RANCANGAN ALAT UJI GESER PADA BAHAN KOMPOSIT SERAT ALAM DENGAN MEMPERHATIKAN ASPEK KETERULANGAN HASIL PENGUJIAN

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

RANCANGAN ALAT UJI GESER PADA BAHAN KOMPOSIT

SERAT ALAM DENGAN MEMPERHATIKAN ASPEK

KETERULANGAN HASIL PENGUJIAN

Skripsi

Sebagai Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

SANDI BUDIYONO I 1308531

JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2011

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, puji syukur penulis ucapkan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Dalam pelaksanaan maupun penyusunan laporan skripsi ini, penulis telah mendapatkan bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Pada kesempatan yang sangat baik ini, dengan segenap kerendahan hati dan rasa yang setulus-tulusnya, ucapan terima kasih penulis haturkan kepada:

1. Orang tua dan saudara-saudaraku yang telah memberikan doa, kasih sayang dan dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. 2. Ir. Noegroho Djarwanti, M.T. selaku Pembantu Dekan I Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret Surakarta.

3. Ir. Lobes Herdiman, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Industri Universitas Sebelas Maret Surakarta.

4. Taufiq Rochman, STP, MT, selaku Ketua Program S-1 Non Reguler Jurusan Teknik Industri Universitas Sebelas Maret Surakarta.

5. Ilham Priadythama, ST, MT, selaku Dosen Pembimbing I dan Ir. Lobes Herdiman, M.T, selaku Dosen Pembimbing II yang telah meluangkan waktunya, dan sabar dalam memberikan pengarahan dan bimbingan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan lancar.

6. Wakhid Ahmad J, ST, MT, selaku dosen penguji skripsi I dan Ir. Munifah, MSIE, MT, selaku dosen penguji skripsi II yang telah memberikan masukan dan perbaikan terhadap skripsi ini.

7. Para staf dan karyawan Jurusan Teknik Industri, atas segala kesabaran dan pengertiannya dalam memberikan bantuan dan fasilitas demi kelancaran penyelesaian skripsi ini.

8. Teman-teman Transfer Teknik Industri angkatan ’08, terima kasih atas semangat, kekompakan serta bantuan kalian selama ini. Semoga persahabatan kita akan terus terjaga.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

vii

10.Seseorang yang senantiasa ada untuk mendampingi, memberikan dukungan dan doanya. Terima kasih untuk kesabarannya selama ini.

11.Seluruh pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, atas segala bimbingan, bantuan, kritik, dan saran dalam penyusunan tugas akhir ini.

Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi rekan-rekan mahasiswa maupun siapa saja yang membutuhkannya. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis dengan senang hati dan terbuka sangat mengharapkan berbagai masukan maupun kritikan dari pembaca.

Surakarta, 24 Januari 2011

ABSTRAK

Sandi Budiyono, NIM: I 1308531. RANCANGAN ALAT UJI GESER PADA BAHAN KOMPOSIT SERAT ALAM DENGAN MEMPERHATIKAN ASPEK KETERULANGAN KETERULANGAN HASIL PENGUJIAN. Skripsi. Surakarta : Jurusan Teknik Industri, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Januari 2011.

Kekuatan geser merupakan salah satu sifat mekanik penting dari komposit serat alam. Sifat ini adalah informasi yang sangat berguna bagi penelitian di daerah ini. Untuk mengukur sifat-sifat mekanik ini, perangkat tertentu harus dirancang dengan mempertimbangkan karakteristik komposit serat alam sebagai spesimen tersebut. Penelitian ini difokuskan pada perancangan aspek keterulangan hasil pengujiannya.

Metode pengujian geser disesuaikan dengan standar ASTM D5379-98. Standar geometri spesimen pengujian geser berukuran 76mm x 20mm x 12mm (P xLxT) dan terdapat takikan 90o (V-notch) pada tengah-tengah spesimen dengan kedalaman 4 mm yang dikombinasikan dikombinasikan sesuai dengan kebutuhan Laboratorium Pengendalian Kualitas (LSK) Universitas Sebelas Maret Surakarta LSK , standar ini akan menjadi acuan untuk mengembangkan desain alat uji geser. Pada tahap akhir desain, performasi keterulangan alat uji diukur menggunakan Analisis Varians (ANOVA) untuk spesimen medium density fiberboard (MDF).

Hasil penelitian ini adalah alat uji geser modular untuk pengujian geser komposit serat alam dengan menggunakan tenaga hidrolik power pack sebagai penggerak utama. Pencekaman spesimen secara khusus dirancang untuk komposit serat alam yang umumnya bersifat rapuh dan getas. Uji ANOVA menunjukkan perangkat ini dinilai baik ditinjau dari aspek keterulangan hasil pengujian dengan keakurasian dibawah 5%.

Kata kunci: alat uji geser, pengujian geser, komposit serat alam, ASTM D5379-98

xix + 112 halaman; 39 gambar; 25 tabel; 4 lampiran Daftar Pustaka: 31 (1979-2010)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

ix

ABSTRACT

Sandi Budiyono, NIM: I 1308531. THE DESIGN OF NATURAL FIBER

COMPOSITE SHEAR TESTER WITH REPEATABILITY

CONSIDERATION OF THE TEST RESULT. THESIS. Surakarta: Industrial Engineering Department, Faculty of Engineering, Sebelas Maret University, January 2010.

Shear strength is one of important mechanical properties of natural fiber composite. This properties is a very useful information for the research in these area. In order to measure this property, a specific device must be designed considering the characteristic of the natural fiber composite as its specimen. This research was focused on designing repeatability aspect for its testing result.

The method of shear testing was complied to the standard of ASTM D5379-98. The standard specimen geometry 76mm x 20mm x 12mm (HxWxT) and 90o V-notched in the middle with 4 mm depth combined with the requirement of LSK Laboratory of Sebelas Maret University, this standard would be a reference to develop the design of the shear tester. At the end of the design phase, there was a repeatability performance test using Analysis of Variance (ANOVA) for the medium density fiberboard specimen.

The result of this study was a modular shear tester device for natural fiber composite using hydraulic power pack as a prime mover. The gripper is specifically designed for natural fiber composite which is commonly brittle and fragile. The ANOVA test showed this device is performed well in term of repeatability aspect under 5% accuracy.

Keywords: shear tester, shear testing, natural fiber composite, ASTM D5379-98.

xix + 112 pages, 39 drawings, 25 table, 4 attachments Bibliography: 31 (1979-2010)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

LEMBAR VALIDASI... ii

LEMBAR PENGESAHAN ... iii

SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA ILMIAH ... iv

SURAT PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ... v

KATA PENGANTAR ... vi

ABSTRAK ... viii

ABSTRACT ... ix

DAFTAR ISI ... x

DAFTAR TABEL ... xiii

DAFTAR GAMBAR ... xiv

DAFTAR LAMPIRAN ... xvi

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ... I - 1 1.2 Perumusan Masalah ... I - 3 1.3 Tujuan Penelitian ... I - 3 1.4 Manfaat Penelitian ... I - 3 1.5 Batasan Masalah ... I - 4 1.6 Asumsi Penelitian... I - 4 1.7 Sistematika Penulisan... I - 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Komposit Serat Alam (Composite Natural Fiber) ... II - 1 2.1.1 Karakteristik PadaKomposit Serat Alam ... II - 1 2.1.2 Pengujian Pada Bahan Komposit Serat Alam ... II - 2 2.1.3 Spesimen Pada Bahan Komposit Serat Alam ... II - 3 2.2 Alat Uji Geser ... II - 4 2.2.1 Deskripsi Alat Uji Geser ... II - 4 2.2.2 Teknologi Atau Konstruksi Pada Alat Uji Geser ... II - 6 2.2.3 Mekanika Fluida (Hidrolik) ... II - 10

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

xi

2.2.5 Sistem Kendali Alat Uji Geser ... II - 19 2.3 Statistik Pengujian Pada Alat Uji Geser ... II - 22 2.3.1 Perancangan Eksperimen ... II - 23 2.4 Penelitian Penunjang ... II - 29

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Identifikasi Masalah ... III - 2 3.1.1 Studi Pustaka ... III – 2 3.1.2 Studi Lapangan ... III – 2 3.1.3 Tujuan Penelitian ... III - 3 3.1.4 Manfaat Penelitian ... III - 3 3.2 Tahap Pengumpulan Dan Pengolahan Data ... III - 3 3.2.1 Pengujian Geser ASTM D5379-98 ... III - 3 3.2.2 Identifikasi Alat Uji Geser ... III - 3 3.2.3 Konsep Rancangan Alat Uji Geser ... III - 4 3.2.4 Bill of Materials Alat Uji Geser ... III - 4 3.3 Perancangan Alat Uji Geser ... III - 5 3.3.1 Mekanika Struktur Rancangan Alat Uji Geser ... III - 5 3.3.2 Elemen Penggerak Alat Uji Geser ... III - 5 3.3.3 Rangkaian Pengendali Alat Uji Geser ... III - 5 3.3.4 Running Test Alat Uji Geser ... III - 5 3.3.5 Kalibrasi Alat Uji Geser ... III - 5 3.4 Pengujian Data Hasil Pengujian Geser ... III - 6 3.5 Analisis Dan Interpretasi Hasil ... III - 6 3.6 Kesimpulan Rancangan Alat Uji Geser ... III - 6

BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA

4.1 Pengumpulan Data ... IV - 1 4.1.1 Pengujian Geser ASTM D5379-98 ... IV - 1 4.1.2 Identifikasi Alat Uji Geser ... IV - 3 4.1.3 Konsep Rancangan Alat Uji Geser ... IV - 8 4.1.4 Bill of Materials Alat Uji geser ... IV - 12 4.2 Perhitungan Teknik Dan Penentuan Komponen ... IV - 24

4.2.1 Mekanika Struktur Rancangan Alat Uji Geser ... IV - 25 4.2.2 Elemen Mesin Penggerak Alat Uji Geser ... IV - 32 4.2.3 Rangkaian Pengendali Alat Uji Geser ... IV - 35 4.2.4 Estimasi Biaya Alat Uji Geser ... IV - 37 4.2.5 Spesifikasi Alat Uji Geser ... IV - 40 4.3 Pengujian Data Hasil Pengujian Geser ... IV - 41 4.3.1 Pengujian Hasil Pembebanan Geser ... IV - 42 4.3.2 Pengujian Hasil Perhitungan Kekuatan Geser ... IV - 53

BAB V ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL

5.1 Analisis Alat Uji Geser

5.1.1 Analisis Rancangan Alat Uji Geser ... V - 1 5.1.2 Analisa Bahan Penyusun Alat Uji Geser ... V - 3 5.1.3 Analisa Hasil Pengujian Geser ... V - 5 5.2 Interpretsi Hasil Alat Uji Geser ... V - 6

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan ... VI - 1 6.2 Saran ... VI - 1

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

I-1

BAB I

PENDAHULUAN

Dalam bab ini akan diuraikan mengenai latar belakang penelitian, perumusan masalah yang diangkat dalam penelitian, tujuan dan manfaat penelitian, batasan masalah, asumsi yang yang diangkat dalam penelitian serta sistematika penulisan untuk menyelesaikan penelitian.

1.1 LATAR BELAKANG

Pada era globalisasi sekarang ini, dunia manufaktur mengalami perkembangan pesat, mengikuti perubahan dan tuntutan pasar untuk menghasilkan material atau bahan dasar alternatif sebagai pengganti bahan-bahan komersial yang kini harganya semakin mahal. Banyak penelitian yang berfokus pada penemuan bahan dasar organik karena bahan dasar organik dapat dijadikan sebagai alternatif pengganti bahan dasar anorganik (Setjadi, 2005). Berbagai bahan organik, komposit serat alam merupakan bahan yang banyak diteliti disebabkan Indonesia merupakan penghasil serat alam yang kaya, komposit serat alam adalah bahan yang ramah lingkungan. Dalam penelitian tersebut sifat-sifat mekanik menjadi salah satu bahasan yang paling penting. Beberapa sifat mekanik komposit serat alam menjadi patokan untuk aplikasinya. Sifat-sifat mekanik dapat diketahui melalui pengujian mekanik. Beberapa pengujian mekanik, pengujian geser merupakan salah satu yang terpenting karena aplikasi komposit dalam bentuk papan atau struktur sering kali mengalami pembebanan geser.

Pengujian geser (shear tester) merupakan salah satu pengujian dalam menentukan seberapa jauh terpenuhinya standar spesifikasi dari karakteristik bahan yang digunakan untuk proses pengujian terhadap material, dimana material didesak melalui dua arah yang berbeda dengan besar gaya yang sama sampai terjadi proses deformasi (perubahan bentuk) atau displacement (proses pergeseran objek atau perubahan posisi titik awal dan posisi akhir dari sebuah objek) spesimen untuk mengetahui karaketristik maupun sifat mekanik dari suatu material (Nee, 1998). Keperluan pengujian geser komposit serat alam, pengujian geser memerlukan alat uji geser dalam menjalankan aplikasi pengujian. Kegunaan alat uji geser komposit serat alam adalah mengetahui seberapa besar ketahanan

geser maksimum yang dapat ditahan oleh material komposit serat alam pada kondisi tegangan efektif dan pembebanan secara berkelanjutan, sehingga memungkinkan terjadinya displacement pada material yang diujikan (Nee, 1998). Komposit serat alam merupakan jenis komposit organik, sehingga alat uji geser komposit serat alam dapat digunakan untuk jenis komposit organik lain dengan beban pergeseran maksimal sebesar 100 MPa sesuai pada literature Properties And Performace of Natural-Fibre Composite, Pickering, 2008.

Ketersediaan alat uji geser menjadi tuntutan tersendiri untuk mengetahui karakteristik dari bahan atau material yang akan diujikan. Saat ini alat uji geser yang tersedia di lingkungan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta adalah berupa universal testing machine di Laboratorium Material Fakultas Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret. Alat uji ini pada dasarnya adalah alat uji tarik yang kemudian dimodifikasi fungsinya sehingga dapat digunakan sebagai alat uji geser. Alat uji universal mempunyai besar kapasitas pembebanan hingga 100 ton. Alat uji universal merupakan alat penguji material dengan kekuatan tinggi seperti halnya logam. Pada pengujian menggunakan material jenis logam steel 37 dengan batas patah (s_{B) 370 N/mm}2 _{didapatkan nilai rata-rata pengujian}

340 MPa dari 5 kali proses pengujian alat uji universal. Pengujian geser pada komposit serat alam (natural fiber composite) dapat menggunakan fasilitas alat uji dengan besar beban atau regangan yang mampu diberikan alat uji universal (universal testing machine) ini tetapi nilai hasil pengujiannya cenderung tidak akurat karena kekuatan tarik komposit serat alam jauh lebih kecil dari logam atau maksimum hanya pada kisaran 100 MPa.

Alat uji geser memiliki beberapa aspek penting dalam pengujian geser. Aspek keakurasian dan kepresisian yang ditunjukkan oleh hasil pengujian spesimen hanya diketahui setelah dilakukan beberapa kali pengujian geser terhadap spesimen. Satu atau beberapa kali pengujian geser spesimen sudah cukup untuk menunjukkan aspek keakurasian dari alat uji tersebut, tetapi untuk mendapatkan kepresisian hasil pengujian membutuhkan pengujian yang dilakukan berulang-ulang. Pengujian yang dilakukan berulang-ulang menunjukkan kepresisian sehingga aspek keterulangan hasil pengujian alat uji dapat

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

I-3

merupakan aspek pertama yang harus dipenuhi karena keakurasian alat dapat diselesaikan relatif lebih mudah, yaitu dengan kalibrasi alat uji. Ketersediaan alat uji geser komposit serat alam pada Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta di Laboratorium Sistem Kualitas Jurusan Teknik Industri merupakan penyelesaian perancangan proses pembuatan komposit serat alam yang saat ini sedang dikembangkan, oleh karena itu alat uji diperlukan sebagai media penguji komposit tersebut.

Berdasarkan uraian di atas diketahui bahwa perancangan alat uji geser untuk bahan komposit serat alam sangat diperlukan dalam perkembangan penelitian komposit serat alam di masa mendatang.

1.2 PERUMUSAN MASALAH

Berdasarkan latar belakang yang diuraikan, maka dapat dirumuskan pokok permasalahan dari tugas akhir ini yaitu ”Bagaimana merancang alat uji geser untuk bahan komposit serat alam dengan memperhatikan kepresisian alat terhadap spesimen dan aspek keterulangan hasil pengujian?”.

1.3 TUJUAN PENELITIAN

Tujuan utama yang dicapai dari penelitian ini yaitu merancang alat uji geser untuk bahan komposit serat alam dengan memperhatikan aspek keterulangan hasil pengujian. Adapun tujuan khusus dari penelitian ini, sebagai berikut:

1. Menentukan konstruksi alat uji geser untuk menunjang aspek keterulangan hasil pengujian.

2. Melakukan pengujian alat uji geser terhadap karakteristik komposit serat alam dalam aspek keterulangan hasil pengujian.

1.4 MANFAAT PENELITIAN

Manfaat yang dicapai dalam penelitian ini adalah menghasilkan alat uji geser dengan memperhatikan aspek keterulangan hasil pengujian terhadap spesimen.

1.5 BATASAN MASALAH

Batasan-batasan yang digunakan dalam penelitian ini, sebagai berikut: 1. Spesifikasi alat uji terhadap spesimen memenuhi kriteria standarisasi ASTM

D5379/D5379M – 98.

2. Spesimen yang akan diujikan berupa MDF (medium density fiberboard) dengan geometri panjang spesimen 76 mm, lebar 20 mm dan tebal spesimen 12 mm, tegangan geser maksimum spesimen sebesar 100 MPa disesuaikan dengan kekuatan tarik maksimum serat alam menurut literatur Pickering, 2008.

3. Beban tegangan lokal terhadap alat uji geser sebesar 4 Hz atau berkisar antara 30 – 33 bar.

1.6 ASUMSI

Asumsi-asumsi yang digunakan dalam penelitian ini, sebagai berikut:

1. Kekuatan geser setiap spesimen diasumsikan sama untuk jenis dan komposisi bahan yang sama.

2. Perancangan konstruksi tidak mempertimbangkan gesekan, selip antara spesimen dengan alat uji diasumsikan tidak ada.

3. Kalibrasi alat dilakukan berdasarkan beban akibat gesekan pada kondisi konstan.

1.7 SISTEMATIKA PENULISAN

Sistematika penulisan yang digunakan pada penyusunan laporan tugas akhir, seperti diuraikan di bawah ini.

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini membahas tentang latar belakang dan identifikasi masalah yang diangkat dalam perancangan alat uji geser, perumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah, penetapan asumsi-asumsi serta sistematika yang digunakan dalam perancangan alat uji geser sebagai alat pengujian geser pada bahan komposit serat alam.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

I-5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini memberi penjelasan secara terperinci mengenai teori-teori yang digunakan sebagai landasan pemecahan masalah serta memberikan penjelasan secara garis besar metode yang digunakan oleh penulis sebagai kerangka pemecahan masalah guna mendapatkan desain rancangan alat uji geser.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini berisikan gambaran terstruktur tahap-tahap proses pelaksanaan penelitian dan tahapan pengerjaan pengolahan data yang digambarkan dalam diagram alir (flow chart).

BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA

Bab ini berisikan uraian mengenai data-data penelitian yang digunakan dalam proses pengolahan data sesuai dengan langkah-langkah pemecahan masalah yang dikembangkan pada bab sebelumnya.

BAB V ANALISIS & INTERPRETASI HASIL

Bab ini berisi tentang analisis dan interpretasi hasil terhadap pengumpulan dan pengolahan data yang dilakukan.

BAB VI KESI MPULAN DAN SARAN

Bab ini berisikan kesimpulan yang diperoleh dari analisis pemecahan masalah maupun hasil pengumpulan data serta saran-saran perbaikan atas permasalahan yang dibahas.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini membahas mengenai konsep dan teori yang digunakan dalam penelitian, sebagai landasan dan dasar pemikiran untuk membahas serta menganalisa permasalahan yang ada.

2.1 KOMPOSIT SERAT ALAM (COMPOSITENATURAL FIBER)

Serat alam merupakan hasil dari bahan tanaman berserat yang diproduksi sebagai hasil dari fotosintesa. Pada sub-bab berikut dibahas mengenai karakteristik pada komposit serat alam (composite natural fiber), pengujian geser pada bahan komposit serat alam, dan spesimen pengujian geser pada bahan komposit serat alam.

2.1.1 Karakteristik Pada Komposit Serat Alam

Composite natural fiber atau komposit serat alam memiliki keuntungan dibandingkan dengan serat sintetis, seperti mudah didapatkan, berat lebih ringan, mampu melalui proses manufaktur atau pengolahan secara alami, dan ramah lingkungan. Komposit serat alam merupakan bahan alternatif baru, mempunyai kekuatan dan kekakuan yang relatif tinggi dan tidak menyebabkan iritasi pada kulit. Keuntungan yang lainnya adalah kualitas dapat divariasikan dan memiliki stabilitas panas yang rendah (Lokantara, 2007).

Karakterisasi bahan komposit menjadi sulit dipahami, karena perkembangan penelitian bahan alternatif pengganti anorganik yang semakin luas. Hal ini menyebabkan pengembangan metode pengujian dan teknik yang sudah ada terus diverifikasi dan dikaji ulang. Faktor kesulitan lain yang timbul dalam pengujian komposit juga muncul pada saat proses pengujian komposit serat alam karena keragaman yang melekat dari sifat geometris, fisik, dan mekanis dari jenis serat yang digunakan (Pickering, 2008).

Pickering (2008), menjelaskan bahwa laporan literatur ilmiah pada sifat mekanik komposit serat alam memiliki kriteria dan standar nilai yang berbeda-beda. Hal ini sangat sulit untuk menyajikan dalam satu tabel yang berisi daftar

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

II-2

Tabel 2.1 Kelebihan dan kekurangan komposit serat alam

Kelebihan Kekurangan

Berat spesifikasi bahan lebih ringan dibandingkan jenis komposit campuran bahan semen (matriks).

Banyaknya variabilitas.

Sumber daya yang dapat diperbarui dengan produksi gas emisi CO2 yang rendah.

Ketahanan produksi air (kelembaban) rendah.

Produksi pengolahan ramah lingkungan. Ketahanan terhadap api rendah. Tahan pada listrik / tegangan tinggi. Ketegaran bahan rendah. Pengatur suhu yang bagus dan insulating

propertis sederhana.

Adhesi serat dan matriks yang kurang.

Sumber: Pickering, 2008

2.1.2 Pengujian Pada Bahan Komposit Serat Alam

Menurut Pickering (2008), penelitian terhadap material komposit serat alam telah melampaui metode uji yang ditentukan dalam standar. Literatur untuk karakterisasi komposit serat alam sebagian besar seperti pada pengujian logam, kayu, polimers, dan komposit berserat lainnya. Pengetahuan karakteristik komposit serat alam lebih detail dilakukan pada pengujian mekanik yaitu jenis pengujian geser yang terurai, sebagai berikut:

1. Pengujian geser (shear tester).

Iosipescu merupakan metode pengujian geser terpopuler. Karakteristik konfigurasi dan pengujian spesimen ditunjukkan pada gambar 2.1 dan gambar 2.2. Metode uji diuraikan dalam standar ASTM D5379-98 menggunakan Wyoming Shear Test Fixture yang diaplikasikan pada mesin uji universal. Tegangan geser rata-rata di seluruh bagian bertakik (V-notch) spesimen dihitung dengan menggunakan rumusan:

A F

P= ... 2.1 dengan;

F = beban yang diterapkan (N)

Gambar 2.1 Karakteristik konfigurasi pengujian geser

Sumber: Pickering, 2008

Gambar 2.2 Konsep dasar pengujian geser komposit

Sumber: Junaidi, 2009

2.1.3 Spesimen Pada Bahan Komposit Serat Alam

Spesimen atau bahan komposit serat alam yang akan diuji ditentukan sesuai standar masing-masing pengujian. Standar pengujian yang dipakai adalah standar ASTM (American Society for Testing and Material). ASTM dibentuk pertama kali pada tahun 1898 oleh sekelompok insinyur dan ilmuwan untuk mengatasi bahan baku besi pada rel kereta api yang selalu bermasalah. Sekarang ini, ASTM mempunyai lebih dari 12.000 buah standarisasi. Standar ASTM banyak digunakan pada negara maju maupun berkembang dalam penelitian akademis maupun industri (http://id.wikipedia.org, 2010). Contoh spesimen beserta geometri yang telah mengacu pada standar ASTM D5379-98 sebagai spesimen dalam pengujian alat uji geser, sebagai berikut:

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

II-4 1. Pengujian geser (shear tester).

Dimensi spesimen uji geser menggunakan standar ASTM D5379-98. Gambar 2.3 menunjukkan tipe spesimen standar geometri untuk pengujian geser.

Gambar 2.3 Spesimen uji geser standar ASTM D5379-98

Sumber: ASTM international, 1999 dengan;

L = Panjang spesimen = 76 mm

d1= Lebar spesimen = 20 mm

d2 = V-notch spesimen = 4 mm

h = Tebal spesimen = as required = 12 mm w = Lebar takikan dalam = 12 mm

r = radius takikan dalam = 1,3 mm

2.2 ALAT UJI GESER

Sub-bab ini membahas kajian teori tentang alat uji geser pada bahan komposit serat alam. Pembahasan dimulai dari deskripsi alat uji geser, teknologi atau konstruksi pada alat uji geser, cara kerja alat uji geser dengan sistem hidrolik, dan proses pembacaan hasil pengujian geser.

2.2.1 Deskripsi Alat Uji Geser

Alat uji geser merupakan seperangkat peralatan untuk mengetahui seberapa besar ketahanan geser maksimum yang dapat ditahan oleh material pada kondisi tegangan efektif dan pembebanan secara berkelanjutan, sehingga memungkinkan terjadinya displacement pada material yang diujikan (Nee, 1998).

Beberapa jenis proses pengujian geser, salah satunya adalah pengujian Biaxial Iosipescu dilakukan untuk memilih geometri spesimen yang tepat dan memuat kondisi untuk pengukuran kekuatan geser searah pada komposit (Kumosa, 1999). Efek nonlinear diperiksa sehubungan dengan berbagai koefisien geseran, pemindahan, pemuatan sudut, dan perlengkapan non-linier menggunakan teknik penghitungan elemen berhingga. Hal ini menunjukkan bahwa efek non-linear bernilai kecil untuk tegangan yang terjadi pada pusat spesimen standar Iosipescu, tetapi penting untuk menekankan pendekatan takikan (V-notch) sedalam 4 mm yang diterapkan dalam metode pengujian geser. Dalam beberapa kasus, perbedaan signifikan dalam tekanan atau kompresi dihitung untuk koefisien geseran yang berbeda yang telah diamati (Kumosa, 1999).

Metode pengujian geser diarahkan untuk mengukur karakteristik properti dari material yang homogen pada tiap tingkat lapisan. Pada proses pengujian geser, benda uji diberikan takikan berbentuk V-notch (sudut 90o) pada bagian sisi tepi (ASTM D5379-98) yang bernilai subjektif terhadap pengujian. Disadari bahwa dikenakannya sudut 90o (V-notch) pada sisi tepi benda uji, menunjukkan nilai kesalahan atau error yang cukup tinggi dikarenakan proses pengujian berjalan secara geser melintang. Namun, koreksi nilai perlu diberlakukan karena orientasi sudut 0o memberikan efek atau pengaruh pada tegangan tekan lokal (pressure weight).

Dengan demikian, hasil dari diberikannya sudut 90o dapat memberikan nilai tegangan geser yang rendah dan mungkin juga terlalu tinggi pada proses pengujian geser (Iosipescu test).

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

II-6

Gambar 2.5 Iosipescu failure and Iosipescu stretching for polymer

Sumber: ASTM international, 1999

2.2.2 Teknologi Atau Konstruksi Pada Alat Uji Geser

Terjadinya regangan geser murni merupakan hasil uji dan evaluasi dengan memantau secara terpisah pembacaan alat ukur dari ketegangan dan kompresi regangan (Munro, 1990). Keadaan regangan geser murni (seperti yang telah didefinisikan dari pembacaan ketegangan dari alat pengukur kompresi) dapat dihasilkan melalui sudut 90o (V-notch) dari proses pengujian geser, tidak melalui pengujian sudut 0o (spesimen pengujian memiliki permukaan yang halus dan paralel) (Munro, 1990). Teknologi atau konstruksi pada alat uji geser dijelaskan pada landasan teori kekuatan bahan (strength of material) dan konstruksi bahan. Pertimbangan dalam menetukan bahan atau material yang digunakan dalam perancangan alat uji geser, sebagai berikut:

1. Kekuatan bahan (strength of material).

Dalam perencanaan struktur, semua elemen harus diberikan ukuran tertentu. Ukuran harus diproporsikan cukup kuat untuk memikul setiap gaya yang mungkin terjadi. Setiap elemen struktur juga harus cukup kaku sehingga tidak melengkung atau berubah bentuk berlebihan pada saat struktur digunakan. Setiap elemen struktur juga tidak boleh terlalu langsing, sehingga tidak kehilangan kestabilan akibat adanya gaya tekan. Perencananaan struktur meliputi penentuan proporsi elemen struktur yang memenuhi kekuatan (strength), kekakuan (stiffness) dan stabilitas (stability) setiap elemen struktur. Kekuatan material dapat didefinisikan sebagai kesanggupan suatu material terhadap gaya. Kekuatan material (σ atau τ) dipengaruhi oleh besarnya momen tahanan (W), tegangan ijin material (σijin atau τijin), dan panjang material (l).

Modulus irisan elastis setiap material berbeda-beda, tergantung dari dimensi dan geometri penampang melintangnya. Tabel 2.2 menunjukkan beberapa contoh rumus perhitungan momen inersia (I) dan momen tahanan (W) untuk beberapa geometri melintang material.

Tabel 2.2 Perhitungan kekuatan material

Profil I (mm4) W (mm3)

20 64 4 4 D D » p 10 32 3 3 D D » p 6 3 bh 6 3 bh 12 4 h 6 3 h 20 ) ( 64 4 4 4

4 D d

d

D - »

-p D d D D d D 10 ) ( 32 4 4 4 4 -» -p 12 4 4 d D -h d D 6 4 4

-Sumber: Strength of Material, 1991

2. Tegangan.

Tegangan didefinisikan sebagai tahanan terhadap gaya-gaya luar. Ini diukur dalam bentuk gaya per satuan luas (Alfred, 1983). Tegangan diuraikan

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

II-8

menjadi komponen yang tegak lurus dan sejajar dengan arah potongan suatu penampang.

Dalam praktek teknik, gaya umumnya diberikan dalam satuan pound atau newton dan luas yang menahan dalam satuan inchi persegi atau millimeter persegi. Sehingga tegangan dinyatakan dalam pound per inchi persegi yang disingkat menjadi psi, atau newton per-milimeter persegi (MPa). Besarnya gaya persatuan luas pada bahan tersebut disebut sebagai tegangan dan lazimnya ditunjukkan dengan huruf Yunani s (sigma) (Kurniawan, 2000).

a. Tegangan aksial atau normal yaitu tegangan yang gaya-nya bekerja searah dengan luas penampang benda.

s = ¦ = A F

D D

... 2.2

dengan;

F = beban yang diterapkan (N)

A = luasan area (mm2)

b. Tegangan geser adalah intensitas gaya pada suatu titik yang sejajar terhadap penampang atau sejajar terhadap permukaan yang mengalami tegangan.

t = n = A V

D D

... 2.3

dengan;

V = beban geser (N)

A = luasan area (mm2)

Satuan tegangan adalah satuan gaya per satuan luas. Dalam sistem internasional (SI) satuan tegangan, adalah:

Pa = pascal = Newton/meter2 = N/m2 1 KPa = 1 kilopascal = 103 Pa

1 MPa = 1 megapascal = 106 Pa = 106 N/m2 = 1 N/mm2

Pada batang-batang yang menahan gaya aksial, tegangan yang bekerja pada potongan yang tegak lurus terhadap sumbu batang adalah tegangan normal saja, tegangan geser tidak terjadi. Arah potongan ini juga memberikan tegangan normal maksimum dibandingkan arah-arah potongan lainnya. Perjanjian tanda disamakan dengan gaya aksial, yaitu positif (+) untuk tegangan tarik dan negatif (-) untuk tegangan tekan.

3. Regangan.

Regangan adalah perubahan bentuk. Semua bagian bahan yang mengalami gaya-gaya luar, dan selanjutnya tegangan dalam akan mengalami perubahan bentuk. Perubahan bentuk total (total deformation) yang dihasilkan oleh suatu bahan atau benda dinyatakan dengan huruf Yunani d (delta). Jika panjang adalah L, perubahan bentuk per satuan panjang dinyatakan dengan huruf Yunani e (epsilon).

L

d

e = ... 2.4

4. Hukum Hooke (Hooke's Law).

Hampir pada semua material logam, pengujian geser merupakan tahap awal dalam percobaan terhadap material logam yang diujikan. Hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan pergeseran bahan tersebut. Ini disebut daerah linier atau linear zone. Di daerah ini, kurva pertambahan panjang vs beban mengikuti aturan Hooke yaitu rasio tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan.

Stress: σ = A F

... 2.5

dengan;

F = beban yang diterapkan (N)

A = luasan area (m2)

Strain: ε = L

L

D

... 2.6

dengan; L

D = perubahan panjang (mm)

L = panjang awal (mm)

Hubungan antara stress dan strain dirumuskan:

E =

e s

... 2.7

Regangan geser dilambangkan γ merupakan tangen θ. Pada grafik tegangan (sumbu vertikal) versus regangan (sumbu horisontal) di daerah elastis, nilai

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

II-10

tangens adalah selalu konstan, yang pada bahan tertentu nilainya juga sudah pasti (konstan).

Tangens a = p p

e s

... 2.8

dengan;

σp = tegangan pada batas elastik (N/ mm2)

ep = regangan pada batas elastik (N/ mm2)

2.2.3 Mekanika Fluida (Hidrolik)

Pada sistem kerja alat uji geser, mekanisasi pengerak utama pada alat uji adalah dengan menggunakan sistem penggerak hidrolik. Kata hidrolik (hidraulik, hydraulic) berasal dan kata Yunani “ hydro” yang berarti “air”. atau “zat cair” atau “fluida cair”, bermakna semua benda atau zat yang berhubungan dengan “air”. Didefinisikan sebagai segala sesuatu yang berhubungan dengan air. Sekarang kita mendefinisikan “hidrolik” sebagai pemindahan, pengaturan, gaya-gaya dan gerakan-gerakan zat cair (Punarwan, 2005). Jika suatu zat cair dikenakan tekanan, maka tekanan itu akan merambat ke segala arah dengan tidak bertambah atau berkurang kekuatannya (Archimedes Law).

Menurut Punarwan (2005), penggunaan cairan digunakan sebagai sarana perpindahan energi. Minyak mineral adalah cairan yang sering digunakan, tetapi dapat digunakan pula cairan sintetis, seperti air atau emulsi minyak air. Hidromekanika (mekanika zat alir atau mekanika fluida) dibagi menjadi 2, yaitu: 1. Hidrostatika adalah mekanika fluida atau zat cair diam (teori kesetimbangan

dalam cairan).

2. Hidrodinamika adalah mekanika fluida yang bergerak (ilmu aliran). Beberapa sifat khusus sistem penggerak hidrolik, yaitu:

1. Gaya yang tinggi (berupa momen putar) dengan ukuran yang kompak, yaitu berupa kepadatan tenaga yang tinggi.

2. Penyesuaian gaya otomatis.

3. Dapat bergerak dari keadaan diam meskipun pada beban penuh.

4. Pengubahan (pengendalian atau pengaturan) tanpa tingkatan dan kecepatan, momen putar (torsi), gaya langkah yang dapat dilakukan dengan mudah. 5. Perlindungan terhadap beban berlebih yang sederhana.

6. Sesuai untuk mengendalikan proses gerakan yang cepat dan untuk gerakan sangat lambat yang akurat.

7. Penumpukan energi yang relatif sederhana dengan menggunakan gas.

8. Dapat dikombinasikan dengan tranformasi yang tidak terpusat dari energi hidrolik kembali ke energi mekanik, dapat diperoleh sistem penggerak sentral yang sederhana sehingga dapat ekonomis.

Barangkali satu kelebihan yang tak dimiliki energi lainnya, bahwa energi hidrolik adalah salah satu sistem yang paling serbaguna dalam mengubah dan memindahkan tenaga. Terbukti dari sifat kekakuannya namun mempunyai sifat kefleksibilitasan.

II-12

Tabel 2.3 Perbandingan berbagai sistem energi

No Kriteria Hidrolik Pneumatik Elektrik / Elektronik Mekanik

1. Pembawa energi Oli (secara umum). Udara. Elektron. Poros, batang penghubung, sabuk, roda dll.

2. Perpindahan energi Pipa, selang, tabung, lubang. Pipa, selang, tabung, lubang. Kabel atau bahan yang bersifat konduksi.

Poros, batang penghubung, sabuk, roda dll.

3. Konversi dari dan ke energi mekanik

Pompa, Silinder, Motor Hidrolik. Kompresor, silinder, motor pneumatik (PN)

Generator, baterai, motor listrik (E), magnet, selenoid, motor induksi. 4. Besaran karakter

terpenting

Tekanan P (30…400 bar) Debit Q. Tekanan P (sekitar 6 bar) Debit Q. Tegangan (V), Arus (I). Gaya, torsi, putaran, kecepatan.

5. Efisiensi perpindahan energi

Baik sekali atau sempurna, kompak, harga layak dengan teknologi. Operasi sampai 400 bar. Merubah ke gerakan linear sederhana dg silinder.

Baik, terbatas karena tekanan maksimal hanya 6 bar.

Cukup baik, koefien motor listrik 1/10 x dibanding motor hidrolik.

Menghudung dan memutus mudah melalui switch.

Baik, Sebab konversi energi tak diperlukan. Keterbatasannya terlihat pada kemampuan pengontrolannya.

6. Keakuratan gerakan Sempurna, sebab oli tidak dapat dikompresi. Cukup baik, sebab udara bersifat kompresibel.

Sangant bervariasi, kadang tinggi kadang rendah.

Baik sekali, disebabkan kaitan antara komponen pasti.

7. Efisiensi Cukup – Baik, kerugian volume dan gesekan selama konversi tergantung pengontrolannya dengan katup-katup.

Baik, sepanjang energi ini tersedia sebagai sumber energi utama.

Baik, disini tak perlu proses konversi. Ada kemungkinan kerugian-kerugian gesekan. 8. Kemampuan untuk

dikontrol

Sempurna, dengan katup-katup (dapat ditingkatkan lagi dengan dikombinasikan energi listrik).

Sempurna, dengan katup-katup (dapat ditingkatkan lagi dengan dikombinasikan energi listrik).

Untuk tenaga kecil : sempurna, untuk tenaga besar : cukup-baik. Dg switch, relay, variable resistor dll.

Cukup-Baik, melalui perpindahan roda gigi dan sistem perpindahan mekanisme bertingkat.

9. Pembangkitan gerakan lurus

Sangat mudah, menggunakan silinder. Sangat mudah, menggunakan silinder.

Sedikit lebih rumit, dengan menggunakan motor linear.

Sederhana dengan mekanisme engkol, poros pendek (spindle) dll.

10. Hubungan pemberian sinyal dari sistem hidrolik dengan sistem

Operasi pneumatik dengan katup-katup kontrol arah.

Pengontrolan dengan elektromagnet

(solenoid,switch, swit tekanan dll).

Digerakkan atau dilepas dengan pompa, motor hidrolik, silinder, gerakan katup melalui cam dan lintasan.

Menurut Punarwan (2005), alat berat merupakan aplikasi dari hidrolik. Hidrolik merupakan aplikasi dari mekanika fluida. Mekanika fluida merupakan aplikasi ilmu fisika. Hukum-hukum fisika yang mengatur fluida cair sederhana ilmu mekanika benda padat dan lebih sederhana lagi dari sebelumnya dibandingkan dengan hukum-hukum yang mengatur ilmu-ilmu udara, panas, uap, gas, elektron, sinar, gelombang, magnet dan sebagainya lebih menguntungkan mempelajari ilmu mekanika awal. Beberapa hal hidrolik serupa dengan pneumatik (pneumatics-ilmu yang mempelajari pemanfaatan udara bertekanan untuk perpindahan energi) terutama pada prinsip kerja dan komponen-komponennya. Oli bertekanan adalah media pemindah energi yang sehabis dipakai oleh elemen kerja (silinder atau pompa hidrolik) dikembalikan ke penampung (reservoir atau tangki), tidak langsung dibuang ke atmosfer seperti udara bekas pada sistem pneumatik.

Dalam sistem hidrolik, fluida cair berfungsi sebagai penerus gaya. Zat cair pada praktiknya memiliki sifat tak dapat dikompresi (incompressible), berbeda dengan fluidagas yang mudah dikompresi (compressible). Karena fluida yang digunakan harus bertekanan, kemudian diteruskan ke segala arah secara merata dengan memberikan arah gerakan yang halus. Ini didukung dengan sifatnya yang selalu menyesuaikan bentuk yang ditempatinya dan tidak dapat dikompresi. Kemampuan yang diuraikan di atas menghasilkan peningkatan kelipatan yang besar pada gaya kerjanya.

Kesimpulan sistem hidrolik adalah suatu sistem pemindah tenaga dengan mempergunakan zat cair atau fluida sebagai media atau perantara. Karena sifat cairan yang selalu menyesuaikan bentuk yang ditempatinya mengalir ke segala arah dan dapat melewati berbagai ukuran dan bentuk.

Prinsip inilah yang dipergunakan pada alat pengangkat hidrolik. Dengan membuat perbandingan diameter yang berbeda akan mempengaruhi gaya penekan dan gaya angkat yang didapatnya. Pada gambar 2.6, bila diameter piston penekan dibuat lebih kecil dari piston penerima beban atau pengangkat beban akan memberikan gaya tekan yang ringan tetapi gaya tekan itu kemudian diteruskan menjadi gaya dorong ke atas yang besar.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

II-14

Gambar 2.6 Perbandingan gaya pada pengungkit hidrolik

Sumber: Punarwan, 2005

Sebagai penggerak pompa hidrolik dapat digunakan motor listrik atau motor penggerak mula. Setelah oli hidrolik dipompa pada tekanan tertentu, kemudian disalurkan ke katup kontrol arah yang bertugas mengatur kemana cairan hidrolik itu dialirkan. Diagram alir sistem hidrolik dapat dilihat pada gambar 2.7.

Urutan aliran dimulai dari pembangkit berupa motor listrik atau motor bakar yang menggerakkan pompa oli, kemudian pompa oli meningkatkan tekanan oli yang ditampung pada reservoir. Melalui katup kontrol hidrolik, oli bertekanan dialirkan ke pemakai berupa elemen kerja silinder atau motor hidrolik yang mengubah energi hidrolik itu menjadi energi gerak atau mekanis. Urutan energinya dari motor listrik atau bakar ke silinder hidrolik berturut-turut: energi listrik atau mekanis – energi hidrolik – energi hidrolik – energi mekanis.

Gambar 2.7 Diagram aliran sistem hidrolik

Sumber: Punarwan, 2005

Semakin besar beban yang harus di geser, diangkat, dipreskan atau ditekan pada tekanan tertentu memerlukan tekanan yang relatif tinggi. Semakin cepat

gerak perpindahan beban, debit (volume yang dihasikan per satuan waktu) pompa hidrolik harus semakin besar. Dengan kata lain gaya yang dihasilkan tergantung pada tekanan kerja dan kecepatan gerak perpindahan tergantung pada debit yang dihasilkan pompa dengan ketentuan ia bekerja pada luas penampang silinder kerja yang sama (Punarwan, 2005).

Pada sebuah pompa hidrolik lebih dikenal dalam sebuah kesatuan utuh pompa hidrolik yang digunakan sebagai penggerak yang dikenal sebagai Power Pack Unit. Power pack unit tersusun dari beberapa bagian, yaitu:

1. Tangki hidrolik (hydraulic tank) adalah sebagai tempat penampung oli dari sistem. Selain itu juga berfungsi sebagai pendingin oli yang kembali.

2. Pompa hidrolik (hydraulic pump) sebagai pemindah oli dari tangki ke dalam sistem. Dan bersama komponen lain menimbulkan hydraulic pressure (tenaga hidrolik).

3. Katup pengendali (control valve) berguna untuk mengarahkan jalannya oli ke tempat yang diinginkan.

4. Main relieve valve berguna untuk membatasi tekanan maksimum yang diijinkan dalam hydraulic system, agar sistem sendiri tidak rusak akibat over pressure.

5. Silinder hidrolik (actua tor) adalah sebagai pengubah dari tenaga hidrolik menjadi tenaga mekanik.

6. Filter digunakan sebagai media penyaring kotoran atau gram yang ikut terbawa agar tidak ikut bersikulasi kembali.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

II-16

Gambar 2.8 Power pack unit Sumber: Graco Inc, 1996

Perbandingan sistem hidrolik dengan sistem mekanik, sebagai berikut: 1. Keuntungannya, yaitu:

a. Dapat menyalurkan torsi dan gaya besar. b. Pencegahan over load tidak sukar.

c. Kontrol gaya pengoperasian mudah dan cepat. d. Pergantian kecepatan lebih mudah.

e. Getaran halus.

f. Daya tahan lebih lama. 2. Kerugiannya, yaitu:

a. Peka terhadap kebocoran.

b. Peka terhadap perubahan temperatur. c. Kadang-kadang kecepatan kerja berubah.

Definisi dan perhitungan dalam satuan Internasional (SI) adalah sebuah massa (diartikan sebagai sekumpulan materi) sebesar 1 kg mengakibatkan gaya berat sebesar 1 Kp diatas tanah. Menurut sistem satuan SI gaya diberi satuan Newton (N) (id.wikipedia.org, 2010)

g m

F = . ... 2.9

dengan; 1 Kp = 1 kg . 9,81 ₂ s m

= 9,81 ₂ s

m kg

1 N = 1 kg . 1 ₂ s

m

= 1 ₂

s m kg

, dengan demikian 1 Kp = 9,81 N. Untuk keperluan

praktisnya, 1 Kp = 10 N

Tekanan, adalah salah satu pengukuran yang penting dalam hidrolik, yang didefinisikan sebagai gaya per satuan luas.

A F

P = ( ₂

cm N

) ... 2.10

dengan; 1 bar = 10 ₂ cm

N

= 1 ₂

cm daN

; 1 bar = 1,02 ₂ cm

Kp

1 ₂

cm Kp

= 0,98 bar Jika digunakan satuan SI untuk gaya (N) dan luas m2, maka kita

dapatkan satuan tekanan dalam Pascal, dimana: 1 Pa = 1 ₂ mm

N

Dibidang hidrolik umumnya tekanan kerja diberi simbul (P) yang menunjukkan tekanan yang cukup tinggi diatas tekanan atmosfer.

2.2.4 Load Cell

Load cell adalah sebuah transduser gaya yang bekerja berdasarkan prinsip deformasi sebuah material akibat adanya tegangan mekanis yang bekerja (Purwanto, 2004). Sebuah sensor Load cell pada dasarnya adalah sebuah perangkat listrik atau elektronika (transduser) yang digunakan untuk mengubah gaya menjadi sinyal listrik (en.wikipedia.org, 2010).

Menurut Hastomo, (2001) load cell merupakan sebuah alat yang dipasang sebagai alat bantu yang berfungsi sebagai sensor yang mengirimkan data analog yang kemudian diubah menjadi data digital. Konversi ini tidak terjadi secara

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

II-18

mekanis, perubahan gaya menjadi sebuah sinyal diukur menggunakan alat ukur bernama strain gauge. Strain gage adalah transduser pasif yang mengubah suatu pergeseran mekanis menjadi perubahan tahanan. Strain gauge digunakan juga untuk mengubah gaya yang masuk menjadi sebuah sinyal listrik. Sebuah load cell biasanya terdiri dari empat regangan dalam sebuah konfigurasi jembatan wheatstone (Madison, 1989).

Perubahan tahanan ini sebanding dengan regangan yang diberikan dan diukur dengan sebuah jembatan wheatstone yang dipakai secara khusus. Sensitivitas sebuah strain gage dijelaskan dengan suatu karakteristik yang disebut gage factor, yang didefinisikan sebagai perubahan satuan tahanan dibagi perubahan satuan panjang.

Meskipun strain gauge load cell paling banyak digunakan, ada beberapa jenis load cell lain yang dapat ditemukan di industri. Dalam aplikasi industri, hidrolik (hidrostatik) mungkin adalah yang kedua paling banyak digunakan. Pada alat ini digunakan untuk mengeliminasi terjadinya kesalahan pada beberapa alat strain gauge load cell.

Penampang load cell untuk beban kerja tekan dihitung dengan persamaan: σ =

A F

... 2.11

σ =e . E ... 2.12 dengan;

σ = Tegangan (N/mm2)

e = Regangan (microstrain)

F = Gaya (N)

A = Luas penampang (mm2) E = Modulus elastisitas (N/mm2) Luas penampang load cell (A).

E A F

.

e

= ;

E F A

.

e

Gambar 2.9 Load celluntuk beban tekan

Sumber: Purwanto, 2004

Penampang load cell dibuat berbentuk cincin dengan maksud selain untuk memperbesar permukaan load cell juga untuk memudahkan komponen lain supaya terpasang dalam satu sumbu. Sedangkan lubang ulir M-5 digunakan untuk menghubungkan load cell dengan choosen plate, agar load cell lebih fleksibel dipasang pada peralatan uji. Material yang dipilih adalah ASSAB 760, yang memiliki karakteristik mekanik material, sebagai berikut:

Tensile Strength = 65–80 kg/mm2 Yield Point = 35–45 kg/mm2 Elasticity Modul = 210.103 N/mm

2.2.5 Sistem Kendali Alat Uji Geser

Sistem kendali adalah suatu proses pengaturan atau pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variable, parameter) sehingga berada pada suatu harga atau dalam suatu rangkaian harga (range) tertentu. Komponen-komponen yang terdapat dalam sistem kontrol lebih mudah digambarkan dalam bentuk blok diagram (Prasetyo, 2008).

Gambar 2.10 Blok diagram sistem kontrol

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

II-20

Blok diagram pada gambar 2.10 merupakan suatu pernyataan grafis yang ditujukan untuk menggambarkan sebuah sistem kendali. Fungsi dari komponen-komponen penyusun blok diagram, yaitu:

1. Input (R(t)),

Input adalah nilai yang diinginkan bagi variabel yang dikontrol selama pengendalian.

2. Error signal (e(t)),

Selisih antara r(t)-c(t), input dengan output. Merupakan inputan bagi kontroler dan nilainya harus sekecil mungkin. Error signal menggerakkan kontroler untuk mendapatkan keluaran pada satu harga yang diinginkan.

3. Kontroler,

Fungsi utama kontroler adalah membandingkan harga yang sebenarnya dari keluaran (plant) dengan harga yang diinginkan (setting point).

4. Control signal U(t),

Output dari kontroler berfungsi sebagai sinyal pengontrol. Control signal ini menyebabkan output menjadi sama dengan input.

5. Aktuator,

Komponen yang secara fisik melakukan keinginan kontroler dengan suntikan energi tertentu.

6. Plant atau proses,

Objek yang dikontrol oleh sistem berupa proses mekanis, elektris, hidrolis, pneumatic atau kombinasinya.

7. Output (c(t)),

Harga atau nilai yang akan dipertahankan bagi variabel yang dikontrol dan merupakan harga yang ditunjuk oleh alat pencatat.

8. Error detector.

Merupakan pembanding antara input dengan output yang menghasilkan error signal.

Sistem kendali dikelompokkan menjadi dua yaitu sistem pengendalian secara manual dan sistem pengendalian secara otomatis, yaitu:

1. Sistem pengendalian secara manual.

Sistem pengendalian manual masih sering dipakai pada beberapa aplikasi tertentu. Sistem ini dipakai pada proses yang tidak banyak mengalami perubahan beban (load). Salah satu contoh pengendalian secara manual adalah pengendalian manual temperature di sebuah heat exchanger. Load sistem adalah steam (uap air panas) dimana steam tersebut masuk ke dalam tangki untuk memindahkan energi panas ke air dingin yang sudah masuk terlebih dahulu ke dalam tangki. Manusia bertindak sebagai operator untuk membuka dan menutup valve (kran), perannya cukup penting. Operator berperan untuk memperbesar atau memperkecil bukaan valve dimana besar kecilnya bukaan tersebut berpengaruh pada banyaknya stea m yang masuk ke dalam tangki. Jumlah steam yang masuk ke dalam tangki itulah yang mempengaruhi output dari heat exchanger tersebut, berupa air panas atau uap air saja.

Gambar 2.11 Blok diagram open loopsistem pengendalian manual pada plant heat exchanger

Sumber: Prasteyo, 2008

Sistem pengendalian seperti gambar 2.11 disebut sistem pengendalian open loop karena loop dari pengontrolan terputus oleh peran manusia yang masih berada dalam sistem tersebut. Perlu diketahui bahwa sebuah sistem pengendalian disebut open loop jika perintah koreksi kesalahan masih dilakukan oleh manusia.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

II-22 2. Sistem pengendalian secara otomatis

Pengertian sistem pengendalian secara otomatis adalah pengendalian oleh mesin-mesin atau peralatan yang bekerja secara otomatis dan operasinya dibawah kendali manusia. Sistem ini dilakukan pada sistem kerja closed loop karena perintah koreksi kesalahan bekerja secara otomatis tanpa adanya campur tangan manusia.

Gambar 2.12 Sistem kontrol closed loop

Sumber: Prasteyo, 2008

Terdapat umpan balik atau feedba ck pada sistem kontrol closed loop yang berfungsi mengkoreksi kesalahan dimana tugas untuk mengkoreksi kesalahan dilakukan oleh kontroler ataupun instrumentasi elektronik lainnya tanpa ada campur tangan manusia. Hasilnya lebih akurat karena memiliki error detector. Sistem kendali pada alat uji geser merupakan kendali proses mesin secara otomatis. Pergerakan silinder hidrolis diatur secara otomatis melalui rangkaian elektronik dalam control panel yang terdiri dari beberapa push button.

2.3 STATISTIK PENGUJIAN PADA ALAT UJI GESER

Statistik merupakan prosedur-prosedur yang digunakan dalam

pengumpulan, penyajian, analisis, dan penafsiran data. Secara garis besar statistik dikelompokkan menjadi dua kelompok besar, yaitu statistika deskriptif dan inferensia statistik. Statistika deskriptif merupakan metode statistik yang menggunakan keseluruhan data untuk menggambarkan seluruh karakteristik dari suatu populasi, contohnya adalah sensus. Sedangkan inferensia statistik melakukan peramalan dan penarikan atas keseluruhan populasi dengan analisis

pengambilan contoh atau sebagian data dari populasi. Penggunaan metode inferensia statistik digunakan sebagai pemecahan masalah-masalah dalam penelitian ini yang berkaitan dengan statistik.

2.3.1 Perancangan Eksperimen

Desain eksperimen merupakan langkah-langkah lengkap yang perlu diambil jauh sebelum eksperimen dilakukan agar supaya data yang semestinya diperlukan dapat diperoleh sehingga akan membawa kepada analisis objektif dan kesimpulan yang berlaku untuk persoalan yang sedang dibahas (Sudjana, 1997).

Beberapa istilah atau pengertian yang diketahui dalam desain eksperimen (Sudjana, 1997; Montgomery, 1997), yaitu:

1. Experimental unit (unit eksperimen).

Objek eksperimen dimana nilai-nilai variabel respon diukur. 2. Variabel respon(effect).

Disebut juga dependent variable atau ukuran performansi, yaitu output yang ingin diukur dalam eksperimen.

3. Faktor.

Disebut juga independent variable atau variabel bebas, yaitu input yang nilainya akan diubah-ubah dalam eksperimen.

4. Level (taraf).

Merupakan nilai-nilai atau klasifikasi-klasifikasi dari sebuah faktor. Taraf (levels) faktor dinyatakan dengan bilangan 1, 2, 3 dan seterusnya. Misalkan dalam sebuah penelitian terdapat faktor-faktor :

a = jenis kelamin b = cara mengajar

Selanjutnya taraf untuk faktor a adalah 1 menyatakan laki-laki, 2 menyatakan perempuan (a1, a2). Bila cara mengajar ada tiga, maka dituliskan dengan b1, b2,

dan b3.

5. Treatment (perlakuan).

Sekumpulan kondisi eksperimen yang akan digunakan terhadap unit eksperimen dalam ruang lingkup desain yang dipilih. Perlakuan merupakan

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

II-24 6. Replikasi.

Pengulangan eksperimen dasar yang bertujuan untuk menghasilkan taksiran yang lebih akurat terhadap efek rata-rata suatu faktor ataupun terhadap kekeliruan eksperimen.

7. Faktor pembatas atau blok (Restrictions).

Sering disebut juga sebagai variabel kontrol (dalam Statistik Multivariat). Faktor yang mempengaruhi variabel respon tetapi tidak ingin diuji pengaruhnya oleh eksperimenter karena tidak termasuk ke dalam tujuan studi. 8. Randomisasi.

Cara mengacak unit-unit eksperimen untuk dialokasikan pada eksperimen. Metode randomisasi yang dipakai dan cara mengkombinasikan level-level dari fakor yang berbeda menentukan jenis disain eksperimen yang akan terbentuk. 9. Kekeliruan eksperimen.

Merupakan kegagalan daripada dua unit eksperimen identik yang dikenai perlakuan untuk memberi hasil yang sama.

Langkah-langkah setiap proyek eksperimen secara garis besar terdiri tiga tahapan, yaitu planning phase, design phase dan a nalysis phase. (Hicks, 1993). a. Planning phase.

Tahapan dalam planning phase, adalah:

1. Membuat problem statement sejelas-jelasnya.

2. Menentukan variabel bebas (dependent variables), yaitu efek yang ingin diukur, sering disebut sebagai kriteria atau ukuran performansi.

3. Menentukan independent variables.

4. Menentukan level-level yang akan diuji kemudian menentukan sifatnya, yaitu:

a.Kualitatif atau kuantitatif? b.Fixed atau random?

5. Tentukan cara bagaimana level-level dari beberapa faktor akan dikombinasikan (khusus untuk eksperimen dua faktor atau lebih).

b. Design phase.

Tahapan dalam design phase, adalah:

2. Menentukan urutan eksperimen (urutan pengambilan data). 3. Menentukan metode randomisasi.

4. Menentukan model matematik yang menjelaskan variabel respon. 5. Menentukan hipotesis yang akan diuji.

c. Analysis phase.

Tahapan dalam analysis phase, adalah: 1. Pengumpulan dan pemrosesan data.

2. Menghitung nilai statistik-statistik uji yang dipakai. 3. Menginterpretasikan hasil eksperimen.

Adapun tahap-tahap dalam pengolahan data hasil eksperimen meliputi uji krakteristik data, uji ANOVA dan uji pembanding ganda.

1. Uji Karakteristik Data

Apabila menggunakan analisis variansi sebagai alat analisa data eksperimen, maka seharusnya sebelum data diolah, terlebih dahulu dilakukan uji karakteristik data berupa uji kenormalan, homogenitas variansi, dan independensi, terhadap data hasil eksperimen.

a. Uji normalitas.

Uji normalitas adalah uji untuk mengukur apakah data memiliki distribusi normal sehingga dipakai dalam statistik parametrik (statistik inferensial). Ada beberapa metode yang digunakan untuk menguji pola distribusi. Dua diantaranya adalah metode statistik Chi Squared dan Kolmogorov-Smimov. Namun uji Chi-squared tidak cocok digunakan untuk menentukan pola distribusi dari data yang berjumlah kecil. Hal ini dikarenakan terjadinya kesulitan atau kesalahan dalam penentuan interval pada data jumlah kecil. Akibatnya adalah terjadinya kesalahan pengelompokan, selanjutnya ini menyebabkan uji Chi-squared ini tidak sensitif dalam penolakan atau penerimaan temadap H0 (Tjahyanto, 2008).

Konsep dasar dari uji normalitas Kolmogorov Smirnov adalah dengan membandingkan distribusi data (yang akan diuji normalitasnya) terhadap distribusi normal baku. Distribusi normal baku adalah data yang telah

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

II-26

sebenarnya uji Kolmogorov Smirnov adalah uji beda antara data yang diuji normalitasnya dengan data normal baku (Konsultan Statistik, 2009).

Uji Kolmogorov-Smirnov ini dilakukan pada tiap threatment atau perlakuan, dimana pada tiap perlakuan terdiri dari n buah data (replikasi). Persyaratan dalam melakukan uji Kolmogorov-Smirnov (Cahyono, 2006) sebagai berikut:

1. Data berskala interval atau ratio (kuantitatif).

2. Data tunggal atau belum dikelompokkan pada tabel distribusi frekuensi. 3. Dapat digunakan untuk n besar maupun n kecil.

Langkah - langkah uji Kolmogorov-Smirnov (Sudjana, 2005) yaitu: 1. Urutkan data dari yang terkecil sampai terbesar.

2. Hitung rata-rata (x_{) dan standar deviasi (}s_{) data tersebut.}

n x x

n

i i_÷÷

ø ö ç ç è æ =

å

=1 ... 2.14

(

)

1 2 2 -=

å

å

n n x x s i i ... 2.15 dengan;

xi = data ke-i

n = banyaknya data

3. Transformasikan data tersebut menjadi nilai baku (z_).

(

x

x

)

s

z

_i

=

_i

-

/

... 2.16 dengan;

xi = data ke-i

x _{= rata-rata} s _{= standar deviasi}

4. Berdasarkan nilai baku (z_{), tentukan nilai probabilitasnya P(}z₎ berdasarkan sebaran normal baku, sebagai probabilitas pengamatan. Gunakan tabel standar luas wilayah di bawah kurva normal.

5. Tentukan nilai probabilitas harapan kumulatif P(x) dengan rumus, sebagai berikut:

n i x

P( _i)= / _{... 2.17} dengan;

i = data ke- n = jumlah data

6. Tentukan nilai maksimum dari selisih absolut P(z) dan P(x) yaitu: maks | P(z) - P(x)| , sebagai nilai L hitung.

Tahap berikutnya adalah menganalisis apakah data observasi dalam n kali replikasi berdistribusi normal. Hipotesis yang diajukan adalah:

H0 : Sampel data observasi berasal dari populasi yang berdistribusi normal

H1 : Sampel data observasi berasal dari populasi yang tidak berdistribusi

normal

7. Memilih taraf nyata a, dengan wilayah kritik Lhitung > La(n). Apabila nilai

Lhitung < Ltabel , maka terima H0 dan simpulkan bahwa data observasi berasal

dari populasi yang berdistribusi normal.

b. Uji Homogenitas

Uji homogenitas bertujuan menguji apakah variansi error dari tiap level atau perlakuan bernilai sama. Alat uji yang sering dipakai adalah uji Bartlett. Namun uji Bartlett dapat dilakukan setelah uji normalitas terlampaui. Menghindari kesulitan dalam urutan proses pengolahan, maka alat uji yang dipilih adalah uji Levene Test. Uji Levene dilakukan dengan menggunakan analisis ragam terhadap selisih absolut dari setiap nilai pengamatan dalam sampel dengan rata-rata sampel yang bersangkutan (Permana, 2008).

Prosedur uji homogenitas Levene (Wijaya, 2000), sebagai berikut: 1. Kelompokkan data berdasarkan faktor yang akan diuji.

2. Hitung selisih absolut nilai pengamatan terhadap rata-ratanya pada tiap level.

3. Hitung nilai-nilai berikut ini:

a. _{Faktor koreksi}

n x

FK i

2 ) ( )

( =

å

………2.18

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

II-28

b. SS faktor =

(

)

FK

k x_i

-÷ ÷ ø ö ç

ç è æ

_å

2

………... 2.19

dengan;

k = banyaknya data pada tiap level

c. SS total =

(

å

y_i2

)

-FK………... 2.20

dengan;

yi = selisih absolut data hasil pengamatan dengan rata-ratanya untuk

tiap level

d. SS error = SStotal -SSfaktor……….. 2.21

Nilai-nilai hasil perhitungan di atas dapat dirangkum dalam sebuah daftar analisis ragam sebagaimana tabel 2.4 berikut ini.

Tabel 2.4 Skema umum daftar analisis ragam uji homogenitas Sumber

Keragaman df SS MS F

Faktor F SS(Faktor) SS(Faktor)/ Df

error faktor

MS MS

Error n-1-f SSe SSe / Df

Total n-1 SStotal

Sumber: Wijaya, 2000

1. Hipotesis yang diajukan adalah :

H0:

2 6 2 5 2 4 2 3 2 2 2

1 s s s s s

s = = = = =

H1: Ragam seluruh level faktor tidak semuanya sama.

2. Memilih taraf nyata α.

3. Wilayah kritik: F > F α (v1 ; v2)

c. Uji independensi

Salah satu upaya mencapai sifat independen dengan melakukan pengacakan terhadap observasi. Namun demikian, jika masalah acak ini diragukan maka dilakukan pengujian dengan cara memplot residual versus urutan pengambilan observasinya. Hasil plot ini memperlihatkan ada tidaknya pola tertentu. Jika ada pola tertentu, berarti ada korelasi antar residual atau

error tidak independen. Apabila hal tersebut terjadi, berarti pengacakan urutan eksperimen tidak benar atau eksperimen tidak terurut secara acak (Hicks, 1993).

2.4 PENELITIAN PENUNJANG

Sebagai penunjang suatu perancangan alat, diperlukan penelitian terdahulu sebagai acuan referensi. Metode atau langkah pengujian, alat uji yang dipakai, dan bahan spesimen yang diuji. Metode pengujian geser standar bahan komposit dengan metode lekukkan V-notch (90o) pada balok benda uji merupakan penelitian awal dari Iosipescu, 1967 yang kemudian menjadi acuan dalam standarisasi ASTM D5379-93 yang selanjutnya disempurnakan pada ASTM D5379-98.

Pada tahun 1967, Iosipescu mengeluarkan metode untuk menguji kekuatan geser untuk material logam. Proses pengujian menggunakan metode Shear Iosipescu sesuai dengan nama peneliti yang menerapkan pertama kali proses pengujian. Pada spesimen bahan uji, terdapat dua takik (V-notch) bersudut 90o (mirror atas bawah) pada sisi bagian tepi dari spesimen dengan tujuan untuk memudahkan terjadinya proses deformasi yang terjadi hanya pada satu titik atau garis. Desain alat uji dibuat asimetri dengan tujuan memudahkan proses pengujian dan untuk membedakan antara head penekan spesimen dan base penahan spesimen.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

II-30

Besar gaya yang bekerja secara berlawanan, besarnya P (P1 dan P2) vertikal sama dengan besarnya P (P1 dan P2) horizontal sehingga akan dihasilkan besaran

sxy konstan atau tetap selama proses penekanan benda uji (T). Kedalaman setiap kedudukan setara dengan seperempat dari tinggi total. Fixture uji geser tersusun dari dua buah bagian identik yang antisymmetrically penempatannya terhadap spesimen dan dikenakan pada bagian antara kepala mesin uji dengan spesimen benda uji (gambar 2.14). Penekanan ke arah bawah atau penarikan beban, tegangan geser yang seragam dikenakan atau ditujukan pada bagian yang berlekuk atau paling kritis, dari spesimen. Tegangan geser murni diverifikasi dengan metode dari fotoelastisitas.

Gambar 2.14 Pengujian geser Wyoming

Sumber: Hui, 2000

Walrath, D.E dan Adams (1983) memaparkan versi menurut mereka hasil dari uji geser Iosipescu untuk material berbahan komposit. Pada bagian yang bergerak pada fixture, terpasang bearing post (bearing bertipe linear motion) untuk menjaga kestabilan pergerakan pada saat pengujian (gambar. 2.14). Akibat dari pemakaian bearing post tadi adalah tidak mempertahankan dua bagian fixture yang antisymmetry. Jadi, antisymmetry dari dua bagian tidak dipertahankan. Versi ini kemudian diadopsi sebagai metode standar pengujian geser untuk bahan komposit dengan menggunakan metode V-notched beam. Versi ini juga kemudian diadopsi sebagai ASTM pada standarisasi internasional. Interaksi hasil pengujian antara spesimen dan tes fixture kemudian diselidiki oleh Odom dan kawan-kawan dimana mereka mengidentifikasi tiga masalah pada pengujian. Identifikasi pertama pada fixture tidak mampu digunakan atau memuat spesimen yang

asimetris. Identifikasi yang kedua spesimen mengalami puntiran dan pelenturan selama proses pengujian dan identifikasi yang ketiga adalah pada dua bagian dimungkinkan fixture mengalami pergeseran atau tidak sejajar (missalign) selama pengujian

Ifju, P.G (1994) juga mengeluarkan pendapat bahwa Wyoming uji geser tidak menghasilkan tegangan geser murni sebagaimana dibuktikan oleh adanya strain normal pada bagian yang kritis dari spesimen.

Gambar 2.15 Pengujian geser Idaho

Sumber: Hui, 2000

Conant dan Odom (1994) menemukan bahwa ketidakstabilan lateral spesimen adalah efek penyebab utama yang tidak diinginkan dalam pelaksanaan uji geser Wyoming (gambar 2.14). Setelah serangkaian pengujian menggunakan prototipe alat uji geser, para penulis ini merancang fixture uji geser Idaho (gambar 2.15). Pertama, memulihkan antisymmetry pada dua bagian dari fixture seperti yang ditentukan pada gambar 2.14. Kemudian mereka menggunakan dua batang fixture sebagai guide untuk membatasi fixture supaya bergerak dan memindahkan hanya sepanjang batang. Batang bergeser menyesuaikan linier atau arah bantalan yang bisa diperketat untuk mendapatkan zero-play untuk mencegah arah pengujian keluar dari arah atau linear pengujian, kemungkinan pergeseran arah

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

II-32

nonhomogen seperti kayu, lem, kertas dsb. Beban geser murni, sebuah spesimen pengujian mengalami deformasi geser jika susunan spesimen isotropik atau deformasi geser bertambah melebihi normal jika susunan spesimen anisotropik. Kesimpulannya penekanan horizontal diinduksi melalui batang panduan (gambar 2.15) dan ditujukan pada bagian paling kritis dari spesimen.

Gambar 2.16 Pengujian geser FPL

Sumber: Hui, 2000

Liu dan kawan-kawan (1999) kemudian merancang FPL fixture Pengujian geser (gambar 2.16), bagian konvensional terdiri dari bagian kanan atas dan bagian kiri bawah. Pada bagian kanan bawah dan bagian kiri atas adalah dua blok pengendalian saat proses pengujian dilakukan. Blok ini dirancang sebagai panduan dan arah menuju proses pengujian secara konvensional, kedua bagian dipasang batang yang mampu bergerak dengan menggunakan bantalan luncur sebagai media penggeraknya. Blok atas kiri merupakan bagian yang fix yang digunakan sebagai orientasi menuju bagian kiri bawah oleh dua batang vertikal dan untuk menuju bagian kanan atas oleh dua batang yang berkedudukan secara horizontal. Blok kanan bawah dipasang bersamaan dengan dua bagian yang dipasang sebelumnya. Desain FPL fixture mengatasi kendala dalam uji geser Idaho dan mempunyai fungsi sama dengan fixture Iosipescu, kecuali bahwa FPL fixture tidak terjadi twist (perputaran atau pembengkokan) atau misalign untuk spesimen dari bahan kayu atau bahan orthotropik lainnya.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Pada bab ini diuraikan secara sistematis mengenai langkah-langkah yang dilakukan dalam perancangan alat uji geser untuk bahan komposit serat alam. Sistematika menunjukkan bahwa hasil dari tiap tahapan menjadi masukan pada tahap berikutnya. Flowchart metodologi penelitian dapat dilihat pada gambar 3.1.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

III-2

3.1 IDENTIFIKASI MASALAH

Berdasarkan latar belakang di atas maka perumusan masalahnya adalah bagaimana merancang alat uji geser untuk pengujian material berbahan komposit serat alam, agar diperoleh spesifikasi ukuran dimensi alat yang dapat dioperasikan dilingkungan Laboratorium Pengendalian Kualitas Teknik Industri Universitas Sebelas Maret Surakarta. Pada tahap ini diawali dengan studi literatur, studi lapangan, penentuan tujuan penelitian dan menentukan manfaat penelitian. Langkah-langkah yang ada pada tahap identifikasi masalah tersebut dijelaskan pada sub bab berikut ini.

3.1.1 Studi Pustaka

Studi pustaka dilakukan untuk mendukung proses identifikasi masalah pada penelitian ini, yaitu merupakan perancangan alat uji geser untuk bahan spesimen komposit serat alam dengan memperhatikan aspek keterulangan hasil pengujian. Studi pustaka dilakukan untuk memperoleh informasi pendukung yang diperlukan dalam penyusunan laporan penelitian, yakni mempelajari literatur standarisasi pengujian geser untuk bahan komposit serat alam (ASTM D5379-98), literatur tentang alat uji geser, penelitian penunjang dan semua pelajaran yang berkaitan dengan masalah konsep pengujian geser sesuai standar yang telah dipilih dan disesuaikan. Pencarian informasi ini dilakukan dengan melalui internet, perpustakaan, sehingga diperoleh referensi yang digunakan untuk mendukung pembahasan perancangan ini.

3.1.2 Studi Lapangan

Penelitian dilakukan mulai bulan april – agustus 2010. Penelitian dilakukan di workshop tempat pembuatan alat uji geser dan di Laboratorium Material Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret yang digunakan untuk mengetahui dan mempelajari proses pengujian terhadap material melalui peragaan alat uji universal. Metode untuk mendapatkan data dilakukan dengan pengamatan langsung dan wawancara kepada penanggung jawab laboratorium material selaku pengguna alat uji universal. Setelah dilakukan penelitian, metode atau proses pengujian material diadaptasi untuk kemudian diterapkan dalam proses perancangan alat yang akan dibuatsehingga diharapkan dapat diaplikasikan sesuai alat uji standar menurut ASTM.

3.1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ditetapkan agar penelitian yang dilakukan dapat menjawab dan menyelesaikan rumusan masalah yang dihadapi. Adapun tujuan penelitian yang ditetapkan dari hasil perumusan masalah adalah menentukan konstruksi alat uji geser untuk menunjang terciptanya aspek keterulangan hasil pengujian dan melakukan pengujian alat uji geser terhadap karakteristik komposit serat alam dalam aspek keterulangan hasil pengujian.

3.1.4 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah menghasilkan alat uji geser dengan memperhatikan aspek keterulangan hasil pengujian terhadap spesimen.

3.2 TAHAP PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA

Pada tahap ini dilakukan pengumpulan dan pengolahan data yang digunakan untuk perancangan alat uji geser untuk bahan spesimen komposit serat alam dengan aspek keterulangan hasil pengujian yang dijelaskan pada sub bab berikut ini.

3.2.1 Pengujian Geser ASTM D5379-98

Data pengujian geser sesuai standar ASTM D5379-98 berupa prinsip kerja dan standar spesimen yang digunakan dalam pengujian. Pada tahap ini telihat jelas proses standar yang harus dilakukan dalam pengujian geser dan struktur material komposit serat alam yang dipilih sebagai spesimen uji geser beserta standar geometrinya.

3.2.2 Identifikasi Alat Uji Geser

Tahap identifikasi alat uji geser ini dilakukan melalui pengumpulan data yang digunakan untuk perancangan alat uji geser pada material berbahan dasar komposit serat alam. Data yang dikumpulkan pada penelitian ini adalah identifikasi alat uji geser, kebutuhan perancangan alat uji geser menurut kebutuhan pengguna (user) dan keperluan sesuai standar ASTM D5379-98 yang kemudian memunculkan parameter-parameter rancangan alat uji geser. Langkah-langkah yang ada pada proses pengumpulan dan pengolahan data dijelaskan pada

commit to user

BAB V

ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL

Pada bab ini membahas tentang analisis hasil pengujian yang telah dikumpulkan dan diolah pada bab sebelumnya. Pada bab ini diuraikan mengenai analisis pengujian geser komposit serat alam menggunakan alat uji geser. Analisis hasil tersebut diuraikan dalam sub bab dibawah ini.

5.1 ANALISA HASIL PENELITIAN

Analisis hasil penelitian perlu dilakukan untuk menelaah hasil yang telah diperoleh dari penelitian. Pada sub bab ini diuraikan mengenai analisis terhadap hasil pengumpulan dan pengolahan data penelitian.

5.1.1 Analisis Rancangan Alat Uji Geser

Rancangan alat uji geser dibuat dengan konsep perancangan berdasar identifikasi kebutuhan pengguna dan identifikasi kepeluan sesuai standar yang digunakan yaitu standar ASTM D5379-98. Kebutuhan rancangan alat uji geser berdasar pengguna didapat melalui hasil wawancara terhadap pengguna dalam hal ini Ketua Jurusan Teknik Industri Universitas Sebelas Maret Surakarta yang kemudian diterjemahkan menjadi variabel alternatif konsep untuk diambil sebagai fokus penelitian agar rancangan alat uji geser tetap memenuhi standar yang digunakan.

Proses perancangan alat uji geser dibuat sesuai rancangan ASTM D5379-98 (pengujian geser Iosipescu) namun memiliki perbedaan pada proses pergerakan

fixture ketika proses pengujian berlangsung. Jika pada rancangan ASTM

D5379-98 proses pengujian dilakukan dengan pembebanan secara vertikal, sedangkan rancangan alat uji geser yang peneliti buat bergerak secara melintang (horizontal). Proses desain hingga produksi pembuatan alat uji geser dibuat sesuai rancangan 3D desain konsep menggunakan software catia. Penggunaan softwarecatia untuk melakukan simulasi pergerakan fixture alat uji sangat membantu dalam menentukan kelancaran pergerakan pada saat proses pembebanan berlangsung, sehingga jika terjadi ketidaksesuaian dalam pergerakan maupun kendala teknis lain dapat diketahui lebih awal tanpa harus menunggu proses produksi.

commit to user

5.1.2 Analisis Bahan Penyusun Alat Uji Geser

Material yang digunakan sebagai penyusun part alat uji geser ditentukan melalui konstruksi dan perhitungan mekanika teknik. Part penyusun fixture alat uji geser terdiri dari delapan part utama, yaitu fixed grip, movable grip, base plate, adjustable jaw movable grip fix, Adjustable jaw movable grip, stopper, rail

dan bushing. Khusus pada bushing sebenarnya adalah bantalan gelinding dengan

pergerakan linear, namun mempertimpangkan biaya pembelian bantalan gelinding linear yang harganya relatif mahal akhirnya diganti menggunakan bushing dengan pemilihan material kuningan. Sedangkan pada pemilihan material rail, menggunakan jenis material baja perlakuan panas yang natinya material mendapat proses heatreatment karena rail mendapat besar pembebanan paling tinggi.

5.1.3 Analisis Spesimen Alat Uji Geser

Analisis spesimen alat uji geser dilakukan dengan pertimbangan banyaknya variansi yang dihasilkan dari pengujian geser karena spesimen standar yang digunakan masih mengalami beberapa pengerjaan sebelum siap untuk dilakukan pengujian.

1. Proses pemotongan spesimen.

Proses pemotongan spesimen menggunakan mesin potong yang digunakan untuk memotong material yang berbahan dasar serbuk kayu. Untuk setiap pemotongan sering didapatkan geometri atau ukuran potong spesimen yang berbeda-beda.

2. Proses pembuatan V-notch 90o.

Proses pembuatan V-notch 90o pada tiap sisi tepi spesimen menggunakan mesin miling yang dilakukan secara konvensional. Pembuatan V-notch 90o menggunakan jig fixture sederhana yang terbuat dari kayu yang digunakan sebagai dudukan spesimen ketika dicekam pada ragum mesin miling.

3. Proses penyimpanan spesimen.

Proses penyimpanan spesimen dilakukan dengan tujuan untuk menjaga dan mempertahankan karakteristik spesimen supaya tetap sama ketika spesimen awal atau pertama kali diujikan. Namun pada penelitian ini, spesimen disimpan pada plastik hitam dan diletakkan diruang terbuka tanpa diberi silica gel.

commit to user

5.1.4 Analisis Hasil Pengujian Geser

Proses pengujian alat uji geser dilakukan di Laboratorium Perencanaan dan Perancangan Produk (P3) Teknik Industri Universitas Sebelas Maret Surakarta. Tahap-tahap yang dilalui pada saat melakukan pengujian spesimen berurutan dan terus-menerus sama untuk tiap spesimen yang diujikan, dimulai dari setting awal

fixture alat uji geser, runningtest alat uji geser, proses pemasangan spesimen alat

uji geser hingga proses pengujian spesimen. Sebelum dilakukan proses pengujian, dilakukan trial alat tanpa menggunakan spesimen (pergerakan awal alat uji geser) untuk menstabilkan pergerakan alat uji secara keseluruhan dan untuk mengetahui pergerakan alat uji tanpa adanya beban yang mengenai alat uji ketika alat uji dioperasikan karena alat uji bergerak secara melintang horizontal.

Pengujian dilakukan menggunakan material medium density fiberbord

(MDF) keluaran PT Sumalindo sebagai spesimen yang dapat digunakan sebagai standar untuk mengetahui tingkat kepresisian alat uji geser. Dimensi awal material MDF adalah 2440 mm × 1220 mm × 12 mm kemudian dipotong-potong menjadi persegi panjang ukuran 76 mm × 20 mm x 12 mm.

Pengujian statistik diperlukan untuk mengetahui kemampuan alat uji geser apakah mampu membedakan beban yang diterima alat uji geser dari hasil pengujian terhadap spesimen komposit, dan apakah alat uji geser mampu menunjukkan hasil atau nilai kekuatan yang dihasilkan dari beberapa treatment

atau perlakuan yang dikenakan pada ketebalan spesimen. Dalam pengujian statistik, peneliti menggunakan uji ANOVA untuk menganilisa dua data, yaitu

shear load dan shear strength. Untuk shear load data langsung dapat ditampilkan

oleh weighting indicator sedangkan untuk shear strength didapat dari pembagian nilai shear load dengan luas bidang penekanan permukaan spesimen yang akan diuji. Sebelum diuji dengan ANOVA, data-data hasil pengujian perlu dilakukan pengujian karakteristik data yang terdiri dari uji normalitas, uji homogenitas, dan uji independensi. Setelah data memenuhi kriteria pengujian karekteristik diatas maka selanjutnya dilakukan pengujian ANOVA baik shear load maupun shear

strength.

Hasil pengujian statistik uji normalitas beban (load) uji geser menghasilkan nilai pada tiap-tiap ketebalan yang berbeda-beda. Pada ketebalan 12 mm

commit to user

didapatkan Lhitung 0.223, ketebalan 11 mm didapatkan Lhitung 0.093, pada

ketebalan 9 mm didapatkan 0.153. Nilai-nilai yang diperoleh dari uji normalitas pembebanan (load) lebih kecil daripada Ltabel 0.24 sehingga H0 diterima.

Sedangkan pada uji normalitas kekuatan (strength) uji geser didapatkan Lhitung

0.223 pada ketebalan 12 mm, ketebalan 11 mm didapatkan Lhitung 0.098, pada

ketebalan 9 mm didapatkan 0.172. Nilai-nilai yang diperoleh dari uji normalitas kekuatan (strength) lebih kecil daripada Ltabel 0.24 sehingga H0 juga diterima.

Pada uji homogenitas pembebanan (load) uji geser didapatkan nilai Fhitung

1.445 dan Fhitung kekuatan (strength) uji geser 1.988. Masing-masing Fhitung lebih

kecil dari Ftabel yang bernilai 3.10 yang berarti data yang dihasilkan bersifat

homogen. Syarat homogenitas adalah Fhitung harus lebih kecil daripada Ftabel.

Sedangkan pada uji independensi masing-masing jenis pengolahan data (pembebanan maupun kekuatan) diperoleh nilai residual yang tersebar di sekitar garis nol dan tidak membentuk pola khusus, sehingga dapat disimpulkan bahwa data hasil eksperimen memenuhi syarat independensi. Pengujian independensi eksperimen juga dilakukan dengan uji run test (uji deret) melalui sotfware SPSS. Berdasarkan pengujian independensi yang dilakukan menggunakan software

SPSS (uji run test) diperoleh nilai signifikansi sebesar 0,289 lebih besar dari taraf nyata yang dipilih yaitu a_{= 0,05, dengan demikian Ho diterima dan dapat} disimpulkan bahwadata observasi bersifat acak.

Pengujian analisis variansi (ANOVA) dilakukan terhadap pembebanan dan kekuatan geser untuk mengetahui apakah faktor ketebalan yang diteliti berpengaruh signifikan terhadap variabel respon tersebut. Dari hasil pengujian ANOVA terhadap pembebanan geser didapatkan nilai Fhitung sebesar 165.35 yang

berarti bahwa hasil pengujian pembebanan spesimen ditolak karena Fhitung lebih

besar daripada Ftabel yaitu 3.101 yang kemudian bisa ditarik kesimpulan bahwa

faktor ketebalan berpengaruh terhadap hasil pengujian pembebanan spesimen, sedangkan hasil pengujian ANOVA terhadap kekuatan geser didapatkan nilai

Fhitung sebesar 2.93 yang berarti bahwa hasil pengujian kekuatan spesimen

diterima karena Fhitung lebih kecil daripada Ftabel yaitu 3.101 yang kemudian bisa

ditarik kesimpulan bahwa faktor ketebalan tidak berpengaruh terhadap hasil pengujian kekuatan spesimen.

commit to user

5.2 INTERPRETASI HASIL ALAT UJI GESER

Hasil rancangan alat uji geser diperoleh dari identifikasi kebutuhan pengguna dan identifikasi keperluan alat yang mengacu pada standar ASTM D5379-98. Pengujian geser Iosipescu merupakan uji geser standar yang menjadi acuan dalam penentuan standarisasi ASTM D5379-98. Proses perancangan alat uji geser melalui tahap penentuan desain awal dan perhitungan konstruksi alat uji geser hingga pemilihan material maupun komponen-komponen penyusun alat uji geser. Hal ini menunjukkan bahwa rancangan alat uji geser dirancang dan dibuat berdasarkan standar pembuatan alat uji.

Interpretasi hasil rancangan alat uji geser setelah melalui pengujian statistik yang dilakukan terhadap pembebanan dan kekuatan alat uji geser menghasilkan output dan kesimpulan yang berbeda. Pada uji ANOVA pembebanan, dihasilkan output faktor ketebalan berpengaruh terhadap hasil pengujian pembebanan spesimen, sedangkan pada uji ANOVA kekuatan dihasilkan output faktor ketebalan tidak berpengaruh terhadap hasil pengujian kekuatan spesimen. Hal ini menunjukkan bahwa hasil rancangan alat uji geser yang dirancang dan dibuat sesuai konstruksi mampu digunakan untuk melakukan pengujian geser terhadap karakteristik komposit serat alam dalam aspek keterulangan hasil pengujian.

commit to user

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini menjelaskan tentang kesimpulan mengenai hasil pengujian geser dan hasil eksperimen untuk menentukan konstruksi alat uji geser komposit serat alam dan aspek keterulangan hasil pengujian dari alat uji geser yang dibuat. Sedangkan saran berisi tentang hal-hal yang harus dipertimbangkan untuk penelitian selanjutnya agar diperoleh perancangan alat uji geser komposit serat alam yang lebih baik.

6.1 KESIMPULAN

Bagian kesimpulan ini merupakan jawaban atas tujuan penelitian yang telah ditetapkan sebelumnya, berdasarkan hasil pengumpulan, pengolahan, dan analisis data yang telah dilakukan maka dapat ditarik kesimpulan, sebagai berikut:

1. Penelitian ini telah menghasilkan alat uji geser pada bahan komposit serat alam yang sesuai dengan standar ASTM D5379-98 tentang pengujian material dan alat uji geser telah memenuhi aspek keterulangan hasil pengujian.

2. Pengujian ANOVA terhadap hasil pengujian geser spesimen MDF menunjukkan alat uji geser telah memenuhi aspek keterulangan hasil pengujian.

6.2 SARAN

Saran yang disampaikan untuk pengembangan penelitian lebih lanjut, sebagai berikut:

1. Desain rancangan alat uji geser dapat dikembangkan pada sistem pergerakan atau kecepatan pembebanan fixture alat uji geser terhadap spesimen yang disesuaikan dengan standar ASTM D5379-98.

2. Penelitian selanjutnya, hasil dari pengujian geser dapat memberikan tampilan grafik dan record data sehingga dapat memberikan informasi yang lebih banyak bagi penelitian di area ini.