Studi Eksperimental dan Analisa Respon Mekanik Knalpot Komposit Bahan Polymeric Diperkuat Serat BKS Akibat Impak Jatuh Bebas

(1)

STUDI EKSPERIMENTAL DAN ANALISA RESPON

MEKANIK KNALPOT KOMPOSIT BAHAN

POLYMERIC

DIPERKUAT SERAT BKS AKIBAT IMPAK JATUH BEBAS

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

DISUSUN OLEH :

RAFLINTAR AKBAR AHMADY

090401089

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

(2)

ABSTRAK

Perkembangan industri dewasa ini semakin pesat. Salah satu hasil industri kelapa sawit yang menjadi limbah adalah batang kelapa sawit (BKS). BKS ini dapat diolah menjadi serat dan dapat digunakan sebagai material engineering. Tujuan penelitian ini adalah untuk menganalisa respon mekanik pada produk knalpot (muffler) sepeda motor yang terbuat dari bahan polymer diperkuat serat BKS akibat beban impak secara eksperimental. Pengujian dilakukan pada produk knalpot dengan menggunakan alat uji impak jatuh bebas dan aplikasi komputer Lab-Jack U3-LV. Data impak masuk dari load cell ke dalam komputer sebagai data mentah dan disimpan pada PC sebagai gaya dan waktu. Hasil uji impak dengan cara eksperimental untuk spesimen knalpot 20% serat BKS pada ketinggian impaktor 1,5 m diperoleh transmisi gaya impak sebesar 344,72 N, tegangan 0,016 MPa dalam waktu 0,062 sec. Spesimen knalpot 15% serat BKS diperoleh gaya impak sebesar 326,96 N, tegangan 0,019 MPa dalam waktu 0,047 sec. Spesimen knalpot 10% serat BKS diperoleh gaya impak 291,65 N, tegangan 0,015 MPa, dalam waktu 0,047 sec.

(3)

ABSTRACT

Nowadays, industrial development is increasing rapidly. One of the results of palm oil industry is Palm Trunk as the wastes. This palm trunk can be made into fiber and use it as engineering material. The goal of this research is to experimentally analyze the mechanical response that occur in the product Motorbike Muffler which created using Polymeric material strengthened with palm trunk fiber as the result of impact force. Product is tested using Free-fall impact test tools and Lab-Jack U3-LV computer program. Impact data read by computer from load cell as a raw data and saved as Force and time. Experimental results of impact tests for 20% palm trunk fiber in composite muffler which heights of impactor is 1,5 m is obtained the impact force in amount of 344,72 N, 0,016 MPa as amount of stress occured, in 0,062 sec. Muffler specimen 15% palm trunk fiber, obtained the impact force in amount of 326,96 N and 0,019 MPa as amount of stress occured in 0,047 sec. Muffler specimen 10% palm trunk fiber, obtained the impact force in amount of 291,65 N and 0,015 MPa as amount of stress occured in 0,047 sec.

(4)

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT. Karena atas izin-Nya penulis dapat

menyelesaikan skripsi ini.

Tugas akhir 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 KNALPOT KOMPOSIT BAHAN POLYMERIC DIPERKUAT SERAT BKS AKIBAT 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 Dr. Ing. Ir. IkhwansyahIsranuri sebagai Dosen

Pembimbing.

Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada:

1. Kepada kedua orang tua saya, Muslichuddin dan Nuryati 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 Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri 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.

(5)

4. Seluruh Staf Pengajar DTM FT USU yang telah memberikan bekal

pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi selesai, dan seluruh pegawai

administrasi DTM FT USU, juga kepada staf Fakultas Teknik.

5. Teman satu tim saya (Hutomo Wicaksono) yang telah memberikan

kesempatan kepada penulis untuk bergabung dalam penyelesaian tugas

sarjana ini.

6. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin stambuk 2009 dan 2010, yang

banyak memberi motivasi kepada penulis dalam menyusun skripsi ini.

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.

Medan, 9 Juni 2014

Penulis,

(6)

DAFTAR ISI

1.3 Tujuan Penelitian ... 2

1.4 Batasan Masalah... 2

1.5 Manfaat Penulisan ... 2

1.6 Sistematika Penulisan... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1 Proses-Proses Produksi ... 5

2.1.1 Proses Produksi Polymer ... 5

2.2 Komposit ... 6

2.2.1 Proses Pembuatan Produk Komposit Matriks ... 9

2.3 Knalpot ... 12

2.4 Material Komposit Penyusun Knalpot ... 12

2.4.1 Resin ... 12

(7)

2.4.3 Katalis ... 16

2.5 Pengujian Komposit ... 16

2.5.1 Uji Impak Jatuh Bebas ... 16

2.5.2 Gerak Jatuh Bebas ... 17

2.5.3 Gerak Lurus ... 18

2.5.4 Momentum dan Impuls ... 19

2.5.5 Gaya dan Energi Impak... 20

2.5.6 Tegangan ... 21

2.5.7 Regangan ... 22

BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 23

3.1 Pendahuluan ... 23

3.2 Tempat dan Waktu Penelitian ... 23

3.3 Bahan dan Alat penelitian ... 23

3.3.1 Bahan... 23

3.3.2 Alat ... 25

3.4 Prosedur Pembuatan Knalpot Komposit ... 28

3.5 Uji Impak Jatuh Bebas ... 31

3.6 Diagram Alir Penelitian ... 32

BAB IV PEMBAHASAN ... 34

4.1 Pendahuluan ... 34

4.2 Pengujian Eksperimental Jatuh Bebas ... 35

4.2.1 Setup Alat Uji Jatuh Bebas ... 36

4.2.2 Hasil Pengujian ... 37

(8)

DAFTAR PUSTAKA ... 56

LAMPIRAN 1 ... 58

LAMPIRAN 2 ... 61

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skema Struktur Komposit ... 7

Gambar 2.2 Cara Hand Lay Up... 9

Gambar 2.3 Cara Semprot/Semburan ... 10

Gambar 2.4 Cara Kantong Vakum (Vacuum Bag)... 10

Gambar 2.5 Cara Kantong Tekanan (Pressure Bag) ... 10

Gambar 2.6 (a) dan (b) Cetakan Autoklaf ... 11

Gambar 2.7 Cara Cetakan Suntikan (Injection Moulding)... 11

Gambar 2.8 Proses Pultrusi (pultrusion) ... 12

Gambar 2.9 Resin Unsaturated Polyester BQTN-157 EX ... 13

Gambar 2.10 Katalis Mekpo ... 16

Gambar 2.11 Alat Uji Jatuh Bebas ... 16

Gambar 2.12 Grafik hubungan v – t... 18

Gambar 2.13 Diagram kecepatan – waktu ... 19

Gambar 2.14 Hubungan Momentum dan Impuls ... 20

Gambar 3.1 Serat Batang Sawit ... 23

Gambar 3.2 Resin ... 24

Gambar 3.3. Katalis... 25

Gambar 3.4 Glazing Wax ... 25

Gambar 3.5 Jangka Sorong ... 25

(10)

Gambar 3.8 Bor Listrik ... 27

Gambar 3.9 Ceret Plastik ... 27

Gambar 3.10 Alat Uji Impak Jatuh Bebas ... 28

Gambar 3.11 (a) pengolesan bagian dies cetakan (b) pengolesan bagian mold cetakan... 29

Gambar 3.12 (a) Proses pencampuran katalis (b) Proses pengadukan... 29

Gambar 3.13 Penuangan resin ke dalam cetakan ... 30

Gambar 3.14 (a) Penuangan serat pada dies (b) penutupan dies pada mold ... 30

Gambar 3.15 Set-up alat uji impak jatuh bebas... 31

Gambar 3.16 Diagram Alir Penelitian ... 33

Gambar 4.1 Knalpot 80 Resin ... 34

Gambar 4.4 Posisi Alat Siap Uji ... 36

Gambar 4.5 Grafik Waktu vs Gaya knalpot 80A ... 37

Gambar 4.6 Grafik Waktu vs Tegangan knalpot 80A... 37

Gambar 4.7 Kondisi knalpot 80A setelah pengujian ... 38

Gambar 4.8 Penampang kerusakan knalpot ... 38

Gambar 4.9 Grafik Waktu vs Gaya knalpot 80B ... 39

Gambar 4.10 Grafik Waktu vs Tegangan knalpot 80B ... 39

Gambar 4.11 Kondisi knalpot 80B setelah pengujian ... 40

Gambar 4.12 Penampang bagian knalpot yang pecah ... 40

Gambar 4.13 Grafik Waktu vs Gaya knalpot 80C ... 41

(11)

Gambar 4.15 Kondisi knalpot 80C setelah pengujian ... 42

Gambar 4.16 Penampang bagian knalpot yang rusak ... 42

Gambar 4.20 Penampang bagian knalpot yang pecah ... 44

Gambar 4.25 Grafik Waktu vs Tegangan knalpot 85C ... 47

Gambar 4.26 Kondisi knalpot 85C setelah pengujian ... 47

Gambar 4.34 Grafik Waktu vs Tegangan knalpot 90C ... 51

Gambar 4.35 Kondisi knalpot 90C setelah pengujian. ... 52

(12)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh ... 13

Tabel 2.2 Persentase Komponen-Komponen Kayu Kelapa Sawit ... 15

Tabel 2.3. Waktu dan kecepatan benda jatuh ... 17

Tabel 3.1 Perbandingan % Resin dan Serat ... 30

Tabel 4.1 Hasil pengujian semua knalpot pada ketinggian 1,5 m ... 53

(13)

DAFTAR NOTASI

Simbol Keterangan Satuan

σ Tegangan MPa

A Luas penampang m2

F Gaya N

v Kecepatan m/s

t Waktu Pembebanan ms

 Densitas Kg/m3

E Modulus Young Gpa

M Momentum Kg.m/s