analisa sifat mekanik komposit bahan kampas rem dengan penguat ...
KARAKTERISTIK KOMPOSIT SERAT ENCENG GONDOK …eprints.ums.ac.id/45940/1/PUBLIKASI ILMIAH.pdf ·...
Transcript of KARAKTERISTIK KOMPOSIT SERAT ENCENG GONDOK …eprints.ums.ac.id/45940/1/PUBLIKASI ILMIAH.pdf ·...
i
KARAKTERISTIK KOMPOSIT SERAT ENCENG GONDOK DENGAN
FRAKSI VOLUME 15%, 20%, 25% TERHADAP UJI BENDING, UJI
TARIK DAN DAYA SERAP BUNYI UNTUK DINDING PEREDAM
SUARA
PUBLIKASI ILMIAH
Diajukan Untuk Memenuhi Tugas dan Syarat-Syarat Guna Memperoleh
Gelar Sarjana Teknik Jurusan Mesin Pada Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh :
RIYAN HERI SETYAWAN
NIM. D 200 090 076
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
KARAKTERISTIK KOMPOSIT SERAT ENCENG GONDOK DENGAN FRAKSI
VOLUME 15%, 20%, 25% TERHADAP UJI BENDING, UJI TARIK DAN DAYA SERAP BUNYI UNTUK DINDING PEREDAM SUARA
PUBLIKASI ILMIAH
Oleh:
RIYAN HERI SETYAWAN D 200 090 076
Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh:
Dosen Pembimbing
(Wijianto, ST, M.Eng, Sc)
NIDN.0621107301
i
iii
HALAMAN PENGESAHAN
KARAKTERISTIK KOMPOSIT SERAT ENCENG GONDOK DENGAN FRAKSI VOLUME 15%, 20%, 25% TERHADAP UJI BENDING, UJI TARIK DAN DAYA SERAP
BUNYI UNTUK DINDING PEREDAM SUARA
Disusun Oleh:
RIYAN HERI SETYAWAN NIM. D 200 090 076
Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Pada hari Rabu 22 Juni 2016 Dan dinyatakan telah memenuhi syarat
Dewan Penguji:
1. Wijianto, ST, M.Eng, Sc ( ) (Ketua Dewan Penguji)
2. Ir. Pramuko IP, MT ( ) (Anggota Dewan I Penguji)
3. Ir. Bibit Sugito, MT ( ) (Anggota Dewan II Penguji)
Dekan,
Ir. Sri Sunarjono, MT, Ph.D NIK.682
ii
iv
PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa usulan judul tugas akhir “Karakteristik Komposit Serat Enceng Gondok Dengan Fraksi Volume 15%, 20%, 25% Terhadap Uji Bending, Uji Tarik Dan Daya Serap Bunyi Untuk Dinding Peredam Suara”. Yang saya ajukan kepada Jurusan Teknik Mesin fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan dari penelitian atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk mendapat gelar sarjana di lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana mestinya.
Surakarta, Juni 2016
Yang menyatakan,
Riyan Heri Setyawan NIM.D 200 090 076
iii
v
KARAKTERISTIK KOMPOSIT SERAT ENCENG GONDOK DENGAN FRAKSI
VOLUME 15%, 20%, 25% TERHADAP UJI BENDING, UJI TARIK DAN DAYA SERAP
BUNYI UNTUK DINDING PEREDAM SUARA
ABSTRAK
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui kekuatan tarik, kekuatan bending komposit
serat enceng gondok terhadap variasi fraksi volume serat 15%, 20%, 25% dengan standard ASTM
D 3039 dan ASTM D 799-99. Mengetahui besarnya nilai kemampuan serap bunyi dengan pelapis
spon dan triplek serta kemampuan serap bunyi tanpa pelapis spon dan triplek dengan standart
ANSI S1.13-05.
Bahan utama penelitian adalah serat enceng gondok dengan matrik polyester BQTN 157.
Variable utama penelitian yang digunakan yaitu fraksi volume serat 15%, 20%, 25% dengan
prosedur pengujian tarik mengacu pada ASTM D 3039 pengujian bending mengacu pada ASTM D
799-99 dan pengujian serap bunyi mengacu pada ANSI S1.13-05.
Hasil penelitian diperoleh kekuatan bending rata-rata tertinggi pada fraksi volume 25%
sebesar 131,76 Mpa dan terendah pada fraksi volume 15% sebesar 59,69 Mpa dan modulus
elastisitas rata-rata tertinggi pada fraksi volume 25% sebesar 17989,61 Mpa dan terendah pada
fraksi volume 15% sebesar 8149,27 Mpa. Sedangkan kekuatan tarik rata-rata tertinggi pada fraksi
volume 25% sebesar 30,41 Mpa dan terendah pada fraksi volume 15% sebesar 12,43 Mpa dan
modulus elastisitas rata-rata tertinggi pada fraksi volume 25% sebesar 1265,15 Mpa dan
terendah pada fraksi volume 15% sebesar 996,82 Mpa. Serapan bunyi tanpa pelapis papan dan
triplek tertinggi pada fraksi volume serat 25% sebesar 1,34 dB dan terendah pada fraksi volume
serat 15% sebesar 0,21 dB. Sedangkan nilai serapan bunyi dengan pelapis tertinggi pada fraksi
volume 25% sebesar 1,66 dB dan terendah pada fraksi volume 15% sebesar 0,67 dB.
Kata Kunci: Komposit, Serat Enceng Gondok, Fraksi Volume.
ABSTRACT
Purpose of the research is to know tensile strength and bending strength of water hyacinth
(eceng gondok) composite at variation of volume fraction of 15%, 20% and 25% with standards of
ASTM D 3039 and ASTM D 799-99, andalso, capability of sound absorption with sponge layer
and plywood layer and without those layers are also researched with ANSI S1.13-05 standards.
Primary material of the research is water hyacinth fiber with polyester matrix of BQTN
157. Main variable of the research is volume fractions of 15%, 20% and 25% fibers with
procedure of tensile test referring to ASTM D 3039, the bending test refers to ASTM D 799-9 and
the test of sound absorption refers to ANSI S1.13-05.
Results of the research indicated that the average highest tensile strength of was found at
volume fraction of 25%, namely 131.76 MPa and the lowest one was found at volume fraction of
15%, namely 59.69 MPa and the average highest modulus of elasticity was found at volume
fraction of 25%, namely 17989.61 MPa and the lowest one was found at volume fraction of 15%,
namely 8149.27 MPA. The average highesttensile strength of 30.41 MPa was found at volume
fraction of 25% and the lowest one of 12.43 MPa was found at volume fraction of 15% and the
average highest modulus of elasticityof 1265.15 MPa was found at volume fraction of 25% and the
lowest one of 996.82 was found at volume fraction of 15%. The highest sound absorption without
plywood and plank layers was found at volume fraction of 25%, namely 1.34 dB and the lowest
one was found at volume fraction of 15%, namely 0.21 dB. While, the highest value of sound
absorption with the use of layers was found at volume fraction of 25%, namely 1.66 dB and the
lowest one was found at volume fraction of 15%, namely 0.67 dB.
Key words: composite, water hyacinth fiber, volume fraction
1
2
1. PENDAHULUAN
Komposit adalah terobosan baru dalam ilmu bahan sebagai bahan
konstruksi selain logam (metal). Komposit merupakan bahan yang dihasilkan
dari gabungan dua atau lebih bahan dasar yang disusun sehingga
mendapatkan bahan yang baru (Gibson, 1994).
Enceng gondok hidup mengapung diair dan kadang-kadang berakar
dalam tanah, tingginya sekitar 0,4-0,8 meter, tidak mempunyai batang,
daunnya tunggal berbentuk oval. Ujung dan pangkalnya meruncing, pangkal
tangkai daun menggelembung, permukaan daunnya licin berwarna hijau,
bunganya termasuk bunga majemuk, berbentuk bulir, kelopaknya berbentuk
tabung, bijinya berbentuk bulat berwarna hitam, buahnya kotak beruang tiga
berwarna hijau, akarnya merupakan akar serabut. Enceng gondok dikenal
sebagai gulma air yang pertumbuhannya sulit dikendalikan. Tanaman ini
sangat mengganggu petani di sekitar kawasan Rawa Pening Kecamatan
Ambarawa karena dapat mengurangi debit air. Di beberapa daerah
(Kalimantan dan Sulawesi), tanaman ini bahkan mengganggu transportasi
perairan.
Enceng gondok mengandung kadar air sebesar 90 % berat dengan
tingkat reduksi berat dari 10 kg basah menjadi 1 kg kering. Dalam keadaan
kering enceng gondok mengandung protein kasar 13,03 %, serat kasar 20,6
%, lemak 1,1 %, abu 23,8 % dan sisanya berupa vortex yang mengandung
polisakarida dan mineral-mineral (Soewardi dan Utomo, 1975).
Seiring dengan berkembangnya ilmu komposit, komposit bermatrik
polimer mengalami pertumbuhan yang sangat pesat pula. Kecenderungan
perkembangan material komposit bergeser pada penggunaan kembali serat
alam (back to nature) sebagai pengganti serat sintetik. Dengan demikian
komposit serat alam memiliki potensi yang sangat baik untuk dikembangkan
di Indonesia, misalnya serat enceng gondok selain itu komposit serat alam
memiliki sifat tahan lama, sangat ulet, tidak mudah patah, tahan terhadap air
dan anti korosi. Untuk itu serat enceng gondok menjadi alternatif
3
perkembangan komposit, karena selain murah juga dapat mengurangi polusi
lingkungan.
Dengan kandungan serat yang cukup besar, enceng gondok berpotensi
untuk dikembangkan dalam bidang komposit berbasis serat alam. Untuk itu,
pada penelitian ini akan dibuat material komposit menggunakan serat enceng
gondok sebagai panel yang dapat meredam suara dan juga memiliki sifat
mekanik yang kuat.
1.1 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah:
1. Mengetahui kekuatan bendingsesuai standard ASTM D 790-99.
2. Mengetahui kekuatan tariksesuai standard ASTM D 3039.
3. Mengetahui daya serap bunyi sebelum dilapisi spon dan triplek sesuai
standard ANSI S1.13.05.
4. Mengatahui daya serap bunyi setelah dilapisi spon dan triplek sesuai
standard ANSI S1.13.05.
1.2 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Mendapatkan bahan komposit baru yang kuat, bernilai jual tinggi,
murah dan ramah lingkungan.
2. Menjadikan enceng gondok sebagai bahan yang bernilai jual tinggi.
3. Penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi untuk penelitian
berikutnya.
1.3 Batasan Masalah
Untuk memudahkan penelitian di buat batasan masalah sebagai berikut:
1. Komposit dibuat menggunakan resin polyester BQTN 157 sebagai
matrik dan enceng gondok sebagai penguat.
2. Serabut enceng gondok dengan kadar air 10% - 12%.
3. Fraksi yang digunakan adalah fraksi volume serat 15%, 20%, 25%.
4
4. Proses pembuatan dengan cara di cetak pada suhu kamar.
5. Pengujian yang dilakukan adalah uji tarik, uji bending sesuai dengan
standart ASTM dan uji daya serapan bunyi sesuai standard ANSI
S1.13.05.
2. METODE PENELITIAN
Mulai
Survey Lapangan dan Studi Pustaka
Persiapan Alat dan Bahan
Pembuatan Cetakan
Pembuatan Spesimen Uji Tarik&
Uji Bending Sesuai Standard ASTM
Pembuatan Spesimen Uji Serapan
Suara Sesuai Standard ANSI
Pengujian Serap
Bunyi Tanpa Pelapis
(ANSI S1.13.05)
Pengujian Tarik
(ASTM D 3039)
Pengujian Bending
(ASTM D 790-99)
Penulisan Data Hasil Pengujian
Pembahasan
Kesimpulan
Selesai
Pembuatan Komposit Dengan Fraksi
Volume 15%, 20%, 25%
Pengujian Serap
Bunyi Dengan Pelapis
(ANSI S1.13.05)
5
a) Survey Lapangan dan Study Pustaka
Langkah awal yang dilakukan dalam melakukan penelitian ini
adalah survey lapangan yang bertujuan untuk mendapatkan bahan-bahan
yang akan digunakan dalam pembuatan komposit. Sedangkan study
pustaka bertujuan untuk mengenal masalah yang akan dihadapi dalam
pembuatan komposit serta untuk menyusun rencana kerja yang akan
dipakai.
Pada proses ini juga dilakukan pengambilan data pada penelitian
yang sudah ada sebelumnya untuk dijadikan sebagai pembanding. Selain
itu juga dilakukan perancangan cetakan yang akan digunakan dalam
pembuatan spesimen.
b) Persiapan Alat dan Bahan
Mempersiapkan semua alat dan bahan yang akan digunakan dalam
melakukan penelitian. Alat yang digunakan dalam penelitian antara lain:
Serat Eceng Gondok Polyester BQTN 157 dan Catalys
Alat Uji Kadar Air Timbangan Digital
7
Baskom Alat Bantu Lain
c) Pembuatan Cetakan
Cetakan yang akan digunakan dalam penelitian ini ada dua tipe antara lain:
1) Cetakan untuk uji tarik dan uji bending
Cetakan untuk uji tarik dan uji bending dibuat dari kertas kuarto
dengan ketebalan 2 mm dan beralaskan kaca.
2) Cetakan untuk uji serapan bunyi
Cetakan untuk spesimen uji serapan bunyi terbuat dari kaca
dengan ketebalan 5 mm.
8
d) Pembuatan Spesimen Uji
Masukkan serat kedalam cetakan kemudian masukkan perlahan-
lahan resin polyester BQTN-157 yang sudah di campur dengan katalis
kedalam cetakan dan tekan secara perlahan supaya udara yang ada dalam
cetakan keluar supaya tidak terjadinya rongga udara (void).
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Pengujian Bending
Tabel 1 Data Hasil Pengujian Bending
Fraksi
Volume Beban
Tegangan
Rata-
Rata (σ)
Modulus
Rata-
Rata (E)
(%) (N) (N/mm2) (N/mm2)
15
97.71
59.69 2139.78 104.30
101.20
20
153.20
90.42 2356.21 156.41
149.71
25
218.21
131.76 2566.48 225.63
225.5
9
Histogram Hubungan Antara Teganga Bending Rata-Rata Dengan Fraksi
Volume
Histogram Hubungan Antara Modulus Elastisitas Rata-Rata Dengan Fraksi
Volume.
59.69
90.42
131.76
0
20
40
60
80
100
120
140
15% 20% 25%
Teg
an
gan
Ben
din
g
Ra
ta-R
ata
(Mp
a)
Fraksi Volume
2139.78
2356.21
2566.48
1900
2000
2100
2200
2300
2400
2500
2600
15% 20% 25%
Mo
du
lus
Ela
stis
ita
s
Ra
ta-R
ata
(Mp
a)
Fraksi Volume
10
3.2 Pembahasan Pengujian Bending
Pada grafik diatas menunjukkan bahwa tegangan rata-rata tertinggi
pada fraksi volume 25% sebesar 131,76 Mpa dan terendah pada fraksi
volume 15% sebesar 59,69 Mpa dan modulus elastisitas rata-rata tertinggi
pada fraksi volume 25% sebesar 2566,48 Mpa dan terendah pada fraksi
volume 15% sebesar 2139,78 Mpa.
Dari grafik diatas dapat disimpulkan apabila terjadi penambahan
fraksi volume maka tegangan tarik rata-rata dan modulus elastisitas rata-
rata mengalami peningkatan nilai. Semakin banyak serat enceng gondok
maka semakin kuat pula tegangan yang dihasilkan.
3.3 Pengujian Tarik
Tabel 2 Data Hasil Pengujian Tarik
Fraksi
Volume Beban
Tegangan
Rata-
Rata (σ)
Modulus
Rata-
Rata (E)
(%) (N) (N/mm2) (N/mm2)
15
451.2
12.43 996.82 548.3
864.5
20
1035
23.90 1153.26 1260.7
1289.1
25
1651.7
30.41 1265.15 1430.2
1480.1
11
Histogram Hubungan Antara Tegangan Tarik Rata-Rata Dengan Fraksi
Volume
Histogram Hubungan Antara Modulus Elastisitas Rata-Rata Dengan Fraksi
Volume
12.43
23.90
30.41
0
5
10
15
20
25
30
35
15% 20% 25%
Teg
an
gan
Ta
rik
Ra
ta-R
ata
(Mp
a)
Fraksi Volume
996.82
1153.26
1265.15
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
15% 20% 25%
Mo
du
lus
Ela
stis
ita
s
Ra
ta-R
ata
(Mp
a)
Fraksi Volume
12
3.4 Pembahasan Pengujian Tarik
Pada grafik diatas menunjukkan bahwa tegangan tarik rata-rata
tertinggi pada ftraksi volume 25% sebesar 30,41 Mpa dan terendah pada
fraksi volume 15% sebesar 12,43 Mpa dan modulus elastisitas rata-rata
tertinggi pada fraksi volume 25% sebesar 1265,15 Mpa dan terendah pada
fraksi volume 15% sebesar 996,82 Mpa.
Dari grafik diatas dapat disimpulkan apabila terjadi penambahan
fraksi volume maka tegangan tarik rata-rata dan modulus elastisitas rata-
rata mengalami peningkatan nilai. Semakin banyak serat enceng gondok
maka semakin kuat pula tegangan yang dihasilkan.
3.5 Pengujian Serapan Bunyi
Tabel 3 Data Hasil Pengujian Serapan Bunyi Tanpa Spon dan Triplek
Fraksi
Volume
Ruang
Kosong
(A)
Dengan
Material
(B)
Serapan
Bunyi (A-
B)
15% 78.00 77.79 0.21
20% 78.00 77.56 0.44
25% 78.00 76.66 1.34
13
Histogram Hubungan Antara Serapan Bunyi Tanpa Pelapis Dengan Fraksi
Volume
Tabel 4 Data Hasil Pengujian Serapan Bunyi Dengan Spon dan Triplek
Fraksi
Volume
Ruang
Kosong
(A)
Dengan
Material
(B)
Serapan
Bunyi (A-
B)
15% 78.00 76.33 0.67
20% 78.00 77.27 0.73
25% 78.00 77.34 1.66
0.21
0.44
1.34
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
15% 20% 25%
Sera
pa
n B
un
yi
(dB
)
Fraksi Volume
14
Histogram Hubungan Antara Serapan Bunyi Dengan Pelapis Dengan Fraksi
Volume
3.6 Pembahasan Pengujian Serapan Bunyi
Dari grafik diatas bahwa nilai serapan bunyi tanpa pelapis papan
dan triplek tertinggi pada fraksi volume serat 25% sebesar 1,34 dB dan
terendah pada fraksi volume serat 15% sebesar 0,21 dB. Sedangkan nilai
serapan bunyi dengan pelapis tertinggi pada fraksi volume 25% sebesar
1,66 dB dan terendah pada fraksi volume 15% sebesar 0,67 dB.
Hal ini dapat disimpulkan bahwa papan serapan bunyi dengan
pelapis spon dan triplek lebih baik dari pada yang tanpa pelapis spon dan
triplek.
0.670.73
1.66
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
15% 20% 25%
Sera
pa
n B
un
yi
(dB
)
Fraksi Volume
15
4. PENUTUP
4.1 KESIMPULAN
1. Tegangan bending rata-rata tertinggi pada fraksi volume 25% sebesar
131,76 Mpa dan terendah pada fraksi volume 15% sebesar 59,69 Mpa
dan modulus elastisitas rata-rata tertinggi pada fraksi volume 25%
sebesar 2566,48 Mpa dan terendah pada fraksi volume 15% sebesar
2139,78 Mpa.
2. Tegangan tarik rata-rata tertinggi pada ftraksi volume 25% sebesar
30,41 Mpa dan terendah pada fraksi volume 15% sebesar 12,43 Mpa
dan modulus elastisitas rata-rata tertinggi pada fraksi volume 25%
sebesar 1265,15 Mpa dan terendah pada fraksi volume 15% sebesar
996,82 Mpa.
3. Nilai serapan bunyi tanpa pelapis Spon dan triplek tertinggi pada fraksi
volume serat 25% sebesar 1,34 dB dan terendah pada fraksi volume
serat 15% sebesar 0,21 dB.
4. Nilai serapan bunyi dengan pelapis spon dan triplek tertinggi pada
fraksi volume 25% sebesar 1,66 dB dan terendah pada fraksi volume
15% sebesar 0,67 dB.
4.2 SARAN
1. Sebelum melakukan penelitian sebaiknya mempelajari dasar-dasar dan
mencari referensi yang akan digunakan dalam penelitian.
2. Dalam menimbang nilai fraksi volume serat dan matrik sebaiknya harus
benar-benar teliti.
3. Perbandingan campuran antara resin polyester BQTN 157 dengan
catalys harus diperhatikan.
4. Pada proses pembuatan komposit, pencampuran serat dan matrik harus
meminimalkan terjadinya rongga udara (void).
16
DAFTAR PUSTAKA
ANSI S1.13.05, 2005, Measurement of Sound Pressure Levels in Air, Acoustical
Society of America.
ASTM D 790-99, 2002, Standard Test Method for Flexural Properties of
Unreinforce andReinforced Plastics and Electrical Insulating Material,
An American National Standard.
ASTM D 3039, 2002, Standard Test Method For Tensile Properties of Polymer
Matrix Composite Materials, An American National Standad
Bawono, D., 2007, Analisis Sifat Fisis Dan Mekanis Komposit Serat Lurus
Enceng Gondok Dengan Panjang Serat 25 Mm, 50 Mm, 100 Mm
Menggunakan Matrik Polyester, Tugas Akhir, Teknik Mesin UMS,
Surakarta.
Gibson, R. F., 1994, Principle Of Composite Material Mechanic, McGraw-Hill
Internasional Book Company, New York.
Haryono, R., 2009, Uji Karakteristik (Kekuatan Tarik, Kekuatan Impact, Dan
Serapan Bunyi) Komposit Serat Enceng Gondok Dengan Anyaman 3D
Pada Matrik Polyester Dengan Fraksi Massa 60%, 70%, 80%, Tugas
Akhir, Teknik Mesin UMS, Surakarta.
Purboputro, I. P., 2006, Pengaruh Panjang Serat Terhadap Kekuatan Impak
Komposit Enceng Gondok Dengan Matrik Poliester, Media Mesin, UMS,
Surakarta.
Surtono, A., 2007, Analisis Sifat Fisis Dan Mekanis Komposit Serat Anyam
Enceng Gondok Dengan Panjang Serat 25 Mm, 50 Mm, 100 Mm
Menggunakan Matrik Polyester, Tugas Akhir, Teknik Mesin UMS,
Surakarta.
Vokuscom., 2013, Bahan Peredam Suara dan Bahan Serap Suara,
http://vokuz.com/peredam-suara/