegujian ini dapat disimpulkan bahwa semakin kecil ukuran butiran pada Al-Si dan luasan penampang yang luas maka akan meningkatkan nilai koefisien gesek dari kondisi kering, air, oli, air
11
garam maupun minyak rem dan semakin besar nilai torsi maka akan semakin besar nilai koefisien geseknya.
4.2Saran
Hasil dari penelitian ini, penulis mempunyai beberapa saran untuk dilakukan pada
penelitian selanjutnya dalam proses pengembangan dalam pembuatan kampas rem
yaitu:
a) Sebelum melakukan proses pembuatan kampas persiapkan semua bahan
dengan benar-benar sesuai perhitungan yang matang.
b) Ketika waktu melakukan pencampuran bahan-bahan lakukan dengan sebaik
mungkin karena akan mempengaruhi hasil kampas rem.
c) Usahakan pada waktu mulai pencetakan dies yang digunakan bersihkan
dan jangan lupa beri pelumas, karena ketika waktu pelepasan dari dies biar
tidak lengket dan tidak hancur atau sampai lepas dari sepatu kampas.
d) Usahakan saat setelah kompaksi kampas di diamkan agar suhu turun dan
baru dilepas.
e) Bersihkan alat dan tempat kerja setelah digunakan.
f) Pergunakan alat dengan sebaik-baiknya dan untuk mendapatkan data yang
valid lakukan pengujian dengan bersungguh-sungguh.
g) Utamakan SAFETY FIRST pada semua kondisi.
DAFTAR PUSTAKA
ASTM D2240-DUROMETER HARDNESS.
12
Calister, Mc. Graw Hill. 2005. Material Science, London.
German. R.M., 1984. Powder Metallurgi Science. Metal Power Federation. Pricenton, New Jersey.
Gibson, R.F., 1994. Principle Of Composite Material Mechanic.McGraw-Hill Interrnational Book Company, New York.
Haroen, Wawan Kartiwa & Waskito, Arief Tri. (2009). Peningkatan Standar Kanvas Rem Kendaraan Berbahan Baku Asbestos dan Non Asbestos (Celulose) untuk Keamanan. http://www.bsn.or.id
Irfan, Pramuko, Ngafwan.,(2009) Pengaruh Variasi Tekanan KompaksiTerhadap Ketahanan Kampas Rem Gesek Sepatu. Laporan tugas akhir fakultas teknik mesin UMS, 2009, Surakarta.
Kiswiranti Desi., (2007) Pemanfaatan Serbuk Tempurung Kelapa Sebagai Alternatif Serat Penguat Bahan Friksi Non-AsbestosPada Pembuatan Kampas Rem Sepeda Motor. Semarang : skripsi fisika, Universitas Negeri Semarang. R. surendran, A. kumaravel, S. sarathiperumal, “Development and Investigation of
Aluminium Metal matrix composite reinforced with silicon carbide particulate for automobile brake disc application” international journal of research in
aeronautical and mechanical engineering,volume 2 ,issue 4, april 2014, pg 53-60
Santoso, Estriyanto Yuyun, Wijayanto Danar Susilo., (2016) Pemanfaatan Campuran Serbuk Tempurung Kelapa Dan Alumunium Sebagai Material Alternatif Kampas Rem Sepeda Motor Non-Asbestos. Laporan tugas akhir program studi teknik mesin UNS, Surakarta.
Setiaji, Rahman. 2009. Pengujian Keausan. (www.scribd.com). Diakses pada tanggal 5 Agustus2017.
Smith, William F. (1990). Principles of Material Science AndEngineering, second edition. Mc. Graw Hill Publishing Company.
Stolk, Kros. 1994, Elemen Konstruksi Bangunan Mesin, Elemen mesin. Erlangga, Jakarta.
Suhardiman, Mukmin Syaputra. (2017) Analisa Keausan Kampas Rem Non Asbes Terbuat Dari Komposit Polimer Serbuk Padi Dan Tempurung Kelapa. Riau :
13
jurnaljurusan teknik mesin. Politeknik Negeri Bengkalis.
Sukamto . April 2012, Analisis Keausan Kampas Rem Pada Sepeda Motor, Teknik Mesin Fakultas Janabadra.
Sularso, Suga, K., 1985. Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin, Jakarta: PT. Pradnya Paramita, Jakarta.
Van Vliet, G.L.J, dan Both, W., 1984, Teknologi Untuk Bangunan Mesin, Bahan-Bahan 1, Pradnya Paramita, Jakarta.
