Pengembangan Model Dan Analisa Respon Parking Bumper Dari Bahan Polymeric Foam Diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) Terhadap Beban Impak Bebas

PENGEMBANGAN MODEL DAN ANALISA RESPON PARKING
BUMPER DARI BAHAN POLYMERIC FOAM DIPERKUAT SERAT
TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) TERHADAP BEBAN
IMPAK JATUH BEBAS

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ZULFADHLI
NIM.080401007

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2013

ABSTRAK
Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) memiliki nilai untuk direkayasa menjadi
material alternatif yang dapat dimanfaatkan dengan alasan masih berlimpahnya

bahan baku, umur pakai dapat lebih lama, mudah di desain, dapat didaur ulang,
bebas korosi, tahan dan mampu menyerap suhu panas, serta ekonomis, seperti
untuk pembuatan papan partikel. Tujuan penelitian ini untuk mendapatkan proses
pembuatan dan menganalisa respon parking bumper terhadap beban impak jatuh
bebas setelah parking bumper dirubah bentuk. Spesimen yang diuji dilakukan
dengan permodelan langsung bentuk parking bumper
yaitu berdimensi
75×200×130 mm untuk pengujian Impak beban jatuh bebas dan 250×200×130
mm untuk contoh spesimen untuk dilapangan. Pembuatan parking bumper
dilakukan dengan cara menggunakan cetakan yang berukuran 1000×400×210
mm, posisi cetakan sewaktu pembuatan vertikal dan rasio cetakan 3:1 dari volume
cetakan dan bagian dalam cetakan dilapisi kaca setebal 5 mm. Hasil pembuatan
parking bumper adalah bentuk trapesium dan pada bagian permukaan yang
mengenai objek dibentuk radius untuk menyesuaikan bentuk objek serta pada
bagian bawah parking bumper disisipkan beton yang berfungsi sebagai pemberat..
Hasil uji karakteristik mekanik diperoleh dari tiga spesimen sama untuk masingmasing ketinggian yang bervariasi yaitu pada ketinggian 0,5 m serta 1 m. Untuk
tinggi 0,5 meter gaya maksimum terjadi 238,5792 N , tegangan rata-rata =
2.8692 MPa dan pada ketinggian 1 meter gaya maksimum = 256,3353 N,
tegangan rata-rata = 2,9836 MPa .
Kata kunci: Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS), Pengembangan model

Parking Bumper Perubahan, Beban Impak Jatuh Bebas.

i

ABSTRACT

The empty fruit bunch (OPEFB) can be modified in an alternatif material for used
because it exuberated, durable, simple for design, can recycle, no corossion, can
spare warm, a material economics as used make board particle. The aims of the
research were to obtain the effective parking bumper product and characteristuc
mechanic parking bumper material for dynamic load impact before parking
bumper redesign. A spesimen maked two model with measurement be diffirent,
first specimen was 75×200×130 mm for dynamic load impact and 250×200×130
mm for specimen example used in parking.The process making parking bumper
using molds with measurement 1000×200×130 mm. Position molds when process
making vertical, ratio material 1:3 of the mold volume, Inside the mold was
coated by 5 mm glass. Result test form three spesimen same for variation height
that is height 0.5 m and height 1 m. for height 0.5 m maksimum force = 238,5792
N, average stress = 2.8692 MPa and for height 1 m maksimum force = 256,3353
N, average stress = 2,9836 MPa.

Keywords: Fiber Oil Palm Empty Fruit Bunch (OPEFB),Redesign Parking
Bumper, Dynamic Load Impact Test.

ii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia yang
diberikan kepada Penulis sehingga dapat menyelesaikan laporan hasil penelitian tesis
ini dengan judul “Pembuatan dan Analisa Respon Parking Bumper dari Bahan
Polymeric Foam Diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Terhadap Beban Impak Jatuh Bebas”.
Laporan hasil penelitian tesis ini merupakan salah satu syarat yang harus
dipenuhi oleh setiap mahasiswa untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik pada
Program Studi Regular Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Penulisan laporan hasil penelitian ini merupakan lanjutan dari penelitian sebelumnya
yang mengedepankan pemanfaatan tandan kosong kelapa sawit dan penggunaan
Polymeric Foam untuk dijadikan material baru yang berkualitas dengan biaya
ekonomis.
Untuk itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

 Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, selaku Dosen Pembimbing penulis yang
telah banyak memberi masukan serta membina saya selama mengerjakan
penelitian ini.
 Bapak Dr. Ing-Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku ketua Departemen Teknik
Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara beserta seluruh Dosen
dan Staf administrasi.
 Bapak Dr. Ing-Ir. Ikhwansyah Isranuri dan bapak Ir. Alfian Hamsi.MSc selaku
Dosen Pembanding penulis.
 Bapak Zulfikar, ST, MT, Ahmad Yani , ST, Mayunis,ST serta bapak-bapak
yang tercakup dalam tim penelitian Polymeric Foam juga kepada tim Peneliti
Impak fracture Research Center (IFRC) yang telah membantu penulis dalam
pembuatan spesimen penelitian ini.

iii

 Seluruh anggota Tim HORAS terkhususnya Anggota Tim HORAS yang tidak
bisa saya sebutkan satu demi satu.
 Kepada teman satu tim penelitian saya Fernando Binsar Siagian dan Reyhan
Almer yang telah melaksanakan perjuangan secara bersama-sama.
 Seluruh teman – teman stambuk 2008 terkhususnya dan mahasiswa Program

Studi Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
yang telah memberikan bantuan baik selama perkuliahan maupun lain-lain.
 Kepada Risma Yanti Muthe yang selalu membantu penulis serta kawankawan satu kos Maujan Yudika, Indra Rukmana, Anwar Koheri, Fivien Risya,
Ratih Wahayu.
Dan khususnya penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya
kepada Kedua orangtua penulis, Ayahanda T.Ibrahim dan Ibunda Cut Mah yang telah
memberikan do’a, nasehat dan dukungan baik moril maupun materil, juga saudarasaudara penulis Nurlisa, Yusnawati, Lukman Hakim, dan seluruh keluarga besar
penulis yang selalu memberi dukungan dan motivasi selama pembuatan tugas sarjana
ini hingga selesai.
Penulis sangat menyadari bahwa dalam laporan hasil penelitian ini masih jauh
dari kesempurnaan, untuk itu saran dan komentar sangat diperlukan.
Terima kasih atas segala bantuan baik secara moril maupun materil, baik secara
langsung ataupun tidak langsung kepada semua pihak yang telah berkontribusi dalam
penulisan laporan hasil penelitian ini.
Medan, April 2013
Penulis,

ZULFADHLI
080401007

iv

DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ..........................................................................................................i
ABSTRACT........................................................................................................ii
KATA PENGANTAR ........................................................................................iii
DAFTAR ISI......................................................................................................v
DAFTAR TABEL..............................................................................................vii
DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................viii
DAFTAR NOTASI .............................................................................................ix
BAB 1 PENDAHULUAN ..................................................................................1
1.1. Latar Belakang ................................................................................1
1.2. Perumusan Masalah ........................................................................2
1.3. Tujuan Penelitian ............................................................................3
1.3.1. Tujuan Umum ......................................................................3
1.3.2. Tujuan Khusus .....................................................................3
1.4. Manfaat Penelitian ..........................................................................3
1.5. Roadmap Penelitian ........................................................................3
1.6. Batasan Masalah .............................................................................4

1.7. Sistematika Penulisan .....................................................................5
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA .........................................................................6
2.1. Pengertian Bahan Komposit...........................................................6
2.2. Parking Bumper..............................................................................7
2.3. Material Komposit Polymeric Foam..............................................8
2.3.1. Polyster Resin Tak Jenuh ....................................................8
2.3.2. Blowing Agent .....................................................................11
2.3.2.1. Polyol/Polypropilene Glicol PPG .........................15
2.3.2.2. Isocyanate..............................................................16
2.3.3. Katalis MEKPO...................................................................17
2.4. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS).................................17
2.5. Beton ..............................................................................................19
2.5.1. Adukan Beton......................................................................21
2.6. Teknik Pembuatan Material Komposit ..........................................22
2.7. Karakteristik Mekanik Material .....................................................23
2.7.1.Pengujian Dinamik ................................................................23
2.7.1.1. Benda Jatuh Bebas ..................................................23
2.7.1.2. Gerak lurus ..............................................................24
2.7.1.3. Gerakan di bawah pengaruh gravitasi .....................27
2.7.1.4. Momentum ..............................................................27

2.7.1.5. Implus......................................................................27
2.7.1.6. Energi ......................................................................28
2.7.1.7. Tegangan .................................................................28
2.7.1.8. Pengukuran gaya impak ..........................................29
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN..............................................................30
3.1. Tempat dan Waktu .........................................................................30

v

3.1.1. Tempat.................................................................................30
3.1.2. Waktu ..................................................................................30
3.2. Desain struktur parking bumper.....................................................30
3.2.1. Analisa gaya pada parking bumper redesain.......................31
3.3. Material Komposit Polymeric Foam..............................................32
3.3.1. Bahan...................................................................................32
3.3.1.1. Polyester Resin Tak Jenuh ....................................33
3.3.1.2. Blowing Agent .......................................................33
3.3.1.3. Katalis....................................................................34
3.3.1.4. Pembersih Serat.....................................................34
3.3.1.5. Pelumas (Wax) ......................................................36

3.3.1.6. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)........36
3.3.2. Peralatan ..............................................................................37
3.3.2.1. Alat Ukur...............................................................37
3.3.2.2. Alat Pembuatan Spesimen.....................................38
3.3.2.3. Alat Uji ..................................................................41
3.4. Prosedur Pembuatan Parking Bumper ...........................................42
3.4.1. Metode Pembuatan Parking Bumper ..................................43
3.4.1.1. Proses Pencetakan Parking Bumper......................43
3.4.1.2. Proses Pengerasan .................................................47
3.4.1.3. Proses Pembuatan Beton Pemberat.......................48
3.5. Alat Uji (Uji Impak Jatuh Bebas)...................................................50
3.5.1. Set – Up Pengujian Impak ..................................................51
3.5.2. Prosedur Pengujian Impak ..................................................52
3.5.3. Prosedur Kalibrasi...............................................................53
3.6. Diagram Alir Penelitian ..................................................................55
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN..............................................................56
4.1. Pendahuluan ...................................................................................56
4.2. Pembuatan Parking Bumper ..........................................................56
4.3. Karakteristik Mekanik Parking Bumper ........................................57
4.3.1. Pengujian Impak..................................................................57

4.3.2. Respon parking bumper ......................................................61
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN.............................................................63
5.1. Kesimpulan ...................................................................................63
5.2. Saran..............................................................................................64
DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................65
LAMPIRAN

vi

DAFTAR TABEL
Tabel 1.1.
Tabel 2.1.
Tabel 2.2.
Tabel 2.3.
Tabel 2.4.
Tabel 2.5.
Tabel 3.1.
Tabel 3.2.
Tabel 3.3.
Tabel 3.4.

Tabel 3.5.
Tabel 4.1.
Tabel 4.2.
Tabel 4.3.
Tabel 4.4.

Halaman
Roadmap Penelitian .............................................................................................. 3
Karakteristik Mekanik Polister Resin Tak Jenuh ................................................. 9
Spesifikasi Unsaturated Polyester Resin sei Yucalac 157 .................................... 10
Parameter Tipikal Tandan Kosong Kelapa Sawit per Kg..................................... 18
Perbandingan Tensile Strength dan Tensile Modulus Serat Alam ....................... 19
Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh ...................................................................... 23
Kegiatan Penelitian ............................................................................................... 30
Spesifikasi Mesin Penghalus Serat ....................................................................... 40
Alat-alat Digunakan Proses Pembuatan Serat ...................................................... 41
Peralatan dan Material yang Digunakan Untuk Pembuatan Spesimen................. 42
Pembagian Komposisi untuk Pembuatan Parking Bumper .................................. 43
Hasil Pengujian Impak Jatuh Bebas parking bumper setelah diredesain.............. 60
Hasil Pengujian Impak Jatuh Bebas parking bumper sebelum diredesain[10]..... 60
Hasil validasi nilai gaya ........................................................................................ 62
Hasil validasi nilai tegangan ................................................................................. 62

vii

DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Lokasi perparkiran pada salah satu pusat perbelanjaan............. 7
Gambar 2.2. Posisi parking bumper (a) Parking bumper ketika mengenai
ban kendaraan, (b) Susunan Parking bumper diperpakiran...... 8
Gambar 2.3. Mekanisme transfer elektron pada reaksi isocyanat dan
polyol untuk membentuk polyurethane.................................... 14
Gambar 2.4. Rumus bangun polypropylene glycol trial................................ 16
Gambar 2.5. TDI chemical struktur, (a) toluena-2, 4-diisocyanate,
(b)toluena-2, 6-diisocyanate..................................................... 17
Gambar 2.6. Serat TKKS setelah Dihaluskan............................................... 19
Gambar 2.7. Grafik hubungan v – t............................................................... 24
Gambar 2.8. Diagram kecepatan-waktu........................................................ 25
Gambar 3.1. Ilustrasi pembebanan pada parking bumper............................. 31
Gambar 3.2. Analisa gaya yang diterima parking bumper............................ 31
Gambar 3.3. Resin Unsaturated Polyester BQTN – 157............................... 33
Gambar 3.4. Blowing Agent (a) Polyol (b) Isocyanate.................................. 33
Gambar 3.5. Katalis Jenis MEKPO (Methyl Ethyl Ketone Peroksida)......... 34
Gambar 3.6. Bahan-bahan larutan NaOH (a) NaOH dan, (b) Air Aquades... 34
Gambar 3.7. Pelumas Wax (Mirror Glaze).................................................. 35
Gambar 3.8. Serat TKKS (a). Serat TKKS kasar, (b) Serat TKKS halus...... 35
Gambar 3.9. Proses Pembuatan Serat TKKS................................................. 36
Gambar 3.10. Serat TKKS yang Telah Dihaluskan......................................... 37
Gambar 3.11. Timbangan Digital..................................................................... 37
Gambar 3.12. Gelas Ukur Volume.................................................................. 38
Gambar 3.13. Jangka Sorong.......................................................................... 38
Gambar 3.14. Cetakan Parking Bumper......................................................... 39
Gambar 3.15. Cetakan Setelah Dimodifikasi (a) Die Cetakan (b) Mold
Cetakan..................................................................................... 39
Gambar 3.16. Mesin Penghalus Serat............................................................. 40
Gambar 3.17. Alat Pengujian Impak Jatuh Bebas.......................................... 41
Gambar 3.18. Pemberian lapisan pemisah pada bagian dalam....................... 43
Gambar 3.19. Penimbangan Serat................................................................... 44
Gambar 3.20. Campuran Polyester Resin Tak Jenuh dengan Serat................ 44
Gambar 3.21. Campuran Katalis dengan Serat dan Resin Tak Jenuh............ 45
Gambar 3.22. Campuran Blowing agent (a) Isocyanate dan Polyol,
(b) Hasil adukan Polyol + Isocyanate...................................... 45
Gambar 3.23. Pengadukan Bahan Polymeric Foam dan Serat TKKS............ 46
Gambar 3.24. Cetakan Siap untuk Digunakan................................................ 46
Gambar 3.25. Proses Penuangan Kedalam Cetakan....................................... 47
Gambar 3.26. Proses Pengerasan Terjadi........................................................ 47
Gambar 3.27. Proses Pengerasan Setelah 24 jam........................................... 48
Gambar 3.28. Bahagian yang akan diisikan beton......................................... 48
Gambar 3.29. Bahagian yang akan diisi beton pemberat............................... 49
Gambar 3.30. Bahagian yang telah diisikan beton pemberat......................... 49
Gambar 3.31. Beton yang telah kering........................................................... 50
Gambar 3.32. Assembling alat pengujian im ak jatuh bebas......................... 50

viii

Gambar 3.33. Komponen-komponen alat uji impak jatuh bebas
(a) Loadcell dan kabel, (b) Data equisition..............................
Gambar 3.34. Komponen alat uji impak jatuh bebas (a)Loadcell terpasang,
(b)Test rig dan Anvil................................................................
Gambar 3.35. Posisi spesimen yang akan diuji..............................................
Gambar 3.36. DAQ for Helmet Impact testing Software...............................
Gambar 3.37. Kabel loadcell dengan DAQ Lab-Jack U3-LV.......................
Gambar 3.38. Kalibrasi program....................................................................
Gambar 3.39. Diagram alir penelitian............................................................
Gambar 4.1. Spesimen Hasil (a) Spesimen contoh dengan dimensi 250×
200×130 mm (b) Spesimen uji Impak Jatuh Bebas dengan
dimensi 75×200×130 mm........................................................
Gambar 4.2. Dimensi spesimen yang telah dibuat.......................................
Gambar 4.3. Pengujian impak, (a) Pengujian pada jarak 0,5 m, (b)
spesimen saat dikenai testrik alat pengujian...........................
Gambar 4.4. Grafik gaya impak.pada ketinggian 0,5 meter........................
Gambar 4.5. Grafik gaya impak pada ketinggian 1 meter...........................
Gambar 4.6. Grafik maksimum Force (N)...................................................
Gambar 4.7. Spesimen setelah diuji (a) spesimen 1, (b) spesimen 2, (c)
spesimen 3...............................................................................
Gambar 4.6. Salah satu spesimen setelah diuji 3,5 meter, (a) salah satu
spesimen, (b) daerah crack pada spesimen.............................

51
51
52
53
54
54
55

56
57
58
58
59
59
61
61

ix

DAFTAR NOTASI

Simbol
A

Nama
-

Keterangan
luas penampang

Satuan
mm2

ρ

rho

massa jenis

kg/mm3

E

-

modulus elastisitas

N/mm2

σ

sigma

tegangan

N/mm2

F

-

gaya Diameter

N

D

-

Panjang

mm

L

-

penguluran

mm

ε

ebsilon

perubahan

%

delta

konstanta. 3,14

-

Δ
π-

phi

-

x