FINAL PROJECT Presented as Partial Fulfillment of the Requirements to Obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering

  

COMPOSITE MATERRIAL

FOR WINDMILL BLADE

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

to Obtain the Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

  by

  

Irenaeus Dian Kalpataru Andra Glupta

Student Number : 005214012

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2008

  

KOMPOSIT KAIN SEBAGAI BAHAN

BLADE KINCIR ANGIN

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

  

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

  Disusun oleh :

  

Irenaeus Dian Kalpataru Andra Glupta

005214012

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

  

FAKULTAS SAINS & TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2008

  

Persembahanku

K upersembahkan karya ini :

  Ø Tuhan Jesus K rist us jalan t erngku

  Ø K edua orang t ua t ercint a

  Ø K edua kakak dan adiku

  Ø Dan t ak lupa kepada dosen pembimbing, bapak Budi

  Set yahandana yang dengan amat sangat sabar mendampingi, memberi dorongan, dan membimbingku.

  Ø Some one Special ( dek ANNA )

  Ø Juga t eman t eman, baik dirumah maupun dikampus.

  Terima kasih Andra.

KATA PENGANTAR

  Penulis mengucapkan puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia dan rahmat-Nya yang telah diberikan, sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir dengan baik. Maksud dan tujuan penulisan tugas akhir ini adalah sebagai pemenuhan salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  Penulis dalam kesempatan ini mengucapkan banyak terima kasih atas bantuan, dukungan serta bimbingan yang diberikan selama proses penyusunan ini berlangsung dan akhirnya dpat terselesaikan. Oleh karena itu penulis menyampaikan terima kasis kepada :

  1. Yosef Agung Cahyanta, S.T.,M.T. Dekan Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

  2. Bapak Budi Setyahandana, S.T., M.T. Dosen Pembimbing yang telah membimbing dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

  3. Laboran Laboratorium Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah membantu proses penelitian penulis.

  4. Segenap Dosen dan Karyawan Jurusan Teknik Mesin FT-USD yang telah membantu dan selalu membimbing dalam masa perkuliahan.

  5. Keluarga besarku, Bapak-Ibu, kakak-adik terima kasih untuk semuanya.

  6. Dek Ana yang dengan sabar dan setia mendampingi dan mendukung, terimakasih sekali.

  7. Teman – teman semua yang tidak dapat disebutkan satu persatu, yang telah membantu banyak dalam tugas akhir ini.

  Semoga penulusan tugas akhir ini dapat berguna dan memberikan manfaat baik bagi penulis maupun pihak lain, sebagai ilmu pengetahuan dan informasi.

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................. i HALAMAN PENGESAHAN ................................................................. ii

HALAMAN PERNYATAAN ................................................................ iv

HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................. v

KATA PENGANTAR ............................................................................... vi

  4 2.2 Tarikan dan Tekenan...........................................................

  20 3.4 Analisa Hasil.......................................................................

  19 3.3 Metode Penelitian................................................................

  19 3.2 Alat......................................................................................

  19 3.1 Bahan...................................................................................

  18 BAB III Metodologi Penelitian .......................................................

  12 2.3 Radiasi Sinar UV.................................................................

  4 2.1 Komposit.............................................................................

  

INTISARI ...................................................................................................... vii

DAFTAR ISI ................................................................................................ viii

BAB I Pendahuluan ........................................................................

  3 BAB II Dasar Teori ...........................................................................

  2 1.5 Batasan Masalah..................................................................

  2 1.4 Manfaat penelitian...............................................................

  2 1.3 Tujuan Penelitian................................................................

  1 1.2 Rumusan Masalah...............................................................

  1 1.1 Latar Belakang Masalah.....................................................

  20

  BAB IV Analisis Data ........................................................................

  21 4.1 Pemilihan arah serat dan hasil uji awal...............................

  21 4.2 Hasil pembentukan komposit kain......................................

  23 4.3 Pembentukan benda uji.......................................................

  25 4.4 Hasil uji tarik.......................................................................

  28 BAB V KESIMPULAN ...................................................................

  33 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

  Kincir angin adalah teknologi energi yang paling cepat perkembangannya di dunia. Kapasitas instalasi global berkembang dari 2500 megawatt (MW) pada tahun 1992, menjadi 40.000 MW pada akhir 2003, dengan pertumbuhan rata-rata per tahun sebesar 30%. Ketertarikan terhadap energi angin semakin berkembang karena sebagian masyarakat semakin sadar tentang perlunya pengembangan energi yang bersih dan berkelanjutan di masa depan. Delapan puluh persen penduduk, sangat mendukung penggunaan sumber energi yang dapat diperbarui.

  Penggunaan angin sebagai sumber energi memiliki setidaknya dua keuntungan. Dari segi ekonomi, sumber energi ini mampu megurangi penggunaan bahan bakar minyak, serta menciptakan lapangan pekerjaan baru di bidang pembuatan dan pemeliharaan kincir angin, serta distribusinya. Di bidang lingkungan hidup, energi angin sangat ideal karena tidak menghasilkan polusi, tak memerlukan bahan bakar, tak menimbulkan efek rumah kaca, serta tak menghasilkan zat berbahaya dan sampah radioaktif. Setiap megawatt listrik yang dihasilkan kincir angin, mengurangi emisi 0,8 hingga 0,9 ton gas rumah kaca yang dihasilkan minyak dan batubara setiap tahunnya. Lahan yang dibutuhkan pun tak terlalu luas.

  Angin merupakan sumber energi potensial di masa depan ketika bahan bakar tradisional dari fosil semakin menipis, dan biaya penanggulangan polusi terhadap lingkungan semakin besar. Sistem energi masa depan akan dipicu oleh isu lingkungan, pembangunan ekonomi, pelaksanaan pembangunan, dan liberalisasi pasar. Dan selama dua dekade perkembangannya, energi angin mampu menunjukkaan dialah salah satu energi masa depan

  Sejalan dengan itu maka perlu dirancang suatu kincir angin yang efisien dan ekonomis. Salah satu bagian penting kincir angina adala h pisau kincir angin. Bagian ini dapat dibuat dari berbagai jenis bahan komposit. Komposit secara umum didefinisikan sebagai semua bahan termasuk plastik yang diperkuat dengan serat, logam alloy, keramik, kopolimer, plastik berpengisi atau apa saja campuran dua bahan atau lebih untuk mendapatkan suatu bahan yang baru. Ketahanan kincir angin berbahan komposit berkaitan dengan ketahanannya terhadap radiasi sinar ultraviolet dari matahari. Masing- masing bahan memiliki ketahanan yang berbeda- beda terhadap sinar ultraviolet sehingga perlu dilakukan penelitian lebih lanjut terhadap ketahanan masing- masing bahan komposit tersebut.

  1.2 Rumusan Masalah

  Berdasarkan latar belakang di atas maka rumusan masalah penelitian ini adalah:

  1. Bagaimanakah ketahanan bahan komposit pembentuk blade kincir angin

  2. Bahan komposit manakah yang memiliki ketahanan lebih besar

  1.3 Tujuan Penelitian

  Tujuan penelitian ini adalah:

  a. Mengetahui ketahanan bahan komposit pembentuk blade kincir angin

  b. Mengetahui bahan komposit manakah yang memiliki ketahanan lebih besar

  1.4 Manfaat Penelitian

  Dilaksanakan penelitian ini diharapkan dari hasil penelitian memberikan manfaat sebagai berikut :

  1. Memberikan konstribusi dan informasi dalam bidang ilmu bahan teknik khususnya komposit.

  2. Memberikan konstribusi pemikiran kepada para pembuat kincir angin mengenai ketahanan bahan-bahan yang dapat digunakan sebagai blade kincir.

1.5 Batasan Masalah

  Luasnya lingkup permasalahan dan keterbatasan kemampuan peneliti,dalam penelitian ini permasalahan hanya dibatasi pada :

  1. Bagian kincir yang diteliti hanyalah blade kincir angin

  2. Bahan blade kincir yang diteliti adalah komposit berjenis kain parasit, terpal, dan jean.

  3. Penelitian hanya sebatas untuk mengetahui seberapa ketahanan bahan komposit berdasarkan sifat kuat tarik saja.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Komposit

  Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material, dimana sifat mekanik dari material pembentuknya berbeda-beda. Dikarenakan karakteristik pembentuknya berbeda-beda, maka akan dihasilkan material baru yaitu komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari material- material pembentuknya.

  Perkataan komposit memberikan suatu pengertian yang sangat luas dan berbeda-beda mengikut situasi dan perkembangan bahan itu sendiri. Gabungan dua atau lebih bahan merupakan suatu konsep yang diperkenalkan untuk menerangkan definisi komposit. Walaupun demikian defenisi ini terlalu umum karena komposit ini merangkumi semua bahan termasuk plastik yang diperkuat dengan serat, logam alloy, keramik, kopolimer, plastik berpengisi atau apa saja campuran dua bahan atau lebih untuk mendapatkan suatu bahan yang baru.

  Kita bisa melihat definisi komposit ini dari beberapa tahap seperti yang telah digariskan oleh Schwartz :

  1. Tahap/Peringkat Atas Suatu bahan yang terdiri dari dua atau lebih atom yang berbeda bolehlah dikatakan sebagai bahan komposit. Ini termasuk alloy polimer dan keramik. Bahan-bahan yang terdiri dari unsur asal saja yang tidak termasuk dalam peringkat ini.

  2. Tahap/Peringkat Mikrostruktur Suatu bahan yang terdiri dari dua atau lebih struktur molekul atau fasa merupakan suatu komposit. Mengikuti definisi ini banyak bahan yang secara tradisional dikenal sebagai komposit seperti kebanyakan bahan logam. Contoh besi keluli yang merupakan alloy multifusi yang terdiri dari karbon dan besi.

  3. Tahap/Peringkat Makrostruktur Merupakan gabungan bahan yang berbeda komposisi atau bentuk bagi mendapatkan suatu sifat atau ciri tertentu. Dimana konstituen gabungan masih tetap dala m bentuk asal, dimana dapat ditandai secara fisik dan melihatkan kesan antara muka antara satu sama lain.

  Kroschwitz dan rekan telah menyatakan bahwa komposit adalah bahan yang terbentuk apabila dua atau lebih komponen yang berlainan digabungkan. Rosato dan Di Matitia pula menyatakan bahwa plastik dan bahan-bahan penguat yang biasanya dalam bentuk serat, dimana ada serat pendek, panjang, anyaman pabrik atau lainnya. Selain itu ada juga yang menyatakan bahwa bahan komposit adalah kombinasi bahan tambah yang berbentuk serat, butiran atau cuhisker seperti pengisi serbuk logam, serat kaca, karbon, aramid (kevlar), keramik, dan serat logam dalam julat panjang yang berbeda-beda didalam matriks.

  Definisi yang lebih bermakna yaitu menurut Agarwal dan Broutman, yaitu menyartakan bahwa bahan komposit mempunyai ciri-ciri yang berbeda untuk dan komposisi untuk menghasilkan suatu bahan yang mempunyai sifat dan ciri tertentu yang berbeda dari sifat dan ciri konstituen asalnya. Disamping itu konstituen asal masih kekal dan dihubungkan melalui suatu antara muka. Konstituen-konstituen ini dapat dikenal pasti secara fisikal.

  Dengan kata lain, bahan komposit adalah bahan yang heterogen yang terdiri dari dari fasa tersebar dan fasa yang berterusan. Fasa tersebar selalunya terdiri dari serat atau bahan pengukuh, manakala yang berterusannya terdiri dari matriks.

  Kemajuan kini telah mendorong peningkatan dalam permintaan terhadap bahan komposit. Perkembangan bidang sciences dan teknologi mulai menyulitkan bahan konvensional seperti logam untuk memenuhi keperluan aplikasi baru. Bidang angkasa lepas, perkapalan, automobile dan industri pengangkutan merupakan contoh aplikasi yang memerlukan bahan-bahan yang berdensity rendah, tahan karat, kuat, kokoh dan tegar. Dalam kebanyakan bahan konvensional seperti keluli,walaupun kuat ianya mempunyai density yang tinggi dan rapuh.

  Oleh sebab itu bahan komposit yang mempunyai gabungan sifat yang diperlukan seperti yang tertera pada tabel di bawah ini yang mulai mendapatkan perhatian untuk menggantikan bahan konvensional.

Tabel 2.1. Perbandingan sifat-sifat mekanikal antara bahan konvensional dan komposit

  Bahan Spesifik Kekuatan Kekuatan Modulus Modulus Grafity Tensile Spesifik Tensile Spesifik (Mpa) (MNm/kg) (Gpa) (MNm/kg)

  Keluli 7,2 103,4-206,8 14,4-28,7 82,7 11,5 Allumenium 2,7 55,2-179,3 20,4 68,9 25,5 Epoksi 1,2 41,0 34,2 4,5 3,8 Epoksi/Kevlor 1,4 650,0 646,3 40,0 28,6

  46(60%) Nylon 1,1 70,0 61,4 2,0 1,8 Nylon/Serat Kaca 1,5 207,0 138,0 14,0 9,3 (25%)

  Bahan komposit mempunyai beberapa kelebihan berbanding dengan bahan konvensional seperti logam. Kelebihan tersebut pada umumnya dapat dilihat dari beberapa sudut yang penting seperti sifat-sifat mekanikal dan fisikal, keupayaan (reliability), kebolehprosesan dan biaya. Seperti yang diuraikan dibawah ini :

  a. Sifat-sifat mekanikal dan fisikal Pada umumnya pemilihan bahan matriks dan serat memainkan peranan penting dalam menentukan sifat-sifat mekanik dan sifat komposit. Gabungan matriks dan serta dapat menghasilkan komposit yang mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahan konvensional seperti keluli.

  Bahan komposit mempunyai density yang jauh lebih rendah - berbanding dengan bahan konvensional. Ini memberikan implikasi yang penting dalam konteks penggunaan karena komposit akan mempunyai kekuatan dan kekakuan spesifik yang lebih tinggi dari bahan konvensional. Implikasi kedua ialah produk komposit yang dihasilkan akan mempunyai kerut yang lebih rendah dari logam. Pengurangan berat adalah satu aspek yang penting dalam industri pembuatan seperti automobile dan angkasa lepas. Ini karena berhubungan dengan penghematan bahan bakar.

• Dalam industri angkasa lepas terdapat kecendrungan untuk menggantikan komponen yang diperbuat dari logam dengan komposit karena telah terbukti komposit mempunyai rintangan terhadap fatigue yang baik terutamanya komposit yang menggunakan serat karbon. Kelemahan logam yang agak terlihat jelas ialah rintangan - terhadap kakisa yang lemah terutama produk yang kebutuhan sehari- hari. Kecendrungan komponen logam untuk mengalami kakisan menyebabkan biaya pembuatan yang tinggi. Bahan komposit sebaiknya mempunyai rintangan terhadap kakisan yang baik. Bahan komposit juga mempunyai kelebihan dari segi versatility - (berdaya guna) yaitu produk yang mempunyai gabungan sifat- sifat yang menarik yang dapat dihasilkan dengan mengubah sesuai jenis matriks dan serat yang digunakan. Contoh dengan menggabungkan lebih dari satu serat dengan matriks untuk menghasilkan komposit hibrid.

b. Sifat-sifat mekanikal dan fisikal Kebolehprosesan merupakan suatu kriteria yang penting dalam penggunaan suatu bahan untuk menghasilkan produk. Ini karena dikaitkan dengan produktivitas dan mutu suatu produk. Perbandingan antara produktiviti dan kualiti adalah penting dalam konteks pemasaran produk yang dipabrikasi. Selain dari itu kebolehprosesan juga dikaitkan dengan keberbagai teknik fabrikasi yang dapat digunakan untuk memproses suatu produk. Adalah jelas bahwa bahan komposit dibolehprosesan dengan berbagai teknik fabrikasi yang merupakan daya tarik yang dapat membuka ruang luas bagi penggunaan bahan komposit. Contohnya untuk komposit termoplastik yang mempunyai kelebihan dari segi pemrosesan yaitu ianya dapat diproses dengan berbagai teknik fabrikasi yang umum yang biasadigunakan untuk memproses termoplastik tanpa serat.

  c. Biaya Faktur biaya juga memainkan peranan yang sangat penting dalam membantu perkembangan industri komposit. Biaya yang berkaitan erat dengan penghasilan suatu produk yang seharusnya memperhitungkan beberapa aspek seperti biaya bahan mentah, pemrosesan, tenaga manusia, dan sebagainya. Komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu:

  1. Penguat (reinforcement), yang mempunyai sifat kurang ductile tetapi lebih rigid serta lebih kuat.

  2. Matriks, umumnya lebih ductile tetapi mempunyai kekuatan dan rigiditas yang lebih rendah.

  Secara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat yang digunakannya, yaitu:

  1. Fibrous Composites ( Komposit Serat ) Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat / fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa glass fibers, carbon fibers, aramid fibers (poly aramide), dan sebagainya. Fiber ini bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman.

  Matrik Fiber

Gambar 2.1. Fibrous Composites

  2. Laminated Composites ( Komposit Laminat ) Merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik sifat sendiri.

  Matrik Fiber Lamina

Gambar 2.2 Laminated Composites

  Laminate

  3. Particulalate Composites ( Komposit Partikel ) Merupakan komposit yang menggunakan partikel/serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya.

  Matrik Partikel

Gambar 2.3. Particulate Composite

  Serat Alam

  Serat alam dapat diperoleh dari tanaman pisang, bambu, nanas, rosella, kelapa, kenaf, dan lain- lain. Saat ini, serat alam mulai mendapatkan perhatian yang serius dari para ahli material komposit karena:

• • Serat alam memiliki kekuatan spesifik yang tinggi karena serat alam

  memiliki berat janis yang rendah.

• • Serat alam mudah diperoleh dan merupakan sumber daya alam yang

  dapat diolah kembali, harganya relatif murah, dan tidak beracun.

  Serat Sintetis

  Serat sintetis yang paling sering digunakan sebagai penguat komposit adalah serat polimer (resin). Secara umum resin sebagai penguat komposit dibagi menjadi dua yaitu:

  1. Resin Termoset Adalah perlu memilih bahan komposit yang cocok menurut sifat- sifatnya yang telah dijelaskan agar dapat memperkuat matriks dari komposit.

  Persyaratan di bawah ini perlu dipenuhi untuk pencetakan bahan kompsit: a. Resin yang dipakai perlu memiliki viskositas rendah, dapat sesuai dengan bahan penguat dan permeabel b. Dapat diukur pada temperatur kamar dalam waktu optimal.

  c. Mempunyai penyusutan yang kecil, pada pengawetan

  d. Memiliki kelengketan yang baik dengan bahan penguat e. Mempunyai sifat baik dari bahan yang diawetkan.

  Kenyataannya tidak ada bahan yang dapat memenuhi semua persyaratan di atas, tetapa pada saat ini paling banyak dipakai adalah poliester tidak jenuh.

Tabel 2.2 Beberapa Sifat Serat Unggul

  11

  c

  Di mana : ?

  ∂

=

∂ + ∂ − = ∂

  2 ) 1 (

  

V

τ

  V L L

  y ^{f f c R R f c f c} D L

  1.8 Hubungan antara penguat dan panjang serat ada beberapa rumus yang dapat dipergunakan Salah satu hubungan yang paling sederhana adalah:

  1.7 Agar temperatur deformasi termal dengan bahan kristal dapat dinaikkan.

  1.6 Supaya memiliki penyusutan cetakan lebih kecil dan ketelitian dimensi yang lebih baik

  2. Resin Termoplastik Berbagai resin dipergunakan, tetapi peningkatan kekuatan seperti pada resin termoset tidak dapat diharapkan. Hal yang perlu diperbaiki adalah:

  6

  Serat Kekuatan tarik (GN/M ² )

Perpanjangan

patah (%)

Masa Jenis

  40

  26

  30

  15 210 200

  7

  57

  350 400 75 200

  1,99 2,54 7,80 1,44 1,14 1,38

  

0,6

0,5

2,3

2,0

6,5

14,0

9,0

1,66

  1,8 3,2 3,5 3,2 0,9 1,1

  Jenis (MJ/kg) Karbon (dasar rayon viskus) Karbon*(Dasar PAN) Gelas (jenis E) Baja Kevlar Nilon 66 Poliester 2,0

  (g/cm ³ ) Modulus Young (GN/m ² ) Modulus

  : Kekuatan tarik barang yang dicr\etak Vf : Kadar serat dalam volum Vr : kadar resin dalam volum L : Panjang serat ? R : Kekuatan tarik resin Df : Dimater serat ? f : Kekuatan tarik serat Lc : panjang kritis dari serat t y : Kekuatan mulur geser pada antar muka serat dengan resin

2.2 Tarikan dan Tekanan

  1. Pembebanan batang secara aksial Kasus paling sederhana dimana sebatang logam dengan luas penampang konstan, dibebani melalui kedua ujungnya dengan sepasang gaya linier dengan arah saling berlawanan yang berimpit pada sumbu longitudinal batang dan bekerja melalui pusat penampang melintang masing- masing. Untuk kesetimbangan statis besarnya gaya- gaya harus sama. Apabila gaya-gaya diarahkan menjauhi batang, maka batang disebut di-tarik; jika gaya-gaya diarahkan pada batang, disebut di-tekan. Kedua kondisi ini digambarkan pada Gambar. 2.4.

  Dibawah aksi pasangan gaya-gaya ini, hambatan internal terbentuk didalam bahan dan karakteristiknya dapat dipelajari dari bidang potongan melintang disepanjang batang tersebut. Bidang ini ditunjukkan sebagai a-a di Gambar. 2.5(a). Jika untuk tujuan analisis porsi batang disebelah kanan bidang dipindahkan, seperti pada Gambar. 2.5(b), maka ini harus digantikan dengan sesuatu untuk memberikan efek pada porsi sebelah kiri tersebut. Dengan cara introduksi bidang potong ini, gaya-gaya internal awal sekarang menjadi gaya eksternal terhadap porsi sisa batang. Untuk kesetimbangan pada porsi sebelah kiri, efek ini harus berupa gaya horisontal dengan besar

  . Namun demikian, gaya P yang bekerja tegak-lurus (normal) pada

  P

  penampang melintang a-a ini secara aktual merupakan resultan distribusi gaya-gaya yang bekerja pada penampang melintang dengan arah normal.

  Disini sangat penting untuk membuat beberapa asumsi berkaitan dengan variasi distribusi gaya- gaya, dan karena gaya P bekerja pada penampang melintang maka secara umum diasumsikan bahwa gaya- gaya tersebut adalah seragam diseluas penampang.

  a

P P P P

  Tarik (a) a P P P P

  Tekan (b)

Gambar 2.4 arah gaya pembebanan Gambar 2.5 pembebanan aksial

  Pada batang

  2. Tegangan normal Daripada berbicara tentang gaya internal yang bekerja pada beberapa luasan elemen yang kecil, lebih baik, untuk tujuan perbandingan, kita memperlakukan gaya normal yang bekerja pada suatu unit luasan pada penampang melintang. Intensitas gaya normal per unit luasan disebut

  tegangan normal dan dinyatakan dalam unit gaya per unit luasan, misalnya

  2

  2

  lb/in , atau N/m . Apabila gaya-gaya dikenakan pada ujung-ujung batang sedemikian sehingga batang dalam kondisi tertarik, maka terjadi suatu

  tegangan tarik pada batang; jika batang dalam kondisi tertekan maka

  terjadi tegangan tekan. Perlu dicatat bahwa garis aksi dari gaya yang bekerja adalah me lalui pusat setiap bagian penampang melintang batang.

  3. Spesimen tes Pembebanan aksial seperti pada Gambar 2.5(a) sering terjadi pada problem rancang bangun kerangka struktur dan mesin. Untuk mensimulasikan pembebanan ini di laboratorium, suatu spesimen tes ditarik pada kedua ujungnya dengan mesin yang digerakkan secara elektrik atau hidrolik. Kedua jenis mesin ini umum dipakai dalam tes bahan di laboratorium.

  Dalam usaha standardisasi cara pengujian bahan, American Society of Testing Materials (ASTM) telah mengeluarkan spesifikasi yang sekarang telah umum digunakan. Dua diantaranya akan kita jelaskan disini; satu untuk plat logam dengan tebal lebih dari 4.76 mm (Gambar2.6) dan satu untuk logam dengan diameter lebih dari 38 mm (Gambar 2.7). Seperti terlihat dalam gambar, bagian tengah dari spesimen dibuat lebih kecil daripada bagian ujungnya sehingga kerusakan atau keruntuhan (failure) tidak terjadi pada bagian yang dipegang. Bagian pengecilan dibuat melingkar (rounded) untuk menghindari terjadinya konsentrasi atau mengumpulnya tegangan pada bagian transisi diimensi tersebut. Panjang standar dimana pertambahan panjang (elongation) diukur adalah 203 mm untuk spesimen seperti Gambar 2.6 dan 51 mm untuk spesimen seperti Gambar 2.7.

  Pertambahan panjang diukur secara mekanik maupun optik (ekstensometer) atau dengan melekatkan suatu tipe tahanan elektrik yang biasa disebut strain gage pada permukaan bahan. Tahanan strain gage berisi sejumlah kawat halus yang dipasang pada arah aksial terhadap batang. Degan pertambahan panjang pada batang maka tahanan listrik kawat-kawat akan berubah dan perubahan ini dideteksi pada suatu jembatan Wheatstone dan diinterpretasikan sebagai perpanjangan.

  203 mm 51 mm

Gambar 2.6 plat logam dengan Gambar 2.7 plat logam dengan tebal lebih dari 4.76 mm diameter lebih dari 38 mm

  4. Regangan normal Kita misalkan suatu spesimen telah ditempatkan pada mesin tes tekan-tarik dan gaya tarikan diberikan secara gradual pada ujung- ujungnya. Perpanjangan pada gage dapat diukur seperti dijelaskan diatas untuk setiap kenaikan tertentu dari beban aksial. Dari nilai- nilai ini, perpanjangan per unit panjang yang biasa disebut regangan normal dan diberi simbol dengan e, dapat diperoleh dengan membagi total pertambahan panjang ? l dengan panjang gage L, yaitu

  ∆ l

ε =

L

  Regangan biasanya dinyatakan meter per meter sehingga secara efektif tidak berdimensi.

  5. Kurva tegangan-regangan Sebagaimana beban aksial yang bertambah bertahap, pertambahan panjang terhadap panjang gage diukur pada setiap pertambahan beban dan ini dilanjukan sampai terjadi kerusakan (fracture) pada spesimen. Dengan mengetahui luas penampang awal spesimen, maka tegangan normal, yang dinyatakan dengan s , dapat diperoleh untuk setiap nilai beban aksial dengan menggunakan hubungan

  P

σ =

  A s s s

  U ? P B Y ? P ? P e e e

  O O O

  a b c

  s s Y ? e e

  O O e

1 O’

  d e

Gambar 2.8 kurva tegangan - regangan dimana P menyatakan beban aksial dalam Newton dan A

  2

  menyatakan luas penampang awal (m ). Dengan memasangkan pasangan nilai tegangan normal s dan regangan normal e, data percobaan dapat digambarkan dengan memperlakunan kuantitas-kuantitas ini sebagai absis dan ordinat. Gambar yang diperoleh adalah diagram atau kurva tegangan- regangan. Kurva tegangan-regangan mempunyai bentuk yang berbeda- beda tergantung dari bahannya. Gambar 2.8.a adalah kurva tegangan regangan untuk baja karbon- medium, Gambar 2.8.b untuk baja campuran, dan Gambar 2.8.c untuk baja karbon-tinggi dengan campuran bahan nonferrous. Untuk campuran nonferrous dengan besi kasar diagramnya ditunjukkan pada Gambar 2.8.d sementara untuk karet ditunjukkan pada Gambar 2.8.e.

  6. Baha n liat (ductile) dan bahan rapuh (brittle) Bahan-bahan logam biasanya diklasifikasikan sebagai bahan liat

  (ductile) atau bahan rapuh (brittle). Bahan liat mempunyai gaya regangan (tensile strain) relatif besar sampai dengan titik kerusakan (misal baja atau aluminium) sedangkan bahan rapuh mempunyai gaya regangan yang relatif kecil sampai dengan titik yang sama. Batas regangan 0.05 sering dipakai untuk garis pemisah diantara kedua klas bahan ini. Besi cor dan beton merupakan contoh bahan rapuh.

  7. Hukum Hooke Untuk bahan-bahan yang mempunyai kurva tegangan-regangan dengan bentuk seperti Gambar 2.8.a, Gambar 2.8.b, Gambar 2.8.c, dapat dibuktikan bahwa hubungan tegangan-regangan untuk nilai regangan yang cukup kecil adalah linier. Hubungan linier antara pertambahan panjang dan gaya aksial yang menyebabkannya pertama kali dinyatakan oleh Robert Hooke pada 1678 yang kemudian disebut Hukum Hooke.

  Hukum ini menyatakan

  E

σ = ε

  dimana E menyatakan kemiringan (slope) garis lurus OP pada kurva-kurva

  8. Modulus elastisitas Kuantitas E, yaitu rasio unit tegangan terhadap unit regangan, adalah modulus elastisitas bahan, atau, sering disebut Modulus Young. Nilai E untuk berbagai bahan disajikan pada Tabel 1-1. Karena unit regangan e merupakan bilangan tanpa dimensi (rasio dua satuan panjang), maka E

  2

  mempunyai satuan yang sama dengan tegangan yaitu N/m . Untuk banyak bahan-bahan teknik, modulus elastisitas dalam tekanan mendekati sama dengan modulus elastisitas dalam tarikan.

Tabel 2.3 Sifat-sifat bahan teknik pada 20°C

  Tegangan Koefisien Berat Modulus Young ekspansi Bahan maksimum Rasio spesifik Gpa 10e-6/°C Poisson ₃

kPa

KN/m

  I. Metal dalam bentuk papan, batang atau blok Aluminium campuran 27 70-79 310-550

  23

  0.33 Kuningan 84 96-110 300-590

  20

  0.34 Tembaga 87 112-120 230-380

  17

  0.33 Nikel 87 210 310-760

  13

  0.31 Baja 77 195-210 550-1400

  12

  0.30 Titanium

44 105-210 900-970 8-10

0.33 campuran

  II. Non-metal dalam bentuk papan, batang atau blok Beton 24

25 24-81

  11 Kaca 26 48-83 70 5-11

  0.23 III. Bahan dengan filamen (diameter < 0.025 mm) Aluminium oksida 38 690-2410 13800-27600

  25 450 6900 Barium carbide

345 7000-20000

Kaca

  22 980 20000 Grafit

  IV. Bahan komposit (campuran) Boron epoksi 19 210 1365

  4.5 Kaca-S diperkuat

  21 66.2 1900 epoksi

2.3 Radiasi Sinar Ultraviolet

  Sinar Ultraviolet (UV) merupakan radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang yang lebih pendek dari cahaya kasat mata namun lebih panjang dari sinar X lembut. Dinamakan ultraviolet karena spktrum sinarnya dimulai dengan sinar dengan panjang gelombang yang hampir sama dengan sinar warna ungu (violet).

  Sinar UV, yang mempunyai efek besar, memisahkan ikatan yang menyebabkan degradasi langsung pada bahan polimer. Absorbsi sinar UV menyebabkan terjadinya degradasi dan hilangnya kekuatan bahan. Ketahanan terhadap sinar UV merupakansalah satu ketahanan terhadap cuaca bagi material yang digunakan dalam areal terbuka.

  Kekuatan mekanik, kilap, dan warna adalah sifat-sifat yang dipengaruhi oleh sinar UV. Dalam pengujian pengaruh sinar UV akan memerlukan waktu yang cukup lama. Oleh karena itu dalam laboratoriuampengujian dipercepat dengan mempergunakan fedometer yang dapat memberikan cahaya, temperatur, dan kelembaban demikian juga weather-o-meter yang dapat memberikan cahaya, panas dan hujan sebagai tambahan. Cara pengujian ditentukan dalam JIS-k7102-1970, ASTM-D759- 1956 dan seterusnya dengan mempergunakan sumber cahaya yang berbeda.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

  3.1 Bahan

  Jenis penelitian yang dilakukan adalah eksperimental laboratorik dan dilakukan di Laboratorium Uji Material Fakultas Teknik, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Bahan yang digunakan sebagai pembentuk blade kincir dalam penelitian ini adalah bahan jeans (berbahan dasar kain), kain terpal (berbahan dasar pvc tarpaulin), dan kain parasit (berbahan dasar nilon taffeta) yang merupakan komposit.

  3.2 Alat

  Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

  a. Cetakan Kaca

  40 cm

  Frame dengan bahan karton

  30 cm 2,5 cm

  kaca

  2,5 cm

  Frame dengan bahan karton kaca

  2 mm 5 mm

  Gambar 3 . 1 : Gambar cetakan kaca

  b. Alat Potong Alat potong yang digunakan dalam pemotongan komposit adalah grinda potong.

  c. Mesin Uji Tarik

  3.3 Metode Penelitian

  Pesiapan bahan Jeans Terpal Parasit

  Penentuan arah serat terkuat Bahan tanpa lapisan resin bahan dengan dilapisi resin

  Pembentukan benda uji Uji Tarik

  Analisis Data Kesimpulan

  Gambar 3 . 2 Metode Penelitian

  3.4 Analisa Hasil

  Variable yang diamati dalam penelitian ini adalah komposit kain terhadap bahan kincir sehingga dilakukan dua kali pengukuran kekuatan bahan ( kuat tarik ) yaitu kekuatan awal dan kekuatan komposit kain.

BAB IV ANALISIS DATA

4.1 Pemilihan arah serat kain dan hasil pengujian awal.

  Sebelum dilakukan pengujian awal, kain dibentuk menjadi benda uji dengan dua arah serat yang berbeda, yang bertujuan untuk mengatahui arah serat yang terkuat. Benda uji tersebut disajikan dalam tiga uk uran yaitu ; A kecil = benda uji ukuran kecil ( l = 30 mm , t = 100 mm ) dengan arah tarikanserat sejajar (A) A besar = benda uji ukuran besar ( l = 60 mm , t = 200 mm ) dengan arah tarikan serat sejajar (A) B kecil = benda uji ukuran kecil ( l = 30 mm , t = 100 mm ) dengan arah tarikan serat melintang (B) Setelah ditentukan arah serat kain, maka dilakukan pembuatan benda uji dan dilakukan pengujian dengan perumusan sebagai berikut : o

  A = l x t o

  = F/ A

  s o e = ?L / L

  A = luas penampang l = lebar t = tebal s = Tegangan F = Gaya

  e = Regangan ? L = pertambahan panjang L = panjang awal

  Serhingga diperoleh hasil sebagai berikut:

  1. Bahan kain jeans

Tabel 4.1. Hasil uji tarik kain jeans sebelum diberi resin untuk menentuan arah serat

  bahan Luas Panjang Pertambahan

kain Lebar Tebal Penampang Awal Gaya Panjang Tegangan Regangan

₂ (mm) (mm) (kg) (kg/mm ) (%) jeans (mm) (mm) (mm) A

besar 60,00 0,95 57,00 100 95,60 47,00 1,68 47,00

A

kecil 30,00 0,95 28,50 100 57,00 20,00 2,00 20,00

B

  30,00 0,95 28,50 100 38,20 31,00 1,34 31,00 kecil

  2. Bahan kain terpal

Tabel 4.2. Hasil uji tarik kain terpal sebelum diberi resin untuk menentuan arah serat

  bahan Luas Panjang Pertambahan

kain Lebar Tebal Penampang Awal Gaya Panjang Tegangan Regangan

₂ terpal (mm) (mm) (mm) (mm) (kg) (mm) (kg/mm ) (%) A

besar 60,00 1,15 69,00 100 105,60 40,00 1,53 40,00

A

kecil 30,00 1,15 34,50 100 66,40 16,00 1,92 16,00

B

kecil 30,00 1,15 34,50 100 30,60 24,00 0,89 24,00

  3. Bahan kain parasut

Tabel 4.3. Hasil uji tarik kain parasut sebelum diberi resin untuk menentuan arah serat

  bahan Luas Panjang Pertambahan Lebar Tebal Gaya Tegangan Regangan kain Penampang Awal Panjang ₂

parasut (mm) (mm) (mm) (mm) (kg) (mm) (kg/mm ) (%)

  A

besar 60,00 0,80 48,00 100 96,10 60,30 2,00 60,30 A 30,00 0,80 24,00 100 29,60 11,00 1,23 11,00 kecil B

kecil 30,00 0,80 24,00 100 9,70 23,00 0,40 23,00 dari hasil pengujian awal tersebut, maka dapat dipilih tipe kain dengan benda uji ukuran kecil dengan arah serat kain A ( arah tarikan sejajar serat kain ). Karena memiliki gaya dan pertambahan panjang yang besar, dan dari (Tabel 4.1), (Tabel 4.2), (Tabel 4.3) nampak bahwa kain jeans memiliki tegangan paling besar, disusul terpal dan parashut.

4.2 Hasil pembent ukan komposit kain

  Setelah diketahui arah serat yang paling kuat, kemudian dilakukan pembuatan komposit dengan menggunakan reisin justus 108 ( bening super ) dengan katalis 5% per cetakan untuk mempercepat proses pengerasan komposit yang kemudian ditua ng dalam cetakan kaca kemudian ditunggu sampai mengeras dengan durasi waktu ± 6 – 8 jam. Dan diperoleh hasil sebagai berikut:

  Gambar. 4. 1 Hasil cetakan komposit jeans Gambar. 4. 2 Hasil cetakan komposit parasut Gambar. 4. 3 Hasil cetakan komposit terpal

4.3 Pembentukan benda uji dan hasil uji tarik

  Dalam mencari data kekuatan masing – masing komposit, maka terlebih dahulu komposit dibentuk menjadi benda uji. Kemudian ditantukan lebar, panjang, tebal dan luas penampang. Sehingga diperoleh hasil sebagai berikut :

1. Komposit jeans

  30.50

  29.10

  No Lebar (mm) Tebal (mm) Luas penampang (mm) j.1

  29.55 3.40 100.47 Gambar 4. 4 Benda uji komposit jeans

  j.6

  97.82

  3.35

  29.20

  j.5

  98.94

  3.40

  j.4

  2.95

  Tabel 4. 4 Ukuran hasil pomotongan benda uji komposit jeans

  3.00

  29.15

  j.3

  89.39

  2.95

  30.30

  j.2

  89.98

  87.45

  2. Komposit terpal

  76.85

  30.00

  2.60

  78.00

  p.2

  30.50

  2.65

  80.83

  p.3

  29.00

  2.65

  p.4

  No Lebar (mm)

Tebal

(mm)

  30.75

  3.20

  98.40

  p.5

  28.55

  3.05

  87.08

  p.6

  27.15

  3.20

  Luas penampang (mm) p.1

  Tabel, 4. 6 Ukuran hasil pomotongan benda uji komposit parasut

  Tabel, 4. 5 Ukuran hasil pomotongan benda uji komposit terpal

  32.15

  No Lebar (mm)

Tebal

(mm)

  Luas penampang (mm) t.1

  32.90

  1.25

  41.13

  t.2

  32.15

  1.40

  45.01

  t.3

  0.90

  3. Komposit parasut

  28.94

  t.4

  31.75

  3.10

  98.43

  t.5

  31.45 3.20 100.64

  t.6

  31.95

  3.00

  95.85 Gambar 4. 6 Benda uji komposit jeans

  86.88 Gambar 4. 6 Benda uji komposit jeans pada Gambar 4.4 sampai dengan Gambar 4.6 dan dari hasil pengukuran dapat terlihat dengan jelas bahwa menghasilkan ukuran yang berbeda beda, hal tersebut disebabkan oleh faktor pemotongan yang dilakukan secara manual. Sehingga didapat hasil yang berbeda walaupun dengan selisih yang kecil, dan hasil pemotongan dan pembentukan yang kurang maksimal dibandingkan dengan mesin pemotong yang terprogram ukurannya.

  Oleh karena itu, nantinya sudah dapat dipastikan bahwa hasil yang akan diperoleh pada saat uji tarik akan berbeda beda walaupun pada jenis komposit yang sama. Hal ini juga bisa disebabkan oleh permukaan yang tidak rata, dan benda uji yang teroksodasi pada saat pelapisan dengan reisin pada cetakan, sehingga menghasilkan golembung udara pad benda uji.

4.4 Hasil uji tarik

  Disini akan disajikan gambar benda uji yang telah menga lami pengujian tarik dan disajikan pula data hasil pengukuran tegangan uji tarik dengan menggunakan perumusan : o

  A = l x t o

  = F/ A

  s o

  = ?L / L e A = luas penampang l = lebar t = tebal

  = Tegangan

  s F = Gaya

  = Regangan

  e ?L = pertambahan panjang L = panjang awal

  1. jeans

Gambar 4.7 Hasil uji tarik komposit jeans Table 4. 7 Hasil uji tarik komposit jeans

  

Luas Panjang Pertambahan

Lebar Tebal Gaya Tegangan Regangan

Penampang Awal Panjang NO ₂

(mm) (mm) (mm) (mm) (kg) (mm) (kg/mm ) (%)

  J.1 30,50 2,95 89,98 97 155,10 1,70 1,72 1,75 J.2 30,30 2,95 89,39 97 178,50 2,00 2,00 2,06 J.3 29,15 3,00 87,45 97 108,50 0,90 1,24 0,93 J.4 29,10 3,40 98,94 97 256,10 1,00 2,59 1,03 J.5 29,20 3,35 97,82 97 288,60 2,20 2,95 2,27 J.6 29,55 3,40 100,47 97 279,20 2,10 2,78 2,16

_{Grafik Uji Tarik Komposit Jeans}

_{2 ) 2,50 3,00} 3,50 _{Tegangan (kg/mm 1,50 1,00} 2,00 _{Series1 0,00} 0,50 _{1 2 3 Spesimen 4 5 6} Gambar 4.8. Grafik uji tarik komposit jeans

  pada gambar 4.7, tabel 4.7 dan gambar 4.8 dapat dilihat bahwa benda uji komposit jeans pada specimen 5 (lima) memiliki tegangan paling besar yaitu

  2

  2,95 kg/mm , dan kemudian diikuti oleh specimen 6, 4, 2, 1, 3. Resin dapat merekat kuat sampai jangka waktu yang lama, karena kainjeans memiliki pori posi yang banyak dan lapisan resin dapat menembus serat kain

2. Parashut

  Gambar, 4.9 Hasil uji tarik komposit parasut Table 4. 8 Hasil uji tarik komposit parashut

  

Luas Panjang Pertambahan

Lebar Tebal Penampang Awal Gaya Panjang Tegangan Regangan NO ² (mm) (mm) (mm) (mm) (kg) (mm) (kg/mm ) (%)

  

P.1 30,00 2,60 78,00 97 228,30 1,40 2,93 1,44

P.2 30,50 2,65 80,83 97 211,40 1,30 2,62 1,34

P.3 29,00 2,65 76,85 97 205,90 1,50 2,68 1,55

P.4 30,75 3,20 98,40 97 303,50 3,40 3,08 3,51

P.5 28,55 3,05 87,08 97 196,60 1,70 2,26 1,75

P.6 27,15 3,20 86,88 97 309,10 3,20 3,56 3,30

_{3,00 3,50 4,00}

Grafik Uji Tarik Komposite Parasit