VARIASI UKURAN MESH (Al-Si) DAN KARBON TEMPURUNG KELAPA DENGAN MENGGUNAKAN POLYESTER BQTN 157 TERHADAP NILAI PENGUJIAN KEKERASAN,KEAUSAN DAN
KOEFISIEN GESEK KAMPAS REM
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Oleh : DIKI AWALUDIN
D200 140 016
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2018
brought to you by CORE View metadata, citation and similar papers at core.ac.uk
provided by UMS Digital Library - Selamat datang di UMS Digital Library
VARIASI UKURAN MESH (Al-Si) DAN KARBON TEMPURUNG KELAPA DENGAN MENGGUNAKAN POLYESTER BQTN 157 TERHADAP NILAI PENGUJIAN KEKERASAN,KEAUSAN DAN
KOEFISIEN GESEK KAMPAS REM Abstrak
Pada penelitian ini peneliti ingin memahami dan membuat sampel kampas rem sepeda motor dengan menggunakan bahan komposit ramah lingkungan. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu fiberglass, karbon, serbuk Al-Si variasi mesh 50, 60, 100, kalsium karbonat, barium sulfat dan resin polyester dengan katalis sebagai matriks. Kemudian di uji gesek dengan uji kering, uji air, uji air garam, uji oil dan uji minyak rem dengan beban 20 kg selama 3 jam dan di uji kekerasan menggunakan Durometer dengan standar ASTM D2240. Dari hasil uji kekerasan nilai tertinggi pada variasi Al-Si mesh 100 yaitu 92,7 ShoreD. Hasil pengujian gesek nilai keausan tertinggi pada semua kondisi dari variasi Al-Si mesh 100 yaitu 33,171 mm³/jam, 29,025 mm³/jam, 29,025 mm³/jam, 30,393 mm³/jam, 37,310 mm³/jam. Dari hasil pengujian gesek di dapat nilai koefisien gesek nilai tertinggi pada semua kondisi dari variasi Al-Si mesh 100 yaitu 0,7084, 0,6322, 0,6025, 0,6393, 0,6345. Pada foto mikro setelah uji gesek kampas rem variasi mesh 50 mengalami kegagalan bonding adhesive sedangkan variasi mesh 60, 100 dan pasaran x mengalami kegagalan bonding kohesive. Dari hasil pebahasan dapat di simpulkan besar kecil butiran Al-Si mempengaruhi nilai kekerasan, keausan dan koefisien gesek kampas rem.
Kata kunci : serbuk Al-Si, karbon tepurung kelapa, polyester
Abstract
In this study researchers wanted to understand and make samples of motorcycle brake pads using environmentally friendly composite materials. The materials used in this study are fiberglass, carbon, Al-Si powder, mesh variation of 50, 60, 100, calcium carbonate, barium sulfate and polyester resin with catalyst as matrix. Then the friction test with dry test, water test, salt water test, oil test and brake fluid test with a load of 20 kg for 3 hours and tested for hardness using Durometer with ASTM D2240 standard. From the results of the hardness test the highest value on the variation of Al-Si mesh 100 is 92.7 ShoreD. The highest friction value testing results on all conditions of the variation of Al-Si mesh 100 that is 33.171 mm³ / hr, 29.025 mm³ / hr, 29.025 mm³ / hr, 30.339 mm³ / hr, 37.310 mm³ / hr. From the results of friction testing can get the highest value of friction coefficient in all conditions of the variation of Al-Si mesh 100 that is 0.7084, 0.6322, 0.6025, 0.6393, 0.6345. In micro photos after the brake pads friction test mesh 50 variations have
adhesive bonding failure while 60, 100 mesh and market x variations have cohesive bonding failure. From the results of the analysis can be concluded the small size of Al-Si granules affect the value of hardness, wear and friction coefficient of brake pads.
Keywords: Al-Si powder, coconut palm carbon, polyester
1. PENDAHULUAN
Semakin berkembangnya teknologi dalam dunia otomotif banyak sekali perkembangan dalam meningkatkan mutu produktifitas yaitu salah satunya adalah kampas rem, kampas rem salah satu komponen yang ada pada kendaraan bermotor yang berfungsi untuk memperlambat atau menghentikan kendaraan bermotor khususnya kendaraan yang ada di darat. Sehingga setiap produsen merancang dan membuat sistem dan komponen rem yang sesuai dengan kemampuan kendaraan.
Secara umum bahan friksi kampas rem memiliki tiga penyusun yaitu bahan pengikat, bahan serat dan bahan pengisi. Dalam pembuatan kampas rem, keausan suatu bahan komposit semakin besar atau semakin mudah aus dapat di pengaruhi oleh besarnya gaya kompaksi dan campuran dari beberapa variasi bahan. Dan komposit dalam kampas di pengaruhi beberapa faktor diantaranya Pemanasan (sintering).
Dari beberapa hal di atas mendorong penulis melakukan perancangan dalam pembuatan kampas rem yang ramah lingkungan untuk mendapatkan pengereman yang maksimal maka di butuhkan kampas rem dengan kemampuan yang baik. Dalam hal ini peneliti ingin menggunakan bahan non asbes karena lebih ramah lingkungan. Indonesia, merupakan negara penghasil pohon kelapa terbesar di dunia dan pohon kelapa sendiri memiliki banyak fungsi, salah satunya kegunaan lain tempurung kelapa bisa di gunakan untuk bahan alternatif serat penguat gesek. Karena tempurung kelapa memiliki karakter fisik dan mekanik yang baik yaitu kekerasan dan kerapatan tinggi, serta serapan air yang rendah (Kiswiranti, dkk. 2009).
Piston merupakan salah satu komponen kendaraan bermotor yang sering di gunakan sekali pakai. Limbah piston yang sering meningkat mendorong
penulis untuk melakuakan perancangan untuk bahan pembuatan kampas rem, di karenakan piston terbuat dari paduan Aluminium silikon (Al-Si). Paduan ini memiliki daya tahan korosi, abrasi / tahan aus, ringan , koefisien muai rendah dan juga mempunyai kekuatan yang tinggi. Selama ini limbah piston yang pemanfaatannya sebatas pada peleburan ulang (remelting).
Dalam penelitian ini mencari material alternatif kampas rem dengan performa yang baik serta tidak menimbulkan efek buruk bagi lingkungan, Sehingga peneliti menggunakan bahan karbon tempurung kelapa, Al-Si dengan variasi mesh 50,60,100 pada kedua bahan tersebut dan di padukan dengan bahan pengisi dan pengikat serta melakukan pengujian kekerasan dengan standart ASTM D2240, foto mikro, pengujian keausan dan koefisien gesek pada kondisi kering, pengaruh air, pengaruh oil, pengaruh air garam / asam, dan pengaruh oil rem.
1.1 Tujuan Penelitian
a. Pengaruh variasi komposisi kampas rem terhadap nilai kekerasan.
b. Pengaruh variasi komposisi kampas rem terhadap nilai keausan.
c. Pengaruh variasi komposisi kampas rem terhadap nilai koefisien gesek.
1.2 Batasan Masalah
Untuk mengurangi kompleksitas dan pembahasan yang meluas maka lingkup penelitian ini di batasi sebagai berikut :
a. Bahan
Pada penelitian ini bahan yang di gunakan yaitu Al-Si (piston) 83,60 % Aluminium dan 14,1 % silicon yang sebelumnya telah di lakukan uji komposisi kimia menggunakan uji emmision spectrometer (ASTME-11251) dengan variasi mesh 50,60,dan100,serbuk tempurung kelapa, fiber glass, polyester, serbuk kalsium karbonat, serbuk barium sulfat.
b. Pengujian
Pada penelitian ini di fokuskan pada pengujian kekerasan dengan standar ASTM D2240, foto mikro, pengujian keausan dan koefisien gesek pada kondisi kering, air, air garam, oli, dan oli rem.
c. Variasi bahan
(a) 45 % karbon tempurung kelapa ukuran mesh 50, 5 % (Al-Si) ukuran mesh 50, 15 % fiber glass, 35 % polyester .
(b) 45 % karbon tempurung kelapa ukuran mesh 60, 5 % (Al-Si) ukuran mesh 60, 15 % fiber glass, 35 % polyester .
(c) 45 % karbon tempurung kelapa ukuran mesh 100, 5 % (Al-Si) ukuran mesh 100, 15 % fiber glass, 35 % polyester .
1.3 Tinjauan Pustaka
Desi Kiswiranti, (2007), Kampas rem berbahan asbestos hanya mampu bertahan pada suhu 200 ̊C dan debu dari kampas rem ini sangat beracun yang dapat menyebabkan penebalan dan luka gores pada paru-paru (fibrosis), berbeda dengan kampas rem berbahan non asbestos yang mampu bertahan hingga suhu diatas 300˚C raah lingkungan dan apabila terkena air daya pengeremannya masih bisa optimal .
Santoso, dkk. (2016) melakukan penelitian tentang komposisi serbuk tempurung kelapa 20%, serbuk alumunium 40%, resin 40% memiliki angka yang mendekati kampas pembanding dengan nilai keausan 0,071.10-7 mm2/kg.
Komposisi serbuk tempurung kelapa 20%, serbuk alumunium 40%, resin 40%memiliki angka yang mendekati kampas pembanding dengan nilai kekerasan 16,8 kgf/mm2. Dengan melakukan variasi komposisi serbuk tempurung kelapa sangat berpengaruh terhadap angka keausan dan angka kekerasan.
Irfan, Pramuko IP, Ngafwan. (2009) melakukan penelitian tentang kampas rem gesek dengan memberikan waktu sintering pada tekanan kompaksi sebesar 10 menit. Keausan suatu bahan komposit semakin besar atau semakin mudah
aus dapat dipengaruhi oleh besarnya waktu yang diberikan pada proses kompaksi. Bila waktu penekanannya semakin besar maka tingkat keausan pun juga semakin besar. Nilai kekerasan suatu bahan juga terpengaruh oleh besar waktu penekanan kompaksi yang diberikan dalam proses pembuatan bahan kampas rem. Dalam pembuatan kampas, nilai kekerasan kampas juga berpengaruh dengan semakin besar kompaksi yang dibebankan maka semakin keras pula komposit tersebut. Karena komposit tersebut sendiri dipengaruhi oleh beberapa faktor dalam proses pembuatan dari bahan menjadi komposit dan beberapa penyebabnya yaitu: variasi bahan, beban kompaksi (beban press) yang diberikan serta lamanya beban kompaksi, dan pemanasan (sintering).
2. METODE
2.1 Diagram Alir Penelitian
Gambar 1 Diagram alir penelitian
2.2 Bahan dan Alat 2.2.1.Bahan
a). Barium Sulfat b). Calsium Karbonat c). Resin Epoxy
d). Plat Kampas Honda e). Fiberglass
f). Polyester BQTN 157 g). Karbon Tempurung Kelapa h). Serbuk Al-Si
i). Cobalt j). Katalis
2.2.2 Alat a). Mesin Pres b). Dies (cetakan) c). Heater
d). Unit Pengontrol suhu (Therocontrol) e). Non-contact infrared Thermometer f). Digital Tachometer
g). Clamp Meter h). Jangka Sorong i). Timbangan Digital j). Oven
k). Blender l). Mesin Bubut m). Mesin Frais n). Alat Uji Gesek o). Alat Uji Kekerasan p). Alat uji Foto Mikro
2.3 Langkah Penelitian
Pada penelitian ini menggunakan variasi ukuran besar butir AL- Si sebanyak 30 spesimen. Dari masing-masing jenis variasi di lakukan berbagai pengujian yaitu pengujian kekerasan, pengujian gesek, dan foto mikro.
Gambar 2 kampas Rem a). Mempersiapkan bahan dan alat.
b). Melakukankan penimbangan.
c). Pencampuran bahan-bahan hingga merata kemudian di masukkan ke cetakan yang sudah terpasang plat kampas yang sudah di kasih perekat.
d). Kemudian di pres dengan beban 4,5 ton selama 10 menit dengan suhu 90˚C.
e). Di sintering dengan suhu 150˚C selama 15 menit, setelah ini di lakukan pengujian kekerasan, pengujian gesek dan foto mikro dan diambil data dari pengujian.
Mencari nilai keausan
𝐾𝑒𝑎𝑢𝑠𝑎𝑛 = (T0−T1)A𝑡 (1)
dimana :
To = tinggi awal kampas (mm) T1 = tinggi akhir kampas (mm) T = lama waktu pengujian (jam) A = luas permukaan kampas (mm²)
Sedangkan mencari nilai koefisien
μ =2 x Fn x rT (2)
dimana :
µ = koefisien gesek T = Torsi (N.m) Fn = beban (N)
r = jarak dari titik pembebanan ke kampas (m) 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 3 Histogram Perbandingan Kekerasan Durometer Shore D
89,16 90,11
92,7
85,43
80 82 84 86 88 90 92 94
Nilai Kekerasan Durometer (HD)
Histogram Perbandingan Nilai Kekerasan Durometer
50 mesh 60 mesh 100 mesh kampas pasaran
Gambar 4 Histogram Hubungan Antara variasi Kampas Rem dengan Pengaruh Kondisi Pengujian Terhadap Keausan Rata-rata.
Gambar 5 Histogram Hubungan antara Variasi Kampas Rem dengan Pengaruh Kondisi Pengujian Terhadap Koefisien Gesek Rata-rata.
62,197
48,3893 46,9795 52,5357 49,7576
56,6822
44,2428 46,9795 41,4647
33,1717 29,0253 29,0253 30,3936 37,31…
63,5653
49,7576 46,9795
59,4189 58,0505
0 10,5 21 31,5 42 52,5 63 73,5
Pengujian Kering Pengujian Air Pengujian Oli pengujian air garam
pengujian minyak rem ( mm3/jam)
Histogram Keausan Kampas Rem Pada Semua Kondisi Pengujian
MESH 50 MESH 60 MESH 100 kampas pasaran
0,6087 0,5835
0,5402 0,5719 0,5827
0,6458
0,5617 0,5804 0,605 0,5861
0,7084
0,6322 0,6025 0,6393 0,6345
0,6869
0,6149 0,5472 0,5574 0,5577
0 0,2 0,4 0,6 0,8
Pengujian Kering Pengujian Air Pengujian Oli pengujian air garam
pengujian minyak rem
Koefisien Gesek (𝜇)
Histogram Perbandingan Koefisien Gesek Pada Semua Kondisi Pengujian
mesh 50 mesh 60 mesh 100 kampas pasaran
Gambar 6 Histogram Hubungan antara Variasi Kampas Rem dengan Pengaruh Kondisi Pengujian terhadap Suhu Rata-rata.
Gambar 7 Histogram Hubungan antara Variasi Kampas Rem dengan Pengaruh Kondisi Pengujian terhadap Torsi Rata-rata.
100,2
34,5 47,5
36,5 42
100
34,5 47,5
37,5 42,5
100,5
35 48,5
37,5
45 103,5
34,5
47,5 34,5 42
0 20 40 60 80 100 120
Pengujian kering Pengujian Air Pengujian Oli pengujian air garam
pengujian minyak rem Suhu (oC)
Histogram Perbandingan Suhu Pada Semua Kondisi
mesh 50 mesh 60 mesh 100 kampas pasaran
21,49 20,6
19,07 20,19 20,57
22,8
19,83 20,49 21,36 20,69
25,01
22,32 21,27 22,57 22,4
24,25
21,71
19,32 19,68 19,69
0 5 10 15 20 25 30
Pengujian Kering Pengujian Air Pengujian Oli pengujian air garam
pengujian minyak rem
Torsi (Nm)
Histogram Perbandingan Torsi Pada Semua Kondisi
MESH 50 MESH 60 MESH 100 kampas pasaran
Gambar 8 Histogram Hubungan antara Variasi Kampas Rem dengan Pengaruh Kondisi Pengujian terehadap Daya Rata-rata.
Gambar 9 Histogram Hubungan antara Variasi Kampas Rem dengan Pengaruh Kondisi Pengujian terehadap Kecepatan sudut Rata-rata.
822,19 797,60
747,20 780,45 801,68
871,81
765,16 793,93
841,02 806,60
948,27
864,16 827,15 877,78 872,38
922,14
843,69
748,37 766,37 762,48
100,000,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00 800,00 900,00 1000,00
Pengujian kering Pengujian Air Pengujian Oli pengujian air garam
pengujian minyak rem
Daya (watt)
Histogram Perbandingan Daya Pada Semua Kondisi Pengujian
Mesh 50 Mesh 60 Mesh 100 kampas pasaran
38,26
38,72
39,19
38,65 38,98
38,24
38,59 38,74
39,37
38,99
37,92
38,72 38,88 38,9 38,95
38,02
38,87
38,74 38,95
38,72
37 37,4 37,8 38,2 38,6 39 39,4 39,8
Pengujian Kering Pengujian Air Pengujian Oli pengujian air garam
pengujian minyak rem
ω (Rad/s)
Histogram Perbandingan Kecepatan Sudut Pada Semua Kondisi Pengujian
Mesh 50 Mesh 60 Mesh 100 kampas pasaran
4. PENUTUP 4.1 Kesimpulan
a). Nilai kekerasan dari kampas rem Al-Si dengan variasi mesh 100 memiliki nilai paling tinggi yaitu 92,7 skala shore D, sedangkan nilai kekerasan pada mesh 60 dengan nilai 90,11 shore D, nilai kekerasan pada mesh 50 dengan nilai 89,16 shore D, dan pada nilai kekerasan kampas pasaran x memiliki nilai terendan dengan nilai 85,43 shore D dari hasil tersebut di simpulkan besar butiran Ai-Si mempengaruhi nilai kekerasan kampas rem.
b). Dari hasil pengujian keausan kampas menunjukkan bahwa variasi kampas mesh 100 memiliki nilai keausan paling rendah dari semua pengujian dari pengujian kering dengan nilai 33,171 mm³/jam, pengujian air dengan nilai 29,025 mm³/jam, pengujian oli dengan nilai 29,025 mm³/jam, pengujian air garam dengan nilai 30,393 mm³/jam, pengujian minyak rem dengan nilai 37,318. Dan keausan tertinggi pada kampas pasaran x terjadi ke semua pengujian, jadi untuk kampas pasaran terbukti pada nilai kekerasan di mana semakin lunak nilai keausan semakin tinggi dan besar butiran Al-Si sangat mempengaruhi nilai keausan kampas rem yang di sebabkan struktur kampas yang padat akan memperlambat laju keausan itu sendiri.
c). Hasil pengujian gesek menunjukkan nilai koefisien gesek dengan nilai tertinggi pada semua kondisi yaitu variasi Al-Si mesh 100 dengan nilai pengujian kering sebesar 0,7084, kondisi air dengan nilai sebesar 0,6322, pengujian oli dengan nilai sebesar 0,6025, pengujian minyak rem dengan nilai sebesar 0,6345, pengujian air garam dengan nilai sebesar 0,6393 dan kampas pasaran x dengan nilai tertinggi semua pengujian sebesar 0,6869 pada pengujian kering. Dari hasil pegujian ini dapat disimpulkan bahwa semakin kecil ukuran butiran pada Al-Si dan luasan penampang yang luas maka akan meningkatkan nilai koefisien gesek dari kondisi kering, air, oli, air garam maupun minyak rem dan semakin besar nilai torsi maka akan semakin besar nilai koefisien geseknya.
4.2 Saran
Hasil dari penelitian ini, penulis mempunyai beberapa saran untuk dilakukan pada penelitian selanjutnya dalam proses pengembangan dalam pembuatan kampas rem yaitu:
a). Sebelum melakukan proses pembuatan kampas persiapkan semua bahan dengan benar-benar sesuai perhitungan yang matang.
b). Ketika waktu melakukan pencampuran bahan-bahan lakukan dengan sebaik mungkin karena akan mempengaruhi hasil kampas rem.
c). Usahakan pada waktu mulai pencetakan dies yang digunakan bersihkan dan jangan lupa beri pelumas, karena ketika waktu pelepasan dari dies biar tidak lengket dan tidak hancur atau sampai lepas dari sepatu kampas.
d). Usahakan saat setelah kompaksi kampas di diamkan agar suhu turun dan baru dilepas.
e). Pergunakan alat dengan sebaik-baiknya dan untuk mendapatkan data yang valid lakukan pengujian dengan bersungguh-sungguh.
f). Utamakan SAFETY FIRST pada semua kondisi.
DAFTAR PUSTAKA
ASTM D2240-Durometer Hardness.
Blau, P. J., 2009, Friction Science and Technology, CRC Press, New York.
Calister, Mc. Graw Hill. 2005. Material Science, London.
German. R.M., 1984. Powder Metallurgi Science. Metal Power Federation. Pricenton, New Jersey.
Gibson, R.F., 1994. Principle Of Composite Material
Mechanic.McGraw-Hill Interrnational Book Company, New York.
Irfan, Pramuko, Ngafwan.,(2009) Pengaruh Variasi Tekanan Kompaksi Terhadap Ketahanan Kampas Rem Gesek Sepatu. Laporan tugas akhir fakultas teknik mesin UMS, 2009, Surakarta.
Kiswiranti, Sugiarto, Hindarto N, Sutikno., (2009) Pemanfaatan Serbuk Tempurung Kelapa Sebagai Alternatif Serat Penguat Bahan Friksi Non- Asbestos Pada Kampas Rem Sepeda Motor. Semarang : jurnal jurusan fisika, fakultas matematika, dan ilmu pegetahuan alam. Universitas Negeri Semarang.
Kiswiranti Desi., (2007) Pemanfaatan Serbuk Tempurung Kelapa Sebagai Alternatif Serat Penguat Bahan Friksi Non-Asbestos Pada Pembuatan Kampas Rem Sepeda Motor. Semarang : skripsi fisika, Universitas Negeri Semarang.
Santoso, Estriyanto Yuyun, Wijayanto Danar Susilo., (2016) Pemanfaatan Campuran Serbuk Tempurung Kelapa Dan Alumunium Sebagai Material Alternatif Kampas Rem Sepeda Motor Non-Asbestos. Laporan tugas akhir program studi teknik mesin UNS, Surakarta.
Setiaji, Rahman. 2009. Pengujian Keausan. (www.scribd.com). Diakses pada tanggal 5 Agustus2017.
Smith, William F. (1990). Principles of Material Science And
Engineering, second edition. Mc. Graw Hill Publishing Company.
Stolk, Kros. 1994, Elemen Konstruksi Bangunan Mesin, Elemen mesin.
Erlangga, Jakarta.
Sularso, Suga, K., 1998. Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin, Jakarta:PT. Pradnya Paramita, Jakarta.
Van Vliet, G.L.J, dan Both, W., 1984, Teknologi Untuk Bangunan Mesin, Bahan-Bahan 1, Pradnya Paramita, Jakarta.
http://www.otosentrum.com/teknologi-sistem-rem http://m-edukasi.kemdikbud.go.id
www.scribd.com/doc/21704473/uji-keausan
