FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012

Transkripsi

1 DESAIN STRUKTUR DAN PEMBUATAN PARKING BUMPER DARI BAHAN POLYMERIC FOAM DIPERKUAT SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) TERHADAP BEBAN IMPAK DAN TEKAN TESIS SYURKARNI ALI /MTM FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012

2 DESAIN STRUKTUR DAN PEMBUATAN PARKING BUMPER DARI BAHAN POLYMERIC FOAM DIPERKUAT SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) TERHADAP BEBAN IMPAK DAN TEKAN TESIS SYURKARNI ALI /MTM FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012

3 DESAIN STRUKTUR DAN PEMBUATAN PARKING BUMPER DARI BAHAN POLYMERIC FOAM DIPERKUAT SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) TERHADAP BEBAN IMPAK DAN TEKAN TESIS Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik dalam Program Magister Teknik Mesin pada Fakultas Teknik OLEH SYURKARNI ALI /MTM FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012

4 Judul Penelitian Nama Mahasiswa : DESAIN STRUKTUR DAN PEMBUATAN PARKING BUMPER DARI BAHAN POLYMERIC FOAM DIPERKUAT SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) TERHADAP BEBAN IMPAK DAN TEKAN : SYURKARNI ALI Nomor Pokok : Program Studi : MAGISTER TEKNIK MESIN Menyetujui Komisi Pembimbing Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME Ketua Zulfikar, ST., MT Anggota Ketua Program Studi, Dekan FT-USU, Dr.-Eng. Ir. Indra, MT Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME Telah Lulus : 9 Juni 2012

5 Telah diuji pada Tanggal: 9 Juni 2012 PANITIA PENGUJIAN TESIS Ketua Anggota : Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME. : 1. Zulfikar, ST., MT. 2. Prof. Ir. Basuki Wirjosentono, PhD. 3. Dr.-Eng. Ir. Indra MT. 4. Dr.-Ing. Ikhwansyah Isranuri.

6 ABSTRAK Perkembangan industri kelapa sawit dewasa ini semakin pesat. Salah satu hasil industri kelapa sawit yang kerap menjadi limbah adalah Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS). TKKS ini dapat diolah menjadi serat yang akhirnya dapat dimanfaatkan sebagai material engineering. Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan desain parking bumper yang mampu menahan beban tekan statik dan dinamik (impak) dan untuk mendapatkan proses pembuatan parking bumper yang efektif, juga untuk menemukan komposisi material yang terbaik untuk parking bumper serta menyelidiki kekuatan mekanik material seperti kekuatan tarik, kekuatan tekan dan kemampuan menahan impak pada parking bumper. Desain parking bumper dilakukan dengan tiga bentuk. Desain ini dengan menggunakan software Ansys. proses pembuatan parking bumper dilakukan dengan dua bentuk cetakan yang dibedakan pada ukuran cetakan yaitu cetakan pertama berukuran 300 х 200 х 130 (mm) dan kedua berukuran 1000 х 200 х 130 (mm), dengan posisi cetakan vertikal dan rasio cetakan 3:1 dari volume cetakan. Bagian dalam cetakan dilapisi kaca setebal 5 mm. Komposisi material dibedakan pada tiga komposisi dengan perbandingan jumlah blowing agent dan jumlah resin yang bervariasi. Kekuatan mekanik material diperoleh dengan cara melakukan pengujian yaitu menggunakan alat uji tarik dan tekan Tensile Testing Machine untuk pengujian tarik dan pengujian tekan. Sedangkan pada pengujian impak dengan menggunakan alat uji impak jatuh bebas. Spesimen uji tarik digunakan ASTM D638 dan spesimen uji tekan dan impak dengan ASTM D Hasil desain parking bumper secara simulasi diperoleh nilai tegangan sebesar 0,13 MPa. untuk bentuk trapesium. Nilai tegangan ini lebih kecil dari bentuk desain yang lain. Pada proses pembuatan parking bumper yang lebih tepat yaitu pada cetakan yang kedua. Komposisi material parking bumper yang terbaik yaitu pada variasi komposisi blowing agent 15%, resin 70%, serat 10% dan katalis 5%. Hasil uji kekuatan mekanik parking bumper diperoleh perbedaan perkomposisi berkisar 34-41% untuk pengujian tarik, dan untuk pengujian tekan berkisar 26-29%. Tegangan yang terjadi pada pengujian tekan diperoleh nilai error rata-rata per komposisi antara: 0,05-3,23 MPa, sementara untuk regangan terjadi selisih di bawah 0,010. Sehingga perbandingan antara eksperimental dan software sangat mendekati. Hasil pengujian impak jatuh bebas pada komposisi dua dengan variasi ketinggian jatuh diperoleh hasil yang sangat mendekati. Hal ini menandakan bahwa struktur material polymeric foam sangat mempengaruhi hasil, dan dengan penggunaan blowing agent sebanyak 15% struktur material untuk pembuatan parking bumper ini menjadi lebih tepat dan sempurna. Kata kunci: Limbah Tandan Kosong Kelapa Sawit, Material Engineering, Parking Bumper, Beban Tekan Statik, Beban Dinamik, Impak Jatuh Bebas

7 ABSTRACT The palm oil industry development is rapidly increasing. One of palm oil industry waste is oil palm empty fruit bunch (OPEFB). OPEFB waste can be processed in to fibers. OPEFB fibers are potential to be made as engineering materials. The aims of the research were to obtain the parking bumper design which was able to obtain the static and dynamic load impact, to obtain the effective parking bumper product manufacturing, to find the best material composition for parking bumper, and to examine the mechanical properties materials, such as tensile strength, static compressive load, and its strength to stand the impact of parking bumper. This design of the parking bumper was conducted in three types. This design used Ansys software. The process of making parking bumper was done with two molds which were differentiated in their measurement: the first mold was 300 х 200 х 130 mm and the second mold was 1000 х 200 х 130 mm with vertical mold position and the mold ratio was 3:1 of the mold volume. Inside the mold was coated by 5 mm glass. The material composition was differentiated in three compositions with varied proportions of the number of blowing agents and the amount of resin. The mechanical properties materials was obtained by using Tensile Testing Machine for tensile test and compressive load test, while the impact was tested by using free fall impact testing device. The tensile test specimens were done by using ASTM D638 and the compressive load and impact test specimens were done by using ASTM D The result of parking bumper design in simulation showed the stress value of 0.13 MPa. for trapezium type. This stress value was smaller than the other types. The process of making accurate parking bumper was in the second mold. The material composition of the best parking bumper was in the variation of the composition 15% of blowing agent, 70% of resin, 10% of fiber, and 5% of catalyst. The result of the mechanical properties of parking bumper showed different composition about 34-41% for tensile test and 26-29% for compressive load test. The stress in the compressive load test showed the average error value per composition between MPa, while for the strain, there was the disparity under The result was that the disparity between experimental and software was close enough. The result of the free fall impact in the second composition with the variation of the fall height was not close enough. This indicated that the polymeric foam material structure had significant influence on the result, and by using 15% of blowing agent, the material structure for making the parking bumper would become more accurate and perfect. Keywords: Oil Palm Empty Fruit Bunch Waste, Engineering Materials, Parking Bumper, Tensile Strength, Static Compressive Load, Free Fall Impact

8 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 Desain Struktur dan Pembuatan Parking Bumper Dari Bahan Polymeric Foam Diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) Terhadap Beban Impak dan Tekan. Laporan hasil penelitian tesis ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi oleh setiap mahasiswa untuk mendapatkan gelar Magister Teknik pada Program Studi Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik. Penulisan laporan hasil penelitian tesis ini merupakan lanjutan dari penelitian sebelumnya yang mengedepankan pemanfaatan limbah tandan kosong kelapa sawit dan penggunaan Polymeric Foam untuk dijadikan material baru yang berkualitas dengan biaya ekonomis. Untuk itu penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, selaku Ketua Komisi Pembimbing dan juga Dekan FT-USU; Zulfikar, ST., MT., selaku Anggota Komisi Pembimbing; Dr- Eng. Ir. Indra Nasution, MT., selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin FT-USU beserta Seluruh Dosen dan Staf administrasi program studi Magister Teknik Mesin FT-USU yang telah banyak memberikan ilmu pengetahuan dan bantuan secara administrasi selama penulis mengikuti pendidikan, juga ucapan terima kasih yang tak terhingga kepada tim peneliti HKI Kerucut Lalu Lintas; Zulfikar, ST, MT., Siswo

9 Pranoto ST, MT., dan Muftil Badri, ST, MT., yang telah menginspirasikan penulis untuk mengembangkan kembali pada desain material TKKS dengan pemanfaatan Polymeric Foam hingga menjadi material yang memiliki nilai produktif. Juga kepada peneliti Impak jatuh bebas, Rahmat Kartolo Simanjuntak, ST, MT., atas bantuan dan kerjasamanya dalam kegiatan penelitian ini, Serta seluruh rekan-rekan mahasiswa Magister Teknik Mesin (IKM2TM) yang telah memberikan motifasi, semangat dan dukungan hingga terselesaikan penelitian ini, juga kepada tim Peneliti Impak fracture Research Center (IFRC) atas kerjasama tim yang baik. Teristimewa penulis mempersembahkan semua ini kepada Ayah dan Bunda tercinta, Istri tercinta serta Abang-abang, Kakak dan Adik serta nanda M. Reza Pahlevi tersayang yang telah memberikan do a dan semangat serta dorongan moril untuk menyelesaikan penulisan laporan hasil penelitian tesis ini. Sebagai penutup Penulis sangat menyadari bahwa dalam laporan hasil penelitian tesis ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu saran dan komentar sehingga akan mendapatkan hasil yang lebih sempurna lagi. 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 tesis ini. Medan, 12 April 2012 Penulis, Syurkarni Ali

10 DAFTAR RIWAYAT HIDUP DATA PRIBADI Nama : SYURKARNI ALI Tempat & Tanggal Lahir : Banda Aceh, 15 Desember 1975 Jenis Kelamin : Laki - Laki Status : Kawin Pekerjaan : Dosen Tetap Universitas Teuku Umar Alamat : Jl. Garuda RK I No 132 Rundeng Lama, Meulaboh - Aceh Telp : / Warga Negara : Indonesia PENDIDIKAN : SD Suak Indrapuri Meulaboh : MTsN I Meulaboh : MAN I Meulaboh : Sekolah Tinggi Teknologi Pekanbaru (STTP) : Magister Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. PENGALAMAN KERJA PT. RGMI (Training & Development Staff) PT. RAK (Team Leader Finishing Prod. Dept.) Staff Pengajar Univ. Teuku Umar (UTU) Ketua Prodi Teknik Mesin Univ. Teuku Umar (UTU) Tugas Belajar Magister Teknik Mesin USU Medan, 01 Mei 2012 (SYURKARNI ALI)

11 DAFTAR ISI ABSTRAK... i ABSTRACT... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR RIWAYAT HIDUP. v DAFTAR ISI... vi DAFTAR TABEL... ix DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR LAMPIRAN... xii BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Tujuan Umum Tujuan Khusus Manfaat Penelitian Roadmap Penelitian.. 4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Pendahuluan Desain Produk Pemilihan Desain Parking Bumper Material Komposit Material Komposit Polymeric Foam Polyester Resin Tak Jenuh Blowing Agent Katalis MEKPO Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Teknik Pembuatan Material Komposit Karakteristik Mekanik Material Pengujian Statik Persamaan Tegangan dan Regangan... 17

12 Hubungan Tegangan dan Regangan Pengujian Tarik Pengujian Tekan Pengujian Dinamik Pengujian Impak Jatuh Bebas BAB 3 METODE PENELITIAN Tempat dan waktu Tempat Waktu Desain Pilihan Parking Bumper Material Komposit Polymeric Foam Bahan Polyester Resin Tak Jenuh Blowing Agent Katalis Pembersih Serat Pelumas Khusus Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Peralatan Alat Ukur Cetakan Spesimen Prosedur Pembuatan Parking Bumper Metode Pembuatan Parking Bumper Proses Pencetakan Parking Bumper Proses Pengerasan Alat Uji Alat Uji Statik Tarik dan Tekan Set-up Alat Uji Tarik dan Tekan Prosedur Pengujian Tarik Prosedur Pengujian Tekan Alat Uji Impak Set-up Pengujian Impak Prosedur Pengujian Impak Prosedur Kalibrasi Kerangka Konsep Penelitian BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Pendahuluan Pembuatan Parking Bumper Komposisi Karakteristik Mekanik Parking Bumper Pengujian Statik Tarik... 57

13 Pengujian Statik Tekan Pengujian Impak.. 70 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran. 77 DAFTAR PUSTAKA. 78

14 DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman 1.1 Roadmap penelitian Komposisi berdasarkan variasi komposisi serta berat jenis Hasil pengujian mechanical properties Karakteristik mekanik polyester resin tak Jenuh Parameter tipikal tandan kosong kelapa sawit, per kg Perbandingan tensile strenght dan tensile modulus serat alam Waktu dan kecepatan benda jatuh Kegiatan penelitian Peralatan dan material yang digunakan untuk pembuatan spesimen Pembagian komposisi untuk pembuatan parking bumper Persentase campuran dan berat campuran Hasil simulasi desain parking bumper Berat jenis material berdasarkan komposisi Hasil perhitungan kekuatan tarik Hasil perhitungan kekuatan tekan Hasil pengujian impak jatuh bebas. 73

15 DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman 2.1. Lokasi perparkiran pada salah satu pusat perbelanjaan Kenderaan pada saat parkir Desain parking bumper Serat TKKS Ukuran spesimen uji tarik standar ASTM D Spesimen uji tekan ASTM D Tipikal kurva respon tegangan regangan terhadap Polymeric Foam akibat beban static Diagram uji tekan statik Grafik Hubungan v - t Ilustrasi pembebanan pada parking bumper Desain parking bumper dengan Software Ansys Resin unsaturated polyester BQTN Blowing agents MEKPO Pembersih serat (NaOH) Serat TKKS Timbangan digital Gelas ukur volume Jangka sorong Cetakan parking bumper Cetakan parking bumper dari bagian atas Bagian terluar cetakan Cetakan spesimen uji tarik Dimensi cetakan sampel uji tarik Cetakan spesimen uji tekan dan impak Pemberian lapisan pemisah pada cetakan Penimbangan bahan Campuran polyester resin tak jenuh dengan serat Isocyanate dan polyol Pengadukan bahan polymeric foam dan serat Cetakan siap untuk digunakan Proses penuangan kedalam cetakan Proses pengerasan Mesin uji tekan/tarik Tokyo Universal Testing Machine Test Rig dan Anvil DAQ for Helmet Impact Testing Software 49

16 3.28. Kabel Loadcell dengan DAQ Lab-Jack U3-LV Calibration program Kerangka Konsep Parking bumper balok Parking bumper setengah bola Parking bumper trapesium Grafik tegangan maksimum parking bumper Kekosongan pada bagian dalam parking bumper Spesimen sebelum dilakukan uji tarik Pengujian tarik Grafik gaya tarik untuk komposisi satu Grafik gaya tarik untuk komposisi dua Grafik gaya tarik pada komposisi tiga Grafik gaya tarik dengan ketiga komposisi Grafik tegangan pada komposisi satu Grafik tegangan pada komposisi dua Grafik tegangan pada komposisi tiga Grafik tegangan pada ketiga komposisi Daerah putus pada pengujian tarik Pengujian tekan dan hasil uji Grafik gaya tekan komposisi satu Grafik gaya tekan komposisi dua Grafik gaya tekan pada komposisi tiga Grafik gaya tekan untuk ketiga komposisi Grafik tegangan pada komposisi satu Grafik tegangan pada komposisi dua Grafik tegangan pada komposisi tiga Grafik tegangan pada ketiga komposisi Pengujian impak Grafik gaya impak Grafik pada ketinggian 1 meter Grafik maksimum dan minimum force (N) 73

17 DAFTAR LAMPIRAN Nomor Judul Halaman 1 Patent Application Publication (Injection Molded Plastic 82 Nestable Shell for concrete Parking Bumpers) 2 Resilient Bumper Block ( Paten Application) 83 3 Heavy Duty Impact Resistant Parking Bumper (Cast-Crete Product) 84