BAB 3 METODE PENELITIAN

20

BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Pengolahan Mutu Sekolah Tinggi Ilmu Pertanian Agrobisnis Perkebunan (STIPAP) Medan dan Laboratorium Fenomena Dasar Teknik Mesin Institut Teknologi Medan (ITM) Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan Maret sampai dengan bulan Agustus 2019.

3.2 Sampel penelitian

Sampel penelitian ini menggunakan sisah pembakaran mesin Boiler dengan bahan bakar cangkang dan fiber yang diambil dari pt. Gunung Bayu kemudian dikonversi menjadi partikel-partikel.

3.3 Rancangan Penelitian

Pada penelitian ini digunakan RAL (Rancangan Acak Lengkap) faktorial dengan variabel penelitian sebagai berikut :

a. Variabel Terikat (dependen variabel )

Pada penelitian ini variabrl terikat yaitu kuat tarik papan komposit berbahan abu boiler. Komposisi utama papan komposit berbahan Abu Boiler limbah pabrik kelapa sawit, bahan penguat serat kaca, dan menggunakan perekat resin poliester BTQN 157 EX.

a. Panjang cetakan : 30 cm b. Lebar cetakan : 30 cm c. Tebal cetakan : 1 cm b. Variabel Bebas ( independen )

Pada penelitian ini variabel bebas yang di gunakan adalah Variasi konsentrasi dari 1 komposisi bahan, berupa Abu Boiler polyester BTQN 157 EX dan serat kaca.

21

Tabel 3.3.1 Pengujian Tekan.

Spesimen

Lebar (mm)

Tebal (mm)

Luas (mm²)

Stress (Tegangan)

Strain (Regangan)

MOE Kuat Tekan Spesimen1 50mm 10mm 200mm

Spesimen2 50mm 10mm 200mm Spesimen3 50mm 10mm 200mm Spesimen4 50mm 10mm 200mm Spesimen5 50mm 10mm 200mm

3.4 Alat dan Bahan A. Alat

Peralatan yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari cetakan papan komposit, alat ukur, ember, timbangan digital, ayakan, gelas beker, gilingan, gelas ukur.

1. Cetakan Papan Komposit

Cetakan papan komposit dibuat dari kaca dengan ukuran 5 mm dengan ukuran cetakan 30 cm x 30 cm x 1 cm, cetakan papan komposit terdiri dari tiga bagian yaitu:

a. Panjang cetakan : 30 cm b. Lebar cetakan : 30 cm c. Tebal cetakan : 1 cm

Cetakan papan komposit dapat dilihat pada gambar 3.1 2. Ember dan pengaduk/sendok

3. Alat ukur digital 4. Jangka sorong 5. Ayakan

22 6. Gilingan

7. Gelas beker 8. Gelas ukur 9. Gunting 10. Kuas

11. Cup Pop Ice 12. Sendok 13. Scrap B. Bahan

Persiapan bahan dan alat pembuatan papan komposit dari bahan Abu Boiler meliputi sebagai berikut:

1. Persiapan Bahan a. Abu Boiler

Abu Boiler yang berasal dari pabrik berfungsi sebagai bahan utama campuran penguat papan komposit.

Massa jenis Abu Boiler;

= 910 kg/m³

Tampilan Abu Boiler dapat dilihat pada gambar 3.2

b. Serat Kaca

Serat kaca atau sering diterjemahkan menjadi serat gelas adalah kaca cair yang ditarik menjadi serat tipis dengan garis tengah sekitar 0,005 mm s/d 0,01 mm. Serat ini dapat dipintal menjadi benang atau ditenun menjadi kain yang kemudian di resapi dengan resin sehingga menjadi bahan yang kuat dan tahan korosi untuk digunakan sebagai

23

badan mobil dan bangunan kapal. Juga digunakan sebagai agen penguat untuk banyak produk plastic, dan material komposit.

Kelebihan material ini adalah mudah dibentuk menggunakan cetakan.

Cetakannya pun reltif murah dan tidak perlu mesin khusus.

Material fiberglass adalah salah satu jenis bahan fiber komposit yang memiliki keunggulan yaitu kuat namun tetap ringan. Walaupun tidak sekaku dan seringan bahan carbon fiber, fiberglass lebih ulet dan relatif lebih murah dipasaran. Fiberglass biasa digunakan untuk bahan pembuatan pesawat terbang, perahu, bodi dan interior mobil, perlengkapan kamar mandi, kolam renang, septic tank, tangka air, atap, perpipaan, dinding isolator, papan selancar, tong sampah dan lain-lain. Tampilan Serat Kaca dapat dilihat pada gambar 3.3

c. Katalis

Katalis adalah suatu zat yang berfungsi mempercepat laju reaksi reaksi kimia pada suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri. Suatu katalis berperan dalam reaksi tetapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk. Tampilan Katalis dapat dilihat pada gambar 3.4

d. Mirror Glaze (Wax)

Untuk memudahkan dalam pembongkaran spesimen yang telah dicetak maka digunakan pelumasan jenis wax, yang berfungsi untuk melapisi bagian dalam cetakan, bagian yang dilumasi adalah bagian cetakan yang mau dituangkan oleh bahan. Tampilan Mirror Glaze (Wax) dapat dilihat pada gambar 3.5

24 e. Resin

Matrik atau resin dalam susunan komposit bertugas melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik. Matrik harus bisa meneruskan beban dari luar ke serat. Umumnya matrik terbuat dari bahan- bahan yang lunak dan liat. Polimer atau plastik merupakan bahan umum yang biasa digunakan. Matriks juga umumnya dipilih dari kemampuannya menahan panas. Polyester, vinilester dan epoxy adalah bahan-bahan polimer yang sejak dahulu telah dipakai sebagai bahan matrik. Persyaratan di bawah ini perlu dipenuhi sebagai bahan matrik untuk pencetakan bahan komposit :

1. Resin yang dipakai perlu memiliki viskositas rendah, dapat sesuai dengan bahan penguat dan permeable.

2. Dapat diukur pada temperatur kamar dalam waktu yang optimal.

3. Mempunyai penyusutan yang kecil pada pengawetan.

4. Memiliki kelengketan yang baik dengan bahan penguat

5. Mempunyai sifat baik dari bahan yang diawetkan. Tidak ada bahan yang dapat memenuhi semua persyaratan di atas tetapi pada saat ini paling banyak dipakai adalah polyester tak jenuh. Tampilan Resin dapat dilihat pada gambar 3.6

f. Thinner

Thinner adalah salah satu bahan kimia yang berbahanya. Ciri-ciri utamanya adalah berwarna putih bening seperti air dan berbau sangat menyengat. Bahan sejenisnya ini biasanya digunakan di pabrik- pabrik bidang manufaktur. Kegunaan Thinner sendiri adalah sebagai bahan pengencer (contohnya sebagai campuran cat), sebagai pembersih (contohnya besi berkarat di bersihkan dengan amplas + thinner). Tampilan Thinner dapat dilihat pada gambar 3.7

25 3.5 Persiapan Bahan Abu Boiler

Persiapan bahan Abu Boiler adalah sebagai berikut:

1. Menyiapkan peralatan yaitu : ayakan, ember, pengaduk, timbangan, alat ukur, abu boiler, goni, gelas beker, gelas ukur dan alat uji tekan.

2. Menyiapkan bahan yang dipersiapkan antara lain: Abu Boiler dan serat kaca.

Abu Boiler di ambil di pabrik Gunung Bayu dengan berat 35 kg dari pembuangan alat Ash Hoper Boiler, Lalu Abu Boiler diayak hingga menjadi partikel-partikel.

3. Merendam Abu Boiler menggunakan larutan NaOH 1 molar 40% selama 1 x 24 jam.

4. Penjemuran abu boiler dilakukan selama dua hari, Di hari pertama tgl 29 juni2019 penjemuran dilakukan jam 14:00 s/d 16:30 dengan suhu 28 C, cuaca mendung, abu boiler belum kering sepenuh nya. Di hari kedua tgl 29 juni 2019 penjemuran di lakukan jam 12:00 s/d 17:00 dengan suhu 28 C, cuaca berawan dan abu boiler uda kering sepenuhnya.

5. Abu Boiler yang sudah keringkan kemudian diayak kembali agar partikel- partikel Abu Boiler merata atau homogen.

6. Menyimpanan Abu Boiler kedalam plastik atau goni.

7. Timbang abu boiler untuk mengetahui berat kering dan berat abu boiler setelah di keringkan 5 kg.

3.6 Proses Pencetakan dan Pembuatan Spesimen Papan Komposit Abu Boiler Proses pencetakan papan komposit:

1. Menimbang Abu Boiler, serat kaca, polymer dan katalis.

2. Memberikan wax pada permukaan cetakan papan komposit, dengan tujuan untuk mempermudah proses pelepasan papan komposit yang sudah dicetak.

3. Memotong serat kaca dan meletakkan pada permukaan cetakan papan komposit.

4. Memasukkan Abu Boiler yang sudah di timbang ke dalam cup.

26

5. Mengaduk hingga rata Abu Boiler dengan campuran resin dan katalis.

6. Menuangkan campuran no 5 kedalam cetakan sampai rata.

7. Menunggu hasil campuran no 5 hingga mengering dengan durasi waktu maksimal 15 menit. Suhu ruangan dapat mempengaruhi percepatan dalam proses pencetakan.

8. Membuka cetakan papan komposit, lalu lihat hasil cetakan papan komposit.

9. Membuat spesimen uji tekan dari bagian papan komposit.

10. Melakukan analisa data uji tekan berdasarkan standar yang diinginkan.

3.7 Tahap Pengujian Metode Tekan.

Kekuatan papan kompisit adalah muatan atau beban maksimum yang dapat dipikul oleh papan komposit persatuan luas benda uji itu hancur atau rusak.

Cara yang digunakan untuk menguji kuat tekan papan komposit adalah dengan menggunakan masin uji tekan. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Bending Test. Penelitian melakukan uji tekan papan komposit di Laboratorium Fenomena Dasar Teknik Mesin Institut Teknologi Medan (ITM). Alat ini memiliki tiga bentuk penggolongan benda uji yakni balok, silinder, dan pipa.

Penelitian ini menguji kekuatan papan komposit dalam bentuk balok. Untuk melaksanakan pengujian kuat tekan papan komposit, penelitian terlebih dahulu mempersiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan. Alat dan bahan yang dibutuhkan dalam penelitian uji tekan .

 Papan komposit

 Alat ukur dimensi

 Alat ukur dimensi yang digunakan sama dengan alat ukur dimensi sebelumnya saat persiapan pembuatan papan komposit.

 Gergaji

 Gergaji digunakan untuk memotong spesimen atau bahan uji.

 Alat uji BENDING TEST

27

 Bending Test adalah alat yang digunakan untuk mengukur nilai kekuatan papan komposit. Kekuatan gaya maksimum yang dapat diberikan terhadap papan komposit hingga patah, dapat diketahui dengan melakukan pengujian tekan. Tampilan Mesin Bending Test dapa dilihat pada gambar 3.8

Adapun langkah – langkah yang dikerjakan dalam percobaan ini yaitu :

1. Mengukur dimensi spesimen (bahan uji) sesuai dengan standar yaitu 200mm x 50mm x 10mm.

2. Memotong spesimen yang telah di ukur dimensinya.

3. Meletakkan spesimen (bahan uji) pada mesin bending test

4. Menginput data bahan yaitu tinggi (T), berat(Kg), panjang (P), lebar (L) tersebut kedalam sistem komputer alat pengujian tekan .

5. Menjalankan mesin tekan dengan bersamaan pada tombol komputer.

6. Memberi beban tekan sampai struktur papan komposit patah, setelah bandulan distop mencatat dahulu sudut yang ada pada dial.

7. Menghitung energy tekan yang terjadi.

3.8 Pengamatan Penelitian 3.6.1 Pengamatan sifat fisik

Sifat fisik material adalah kelakuan atau sifat-sifat material yang bukan disebabkan oleh pembebanan seperti kerapatan, kadar air dan pengembangan tebal yang lebih mengarah pada struktur material. Sifat fisis dari papan komposit adalah sebagai berikut:

A. Kerapatan ( Density )

Kerapatan merupakan salah satu sifat fisis dari papan komposit yang didefinisikan sebagai massa per satuan volume material, bertambah secara teratur dengan meningkatnya nomor atomik pada setiap subkelompok.

Kerapatan dapat ditentukan dengan metode “pencelupan” biasa, tetapi

28

untuk keperluan pembelajaran diperkenalkan penggunaan metode sinar-X.

kerapatan bergantung pada massa atom, ukuran serta cara penumpukannya (Smallman, 2000: 182).

Besarnya kerapatan papan komposit dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:

Keterangan:

ρ : Kerapatan papan komposit(gr/cm3) m : Massa papan komposit (gr)

V : Volume papan partikel (panjang (p) × lebar (l) × tebal (t)) (cm3)

B. Kadar Air ( Moisture Content )

Kadar air merupakan sifat papan komposit yang mencerminkan sifat kandungan air papan komposit dalam keadaan kesetimbangan dengan lingkungan sekitarnya. Besarnya kadar air dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:

Keterangan :

KA : Kadar air papan komposit (%) ma : massa awal papan komposit (gr)

m_k : massa kering mutlak papan komposit (gr) C. Pengembangan Tebal ( Thickness Swelling )

Pengembangan tebal merupakan besaran yang menyatakan pertambahan tebal sampel uji. Untuk mengetahui pengembangan tebal dari papan

29

komposit, terlebih dahulu sampel direndam dalam air selama 24 jam.

Penentuan nilai pengembangan tebal dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

Keterangan:

PT : Besar pengembangan tebal papan komposit (%) t1 : Tebal papan komposit sebelum direndam (cm) t2 : Tebal papan komposit setelah direndam (cm) D. Barelling

Barelling adalah salah satu fenomena yang terjadi pada uji tekan dimana terjadi perubahan bentuk dimensi karena gesekan antara penekan dan benda kerja. Gesekan antara spesimen dan yang menghambat permukaan atas dan bawah spesimen bereaksi secara bebas, ini bisa menyebabkan timbulnya fenomena Barelling.

Fenomena yang terjadi pada pengujian tekan pada prinsipnya tergantung dari diameter dan tinggi spesimen yang dilakukan pengujian.

Misalkan diameter spesimen adalah “d”, dan tinggi spesimen adalah “h”, maka :Untuk perbandingan h : d lebih kecil dari 3 : 2, maka fenomena yang terjadi adalah Barelling.

E. Buckling

Adalah terjadinya pembengkokan pada material setelah diberi beban tekan. Fenomena yang terjadi pada pengujian tekan pada prinsipnya tergantung dari diameter dan tinggi spesimen yang dilakukan pengujian. Misalkan diameter spesimen adalah “d”, dan tinggi spesimen

30

adalah “h”, maka :Untuk perbandingan h : d lebih besar dari 3 : 2, maka fenomena yang terjadi adalah Buckling.

Ciri - ciri setelah di tekan

1. Ukuran tidak sebanding (hi<h0)

2. Spesimen sudah bengkok/tidak sesumbu

3. Strain Hardening yaitu pengerasan material / spesimen akibat penumpukkan dislokasi pada batas butir.

3.6.2 Pengamatan Sifat Mekanik

Sifat mekanik material adalah kelakuan atau sifat-sifat material yang disebabkan adanya pembebanan seperti modulus elastisitas (Modulus of Elasticity/MOE) dan Modulus Patah (Modulus of Rupture/MOR). Sifat mekanik dari papan komposit adalah sebagai berikut:

A. Modulus Elastisitas (Modulus of Elasticity/MOE)

MOE adalah nilai yang menunjukkan sifat kekakuan yang mana merupakan ukuran dari kemampuan balok maupun tiang dalam menahan perubahan bentuk ataupun lenturan yang terjadi akibat adanya pembebasan pada batas proporsi (Maloney, 1993 dalam Misrawati, 2015: 20). Modulus elastisitas papan komposit dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

Keterangan:

MOE : Modulus of Elasticity (modulus elastisitas) (kgf/cm2) ΔP : Selisih beban (kgf)

L : Jarak sangga (cm) ΔY : Lenturan beban (cm) b : Lebar contoh uji (cm) d : Tebal contoh uji (cm)

31

B. Modulus Patah ( Modulus of Rupture/MOR )

Modulus patah (MOR) merupakan keteguhan patah dari suatu balok yang dinyatakan dalam besarnya tegangan per satuan luas, yang mana dapat dihitung dengan menggunakan besarnya tegangan pada permukaan bagian atas dan bagian bawah pada balok pada beban maksimum (Maloney, 1993 dalam Misrawati, 2015: 21). Modulus patah papan partikel dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

Keterangan:

MOR : Modulus of Rupture (modulus patah) (kgf/cm2) P : Berat maksimum (kgf)

L : Panjang bentang (cm) b : Lebar contoh uji (cm) d : Tebal contoh uji (cm)

32

3.9 Diagram Alir Pembuatan Papan Komposit MULAI

OBSERVASI AWAL

STUDI LITERATUR

PENGUJIAN PAPAN KOMPOSIT

HASIL DAN PEMBAHASAN

PEMBUATAN PAPAN KOMPOSIT

SELESAI PENYIAPAN ALAT

DAN BAHAN

ANALISA DATA

KESIMPULAN DAN SARAN

>Melakukan eksperimen sederhana pembuatan papan komposit.

> Mengidentifikasi masalah

> Menyiapkan referensi yang berhubungan dengan penelitian

> Menyiapkan alat (pembuatan dan pengujian papan komposit

> Menyiapkan bahan (abu boiler, serat kaca, resin polimer dll)

> Mencampurkan bahan

> Mencetak campuran Bahan komposit

> Uji kerapatan

> Uji kadar air

> Uji pengembangan tebal

> Uji MOE Menghitung :

> nilai kerapatan

> nilai kadar air

> nilai pengembangan tebal

> nilai modulus elastisitas (MOE)

Membandingkan dengan Standart SNI

33 4.0 Jadwal Penelitian

NO JENIS KEGIATAN BULAN

11 12 13 1 2 3 4 5 6 7

1 PENGAJUAN JUDUL

2 SEMINAR PROPOSAL

3 OBSEVASI AWAL

4

PERSIAPAN ALAT DAN

BAHAN

5

PEMBUATAN & PENGUJIAN

PAPAN KOMPOSIT

6 PENGAMATAN PENELITIAN

7 ANALISA DATA

8 PENGOLAHAN DATA

9

PENYUSUNAN LAPORAN

PENELITIAN

10 SEMINAR TUGAS AKHIR