UB HARAH 421017 SARJANA SIN FAKU MATERA U AN 4 KEKUATA OBIL DAR AT SERAT IT

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

ABSTRAK

Tandan kosong kelapa sawit jumlahnya sangatlah melimpah dikarenakan pabrik pengolahan kelapa sawit yang terdapat di Indonesia memiliki jumlah yang sangat banyak, menurut survey yang dilakukan limbah tandan kosong kelapa sawit saat ini mencapai 20 juta ton. Tandan kosong kelapa sawit memiliki nilai ekonomis untuk direkayasa sebagai bahan alternatif yang dapat dimanfaatkan dengan alasan masih berlimpahnya bahan baku, bebas korosi, tahan dan mampu menyerap panas, oleh karena itu serat tandan kosong kelapa sawit dapat dimanfaatkan sebagai penguat bahan komposit polymeric foam. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui proses pembuatan, menganalisa kekuatan struktur atap mobil terhadap beban impak jatuh bebas dan mensimulasikan dengan meggunakan perangkat lunak Ansys 14.0. Pembuatan struktur atap mobil dari bahan komposit polymeric

foam dibuat menggunakan metode penuagan langsung yang terdiri dari bahan

matrik dan penguat. Matrik resin BTQN 157 EX, poliuretan dibuat dari campuran poliol dengan isosianat, serta katalis MEKPO dan sebagai penguat adalah serat tandan kosong kelapa sawit. Cetakan struktur atap mobil terbuat dari plat besi dengan ukuran 800 [mm] 500 [mm] 2 [mm]. Untuk mengetahui respon struktur atap mobil dengan ukuran 800 [mm] 500 [mm] 5 [mm] maka dilakukan uji impak jatuh bebas. Hasil uji impak jatuh bebas diperoleh dari sembilan struktur Atap mobil yaitu: A1-1, A2-1, A3-1, A1-2, A2-2, A3-2, A1-3, A2-3 dan A3-3,ketinggian divariasikan dengan ketinggian 0,5 m, 1 m, dan 1,5 m. Setelah dilakukan pengujian impak jatuh bebas untuk masing-masing struktur uji maka dapat diperoleh kesimpulan bahwa kekuatan struktur atap mobil yang paling aman diperoleh pada struktur A2-1 ketingian 0,5 [m] yaitu: gaya maksimum (

66,8061 N], tegangan maksimum ( )

=

29691,6 [Pa], momentum (M) = 21,3289 [kgm/s], impuls (I) = 2,0709 [N.s], Energi impak eksperimen (EIe) = 33,4030 [J], Energi potensial (Ep) = 31,392 [J] dan Energi serap (Es) = 2,011 [J]. Sedangkan hasil simulasi perangkat lunak Ansys 14.0 diperoleh ( ) = 31130 [Pa].

(11)

ABSTRACT

Oil palm empty fruit bunches numbers are very abundant due to palm oil mills located in Indonesia has very much, according to a survey of waste oil palm empty fruit bunches currently reach 20 million tons. Oil palm empty fruit bunches have to be engineered as the economic value of alternative materials that can be used as it is still an abundance of raw materials, corrosion free, resistant and able to absorb heat, therefore oil palm empty fruit bunches fiber can be used as a reinforcement material polymeric composite foam. The purpose of this study to determine the manufacturing process, analyzed the power structure of the roof of the car to impact loads and simulates the free fall is by using Ansys 14.0 software. Making the car roof structure of polymeric foam composite material made using the method of direct penuagan consisting of matrix and reinforcement materials. 157 Ex BTQN resin matrix, made of a mixture of polyurethane polyol with an isocyanate, and catalyst MEKPO and the amplifier is the fiber of oil palm empty fruit bunches. Mold car roof structure is made of steel plate with a size of 800 [mm] × 500 [mm] × 2 [mm]. To study the response of the car roof structure with a size of 800 [mm] × 500 [mm] × 5 [mm] then tested the free-fall impact. Free fall impact test results obtained from nine car roof structure are: A1-1, A2-1, A3-1, A1-2, A2-2, A3-2, A1-3, A2-3 and A3-3, height varied with the height of 0.5 m, 1 m, and 1.5 m. After testing the free-fall impact for each test structure, it can be concluded that the strength of the roof structure of the safest car is obtained on the structure of A2-1 of the level of 0.5 [m], namely: maximum force (F_Max) =

66.8061 [N], the voltage maximum (σ_maks) = 29691.6 [Pa], momentum (M) =

21.3289 [kgm / s], impulse (I) = 2.0709 [Ns], impact energy experiments (EIE) = 33.4030 [J ], potential energy (Ep) = 31.392 [J] and energy absorption (Es) = 2.011 [J]. While the simulation results obtained software Ansys 14.0 (σ_maks) = 31130 [Pa].

(12)

KATA PENGANTAR

Teriring salam kita panjatkan Puji dan syukur kehadirat Allah SWT, Shalawat dan salam baginda 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 diambil dari mata kuliah Elemen Mesin yaitu “EKSPERIMEN DAN SIMULASI ANSYS 14.0 KEKUATAN IMPAK JATUH BEBAS PADA STRUKTUR ATAP MOBIL DARI BAHAN

KOMPOSIT POLYMERIC FOAM_{DIPERKUAT SERAT TANDAN}

KOSONG KELAPA SAWIT”.

Dalam penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan, motivasi, ilmu 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 Ir. Syahrul Abda, MSc sebagai Dosen Pembimbing.

Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Ir. Syahrul Abda, MSc sebagai Dosen Pembimbing Skripsi yang banyak memberi bimbingan, arahan, motivasi, nasehat, dan pelajaran yang sangat berharga selama proses penyelesaian Skripsi ini.

2. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Ir. Syahril Gultom, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU. Bapak Ir. Syahrul Abda, MSc selaku Koordinator Skripsi.

(13)

5. Teman satu tim (Sukril Amin Nasution) yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk bergabung dalam penyelesaian tugas sarjana ini.

6. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin stambuk 2009 dan khususnya kepada Aidil suhada, yang banyak memberi motivasi kepada penulis dalam menyusun skripsi ini.

Kedua orang tua tersayang, Ayahanda Alm. Drs. Ismail Harahap dan Ibunda Juliana Hasibuan dan adik-adik tersayang Nurlatifa Hannum Harahap, Rizky Mulia Harahap, Rizka Fauziah Harahap dan uda saya Zupri Harahap atas doa, kasih sayang, pengorbanan, tanggung jawab yang selalu menyertai penulis, dan memberikan penulis semangat yang luar biasa sehingga penulis dapat menyelesaikan 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 kurang tepat dalam skripsi ini sebagai insan manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Atas kata-kata ini penulis diakhiri mengucapkan terimakasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi seluruh kalangan yang membacanya. Amin Yaa Rabbal ‘Alamin”.

Medan, 14 April 2014

Penulis,

Abdullah Yaqub Harahap NIM : 090421017

(14)

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... i

ABSTRACT_{... ii}

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL ... viii

DAFTAR GAMBAR ... x

DAFTAR NOTASI ... xiii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Tujuan Penelitian ... 3

1.5 Manfaat Penelitian ... 3

1.6 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1 Komposit ... 5

2.2 Matrik ... 6

2.2.1 Resin Polierter Tak Jenuh ... 6

2.2.2 Poliuretan ... 8

2.2.3 Blowing Agent... 9

2.2.3.1 Polyol ... 12

2.2.3.2 Isocyanate ... 12

(15)

2.5.1.2 Momentum ... 18

2.5.1.3 Impuls ... 19

2.5.1.4 Energi ... 19

2.5.1.5 Tegangan ... 20

2.5.1.6 Pengukuran Gaya Impak ... 20

2.6 Hukum Hook ... 21

2.7 Ansys 14.0 Workbench ... 21

2.7.1 Cara Kerja Ansys 14.0 Workbench ... 22

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 23

(16)

3.8 Diagram Alir Penelitian ... 41

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 43

4.1 Hasil Pengujian Impak Jatuh Bebas ... 43

4.1.1 Hubungan Gaya Dan Waktu ... 43

4.2 Respon Struktur Atap Mobil ... 87

4.3 Hasil Uji Tarik ... 90

4.4 Hasil Simulasi Ansys 14.0 Workbench ... 97

4.4.1 Distribusi Tegangan ... 97

4.4.2 Hasil Simulasi Ansys 14.0 Workbench ... 102

4.5 Perbandingan Hasil Eksperimen Dan Simulasi ... 103

4.6 Verifikasi Perbandingan Simulasi Ansys 14.0 Dan Catia V5R21 ... 103

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 104

5.1 Kesimpulan ... 104

5.2 Saran ... 104 DAFTAR PUSTAKA

(17)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Karakteristik Mekanik Polister Resin Tak Jenuh ... 6

Tabel 2.2 Spesifikasi Unsaturated Polyester Resin Yucalac 157 ... 7

Tabel 2.3 Parameter Tipikal Tandan Kosong Kelapa Sawit Per kg ... 14

Tabel 2.4 Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh ... 16

Tabel 3.1 Kegiatan dan tempat penelitian ... 23

Tabel 3.2 Spesifikasi Mesin Pencacah ... 26

Tabel 3.3 Perbandingan Bahan Pembentuk Struktur ... 30

Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Impak Jatuh Bebas Stuktur A1-1 ... 43

Tabel 4.2 Data Olah Hasil Uji Impak Jatuh Bebas Terhadap Struktur A1-1 ... 45

Tabel 4.3 Tabel Data Hasil Uji Impak Jatuh Bebas Terhadap Struktur A2-1 ... 48

Tabel 4.5 Data Hasil Uji Impak Jatuh Bebas Terhadap Struktur A3-1 ... 52

Tabel 4.11 Data Hasil Uji Impak Jatuh Bebas Terhadap A3-2 ... 66

Tabel 4.13 Data Hasil Uji Impak Jatuh Bebas Tehadap Struktur A1-3 ... 71

Tabel 4.19 Hasil Olah data Uji Impak Jatuh Bebas ... 86

Tabel 4.20 Hasil Uji Tarik Pada Spesimen A1 ... 96

(18)

Tabel 4.24 Perbandingan Hasil Eksperimen dan Hasil Simulasi Ansys 14.0 ... 103 Tabel 4.25 Verifikasi Perbandingan Hasil Simulasi Ansys 14.0

(19)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Ikatan Uretan Dan Reaksi Pembentukan Poliuretan ... 8

Gambar 2.2 TDI chemical struktur ... 13

Gambar 2.3 Grafik hubungan v – t... 16

Gambar 2.4 Diagram Kecepatan dan Waktu ... 17

Gambar 3.1 Resin BTQN 157 EX ... 24

Gambar 3.2 Polyol dan Isosianate ... 24

Gambar 3.3 Katalis Mekpo ... 25

Gambar 3.4 Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit ... 25

Gambar 3.5 Wax ... 26

Gambar 3.6 Mesin Pencacah Serat TKKS ... 26

Gambar 3.7 Timbangan Digital... 27

Gambar 3.8 Cetakan Struktur Atap Mobil ... 27

Gambar 3.9 Alat Pendukung ... 28

Gambar 3.10 Ukuran Stuktur Atap Mobil ... 28

Gambar 3.11 Cetakan Struktur Atap Mobil ... 29

Gambar 3.12 Alat Uji Impak Jatuh Bebas ... 32

Gambar 3.13 Komponen Alat Uji Impak Jatuh Bebas ... 33

Gambar 3.14 Prangkat Lunak DAQ for Impact testing ... 34

Gambar 3.15 Kabel loadcell dengan DAQ Lab-Jack U3-LV ... 35

Gambar 3.16 Calibration Program ... 35

Gambar 3.17 Tampilan Awal Ansys 14.0 ... 37

Gambar 3.18 Tampilan Enginering Data ... 37

(20)

Gambar 3.20 Tampilan Proses Meshing ... 38

Gambar 3.21 Tampilan Parameter Simulasi ... 39

Gambar 3.22 Tampilan Variabel Yang Akan Di simulasi ... 39

Gambar 3.32 Diagram Alir Penelitian ... 42

Gambar 4.1 Kurva hubungan Gaya Dengan Waktu Pada Ketinggian 0,5 m ... 46

Gambar 4.4 Kurva hubungan Gaya Dengan Waktu Pada Ketinggian 1 m ... 59

Gambar 4.10 Grafik Gabungan Hasil Impak Gaya Maksimum ... 85

Gambar 4.11 Respon Struktur Atap Mobil ... 87

Gambar 4.12 Grafik Tegangan Dan Regangan ... 87

Gambar 4.13 Distribusi tegangan Struktur Atap Mobil Dengan Gaya 68,67 N ... 98

(21)

Gaya 97,2171 N ... 100 Gambar 4.18 Distribusi tegangan Struktur Atap Mobil Dengan

(22)

DAFTAR NOTASI

Simbol Keterangan Satuan

A Luas penampang m2

d Diameter lekukan mm

E Modulus elastisitas Gpa

Eie Energi Impak J

EP Energi Potensial J

Es Energi Serap J

F Gaya N

Fmax Gaya Maksimum N

g Gravitasi m/s2

h Ketinggian m

I Impuls Ns

L Lebar m

M Momentum kgm/s

m Massa kg

P Panjang m

T Tebal m

t Waktu s

v Kecepatan m/s

Regangan -

 Densitas kg/m3