BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Transkripsi

1 BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Tempat Dan Waktu Penelitian 1. Tempat Penelitian Penelitian dilaksanakan di: a. Pembuatan mesin prony brake dilakukan di Bengkel Las dan Bengkel Pemesinan, Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret Surakarta. b. Pembuatan spesimen kampas rem dilakukan di Laboratorium Mekanika Tanah dan Laboratorium Universal Testing Machine (UTM), Pendidikan Teknik Bangunan, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret Surakarta. c. Pengujian koefisien gesek spesimen uji di Bengkel Pemesinan, Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Semua tempat penelitian ini beralamat sama yaitu di Jalan Ahmad Yani No.200 Pabelan, Makamhaji, Kartasura. 2. Waktu Penelitian Penelitian ini direncanakan selama 7 bulan mulai dari bulan Juni 2015 sampai bulan Desember Pelaksanaan Penelitian ini dilakukan secara bertahap. Adapun rincian perencanaan tahapan pelaksanaan kegiatan penelitian dapat dilihat pada tabel

2 43 Tabel 3.1. Perencanaan Waktu Pelaksanaan Waku pelaksanaan No Jenis Kegiatan Jun Jul Ags Sep Okt Nov Des Jan Pengajuan judul. 2 Penyusunan proposal. 3 Seminar Proposal 4 Perizinan Revisi proposal Pelaksanaan penelitian Penyusunan Skripsi Ujian skripsi

3 44 B. Metode Penelitian Pada penelitian komposit kampas rem ini penulis menggunakan metode eksperimen yaitu penelitian yang dilakukan dengan cara membuat atau memanipulasi kondisi-kondisi tertentu pada spesimen uji, serta adanya control terhadap produk spesimen. Penelitian ini biasanya mencari tau pengaruh suatu variabel terhadap variabel lain dengan cara eksperimetal, dengan pengontrolan kondisi yang ketat. Dalam kata lain penelitian eksperimen ini pemilihan variabel dapat dilakukan, dan variabel lain dapat dikontrol secara teliti agar tidak mengganggu hasil penelitian yang dilakukan. Penelitian eksperimental merupakan pendekatan penelitian kuantitatif yang paling penuh, dalam arti memenuhi semua persyaratan untuk menguji huhungan sebab akibat (Nana, 2013:194). Penelitian ini diadakan untuk mengetahui pengaruh komposisi campuran komposit kampas rem terhadap koefisien gesek yang dihasilkan oleh spesimen uji, dan relevansi cara pembuatan spesimen komposit kampas rem. Eksperimen pada penelitian ini diawali dengan pembuatan mesin prony brake dengan desain sederana yang mudah dioperasionalkan. Desain mesin prony brake mengacu pada mekanisme kerja mesin prony brake pada umumnya. Hanya saja dengan menambah aksesoris-aksesoris agar mudah dalam pembacaan besaran satuan yang digunakan. Pengukuran gaya berat menggunakan timbangan digital yang dihubungkan dengan dudukan kaliper rem. Pengukuran tekanan minyak rem menggunakan manometer cair yang dihubungkan dengan master rem. Pada mesin prony brake ini meggunakan mekanisme unit pengereman mobil Honda Prestige. Tenaga pemutar piringan cakram rem dihasilkan oleh motor listrik dengan daya 2 HP yang ditransmisikan dengan belt. Selanjutnya membuat spesimen kampas rem dengan bahan serat serat bambu ori, magnesium oksida, aluminium, resin polyester dan katalis dengan mengontrol komposisi pada setiap spesimen uji. Setelah kampas rem jadi, dilakukan pengujian pada mesin prony brake. Setelah pengujian semua spesimen kampas rem komposit serat serat bambu ori, kemudian menguji kampas rem asli

4 45 yang digunakan pada mobil sebagai pembanding. Kampas rem yang digunakan sebagai pembanding adalah kampas rem merk Nissin. C. Populasi dan Sampel 1. Populasi Penelitian Berdasarkan pengertian di atas maka populasi dalam penelitian ini adalah berupa komposit kampas rem berkomposisikan serat bambu, serbuk aluminium (Al), Magnesium Oksida (MgO) dengan matriks penyusun berupa resin polyester. 2. Sampel Penelitian Pada penelitian kali ini sampel yang ditentukan adalah komposit kampas rem serat bambu, serbuk aluminium (Al), Magnesium Oksida (MgO) dengan matriks penyusun berupa resin polyester, adapun kampas sebagai sampel yang dibuat mempunyai komposisi seperti Tabel 3.1 berikut : Tabel 3.2 Variasi Komposisi Bahan Rem berdasarkan fraksi massa Persentase komposisi (% massa) Bambu MgO Al Resin Komposisi Komposisi Komposisi Komposisi kampas rem ditambah dengan katalis sebesar 1% dari berat resin. Katalis berfungsi untuk mempercepat pengerasan komposit.

5 46 D. Teknik Pengumpulan Data 1. Identifikasi Variabel Pada penelitian komposit kampas rem ini, penulis menentukan beberapa variabel yang ada pada penelitian, yang diantaranya yaitu : a. Variabel Bebas Variabel bebas adalah variable yang mempengaruhi variabel yang lain (variabel terikat), pada penelitian komposit kampas rem ini penulis menentukan variabel bebas berupa komposisi matriks dan filler penyusun komposit kampas rem yang berupa serat bambu, serbuk aluminium (Al), Magnesium Oksida (MgO) dan resin polyester yang ditentukan komposisinya sebagai berikut : 1) 35 % serat bambu, 15 % Al, 35 % MgO dan 15 % resin. 2) 40 % serat bambu, 15 % Al, 30 % MgO dan 15 % resin. 3) 45 % serat bambu, 15 % Al, 25 % MgO dan 15 % resin. b. Variabel Terikat Variabel terikat adalah variabel yang dipengaruhi oleh variabel bebas yang sudah ditentukan, maka dalam penelitian ini variabel terikat yang ditentukan oleh penulis ialah tekanan pada minyak rem, gaya yang diukur timbangan, dan koefisien gesek yang dihasilkan oleh spesimen komposit kampas rem yang diukur dengan mesin prony brake. c. Variabel Kontrol Variabel kontrol adalah variabel yang dikendalikan atau dibuat konstan agar variabel terikat yang muncul bukan karena variabel lain, tetapi benar-benar karena variabel bebas yang tertentu. Pengendalian variabel ini dimaksudkan agar tidak merubah atau menghilangkan variabel bebas yang akan diungkap pengaruhnya. Variabel control adalah variabel yang ditentukan atau dibuat homogen dengan tujuan tidak merubah variabel bebas sehingga tidak

6 47 mempengaruhi hasil variabel lainnya. Variabel kontrol dalam penelitian ini adalah: 1) Serat bambu ori 2) Resin Polyester BQTN 157 dengan fraksi massa 15%. 3) Serbuk aluminium dengan fraksi massa 15%. 4) Skala mesh untuk serat Serat Bambu dan Serbuk aluminium sebesar ukuran mesh 60. 5) Magnesium Oksida (MgO) yang telah dihaluskan. 6) Proses kompaksi yang disetel pada mesin press sebesar 1 ton (1000kg) selama 15 menit. 7) Proses pemanasan / sintering yang disetel pada suhu 200 ºC, dan waktu pemanasan selama 15 menit. 8) Kampas rem merk Nissin. 9) Mesin uji prony brake, meliputi : a) Motor listrik 21,47 RPS. b) Caliper rem standart mobil Honda Prestige depan. c) Panjang lengan 0,50 m. d) Posisi pengereman sampai motor berhenti. 2. Bahan dan Alat Penelitian a. Bahan Penelitian Bahan bahan yang digunakan dalam penelitian komposit kampas rem serat bambu ori antara lain: 1) Serat bambu ori Serat bambu didapat dari bambu ori yang sebelumnya telah dipotong sekitar 30 cm, selanjutnya dicekam pada mesin bubut. Diatur putaran mesin pada rpm sedang antara rpm yang kemudian secara manual gergaji tangan dimakankan untuk mendapatkan serat bambu ori. Pemakanan hanya dilakukan pada kulitnya saja yaitu sedalam 1-3 mm. Setelah serbuk terkumpul

7 48 kemudian diayak dengan mesh 60. Untuk bambu ori sendiri didapat langsung dari kebun. Serat bambu ori ini digunakan sebagai serat dari kampas rem. Gambar 3.1. Serat Bambu Ori 2) Magnesium Oksida (MgO) Bahan kimia berupa serat putih halus yang berperan sama sebagai matriks pengisi komposit kampas rem, selain itu magnesium oksida juga berperan sebagai bahan friksi yang digunakan untuk memperbesar gaya gesek yang ditimbulkan komposit kampas rem terhadap piringan cakram. Gambar 3.2. Magnesium Oksida

8 49 3) Aluminium (Al) Serbuk aluminium didapat dari pembubutan batang aluminium yang telah dihaluskan dan diayak dengan mesh 60 sehingga sudah menjadi serbuk aluminium yang halus. Gambar 3.3.Serbuk aluminium 4) Resin Polyester BQTN 157 dan Katalis Resin yang dipakai dalam penelitian ini adalah polyester 157 BQTN-EX. Polyester berfungsi sebagai zat pengikat campuran komposit kampas rem sehingga memiliki daya tarik antar molekul yang kuat. Sedangkan katalis berfungsi sebagai zat yang mempercepat reaksi pembentukan komposit. Gambar 3.4. Resin dan Katalis

9 50 5) Sepatu Rem. Digunakan untuk tempat merekatnya spesimen komposit kampas rem, sehingga dapat dipasang pada master rem cakram yang selanjutnya digunakan untuk pengujian performansi pengereman (koefisien gesek) dengan mesin prony brake. Gambar 3.5. Sepatu Rem 6) Lem Epoksy Bahan perekat yang digunakan untuk menempelkan komposit kampas rem dengan sepatu rem agar dapat merekat kuat sehingga tahan akan gesekan yang akan menyebabkan bergesernya komposit dari sepatu rem. Gambar 3.6. Lem Epoxy

10 51 b. Alat Penelitian Dalam penelitian komposit kampas rem serat bambu ori, penulis menggunakan alat alat yang diantaranya : a) Timbangan. Dalam penelitian ini menggunakan 2 macam timbangan. a) Timbangan pertama digunakan untuk mengukur massa bahanbahan komposit kampas rem. Bahan yang ditimbang adalah serat bonggol jagung, serat kuninga (Cu-Zn), magnesium oksida (MgO) dan resin polyester sehingga didapat komposisi yang tepat sesuai dengan instruksi penelitian. Jenis timbangan yang digunakan pada penelitian ini adalah timbangan digital merk Scout Pro dengan ketelitian 0,1 gram dan dapat menerima beban maksimal gram. Gambar 3.7. Timbangan Digital Merk Scout Pro b) Timbangan digunakan untuk mengukur Besarnya gaya berat pada lengan ayun mesin prony brake. Jenis timbangan yang digunakan adalah timbangan digital merk Mettler Toledo dengan ketelitian 0,1 gram dan dapat menerima beban maksimal gram.

11 52 Gambar 3.8. Timbangan Digital Merk Mettler Toledo b) Mesh Mesh bekerja selayaknya ayakan yang berguna untuk menyaring serat bambu dan aluminium (Al) sehingga didapat ukuran butiran yang diinginkan yang nantinya akan menambah daya ikat antar molekul matriks. Gambar 3.9. Penyaring dengan Tipe MBT Sieve Shaker AG-515

12 53 c) Mixer Alat elektronik yang digunakan untuk mengaduk campuran matriks, filler dan pengikat sehingga homogenitas campuran akan merata. Gambar Pengaduk (Mixer) d) Dies Dies atau cetakan yang berpola sama dengan hasil akhir spesimen, terdiri dari 3 lapisan yang nantinya akan ditekan dengan alat kompaksi sehingga ikatan matriks dan filler akan saling menyatu. Gambar Cetakan (Dies)

13 54 e) Mesin press Mesin yang digunakan untuk mengkompaksi dies yang berisi spesimen, dengan diberi tekanan pada atas dan bawah dies, sehingga volume menyusut dan ikatan antar matriks semakin kuat. Mesin Press yang digunakan yaitu Control Cernusco. Gambar Mesin Press f) Oven listrik. Digunakan setelah spesimen sudah dikompaksi, dengan proses sintering yang memanaskan spesimen dengan suhu tertentu sehingga molekul pada komposit akan melebur dan menyatu satu dengan yang lain. Gambar Oven Listrik

14 55 g) Alat-alat Bantu Alat-alat bantu yang digunakan dalam pembuatan spesimen dan pengujian antara lain, wadah sebagai tempat pencampuran bahan, sendok plastik, palu, kunci ring 12 dan 14, gergaji, amplas, jangka sorong. c. Instrumen Penelitian Dalam penelitian komposit kampas rem serat bambu ori, penulis menggunakan instrumen penelitian mesin prony brake. Alat ini digunakan untuk mengetahui nilai koefisien gesek spesimen kampas rem. Prony brake adalah hasil karya mahasiswa Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret Surakarta angkatan Gambar Mesin Prony Brake

15 56 Bagian Tabel 3.3 Spesifikasi Mesin Prony Brake Spesifikasi Kaliper rem Piston tunggal tipe meluncur Merk Nisin, Honda Prestige depan Diameter caliper Cakram 0,054 m Honda Prestige Depan Jari-jari efektif pengereman 0,069 m Panjang lengan caliper Master rem Diameter master rem Manometer Motor MCB 0,535 m Dobel piston Tipe konvensional 0,019 m Tipe liquid merk Brothoterm max 350 psi Motor AC 2 HP, 220 V, 2880 RPM 6 Ampere Pully Aluminium 2 jalur 3 inchi Belt Rangka Ukuran Rangka 2 buah Baja letter L 50x50 mm 80 cm x 60 cm x 80 cm

16 57 E. ProsedurPenelitian MULAI STUDI LAPANGAN DAN STUDI PUSTAKA PERSIAPAN ALAT DAN BAHAN PENCAMPURAN BAHAN BAKU Komposisi 1 Serat bambu 35%, Al 15%, MgO 35%, Resin 15% Komposisi 2 Serat bambu 40%, Al 15%, MgO 30%, Resin 15% Komposisi 3 Serat bambu 45%, Al 15%, MgO 25%, Resin 15% KOMPAKSI BEBAN TEKANAN 1 TON SINTERING SUHU 200 O C 15 MENIT PEMASANGAN PADA SEPATU REM KAMPAS REM NON- ASBESTOS PRODUK NISSIN SPESIMEN KOMPOSIT KAMPAS REM PENGUJIAN DENGAN PRONY BRAKE PENGOLAHAN DAN ANALISIS DATA KESIMPULAN DAN SARAN SELESAI

17 58 Gambar Diagram Alir Penelitian 1. Urutan Langkah Eksperimen a. Persiapan Awal Persiapan awal dalam penelitian ini adalah menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan dalam pengujian. Adapun pekerjaan yang dilakukan dalam persiapan ini antara lain: 1) Membuat mesin uji prony brake dengan spesifikasi kampas rem mobil. 2) Menyediakan bahan filler berupa bambu ori yang telah dipotong sekitar 30 cm. 3) Membuat serat kulit bambu ori dengan cara melakukan pemakanan secara manual menggunakan gergaji tangan terhadap potongan bambu ori yang telah diatur pada mesin bubut. 4) Menghaluskan serat kulit bambu ori sampai menjadi butiran halus agar dapat tersaring dengan baik oleh mesh. b. Pembuatan Spesimen Pembuatan spesimen dilakukan dengan cara metode metalurgi serat, untuk lebih jelasnya tahapannya sebagai berikut : 1) Persiapan dies a) Menyiapkan bahan berupa besi baja yang digunakan untuk dibuat cetakan. b) Membuat cetakan yang disamakan dengan pola kampas rem yang ada di pasaran menggunakan proses pemesinan, dalam penelitian ini penulis menggunakan pola kampas rem merk Nissin. 2) Persiapan bahan komposit. a) Menyiapkan bahan bahan matriks penyusun, filler dan perekat yang didapat dari toko dan lingkungan sekitar.

18 59 b) Mengukur bahan yang digunakan sesuai dengan instruksi penelitian yang keseluruhan mempunyai massa total 100 gram. c) Mencapur matriks penyusun berupa serat bambu ori dan aluminium lalu dicampur secara merata. d) Menambahkan bahan perekat matriks berupa resin BQTN dan katalis sebesar 1% massa resin. e) Mencampur dan mengaduk adonan bahan komposit sampai merata menggunakan mixer. 3) Pencetakan kampas rem. a) Menempatkan adonan campuran bahan kompsit pada dies lalu ratakan dengan alat perata. b) Tempatkan dies pada mesin press, lalu kompaksi dengan beban 1000 kg, tahan selama 15 menit, lalu lepas spesimen. c) Membersihkan sisa pengepresan lalu berlanjut ke proses sintering tanpa melepas dari dies. Pemanasan menggunakan oven listrik yang disetel pada suhu 200 ºC dan tahan selama 15 menit. d) Setelah selesai proses sintering, keluarkan dies lalu diamkan sampai mencapai suhu normal, dan keluarkan spesimen komposit kampas rem dari dies. e) Merapikan hasil spesimen dengan cara mengamplas sampai permukaan kampas rem halus dan rata. f) Merekatkan spesimen kampas rem dengan sepatu rem menggunakan epoxy dan disintering dengan suhu 180 ºC selama 15 menit. g) Memberikan alur pada kampas rem menggunakan gergaji, alur dibuat agar kampas rem sedemikian rupa mirip dengan kampas rem merk Nissin. c. Pengujian Spesimen

19 60 Pengujian spesimen komposit kampas rem dilakukan setelah proses pencetakan kampas rem selesai. Spesimen uji harus terlebih dahulu melalui proses finishing dengan cara penghalusan permukaan dan merapikan bagian-bagian yang kurang rapi sebelum diuji. Pengujian spesiemen dilakukan di Bengkel Pemesinan, Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret Surakarta dengan alat uji berupa mesin prony brake yang telah dibuat sebelumnya. Mesin prony brake digunakan untuk mengetahui koefisien gesek yang dihasilkan oleh kampas rem dari komposit serat bambu ori yang telah dibuat. Selain menguji kampas rem yang telah dibuat juga menguji kampas rem pabrikan sebagai pembanding. Kampas rem pabrikan yang digunakan sebagai pembanding adalah kampas rem merk Nissin yang mempunyai kualitas baik. Proses yang dilakukan dalam pengujian spesimen antara lain: a. Mempersiapkan mesin prony brake dan timbangan digital. b. Memasang kampas rem yang akan diuji. c. Menjalankan mesin prony brake, kemudian menginjak pedal rem hingga mesin berhenti. d. Mencatat data gaya berat pada timbangan dan tekanan minyak pada manometer mesin prony brake pada saat pengereman dilakukan. e. Melepas kampas rem yang telah diuji, kemudian melanjutkan pengujian pada kampas rem lainnya seterusnya sampai semua spesimen diuji. Setelah melakukan pengujian spesimen dan pengumpulan data kemudian melakukan pengolahan data.

20 61 F. Teknik Analisis Data Penulis menggunakan teknik analisis data berupa analisis deskriptif, yaitu dengan mengamati secara langsung keadaan penelitian dan hasil pengujian spesimen. Pengujian spesimen beberapa kali dilaksanakan, selanjutnya dari hasil pengujian koefisien gesek tadi diambil tiga pengujian terbaik. Hasil dari tiga pengujian koefisien gesek terbaik akan dirata-rata. Setelah data didapat dari hasil eksperimen, data dituangkan ke dalam bentuk tabel, yang selanjutnya ditampilkan dalam bentuk grafik, sehingga dapat dianalis dan ditarik kesimpulannya.