ANALISA STRUKTUR DAN MATERIAL SPEED BUMP DENGAN BAHAN CONCRETE FOAM UNTUK PENGGERAK TENAGA LISTRIK SKRIPSI

Transkripsi

1 ANALISA STRUKTUR DAN MATERIAL SPEED BUMP DENGAN BAHAN CONCRETE FOAM UNTUK PENGGERAK TENAGA LISTRIK SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik SAPUTRA JAYA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2017

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11 ABSTRAK Pembuatan dari bentuk profil speed bump yang tidak sesuai dapat membahayakan pengguna jalan yang melintas. Penelitian ini berfokus pada pembuatan profil speed bump dari material concrete foam diperkuat serat TKKS agar diperoleh desain stuktur speed bump yang lebih baik dan lebih aman sesuai standar. Tujuan penelitian ini adalah menganalisis kelemahan dan ketangguhan struktur speed bump dari bahan concrete foam diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) yang dikenai beban impak jatuh bebas dan uji lindas. Manfaat penelitian ini untuk memanfaatkan serta mengolah Tandan Kosong kelapa Sawit (TKKS) hasil pabrik kelapa sawit agar dapat bernilai ekonomis. Banyaknya limbah kelapa sawit membuat penulis melakukan penelitian untuk memanfaatkan limbah kelapa sawit menjadi lebih bermanfaat. Pencarian energi alternatif dari sumber energi yang mempunyai potensi namun sering diabaikan. Kebutuhan energi yang berbanding lurus dengan peningkatan eksponensial populasi umat manusia membuat manusia secara cepat harus beralih menuju sumber energi alternatif terbarukan. Listrik merupakan energi yang mempunyai peran penting dalam kehidupan manusia. PLN sebagai penyedia energi listrik sekarang ini mengalami kesulitan untuk mencukupi kebutuhan energi listrik nasional. Hal ini disebabkan karena kebutuhan listrik jauh lebih besar dibandingkan dengan kapasitas pembangkitan energi yang ada saat ini. Kondisi demikian, mendorong untuk mencari dan mengkaji pemanfaatan sumber energi baru, yang sifatnya terbarukan, murah, ramah lingkungan serta jumlahnya tidak terbatas. Pembuatan pembangkit listrik tenaga speed bump ini bertujuan untuk merencanakan speed bump dapat menjadi sumber energi untuk pembangkit listrik. Metode yang dilakukan adalah metode penelitian eksperimen. Data diperoleh melalui pengujian impak jatuh bebas pada speed bump dari bahan concrete foam. Pembuatan speed bump menggunakan campuran semen 26%, pasir 38%, air 28%, blowing agent 5%, dan serat TKKS 3%. Dimensi speed bump penggerak listrik Dari hasil uji impak jatuh bebas pada ketinggian 1 meter diperoleh bahwa speed bump concrete foam yang memiliki tegangan paling tinggi sebesar MPa dan gaya maksimum sebesar N, sedangkan speed bump concrete memiliki tegangan maksimum sebesar MPa dan Gaya maksimum sebesar N. Uji lindas terhadap speed bump concrete foam (penggerak generator) menggunakan mobil honda FREED dengan berat 1330 kg didapatkan hasil bahwa spesimen B1 memiliki kekuatan paling baik karena dalam 5 kali pelindasan tidak mengalami keretakan. Untuk tegangan listrik yang dihasilkan pada speed bump sebesar 0,32 volt dan putaran yang didapat PMDC sebesar 50 rpm. Kata kunci: Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS), Beban foam, Speed bump, DAQ Impact Testing, Uji lindas. Impak, Concrete i

12 ABSTRACT The production of an inappropriate speed bump profile can harm road users passing by. This research focuses on making speed bump profiles of concrete foam material reinforced EBP fibers in order to obtain a better and safer speed bump structure design according to the standard. The purpose of this study was to analyze the weakness and toughness of the speed bump structure of concrete foam materials reinforced by Empty Bunches of Palm Oil (EBP) subjected to free fall impact load and run over test. The benefit of this research is to utilize and process Palm Blend Fertilizer (EBP) from palm oil mill to be economical. The amount of palm oil waste makes the authors do research to make use of palm oil waste to be more useful. The search for alternative energy potential energy sources is often overlooked. Energy requirements that are directly proportional to the exponential increase of human populations make humans should quickly move towards alternative renewable energy sources. Electricity is an energy that has an important role in human life. PLN as a provider of electrical energy is currently experiencing difficulties to meet the needs of national electrical energy. This is due to the need for electricity is much greater than the capacity of existing energy generation. Such conditions, encourage to seek and review the utilization of new energy sources, which are renewable, cheap, environmentally friendly and the amount is not limited. Making speed bump power plant is intended to plan the speed bump can be a source of energy for power plants. The method used is experimental research method. Data were obtained through the free fall impact test on the speed bump of the concrete foam material. Making speed bump using cement mix 26%, sand 38%, water 28%, blowing agent 5%, and fiber 3% EBP. Dimensional speed bump driving electric From the results of the free fall test impact at a height of 1 meter obtained that the speed bump concrete foam which has the highest voltage of MPa and maximum force of N, while the speed bump concrete has a maximum voltage of MPa and maximum force of N. An exhaust test against speed bump concrete foam (generator drive) using FREED honda car weighing 1330 kg obtained the result that specimen B1 has the best strength because in 5 times the oppression did not experience crack. For the voltage generated at the speed bump of 0.32 volts and the round obtained PMDC of 50 rpm. Keywords: Empty Bunches of Palm Oil (EBP), Impact Burden, Concrete foam, Speed bump, DAQ Impact Testing, Run Over Test. ii

13 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan kesempatan dan waktu sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul ANALISA STRUKTUR DAN MATERIAL SPEED BUMP DENGAN BAHAN CONCRETE FOAM UNTUK PENGGERAK TENAGA LISTRIK. Laporan hasil penelitian skripsi ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi oleh setiap mahasiswa untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Reguler Teknik Mesin Fakultas Teknik Unuversitas Sumatera Utara. Penulis laporan ini adalah bertujuan mengedepankan penggunaan serat TKKS untuk penguat pada produk. Untuk itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Kedua orang tua saya atas doa dan motivasi yang tiada hentinya untuk menberikan semangat agar dapat menyelesaikan skripsi ini. 2. Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, selaku doses pembimbing penulis yang banyak menberi masukan serta membina saya selama mengerjakan penelitian ini. 3. Bapak Dr. Ir. M. Sabri, MT selaku ketua Departemen Teknik Mesin, Bapak Terang U. H. S. G. Manik, ST. MT selaku seketaris jurusan Departemen jurusan Teknik Mesin dan Ir. Tugiman, MT selaku koordinator Skripsi. iii

14 4. Seluruh staf pengajar DTM FT-USU yang telah memberikan bekal pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi selesai, dan seluruh pegawai administrasi DTM FT-USU. 5. Rekan satu tim IFRC Andy maulana putra dan senior Magister Teknik Mesin Maraghi Mutaqin, Herry Darmadi, Alexander yang telah memberi semangat dalam menyelesaikan skripsi ini. 6. Seluruh teman-teman stambuk 2012 yang telah memberi dukungan dan semangat berupa tenaga dan motivasi kepada penulis. Penulis menyadari tentunya dalam penulisan dan penyusunan laporan penelitian skripsi ini masih banyak kekurangan, untuk itu saran dan kritik tentunya diharapkan penulis sehingga dapat membantu memperbaiki dan melengkapi kesempurnaan loporan ini agar diperoleh hasil yang lebih baik. Atas kerjasamanya saya ucapkan terima kasih. Medan, Mei 2017 Penulis, (Saputra Jaya) iv

15 DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR iii DAFTAR ISI v DAFTAR TABEL vii DAFTAR GAMBAR viii DAFTAR LAMPIRAN x BAB 1 Pendahuluan Latar Belakang Tujuan Penelitian Tujuan Umum Tujuan Khusus Manfaan Penelitian Batasan Masalah Sistematika Penulisan 8 BAB 2 Tinjauan Pustaka Speed Bump Pengertian Bahan Komposit Klasifikasi Material Komposisi Teknik Pembuatan Material Komposit Beton Ringan Adukan Beton Material Komposit Concrete Foam Semen Pasir Air Blowing Agent Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) Material yang digunakan Densitas Karakteristik Mekanik Material Pengujian dinamik pengujian impak jatuh bebas 34 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN Tempat dan Waktu Tempat Waktu Desain Speed Bump Model Speed Bump Full Concrete Foam Model Speed Bump penghasil listrik Peralatan dan Bahan Peralatan Bahan Parameter Desain Prosedur Pembuatan Speed Bump DAQ Impak Test 64 v

16 Prosedur Pengujian Impak Jatuh Bebas Prosedur Kalibrasi Uji lindas Secara Langsung Diagram Alir Penelitian 71 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Pendahuluan Pembuatan Speed Bump Karekteristik mekanik Speed Bump Pengujian impak jatuh bebas speed bump concrete 74 foam Grafik pengujian impak speed bump concrete foam 1 76 meter Pengujian impak jatuh bebas speed bump concrete Grafik pengujian impak speed bump concrete 1 78 meter Kecepatan impaktor dan gaya yang diberikan 79 impaktor pada Speed Bump 4.4. Uji Lindas Set up pengujian lindas Hasil Uji Lindas Langsung untuk Speed Bump Concrete Foam Spesimen A uji lindas Spesimen B uji lindas Spesimen C uji lindas Rangkuman Hasil Uji lindas Perhitungan Gaya dan Tegangan Speed Bump pada saat dilindas mobil 95 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran 98 DAFTAR PUSTAKA 88 LAMPIRAN vi

17 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1.1. Pintu tol jalan bebas hambatan (highway toll gate) 2 Gambar 1.2. Sistem mekanik Speed Bump 6 Gambar 2.1. Speed bump 10 Gambar 2.2. Desain standar Speed Bump 12 Gambar 2.3. Ilustrasi pembebanan pada Speed Bump 12 Gambar 2.4. Analisa gaya yang diterima Speed Bump saat pertama 13 melintas. Gambar 2.5. Free body diagram gaya yang bekerja pada Speed Bump. 13 Gambar 2.6. Analisa gaya yang diterima Speed Bump saat ban melintas pada titik puncak Speed Bump. 17 Gambar 2.7. Free body diagram gaya yang bekerja pada saat di atas Speed Bump. 17 Gambar 2.8. Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit 20 Gambar 2.9. Serat TKKS yang telah dihaluskan 31 Gambar Grafik hubungan v t 35 Gambar 3.1. Sistem mekanik Speed Bump (a) pandangan depan (b) 39 pandangan atas (c) pandangan kanan. Gambar 3.2. Model 3D speed bump (a) pandangan depan (b) pandangan 40 kanan Gambar 3.3. Sketsa sistem mekanik kedua (a) Pandangan Depan (b) 42 Pandangan belakang (c) Pandangan kiri (d) Pandangan kanan (e) Pandangan atas (f) Pandangan bawah Gambar 3.4. Aturan Keputusan Mentri Perhubungan 44 Gambar 3.5. Model Perencanaan Speed Bump Full Concrete (a) model 45 sketsa 2D (b) model sketsa 3D Gambar 3.6. Model Perencanaan Speed Bump penghasil listrik (a) model 47 sketsa 2D (b) model 3D Gambar 3.7. Gunting 47 Gambar 3.8. Ayakan 48 Gambar 3.9. Ember plastik 49 Gambar Cetakan 49 Gambar Timbangan 49 Gambar Sendok semen 50 Gambar Gelas ukur 50 Gambar Oli 51 Gambar Mesin penghalus serat 51 Gambar Sarung tangan karet 52 Gambar Mesin pengaduk 52 Gambar Semen 54 Gambar Pasir 55 Gambar Bahan pengembang 55 Gambar Serat TKKS 56 Gambar Resin Unsaturated Polyester BQTN-157 EX 57 Gambar Blowing Agent 59 viii

18 Gambar Katalis 59 Gambar Penuangan pasir 62 Gambar Penuangan semen 62 Gambar Penuangan serat TKKS 62 Gambar Penuangan bahan pengembang 63 Gambar Alat Pengujian Impak Jatuh Bebas 64 Gambar DAQ for Helmet Impact testing Software. 66 Gambar Kabel Loadcell dengan DAQ Lab-Jack U3-LV 67 Gambar Calibration Program 67 Gambar Gambar ilustrasi ban sebelum melintasi speed bump 68 Gambar Gambar ilustrasi ban sebelum melintasi speed bump 69 Gambar gambar ilustrasi pada saat ban menyentuh speed bump 69 Gambar Gambar Ilustrasi Pada Saat Ban Melewati Speed Bump 69 Gambar Gambar landasan uji lindas speed bump 70 Gambar Gambar Ilustrasi Sistem Mekanik 71 Gambar Diagram Alir Penelitian 72 Gambar 4.1. Hasil cetakan spesimen Speed Bump 74 Gambar 4.2. Dimensi spesimen yang dibuat. 74 Gambar 4.3. Pengujian impak jatuh bebas Speed Bump Concrete foam 75 1 meter. Gambar 4.4. Hasil pada spesimen Speed Bump pengujian impak jatuh 76 bebas concrete foam Gambar 4.5. Grafik Concrete Foam 1 Meter 76 Gambar 4.6. Pengujian impak jatuh bebas concrete 1 meter. 77 Gambar 4.7. Hasil pada spesimen Speed Bump concrete pengujian 78 impak jatuh bebas Gambar 4.8. Grafik Concrete Foam 1 Meter 78 Gambar 4.9. Set up sistim mekanik 80 Gambar Set up pengujian lindas 81 Gambar Spesimen A1 Speed Bump 84 Gambar Spesimen A2 Speed Bump 85 Gambar Spesimen B1 Speed Bump 86 Gambar Spesimen B2 Speed Bump 87 Gambar Spesimen C1 Speed Bump 88 Gambar Spesimen C2 Speed Bump 89 ix

19 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Bahan penyusun tandan kosong kelapa sawit. 30 Tabel 2.2 Berat jenis (ρ) Concrete Foam berdasarkan komposisi 32 Tabel 2.3 Hasil pengujian kuat statik tekan spesimen Concrete Foam 32 Tabel 2.4 Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh. 33 Tabel 2.5 Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh 34 Tabel 3.1 Lokasi dan aktivitas penelitian 38 Tabel 3.2 Spesifikasi mesin penghalus serat 51 Tabel 3.3 Spesifikasi mesin pengaduk semen 53 Tabel 3.4 Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh. 58 Tabel 3.5 Parameter desain 60 Tabel 3.6 Komposisi bahan spesimen dalam satuan gram 61 Tabel 4.1 Komposisi bahan spesimen dalam satuan gram 74 Tabel 4.2 Data uji impak speed bump concrete foam ketinggian 1 meter 77 Tabel 4.3 Data uji impak speed bump concrete ketinggian 1 meter 79 Tabel 4.4 Rangkuman hasil uji lindas pada percobaan pertama 90 Tabel 4.5 Rangkuman hasil uji lindas pada percobaan kedua 91 Tabel 4.6 Rangkuman hasil uji lindas pada percobaan ketiga 92 Tabel 4.7 Rangkuman hasil uji lindas pada percobaan keempat 93 Tabel 4.8 Rangkuman hasil uji lindas pada percobaan kelima 94 vii

20 DAFTAR NOTASI Simbol Keterangan Satuan E Modulus elastisitas Mpa σ Tegangan Mpa ε Regangan mm/mm F Beban tekan N A Luas penampang yang dikenai beban tekan mm 2 Δl perubahan panjang yang terjadi mm l Panjang awal (mula-mula) mm x