1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rem merupakan elemen mesin yang berfungsi untuk menurunkan kecepatan atau menghentikan sebuah benda atau kendaraan yang bergerak. Salah satu jenis rem yaitu rem gesek adalah jenis rem yang bekerja dengan cara mentransformasikan energi kinetik kendaraan menjadi panas melalui gesekan dan melepaskan panas tersebut ke lingkungan. Gesekan yang berlangsung selama pengereman menyebabkan bahan rem mengalami keausan. Oleh karenanya dalam jangka waktu pemakaian tertentu, bahan rem ini harus diganti. Hal ini menunjukkan bahwa peristiwa keausan merupakan sesuatu hal yang terkait dengan aspek ekonomi di dalam industri transportasi. Rem gesek diterapkan pada sistem pengereman di kereta api. Pengereman kereta api bekerja dengan cara menggesekkan permukaan gesek sepatu (blok) rem ke permukaan roda kereta api. Sepatu rem kereta api dibuat dari bahan yang memiliki kekuatan memadai dan kekerasan yang lebih rendah dibandingkan dengan kekerasan roda kereta api. Hal ini untuk menghindari terjadinya keausan yang berlebihan pada roda kereta api. Akan tetapi bahan sepatu rem juga perlu memiliki ketahanan aus yang mencukupi agar tidak sering dilakukan penggantian. Di samping itu, sepatu rem juga perlu memiliki memiliki koefisien gesek yang dipersyaratkan agar mampu menghentikan kereta api pada jarak tertentu yang diinginkan. Pada saat ini PT Kereta Api Indonesia menggunakan dua jenis bahan sepatu rem yakni sepatu rem metalik dan komposit. Sepatu rem (atau disebut juga blok rem) metalik terbuat dari bahan besi cor kelabu. Sedangkan sepatu rem komposit terbuat dari campuran berbagai macam bahan dengan salah satu bahan pengikatnya adalah resin. Sepatu rem metalik yang digunakan oleh PT Kereta Api Indonesia diproduksi oleh Usaha Kecil Menengah (UKM) di Klaten. Akan tetapi kebutuhan PT Kereta Api Indonesia akan sepatu rem komposit belum mampu 1
2 diproduksi oleh UKM di Ceper Klaten. Padahal kebutuhan akan sepatu rem ini juga relatif besar. Pada Desember 2010 PT Kereta Api Indonesia melakukan lelang untuk pengadaan sepatu rem komposit sebanyak 536.211 buah senilai Rp. 45.041.724.000 dan pada September 2011 sebanyak 67.000 buah senilai Rp. 6.112.951.000 (sumber : pengumuman pelelangan terbuka PT KAI). Oleh karena itu peluang UKM di Ceper Klaten untuk memenuhi kebutuhan PT Kereta Api Indonesia akan sepatu rem komposit ini sangat terbuka. Secara umum, bahan penyusun sepatu rem komposit terdiri atas lebih dari 10 jenis bahan penyusun agar diperoleh karakteristik yang diinginkan dalam hal ketahanan aus, gaya gesek, kebisingan dan getaran (Cho dkk., 2005; El-Tayeb dan Liew, 2009; Mohanty dan Chough, 2007; Solomon dan Berhan, 2007; Blau, 2001). Bahan penyusun sepatu rem komposit dapat dikelompokkan berdasarkan fungsi bahan tersebut di dalam sepatu rem yakni abrasif, modifikator gesekan, pengisi dan penguat serta bahan pengikat atau matrik (Blau, 2001). Agar mendapatkan karakteristik sepatu rem komposit yang diinginkan maka diperlukan pemilihan bahan dan komposisi yang tepat. Pemilihan bahan dan komposisi ini juga perlu mempertimbangkan faktor harga yang murah. Salah satu cara untuk menekan harga adalah dengan memanfaatkan limbah di dalam pembuatan bahan komposit sepatu rem. Terdapat alternatif limbah yang berpotensi dapat dimanfaatkan untuk pembuatan bahan komposit sepatu rem yaitu geram besi cor, fly ash dan kawat tembaga. Geram besi cor (besi cor kelabu) banyak ditemukan di Ceper Klaten. UKM pengecoran yang ada di daerah Ceper Klaten di dalam proses produksinya melibatkan proses pemesinan bahan besi cor. Proses pemesinan bahan besi cor yang dijalankan di industri pengecoran menghasilkan limbah berupa geram yang mengandung geram baja dan grafit. Selama ini, limbah geram hasil proses pemesinan ini dimanfaatkan untuk dilebur kembali di dalam furnace. Selain dilebur kembali, geram ini juga berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai bahan campuran di dalam pembuatan sepatu rem komposit. Geram yang berupa serbuk baja dapat menjadi penguat dan meningkatkan konduktivitas termal sepatu rem
3 komposit. Sedangkan geram berupa grafit berfungsi sebagai lubrikasi di permukaan gesek. Fly ash (abu terbang) merupakan abu yang dihasilkan dari proses pembakaran batu bara di pembangkit listrik. Fly ash memiliki kandungan tinggi silika, alumina dan Fe 2 O 3 (Ahmaruzzaman, 2010). Pada saat ini limbah fly ash di dunia diperkirakan sekitar 500 juta ton per tahun. Fly ash ini telah dimanfaatkan untuk produksi semen, kontruksi jalan, batu bata dan pembuatan metal matrix composite (Ahmaruzzaman, 2010). Fly ash juga berpotensi untuk digunakan sebagai bahan pembuatan bahan komposit sepatu rem. Hal ini karena adanya kandungan silika, alumina dan Fe 2 O 3 di dalam fly ash yang termasuk bahan abrasif. Usaha untuk memanfaatkan fly ash sebagai bahan pembuatan bahan komposit sepatu rem mobil sudah dicoba oleh Mohanty dan Chugh (2007). Alternatif limbah lain yang juga berpotensi untuk dimanfaatkan di dalam proses pembuatan sepatu rem komposit adalah kawat tembaga. Limbah berupa kawat tembaga ini diantaranya dihasilkan dari limbah motor listrik, trafo atau peralatan listrik lainnya. Kawat tembaga ini dicampurkan di dalam bahan sepatu rem komposit agar lebih kuat dan memiliki sifat konduktor panas yang baik. Di samping itu bahan pengisi Cu juga menghasilkan sensitivitas µ terhadap tekanan yang lebih rendah dibandingkan serbuk brass dan besi (Kumar dan Bijwe, 2011). Dari uraian di atas maka perlunya diteliti prospek pemanfaatan limbah geram hasil proses pemesinan besi cor, fly ash dan kawat tembaga untuk pembuatan sepatu rem komposit kereta api. Kelayakan bahan yang dihasilkan di dalam penelitian ini akan ditentukan berdasarkan kesesuaiannya dengan spesifikasi sepatu rem komposit kereta api yang diminta oleh PT KAI atau perbandingannya dengan karakteristik sepatu rem yang sekarang dipakai di kereta api. Pada penelitian ini akan dilakukan studi yang meliputi aspek manufaktur dan komposisi bahan dalam kaitannya dengan karakteristik komposit sepatu rem. Keberhasilan penelitian ini diharapkan dapat menjadi langkah awal dimulainya pembuatan sepatu rem komposit kereta api di UKM khususnya yang ada di Ceper Klaten.
4 1.2 Rumusan Masalah Perumusan masalah di dalam penelitian ini : 1. Apakah limbah geram besi cor, fly ash, dan kawat tembaga dapat meningkatkan performance komposit sepatu rem kereta api sehingga memenuhi spesifikasi? 2. Bagaimanakah pengaruh proses manufaktur (tekanan pres panas dan lama post curing) terhadap kekuatan lentur, densitas, dan kekerasan bahan komposit sepatu rem? 3. Bagaimanakah pengaruh bahan penyusun terhadap kekuatan lentur, koefisien konduktivitas termal, koefisien gesek, dan volume aus bahan komposit sepatu rem? 4. Bagaimanakah cara manufaktur sepatu rem komposit kereta api dengan memanfaatkan limbah geram besi cor, fly ash, dan kawat tembaga sehingga mampu memenuhi spesifikasi? 1.3 Keaslian Penelitian Sudah banyak peneliti melaporkan hasil penelitian dengan topik komposit sebagai bahan rem gesek. Akan tetapi, kebanyakan artikel tersebut melaporkan hasil penelitian untuk aplikasi di bidang otomotif. Masih sedikit ditemukan artikel yang membahas topik komposit untuk aplikasi sepatu rem kereta api. Selain itu, masih sedikit ditemukan penelitian yang memanfaatkan limbah sebagai bahan campuran untuk pembuatan kampas rem atau sepatu rem komposit. Gambar 1.1 memperlihatkan peta penelitian terkait dengan pemanfaatan limbah untuk pembuatan kampas rem atau sepatu rem komposit. Keaslian penelitian disertasi ini terletak pada bahan campuran yang digunakan yakni limbah geram besi cor, fly ash dan kawat tembaga untuk aplikasi sepatu rem komposit kereta api. Belum ditemukan hasil penelitian yang menyelidiki pembuatan bahan komposit sepatu rem khususnya untuk kereta api yang memanfaatkan limbah geram besi cor, fly ash, dan kawat tembaga sebagai bahan campuran.
5 Chugh dkk. (2004) : Pemanfaatan limbah fly ash dan geram aluminium untuk pembuatan kampas rem mobil Mohanty dan Chugh (2007) : ash dan geram aluminium untuk pembuatan kampas rem mobil Dadkar dkk. (2010) : ash dikombinasikan dengan rock fiber untuk kampas rem mobil Aigbodion dkk. (2010) : Pemanfaatan limbah ampas batang tebu untuk pembuatan kampas rem mobil Eko Surojo (Penelitian disertasi) : Pemanfaatan limbah geram besi cor, fly ash, dan kawat tembaga untuk pembuatan sepatu rem kereta api 2004 2005 2007 2009 2010 2011 2012-2015 Hee dan Philip (2005) : Pemanfaatan limbah fly ash untuk pembuatan kampas rem mobil Dadkar dkk. (2009) : ash dikombinasikan dengan serat aramid untuk pembuatan kampas rem mobil Satapathy dkk. (2011) : ash dikombinasikan dengan vermiculate untuk kampas rem mobil Mutlu (2009) : Pemanfaatan limbah abu jerami dan kulit padi untuk pembuatan kampas rem mobil Gambar 1.1 Peta jalan penelitian terkait dengan pemanfaatan limbah untuk bahan sepatu rem komposit 5
6 1.4 Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk : 1. Mengetahui apakah limbah geram besi cor, fly ash, dan kawat tembaga dapat meningkatkan performance komposit sepatu rem kereta api sehingga memenuhi spesifikasi. 2. Mengetahui pengaruh proses manufaktur (tekanan pres panas dan lama post curing) terhadap kekuatan lentur, densitas, dan kekerasan bahan komposit sepatu rem. 3. Mengetahui pengaruh bahan penyusun terhadap kekuatan lentur, koefisien konduktivitas termal, koefisien gesek, dan volume aus bahan komposit sepatu rem. 4. Membuat prototipe sepatu rem komposit kereta api yang memanfaatkan limbah geram besi cor, fly ash, dan kawat tembaga sebagai bahan campuran sampai diperoleh sepatu rem komposit kereta api yang memenuhi spesifikasi. 1.5 Manfaat Penelitian Penelitian ini memiliki manfaat : 1. Upaya untuk memanfaatkan limbah geram besi cor, fly ash, dan kawat tembaga untuk pembuatan bahan komposit sepatu rem kereta api. 2. Upaya menguasai teknologi pembuatan bahan komposit sepatu rem untuk kereta api atau aplikasi lain.