Analisa Respon Mekanik Model Bumper Beam Mobil Bahan Polymeric Foam Diperkuat Serbuk Tkks Dengan Variasi Konsentrasi Al2o3 Akibat Beban Impak Jatuh Bebas
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Kelapa sawit merupakan salah satu andalan komoditi pertanian Indonesia
yang pertumbuhannya sangat cepat dan mempunyai peran strategis dalam
perekonomian nasional. Kegiatan pengolahan kelapa sawit menghasilkan produk
samping, yaitu limbah kering Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS). Berdasarkan
penelitian-penelitian sebelumnya serat alam dari tandan kosong kelapa sawit
(TKKS) diketahui cukup ekonomis untuk dikembangkan menjadi material altematif
yang ramah lingkungan. Konsep zero emission menyatakan bahwa proses industri
kelapa sawit harus meningkatkan daya saing dan efisiensi dengan menggunakan
semua sumber daya secara maksimal yaitu memproduksi lebih banyak dengan
dengan bahan baku yang lebih sedikit, oleh sebab itu zero emission dapat dipandang
sebagai suatu standar efisiensi. Tentunya dengan penerapan konsep ini, akan sangat
menghemat sumber daya alam pada proses perindustrian, memperbanyak ragam
produk, menciptakan lebih banyak lapangan kerja baru serta menngurangi
kerusakan lingkungan akibat limbah [1]. Salah satu cara untuk mengurangi limbah
tersebut adalah menggunakan serat TKKS sebagai bahan baku sebuah produk yang
berguna dan bernilai.
Penggunaan material komposit busa polimer sangat luas pengaplikasiannya,
diantaranya yaitu pada material insulasi panas, lightweight construction, peredam
getaran dan suara, serta peredam impak. Keunggulan komposit busa polimer untuk
mengurangi berat menjadi nilai tambah. Serat penguat polimer yang umum
digunakan ialah serat karbon, kevlar dan serat kaca. Namun harga jenis-jenis serat
tersebut masih relatif mahal. Sehingga berimbas kepada tingginya harga jual.
Pengembangan material ini sebagai material penguat komposit dengan matriks
berasal dari material-material polimer baru masih jarang ditemukan.
Dunia otomotif berkembang sangat pesat. Resiko kecelakaan pada mobil
lebih besar dibandingkan kendaraan yang lain seperti motor ataupun sepeda.
Namun resiko kecelakaan dapat diminimalisir dengan menambahkan peredam
benturan pada bagian depan mobil. Saat terjadi impak, energi impak akan
disalurkan ke seluruh mobil dan membuat kerusakan pada komponen mobil.
1
Universitas Sumatera Utara
Rekayasa bumper beam harus menjadi perhatian utama untuk mengurangi
kerusakan bagi mobil. Hal inilah yang membuat peneliti ingin melakukan riset
bumper beam mobil berbahan komposit dengan campuran resin, serbuk tandan
kosong kelapa sawit (TKKS) dan serbuk aluminium oksida (Al2O3) menjadi bahan
utamanya dengan metode cetak tuang. Material yang digunakan untuk membuat
bumper beam mobil ini tergolong baru, sehingga harus ditemukan dulu proses dan
cara pembuatannya serta mengetahui komposisi yang tepat. Untuk menghasilkan
bumper beam mobil yang berkualitas itu perlu dilakukan penelitian dan
pengembangan secara terus menerus terhadap desain maupun komposisi
pembentuk bumper beam mobil.
1.2
Rumusan Masalah
Permasalahan yang diangkat ingin diteliti adalah bagaimana teknologi
pembentukan material polymeric foam diperkuat serat alam TKKS dan serbuk
aluminium oksida secara tepat, sehingga stabilitas sifat mekanik ketangguhan
impak dan tegangan patah dapat diperoleh. Material inorganik seperti aluminium
oksida ditambahkan untuk meningkatkan ketangguhan material. Logam oksida
dapat
digunakan
untuk
mendekorasi
objek,
untuk
mengurangi
korosi,
meningkatkan kekerasan dan kekuatan, meningkatkan sifat keausan, serta
menghalangi radiasi [2].
Pada tulisan ini, peneliti ingin membuat struktur bumper beam ringan yang
dicampur dengan bahan pembuat busa dan limbah TKKS. TKKS merupakan
limbah akhir dari pengolahan biji kelapa sawit yang masih kurang dimanfaatkan
dan cenderung dibuang begitu saja sebagai limbah atau dimanfaatkan sebagai
pupuk alam dan atau dibakar untuk menghasilkan abu gosok. Sehingga perlu dikaji
kembali pemanfaatan limbah TKKS ini menjadi salah satu bahan campuran busa
polimer untuk meningkatkan daya guna yang lebih baik.
Pada penelitian ini, akan dilakukan pengamatan pengaruh penambahan
serbuk aluminium oksida terhadap sifat fisik dan mekanik pada bumper. Pengujian
yang akan dilakukan ialah uji impak dengan metode drop weight (jatuh bebas).
Pengujian ini dilakukan untuk mendapatkan nilai energi impak sehingga diperoleh
informasi pengaruh penambahan serbuk aluminium terhadap nilai energi impak.
2
Universitas Sumatera Utara
Untuk mengetahui besarnya tegangan dan regangan serta total energi yang diserap
perlu dilakukan pengujian secara eksperimental.
1.3
Tujuan Penelitian
1.3.1 Tujuan umum
Tujuan umum pada penelitian ini adalah untuk menganalisis respon
mekanik dan mutu fisik bumper beam berbahan busa polimer yang diperkuat serbuk
TKKS dan serbuk aluminium oksida terhadap impak dengan metode impak jatuh
bebas secara eksperimental.
1.3.2 Tujuan khusus
Tujuan khusus penelitian ini adalah:
1. Untuk mengetahui besar energi impak yang diserap pada bumper beam
mobil.
2. Untuk mengetahui gaya impak dan tegangan impak bumper beam mobil
akibat beban jatuh bebas.
3. Membandingkan hasil uji impak jatuh bebas bumper beam tanpa
penambahan konsentrasi serbuk aluminium oksida dengan bumper beam
dengan penambahan konsentrasi serbuk aluminium oksida.
1.4
Batasan Masalah
Masalah yang muncul dapat diselesaikan dengan baik dan penelitian ini
mencapai tujuan yang diinginkan, maka diperlukan batasan masalah yang meliputi
antara lain:
1. Material yang digunakan busa polimer yang diperkuat dengan serbuk TKKS
dan konsentrasi penambahan serbuk aluminium oksida tertentu dengan satu
komposisi yang telah diuji sifat mekanisnya.
2. Pengujian yang dilakukan adalah uji impak jatuh bebas dan titik
pembebanan impak pada sisi depan bumper mobil.
3. Pengujian dilakukan dengan ketinggian impaktor 1m.
1.5
Manfaat Penelitian
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui respon mekanik sebuah bumper
beam mobil menggunakan bahan busa polimer dan serbuk tandan kosong kelapa
3
Universitas Sumatera Utara
sawit dengan menambahkan aluminium oksida untuk meningkatkan sifat material.
Selain itu penelitian ini juga diharapkan bermanfaat bagi perkembangan ilmu
pengetahuan dan industri maupun instansi pemerintah dalam pengolahan limbah,
juga kepada para peneliti lain dalam mengembangkan ilmu pengetahuan dan
teknologi terutama di bidang material dan kekuatan bahan.
1.6
Sistematika Penulisan
Penulisan tugas sarjana ini disajikan dalam beberapa bab dengan tujuan
membentuk pemaparan masalah dan hasil analisa yang mudah dipahami. BAB 1
merupakan bab yang memberikan gambaran mengenai tugas akhir yang membahas
tentang latar belakang, perumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah,
manfaat penelitian dan sistematika penulisan. BAB 2 membahas literatur dan
referensi yang diperlukan berkenaan dengan masalah yang dikaji dalam penelitian
baik dari teori dasar maupun teori penunjang lainnya. BAB 3 berisikan penjelasan
tentang metode penelitian berupa bahan dan peralatan yang digunakan, waktu dan
tempat penelitian, langkah-langkah pembuatan spesimen, kerangka konsep
penelitian, urutan dan rancangan kegiatan yang dilakukan pada penelitian. BAB 4
menampilkan data-data yang diperoleh dari penelitian dan hasil pengujian berupa
tabel-tabel maupun pembahasan grafik hasil pengujian. BAB 5 merupakan
kesimpulan dari hasil analisa serta permasalahan yang ada pada tugas sarjana ini
dan sebagai penutup dari bab ini akan ada saran yang diharapkan dapat dibahas
pada tugas sarjana selanjutnya.
4
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Kelapa sawit merupakan salah satu andalan komoditi pertanian Indonesia
yang pertumbuhannya sangat cepat dan mempunyai peran strategis dalam
perekonomian nasional. Kegiatan pengolahan kelapa sawit menghasilkan produk
samping, yaitu limbah kering Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS). Berdasarkan
penelitian-penelitian sebelumnya serat alam dari tandan kosong kelapa sawit
(TKKS) diketahui cukup ekonomis untuk dikembangkan menjadi material altematif
yang ramah lingkungan. Konsep zero emission menyatakan bahwa proses industri
kelapa sawit harus meningkatkan daya saing dan efisiensi dengan menggunakan
semua sumber daya secara maksimal yaitu memproduksi lebih banyak dengan
dengan bahan baku yang lebih sedikit, oleh sebab itu zero emission dapat dipandang
sebagai suatu standar efisiensi. Tentunya dengan penerapan konsep ini, akan sangat
menghemat sumber daya alam pada proses perindustrian, memperbanyak ragam
produk, menciptakan lebih banyak lapangan kerja baru serta menngurangi
kerusakan lingkungan akibat limbah [1]. Salah satu cara untuk mengurangi limbah
tersebut adalah menggunakan serat TKKS sebagai bahan baku sebuah produk yang
berguna dan bernilai.
Penggunaan material komposit busa polimer sangat luas pengaplikasiannya,
diantaranya yaitu pada material insulasi panas, lightweight construction, peredam
getaran dan suara, serta peredam impak. Keunggulan komposit busa polimer untuk
mengurangi berat menjadi nilai tambah. Serat penguat polimer yang umum
digunakan ialah serat karbon, kevlar dan serat kaca. Namun harga jenis-jenis serat
tersebut masih relatif mahal. Sehingga berimbas kepada tingginya harga jual.
Pengembangan material ini sebagai material penguat komposit dengan matriks
berasal dari material-material polimer baru masih jarang ditemukan.
Dunia otomotif berkembang sangat pesat. Resiko kecelakaan pada mobil
lebih besar dibandingkan kendaraan yang lain seperti motor ataupun sepeda.
Namun resiko kecelakaan dapat diminimalisir dengan menambahkan peredam
benturan pada bagian depan mobil. Saat terjadi impak, energi impak akan
disalurkan ke seluruh mobil dan membuat kerusakan pada komponen mobil.
1
Universitas Sumatera Utara
Rekayasa bumper beam harus menjadi perhatian utama untuk mengurangi
kerusakan bagi mobil. Hal inilah yang membuat peneliti ingin melakukan riset
bumper beam mobil berbahan komposit dengan campuran resin, serbuk tandan
kosong kelapa sawit (TKKS) dan serbuk aluminium oksida (Al2O3) menjadi bahan
utamanya dengan metode cetak tuang. Material yang digunakan untuk membuat
bumper beam mobil ini tergolong baru, sehingga harus ditemukan dulu proses dan
cara pembuatannya serta mengetahui komposisi yang tepat. Untuk menghasilkan
bumper beam mobil yang berkualitas itu perlu dilakukan penelitian dan
pengembangan secara terus menerus terhadap desain maupun komposisi
pembentuk bumper beam mobil.
1.2
Rumusan Masalah
Permasalahan yang diangkat ingin diteliti adalah bagaimana teknologi
pembentukan material polymeric foam diperkuat serat alam TKKS dan serbuk
aluminium oksida secara tepat, sehingga stabilitas sifat mekanik ketangguhan
impak dan tegangan patah dapat diperoleh. Material inorganik seperti aluminium
oksida ditambahkan untuk meningkatkan ketangguhan material. Logam oksida
dapat
digunakan
untuk
mendekorasi
objek,
untuk
mengurangi
korosi,
meningkatkan kekerasan dan kekuatan, meningkatkan sifat keausan, serta
menghalangi radiasi [2].
Pada tulisan ini, peneliti ingin membuat struktur bumper beam ringan yang
dicampur dengan bahan pembuat busa dan limbah TKKS. TKKS merupakan
limbah akhir dari pengolahan biji kelapa sawit yang masih kurang dimanfaatkan
dan cenderung dibuang begitu saja sebagai limbah atau dimanfaatkan sebagai
pupuk alam dan atau dibakar untuk menghasilkan abu gosok. Sehingga perlu dikaji
kembali pemanfaatan limbah TKKS ini menjadi salah satu bahan campuran busa
polimer untuk meningkatkan daya guna yang lebih baik.
Pada penelitian ini, akan dilakukan pengamatan pengaruh penambahan
serbuk aluminium oksida terhadap sifat fisik dan mekanik pada bumper. Pengujian
yang akan dilakukan ialah uji impak dengan metode drop weight (jatuh bebas).
Pengujian ini dilakukan untuk mendapatkan nilai energi impak sehingga diperoleh
informasi pengaruh penambahan serbuk aluminium terhadap nilai energi impak.
2
Universitas Sumatera Utara
Untuk mengetahui besarnya tegangan dan regangan serta total energi yang diserap
perlu dilakukan pengujian secara eksperimental.
1.3
Tujuan Penelitian
1.3.1 Tujuan umum
Tujuan umum pada penelitian ini adalah untuk menganalisis respon
mekanik dan mutu fisik bumper beam berbahan busa polimer yang diperkuat serbuk
TKKS dan serbuk aluminium oksida terhadap impak dengan metode impak jatuh
bebas secara eksperimental.
1.3.2 Tujuan khusus
Tujuan khusus penelitian ini adalah:
1. Untuk mengetahui besar energi impak yang diserap pada bumper beam
mobil.
2. Untuk mengetahui gaya impak dan tegangan impak bumper beam mobil
akibat beban jatuh bebas.
3. Membandingkan hasil uji impak jatuh bebas bumper beam tanpa
penambahan konsentrasi serbuk aluminium oksida dengan bumper beam
dengan penambahan konsentrasi serbuk aluminium oksida.
1.4
Batasan Masalah
Masalah yang muncul dapat diselesaikan dengan baik dan penelitian ini
mencapai tujuan yang diinginkan, maka diperlukan batasan masalah yang meliputi
antara lain:
1. Material yang digunakan busa polimer yang diperkuat dengan serbuk TKKS
dan konsentrasi penambahan serbuk aluminium oksida tertentu dengan satu
komposisi yang telah diuji sifat mekanisnya.
2. Pengujian yang dilakukan adalah uji impak jatuh bebas dan titik
pembebanan impak pada sisi depan bumper mobil.
3. Pengujian dilakukan dengan ketinggian impaktor 1m.
1.5
Manfaat Penelitian
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui respon mekanik sebuah bumper
beam mobil menggunakan bahan busa polimer dan serbuk tandan kosong kelapa
3
Universitas Sumatera Utara
sawit dengan menambahkan aluminium oksida untuk meningkatkan sifat material.
Selain itu penelitian ini juga diharapkan bermanfaat bagi perkembangan ilmu
pengetahuan dan industri maupun instansi pemerintah dalam pengolahan limbah,
juga kepada para peneliti lain dalam mengembangkan ilmu pengetahuan dan
teknologi terutama di bidang material dan kekuatan bahan.
1.6
Sistematika Penulisan
Penulisan tugas sarjana ini disajikan dalam beberapa bab dengan tujuan
membentuk pemaparan masalah dan hasil analisa yang mudah dipahami. BAB 1
merupakan bab yang memberikan gambaran mengenai tugas akhir yang membahas
tentang latar belakang, perumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah,
manfaat penelitian dan sistematika penulisan. BAB 2 membahas literatur dan
referensi yang diperlukan berkenaan dengan masalah yang dikaji dalam penelitian
baik dari teori dasar maupun teori penunjang lainnya. BAB 3 berisikan penjelasan
tentang metode penelitian berupa bahan dan peralatan yang digunakan, waktu dan
tempat penelitian, langkah-langkah pembuatan spesimen, kerangka konsep
penelitian, urutan dan rancangan kegiatan yang dilakukan pada penelitian. BAB 4
menampilkan data-data yang diperoleh dari penelitian dan hasil pengujian berupa
tabel-tabel maupun pembahasan grafik hasil pengujian. BAB 5 merupakan
kesimpulan dari hasil analisa serta permasalahan yang ada pada tugas sarjana ini
dan sebagai penutup dari bab ini akan ada saran yang diharapkan dapat dibahas
pada tugas sarjana selanjutnya.
4
Universitas Sumatera Utara