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

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 120401016

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2017

Universitas Sumatera Utara










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 450 × 400 × 40. Dari hasil uji impak jatuh bebas pada ketinggian 1 meter diperoleh bahwa speed bump concrete foam yang memiliki tegangan paling tinggi sebesar 0.2405412 MPa dan gaya maksimum sebesar 481.0824 N, sedangkan speed bump concrete memiliki tegangan maksimum sebesar 0.2076777 MPa dan Gaya maksimum sebesar 415.3554 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 Impak, Concrete foam, Speed bump, DAQ Impact Testing, Uji lindas.

i


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 450 × 400 × 40. 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 0.2405412 MPa and maximum force of 481.0824 N, while the speed bump concrete has a maximum voltage of 0.2076777 MPa and maximum force of 415.3554 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


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 Universitas Sumatera Utara

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 Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN BAB 1 Pendahuluan 1.1. Latar Belakang 1.2.. Tujuan Penelitian 1.2.1. Tujuan Umum 1.2.2. Tujuan Khusus 1.3. Manfaan Penelitian 1.4. Batasan Masalah 1.5. Sistematika Penulisan BAB 2 Tinjauan Pustaka 2.1. Speed Bump 2.2. Pengertian Bahan Komposit 2.2.1. Klasifikasi Material Komposisi 2.2.2. Teknik Pembuatan Material Komposit 2.3. Beton Ringan 2.3.1. Adukan Beton 2.4. Material Komposit Concrete Foam 2.4.1. Semen 2.4.2. Pasir 2.4.3. Air 2.4.4. Blowing Agent 2.4.5. Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) 2.4.6. Material yang digunakan 2.5. Densitas 2.6. Karakteristik Mekanik Material 2.7.1. Pengujian dinamik 2.7.1.1. pengujian impak jatuh bebas BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu 3.1.1. Tempat 3.1.2. Waktu 3.2. Desain Speed Bump 3.2.1. Model Speed Bump Full Concrete Foam 3.2.1.1. Model Speed Bump penghasil listrik 3.3. Peralatan dan Bahan 3.3.1. Peralatan 3.3.2. Bahan 3.4. Parameter Desain 3.5. Prosedur Pembuatan Speed Bump 3.6. DAQ Impak Test

Halaman iii v vii viii x 1 1 6 6 7 7 7 8 10 10 19 22 23 24 26 27 27 28 29 30 30 31 33 34 34 34 38 38 38 38 38 45 45 47 47 53 59 60 64

v Universitas Sumatera Utara

3.6.1. Prosedur Pengujian Impak Jatuh Bebas 3.6.2. Prosedur Kalibrasi 3.7. Uji lindas Secara Langsung 3.8. Diagram Alir Penelitian BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Pendahuluan 4.2. Pembuatan Speed Bump 4.3. Karekteristik mekanik Speed Bump 4.3.1. Pengujian impak jatuh bebas speed bump concrete foam 4.3.2. Grafik pengujian impak speed bump concrete foam 1 meter. 4.3.3. Pengujian impak jatuh bebas speed bump concrete 4.3.4. Grafik pengujian impak speed bump concrete 1 meter. 4.3.5. Kecepatan impaktor dan gaya yang diberikan impaktor pada Speed Bump 4.4. Uji Lindas 4.4.1. Set up pengujian lindas 4.4.2. Hasil Uji Lindas Langsung untuk Speed Bump Concrete Foam 4.4.2.1 Spesimen A uji lindas 4.4.2.2 Spesimen B uji lindas 4.4.2.3 Spesimen C uji lindas 4.4.3. Rangkuman Hasil Uji lindas 4.5. Perhitungan Gaya dan Tegangan Speed Bump pada saat dilindas mobil BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan 5.2. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

64 66 68 71 72 72 72 74 74 76 77 78 79 80 80 84 84 85 87 89 95 97 97 98 88

vi Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 1.1. Gambar 1.2. Gambar 2.1. Gambar 2.2. Gambar 2.3. Gambar 2.4. Gambar 2.5. Gambar 2.6. Gambar 2.7. Gambar 2.8. Gambar 2.9. Gambar 2.10. Gambar 3.1. Gambar 3.2. Gambar 3.3.

Gambar 3.4. Gambar 3.5. Gambar 3.6. Gambar 3.7. Gambar 3.8. Gambar 3.9. Gambar 3.10. Gambar 3.11. Gambar 3.12. Gambar 3.13. Gambar 3.14. Gambar 3.15. Gambar 3.16. Gambar 3.17. Gambar 3.18. Gambar 3.19. Gambar 3.20. Gambar 3.21. Gambar 3.22. Gambar 3.23.

Pintu tol jalan bebas hambatan (highway toll gate) Sistem mekanik Speed Bump Speed bump Desain standar Speed Bump

Ilustrasi pembebanan pada Speed Bump Analisa gaya yang diterima Speed Bump saat pertama melintas. Free body diagram gaya yang bekerja pada Speed Bump. Analisa gaya yang diterima Speed Bump saat ban melintas pada titik puncak Speed Bump. Free body diagram gaya yang bekerja pada saat di atas Speed Bump. Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit Serat TKKS yang telah dihaluskan

Grafik hubungan v – t Sistem mekanik Speed Bump (a) pandangan depan (b) pandangan atas (c) pandangan kanan. Model 3D speed bump (a) pandangan depan (b) pandangan kanan Sketsa sistem mekanik kedua (a) Pandangan Depan (b) Pandangan belakang (c) Pandangan kiri (d) Pandangan kanan (e) Pandangan atas (f) Pandangan bawah Aturan Keputusan Mentri Perhubungan Model Perencanaan Speed Bump Full Concrete (a) model sketsa 2D (b) model sketsa 3D Model Perencanaan Speed Bump penghasil listrik (a) model sketsa 2D (b) model 3D Gunting Ayakan Ember plastik Cetakan Timbangan Sendok semen Gelas ukur Oli Mesin penghalus serat Sarung tangan karet Mesin pengaduk Semen Pasir Bahan pengembang Serat TKKS Resin Unsaturated Polyester BQTN-157 EX Blowing Agent

2 6 10 12 12 13 13 17 17 20 31 35 39 40 42

44 45 47 47 48 49 49 49 50 50 51 51 52 52 54 55 55 56 57 59 viii


Gambar 3.24. Gambar 3.25. Gambar 3.26. Gambar 3.27. Gambar 3.28. Gambar 3.29. Gambar 3.30. Gambar 3.31. Gambar 3.32. Gambar 3.33. Gambar 3.34. Gambar 3.35. Gambar 3.36. Gambar 3.37. Gambar 3.38. Gambar 3.39. Gambar 4.1. Gambar 4.2. Gambar 4.3. Gambar 4.4. Gambar 4.5. Gambar 4.6. Gambar 4.7. Gambar 4.8. Gambar 4.9. Gambar 4.10. Gambar 4.11. Gambar 4.12. Gambar 4.13. Gambar 4.14. Gambar 4.15. Gambar 4.16.

Katalis Penuangan pasir Penuangan semen Penuangan serat TKKS Penuangan bahan pengembang Alat Pengujian Impak Jatuh Bebas DAQ for Helmet Impact testing Software. Kabel Loadcell dengan DAQ Lab-Jack U3-LV Calibration Program Gambar ilustrasi ban sebelum melintasi speed bump Gambar ilustrasi ban sebelum melintasi speed bump gambar ilustrasi pada saat ban menyentuh speed bump Gambar Ilustrasi Pada Saat Ban Melewati Speed Bump Gambar landasan uji lindas speed bump Gambar Ilustrasi Sistem Mekanik Diagram Alir Penelitian Hasil cetakan spesimen Speed Bump Dimensi spesimen yang dibuat. Pengujian impak jatuh bebas Speed Bump Concrete foam 1 meter. Hasil pada spesimen Speed Bump pengujian impak jatuh bebas concrete foam Grafik Concrete Foam 1 Meter Pengujian impak jatuh bebas concrete 1 meter. Hasil pada spesimen Speed Bump concrete pengujian impak jatuh bebas Grafik Concrete Foam 1 Meter Set up sistim mekanik Set up pengujian lindas Spesimen A1 Speed Bump Spesimen A2 Speed Bump Spesimen B1 Speed Bump Spesimen B2 Speed Bump Spesimen C1 Speed Bump Spesimen C2 Speed Bump

59 62 62 62 63 64 66 67 67 68 69 69 69 70 71 72 74 74 75 76 76 77 78 78 80 81 84 85 86 87 88 89

ix Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2.1 Tabel 2.2 Tabel 2.3 Tabel 2.4 Tabel 2.5 Tabel 3.1 Tabel 3.2 Tabel 3.3 Tabel 3.4 Tabel 3.5 Tabel 3.6 Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5 Tabel 4.6 Tabel 4.7 Tabel 4.8

Bahan penyusun tandan kosong kelapa sawit. Berat jenis (ρ) Concrete Foam berdasarkan komposisi Hasil pengujian kuat statik tekan spesimen Concrete Foam

Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh. Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh

Lokasi dan aktivitas penelitian Spesifikasi mesin penghalus serat Spesifikasi mesin pengaduk semen Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh.

Parameter desain Komposisi bahan spesimen dalam satuan gram Komposisi bahan spesimen dalam satuan gram Data uji impak speed bump concrete foam ketinggian 1 meter Data uji impak speed bump concrete ketinggian 1 meter Rangkuman hasil uji lindas pada percobaan pertama Rangkuman hasil uji lindas pada percobaan kedua Rangkuman hasil uji lindas pada percobaan ketiga Rangkuman hasil uji lindas pada percobaan keempat Rangkuman hasil uji lindas pada percobaan kelima

30 32 32 33 34 38 51 53 58 60 61 74 77 79 90 91 92 93 94

vii Universitas Sumatera Utara

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

mm2

Δℓ

perubahan panjang yang terjadi

mm

ℓ

Panjang awal (mula-mula)

mm

x Universitas Sumatera Utara

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

Recommend Documents