(Revisi Skripsi)
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kelapa sawit pertama ditemukan di Afrika Barat dan disebut sebagai tanaman Tropical. Nama botani dari kelapa sawit adalah ELAEIS GUINEENSIS. Kelapa sawit merupakan salah satu perkebunanan yang mempunyai peranan penting bagi subsektor perkebunan di Indonesia. Berdasarkan data Kementrian Pertanian RI, pada tahun 2010 ini luas lahan kelapa sawit di Indonesia diperkirakan sudah mencapai 8,127 juta hektare.
Kelapa Sawit hanya dapat berproduksi secara ekonomis sampai berumur 30 tahun. Setelah itu tanaman harus diremajakan dengan cara ditebang dan menggantikannya dengan tanaman yang baru, seperti diperlihatkan pada Gambar. 1.1.
Gambar. 1.1. Pohon kelapa sawit yang telah ditebang
Hasil peremajaan tersebut pada umumnya menyisakan masalah limbah batang kelapa sawit dalam jumlah yang cukup banyak. Pada umumnya batang kelapa sawit dibiarkan saja di areal perkebunan atau dibakar sebagai pupuk alami. Namun pemanfaatan batang kelapa sawit tersebut untuk bidang rekayasa keteknikan masih sangat jarang ditemukan. Berdasarkan fakta ini maka peneliti, atas gagasan dosen pembimbing, mencoba memanfaatkan limbah batang kelapa sawit ini menjadi material yang memiliki nilai ekonomis tersendiri.
Kelapa sawit merupakan pohon yang mengandung serat lignoselulosa yaitu 45% selulose dan 26% hemiselulose. Selain itu, batang kelapa sawit juga memiliki sifat fisik seperti warna kayu lebih cerah dan seragam, tidak mengandung mata kayu, relatif tidak mempunyai sifat anisotropis, mudah dikeringkan dan mudah diberi perlakuan kimia (Balfas, 2003) Oleh karena itu peneliti memanfaatkan material ini sebagai material penguat pada material komposit polimer.
Hasil penelitian ini akan digunakan sebagai referensi untuk penelitian selanjutnya, yaitu pembuatan pipa pembuangan air limbah dengan menggunakan material polimer diperkuat serat batang kelapa sawit. Oleh karena itu beberapa pengujian material akan dikerjakan untuk mendapatkan perilaku mekanik material ini terhadap berbagai jenis pembebanan.
Bentuk pipa pembuangan air limbah yang umumnya terdapat pada saluran pembuangan rumah tangga digunakan diperlihatkan pada Gambar. 1.2.
Gambar. 1.2. Pipa pembuangan air limbah
1.2. Perumusan masalah
Kajian penelitian ini terdiri dari: (1) pembuatan material komposit diperkuat serat batang kelapa sawit, (2) penyelidikan perilaku mekanik material ini akibat beban tarik dan tekan, dan (3) membandingkan hasil pengujian material ini dengan perilaku mekanik material pipa komersial.
Dalam pemakaiannya pipa jenis ini akan mengalami kondisi beban tekan ketika pipa tertindih oleh benda lain pada bagian luarnya. Sedangkan kondisi beban tarik pada pipa terjadi ketika terdapat tekanan dalam pipa selama mengangkut dan mengalirkan fluida. Kondisi-kondisi tersebut secara visual diperlihatkan pada Gambar. 1.3.
Gambar. 1.3. Tumpukan pipa plastik
Untuk keperluan kondisi pembebanan diatas, maka pada penelitian ini proses pembuatan material diatur berdasarkan variasi material-material penyusun. Variasi tersebut terdiri dari penentuan komposisi matriks dan serat batang kelapa sawit. Sedangkan katalis hanya berfungsi sebagai mempercepat terjadinya proses polimerisasi.
Komposisi material penyusun direncanakan berdasarkan fraksi berat masing-masing material pendukungnya dengan variasi terhadap serat batang kelapa sawit dan resin untuk spesimen uji statik tarik, yaitu berdasarkan hasil pengamatan hubungan antara grafik tegangan dan regangan yang dihasilkan pada uji tersebut Sedangkan komposisi untuk uji tekan diambil berdasarkan performa terbaik hasil pengujian statik tarik.
Hasil akhir yang diharapkan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan hasil yang terbaik untuk konsumsi rumah tangga dalam industri kecil.
1.3. Tujuan Penelitian
1.3.1 Tujuan Umum
Tujuan umum penelitian ini ialah untuk mendapatkan teknik pembuatan material komposit diperkuat serat batang kelapa sawit serta penyelidikan perilaku mekanik material ini akibat beban statik tarik dan tekan. Komposisi dan sifat mekanik terbaik akan dipergunakan sebagai dasar penelitian selanjutnya, yaitu pembuatan pipa pembuangan air.
1.3.2 Tujuan Khusus
Tujuan khusus penelitian ini ialah:
1. Mendapatkan teknik pembuatan material komposit polimer yang diperkuat serat batang kelapa sawit.
2. Mendapatkan perilaku mekanik material ini yang terdiri dari kekuatan statik tarik dan tekan.
1.4. Manfaat Penelitian
Material polimer telah luas dipergunakan untuk berbagai keperluan. Sifat yang sangat khas dari material jenis ini ialah berat jenisnya yang relatif lebih ringan dibandingkan dengan material-material teknik lainnya. Selain itu bahan ini pada umumnya memiliki sifat elastis yang lebih baik akibat sifat viscoelastis yang dominan mempengaruhinya. Sementara batang kelapa sawit merupakan material yang secara fisik memiliki kemiripan dengan kayu, dimana sebagian besar unsur penyusunnya adalah serat. Oleh karena itu penggabungan kedua jenis material ini diharapkan menghasilkan sebuah material baru yang memiliki sifat-sifat yang lebih baik.
Material ini dapat digunakan sebagai bahan alternatif pengganti kayu, kursi, meja, dll. Selain itu bahan ini dapat juga diaplikasikan sebagai bantalan permesinan karena memiliki sifat elastis yang baik. Untuk bidang akustik, bahan ini dapat dipakai sebagai bahan peredam suara dan gelombang elektromagnetik. Sementara terobosan baru yang akan dikerjakan dalam penelitian ini ialah pemanfaatannya untuk pembuatan pipa pembuangan air dengan skala pemakaian rumah tangga dan industri kecil.
1.5. Road Map Penelitian
Kegiatan penelitian ini merupakan bagian dari serangkaian tahapan penelitian yang dapat dijelaskan pada tabel 1.1.
Tabel 1.1. Roadmap kegiatan penelitian
TAHAP I TAHAP II
Kegiatan • Teknik pembuatan material komposit diperkuat serat batang kelapa sawit.
• Penyelidikan perilaku mekanik material yang dihasilkan.
• Teknik pembuatan pipa berbahan komposit diperkuat serat batang kelapa sawit.
• Penyelidikan perilaku mekanik pipa tersebut akibat beban eksternal.
Peneliti :
1. Anderson Sinaga
NIM: 06011002
2. Trisno Fajarto
NIM: 06007007
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Batang Kelapa Sawit
Batang sawit pada dasarnya merupakan bahan yang memiliki struktur relatif tidak seragam dan memiliki kesan struktur seperti kayu dengan konfigurasi serat yang lebih pendek. Dalam keadaan segar kayu sawit berwarna putih cerah dengan penampakkan permukaan cenderung berbulu (fuzzy grain), (Balfas, 2003).
Menurut Prayitno (1995) dalam Santoso (2005), variasi kadar air (KA) kelapa sawit relatif besar seperti halnya variasi kayu daun lebar (hardwood) yang mempunyai berat jenis rendah. Bagian dalam kayu umumnya mempunyai KA yang lebih tinggi dibandingkan dengan bagian tengah, tetapi lebih rendah dibandingkan bagian kulit. Bakar (2003), mengemukakan bahwa KA tertinggi berkisar antara 1345-500 persen, variasi ini cenderung turun dari atas batang kebawah dan dari empelur ke tepi.
Salah satu masalah serius dalam pemanfaatan batang sawit adalah sifat higrokopis yang berlebihan. Meskipun telah dikeringkan sehingga mencapai kadar air kering tanur, kayu sawit dapat menyerap uap air dari udara hingga mencapai kadar air lebih dari 20%. Pada kondisi ini beberapa jenis jamur dapat tumbuh subur baik pada permukaan maupun bagian dalam kayu sawit. Hal ini berhubungan dengan karesteristik kimia batang yang sangat memiliki kandungan ekstraktif (terutama pati) yang lebih banyak dibandingkan kayu biasa.
Beberapa sifat penting dari setiap bagian batang kelapa sawit diperlihatkan pada tabel 2.1.
Tabel 2.1. Sifat–sifat dasar penting batang kelapa sawit.
Sifat-sifat penting Tepi Tengah Pusat
Berat Jenis 0,35 0,28 0,20
Kadar Air, % 156 257 365
Kekuatan Lentur, kg/cm2 29996 11421 6980
Keteguhan Lentur, kg/cm2 295 129 67
Susut Volume 26 39 48
Kelas Awet V V V
Kelas Kuat Kelas Kuat V V
Sumber : Bakar (2003)
2.2. Komposit Polimer Serat Batang Kelapa Sawit
Bahan komposit adalah suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau lebih bahan, dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama lainnya baik itu sifat kimia maupun fisikanya dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut (bahan komposit).
Komposit dibentuk dari 2 jenis material yang berbeda, yaitu :
1. Penguat (reinforcement) yang mempunyai sifat kurang liat, tetapi rigid serta lebih kuat.
2. Matriks umumnya lebih liat, tetapi mempunyai kekuatan dari rigiditas yang lebih rendah.
Bahan komposit memiliki banyak keunggulan, diantaranya berat yang lebih ringan, kekuatan dan kekuatan yang lebih tinggi, tahan korosi dan memiliki biaya perakitan yang lebih murah karena kekuatan dari komposit serat karbon lebih tinggi daripada semua paduan logam.
Febrianto (1999) dalam Setyawati (2003) menyatakan bahwa komposit polimer adalah komposit yang terbuat dari plastik sebagai matriks dan serbuk kayu sebagai pengisi (filler), yang mempunyai sifat gabungan keduanya. Selain kayu yang digunakan sebagai filler, bahan non kayu yang mengandung lignoselulosa seperti limbah hasil pertanian dan perkebunan juga dapat digunakan seperti limbah batang sawit. Penambahan filler ke dalam matriks bertujuan mengurangi densitas, meningkatkan kekakuan, dan mengurangi biaya perunit volume. Dari segi kayu, dengan adanya matrik polimer didalamnya maka kekuatan dan sifat fisiknya juga akan meningkat.
2.3. Teknik Pembuatan Material Komposit Polimer
Teknik pembuatan material komposit polimer pada umumnya tidak melibatkan penggunaan suhu dan tekanan yang tinggi. Hal ini disebabkan material ini mudah menjadi lembut atau melebur [3]. Proses pencampuran penguat kedalam matriks dilakukan ketika matriks dalam keadaan cair.
Beberapa metode pembuatan material komposit polimer yang umum digunakan ialah [3]:
1. Metode sentuhan (hand layup).
2. Metode pemampatan/tekanan.
3. Metode pemberian tekanan dan panas.
Metode hand lay-up dilakukan dengan cara melekatkan atau menyentuhkan material-material penyusun pada cetakan terbuka dan dengan perlahan-lahan diratakan dengan menggunakan roda perata atau dengan pemberian tekanan luar. Metode ini cocok untuk jenis penguat serat kontinu. Metode pemampatan/tekanan ini menggunakan prinsip ekstrusi dengan pemberian tekanan pada material bakunya yang dialirkan kedalam cetakan tertutup. Metode ini pada umumnya berupa suntikan, mampatan, dan semprotan. Material penguat yang cocok untuk jenis ini ialah penguat partikel. Metode yang ketiga menggunakan tekanan dengan pemberian pemanasan awal. Hal ini bertujuan untuk memudahkan material komposit mengisi pada bagian-bagian yang sulit terjangkau atau ukuran yang sangat kecil. Metode-metode yang umum dipergunakan dalam mencetak material komposit diperlihatkan pada Gambar. 2.1.
(a) (b)
(c)
Gambar. 2.1. Metode pembuatan material komposit: (a) Hand Lay-up, (b) Spray Lay-up, (c) Heat & Pressurize.
2.4. Teori Kekuatan Statik Tarik
2.4.1. Uji Tarik (Tensile Test)
Uji tarik adalah pemberian gaya atau tegangan tarik kepada material dengan maksud untuk mengetahui atau mendeteksi kekuatan dari suatu material. Tegangan tarik yang digunakan adalah tegangan aktual eksternal atau perpanjangan sumbu benda uji.
Uji tarik dilakuan dengan cara penarikan batang uji dengan gaya tarik secara terus menerus, sehingga bahan (perpajangannya) terus menerus meningkat dan teratur sampai putus, dengan tujuan menentukan nilai tarik. untuk mengetahui kekuatan tarik suatu bahan dalam pembebanan tarik, garis gaya harus berhimpit dengan garis sumbu bahan sehingga pembebanan terjadi beban tarik lurus. Tetapi juga gaya tarik sudut berhimpit maka yang terjadi adalah gaya lentur. Ilustrasi pengujian tarik diperlihatkan pada Gbr. 2.2.
Gambar. 2.2. Uji tarik dan grafik hasil pengujian
Biasanya yang menjadi fokus perhatian adalah kemampuan maksimum bahan tersebut dalam menahan beban. Kemampuan ini umumnya disebut “Ultimate Tensile Strength” disingkat dengan UTS, dalam bahasa Indonesia disebut tegangan tarik maksimum.
2.4.2. Hukum Hooke
Untuk hampir semua benda, pada tahap sangat awal dari uji tarik, hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang bahan tersebut. Ini disebut daerah linier atau linear zone. Di daerah ini, kurva pertambahan panjang vs beban mengikuti aturan Hooke sebagai berikut: ”Rasio tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan”.
Tegangan adalah beban dibagi luas penampang bahan dan regangan adalah pertambahan panjang dibagi panjang awal bahan. Tegangan diformulasikan sebagai:
σ = F/A (2.1)
dimana: F = gaya tarikan, dan A = luas penampang
dan regangan diformulasikan sebagai:
ε = ΔL/L (2.2)
dimana: ΔL = pertambahan panjang, dan L= panjang awal
Hubungan antara tegangan dan regangan selanjutnya berdasarkan hukum Hooke dapat dirumuskan sebagai berikut:
E = σ / ε (2.3)
Untuk memudahkan pembahasan, Gambar. 2.1 kita modifikasi sedikit dari hubungan antara gaya tarikan dan pertambahan panjang menjadi hubungan antara tegangan dan regangan (stress vs strain). Selanjutnya kita dapatkan kurva standar ketika melakukan eksperimen uji tarik. E adalah gradien kurva dalam daerah linier, di mana perbandingan tegangan (σ) dan regangan (ε) selalu tetap. E diberi nama “Modulus Elastisitas” atau “Young Modulus”. Kurva yang menyatakan hubungan antara strain dan stress seperti ini kerap disingkat kurva SS (SS curve).
Perubahan panjang dari spesimen dideteksi lewat pengukur regangan (strain gage) yang ditempelkan pada spesimen seperti diilustrasikan pada Gambar. 2.3. Bila pengukur regangan ini mengalami perubahan panjang dan penampang, terjadi perubahan nilai hambatan listrik yang dibaca oleh detektor dan kemudian dikonversi menjadi perubahan regangan.
Gambar. 2.3. Pengamatan terhadap pertambahan panjang dengan menggunakan Strain gage
2.5. Teori Kekuatan Statik Tekan
Pengujian tekan merupakan kebalikan dari pengujian tarik. Untuk melaksanakan pengujian tekan, kita memerlukan benda uji yang lainnya. Benda uji untuk pengujian tekan mempunyai ukuran-ukuran 1 atau 2 ialah angka-angka perbandingan jarak titik senter : diameter penampang. Benda uji itu dipasang pada mesin penguji (sama dengan pengujian tarik) dan oleh gaya tekan yang akan semakin bertambah besar hingga akhirnya menekan pada batang tersebut, maka batang ini akan menjadi pendek dan akhirnya rusak dan pecah.
Banyak produk bidang keteknikan yang mengalami beban tekan secara statik. Untuk mengoptimalkan produk tersebut perlu diketahui karakteristik material penyusunnya akibat beban tekan statik. Karakteristik tersebut harus terukur, oleh karena itu perlu suatu pengujian tekan statik terhadap material tertentu agar karakteristik dapat diketahui. Karakteristik dapat diketahui dari respon yang dialami oleh material. Respon yang diakibatkan oleh adanya gangguan (disturbance) yang diberikan terhadap sebuah sistem, seperti: F (gaya), T (temperatur), dan lain-lain. Di dalam uji tekan statik, gaya yang diberikan ditunjukkan pada Gambar. 2.4.
Gambar. 2.4. Diagram Uji Tekan Statik
Berdasarkan diagram tersebut dapat ditentukan respon mekanik berupa tegangan normal dan regangan akibat beban tekan statik. Selanjutnya hubungan persamaan (2.1), (2.2), dan (2.3) dapat digunakan untuk menentukan respon mekanik bahan akibat beban tekan.
BAB 3
METODOLOGI
3.1. Tempat dan Waktu
3.1.1. Tempat
Kegiatan penelitian dilaksanakan pada beberapa tempat yang bertujuan untuk menjawab permasalahan selama penelitian berlangsung. Tempat dan aktifitas penelitian diperlihatkan pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1. Lokasi dan Aktifitas Penelitian
No. Aktifitas Lokasi Penelitian Keterangan
1. Pembuatan material komposit diperkuat serat batang kelapa sawit. Laboratorium Pengujian Material, Program Studi Teknik Mesin, STT. Sinar Husni.
2. Pengujian statik tarik dan tekan. Pusat Riset Impak dan Keretakan, Dept. Teknik Mesin, FT-USU.
Menggunakan Shimadzu Servopulser AGS-G 10 kN
3. Pengolahan data hasil pengujian dan pembuatan laporan penelitian.
Program Studi Teknik Mesin, STT. Sinar Husni.
3.1.2. Waktu
Waktu penelitian direncanakan enam bulan dimulai pada bulan Januari 2010 hingga Juni 2010.
3.2. Alat dan Bahan
3.2.1. Alat
3.2.1.1. Cetakan Spesimen Uji Statik Tarik
Cetakkan yang digunakan untuk spesimen pengujian tarik menggunakan standar pengujian ASTM D638 untuk uji tarik bahan-bahan polimer. Bahan cetakan terbuat dari stainless steel, ini dipakai agar cetakkan yang dipakai tidak mudah terkena korosi dan untuk penggunaannya lebih efesien dibandingkan dengan menggunakan bahan dari besi. Bentuk dan ukuran cetakan spesimen uji tarik diperlihatkan pada Gambar. 3.1.
Gambar. 3.1. Bentuk dan ukuran spesimen tarik ASTM D638
3.2.1.2. Cetakan Spesimen Uji Statik Tekan
Spesimen uji tekan menggunakan standar pengujian ASTM D1621–00 untuk material polimer. Cetakkan spesimen uji tekan dibuat dengan menggunakan sebuah pipa PVC yang berdiameter ¾“, dan panjang 15 cm. Bentuk dan ukuran cetakan spesimen uji tekan diperlihatkan pada Gambar. 3.2.
Gambar. 3.2. Cetakan spesimen uji tekan standar ASTM D1621–00
3.2.1.3. Timbangan digital
Timbangan digital digunakan untuk mengukur berat spesimen yang dihasilkan. Tujuan penimbangan ini adalah untuk mengetahui berat jenis apabila dihubungkan dengan volume spesimen. Timbangan digital yang digunakan diperlihatkan pada Gambar. 3.3.
Gambar. 3.3. Timbangan digital
3.2.1.4. Gelas Ukur Volumetric
Gelas ukur digunakan untuk mengukur volume spesimen yang dihasilkan. Gelas ukur yang dipergunakan diperlihatkan pada Gambar. 3.4.
Gambar. 3.4. Gelas ukur volumetric
3.2.1.5. Alat uji statik tarik dan tekan
Alat uji yang dipergunakan dalam penelitian ini ialah Shimadzu Servopulser AGS-G 10 kN. Bentuk alat uji yang dipergunakan tersebut diperlihatkan pada Gambar. 3.5.
Gambar. 3.5. Shimadzu Servopulser AGS-G 10 kN
.
3.2.2. Bahan
3.2.2.1. Serat Batang Kayu Kelapa Sawit
Serat batang kelapa sawit yang digunakan dalam pengujian spesimen ini diambil dari pohon kelapa sawit yang telah tidak berproduksi lagi ataupun sudah mati. Sebelum diolah menjadi serat, batang kelapa sawit dipotong kecil seukuran 5 s.d. 10 cm dan dipanasi pada suhu sekitar 60 s.d. 70 oC. Tujuan pemanasan ini ialah untuk meminimalisir kandungan air yang terdapat pada serat batang kelapa sawit tersebut. Setelah itu dilakukan penghalusan dengan menggunakan alat penghalus khusus. Bentuk alat penghalus dan serat yang dihasilkan diperlihatkan pada Gambar. 3.6 (a) dan (b).
(a) (b)
Gambar. 3.6. Alat pengolah serat; (a) alat penghalus serat, (b) serat yang dihasilkan
3.2.2.2. Resin Polyester Tak Jenuh
Resin Polyester tak jenuh adalah bahan dasar yang digunakan dalam pembuatan spesimen. Jenis resin polyester yang dipergunakan ialah BQTN-157 EX. Bentuk kemasan resin yang dipergunakan diperlihatkan pada Gambar. 3.7.
Gambar. 3.7. Polyester Resin Tak Jenuh
3.2.2.3. Katalis
Katalis berfungsi untuk mempercepat proses polimerisasi sehingga spesimen dapat cepat mengeras. Jenis katalis yang dipergunakan ialah jenis MEKPO (Methyl Ethyl Keton Peroxyde). Jenis katalis yang dipergunakan diperlihatkan pada Gambar. 3.8.
Gambar. 3.8. Katalis MEKPO
3.2.2.4. Lapisan Pemisah
Lapisan pemisah yang dipakai untuk pembuatan spesimen uji ialah dari jenis minyak mesin SAE40W. Tujuan pemberian lapisan pemisah ini ialah untuk memudahkan pelepasan spesimen dari cetakan ketika proses pembongkaran. Lapisan pemisah yang digunakan diperlihatkan pada Gambar. 3.9.
Gambar. 3.9. Lapisan pemisah
3.3. Prosedur Pembuatan Spesimen Uji
3.3.1. Spesimen Uji Tarik
Prosedur pembuatan spesimen uji statik tarik dapat dijalaskan sebagai berikut:
1. Potong bagian dalam batang kelapa sawit menjadi bagian-bagian kecil seukuran 5 s.d. 10 cm.
2. Pengeringan batang kelapa sawit yang telah dicacah tersebut pada suhu 60 s.d. 70 oC.
3. Penghalusan batang kelapa sawit dengan menggunakan alat penghalus selama lebih kurang 3 s.d. 5 menit.
4. Batang yang telah halus kemudian ditimbang sesuai dengan berat yang diinginkan.
5. Persiapkan katalis, serat batang kelapa sawit, dan resin poliester sesuai dengan komposisi yang telah ditentukan.
6. Bersihkan cetakan spesimen dan berikan lapisan pemisah. Persiapkan posisi pencetakan pada meja kerja.
7. Masukkan serbuk batang kelapa sawit yang telah ditimbang dan resin ke dalam wadah, kemudian diaduk hingga merata.
8. Masukkan katalis kedalam wadah tersebut, lalu aduk kembali hingga merata.
9. Kemudian tuangkan campuran tersebut pada cetakan.
10. Proses pengerasan terjadi selama lebih kurang 8 jam.
11. Pembongkaran spesimen yang telah mengeras.
3.3.2. Spesimen Uji Tekan
Tahap awal prosedur pembuatan spesimen uji tekan hampir sama dengan prosedur pembuatan spesimen uji tarik. Perbedaannya terletak pada jumlah material yang dibutuhkan dan bentuk cetakan spesimennya. Jumlah berat material untuk spesimen uji tarik adalah 60 gr, sedangkan untuk spesimen tekan 120 gr.
3.4. Prosedur Pengujian
3.4.1. Pengujian Statik Tarik
Proses pengujian statik tarik didahului oleh proses persiapan alat uji, yaitu:
1. Aktifkan sumber arus yang terdapat pada kotak power supply dengan cara menaikkan switch pada posisi ON.
2. Aktifkan sistim pendingin untuk pompa hidrolik. Sistim ini berfungsi mempertahankan kondisi suhu pelumas agar tetap stabil selama proses pengujian.
3. Periksa katup penutup pada pipa penghubung antara pompa air pendingin dengan sistim hidrolik. Pastikan katup tersebut dalam posisi terbuka dengan tujuan agar sirkulasi aliran air pendingin dapat bekerja dengan baik.
4. Tekan tombol ON yang berada pada bagian belakang Controller. Alat controller ini berfungsi sebagai sistim operasi utama alat uji.
5. Pastikan tekanan dalam tabung hidrolik sama dengan tekanan atmosfir.
6. Aktifkan pompa hidrolik melalui layar controller dengan menekan tombol HYD.
7. Tunggu hingga lebih kurang 20 hingga 50 detik, atau ditandai dengan suara dentuman kedua, kemudian tekan tombol LOAD untuk memberikan tekanan pada pompa hidrolik. Set tekanan yang dibutuhkan untuk pengujian dengan cara memutar katupnya. Tekanan pengujian pada umumnya berkisar antara 5 hingga 15 MPa, atau sesuai dengan kebutuhan, tetapi jangan mencapai batas maksimum (daerah yang ditandai warna merah).
8. Kembalikan layar pada pilihan TEST, yang berarti pengujian telah siap untuk dilaksanakan.
Setelah proses persiapan selesai, maka selanjutnya dilakukan proses Pengujian spesimen dengan prosedur pengujian adalah sebagai berikut:
1. Pasang spesimen uji pada chuck alat uji dengan mengatur posisi crosshead. Handle dari crosshead dioperasikan dengan menaikkan pin bagian atas dengan menggunakan jari telunjuk. Naikkan pengunci crosshead operation pada bagian atas pemegangnya, lalu tekan handle kearah pemegang dan kendurkan clamping crosshead.
2. Tekan kearah kanan untuk menaikkan chuck, atau kearah kiri untuk menurunkan chuck.
3. Menghentikan pergerakan chuck dengan mengembalikan handle pada posisi STOP.
4. Tekan handle STOP untuk mengunci crosshead.
5. Kembalikan layar pada pilihan TEST dan lakukan pengujian statik tarik.
3.5. Jadwal Penelitian
Jadwal penelitian ini diperlihatkan pada tabel 3.2.
Tabel 3.2. Jadwal kegiatan penelitian
No. Kegiatan Pelaksanaan Jan Peb Mar Apr Mei Jun
1. Persiapan Alat & Bahan
1.1. Persiapan Alat Cetak
1.2. Persiapan Bahan
1.3.
3. Pencetakan Spesimen
2. Pengujian Spesimen
2.1. Pengukuran BJ
2.2. Uji statik Tarik
2.3. Uji Statik Tekan
3 Analisa Data
4. Seminar Hasil
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pendahuluan
Pada bab ini akan diperlihatkan hasil-hasil penelitian yang telah dikerjakan untuk mendapatkan perilaku mekanik material ini secara pembebanan statik.
4.2. Pembuatan Material Komposit
Spesimen dibuat dengan menggunakan beberapa variasi komposisi material penyusun, seperti diperlihatkan pada tabel 4.1.
Tabel 4.1. Komposisi material komposit
Kode Komposisi Material Penyusun (%)
Serat BKS Resin Katalis
Z0 0 90 10
Z2 2 88 10
Z5 5 85 10
Z7 7 83 10
Z10 10 80 10
Hasil pembuatan material komposit diperkuat serat batang kelapa sawit berturut-turut untuk komposisi Z0, Z2, Z5, Z7, dan Z10 diperlihatkan pada Gbr. 4.1. (a), (b), (c), (d), dan (e).
Berat jenis material komposit tersebut pada masing-masing variasi komposisi diperlihatkan pada tabel 4.2 dan diplotkan dalam bentuk grafik seperti diperlihatkan pada Gambar. 4.2.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Gambar. 4.1. Spesimen uji statik tarik untuk komposisi: (a) Z0, (b) Z2, (c) Z5, (d) Z7, dan (e) Z10.
Tabel 4.2. Berat jenis material komposit
Kode Komposisi Berat Jenis (kg/m3)
Z0 1285
Z2 1265
Z5 1244
Z7 1186
Z10 1135
Gambar. 4.2. Grafik berat jenis komposit
Berdasarkan hasil pengukuran berat jenis tersebut terlihat bahwa berat jenis terkecil (minimum) terdapat pada komposisi Z10 dengan nilai sebesar 1135 kg/m3. Sementara berat jenis terbesar terdapat pada komposisi Z0 dengan nilai sebesar 1285 kg/m3. Berdasarkan data pengukuran berat jenis tersebut terlihat bahwa bobot komponen yang dihasilkan dapat direduksi dengan kehadiran serat batang kelapa sawit.
Teknik pembuatan material ini secara visual diperlihatkan pada Gambar. 4.3. Bagian (a) pada gambar tersebut menuunjukkan proses pemberian lapisan pemisah, (b) pencampuran resin dan serat, (c) pemberian katalis, (d) penuangan material kedalam cetakan, dan (e) spesimen yang dihasilkan.
(a) (b) (c)
(e) (d)
Gambar. 4.3. Proses pembuatan material komposit
4.3. Perilaku Mekanik Material Komposit
4.3.1. Hasil Uji Statik Tarik
Hasil pengujian statik tarik pada masing-masing komposisi diperlihatkan pada Gambar. 4.4. Sedangkan data mekanik hasil pengujian tersebut diperlihatkan pada tabel 4.3.
Gambar. 4.4. Grafik hasil uji statik tarik
Tabel 4.3. Data hasil pengujian statik tarik
No. Kode Komposisi Syt (MPa) E (MPa)
1. Z0 0,142 10,05 70,77
2. Z2 0,101 8,510 84,25
3. Z5 0,255 8,731 34,24
4. Z7 0,186 5,788 31,11
5. Z10 0,282 4,415 15,65
Berdasarkan hasil pengujian statik tarik tersebut terlihat bahwa kekuatan tarik maksimum terdapat pada komposisi Z0 dengan kekuatan tarik sebesar 10,05 MPa. Namun E tertinggi terdapat pada komposisi Z2 yaitu sebesar 84,25 MPa. Sementara regangan tertinggi terjadi pada komposisi Z5, yaitu sebesar 0,255, dengan kekuatan tarik Syt = 8,731 MPa. Apabila dibandingkan dengan hasil pengukuran berat jenis, maka komposisi Z5 menjadi komposisi yang disarankan karena memiliki perilaku mekanik yang cukup baik dengan berat jenis yang cukup ringan.
Sementara perilaku mekanik bahan baku pipa komersial, yaitu PVC berdasarkan kajian literatur dapat diperlihatkan pada tabel 4.4. Apabila dibandingkan ternyata kekuatan bahan hasil desain masih lebih kecil dibandingkan dengan kekuatan bahan komersial.
Tabel 4.4. Data mekanik bahan pipa komersial (PVC)
No. Sifat Mekanik Satuan Besaran
1 Berat Jenis kg/m3 1450
2 Kekuatan Tarik MPa 31 s.d. 60
3 Modulus Elastisitas MPa 3378
4 Kekuatan Tekan MPa 65,5
Sumber: Wikipedia – Polyvinyl chloride Materials
4.3.2. Hasil Uji Statik Tekan
Hasil pengujian statik tekan pada masing-masing komposisi diperlihatkan pada Gbr. 4.5. Berdasarkan hasil pengujian tersebut diperoleh data mekanik seperti diperlihatkan pada tabel 4.5.
Gambar. 4.5. Grafik hasil pengujian tekan
Tabel 4.5. Data hasil pengujian tekan
No. Kode Komposisi Syt (MPa) E (MPa)*
1. Z0 -0,2381 37,45 157,30
2. Z2 -0,1901 45,46 239,13
3. Z5 -0.2305 78,04 338,56
4. Z7 -0,1931 26,73 138,45
5. Z10 -0,1405 12,49 88,93
* nilai absolut
Berdasarkan hasil pengujian statik tekan tersebut terlihat bahwa kekuatan tekan maksimum terdapat pada komposisi Z5 dengan kekuatan tekan sebesar 78,04 MPa. Apabila dibandingkan dengan kekuatan tekan produk komersial, maka produk hasil desain memiliki kekuatan tekan yang lebih baik. Dengan demikian komposisi Z5 ini dapat disarankan sebagai bahan pembuatan pipa.
BAB 5
KESIMPULAN
Berdasarkan analisa hasil penelitian yang telah dilakukan diperoleh beberapa kesimpulan yang menjawab tujuan-tujuan khusus dari penelitian ini, yaitu:
1. Teknik pembuatan komposit jenis ini berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan adalah dari metode hand lay-up. Posisi kemiringan cetakan berkisar antara 60o s.d. 90o yang diukur dari permukaan meja kerja. Tujuannya perlakuan ini ialah agar cairan resin dapat dengan mudah mengalir dan memenuhi seluruh ruang cetakan.
2. Perilaku mekanik terbaik adalah yang terdapat pada komposisi Z5 dengan berat jenis 1244 kg/m3, kekuatan tarik sebesar 8,731 MPa, dan kekuatan tekan sebesar 78,04 MPa. Bila dibandingkan dengan perilaku mekanik bahan komersial (PVC), maka material baru ini memiliki kekuatan tekan yang lebih baik. Selain itu material ini memiliki bobot yang lebih ringan dibandingkan dengan material komersial.
DAFTAR KEPUSTAKAAN
[1]. Gere, M.J., & Timoshenko, P.S., Mekanika Bahan, Terjemahan oleh Hans J. Wospakrik, 1987, Jakarta: Penerbit Erlangga.
[2]. Wikipedia, Polyvinyl Chloride, (Online), (http://en.wikipedia.org/wiki/ Traffic_cone, diakses tanggal 20 Nopember 2010, Pukul 23.00 WIB).
[3]. Hashim, J. Pemprosesan Bahan, Edisi Pertama, Johor Bahru: Cetak Ratu Sdn. Bhd., 2003.
[4] Balfas, Pemanfaatan limbah batang pohon sawit sebagai bahan baku alternatif kayu pertukangan dan konstruksi (Online : 22 oktober 2010 pukul 19.00 wib)
[5] Handoko, Studi pengaruh laju regangan llinier pada uji tarik bahan baja karbon rendah, Program Diploma Teknik Mesin, FT UGM, Tidak dipublikasikan.
[6] Kurniati, A., Isolasi degradasi Hemiselulosa dari batang kelapa sawit secara kimia dan enzimatis, Program Studi kimia FMIPA Universitas Airlangga.
[7] Ansyari, D., Impregnasi asap cair tempurung kelapa, poliester tak jenuh Yukalac 157 BQTN Ex dan Toluena Diisosianat terhadap kayu kelapa sawit, Laporan Tesis, SPS-USU, 2009.
[8]. Surdia, Tata, dan Saito, S. Pengetahuan bahan teknik, Cetakan Keenam. Jakarta: Pradnya Paramita, 2005.
[9]. Chawla, K.K. Composite materials, First Ed. Berlin: Springer-Verlag New York Inc., 1987.
[10] Rahayu, S., Sifat dasar Vascular Bundle dan Parenchyme batang sawit (Eleais Guineensis Jacq) Dalam kaitannya dengan sifat fisis, mekanis serta keawetan, Program Studi Ilmu Pengetahuan Kehutanan, Fakultas PSP IPB., 2001
Variabel yang digunakan pada penelitian ini adalah dimensi partikel arang tempurung kelapa sawit dengan menggunakan saringan ukuran 20-40 mesh (0,84-0,42 mm), 40-60 mesh (0,42-0,25 mm), 60-80 mesh (0,25-0,177 mm), 80-100 mesh (0,177-0,149 mm).
Bahan perekat yang digunakan pada pembuatan briket adalah tapioka dan tanah liat.
Bahan baku yang digunakan adalah tempurung kelapa.
