SKRIPSI. Skripsi Ini Diajukan Untuk Melengkapi Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik SUKRIL AMIN NASUTION NIM.

Transkripsi

1 EKSPERIMEN DAN SIMULASI CATIA V5R21 KEKUATAN IMPAK JATUH BEBAS PADA STRUKTUR ATAP MOBIL DARI BAHAN KOMPOSIT POLYMERIC FOAM DIPERKUAT SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT SKRIPSI Skripsi Ini Diajukan Untuk Melengkapi Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik SUKRIL AMIN NASUTION NIM PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

2

3

4

5

6

7

8

9

10 ABSTRAK Tandan kosong kelapa sawit jumlahnya sangatlah melimpah dikarenakan pabrik pengolahan kelapa sawit yang terdapat di Indonesia memiliki jumlah yang sangat banyak, menurut survey yang dilakukan limbah tandan kosong kelapa sawit saat ini mencapai 20 juta ton. Tandan kosong kelapa sawit memiliki nilai ekonomis untuk direkayasa sebagai bahan alternatif yang dapat dimanfaatkan dengan alasan masih berlimpahnya bahan baku, bebas korosi, tahan dan mampu menyerap panas, oleh karena itu serat tandan kosong kelapa sawit dapat dimanfaatkan sebagai penguat bahan komposit polymeric foam. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui proses pembuatan, menganalisa kekuatan struktur atap mobil terhadap beban impak jatuh bebas dan mensimulasikan dengan meggunakan perangkat lunak Catia V5R21. Pembuatan struktur atap mobil dari bahan komposit polymeric foam dibuat menggunakan metode penuagan langsung yang terdiri dari bahan matrik dan penguat. Matrik resin BTQN 157 Ex, poliuretan dibuat dari campuran poliol dengan isosianat, serta katalis MEKPO dan sebagai penguat adalah serat tandan kosong kelapa sawit. Cetakan struktur atap mobil terbuat dari plat besi dengan ukuran 800 [mm] 500 [mm] 2 [mm]. Untuk mengetahui respon struktur atap mobil dengan ukuran 800 [mm] 500 [mm] 5 [mm] maka dilakukan uji impak jatuh bebas. Hasil uji impak jatuh bebas diperoleh dari sembilan struktur Atap mobil yaitu: A 1-1, A 2-1, A 3-1, A 1-2, A 2-2, A 3-2, A 1-3, A 2-3 dan A 3-3,ketinggian divariasikan dengan ketinggian 0,5 m, 1 m, dan 1,5 m. Setelah dilakukan pengujian impak jatuh bebas untuk masing-masing struktur uji maka dapat diperoleh kesimpulan bahwa kekuatan struktur atap mobil diperoleh pada struktur A 2-1 ketingian 0,5 [m] yaitu: gaya maksimum (FF MMMMMM ) = 66,8061 [N], tegangan maksimum (σσ mmmmmmmm ) = 29691,6 [Pa], momentum (M) = 21,3289 [kgm/s], impuls (I) = 2,0709 [N.s], Energi impak eksperimen (E Ie ) = 33,4030 [J], Energi potensial (E p ) = 31,392 [J] dan Energi serap (E s ) = 2,011 [J]. Sedangkan hasil simulasi perangkat lunak Catia V5R21 diperoleh (σσ mmmmmm ss ) = [Pa]. Kata kunci: Serat tandan kosong kelapa sawit, komposit, polymeric foam, uji impak jatuh bebas.

11 ABSTRACT Oil palm empty fruit bunches numbers are very abundant due to palm oil mills located in Indonesia has very much, according to a survey of waste oil palm empty fruit bunches currently reach 20 million tons. Oil palm empty fruit bunches have to be engineered as the economic value of alternative materials that can be used as it is still an abundance of raw materials, corrosion free, resistant and able to absorb heat, therefore oil palm empty fruit bunches fiber can be used as a reinforcement material polymeric composite foam. The purpose of this study to determine the manufacturing process, analyzed the power structure of the roof of the car to impact loads and simulates the free fall is by using Catia V5R21 software. Making the car roof structure of polymeric foam composite material made using the method of direct penuagan consisting of matrix and reinforcement materials. 157 Ex BTQN resin matrix, made of a mixture of polyurethane polyol with an isocyanate, and catalyst MEKPO and the amplifier is the fiber of oil palm empty fruit bunches. Mold car roof structure is made of steel plate with a size of 800 [mm] 500 [mm] 2 [mm]. To study the response of the car roof structure with a size of 800 [mm] 500 [mm] 5 [mm] then tested the free-fall impact. Free fall impact test results obtained from nine car roof structure are: A1-1, A2-1, A3-1, A1-2, A2-2, A3-2, A1-3, A2-3 and A3-3, height varied with the height of 0.5 m, 1 m, and 1.5 m. After testing the free-fall impact for each test structure, it can be concluded that the strength of the roof structure of the car is obtained on the structure of A2-1 of the level of 0.5 [m], namely: maximum force (F_Max) = [N], the voltage maximum (σ_maks) = [Pa], momentum (M) = [kgm / s], impulse (I) = [Ns], impact energy experiments (EIE) = [J ], potential energy (Ep) = [J] and energy absorption (Es) = [J]. While the simulation results obtained software Catia V5R21 (σ_maks) = [Pa]. Keywords: oil palm empty fruit bunch fibers, composites, polymeric foam, free fall impact test.

12 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT, Tuhan semesta alam. Tiada daya dan kekuatan selain dari-nya. Shalawat dan salam kepada Rasulullah Muhammad SAW. Alhamdulillah, atas izin-nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang dipilih diambil dari mata kuliah Elemen Mesin yaitu EKSPERIMEN DAN SIMULASI CATIA V5R21 KEKUATAN IMPAK JATUH BEBAS PADA STRUKTUR ATAP MOBIL DARI BAHAN KOMPOSIT POLYMERIC FOAM DIPERKUAT SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT. Dalam penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan, motivasi, pengetahuan, dan lain-lain dalam penyelesaian skripsi ini. Penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur, serta bimbingan dan arahan dari Bapak Ir. Syahrul Abda, MSc sebagai Dosen Pembimbing. Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Kedua orang tua tercinta, Ayahanda Hotnan Nasution dan Ibunda Purnama Sari Bulan Daulay serta Ayah Guru Shekh. H. Gajali Annaqsabandi dan adikadik tersayang (Sudi Arti Nasution dan Yusra Nasution) atas doa, kasih sayang, pengorbanan, tanggung jawab yang selalu menyertai penulis, dan memberikan penulis semangat yang luar biasa sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. 2. Bapak Ir. Syahrul Abda, MSc sebagai Dosen Pembimbing Skripsi yang banyak memberi arahan, bimbingan, motivasi, nasehat, dan pelajaran yang sangat berharga selama proses penyelesaian Skripsi ini. 3. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri dan Ir.Syahril Gultom, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU. Bapak Ir. Syahrul Abda, MSc selaku Koordinator Skripsi.

13 4. Bapak Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME selaku dosen pembanding I. 5. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri selaku dosen pembanding II. 6. Seluruh Staf Pengajar DTM FT USU yang telah memberikan bekal pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi selesai, dan seluruh pegawai administrasi DTM FT USU, juga kepada staf Fakultas Teknik. 7. Teman satu tim (Abdullah Yaqub Harahap) yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk bergabung dalam penyelesaian tugas sarjana ini. 8. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin stambuk 2009 dan khususnya kepada Aidil suhada, yang banyak memberi motivasi kepada penulis dalam menyusun skripsi ini. 9. Abang, adik-adik dan keluarga besar penulis yang banyak memberi dukungan kepada penulis untuk menyelesaikan kuliah dan hingga tugas skripsi ini selesai. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan sebagai pengembangan ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila terdapat kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi ini sebagai manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi seluruh kalangan yang membacanya. Amin Ya Rabbal Alamin. Medan, 14 April 2014 Penulis, Sukril Amin Nasution NIM :

14 DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK... i ABSTRACT... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR NOTASI... xiii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Komposit Matrik Resin Polierter Tak Jenuh Poliuretan Blowing Agent Polyol Isocyanate Katalis Mekpo Penguat Densitas Uji Impak Jatuh Bebas Teori Uji Impak Jatuh Bebas Gerak Lurus... 17

15 Momentum Impuls Energi Tegangan Pengukuran Gaya Impak Hukum Hook Pengenalan Tentang Catia BAB III METODOLOGI PENELITIAN Tempat Dan Waktu Tempat Waktu Bahan Dan Alat Bahan Resin BTQN 157 EX Poliuretan (Blowing Agent) Katalis Mekpo Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit WAX Alat Mesin Pencacah Timbangan Digital Cetakan Struktur Atap Mobil Alat Pendukung Pengukuran Struktur Atap Mobil Proses Pembuatan Cetakan Struktur Atap Mobil Proses Pembuatan Struktur Atap Mobil Prosedur Pengujian Impak Jatuh Bebas Set-Up Pengujian Impak Prosedur Kalibrasi Prosedur Pengujian Impak Simulasi Catia V5R Diagram Alir Penelitian... 45

16 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengujian Impak Jatuh Bebas Hubungan Gaya Dan Waktu Respon Struktur Atap Mobil Hasil Uji Tarik Hasil Simulasi Catia V5R Distribusi Tegangan Hasil Simulasi Catia V5R Perbandingan Hasil Eksperimen Dan Simulasi Verifikasi Perbandingan Simulasi Ansys 14.0 Dan Catia V5R BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

17 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Karakteristik Mekanik Polister Resin Tak Jenuh... 6 Tabel 2.2 Spesifikasi Unsaturated Polyester Resin Yucalac Tabel 2.3 Parameter Tipikal Tandan Kosong Kelapa Sawit Per kg Tabel 2.4 Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh Tabel 3.1 Kegiatan dan tempat penelitian Tabel 3.2 Spesifikasi Mesin Pencacah Tabel 3.3 Perbandingan Bahan Pembentuk Struktur Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Impak Jatuh Bebas Stuktur A Tabel 4.2 Data Olah Hasil Uji Impak Jatuh Bebas Terhadap Struktur A Tabel 4.3 Tabel Data Hasil Uji Impak Jatuh Bebas Terhadap Struktur A Tabel 4.4 Data Olah Hasil Uji Impak Jatuh Bebas Terhadap Struktur A Tabel 4.5 Data Hasil Uji Impak Jatuh Bebas Terhadap Struktur A Tabel 4.6 Data Hasil Uji Impak Jatuh Bebas Terhadap Struktur A Tabel 4.7 Data Hasil Uji Impak Jatuh Bebas Terhadap Struktur A Tabel 4.8 Data Hasil Uji Impak Jatuh Bebas Terhadap Struktur A Tabel 4.9 Data Hasil Uji Impak Jatuh Bebas Terhadap Struktur A Tabel 4.10 Data Hasil Uji Impak Jatuh Bebas Terhadap Struktur A Tabel 4.11 Data Hasil Uji Impak Jatuh Bebas Terhadap A Tabel 4.12 Data Hasil Uji Impak Jatuh Bebas Terhadap Struktur A Tabel 4.13 Data Hasil Uji Impak Jatuh Bebas Tehadap Struktur A Tabel 4.14 Data Olah Hasil Uji Impak Jatuh Bebas Terhadap Struktur A Tabel 4.15 Data Hasil Uji Impak Jatuh Bebas Terhadap Struktur A Tabel 4.16 Data Olah Hasil Uji Impak Jatuh Bebas Terhadap Struktur A Tabel 4.17 Data Hasil Uji Impak Jatuh Bebas Terhadap Struktur A Tabel 4.18 Data Olah Hasil Uji Impak Jatuh Bebas Terhadap Struktur A Tabel 4.19 Hasil Olah data Uji Impak Jatuh Bebas Tabel 4.20 Hasil Uji Tarik Pada Spesimen A Tabel 4.21 Hasil Uji Tarik Pada Spesimen A Tabel 4.22 Hasil Uji Tarik Pada Spesimen A Tabel 4.23 Hasil Simulasi Distribusi Tegangan Maksimum

18 Tabel 4.24 Perbandingan Hasil Eksperimen dan Hasil Simulasi Catia V5R Tabel 4.25 Verifikasi Perbandingan Hasil Simulasi Catia V5R21 dan Ansys

19 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Ikatan Uretan Dan Reaksi Pembentukan Poliuretan... 8 Gambar 2.2 TDI chemical struktur Gambar 2.3 Grafik hubungan v t Gambar 2.4 Diagram Kecepatan dan Waktu Gambar 3.1 Resin BTQN 157 EX Gambar 3.2 Polyol dan Isosianate Gambar 3.3 Katalis Mekpo Gambar 3.4 Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Gambar 3.5 Wax Gambar 3.6 Mesin Pencacah Serat TKKS Gambar 3.7 Timbangan Digital Gambar 3.8 Cetakan Struktur Atap Mobil Gambar 3.9 Alat Pendukung Gambar 3.10 Ukuran Stuktur Atap Mobil Gambar 3.11 Cetakan Struktur Atap Mobil Gambar3.12 Alat Uji Impak Jatuh Bebas Gambar 3.13Komponen Alat Uji Impak Jatuh Bebas Gambar 3.14Prangkat Lunak DAQ for Impact testing Gambar 3.15 Kabel loadcell dengan DAQ Lab-Jack U3-LV Gambar 3.16Calibration Program Gambar 3.17 Tampilan Awal Catia V5R Gambar 3.18 Tampilan Part Design Gambar 3.19 Tampilan Sketch... 38

20 Gambar 3.20 Tampilan Pad Gambar 3.21 Struktur Atap Mobil Gambar 3.22 Tampilan Menentukan Material Gambar 3.23 Tampilan Hasil Setelah Diberikan Material Gambar 3.24 Tampilan Analisis Struktur Atap Mobil Gambar 3.25 Tampilan Proses Pemberian Tumpuan Gambar 3.26 Tampilan Hasi Pemberian Tumpuan Gambar 3.27 Tampilan Pemberian Gaya Pada Struktur Atap Mobil Gambar 3.28 Tampilan Analisis Pemberian Gaya Gambar 3.29 Tampilan Pengaruh Pemberian Gaya Gambar 3.30 Tampilan Hasil Analisis Gambar 3.31 Tampilan Simulasi Catia V5R Gambar 3.32 Diagram Alir Penelitian Gambar 4.1 Kurva Hubungan Gaya Dengan Waktu Pada Ketinggian 0,5 m Gambar 4.2 Kurva Hubungan Gaya Dengan Waktu Pada Ketinggian 0,5 m Gambar 4.3 Kurva Hubungan Gaya Dengan Waktu Pada Ketinggian 0,5 m Gambar 4.4 Kurva Hubungan Gaya Dengan Waktu Pada Ketinggian 1 m Gambar4.5 Kurva Hubungan Gaya Dengan Waktu Pada Ketinggian 1 m Gambar 4.6 Kurva Hubungan Gaya Dengan Waktu Pada Ketinggian 1 m Gambar4.7 Kurva Hubungan Gaya Dengan Waktu Pada Ketinggian 1,5 m Gambar4.8 Kurva Hubungan Gaya Dengan Waktu Pada Ketinggian 1,5 m Gambar 4.9 Kurva Hubungan Gaya Dengan Waktu Pada Ketinggian 1,5 m Gambar 4.10 Grafik Gabungan Hasil Impak Gaya Maksimum Gambar 4.11 Mode Perpatahan Struktur Atap Mobil Gambar 4.12 Grafik Tegangan dan Regangan

21 Gambar 4.13 Von Mises Stress Gambar 4.14 Von Mises Stress Gambar 4.15 Von Mises Stress Gambar 4.16 Von Mises Stress Gambar 4.17 Von Mises Stress Gambar 4.18 Von Mises Stress Gambar 4.19 Von Mises Stress Gambar 4.20 Von Mises Stress Gambar 4.21 Von Mises Stress

22 DAFTAR NOTASI Simbol Keterangan Satuan A Luas penampang m 2 d Diameter lekukan mm E Modulus elastisitas Gpa E ie Energi Impak J E P Energi Potensial J E s Energi Serap J F Gaya N F max Gaya Maksimum N g Gravitasi m/s 2 h Ketinggian m I Impuls Ns L Lebar m M Momentum kgm/s m Massa kg P Panjang m T Tebal m t Waktu s v Kecepatan m/s εε Regangan - ρ Densitas kg/m 3 σ max Tegangan Maksimum Pa