Pengembanganmodel Dan Analisa Respon Parking Bumper Dari Bahan Polymeric Foam Diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (Tkks) Terhadap Beban Impak Jatuh Bebas Cover

PENGEMBANGAN MODEL DAN ANALISA RESPON

PARKING

BUMPER

DARI BAHAN

POLYMERIC FOAM

DIPERKUAT SERAT

TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) TERHADAP BEBAN

IMPAK JATUH BEBAS

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ZULFADHLI NIM.080401007

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2013

i

ABSTRAK

Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) memiliki nilai untuk direkayasa menjadi material alternatif yang dapat dimanfaatkan dengan alasan masih berlimpahnya bahan baku, umur pakai dapat lebih lama, mudah di desain, dapat didaur ulang, bebas korosi, tahan dan mampu menyerap suhu panas, serta ekonomis, seperti untuk pembuatan papan partikel. Tujuan penelitian ini untuk mendapatkan proses pembuatan dan menganalisa respon parking bumper terhadap beban impak jatuh bebas setelah parking bumper dirubah bentuk. Spesimen yang diuji dilakukan dengan permodelan langsung bentuk parking bumper yaitu berdimensi 75×200×130 mm untuk pengujian Impak beban jatuh bebas dan 250×200×130 mm untuk contoh spesimen untuk dilapangan. Pembuatan parking bumper dilakukan dengan cara menggunakan cetakan yang berukuran 1000×400×210 mm, posisi cetakan sewaktu pembuatan vertikal dan rasio cetakan 3:1 dari volume cetakan dan bagian dalam cetakan dilapisi kaca setebal 5 mm. Hasil pembuatan parking bumper adalah bentuk trapesium dan pada bagian permukaan yang mengenai objek dibentuk radius untuk menyesuaikan bentuk objek serta pada bagian bawahparking bumper disisipkan beton yang berfungsi sebagai pemberat.. Hasil uji karakteristik mekanik diperoleh dari tiga spesimen sama untuk masing-masing ketinggian yang bervariasi yaitu pada ketinggian 0,5 m serta 1 m. Untuk tinggi 0,5 meter gaya maksimum terjadi 238,5792 N , tegangan rata-rata = 2.8692 MPa dan pada ketinggian 1 meter gaya maksimum = 256,3353 N, tegangan rata-rata = 2,9836 MPa .

Kata kunci: Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS), Pengembangan model Parking BumperPerubahan, Beban Impak Jatuh Bebas.

ii ABSTRACT

The empty fruit bunch (OPEFB) can be modified in an alternatif material for used because it exuberated, durable, simple for design, can recycle, no corossion, can spare warm, a material economics as used make board particle. The aims of the research were to obtain the effective parking bumper product and characteristuc mechanic parking bumper material for dynamic load impact before parking bumper redesign. A spesimen maked two model with measurement be diffirent, first specimen was 75×200×130 mm for dynamic load impact and 250×200×130 mm for specimen example used in parking.The process making parking bumper using molds with measurement 1000×200×130 mm. Position molds when process making vertical, ratio material 1:3 of the mold volume, Inside the mold was coated by 5 mm glass. Result test form three spesimen same for variation height that is height 0.5 m and height 1 m. for height 0.5 m maksimum force = 238,5792 N, average stress = 2.8692 MPa and for height 1 m maksimum force = 256,3353 N, average stress = 2,9836 MPa.

Keywords: Fiber Oil Palm Empty Fruit Bunch (OPEFB),Redesign Parking Bumper, Dynamic Load Impact Test.

iii KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia yang

diberikan kepada Penulis sehingga dapat menyelesaikan laporan hasil penelitian tesis

ini dengan judul “Pembuatan dan Analisa Respon Parking Bumper dari Bahan

Polymeric Foam Diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) Terhadap Beban Impak Jatuh Bebas”.

Laporan hasil penelitian tesis ini merupakan salah satu syarat yang harus

dipenuhi oleh setiap mahasiswa untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik pada

Program Studi Regular Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Penulisan laporan hasil penelitian ini merupakan lanjutan dari penelitian sebelumnya

yang mengedepankan pemanfaatan tandan kosong kelapa sawit dan penggunaan

Polymeric Foam untuk dijadikan material baru yang berkualitas dengan biaya

ekonomis.

Untuk itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

 Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, selaku Dosen Pembimbing penulis yang

telah banyak memberi masukan serta membina saya selama mengerjakan

penelitian ini.

 Bapak Dr. Ing-Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku ketua Departemen Teknik

Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara beserta seluruh Dosen

dan Staf administrasi.

 Bapak Dr. Ing-Ir. Ikhwansyah Isranuri dan bapak Ir. Alfian Hamsi.MSc selaku Dosen Pembanding penulis.

 Bapak Zulfikar, ST, MT, Ahmad Yani , ST, Mayunis,ST serta bapak-bapak

yang tercakup dalam tim penelitian Polymeric Foam juga kepada tim Peneliti

Impak fracture Research Center (IFRC) yang telah membantu penulis dalam

pembuatan spesimen penelitian ini.

080401007

iv

 Seluruh anggota Tim HORAS terkhususnya Anggota Tim HORAS yang tidak

bisa saya sebutkan satu demi satu.

 Kepada teman satu tim penelitian saya Fernando Binsar Siagian dan Reyhan Almer yang telah melaksanakan perjuangan secara bersama-sama.

 Seluruh teman – teman stambuk 2008 terkhususnya dan mahasiswa Program

Studi Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

yang telah memberikan bantuan baik selama perkuliahan maupun lain-lain.

 Kepada Risma Yanti Muthe yang selalu membantu penulis serta

kawan-kawan satu kos Maujan Yudika, Indra Rukmana, Anwar Koheri, Fivien Risya,

Ratih Wahayu.

Dan khususnya penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya

kepada Kedua orangtua penulis, Ayahanda T.Ibrahim dan Ibunda Cut Mah yang telah

memberikan do’a, nasehat dan dukungan baik moril maupun materil, juga

saudara-saudara penulis Nurlisa, Yusnawati, Lukman Hakim, dan seluruh keluarga besar

penulis yang selalu memberi dukungan dan motivasi selama pembuatan tugas sarjana

ini hingga selesai.

Penulis sangat menyadari bahwa dalam laporan hasil penelitian ini masih jauh

dari kesempurnaan, untuk itu saran dan komentar sangat diperlukan.

Terima kasih atas segala bantuan baik secara moril maupun materil, baik secara

langsung ataupun tidak langsung kepada semua pihak yang telah berkontribusi dalam

penulisan laporan hasil penelitian ini.

Medan, April 2013

Penulis,

ZULFADHLI

3.1. Tempat dan Waktu ...30

BAB 1 PENDAHULUAN ...1

1.1. Latar Belakang ...1

1.2. Perumusan Masalah ...2

1.3. Tujuan Penelitian ...3

1.3.1. Tujuan Umum ...3

1.3.2. Tujuan Khusus ...3

1.4. Manfaat Penelitian ...3

1.5. Roadmap Penelitian ...3

1.6. Batasan Masalah ...4

1.7. Sistematika Penulisan ...5

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ...6

2.1. Pengertian Bahan Komposit...6

2.2. Parking Bumper...7

2.3. Material KompositPolymeric Foam...8

2.3.1. Polyster ResinTak Jenuh ...8

2.3.2. Blowing Agent ...11

2.3.2.1. Polyol/Polypropilene Glicol PPG...15

2.3.2.2. Isocyanate...16

2.3.3. Katalis MEKPO...17

2.4. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)...17

2.5. Beton ...19

2.5.1. Adukan Beton...21

2.6. Teknik Pembuatan Material Komposit ...22

2.7. Karakteristik Mekanik Material ...23

2.7.1.Pengujian Dinamik ...23

2.7.1.1. Benda Jatuh Bebas ...23

2.7.1.2. Gerak lurus ...24

2.7.1.3. Gerakan di bawah pengaruh gravitasi ...27

2.7.1.4. Momentum ...27

2.7.1.5. Implus...27

2.7.1.6. Energi ...28

2.7.1.7. Tegangan ...28

2.7.1.8. Pengukuran gaya impak ...29

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN...30

vi

3.1.1. Tempat...30

3.1.2. Waktu ...30

3.2. Desain strukturparking bumper...30

3.2.1. Analisa gaya padaparking bumperredesain...31

3.3. Material KompositPolymeric Foam...32

3.3.1. Bahan...32

3.3.1.1. Polyester ResinTak Jenuh ...33

3.3.1.2. Blowing Agent...33

3.3.1.3. Katalis...34

3.3.1.4. Pembersih Serat...34

3.3.1.5. Pelumas (Wax) ...36

3.3.1.6. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)...36

3.3.2. Peralatan ...37

3.3.2.1. Alat Ukur...37

3.3.2.2. Alat Pembuatan Spesimen...38

3.3.2.3. Alat Uji ...41

3.4. Prosedur PembuatanParking Bumper...42

3.4.1. Metode PembuatanParking Bumper...43

3.4.1.1. Proses PencetakanParking Bumper...43

3.4.1.2. Proses Pengerasan ...47

3.4.1.3. Proses Pembuatan Beton Pemberat ...48

3.5. Alat Uji (Uji Impak Jatuh Bebas)...50

3.5.1. Set–Up Pengujian Impak ...51

3.5.2. Prosedur Pengujian Impak ...52

3.5.3. Prosedur Kalibrasi...53

3.6. Diagram Alir Penelitian ...55

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN...56

4.1. Pendahuluan ...56

4.2. PembuatanParking Bumper ...56

4.3. Karakteristik MekanikParking Bumper ...57

4.3.1. Pengujian Impak...57

4.3.2. Responparking bumper...61

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...63

5.1. Kesimpulan ...63

5.2. Saran...64

DAFTAR PUSTAKA ...65 LAMPIRAN

vii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1.1. Roadmap Penelitian ... 3

Tabel 2.1. Karakteristik Mekanik Polister Resin Tak Jenuh ... 9

Tabel 2.2. Spesifikasi Unsaturated Polyester Resin sei Yucalac 157 ... 10

Tabel 2.3. Parameter Tipikal Tandan Kosong Kelapa Sawit per Kg ... 18

Tabel 2.4. Perbandingan Tensile Strength dan Tensile Modulus Serat Alam ... 19

Tabel 2.5. Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh ... 23

Tabel 3.1. Kegiatan Penelitian ... 30

Tabel 3.2. Spesifikasi Mesin Penghalus Serat ... 40

Tabel 3.3. Alat-alat Digunakan Proses Pembuatan Serat ... 41

Tabel 3.4. Peralatan dan Material yang Digunakan Untuk Pembuatan Spesimen... 42

Tabel 3.5. Pembagian Komposisi untuk Pembuatan Parking Bumper ... 43

Tabel 4.1. Hasil Pengujian Impak Jatuh Bebas parking bumper setelah diredesain... 60

Tabel 4.2. Hasil Pengujian Impak Jatuh Bebas parking bumper sebelum diredesain[10]... 60

Tabel 4.3. Hasil validasi nilai gaya ... 62

Tabel 4.4. Hasil validasi nilai tegangan ... 62

Gambar 3.32. Assemblingalat pengujian im ak jatuh bebas... 50

viii Gambar 2.1. Gambar 2.2. Lokasi perparkiran pada salah satu pusat perbelanjaan... Posisiparking bumper(a)Parking bumperketika mengenai 7 ban kendaraan, (b) SusunanParking bumperdiperpakiran... 8

Gambar 2.3. Mekanismetransferelektron pada reaksi isocyanatdan polyoluntuk membentukpolyurethane... 14

Gambar 2.4. Rumus bangunpolypropylene glycol trial... 16

Gambar 2.5. TDIchemicalstruktur, (a)toluena-2, 4-diisocyanate, (b)toluena-2, 6-diisocyanate... 17

Gambar 2.6. Serat TKKS setelah Dihaluskan... 19

Gambar 2.7. Grafik hubungan v–t... 24

Gambar 2.8. Diagram kecepatan-waktu... 25

Gambar 3.1. Ilustrasi pembebanan padaparking bumper... 31

Gambar 3.2. Analisa gaya yang diterimaparking bumper... 31

Gambar 3.3. Resin Unsaturated PolyesterBQTN–157... 33

Gambar 3.4. Blowing Agent(a)Polyol(b)Isocyanate... 33

Gambar 3.5. Katalis Jenis MEKPO (Methyl Ethyl Ketone Peroksida)... 34

Gambar 3.6. Bahan-bahan larutan NaOH (a) NaOH dan, (b) Air Aquades... 34

Gambar 3.7. Pelumas Wax (Mirror Glaze)... 35

Gambar 3.8. Serat TKKS (a). Serat TKKS kasar, (b) Serat TKKS halus... 35

Gambar 3.9. Proses Pembuatan Serat TKKS... 36

Gambar 3.10. Serat TKKS yang Telah Dihaluskan... 37

Gambar 3.11. Timbangan Digital... 37

Gambar 3.12. Gelas Ukur Volume... 38

Gambar 3.13. Jangka Sorong... 38

Gambar 3.14. Cetakan Parking Bumper... 39

Gambar 3.15. Cetakan Setelah Dimodifikasi (a) Die Cetakan (b) Mold Cetakan... 39

Gambar 3.16. Mesin Penghalus Serat... 40

Gambar 3.17. Alat Pengujian Impak Jatuh Bebas... 41

Gambar 3.18. Pemberian lapisan pemisah pada bagian dalam... 43

Gambar 3.19. Penimbangan Serat... 44

Gambar 3.20. Campuran Polyester Resin Tak Jenuh dengan Serat... 44

Gambar 3.21. Campuran Katalis dengan Serat dan Resin Tak Jenuh... 45

Gambar 3.22. CampuranBlowing agent(a) Isocyanate dan Polyol, (b) Hasil adukan Polyol + Isocyanate... 45

Gambar 3.23. Pengadukan Bahan Polymeric Foam dan Serat TKKS... 46

Gambar 3.24. Cetakan Siap untuk Digunakan... 46

Gambar 3.25. Proses Penuangan Kedalam Cetakan... 47

Gambar 3.26. Proses Pengerasan Terjadi... 47

Gambar 3.27. Proses Pengerasan Setelah 24 jam... 48

Gambar 3.28. Bahagian yang akan diisikan beton... 48

Gambar 3.29. Bahagian yang akan diisi beton pemberat... 49

Gambar 3.30. Bahagian yang telah diisikan beton pemberat... 49

Gambar 3.31. Beton yang telah kering... 50

DAFTAR GAMBAR

Halaman

ix

Gambar 3.33. Komponen-komponen alat uji impak jatuh bebas

(a) Loadcell dan kabel, (b) Dataequisition... 51

Gambar 3.34. Komponen alat uji impak jatuh bebas (a)Loadcellterpasang, (b)Test rigdanAnvil... 51

Gambar 3.35. Posisi spesimen yang akan diuji... 52

Gambar 3.36. DAQ for Helmet Impact testing Software... 53

Gambar 3.37. Kabelloadcelldengan DAQ Lab-Jack U3-LV... 54

Gambar 3.38. Kalibrasi program... 54

Gambar 3.39. Diagram alir penelitian... 55

Gambar 4.1. Spesimen Hasil (a) Spesimen contoh dengan dimensi 250× 200×130 mm (b) Spesimen uji Impak Jatuh Bebas dengan dimensi 75×200×130 mm... 56

Gambar 4.2. Dimensi spesimen yang telah dibuat... 57

Gambar 4.3. Pengujian impak, (a) Pengujian pada jarak 0,5 m, (b) spesimen saat dikenaitestrikalat pengujian... 58

Gambar 4.4. Grafik gaya impak.pada ketinggian 0,5 meter... 58

Gambar 4.5. Grafik gaya impak pada ketinggian 1 meter... 59

Gambar 4.6. Grafik maksimum Force (N)... 59

Gambar 4.7. Spesimen setelah diuji (a) spesimen 1, (b) spesimen 2, (c) spesimen 3... 61

Gambar 4.6. Salah satu spesimen setelah diuji 3,5 meter, (a) salah satu spesimen, (b) daerahcrackpada spesimen... 61

x DAFTAR NOTASI

Simbol Nama Keterangan Satuan