Analisis Proses Produksi Jerigen Plastik Menggunakan Mesin Pencetakan Tiup

TE S I S

Oleh

Y U N A U W A R 027015021/TM

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2008

ANALISIS PROSES PRODUKSI JERIGEN PLASTIK

MENGGUNAKAN MESIN PENCETAKAN TIUP

TE S I S

Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Teknik Mesin

Pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh

Y U N A U W A R 027015021/TM

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2008

Judul Tesis

:

ANALISIS PROSES PRODUKSI JERIGEN PLASTIK MENGGUNAKAN MESIN PENCETAKAN TIUP

Nama Mahasiswa : Yunauwar

Nomor Pokok : 027015021

Program Studi : Teknik Mesin

Menyetujui Komisi Pembimbing

(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME) Ketua

(Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D) (Ir.Alfian Hamsi, MSc) (Anggota) (Anggota)

Ketua Program Studi, Direktur SPs-USU,

(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME) (Prof.Dr.Ir.T. Chairun Nisa B.,M.Sc)

Tanggal Lulus: 26 Januari 2008

Telah Diuji pada

Tanggal: 26 januari 2008

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME Anggota : 1. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D

2. Prof. Dr. Ir. Samsul Rizal, M.Eng 3. Dr. -Ing. Ikhwansyah Isranuri 4. Ir. Alfian Hamsi, MSc

ABSTRAK

Pembuatan jerigen plastik dengan proses pencetakan tiup pada salah satu industri di Medan masih menghasilkan produk yang cacat yang terjadi ketika proses pegiriman ke pelanggan dan mengakibatkan penambahan biaya transportasi serta biaya produksi. Cacat tersebut dapat disebabkan oleh belum seragamnya kekuatan jerigen yang dihasilkan dan komposisi material yang tidak sesuai. Bahan daur ulang yang diasumsikan mencapai 29,1% sehingga terjadi degradasi kekuatan bila dibandingkan dengan bahan murni. Untuk mendapatkan kekuatan jerigen yang maksimal dilakukan uji variasi komposisi bahan baku dengan 58% s/d 70% bahan baru HDPE SABIC BM 1052 dan 30 % bahan daur ulang serta material haipet 0.9% - 12.9%. Untuk mengetahui kekuatan minimal yang dapat menjamin keseragaman kekuatan jerigen sehingga terjaga keutuhan media di dalamnya perlu dilakukan penelitian. Dalam penelitian ini dilakukan uji tarik terhadap beberapa komposisi bahan baku jerigen menggunakan Shimadzu Type AGS-10kNG untuk mengetahui sifat mekaniknya, mengamati sebaran ketebalan jerigen pada beberapa titik-titik kritis, uji tekan dengan alat top load tester dengan beban langsung sebesar 144 kg. Simulasi komputer akan sangat bermanfaat untuk mengklarifikasi hasil eksperimen yang dilakukan Dari semua data-data tersebut dipadukan agar didapatkan standar kekuatan yang diperlukan untuk jerigen sehingga dapat mencegah kerusakan pasca produksi.

ABSTRACT

Plastic Jerrycan product which is processed by blow molding machine in one industry in Medan still possessed defects when arrived to customer. This problem affected production and transportation cost. The defect could be caused by non uniform product dimension & strength and the material composition which is not in range. The recycled material used up to 29.1%, so that causing degradation of strength compared to that of fresh material. Therefore, HDPE SABIC BM 1052 must be reprocess so will mixing with fresh material 58% - 70% and additive material haipet 0.9% to 12.9%. Research needed to calculate strength and ensure the intact material inside jerrycan. This research started with tensile strength test by variation material composition using Shimadzu Type AGS-10kNG to get mechanical properties and continued by measuring Jerrycan thickness distribution at any critical points. Direct load test by weight 144 kg at the top of jerrycan using top load tester for checking the possibility of defect area. Computer simulation using solid work 2004, and MSC NASTRAN software will clarify the Jerrycan problem. These all datas combined and finally give the industrial jerrycan standard strength needed to avoid the defect after production.

KATA PENGANTAR

Puji syukur kita panjatkan kehadirat Allah SWT, yang mana atas segala rahmat, berkah dan hidayah-Nya, penulis dapat menyelesaikan tesis ini dengan baik, dimana ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan pada Program Studi Teknik Mesin Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.

Tesis ini berjudul Analisis Proses Produksi Jerigen Plastik Menggunakan Mesin Pencetakan Tiup. Penulisan ini terlaksana berkat dorongan dan arahan dari berbagai pihak, terutama para komisi pembimbing, para pembanding dan rekan-rekan mahasiswa yang telah memberikan masukan demi kesempurnaan penulisan laporan tesis ini.

Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada Prof. Dr.Ir.Bustami Syam MSME., selaku ketua komisi pembimbing, yang telah banyak memberikan petunjuk dan arahan dalam penyelaian tesis ini. Demikian juga kepada Prof. Basuki Wirdjosentono, MS, Ph.D, dan Ir. Alfian Hamsi, MSc selaku komisi pembimbing, yang telah banyak memberikan masukan dan saran-saran dalam penyelaian tesis ini.

Dalam kesempatan ini juga terima kasih penulis kepada Direktur Sekolah Pasca Sarjana Universitas Sumatera Utara, yang telah memberikan kesempatan kepada saya untuk menyelesaikan pendidikan S2.

Berikutnya sungguh tak terlupakan kebanggan penulis kepada Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME dan Dr. Ing.Ichwansyah Isranuri selaku ketua dan sekretaris Program studi Magister Teknik Mesin SPs-USU, yang telah memberikan kesempatan dan fasilitas demi selesainya tesis ini, serta Bapak-bapak dosen pembanding dan penguji yang telah memberikan tanggapan dan saran perbaikan, serta rekan-rekan dan semua pihak yang telah berpartisipasi dalam penyelesaian tesis ini.

Selanjutnya terima kasih atas izin penggunaan fasilitas laboratorium FMIPA dibawah pimpinan Bapak Dr. Hari Agusna sebagai kepala laboratorium penelitian FMIPA USU.

Penghargaan yang sangat mulia atas kemurahan hati dari Mr. Nayal Rasyed dan MR. Ali Saleh Aklan Al-Bodaigi sebagai General manager pada PT. Pacific Medan Industri dan PT. Pacific Palmindo Industri serta jajaran stafnya, atas segala kemudahan yang diberikan dalam penelitian ini, serta istri dan ananda tercinta yang telah memberikan dorongan, bantuan dan dukungan sepenuhnya selama mengikuti pendidikan ini

.

Penulis menyadari tesis ini masih belum sempurna, untuk itu mengharapkan kritik dan saran untuk kesempurnaan tesis ini dimasa yang akan datang. Kiranya ini dapat bermanfaat hendaknya.

Medan, 15 Juni 2007 Penulis,

RIWAYAT HIDUP

Nama : Yunauwar

Tempat/Tgl. Lahir : Aceh Besar, 6 Maret 1966

Pekerjaan : Karyawan PT. Pacific Palmindo Industri

Alamat Kantor : Kawasan Industri Medan II Mabar, Jl. Pulau Bawean KIM II Mabar – Sumatera Utara.

Pendidikan

Madrasah Ibtidaiya Negeri Indrapuri Th 1972 s.d 1979 Sekolah Menengah Pertama Neg. VII Jambi Th 1979 s.d 1982 Sekolah Menengah Atas Negeri I Palembang Th 1982 s.d 1985 Politeknik Elektronika USU Th 1986 s.d 1989 Fakultas Teknik Elektro Unida Banda Aceh Th 1990 s.d 1997

Riwayat Pekerjaan

Wakil Spv. Instrumentasi PT. SAI Banda Aceh Th 1989 s.d 1997 Spv. Electrik & Instrumentasi PT. Flora Sawita Chemindo Th 1997 s.d 2002 Kabag. Maintenance PT. Hamparan Pancaran Chemindo Th 2002 s.d 2004 Kabag. Electrik & Instrumentsi PT. Pacific Palmindo Industri Th 2004 s.d 2007 Engineering Manager PT. Smart-tbk Refinery Tarjun Th 2007 s.d Skrg

Pelatihan-pelatihan

1. Pendidikan dasar kemiliteran, tahun 1986 di Batalion invantri Padang Bulan Medan.

2. Indonesia Cement & Concrete Institute, tahun 1994 di PT. Semen Padang Indarung Sumatera Barat.

3. Distributed Control System Centum CS 1000, tahun 2005 di PT. Yokogawa Indonesia Jakarta.

4. Pelatihan Petugas Proteksi Radiasi, Badan Tenaga Atom Nasional Jakarta, tahun 1997 & 2001 Jakarta.

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK... i

ABSTRACT... ii

KATA PENGANTAR... iii

RIWAYAT HIDUP... v

DAFTAR ISI... vi

DAFTAR TABEL... viii

DAFTAR GAMBAR... ix

DAFTAR LAMPIRAN... xii

DAFTAR NOTASI... xiii

BAB 1. PENDAHULUAN... 1

1.1. Latar Belakang... 1

1.2. Perumusan Masalah... 3

1.3. Tujuan Penelitian... 5

1.4. Manfaat Penelitian... 5

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA... 7

2.1. Karakteristik Bahan Polimer... 8

2.2. Sifat-sifat Mekanik Polimer... 9

2.3. Kekuatan Tarik Bahan Polimer... 13

2.4. Proses Produksi Jerigen... 14

BAB 3. METODE PENELITIAN... 22

3.1. Waktu dan Tempat... 22

3.2. Bahan Spesimen dan Alat... 23

3.2.1. Bahan Dasar... 23

3.2.2. Spesimen Penelitian... 24

3.2.3. Sifat Mekanik Material dasar Penelitian... 30

3.4. Kerangka Konsep Penelitian... 32

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN... 33

4.1. Hasil Pengujian Sifat Mekanik... 33

4.2. Hasil Pengukuran Massa Jenis Bahan Jerigen... 40

4.3. Hasil Pengukuran Distribusi Ketebalan Jerigen... 41

4.4. Hasil Pengujian Top Load... 41

4.5. Hasil Uji Tindih... 46

4.6. Analisis Hasil Experimen pada Uji Top Load & Uji Tindih. 46 4.7. Simulasi Komputer... 46

4.7.1. Pemodelan dengan Solid Work 2004... 49

4.7.2. Input data sifat mekanik bahan... 50

4.7.3. Pemodelan beban... 51

4.7.4. Memberi Tumpuan (constrain)... 52

4.7.5. Proses analisa dan menampilkan hasil analisa.. 53

4.7.6. Hasil Analisa COSMOSSXpress... 55

4.8. Simulasi Komputer pada Beberapa Variasi Komposisi Material ... 55

4.9. Simulasi Komputer Ketika Ketebalan Jerigen Diubah... 59

4.9.1. Hasil Simulasi Jerigen Ketebalan 2 mm... 59

4.9.2. Hasil Simulasi Jerigen Ketebalan 1,75 mm... 60

4.9.3. Simulasi Untuk Ketebalan 1,5 mm Material Haipet 0.9 %... 64

4.9.4. Simulasi Untuk Ketebalan 1,5 mm Material Haipet 3.9 %... 68

4.10. Perbandingan Hasil Eksperimen dengan Simulasi... 70

BAB 5. KESIMPULAN... 73

5.1. Kesimpulan... 73

5.2. Saran... 74

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

2.1 Kekuatan tarik, tekan dan lentur bahan polimer ... 13

3.1 Tempat, Waktu dan Metode Penelitian ... 22

3.2 Karakteristik SABIC BM 1052 ... 30

3.3 Sifat Fisik Haipet ... 30

3.4 Variasi Komposisi Material Utama Jerigen ... 31

4.1 Hasil Uji Sifat Mekanik Spesimen ASTM D 638 Type IV... 35

4.2 Density Bahan dari Beberapa Komposisi Spesimen ... 40

4.3 Hasil Pengukuran Ketebalan Jerigen ... 42

4.4 Ikhtisar Hasil Top Load Test ………. 44 4.5 Perbandingan Hasil Pengujian dan Simulasi untuk ketebalan

jerigen 2mm...

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

2.1 Konsumsi plastik dunia ... 7

2.2 Model Voigt dan Model Maxwell ... 10

2.3 Kurva waktu-tegangan benda viscoelastic ... 14

2.4 Proses produksi jerigen ... 15

2.5 Skematik proses pembuatan jerigen plastik ... 17

2.6 Mekanisme terjadinya material recycle... 18

2.7 Ekstruder mesin blow molding ... 19

2.8 Mesin pencetak tiup ... 20

2.9 Cetakan Simetris Posisi Terbuka ... 20

2.10 Jerigen plastik BM 1052 ... 21

3.1 Dimensi Spesimen ASTM D 638 type IV ... 24

3.2 Spesimen Untuk Uji Pengukuran Ketebalan, Uji Tindih dan Top Load Test Tampak Semua Sisi ……….. …. 25 3.3 Pandangan Depan Jerigen Isi 20liter ... 27

3.4 Pandangan Samping Jerigen Isi 20 liter ... 28

3.5 Disain Dimensi Jerigen Volume 20 liter ……….. 29

3.6 Kerangka Konsep Penelitian ... 32

4.1 Grafik tegangan-regangan material komposisi I... 36

4.3 Grafik tegangan-regangan material komposisi III... 38

4.4 Grafik tegangan-regangan material komposisi IV... 39

4.5 Pengujian Top Load ... 43

4.6 Hasil Pengujian Top Load ... 43

4.7 Hasil Uji Top Load saat Beban dibebaskan dari Beban Tekan... 44

4.8 Hasil Uji tindih langsung jerigen 20 liter... 45

4.9 Die dan Pin berbentuk Bulat... 47

4.10 Dies Bulat dan Dies Berbentuk Persegi Empat... 47

4.11 Model Jerigen dibuat dengan Solid Work 2004... 49

4.12 Bagian Atas Jerigen sebagai Area Pembebanan... 51

4.13 Bagian Bawah Jerigen sebagai Tumpuan... 52

4.14 Sebaran Tegangan saat Pemberian Beban Tekanan... 54

4.15 Distribusi Translasi Total pada Jerigen 20 L Komposisi I……... 56 4.16 Distribusi Tegangan Von Misses pada Jerigen 20 L Komposisi

II...

57

4.17 Distribusi Tegangan Von Misses pada Jerigen 20 L Komposisi III...

57

4.18 Distribusi Tegangan Von Misses pada Jerigen 20 L Komposisi IV...

58

4.19 Distribusi Tegangan Von Misses Maksimum sebesar 8,0836 Mpa Ketebalan dinding 2mm Haioet 0,9%...

59

4.20 Distribusi Tegangan Von Misses Sebesar 8,0836 MPa Pada Elemen 24204 Ketebalan Dindingnya 2 mm Komposisi I...

4.21 Distribusi Tegangan Von Misses Ketebalan Dinding 1.75 mm Komposisi I Dilihat dalam Tiga Dimensi...

61

4.22 Pandangan Samping Kanan Distribusi Tegangan Von Misses Ketebalan Dinding 1.75 mm Komposisi I...

61

4.23 Pandangan Samping Kiri Distribusi Tegangan Von Mises Ketebalan Dinding 1.75 mm Komposisi I...

62

4.24 Pandangan Depan Distribusi Tegangan Von Mises Ketebalan Dinding 1.75 mm Komposisi I...

62

4.25 Pandangan Belakang Distribusi Tegangan Von Misess Ketebalan Dinding 1.75 mm Komposisi I...

63

4.26 Pandangan Atas Distribusi Tegangan Von Mises Ketebalan Dinding 1.75 mm Komposisi I...

63

4.27 Pandangan Bawah Distribusi Tegangan Von Mises Ketebalan Dinding 1.75mm Komposisi I...

64

4.28 Pandangan Atas Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm, Komposisi I...

65

4.29 Pandangan Bawah Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm, Komposisi I...

66

4.30 Pandangan Samping Kiri Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm, Komposisi I...

66

4.31 Pandangan Samping Kanan Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm, Komposisi I...

67

4.32 Pandangan Depan Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm, Komposisi I...

67

4.33 Pandangan Belakang Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm Komposisi I...

68

4.34 Pandangan Atas Distribusi Lendutan ketebalan jerigen 1.5 mm Komposisi II...

68

4.35 Pandangan Bawah Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm Komposisi II...

69

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

1 Set UP Mesin Uji Tarik yang tersedia di STP Serpong... 76

2 Set up alat uji tekan menggunakan Top Load Tester…………. 77

3 Uji Tindih Langsung... 78

4 Pengukuran Ketebalan Jerigen Menggunakan Agro Top Wave 79 5 Hasil Uji Tarik Di STP Serpong Jakarta untuk Komposisi I... 80

6 Hasil Uji Tarik Di STP Serpong Jakarta untuk Komposisi II.... 81

7 Hasil Uji Tarik Di STP Serpong Jakarta untuk Komposisi III... 82

8 Hasil Uji Tarik Di STP Serpong Jakarta Komposisi IV... 83

9 Foto-foto saat Pengujian di Sentra Poimer Serpong... 84

10 Sample ASTM D 638 type IV... 87

DAFTAR ISTILAH

Satuan

Koefisien viscositas peredam

Koefisien viscositas peredam

j Tegangan (Mpa)

G Modulus Elastik pegas (Gpa)

k Waktu relaksasi (dt)

Lo Panjang awal (mm)

Lt Panjang setelah waktu t (mm)

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Di industri kemasan plastik kini mendapat persoalan menyangkut ketahanan kemasannya ketika diisi dengan media, dimana masih didapatkan kegagalan daya tahan terhadap beban tekan, beban tarik, dan beban impak pada proses transportasi, sehingga keutuhan media yang diisi di dalamnya tidak terjamin. Kegagalan tersebut bisa terjadi karena beberapa faktor, antara lain pemilihan komposisi bahan baku antara fresh,recycled dan penguat haipet serta distribusi ketebalan jerigen yang tidak seperti yang diinginkan.

Kegagalan fungsi sebuah jerigen dalam mempertahankan keutuhan isi di dalamnya perlu dicegah. Bila jerigen dibuat terlalu kuat konsekuensinya kurang ekonomis, disamping itu belum ada standar yang menyatakan suatu jerigen memenuhi syarat untuk keperluan industri minyak goreng. Ada beberapa cara menguatkan jerigen antara lain, jerigen dibuat lebih tebal, jerigen diberikan bahan tambahan sebagai penguat, ataupun disain cetakan untuk menambah lekukan pada sisi-sisi yang perlu dikuatkan. Masing-masing tipe ada kelebihan dan kekurangannya serta sangat berpengaruh pada nilai ekonomis, teknis dan ergonomisnya. Semua produsen menetapkan harga optimum yang harus dicapai agar dapat memiliki semua aspek yang diinginkan pada jerigen.

Persoalan yang paling penting dari sebuah jerigen adalah jaminan keutuhan isi didalamnya sampai ke tangan konsumen. HACCP 22000 sangat menekankan terjaminnya food safety agar semua pelanggan dapat menggunakannya dengan aman. Cara menjamin keutuhan tersebut adalah dengan menggunakan jerigen yang dibuat dengan kekuatan yang memadai dan dari bahan food grade khususnya untuk jenis jerigen industri. Jerigen yang memiliki kekuatan yang memadai merupakan bagian yang terpenting bagi pengguna, karena jaminan keutuhan media di dalamnya sangat tergantung pada wadahnya. Cara melindungi media tersebut adalah dengan menggunakan kemasan antara lain jerigen yang kekuatannya terukur menurut standar.

Penyelidikan dan pengujian terhadap kehandalan dan kekuatan bahan polietilena telah dilakukan oleh beberapa peneliti dan balai pengujian dalam beberapa aspek yang berbeda yaitu: Sudirman [11] meneliti‚ pengaruh radiasi neutron cepat terhadap sifat fisik dan mekanik polietilena dan polistirena, beliau menyimpulkan bahwa iradiasi neutron cepat pada polimer tersebut mengakibatkan penurunan sifat fisik, mekanik dan struktur molekul yang meliputi temperatur dekomposisi, kekuatan tarik, dll, semua jenis polietilena (HDPE dan LDPE) mengalami degradasi setelah diiradiasi dengan neutron cepat. Besarnya laju degradasi sesuai dengan dosis neutron cepat yang digunakan. Bo Wang dan Thomas Siegmund,(2005), meneliti tentang ‘Simulation of fatigue crack growth at plastically mismatched bi-material interfaces’ beliau menyimpulkan bahwa, pertumbuhan retak fatik terjadi sepanjang arah tegak lurus terhadap permukaan antara kedua material (interface) yang tidak menyatu. Laju

percepatan pertumbuhan retak adalah sama seperti retak percabangan pada antarmuka yang diprediksikan tergantung pada sifat mismatch dari dua bentuk plastik padat dan sifat antarmuka. Dengan dilandasi pada latar belakang di atas peneliti memandang perlu dilakukan penelitian tentang kekuatan dan kehandalan jerigen sehingga dapat menjamin keutuhan media yang didalamnya sampai pada konsumen. Komposisi bahan baku jerigen dibuat bervariasi dan diambil sampelnya masing-masing, test properties menggunakan Servo Pulser AGS-10kNG Shimadzu untuk mendapatkan komposisi terbaik dan terkuat, lalu di produksi jerigen dengan komposisi terbaik dengan terlebih dahulu mengkondisikan mesin pencetakan tiup untuk mendapatkan ketebalan jerigen di seluruh titik sesuai dengan kebutuhan. Hasil produksi ini akan diuji top load tes, serta simulasi komputer menggunakan software solid work 2004 dan software MSC NASTRAN untuk mengklarifikasi sehingga didapatkan kriteria jerigen yang berkualitas.

1.2 Perumusan Masalah

Pembuatan jerigen meliputi tiga hal utama yaitu proses pemanasan, pencetakan dan proses pendinginan. Pemanasan terhadap bahan baku dimulai dari suhu kamar hingga mencapai suhu leleh yaitu: 160ºC – 190 ºC, batasan ini tidak boleh dilewati karena bila memasuki temperatur transisi kaca maka jerigen plastik akan kaku dan mudah pecah. Pencetakan merupakan proses pembentukan jerigen dengan cara tiup hingga plastik merata ke seluruh permukaan cetakan yang telah didisain sesuai dengan keperluan. Peniupan dipertahankan beberapa saat hingga

dicapai temperatur akhir sekitar suhu kamar yaitu 30 ºC. Proses pendiginan dilakukan dengan menggunakan air dingin dengan suhu rata-rata 10 ºC (chilling water) dan tidak besentuhan langsung, sehingga tidak memakan waktu yang lama untuk pendinginan.

Observasi dilapangan menunjukkan adanya kerusakan saat dikirim ke pelanggan yaitu ditemui kebocoran, sehingga mendapat keluhan, dan barang dikembalikan ke produsen.

Kerusakan jerigen tersebut perlu diatasi dengan beberapa upaya misalnya

meneliti kekuatan minimal jerigen tersebut melalui beberapa pengujian yang relefan. Peneliti berpendapat bahwa jerigen tersebut perlu dilakukan uji tekan untuk mengetahui daya tahan terhadap tekanan dari tindihan beberapa lapis jerigen lainnya. Juga perlu pula dilakukan uji tarik terhadap kekuatan materialnya, karena komposisi bahan baku jerigen ternyata dicampur dengan material recycled 29,1% dan material penguat haipet serta material baru (fresh) 58% s.d 70%, yang tentu kekuatannya berbeda dengan 100 % material baru. Penggunaan material recycled tidak dapat dihindarkan selama proses produksi dan harus diolah kembali dengan ditambah bahan penguat haipet sehingga nantinya diperoleh kekuatan yang memadai dan terukur. Dalam hal lain material recycled merupakan sisi proses pencetakan yang kualitasnya tidak jauh berbeda dengan material segar.

1.3 Tujuan Penelitian 1.3.1. Tujuan Umum

Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk menganalisis proses pembuatan jerigen plastik HDPE SABIC BM 1052 dengan variasi penambahan material recycled dan penguat haipet menggunakan mesin pencetakan tiup.

1.3.2. Tujuan Khusus

1. Mendapatkan distribusi tegangan dan regangan yang dialami oleh jerigen pada berbagai komposisi akibat beban sewaktu distribusi minyak goreng ke konsumen dengan pemodelan metode elemen hingga.

2. Mengidentifikasi lokasi lemah konstruksi jerigen berdasarkan distribusi ketebalan dinding dan total berat jerigen dengan bahan baku yang telah dipilih ketika dilakukan variasi beberapa komposisi.

3. Memperbaiki kekuatan jerigen dengan modifikasi komposisi material penguat haipet, sehingga diperoleh kekuatan yang mampu menahan beban 144 kg.

1.4. Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapan akan merupakan suatu karya nyata dari perguruan tinggi, khususnya lembaga penelitian, dalam memberikan informasi untuk mengurangi kerusakan jerigen ketika digunakan untuk mengisi minyak goreng.

Adapun manfaat dari penelitian ini adalah:

1. Diperoleh model jerigen yang lebih baik dengan menggunakan pemodelan metode elemen hingga.

2. Diperoleh data distribusi tegangan, regangan sehingga ketebalan jerigen dapat dimodifikasi untuk memperbaiki kekuatan.

3. Diperoleh kekuatan jerigen yang lebih baik dari hasil modifikasi komposisi material haipet penguat.

4. Konsumen memperoleh informasi tentang kekuatan dari jerigen dengan variasi komposisi bahan baku polietilena HDPE SABIC BM 1052 dan haipet bila diberikan beban 144 kg (6 lapis jerigen 20 liter).

5. Dapat digunakan sebagai pengembangan pengetahuan pada penelitian yang lebih lanjut guna menemukan konsep-konsep baru dalam upaya penerapan konsep empiris dan pemodelan pada pembuatan jerigen sehingga dapat memberikan kepuasan bagi pemakai jerigen.

sekarang ini, mulai dari peralatan rumah tangga, pertanian, industri, rumah sakit, sampai pada teknologi ruang angkasa. Bahan plastik secara bertahap mulai menggantikan gelas, kayu dan logam di bidang industri. Kecenderungan ini dapat dilihat pada Gambar 2.1, dimana penggunaan plastik terus meningkat dari tahun ke tahun.

Plastik, polimer, resin biasanya dianggap sinonim, dalam hal ini polimer merupakan material murni, sedangkan plastik dan resin ditandai dengan adanya kandungan additif. Resin sering digunakan untuk thermoset. Dalam pengertian modern yang lebih luas, plastik didefinisikan sebagai plastik, polimer resin, elastomer, foam, reinforced plastic, composite. Polyethilen, polystirene, polycarbonat, polypropilen, polyvinilclorida dan nilon merupakan bahan-bahan plastik. [2]

Lebih jauh tentang jerigen diuraikan beberapa hal mengenai sihat-sifat bahan bakunya seperti karakteristik bahan polimer, sifat-sifat mekanik bahan polimer, dan kekuatan tarik, serta proses pembuatan jerigen.

2.1 Karakteristik Bahan Polimer

Sifat-sifat khas bahan polimer pada umumnya adalah sbb:

1. Dapat dicetak dengan mudah pada temperatur relatif rendah, bahan dapat dicetak dengan penyuntikkan, penekanan, ekstrusi, dan seterusnya, yang menyebabkan ongkos pembuatannya lebih rendah dari pada bahan keramik.

2. Produknya ringan dan kuat. Berat jenis polimer rendah bila dibandingkan dengan logam dan keramik, yaitu 1,0 s.d 1,7 gram/cm³, yang memugkinkan membuat barang kuat dan ringan.

3. Memiliki ketahanan yang baik terhadap air dan zat kimia. Pemilihan bahan yang baik akan menghasilkan produk yang memiliki sifat-sifat baik sekali.

4. Kurang tahan terhadap pelarut. Umumnya larut dalam zat pelarut tertentu kecuali beberapa bahan khusus seperti politetrafluoretilen. Kalau tidak mudah larut, mudah retak karena kontak yang terus-menerus dengan pelarut dan disertai adanya tegangan.

5. Beberapa bahan tahan abrasi, atau mempunyai koefisien gesek yang kecil.

6. Kekerasan permukaan yang sangat rendah. Bahan polimer yang keras ada tapi masih jauh dibawah kekerasan logam dan keramik.

7. Kurang tahan terhadap panas, hal ini sangat berbeda dengan logam dan keramik. 8. produk-produk dengan sifat yang berbeda dapat dibuat tergantung pada cara

pembuatannya. Dengan mencampur zat pemplastis, pengisi dan sebagainya sifat-sifat dapat berubah dalam daerah yang lebih luas.

9. Dapat didaur ulang serta transparan dan bersifat optik.

2.2. Sifat-Sifat Mekanik Polimer

Sifat-sifat mekanik bahan polimer sangat dominan dengan sifat viskoelastiknya. Telah diketahui bahwa meregangnya film polietilen, perpanjangan tidak selalu sebanding lurus dengan beban yang diberikan, dan pada pelepasan beban, sebagian kecil regangannya tidak kembali, tetapi sebahagian besar tetap ada yang tidak kembali ke panjang asal, karena bahan polimer tidak semuanya merupakan bahan yang elastik tetapi mempunyai faktor viskositas. Bahan yang memiliki kedua sifat elastik dan kental disebut bahan viskoelastik.

permukaan patah yang rata seperti halnya patahan getas. Kelakuan ini sangat tergantung pada laju deformasi. Dan kalau didinginkan akan menjadi kaku dan sukar diregangkan. Dalam hal ini waktu deformasi dan temperatur memberikan pengaruh banyak terhadap sifat-sifat mekanik polimer. Kelakuan semacam ini adalah ciri khas sifat viskoelstik dan sifat ini sangat jelas dapat diamati.

Sifat-sifat viskoelastik pada dasarnya berhubungan erat dengan hal-hal berikut. Sebagai suatu faktor elastik, keelastikan Hooke, dapat dinyatakan oleh model sebuah pegas. Sebagai suatu faktor viskositas, viscositas Newton dapat dinyatakan sebagai model sebuah peredam terisi cairan kental dengan torak yang dapat bergerak.

Gambar 2. 2 (a) Model Voigt, dan (b) Model Maxwell

Dibawah ini dijelaskan kelakuan dua unsur sederhana dalam dua kombinasi yaitu: Sebuah pegas dan sebuah peredam disusun paralel seperti Gambar 2.2.(a) dan pegas serta peredam disusun seri seperti dalam Gambar 2.2.(b) yang pertama adalah model Voigt dan yang kedua adalah model Maxwell. Melihat kepada hubungannya

antara gaya (j) dan ragangan ( ) dari model tersebut, yang pertama menyatakan: Jumlah gaya = Gaya pegas + gaya peredam

dimana regangan pada pegas dan peredam sama besar. Yang kedua menyatakan: Jumlah gaya = regangan pegas + regangan peredam

dimana gaya pegas sama dengan gaya peredam. Masing-masing dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut, model Voigt dituliskan:

σ γ γ

η +G =

dt d

(2.1)

dan pada model Maxwell:

dt d G dt d σ σ η

γ 1 1

+

= (2.2)

dimana η adalah koefisien viskositas peredam dan G modulus elastik pegas. Ini adalah persamaan dasar bagi model bersangkutan untuk dipecahkan dengan pemelaran (creep), tegangan relaksasi, perpanjangan dan lainnya disubstitusikan. Umumnya kelakuan melar dapat secara mudah dijelaskan oleh model Voigt sedangkan relaksasi tegangan oleh model Maxwell. Kalau gaya (j) diberikan dan dihilangkan setelah waktu tertentu, akan menghasilkan kurva deformasi (seperti Gambar 2.3) yang dinyatakan dalam persamaan:

(

τ

)

η

σ

σ

γ

( / ) /

1

)

1

(

G t

e

t

G

e

G

− −

₌

₋

−

=

(2.3)

perlahan-lahan dikembalikan ke keadaan semula yang dinyatakan oleh , dimana τ γ γ / 0 t e− = 0

γ adalah regangan maksimal dari melar (regangan, kalau gaya ditiadakan), pengembaliannya bersifat eksponen. Kalau waktu retardasi (τ ) kecil waktu pegembaliannya singkat, sedangkan kalau (τ ) besar, pengembaliannya perlahan-lahan. Suatu hubungan ditetapkan oleh keelastikan pegas (G) dan viscositas peredam (η). Yaitu apabila suatu benda elastik, dalam hal ini berupa pegas, adalah besar (lebih elastik), waktu retardasi singkat untuk pengembalian yang cepat. Bertentangan dengan itu kalau G kecil dan unsur viskositas (η) besar, τ menjadi besar yang mengakibatkan pengembalian lambat memerlukan waktu yang lama. Jadi waktu retardasi (τ ) merupakan faktor penting untuk menunjukkan derajat retardasi dalam deformasi.

Dalam hal serupa dapat dipelajari relaksasi tenaga dengan mempergunakan model Maxwell, kalau bahan dengan cepat dideformasikan dan ditahan, tegangan tidak akan berubah pada benda elastik, gaya tiba-tiba diperkecil (terjadi relaksasi) pada benda viskoelastik seperti polimer. Persamaan Maxwell dipecahkan dengan

0 = dt dγ

seperti berikut ini:

(2.4) τ η

_σ

σ

/ 0 ) / 0 t t G

e

−

=

σ

=

(

e

−

dimana

j0

tegangan ketika permulaan diberikan deformasi yang cepat. Dengan jalan yang sama seperti pengembalian tegangan pada deformasi creep, gaya berkurang secara eksponen. Laju pengurangan tersebut tergantung pada waktu relaksasi (τ )

dinyatakan oleh persamaan yang sama seperti di atas τ =η/G. Kalau waktu relaksasi (τ ) lama, yaitu kalau keelastisan pegas kecil (pegas mudah diperpanjang) dan viskositas (η ) besar, maka tegangan direlaksasikan perlahan-lahan. Perubahan waktu relaksasi demikian , adalah faktor penting yang menyatakan laju relaksasi tegangan. Ini disebut waktu retardasi pemelaran sebagai ukuran yang menyatakan laju deformasi yang diperlamban, sedangkan yang disebut waktu relaksasi dalam relaksasi tegangan sebagai suatu ukuran yang menyatakan laju relaksasi, tetapi sebenarnya adalah sama bentuknya, keduanya biasa dinyatakan dengan simbol yang sama yaitu (τ ).

2.3 Kekuatan Tarik Bahan Polimer

Kekuatan tarik adalah suatu sifat dasar dari bahan. Hubungan tegangan-regangan pada tarikan memberikan nilai yang cukup bervariasi tergantung pada laju tegangan, temperatur, lembaban, dst. Polietilen memiliki kekuatan tarik antara 7 s.d 84 MPa.

Tabel 2.1. kekuatan tarik, tekan dan lentur bahan polimer Polietilen Kekuatan tarik (MPa) Perpan-jangan (%) Modulus elastik (GPa) Kekuatan tekan (MPa) Kekuatan lentur (MPa) Polietilen masa jenis

tinggi (HDPE) 21-38 15-100 0,4-1,0 22 7

Polietilen masa jenis

rendah (LDPE) 7-14 90-650 1,4-2,4 - -

Beban tekan bekerja kebalikan beban tarik. Karena bahan polimer mempunyai cacat yang kecil atau mengadung zat pengisi tertentu, maka bahan polimer dapat mengalami deformasi yang besar, umumnya kekuatan tekan lebih besar dari pada kekuatan tarik dan modulus elastik untuk tekan juga lebih besar dari pada untuk tarik.

Modulus elastik untuk tekan E_cdiperoleh dari tegangan tekan Δσcdan penyusutan c

γ

Δ pada bagian lurus kurva hubungan tegangan-regangan.

c c

γσ

ΔΔ =

c

E (2.5)

Kekuatan tekan Δσ_cdidapat dari persamaan

A P

c

max =

σ (2.6)

max

P adalah beban tekan maksimum (kgf) yang menyebabkan beban hancur dan A adalah luas penampang asal (mm²), kekuatan tekan bahan polimer kira-kira 5–25 kgf/mm² pada temperatur kamar.

Gambar 2. 3 Kurva waktu-tegangan benda viscoelastik (Model Voigt).

2.4 Proses Produksi Jerigen

Metode pencetakan tiup adalah metode tiupan sama halnya seperti kita meniup balon. Tapi yang ditiup ini adalah material plastik dengan tekanan tinggi, dimana kondisi material plastik masih panas dan mudah untuk dibentuk.

Gambar 2. 4 Proses produksi jerigen

Waktu Re g ang an ⎟⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ₋ −

= σ τ

γ t e G 1 Model Voigt

⎟⎟⎠

⎞

⎜⎜⎝

⎛

− −

=

γο

τ

γ

t e 1

Keterangan Gambar:

Bagian 1. Cetakan terbuka sementara extruder mengeluarkan plastik panas diantara cetakan dengan suhu yang telah disetting sebelumnya. Kondisi suhu ini tidak membuat material panas terputus sebelum ditiup tapi juga masih mudah untuk dibentuk melalui tiupan gas atau udara.

Bagian 2. Cetakan tertutup setelah volume keluaran material plastik dianggap cukup dan menutupnya cetakan ini yang juga menutup ujung material plastik yang masih berongga menjadi tertutup untuk memastikan udara atau gas yang akan ditiup tidak bocor.

Bagian 3. Udara atau gas ditiupkan ke dalam material yang berongga malalui mulut cetakan dengan tekanan yang disetting cukup membuat material plastik ini menggelembung mengikuti bentuk cetakan. Kemudian memasuki proses pendinginan dengan suhu cetakan yang disetting pula dimana suhu cetakan dibuat lebih rendah.

Bagian 4. Setelah waktu pendinginan dirasa cukup maka cetakan terbuka dan kita sudah mendapatkan produk yang diinginkan.

Diagram alir proses produksi selengkapnya diberikan pada Gambar 2.5 yang terdiri dari mesin utama dan beberapa mesin pendukung. Proses yang berlangsung pada mesin utama terdiri dari tiga tahap yaitu pemanasan, pencetakan dan pendinginan dengan menggunakan mesin pencetakan tiup PARKER CTSI 100, di PT. Pacific Medan Industri. Bahan baku yang diumpankan ke dalam mesin terdiri dari material baru (fresh) dan bekas (Recycled) serta material penguat yaitu haipet. Material recycled yang dihasilkan rata-rata 30% yang berasal dari bekas material

eksperimen dan reject dari jerigen yang berasal dari komplain pelanggan sehingga untuk menghabiskan material recycled ditetapkan menggunakan material tersebut sebanyak 30 % setiap saat produksi sehingga ditetapkan angka tersebut untuk bahan baku yang akan dicampukan dengan bahan fresh dan penguat HAIPET.

Pembuatan jerigen dengan beberapa komposisi material baru mulai dari 70%, 67%, 62%, dan 58% sedangkan material penguatnya mulai dari 0.9%, 3.9%, 8.9%, dan 12.9% serta sisanya 29.1% adalah material recycled dengan bahan yang sama yaitu SABIC BM 1052 yang di hancurkan dengan mesin crusher hingga seukuran biji kedelai atau diameter 3 mm. Diagram proses pembuatan jerigen dijelaskan menurut Gambar 2.6. Pengadukan yang merata terjadi ketika material dipanaskan pada unit extruder sekitar 160 s.d 180 ºC dan meleleh sehingga berupa adonan kue diputar

Hidraulic

Pump

Blow Molding Machine Air

Compressor

Hopper Feed

Finish Poduct Recycle

Material Crusher

Automatic Mixing

Fresh Material

Cooling

Tower Chiller

Auto Vacum loader

Gambar 2. 5 Skematik Proses Pembuatan Jerigen Plastik

mengikuti gerakan screw dengan kecepatan tertentu (dapat diatur) dan dapat diyakinkan mencapai homogen saat berada dalam extruder. Hasil pencampuran ini dapat menjamin seragamnya warna dan kekuatan disetiap sisi jerigen. Proses pemanasan terdiri dari tiga zona yaitu: zona extruder, zona adapter dan zona die head. Screw pada extruder berfungsi tidak hanya sebagai transportasi tapi juga sebagai pengaduk dan penekan material hingga sampai ke unit adapter.

Gambar 2. 6 Mekanisme Terjadinya Material Recycled

Material yang telah sampai di ujung extruder ditekan ke bawah oleh akumulator dan material melintasi zona adapter. Kepala die konvergen atau divergen dapat membuka dan menutup untuk mengumpan material plastik yang berbentuk jelly panas sekitar 165 º C ke bagian mold.

Disain cetakan terbagi dua bagian yang simetris, dapat dipisahkan satu sama lain dalam proses pembentukan produk jerigen, satu digerakkan ke kiri dan satunya ke kanan atau dengan kata lain gerakan mold membuka. Pada saat akan diisi material panas, mold berada pada posisi membuka hingga material masuk dari atas secukupnya sesuai setting, dilanjutkan dengan gerakan merapat kedua sisi mold. Pada saat ini feed material ke mold terhenti dan terpotong oleh gerakan konvergen die.

Angin bertekanan 8 bar ditiupkan (blowing) melalui blow pin sehingga plastik yang panas mengembang seperti balon mengikuti bentuk cetakan. Sedangkan angin sisa yang dipindahkan oleh mengembangnya balon plastik tersebut keluar melalui lubang pembuangan yang tersedia pada cetakan sebanyak empat sisi. Selanjutnya

jerigen akan dipertahankan bentuknya dengan pendinginan oleh air dingin dari Chiller dengan temperatur yang dapat diatur berkisar 10 s.d 17 º C.

Gambar 2. 7 Ekstruder Mesin Pencetakan tiup

Beberapa saat dalam mold tersebut suplai angin tertutup secara otomatis dan tekanan angin yang tersisa di lepaskan saat ini juga. Selama proses delay ini mold yang satu set lagi melakukan proses yang sama sehingga masuk masa delay cooling, di saat mold yang kedua memasuki tahap cooling, mold yang pertama terbuka secara pnewmatic dan mengeluarkan jerigen dengan bantuan robot, selanjutnya siap menerima feed panas yang baru pada posisi feeding plastik panas. Pekerja mengambil jerigen yang sudah jadi, memindahkan scrap dan membersihkan mulut jerigen.

Di dalam memproduksi jerigen dengan mesin tersebut ditemui ada kelemahan terutama pada bentuk die (bulat) tidak sama dengan jerigen (segi empat), hal ini akan mempengaruhi kekuatan jerigen. Hal lain yang turut menentukan adalah konstruksi cetakan, perlu diketahui apakah saling menguatkan sebagaimana halnya dengan

bangunan, hal ini juga perlu diuji secara simulasi untuk mendapatkan solusi dari

Gambar 2. 8 Mesin Pencetakan Tiup

kemungkinan penyebab kerusakan jerigen. Masalah yang paling penting lagi adalah pemilihan bahan baku sebagai umpan mesin, karena masing-masing bahan baku berbeda perlakuannya.

Gambar 2. 9 Cetakan Simetris Posisi Terbuka

Tiga masalah tersebut sangat berpengaruh untuk mendapatkan jerigen yang berkualitas. Bukan berarti unit-unit pendukung lain tidak penting, semua unit produksi harus diperlakukan secara benar.

Gambar 2. 10 Jerigen Plastik SABIC BM 1052

a. Tampak samping kanan b. Tampak samping kiri c. Tampak dari belakang d. Tampak dari depan e. Tampak dari atas f. Tampak dari bawah

BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu

Pengambilan data penelitian dilakukan pada beberapa tempat, yang secara terperinci dapat dilihat pada tabel 3.1.

Tabel 3.1. Tempat, Waktu dan Metode Penelitian

No Jenis

Pengujian Tempat Waktu Metode Alat

1. Sifat Mekanik Balai Sentra Teknologi Polimer, Pusat BPPT Serpong 31-7-2007 s.d 06-8-2007 ASTM D638 Type IV Shimadzu Type AGS-10kNG

2 Uji Tindih PT. Pacific Medan Industri

22-3-2007 Jerigen volume 20 liter berisi minyak goreng 20 liter sembilan tingkat 3. Top Load Tes PT. Pacific

Medan Industri

22-3-2007 Top Load Test Timbangan digital DC 4. Pengukuran Distribusi Ketebalan Jerigen PT. Pacific Medan Industri

22-3-2007 Agro Top Wave

5. Simulasi Komputer

IC-Star 29-4-2007 Simulasi Software FE MSC Nastran ver 69, dan Solid Work 2004 6. Pengukuran Rapat Jenis PT. Pacific Palmindo Industri, Medan 27-4-2007 Pencelupan dalam gelas ukur berisi minyak solar. Penimbangan berat Timbangan digital dan gelas ukur

Pengujian sifat mekanik dilakukan dengan metode ASTM D638 Type IV, bertujuan untuk memperoleh data awal dari spesimen yang akan dianalisa menggunakan metode elemen hingga. Hasil pengujian dapat dilihat pada tabel 4.1.

Top Load Tes dilakukan dengan memberi gaya tekan pada Jerigen yang diletakkan di atas timbangan digital dan diberi gaya menggunakan batang berulir. Pengukuran distribusi ketebalan dilakukan pada beberapa Jerigen yang dipilih secara acak, bertujuan untuk mengetahui bagaimana distribusi ketebalan setelah Jerigen selesai di pencetakan tiup.

Simulasi komputer dengan metode elemen hingga menggunakan software Solid work 2004 untuk pemodelan dimensi Jerigen dan analisa distribusi gaya-gaya yang timbul akibat pembebanan dilakukan dengan menggunakan software finite element MSC NASTRAN versi 70.0.6 tahun 1999

3.2 Bahan Spesimen dan Alat 3.2.1 Bahan Dasar

Bahan penelitian ini terdiri dari High Density Polyetilene (HDPE) SABIC BM 1052 dan haipet yang terdiri dari 65 s.d 80% Calcium Carbonat (CaCO3) dan 15 s.d 20% Special blended polyolefine resin.

Untuk memperoleh kekuatan yang lebih baik dilakukan variasi komposisi High Density Polyetilene (HDPE) SABIC BM 1052 dan penguat Haipet dengan variasi sebesar 0,9%, 3,9%, 8,9%, 12,9%. Hal ini dilakukan dengan tujuan memperoleh kekuatan jerigen yang optimum dari komposisi bahan terbaik.

3.2.2 Spesimen Penelitian

Spesimen Pengujian Sifat Mekanik

Penelitian ini menggunakan spesimen dan pemodelan sesuai dengan tujuan pengambilan data. Untuk pengambilan data sifat mekanik ukuran spesimen dibuat sesuai standat ASTM D638 type IV dengan dimensi seperti Gambar 3.1

Gambar 3.1. Dimensi Spesimen Uji Tarik (ASTM D638)

Spesimen Pengukuran Ketebalan, Top Load dan Uji Tindih

Pada pengujian untuk mengetahui distribusi ketebalan, kemampuan menahan beban secara mekanik (Top Load Test) dan uji langsung/ uji tindih dipergunakan jerigen hasil produksi yang dapat dilihat pada Gambar 3.2. Dengan nomor-nomor pada spesimen adalah lokasi pengukuran distribusi ketebalan.

Gambar 3.2. Spesimen Untuk Uji Pengukuran Ketebalan, Uji Tindih Langsung dan Top Load Test Tampak Semua Sisi

Spesimen Pemodelan Elemen Hingga.

Pada pemodelan elemen hingga, spesimen yang dipergunakan adalah Gambar jerigen penuh tiga dimensi seperti Gambar 3.3 s.d 3.5, hal ini dilakukan karena pada kasus dan hasil pengujian awal diperoleh tidak ada kerusakan atau kegagalan yang simetris atau bentuk kerusakan pada kedua sisi sama

Untuk model pembebanan yang diberikan diambil dari idealisasi beban nyata pada uji tindih langsung dengan asumsi beban merata. Rata-rata berat jerigen kosong adalah 1,2 kg, sedangkan berat minyak makan bermassa jenis ρ = 0,9 kg/liter untuk jerigen 20 liter adalah:

m = ρ x V

= 0,9 kg/liter x 20 liter m = 18,0 kg

Sedangkan berat yang harus dapat ditahan oleh jerigen paling bawah bila disusun 6 lapis dalam kontener dengan menambahkan faktor safety 50% adalah: Total berat = 150% [(Berat jerigen + berat minyak makan) x (jumlah lapisan – 1)] = 1,5[(1,2 + 18)x(6 - 1)] kg

= 144 kg

Dalam pemodelan ’elemen hingga’ gaya ini diangap terbagi merata pada permukaan sebelah atas jerigen yang kena tindih, dan bagian bawah dari jerigen tidak dapat bergerak maupun berputar.

(a) Pandangan Atas

(b) Pandangan bawah

Gambar 3.5. Disain Dimensi Jerigen Volume 20 Liter

3.2.3 Sifat Mekanik Material Dasar Penelitian

Data yang diperoleh dari vendor berupa sifat mekanik bahan dasar spesimen diberikan pada tabel 3.2 s.d 3.3.m

Tabel 3.2 Karakteristik SABIC BM1052

Sifat Mekanis Metode Tes Satuan Harga

Berat Jenis ASTM D 1505 g/cm³ 0.952

Melting Indek (190°C/2.16kg) ASTM D 1238 g/10 min 0.05 Melting Indek (190°C/21.6kg) ASTM D 1238 g/10 min 9.0 Tensile Strength (Yield) ASTM D 638 MPa 30 Tensile Strength (break) ASTM D 638 MPa 38

Elongation(Break) ASTM D 638 % 850

Tabel 3.3 Sifat fisik bahan HIPET

Sifat Mekanis Metode tes Satuan Harga

Densitas ASTM D- 792 g/cm³ 1.90

Melting Index ASTM D- 1238 g/10min 0.1-0.2 Ukuran partikel CaCO3 Maker’s STD mesh 1200

ASH Content, Maker’s STD % 80

Base Resin Polyolefin

3.3 Pembuatan Komposisi Bahan baku

Bahan baku dibuat dalam beberapa komposisi untuk menentukan kondisi yang paling baik untuk dijadikan jerigen. Data pengaturan komposisi tersebut diberikan dalam tabel 3.4. Material recycle komposisinya ditetapkan 29.1% atas kebijakan perusahaan agar tidak ada material yang tersisa dari hasil pengolahan dan zat pewarna dipilih tetap 0.6 % agar diperoleh warna jerigen yang seragam.

Tabel 3.4 Variasi komposisi material utama jerigen

Fresh Recycle Haipet Pigmen

No K omp os i si

% Kg % kg % kg % gram

1 I 69,40 17,35 29,1 7,225 0,9 0,225 0,6 150

2 II 66,40 16,60 29,1 7,225 3,9 0,975 0,6 150

3 III 61,40 15,35 29,1 7,225 8,9 2,225 0,6 150

4 IV 57,40 14,35 29,1 7,225 12,9 3,225 0,6 150

3.4. Kerangka Konsep Penelitian

Langkah-langkah penelitian dan metode pengambilan kesimpulan dirumuskan dalam kerangka konsep pada Gambar 3.8. Proses awal adalah identifikasi permasalahan dan menemukan beberapa kemungkinan penyebab kegagalannya. Perlakuan yang dilakukan terhadap produk spesimen jerigen adalah memvariasikan komposisi bahan dasarnya. Kepada spesimen dilakukan uji sifat mekanik guna menjadi masukan data untuk simulasi agar memperoleh klarifikasi terhadap persoalan ini. Bila pemodelan masih belum memberikan jawaban atau belum sesuai maka akan dilakukan pemodelan kembali, sehingga diperoleh penyelesaiannya. Dari hasil variasi bahan baku juga dilakukan pembuatan jerigen, dan diukur ketebalannya serta dilakukan uji tekan secara top load dan uji tindih langsung.

Data simulasi dan data hasil uji pembebanan top load dipadukan untuk menunjukkan jawaban penyebab kegagalan jerigen yang sebenarnya. Dengan demikian akan didapatkan solusi dalam mengatasi kegagalan jerigen, dan dihasilkan jerigen yang berkualitas.

Terjadi kegagalan pada jirigen sewaktu transfortasi

฀ Distributive ketebalan jiriken tidak merata

฀ Bahan dasar tidak kuat

฀ Kesalahan perlakuan

Pengujian sifat mekanik Pemodelan metode elemen hingga Data pemodelan

Uji top load

Data hasil pengujian

Perbandingan data hasil uji top load dan

pemodelan FEM Kemungkinan penyebab kegagalan Belum sesuai Belum sesuai Sudah optimum Kesimpulan ` Pembuatan jerigen Ubah komposisi material dasar

menjamin keutuhan isinya sampai di tangan konsumen. Hingga saat ini belum ditemui standar suatu jerigen industri, oleh sebab itu masing-masing industri perlu menetapkan sendiri kualitas jerigennya untuk mencegah kerugian yang mungkin timbul akibat penolakan pelanggan.

4.1 Hasil Pengujian Sifat Mekanik Spesimen

Pelaksanaan pengujian spesimen uji tarik yang memakai standar ASTM D 638 IV di Balai Sentra Teknologi Polimer, Balai Pusat Pengkajian dan Penelitian Teknologi (BPPT) Serpong dengan alat uji tarik Shimadzu Type AGS-10kNG, dimaksudkan untuk mendapatkan sifat mekanis yang sebenarnya dari material SABIC BM 1052 setelah dicampur dengan material recycled dan material penguat dan menjadi perbandingan sifat mekanik yang diperoleh dari produsennya seperti yang tercantum pada tabel 3.2 dan 3.3.

Secara keseluruhan hasil uji tarik diringkaskan pada tabel 4.1, dan akan diuraikan secara lebih luas pada bagian ini. Gambar 4.1 menunjukkan hubungan tegangan regangan dari hasil uji tarik statik untuk material komposisi I. Data tentang gaya tarik F [N] dan pertambahan panjang specimen L [mm] diolah dengan menggunakan rumus-rumus tegangan regangan dan berpedoman pada manual book ‘

Mechanic Of Material’ [8] halaman 9 sbb: 1kgf = 9,807 N dibulatkan menjadi 10 N

Luas penampang awal Ao specimen untuk sampel I/1 berbentuk empat persegi panjang adalah:

Ao = 1,880mm x 5,960 mm = 11,2048 mm²

Tegangan σ (stress) dari material uji dapat dihitung dengan menggunakan data dari tabel 4.1 dimana terlihat gaya maksimum sebelum meregang yang diterima spesimen adalah sebesar 296.9 N untuk itu tegangannya adalah sbb:

σ

max = F[N] / Ao [mm²]

= 296,9 N / 11,2048 mm² = 26,48865 N/ mm²

Regangan

i

merupakan perbandingan antara pertambahan panjang L dangan panjang awal Lo yang diambil dari hasil uji tarik pada saat putus, pada lampiran 4 menunjukkan panjang mula-mula (gripped Length) Lo = 65 mm dan hasil pengukuran pertambahan panjang L spesimen sebesar 255,4 mm yaitu:

i

= ( L/Lo) x 100%

= (255,4 mm / 65 mm) x 100% = 392,8 %

yang dapat diukur langsung oleh peralatan uji tesnsile strength.

Tabel 4.1 Hasil Uji Sifat Mekanik Spesimen ASTM D 638 type IV

Komposisi/ Thickness Width Ao Fmax

Tensile Strength ,σ

Strain at

break, i

Modulus Young,

E

Test No. mm mm mm² N MPa % (GPa)

I/1 1.880 5.960 11.205 296.9 26.5 392.8 0.829

I/3 1.900 5.970 11.343 294.6 25.97 447.6 0.733

I/5 1.830 6.000 10.980 276.3 25.16 843..9 0.763

I/6 1.830 6.000 10.980 280.1 25.51 329.2 0.724

I/7 1.980 5.960 11.801 298.1 25.26 880.3 0.761

Rata-rata 1.884 5.978 11.263 289.2 25.68 578.8 0.762

Minimum 1.830 5.960 10.907 276.3 25.16 329.2 0.724

Maximum 1.980 6.000 11.880 298.1 26.50 880.3 0.829

II/1 1.860 5.950 11.067 283.6 25.63 413.3 0.714

II/2 1.840 5.950 10.948 294.5 26.90 213 0.849

II/3 1.850 5.940 10.989 293.1 26.67 155.1 0.778

II/4 1.880 5.990 11.261 295.8 26.26 463.5 0.806

II/5 1.910 5.950 11.365 303.0 26.66 564.8 0.819

Rata-rata 1.868 5.956 11.126 294.0 26.42 361.9 0.793

Minimum 1.840 5.940 10.930 283.6 26.63 155.1 0.714

Maximum 1.910 5.990 11.441 303.0 26.90 564.8 0.849

III/1 1.900 5.960 11.324 301.1 26.59 241.4 0.817

III/2 1.920 5.960 11.443 303.8 26.54 18.88 0.849

III/3 1.950 5.960 11.622 314.9 27.09 27.79 0.808

III/4 1.870 5.960 11.145 298.5 26.78 50.04 0.882

III/5 1.810 5.960 10.788 285.3 26.44 27.18 0.818

Rata-rata 1.890 5.960 11.264 300.7 26.69 73.06 0.835

Minimum 1.810 5.960 10.788 285.3 26.44 18.88 0.808

Maximum 1.950 5.960 11.622 314.9 27.09 241.4 0.882

IV/1 1.810 5.98 10.824 288.9 26.69 1096 0.799

IV/2 1.880 5.95 11.186 290.0 25.93 616.9 0.829

IV/3 1.810 6 10.860 278.0 25.6 890.5 0.853

IV/4 1.900 5.94 11.286 288.9 25.6 643.6 0.822

IV/5 1.810 5.99 10.842 282.3 25.03 621.4 0.879

Rata-rata 1.842 5.972 11.000 285.6 25.97 773.7 0.762

Minimum 1.810 5.940 10.751 278.0 25.6 616.9 0.724

Maximum 1.900 6.000 11.400 290.0 26.69 1096 0.829

haipet 0,9% dilakukan uji tarik sebanyak 7 sampel tapi sampel 2 dan 4 tidak dapat digunakan karena tidak memenuhi syarat fisik saat awal pengujian. Grafik tegangan – regangan hasil pengujian diberikan berikut ini:

Gambar 4. 1 Grafik tegangan – regangan material komposisi I

Dari Gambar 4.1 menunjukkan bahwa tegangan rata-ratanya mencapai 25,68 Mpa dan material putus pada pertambahan panjang L 578,8 % ini dapat diartikan

bahwa material memiliki elastisitas yang tinggi dan modulus elastisitasnya sebesar 762 MPa. Untuk spesimen komposisi II grafik tegangan-regangan diberikan pada Gambar 4.2 yang mana terjadi peningkatan nilai tegangan rata-ratanya menjadi 26,42 Mpa dan spesimen putus pada pertambahan panjang L 361,9%, ini menunjukkan penurunan elastisitas dibandingkan dengan spesimen untuk komposisi I sedangkan modulus elastisitasnya naik menjadi 793 Mpa. Pengujian dilakukan sebanyak 8 spesimen, dan spesimen nomor 8, 11, serta 13 ditemui tidak memenuhi syarat fisik.

Selanjutnya diberikan grafik dengan komposisi berkadar haipet yang lebih tinggi yaitu 8,9% dan diperoleh data seperti Gambar 4.3 yang menggambarkan bahwa tegangan rata-ratanya juga naik menjadi 26,69 Mpa sedangkan regangannya menurun menjadi 73,06 % berarti material menjadi semakin kurang elastis. Modulus elastisitas menunjukkan semakin meningkat yaitu menjadi 835 Mpa. Spesimen diuji sebanyak 10 buah, dan lima spesimen juga dinyatakan tidak memenuhi syarat fisik yaitu spesimen test nomor 16, 17, 21, 22, dan nomor 23.

Pada Gambar 4.4 merupakan data pengukuran setelah material haipet ditingkatkan lagi menjadi 12,9%. Hasilnya menunjukkan bahwa tegangan rata- ratanya turun menjadi 25,97 Mpa demikian juga modulus elastisitasnya menjadi 762 MPa sedangkan regangan naik menjadi 737,7%. Menurut hemat penulis keadaan ini agak janggal karena semestinya elastisitas spesimen cenderung menurun, sebagai akibat pertambahan kadar zat kapur yang bersifat lebih rapuh yang dikandung haipet.

Gambar 4. 4 Grafik Tegangan Regangan Material Komposisi IV

atau partikel CaCO3 berserak kembali atau terpisah dari material SABIC BM 1052, sehingga sifat elastisnya ini merupakan sifat murni bahan dasar SABIC BM 1052 dan bukan sifat bahan campuran kombinasi IV. Untuk itu ukuran partikel haipet (lihat tabel 3.3) harus lebih halus dari 1200 mesh agar mampu tercampur sempurna pada kadar haipet yang lebih tinggi. Ternyata peningkatan persentase haipet tidak lagi menambah modulus elastisitas dan kekuatan material. Maka pemakaian haipet diatas 8,9 % tidak dianjurkan lagi. Sebahagian spesimen komposisi IV tegangannya naik lagi melebihi tegangan tarik maksimum sebagaimana ditampilkan pada Gambar 4.4 ini merupakan salah satu indikasi material haipet terpisah dari material utama SABIC BM 1052.

Dari data pengujian tarik menunjukkan bahwa komposisi haipet 3,9% merupakan komposisi yang lebih baik untuk material haipet yang memiliki ukuran partikel 1200 mesh. Dibandingkan dengan data pada tabel 3.2 tensil strength sebelum dicampur dengan material recycled dan penguat haipet adalah sebesar 30 Mpa dan elongation-nya 850 %, penurunan tensile strength sebesar 2,1 s.d 3,5 Mpa ini merupakan degradasi karena dicampur dengan material recycled yang rata-rata mencapai 30 %, masalah ini tidak dapat dihindari karena sudah merupakan keharusan untuk menggunakan kembali material recycled agar tidak ada material yang terbuang (rejected).

4.2 Hasil Pengukuran Massa Jenis Bahan Jerigen

semakin banyak kadar haipet dalam bahan uji massa jenisnya juga meningkat.

Tabel 4.2 Density Bahan dari Beberapa Komposisi Spesimen

Massa Volume ρ No Komposisi

(gram) (mL) (g/cm³)

Keterangan

1 I 2.4873 2.60 0.9566 1 g/mL = 1 g/cm³

2 II 3.7615 3.90 0.9645 3 III 3.2110 3.30 0.9730 4 IV 3.3642 3.40 0.9894

4.3 Hasil Pengukuran Distribusi Ketebalan Jerigen

Pengukuran distribusi ketebalan jerigen menggunakan alat Agro Top Wave (lihat lampiran 2) dan diperoleh data ketebalan jerigen yang terdiri dari beberapa sample pengujian. Untuk mengukur kekuatan jerigen dilakukan uji top load dan uji tindih di laboratorium milik PT. Pacific Medan Industri dengan beberapa variasi ketebalan sampai diperoleh kondisi terbaik dan terkuat dengan berat jerigen rata-rata 1100 gram. Dalam tabel 4.3 menunjukkan bahwa ketebalan jerigen tidak sama rata dan sangat bervariasi, sehingga dimungkinkan adanya sisi yang lemah disaat diuji tekan dengan uji tindih terutama sisi yang paling tipis yaitu 1,360 mm di titik pengukuran No. 20 (lihat Gambar 3.2 s.d 3.4) . Sedangkan sisi-sisi lain ketebalannya di atas 1,5 mm. Gambar 4.8 (a) menunjukkan jerigen terjadi lendutan pada titik pengukuran nomor 15; 17; 21; dan 23. Titik ini merupakan titik dudukan terbawah

yang menurut tabel 4.3 memiliki ketebalan berturut-turut adalah 1.415 mm, 1.790 mm, 2,175 mm, dan 1.780 mm. Pada kenyataannya ketebalan 2,175 mm masih mengalami lendutan. Titik pengukuran 1, 4, 19, dan titik 20 ketebalannya rata-rata 1,5 mm, ini indikasi jerigen tidak kuat pada titik-titik tersebut.

4.4. Hasil Pengujian Top Load

Hasil pengujian top load diberikan pada Gambar 4.6 dan Gambar 4.7 dan kondisi fisiknya dapat dilihat secara langsung, yang mana memperlihatkan perlakuan berat beban yang berbeda dan jerigen mengalami lendutan di bagian-bagian atas, muka dan belakang serta bagian sudut.

Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Ketebalan Jerigen

Thickness, mm No Position

1085.3 gr 1088.3 gr 1069.9 gr 1093.9 gr 1095 gr 1100 gr 1100 gr

1 1,468 1,550 1,424 1,555 1,486 1.418 1.540 2 1,915 2,100 1,745 2,275 1.540 1.640 1.690 3 1,820 2,005 1,630 1,890 1.848 1.750 1.816 4 a t th e to p s id e

1,476 1,520 1,515 1,500 1.450 1.434 1.434 5 2,000 1,775 1,700 2,035 2.045 2.300 2.155 6 1,770 1,750 1,665 1,770 1.954 2.100 2.010 7 1,630 1,720 1,690 1,700 1.884 1.898 1.890 8 a

t th e b o tt o m s id e

2,250 1,850 1,930 1,825 2.105 2.055 2.055 9 1,502 1,550 1,300 1,410 1.574 1.422 1.574 10 1,995 2,130 2,020 2,150 2.105 2.055 2.160 11 1,930 2,010 2,070 1,840 1.870 1.616 1.816 12 1,785 1,985 1,790 2,005 2.015 1.998 1.962 13 2,465 2,950 2,485 2,765 2.795 2.620 2.950 14 2,420 2,735 2,470 2,480 2.235 2.230 2.280 15 1,690 1,730 1,415 1,765 1.684 1.782 1.582 16 2,015 2,010 1,840 1,850 2.055 1.890 1.768 17 a t th e r ig h t s id e

1,735 1,945 1,790 1,770 1.456 1.468 1.480 18 a th le

f

19 2,090 2,140 2,100 2,105 2.080 2.220 2.110 20 1,460 1,545 1,360 1,465 1.450 1.450 1.498 21 2,130 2,220 2,175 2,135 1.916 1.980 1.912 22 2,295 2,475 2,250 2,460 2.915 2.720 2.780 23 1,850 1,960 1,780 2,005 2.100 2.110 2.020 24 1,775 1,970 1,590 1,880 1.594 1.714 1.460 25 1,835 1,885 1,820 1,810 1.980 2.015 1.976 26 1,535 2,025 1,715 1,560 1.556 1.504 1.706 27 4,935 5,050 4,775 5,050 5.280 5.300 4.935 28 4,000 4,130 3,650 3,935 4.305 4.160 3.845 29 2,440 2,520 3,425 2,445 2.255 2.180 2.035 30 3,550 3,420 3,350 2,940 3.130 3.265 2.860 31 2,570 2,670 2,540 2,490 2.450 2.520 2.300 32 a t th e fr o n t s id e

2,955 2,790 2,925 2,885 2.845 2.810 2.705 33 2,690 3,135 2,370 2,940 2.655 2.740 2.690 34 1,910 1,875 1,735 1,950 2.195 2.040 2.140 35 2,370 2,490 2,215 2,440 2.810 2.710 2.900 36 2,030 2,135 2,005 2,085 2.340 2.380 2.405 37 at

th e b a c k s id e

3,355 3,415 3,255 3,330 4.025 3.635 3.730

Kemudian setelah beban dilepaskan lengkungan-lengkungan itu masih kembali ke keadaan semula. Hasil top load dirangkum dalam tabel 4.4.

Gambar 4.5. Pengujian Top Load

(a) (b)

Gambar 4.6. Hasil Pengujian Top Load (a). Jerigen Mengalami Lendutan di Sudut bagian Atas (b). Jerigen Mengalami Lendutan di Tengah

Tabel 4.4 Ikhtisar Hasil Top Load Test No. Top Load, kg Hasil tes (Actual Test)

Dalam 15 menit JC mulai melengkung di bagian atas dan bawah

1 96

Setelah top load tes JC kembali ke bentuk normal dalam 5 menit

Dalam 5 menit JC mulai melengkung di bagian atas dan bawah 2 120

Setelah top load tes JC kembali ke bentuk normal dalam 15 menit

Dalam 30 detik JC mulai melengkung di bagian atas dan bawah

3 144

Setelah top load tes JC kembali ke bentuk normal dalam 30 menit

Gambar 4.7. Hasil Uji Top Load saat Dibebaskan dari Beban Tekan

Gambar 4.5 memperlihatkan secara lengkap unit uji top load test, hasil pengujian ini ditunjukkan lebih detil pada Gambar 4.6 yaitu sisi-sisi yang mengalami lendutan. Dari Gambar 4.6 s.d 4.7 lokasi lendutan pada titik-titik pengukuran 2, 3, dan titik 4. Titik pengukuran nomor 10, 19, dan 23 menyatakan bahwa lendutan akibat beban adalah ke arah luar jerigen. Pada Gambar 4.6.b menunjukkan lendutan terjadi ke arah dalam jerigen yaitu pada titik pengukuran 21, 22, dan 23 serta titik-titik 12, 13, dan titik-titik 14.

(a)

(b) (c)

Gambar 4.8 Hasil Uji Tindih Langsung Jerigen 20 liter a).Jerigen melendut pada dudukan, sisi atas dan sudut jerigen b). Jerigen terjadi melengkung di bagian tengah

c). Jerigen lendutan disisi sudut badannya

4.5 Hasil Uji Tindih Langsung

Pada Gambar 4.8 menunjukkan lokasi bertanda lingkaran merah merupakan daerah yang mudah melengkung disaat menerima beban 144 kg, dan bila tekanan

dibiarkan dalam beberapa jam lendutan tersebut dapat bertambah besar, kondisi ini dinyatakan sebagai gagal uji, tapi bila dapat bertahan dalam waktu lebih 1 hari maka dinyatakan oleh tim R & D perusahaan ybs. sebagai lulus tes. Hasil tindih langsung pada Gambar 4.8.(b) menunjukkan terjadi patah di tengah jerigen yaitu pada titik-titik pengukuran Nomor 12, 13, 14, 21, 22, dan 23 yang ketebalannya berturut-turut 1.962mm, 2.950mm, 2.280mm, 1.912mm, 2.780mm, dan 2.030mm. Ketebalan di titik-titik ini tidak berarti jerigen tidak kual melainkan ikut rusak akibat bagian yang tipis didekat titik tersebut rusak. Pada Gambar 4.8.(c) menunjukkan terjadi lendutan pada bagian sudut jerigen, karena ketebalan jerigen pada bagian sudut lebih tipis dibandingkan bagian lainnya.

4.6 Analisis Hasil Experimen pada Uji Top load & Uji Tindih

Gambar 2.6 menunjukkan bahwa bentuk silinder material jelly yang dihasilkan adalah bulat sesuai dengan bentuk die yang terpasang saat ini (Gambar 4.9). Bagian sudut jerigen merupakan titik terjauh dari pusat lingkaran silinder seperti diillustrasikan pada Gambar 4.10 dan pada kenyataannya ketika jerigen dipotong ditemui bagian sudut lebih tipis dari bagian lainnya. Dies yang terpasang saat ini sesuai dengan Gambar 4.10 (a) yang mana jarak dari pusat lingkaran silinder die ke

dinding jerigen berbeda besar ke arah sudut, sedangkan untuk Gambar 4.10 (b) memiliki jarak yang hampir sama ke lingkaran terluar jerigen, kondisi ini memungkinkan kerataan tebal hingga di bagian dinding jerigen.

Gambar 4.9 Die dan Pin Berbentuk Bulat

Gambar 4.10 Dies Bulat dan Dies Berbentuk Persegi Empat

Pada uji top load dan uji tindih ada yang patahnya di sudut dan ada pula di bagian tengah, illustrasi Gambar 4.10 memberikan salah satu solusi untuk menghindari

lendutan jerigen pada sisi tersebut, dengan kata lain memodifikasi die dan pin sesuai dengan bentuk lingkaran jerigen.

4.7 Simulasi Komputer

Simulasi komputer bertujuan untuk mengklarifikasi atau pemecahan masalah-masalah pada pembebanan top load. Tahapan awal adalah pembentukan jerigen dengan program solid work 2004 yang di disain sedemikian rupa sehingga ukuran dan bentuk serta ketebalannya sama pada setiap sisi jerigen. Setelah itu dilakukan simulasi dengan software COSMOSXpress atau software MSC NASTRAN yang terdiri dari pemasukan data sifat mekanik material, proses pemodelan beban, memberi tumpuan (constrain), proses analisa dan menampilkan hasilnya, serta memeriksa sisi yang menerima beban tertinggi dan lain-lain. Hasil yang diharapkan adalah akan terlihat dengan jelas bagian-bagian konstruksi jerigen yang kokoh dan yang lemah. Bagian yang paling besar menerima beban saat disimulasikan akan berubah menjadi warna merah dan sekaligus menunjukkan sebaran tegangan yang terjadi pada seluruh bagian jerigen, sedangkan yang menerima beban terkecil dari bentuk konstruksi akan terlihat berwarna biru.

4.7.1Pemodelan dengan Solid Work 2004

Model jerigen untuk simulasi ditunjukkan pada Gambar 4.11 yang didisain seperti jerigen aslinya. Yang dilakukan dalam disain ini adalah menggambar dalam

software solid work 2004 dengan dimensi yang diukur persis sama dengan jerigen asli.

Gambar 4.11 Model Jerigen Dibuat dengan Solid Work 2004

Mula mula jerigen digambar dalam bentuk terbelah dua dan simetris supaya dapat digambar pula bentuk dalam jerigen dalam keadaan kosong. Kemudian disatukan kedua sisi simetris dengan menu mirror sehingga membentuk jerigen utuh. Ukuran ketebalannya dapat diubah ubah dalam beberapa variasi sesuai dengan kebutuhan, namun semua perubahan tetap dilakukan dengan software ini. Untuk proses simulasi model jerigen tersebut di copy ke file software COSMOSXpress atau MSC NASTRAN.

4.7.2 Input data sifat mekanik bahan Materials

Material name: High Density Polyethilen

Description:

Material Source Input

Material Model

Type Linear Elastic Isotropic Unit system: SI

Property Name Value

Elastic modulus MPa

Yield strength Mass density

Study Property

Mesh Information

Mesh Type Solid mesh

Mesher Used: Standard

Automatic Transition: Off

Include Mesh Controls: Off

Smooth Surface: Off

Jacobian Check: 4 Points

Element Size: 11.958 mm

Tolerance: 0.59788 mm

Quality: High

Number of elements: 25537

Solver Information

Quality: High

Solver Type: FFE

4.7.3 Pemodelan Beban

Pada bagian ini dipilih pembebanan di permukaan (on surface) yaitu bagian atas jerigen yang bersentuhan langsung dengan jerigen lain. Gaya (Force) satu arah diberikan sebesar 144 kg atau diubah ke bentuk F = m x g = 144 kg x 9,81 m/dt².

= 1412,64 Newton

Luas permukaan sentuh A = 21596,16mm² dikalkulasi oleh software ketika di pilih area pembebanan. Dasar perhitungan tegangan yang diberikan adalah sebagai berikut:

2 2 2 2 65412 065412 . 0 16 . 21596 / 81 . 9 144 m N mm N mm dt m kg A g m A F = = × = × = = σ

4.7.4 Memberi Tumpuan (Constrain)

Pemberian tumpuan (constrain) bahagian bawah jerigen dimaksudkan agar tidak bergerak saat diberikan beban sehingga gaya dapat diterima penuh oleh seluruh jerigen. Prosedur yang harus dilakukan adalah menampilkan sisi bawah jerigen dengan menu rotate dan dimetrik lalu memilih permukaan sentuh bagian bawah jerigen, dan kemudian dikembalikan ke tampilan isometric.

Load Information

Restraint Restraint1 <Analisa

Jerigen>

on 1 Face(s) immovable (no translation).

Description:

Load Load <Analisa

Jerigen>

on 1 Face(s) with Pressure 65412 N/m^2

along direction normal to selected face

Tumpuan

Gambar 4. 13 Bagian bawah jerigen sebagai tumpuan (constrain)

4.7.5 Proses Analisa dan Menampilkan Hasil Analisa

Dalam proses ini dipilih menu displacement & stresses, dan software akan menganalisa secara keseluruhan dan bila analisa berhasil tidak tampil fatal error maka akan ditampilkan hasil analisa. Untuk penganalisaan dipilih bentuk tampilan deformate & contour data yang dapat menampilkan total translasi sehingga terlihat daerah lendutan maksimum serta sebaran tegangan yang diterima jerigen.

Stress Results

Name Type Min Location Max Location

Plot1 VON: von Mises stress 1.14003 N/m^2 (-0.01595 m, 0.00737474 m, 0.182 m) 2.25529e+007 N/m^2 (0.0867245 m, -0.0403912 m, -0.19325 m)

Pada Gambar 4.14 ditunjukkan sebaran tegangan yang diterima oleh seluruh bahagian jerigen, area yang berwarna merah menunjukkan bagian jerigen yang menerima beban terbesar yaitu sebesar 2.55e007 N/m² (= 25.5 Mpa) yaitu pada gagang jerigen bagian belakang.

Gambar 4. 14 Sebaran tegangan saat pemberian beban tekanan

Pada umumnya tegangan terbesar yang dialami oleh jerigen adalah di bagian atas yang bersentuhan langsung dengan beban jerigen dari atasnya. Dari Gambar 4. 14 nampak bahwa konstruksi jerigen bahagian atas kurang sempurna dan tidak dapat mendistribusikan beban secara merata sehingga bagian atas sisi belakang tidak kokoh. Sementara itu sisi yang paling sedikit menerima beban adalah area yang berwarna biru yaitu sebesar 1.879e005 N/m² (= 0.187900 Mpa). Area berwarna hijau muda menunjukkan area yang mulai terdeformasi dengan beban sebesar 0.563e006 N/m² (=

0.563 Mpa), tidak terlihat adanya lendutan sisi tengah jerigen ataupun sisi paling bawah, semua ini disebabkan pada disain ini tebal jerigen diatur merata pada seluruh badan jerigen yaitu: 3,00 mm. Dan seandainya jerigen dibuat terlalu tebal maka dengan beban yang sama tidak akan menyebabkan jerigen terjadi lendutan.

4.7.6 Hasil Analisa COSMOSXpress

Hasil analisa COSMOSXpress berdasarkan pada analisa linear static dan dengan mengasumsikan material isotropic.

1) Sifat material linear sesuai dengan hukum Hooke

2) Induksi perubahan bentuk (displacement) secara keseluruhan sangat kecil dan ternyata pembebanan tidak mengubah ketegaran jerigen karena jerigen kembali ke bentuk awal saat pelepasan beban.

3) Beban diberikan sangat pelan dengan tujuan untuk mencegah efek dinamis. Apa yang dipresentasikan dari laporan ini hendaknya tidak dijadikan dasar pertimbangan untuk penjualan. Gunakan informasi ini sebagai penghubung antara data eksperimental dengan hasil pengalaman ketika praktek. Dianjurkan pengujian di lapangan untuk pengesahan disain akhir. Software COSMOSXpress menghemat waktu untuk pemasaran dengan tidak mengabaikan tes lapangan.

4. 8 Simulasi Komputer pada Beberapa Variasi Komposisi Material

variasi komposisi menunjukkan tidak ada pengaruh pada pemberian beban yang sama yaitu 1412,64 N (= 144kg).

Gambar 4.15 Distibusi Translasi Total pada Jerigen 20 L Komposisi I

Hasil simulasi untuk komposisi I diberikan pada Gambar 4.15, yang mana ketika dikenai beban tersebut menunjukkan belum ada lendutan apapun pada jerigen, kemudian dicoba dengan beban 2 x 1412,64 N = 2825,28 N maka dapatlah dilihat lendutan terjadi di bagaian tangkai belakang jerigen dengan total translasi 18,85.

Kemudian dilakukan simulasi untuk bahan komposisi II diperoleh hasil seperti Gambar 4.16, yang mana menunjukkan belum terjadi lendutan, dan hanya memberikan indikasi lokasi konsenterasi beban solid Von Misses sebesar 8,915 N/m²

di bagian belakang tangkai. Kondisi ini masih dinyatakan aman untuk beban 1412,64N.

Gambar 4.17 Distribusi Tegangan Von Misses pada Jerigen 20 L Komposisi III

Ketika simulasi dilakukan untuk bahan komposisi III dihasilkan bahwa untuk beban 1412,64 N masih belum terjadi lendutan dengan solid Von Misses sama dengan untuk komposisi haipet 3,9%.

Dari keempat simulasi di atas menunjukkan bahwa semua komposisi masih aman menahan beban 1412,65 N. Berdasarkan simulasi ditemui indikasi bahwa peningkatan kadar haipet cenderung menurunkan nilai tegangan solid Von Misses berturut-turut dari komposisi II ke komposisi IV adalah 8,915 N/m²; 8,915 N/m² dan 8,768 N/m².

Gambar 4.18. Distibusi Tegangan Von Misses pada Jerigen 20 L Komposisi IV

4.9 Simulasi Komputer Ketika Ketebalan Jerigen diubah

Simulasi komputer dilakukan dengan menggunakan model jerigen dengan memvariasikan ketebalan dinding berdasarkan pendekatan nilai hasil pengukuran alat Agro Top Wave. Sedangkan pemodelan dan besar gaya tekan dilakukan sama dengan uji Top Load.

4.9.1 Hasil Simulasi Jerigen Ketebalan 2 mm

Distribusi tegangan pada simulasi ini juga nampak tidak sama setiap sisi jerigen, namun lokasi konsentrasi tegangan yang terbesar masih sama dengan simulasi untuk ketebalan yang lain. Dengan beban tekanan 1412,64 N menunjukkan jerigen memberi reaksi tegangan maksimum sebesar 8,0836 N/m² yang ditinjau pada elemen 24204 dengan ketebalan 2 mm (perhatikan Gambar 4.19 & 4. 20).

Gambar 4.19. Distribusi Tegangan Von Misses Maksimum Sebesar 8,0836 M.Pa, ketebalan dinding 2 mm haipet 0,9%

Menurut data pada tabel 4.1 tegangan maksimum untuk material komposisi I 26,50 N/m², maka untuk tegangan sebesar 8,0836 N/m² pada elemen 24204 masih cukup aman menahan beban. Tegangan 8,0836 N/m² menurut grafik Gambar 4.1 masih pada garis linear dan belum memasuki daerah kritis.

Gambar 4.20. Distribusi Tegangan Von Misses Sebesar 8,0836 MPa Pada Elemen 24204 Ketebalan Dindingnya 2 mm Komposisi I

4.9.2 Hasil Simulasi Jerigen Ketebalan 1.75 mm

Ketika jerigen disimulasikan pada ketebalan 1,75 mm dihasilkan data sesuai Gambar 4. 21 s.d 4. 27 menunjukkan distribusi tegangan dari seluruh sisi jerigen ketika diberikan beban sebesar 1412,64 N. Tegangan Von Misses maksimum terjadi di belakang tangkai terutama bagian sudut atas sebesar 9,66 N/m², bila diberikan beban lebih besar lagi akan terjadi lendutan di bagian ini, namun karena masih digaris linear menurut grafik 4.1 akan mampu kembali ke kondisi awal saat beban dilepaskan.

X Y Z 9.66 9.124 8.587 8.05 7.514 6.977 6.44 5.904 5.367 4.83 4.294 3.757 3.22 2.683 2.147 1.61 1.073 0.537 3.331E-9 V1 L1 C1

Output Set: MSC/NASTRAN Case 1 Contour: Solid Von Mises Stress

Gambar 4.21. Distribusi Tegangan Von Misses Ketebalan Dinding 1.75 mm Komposisi I Dilihat dalam Tiga Dimensi.

Gambar 4.22. Pandangan Samping Kanan Distribusi Tegangan Von Misses Ketebalan Dinding 1.75 mm Komposisi I

Gambar 4.23 Pandangan Samping Kiri Distribusi Tegangan Von Mises Ketebalan Dinding 1.75 mm Komposisi I

Gambar 4.24. Pandangan Depan Distribusi Tegangan Von Mises Ketebalan Dinding 1.75 mm Komposisi I

Gambar 4.25 Pandangan Belakang Distribusi Tegangan Von Misess Ketebalan Dinding 1.75 mm Komposisi I

1.75 mm Komposisi I

Gambar 4.27 Pandangan Bawah Distribusi Tegangan Von Mises Ketebalan Dinding 1.75mm Komposisi I

Pada bagian bawah/ dudukan jerigen nampak satu sisi menerima beban lebih besar dari sisi lain (dalam Gambar 4.27 berwarna hijau daun pisang), jadi dapat dikatakan beban tidak seimbang kelihatan dalam simulasi ini, sehingga dimungkinkan untuk pembebanan yang lama akan menjadi penyebab kegagalan terhadap jerigen bila tidak dilebihkan ketebalan disisi tersebut. Secara keseluruhan efek pembebanan belum menyebabkan jerigen berubah bentuk untuk ketebalan 1,75 mm.

4.9.3 Simulasi untuk ketebalan 1,5 mm material haipet 0,9%

simulasi dengan memberikan beban tekan 1412,64 N dihasilkan total translasi atau lendutan total sebesar 2,583 mm. Dapat dikatakan bahwa jerigen mengalami perubahan bentuk akibat beban. Ditinjau dari segi ketebalannya dibandingkan dengan sampel uji ASTM D 638 type IV yang tebal rata-ratanya 1,85 mm masih menghasilkan grafik linear (Gambar 4.1), dan belum memasuki daerah kritis dan plastis. Akan tetapi untuk jerigen yang tebalnya 1,5 mm kecenderungannya tidak akan mampu bertahan lama karena terjadi lendutan saat dibebani sebagaimana yang diperlihatkan pada Gambar 4.28 s.d 4.33 menunjukkan jerigen mengalami lendutan ke segala arah.

Gambar 4.28 Pandangan Atas Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm, Komposisi I

Pada Gambar 4. 28 menunjukkan jerigen berubah bentuk dan konsenterasi tegangan terbesar juga terletak disisi belakang tangkai (dalam Gambar berwarna merah). Pada Gambar 4. 29 dudukan jerigen kelihatan masih kokoh, ini disebabkan bagian ini

ditahan oleh perlawanan gaya dari bawah akibat konstrain sehingga tidak terjadi lendutan. Akan lain keadaannya bila jerigen tidak di tumpu dibawah.

Gambar 4.29 Pandangan Bawah Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm, Komposisi I

Gambar 4.30 Pandangan Samping Kiri Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm, Komposisi I

Gambar 4.30 menunjukkan sisi belakang terjadi melengkung sehingga kelihatan lebih rendah dari sisi depan. Efeknya dapat menyebabkan kegagalan menahan beban (patah) untuk jangka waktu pembebanan yang lama.

Gambar 4.31 Pandangan Samping Kanan Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm, Komposisi I

Gambar 4.32 Pandangan Depan Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm, Komposisi I

Gambar 4.33 Pandangan Belakang Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm Komposisi I

4.9.4 Simulasi untuk ketebalan 1,5 mm komposisi 3,9% Haipet

ketebalan jerigen tetap 1,5 mm dan gaya 1412,64 N. X Y Z 2.583 2.422 2.26 2.099 1.938 1.776 1.615 1.453 1.292 1.13 0.969 0.807 0.646 0.484 0.323 0.161 0. V1 L1 C1

Output Set: MSC/NASTRAN Case 1 Deformed(2.583): Total Translation Contour: Total Translation

Gambar 4.34 Pandangan Atas Distribusi Lendutan ketebalan jerigen 1.5 mm Komposisi II

Hasilnya menunjukkan total translasinya juga sebesar 2,583 mm (perhatikan Gambar 4.34 dan 4.35). Dengan demikian jerigen dengan ketebalan 1,5 mm tidak aman, dan tidak mampu menahan beban sebesar 144 kg dan akan menyulitkan ketika disusun dalam kontener karena ukuran total saat disusun akan bertambah lebar,akibatnya sulit menutup pintu kontener sehingga para pekerja mungkin akan melakukan penutupan secara paksa. Bila hal ini terjadi mungkin saja jerigen pecah karena penekanan secara paksa ini tidak terukur besarnya gaya yang diterima jerigen bahkan dapat mencapai beberapa kali lipat dari gaya 1412,64 Newton. Dalam pengamatan peneliti pernah menjumpai perlakuan penekanan secara paksa.

X Y Z 2.583 2.422 2.26 2.099 1.938 1.776 1.615 1.453 1.292 1.13 0.969 0.807 0.646 0.484 0.323 0.161 0. V1 L1 C1

Output Set: MSC/NASTRAN Case 1 Deformed(2.583): Total Translation Contour: Total Translation

Gambar 4.35 Pandangan Bawah Distribusi Lendutan Ketebalan Jerigen 1.5 mm Komposisi II

4.10 Perbandingan Hasil Eksperimen dengan Simulasi

Sebaran ketebalan jerigen dari hasil pengukuran langsung pada 37 titik pengukuran menunjukkan bahwa ketebalan jerigen tidak merata, ini berarti bahwa kekuatan juga tidak merata di setiap titik. Simulasi komputer menggunakan software solid work 2004 dan software COSMOSXpress telah dapat membantu menunjukkan segi-segi lemah dari konstruksi jerigen terutama di bagian tangkai belakang karena menerima beban tidak merata. Pengujian top load menunjukkan sisi lemah berada pada sudut jerigen, bagian atas, dan bagian dudukan jerigen. Nampak beda antara hasil simulasi dengan hasil uji top load. Perbedaan ini dapat dijelaskan bahwa sebaran ketebalan melalui software adalah merata sedangkan jerigen yang diuji dengan top

load adalah hasil produksi pabrik dimana sebaran ketebalannya tidak merata. Hasil simulasi menunjukkan bahwa untuk pembebanan normal, lendutan tidak terjadi pada bagian atas dari jerigen. Hasil pengujian tarik dan tegangan Von Misses untuk ketebalan jerigen 2 mm menunjukkan bahwa beban sebesar 144 kg (1412,64 N) masih mampu ditahan oleh jerigen (perhatikan tabel 4.5).

Tabel 4.4 Perbandingan Hasil Pengujian dan Simulasi untuk ketebalan jerigen 2mm Komposisi σmax Solid Von Mises Faktor Keamanan

1 26,50 9,425 2,812

2 26,90 8,915 3,017

3 27,09 8,915 3,039

4 26,69 8,768 3,044

Distribusi tegangan Von Misses untuk komposisi material yang berbeda menunjukkan bahwa konsenterasi tegangan terbesar terjadi di lokasi yang sama, dari kondisi ini dapat disimpulkan bahwa perbedaan komposisi material penguat tidak mempengaruhi sebaran dari tegangan maupun lokasi lendutan yang terjadi yaitu disisi tangkai belakang, untuk ini dapat digaris bawahi bahwa konstruksi atas jerigen perlu diperbaiki supaya terjadi beban simetris. Maka selanjutnya dalam hal perbandingan hasil uji simulasi cukup diwakili oleh satu komposisi material khususnya material yang telah dipilih yaitu untuk komposisi haipet 3,9%.

4.19 dan dari Gambar 4.7 dibandingkan dengan hasil simulasi Gambar 4.32 dapat disimpulkan bahwa hasil simulasi telah mendekati kenyataan aktual di lapangan, dengan demikian simulasi telah benar. Gambar 4.36 menunjukkan jerigen yang rusak karena lendutan pada sisi samping jerigen, dari hasil pengamatan kejadian ini disebabkan karena pada waktu pengujian pada uji tindih langsung ada ketidak simetrisan peletakan beban jerigen antara satu tingkat dengan tingkat yang lain hal ini menyebabkan terjadinya ketidak seimbangan beban yang menyebabkan terjadinya momen sehingga gaya pada sisi yang bending jauh lebih besar dari pada sisi lain. Lebih kritis lagi bila tebal jerigen 1,5 mm. Hasil uji tindih langsung Gambar 4.7 dan hasil simulasi Gambar 4.33 menunjukkan kesamaan bentuk dimana akibat pembebanan terjadi lendutan namun dari segi kekuatan bahan tegangan yang terjadi masih dibawah tegangan hasil uji tarik.

Dari hasil pengujian langsung dan simulasi diketahui bahwa kerusakan tidak terjadi pada satu sisi jika ketebalan jerigen lebih besar dari 1,5 mm dan konsenterasi beban diberikan seimbang atau disain bagian atas jerigen diubah sehingga konsenterasi beban menjadi seimbang. Pengubahan komposisi penguat berpengaruh terhadap kekuatan tarik bahan dasar pembentuk jerigen, namun tidak besar pengaruhnya terhadap kekuatan jerigen. Secara keseluruhan diketahui hasil pengujian dengan mengubah komposisi antara penguat dan bahan dasar tidak berpengaruh secara signifikan bila bahan dipilih dengan komposisi 3,9%.

KESIMPULAN

Dari penelitian yang telah dilakukan, dapat diperoleh beberapa hasil yang merupakan jawaban dari tujuan penelitian ini.

5.1 Kesimpulan

1. Produksi jerigen akan lebih baik jika seleksi bahan baku lebih ketat dan proses produksinya distandarkan supaya dihasilkan produk yang berkualitas, wlaupun menggunakan bahan recycled 30%.

2. Komposisi material terbaik berdasarkan hasil uji adalah komposisi dengan penambahan haipet 3,9%, namun belum menjamin kuat bila sebaran ketebalannya tidak mencapai 1.75 mm agar dapat menahan beban 1412,64 N tanpa terjadi perubahan bentuk.

3. Bentuk die mesin mold sebaiknya dibuat persegi empat mengikuti bentuk jerigen untuk mengantisipasi penipisan dibagian sudut.

4. Disain konstruksi bagian atas jerigen tidak memenuhi standar teknik, karena tidak dapat menahan beban secara simetris dan konsenterasi beban berat disisi belakang tangkai, hal ini dapat menyebabkan kemiringan disaat di susun berlapis-lapis. 5. Jerigen dengan ketebalan 1.5 mm akan mengalami translasi total sebesar 2,583

bila dibebani 1412,64 N (=144 kg), dan diperkirakan tidak tahan dibebani dalam waktu yang lama.

1. Bentuk die yang terpasang saat ini bentuknya bulat dan berbeda dengan bentuk jerigen yang dibuat sehingga disaat proses blowing mengalami pengembangan yang lebih besar dibagian sudut badan jerigen. Dianjurkan menggantikan die dari bentuk bulat ke bentuk empat persegi panjang sesuai dengan bentuk badan jerigen.

2. Membuat lekukan juga dapat memperkuat jerigen terutama bila lekukan yang dibuat memenuhi standar disain konstruksi untuk penguatan di lokasi yang diinginkan.

3. Konstruksi jerigen 20 liter ini masih memiliki kekurangan dibagian atas, untuk itu perlu perbaikan disain supaya beban yang diterima oleh jerigen di permukaan atas menjadi seimbang dan dapat menghindari terjadinya bending.

Lampiran 10

Lampiran 11