BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Salah satu bagian terpenting dari kehidupan adalah transportasi. Hal ini dikarenakan setiap individu manusia memiliki mobilitas tersendiri. Mobilitas tersebut membutuhkan suatu media yang dinamakan alat transportasi. Salah satu contoh alat transportasi publik adalah kereta api. Gambar 1.1 Kereta Api di Indonesia Blok rem kereta api adalah bagian yang penting dalam sistem pengereman kereta api. Blok rem kereta api terdiri dari dua jenis, yaitu blok rem metalik dan blok rem komposit. Blok rem komposit mempunyai beberapa keunggulan dibanding blok rem metalik antara lain yaitu: 1. Jauh lebih ringan sehingga mudah dalam pemasangan 2. Umur pemakaian rem jauh lebih lama 1
3. Tingkat keausan rem yang rendah, dan 4. Perbandingan harga terhadap umur pemakaian yang lebih baik. Blok Rem Gambar 1.2 Blok rem pada kereta Gambar 1.3 Prototipe blok rem komposit Blok rem komposit buatan lokal yang telah dikembangkan sebelumnya masih mempunyai kekurangan yaitu salah satu bahan penyusunnya yang masih 2
menggunakan bahan sintetis. Bahan ini dapat menyebar ketika blok rem mengalami aus sehingga dapat membahayakan kesehatan jika masuk ke dalam tubuh. Salah satu cara untuk menanggulangi masalah tersebut adalah dengan cara mengganti bahan sintetis tersebut dengan bahan alam yang tidak membahayakan kesehatan. Selain latar belakang tersebut, penggunaan bahan alami pada rem komposit juga diharapkan dapat meningkatkan kekuatan mekanik dari rem komposit tersebut. I.2 Perumusan Masalah Dalam dunia transportasi jalan rel di Indonesia, terdapat dua permasalahan utama untuk aplikasi rem blok komposit dalam sistem perkereta-apian di Indonesia yaitu : 1. Blok rem jenis komposit belum diproduksi di dalam negeri. Blok rem dengan material komposit umumnya diimpor dari Australia, Jerman, Jepang dan Cina, dan Argentina. Hal ini mengakibatkan harga komponen rem komposit ini relatif mahal sehingga dapat membuat biaya operasional kereta api menjadi mahal juga. 2. Permasalahan kedua adalah tipe roda dan kondisi jalan rel di Indonesia sangat spesifik, sehingga blok rem komposit impor kurang cocok untuk roda kereta api di Indonesia. Hal tersebut terlihat dari berbagai kegagalan pada roda yang menggunakan blok rem komposit impor. Kegagalan umumnya dalam wujud thermal crack. Kegagalan ini dapat memicu kegagalan yang lebih besar berupa pecahnya roda. 3
Gambar 1.4 Pecahnya roda kereta akibat penggunaan rem komposit yang kurang tepat [10] Dari dua permasalahan tersebut, kemudian dilakukan penelitian untuk membuat rem komposit sehingga diharapkan dapat mengatasi kedua permasalahan tersebut. Dari kajian ekonomi, penelitian tersebut dapat menghemat devisa negara yang digunakan untuk mengimpor rem komposit sehingga diharapkan juga dapat menurunkan biaya operasional kereta. Penelitian yang dilakukan tersebut juga dapat mengatasi permasalahan kedua karena dengan melakukan penelitian sendiri, peneliti dapat menghasilkan produk yang benar-benar cocok digunakan di Indonesia. Salah satu keuntungan meneliti dan membuat rem komposit sendiri adalah mudahnya peneliti mengubah parameter dari pembuatan rem tersebut sehingga hasil yang diharapkan sesuai dengan yang diinginkan pengguna. Salah satu parameter yang dapat diubah dalam penelitian adalah material penyusun rem komposit. Hal ini dapat dilakukan ketika terdapat kekurangan pada material sebelumnya sehingga kualitas rem komposit secara umum meningkat. Secara umum, material komposit merupakan gabungan beberapa material seperti polimer, elastomer, logam, keramik dan material gelas yang bergabung secara maksroskopik. Masing-masing dari material tersebut mempunyai fungsi dan karaketeristik yang berbeda-beda. Salah satu kekurangan dari material penyusun rem komposit yang telah ada adalah adanya bahan-bahan yang kurang baik untuk kesehatan manusia. 4
Penggunaan material alami untuk menggantikan beberapa material rem komposit sangat dimungkinkan karena pada material penyusun rem komposit sebelumnya masih mempunyai beberapa kekurangan. Selain hal tersebut, Indonesia memiliki potensi material alami cukup banyak dikarenakan Indonesia merupakan negara agraris. Ketersediaan material alami cukup bervariasi dan melimpah di Indonesia. Salah satu tanaman yang tersedia cukup melimpah di Indonesia adalah kelapa. Kelapa banyak ditanam di pesisir pantai dan daerah pedesaan. Hampir semua bagian dari tanaman kelapa dapat dimanfaatkan, contohnya adalah tempurung dan sabut kelapa. Pada pembuatan prototipe blok rem komposit sebelumnya, terdapat bahan sintetik yang digunakan pada pembuatan rem komposit. Material tersebut adalah serat gelas (fiber glass). Serat gelas berfungsi sebagai material penguat (reinforcement). Akan tetapi, serat gelas mempunyai kekurangan yaitu berbahaya bagi kesehatan dikarenakan dapat mengganggu sistem pernapasan jika masuk dalam sistem pernapasan. Kekurangan ini merupakan salah satu hal yang membuat rem komposit yang sekarang telah ada menjadi berbahaya jika digunakan. Dari kekurangan material sebelumnya, maka dimungkinkan untuk mengganti material fiber glass tersebut dengan serat dari sabut kelapa sehingga diharapkan didapat kualitas rem komposit yang lebih baik. Gambar 1.5 Serat gelas yang digunakan pada rem komposit 5
Salah satu material penyusun rem komposit yang lain adalah grafit. Grafit merupakan jenis material friction modifier yang berfungsi sebagai peningkat performa gesekan dari rem komposit. Material grafit terdiri dari atom karbon yang saling berikatan kuat dengan membentuk struktur kristal hexagonal (Callister.1997). Seperti pada material grafit, material arang tempurung kelapa juga terdiri dari atom karbon. Karakteristik dari kedua material tersebut hampir sama karena atom penyusunnya. Dari persamaan penyusun kedua material tersebut, maka dimungkinkan untuk mensubstitusi grafit dengan arang tempurung kelapa sehingga dapat dihasilkan kualitas rem yang lebih baik dan cocok digunakan di Indonesia. Gambar 1.6 Grafit yang digunakan pada rem komposit I.3 Tujuan Penelitian Tujuan yang ingin dicapai oleh penulis pada tugas akhir ini adalah: 1. Mengetahui dan memahami material penyusun blok rem komposit beserta proses produksinya. 2. Mendapatkan komposisi bahan blok rem komposit kereta api dengan memanfaatkan bahan alami berupa tempurung dan sabut kelapa. 3. Peningkatan nilai guna dan ekonomis kelapa serta mengurangi dampak negatif terhadap lingkungan akibat penggunaan material yang berbahaya bagi manusia. 6
4. Mendapatkan komposisi bahan alami yang paling tepat sehingga didapatkan kualitas rem komposit yang paling baik. I.4 Ruang Lingkup Penelitian Dalam tugas akhir ini, penulis akan melakukan studi, perancangan, dan pengembangan material penyusun rem komposit yang digunakan di kereta api. Penelitian dititik-beratkan pada penentuan komposisi material alam berupa sabut dan arang tempurung kelapa sehingga didapatkan kualitas rem yang lebih baik dari sebelumnya. Selain itu, pengujian terhadap spesimen rem komposit dengan modifikasi bahan alami dilakukan untuk mengetahui karakteristik rem komposit terhadap persentase komposisi bahan alami yang terdapat di rem komposit. Komposisi dasar rem komposit terdiri dari abrasive, friction modifier, binder, reinforcement dan filler. Selain itu, beberapa bahan aditif dapat dimasukkan ke dalam lebih satu fungsi di atas. Dari komposisi dasar rem komposit diatas, yang dipilih untuk dimodifikasi dengan bahan alami adalah reinforcement dan friction modifier. Pemilihan ini didasarkan pada karakteristik bahan rem komposit yang hampir sama dengan karakteristik bahan alam tersebut. Modifikasi bahan penyusun rem komposit tersebut ditujukan agar rem komposit yang dihasilkan mempunyai karakteristik yang lebih baik daripada sebelumnya. Selain itu, parameter proses produksi seperti temperatur dan besarnya tekananan pada saat proses pembentukkan dapat mempengaruhi karakteristik mekanik dari rem komposit. I.5 Metodologi Penelitian Penelitian ini dititikberatkan pada pengembangan material rem komposit untuk blok rem kereta api dengan memanfaatkan bahan alami yang tersedia berlimpah di Indonesia. Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam penulisan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 7
a. Studi Literatur Kajian literatur mengenai material komposit secara umum dan aplikasinya untuk blok rem komposit. Kajian literatur mengenai beberapa alternatif komposisi material rem komposit dan proses produksinya. Kajian literatur mengenai rem komposit yang telah diproduksi sebelumnya dan rem komposit impor serta proses produksi rem komposit tersebut. b. Tahap Pengumpulan Data Metode pengumpulan data pada penelitian ini adalah: Studi literatur Wawancara Observasi Focus group discussion c. Tahap Pengembangan Material Penyusun Rem Komposit Mengembangkan beberapa alternatif komposisi material dengan mempertimbangkan ketersediaan bahan baku di Indonesia, proses produksi, pengaruh terhadap lingkungan, kesehatan dan harga bahan baku tersebut. d. Tahap Pembuatan dan Pengujian Spesimen Pembuatan spesimen uji dari beberapa alternatif komposisi material penyusun rem komposit. Pengujian sifat mekanik spesimen uji. Parameter uji mekanik antara lain uji bending, uji tekan dan uji gesek. e. Tahap Analisis Hasil Pengujian Pada Spesimen dan Desain Blok Rem Analisis dilakukan dengan membandingkan hasil uji antar spesimen uji Analisis juga dilakukan terhadap desain blok rem komposit tanpa center groove dan membandingkan dengan desain sebelumnya. 8
I.6 Sistematika Pembahasan Pembahasan dalam laporan tugas akhir ini dibagi dalam beberapa bab dengan sistematika sebagai berikut: BAB I Pendahuluan, membahas deskripsi masalah, tujuan tugas akhir, ruang lingkup masalah, dan metodologi pembahasan. BAB II Tinjauan Pustaka, berisi teori dan konsep dasar tentang komponen kereta api, pengereman pada kereta api, material komposit, konsep desain dan pengujian material. BAB III Karakteristik Material Blok Rem Komposit, berisi tentang penjelasan karakteristik material blok rem komposit yang digunakan di kereta api dan studi paten dari blok rem komposit yang telah ada serta desain blok rem komposit dari spesifikasi teknik PT. KAI. BAB IV Pengembangan Material Penyusun Blok Rem Komposit, berisi tentang proses pengembangan material penyusun, proses pembuatan spesimen, pengujian spesimen dan hasil dari pengujian spesimen tersebut. BAB V Analisis Pengembangan Material dan Desain Blok Rem Komposit, berisi tentang analisis pengembangan material dari pengujian dan analisis desain blok rem komposit sebelumnya yang kemudian dimodifikasi dengan menghilangkan center groove. BAB VI Kesimpulan dan Saran, berisi tentang rangkuman dari keseluruhan tugas akhir dan saran-saran yang diperlukan untuk langkah selanjutnya dari penelitian ini. 9