PENENTUAN FRAKSI FILLER SERBUK ALUMINIUM DALAM PEMBUATAN KOMPOSIT EPOKSI SEBAGAI BAHAN ALTERNATIF BALING-BALING KINCIR ANGIN
TUGAS AKHIR Oleh :
ARFAN WIJAYA NRP. 2401 100 066 Surabaya, Juni 2006 Mengetahui/Menyetujui Pembimbing
LIZDA JOHAR MAWARANI, ST, MT NIP. 132 176 985 Ketua Jurusan Teknik Fisika FTI-ITS
DR. Ir. TOTOK SOEHARTANTO, DEA NIP. 131 879 399
iv
PENENTUAN FRAKSI FILLER SERBUK ALUMINIUM DALAM PEMBUATAN KOMPOSIT EPOKSI SEBAGAI BAHAN ALTERNATIF BALING-BALING KINCIR ANGIN
TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Bidang Studi Rekayasa Bahan Program Studi S-1 Jurusan Teknik Fisika Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Oleh: ARFAN WIJAYA NRP. 2401 100 066 Disetujui oleh Tim Penguji Tugas Akhir: 1. Lizda Johar Mawarani, ST, MT
……….(Pembimbing I)
2. Ir. Agung Budiono, MEng
……….(Penguji I)
3. Ir. Zulkifli, MSc
……….(Penguji II)
4. Ir. Heri Justiono
……….(Penguji III)
SURABAYA JUNI, 2006
v
SERBUK ALUMINIUM DALAM PEMBUATAN KOMPOSIT EPOKSI SEBAGAI BAHAN ALTERNATIF BALING-BALING KINCIR ANGIN Nama Mahasiswa NRP Jurusan Dosen Pembimbing
: ARFAN WIJAYA : 2401 100 066 : Teknik Fisika : LIZDA JOHAR MAWARANI, ST, MT
Abstrak Untuk menunjang performansi baling-baling pada sistem pembangkit listrik tenaga angin, diperlukan material yang kuat, kaku, dan ringan sebagai material dasarnya. Salah satu di yang dapat digunakan adalah komposit epoksi. Pada penelitian tugas akhir ini dilakukan penentuan komposisi filler pada komposit epoksi/serbuk aluminium, yang memiliki karakteristik optimum sebagai bahan baling-baling kincir angin. Melalui pengujian tarik dan massa jenis komposit, dapat ditentukan bahwa komposit epoksi dengan fraksi massa serbuk aluminium 33% memiliki karakteristik yang paling optimum sebagai bahan baling-baling kincir angin. Namun demikian kekuatan dan kekakuan komposit ini masih lebih rendah bila dibandingkan dengan bahan balingbaling yang lain, yaitu aluminium 6060. Dengan nilai kekuatan luluh 30,401 MPa, kekuatan tarik 38,304 MPa, modulus elastisitas 391,534 MPa, dan massa jenis 1,391 gr/cm3 komposit ini masih dapat untuk digunakan sebagai bahan baling-baling dengan dimensi 5m x 30cm x 4,5cm.
Kata kunci: Penentuan komposisi filler, komposit epoksi serbuk aluminium, Baling-baling kincir angin
DETERMINATION OF ALUMINIUM POWDER FRACTION IN SYHTHESIS OF EPOXY COMPOSITE
iv
AS WIND BLADE ALTERNATIVE MATERIAL Student Name NRP Department Advisor Lecturer
: ARFAN WIJAYA : 2401 100 066 : Engineering Physics : LIZDA JOHAR MAWARANI, ST, MT
Abstract To support performance of blades on wind power system is required basic material which has high strength, high stiffness, and low density. One kind of material can be used is epoxy composite. Determining filler composition of epoxy/alumunium powder composite which has optimum characteristics as wind blade material has been done in this final project. By tensile test and density calculation can be determined that epoxy composite with 33 wt.% has optimum characteristics as wind blade material. Notwithstanding the strength and stiffness of composite is still lower than aluminium 6060 as other wind blade material With 30.401 MPa of yield strength, 38.304 of tensile strength, 391.534 MPa of elastic modulus and 1.391 gr/cm3 of density, this composite can be used for blade material with 5m x 30cm x 4.5cm of dimension.
Key words: Filler composition, epoxy/aluminium powder composite, wind blade material
v
KATA PENGANTAR Segala puja dan puji hanya milik Allah SWT tuhan semsta alam, yang selalu melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga tugas akhir dengan judul “Penentuan Fraksi Filler
Serbuk Aluminium dalam Pembuatan Komposit Epoksi Sebagai Bahan Alternatif Baling-baling Kincir Angin” ini dapat terselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini merupakan salah satu persyaratan akademik yang harus dipenuhi dalam Program Studi SI Teknik Fisika FTI-ITS. Penulis sampaikan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada : 1. Segenap keluargaku, bapak dan ibu, kakak-kakakku, saudara-saudaraku, dan syazaujati. Keberadaan kalian selalu memberikan dukungan moril dan materiil yang tak ada habis habisnya kepada penulis. 2. Ibu Lizda Johar Mawarani, ST, MT selaku pembimbing tugas akhir penulis, yang sudah membimbing penulis dengan sangat sabar. Jazaakumullohu Khoiron 3. DR.Ir.Totok Suhartanto,DEA selaku Ketua Jurusan Teknik Fisika, tempat penulis menimba ilmu. 4. Bapak Ir. Matradji, MSc selaku Dosen Wali penulis yang selalu memberikan bimbingan arahan selama masa perkuliahan. 5. Pihak-pihak yang turut membantu dan mendukung penyelesaian tugas akhir ini. Penulis mengharapkan agar semua proses penyusunan laporan tugas akhir membawa manfaat bagi banyak pihak. Penulisan tugas akhir ini masih banyak kekurangan, oleh karena itulah segala saran dan kritik diharapkan penulis demi sempurnanya laporan ini Surabaya, Juni 2005 Penulis
iv
DAFTAR ISI Halaman Halaman Judul ………………………………………… i Lembar Pengesahan …………………………………… iii Abstrak ………………………………………………… vii Kata Pengantar ………………………………………… xi Daftar Isi ………………………………………….…… xiii Daftar Gambar ………………………………………… xv Daftar Tabel …………………………………………… xvii Daftar Notasi…………………………………………… xix Bab I. Pendahuluan …………………………............. 1 1.1. Latar Belakang …………………………… 1 1.2. Permasalahan…………..…………............. 2 1.3. Tujuan…………….…..…..……….............. 2 1.4. Batasan Masalah ……………..……............ 2 1.5. Metodologi …………..………………….... 3 1.6. Sistematika Laporan …………….…........... 3 Bab II. Komposit untuk Baling-baling Kincir Angin .... 5 2.1. Komposit Polimer …………………….…… 5 2.1.1. Penguatan pada Komposit Partikelit. 6 2.1.2. Fraksi Komposisi pada Komposit .... 8 2.2. Resin Epoksi .……..………………...…… 9 2.3. Aluminium ……..………………...………. 11 2.4. Karakteristik Bahan .….…..…..…………… 13 2.5.1. Kekuatan Tarik dan Keuletan ……… 13 2.5.2 Massa Jenis ………………..……… 17 2.5. Baling-baling Kincir Angin .……..….…… 17 Bab III. Metodologi Penelitian ...................................... 21 3.1. Diagram Alir Penelitian ……..……………. 21 3.2. Peralatan Percobaan . .……………….…… 22 3.3. Bahan ……………….…………….……… 23 3.4. Sintesis Komposit ………………………… 23 3.4.1. Penentuan Fraksi Massa…………… 23 3.4.2. Pembuatan Spesimen ……………… 25
3.5. Pengujian ……….………………………. 3.5.1. Uji Tarik …………………………… 3.5.2. Massa Jenis .………………………... 3.6. Pembahasan .…….………………………. 3.7. Penentuan Fraksi Massa Serbuk Alumunium Optimum .…….…………………………… Bab IV. Data dan Pembahasan ……….…………….…. 4.1. Hasil Pengujian Tarik ……………...……. 4.2. Hasil Penentuan Massa Jenis ……………. 4.3. Validitas Komposit …………………….... 4.4. Penentuan Komposit untuk Baling-baling Kincir Angin ……………………..……… 4.5. Interpretasi Hasil ……………………........ Bab V. Kesimpulan ...............……………………..….. Daftar Pustaka ………………………………………… Lampiran A ………………………………………… Lampiran B ………………………………………… Lampiran C …………………………………………
iv
26 26 28 28 29 31 31 35 36 38 41 43 45 A1 B1 C1
v
DAFTAR GAMBAR A Halaman Gambar 2.1 Particulate composite ……………. 6 Gambar 2.2 Tipe distribusi partikel dalam matriks ……………...……………. 7 Gambar 2.3 Rambatan retak ………………….. 8 Gambar 2.4. Transformasi resin epoksi ……….. 10 Gambar 2.5. Kurva tegangan-regangan ……….. 14 Gambar 2.6. Baling-baling bincir angin ………. 18 Gambar 3.1. Diagram alir penelitian …………. 21 Gambar 3.2. Cetakan spesimen uji tarik ………. 22 Gambar 3.3. Spesimen komposit …………….... 26 Gambar 3.4. Universal Testing Machine (UTM) ..……………….………... 27 Gambar 3.5 Bentuk spesimen uji tarik ……….. 27 Gambar 4.1.Nilai rerata kekuatan luluh terhadap fraksi massa filler………..……….. 32 Gambar 4.2.Nilai rerata kekuatan tarik terhadap fraksi massa filler………...………. 32 Gambar 4.3. Agglomerated distribution……….. 33 Gambar 4.4. Nilai rerata modulus elastisitas terhadap fraksi massa filler………. 34 Gambar 4.5. Nilai rerata massa jenis terhadap fraksi massa filler………..………. 36 Gambar 4.6. Hasil validitas spesimen komposit.. 37 Gambar 4.7. Grafik silang kekuatan dan kekakuan komposit ……………… 38
.
DAFTAR TABEL
. . .
Tabel 2.1. Sifat-sifat fisik aluminium ........... Tabel 3.1. Komposisi komposit .................... Tabel 4.1. Data rerata hasil uji tarik ............. Tabel 4.2. Data massa jenis .......................... Tabel 4.3. Validitas komposit ....................... Tabel 4.4. Perbandingan bahan baling-baling
Halaman 12 25 31 35 37 39
DAFTAR NOTASI Vf Vm mf mm ρf ρm EC Em EF σ F A0 ε ∆L L L0 σu
: Fraksi volume filler : Fraksi volume matriks : Massa filler : Massa matriks : Densitas filler : Densitas matriks : Modulus elastistas komposit : Modulus elastisitas matriks : Modulus elastistas filler : Tegangan : Beban : Luas awal penampang : Regangan : Perpanjangan : Panjang akhir spesimen : Panjang awal spesimen : Kekuatan tarik maksimum
Fε=0,002 ef q Lf L0 Af ρ m V
: Beban luluh : Regangan : Pengurangan luas : Panjang pada saat patah : Panjang awal : Luas penampang pada saat patah : Massa jenis benda : Massa benda : Volume benda
Fmaks σo
: Beban maksimum : Kekuatan luluh
