SKRIPSI. Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik HOLDANI

Transkripsi

1 STUDI EKSPERIMENTAL STRUKTUR HELMET PENGENDARA SEPEDA AKIBAT BEBAN IMPAK JATUH BEBAS PADA BAHAN POLIMER BUSA KOMPOSIT DIPERKUAT SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS) SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik HOLDANI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2013

2 ABSTRAK Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan tegangan, regangan danenergi potensial yang mampu diserap oleh helmet sepeda dari bahan polimer busa komposit dan helmet komersial yang kemudian dibandingkan dengan hasil uji. Pengujian impak jatuh bebas dilakukan dengan menggunakan alat uji jatuh bebas multiguna. Helmet yang diuji diletakkan pada tes rig yang dapat diatur ketinggian jatuhnya. Perhitungan waktu impak, maka pada alat uji dilengkapi dengan 8 buah sensor proximity jenis induktif. Helmet akan jatuh dan menabrak dudukan alas uji yang disebut dengan istilahanvil. Gaya yang dihasilkan akan diukur dengan menggunakan alat sensor pengukuran beban yang disebut dengan load cell yang diletakkan di bawah anvil. Data akan dipindahkan dari load cell ke suatu sistem data akusisi yang berfungsi untuk merubah sinyal analog ke bentuk sinyal digital. Akhirnya data akan disimpan dalam PC sebagai gaya (N) dan waktu (ms).hasil pengujian dengan cara eksperimental untuk helmet bahan polimer busa komposit diperkuat serat TKKS pada ketinggian impaktor 1,5 m diperoleh besar gaya ratarata 42,64 kgf yang berarti sama dengan 418,29 N dan besar tegangan rata-rata yang terjadi adalah 3,58 Mpa. Tegangan yang terjadi ini menyebabkan helmet sepeda pecah yang berarti telah mencapai dan melewati titik break point. Sedangkan untuk helmet komersial pada ketinggian 1,5 m diperoleh besar gaya rata-rata 45,04 kgf yang berarti sama dengan 441,84 N dan besar tegangan ratarata yang terjadi adalah 3,78 Mpa. Kata Kunci: helmet sepeda, alat uji jatuh bebas, polimer busa komposit, tegangan impak.

3 ABSTRACT The purpose of this study was to obtain stress, strain and potential energy that can be absorbed by a the bicycle helmet foam composites of polymeric materials and commercial helmet and then compared the results of the test. The impact test on the free fall doing by using multipurpose test equipment. Helmet is tested is placed in a test rig that can set the height of the fall. To find out the time of impact, so the tester is equipped with 8 pieces inductive proximity sensor types. Helmet will fall and hit the test pedestal stand which is called the anvil. The resulting force would be measured by using a tool called a load sensor measurement with load cell placed under the anvil. Data will be transferred from the load cell to the data acquisition system which serves to convert analog signals to digital signals form. Eventually the data will be stored in the PC as a force (N) and time (ms). Results of experimental testing of helmets by polymer foam materials TKKS fiber reinforced composites at a height of 1.5 m obtained impaktor great style average kgf meaning equal to N and the average voltage magnitude happened was 3.58 MPa. This causes the voltage going broke which means the bike helmet has been reached and passed the point of break points. As for the commercial helmet at a height of 1.5 m obtained great style kgf average of which equates to N and the average voltage magnitude happened was 3.78Mpa. Keywords: bicycle helmet, tool free drop test, the foam polymer composites, impact stress.

4 KATA PENGANTAR Puji syukur saya ucapkan Kehadirat Allah SWT yang telah memberikan nikmat kesehatan dan kesempatan sehingga saya dapat menyelesaikan tugas sarjana ini dengan judul STUDI EKSPERIMENTAL STRUKTUR HELMET PENGENDARA SEPEDA AKIBAT BEBAN IMPAK JATUH BEBAS PADA BAHAN POLIMER BUSA KOMPOSIT DIPERKUAT SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT (TKKS). Tugas sarjana ini merupakan sebagai satu diantara syarat untuk menyelesaikan pendidikan Sarjana Teknik Mesin Program Reguler di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Selama Pembuatan tugas sarjana ini dimulai dari penelitian sampai penulisan, saya banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini saya menyampaikan ucapan terimakasih sebesar-besarnya kepada, 1. Kedua orangtua saya, Ayahanda Muhammad Zuhri Siregar dan Ibunda Zubaidah Lubis yang telah memberikan, do a, nasehat dan dukungan baik moril maupun materil, selalu memberi saya semangat dan memberikan motivasi selama pembuatan tugas sarjana ini. 2. Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku dosen pembimbing Tugas sarjana yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan serta motivasi dalam menyelesaikan tugas sarjana ini.

5 3. Bapak Ir. Alfian Hamsi, M.Sc selaku dosen penguji 1 saya dan Bapak Dr. Eng. Ir. Indra, MT selaku dosen penguji 2 saya. 4. Bapak Dr. Ing-Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku ketua Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik. 5. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi di Departemen Teknik Mesin, yang telah memberikan bantuan selama saya mengikuti pendidikan di Program Strata 1 Teknik Mesin Fakultas Teknik. 6. Seluruh anggota Team IFRC dan teman teman stambuk 2007, 2008, 2010 dan mahasiswa Program Studi Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik yang telah banyak memberikan bantuan baik selama perkuliahan maupun dalam pembuatan tugas sarjana ini. Saya menyadari bahwa tugas sarjana ini masih jauh dari sempurna. Oleh sebab itu, saya sangat mengharapkan saran dan kritik dari pembaca sekalian demi kesempurnaan skrispi ini. Semoga tugas sarjana ini bermanfaat bagi perkembangan dan kemajuan ilmu pengetahuan. Medan, Juni 2013 Holdani NIM :

6 DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK... ABSTRACT KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR... i ii iii iv v vi BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Tujuan umum Tujuan khusus Manfaat Penelitian Sistematika Penelitian. 5 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Helmet sepeda Bahan Komposit Komposit polymeric foam Polyster resin tak jenuh Blowing agent Katalis MEKP Serat TKKS Manufaktur Helmet Sepeda Pengujian Kekuatan Helmet Sepeda Pengujian impak jatuh bebas Momentum dan Impuls Hukum gerakan Newton. 26

7 Energi Mekanik BAB 3 METODE PENELITIAN Tempat dan Waktu Tempat Waktu Bahan dan Alat Bahan Peralatan Prosedur pengujian.. 30 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Pendahuluan Perhitungan Gaya secara Teoritikal Pengujian Helmet Sepeda dengan Metode Impak Jatuh Bebas Pengesetan alat uji impak jatuh bebas Hasil Pengujian impak jatuh bebas Pengujian impak jatuh bebas tinggi 0,5 meter Pengujian impak jatuh bebas tinggi 1 meter Pengujian impak jatuh bebas tinggi 1,5 meter Pengujian impak jatuh bebas tinggi 1,5 meter pada helmet komersial Pengamatan makrostrukturpolimer busa komposit diperkuat serat TKKS 46 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran.. 49 DAFTAR PUSTAKA

8 DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman 2.1. Perbedaan antara helmet full face dengan half face Variasi komposisi dan berat jenis Hasil pengujian mechanical properties Karakteristik mekanik polyster resin tak jenuh Parameter tipikal TKKS per kg Perbandingan tensile strength dan tensile modulus serat alam Waktu dan kecepatan benda jatuh Hasil pengujian helmet sepeda dengan impak jatuh bebas pada 0,5 m Hasil pengujian helmet sepeda dengan impak jatuh bebas pada 1 m Hasil pengujian helmet sepeda dengan impak jatuh bebas pada 1,5 m.. 43

9 DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman 1.1. Helmet (a) half face, (b) fuul face Gambar pembuatan dengan hand lay up Kecelakaan yang dialami pengendara sepeda Helmet (a) jenis fuul face, (b) jenis half face Helmet sepeda jenis half face model tomcat Resin Unsaturated Polyester BQTN-157 EX Blowing agent Katalis MEKPO (a) TKKS, (b) TKKS yang dicacah, (c) serat TKKS Cara hand lay up Cara semprot Cara kantong vakum ( bag vacum ) Cara kantong tekanan ( pressure bag ) (a) dan (b) Cetakan autoklaf Cara cetakan suntikan ( injection moulding ) Proses pultrusi ( pultrusion ) Grafik hubungan v, vs, t Helmet (a) komposit (b) komersial Bagian alat uji impakjatuh bebas Set up alat uji impak jatuh bebas Load cell terpasang Pemasangan helmet sepedapadates rig Set up pengujian impak jatuh bebas helmet sepeda: (a) helmet sepedatampak bawah, (b) Pemasangan helmet sepeda pada testrig Orientasi helmet sepeda yang diuji (a) helmet sepeda tampak belakang,(b) helmet sepeda tampak samping Pengukuran area impak jatuh bebas sebelum pembebanan Pengukuran area impak jatuh bebas setelah pembebanan... 36

10 4.5. Grafik hasil pengujian impak dan keretakan yang terjadi padaketinggian 0,5 m Grafik hasil pengujian impak dan keretakan yang terjadi padaketinggian 1 m Grafik hasil pengujian impak dan keretakan yang terjadi padaketinggian 1,5 m Grafik gaya vs waktu impak pada helmet sepeda komersial model tomcat ketinggian uji 1,5 m Sampelhelmetsepedakedua yang mengalami Bebanimpakjatuhbebaspadaketinggian1m Makrostruktur helmet sepedabahanpolimerbusakomposit diperkuatserat TKKS denganpembesaran 20x. 47