Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik

(1)

DESAIN DAN PABRIKASI

HELMET INDUSTRI YANG ERGONOMIK

TESIS

Oleh

H A S R I N

037015004/TM

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2008

(2)

DESAIN DAN PABRIKASI

HELMET INDUSTRI YANG ERGONOMIK

TESIS

Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik dalam Program Studi Teknik Mesin

pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh

H A S R I N

037015004/TM

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2008

(3)

Judul Tesis : DESAIN DAN PABRIKASI HELMET INDUSTRI YANG ERGONOMIK

Nama Mahasiswa : Hasrin

Nomor Pokok : 037015004

Program Studi : Teknik Mesin

Menyetujui Komisi Pembimbing

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

(Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D (Prof. Dr. Ir. Samsul Rizal, M.Eng) Anggota Anggota

Ketua Program Studi Direktur SPs-USU

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

(4)

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. Ir. Ikhwansyah Isranuri

(5)

ABSTRAK

Tesis ini melaporkan hasil desain dan pabrikasi model helm industri dari bahan komposit polimer GFRP tipe polyester (resin unsaturated), dengan serat E-Glass jenis Choped Strand Mat. Pada proses pabrikasi helm komposit ini, dengan susunan dua

lapisan serat E-Glass jenis CSM, yang dibentuk mengikuti bentuk cetakan helm

standard AS/NZS 1801 EN 397 SS 98 dengan metode hand lay up. Sistem pencetakan helmet dilakukan secara terpisah, dan empat sisi dinding helmet dibuat saluran angin. Hasil pengujian statik diperoleh tegangan maksimum (σ_max) = 277 MPa, dan harga

modulus elastisitasnya (E) = 782 MPa, menggunakan alat uji Ht-9502 Computer

Hidrolic Universal Testing Machine. Pengujian ergonomik dilakukan dengan alat termokopel, hasil pengukuran temperatur udara di dalam dinding helm menunjukkan

sebesar 33,160C, dan berat helm komposit setelah di produksi adalah 365 gram,

menggunakan digital SAUTER D-7470. Untuk pengujian kekuatan helm dengan

beban impak kecepatan tinggi menggunakan alat uji KOMPAK. Pengujian batang input dilakukan dengan teknik pengukuran dua gage, untuk mengetahui besar respon tegangan impak pada batang input dengan tekanan 0,4 MPa, pada jarak impak (ID): 60 mm: maka diperoleh respon tegangan (σimp.) = 362 MPa. Pengujian impak atas

model helm TSA, pada (ID): 60 mm, dan SG.arah: X, diperoleh tegangan impak

(σ_imp_.) = 64,43 MPa, dan tegangan insiden (σ_c) = 24,50 MPa. Untuk pengujian kekuatan model helm [TSA], dengan impak atas, dan variasi jarak impak 40 mm s.d 120 mm, posisi SG. arah: X, diperoleh respon tegangan impak (σ_imp) = -10,96 MPa,

dan untuk model helm DSA (σ_imp) = -21,61 MPa. Sedangkan untuk model helm

TSA, dengan jarak impak 60 mm, posisi SG. arah: Y, diperoleh respon tegangan

impak (σ_imp) = 67,77 MPa, dan tegangan insiden (σ_c) = 26,28 MPa. Begitu juga pada jarak impak 140 mm, diperoleh besar respon tegangan impak (σ_imp) = 91,89

MPa, dan tegangan insiden (σ_c) = 36,80 MPa. Untuk pengimpakan samping model

helm [TSA] (σ_imp) = - 6,61 MPa, dan model helm [DSA] (σ_imp) = - 4,24 MPa.

Selanjutnya meredesain model konstruksi helm komposit, untuk mengklarifikasi kontur, dan ukuran helm dengan menggunakan software solidwork 2005. Desain dan pabrikasi ini dilakukan di Pusat Riset Impak dan Keretakan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik USU, Pusat Riset Uji Material Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNIMAL Lhokseumawe, dan Politeknik Negeri Lhokseumawe.

(6)

ABSTRACT

This thesis reports the result of design and fabrication of industrial helmet model of composite materials polymer of GFRP type of polyester (unsaturated resin) BTQN 157 EX with fibre of E-Glass ( Chop Strand Mat). At fabrication process of helmet, this composite was made with formation two fibre coat of CSM and was formed to follow the contour of anthropometry for human head with helmet moulding standard AS / NZS 1801 EN 397 SS 98 by using method of hand lay up. Moulding system of helmet was done separately, and four helmet wall side as wind channels were made. The result of static test has known the mechanical properties of base material of helmet, and to know the maximum stress of 277 MP and elasticity modulus price ( E) of 782 MPa were obtained by using apparatuses test Universal Ht-9502 Computer Hidrolic Testing Machine. The ergonomic testing of helmet by using apparatuses

test of thermocouple, the result showed that the measurement of mean air

temperature in helmet wall was 33.160C, and the weight of composite helmet after being produced was 365 grams by using digital SAUTER D-7470. For the test of strength of helmet with load of impact high-speed by using KOMPAK test apparatuses. Before test of helmet was done, the input bar was measured by using two gage technique to know the bigness of stress response of impact at input bar with pressure of 0.4 Mpa, and in distance of impact 60 mm, stress response at input bar is 362 MPa was obtained. The testing of helmet model [TSA] with upper impact, in distance of impact 60 mm, and strain gage at X direction, stress of impact of 64.43 MPa, and incident stress of 24.50 MPa were obtained. For the test of strength of helmet model [TSA] with upper impact, and variation of impact distance from 40 mm to 120 mm, position of strain gage at X direction, in distance of 15 mm from impact point, the stress response of impact produced was - 10.96 MPa, and for [DSA] helmet was - 21.61 MPa. While for the model of helmet [ TSA] with distance of impact 60 mm, and position of strain gage at Y direction, the stress respon of impact obtained was 67.77 MPa, and incident stress was 26.28 MPa. However, at distance of impact 140 mm, the stress response of impact was 91.89 MPa, and incident stress was 36.80 MPa. For the beside impact of helmet model [TSA] was –

6.61 MPa, and helmet model [DSA] was – 4.24 MPa. Then, re-designing for the

construction of composite helmet model for clarifying joint contour, and helmet dimension by using solidwork 2005. This design and fabrication were done at Center Research of Impact and Fracture of Technical Engineering Faculty of USU, Center Research Test of Material Department, Technical Engineering Faculty of UNIMAL Lhokseumawe, and Politeknik Negeri Lhokseumawe.

Keyword : Composite Helmet of GFRP, Design and Fabrication, Ergonomics, Load

(7)

KATA PENGANTAR

Puji syukur kekhadirat Allah SWT, dengan berkat limpahan rahmat dan karunianya, penulis dapat menyelesaikan tesis ini dengan judul: Desain dan Pabrikasi Helmet Industri yang Ergonomik. Penulisan tesis ini terlaksana berkat dorongan dan arahan dari berbagai pihak, terutama para komisi pembimbing, para pembanding, dan rekan-rekan mahasiswa yang telah memberikan saran dan masukan demi kesempurnaan penulisan laporan tesis ini.

Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada berbagai pihak yang telah banyak membantu penulis baik secara moril maupun materil, hingga selesainya tesis ini, yaitu kepada: Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME., selaku ketua komisi pembimbing dan ketua Program Studi Teknik Mesin SPs-USU, Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D, dan Prof. Dr. Ir. Samsul Rizal, M.Eng. selaku anggota komisi pembimbing, Dr.Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku sekretaris Program Studi Teknik Mesin SPs-USU, seluruh Dosen dan Staf Administrasi Program Studi Teknik Mesin SPs-USU, yang telah banyak memberikan ilmu pengetahuan dan bantuan administratif selama penulis dalam pendidikan di Program Studi Teknik Mesin SPs-USU. Kemudian ucapan terima kasih kepada saudara Hendri Nurdin, ST, MT dan Ir. Zuhaimi, MT dari Politeknik Negeri Lhokseumawe yang telah membantu masalah pengukuran di laboratorium. Tak lupa juga kepada kedua orang tua, yang telah memberikan inspirasi dan semangat kepada penulis, serta keluarga, isteri dan keenam anak tercinta, yang telah banyak

(8)

mengorbankan waktu selama pendidikan dan penyelesaian tesis ini dan semua pihak yang telah mendukung di dalam penyelesaian tesis ini.

Demikianlah penulis mengharapkan kritik dan saran yang dapat membantu dalam rangka memperbaiki dan melengkapi demi kesempurnaan penulisan tesis ini agar memperoleh hasil yang lebih baik dan akhirnya penulis kembali mengucapkan terima kasih kepada semua pihak atas bantuan dan perhatiannya.

Medan, 19 Januari 2008 Penulis,

( H a s r i n )

(9)

RIWAYAT HIDUP

Nama : Hasrin

Tempat/Tgl. Lahir : Belawan, 26 Pebruari 1958

Pekerjaan : Staf Pengajar di Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe

Alamat Kantor : Kampus Politeknik Negeri Lhokseumawe, Jl. Banda Aceh - Medan Km. 280 Buketrata – Lhokseumawe

Pendidikan

Sekolah dasar (SD) Taman siswa Belawan Tahun 1965 s/d 1970 Sekolah Teknik (ST) Yaspemda Belawan Tahun 1971 s/d 1973 Sekolah Teknik Menengah (STM) Yaspemda Belawan Tahun 1974 s/d 1977 Fakultas Teknik Unsyiah di Darussalam – Banda Aceh Tahun 1978 s/d 1984

Riwayat Pekerjaan

Kepala Laboratorium Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe Tahun 1989 s/d 1991 Kepala Lab. Teknologi Mekanik PNL Tahun 1995 s/d 1998 Kepala Laboratorim Mesin PNL Tahun 1999 s/d 2002 Revieuwer Bidang Penelitian Politeknik Negeri Lhokseumawe Tahun 1999 s/d 2001

Pengalaman Penelitian

1 Pengaruh Ketebalan Pemakanan pahat Bubut Terhadap Kekasaran Permukaan. 2. Perancangan Tool Post untuk membubut Shaft DC. Motor pada PT. KKA. 3. Alat Pengering Ikan Teri dengan Intensitas Tenaga Matahari (Solar Energy).

Pelatihan-Pelatihan

(10)

2. Rancang Bangun Konstruksi Mesin 29 Agustus s/d 30 September 1992 di PEDC Bandung.

3. Penulisan Buku Ajar 5 juli s/d 31 juli 1993 di PEDC Bandung.

4. EMCO TRAINING CNC- Turning “ Advanced “ ET 120 and ET 242 for the

duration of 50 hours 6 JUNE 1994 di Bandung.

5. Program S1 + di Politeknik Negeri Semarang Tahun 1996.

6. Learning Improvement Workshop (LIW) BAT VI, Tahun 1998. di Malang.

(11)

DAFTAR ISI

Halaman ABSTRAK ………. ABSTRACT……… KATA PENGANTAR ………... RIWAYAT HIDUP ……… DAFTAR ISI ………... DAFTAR TABEL ………... DAFTAR GAMBAR ………. DAFTAR LAMPIRAN ………... DAFTAR ISTILAH ………...

BAB 1. PENDAHULUAN ………... 1.1. Latar belakang ………... 1.2. Perumusan Masalah ………... 1.3. Tujuan Penelitian ………... 1.3.1. Tujuan Umum ………. 1.3.2. Tujuan Khusus ……… 1.4. Manfaat Penelitian ……… BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ………... 2.1. Helm Industri Standard ………... 2.2. Standarisasi dan Klasifikasi Helm Industri ……… 2.3. Konstruksi Helm Komposit ………... 2.4. Klasifikasi Proses dan Material Komposit Polimer ………...

2.4.1. Termoplastik Polimer ..………... 2.4.2. Termoset Polimer ……… 2.4.3. Material Komposit Polimer GFRP dan Sifat-Sifat Meka nik ………... 2.5. Fungsi dan Kenyamanan Helmet Industri ………

2.6. Pengukuran Temperatur Udara pada Helm ………... 2.7. Pengujian Statik dan Dinamik ………. 2.8. Teori Propagasi Tegangan ……… 2.8.1. Rambatan Gelombang Tegangan pada Batang input ... 2.8.2. Impak pada Batang input ... 2.9. Pengukuran Kekuatan Helm Komposit ... BAB. 3. METODE PENELITIAN ……….. ...

3.1. Tempat dan Waktu ………... 3.1.1. Tempat ……….

i ii iii v vii x xi xiv xv 1 1 3 4 4 5 5 7 7 8 9 12 12 13 14 16 21 23 25 25 29 33 36 36 36

(12)

3.1.2. Waktu ………. 3.2. Material, Peralatan dan Metode ………... 3.2.1. Material ……….. 3.2.2. Peralatan ……….... 3.2.3. Desain dan Metode Pembuatan Helm Komposit ………... 3.2.4. Pembuatan Spesimen Uji Tarik ……….. 3.2.5. Set up Alat Uji Statik ……….

3.3. Pengujian Temperatur Udara pada Dinding bagian dalam Helm . 3.4. Pengujian Dinamik ……… 3.4.1 Metode dan Arah Pengimpakan ………... 3.4.2. Set up Alat Uji KOMPAK ………... 3.4.3. Penyelidikan Propagasi Tegangan pada Helm Komposit ... 3.5. Redesain Gambar Model Konstruksi Helm Komposit Hasil Pro duksi menggunakan Solidwork 2005 ………... 3.6. Kerangka Konsep Penelitian ………... BAB.4. HASIL DAN PEMBAHASAN ………...

4.1. Pendahuluan ……….. 4.2. Desain dan Metode Pembuatan Helm Komposit ………... 4.3. Pengujian Statik ………... 4.4. Pengukuran Temperatur Udara pada bagian dalam dinding Helm 4.5. Pengujian Kekuatan Helm Komposit dengan Beban Impak …… 4.5.1. Pengukuran Respon Batang Penerus (batang input) …….. 4.5.2. Pengukuran Respon Helm secara Langsung ……….. 4.5.2.1. Pengimpakan Atas Helm TSA, dan SG.arah:X ... 4.5.2.2. Respon Tegangan Impak dan Tegangan insiden pada ID: 60 mm ………...

4.5.2.3. Respon Tegangan Impak Atas Helm TSA pada

ID: 40 s.d 120 mm ………...

4.5.2.4. Respon Impak Atas Helm DSA pada ID: 40 s.d

120 mm ……… 4.5.3. Pengimpakan Samping Helm TSA dengan SG.arah:X ….. 4.5.3.1. Respon Tegangan Impak Samping Helm TSA pada ID: 40 s.d 100 mm, SG. arah:X …………...

4.5.3.2. Respon Tegangan Impak Samping Helm DSA ...

pada ID: 40 s.d 100 mm, SG. arah: X ………….. 4.5.4. Pengimpakan Atas Helm TSA dengan SG. arah:Y ……… 4.5.5. Pengimpakan Samping Helm TSA dengan SG.arah:Y …... 4.6. Redesain Gambar Model Konstruksi Helm Komposit Hasil Pro

duksi menggunakan Solidwork 2005 ………... BAB. 5. KESIMPULAN DAN SARAN ………... 5.1. Kesimpulan ………..

36 36 36 37 38 42 45 46 48 49 50 55 57 59 62 62 63 66 68 72 72 74 75 75 81 82 83 83 83 84 85 89 93 95 95

(13)

5.2. Saran ………. DAFTAR PUSTAKA ………...

101 102

(14)

DAFTAR TABEL

No. Judul Halaman

2.1 Klasifikasi Helm dan Simbol JIS ... 8

2.2 Actual head anthropometry Vs design target ………... 11

2.3 Spesifikasi Material Komposit Polimer Dan Sifat-Sifat Mekanik ... 14

3.1 Sifat-Sifat Mekanis Resin Termoset yang diperkuat serat ... 37

3.2 Peralatan Produksi ……….. 38

3.3 Sifat-sifat Mekanik Batang Striker dan Batang Penerus ... 49

3.4 Spesifikasi Strain Gage ... 56

4.1 Hasil Uji Tarik Spesimen Komposit GFRP ... 68

4.2 Hasil Pengukuran Temperatur Helm TSA ... 69

4.3 Hasil Pengukuran Temperatur Helm DSA ... 69

4.4 Hasil Pengujian Helm Ergonomik ... 70

4.5 Respon Batang Penerus pada lokasi Gage a dan b ... 74

4.6 Hasil Perhitungan Tegangan Impak dan Tegangan Insiden pada berbagai variasi (ID) : 60 mm s.d 140 mm ... 86

4.7 Hasil Perhitungan Tegangan Impak dan Tegangan Insiden pada berbagai variasi (ID) : 60 mm s.d 120 mm ... 90

(15)

DAFTAR GAMBAR

No. Judul Halaman

2.1 Helm Industri Standard ... 7

2.2 Desain Konstruksi Helm Komposit ... 9

2.3 Standard Antropometri Kepala Manusia ... 12

2.4 Klasifikasi Proses Fiber Reinforced Plastic (FPR) dan Polymer Matrix Composite (PMCs) ... 15

2.5 Model Helm Industri Dengan Saluran Angin (DSA) ... 17

2.6 Pengujian Temperatur Udara pada dinding dalam Helm ... 18

2.7 Set up Alat Termokopel pada Helm ... 22

2.8 Alat Uji Statik (Ht – 9502) ... 24

2.9 Alat Uji KOMPAK ... 25

2.10 Sketsa Gelombang Transversal ... 26

2.11 Sketsa Gelombang Longitudinal ... 26

2.12 Perilaku Gelombang Longitudinal ... 27

2.13 Susunan Batang Uji ... 29

2.14 Perilaku Batang setelah terjadi Impak ... 30

2.15 Perilaku Tegangan pada Interface Input bar dan Spesimen ... 33

2.16 Teknik Dua Gage pada Set up Uji Helm ... 34

3.1 Susunan Dua Lapisan Serat Plat Komposit GFRP ... 37

3.2 Flow Chart Pembuatan Helm Komposit ... 39

3.3 Desain dan Pabrikasi dengan Metode Hand lay up ... 40

3.4 Flow Chart Pembuatan Spesimen Plat Komposit ... 43

3.5 Skematis Proses Pencetakan Spesimen ... 44

3.6 Spesimen Uji Tarik (Standard ASTM 638-D) ... 45

3.7 Set up Alat Uji Statik ... 45

(16)

3.9 Pengukuran Temperatur Udara pada Helm ... 48

3.10 Pengimpakan Atas Helm dengan Saluran Angin (DSA) ... 49

3.11 Pengimpakan Samping Helm dengan Saluran Angin (DSA) ... 49

3.12 Pengimpakan Atas Helm Tanpa Saluran Angin (TSA) ... 50

3.13 Pengimpakan Samping Helm Tanpa Saluran Angin (TSA) ... 50

3.14 Teknik Dua Gage pada Set up Uji Helm ... 51

3.15 Set up Alat Uji KOMPAK ... 53

3.16 Pengukuran Batang Penerus tanpa Spesimen ... 54

3.17 Pengimpakan Atas dan Samping Helm DSA ... 54

3.18 Pengimpakan Atas dan Samping Helm TSA ... 55

3.19 Jarak dan posisi strain gage Arah:X pada Helm TSA ... 56

3.20 Jarak dan posisi strain gage Arah:Y pada Helm TSA ... 56

3.21 Jarak dan posisi strain gage Arah: X pada Helm DSA ... 57

3.22 Jarak dan posisi strain gage Arah: Y pada Helm DSA ... 57

3.23 Kerangka Konsep Penelitian ... 60

3.24 Diagram Alir Penelitian ... 61

4.1 Bentuk Konstruksi Helm setelah tersambung ... 64

4.2 Helm Komposit Hasil Produksi ... 65

4.3 Tipikal Grafik Tegangan Vs Regangan Spesimen Komposit ... 67

4.4 Model Helm TSA ... 69

4.5 Model Helm DSA ... 69

4.6 Respon Batang Penerus pada lokasi Strain Gage a untuk berbagai variasi jarak impak dengan tekanan udara 0,4 Mpa ... 73

4.7 Respon Batang Penerus pada lokasi Strain Gage b untuk berbagai variasi jarak impak dengan tekanan udara 0,4 Mpa ... 73

4.8 Pengujian Langsung pada Helm ... 75

4.9 Tipikal Tegangan Impak dan Tegangan Insiden pada jarak Impak (ID) = 60 mm, dan (P) = 0,4 Mpa ... 76

4.10 Respon Tegangan Impak Vs Waktu (SG. = 15 mm, Arah: X) pada (ID = 40 dan 120 mm), (Impak Atas Helm TSA), P=0,4 Mpa ... 77

(17)

4.11 Respon Tegangan impak Vs Waktu (SG.X:15 mm), Imp.atas TSA ... 81

4.12 Respon Tegangan impak Vs Waktu (SG.X:30 mm), Imp.atas TSA ... 82

4.13 Respon Tegangan impak Vs Waktu (SG.X:15 mm), Imp.atas DSA ... 82

4.14 Respon Tegangan impak Vs Waktu (SG.X:30 mm),Imp.atas DSA ... 83

4.15 Respon Tegangan impak Vs Waktu (SG.X:15 mm),Imp.samp.TSA ... 83

4.16 Respon Tegangan impak Vs Waktu (SG.X:30 mm),Imp.samp.TSA ... 84

4.17 Respon Tegangan impak Vs Waktu (SG.X:15 mm),Imp.samp.DSA ... 84

4.18 Respon Tegangan impak Vs Waktu (SG.X:30 mm),Imp.samp.DSA ... 85

4.19 Impak Atas Helm TSA dengan Strain Gage arah:Y ... 86

4.20 Respon Tegangan impak Vs Tegangan insiden (P=0,4 MPa; ID: 60mm), Strain Gage arah: Y ... 87

4.21 Respon Tegangan impak Vs Tegangan insiden (P=0,4 MPa; ID: 140 mm), Strain Gage arah: Y ... 87

4.22 Grafik Gabungan Respon Tegangan insiden ... 88

4.23 Impak Samping Helm TSA dengan Strain Gage arah:Y ... 89

4.24 Respon Tegangan impak Vs Tegangan insiden (P=0,4 MPa; ID: 60 mm), Strain Gage arah: Y ... 91

4.25 Respon Tegangan impak Vs Tegangan insiden (P=0,4 MPa; ID: 120 mm), Strain Gage arah: Y ... 91

4.26 Grafik Gabungan Respon Tegangan insiden 92 4.27 Redesain Gambar Model Konstruksi Helm Komposit hasil produksi menggunakan Solidwork 2005 ... 94

(18)

DAFTAR LAMPIRAN

No. Judul Halaman

1. Data Cuaca dari Badan Meteorologi Dan Geofisika (BMG) ... 105

2. Grafik Hasil Uji Tarik Spesimen (1) ... 106

3. Grafik Hasil Uji Tarik Spesimen (2) ... 107

4. Grafik Hasil Uji Tarik Spesimen (3) ... 108

5. Applikasi Pengukuran Temperatur Udara Pada Helm Ergonomik ... 109

6. Oregon Aero Drop Tower Up & Down ……….. 110

7. Spesifikasi Strain Gage Biaxial ………... 111

8. Bidang Referensi Bentuk Kepala ………. 112

9. Standard Anthropometry Kepala Manusia ... 113

10. Pengujian Impak Atas Helm TSA dan DSA ... 114

11. Metode Pengukuran Helm Komposit Setelah di produksi ... 115

12. Desain Gambar Konstruksi Helm Komposit Setelah Proses Produksi menggunakan Solidwork 2005 ... 116

13. Dimensi Konstruksi Helm Komposit ... 117

(19)

DAFTAR ISTILAH

Simbol Besaran Satuan

A1 = Luas penampang batang 1 m2

A2 = Luas penampang batang 2 m2

A3 = Luas penampang batang 3 m2

C0,1 = Kecepatan rambat gelombang dalam batang 1 m/det

C0,2 = Kecepatan rambat gelombang dalam batang 2 m/det

C0,3 = Kecepatan rambat gelombang dalam batang 3 m/det

C1 = Kecepatan rambat gelombang dalam batang impak m/det

C2 = Kecepatan rambat gelombang dalam batang penerus m/det

C3 = Kecepatan rambat gelombang dalam spesimen m/det

Ccd = Kecepatan rambat gelombang pada spesimen m/det

CL = Kecepatan gelombang longitudinal m/det

E = Modulus Young material GPa

Ek = Energi kinetik Joule

Em = Modulus Young MPa

Ek0 = Energi kinetik mula-mula Joule

ES = Energi regangan Joule

ES0 = Energi regangan mula-mula Joule

m = Massa benda mula Kg

N = Nilai data yang diperoleh setelah pengimpakan

S = Standar deviasi

t = Waktu rambat gelombang det

t1 = Waktu rambat gelombang antara strain gage a dan b det

tL = Waktu rambat gelombang longitudinal det

tI = Waktu rambat gelombang dalam batang impak m/det

V0 = Kecepatan partikel mula-mula m/det

V0 = Tegangan setelah pengimpakan Volt

V1 = Kecepatan batang 1 sebelum tumbukan m/det

VI = Kecepatan partikel masuk m/det

VR = Kecepatan partikel yang direfleksikan m/det

Vs = Tegangan pengujian Volt

VT = Kecepatan partikel yang ditransmisikan m/det

Δm = Perubahan massa Kg

Lambang Yunani

α = Faktor transmisi

ασ = Tegangan yang ditransmisikan MPa

β = Faktor refleksi

(20)

ε = Regangan %

ρ1 = Rapat jenis material batang 1 kg/m

ρ2 = Rapat jenis material batang 2 kg/m

ρ3 = Rapat jenis material batang 3 kg/m

σ1 = Tegangan pada batang 1 MPa

σ2 = Tegangan pada batang 2 MPa

σI = Tegangan yang masuk MPa

σR = Tegangan yang direfleksikan MPa

(21)

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Di kawasan industri atau pabrik khususnya yang bergerak di bidang jasa konstruksi, sering terlihat terjadinya kecelakaan kerja terutama bagi para pekerja di lapangan. Pada umumnya para pekerja memang selalu berhadapan dengan resiko yang sangat tinggi terhadap tingkat keselamatannya. Oleh karenanya untuk mengurangi angka kecelakaan kerja di lingkungan industri tersebut, para pekerja sebaiknya harus dilengkapi dengan Alat Pelindung Diri (APD). Salah satu APD yang dimaksud di sini adalah helm. Diketahui bahwa selama ini helm industri yang banyak digunakan pada beberapa industri di Indonesia masih belum memenuhi syarat-syarat keselamatan kerja, artinya helm tersebut belum bisa menjamin si pemakai aman dari benda yang jatuh bebas dari ketinggian tertentu. Di negara-negara maju jauh sebelumnya telah memiliki standarisasi yang mengatur tentang kelayakan helm industri antara lain: JIS T 8131-1977 (Japan), ANSI Z 89.1-1977 (USA), dan AS/NZS 1801.TYPE 1.EN 397.SS 98 (Australia). Penyelidikan dan pengujian terhadap kekuatan helm telah dilakukan oleh para peneliti, dan balai pengujian yang mengkaji diberbagai aspek yang berbeda. Helm sebagai alat pelindung kepala dari benda keras yang jatuh bebas dari ketinggian tertentu yang bisa mengakibatkan cedera kepala. Di negara maju telah diketahui angka kecelakaan cedera kepala mencapai 3 s.d 6% dari keseluruhan kecelakaan yang terjadi. Kontribusi kecelakaan pada umumnya

(22)

disebabkan karena adanya benturan dari suatu benda terhadap kepala yang terjadi secara tiba-tiba, apakah dari atas maupun samping. Kecelakaan tersebut biasanya dipicu oleh banyak faktor, antara lain kelalaian pekerja, peralatan yang rusak, peralatan yang tidak memenuhi syarat, dan lingkungan yang tidak aman. Kepala merupakan bagian yang paling vital dari tubuh manusia, maka cara untuk melindungi kepala tersebut adalah dengan mengenakan helm. Dalam penelitian ini helm

dirancang khusus dan dicetak dengan metode hand lay up. Selanjutnya helm

dimodifikasi pada bagian dinding untuk memenuhi persyaratan ergonomik.

Hal lain yang belum diteliti yaitu tentang respon helm industri yang lolos uji standard dengan pembebanan impak kecepatan tinggi. Pada penelitian ini terlebih dahulu yang dilakukan adalah: mendesain model konstruksi helm industri, dan

membuatnya dari bahan komposit polimer Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP)

dengan memodifikasi bentuk konstruksi helm standard yang ada, sehingga

diharapkan lebih kuat dari helmindustri yang biasa digunakan selama ini.

Pada desain model konstruksi helm industri ini, yaitu dengan membentuk

saluran udara (wind channel) pada keempat sisi dinding helm untuk kenyamanan

dalam penggunaannya. Setelah proses pabrikasi, selanjutnya helm di uji ergonomik dengan alat ukur termokopel, dan uji kekuatan menggunakan alat uji impak

(KOMPAK), sedangkan uji statik dengan alat HT-9052 Computer Hidrolic

Universal Testing Machine. Pada pengujian impak dilakukan untuk mengetahui seberapa besar respon tegangan impak dan tegangan insiden yang masuk pada helm.

(23)

Dalam hal ini, desain dan pabrikasi serta modifikasi model konstruksi helm

komposit adalah berdasarkan bentuk konstruksi helm standard TYPE 1. EN 397,

AS/NZS 1801.SS 98. Pada uji kekuatan helm komposit adalah menggunakan set up peralatan yang telah berhasil didesain pada tahun pertama dari proyek penelitian Hibah Pasca di Pusat Riset Impak dan Keretakan, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Tenik USU Medan. Dari latar belakang di atas, maka peneliti memandang perlu untuk melakukan penelitian lanjutan ini, yaitu tentang desain dan pabrikasi helm industri yang dibuat dari bahan komposit polimer GFRP.

1.2. Perumusan Masalah

Desain dan pabrikasi adalah sebagai langkah awal untuk memproduksi suatu model produk helm industri dari bahan komposit polimer GFRP yang lolos uji standard. Beberapa pengujian dilakukan untuk mengetahui: propertis material dasar helm, temperatur udara pada permukaan dalam dinding helm, dan menyelidiki

perilaku helm yang dikenai beban impak kecepatan tinggi dengan alat uji impak

(KOMPAK), alat ini mampu meluncurkan batang striker (model benda jatuh)

menggunakan tekanan udara dengan kecepatan yang bervariasi hingga mencapai 50 m/detik. Kecepatan tersebut diperkirakan dapat mewakili kecepatan jatuh bebas suatu benda dari ketinggian lebih kurang 40 meter. Selanjutnya dilakukan redesain gambar model konstruksi helm hasil produksi, untuk mengklarifikasi seluruh kontur permukaan dinding helm menggunakan solidwork 2005. Agar ruang lingkup penelitian ini tidak terlalu luas, maka penelitian ini dibatasi oleh beberapa hal sebagai berikut:

(24)

1. Pembuatan helm dari bahan komposit polimer GFRP dengan metode hand lay up.

2. Struktur komposit polimer GFRP terdiri dari: serat (E-glass) jenis Chopped Strand Mat yang dibentuk dengan susunan dua lapis serat sebagai penguat, dan polyester resin tak jenuh BTQN 157 EX (unsaturated resin) sebagai matrik.

3. Standard cetakan helm komposit polimer GFRP menggunakan helm standard

TYPE 1.EN 397, AS/NZS 1801.SS 98 dari jenis polimer Polyethylene (PE), Polypropylene (PP), dan AcrylinitrileButadien Styrene (ABS).

4. Geometri helm disesuaikan dengan anthropometri kepala manusia, dan mengikuti geometri helm standard.

5. Pengujian material dasar dan helm komposit terdiri dari: uji statik, dan uji dinamik (impak kecepatan tinggi).

6. Pengujian temperatur udara pada helm untuk memenuhi persyaratan ergonomik.

7. Pengujian kekuatan helm komposit dengan alat uji KOMPAK

8. Meredesain gambar model konstruksi helm hasil produksi menggunakan software

solidwork 2005.

1.3. Tujuan Penelitian

1.3.1. Tujuan Umum

Tujuan umum dari penelitian ini adalah memproduksi model helm industri

dari bahan komposit polimer GFRP yang memenuhi persyaratan ergonomik, dengan

(25)

1.3.2. Tujuan Khusus

1. Desain dan pabrikasi helm industri.

2. Menyelidiki sifat-sifat mekanik dari material komposit polimer GFRP. 3. Pengukuran temperatur udara pada bagian dalam dinding helm.

4. Menyelidiki kekuatan helm untuk mengetahui respon tegangan impak, dan tegangan insiden ( respon tegangan yang masuk pada helm).

5. Meredesain gambar model konstruksi helm komposit hasil produksi dengan menggunakan software solidwork 2005.

1.4. Manfaat Penelitian

Hasil penelitian ini merupakan suatu upaya untuk dapat mengkontribusi pada institusi, khususnya lembaga penelitian dalam memberikan informasi hasil penelitian dibidang manufaktur tentang desain konstruksi, proses pembuatan helmindustri dari

bahan komposit polimer GFRP dengan metode hand lay up, dan desain model helm

yang ergonomik, dengan membuat bentuk saluran udara pada keempat sisi permukaan dinding helm. Konstruksi helm diharapkan lebih kuat, nyaman, dan aman dipakai bagi para pekerja proyek di lapangan, untuk menghindari bahaya kecelakaan yang menyebabkan cedera kepala.

Di samping itu, manfaat dari penelitian ini adalah:

1. Memberikan informasi tentang desain model helm industri yang ergonomik.

(26)

khususnya dibidang manufaktur, baik dari proses pembuatan helm maupun metode pengujian dengan set up peralatan yang digunakan sangat memungkinkan untuk mendapatkan paten maupun publikasi di tingkat internasional.

2. Memberikan informasi kepada dunia industri dan pemerintah dalam hal ini Deperindag dan Depnaker tentang desain dan pabrikasi helm industri yang

ergonomik dari bahan komposit polimer GFRP yang mampu meredam benturan

(tumbukan) akibat beban impak kecepatan tinggi.

3. Memberikan masukan kepada Badan Standarisasi Nasional (BSN) untuk

mempertimbangkan beban impak kecepatan tinggi dalam standarisasi lolos uji, sebagai kriteria pengujian yang sedang dikembangkan saat ini.

(27)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Helm Industri Standard

Pengembangan produksi dibidang manufaktur, untuk jenis produk helm dari

bahan polymer biasa pada umumnya telah banyak diproduksi oleh pabrik-pabrik

pembuat helm dengan berbagai model helm yang selama ini digunakan oleh masyarakat di negara-negara maju sesuai keperluan di lapangan. Disamping itu helm tersebut mempunyai standard tertentu sesuai peraturan yang telah ditetapkan oleh pemerintah negaranya. Di antara standard-standard helm yang dikenal secara luas dan banyak menjadi referensi antara lain: (1). ANSI Z 89.1-1997 (Amirican National Standard Institute; (2). JIS T8131 (Japan Industrial Standard); (3). SII (Standard Industri Indonesia) hanya mengluarkan standarisasi untuk jenis helm pengendara sepeda motor. Berikut ini dapat dilihat beberapa contoh dari helm Industri Standard

Australia AS/NZS 1801. TYPE 1. EN 397. SS 98 yang digunakan sebagai acuan

bentuk cetakan untuk membuat helm dari bahan komposit polimer GFRP.

Gambar 2.1 Helm IndustriStandard

(28)

2.2. Standarisasi dan Klasifikasi Helm Industri

Helm industri pada umumnya memiliki standarisasi yang berbeda-beda berdasarkan jenis material dan penggunaannya.. Berikut ini klasifikasi helm industri menurut JIS [10] dapat dilihat seperti pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1. Klasifikasi dan simbol JIS (1982)

Kelas Fungsi Klasifikasi berdasarkan Klasifikasi berdasarkan (simbol) bahan tempurung ketahanan terhadap tegangan listrik

Untuk melindungi atau Synthetic Resin Tidak tahan terhadap A. mengurangi bahaya dari tegangan listrik. benda melayang atau Metal

jatuh.

Untuk melindungi atau Tidak tahan terhadap B. mengurangi bahaya akibat Synthetic Resin tegangan listrik. benturan.

Untuk melindungi atau Tidak tahan terhadap AB. mengurangi bahaya dari Synthetic Resin tegangan listrik. benda melayang atau jatuh

dan benturan.

Untuk melindungi atau mengurangi bahaya dari

AE. benda melayang atau jatuh Synthetic Resin Tahan terhadap dan untuk melindungi dari tegangan listrik. bahaya kejutan listrik di

kepala.

Untuk melindungi atau mengurangi bahaya dari

ABE. benda melayang atau jatuh Synthetic Resin Tahan terhadap dan benturan dan untuk tegangan listrik. melindungi dari bahaya

kejutan listrik di kepala.

Sumber: Japan International Standard (JIS- 1982)

Sedangkan ANSI [2] mengelompokkan dalam dua tipe yaitu: (1). Helm yang digunakan untuk melindungi kepala dari benda yang jatuh bebas dari ketinggian tertentu, umumnya digunakan oleh pekerja konstruksi; dan (2). Helm yang digunakan

(29)

untuk melindungi kepala dari benda yang datang dari arah lateral baik dari depan, samping, dan belakang. Jenis ini biasanya digunakan petugas pemadam kebakaran. 2.3. Konstruksi Helm Komposit

Dalam penelitian ini, pertama sekali bentuk konstruksi helm komposit ini didesain dan dimodifikasi dari bentuk helm standard yang ada dijual di pasaran sebagai acuan bentuk cetakan, kemudian helm komposit dicetak dan dibentuk

menggunakan metode hand lay up, sehingga memenuhi persyaratan helm yang

ergonomik. Adapun cakupan dalam penelitian ini meliputi:

1. Desain model konstruksi helm industri dari bahan komposit polimer GFRP yang di modifikasi seperti bentuk (Gambar 2.2) berikut ini.

Keterangan Gambar: 1. Tempurung (cangkang)

2. Jaringan peredam benturan. 3. Pelindung sinar matahari (brim) 4. Tali cincin

5. Tali dagu 6. Saluran udara

Gambar 2.2 Desain Konstruksi Helm Komposit

50 mm

II I

5 1

(30)

Pelaksanaan desain dan pabrikasi dilakukan sebagai berikut:

a. Desain, dan pembuatan cetakan brim (bagian:II).

b. Pencetakan cangkang helm (bagian:I), dan brim (bagian II) dilakukan secara terpisah, hingga proses pengeringan.

c. Pabrikasi helm komposit dilakukan dengan menggabungkan kedua bagian

yaitu: bagian I, dan II, dengan cara menyambung di sekeliling dinding helm. d. Pembentukan saluran angin pada keempat sisi permukaan dinding helm.

2. Pabrikasi helm dengan metode hand lay up menggunakan cetakan helm standard, sesuai dengan bentuk Anthropometry kepala manusia (Gambar 2.3).

3. Verifikasi helm hasil produksi dengan meredesain gambar konstruksi model helm yang dimodifikasi, untuk mengklarifikasi dimensi dan kontur helm menggunakan solidwork 2005.

4. Jenis pengujian yang dilakukan:

a. Pengujian statik dilakukan untuk mendapatkan sifat-sifat mekanik material dasar helm komposit polimer GFRP.

b. Pengujian ergonomik dilakukan dengan pengukuran temperatur udara pada bagian dalam dinding helm secara langsung pada udara bebas menggunakan alat termokopel.

c. Pengujian dinamik menggunakan alat uji KOMPAK dengan variasi jarak impak, untuk mengetahui besar respon tegangan akibat beban impak menggunakan set up peralatan dengan teknik pengukuran dua gage.

(31)

5. Hasil pengujian pada langkah (4) di atas, akan memberikan informasi berguna untuk menganalisis kekuatan helm komposit, yang pada gilirannya dapat menganalisis secara kuantitatif dari fungsi, maupun kenyamanan helm sebagai Alat Pelindung Diri (APD), untuk mencegah terjadinya cedera kepala akibat benturan benda keras yang jatuh dari ketinggian tertentu. Dalam hal penggunaannya, temperatur udara pada bagian dalam dinding helm tidak menyebabkan terasa panas dan gatal pada kulit kepala.

Menurut ISO TC22/ SC12/ WG5 WorldSID TG N396., [9], dimensi

anthropometry kepala manusia berdasarkan AMVO seperti pada tabel 2.2 berikut ini. Tabel 2.2 Actual head anthropometry Vs design target

Parameter Target Reference Actual

Mass 4,14 kg ± 0,1 kg AMVO 4,23 kg Circumfererence 570,6 mm ± 5 mm AMVO Study 1983 568 kg

Height 230,9 mm - 231 mm Length 197,4 mm ± 2 mm AMVO 199 mm Width 158 mm ± 2 mm AMVO 159 mm CG Location 177 mm, 0 mm, 656,4mm Corected AMVO 177 mm, 0 mm, (Respect to mid H- Point) 656 mm.

Sumber: ISO TC22/SC12/WG5 WorldSID TG N396

Sedangkan Gambar 2.3 adalah hasil penelitian yang telah dilakukan oleh

Dhanannjay Deo.,[4] menunjukkan Mesh Processing For Computerized

Anthropometry dibawah ASME 2005 International Design Engineering Technical Conferences & Computersand Information in Engineering Conference (IDETC/DAC 2005).

(32)

Gambar 2.3 Standard antropometri kepala manusia

2.4. Klasifikasi Proses dan Material Komposit Polimer 2.4.1. Termoplastik polimer

Pada umumnya termoplastik polimer terdiri dari jenis poliamid, polikarbonat, polietilenteraftalat sebagai matrik. Bahan polimer ini digunakan untuk berbagai keperluan seperti: peralatan rumah tangga, alat–alat kesehatan, kendaraan bermotor, dan lain sebagainya. Pada proses pembuatan atau pencetakan biasanya menggunakan serat sebagai penguat dan polimer sebagai matrik.

Pada proses termoplastik polimer ini, jenis serat yang digunakan adalah: carbon, boron, kevlar 49, dan E-Glass yang berbentuk serbuk (powder) atau partikel. Pada proses pencetakannya menggunakan cetakan tertutup dengan sistem

pemanasan, dan tekanan. Alat cetak yang digunakan adalah: injection molding,

compression molding, bag molding, dan transfer molding. Sebelum dicetak, polimer

dipanaskan dari bentuk solid ke cairan viscositas dan dicampur dengan serat

(33)

menjadi sebuah bentuk produk yang diinginkan, kemudian didinginkan kembali kebentuk solid. Jenis termoplastik polimer ini dapat dilakukan proses daur ulang, pada siklus pemanasan dan pendinginannya dapat diaplikasikan diberbagai waktu tanpa adanya penurunan atau pengurangan polimer. Jadi proses termoplastik

polimer adalah tergolong jenis Polymer Matric Composites (PMCs) yang

menggunakan serat berbentuk serbuk (powder), dan memiliki struktur material yang isotropic.

2.4.2. Termoset polimer

Termoset polimer, dan elastomer berbeda dengan termoplastik polimer. Penggunaan termoplastik polimer lebih luas dari termoset polimer. Termoset polimer, jika dipanaskan akan terjadi perubahan secara kimia. Secara umum termoset polimer: lebih kaku, modulus elastisnya semakin meningkat, rapuh, sebenarnya tidak memiliki keuletan, kecil kemungkinan dapat larut pada bahan pelarut biasa, tahan terhadap temperatur tinggi, dan tidak dapat untuk dilebur atau dicairkan kembali, bahkan berkurang atau terbakar.

Proses pembentukan atau pencetakan jenis termoset polimer ini pada umumnya menggunakan bentuk cetakan terbuka tanpa memerlukan proses

pemanasan dan tekanan. Bahan polimer yang utama termoset adalah: phenolic,

unsaturated polyester dan epoxies sebagai matrik yang mengeras pada suhu kamar, dan jenis serat yang digunakan sebagai penguat adalah : serat E-Glass jenis Chopped Strand Mat (CSM), serat alam, dan sintetik sebagai penguat. Pada prinsipnya proses

(34)

ini tergolong jenis plastik yang diperkuat serat (Glass Fiber Reinforced Plastic/

GFRP). Keuntungan dari material GFRP adalah: memiliki keuletan dan kekuatan

yang seimbang, memperbaiki ketangguhan, dan tahan terhadap beban impak. Jenis struktur material GFRP tergolong anisotropic dan signifikan dengan sifat-sifatnya.

Klasifikasi proses produksi untuk jenis material PMCs dan GFRP secara skematis menurut Groover M.P., [7] dapat dilihat pada Gambar 2.4.

2.4.3. Material Komposit Polimer GFRP dan Sifat-Sifat Mekanik

Jenis termoset polimer yang diperkuat serat ini sering digunakan oleh para peneliti sebagai bahan teknologi yang memiliki kekuatan yang dapat diandalkan untuk keperluan barang-barang industri. Material komposit dari jenis termoset polimer yang diperkuat serat gelas (Fiber Reinforced Plastic) ini digunakan untuk bahan teknologi, dan dibuat sesuai dengan keperluan yang diinginkan. Spesifikasi material komposit menurut Shinroku Saito., [16] dapat ditunjukkan seperti pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3 Spesifikasi Material Komposit Polimer dan Sifat-Sifat Mekanik Jenis Material Kekuatan Tarik Perpanjangan patah Masa Jenis Modulus Elastisitas (GN/m2) (%) (g/cm3) (G N/m2)

Serat glass 3,2 2,3 2,54 75 Tipe: E

Resin Polyester 1,1 9,0 1,38 15 tak jenuh.

Sumber: Groover M.P

Sedangkan pada Gambar 2.4 adalah menunjukkan klasifikasi proses Polymer Matrix Composites (PMCs) yang menggunakan serat searah, serat tidak searah, dan

(35)

serat pendek sebagai penguat, dengan berbagai metode pencetakan sesuai keperluan perencanaan.

Gambar 2.4 Klasifikasi Proses Fiber Reinforced Plastics (FRP) dan Polymer Matrix Composite (PMCs)

Processes for continuous/ discontinuous

fiber PMCs

Processes for short Fiber PMCs

Open Mold Processes

Closed Mold Processes

Open Mold Processes

Closed Mold Processes

Hand Lay up

Automated TapeLaying

Compression Molding

Resin Trasfer Molding

Spray up

Compression Molding

Transfer Molding

Injection Molding FRP Shaping

Processes

Filament Winding Pultrusion Processes

Other Tube Rolling

Other

Centrifugal Casting

Continuous Laminating

(36)

2.5. Fungsi dan Kenyamanan Helm Industri

Terkait dalam penggunaan helm di lingkungan industri, maka selain di anjurkan untuk memakai helm bagi para pekerja. Pada pihak manajemen juga harus memperhatikan bagaimana kekuatan dan kenyamanan helm yang digunakan sehingga dapat memberikan jaminan keselamatan dan kenyamanan bagi para pekerja atau helm tersebut telah memenuhi persyaratan keselamatan kerja sesuai dengan yang dianjurkan.

Di dalam undang-undang nomor 1 tahun 1970., [26] tentang keselamatan kerja adalah untuk:

1. Mencegah dan mengurangi terjadinya kecelakaan.

2. Memberikan Alat Pelindung Diri (APD) bagi para pekerja.

3. Menyesuaikan dan menyempurnakan pengamanan pada pekerjaan yang bahaya kecelakaannya menjadi bertambah tinggi.

Menurut peraturan Keselamatan dan Kesehatan Kerja (K3), pihak industri berkewajiban menyediakan, dan pekerja harus menggunakan Alat Pelindung Diri (APD). Misalnya: Helm yang telah lolos uji dengan menggunakan teknik pengujian

yang standard. Akan tetapi banyak juga helm yang digunakan di industri tidak

memenuhi persyaratan standard. Pengujian standard adalah untuk melihat sejauh

mana kemampuan helm dalam menyerap energi impak. Selain itu juga uji standard

bertujuan untuk meneliti tingkat kerusakan helm yang kemungkinannya bisa merusak lapisan kulit kepala lewat penetrasi. Teknik ini telah banyak digunakan oleh berbagai

(37)

pusat pengujian helm, misalnya: Sirim Berhad, Malaysia, BP4 Deperindag, Bandung Indonesia, dan juga Pusat Riset Impak dan Keretakan Jurusan Teknik Mesin USU.

Berdasarkan uraian permasalahan di atas, maka dinilai sangat diperlukan untuk melakukan penelitian ini, dan merupakan suatu pengembangan dibidang produksi (manufaktur) guna mewujudkan hasil desain model produk (helm industri)

dari bahan komposit polimer GFRP yang memenuhi persyaratan ergonomik.

Pengertian ergonomik disini adalah hubungan antara manusia dengan perlatan kerja yang nyaman, dan aman digunakan.

Menurut Yeh Liang Hsu, dkk ., [27], telah mengembangkan bentuk dan model konstruksi pada dinding helm industri dengan meredesain bentuk saluran angin untuk memperbaiki sifat-sifat panas yang tersimpan pada dinding bagian dalam

helm, dan helm dibuat dari bahan polimer ABS yang menggunakan alat Vacum

Moulding. Tujuan dari pengembangan ini adalah untuk memenuhi persyaratan helm industri yang ergonomik seperti terlihat pada Gambar 2.5.

Arah angin

Gambar 2.5 Model Helm Industri Dengan Saluran Angin (DSA)

Saluran Angin masuk

(38)

Yeh Liang Hsu, melakukan pengujian dengan program simulasi komputer. Spesimen (helm) yang di uji adalah model helm yang menggunakan saluran angin seperti Gambar 2.5 di atas. Dalam penelitiannya adalah untuk menyelidiki sifat-sifat panas pada dinding bagian dalam helm dengan metode pengujian seperti terlihat pada Gambar 2.6.

Penelitian yang dilakukan Yeh Liang Hsu di atas, adalah menggunakan lampu halogen pada satu ruangan yang di kondisikan sebagai sumber udara panas yang memancarkan sinar di atas kepala atau helm seperti terlihat pada Gambar 2.6. Selanjutnya dilakukan pengukuran menggunakan seperangkat alat kontrol elektronik, untuk mengetahui sifat-sifat panas (thermal properties) yang terjadi pada dinding bagian dalam helm seperti yang telah diketahui dari mulai set up peralatan pada Gambar 2.6, terlihat sinar lampu halogen memberikan sorotan sinar, dan udara panas di atas kepala yang mengenakan helm. Hasil pengukuran diketahui temperatur

(39)

rata di dalam dinding helm sebesar 38,30C, ketika lampu dimatikan temperatur

ruangan dikondisikan pada temperatur 300C dari sumber panas yang tersedia melalui Electical heating coils, dengan kecepatan angin 2 s.d 2,5 m/det yang ditiupkan menggunakan kipas angin. Selanjutnya dari data pengukuran diketahui temperatur

rata-rata di bawah dinding helm menjadi menurun sampai 310C. Jadi dari hasil

pengujian yang dilakukan dalam penelitiannya diperoleh temperatur rata-rata udara

di dalam dinding helm sebesar 310C sama dengan temperatur udara terbuka di

sekitarnya pada musim panas yaitu: 31,50C s.d 33,30C. ( BMG. Bureau of Taiwan )., [8].

Sedangkan Syam, B., [19] dan Mahdi, B., [13] telah melakukan penelitian tentang teknik pengukuran tegangan insiden dengan aplikasi teknik dua gage untuk pengujian helm industri yang dikenai beban impak kecepatan tinggi. Teknik aplikasi dua gage tersebut relatif lebih mudah digunakan, dan helm yang di uji memberikan respon beban dan waktu impak (tegangan insiden) sesuai dengan karakteristik pembebanan.

Penelitian helm industri juga telah dilakukan secara simulasi komputer dengan menggunakan pendekatan metode elemen hingga oleh Nayan.,[14]. Penyelidikan yang telah dilakukan oleh Indra .,[8] tentang pembentukan headform yang diidealisasikan sebagai bentuk kepala manusia, hal ini penting mengingat tujuan akhir dari penggunaan helm adalah untuk melindungi kepala dan organ lain yang ada di dalamnya. Berdasarkan beberapa pengalaman para peneliti di atas, masalah desain model dan pengukuran temperatur udara pada dinding bagian dalam helm komposit

(40)

merupakan variabel yang sangat berpengaruh terhadap kenyamanan, dan kesehatan bagi sipemakai. Berdasarkan permasalahan di atas, maka yang dilakukan dalam penelitian ini adalah lebih terfokus pada desain dan memodifikasi bentuk helm standard (AS/NZS 1801.EN.397. SS 98) yang digunakan sebagai acuan untuk

mencetak helm dari bahan komposit polimer GFRP dengan metode hand lay up.

Penelitian ini juga akan memperlihatkan sebuah produk helm komposit dari hasil desain dan pabrikasi, yang diperkirakan akan lebih mampu untuk meredam benturan dari benda keras dibandingkan dengan helm standard yang dibuat dari bahan polimer biasa. Di samping itu, desain model konstruksi pada dinding helm merupakan bagian yang sangat penting dalam penelitian ini yaitu: dengan membentuk saluran angin pada ke empat sisi dinding helm, agar udara panas yang terakumulasi pada bagian dalam dinding helm dapat bersirkulasi dengan udara luar, dan diharapkan temperaturnya sama dengan temperatur udara di sekitarnya, sehingga tidak terasa panas, dan tidak menyebabkan lembab pada kulit kepala. Jadi dari hasil desain, modifikasi, dan pembuatan produk helm komposit ini untuk memenuhi persyaratan helm ergonomik yang layak digunakan. Hal ini telah banyak dilakukan oleh para peneliti sebelumnya dengan berbagai metoda eksperimen, baik pengujian yang dilakukan di dalam ruangan tertutup maupun menggunakan software dengan simulasi komputer.

Jadi dalam penelitian ini, untuk pengujian temperatur udara di dalam dinding helm, pengukurannya dilakukan di lapangan terbuka (udara bebas) pada kondisi

(41)

Pengujian ergonomik ini dilakukan secara langsung dengan mengenakan helm, dan pada bagian dalam dinding helm dipasang enam buah titik pengukuran yang dihubungkan menggunakan connecting cable pada alat termokopel.

2.6. Pengukuran Temperatur Udara pada Helm

Pengukuran temperatur udara pada dinding bagian dalam helm dilakukan pada kondisi udara bebas dengan mengenakan helm. Pengukuran dilakukan pada musim panas (kemarau) dengan kondisi cuaca cerah pada temperatur udara rata-rata yaitu: 310C s.d 330C, dan kelembaban relatif (relatif humidity) 54 s.d 95% (dari sumber data BMG April, 2006 , Medan) ., [3].

Menurut Aik Suwarno.,[1] dilihat dari standard kenyamanan di Indonesia

suhu kering berkisar 220 C s.d 280 C dengan kelembaban 70 s.d 80 %. Sebagai

perbandingan suhu ruangan di dapur Grand Bali Beach Hotel 32oC dengan

kelembaban 78,5 %, di Coffee shop 30oC dengan kelembaban 93 %.

Pada kondisi ini, panas yang dipancarkan oleh sinar matahari dan diserap oleh dinding helm secara optimal, sehingga panas temperatur udara di dalam dinding helm dapat diketahui dan terukur dengan baik menggunakan alat termokopel.

Dalam pengukuran panas temperatur udara ini adalah disebabkan beberapa faktor sumber panas yang mempengaruhi tinggi temperatur di dalam dinding helm, tepatnya di antara kulit kepala dengan permukaan dinding bagian dalam helm yaitu: (a). Panas temperatur dari tubuh manusia melalui kulit kepala; dan (b). Panas temperatur yang dipancarkan oleh sinar matahari melalui dinding bagian luar helm.

(42)

Sehingga temperatur udara ini terakumulasi di dalam dinding helm tersebut sehingga terasa lebih panas. Untuk mengantisipasi permasalahan ini, maka perlu di desain model helm industri yang menggunakan saluran angin (wind channel). Saluran angin tersebut dibentuk pada sisi dinding helm bagian: depan, belakang, kanan, dan kiri. Pembuatan saluran angin pada keempat sisi helm ini, agar udara panas yang terakumulasi di dalam dinding helm dapat bersirkulasi melalui saluran tersebut ke udara bebas dengan kecepatan angin rata-rata 2,5 s.d 5 m/det, sehingga udara panas yang terjebak dalam dinding helm tersebut terdorong keluar dengan tiupan angin yang masuk lewat saluran udara pada dinding helm. Kondisi ini akan terjadi siklus perpindahan panas secara konveksi di dalam dinding helm dengan udara di sekitarnya, dan diperkirakan temperaturnya sama dengan temperatur udara di sekelilingnya. Dengan demikian, helm komposit hasil desain dan pabrikasi diharapkan dapat memenuhi persyaratan sebagai produk helm yang ergonomik sesuai yang diinginkan.

Untuk keperluan pengukuran temperatur udara pada helm dapat di tunjukkan seperti pada gambar 2.7.

Gambar 2.7 Set up Alat Termokopel pada Helm

Termokopel Titik pengukuran

d l t

Saluran Udara

Sinar Matahari

Layar Pembacaan Temperatur

Penyetel Channel 1 s.d 6

(43)

2.7. Pengujian Statik dan Dinamik

Pada penelitian ini , pengujian kekuatan helm dilakukan di Pusat Riset Impak dan Keretakan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. Adapun pengujian- pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut:

(1). Pengujian Statik, dan (2). Pengujian Dinamik.

1. Pengujian Statik

Pada pengujian statik dilakukan dengan menggunakan alat uji HT-9502 Computer Hidrolic Universal Testing Machine dengan kapasitas 10 ton. Dalam pengujian ini untuk mengetahui sifat-sifat mekanik (mechanical properties) material helm komposit sebagai spesimen uji yang dicetak dalam bentuk plat lempengan menggunakan alat penekan ( pemberat) seberat 70 kg, dan plat lempengan tersebut dibentuk dengan proses pemesinan.

Bentuk dan dimensi spesimen uji tersebut menurut standarisasi ASTM 638 D. Pada pengujian tarik ini, spesimen yang diuji sebanyak 3 buah dengan tebal 2 mm, dan panjang 120 mm, untuk mendapatkan harga rata-rata kekuatan tarik maksimum (σ_max), dan modulus elastisitas (E) dari material komposit, dan material ini digunakan sebagai material dasar pembuatan helm komposit, yang hasilnya akan dibandingkan dengan helm dari jenis polimer biasa. Pada set up peralatan, spesimen uji di pasang pada alat pencekam (grip) yang telah terpasang pada alat uji Ht- 9502 CHUTM seperti ditunjukkan pada Gambar 2.8.

(44)

2. Uji Dinamik

Pada pengujian dinamik ini, spesimen yang di uji adalah helm komposit hasil desain dan dipabrikasi, dan dibuat dalam dua bentuk model helm seperti: helm dengan saluran angin, dan tanpa saluran angin. Pada set up alat, spesimen uji (helm) dipasang pada alat pemegang (test rig) menggunakan alat bantu head form sebagai dudukan helm. Pada alat pemegang ini menggunakan empat buah roda, sehingga dapat bergerak bebas setelah menerima tumbukan dari batang impak (striker), dan spesimen uji diposisikan pada titik pengimpakan searah batang impak yang disusun secara kolonier.

Pengujian dinamik dilakukan dengan menggunakan alat uji KOMPAK seperti pada Gambar 2.9.

Gambar 2.8 Alat Uji Statik (Ht-9502)

(45)

Gambar 2.9 Alat Uji KOMPAK

2.8. Teori Propagasi Tegangan

2.8.1. Rambatan gelombang tegangan pada batang input

Untuk memahami teori impak terlebih dahulu diberikan penjelasan tentang rambatan gelombang, khususnya rambatan gelombang di dalam medium elastis. Gelombang tegangan adalah gelombang mekanis, yaitu gelombang yang memerlukan suatu medium untuk dapat mentransmisikanya., [13]. Kecepatan rambat gelombang sangat ditentukan oleh sifat-sifat medium yang dilaluinya. Ditinjau dari arah penjalarannya, gelombang dibagi atas dua bagian yaitu:

3000 mm 4000 mm

2 3 4

5 6 7

9 1

000 1

V 000

1 V 12

11 14

Detail 8

Keterangan Gambar :

1. Kompresor 8. Spesimen (helmet) dan test rig 2. Tangki Udara 9. Strain Gage

3. Pressure Regulator 10. Bridge Head 4. Katup Selenoid 11. Signal Conditioner 5. Pipa Barel 12. Transient Converter 6. Striker 13. Personal Computer 7. Input Bar 14. Inter face

(46)

1. Gelombang transversal: Adalah gelombang yang arah getarannya tegak lurus dengan arah gerakan atau rambatannya.

2. Gelombang longitudinal: Adalah gelombang yang arah getarannya sejajar dengan arah rambatannya.

Pada penelitian ini hanya gelombang longitudinal yang akan dibahas lebih lanjut, karena merupakan dasar dari rambatan gelombang tegangan. Gelombang longitudinal sebagai konsep dasar pembahasan teori kekuatan akibat impak. Sebagai

pembahasan perilaku gelombang longitudinal pada sebuah batang logam dapat

dilihat pada Gambar 2.12.

Arah Getaran

Arah rambatan

Gambar 2.10 Sketsa Gelombang Transversal

Puncak

Lembah

Arah rambatan

Renggangan Rapatan

Gambar 2.11 Sketsa Gelombang Longitudinal

(47)

Gambar 2.12 Perilaku Gelombang Longitudinal

• Keseimbangan momentum pada Gambar 2.12 adalah sebagai berikut:

mV = F t mV₀ = F₀ t (A C t₀ ₁ ρ₀) V₀ = σ₀A t₀

σ ρ₀ = ₀C V_{1 0} (2.1) di mana:

C₀ = Kecepatan gelombang longitudinal merambat pada batang

V₀ = Kecepatan partikel

σ₀ = Tegangan pada batang

• Modulus Elastisitas pada bahan dapat dinyatakan dengan persamaan: E = C₁2 ρ

C₁ = E

ρ (2.2) Substitusi persamaan (2.2) ke persamaan (2.1) akan diperoleh:

0 = E0 0V0

σ ρ (2.3) C

v t

1, c t

(48)

Energi yang dipindahkan batang pada waktu t dapat dibedakan menjadi dua bagian yaitu:

• Energi kinetik yang besarnya: E_k = 1

2 m V

E_k = 1

2 A0( C t1 ) 2 0V0

ρ (2.4)

• Energi regangan yang dipindahkan sebesar:

E_s = Volume . 2 2E σ E_s =

2 1

( )

2 A C t

E σ Eso =

2 0 1 ( 0 1 0)

2 A C t C V

E ρ E_so=

2 0 1 0 0

2 A CρV

(2.5)

Sehingga energi total yang dipindahkan batang pada waktu t adalah:

Et = Ek₀ + Es₀

= 1 2

2 0( 1 ) 0 0

A C t ρV + 1 2

2 0( 1 ) 0 0

A C t ρV

Et = A C t₀( ₁ )ρ_{0 0}V2 (2.6)

Dengan demikian besarnya energi yang dipindahkan pada batang ditentukan oleh harga-harga: A, C, t, ρ, dan kecepatan awal batang.

(49)

2.8.2 Impak pada batang input

Susunan pada batang yang digunakan pada metode pengujian ini diperlihatkan secara skematis pada Gambar 2.13, yang terdiri dari tiga batang yaitu: batang impak (striker), batang penerus (input bar), dan spesimen.

0 0 0

E . .Vρ

Spesimen uji di letakkan bersentuhan secara kolonier dengan input bar.

Sebelum beban impak diberikan, batang impak mempunyai kecepatan V₁ sedangkan

input bar dan spesimen mempunyai kecepatan yang sama yaitu:

V2 = V3 = 0, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.12. Setelah impak, lihat

Gambar 2.13 ( di mana: C0,1 , C0,2 , C0,3 adalah kecepatan gelombang dalam

masing-masing batang ), gelombang longitudinal tekan akan merambat dari interface batang

impak dan batang input bar ke dalam masing-masing batang. Akibatnya bidang

Gambar 2.13 Susunan Batang Uji 3

Batang Impak Batang Penerus

spesimen helmet

V₁

1 2

Gage. a Gage. b

Test Rig

Helm tanpa Strain gage

(50)

interface input bar dan spesimen pada akhirnya akan mempunyai kecepatan yang sama sebesar V. Pada bidang interface akan terjadi keseimbangan gaya, atau akan

terjadi aksi dan reaksi antar kedua batang, yang dapat dinyatakan dengan hubungan: σ₁A₁ = σ₂A₂ (2.7)

di mana: A1 = Luas penampang batang 1.

A2 = Luas penampang batang 2.

σ₁ = Tegangan pada batang 1. σ₂ = Tegangan pada batang 2.

Dari hubungan impuls momentum diperoleh hubungan σ = E. .ρV , di mana:σ =

tegangan impak, ρ = massa jenis bahan, E = modulus young, dan V = kecepatan

partikel. Dengan demikian pada batang impak yang bergerak dengan kecepatan V1

akan timbul tegangan sebesar:

σ₁ = ρ₁.E V₁( ₁−V|")

σ₁ = ρ1.E V1 1− ρ1.E V1 ' (2.8) Gambar 2.14 Perilaku Batang setelah terjadi impak

V V

C0,1

σ σ2

C0,2

(51)

di mana:

V1 = Kecepatan sebelum tumbukan.

V' = Kecepatan setelah tumbukan. ρ₁ = Kerapatan material batang 1.

Selanjutnya kita tinjau batang 2, yang bergerak dengan kecepatan V. melalui Gambar 2.14, dapat ditentukan tegangan pada batang 2, yaitu:

σ₂ = ' 2.E V2. ρ

V' = 2 2.E2

ρ (2.9) Substitusi Persamaan (2.9) ke Persamaan (2.8) akan menghasilkan:

σ₁ = 2

1 1 1 1 1

2 2

. . . .

E V E

E σ

ρ ρ

− (2.10)

sehingga dari persamaan (2.10) dapat ditulis:

σ ρ₁ ₂E₂ = ρ1. .E1ρ2.E V2 1− ρ σ1. .E1 2

σ ρ₁ ₂E₂+ ρ σ₁E₁ ₂ = ρ ρ₁E₁. ₂E V₂ ₁ (2.11)

Dengan mensubstitusikan persamaan (2.7)ke persamaan (2.11) diperoleh:

1 2 2 1 1 1 1 2

(A E E A)

ρ + ρ σ

(52)

σ₁ = 1 1 2 2 1

1 1 1 2 2 2

. . . .

. .

E E V

A E A E

ρ ρ

ρ + ρ A2 (2.12) dengan cara yang sama akan diperoleh nilai σ₂ yaitu:

σ₂ = 1 1 2 2 1

1 1 1 2 2 2

. . . .

. .

E E V

A E A E

ρ ρ

ρ + ρ A1 (2.13) Tegangan impak yang ditransmisikan ke input bar dan spesimen tersebut ditentukan oleh kecepatan batang impak dan sifat-sifat mekanisnya. Bila luas kedua penampang sama besar, maka: σ σ σ= =₁ ₂. Selanjutnya tinjau rambatan gelombang tegangan elastis pada input bar dan spesimen seperti pada Gambar 2.14.

Tegangan yang terjadi dari ujung kiri input bar sebesar σ akan ditimbulkan pada interface input bar dan spesimen pada saat t₂ = 2

0,2 l

C , di mana: l2 adalah panjang

input bar, dan C_0,2 adalah kecepatan gelombang elastis pada input bar. Dalam hal

ini ada tiga bentuk gelombang yang terlibat, yaitu:

1. Tegangan yang terjadi,σ .

2. Tegangan yang ditransmisikan,σ_T. 3. Tegangan yang dibalikkan,σ_R.

Gelombang tegangan tersebut dihubungkan oleh persamaan berikut ini:

σ_T = 2 3 0,2

3 3 0,2 2 2 0,3

2A E C

(53)

TR =

3 3 0,2 2 2 0,3

A E C A E C

−

− σ (2.15)

Gambar 2.15 Perilaku Tegangan pada interface input bar dan Spesimen

Bila α adalah faktor transmisi dan β adalah faktor refleksi, maka di peroleh

hubungan:

σ_T = α .σ (2.16) σ_R = β.σ (2.17) Untuk material yang mempunyai sifat mekanis dan dimensi yang sama, maka dengan mensubtitusikan harga: E2 = E3 ; ρ2 = ρ3 ; A2 = A3, dan l2 = l3 ke dalam persamaan (2.15) dan (2.16), diperoleh σT = σ dan σR = 0. Ini berarti besar

tegangan yang ditransmisikan adalah sama dengan tegangan yang masuk, dan tidak ada tegangan yang direfleksikan.

2.9. Pengukuran Kekuatan Helm Komposit

Pada Gambar 2.16 menunjukkan susunan batang impak, batang penerus,dan spesimen. Batang-batang tersebut disusun koloneir satu sama lain, dan perlu

diketahui berapa besarnya beban impak yang dibangkitkan pada interface batang

σ T

V V

σ _σ_R

interface

(54)

penerus dan spesimen. Dengan cara pengukuran langsung, tentu sangat sulit dilakukan. Dalam pengukuran beban impak, yang dibangkitkan pada lokasi impak,

dilakukan secara tidak langsung yaitu dengan menggunakan strain gage yang di

lengketkan pada dua posisi di batang penerus ( lokasi a dan b ). Pada prinsipnya gelombang tegangan yang melalui batang penerus (input bar) ditangkap oleh strain gage a dan b. Selanjutnya dengan menggunakan sirkit jembatan Wheatstone (bridge box), di mana perubahan tahanan gage dirubah menjadi voltage out put, dan signal conditioning akan menyesuaikan signal dengan kemampuan transient converter (osiloskop).

Dalam penelitian ini juga akan dikembangkan suatu perhitungan beban impak di lokasi c (interface kedua batang yang bertumbukan) menggunakan teori propagasi tegangan dalam batang satu dimensi. Untuk keperluan ini, program aplikasi excel

digunakan untuk membaca data yang dikirim transient converter ke PC dan

menghitung besarnya impak di lokasi c.

Gambar 2.16 Teknik Dua Gage pada Set up Uji Helm

1800 1600

a b

σ σR

200 200

Batang Impak Batang Penerus

(55)

Menurut teori propagasi tegangan ., [ 9, 10, 11], tegangan di lokasi a, b, dan c dapat dihitung sebagai berikut:

σ_b( )t =σ_L( )t +σ_R( )t (2.18) σ_a( )t =σ_L(t− +t₁) σ_R(t+t₁) (2.19) σ_c( )t =σ_L(t+ +t₁) σ_R(t−t₁) (2.20)

maka: σ_c( )t =σ_b(t+ +t₁) σ_b(t− −t₁) σ_a( )t (2.21) di mana: t = waktu rambatan gelombang dalam batang.

l₀ = jarak lokasi strain gage a dan b.

C0 = kecepatan rambat gelombang dalam batang.

t1 = 0 0

Selanjutnya, variasi beban impak dapat dilakukan dengan mengatur jarak impak (jarak antara ujung batang impak dan batang penerus), dan beban impak juga dapat diperbesar atau diperkecil, dengan mengatur tekanan udara di dalam tabung udara (air reservoir) melalui katup selenoid.

(56)

BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu 3.1.1. Tempat

Penelitian ini dilaksanakan setelah disetujui dan sejak tanggal pengesahan usulan oleh pengelola program sampai dengan selesai. Tempat pelaksanaan penelitian di laboratorium Pusat Riset Impak dan Keretakan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik USU Medan. Dalam penelitian ini, pada pelaksanaannya dimulai dari desain

dan pabrikasi helm komposit berdasarkan acuan helm standard yang digunakan

sebagai cetakan. Selanjutnya dilakukan pengujian seperti: propertis material, ergonomik, dan kekuatan helm. Sedangkan untuk klarifikasi helm hasil pabrikasi adalah dengan meredesain gambar model konstruksi helm hasil produksi

menggunakan Solid work 2005, hal ini dilakukan untuk memperjelas kontur model

helm setelah helm diproduksi. 3.1.2 Waktu.

Waktu pelaksanaan penelitian dilaksanakan selama delapan bulan. 3.2. Material, Peralatan dan Metode

3.2.1. Material

Material yang digunakan untuk pembuatan helm, dan spesimen uji adalah komposit Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP), yang terdiri dari polyster resin tak jenuh BTQN 157 (unsaturated polyster resin) sebagai matrik, dan serat E-glass jenis

(57)

Chopped Strand Mat (CSM) sebagai penguat, cairan pengeras, aseton sebagai cairan pembersih, dan mirror glaze digunakan sebagai media pemisah dari cetakan. Material komposit ini dikerjakan dengan susunan dua lapis serat seperti ditunjukkan pada Gambar (3.1).

Gambar 3.1 Susunan Dua Lapisan Serat Plat Komposit GFRP

Sifat- sifat bahan polymer resin termoset menurut Groover M.P.,[7] dapat

ditunjukkan seperti pada tabel 3.1.

Tabel 3.1 Sifat-Sifat Mekanis Polymer Resin Termoset yang diperkuat serat

Bahan Polimer Kekuatan Perpanjangan Modulus Kekuatan Kekuatan plastik termoset Tarik (%) Elastisitas Tekan Lentur (Mpa) (Mpa) (Mpa) (Mpa) Resin Polyester

dengan pengisi 175 s.d 210 5 s.d 50 560 s.d 1400 105 s.d 210 70 s.d 280 serat E-Glass

Sumber: Groover M.P 3.2.2. Peralatan

Peralatan produksi yang digunakan untuk pembuatan helm komposit, dan spesimen uji dapat dilihat seperti pada table 3.2.

Resin

(58)

Tabel 3.2 Peralatan produksi

No. Nama Alat No. Nama Alat 1. Helm Standard 11. Kertas pasir 2. Sendok pengaduk 12. Gunting Plat 3. Cawan 13. Cutter 4. Kuas pemoles 14. Tang jepit

5. Obeng (-) 15. Mesin Grinda Tangan 6. Skrap 16. Kikir

7. Hand Roller 17. Martil

8. Glass Ukur 18. Mesin Bor Tangan 9. Plat Aluminium 19. Besi Pemberat 70 Kg 10.Plat Strip 20. Circular Saw Machine Sumber: Peralatan Laboratorium

3.2.3. Desain dan metode pembuatan helmet komposit

Dalam pelaksanaan penelitian ini helm yang digunakan sebagai acuan adalah helm standard dengan nomor standarisasi AS/NZS 1801 Type. 1 EN 397 SS 98 yang dibuat dari jenis polimer: Polyethylene (PE), Polyprophylene (PP), dan Acrylic Butadien Styrene (ABS). Helm standard ini digunakan sebagai cetakan bentuk cangkang helm (bagian I). Sedangkan bentuk kerangka bawah (bagian II) dengan mendesain model cetakan terpisah, dan dibuat dari bahan plat lembaran setebal 1.3 mm, kemudian dibentuk sesuai dengan dimensi hasil pencetakan cangkang helm komposit. Selanjutnya dari hasil pencetakan kedua bagian helm tersebut digabungkan dengan cara menyambung dari jenis material yang sama sehingga membentuk sebuah helm sesuai bentuk yang diinginkan.

(59)

Geometri helm disesuaikan dengan antropometri kepala manusia, yang mengikuti geometri helm standard. Helm komposit dibuat dengan cara hand lay up

dari bahan komposit Glass Fibre Reinfored Plastic (GFRP), yang terdiri dari

polyester resin tak jenuh BTQN 157 EX (unsaturated resin) sebagai matrik, dan serat kaca (E-Glass ) jenis CSM sebagai penguat yang disusun dua lapis. Serat E-Glass ini dalam bentuk lembaran, susunan serat ke segala arah (acak), dan mudah dibentuk. Jenis serat ini sangat sesuai untuk proses pencetakan helm dengan metode hand lay up, dan memiliki sifat yang homogen sebagai penguat terhadap matrik.

Berikut ini langkah-langkah pembuatan helm komposit, yang dimulai dari persiapan pengadaan cetakan, peralatan, bahan resin, serat, katalis, mirror glaze dan peralatan pendukung lainnya seperti pada tabel 3.2, dan dilanjutkan dengan proses pencetakan yang secara skematis dapat ditunjukkan pada Gambar 3.2 dan 3.3.

Gambar 3.2. Flow Chart Pembuatan Helm Komposit

1. Siapkan cetakan helmet, cetakan helmet yang digunakan untuk membuat helmet komposit adalah helmet standard.

2. Posisi cetakan helmet menghadap keatas, karena pencetan dilakukan dari permukaan dinding sebelah

4. Ratakan resin dengan menggunakan kuas, kemudian letakkan lembaran serat yang telah dipotong sesuai bentuk yang diinginkan ke dalam cetakan.

3. Setelah mencampur resin dengan pengeras secara merata (ditandai dengan perubahan warna), kemudian cairan resin dituang kedalam cetakan.

5. Tuangkan campuran resin kembali keatas lapisan serat pertama secara merata.

6. Letakkan lembaran serat kedua diatasnya, dan tuangkan campuran resin di atas serat kedua tersebut.

8. Biarkan campuran membeku selama 6 jam, setelah itu buka cetakan dan helmet komposit telah terbentuk.

7. Ratakan permukaan campuran matrik dan serat kedua kembali hingga resin tadi merata keseluruh permukaan.

(60)

Kerangka bawah di buat dari bahan plat

tebal 2 mm. 300

228

188 230

Brim

d). Dimensi kerangka Cetakan Brim

Lembaran Serat Glass

e). Pelapisan Serat pada Cetakan Brim. a). Pemolesan awal resin pada cetakan helm standard.

Resin

b). Penyusunan dan pembentukan dua lapis Serat pada cetakan cangkang helm.

238

140

c). Bentuk Cangkang.

f). Bagian Helm sebelum disambung. Cangkang

(61)

Pada proses pembuatan atau pencetakan helm komposit seperti pada Gambar 3.3 diatas. Dalam hal ini, untuk keberhasilan suatu proses produksi helm tersebut dengan mempertimbangkan berbagai faktor yang mempengaruhi adalah sebagai berikut:

1. Tersedianya material, cetakan, dan peralatan produksi yang cukup.

2. Rentang waktu pada proses pencetakan dan pengeringan adalah mencapai: 6 s.d 12 jam atau lebih untuk setiap bagian komponen helm, dan kondisi seperti ini helm sudah dapat dibuka dari cetakannya. Setelah itu dilanjutkan dengan proses penyambungan pada kedua komponen helm tersebut, dan dikeringkan lagi selama 6 jam, hingga helm terbentuk.

3. Kapasitas produksi yang dapat dihasilkan oleh seorang pekerja secara manual adalah selama 48 jam (yang terdiri dari: waktu pencetakan, proses pengeringan, dan jumlah cetakan yang digunakan, dengan keterampilan yang tinggi) diperoleh 4 s.d 6 buah helm, dan dilanjutkan dengan pembentukan ventilasi udara.

4. Proses pengecatan (pewarnaan), dan pengeringan dilakukan selama 2 jam atau lebih.

Dari proses produksi yang dilakukan secara manual tersebut diatas, dengan metode hand lay up menggunakan jenis serat CSM, tentu dilihat dari segi waktu produksi kurang efisien, sehingga helm dapat diproduksi dalam jumlah yang relatif kecil dibandingkan dengan hasil pencetakan yang menggunakan cetakan secara mekanis yaitu: Injection molding, vacum molding dan lain sebagainya.

(62)

3.2.4. Pembuatan Spesimen Uji Tarik

Pembuatan spesimen uji dicetak menggunakan metode hand lay up,

spesimen ini di uji untuk mendapatkan sifat mekanik material komposit. Pada proses

pembuatan spesimen uji menggunakan jenis material komposit GFRP yang sama

seperti pembuatan helm, dan peralatan cetak spesimen uji terdiri dari: plat strip setebal 2 mm sebagai pembatas ketebalan, plat aluminium berukuran 20 cm x 20 cm dengan tebal 5 mm yang berfungsi sebagai landasan untuk proses pelapisan lembaran serat kaca, roller untuk perataan resin pada serat, dan alat pemberat 70 kg digunakan untuk pengepresan. Hasil dari pencetakan tersebut berupa plat lempengan komposit yang tebalnya 2 mm, selanjutnya spesimen dibentuk menurut standardASTM 638-D.

Prosedur pembuatan spesimen plat komposit GFRP meliputi tiga proses utama, yakni persiapan, pencetakan, dan pembentukan. Setelah proses persiapan dilakukan, maka dilanjutkan dengan proses pencetakan di atas plat aluminium yang berukuran 20 cm x 20 cm, untuk mendapatkan bentuk lembaran plat komposit. Selanjutnya dikeringkan pada temperatur kamar selama 6 s.d 12 jam. Plat komposit

ini dibentuk menjadi spesimen uji sesuai dengan standard ASTM 638-D dan

dikerjakan dengan proses pemesinan. Berikut ini penjelasan langkah-langkah

pembuatan lembaran plat komposit, yang diuraikan secara flow chart seperti

ditunjukkan pada Gambar 3.4, dan dijabarkan secara skematis pada Gambar 3.5.

Bentuk dan ukuran spesimen plat komposit ditunjukkan pada Gambar 3.6. Set up

(63)

Gambar 3.4 Flow Chart Pembuatan Spesimen Plat Komposit 1. Setelah mencampur resin dengan

pengeras secara merata, kemudian tuangkan campuran resin kedalam cetakan, selanjutnya diratakan dengan kuas.

4. Tuangkan campuran resin kembali di atas lapisan serat pertama.

5. Ratakan kembali campuran resin

tersebut dengan menggunakan roller sehingga cairan dapat meresap kedalam serat dengan baik sekaligus mendorong keluar gelembung udara yang terperangkap.

8. Selanjutnya langkah 3 s/d 7 di ulangi kembali hingga lapisan serat terakhir

9. Kerjakan pada lapisan akhir, proses finishing dengan meratakan permukaan campuran resin , dan kemudian di tutup dengan penutup

2. Tutup lembaran pertama dengan serat secara merata.

3. Ratakan matrik dan serat dengan menggunakan roller

6. Letakkan lembaran serat kedua diatasnya.

7. Ratakan dengan roller campuran matraiks dan serat kedua kembali hingga campuran tadi merata

10. Tekan penutup cetakan dengan beban te kanan 70 kg. Tujuan penekakanan ini untuk memperoleh kerataan permukaan komposit dan menghilangkan gelembung udara .

11. Biarkan spesimen membeku/mengeras selama ± 6 jam. Setelah itu cetakan dapat dibuka dan spesimen berbentuk lembaran plat telah tercetak.

(64)

(65)

3.2.5. Set up alat uji statik

Set up alat pengujian tarik statik berikut ini ditunjukkan secara skematik seperti pada Gambar 3.7. Pengujian tarik statik untuk mendapatkan sifat-sifat mekanik material dasar helm seperti: modulus elastisitas (E), dan kekuatan tarik

maksimum (σ_maks). Peralatan Ht- 9502 Computer Hidrolic Universal Testing

Machine digunakan untuk uji material helm komposit polimer GFRP yang berbentuk

plat lempengan, dan spesimen dibentuk menurut standard uji ASTM 638 D seperti

pada Gambar 3.6 di atas.

Gambar 3.6 Spesimen Uji Tarik (Standard ASTM 638 – D) 2

120

Gambar 3.7 Set up Alat Uji Statik

(1)

LAMPIRAN 8. Bidang Referensi Bentuk Kepala

Gambar Bidang Reference Bentuk Kepala Tabel Dimensi Bidang Reference Bentuk Kepala

1 2 3 4 5 6 7

00 28,3 46 58,9 68,4 81,4 89,9 94,3

150 28,9 47 59,1 67,6 82,4 89,3 94,7

300 29,2 47,2 59,3 66,6 79,5 87 92

450 29,1 46,5 58 63 75,9 82 85,9

600 30,1 45,7 57 61,3 73 77,9 82,4

750 31,2 45,7 56,8 61,5 71,9 75,9 80,4

900 33,1 46,9 57,3 63,1 73,7 77,5 81,2

1050 35,8 50,3 61 67 77 81,2 84

1200 39,5 55,2 66,3 72,4 80,9 81,9 88,3

1350 43 53,5 68,9 75,4 84,3 87,8 91,1

1500 45 58,9 69,1 76,1 81,2 89,4 93,5

1650 45 58 67,8 71,8 83 89 93,4

1800 44,5 57,9 67,1 73,6 82,8 89,1 94,3

2 5 3 4 6 7 1

1800

1350 1200

1050 900 75

0 60 0 450 300 150 00 1650 1500 Bag. Horizontal Bag. Horizontal Bag. Horizontal Bag. Horizontal Bag. Horizontal Bag. Horizontal Bag. Horizontal 70,3 56,2 42 27,9 20,3 13,7 6,7

Satuan : mm

Derajat

(2)

(3)

LAMPIRAN 10. Pengujian Impak Atas Helm TSA Dan Helm DSA

Pengujian Impak Atas Helm TSA

Pada ID = 40 mm s.d 120 mm, Strain Gage Arah : X Jarak SG. = 15 mm dan 30 mm, P = 0,4 Mpa

Pengujian Impak Atas Helm DSA

Pada ID = 40 mm s.d 120 mm, Strain Gage Arah : X Jarak SG. = 15 mm dan 30 mm, P = 0,4 Mpa

Strain Gage terpasang

(4)

LAMPIRAN 11. Metode Pengukuran helm komposit setelah diproduksi

a). b).

(5)

LAMPIRAN 12. Desain model konstruksi helm komposit setelah proses produksi menggunakan solidwork 2005.

a). Tampak Depan b). Tampak Samping

c). Tampak Atas

(6)

LAMPIRAN 13. Dimensi helm komposit setelah produksi

Tampak Atas Bagian dalam

232 53 295 195 Tampak belakang Tampak Samping 238 290,5 53 40 4 o 7 140 215 Tampak Depan 18 199 215 14 0 1 7 24 53 225 15 40 4 2

Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik

DESAIN DAN PABRIKASI

HELMET INDUSTRI YANG ERGONOMIK

TESIS

H A S R I N

037015004/TM

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2008

DESAIN DAN PABRIKASI

HELMET INDUSTRI YANG ERGONOMIK

TESIS

H A S R I N

037015004/TM

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2008

Parts

Dokumen yang terkait

Evaluasi Helmet Industri Merek X Ditinjau Dari Kekuatan Dan Kenyamanan Yang Digunakan Pada Industri Konstruksi Di Medan

Modifikasi Metoda Pengujian Kekuatan Helmet Industri Akibat Beban Impak Kecepatan Tinggi

Desain, Pabrikasi, Dan Pengujian mesin Gerinda Toolspot Pada Mesin Bubut Konvensional

kegiatan pembuatan desain iklan banner nhk helmet di web otomotifzone.com.

STUDI KARAKTERISTIK PENGUKURAN TEGANGAN DAN RESPON HELMET INDUSTRI

STUDI KARAKTERISTIK PENGUKURAN TEGANGAN DAN RESPON HELMET INDUSTRI

PENGUMUMAN (material PABRIKASI)

Hak Desain Industri (Sebuah Realitas Hukum dan Sosial) - Ubaya Repository Hak Desain Industri

KONSEP DAN PERANAN ERGONOMIK DALAM REKAB

PENDIDIKAN DESAIN YANG MEMIHAK PADA INDUSTRI KECIL DAN MENENGAH

Dukungan

Links

Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik

DESAIN DAN PABRIKASI

HELMET INDUSTRI YANG ERGONOMIK

TESIS

H A S R I N

037015004/TM

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2008

DESAIN DAN PABRIKASI

HELMET INDUSTRI YANG ERGONOMIK

TESIS

H A S R I N

037015004/TM

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2008

Parts

Dokumen yang terkait

Evaluasi Helmet Industri Merek X Ditinjau Dari Kekuatan Dan Kenyamanan Yang Digunakan Pada Industri Konstruksi Di Medan

Modifikasi Metoda Pengujian Kekuatan Helmet Industri Akibat Beban Impak Kecepatan Tinggi

Desain, Pabrikasi, Dan Pengujian mesin Gerinda Toolspot Pada Mesin Bubut Konvensional

kegiatan pembuatan desain iklan banner nhk helmet di web otomotifzone.com.

STUDI KARAKTERISTIK PENGUKURAN TEGANGAN DAN RESPON HELMET INDUSTRI

STUDI KARAKTERISTIK PENGUKURAN TEGANGAN DAN RESPON HELMET INDUSTRI

PENGUMUMAN (material PABRIKASI)

Hak Desain Industri (Sebuah Realitas Hukum dan Sosial) - Ubaya Repository Hak Desain Industri

KONSEP DAN PERANAN ERGONOMIK DALAM REKAB

PENDIDIKAN DESAIN YANG MEMIHAK PADA INDUSTRI KECIL DAN MENENGAH

Dokumen yang Anda mencari sudah siap untuk unduhkan