BAB III METODOLOGI PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian 1.
Tempat Penelitian Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahapan penelitian yang berbeda
tempat pelaksanaannya. Pemilihan lokasi penelitian ini didasarkan atas pertimbangan yang diantaranya adalah ketersediaan alat dan bahan yang akan digunakan dalam penelitian dan aksesibilitas laboratorium yang relatif mudah dijangkau. Berikut merupakan tempat-tempat pelaksanaan tahap-tahap penelitian dilakukan: a.
Pembuatan spesimen komposit kampas rem non-asbestos yang dilaksanakan di Laboratorium Tanah dan Laboratorium UTM Pendidikan Teknik Bangunan, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret Surakarta,
b.
Proses pengujian dan pengambilan data performansi pengereman dari spesimen komposit kampas rem dilakukan di Laboratorium Pemesinan Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sebelas Maret Surakarta
2.
Waktu Penelitian Alokasi waktu yang digunakan untuk pelaksanaan penelitian dan
penyusunan skripsi ini adalah pada bulan Juni sampai bulan Desember 2015. Pelaksanaan penelitian ini dilakukan secara bertahap, tahapan-tahapan penelitian dapat dilihat dalam tabel 3.1.
35
36 Tabel 3.1. Perencanaan Waktu Penelitian No
Kegiatan
Waktu Penelitian
1
Pengajuan Judul
Juni 2015
2
Pembuatan Proposal
Juni - Juli 2015
3
Seminar Proposal
Agustus 2015
4
Revisi Proposal
Agustus - September 2015
5
Perijinan
Agustus 2015
6
Pelaksanaan Penelitian
Juli-November 2015
7
Analisis data dan penyusunan laporan
Oktober - Desember 2015
8
Pelaksanaan ujian skripsi dan revisi
Desember 2015
B. Rancangan/Desain Penelitian Penelitian komposit kampas rem ini menggunakan metode eksperimen yaitu penelitian yang dilakukan dengan cara membuat atau memanipulasi kondisikondisi tertentu pada spesimen uji, serta adanya kontrol terhadap produk spesimen. Penelitian yang dilakukan untuk mencari tahu pengaruh suatu variabel terhadap variabel lain dengan cara eksperimental, dengan pengontrolan kondisi yang ketat. Dalam kata lain penelitian eksperimen ini pemilihan variabel dapat dilakukan, dan variabel lain dapat dikontrol secara teliti agar tidak mengganggu hasil penelitian yang dilakukan. Penelitian ini dilaksanakan untuk mengetahui pengaruh komposisi campuran komposit kampas rem terhadap performansi pengereman yang dihasilkan oleh spesimen uji. Eksperimen pada penelitian ini diawali dengan pembuatan mesin prony brake dengan desain sederhana yang mudah dioperasionalkan. Desain mesin prony brake mengacu pada mekanisme kerja mesin prony brake pada umumnya. Hanya saja dengan menambah aksesoris-aksesoris agar mudah dalam pembacaan
37 besaran satuan yang digunakan. Pengukuran gaya berat menggunakan timbangan digital yang dihubungkan dengan dudukan kaliper rem. Pengukuran tekanan minyak rem menggunakan manometer cair yang dihubungkan dengan master rem. Pada mesin prony brake ini meggunakan mekanisme unit pengereman mobil Honda Prestige. Tenaga pemutar piringan cakram rem dihasilkan oleh motor listrik dengan daya 2 HP yang ditransmisikan dengan belt. Selanjutnya membuat spesimen kampas rem dengan bahan serat serbuk tempurung kelapa, serbuk aluminium dan resin epoksi. Setelah kampas rem jadi, selanjutnya mengujinya pada mesin prony brake. Setelah pengujian semua spesimen kampas rem komposit serat tempurung kelapa, kemudian menguji kampas rem asli yang digunakan pada mobil sebagai pembanding. Kampas rem yang digunakan sebagai pembanding adalah kampas rem merk nissin.
C. Populasi dan Sampel 1) Populasi Penelitian Populasi
dalam
penelitian
ini
adalah
komposit
kampas
rem
berkomposisikan serbuk tempurung kelapa, serbuk Aluminium (Al), dengan matrik penyusun berupa polimer resin epoxy dengan variasi komposisi bahan penyusunnya.
2) Sampel Penelitian Sampel pada penelitian kali ini adalah komposit kampas rem serbuk tempurung kelapa, serbuk Aluminium (Al), dengan matrik penyusun berupa polimer resin epoxy, adapun sampel dibuat mempunyai komposisi penyusunan kampas sebagai berikut :
38 Tabel 3.2. Komposisi Sampel Penelitian Persentase komposisi (%) massa Tempurung
Al
Resin epoksi
kelapa Komposisi 1
20
40
40
Komposisi 2
30
30
40
Komposisi 3
40
20
40
Pada setiap komposisi spesimen dibuat 3 spesimen dan setiap spesimen dilakukan replikasi pengujian sebanyak 3 kali. Sehingga didapat 9 data pengujian dan data tersebut dirata-rata per komposisi. D. Teknik Pengumpulan Data 1. Identifikasi Variabel Pada penelitian komposit kampas rem ini ditentukan beberapa variabel yang ada pada penelitian, yang diantaranya yaitu : a. Variabel Bebas Variabel bebas adalah variabel yang mempengaruhi variabel yang lain (variabel terikat), pada penelitian komposit kampas rem ini ditentukan variabel bebas berupa komposisi matriks dan serat penyusun komposit kampas rem yang berupa serbuk tempurung kelapa, serbuk aluminium, dan resin epoksi yang ditentukan komposisinya sebagai berikut : 1) 20% serbuk tempurung kelapa, 40% serbuk Aluminium (Al), dan 40% resin 2) 30% serbuk tempurung kelapa, 30% serbuk Aluminium (Al), dan 40% resin 3) 40% serbuk tempurung kelapa, 20% serbuk Aluminium (Al), dan 40% resin
39 b. Variabel Terikat Variabel terikat adalah variabel yang dipengaruhi oleh variabel bebas yang sudah ditentukan, maka dalam penelitian ini variabel terikat yang ditentukan yaitu performansi pengereman yang ditimbulkan oleh spesimen komposit kampas rem yang diuji dengan mesin prony brake.
c. Variabel Kontrol Variabel kontrol adalah variabel yang dikendalikan atau dibuat konstan agar variabel terikat yang muncul bukan karena variabel lain, akan tetapi benar-benar karena variabel bebas yang tertentu. Pengendalian variabel ini dimaksudkan agar tidak merubah atau menghilangkan variabel bebas yang akan diungkap pengaruhnya. Variabel kontrol adalah variabel yang ditentukan atau dibuat homogen dengan tujuan tidak merubah variabel bebas sehingga tidak mempengaruhi hasil variabel lainnya. Variabel kontrol dalam penelitian ini adalah: 1) Tempurung kelapa murni yang sudah dibersihkan dan diserbukkan. 2) Serbuk aluminium yang sudah dihaluskan. 3) Resin epoksi dengan fraksi berat 40% untuk setiap komposisi. 4) Besar ayakan untuk serbuk aluminium dan serbuk tempurung kelapa sebesar ukuran 60 mesh. 5) Proses kompaksi yang diatur pada mesin press sebesar 5 ton (5000 kg) dengan lama kompaksi selama 15 menit. 6) Proses pemanasan (sintering) yang diatur pada oven listrik dengan suhu 180o celsius serta lama pemanasan selama 30 menit. 7) Kampas rem non-asbestos pembanding di pasaran dari nissin.
2. Alat dan Bahan Penelitian a. Bahan Penelitian 1) Serbuk Tempurung Kelapa Bahan ini didapat dengan cara mengeringkan
terlebih dahulu
tempurung kelapanya, agar hasil serbuknya terhindar dari kadar air.
40 Langkah berikutnya adalah menggerus tempurung kelapa yang sudah tua dengan menggunakan gerinda tangan dan memakai mata gerinda keramik sebagai penggerusnya. Serbuk tempurung kelapa berfungsi sebagai filler penyusun komposisi
kampas rem yang digunakan
untuk spesimen.
Gambar 3.1. Serbuk Tempurung Kelapa
2) Serbuk Aluminium (Al) Serbuk ini didapat dari beram aluminium (Al) hasil pembubutan yang dihaluskan dengan cara ditumbuk. Selain itu juga dapat menggunakan
cara
mengamplas
batangan
aluminium
(Al)
menggunakan amplas kasar. Hal ini dilakukan agar didapatkan serbuk yang dapat disaring dalam ukuran 60 mesh. Serbuk aluminium (Al) dalam komposit kampas rem berperan sebagai bahan friksi spesimen kampas rem non asbestos.
Gambar 3.2. Serbuk Aluminium (Al)
41 3) Resin Epoksi Berupa campuran antara dua cairan resin yang mempunyai komposisi tertentu berperan sebagai pengikat matriks dan filler pada komposit kampas rem sehingga memiliki daya tarik antar molekul yang kuat. Resin jenis ini dapat dibeli dipasaran contohnya dapat dibeli di PT. Justus Kimia Raya, Semarang.
Gambar 3.3. Resin Epoksi
4) Sepatu Rem (Brake Pad) Digunakan untuk tempat merekatkan spesimen komposit kampas rem, sehingga dapat dipasang pada master rem cakram yang selanjutnya digunakan untuk pengujian performansi pengereman dengan mesin prony brake.
Gambar 3.4. Sepatu Rem (brake pad)
42 5) Lem Epoksi Bahan perekat yang digunakan untuk menempelkan spesimen komposit kampas rem dengan sepatu rem agar dapat merekat kuat sehingga tahan akan gesekan yang akan menyebabkan bergesernya komposit dari sepatu rem, untuk lem jenis ini dapat juga menggunakan dari jenis resin epoksi yang sudah dicampurkan dengan bahan yang sama seperti matriks pada spesimen komposit kampas rem diatas.
b. Alat Penelitian 1) Kampas Rem Nissin Kampas rem yang standar umumnya digunakan untuk jenis mobil Honda Prestige Accord, digunakan sebagai pembanding performansi pengereman dengan spesimen kampas rem non asbestos komposit serbuk kelapa.
Gambar 3.5. Kampas Rem Nissin
2) Toolbox Seperangkat alat perkakas yang digunakan saat proses pembuatan mesin prony brake hingga pengujian performansi pengereman. Pada saat pengujian performansi pengereman digunakan sebagai alat pemasang dan pelepas spesimen kampas rem pada kaliper rem dan digunakan jika ada penyesuaian desain mesin prony brake.
43
Gambar 3.6. Toolbox
3) Cetakan (Dies) Merupakan cetakan yang berpola sesuai dengan bentuk spesimen kampas rem, terdiri dari 3 lapisan plat baja yang nantinya akan ditekan dengan alat kompaksi sehingga ikatan matriks dan filler akan saling menyatu. Pada penelitian kali ini cetakan dibuat sendiri dengan cara memotong plat baja sebesar 10 mm, membuat pola cetakan diatas kertas, membuat lubang pada plat menggunakan las brender, setelah itu dirapikan menggunakan mesin CNC Milling.
Gambar 3.7. Cetakan/dies
4) Tempat Adonan Digunakan untuk mencampur adonan kampas rem pada saat penimbangan pada timbangan dan pencampuran dengan alat mixer sampai adonan dituangkan kedalam cetakan/dies.
44
Gambar 3.8. Tempat Adonan 5) Timbangan a) Timbangan digunakan untuk mengukur massa bahan-bahan komposit kampas rem. Bahan yang ditimbang adalah serbuk tempurung kelapa, serbuk aluminium (Al), dan resin epoksi sehingga didapat komposisi yang tepat sesuai dengan instruksi penelitian. Jenis timbangan yang digunakan pada penelitian ini adalah timbangan digital merk Scout Pro dengan ketelitian 0,1 gram dan dapat menerima beban maksimal 6.000 gram.
Gambar 3.9. Timbangan Digital Merk Scout Pro b) Jenis timbangan yang digunakan pada penelitian ini adalah timbangan digital merk Mettler Toledo SB16001 dengan ketelitian 1 gram dengan kapasitas maksimum 16000 gram, yang bertujuan
45 untuk menghasilkan data yang lebih akurat. Selain itu timbangan ini juga berfungsi mengukur massa pada saat pengujian spesimen menggunakan alat prony brake.
Gambar 3.10. Timbangan Digital Merk Mettler Toledo SB16001 6) Mesin Pengayak (Shieve shaker) Berfungsi untuk mengayak serbuk aluminium (Al) dan serbuk tempurung kelapa agar didapatkan butiran yang halus dan seragam. Alat pengayak yang digunakan adalah jenis MBT Shieve Shaker AG – 515 volt 220 V, 220 watt, 500 Rpm dengan ketelitian 0,2 gram dan beban maksimum 16 kg. Dengan menaruh serbuk tersebut didalam wadah penyaring dengan ukuran 60 mesh kemudian meletakkan wadah di mesin pengayak sehingga didapat butiran yang diinginkan.
Gambar 3.11. Mesin Pengayak
46 7) Mesin Pengaduk (Mixer) Digunakan untuk mengaduk adonan berupa serbuk aluminium, serbuk tempurung kelapa dan resin epoksi sehingga mampu tercampur secara merata. Mesin pengaduk yang digunakan adalah mixer merk MBT Mechanical Stirer SO-333
Gambar 3.12. Mesin Pengaduk
8) Mesin Press Digunakan untuk mengkompaksi adonan spesimen yang sudah diletakkan didalam dies, dengan diberikan tekanan dari permukaan atas dan bawah dies, sehingga akan terjadi pemadatan volume spesimen dan ikatan matriks akan semakin kuat.
47
Gambar 3.13. Mesin Press Control 20063 Cernuso.
9) Oven Listrik Berfungsi untuk proses sintering yang memanaskan spesimen dengan suhu tertentu sehingga molekul pada komposit akan melebur dan menyatu.
Gambar 3.14. Oven Listrik
10) Grease Digunakan sebagai pelumas dasar dies agar spesimen tidak lengket dengan permukaan dies sehingga dapat menjaga kehalusan permukaan spesimen komposit kampas rem.
48
Gambar 3.15. Grease
11) Mesin Prony brake Mesin Prony brake merupakan alat yang digunakan untuk menguji daya pengereman suatu spesimen kampas rem. Alat ini digunakan unttuk mengetaui nilai koefisian gesek kampas rem. Mesin prony brake dibuat oleh peneliti menggunakan motor listrik bertenaga 2 HP dengan putaran 2880 rpm. Daya putar motor ditransmisikan dengan mekanisme vbelt dengan perbandingan pully 1:1. Mesin prony brake menggunakan sistem pengereman depan mobil Honda Prestige. Sistem kelistrikan menggunakan MCB sebagai pemutus arus listrik secara otomatis sebesar 12 Ampere.
Gambar 3.16. Mesin Prony Brake
49 E. Prosedur Penelitian Dalam penelitian ini dilakukan beberapa langkah-langkah penelitian yang digunakan sebagai prosedur penelitian, yaitu sebagai berikut MULAI STUDI LAPANGAN DAN STUDI PUSTAKA PERSIAPAN ALAT DAN BAHAN PENCAMPURAN BAHAN
BAKU Komposisi 1 20% batok kelapa, 40% Al, 40% resin
Komposisi 2 30% batok kelapa, 30% Al, 40% resin
Komposisi 3 40% batok kelapa, 20% Al, 40% resin
KOMPAKSI BEBAN TEKANAN 5 TON O
SINTERING SUHU 180 C 30 MENIT PEMASANGAN PADA SEPATU REM SPESIMEN KOMPOSIT KAMPAS REM PENGUJIAN DENGAN PRONY BRAKE PENGOLAHAN DAN ANALISIS DATA MENYUSUN KESIMPULAN DAN SARAN
SELESAI
Gambar 3.17. Diagram Alur Penelitian
KAMPAS REM NONASBESTOS PRODUK NISSIN
50 1. Persiapan Awal a. Menyiapkan alat dan bahan. b. Menyediakan bahan filler berupa tempurung kelapa. c. Mengeringkan tempurung kelapa dengan tujuan mengurangi kadar air. d. Menghaluskan tempurug kelapa sampai menjadi butiran halus agar dapat tersaring dengan baik oleh ayakan.
2. Pembuatan Spesimen Pembuatan spesimen dilakukan dengan cara metode metalurgi serbuk, untuk lebih jelasnya tahapannya sebagai berikut : a. Persiapan Cetakan (Dies) 1) Menyiapkan bahan berupa plat baja yang digunakan untuk dibuat cetakan. 2) Membuat cetakan yang disamakan dengan pola kampas rem yang ada di pasaran, dalam penelitian ini menggunakan kampas rem Honda Prestige Accord. b. Persiapan Bahan Komposit 1) Menyiapkan bahan-bahan matriks penyusun, filler dan perekat yang didapat dari toko kimia dan lingkungan sekitar. 2) Mengukur bahan yang digunakan sesuai dengan instruksi penelitian yang keseluruhannya mempunyai massa total 70 gram. 3) Mencampur matriks penyusun berupa serbuk tempurung kelapa dan aluminium lalu dicampur dengan rata. 4) Menambahkan bahan perekat matriks berupa polimer resin epoksi. 5) Mencampur dan mengaduk adonan bahan komposit sampai merata menggunakan mixer. c. Pencetakan Kampas Rem 1) Menempatkan adonan campuran bahan komposit pada dies lalu meratakan dengan alat perata.
51 2) Menempatkan dies pada mesin press, lalu mengkompaksi dengan beban 5000 kg, menahan beban selama 15 menit, lalu melepas spesimen. 3) Membersihkan sisa pengepresan lalu berlanjut ke proses sintering dengan menggunkan oven listrik yang diatur pada suhu 180 derajat celsius selama 30 menit. 4) Mengeluarkan dies dari oven listrik, kemudian mendiamkan sampai mencapai suhu normal ruangan, dan mengeluarkan spesimen komposit kampas rem dari dies. 5) Merapikan hasil spesimen lalu merekatkan pada sepatu rem dengan menggunakan lem epoksi, lalu mengepres dan memanaskan spesimen komposit selama 15 menit.
3. Pengujian Spesimen Pengujian spesimen komposit kampas rem dilakukan setelah proses pencetakan kampas rem selesai, sebelum spesimen diuji harus melalui proses finishing dengan cara penghalusan permukaan dan merapikan bagian-bagian yang kurang rapi. Pengujian spesimen dilakukan di Laboratorium Pemesinan, Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Keguruan dan Ilmu pendidikan, Universitas Sebelas Maret Surakarta dengan menggunakan alat uji berupa prony brake yang dibuat sebelumnya yang bertujuan untuk mengetahui performansi pengereman yang dihasilkan oleh kampas rem dari komposit tempurung kelapa.
F. Teknik Analisis Data Dalam penelitian ini digunakan teknik analisis data berupa analisis deskriptif, yaitu dengan mengamati secara langsung keadaan penelitian dan hasil pengujian spesimen. Pengujian spesimen yang tidak satu kali dilaksanakan, lalu hasil dari beberapa pengujian performansi pengereman akan dirata-rata.
52 Setelah didapat dari hasil eksperimen, lalu data dituangkan ke dalam bentuk tabel, yang selanjutnya akan ditampilkan dalam bentuk grafik, sehingga dapat dianalisa dan ditarik kesimpulannya.
