PERBANDINGAN KEKUATAN TEKAN KOMPOSIT SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) DENGAN SERAT GLASS FIBER REINFORCED PLASTIC (GFRP)
TUG AS AKHIR
PERBANDINGAN KEKUATAN TEKAN KOMPOSIT SERAT
TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) DENGAN
SERAT GLASS FIBER REINFORCED PLASTIC (GFRP)
Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Dari Syarat-Syarat Yang Diperlukan Guna
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Disusun oleh :
IRWANDI
Nim : 06C10202014 Jurusan : Teknik Mesin Bidang : Teknik Pembentukan Dan Material
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS TEUKU UMAR
DAFTAR ISI
Halaman :
LEMBARAN JUDUL........................................................................................ .. i
LEMBAR TUGAS............................................................................................... ii
LEMBAR PERSETUJUAN............................................................................... . iii
LEMBAR PENGESAHAN................................................................................. iv
LEMBAR PENGESAHAN JURUSAN............................................................. . v
LEMBAR PENGESAHAN FAKULTAS........................................................... vi
KATA PENGANTAR......................................................................................... . vii
ABSTRAK............................................................................................................. x
DAFTAR ISI ......................................................................................................... xi
DAFTAR TABEL................................................................................................ . xiv
DAFTAR GAMBAR........................................................................................... . xv
BAB I : PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang .........................................................................................
1 1.2. Batasan masalah.................................................................................... ....
3 1.3.Tujuan Penelitian...................................................................................... .
3 1.4. Manfaat penelitian.....................................................................................
4 BAB II : TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Material Komposit.....................................................................................
5 2.1.1.Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS).............................. .....
6 2.1.2.Serat Fiber.........................................................................................
7 2.1.3.Polyerter Resin Tak Jenuh.................................................................
8 xi
2.1.4. Katalis Mekpo (Methyl Ethyl Keton Peroksida)................................
9
2.2. Teknik Pembutan Material Komposit........................................................ 10
2.3. Uji Tekan Satik.......................................................................................... 11
2.3.1.Respon Material Akibat Beban Tekan Statik.................................. 12
2.3.2. Hubungan Tegangan Dan Regangan................................................. 14
2.3.3. Persamaan Tegangan Dan Regangan................................................ . 15
BAB III : METODE PENELITAN
3.1. Tempat Dan Waktu..................................................................................... 17
3.1.1.Tempat... ............................................................................................ 17
3.1.2.Waktu.................................................................................... ............ 17
3.2. Serat..................................................................................................... 18
3.2.1. Bahan Pembuatan Sempel Uji Tekan............................................... 18
3.2.1.1.Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)................................. 18
3.2.1.2. Serat GFRP................................................................................... 18
3.2.2.Polyester Resin tak jenuh................................................................... 19
3.2.3.Katalis MEKPO................................................................................. 19
3.2.4.Pelumas.............................................................................................. 20
3.3. Alat-alat yang digunakan.......................................................................... .. 20
3.3.1. Timbangan Digital........................................................................... 20
3.3.2. Alat Ukur volume................................................................. ........... 21 3.3.3. jangak sorong................................................................................... 21
3.3.4.Cetakan Spesimen............................................................................. 22
3.3.5.Ukuran dan Dimensi Spesimen........................................................ 22
3.4.Prosedur Pembuatan Spesimen Uji Tekan.................................................. 23
3.5. Metode pembuatan spesimen Uji Tekan................................. .................. 23
3.6. Alat Uji Tekan........................................................................................... 25
3.6.1.Persipan Pengujian.................................................... ....................... 26
3.6.2. Kerangka Konsep.......................................................................... .. 27
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pembuatan Spesimen Uji Tekan................................................................ 28 4.1.1.pembuatan sempel... .......................................................................... 28
4.2. Hasil Pengujian Tekan............................................................................... 29
4.2.1. Hasil Pengujian Serat GFRP............................................................ 30
4.2.2. Hasil Pengujian Serat TKKS........................................................... . 33
BAB V : PENUTUP
5.1. Kesimpulan........................... ..................................................................... 40
5.2.Saran... ........................................................................................................ 41
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN-LAMPIRAN
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman: Tabel 2.1. Para Meter Tipikal TKKS per kg.................................................. ........7 Tabel 2.2. Karakteristik Mekanik Polyester Resin Tak Jenuh .............................
9 Tabel 3.1. Kegiatan Penelitian..............................................................................
17 Tabel 3.2. Peralatan Dan Material Yang Digunakan............................................
22 Tabel 4.1. Hasil Grafik Serat Fiber Glass...........................................................
37 Tabel 4.2. Hasil Grafik Serat Fiber TKKS.........................................................
37
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman:Perubahan Benda
Gambar 2.1. ....................................................................... .......... 11Gambar 2.2.Pengujian Beban Tekan Pada Batang Spesimen................................ 13 Gambar 2.3.Kurva Tegangan Dan Regangan........................................................
15 Gambar 3.1.Serat TKKS........................................................................................ 18 Gambar 3.2.SeratGFRP.........................................................................................
18 Gambar 3.3.Resin Unsaturated Polyester BQTN-157......................................... 19 Gambar 3.4.Katalis MEKPO.................................................................................
19 Gambar 3.5. Mirror................................................................................................ 20 Gambar 3.6. Timbangan Digital............................................................................
21 Gambar 3.7.Gelas Ukur......................................................................................... 21
Gambar 3.8. Jangka Sorong................................................................................... 21Gambar 3.9. Cetakan Spesimen Uji Tekan............................................................ 22Gambar 3.10.Ukuran dan dimensi Spesimen Uji Tekan........................................ 22
Gambar 3.11. penimbangan serat.......................................................................... 24 Gambar 3.12. Campuran Polyerter Resin Dengan Serat.......................................24 Gambar 3.13. Proses Penuangan Kedalam Cetakan.............................................. 25
Gambar 3.14. kerangka konsep.............................................................................. 27 Gambar Gafik Serat GFRP no1.............................................................................30 Gambar Gafik Serat GFRP no 2........................................................................
31 Gambar Gafik Serat GFRP no 3........................................................................
31 Gambar Gafik Serat GFRP no 4........................................................................
32 Gambar Gafik Serat GFRP no 5........................................................................
33 Gambar Gafik Serat TKKS no1.........................................................................
34 xv
Gambar Gafik Serat TKKS no 2..........................................................................
34 Gambar Gafik Serat TKKS no 3..........................................................................
35 Gambar Gafik Serat TKKS no 4..........................................................................
36 Gambar Gafik Serat TKKS no 5..........................................................................
36
PERBANDINGAN KEKUATAN TEKAN KOMPOSIT SERAT TANDAN KOSONG
KELAPA SAWIT (TKKS) DENGAN SERAT GLASS FIBER REINFORCED
PLASTIC (GFRP)
Irwandi
JURUSAN TEKNIK MESIN FAK ULTAS TEKN IK UNIVERSITAS TEUK U UMAR.
Abstrak
Dari data statistik angka pertumbuhan k elapa sawit Di Indonesia sebesar 0,91% .denganpertumbuhan produk si sebesar1,84% TKKS merupak an limbah padat industri minyak k elapa sawit dengan
potensi sebesar ±2,5 juta ton pertahun. Pemanfaatan tandan k osong k elapa sawit selama ini hanya sebagai
pupuk alami, selebihnya dibuang, dibak ar yang mengakibatkan pencemaran lingk ungan. Tujuan dari
penelitian ini pemanfaatan limbah TKKS menjadi material baru dan mendapatk an Perbandingan k ekuatan
tekan statik material dari bahan k omposit serat tandan k osong k elapa sawit (TKKS) Dengan Serat Glass
Fiber Reinforced Plastic (GFRP) . penelitian ini menggunakan alat uji tekan statik Servo Fulser dengan
standart uji ASTM D 1621-00 hasil penelitian ini diperoleh gaya tek an Rata-Rata Pada Serat GFRP F
2sebesar dalam tegangan (σ) 17,1614768 (N/mm ), regangan ( ɛ) diperoleh 0,498026 mm, dan modullus
elastisitas (E) 168,77408 Mpa. Sedangk an hasil sempel Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) satu
2 sampai lima, nilai rata-rata Tegangan ( ), Regangan (σ) 65,460074 (N/mm ɛ) 0,073296 mm, Modulus
Elastisitas (E) 926,34992 (MPa). Dari k edua jenis sempel tersebut dapat terlihat perbedaan hasil pengujian
pada masing – masing Tegangan (σ), Regangan (ɛ), dan Modulus Elastisitsanya (E).
Kata kunci TKKS, limbah padat, Perbandingan kekutan Tekan Serat TKKS Dengan GFRP,
: servo fulser, gaya tekan, tegangan, regangan, modulus elastisistas.BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) merupakan limbah padat industri minyak kelapa sawit dengan potensi sebesar ±2,5 juta ton per tahun, yang dewasa ini hanya dibuang di tempat, atau dibakar sehingga menimbulkan pencemaran lingkungan.[1] Salah satu usaha dalam mengatasi hal tersebut adalah memanfaatkannya untuk pembuatan material baru. polimer adalah salah satu ilmu bidang pengetahuan yang terbuat dari bahan-bahan polimer seperti polyester, epoksi, dan komposit berdasarkan sifat mekanik dari bahan yang akan kita gunakan. Salah satunya adalah Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS).[2]
Selain itu penggunaan serat alami dari serat tandan kosong kelapa sawit memiliki alasan lain yaitu, Indonesia merupakan penghasil perkebunan kelapa sawit terbesar di dunia, Menurut Badan Pusat Statistik (BPS) luas perkebunan kelapa sawit di Indonesia pada tahun 2010, adalah 8.385.349 hektar dan jumlah total produksinya kelapa sawit Indonesia sebesar 21.958.394 hektar dan jumlah total produksinya kelapa sawit sebesar 21.958.120 ton. sedangkan pada tahun 2011, BPS memperkirakan luas perkebunan kelapa sawit indonesia adalah 8.908.399 hektar dan jumlah total produksi kelapa sawit sebesar 23.096.541 ton. Tahun 2012 BPS juga memperkirakan perkebunan kelapa sawit Indonesia adalah 9.271.039 hektar dan jumlah produksi sawit sebesar 23.521.071 ton. Berdasarkan nilai tersebut yang dapat diketahui bahwa limbah yang dihasilkan perkebunan atau industri cukup besar[3].
Dengan banyaknya tandan kosong kelapa sawit di Aceh Barat menjadikan
satu permasalahan yang belum terselesaikan dengan baik hingga sekarang, Dan
selama ini hanya dianggap limbah oleh pabrik-pabrik pengolahan minyak kelapa
sawit yang ada di Aceh Barat. Dengan demikian diperlukan adanya penanganan
alternatif yang kreatif dan inovatif untuk menjadikan limbah TKKS dapat
dikembalikan ke alam secara aman atau mengolahnya kembali menjadi produk
yang berdaya guna.Dalam rangka pemanfaatan serat tandan kosong kelapa sawit sebagai serat
alam (natural fibers) sebagai material temuan untuk bahan baku industrial
material komposit,dipandang perlu untuk mempelajari kemungkinan serat TKKS
pada pembuatan material komposit. Komposit serat alam memiliki keunggulan
lain dibandingkan serat gelas atau serat kaca. Sedangkan serat alam lebih ramah
lingkungan karena mampu terdegradasi secara alami dan harganya pun lebih
murah dibandingkan dengan serat gelas.Kurangnya pemanfaatan terhadap Serat Tandan Kosong Kelapa sawit dewasa ini disebabkan kurangnya wawasan dan keperdulian kita terhadap TKKS yang selama ini hanya dianggap limbah oleh masyarakat dan pemerintah kita, dan juga karena belum ada peralatan yang dapat digunakan untuk mengolah serat tandan kosong kelapa sawit menjadikan suatu produk jadi yang lebih bernilai ekonomis. Namun demikian sebelum kita memanfaatkan serat TKKS, terlebih dahulu kita harus mengetahui kekuatan Tekan, Impak, Tarik Dan Bending, suatu produk yang akan kita hasilkan sebelum kita memasarkannya. Dalam penelitian ini penulis hanya akan melakukan pengujia n Tekan saja.
Dari hasil pengujian tekan kita bisa membandingkan dan mengetahui Kekuatan, Ketahanan dan Umur suatu material komposit dengan Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) dan serat Glass Fiber Rainforced Plastic (GFRP).
Sehinga kita bisa menjadikannya suatu produk jadi dengan bahan baku dari limbah alam serat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS).
1.2. Batasan Masalah
Pada penelitian ini masalah dibatasi oleh 1.
Penelitian ini hanya untuk menguji kekutan tekan material komposit serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS), dengan komposisi serat TKKS 10% katalis 10% dan resin 80%.
2. Pengujian kekuatan tekan material komposit dari serat Glass Fiber
reinforced plastic (GFRP) dengan komposisi serat GFRP 10% katalis
10% dan resin 80%, dengan pengujian menggunakan alat uji servo pulser pada kedua sempel tersebut.
1.3. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Untuk memanfaatkan limbah Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) sebagai bahan penguat komposit.
2. Untuk mengetahui perbandingan kekuatan tekan dari material komposit
1.3. Manfaat Penelitian
Peda penelitian ini ada beberapa manfaat dari penelitian ini yaitu : 1. Memanfaatkan limbah Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) menjadikan suatau produk, dengan bahan baku yang ramah lingkungan dan menjadikan lebih bernilai ekonomis.
2. Mencari tahu perbandingan kekuatan tekan Serat Tandan Kosong Kelapa
Sawit (TKKS) dan Serat Glass Fiber Reinforced Plastik (GFRP), Sebelum dijadikan suatu produk jadi.
5
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Material Komposit
Material komposit terdiri dari dua bagian utama diantaranya : (1) matriks dan (2) penguat (reinforcement). Material komposit ini menghasilkan sebuah material baru dengan sifat-sifat ataupun karaktreristik yang masih di dominasi oleh sifat-sifat material pembentuknya. sehingga pemilihan jenis material yang tepat menggunakan jenis material komposit disebabkan oleh kekuatan matriknya lebih baik akibat hubungan antara dua atau lebih material penyusunnya.[3]
Polimer adalah salah satu ilmu bidang pengetahuan yang terbuat dari bahan-bahan polimer seperti polyester, epoksi, dan komposit berdasarkan sifat mekanik dari bahan yang akan kita gunakan. Salah satunya adalah tandan kosong kelapa sawit. Serat TKKS ialah serat alami yang terbuat dari tandan kosong kelapa sawit yang merupakan limbah hasil proses pengolahan pabrik kelapa sawit. Pada penelit ian ini serat TKKS dimanfaatkan sebagai unsur penguat komposit yang dihasilkan.
Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP) merupakan bahan paduan atau campuran
beberapa bahan kimia (bahan komposit) yang terdiri dari cairan resin (water
glass ), katalis, kalsium karbonat, met/matt, cobalt blue, dan wax (mold release)
yang bereaksi dan mengeras dalam waktu tertentu. Bahan ini mempunyai
6
beberapa keuntungan dibandingkan bahan logam, diantaranya: lebih ringan, lebih mudah dibentuk, dan lebih murah. Fiberglass atau serat kaca telah dikenal orang sejak lama, dan bahkan peralatan-peralatan yang terbuat dari kaca mulai dibuat sejak awal abad ke 18. Mulai akhir tahun 1930-an, fiberglass dikembangkan melalui proses filament berkelanjutan (continuous filament proses) sehingga mempunyai sifat-sifat yang memenuhi syarat untuk bahan industri, seperti kekuatannya tinggi, elastis, dan tahan terhadap temperatur tinggi. Membayangkan peralatan-peralatan yang terbuat dari kaca (glass), kebanyakan orang akan beranggapan bahwa peralatan tersebut pasti akan mudah pecah. Akan tetapi melalui proses penekanan, cairan atau bubuk kaca diubah menjadi bentuk serat akan membentuk bahan tersebut dari bahan yang mudah pecah (brittle
materials ) menjadi bahan yang mempunyai kekuatan tinggi (strong materials).
Manakala kaca (glass) diubah dari bentuk cair atau bubuk menjadi bentuk serat (fiber), kekuatannya akan meningkat secara tajam. O leh karena itu fiberglass merupakan salah satu material atau bahan yang mempunyai kekuatan sangat tinggi. Pemanfaatan Fiberglass untuk produk otomotif sudah sangat luas, tidak hanya untuk pembuatan bodi kendaraan akan tetapi juga untuk berbagai komponen kendaraan yang lain.[4]
2.1.1 Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Serat TKKS ialah serat alami yang terbuat dari tandan kosong kelapa sawit yang merupakan limbah hasil proses pengolahan pabrik kelapa sawit. Pada
7
6. Kelarutan Unsur Alkali 1% 29,30
T O T A L 100,00
12. Mn, Zn, Cu, Fe 1,07
11. P 0,06
10. Mg 0,12
9. Ca 0,14
8. K 1,71
7. Debu 5,00
5. Kelarutan Air 16,20
dihasilkan. Sementara hasil penelit ian yang telah dilakukan o leh sebuah inst itusi ko mersial terhadap ko mposisi material kimianya diketahui bahwa kandungan material serat dalam TKKS merupakan kandungan maksimum sepert i diperlihatkan pada Tabel 2.1.[5].
4. Minyak 3,00
3. Serat 35,00
2. Protein 3,00
1. Uap air 5,40
No. Material-material Kandungan Komposisi (%)
Serat kaca (fiberglass) atau Mat dalam bahan komposit berperan sebagai bagian utama yang menahan beban, sehingga besar kecilnya kekuatan bahan komposit sangat tergantung dari kekuatan serat pembentuknya. Semakin kecil bahan (diameter serat mendekati ukuran kristal) maka semakin kuat bahan
Tabel 2.1.Parameter tipikal TKKS per kg Sumber:
2.1.2. Serat glass Fiber rainforced plastic (GFRP)
8
2.1.3 Polyester resin tak jenuh
Polyester resin tak jenuh merupakan polimer kondensat yang terbentuk berdasarkan reaksi antara polyol yang merupakan organik gabungan dengan alkohol multiple atau gugus fungsi hidroksi, dan polycarboxylic, yang mengandung ikatan ganda. Tipikal jenis polyol yang digunakan adalah glycol, seperti ethylene glycol. Sementara asam polycarboxylic yang digunakan adalah asam phthalic dan asam maleic.[7]
Polyester resin tak jenuh adalah jenis polimer thermoset yang memiliki struktur rantai karbon yang panjang. Matriks yang berjenis ini memiliki sifat dapat mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian takanan ketika proses pembentukan. Pada desain struktur dilakukan dengan cara pemilihan matriks dan penguat, hal ini dilakukan untuk memastikan kemampuan material sesuai dengan produk yang akan dihasilkan. Dalam desain struktur ini jenis matriks yang akan digunakan adalah Polyester resin tak jenuh dan penguat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) dan Serat Kaca atau Mat (GFRP).
Matriks ini tergolong jenis polimer thermoset yang memiliki sifat dapat mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan ketika proses pembentukan. Struktur material yang dihasilkan berbentuk crosslink dengan keunggulan daya tahan yang lebih baik terhadap jenis pembebanan statik.
Hal tersebut disebabkan oleh molekul yang dimiliki bahan dalam bentuk rantai molekul raksasa, atom-atom karbon yang saling mengikat satu dengan lainnya
9
baik terhadap beban yang diberikan. Data karakteristik mekanik material polyester tak jenuh seperti terlihat pada tabel 2.3.
Tabel 2.2. Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuhSIFAT MEKANIK SATUAN BESARAN
- 3
1,2 s/d 1,5 Berat jenis (ρ) Mg.m Modulus Young (E) Gpa. 2 s/d 4,5
T ) (Mpa) 40 s/d 90
Kekuatan Tarik ( σ (sumber: PT. Justus kimia raya jaya 2007)
Umumnya material ini digunakan dalam proses pembentukan dengan cara penuangan antara lain untuk perbaikan body kenderaan bermotor, pengisi kayu dan sebagai material perekat. Materi ini memiliki sifat perekat dan arus yang baik, dan dapat digunakan untuk memperbaiki dan mengikat secara bersama beberapa jenis material yang berbeda. Material ini memiliki umur pakai yang panjang, kestabilan terhadap sinar Ultraviolet (UV), dan daya tahan yang baik terhadap serapan air. Kekuatan material ini diperoleh ketika dicetak ke dalam bentuk komposit, dimana material- material penguat, seperti serat kaca, karbon dan lain- lain, akan meningkatkan sifat mekanik material tersebut sementara ketika dalam keadaan tunggal material ini bersifat rapuh dan kaku.
2.1.4. Katalis Mekpo (Methyl Ethyl Keton Peroksida)
Katalis merupakan material kimia yang digunakan untuk mempercepat reaksi po limerisasi struktur komposit pada kondisi suhu kamar dan tekanan atmosfir.
10
2.2 Teknik Pembuatan Material Komposit
Teknik pembuatan material komposit tidak melibatkan pengunaan suhu dan tekanan yang tinggi. Hal ini disebabkan material ini mudah menjadi lembut atau melebur. Proses pencampuran ini dilakukan pada saat matriks dalam keadaan cair[7].
Ada beberapa metode pembutan material komposit diantaranya adalah: 1.
Metode penuangan secara langsung 2. Metode pemanpatan secara langsung 3. Metode pemberian tekanan dan panas
Pada penelitian ini metode yang digunakan adalah metode penuangan secara langsung, medode ini dilakukan dengan cara melekatkan atau menyentuh material- material penyusun pada cetakan terbuka dengan perlahan-lahan diratakan dengan menggunakan roda perata atau pemberian tekanan dari luar. Metoda ini cocok jenis serat kontinyu, pada metode menggunakan tekanan ini prinsip kerja dengan cara ektruksi, dengan pemberian tekanan pada material yang dialirkan kedalam cetakan tertutup. Metode ini umumnya berupa injeksi, mampatan atau semprotan. Material yang cocok untuk ini adalah penguat partikel. Metode selanjutnya adalah metode pemberian panas dan tekanan, di mana ini mengunakan tekanan dengan pemberian panas awal yang bertujuan untuk memudahkan material komposit mengisi pada bagian-bagian yang sulit terjangkau atau ukuran yang sangat kecil.
11
2.3 Uji Tekan Statik.
Tegangan tekan berlawanan dengan tegangan tarik. Jika pada tegangan
tarik , arah kedua gaya menjahui ujung benda (kedua gaya saling berjauhan), maka
pada tegangan tekan, arah kedua gaya saling mendekati. Dengan kata lain benda tidak ditarik tetapi ditekan (gaya-gaya bekerja di dalam benda). Kekuatan tekan material adalah nilai tegangan tekan uniaksial yang mempunyai modus kegagalan ketika saat pengujian. Perubahan bentuk benda yang disebabkan oleh tegangan tekan dinamakan mampatan. Misalnya pada tiang-tiang yang menopang beban, seperti tiang bangunan mengalami tegangan tekan. Kekuatan tekan biasanya diperoleh dari percobaan dengan alat pengujian tekan. Ketika dalam pengujian nantinya, spesimen (biasanya silinder) akan menjadi lebih mengecil seperti menyebar lateral. Perubahan benda yang disebabkan tegangan tekan dapat dilihat pada gambar 2.3
Gambar 2.1 . perubahan benda yang disebabkan oleh tegangan tekan aksialSumber : Ismoyo 1999
12
Keterangan : A = Luas Penampang F = Gaya yang bekerja sebagai penekanan L
= Panjang Awal L 1 = Perubahan panjang. Dalam perancangan teknik yang sebenarnya sebagian besar kita bertumpu pada tegangan teknik. Pada kenyataannya, tegangan sebenarnya berbeda dengan tegangan teknik. O leh sebab itu, material akibat beban tekan dapat dihitung dari penjelasan persamaan yang diberikan. Hal ini tentu saja karena perubahan luas penampang (A0) dan fungsi dari luas penampang A= φ (F). (Callister:2003)
1. Perbedaan nilai deviasi tegangan dapat disimpulkan sebagai berikut: Pada kompresi spesimen akan mengecil atau memendek. Material akan cenderung menyebar kearah lateral dan meningkatnya luas penampang
2. Pada uji tekan, spesimen dijepit pada ujung
- – ujungnya. Untuk alasan ini, timbul gaya gesekan yang akan menentang penyebaran lateral ini. Berarti yang harus dilakukan untuk menghindari gaya gesekan ini harus dengan meningkatnya energi selama proses penekanan.
2.3.1. Respon Material Akibat Beban Tekan Statik.
Mekanisme deformasi akibat beban tekan statik ditunjukkan oleh kurva tegangan-regangan. Pada uji tekan statik diperoleh tiga tingkatan respon yaitu:
13
linier ditandai oleh bending terhadap dinding rongga dan kemiringan (tegangan- regangan) awal atau modulus elastisitas diperoleh dari tingkatan ini. Plateau merupakan karakteristik respon yang terjadi setelah mengalami elastisitas linier ditandai dengan berlipatnya rongga-rongga. Pada saat rongga-rongga hampir terlipat seluruhnya dan dinding-dinding rongga menyatu mengakibatkan rongga- rongga menjadi lebih padat, tegangan normal tekan statik akan meningkat. Untuk mengoptimalkan produk tersebut perlu diketahui karakteristik material penyusunnya akibat beban tekan statik. Karakteristik suatu spesimen harus terukur, untuk itu perlu suatu pengujian tekan statik agar karakteristik dapat diketahui. Karakteristik dapat diketahui dari respon yang dialami oleh material.
Respon diakibatkan oleh adanya gangguan (disturbance) yang diberikan terhadap sebuah sistem, seperti: F (gaya), T (temperatur), dan lain- lain. Di dalam uji tekan statik, gaya yang diberikan ditunjukkan pada Gambar. 2.5.
L
1
(a) (b)
Gambar. 2.2. Pengujian beban tekan pada batang spesimen
(a).Sebelum Uji Tekan,(b).Setelah Uji Tekan.Sumber : Ismoyo 1999
14
Berdasarkan respon yang ditunjukkan pada Gambar.2.5. dapat ditentukan respon mekanik berupa tegangan normal dan regangan akibat beban tekan statik.
2.3.2. Hubungan Tegangan dan Regangan
Robert Hooke (1689), telah mengamati sebuah fenomena hubungan antara tegangan dan regangan pada daerah elastis suatu material tertentu dan menyimpulkan bahwa dalam batas-batas tertentu tegangan pada suatu material ialah proporsional terhadap regangan yang dihasilkan. Teori ini kemudian lebih dikenal dengan istilah hukum Hooke. Namun teori ini hanya berlaku pada batas elastis material, dimana besarnya tegangan akan berbanding lurus terhadap pertambahan regangan yang terjadi, dan bila beban dihilangkan, maka sifat ini akan menyebabkan material kembali kedalam bentuk dan dimensi aslinya. [9]
Perbandingan antara tegangan dan regangan dalam batas elastis disebut dengan istilah konstanta proporsional. Nama lain konstanta ini ialah Modulus elastisitas (E) atau Modulus Young. Pada penelitian ini istilah yang digunakan ialah E, dan dituliskan sebagai berikut: E = (2.3) Hubungan linear antara tegangan dan regangan adalah salah satu sangat berguna dalam perhitungan terhadap respon solid elastic linear pada tegangan, tetapi tegangan mesti digunakan apabila solid yang terjadi adalah elastic terhadap
15
2.3.3. Persamaan Tegangan – Regangan.
Sebuah batang komposit atau selinder yang dikenai beban tekan akan mengalami perubahan panjang yang disertai pengurangan luas penampang pada daerah elastic material. Adapun kurva tegangan
- – regangan akibat beban tekan dapat ditunjukkan pada gambar 2.6.
Sumber : Ismoyo 1999 Dalam penelitian ini terdapat bahan yang mengalami deformasi plastis jika terus diberikan tegangan dan bahan ini tidak akan berubah kebentuk semula. Biasanya material teknik terjadi pada daerah elastis yang hampir berimpitan dengan batas proposionalistik.
Perubahan panjang ini disebut sebagai regangan teknik ( ε eng.) yang didefinisikan sebagai perubahan panjang yang terjadi akibat perubahan statik (∆L) terhadap panjang batang mula- mula (L0).Tegangan yang dihasilkan pada proses ini disebut dengan tegangan teknik (
16
pembebanan yang terjadi (F) pada suatu luas penampang awal (A0). Tegangan normal tesebut akibat beban tekan statik dapat ditentukan berdasarkan persamaan (2.1).
(2.1)
σ =
dimana,
2
) σ = Tegangan normal akibat beban tekan statik (N/m
F = Beban tekan (N)
2 A = Luas penampang spesimen (m ).
Regangan akibat beban tekan statik dapat ditentukan berdasarkan persamaan (2.2).
.............................................. ...........................................(2.2)
ɛ =
Keterangan : ε = Regangan akibat beban tekan statik
L 1 = Perubahan panjang spesimen akibat beban tekan. (mm) L o = Panjang spesimen mula- mula (mm)
Pada prakteknya nilai hasil pengukuran tegangan pada suatu pengujian tarik dan tekan pada umumnya merupakan nilai teknik. Regangan akibat beban tekan yang terjadi, panjang akan menjadi berkurang dan diameter pada spesimen akan menjadi besar, maka ini akan terjadi deformasi plastis.
17
BAB 3 METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu
3.1.1. Tempat
Kegiatan ini dilakukan di Laboratorium Komposit Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Teuku Umar Aceh Barat. Beberapa kegiatan yang dilakukan seperti diperlihatkan pada tabel 3.1.
Tabel 3.1. Kegiatan PenelitianNO KEGIATAN LOKASI KETER ANGAN
Proses pengumpulan Laboratorium Teknik Pengumpulan
1 literatur Mesin UTU informasi Laboratorium Teknik
2 Pengolahan serat Mesin UTU Laboratorium Teknik Standart ASTM
3 Pembuatan spesimen Mesin UTU D1621-00 Laboratorium Impact
4 Pengujian statik tekan Servopulser and Fracture-USU Laboratoriun Teknik
5 Pengolahan data Laporan kerja Mesin UTU 3.1.2.
Waktu
Waktu pelaksanaan penelitian ini direncanakan selama (6) enam bulan dimulai pada bulan Desember 2013 s/d Mei bulan 2014.
3.2. Bahan Uji Tekan
Bahan-bahan yang digunakan pada pembutan sampel uji tekan adalah serat
18
3.2.1. Serat
3.2.1.1 Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Jenis serat yang akan digunakan dalam penelitian ni adalah Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) seperti terlihat pada gambar 3.1.
Gambar 3.1. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)3.2.1.2. Serat GFRP
Jenis serat yang akan dijadikan perbandingan dalam penelitan ini adalah Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP) seperti terlihat pada gambar 3.2.
19
3.2.2. Polyester resin tak jenuh
Jenis resin yang digunakan dalam penelitian ini adalah resin unsaturated polyester BQ TN-157 seperti terlihat pada gambar 3.3.
Gambar 3.3. Resin Unsaturated Polyester BQ TN-157 3.2.3.Katalis
Jenis katalis yang digunakan adalah jenis methyl ethyl ketone peroksida (MEKPO) seperti terlihat pada gambar 3.4
Gambar 3.4. katalis MEKPO20
3.2.4. Pelumas
Untuk memudahkan dalam membongkar spesimen yang telah dicetak maka digunakan pelumas khusus dari jenis wax. Jenis pelumas yang digunakan adalah mirror glaze.seperti terlihat pada gambar 3.5.
Gambar 3.5. mirror 3.3.Alat-alat Yang Digunakan
Adapun alat-alat ukur yang digunakan dalam penelitian ini antara lain, alat ukur berat jenis, alat ukur volume, alat ukur dimensi, dan cetakan spesimen uji tekan.
3.3.1. Timbangan digital
Untuk mengetahui berat spesimen digunakan timbangan, dengan cara terlebih dahulu harus mengetahui massa dan volume spesimen. Timbangan yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada gambar 3,6.
21
Gambar 3.6. timbangan digital 3.3.2.Alat ukur volume
Untuk mengetahui besarnya volume digunakan gelas ukur. Gelas ukur yang digunakan dapat dilihat pada gambar 3.7
Gambar 3.7. Gambar gelas ukur 3.3.3.Jangka Sorong
Untuk mengetahui dimensi cetakan yang digunakan dalam pembuatan sempel, digunakan alat ukur jangka sorong seperti diperlihatkan pada gambar 3.8.
22
3.3.4. Cetakan spesimen
Cetakan spesimen alat uji tekan dapat dibuat dari pipa berukuran panjang 250mm dan berdiameter 37,5mm. Seperti terlihat pada gambar 3.9.
Gambar 3.9. Gambar cetakan spesimen uji tekan.3.3.5. Ukuran dan dimensi spesimen
Ukuran dan dimensi spesimen uji tekan berdasarkan standart ASTM D 1621-00 seperti terlihat pada gambar 3.10. [9]
37.5 mm
250 mmGambar.3.10. ukuran spesimen uji tekan
23
3.4. Prosedur Pembuatan Spesimen Uji Tekan
Peralatan dan material yang digunakan dalam pembuatan spesimen, pengujian statik tekan seperti ditunjukkan pada tabel 3.2.
Tabel. 3.2. Peralatan dan Material yang digunakan untuk pembuatan spesimen
NO Nama Jml Sat Jenis Material Ukuran (mm)
Alat 1. cetakan spesimen 1 Set pipa besi 250 x 375 2 . gelas ukur 200 ml 1 Bh kaca 3. timbangan 1 Bh plastik 4. pengaduk 1 Bh 5. gunting potong 3 Bh
Material 1.
Matriks * gr Unsaturated polyester 2. Serat * gr TKKS/ GFRP 3. Katalis * gr MEKPO 4. Pelumasan * gr mirror glaze wax
(*) ukuran disesuaikan dengan kebutuhan pembuatan spesimen uji tekan 3.5.
Metode Pembuatan Spesimen Uji Tekan
Proses pembuatan spesimen uji tekan dimulai de ngan mempersiapkan bahan-bahan yang diperlukan yaitu serat, resin tipe BQTN 157-EX, Serat TKKS Dan Serat GFRP yang sudah potong-potong denagan ukuran± 5mm, kemudian mempersiapkan Katalis, Cetakan sempel uji tekan dan Wadah pengadukan.
Langkah- langkah pembuatan sempel selanjutnya sebagai berikut: 1. proses penimbangan serat sesuai dengan berat campuran yang ditetapkan.
Seperti yang terlihat pada gambar 3.11.
24
Gambar 3.11 Penimbangan serat2. Campurkan terlebih dahulu polyester resin yang sudah diukur sesuai dengan yang kita perlukan dan serat tandan kosong kelapa sawit kemudian diaduk hingga merata.
Gambar 3.12. campuran polyester resin tak jenuh dengan seratPolyester resin tak jenuh dan serat tandan kosong kelapa sawit yang
dipergunakan seperti terlihat pada gambar 3.12. adalah proses pencampuran antara polyester resin dengan serat tandan kosong kelapa sawit ke dalam sebuah wadah.
25
3. Campurkan katalis dengan komposisi yang sudah ditentukan kedalam campuran serat dan resin dan aduk hingga merata.
4. Tuangkan adukan tersebut kedalam cetakan yang telah di persiapkan dan proses penuangan pun dilakukan secara langsung seperti telihat pada gambar. 3.13.
Gambar 3.13. Proses penuangan kedalam cetakan 5.Proses Pengerasan akan terjadi dengan terbentuknya gelembung gas pada seluruh bagian komposit. Setelah ±45 menit sempel dibuka dan dikeluarkan dari cetakan, dan proses pengerasan sempel selanjutnya dilakukan dengan menjemur atau membiarkannya dengan suhu kamar agar sempel benar-benar mengeras dibutuhkan waktu± 5jam.
6. Proses finishing, dengan cara memotong menjadi 2 bagian dengan panjang masing- masing 75cm dan kemudian membesihkanya dengan menamplasnya.
3.6. Alat Uji Statik Tekan
Pengujian statik tekan dikerjakan dilaboratorium teknik mesin USU, dengan alat uji jenis Shimadzu Servopulser.
26
3.6.1. Persiapan Pengujian
Persiapan alat uji untuk pengujian tekan pada penelitian ini ialah sebagai berikut:
1. Aktifkan sumber arus yang terdapat pada kotak power supply dengan cara menaikkan switch pada posisi ON.
2. Aktifkan sistim pendingin untuk pompa hidrolik. Sistim ini berfungsi mempertahankan kondisi suhu pelumas agar tetap stabil selama proses pengujian.
3. Periksa katup penutup pada pipa penghubung antara pompa air pendingin dengan sistim hidrolik. Pastikan katup tersebut dalam posisi terbuka dengan tujuan agar sirkulasi aliran air pendingin dapat bekerja dengan baik.
4. Tekan tombol ON yang berada pada bagian belakang Controller. Alat controller ini berfungsi sebagai sistim operasi utama alat uji.
5. Pastikan tekanan dalam tabung hidrolik sama dengan tekanan atmosfir.
6. Aktifkan pompa hidrolik melalui layar controller dengan menekan tombol HYD.
7. Tunggu hingga lebih kurang 20 hingga 50 detik, atau ditandai dengan suara dentuman kedua, kemudian tekan tombol LOAD untuk memberikan tekanan pada pompa hidrolik. Set tekanan yang dibutuhkan untuk pengujian dengan cara memutar katupnya. Tekanan pengujian pada umumnya berkisar antara 5 hingga 15 MPa, atau sesuai dengan kebutuhan,
27
tetapi jangan mencapai batas maksimum (daerah yang ditandai warna merah).
8. Kembalikan layar pada pilihan TEST, yang berarti pengujian telah siap untuk dilaksanakan.
3.5.2. Kerangka Konsep
Kerangka konsep penelitian seperti terlihat pada gambar diagram 3.16 berikut:
Permasalahan: Persiapan Material Menganalisa dasar (serat TKKS) Studi Literatur perbandingan Kekuatan pembuatan Tekan Statik Material spesimen Komposit Serat TKKS dan GFRP Pengujian tekan Standart uji 1.
Pembuatan material sampel uji tekan.
ASTM D1621-00 Hasil yang diperoleh:
Force (gaya tekan), tegangan tekan, regangan dan modulus
elastisitas.KESIMPULAN
Pengujian tekan: force (gaya tekan) tegangan tekanan dan
modulus elastisitas.Gambar 3.14. kerangka konsep penelitian39
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Pembuatan Spesimen Uji Dalam Pembuatan spesimen ada beberapa bahan utama yang sangat
diperlukan diantaranya serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) dan serat
Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP), Resin tipe BQTN 157-EX, dan katalis.