STUDI EKSPERIMENTAL DAN ANALISA RESPON MEKANIK HELMET SEPEDA DARI BAHAN KOMPOSIT BUSA POLIMER DIPERKUAT
SERAT TKKS AKIBAT BEBAN IMPAK JATUH BEBAS
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
SUKARDI 090401004
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT, Tuhan semesta alam. Tiada daya dan kekuatan selain dari-Nya. Shalawat dan salam kepada Rasulullah Muhammad SAW. Alhamdulillah, atas izin-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang dipilih diambil dari mata kuliah Proses Produksi Non-Logam, yaitu “STUDI EKSPERIMENTAL DAN ANALISA RESPON MEKANIK HELMET SEPEDA DARI BAHAN KOMPOSIT BUSA POLIMER DIPERKUAT SERAT TKKS AKIBAT BEBAN IMPAK JATUH BEBAS”.
Dalam penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan, motivasi, pengetahuan, dan lain-lain dalam penyelesaian skripsi ini. Penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur, serta bimbingan dan arahan dari Bapak Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME sebagai Dosen Pembimbing.
Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Kedua orang tua tercinta, Ayahanda Hasan dan Ibunda Siti Aminah, adik-adik
tersayang (Sri Bani dan Hilmiyanti Maryanti) atas doa, kasih sayang,
pengorbanan, tanggung jawab yang selalu menyertai penulis, dan
memberikan penulis semangat yang luar biasa sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini.
2. Bapak Prof.Dr.Ir.Bustami Syam, MSME sebagai Dosen Pembimbing Skripsi
yang banyak memberi arahan, bimbingan, motivasi, nasehat, dan pelajaran
yang sangat berharga selama proses penyelesaian Skripsi ini.
3. Bapak Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri dan Ir.Syahril Gultom, MT selaku
Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU.
Bapak Ir.Tugiman, MT selaku Koordinator Skripsi.
4. Seluruh Staf Pengajar DTM FT USU yang telah memberikan bekal
pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi selesai, dan seluruh pegawai
5. Teman satu tim (Pradipta Sigit S) yang telah memberikan kesempatan kepada
penulis untuk bergabung dalam penyelesaian tugas sarjana ini.
6. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin stambuk 2009, yang banyak
memberi motivasi kepada penulis dalam menyusun skripsi ini.
7. Abang, adik-adik dan keluarga besar penulis yang banyak memberi dukungan
kepada penulis untuk menyelesaikan kuliah dan hingga tugas skripsi ini
selesai.
Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan sebagai
pengembangan ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila terdapat
kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi ini
sebagai manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan
dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Akhir
kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi
seluruh kalangan yang membacanya. Amin Ya Rabbal Alamin.
Medan, 20 Februari 2014
Penulis,
Sukardi
Abstrak
Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan tegangan, regangan danenergi impak yang mampu diserap oleh helmet sepeda dari bahan polimerik foam busa komposit. Pengujian impak jatuh bebas dilakukan dengan menggunakan alat uji jatuh bebas multiguna. Helmet yang diuji diletakkan pada tes rig yang dapat diatur ketinggian jatuhnya. Perhitungan waktu impak, maka pada alat uji dilengkapi dengan 8 buah sensor proximity jenis induktif. Helmet akan jatuh dan menabrak dudukan alas uji yang disebut dengan anvil. Gaya yang dihasilkan akan diukur dengan menggunakan alat sensor pengukuran beban yang disebut dengan load cell yang diletakkan di bawah anvil. Data akan dipindahkan dari load cell ke suatu sistem data akusisi yang berfungsi untuk merubah sinyal analog ke bentuk sinyal digital.Data akan disimpan pada PC sebagai gaya (N) dan waktu (t).Hasil uji impak dengan cara eksperimental untuk helmet bahan polimerik foam busa komposit diperkuat serat TKKS, uji impak pada sisi samping dengan ketinggian impaktor 1 m diperoleh besar gaya rata-rata 275,33 N. Dan Sisi belakang 239,33 N. dan besar tegangan rata-rata yang terjadi pada sisi samping adalah 1,029Mpa. Pada sisi belakang adalah 0,684Mpa. Tegangan yang terjadi ini menyebabkan helmet sepeda pecah yang berarti telah mencapai dan melewati titik break point.
ABSTRACT
This research is for identified the stress, strain and energy impact than can be absorbed by the polymeric foam bike helm. The free-fall impact test is tested by using multifunction free-fall tester. The Helm is placed in the test rig which height can be adjusted. To identify the impact time that occur in the test, tester is using 8 inductive proximity sensors. Helm will fall and crash the anvil. The force exerted will be measured by the load cell that under the anvil. The analog signal data will be transferred from the load cell to the data acquisition system to be converted as the digital signal. The data will be stored in a PC as a table of Force (N) and time (s). The experimental test result for the impact that occur on the oil palm empty bunch fiber reinforced polymeric foam bike helm at the impact Test height of 1m is 275,33N for the impact on the side and 239,33 N for the impact on the back. The average stress that occur on the side is 1,029 MPa and on the back is 0,684 MPa. This stress that occur in helm is a factor that make the bike helm crush which is mean it already reach or passed the ultimate point.
DAFTAR ISI
1.3. Tujuan Penelitian ... 3
1.3.1. Tujuan Umum ... 3
1.3.2. Tujuan Kusus ... 3
1.4. Batasan Masalah... 3
1.5. Manfaat Penelitian ... 3
1.5.1. Pengembangan Akademis ... 3
1.5.2. Pengembangan Industri ... 4
1.6. Sistematika Penulisan ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1. Alat Transportasi Sepeda ... 6
2.1.1. Desain Helmet Sepeda ... 6
2.1.2. Standarisasi Helmet Sepeda ... 9
2.2. Komposit ... 9
2.2.1. Matrial Komposit Penyusun Struktur Helmet Sepeda ... 13
2.4.5. Tegangan ... 32
2.4.6. Regangan ... 33
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 34
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ... 34
3.1.1. Waktu Penelitian ... 34
3.1.2. Tempat Penelitian ... 34
3.2. Variabel Penelitian ... 35
3.3. Prosedur Penelitian... 35
3.4. Metode Penelitian... 36
3.4.1. Persiapan TKKS ... 36
3.4.2. Uji Komposisi ... 40
3.4.2.1. Komposisi material komposit busa polimer yang digunakan... 41
3.4.3. Proses Pembuatan HelmetSepeda ... 44
3.5. Pengujian Impak Jatuh Benas ... 48
3.5.1. Alat Uji Impak Jatuh Bebas ... 48
3.5.2. Prosedur Pengujian ... 49
3.6. Diagram Alir Penelitian ... 51
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 53
4.1. Pendahuluan ... 53
4.2. Hasil Pengujian Impak Jatuh Bebas ... 54
4.3. Hasil Penggujian Impak Jatuh Bebas Pada Titik Samping Dengan Ketingian 1 meter ... 55
4.4. Hasil Penggujian Impak Jatuh Bebas Pada Titik Belakang Dengan Ketingian 1 meter ... 60
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 64
5.1. Kesimpulan ... 64
5.2. Saran ... 65
DAFTAR PUSTAKA ... xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Komponen Helmet Sepeda ... 8
Gambar 2.2. Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit ... 10
Gambar 2.3. Klasifikasi bahan komposit ... 11
Gambar 2.4. PolyesterResin BTN 157-EX ... 15
Gambar 2.5. Alat uji impak jatuh bebas ... 27
Gambar 2.6. Grafik hubungan v – t... 28
Gambar 2.7. Diagram kecepatan – waktu ... 29
Gambar 2.8. Hubungan Momentum dan Impuls ... 30
Gambar 3.1. Spesimen Uji Impak Jatuh Bebas ... 36
Gambar 3.2. TKKS Dalam Bentuk Utuh ... 37
Gambar 3.3. TKKS yang Sudah Dihancurkan ... 37
Gambar 3.4. Pembuangan Air Rendaman ... 37
Gambar 3.5. DirendamDenganLarutanNaoh 1m Selama 24 Jam ... 38
Gambar 3.6. Pembersihan Serat Dengan Air Bersih ... 38
Gambar 3.7. Proses Penjemuran ... 39
Gambar 3.8. pengguntungan Serat ... 39
Gambar 3.9. Proses Pengilingan Serat ... 40
Gambar 3.10. Serat Halus TKKS ... 40
Gambar 3.11. Perbandingan densitas ... 42
Gambar 3.12. Perbandingan Modulus Elastisitas Antar Komposisi ... 42
Gambar 3.13. Perbandingan Kekuatan Tarik Antar Komposisi ... 43
Gambar 3.14. Perbandingan Kekuatan Tekan Antar Komposisi ... 43
Gambar 3.15. Melapisi cetakan dengan aluminumfoil dan diberi mirrorglaze ... 44
Gambar 3.16. Bahan/Komposisi Yang Telah Ditimbang ... 44
Gambar 3.17. Pencampuran TKKS dan Cuka di aduk 5 menit ... 45
Gambar 3.18. Proses pencampuran resin dengan natrium bikarbonat ... 45
Gambar 3.19. Pemberian Katalis ... 46
Gambar 3.20. Pemberian panas dengan dryer ... 46
Gambar 3.21. Pencampuran serat yang telah menyerap cuka ... 47
MoldCetakan, (c) Pemberian Mold Penekan Pada Cetakan ... 47
Gambar 3.23. Helmetsepeda Telah Jadi ... 48
Gambar 3.24. Perangkat Alat Uji Impak Jatuh Bebas ... 48
Gambar 3.25. Pemasangan loadcell dan anvilsupport ... 49
Gambar 3.26. Posisi testrig pada alat uji ... 50
Gambar 3.27. Posisi jarak ketinggian dan sensor proximity ... 50
Gambar 3.28. Diagram alir penelitian ... 52
Gambar 4.1. Posisi anvil, helmetsepeda dan testrig ... 53
Gambar 4.2. (a) Sisi Samping, (b) Sisi Belakang ... 54
Gambar 4.3. Grafik hasil pengujian impak pada titik samping ketinggian 1 m spesimen uji 1 ... 56
Gambar 4.4. Grafik hasil pengujian impak pada titik samping ketinggian 1 m spesimen uji 2 ... 57
Gambar 4.5. Grafik hasil pengujian impak pada titik samping ketinggian 1 m spesimen uji 3 ... 58
Gambar 4.6. Grafik gabungan gaya vs waktuimpak ketinggian 1 meter ... 58
Gambar 4.7. Grafik hasil pengujian impak pada titik belakang ketinggian 1 m spesimen uji 1 ... 60
Gambar 4.8. Grafik hasil pengujian impak pada titik belakang ketinggian 1 m spesimen uji 2 ... 61
Gambar 4.9. Grafik hasil pengujian impak pada titik belakang ketinggian 1 m spesimen uji 3 ... 61
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Sifat Fisik dan Morfologi Tandan Kosong Kelapa Sawit ... 14
Tabel 2.2. Komposisi dan Sifat Kimia Tandan Kosong Kelapa Sawit ... 14
Tabel 2.3. Karakteristik mekanik polyeter resin BTN 157-EX ... 16
Tabel 2.4. Informasi Umum Senyawa Asam Asetat ... 17
Tabel 2.5. Informasi Umum Natrium Bikarbonat ... 21
Tabel 2.6. Peralatan yang digunakan pada penelitian ... 26
Tabel 2.7. Waktu dan kecepatan benda jatuh ... 28
Tabel 3.1. Lokasi dan aktivitas penelitian ... 34
Tabel 3.2. Uji Komposisi bahan ... 41
Tabel 3.3. Komposisi spesimen ... 42
Tabel 4.1. Hasil pengujian titik samping helmet sepeda dengan impak jatuh bebas pada ketinggian 1 m... 59
DAFTAR NOTASI
Simbol Keterangan Satuan
σ Tegangan MPa
Ao Luas penampang mm2
F Gaya Newton
ε Regangan MPa
P Beban kgf
D Diameter mm
d Diameter lekukan mm
ρ Densitas g/cm3
σf Tegangan patah MPa
T Tebal mm
W Lebar mm
E Modulus Young GPa
