Studi Eksperimental Dan Analisa Respon Mekanik Helmet Sepeda Dari Bahan Komposit Busa Polimer Diperkuat Serat Tkks Akibat Beban Impak Jatuh Bebas
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Alat transportasi Sepeda.
Perkembangan dunia transportasi sepeda di dunia ini sangat pesat sepeda
adalah mencakup transportasi darat. Sebelum ada transportasi mobil, sepeda
motor dan lain-lain. Sepeda telah digunakan sebagai alat transportasi, meskipun
sepeda motor atau mobil berkembang pesat. Namun, karena sepeda motor dan
mobil masih relatif mahal maka masyarakat di negara berkembang masih
menggunakan sepeda sebagai alat transportasi. Meskipun menggunakan sepeda,
resiko kecelakaan lebih sedikit dibandingkan kendaraan yang lainnya. Akan tetapi
resiko kecelakaan masih tetap ada maka dari itu di perlukan sebuah alat pelindung
dalam bersepeda khususnya di bagian kepala. Seperti kita ketahui kepala adalah
bagian terpenting dari tubuh manusia, karena saraf yang terdapat di kepala
mengatur semua gerak tubuh manusia. Melihat hal tersebut penciptaan alat
pelindung kepala atau biasa kita sebut helmet, harus menjadi perhatian utama.
Dari situlah peneliti berinisiatif untuk mendesain helmet yang ringan dan kuat
serta tahan tehadap tekanan. Untuk menghasilkan helmet sepeda yang berkualitas
itu perlu dilakukan penelitian dan pengembangan secara terus menerus terhadap
desain helmet sepeda.
2.1.1. Desain Helmet Sepeda
Dalam merancang sebuah helmet banyak hal yang harus dipertimbangkan.
mulai dari kekuatan dan ketahanan material dan tahan terhadap impak pada saat
pengendara mengalami kecelakaan. Semua itu menjadi hal yang wajib untuk
6
Universitas Sumatera Utara
diperhitungkan dalam merancang helmet. Lebih spesifik tentang pembuatan
helmet sepeda, beberapa faktor yang sangat berpengaruh ialah jenis material, dan
merujuk pada fungsi helmet itu sendiri serta tampilan helmet yang dapat menarik
perhatian konsumen yang akan menggunakannya.
Maka dari itu helmet seperti ini harus dibuat semenarik mungkin bagi para
penggunanya. Agar para calon konsumen dapat tertarik untuk memakainya.
Beberapa aspek yang menjadi perhatian kami dalam merancang helmet kendaraan
ini antara lain:
1.
Aspek Reduksi Bobot
Aspek reduksi bobot adalah hal yang sangat rasional bila helmet dengan
bobot yang ringan akan memudahkan bagi pemakai bila dibandingkan dengan
helmet yang mempunyai bobot yang berat.
2.
Aspek kekuatan dan ketahanan
Aspek kekuatan dan ketahanan adalah respon material helmet terhadap
beban impak / benturan. Beban impak sering didefinisikan sebagai beban yang
bekerja pada struktur dalam waktu yang sangat singkat, umumnya kurang dari 1
detik, bahkan hanya selama beberapa milidetik. Beberapa contoh beban impak
adalah beban tekanan, akibat tabrakan, dan atau benturan pada helmet pada saat
terjadi tabrakan. Umumnya dengan alasan keamanan, struktur tersebut harus
direncanakan terhadap beban impak yang mungkin terjadi.
Inti mekanisme perlindungan helmet adalah penyerapan energi momentum
yang diterima ke seluruh bagian helmet. Oleh karenanya meski terdapat berbagai
bentuk helmet bentuk dan strukturnya mempertimbangkan kemampuannya
menyerap energi tabrakan. Ukuran dan beratnya juga merupakan pertimbangan
7
Universitas Sumatera Utara
lain sebab ukuran yang lebih besar juga meningkatkan resiko terhadap pengguna.
Adapun konstruksi helmet secara garis besar terdiri atas:
a. Lapisan luar yang keras (hard outer shell)
Didesain untuk dapat pecah jika mengalami benturan untuk mengurangi
dampak tekanan sebelum sampai ke kepala. Lapisan ini biasanya terbuat dari
bahan plastic, fiberglass, polycarbonate dan lain-lain.
b. Lapisan dalam yang tebal (inside shell or liner)
Di sebelah dalam dari lapisan luar adalah lapisan yang sama pentingnya untuk
dampak pelapis penyangga. Biasanya dibuat dari bahan polystyrene
(styrofoam). Lapisan tebal ini memberikan bantalan yang berfungsi menahan
goncangan sewaktu helmet
terbentur benda keras sementara kepala masih
bergerak.
c. Lapisan dalam yang lunak (comfort padding)
Merupakan bagian dalam yang terdiri dari bahan lunak dan kain untuk
menempatkan kepala secara pas dan tepat pada rongga helmet.
d. Tali Pengikat
Bagian penting lainnya dalam helmet adalah tali pengikat helmet. Helmet tidak
akan berfungsi dengan baik kalau tidak dilengkapi atau tidak mengikatkan tali
pengikatnya komponen Helmet Sepeda dapat dilihat pada Gambar 2.1.
hardouter
shell
insideshellorli
ner
comfort
padding
Tali
pengika
Gambar 2.1. Komponen Helmet Sepeda
8
Universitas Sumatera Utara
2.1.2. Standarisasi Helmet Sepeda
Helmet yang digunakan oleh masyarakat di negara maju pada umumnya
sudah mempunyai standard tertentu sesuai dengan peraturan yang ditetapkan oleh
pemerintahnya. Diantara standar-standar helmet sepeda yang dikenal luas dan
banyak menjadi referensi antara lain Australia Standard (EN 397. AS/NZS
1801.SS98), European EN helmet standard (EN 1078.1990) dan lain-lain.
Untuk masing-masing standar memiliki klasifikasi yang berbeda
berdasarkan kegunaan dan material yang digunakan.
ANSI mengelompokkan
dalam dua tipe:
1. Helmet yang digunakan untuk melindungi kepala dari benda yang jatuh
bebas dari ketinggian tertentu umumnya digunakan oleh pekerja
konstruksi.
2. Helmet yang digunakan untuk melindungi kepala dari benda yang jatuh
bebas juga dari benda yang datang dari arah lateral baik dari arah depan,
samping dan belakang umumnya digunakan oleh petugas pemadam
kebakaran.
2.2.
Komposit
Komposit adalah penggabungan
dari bahan yang dipilih berdasarkan
kombinasi sifat fisik masing-masing material penyusun untuk menghasilkan
material baru dengan sifat yang baru dan unik dibandingkan sifat material dasar,
sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan antara masing-masing material
penyusunnya.
Material komposit terdiri dari dua bagian utama yaitu matriks, dan penguat
(reinforcement). Pada desain struktur dilakukan pemilihan matriks dan penguat,
9
Universitas Sumatera Utara
hal ini dilakukan untuk memastikan kemampuan material sesuai dengan produk
yang akan dihasilkan gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit sperti
terlihat pada gambar 2.2.
c. Komposit
a. Matriks + b. Penguat/Serat
Gambar 2.2. Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit
Keterangan Gambar:
a. Matriks berfungsi sebagai penyokong, pengikat fasa, penguat.
b. Penguat/serat merupakan unsur penguat kepada matriks.
c. Komposit merupakan gabungan, campuran dua atau lebih bahan bahan
yang terpisah.
Penggabungan dua material atau lebih dapat di bedakan menjadi makro
komposit dan mikro komposit. Sifat
penggabungan makro adalah
dapat
dibedakan secara langsung dengan cara melihat, penggabungannya secara fisis
dan mekanis, penggabungannya dapat dipisahkan secara fisis ataupun secara
mekanis seperti, Kevlar, Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP ).
Dari penjelasan di atas dapat kita ketahui bahwa material komposit dibuat
dengan penggabungan secara makro. Karena material komposit merupakan
material gabungan secara makro, maka material komposit dapat didefinisikan
sebagai suatu sistem material yang tersusun dari campuran / kombinasi dua atau
lebih unsur–unsur utama yang secara makro berbeda di dalam bentuk atau
komposisi material dan pada dasarnya tidak dapat dipisahkan.
Keunggulan komposit dapat dilihat dari sifat-sifat bahan pembentuknya
serta ciri-ciri komposit itu sendiri, antara lain:
10
Universitas Sumatera Utara
a. Bahan ringan, kuat dan kaku.
b. Struktur mampu berubah mengikuti perubahan keadaan sekitarnya.
c. Unggul atas sifat-sifat bahan teknik yang diperlukan, kekuatan yang
tinggi, keras, ringan serta tahan terhadap impak.
Dalam desain struktur pada penelitian ini, jenis matriks yang akan
digunakan adalah Polyester resin BTN 157 dan penguat serat TKKS. Matriks ini
tergolong jenis polimer thermoset yang memiliki sifat dapat mengeras pada suhu
kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan ketika proses
pembentukannya. Skema struktur komposit diperlihatkan pada gambar 2.3.
Composite
ParticleReinforced
Structurral
Fiber Reinforced
LargeParticle
ContinuousAligned
DispersionStrengthened
Laminates
SandwichPanels
Discontinuousshort
Aligned
Randomly
Gambar 2.3. Klasifikasi bahan komposit
Komposit berdasarkan jenis penguatnya dapat dijelaskan:
1. Komposit Partikel (Particle Reinforced )
Merupakan komposit yang diperkuat partikel, penguat dalam satu atau
lebih partikel yang tersebar diikat oleh matriks yang berbeda fasa. Komposit
11
Universitas Sumatera Utara
partikel diperkuat oleh logam, polymer, keramik. Komposit partikel terdiri dari
partikel besar dan partikel kecil. Partikel Besar (Large Particle), merupakan
hubungan antar matriks dan partikel merupakan suatu rangkaian kesatuan yang
memiliki sifat-sifat bahan fasa partikel lebih keras dan lebih kaku dari pada fasa
matriks. Sebagai contoh bahan campuran semen dan kerikil. Partikel Kecil
(Dispersion Strengthened), hubungan antar matriks dan partikel bukan merupakan
suatu rangkaian kesatuan yang memiliki sifat lebih kuat dan kaku dibandingkan
komposit partikel besar seperti kekuatan alloy nikel.
2. Komposit Serat (Fiber Reinforced)
Komposit serat merupakan komposit yang diperkuat serat fasa penguat
berbentuk serat dalam diikat oleh matriks, diameter 0,01 – 0,1 µm. Ukuran serat
sangat menentukan bahan komposit menerima gaya-gaya luar. Semakin panjang
ukuran serat maka semakin efisien dalam menerima gaya searah serat. Panjang
serat berfungsi untuk menghilangkan kemungkinan retak sepanjang batas
pertemuan serat dengan matriks selain itu juga berfungsi mencegah cacat
permukaan.
Jenis-jenis komposit serat antara lain adalah Continuous Fiber
Composite, Chopped Fiber Composite, Woven Fiber Composite, Hybrid
Composite.
3. Komposit/Struktur Laminat
Komposit yang terdiri dari dua bahan yang berlainan (laminat), terdiri atas
susunan fasa penguat dan matriks dalam bentuk laminat bisa dalam arah searah,
dan tegak lurus atau arah tidak beraturan tergantung pada keperluan terhadap
beban. Arah serat tentunya akan mempengaruhi kekuatan dan kemampuan serat
menahan beban pada suatu komposit.
12
Universitas Sumatera Utara
2.2.1. Material Komposit Penyusun Struktur Helmet sepeda
Material yang dikembangkan pada penelitian ini yaitu komposit busa
polimer diperkuat serat TKKS sebagai bahan teknik alternatif. Untuk
mendapatkan struktur komposit yang kuat, serat TKKS dicampur dengan resin
thermoset. Material penyusun lainnya adalah blowing agent untuk menghasilkan
foam sehingga berat struktur tersebut menjadi lebih ringan, katalis yang berfungsi
mengeraskan resin, serta larutan pembersih serat dan pelumas.
1. Serat TKKS (Tandan Kosong Kelapa Sawit)
Limbah berbentuk padat dari pabrik kelapa sawit umumnya berbentuk
tandan kosong, cangkang dan serat buah. Dari berbagai jenis komponen limbah
pabrik kelapa sawit yang dihasilkan, tandan kosong kelapa sawit (TKKS)
merupakan komponen yang paling banyak.
Secara umum pengelolaan limbah terdiri dari dua aspek yaitu penanganan
limbah dan pemanfaatan limbah. Penanganan limbah untuk mengurangi daya
cemar dan pemanfaatan limbah untuk mendapatkan nilai tambah.
Beberapa penelitian yang sudah dilakukan untuk memanfaatkan tandan
kosong kelapa sawit adalah sebagai bahan baku pembuatan pulp (Darnoko dkk,
1995), Penelitian menunjukkan bahwa kandungan seratnya cukup tinggi sehingga
tandan kosong kelapa sawit dapat digunakan sebagai bahan pengisi polimer,
seperti bahan pengisi jenis kayu dan turunan selulosa, karena harganya murah,
ringan dan dapat diperbaharui.
Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) banyak mengandung serat disamping
zat-zat lainnya. Bagian dari tandan yang banyak mengandung serat atau selulosa
adalah bagian pangkal dan ujungnya yang runcing dan keras. Secara umum sifat
13
Universitas Sumatera Utara
fisik dan morfologi serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS) diperlihatkan pada
tabel 2.1.
Tabel 2.1. Sifat Fisik dan Morfologi Tandan Kosong Kelapa Sawit
Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Parameter
Bagian Pangkal
Bagian Ujung
1,20
0,76
Diameter Serat (μm)
15,00
114,34
Tebal dinding (μm)
3,49
3,68
72,67
62,47
27,33
37,53
Panjang Serat (mm)
Kadar serat (%)
Kadar non serat (%)
Sumber: Darnoko, dkk, 1995
Sementara komposisi dan sifat kimia dari Serat Tandan Kosong Kelapa
Sawit (TKKS) seperti diperlihatkan pada table 2.2.
Tabel 2.2. Komposisi dan Sifat Kimia Tandan Kosong Kelapa Sawit
Komponen Kimia
Komposisi ( % )
Lignin
22,23
Ekstraktif
6,37
Pentosan
26,69
Selulosa
37,76
Holoselulosa
68,88
Abu
6,59
Kelarutan dalam: 1% NaOH
29,96
Air Dingin
13,89
Air Panas
16,17
Sumber: Darnoko, dkk, 1995
14
Universitas Sumatera Utara
2. Polyester Resin BQTN 157-EX
Polyester resin BQTN 157-EX merupakan material polimer kondensat
yang dibentuk berdasarkan reaksi antara kelompok 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 adapun jenis polyester
resin yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada gambar 2.4.
Gambar 2.4. Polyester Resin BTN 157-EX
Poliester resin adalah jenis polimer thermoset yang memiliki struktur
rantai karbon yang panjang. Matriks jenis ini memiliki sifat dapat mengeras pada
suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan ketika proses
pembentukannya. Struktur material yang dihasilkan berbentuk crosslink dengan
keunggulan pada daya tahan yang lebih baik terhadap jenis pembebanan statik dan
impak. Hal ini disebabkan molekul yang dimiliki material ini ialah dalam bentuk
rantai molekul raksasa atom-atom karbon yang saling berhubungan satu dengan
lainnya. Dengan demikian struktur molekulnya menghasilkan efek peredaman
yang cukup baik terhadap beban yang diberikan data mekanik material matriks
diperlihatkan pada Tabel 2.3.
15
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.3. Karakteristik mekanik polyeter resin BTN 157-EX
3. Blowing Agent
Blowing agent adalah agen busa untuk menciptakan gelembung udara
dalam struktur komposit jenis blowing agent yang digunakan pada penelitian ini
ialah:
1. Asam Asetat
Asam asetat, asam etanoat atau asam cuka adalah senyawa kimia asam
organik yang dikenal sebagai pemberi rasa asam dan aroma dalam makanan.
Asam cuka memiliki rumus empiris C2H4O2. Rumus ini seringkali ditulis dalam
bentuk CH3-COOH, CH3COOH, atau CH3CO2H. Asam asetat murni (disebut
asam asetat glasial) adalah cairan higroskopis tak berwarna, dan memiliki titik
beku 16.7°C.
Asam asetat merupakan salah satu asam karboksilat paling sederhana,
setelah asam format. Larutan asam asetat dalam air merupakan sebuah asam
lemah, artinya hanya terdisosiasi sebagian menjadi ion H+ dan CH3COO-. Asam
asetat merupakan pereaksi kimia dan bahan baku industri yang penting. Asam
asetat digunakan dalam produksi polimer seperti polietilena tereftalat, selulosa
16
Universitas Sumatera Utara
asetat, dan polivinil asetat, maupun berbagai macam serat dan kain. Dalam
industri makanan, asam asetat digunakan sebagai pengatur keasaman. Di rumah
tangga, asam asetat encer juga sering digunakan sebagai pelunak air. Dalam
setahun, kebutuhan dunia akan asam asetat mencapai 6,5 juta ton per tahun. 1.5
juta ton per tahun diperoleh dari hasil daur ulang, sisanya diperoleh dari industri
petrokimia maupun dari sumber hayati adapun senyawa asam asetat dapat dilihat
pada tabel 2.4.
Tabel 2.4. Informasi Umum Senyawa Asam Asetat
Informasi
Nama sistematis
Asam etanoat
Asam asetat
Nama alternatif
Asam metana karboksilat
Asetil hidroksida (AcOH)
Hidrogen asetat (HAc)
Asam cuka
Rumus molekul
CH3COOH
Massa molar
60.05 g/mol
Densitas dan fase
1.049 g cm−3, cairan
1.266 g cm−3, padatan
Titik lebur
16.5 °C (289.6 ± 0.5 K) (61.6 °F)[1]
Titik didih
118.1 °C (391.2 ± 0.6 K) (244.5 °F)[1]
Penampilan
Cairan tak berwarna atau kristal
Keasaman (pKa)
4.76 pada 25 °C
Asam asetat merupakan nama trivial atau nama dagang dari senyawa ini,
dan merupakan nama yang paling dianjurkan oleh IUPAC. Nama ini berasal dari
kata Latin acetum, yang berarti cuka. Nama sistematis dari senyawa ini adalah
asam etanoat. Asam asetat glasial merupakan nama trivial yang merujuk pada
asam asetat yang tidak bercampur air. Disebut demikian karena asam asetat bebas
air membentuk kristal mirip es pada 16.7 °C, sedikit di bawah suhu ruang.
17
Universitas Sumatera Utara
Singkatan yang paling sering digunakan, dan merupakan singkatan resmi
bagi asam asetat adalah AcOH atau HOAc dimana Ac berarti gugus asetil,
CH3−C(=O)−. Pada konteks asam-basa, asam asetat juga sering disingkat HAc,
meskipun banyak yang menganggap singkatan ini tidak benar. Ac juga tidak boleh
di salah artikan dengan lambang unsur Aktinium (Ac).
a. Sifat-sifat kimia
Atom hidrogen (H) pada gugus karboksil (−COOH) dalam asam
karboksilat seperti asam asetat dapat dilepaskan sebagai ion H+ (proton), sehingga
memberikan sifat asam. Asam asetat adalah asam lemah monoprotik dengan nilai
pKa = 4.8. Basa konjugasinya adalah asetat (CH3COO−). Sebuah larutan 1.0 M
asam asetat (kira-kira sama dengan konsentrasi pada cuka rumah).
Struktur kristal asam asetat menunjukkan bahwa molekul-molekul asam
asetat berpasangan membentuk dimer yang dihubungkan oleh ikatan hidrogen.
Dimer juga dapat dideteksi pada uap bersuhu 120 °C. Dimer juga terjadi pada
larutan encer di dalam pelarut tak berikatan hidrogen, dan kadang-kadang pada
cairan asam asetat murni. Dimer dirusak dengan adanya pelarut berikatan
hidrogen (misalnya air). Entalpi disosiasi dimer tersebut diperkirakan 65.0–66.0
kJ/mol, entropi disosiasi sekitar 154–157 J mol–1 K–1. Sifat dimerisasi ini juga
dimiliki oleh asam karboksilat sederhana lainnya.
Asam asetat pekat bersifat korosif dan karena itu harus digunakan dengan
penuh hati-hati. Asam asetat dapat menyebabkan luka bakar, kerusakan mata
permanen, serta iritasi pada membran mukosa. Luka bakar atau lepuhan bisa jadi
tidak terlihat hingga beberapa jam setelah kontak. Sarung tangan latex tidak
melindungi dari asam asetat, sehingga dalam menangani senyawa ini perlu
18
Universitas Sumatera Utara
digunakan sarung tangan berbahan karet nitril. Asam asetat pekat juga dapat
terbakar di laboratorium, namun dengan sulit. Ia menjadi mudah terbakar jika
suhu ruang melebihi 39 °C (102 °F), dan dapat membentuk campuran yang mudah
meledak di udara (ambang ledakan: 5.4%-16%).
Asam asetat cair adalah pelarut protik hidrofilik (polar), mirip seperti air
dan etanol. Asam asetat memiliki konstanta dielektrik yang sedang yaitu 6.2,
sehingga ia bisa melarutkan baik senyawa polar seperi garam anorganik dan gula
maupun senyawa non-polar seperti minyak dan unsur-unsur seperti sulfur dan
iodin. Asam asetat bercambur dengan mudah dengan pelarut polar atau non-polar
lainnya seperti air, kloroform dan heksana. Sifat kelarutan dan kemudahan
bercampur dari asam asetat ini membuatnya digunakan secara luas dalam industri
kimia.
b. Reaksi-reaksi kimia
Asam asetat bersifat korosif terhadap banyak logam seperti besi,
magnesium, dan seng, membentuk gas hidrogen dan garam-garam asetat (disebut
logam asetat). Logam asetat juga dapat diperoleh dengan reaksi asam asetat
dengan suatu basa yang cocok. Seperti yang terkenal adalah reaksi soda kue
(Natrium bikarbonat) bereaksi dengan cuka. Hapir semua garam asetat larut
dengan baik dalam air. Salah satu pengecualian adalah kromium asetat. Seperti
reaksi pembentukan garam asetat:
Mg (s) + 2 CH3COOH (aq) → (CH3COO)2 Mg (aq) + H2 (g)
NaHCO3 (s) + CH3COOH (aq) → CH3COONa (aq) + CO2 (g) + H2O (l)
19
Universitas Sumatera Utara
Alluminium merupakan logam yang tahan terhadap korosi karena dapat
membentuk lapisan alluminium oksida yang melindungi permukaannya. Karena
itu, biasanya asam asetat diangkut dengan tangki-tangki alluminium.
Asam asetat mengalami reaksi-reaksi asam karboksilat, misalnya
menghasilkan garam asetat bila bereaksi dengan alkali, menghasilkan logam
etanoat bila bereaksi dengan logam, dan menghasilkan logam etanoat, air dan
karbondioksida bila bereaksi dengan garam karbonat atau bikarbonat. Reaksi
organik yang paling terkenal dari asam asetat adalah pembentukan etanol melalui
reduksi, pembentukan turunan asam karboksilat seperti asetil klorida atau
anhidrida asetat melalui substitusi nukleofilik. Anhidrida asetat dibentuk melalui
kondensasi dua molekul asam asetat. Ester dari asam asetat dapat diperoleh
melalui reaksi esterifikasi Fischer, dan juga pembentukan amida. Pada suhu
440 °C, asam asetat terurai menjadi metana dan karbon dioksida, atau ketena dan
air.
2.
Natrium Bikarbonat
Natrium bikarbonat adalah senyawa kimia dengan rumus NaHCO3. Dalam
penyebutannya kerap disingkat menjadi bicnat. Senyawa ini termasuk kelompok
garam dan telah digunakan sejak lama.
Senyawa ini disebut juga baking soda (soda kue), Sodium bikarbonat,
natrium hidrogen karbonat, dan lain-lain. Senyawa ini merupakan kristal yang
sering terdapat dalam bentuk serbuk. Natrium bikarbonat larut dalam air.
Senyawa ini digunakan dalam roti atau kue karena bereaksi dengan bahan lain
membentuk gas karbon dioksida, yang menyebabkan roti “mengembang”, adapun
senyawa Natrium Bikarbonat dapat dilihat pada tabel 2.5.
20
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.5. Informasi Umum Natrium Bikarbonat
IUPAC
Sodium hydrogen carbonate
Baking soda, bicarbonate of soda, nahcolite, sodium
bicarbonate, sodium hydrogen carbonate
Identifiers
CAS number
144-55-8
Pub Chem
516892
Chem Spider
8609
UNII
8MDF5V39QO
EC number
205-633-8
Drug Bank
DB01390
KEGG
C12603
MeSH
Sodium+bicarbonate
ChEBI
CHEBI:32139
ChEMBL
CHEMBL1353
RTECS number
VZ0950000
ATC code
B05CB04,B05XA02, QG04BQ01
Beilstein
Reference
a.
4153970
Reaksi Kimia
NaHCO3 yang pertama disiapkan oleh proses Solvay, merupakan reaksi
kalsium karbonat, natrium klorida, amonia, dan karbon dioksida dalam air. Ini
diproduksi pada skala sekitar 100.000 ton / tahun (data 2001).
NaHCO3 dapat diperoleh dengan reaksi antara karbon dioksida dengan
larutan natrium hidroksida. Reaksi awal menghasilkan natrium karbonat:
CO2 + 2 NaOH→Na2CO3 + H2O
21
Universitas Sumatera Utara
Lebih lanjut penambahan karbon dioksida menghasilkan natrium
bikarbonat, yang pada konsentrasi cukup tinggi akan mengendap larutan:
Na2CO3 + CO2 + H2O→2 NaHCO
b. Unsur-Unsur
Karbonat dan bikarbonat adalah senyawa yang melimpah dan sangat
berguna serta terkenal. Kebanyakan karbonat hanya sedikit larut dalam air.
Misalnya CaCO3, BaCO3, MgCO3 dan PbCO3. Banyak bikarbonat hanya stabil
dalam larutan air. Seperti Ca (HCO3)2, Mg (HCO3). Semua logam IA kecuali
Litium membentuk karbonat yang larut, dimana yang paling murah dan berguna
adalah NaHCO3 (Soda kue), Na2CO3 (Soda abu). Karbon Disulfida (CS2) CS2
adalah cairan yang mudah terbakar dan dapat dipakai sebagai bahan pembuat
CCl4, dengan reaksi: CS2 + 3Cl2 → CCl4 +S2Cl2 Hidrogen Sianida (HCN) HCN
adalah senyawa gas bersifat racun, tetapi penting dalam industri seperti industri
plastik.Senyawa HCN dapat dibuat secara komersil melalui reaksi: NH3 +CH4 →
HCN + 3H2
Natrium bikarbonat dapat digunakan sebagai pencuci untuk menghapus
apapun yang berasam.
Reaksi dari sodium bikarbonat dan asam mengahsilkan garam dan asam
karbonat, yang mudah terurai menjadi karbon dioksida dan air.
NaHCO3 + HCl → NaCl + H2CO3
H2CO3 → H2O + CO2 (g)
Reaksi dari sodium bikarbonat dan asam cuka:
NaHCO3 + CH3COOH → CH3COONa + H2O + CO2 (g)
Natrium bikarbonat bereaksi dengan basa:
22
Universitas Sumatera Utara
NaHCO3 + NaOH → Na2CO3 + H2O
c. Termal Dekomposisi
Di atas 60°C, maka secara bertahap akan terurai menjadi sodium soda, air
dan karbon dioksida. Pada suhu 200°C.
2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2
Kebanyakan bicarbonat ini mengalami reaksi dehidrasi. Lebih lanjut
Pemanasan mengubah soda menjadi oksida (sekitar 1000°C).
Na2CO3 → Na2O + CO2
Hasil reaksi penguraian NaHCO3 digunakan sebagai pemadam api.
d. Karakteristik
Berikut ini adalah karakteristik sodium bikarbonat.
1. Memiliki titik lebur yang tinggi.
2. Merupakan senyawa ionik dengan ikatan kuat.
3. Dalam bentuk leburan atau larutan dapat menghantarkan listrik.
4. Sifat larutannya dapat berupa asam, basa, atau netral, Sifat ini tergantung
dari jenis asam/basa kuat pembentuknya.
3. Reaksi Baking Soda Dan Asam Asetat
Campuran soda kue dengan cuka menghasilkan gelembung-gelembung
gas. Gelembung-gelembung gas tersebut adalah gas karbondioksida. Campuran
cuka dengan soda kue dapat dirumuskan sebagai berikut:
NaHCO3 (s) + CH3COOH (aq) → CH3COONa (aq) + CO2 (g) + H2O (l).
Cuka merupakan asam sedangkan soda kue merupakan basa. Setelah
kedua larutan ini dicampur, pH nya menjadi netral.
23
Universitas Sumatera Utara
Hasil dari reaksi cuka dengan soda kue menghasilkan gas karbondioksida
yang dapat mendorong gas oksigen diatasnya sehingga lama kelamaan gelembung
yang tadinya kecil akan berubah menjadi lebih besar.
Reaksi yang terjadi antara cuka dengan soda kue ini merupakan reaksi
endoterm, karena setelah cuka dan soda kue dicampurkan ke dalam botol,
permukaan botol terasa dingin. Ini karena terjadi perpindahan panas atau kalor
dari lingkungan ke sistem sehingga suhu lingkungan berkurang dan menyebabkan
suhu pada permukaan botol terasa dingin.
Persamaan reaksi (Chemical Equation)
NaHCO₃ (s) + CH₃COOH (aq) → CH₃COONA (s) + H₂O (l) + CO₂
NaHCO₃ = Ar :Na =23 . H = 1. C = 12. O = 16, Mr = 46.03.
4. Katalis MEKP (Methyl Ethyl Keton Peroksida)
Katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksireaksi kimia pada
suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri.
Suatu katalis berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk.
Katalis
memungkinkan
reaksi
berlangsung
lebih
cepat
atau
memungkinkan reaksi pada suhu lebih rendah akibat perubahan yang dipicunya
terhadap pereaksi. Katalis menyediakan suatu jalur pilihan dengan energi aktivasi
yang lebih rendah. Katalis mengurangi energi yang dibutuhkan untuk
berlangsungnya reaksi.
Katalis dapat dibedakan ke dalam dua golongan utama, katalis homogen
dan katalis heterogen. Katalis heterogen adalah katalis yang ada dalam fase
berbeda dengan pereaksi dalam reaksi yang di katalisi isinya, sedangkan katalis
homogen berada dalam fase yang sama. Satu contoh sederhana untuk katalisis
24
Universitas Sumatera Utara
heterogen yaitu bahwa katalis menyediakan suatu permukaan di mana pereaksipereaksi (atau substrat) untuk sementara terjerap. Ikatan dalam substrat-substrat
menjadi lemah sedemikian sehingga memadai terbentuknya produk baru. katan
atara produk dan katalis lebih lemah, sehingga akhirnya terlepas.
Katalis homogen umumnya bereaksi dengan satu atau lebih pereaksi untuk
membentuk suatu perantara kimia yang selanjutnya bereaksi membentuk produk
akhir reaksi, dalam suatu proses yang memulihkan katalisnya. Berikut ini
merupakan skema umum reaksi katalitik, di mana C melambangkan katalisnya.
A + C → AC (1)
B + AC → AB + C (2)
Meskipun katalis (C) termakan oleh reaksi 1, namun selanjutnya
dihasilkan kembali oleh reaksi 2, sehingga untuk reaksi keseluruhannya menjadi.
A + B + C → AB + C
Katalis tidak termakan atau pun tercipta. Enzim adalah biokatalis.
Penggunaan istilah "katalis" dalam konteks budaya yang lebih luas, secara bisa di
analogikan dengan konteks ini.
Beberapa katalis ternama yang pernah dikembangkan di antaranya katalis
Ziegler-Natta yang digunakan untuk produksi masal polietilen dan polipropilen.
Reaksi katalitik yang paling dikenal ialah proses Haber untuk sintesis amoniak,
yang menggunakan besi biasa sebagai katalis. Konverter katalitik yang dapat
menghancurkan produk samping knalpot yang paling bandel dibuat dari platina
dan rodium.
25
Universitas Sumatera Utara
2.3.
Peralatan
Alat yang digunakan dalam pembuatan spesimen untuk pengujian dapat
dilihat pada tabel 2.6.
Tabel 2.6. Peralatan yang digunakan pada penelitian
Nama
Jenis Material
Keterangan/Fungsi
Model helmet
Polymer
Model Awal
Cetakan
Polimer Fiberglass
Pencetak Helmet
Mixer
Bor Tanggan
Pengaduk
Timbangan Digital
Mettler Toledo
Penimbang Bahan
Wadah Penakar
Gelas plastik PE
Penakar Bahan
Wadah Pencampur
Timba plastik PE
Wadah Penyampur Bahan
Pelumas Cetakan
Mirror Glaze
Melumasi cetakan
Lilin Tanah
Penghalus Serat
Menutupi rongga cetakan
Motor Listrik
Daya Keluaran: 1 / 0,75 HP/kW
Putaran: 1450 rpm
Alat uji Impak
Instrumen pengujian impak
Personal Computer
Mengolah data dan melakukan
simulasi komputer
2.3.1. Uji Impak Jatuh Bebas
Selama ini helmet industri diuji menggunakan standar teknik jatuh bebas.
Menggunakan alat uji impak jatuh bebas, helmet yang akah diuji ditempatkan di
atas sebuah head form dan dihantam dengan striker dan ketinggian tertentu
dengan cara jatuh bebas. Pengujian standard ini bertujuan untuk melihat sejauh
mana kemampuan helmet dalam menyerap energi impak (impact energy test),
Selain itu uji standar juga bertujuan meneliti kepatahan rusak helmet (penetration
test) yang memungkinkan merusak lapisan cangkang helmet seperti yang terlihat
pada gambar 2.5.
26
Universitas Sumatera Utara
Keterangan gambar:
1. Framebase
2. Supporttable
3. Loadcell
4. Teflonbase
5. Bottombase
6. Ball endpenetrator
7. Anvilsupport
8. Anvil
9. Helmet
10. Test rig
11. Pipa peluncur
Gambar 2.5. Alat uji impak jatuh bebas
2.3.2. Gerak Jatuh Bebas
Benda jatuh tanpa kecepatan awal (vo = nol). Semakin ke bawah gerak
benda semakin cepat. Percepatan yang dialami oleh setiap benda jatuh bebas
selalu sama, yakni sama dengan percepatan gravitasi bumi (a = g) (besar g = 9,8
ms-2 dan sering dibulatkan menjadi 10 ms-2).
Jika benda jatuh ke bumi dari ketinggian tertentu relatif lebih kecil
dibandingkan dengan jari-jari bumi, maka benda mengalami pertambahan
kecepatan dengan harga yang sama setiap detik. Hal ini berarti bahwa percepatan
ke bawah benda bertambah dengan harga yang sama dan jika sebuah benda
tersebut ditembakkan keatas kecepatannya berkurang dengan harga yang sama
setiap detik dengan perlambatan kebawahnya seragam.
Menurut Khurmi R.S, untuk menentukan kecepatan benda jatuh bebas
setiap detik akan diperoleh pendekatan seperti yang terlihat pada tebel 2.7.
27
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.7. Waktu dan kecepatan benda jatuh
Waktu t
(s)
0
1
2
3
4
5
0
9,8
19,6
29,4
39,2
49
Kecepatan
v (m/s)
Dari data Tabel 2.7 dapat digambarkan sebuah grafik hubungan antara
kecepatan dan waktu yang juga merupakan sebuah persamaan garis lurus seperti
pada Gambar 2.6 Jadi percepatan seragam dapat diperoleh dengan persamaan
(2.1).
v=
v − v0 49 − 0
m
=
= 9,8 ........................................ (2.1)
5
t
s
Gambar 2.6. Grafik hubungan v – t
Jika hambatan udara diabaikan maka gerak benda jatuh bebas tersebut
dapat dihitung dengan percepatan seragam melintas melalui sebuah garis lurus,
sehingga percepatan diganti dengan percepatan gravitasi g. Untuk gerakan ke
bawah nilai percepatan identik dengan nilai positif dari gravitasi (+ g; yang
berarti percepatan), dan untuk gerakan ke atas nilai percepatan identik dengan
nilai positif dari gravitasi (-g; yang berarti perlambatan).
28
Universitas Sumatera Utara
2.3.3. Gerak Lurus
Perpindahan adalah sebuah perubahan kedudukan ini merupakan besaran
vektor yang memiliki jarak dan arah. Percepatan dapat didefinisikan sebagai laju
perubahan kedudukan terhadap waktu. Ini juga merupakan besaran vektor yang
memiliki jarak, arah, dan waktu.
Percepatan seragam yang dimiliki partikel yang bergerak dengan
kecepatan konstan pada lintasan lurus atau dimiliki partikel yang melintasi
perpindahan yang sama dalam selang waktu yang sama berturut-turut walaupun
kecilnya perubahan waktu. Satuan perpindahan dapat diukur dengan meter (m),
dan kecepatan dapat diukur dalam meter /detik (ms-2), sedangkan percepatan
diukur dalam meter/detik kuadrat (ms-2) Persamaan gerak lurus percepatan
seragam dapat dijelaskan pada Gambar 2.7.
s = v.t ........................................................................ (2.2)
Gambar 2.7. Diagram kecepatan – waktu
Perpindahan digambarkan dengan luas daerah dibawah grafik kecepatan – waktu.
∆v
=a;
∆t
v = v0 +
∆v
;
∆t
v = v 0 + at ........................... (2.3)
Dengan mensubstitusikan (v 0 + at ) kedalam persamaan s = 1 (v 0 + v ).t
2
maka
diperoleh
jarak
perpindahan
(
)
sebesar s = v 0 .t + 1 .at 2 .
2
Dengan
29
Universitas Sumatera Utara
mensubstitusi waktu t =
v − v0
kedalam persamaan s = 1 (v 0 + v ).t , diperoleh
2
a
rumus kecepatan v2 = vo2 + 2as.
Jika vo = 0, maka v2 = 2.as, sehingga
persamaan menjadi:
V = 2as ....................................................................... (2.4)
Untuk kasus jatuh bebas maka a = g dan s = h, sehingga besarnya
kecepatan diperoleh dengan persamaan (2.5).
V = 2 g.h .................................................................... (2.5)
Dimana:
v = kecepatan benda jatuh bebas, (m/s).
g = gaya grafitasi, (m/s2).
h = ketinggian jatuh benda, ( m).
2.3.4. Momentum dan Impuls
Momentum dan Impuls adalah sebagai satu kesatuan karena momentum
dan Impuls dua besaran yang setara. Dua besaran dikatakan setara seperti
momentum dan Impuls bila memiliki satuan Sistem Internasional (SI) sama atau
juga dimensi sama seperti terlihat pada gambar 2.8.
Gambar 2.8. Hubungan Momentum dan Impuls
30
Universitas Sumatera Utara
Sebuah
benda
bergerak
dikatakan
mempunyai
momentum
yang
dinyatakan dengan hasil kali massa dengan kecepatan benda tersebut. Hal ini
dapat dinyatakan dengan persamaan (2.6).
M = m.v ......................................................................... (2.6)
Dimana:
M = momentum, (kg.m/s).
m = massa, (kg).
v = kecepatan, (ms-2).
Impuls sebuah gaya konstan adalah hasil kali gaya dengan selang waktu
yang diperlukan, ini dapat dinyatakan dalam persamaan (2.7).
I = F .t ........................................................................... (2.7)
Dimana:
I = implus
F = gaya (N)
t = waktu (s)
2.3.5. Gaya dan Energi Impak
Gaya impak dapat diperoleh dengan mensubstitusi persamaan (2.6) dengan
persamaan (2.7), sehingga besar nilai gaya dapat dinyatakan dengan persamaan
(2.8).
F=
m.v
......................................................................... (2.8)
t
Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha/kerja.
Hukum kekekalan energi menjelaskan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan
dimusnahkan. Salah satu bentuk energi mekanik adalah energi kinetik dan energi
potensial. Energi kinetik (Ek) adalah energi yang dimiliki oleh benda berdasarkan
31
Universitas Sumatera Utara
gerakan benda. Nilai energi kinetik dapat dihitung dari pergerakan awal benda
dari kecepatan awal (vo) ke kecepatan perubahan benda (v1), yang ditentukan
dengan persamaan (2.9).
1
E k = m.v 2 .................................................................... (2.9)
2
Dimana:
Ek
= energi kinetik (joule).
m
= massa benda (kg).
v
= kecepatan benda (m/s).
Energi potensial (Ep) adalah energi yang dimiliki oleh benda berdasarkan
kedudukan (ketinggian). Besarnya energi potensial dapat dihitung dengan
persamaan (2.10).
E p = m. g.H ................................................................. (2.10)
Dimana:
Ep = energi potensial (joule).
m
= massa benda (kg).
g
= gaya gravitasi benda (m/s2).
H
= kedudukan/ketinggian benda (m).
2.3.6. Tegangan
Apabila sebuah batang atau plat dibebani sebuah gaya maka akan terjadi
gaya reaksi yang sama dengan yang arah berlawanan. Gaya tersebut akan diterima
sama rata oleh setiap molekul pada bidang penampang batang tersebut. Jadi
tegangan adalah suatu ukuran intensitas pembebanan yang dinyatakan oleh gaya
dan dibagi oleh luas di tempat gaya tersebut bekerja. Tegangan ada bermacammacam sesuai dengan pembebanan yang diberikan. Komponen tegangan pada
32
Universitas Sumatera Utara
sudut yang tegak lurus pada bidang ditempat bekerjanya gaya disebut tegangan
langsung. Pada pembebanan tarik akan terjadi tegangan tarik maka pada beban
tekan akan terjadi tegangan tekan. Biasanya dinyatakan dalam bentuk persentasi
atau tidak dengan persentasi. Besarnya tegangan menunjukkan apakah bahan
tersebut mampu menahan perubahan bentuk sebelum patah. Makin besar tegangan
suatu bahan maka bahan itu mudah dibentuk Maka, rumus tegangan dapat dilihat
pada persamaan (2.11).
.......................................................................... (2.11)
Dimana:
σ = Tegangan (N/m2)
F = gaya (Newton)
Ao = luas penampang awal (m2)
2.3.7. Regangan
Regangan adalah suatu bentuk tanpa dimensi untuk menyatakan perubahan
bentuk. Biasanya dinyatakan dalam bentuk persentasi atau tidak dengan
persentasi. Besarnya regangan menunjukkan apakah bahan tersebut mampu
menahan perubahan bentuk sebelum patah. Makin besar regangan suatu bahan
maka bahan itu mudah dibentuk Maka, rumus regangan dapat dilihat pada
persamaan (2.12).
ε=
............................................................... (2.12)
Dimana:
ε = Regangan
L0 = panjang mula-mula (mm)
ΔL = Perubahan panjang yang terjadi (mm)
L1 = panjang Akhir (mm)
33
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Alat transportasi Sepeda.
Perkembangan dunia transportasi sepeda di dunia ini sangat pesat sepeda
adalah mencakup transportasi darat. Sebelum ada transportasi mobil, sepeda
motor dan lain-lain. Sepeda telah digunakan sebagai alat transportasi, meskipun
sepeda motor atau mobil berkembang pesat. Namun, karena sepeda motor dan
mobil masih relatif mahal maka masyarakat di negara berkembang masih
menggunakan sepeda sebagai alat transportasi. Meskipun menggunakan sepeda,
resiko kecelakaan lebih sedikit dibandingkan kendaraan yang lainnya. Akan tetapi
resiko kecelakaan masih tetap ada maka dari itu di perlukan sebuah alat pelindung
dalam bersepeda khususnya di bagian kepala. Seperti kita ketahui kepala adalah
bagian terpenting dari tubuh manusia, karena saraf yang terdapat di kepala
mengatur semua gerak tubuh manusia. Melihat hal tersebut penciptaan alat
pelindung kepala atau biasa kita sebut helmet, harus menjadi perhatian utama.
Dari situlah peneliti berinisiatif untuk mendesain helmet yang ringan dan kuat
serta tahan tehadap tekanan. Untuk menghasilkan helmet sepeda yang berkualitas
itu perlu dilakukan penelitian dan pengembangan secara terus menerus terhadap
desain helmet sepeda.
2.1.1. Desain Helmet Sepeda
Dalam merancang sebuah helmet banyak hal yang harus dipertimbangkan.
mulai dari kekuatan dan ketahanan material dan tahan terhadap impak pada saat
pengendara mengalami kecelakaan. Semua itu menjadi hal yang wajib untuk
6
Universitas Sumatera Utara
diperhitungkan dalam merancang helmet. Lebih spesifik tentang pembuatan
helmet sepeda, beberapa faktor yang sangat berpengaruh ialah jenis material, dan
merujuk pada fungsi helmet itu sendiri serta tampilan helmet yang dapat menarik
perhatian konsumen yang akan menggunakannya.
Maka dari itu helmet seperti ini harus dibuat semenarik mungkin bagi para
penggunanya. Agar para calon konsumen dapat tertarik untuk memakainya.
Beberapa aspek yang menjadi perhatian kami dalam merancang helmet kendaraan
ini antara lain:
1.
Aspek Reduksi Bobot
Aspek reduksi bobot adalah hal yang sangat rasional bila helmet dengan
bobot yang ringan akan memudahkan bagi pemakai bila dibandingkan dengan
helmet yang mempunyai bobot yang berat.
2.
Aspek kekuatan dan ketahanan
Aspek kekuatan dan ketahanan adalah respon material helmet terhadap
beban impak / benturan. Beban impak sering didefinisikan sebagai beban yang
bekerja pada struktur dalam waktu yang sangat singkat, umumnya kurang dari 1
detik, bahkan hanya selama beberapa milidetik. Beberapa contoh beban impak
adalah beban tekanan, akibat tabrakan, dan atau benturan pada helmet pada saat
terjadi tabrakan. Umumnya dengan alasan keamanan, struktur tersebut harus
direncanakan terhadap beban impak yang mungkin terjadi.
Inti mekanisme perlindungan helmet adalah penyerapan energi momentum
yang diterima ke seluruh bagian helmet. Oleh karenanya meski terdapat berbagai
bentuk helmet bentuk dan strukturnya mempertimbangkan kemampuannya
menyerap energi tabrakan. Ukuran dan beratnya juga merupakan pertimbangan
7
Universitas Sumatera Utara
lain sebab ukuran yang lebih besar juga meningkatkan resiko terhadap pengguna.
Adapun konstruksi helmet secara garis besar terdiri atas:
a. Lapisan luar yang keras (hard outer shell)
Didesain untuk dapat pecah jika mengalami benturan untuk mengurangi
dampak tekanan sebelum sampai ke kepala. Lapisan ini biasanya terbuat dari
bahan plastic, fiberglass, polycarbonate dan lain-lain.
b. Lapisan dalam yang tebal (inside shell or liner)
Di sebelah dalam dari lapisan luar adalah lapisan yang sama pentingnya untuk
dampak pelapis penyangga. Biasanya dibuat dari bahan polystyrene
(styrofoam). Lapisan tebal ini memberikan bantalan yang berfungsi menahan
goncangan sewaktu helmet
terbentur benda keras sementara kepala masih
bergerak.
c. Lapisan dalam yang lunak (comfort padding)
Merupakan bagian dalam yang terdiri dari bahan lunak dan kain untuk
menempatkan kepala secara pas dan tepat pada rongga helmet.
d. Tali Pengikat
Bagian penting lainnya dalam helmet adalah tali pengikat helmet. Helmet tidak
akan berfungsi dengan baik kalau tidak dilengkapi atau tidak mengikatkan tali
pengikatnya komponen Helmet Sepeda dapat dilihat pada Gambar 2.1.
hardouter
shell
insideshellorli
ner
comfort
padding
Tali
pengika
Gambar 2.1. Komponen Helmet Sepeda
8
Universitas Sumatera Utara
2.1.2. Standarisasi Helmet Sepeda
Helmet yang digunakan oleh masyarakat di negara maju pada umumnya
sudah mempunyai standard tertentu sesuai dengan peraturan yang ditetapkan oleh
pemerintahnya. Diantara standar-standar helmet sepeda yang dikenal luas dan
banyak menjadi referensi antara lain Australia Standard (EN 397. AS/NZS
1801.SS98), European EN helmet standard (EN 1078.1990) dan lain-lain.
Untuk masing-masing standar memiliki klasifikasi yang berbeda
berdasarkan kegunaan dan material yang digunakan.
ANSI mengelompokkan
dalam dua tipe:
1. Helmet yang digunakan untuk melindungi kepala dari benda yang jatuh
bebas dari ketinggian tertentu umumnya digunakan oleh pekerja
konstruksi.
2. Helmet yang digunakan untuk melindungi kepala dari benda yang jatuh
bebas juga dari benda yang datang dari arah lateral baik dari arah depan,
samping dan belakang umumnya digunakan oleh petugas pemadam
kebakaran.
2.2.
Komposit
Komposit adalah penggabungan
dari bahan yang dipilih berdasarkan
kombinasi sifat fisik masing-masing material penyusun untuk menghasilkan
material baru dengan sifat yang baru dan unik dibandingkan sifat material dasar,
sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan antara masing-masing material
penyusunnya.
Material komposit terdiri dari dua bagian utama yaitu matriks, dan penguat
(reinforcement). Pada desain struktur dilakukan pemilihan matriks dan penguat,
9
Universitas Sumatera Utara
hal ini dilakukan untuk memastikan kemampuan material sesuai dengan produk
yang akan dihasilkan gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit sperti
terlihat pada gambar 2.2.
c. Komposit
a. Matriks + b. Penguat/Serat
Gambar 2.2. Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit
Keterangan Gambar:
a. Matriks berfungsi sebagai penyokong, pengikat fasa, penguat.
b. Penguat/serat merupakan unsur penguat kepada matriks.
c. Komposit merupakan gabungan, campuran dua atau lebih bahan bahan
yang terpisah.
Penggabungan dua material atau lebih dapat di bedakan menjadi makro
komposit dan mikro komposit. Sifat
penggabungan makro adalah
dapat
dibedakan secara langsung dengan cara melihat, penggabungannya secara fisis
dan mekanis, penggabungannya dapat dipisahkan secara fisis ataupun secara
mekanis seperti, Kevlar, Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP ).
Dari penjelasan di atas dapat kita ketahui bahwa material komposit dibuat
dengan penggabungan secara makro. Karena material komposit merupakan
material gabungan secara makro, maka material komposit dapat didefinisikan
sebagai suatu sistem material yang tersusun dari campuran / kombinasi dua atau
lebih unsur–unsur utama yang secara makro berbeda di dalam bentuk atau
komposisi material dan pada dasarnya tidak dapat dipisahkan.
Keunggulan komposit dapat dilihat dari sifat-sifat bahan pembentuknya
serta ciri-ciri komposit itu sendiri, antara lain:
10
Universitas Sumatera Utara
a. Bahan ringan, kuat dan kaku.
b. Struktur mampu berubah mengikuti perubahan keadaan sekitarnya.
c. Unggul atas sifat-sifat bahan teknik yang diperlukan, kekuatan yang
tinggi, keras, ringan serta tahan terhadap impak.
Dalam desain struktur pada penelitian ini, jenis matriks yang akan
digunakan adalah Polyester resin BTN 157 dan penguat serat TKKS. Matriks ini
tergolong jenis polimer thermoset yang memiliki sifat dapat mengeras pada suhu
kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan ketika proses
pembentukannya. Skema struktur komposit diperlihatkan pada gambar 2.3.
Composite
ParticleReinforced
Structurral
Fiber Reinforced
LargeParticle
ContinuousAligned
DispersionStrengthened
Laminates
SandwichPanels
Discontinuousshort
Aligned
Randomly
Gambar 2.3. Klasifikasi bahan komposit
Komposit berdasarkan jenis penguatnya dapat dijelaskan:
1. Komposit Partikel (Particle Reinforced )
Merupakan komposit yang diperkuat partikel, penguat dalam satu atau
lebih partikel yang tersebar diikat oleh matriks yang berbeda fasa. Komposit
11
Universitas Sumatera Utara
partikel diperkuat oleh logam, polymer, keramik. Komposit partikel terdiri dari
partikel besar dan partikel kecil. Partikel Besar (Large Particle), merupakan
hubungan antar matriks dan partikel merupakan suatu rangkaian kesatuan yang
memiliki sifat-sifat bahan fasa partikel lebih keras dan lebih kaku dari pada fasa
matriks. Sebagai contoh bahan campuran semen dan kerikil. Partikel Kecil
(Dispersion Strengthened), hubungan antar matriks dan partikel bukan merupakan
suatu rangkaian kesatuan yang memiliki sifat lebih kuat dan kaku dibandingkan
komposit partikel besar seperti kekuatan alloy nikel.
2. Komposit Serat (Fiber Reinforced)
Komposit serat merupakan komposit yang diperkuat serat fasa penguat
berbentuk serat dalam diikat oleh matriks, diameter 0,01 – 0,1 µm. Ukuran serat
sangat menentukan bahan komposit menerima gaya-gaya luar. Semakin panjang
ukuran serat maka semakin efisien dalam menerima gaya searah serat. Panjang
serat berfungsi untuk menghilangkan kemungkinan retak sepanjang batas
pertemuan serat dengan matriks selain itu juga berfungsi mencegah cacat
permukaan.
Jenis-jenis komposit serat antara lain adalah Continuous Fiber
Composite, Chopped Fiber Composite, Woven Fiber Composite, Hybrid
Composite.
3. Komposit/Struktur Laminat
Komposit yang terdiri dari dua bahan yang berlainan (laminat), terdiri atas
susunan fasa penguat dan matriks dalam bentuk laminat bisa dalam arah searah,
dan tegak lurus atau arah tidak beraturan tergantung pada keperluan terhadap
beban. Arah serat tentunya akan mempengaruhi kekuatan dan kemampuan serat
menahan beban pada suatu komposit.
12
Universitas Sumatera Utara
2.2.1. Material Komposit Penyusun Struktur Helmet sepeda
Material yang dikembangkan pada penelitian ini yaitu komposit busa
polimer diperkuat serat TKKS sebagai bahan teknik alternatif. Untuk
mendapatkan struktur komposit yang kuat, serat TKKS dicampur dengan resin
thermoset. Material penyusun lainnya adalah blowing agent untuk menghasilkan
foam sehingga berat struktur tersebut menjadi lebih ringan, katalis yang berfungsi
mengeraskan resin, serta larutan pembersih serat dan pelumas.
1. Serat TKKS (Tandan Kosong Kelapa Sawit)
Limbah berbentuk padat dari pabrik kelapa sawit umumnya berbentuk
tandan kosong, cangkang dan serat buah. Dari berbagai jenis komponen limbah
pabrik kelapa sawit yang dihasilkan, tandan kosong kelapa sawit (TKKS)
merupakan komponen yang paling banyak.
Secara umum pengelolaan limbah terdiri dari dua aspek yaitu penanganan
limbah dan pemanfaatan limbah. Penanganan limbah untuk mengurangi daya
cemar dan pemanfaatan limbah untuk mendapatkan nilai tambah.
Beberapa penelitian yang sudah dilakukan untuk memanfaatkan tandan
kosong kelapa sawit adalah sebagai bahan baku pembuatan pulp (Darnoko dkk,
1995), Penelitian menunjukkan bahwa kandungan seratnya cukup tinggi sehingga
tandan kosong kelapa sawit dapat digunakan sebagai bahan pengisi polimer,
seperti bahan pengisi jenis kayu dan turunan selulosa, karena harganya murah,
ringan dan dapat diperbaharui.
Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) banyak mengandung serat disamping
zat-zat lainnya. Bagian dari tandan yang banyak mengandung serat atau selulosa
adalah bagian pangkal dan ujungnya yang runcing dan keras. Secara umum sifat
13
Universitas Sumatera Utara
fisik dan morfologi serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS) diperlihatkan pada
tabel 2.1.
Tabel 2.1. Sifat Fisik dan Morfologi Tandan Kosong Kelapa Sawit
Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Parameter
Bagian Pangkal
Bagian Ujung
1,20
0,76
Diameter Serat (μm)
15,00
114,34
Tebal dinding (μm)
3,49
3,68
72,67
62,47
27,33
37,53
Panjang Serat (mm)
Kadar serat (%)
Kadar non serat (%)
Sumber: Darnoko, dkk, 1995
Sementara komposisi dan sifat kimia dari Serat Tandan Kosong Kelapa
Sawit (TKKS) seperti diperlihatkan pada table 2.2.
Tabel 2.2. Komposisi dan Sifat Kimia Tandan Kosong Kelapa Sawit
Komponen Kimia
Komposisi ( % )
Lignin
22,23
Ekstraktif
6,37
Pentosan
26,69
Selulosa
37,76
Holoselulosa
68,88
Abu
6,59
Kelarutan dalam: 1% NaOH
29,96
Air Dingin
13,89
Air Panas
16,17
Sumber: Darnoko, dkk, 1995
14
Universitas Sumatera Utara
2. Polyester Resin BQTN 157-EX
Polyester resin BQTN 157-EX merupakan material polimer kondensat
yang dibentuk berdasarkan reaksi antara kelompok 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 adapun jenis polyester
resin yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada gambar 2.4.
Gambar 2.4. Polyester Resin BTN 157-EX
Poliester resin adalah jenis polimer thermoset yang memiliki struktur
rantai karbon yang panjang. Matriks jenis ini memiliki sifat dapat mengeras pada
suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan ketika proses
pembentukannya. Struktur material yang dihasilkan berbentuk crosslink dengan
keunggulan pada daya tahan yang lebih baik terhadap jenis pembebanan statik dan
impak. Hal ini disebabkan molekul yang dimiliki material ini ialah dalam bentuk
rantai molekul raksasa atom-atom karbon yang saling berhubungan satu dengan
lainnya. Dengan demikian struktur molekulnya menghasilkan efek peredaman
yang cukup baik terhadap beban yang diberikan data mekanik material matriks
diperlihatkan pada Tabel 2.3.
15
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.3. Karakteristik mekanik polyeter resin BTN 157-EX
3. Blowing Agent
Blowing agent adalah agen busa untuk menciptakan gelembung udara
dalam struktur komposit jenis blowing agent yang digunakan pada penelitian ini
ialah:
1. Asam Asetat
Asam asetat, asam etanoat atau asam cuka adalah senyawa kimia asam
organik yang dikenal sebagai pemberi rasa asam dan aroma dalam makanan.
Asam cuka memiliki rumus empiris C2H4O2. Rumus ini seringkali ditulis dalam
bentuk CH3-COOH, CH3COOH, atau CH3CO2H. Asam asetat murni (disebut
asam asetat glasial) adalah cairan higroskopis tak berwarna, dan memiliki titik
beku 16.7°C.
Asam asetat merupakan salah satu asam karboksilat paling sederhana,
setelah asam format. Larutan asam asetat dalam air merupakan sebuah asam
lemah, artinya hanya terdisosiasi sebagian menjadi ion H+ dan CH3COO-. Asam
asetat merupakan pereaksi kimia dan bahan baku industri yang penting. Asam
asetat digunakan dalam produksi polimer seperti polietilena tereftalat, selulosa
16
Universitas Sumatera Utara
asetat, dan polivinil asetat, maupun berbagai macam serat dan kain. Dalam
industri makanan, asam asetat digunakan sebagai pengatur keasaman. Di rumah
tangga, asam asetat encer juga sering digunakan sebagai pelunak air. Dalam
setahun, kebutuhan dunia akan asam asetat mencapai 6,5 juta ton per tahun. 1.5
juta ton per tahun diperoleh dari hasil daur ulang, sisanya diperoleh dari industri
petrokimia maupun dari sumber hayati adapun senyawa asam asetat dapat dilihat
pada tabel 2.4.
Tabel 2.4. Informasi Umum Senyawa Asam Asetat
Informasi
Nama sistematis
Asam etanoat
Asam asetat
Nama alternatif
Asam metana karboksilat
Asetil hidroksida (AcOH)
Hidrogen asetat (HAc)
Asam cuka
Rumus molekul
CH3COOH
Massa molar
60.05 g/mol
Densitas dan fase
1.049 g cm−3, cairan
1.266 g cm−3, padatan
Titik lebur
16.5 °C (289.6 ± 0.5 K) (61.6 °F)[1]
Titik didih
118.1 °C (391.2 ± 0.6 K) (244.5 °F)[1]
Penampilan
Cairan tak berwarna atau kristal
Keasaman (pKa)
4.76 pada 25 °C
Asam asetat merupakan nama trivial atau nama dagang dari senyawa ini,
dan merupakan nama yang paling dianjurkan oleh IUPAC. Nama ini berasal dari
kata Latin acetum, yang berarti cuka. Nama sistematis dari senyawa ini adalah
asam etanoat. Asam asetat glasial merupakan nama trivial yang merujuk pada
asam asetat yang tidak bercampur air. Disebut demikian karena asam asetat bebas
air membentuk kristal mirip es pada 16.7 °C, sedikit di bawah suhu ruang.
17
Universitas Sumatera Utara
Singkatan yang paling sering digunakan, dan merupakan singkatan resmi
bagi asam asetat adalah AcOH atau HOAc dimana Ac berarti gugus asetil,
CH3−C(=O)−. Pada konteks asam-basa, asam asetat juga sering disingkat HAc,
meskipun banyak yang menganggap singkatan ini tidak benar. Ac juga tidak boleh
di salah artikan dengan lambang unsur Aktinium (Ac).
a. Sifat-sifat kimia
Atom hidrogen (H) pada gugus karboksil (−COOH) dalam asam
karboksilat seperti asam asetat dapat dilepaskan sebagai ion H+ (proton), sehingga
memberikan sifat asam. Asam asetat adalah asam lemah monoprotik dengan nilai
pKa = 4.8. Basa konjugasinya adalah asetat (CH3COO−). Sebuah larutan 1.0 M
asam asetat (kira-kira sama dengan konsentrasi pada cuka rumah).
Struktur kristal asam asetat menunjukkan bahwa molekul-molekul asam
asetat berpasangan membentuk dimer yang dihubungkan oleh ikatan hidrogen.
Dimer juga dapat dideteksi pada uap bersuhu 120 °C. Dimer juga terjadi pada
larutan encer di dalam pelarut tak berikatan hidrogen, dan kadang-kadang pada
cairan asam asetat murni. Dimer dirusak dengan adanya pelarut berikatan
hidrogen (misalnya air). Entalpi disosiasi dimer tersebut diperkirakan 65.0–66.0
kJ/mol, entropi disosiasi sekitar 154–157 J mol–1 K–1. Sifat dimerisasi ini juga
dimiliki oleh asam karboksilat sederhana lainnya.
Asam asetat pekat bersifat korosif dan karena itu harus digunakan dengan
penuh hati-hati. Asam asetat dapat menyebabkan luka bakar, kerusakan mata
permanen, serta iritasi pada membran mukosa. Luka bakar atau lepuhan bisa jadi
tidak terlihat hingga beberapa jam setelah kontak. Sarung tangan latex tidak
melindungi dari asam asetat, sehingga dalam menangani senyawa ini perlu
18
Universitas Sumatera Utara
digunakan sarung tangan berbahan karet nitril. Asam asetat pekat juga dapat
terbakar di laboratorium, namun dengan sulit. Ia menjadi mudah terbakar jika
suhu ruang melebihi 39 °C (102 °F), dan dapat membentuk campuran yang mudah
meledak di udara (ambang ledakan: 5.4%-16%).
Asam asetat cair adalah pelarut protik hidrofilik (polar), mirip seperti air
dan etanol. Asam asetat memiliki konstanta dielektrik yang sedang yaitu 6.2,
sehingga ia bisa melarutkan baik senyawa polar seperi garam anorganik dan gula
maupun senyawa non-polar seperti minyak dan unsur-unsur seperti sulfur dan
iodin. Asam asetat bercambur dengan mudah dengan pelarut polar atau non-polar
lainnya seperti air, kloroform dan heksana. Sifat kelarutan dan kemudahan
bercampur dari asam asetat ini membuatnya digunakan secara luas dalam industri
kimia.
b. Reaksi-reaksi kimia
Asam asetat bersifat korosif terhadap banyak logam seperti besi,
magnesium, dan seng, membentuk gas hidrogen dan garam-garam asetat (disebut
logam asetat). Logam asetat juga dapat diperoleh dengan reaksi asam asetat
dengan suatu basa yang cocok. Seperti yang terkenal adalah reaksi soda kue
(Natrium bikarbonat) bereaksi dengan cuka. Hapir semua garam asetat larut
dengan baik dalam air. Salah satu pengecualian adalah kromium asetat. Seperti
reaksi pembentukan garam asetat:
Mg (s) + 2 CH3COOH (aq) → (CH3COO)2 Mg (aq) + H2 (g)
NaHCO3 (s) + CH3COOH (aq) → CH3COONa (aq) + CO2 (g) + H2O (l)
19
Universitas Sumatera Utara
Alluminium merupakan logam yang tahan terhadap korosi karena dapat
membentuk lapisan alluminium oksida yang melindungi permukaannya. Karena
itu, biasanya asam asetat diangkut dengan tangki-tangki alluminium.
Asam asetat mengalami reaksi-reaksi asam karboksilat, misalnya
menghasilkan garam asetat bila bereaksi dengan alkali, menghasilkan logam
etanoat bila bereaksi dengan logam, dan menghasilkan logam etanoat, air dan
karbondioksida bila bereaksi dengan garam karbonat atau bikarbonat. Reaksi
organik yang paling terkenal dari asam asetat adalah pembentukan etanol melalui
reduksi, pembentukan turunan asam karboksilat seperti asetil klorida atau
anhidrida asetat melalui substitusi nukleofilik. Anhidrida asetat dibentuk melalui
kondensasi dua molekul asam asetat. Ester dari asam asetat dapat diperoleh
melalui reaksi esterifikasi Fischer, dan juga pembentukan amida. Pada suhu
440 °C, asam asetat terurai menjadi metana dan karbon dioksida, atau ketena dan
air.
2.
Natrium Bikarbonat
Natrium bikarbonat adalah senyawa kimia dengan rumus NaHCO3. Dalam
penyebutannya kerap disingkat menjadi bicnat. Senyawa ini termasuk kelompok
garam dan telah digunakan sejak lama.
Senyawa ini disebut juga baking soda (soda kue), Sodium bikarbonat,
natrium hidrogen karbonat, dan lain-lain. Senyawa ini merupakan kristal yang
sering terdapat dalam bentuk serbuk. Natrium bikarbonat larut dalam air.
Senyawa ini digunakan dalam roti atau kue karena bereaksi dengan bahan lain
membentuk gas karbon dioksida, yang menyebabkan roti “mengembang”, adapun
senyawa Natrium Bikarbonat dapat dilihat pada tabel 2.5.
20
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.5. Informasi Umum Natrium Bikarbonat
IUPAC
Sodium hydrogen carbonate
Baking soda, bicarbonate of soda, nahcolite, sodium
bicarbonate, sodium hydrogen carbonate
Identifiers
CAS number
144-55-8
Pub Chem
516892
Chem Spider
8609
UNII
8MDF5V39QO
EC number
205-633-8
Drug Bank
DB01390
KEGG
C12603
MeSH
Sodium+bicarbonate
ChEBI
CHEBI:32139
ChEMBL
CHEMBL1353
RTECS number
VZ0950000
ATC code
B05CB04,B05XA02, QG04BQ01
Beilstein
Reference
a.
4153970
Reaksi Kimia
NaHCO3 yang pertama disiapkan oleh proses Solvay, merupakan reaksi
kalsium karbonat, natrium klorida, amonia, dan karbon dioksida dalam air. Ini
diproduksi pada skala sekitar 100.000 ton / tahun (data 2001).
NaHCO3 dapat diperoleh dengan reaksi antara karbon dioksida dengan
larutan natrium hidroksida. Reaksi awal menghasilkan natrium karbonat:
CO2 + 2 NaOH→Na2CO3 + H2O
21
Universitas Sumatera Utara
Lebih lanjut penambahan karbon dioksida menghasilkan natrium
bikarbonat, yang pada konsentrasi cukup tinggi akan mengendap larutan:
Na2CO3 + CO2 + H2O→2 NaHCO
b. Unsur-Unsur
Karbonat dan bikarbonat adalah senyawa yang melimpah dan sangat
berguna serta terkenal. Kebanyakan karbonat hanya sedikit larut dalam air.
Misalnya CaCO3, BaCO3, MgCO3 dan PbCO3. Banyak bikarbonat hanya stabil
dalam larutan air. Seperti Ca (HCO3)2, Mg (HCO3). Semua logam IA kecuali
Litium membentuk karbonat yang larut, dimana yang paling murah dan berguna
adalah NaHCO3 (Soda kue), Na2CO3 (Soda abu). Karbon Disulfida (CS2) CS2
adalah cairan yang mudah terbakar dan dapat dipakai sebagai bahan pembuat
CCl4, dengan reaksi: CS2 + 3Cl2 → CCl4 +S2Cl2 Hidrogen Sianida (HCN) HCN
adalah senyawa gas bersifat racun, tetapi penting dalam industri seperti industri
plastik.Senyawa HCN dapat dibuat secara komersil melalui reaksi: NH3 +CH4 →
HCN + 3H2
Natrium bikarbonat dapat digunakan sebagai pencuci untuk menghapus
apapun yang berasam.
Reaksi dari sodium bikarbonat dan asam mengahsilkan garam dan asam
karbonat, yang mudah terurai menjadi karbon dioksida dan air.
NaHCO3 + HCl → NaCl + H2CO3
H2CO3 → H2O + CO2 (g)
Reaksi dari sodium bikarbonat dan asam cuka:
NaHCO3 + CH3COOH → CH3COONa + H2O + CO2 (g)
Natrium bikarbonat bereaksi dengan basa:
22
Universitas Sumatera Utara
NaHCO3 + NaOH → Na2CO3 + H2O
c. Termal Dekomposisi
Di atas 60°C, maka secara bertahap akan terurai menjadi sodium soda, air
dan karbon dioksida. Pada suhu 200°C.
2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2
Kebanyakan bicarbonat ini mengalami reaksi dehidrasi. Lebih lanjut
Pemanasan mengubah soda menjadi oksida (sekitar 1000°C).
Na2CO3 → Na2O + CO2
Hasil reaksi penguraian NaHCO3 digunakan sebagai pemadam api.
d. Karakteristik
Berikut ini adalah karakteristik sodium bikarbonat.
1. Memiliki titik lebur yang tinggi.
2. Merupakan senyawa ionik dengan ikatan kuat.
3. Dalam bentuk leburan atau larutan dapat menghantarkan listrik.
4. Sifat larutannya dapat berupa asam, basa, atau netral, Sifat ini tergantung
dari jenis asam/basa kuat pembentuknya.
3. Reaksi Baking Soda Dan Asam Asetat
Campuran soda kue dengan cuka menghasilkan gelembung-gelembung
gas. Gelembung-gelembung gas tersebut adalah gas karbondioksida. Campuran
cuka dengan soda kue dapat dirumuskan sebagai berikut:
NaHCO3 (s) + CH3COOH (aq) → CH3COONa (aq) + CO2 (g) + H2O (l).
Cuka merupakan asam sedangkan soda kue merupakan basa. Setelah
kedua larutan ini dicampur, pH nya menjadi netral.
23
Universitas Sumatera Utara
Hasil dari reaksi cuka dengan soda kue menghasilkan gas karbondioksida
yang dapat mendorong gas oksigen diatasnya sehingga lama kelamaan gelembung
yang tadinya kecil akan berubah menjadi lebih besar.
Reaksi yang terjadi antara cuka dengan soda kue ini merupakan reaksi
endoterm, karena setelah cuka dan soda kue dicampurkan ke dalam botol,
permukaan botol terasa dingin. Ini karena terjadi perpindahan panas atau kalor
dari lingkungan ke sistem sehingga suhu lingkungan berkurang dan menyebabkan
suhu pada permukaan botol terasa dingin.
Persamaan reaksi (Chemical Equation)
NaHCO₃ (s) + CH₃COOH (aq) → CH₃COONA (s) + H₂O (l) + CO₂
NaHCO₃ = Ar :Na =23 . H = 1. C = 12. O = 16, Mr = 46.03.
4. Katalis MEKP (Methyl Ethyl Keton Peroksida)
Katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksireaksi kimia pada
suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri.
Suatu katalis berperan dalam reaksi tapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk.
Katalis
memungkinkan
reaksi
berlangsung
lebih
cepat
atau
memungkinkan reaksi pada suhu lebih rendah akibat perubahan yang dipicunya
terhadap pereaksi. Katalis menyediakan suatu jalur pilihan dengan energi aktivasi
yang lebih rendah. Katalis mengurangi energi yang dibutuhkan untuk
berlangsungnya reaksi.
Katalis dapat dibedakan ke dalam dua golongan utama, katalis homogen
dan katalis heterogen. Katalis heterogen adalah katalis yang ada dalam fase
berbeda dengan pereaksi dalam reaksi yang di katalisi isinya, sedangkan katalis
homogen berada dalam fase yang sama. Satu contoh sederhana untuk katalisis
24
Universitas Sumatera Utara
heterogen yaitu bahwa katalis menyediakan suatu permukaan di mana pereaksipereaksi (atau substrat) untuk sementara terjerap. Ikatan dalam substrat-substrat
menjadi lemah sedemikian sehingga memadai terbentuknya produk baru. katan
atara produk dan katalis lebih lemah, sehingga akhirnya terlepas.
Katalis homogen umumnya bereaksi dengan satu atau lebih pereaksi untuk
membentuk suatu perantara kimia yang selanjutnya bereaksi membentuk produk
akhir reaksi, dalam suatu proses yang memulihkan katalisnya. Berikut ini
merupakan skema umum reaksi katalitik, di mana C melambangkan katalisnya.
A + C → AC (1)
B + AC → AB + C (2)
Meskipun katalis (C) termakan oleh reaksi 1, namun selanjutnya
dihasilkan kembali oleh reaksi 2, sehingga untuk reaksi keseluruhannya menjadi.
A + B + C → AB + C
Katalis tidak termakan atau pun tercipta. Enzim adalah biokatalis.
Penggunaan istilah "katalis" dalam konteks budaya yang lebih luas, secara bisa di
analogikan dengan konteks ini.
Beberapa katalis ternama yang pernah dikembangkan di antaranya katalis
Ziegler-Natta yang digunakan untuk produksi masal polietilen dan polipropilen.
Reaksi katalitik yang paling dikenal ialah proses Haber untuk sintesis amoniak,
yang menggunakan besi biasa sebagai katalis. Konverter katalitik yang dapat
menghancurkan produk samping knalpot yang paling bandel dibuat dari platina
dan rodium.
25
Universitas Sumatera Utara
2.3.
Peralatan
Alat yang digunakan dalam pembuatan spesimen untuk pengujian dapat
dilihat pada tabel 2.6.
Tabel 2.6. Peralatan yang digunakan pada penelitian
Nama
Jenis Material
Keterangan/Fungsi
Model helmet
Polymer
Model Awal
Cetakan
Polimer Fiberglass
Pencetak Helmet
Mixer
Bor Tanggan
Pengaduk
Timbangan Digital
Mettler Toledo
Penimbang Bahan
Wadah Penakar
Gelas plastik PE
Penakar Bahan
Wadah Pencampur
Timba plastik PE
Wadah Penyampur Bahan
Pelumas Cetakan
Mirror Glaze
Melumasi cetakan
Lilin Tanah
Penghalus Serat
Menutupi rongga cetakan
Motor Listrik
Daya Keluaran: 1 / 0,75 HP/kW
Putaran: 1450 rpm
Alat uji Impak
Instrumen pengujian impak
Personal Computer
Mengolah data dan melakukan
simulasi komputer
2.3.1. Uji Impak Jatuh Bebas
Selama ini helmet industri diuji menggunakan standar teknik jatuh bebas.
Menggunakan alat uji impak jatuh bebas, helmet yang akah diuji ditempatkan di
atas sebuah head form dan dihantam dengan striker dan ketinggian tertentu
dengan cara jatuh bebas. Pengujian standard ini bertujuan untuk melihat sejauh
mana kemampuan helmet dalam menyerap energi impak (impact energy test),
Selain itu uji standar juga bertujuan meneliti kepatahan rusak helmet (penetration
test) yang memungkinkan merusak lapisan cangkang helmet seperti yang terlihat
pada gambar 2.5.
26
Universitas Sumatera Utara
Keterangan gambar:
1. Framebase
2. Supporttable
3. Loadcell
4. Teflonbase
5. Bottombase
6. Ball endpenetrator
7. Anvilsupport
8. Anvil
9. Helmet
10. Test rig
11. Pipa peluncur
Gambar 2.5. Alat uji impak jatuh bebas
2.3.2. Gerak Jatuh Bebas
Benda jatuh tanpa kecepatan awal (vo = nol). Semakin ke bawah gerak
benda semakin cepat. Percepatan yang dialami oleh setiap benda jatuh bebas
selalu sama, yakni sama dengan percepatan gravitasi bumi (a = g) (besar g = 9,8
ms-2 dan sering dibulatkan menjadi 10 ms-2).
Jika benda jatuh ke bumi dari ketinggian tertentu relatif lebih kecil
dibandingkan dengan jari-jari bumi, maka benda mengalami pertambahan
kecepatan dengan harga yang sama setiap detik. Hal ini berarti bahwa percepatan
ke bawah benda bertambah dengan harga yang sama dan jika sebuah benda
tersebut ditembakkan keatas kecepatannya berkurang dengan harga yang sama
setiap detik dengan perlambatan kebawahnya seragam.
Menurut Khurmi R.S, untuk menentukan kecepatan benda jatuh bebas
setiap detik akan diperoleh pendekatan seperti yang terlihat pada tebel 2.7.
27
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.7. Waktu dan kecepatan benda jatuh
Waktu t
(s)
0
1
2
3
4
5
0
9,8
19,6
29,4
39,2
49
Kecepatan
v (m/s)
Dari data Tabel 2.7 dapat digambarkan sebuah grafik hubungan antara
kecepatan dan waktu yang juga merupakan sebuah persamaan garis lurus seperti
pada Gambar 2.6 Jadi percepatan seragam dapat diperoleh dengan persamaan
(2.1).
v=
v − v0 49 − 0
m
=
= 9,8 ........................................ (2.1)
5
t
s
Gambar 2.6. Grafik hubungan v – t
Jika hambatan udara diabaikan maka gerak benda jatuh bebas tersebut
dapat dihitung dengan percepatan seragam melintas melalui sebuah garis lurus,
sehingga percepatan diganti dengan percepatan gravitasi g. Untuk gerakan ke
bawah nilai percepatan identik dengan nilai positif dari gravitasi (+ g; yang
berarti percepatan), dan untuk gerakan ke atas nilai percepatan identik dengan
nilai positif dari gravitasi (-g; yang berarti perlambatan).
28
Universitas Sumatera Utara
2.3.3. Gerak Lurus
Perpindahan adalah sebuah perubahan kedudukan ini merupakan besaran
vektor yang memiliki jarak dan arah. Percepatan dapat didefinisikan sebagai laju
perubahan kedudukan terhadap waktu. Ini juga merupakan besaran vektor yang
memiliki jarak, arah, dan waktu.
Percepatan seragam yang dimiliki partikel yang bergerak dengan
kecepatan konstan pada lintasan lurus atau dimiliki partikel yang melintasi
perpindahan yang sama dalam selang waktu yang sama berturut-turut walaupun
kecilnya perubahan waktu. Satuan perpindahan dapat diukur dengan meter (m),
dan kecepatan dapat diukur dalam meter /detik (ms-2), sedangkan percepatan
diukur dalam meter/detik kuadrat (ms-2) Persamaan gerak lurus percepatan
seragam dapat dijelaskan pada Gambar 2.7.
s = v.t ........................................................................ (2.2)
Gambar 2.7. Diagram kecepatan – waktu
Perpindahan digambarkan dengan luas daerah dibawah grafik kecepatan – waktu.
∆v
=a;
∆t
v = v0 +
∆v
;
∆t
v = v 0 + at ........................... (2.3)
Dengan mensubstitusikan (v 0 + at ) kedalam persamaan s = 1 (v 0 + v ).t
2
maka
diperoleh
jarak
perpindahan
(
)
sebesar s = v 0 .t + 1 .at 2 .
2
Dengan
29
Universitas Sumatera Utara
mensubstitusi waktu t =
v − v0
kedalam persamaan s = 1 (v 0 + v ).t , diperoleh
2
a
rumus kecepatan v2 = vo2 + 2as.
Jika vo = 0, maka v2 = 2.as, sehingga
persamaan menjadi:
V = 2as ....................................................................... (2.4)
Untuk kasus jatuh bebas maka a = g dan s = h, sehingga besarnya
kecepatan diperoleh dengan persamaan (2.5).
V = 2 g.h .................................................................... (2.5)
Dimana:
v = kecepatan benda jatuh bebas, (m/s).
g = gaya grafitasi, (m/s2).
h = ketinggian jatuh benda, ( m).
2.3.4. Momentum dan Impuls
Momentum dan Impuls adalah sebagai satu kesatuan karena momentum
dan Impuls dua besaran yang setara. Dua besaran dikatakan setara seperti
momentum dan Impuls bila memiliki satuan Sistem Internasional (SI) sama atau
juga dimensi sama seperti terlihat pada gambar 2.8.
Gambar 2.8. Hubungan Momentum dan Impuls
30
Universitas Sumatera Utara
Sebuah
benda
bergerak
dikatakan
mempunyai
momentum
yang
dinyatakan dengan hasil kali massa dengan kecepatan benda tersebut. Hal ini
dapat dinyatakan dengan persamaan (2.6).
M = m.v ......................................................................... (2.6)
Dimana:
M = momentum, (kg.m/s).
m = massa, (kg).
v = kecepatan, (ms-2).
Impuls sebuah gaya konstan adalah hasil kali gaya dengan selang waktu
yang diperlukan, ini dapat dinyatakan dalam persamaan (2.7).
I = F .t ........................................................................... (2.7)
Dimana:
I = implus
F = gaya (N)
t = waktu (s)
2.3.5. Gaya dan Energi Impak
Gaya impak dapat diperoleh dengan mensubstitusi persamaan (2.6) dengan
persamaan (2.7), sehingga besar nilai gaya dapat dinyatakan dengan persamaan
(2.8).
F=
m.v
......................................................................... (2.8)
t
Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha/kerja.
Hukum kekekalan energi menjelaskan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan
dimusnahkan. Salah satu bentuk energi mekanik adalah energi kinetik dan energi
potensial. Energi kinetik (Ek) adalah energi yang dimiliki oleh benda berdasarkan
31
Universitas Sumatera Utara
gerakan benda. Nilai energi kinetik dapat dihitung dari pergerakan awal benda
dari kecepatan awal (vo) ke kecepatan perubahan benda (v1), yang ditentukan
dengan persamaan (2.9).
1
E k = m.v 2 .................................................................... (2.9)
2
Dimana:
Ek
= energi kinetik (joule).
m
= massa benda (kg).
v
= kecepatan benda (m/s).
Energi potensial (Ep) adalah energi yang dimiliki oleh benda berdasarkan
kedudukan (ketinggian). Besarnya energi potensial dapat dihitung dengan
persamaan (2.10).
E p = m. g.H ................................................................. (2.10)
Dimana:
Ep = energi potensial (joule).
m
= massa benda (kg).
g
= gaya gravitasi benda (m/s2).
H
= kedudukan/ketinggian benda (m).
2.3.6. Tegangan
Apabila sebuah batang atau plat dibebani sebuah gaya maka akan terjadi
gaya reaksi yang sama dengan yang arah berlawanan. Gaya tersebut akan diterima
sama rata oleh setiap molekul pada bidang penampang batang tersebut. Jadi
tegangan adalah suatu ukuran intensitas pembebanan yang dinyatakan oleh gaya
dan dibagi oleh luas di tempat gaya tersebut bekerja. Tegangan ada bermacammacam sesuai dengan pembebanan yang diberikan. Komponen tegangan pada
32
Universitas Sumatera Utara
sudut yang tegak lurus pada bidang ditempat bekerjanya gaya disebut tegangan
langsung. Pada pembebanan tarik akan terjadi tegangan tarik maka pada beban
tekan akan terjadi tegangan tekan. Biasanya dinyatakan dalam bentuk persentasi
atau tidak dengan persentasi. Besarnya tegangan menunjukkan apakah bahan
tersebut mampu menahan perubahan bentuk sebelum patah. Makin besar tegangan
suatu bahan maka bahan itu mudah dibentuk Maka, rumus tegangan dapat dilihat
pada persamaan (2.11).
.......................................................................... (2.11)
Dimana:
σ = Tegangan (N/m2)
F = gaya (Newton)
Ao = luas penampang awal (m2)
2.3.7. Regangan
Regangan adalah suatu bentuk tanpa dimensi untuk menyatakan perubahan
bentuk. Biasanya dinyatakan dalam bentuk persentasi atau tidak dengan
persentasi. Besarnya regangan menunjukkan apakah bahan tersebut mampu
menahan perubahan bentuk sebelum patah. Makin besar regangan suatu bahan
maka bahan itu mudah dibentuk Maka, rumus regangan dapat dilihat pada
persamaan (2.12).
ε=
............................................................... (2.12)
Dimana:
ε = Regangan
L0 = panjang mula-mula (mm)
ΔL = Perubahan panjang yang terjadi (mm)
L1 = panjang Akhir (mm)
33
Universitas Sumatera Utara