RANCANGAN ALAT UJI GESER PADA BAHAN KOMPOSIT SERAT ALAM DENGAN MEMPERHATIKAN ASPEK KETERULANGAN HASIL PENGUJIAN

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

RANCANGAN ALAT UJI GESER PADA BAHAN KOMPOSIT SERAT ALAM DENGAN MEMPERHATIKAN ASPEK KETERULANGAN HASIL PENGUJIAN

Skripsi Sebagai Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

SANDI BUDIYONO I 1308531

JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2011 commit to user


digilib.uns.ac.id

KATA PENGANTAR Alhamdulillah, puji syukur penulis ucapkan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Dalam pelaksanaan maupun penyusunan laporan skripsi ini, penulis telah mendapatkan bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Pada kesempatan yang sangat baik ini, dengan segenap kerendahan hati dan rasa yang setulus-tulusnya, ucapan terima kasih penulis haturkan kepada: 1. Orang tua dan saudara-saudaraku yang telah memberikan doa, kasih sayang dan dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. 2. Ir. Noegroho Djarwanti, M.T. selaku Pembantu Dekan I Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 3. Ir. Lobes Herdiman, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Industri Universitas Sebelas Maret Surakarta. 4. Taufiq Rochman, STP, MT, selaku Ketua Program S-1 Non Reguler Jurusan Teknik Industri Universitas Sebelas Maret Surakarta. 5. Ilham Priadythama, ST, MT, selaku Dosen Pembimbing I dan Ir. Lobes Herdiman, M.T, selaku Dosen Pembimbing II yang telah meluangkan waktunya, dan sabar dalam memberikan pengarahan dan bimbingan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan lancar. 6. Wakhid Ahmad J, ST, MT, selaku dosen penguji skripsi I dan Ir. Munifah, MSIE, MT, selaku dosen penguji skripsi II yang telah memberikan masukan dan perbaikan terhadap skripsi ini. 7. Para staf dan karyawan Jurusan Teknik Industri, atas segala kesabaran dan pengertiannya dalam memberikan bantuan dan fasilitas demi kelancaran penyelesaian skripsi ini. 8. Teman-teman Transfer Teknik Industri angkatan ’08, terima kasih atas semangat, kekompakan serta bantuan kalian selama ini. Semoga persahabatan kita akan terus terjaga. 9. Keluarga besar bengkel bubut milling Huma, terima kasih atas tempat, waktu commit to user dan proses permesinan serta masukan yang bermanfaat bagi penelitian.

vi


digilib.uns.ac.id

10. Seseorang yang senantiasa ada untuk mendampingi, memberikan dukungan dan doanya. Terima kasih untuk kesabarannya selama ini. 11. Seluruh pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, atas segala bimbingan, bantuan, kritik, dan saran dalam penyusunan tugas akhir ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi rekan-rekan mahasiswa maupun siapa saja yang membutuhkannya. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis dengan senang hati dan terbuka sangat mengharapkan berbagai masukan maupun kritikan dari pembaca.

Surakarta, 24 Januari 2011

Penulis

commit to user

vii


digilib.uns.ac.id

ABSTRAK Sandi Budiyono, NIM: I 1308531. RANCANGAN ALAT UJI GESER PADA BAHAN KOMPOSIT SERAT ALAM DENGAN MEMPERHATIKAN ASPEK KETERULANGAN KETERULANGAN HASIL PENGUJIAN. Skripsi. Surakarta : Jurusan Teknik Industri, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Januari 2011.

Kekuatan geser merupakan salah satu sifat mekanik penting dari komposit serat alam. Sifat ini adalah informasi yang sangat berguna bagi penelitian di daerah ini. Untuk mengukur sifat-sifat mekanik ini, perangkat tertentu harus dirancang dengan mempertimbangkan karakteristik komposit serat alam sebagai spesimen tersebut. Penelitian ini difokuskan pada perancangan aspek keterulangan hasil pengujiannya. Metode pengujian geser disesuaikan dengan standar ASTM D5379-98. Standar geometri spesimen pengujian geser berukuran 76mm x 20mm x 12mm (P xLxT) dan terdapat takikan 90o (V-notch) pada tengah-tengah spesimen dengan kedalaman 4 mm yang dikombinasikan dikombinasikan sesuai dengan kebutuhan Laboratorium Pengendalian Kualitas (LSK) Universitas Sebelas Maret Surakarta LSK , standar ini akan menjadi acuan untuk mengembangkan desain alat uji geser. Pada tahap akhir desain, performasi keterulangan alat uji diukur menggunakan Analisis Varians (ANOVA) untuk spesimen medium density fiberboard (MDF). Hasil penelitian ini adalah alat uji geser modular untuk pengujian geser komposit serat alam dengan menggunakan tenaga hidrolik power pack sebagai penggerak utama. Pencekaman spesimen secara khusus dirancang untuk komposit serat alam yang umumnya bersifat rapuh dan getas. Uji ANOVA menunjukkan perangkat ini dinilai baik ditinjau dari aspek keterulangan hasil pengujian dengan keakurasian dibawah 5%.

Kata kunci: alat uji geser, pengujian geser, komposit serat alam, ASTM D537998 xix + 112 halaman; 39 gambar; 25 tabel; 4 lampiran Daftar Pustaka: 31 (1979-2010)

commit to user

viii


digilib.uns.ac.id

ABSTRACT Sandi Budiyono, NIM: I 1308531. THE DESIGN OF NATURAL FIBER COMPOSITE SHEAR TESTER WITH REPEATABILITY CONSIDERATION OF THE TEST RESULT. THESIS. Surakarta: Industrial Engineering Department, Faculty of Engineering, Sebelas Maret University, January 2010.

Shear strength is one of important mechanical properties of natural fiber composite. This properties is a very useful information for the research in these area. In order to measure this property, a specific device must be designed considering the characteristic of the natural fiber composite as its specimen. This research was focused on designing repeatability aspect for its testing result. The method of shear testing was complied to the standard of ASTM D5379-98. The standard specimen geometry 76mm x 20mm x 12mm (HxWxT) and 90o V-notched in the middle with 4 mm depth combined with the requirement of LSK Laboratory of Sebelas Maret University, this standard would be a reference to develop the design of the shear tester. At the end of the design phase, there was a repeatability performance test using Analysis of Variance (ANOVA) for the medium density fiberboard specimen. The result of this study was a modular shear tester device for natural fiber composite using hydraulic power pack as a prime mover. The gripper is specifically designed for natural fiber composite which is commonly brittle and fragile. The ANOVA test showed this device is performed well in term of repeatability aspect under 5% accuracy.

Keywords: shear tester, shear testing, natural fiber composite, ASTM D5379-98. xix + 112 pages, 39 drawings, 25 table, 4 attachments Bibliography: 31 (1979-2010)

commit to user

ix


digilib.uns.ac.id

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL .................................................................................... i LEMBAR VALIDASI.................................................................................. ii LEMBAR PENGESAHAN ......................................................................... iii SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA ILMIAH ............... iv SURAT PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ...................... v KATA PENGANTAR .................................................................................. vi ABSTRAK .................................................................................................... viii ABSTRACT .................................................................................................. ix DAFTAR ISI ................................................................................................. x DAFTAR TABEL ........................................................................................ xiii DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xiv DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................ xvi BAB I

PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ...................................................................... I - 1 1.2 Perumusan Masalah .............................................................. I - 3 1.3 Tujuan Penelitian .................................................................. I - 3 1.4 Manfaat Penelitian ................................................................ I - 3 1.5 Batasan Masalah.................................................................... I - 4 1.6 Asumsi Penelitian.................................................................. I - 4 1.7 Sistematika Penulisan............................................................ I - 4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Komposit Serat Alam (Composite Natural Fiber) ................ II - 1 2.1.1 Karakteristik PadaKomposit Serat Alam .................... II - 1 2.1.2 Pengujian Pada Bahan Komposit Serat Alam ............. II - 2 2.1.3 Spesimen Pada Bahan Komposit Serat Alam ............. II - 3 2.2 Alat Uji Geser ....................................................................... II - 4 2.2.1 Deskripsi Alat Uji Geser ............................................. II - 4 2.2.2 Teknologi Atau Konstruksi Pada Alat Uji Geser ........ II - 6 2.2.3 Mekanika Fluida (Hidrolik) ........................................ II - 10 commit to user 2.2.4 Load Cell ..................................................................... II - 17

x


digilib.uns.ac.id

2.2.5 Sistem Kendali Alat Uji Geser .................................... II - 19 2.3 Statistik Pengujian Pada Alat Uji Geser................................ II - 22 2.3.1 Perancangan Eksperimen ............................................ II - 23 2.4 Penelitian Penunjang ............................................................. II - 29 BAB III

METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Identifikasi Masalah .............................................................. III - 2 3.1.1 Studi Pustaka ............................................................... III – 2 3.1.2 Studi Lapangan ........................................................... III – 2 3.1.3 Tujuan Penelitian ........................................................ III - 3 3.1.4 Manfaat Penelitian ...................................................... III - 3 3.2 Tahap Pengumpulan Dan Pengolahan Data .......................... III - 3 3.2.1 Pengujian Geser ASTM D5379-98 ............................. III - 3 3.2.2 Identifikasi Alat Uji Geser .......................................... III - 3 3.2.3 Konsep Rancangan Alat Uji Geser ............................. III - 4 3.2.4 Bill of Materials Alat Uji Geser .................................. III - 4 3.3 Perancangan Alat Uji Geser .................................................. III - 5 3.3.1 Mekanika Struktur Rancangan Alat Uji Geser ........... III - 5 3.3.2 Elemen Penggerak Alat Uji Geser .............................. III - 5 3.3.3 Rangkaian Pengendali Alat Uji Geser ........................ III - 5 3.3.4 Running Test Alat Uji Geser ....................................... III - 5 3.3.5 Kalibrasi Alat Uji Geser .............................................. III - 5 3.4 Pengujian Data Hasil Pengujian Geser ................................. III - 6 3.5 Analisis Dan Interpretasi Hasil ............................................. III - 6 3.6 Kesimpulan Rancangan Alat Uji Geser ................................ III - 6

BAB IV

PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA 4.1 Pengumpulan Data ................................................................ IV - 1 4.1.1 Pengujian Geser ASTM D5379-98 ............................. IV - 1 4.1.2 Identifikasi Alat Uji Geser .......................................... IV - 3 4.1.3 Konsep Rancangan Alat Uji Geser ............................. IV - 8 4.1.4 Bill of Materials Alat Uji geser ................................... IV - 12 4.2 Perhitungan Teknik Dan Penentuan commit to user Komponen ................... IV - 24

xi


digilib.uns.ac.id

4.2.1 Mekanika Struktur Rancangan Alat Uji Geser ........... IV - 25 4.2.2 Elemen Mesin Penggerak Alat Uji Geser ................... IV - 32 4.2.3 Rangkaian Pengendali Alat Uji Geser ........................ IV - 35 4.2.4 Estimasi Biaya Alat Uji Geser .................................... IV - 37 4.2.5 Spesifikasi Alat Uji Geser ........................................... IV - 40 4.3 Pengujian Data Hasil Pengujian Geser ................................. IV - 41 4.3.1 Pengujian Hasil Pembebanan Geser ........................... IV - 42 4.3.2 Pengujian Hasil Perhitungan Kekuatan Geser ............ IV - 53 BAB V

ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL 5.1 Analisis Alat Uji Geser 5.1.1 Analisis Rancangan Alat Uji Geser ............................ V - 1 5.1.2 Analisa Bahan Penyusun Alat Uji Geser .................... V - 3 5.1.3 Analisa Hasil Pengujian Geser .................................... V - 5 5.2 Interpretsi Hasil Alat Uji Geser............................................. V - 6

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan ........................................................................... VI - 1 6.2 Saran ...................................................................................... VI - 1

DAFTAR PUSTAKA

commit to user

xii


digilib.uns.ac.id

BAB I PENDAHULUAN Dalam bab ini akan diuraikan mengenai latar belakang penelitian, perumusan masalah yang diangkat dalam penelitian, tujuan dan manfaat penelitian, batasan masalah, asumsi yang yang diangkat dalam penelitian serta sistematika penulisan untuk menyelesaikan penelitian. 1.1 LATAR BELAKANG Pada

era

globalisasi

sekarang

ini,

dunia

manufaktur

mengalami

perkembangan pesat, mengikuti perubahan dan tuntutan pasar untuk menghasilkan material atau bahan dasar alternatif sebagai pengganti bahan-bahan komersial yang kini harganya semakin mahal. Banyak penelitian yang berfokus pada penemuan bahan dasar organik karena bahan dasar organik dapat dijadikan sebagai alternatif pengganti bahan dasar anorganik (Setjadi, 2005). Berbagai bahan organik, komposit serat alam merupakan bahan yang banyak diteliti disebabkan Indonesia merupakan penghasil serat alam yang kaya, komposit serat alam adalah bahan yang ramah lingkungan. Dalam penelitian tersebut sifat-sifat mekanik menjadi salah satu bahasan yang paling penting. Beberapa sifat mekanik komposit serat alam menjadi patokan untuk aplikasinya. Sifat-sifat mekanik dapat diketahui melalui pengujian mekanik. Beberapa pengujian mekanik, pengujian geser merupakan salah satu yang terpenting karena aplikasi komposit dalam bentuk papan atau struktur sering kali mengalami pembebanan geser. Pengujian geser (shear tester) merupakan salah satu pengujian dalam menentukan seberapa jauh terpenuhinya standar spesifikasi dari karakteristik bahan yang digunakan untuk proses pengujian terhadap material, dimana material didesak melalui dua arah yang berbeda dengan besar gaya yang sama sampai terjadi proses deformasi (perubahan bentuk) atau displacement (proses pergeseran objek atau perubahan posisi titik awal dan posisi akhir dari sebuah objek) spesimen untuk mengetahui karaketristik maupun sifat mekanik dari suatu material (Nee, 1998). Keperluan pengujian geser komposit serat alam, pengujian geser memerlukan alat uji geser dalam menjalankan aplikasi pengujian. Kegunaan commit user alat uji geser komposit serat alam adalahto mengetahui seberapa besar ketahanan

I-1


digilib.uns.ac.id

geser maksimum yang dapat ditahan oleh material komposit serat alam pada kondisi tegangan efektif dan pembebanan secara berkelanjutan, sehingga memungkinkan terjadinya displacement pada material yang diujikan (Nee, 1998). Komposit serat alam merupakan jenis komposit organik, sehingga alat uji geser komposit serat alam dapat digunakan untuk jenis komposit organik lain dengan beban pergeseran maksimal sebesar 100 MPa sesuai pada literature Properties And Performace of Natural-Fibre Composite, Pickering, 2008. Ketersediaan alat uji geser menjadi tuntutan tersendiri untuk mengetahui karakteristik dari bahan atau material yang akan diujikan. Saat ini alat uji geser yang tersedia di lingkungan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta adalah berupa universal testing machine di Laboratorium Material Fakultas Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret. Alat uji ini pada dasarnya adalah alat uji tarik yang kemudian dimodifikasi fungsinya sehingga dapat digunakan sebagai alat uji geser. Alat uji universal mempunyai besar kapasitas pembebanan hingga 100 ton. Alat uji universal merupakan alat penguji material dengan kekuatan tinggi seperti halnya logam. Pada pengujian menggunakan material jenis logam steel 37 dengan batas patah ( s B ) 370 N/mm2 didapatkan nilai rata-rata pengujian 340 MPa dari 5 kali proses pengujian alat uji universal. Pengujian geser pada komposit serat alam (natural fiber composite) dapat menggunakan fasilitas alat uji dengan besar beban atau regangan yang mampu diberikan alat uji universal (universal testing machine) ini tetapi nilai hasil pengujiannya cenderung tidak akurat karena kekuatan tarik komposit serat alam jauh lebih kecil dari logam atau maksimum hanya pada kisaran 100 MPa. Alat uji geser memiliki beberapa aspek penting dalam pengujian geser. Aspek keakurasian dan kepresisian yang ditunjukkan oleh hasil pengujian spesimen hanya diketahui setelah dilakukan beberapa kali pengujian geser terhadap spesimen. Satu atau beberapa kali pengujian geser spesimen sudah cukup untuk menunjukkan aspek keakurasian dari alat uji tersebut, tetapi untuk mendapatkan kepresisian hasil pengujian membutuhkan pengujian yang dilakukan berulang-ulang.

Pengujian

yang

dilakukan

berulang-ulang

menunjukkan

kepresisian sehingga aspek keterulangan hasil pengujian alat uji dapat disimpulkan (Davis, 2004). Dalam perancangan commit to user alat uji mekanik, kepresisian alat

I-2


digilib.uns.ac.id

merupakan aspek pertama yang harus dipenuhi karena keakurasian alat dapat diselesaikan relatif lebih mudah, yaitu dengan kalibrasi alat uji. Ketersediaan alat uji geser komposit serat alam pada Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta di Laboratorium Sistem Kualitas Jurusan Teknik Industri merupakan penyelesaian perancangan proses pembuatan komposit serat alam yang saat ini sedang dikembangkan, oleh karena itu alat uji diperlukan sebagai media penguji komposit tersebut. Berdasarkan uraian di atas diketahui bahwa perancangan alat uji geser untuk bahan komposit serat alam sangat diperlukan dalam perkembangan penelitian komposit serat alam di masa mendatang. 1.2 PERUMUSAN MASALAH Berdasarkan latar belakang yang diuraikan, maka dapat dirumuskan pokok permasalahan dari tugas akhir ini yaitu ”Bagaimana merancang alat uji geser untuk bahan komposit serat alam dengan memperhatikan kepresisian alat terhadap spesimen dan aspek keterulangan hasil pengujian?”. 1.3 TUJUAN PENELITIAN Tujuan utama yang dicapai dari penelitian ini yaitu merancang alat uji geser untuk bahan komposit serat alam dengan memperhatikan aspek keterulangan hasil pengujian. Adapun tujuan khusus dari penelitian ini, sebagai berikut: 1. Menentukan konstruksi alat uji geser untuk menunjang aspek keterulangan hasil pengujian. 2. Melakukan pengujian alat uji geser terhadap karakteristik komposit serat alam dalam aspek keterulangan hasil pengujian. 1.4 MANFAAT PENELITIAN Manfaat yang dicapai dalam penelitian ini adalah menghasilkan alat uji geser dengan memperhatikan aspek keterulangan hasil pengujian terhadap spesimen.

commit to user

I-3


digilib.uns.ac.id

1.5 BATASAN MASALAH Batasan-batasan yang digunakan dalam penelitian ini, sebagai berikut: 1. Spesifikasi alat uji terhadap spesimen memenuhi kriteria standarisasi ASTM D5379/D5379M – 98. 2. Spesimen yang akan diujikan berupa MDF (medium density fiberboard) dengan geometri panjang spesimen 76 mm, lebar 20 mm dan tebal spesimen 12 mm, tegangan geser maksimum spesimen sebesar 100 MPa disesuaikan dengan kekuatan tarik maksimum serat alam menurut literatur Pickering, 2008. 3. Beban tegangan lokal terhadap alat uji geser sebesar 4 Hz atau berkisar antara 30 – 33 bar. 1.6 ASUMSI Asumsi-asumsi yang digunakan dalam penelitian ini, sebagai berikut: 1. Kekuatan geser setiap spesimen diasumsikan sama untuk jenis dan komposisi bahan yang sama. 2. Perancangan konstruksi tidak mempertimbangkan gesekan, selip antara spesimen dengan alat uji diasumsikan tidak ada. 3. Kalibrasi alat dilakukan berdasarkan beban akibat gesekan pada kondisi konstan. 1.7 SISTEMATIKA PENULISAN Sistematika penulisan yang digunakan pada penyusunan laporan tugas akhir, seperti diuraikan di bawah ini. BAB I

PENDAHULUAN Bab ini membahas tentang latar belakang dan identifikasi masalah yang diangkat dalam perancangan alat uji geser, perumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah, penetapan asumsi-asumsi serta sistematika yang digunakan dalam perancangan alat uji geser sebagai alat pengujian geser pada bahan komposit serat alam. commit to user

I-4


BAB II

digilib.uns.ac.id

TINJAUAN PUSTAKA Bab ini memberi penjelasan secara terperinci mengenai teori-teori yang

digunakan

sebagai

landasan

pemecahan

masalah

serta

memberikan penjelasan secara garis besar metode yang digunakan oleh penulis sebagai kerangka pemecahan masalah guna mendapatkan desain rancangan alat uji geser. BAB III

METODOLOGI PENELITIAN Bab ini berisikan gambaran terstruktur tahap-tahap proses pelaksanaan penelitian dan tahapan pengerjaan pengolahan data yang digambarkan dalam diagram alir (flow chart).

BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA Bab ini berisikan uraian mengenai data-data penelitian yang digunakan dalam proses pengolahan data sesuai dengan langkah-langkah pemecahan masalah yang dikembangkan pada bab sebelumnya. BAB V

ANALISIS & INTERPRETASI HASIL Bab ini berisi tentang analisis dan interpretasi hasil terhadap pengumpulan dan pengolahan data yang dilakukan.

BAB VI

KESI MPULAN DAN SARAN Bab ini berisikan kesimpulan yang diperoleh dari analisis pemecahan masalah maupun hasil pengumpulan data serta saran-saran perbaikan atas permasalahan yang dibahas.

commit to user

I-5


digilib.uns.ac.id

BAB II TINJAUAN PUSTAKA Bab ini membahas mengenai konsep dan teori yang digunakan dalam penelitian, sebagai landasan dan dasar pemikiran untuk membahas serta menganalisa permasalahan yang ada. 2.1 KOMPOSIT SERAT ALAM (COMPOSITE NATURAL FIBER) Serat alam merupakan hasil dari bahan tanaman berserat yang diproduksi sebagai hasil dari fotosintesa. Pada sub-bab berikut dibahas mengenai karakteristik pada komposit serat alam (composite natural fiber), pengujian geser pada bahan komposit serat alam, dan spesimen pengujian geser pada bahan komposit serat alam. 2.1.1 Karakteristik Pada Komposit Serat Alam Composite natural fiber atau komposit serat alam memiliki keuntungan dibandingkan dengan serat sintetis, seperti mudah didapatkan, berat lebih ringan, mampu melalui proses manufaktur atau pengolahan secara alami, dan ramah lingkungan. Komposit serat alam merupakan bahan alternatif baru, mempunyai kekuatan dan kekakuan yang relatif tinggi dan tidak menyebabkan iritasi pada kulit. Keuntungan yang lainnya adalah kualitas dapat divariasikan dan memiliki stabilitas panas yang rendah (Lokantara, 2007). Karakterisasi bahan komposit menjadi sulit dipahami, karena perkembangan penelitian bahan alternatif pengganti anorganik yang semakin luas. Hal ini menyebabkan pengembangan metode pengujian dan teknik yang sudah ada terus diverifikasi dan dikaji ulang. Faktor kesulitan lain yang timbul dalam pengujian komposit juga muncul pada saat proses pengujian komposit serat alam karena keragaman yang melekat dari sifat geometris, fisik, dan mekanis dari jenis serat yang digunakan (Pickering, 2008). Pickering (2008), menjelaskan bahwa laporan literatur ilmiah pada sifat mekanik komposit serat alam memiliki kriteria dan standar nilai yang berbedabeda. Hal ini sangat sulit untuk menyajikan dalam satu tabel yang berisi daftar karakteristik komposit serat alam, karena keanekaragaman serat yang digunakan, commit to user kondisi kelembaban yang berbeda, dan metode pengujian yang berbeda. II-1


digilib.uns.ac.id

Tabel 2.1 Kelebihan dan kekurangan komposit serat alam Kelebihan

Kekurangan

Berat spesifikasi bahan lebih ringan dibandingkan jenis komposit campuran bahan semen (matriks).

Banyaknya variabilitas.

Sumber daya yang dapat diperbarui dengan Ketahanan produksi air produksi gas emisi CO2 yang rendah. (kelembaban) rendah. Produksi pengolahan ramah lingkungan.

Ketahanan terhadap api rendah.

Tahan pada listrik / tegangan tinggi.

Ketegaran bahan rendah.

Pengatur suhu yang bagus dan insulating propertis sederhana.

Adhesi serat dan matriks yang kurang.

Sumber: Pickering, 2008

2.1.2 Pengujian Pada Bahan Komposit Serat Alam Menurut Pickering (2008), penelitian terhadap material komposit serat alam telah melampaui metode uji yang ditentukan dalam standar. Literatur untuk karakterisasi komposit serat alam sebagian besar seperti pada pengujian logam, kayu, polimers, dan komposit berserat lainnya. Pengetahuan karakteristik komposit serat alam lebih detail dilakukan pada pengujian mekanik yaitu jenis pengujian geser yang terurai, sebagai berikut: 1. Pengujian geser (shear tester). Iosipescu merupakan metode pengujian geser terpopuler. Karakteristik konfigurasi dan pengujian spesimen ditunjukkan pada gambar 2.1 dan gambar 2.2. Metode uji diuraikan dalam standar ASTM D5379-98 menggunakan Wyoming Shear Test Fixture yang diaplikasikan pada mesin uji universal. Tegangan geser rata-rata di seluruh bagian bertakik (V-notch) spesimen dihitung dengan menggunakan rumusan: P=

F ...............................................................................................2.1 A

dengan; F = beban yang diterapkan (N) A = luasan area

(mm2) commit to user

II-2


digilib.uns.ac.id

Gambar 2.1 Karakteristik konfigurasi pengujian geser Sumber: Pickering, 2008

Gambar 2.2 Konsep dasar pengujian geser komposit Sumber: Junaidi, 2009

2.1.3 Spesimen Pada Bahan Komposit Serat Alam Spesimen atau bahan komposit serat alam yang akan diuji ditentukan sesuai standar masing-masing pengujian. Standar pengujian yang dipakai adalah standar ASTM (American Society for Testing and Material). ASTM dibentuk pertama kali pada tahun 1898 oleh sekelompok insinyur dan ilmuwan untuk mengatasi bahan baku besi pada rel kereta api yang selalu bermasalah. Sekarang ini, ASTM mempunyai lebih dari 12.000 buah standarisasi. Standar ASTM banyak digunakan pada negara maju maupun berkembang dalam penelitian akademis maupun industri (http://id.wikipedia.org, 2010). Contoh spesimen beserta geometri yang telah mengacu pada standar ASTM D5379-98 sebagai spesimen dalam pengujian alat uji geser, sebagai berikut: commit to user

II-3


digilib.uns.ac.id

1. Pengujian geser (shear tester). Dimensi spesimen uji geser menggunakan standar ASTM D5379-98. Gambar 2.3 menunjukkan tipe spesimen standar geometri untuk pengujian geser.

Gambar 2.3 Spesimen uji geser standar ASTM D5379-98 Sumber: ASTM international, 1999

dengan; L = Panjang spesimen

= 76 mm

d1 = Lebar spesimen

= 20 mm

d2 = V-notch spesimen

=4

h = Tebal spesimen

= as required = 12 mm

mm

w = Lebar takikan dalam = 12 mm r = radius takikan dalam = 1,3 mm 2.2 ALAT UJI GESER Sub-bab ini membahas kajian teori tentang alat uji geser pada bahan komposit serat alam. Pembahasan dimulai dari deskripsi alat uji geser, teknologi atau konstruksi pada alat uji geser, cara kerja alat uji geser dengan sistem hidrolik, dan proses pembacaan hasil pengujian geser. 2.2.1 Deskripsi Alat Uji Geser Alat uji geser merupakan seperangkat peralatan untuk mengetahui seberapa besar ketahanan geser maksimum yang dapat ditahan oleh material pada kondisi tegangan efektif dan pembebanan secara berkelanjutan, sehingga memungkinkan terjadinya displacement pada material yang diujikan (Nee, 1998). commit to user

II-4


digilib.uns.ac.id

Beberapa jenis proses pengujian geser, salah satunya adalah pengujian Biaxial Iosipescu dilakukan untuk memilih geometri spesimen yang tepat dan memuat kondisi untuk pengukuran kekuatan geser searah pada komposit (Kumosa, 1999). Efek nonlinear diperiksa sehubungan dengan berbagai koefisien geseran, pemindahan, pemuatan sudut, dan perlengkapan non-linier menggunakan teknik penghitungan elemen berhingga. Hal ini menunjukkan bahwa efek nonlinear bernilai kecil untuk tegangan yang terjadi pada pusat spesimen standar Iosipescu, tetapi penting untuk menekankan pendekatan takikan (V-notch) sedalam 4 mm yang diterapkan dalam metode pengujian geser. Dalam beberapa kasus, perbedaan signifikan dalam tekanan atau kompresi dihitung untuk koefisien geseran yang berbeda yang telah diamati (Kumosa, 1999). Metode pengujian geser diarahkan untuk mengukur karakteristik properti dari material yang homogen pada tiap tingkat lapisan. Pada proses pengujian geser, benda uji diberikan takikan berbentuk V-notch (sudut 90o) pada bagian sisi tepi (ASTM D5379-98) yang bernilai subjektif terhadap pengujian. Disadari bahwa dikenakannya sudut 90o (V-notch) pada sisi tepi benda uji, menunjukkan nilai kesalahan atau error yang cukup tinggi dikarenakan proses pengujian berjalan secara geser melintang. Namun, koreksi nilai perlu diberlakukan karena orientasi sudut 0o memberikan efek atau pengaruh pada tegangan tekan lokal (pressure weight). Dengan demikian, hasil dari diberikannya sudut 90o dapat memberikan nilai tegangan geser yang rendah dan mungkin juga terlalu tinggi pada proses pengujian geser (Iosipescu test).

Gambar 2.4 (a) Grafik pengujian geser Iosipescu; (b) Hasil uji geser commit tosudut user 90o Iosipescu dengan takikan Sumber: Pickering, 2008; ASTM international, 1999

II-5


digilib.uns.ac.id

Gambar 2.5 Iosipescu failure and Iosipescu stretching for polymer Sumber: ASTM international, 1999

2.2.2 Teknologi Atau Konstruksi Pada Alat Uji Geser Terjadinya regangan geser murni merupakan hasil uji dan evaluasi dengan memantau secara terpisah pembacaan alat ukur dari ketegangan dan kompresi regangan (Munro, 1990). Keadaan regangan geser murni (seperti yang telah didefinisikan dari pembacaan ketegangan dari alat pengukur kompresi) dapat dihasilkan melalui sudut 90o (V-notch) dari proses pengujian geser, tidak melalui pengujian sudut 0o (spesimen pengujian memiliki permukaan yang halus dan paralel) (Munro, 1990). Teknologi atau konstruksi pada alat uji geser dijelaskan pada landasan teori kekuatan bahan (strength of material) dan konstruksi bahan. Pertimbangan dalam menetukan bahan atau material yang digunakan dalam perancangan alat uji geser, sebagai berikut: 1. Kekuatan bahan (strength of material). Dalam perencanaan struktur, semua elemen harus diberikan ukuran tertentu. Ukuran harus diproporsikan cukup kuat untuk memikul setiap gaya yang mungkin terjadi. Setiap elemen struktur juga harus cukup kaku sehingga tidak melengkung atau berubah bentuk berlebihan pada saat struktur digunakan. Setiap elemen struktur juga tidak boleh terlalu langsing, sehingga tidak kehilangan kestabilan akibat adanya gaya tekan. Perencananaan struktur meliputi penentuan proporsi elemen struktur yang memenuhi kekuatan (strength), kekakuan (stiffness) dan stabilitas (stability) setiap elemen struktur. Kekuatan material dapat didefinisikan sebagai kesanggupan suatu material terhadap gaya. Kekuatan material (σ atau τ) dipengaruhi oleh besarnya momen tahanan (W), tegangan ijin material (σijin atau τijin), dan panjang material (l). commit to user

II-6


digilib.uns.ac.id

Modulus irisan elastis setiap material berbeda-beda, tergantung dari dimensi dan geometri penampang melintangnya. Tabel 2.2 menunjukkan beberapa contoh rumus perhitungan momen inersia (I) dan momen tahanan (W) untuk beberapa geometri melintang material. Tabel 2.2 Perhitungan kekuatan material Profil

I (mm4)

W (mm3)

p 4 D4 D » 64 20

p 3 D3 D » 32 10

bh 3 6

bh 3 6

h4 12

h3 6

p D4 - d 4 4 4 (D - d ) » 64 20

p (D 4 - d 4 ) D 4 - d 4 » 32 D 10 D

D4 - d 4 12

D4 - d 4 6h

Sumber: Strength of Material, 1991

2. Tegangan. Tegangan didefinisikan sebagai tahanan terhadap gaya-gaya luar. Ini diukur dalam bentuk gaya per satuan luas (Alfred, 1983). Tegangan diuraikan commit to user

II-7


digilib.uns.ac.id

menjadi komponen yang tegak lurus dan sejajar dengan arah potongan suatu penampang. Dalam praktek teknik, gaya umumnya diberikan dalam satuan pound atau newton dan luas yang menahan dalam satuan inchi persegi atau millimeter persegi. Sehingga tegangan dinyatakan dalam pound per inchi persegi yang disingkat menjadi psi, atau newton per-milimeter persegi (MPa). Besarnya gaya persatuan luas pada bahan tersebut disebut sebagai tegangan dan lazimnya ditunjukkan dengan huruf Yunani s (sigma) (Kurniawan, 2000). a. Tegangan aksial atau normal yaitu tegangan yang gaya-nya bekerja searah dengan luas penampang benda.

s=¦=

DF .....................................................................................2.2 DA

dengan; F = beban yang diterapkan

(N)

A = luasan area

(mm2)

b. Tegangan geser adalah intensitas gaya pada suatu titik yang sejajar terhadap penampang atau sejajar terhadap permukaan yang mengalami tegangan.

t=n=

DV .....................................................................................2.3 DA

dengan; V = beban geser

(N)

A = luasan area

(mm2)

Satuan tegangan adalah satuan gaya per satuan luas. Dalam sistem internasional (SI) satuan tegangan, adalah: Pa = pascal = Newton/meter2 = N/m2 1 KPa = 1 kilopascal = 103 Pa 1 MPa = 1 megapascal = 106 Pa = 106 N/m2 = 1 N/mm2 Pada batang-batang yang menahan gaya aksial, tegangan yang bekerja pada potongan yang tegak lurus terhadap sumbu batang adalah tegangan normal saja, tegangan geser tidak terjadi. Arah potongan ini juga memberikan tegangan normal maksimum dibandingkan arah-arah potongan lainnya. Perjanjian tanda disamakan dengan gaya aksial, yaitu positif (+) untuk commit to user tegangan tarik dan negatif (-) untuk tegangan tekan. II-8


digilib.uns.ac.id

3. Regangan. Regangan adalah perubahan bentuk. Semua bagian bahan yang mengalami gaya-gaya luar, dan selanjutnya tegangan dalam akan mengalami perubahan bentuk. Perubahan bentuk total (total deformation) yang dihasilkan oleh suatu bahan atau benda dinyatakan dengan huruf Yunani d (delta). Jika panjang adalah L, perubahan bentuk per satuan panjang dinyatakan dengan huruf Yunani e (epsilon).

e=

d .............................................................................................2.4 L

4. Hukum Hooke (Hooke's Law). Hampir pada semua material logam, pengujian geser merupakan tahap awal dalam percobaan terhadap material logam yang diujikan. Hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan pergeseran bahan tersebut. Ini disebut daerah linier atau linear zone. Di daerah ini, kurva pertambahan panjang vs beban mengikuti aturan Hooke yaitu rasio tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan. Stress: σ =

F ................................................................................2.5 A

dengan; F = beban yang diterapkan

(m2)

A = luasan area Strain: ε =

(N)

DL ..............................................................................2.6 L

dengan; DL = perubahan panjang

(mm)

L = panjang awal

(mm)

Hubungan antara stress dan strain dirumuskan: E=

s .........................................................................................2.7 e

Regangan geser dilambangkan γ merupakan tangen θ. Pada grafik tegangan (sumbu vertikal) versus regangan (sumbu horisontal) di daerah elastis, nilai commit to user

II-9


digilib.uns.ac.id

tangens adalah selalu konstan, yang pada bahan tertentu nilainya juga sudah pasti (konstan). Tangens a =

sp .........................................................................2.8 ep

dengan; σp = tegangan pada batas elastik

(N/ mm2)

ep = regangan pada batas elastik

(N/ mm2)

2.2.3 Mekanika Fluida (Hidrolik) Pada sistem kerja alat uji geser, mekanisasi pengerak utama pada alat uji adalah dengan menggunakan sistem penggerak hidrolik. Kata hidrolik (hidraulik, hydraulic) berasal dan kata Yunani “hydro” yang berarti “air”. atau “zat cair” atau “fluida cair”, bermakna semua benda atau zat yang berhubungan dengan “air”. Didefinisikan sebagai segala sesuatu yang berhubungan dengan air. Sekarang kita mendefinisikan “hidrolik” sebagai pemindahan, pengaturan, gayagaya dan gerakan-gerakan zat cair (Punarwan, 2005). Jika suatu zat cair dikenakan tekanan, maka tekanan itu akan merambat ke segala arah dengan tidak bertambah atau berkurang kekuatannya (Archimedes Law). Menurut Punarwan (2005), penggunaan cairan digunakan sebagai sarana perpindahan energi. Minyak mineral adalah cairan yang sering digunakan, tetapi dapat digunakan pula cairan sintetis, seperti air atau emulsi minyak air. Hidromekanika (mekanika zat alir atau mekanika fluida) dibagi menjadi 2, yaitu: 1. Hidrostatika adalah mekanika fluida atau zat cair diam (teori kesetimbangan dalam cairan). 2. Hidrodinamika adalah mekanika fluida yang bergerak (ilmu aliran). Beberapa sifat khusus sistem penggerak hidrolik, yaitu: 1. Gaya yang tinggi (berupa momen putar) dengan ukuran yang kompak, yaitu berupa kepadatan tenaga yang tinggi. 2. Penyesuaian gaya otomatis. 3. Dapat bergerak dari keadaan diam meskipun pada beban penuh. 4. Pengubahan (pengendalian atau pengaturan) tanpa tingkatan dan kecepatan, momen putar (torsi), gaya langkah yang dapat dilakukan dengan mudah. commit to user 5. Perlindungan terhadap beban berlebih yang sederhana.

II-10


digilib.uns.ac.id

6. Sesuai untuk mengendalikan proses gerakan yang cepat dan untuk gerakan sangat lambat yang akurat. 7. Penumpukan energi yang relatif sederhana dengan menggunakan gas. 8. Dapat dikombinasikan dengan tranformasi yang tidak terpusat dari energi hidrolik kembali ke energi mekanik, dapat diperoleh sistem penggerak sentral yang sederhana sehingga dapat ekonomis. Barangkali satu kelebihan yang tak dimiliki energi lainnya, bahwa energi hidrolik adalah salah satu sistem yang paling serbaguna dalam mengubah dan memindahkan tenaga. Terbukti dari sifat kekakuannya namun mempunyai sifat kefleksibilitasan.

commit to user

II-11

Tabel 2.3 Perbandingan berbagai sistem energi No

Kriteria

Hidrolik

Pneumatik

Elektrik / Elektronik

Mekanik

1. Pembawa energi

Oli (secara umum).

Udara.

Elektron.

Poros, batang penghubung, sabuk, roda dll.

2. Perpindahan energi

Pipa, selang, tabung, lubang.

Pipa, selang, tabung, lubang.

Kabel atau bahan yang bersifat konduksi.

Poros, batang penghubung, sabuk, roda dll.

3. Konversi dari dan ke energi mekanik

Pompa, Silinder, Motor Hidrolik.

Kompresor, silinder, motor pneumatik (PN)

Generator, baterai, motor listrik (E), magnet, selenoid, motor induksi.

4. Besaran karakter terpenting

Tekanan P (30…400 bar) Debit Q.

Tekanan P (sekitar 6 bar) Debit Q. Tegangan (V), Arus (I).

Gaya, torsi, putaran, kecepatan.

5. Efisiensi perpindahan energi

Baik sekali atau sempurna, kompak, harga layak dengan teknologi. Operasi sampai 400 bar. Merubah ke gerakan linear sederhana dg silinder.

Baik, terbatas karena tekanan maksimal hanya 6 bar.

Baik, Sebab konversi energi tak diperlukan. Keterbatasannya terlihat pada kemampuan pengontrolannya.

6. Keakuratan gerakan

Sempurna, sebab oli tidak dapat dikompresi.

Cukup baik, sebab udara bersifat kompresibel.

Cukup baik, koefien motor listrik 1/10 x dibanding motor hidrolik. Menghudung dan memutus mudah melalui switch. Sangant bervariasi, kadang tinggi kadang rendah.

7. Efisiensi

Cukup – Baik, kerugian volume dan gesekan selama konversi tergantung pengontrolannya dengan katup-katup. Sempurna, dengan katup-katup (dapat ditingkatkan Sempurna, dengan katup-katup lagi dengan dikombinasikan energi listrik). (dapat ditingkatkan lagi dengan dikombinasikan energi listrik). Sangat mudah, menggunakan silinder. Sangat mudah, menggunakan silinder.

Baik, sepanjang energi ini tersedia sebagai sumber energi utama.

Baik, disini tak perlu proses konversi. Ada kemungkinan kerugian-kerugian gesekan.

Untuk tenaga kecil : sempurna, untuk tenaga besar : cukup-baik. Dg switch, relay, variable resistor dll. Sedikit lebih rumit, dengan menggunakan motor linear.

Cukup-Baik, melalui perpindahan roda gigi dan sistem perpindahan mekanisme bertingkat. Sederhana dengan mekanisme engkol, poros pendek (spindle) dll.

8. Kemampuan untuk dikontrol 9. Pembangkitan gerakan lurus 10. Hubungan pemberian sinyal dari sistem hidrolik dengan sistem

Operasi pneumatik dengan katup- Pengontrolan dengan elektromagnet katup kontrol arah. (solenoid, switch, swit tekanan dll).

Sumber: Punarwan, 2005

II-12

Baik sekali, disebabkan kaitan antara komponen pasti.

Digerakkan atau dilepas dengan pompa, motor hidrolik, silinder, gerakan katup melalui cam dan lintasan.


digilib.uns.ac.id

Menurut Punarwan (2005), alat berat merupakan aplikasi dari hidrolik. Hidrolik merupakan aplikasi dari mekanika fluida. Mekanika fluida merupakan aplikasi ilmu fisika. Hukum-hukum fisika yang mengatur fluida cair sederhana ilmu mekanika benda padat dan lebih sederhana lagi dari sebelumnya dibandingkan dengan hukum-hukum yang mengatur ilmu-ilmu udara, panas, uap, gas, elektron, sinar, gelombang, magnet dan sebagainya lebih menguntungkan mempelajari ilmu mekanika awal. Beberapa hal hidrolik serupa dengan pneumatik (pneumatics-ilmu yang mempelajari pemanfaatan udara bertekanan untuk perpindahan energi) terutama pada prinsip kerja dan komponen-komponennya. Oli bertekanan adalah media pemindah energi yang sehabis dipakai oleh elemen kerja (silinder atau pompa hidrolik) dikembalikan ke penampung (reservoir atau tangki), tidak langsung dibuang ke atmosfer seperti udara bekas pada sistem pneumatik. Dalam sistem hidrolik, fluida cair berfungsi sebagai penerus gaya. Zat cair pada praktiknya memiliki sifat tak dapat dikompresi (incompressible), berbeda dengan fluidagas yang mudah dikompresi (compressible). Karena fluida yang digunakan harus bertekanan, kemudian diteruskan ke segala arah secara merata dengan memberikan arah gerakan yang halus. Ini didukung dengan sifatnya yang selalu menyesuaikan bentuk yang ditempatinya dan tidak dapat dikompresi. Kemampuan yang diuraikan di atas menghasilkan peningkatan kelipatan yang besar pada gaya kerjanya. Kesimpulan sistem hidrolik adalah suatu sistem pemindah tenaga dengan mempergunakan zat cair atau fluida sebagai media atau perantara. Karena sifat cairan yang selalu menyesuaikan bentuk yang ditempatinya mengalir ke segala arah dan dapat melewati berbagai ukuran dan bentuk. Prinsip inilah yang dipergunakan pada alat pengangkat hidrolik. Dengan membuat perbandingan diameter yang berbeda akan mempengaruhi gaya penekan dan gaya angkat yang didapatnya. Pada gambar 2.6, bila diameter piston penekan dibuat lebih kecil dari piston penerima beban atau pengangkat beban akan memberikan gaya tekan yang ringan tetapi gaya tekan itu kemudian diteruskan menjadi gaya dorong ke atas yang besar. commit to user

II-13


digilib.uns.ac.id

Gambar 2.6 Perbandingan gaya pada pengungkit hidrolik Sumber: Punarwan, 2005

Sebagai penggerak pompa hidrolik dapat digunakan motor listrik atau motor penggerak mula. Setelah oli hidrolik dipompa pada tekanan tertentu, kemudian disalurkan ke katup kontrol arah yang bertugas mengatur kemana cairan hidrolik itu dialirkan. Diagram alir sistem hidrolik dapat dilihat pada gambar 2.7. Urutan aliran dimulai dari pembangkit berupa motor listrik atau motor bakar yang menggerakkan pompa oli, kemudian pompa oli meningkatkan tekanan oli yang ditampung pada reservoir. Melalui katup kontrol hidrolik, oli bertekanan dialirkan ke pemakai berupa elemen kerja silinder atau motor hidrolik yang mengubah energi hidrolik itu menjadi energi gerak atau mekanis. Urutan energinya dari motor listrik atau bakar ke silinder hidrolik berturut-turut: energi listrik atau mekanis – energi hidrolik – energi hidrolik – energi mekanis.

Gambar 2.7 Diagram aliran sistem hidrolik Sumber: Punarwan, 2005

Semakin besar beban yang harus di geser, diangkat, dipreskan atau ditekan commit to user pada tekanan tertentu memerlukan tekanan yang relatif tinggi. Semakin cepat

II-14


digilib.uns.ac.id

gerak perpindahan beban, debit (volume yang dihasikan per satuan waktu) pompa hidrolik harus semakin besar. Dengan kata lain gaya yang dihasilkan tergantung pada tekanan kerja dan kecepatan gerak perpindahan tergantung pada debit yang dihasilkan pompa dengan ketentuan ia bekerja pada luas penampang silinder kerja yang sama (Punarwan, 2005). Pada sebuah pompa hidrolik lebih dikenal dalam sebuah kesatuan utuh pompa hidrolik yang digunakan sebagai penggerak yang dikenal sebagai Power Pack Unit. Power pack unit tersusun dari beberapa bagian, yaitu: 1. Tangki hidrolik (hydraulic tank) adalah sebagai tempat penampung oli dari sistem. Selain itu juga berfungsi sebagai pendingin oli yang kembali. 2. Pompa hidrolik (hydraulic pump) sebagai pemindah oli dari tangki ke dalam sistem. Dan bersama komponen lain menimbulkan hydraulic pressure (tenaga hidrolik). 3. Katup pengendali (control valve) berguna untuk mengarahkan jalannya oli ke tempat yang diinginkan. 4. Main relieve valve berguna untuk membatasi tekanan maksimum yang diijinkan dalam hydraulic system, agar sistem sendiri tidak rusak akibat over pressure. 5. Silinder hidrolik (actuator) adalah sebagai pengubah dari tenaga hidrolik menjadi tenaga mekanik. 6. Filter digunakan sebagai media penyaring kotoran atau gram yang ikut terbawa agar tidak ikut bersikulasi kembali.

commit to user

II-15


digilib.uns.ac.id

Gambar 2.8 Power pack unit Sumber: Graco Inc, 1996

Perbandingan sistem hidrolik dengan sistem mekanik, sebagai berikut: 1. Keuntungannya, yaitu: a. Dapat menyalurkan torsi dan gaya besar. b. Pencegahan over load tidak sukar. c. Kontrol gaya pengoperasian mudah dan cepat. d. Pergantian kecepatan lebih mudah. e. Getaran halus. f. Daya tahan lebih lama. 2. Kerugiannya, yaitu: a. Peka terhadap kebocoran. b. Peka terhadap perubahan temperatur. c. Kadang-kadang kecepatan kerja berubah. d. Kerja sistem salurannya tidak sederhana (kompleks). commit to user

II-16


digilib.uns.ac.id

Definisi dan perhitungan dalam satuan Internasional (SI) adalah sebuah massa (diartikan sebagai sekumpulan materi) sebesar 1 kg mengakibatkan gaya berat sebesar 1 Kp diatas tanah. Menurut sistem satuan SI gaya diberi satuan Newton (N) (id.wikipedia.org, 2010) F = m . g .........................................................................................2.9

dengan; 1 Kp = 1 kg . 9,81 1 N = 1 kg . 1

kg m m = 9,81 2 2 s s

kg m m = 1 2 , dengan demikian 1 Kp = 9,81 N. Untuk keperluan 2 s s

praktisnya, 1 Kp = 10 N Tekanan, adalah salah satu pengukuran yang penting dalam hidrolik, yang didefinisikan sebagai gaya per satuan luas. P=

F A

dengan; 1 bar = 10 1

(

N ) ...........................................................................2.10 cm 2

N daN Kp =1 ; 1 bar = 1,02 2 2 cm cm 2 cm

Kp = 0,98 bar Jika digunakan satuan SI untuk gaya (N) dan luas m2, maka kita 2 cm

dapatkan satuan tekanan dalam Pascal, dimana: 1 Pa = 1

N mm 2

Dibidang hidrolik umumnya tekanan kerja diberi simbul (P) yang menunjukkan tekanan yang cukup tinggi diatas tekanan atmosfer. 2.2.4 Load Cell Load cell adalah sebuah transduser gaya yang bekerja berdasarkan prinsip deformasi sebuah material akibat adanya tegangan mekanis yang bekerja (Purwanto, 2004). Sebuah sensor Load cell pada dasarnya adalah sebuah perangkat listrik atau elektronika (transduser) yang digunakan untuk mengubah gaya menjadi sinyal listrik (en.wikipedia.org, 2010). Menurut Hastomo, (2001) load cell merupakan sebuah alat yang dipasang sebagai alat bantu yang berfungsi sebagai sensor yang mengirimkan data analog yang kemudian diubah menjadi data digital. Konversi ini tidak terjadi secara commit to user langsung, namun melalui beberapa tahap. Tahapan awal melalui pengaturan

II-17


digilib.uns.ac.id

mekanis, perubahan gaya menjadi sebuah sinyal diukur menggunakan alat ukur bernama strain gauge. Strain gage adalah transduser pasif yang mengubah suatu pergeseran mekanis menjadi perubahan tahanan. Strain gauge digunakan juga untuk mengubah gaya yang masuk menjadi sebuah sinyal listrik. Sebuah load cell biasanya terdiri dari empat regangan dalam sebuah konfigurasi jembatan wheatstone (Madison, 1989). Perubahan tahanan ini sebanding dengan regangan yang diberikan dan diukur dengan sebuah jembatan wheatstone yang dipakai secara khusus. Sensitivitas sebuah strain gage dijelaskan dengan suatu karakteristik yang disebut gage factor, yang didefinisikan sebagai perubahan satuan tahanan dibagi perubahan satuan panjang. Meskipun strain gauge load cell paling banyak digunakan, ada beberapa jenis load cell lain yang dapat ditemukan di industri. Dalam aplikasi industri, hidrolik (hidrostatik) mungkin adalah yang kedua paling banyak digunakan. Pada alat ini digunakan untuk mengeliminasi terjadinya kesalahan pada beberapa alat strain gauge load cell. Penampang load cell untuk beban kerja tekan dihitung dengan persamaan: σ=

F ............................................................................................2.11 A

σ =e . E ..........................................................................................2.12 dengan; σ = Tegangan

(N/mm2)

e = Regangan

(microstrain)

F = Gaya

(N)

A = Luas penampang

(mm2)

E = Modulus elastisitas (N/mm2) Luas penampang load cell (A). F = e .E A

;

A=

F ..........................................................2.13 e. E

commit to user

II-18


digilib.uns.ac.id

Gambar 2.9 Load cell untuk beban tekan Sumber: Purwanto, 2004

Penampang load cell dibuat berbentuk cincin dengan maksud selain untuk memperbesar permukaan load cell juga untuk memudahkan komponen lain supaya terpasang dalam satu sumbu. Sedangkan lubang ulir M-5 digunakan untuk menghubungkan load cell dengan choosen plate, agar load cell lebih fleksibel dipasang pada peralatan uji. Material yang dipilih adalah ASSAB 760, yang memiliki karakteristik mekanik material, sebagai berikut: Tensile Strength

= 65–80 kg/mm2

Yield Point

= 35–45 kg/mm2

Elasticity Modul

= 210.103 N/mm

2.2.5 Sistem Kendali Alat Uji Geser Sistem kendali adalah suatu proses pengaturan atau pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variable, parameter) sehingga berada pada suatu harga atau dalam suatu rangkaian harga (range) tertentu. Komponen-komponen yang terdapat dalam sistem kontrol lebih mudah digambarkan dalam bentuk blok diagram (Prasetyo, 2008).

Gambar 2.10 Blok diagram sistem kontrol Sumber: Prasteyo, 2008

commit to user

II-19


digilib.uns.ac.id

Blok diagram pada gambar 2.10 merupakan suatu pernyataan grafis yang ditujukan untuk menggambarkan sebuah sistem kendali. Fungsi dari komponenkomponen penyusun blok diagram, yaitu: 1. Input (R(t)), Input adalah nilai yang diinginkan bagi variabel yang dikontrol selama pengendalian. 2. Error signal (e(t)), Selisih antara r(t)-c(t), input dengan output. Merupakan inputan bagi kontroler dan nilainya harus sekecil mungkin. Error signal menggerakkan kontroler untuk mendapatkan keluaran pada satu harga yang diinginkan. 3. Kontroler, Fungsi utama kontroler adalah membandingkan harga yang sebenarnya dari keluaran (plant) dengan harga yang diinginkan (setting point). 4. Control signal U(t), Output dari kontroler berfungsi sebagai sinyal pengontrol. Control signal ini menyebabkan output menjadi sama dengan input. 5. Aktuator, Komponen yang secara fisik melakukan keinginan kontroler dengan suntikan energi tertentu. 6. Plant atau proses, Objek yang dikontrol oleh sistem berupa proses mekanis, elektris, hidrolis, pneumatic atau kombinasinya. 7. Output (c(t)), Harga atau nilai yang akan dipertahankan bagi variabel yang dikontrol dan merupakan harga yang ditunjuk oleh alat pencatat. 8. Error detector. Merupakan pembanding antara input dengan output yang menghasilkan error signal.

commit to user

II-20


digilib.uns.ac.id

Sistem kendali dikelompokkan menjadi dua yaitu sistem pengendalian secara manual dan sistem pengendalian secara otomatis, yaitu: 1. Sistem pengendalian secara manual. Sistem pengendalian manual masih sering dipakai pada beberapa aplikasi tertentu. Sistem ini dipakai pada proses yang tidak banyak mengalami perubahan beban (load). Salah satu contoh pengendalian secara manual adalah pengendalian manual temperature di sebuah heat exchanger. Load sistem adalah steam (uap air panas) dimana steam tersebut masuk ke dalam tangki untuk memindahkan energi panas ke air dingin yang sudah masuk terlebih dahulu ke dalam tangki. Manusia bertindak sebagai operator untuk membuka dan menutup valve (kran), perannya cukup penting. Operator berperan untuk memperbesar atau memperkecil bukaan valve dimana besar kecilnya bukaan tersebut berpengaruh pada banyaknya steam yang masuk ke dalam tangki. Jumlah steam yang masuk ke dalam tangki itulah yang mempengaruhi output dari heat exchanger tersebut, berupa air panas atau uap air saja.

Gambar 2.11 Blok diagram open loop sistem pengendalian manual pada plant heat exchanger Sumber: Prasteyo, 2008

Sistem pengendalian seperti gambar 2.11 disebut sistem pengendalian open loop karena loop dari pengontrolan terputus oleh peran manusia yang masih berada dalam sistem tersebut. Perlu diketahui bahwa sebuah sistem pengendalian disebut open loop jika perintah koreksi kesalahan masih dilakukan oleh manusia.

commit to user

II-21


digilib.uns.ac.id

2. Sistem pengendalian secara otomatis Pengertian sistem pengendalian secara otomatis adalah pengendalian oleh mesin-mesin atau peralatan yang bekerja secara otomatis dan operasinya dibawah kendali manusia. Sistem ini dilakukan pada sistem kerja closed loop karena perintah koreksi kesalahan bekerja secara otomatis tanpa adanya campur tangan manusia.

Gambar 2.12 Sistem kontrol closed loop Sumber: Prasteyo, 2008

Terdapat umpan balik atau feedback pada sistem kontrol closed loop yang berfungsi mengkoreksi kesalahan dimana tugas untuk mengkoreksi kesalahan dilakukan oleh kontroler ataupun instrumentasi elektronik lainnya tanpa ada campur tangan manusia. Hasilnya lebih akurat karena memiliki error detector. Sistem kendali pada alat uji geser merupakan kendali proses mesin secara otomatis. Pergerakan silinder hidrolis diatur secara otomatis melalui rangkaian elektronik dalam control panel yang terdiri dari beberapa push button. 2.3 STATISTIK PENGUJIAN PADA ALAT UJI GESER Statistik

merupakan

prosedur-prosedur

yang

digunakan

dalam

pengumpulan, penyajian, analisis, dan penafsiran data. Secara garis besar statistik dikelompokkan menjadi dua kelompok besar, yaitu statistika deskriptif dan inferensia statistik. Statistika deskriptif merupakan metode statistik yang menggunakan keseluruhan data untuk menggambarkan seluruh karakteristik dari suatu populasi, contohnya adalah sensus. Sedangkan inferensia statistik melakukan peramalan dan penarikan atas populasi dengan analisis commit to keseluruhan user

II-22


digilib.uns.ac.id

pengambilan contoh atau sebagian data dari populasi. Penggunaan metode inferensia statistik

digunakan sebagai pemecahan masalah-masalah dalam

penelitian ini yang berkaitan dengan statistik. 2.3.1 Perancangan Eksperimen Desain eksperimen merupakan langkah-langkah lengkap yang perlu diambil jauh sebelum eksperimen dilakukan agar supaya data yang semestinya diperlukan dapat diperoleh sehingga akan membawa kepada analisis objektif dan kesimpulan yang berlaku untuk persoalan yang sedang dibahas (Sudjana, 1997). Beberapa istilah atau pengertian yang diketahui dalam desain eksperimen (Sudjana, 1997; Montgomery, 1997), yaitu: 1. Experimental unit (unit eksperimen). Objek eksperimen dimana nilai-nilai variabel respon diukur. 2. Variabel respon (effect). Disebut juga dependent variable atau ukuran performansi, yaitu output yang ingin diukur dalam eksperimen. 3. Faktor. Disebut juga independent variable atau variabel bebas, yaitu input yang nilainya akan diubah-ubah dalam eksperimen. 4. Level (taraf). Merupakan nilai-nilai atau klasifikasi-klasifikasi dari sebuah faktor. Taraf (levels) faktor dinyatakan dengan bilangan 1, 2, 3 dan seterusnya. Misalkan dalam sebuah penelitian terdapat faktor-faktor : a = jenis kelamin b = cara mengajar Selanjutnya taraf untuk faktor a adalah 1 menyatakan laki-laki, 2 menyatakan perempuan (a1, a2). Bila cara mengajar ada tiga, maka dituliskan dengan b1, b2, dan b3. 5. Treatment (perlakuan). Sekumpulan kondisi eksperimen yang akan digunakan terhadap unit eksperimen dalam ruang lingkup desain yang dipilih. Perlakuan merupakan kombinasi level-level dari seluruh faktor yang diuji dalam eksperimen. commit to user

II-23


digilib.uns.ac.id

6. Replikasi. Pengulangan eksperimen dasar yang bertujuan untuk menghasilkan taksiran yang lebih akurat terhadap efek rata-rata suatu faktor ataupun terhadap kekeliruan eksperimen. 7. Faktor pembatas atau blok (Restrictions). Sering disebut juga sebagai variabel kontrol (dalam Statistik Multivariat). Faktor yang mempengaruhi variabel respon tetapi tidak ingin diuji pengaruhnya oleh eksperimenter karena tidak termasuk ke dalam tujuan studi. 8. Randomisasi. Cara mengacak unit-unit eksperimen untuk dialokasikan pada eksperimen. Metode randomisasi yang dipakai dan cara mengkombinasikan level-level dari fakor yang berbeda menentukan jenis disain eksperimen yang akan terbentuk. 9. Kekeliruan eksperimen. Merupakan kegagalan daripada dua unit eksperimen identik yang dikenai perlakuan untuk memberi hasil yang sama. Langkah-langkah setiap proyek eksperimen secara garis besar terdiri tiga tahapan, yaitu planning phase, design phase dan analysis phase. (Hicks, 1993). a. Planning phase. Tahapan dalam planning phase, adalah: 1. Membuat problem statement sejelas-jelasnya. 2. Menentukan variabel bebas (dependent variables), yaitu efek yang ingin diukur, sering disebut sebagai kriteria atau ukuran performansi. 3. Menentukan independent variables. 4. Menentukan level-level yang akan diuji kemudian menentukan sifatnya, yaitu: a. Kualitatif atau kuantitatif? b. Fixed atau random? 5. Tentukan cara bagaimana level-level dari

beberapa faktor akan

dikombinasikan (khusus untuk eksperimen dua faktor atau lebih). b. Design phase. Tahapan dalam design phase, adalah: 1. Menentukan jumlah observasi yangtodiambil. commit user

II-24


digilib.uns.ac.id

2. Menentukan urutan eksperimen (urutan pengambilan data). 3. Menentukan metode randomisasi. 4. Menentukan model matematik yang menjelaskan variabel respon. 5. Menentukan hipotesis yang akan diuji. c. Analysis phase. Tahapan dalam analysis phase, adalah: 1. Pengumpulan dan pemrosesan data. 2. Menghitung nilai statistik-statistik uji yang dipakai. 3. Menginterpretasikan hasil eksperimen. Adapun tahap-tahap dalam pengolahan data hasil eksperimen meliputi uji krakteristik data, uji ANOVA dan uji pembanding ganda. 1. Uji Karakteristik Data Apabila menggunakan analisis variansi sebagai alat analisa data eksperimen, maka seharusnya sebelum data diolah, terlebih dahulu dilakukan uji karakteristik data berupa uji kenormalan, homogenitas variansi, dan independensi, terhadap data hasil eksperimen. a. Uji normalitas. Uji normalitas adalah uji untuk mengukur apakah data memiliki distribusi normal sehingga dipakai dalam statistik parametrik (statistik inferensial). Ada beberapa metode yang digunakan untuk menguji pola distribusi. Dua diantaranya adalah metode statistik Chi Squared dan Kolmogorov-Smimov. Namun uji Chi-squared tidak cocok digunakan untuk menentukan pola distribusi dari data yang berjumlah kecil. Hal ini dikarenakan terjadinya kesulitan atau kesalahan dalam penentuan interval pada data jumlah kecil. Akibatnya adalah terjadinya kesalahan pengelompokan, selanjutnya ini menyebabkan uji Chi-squared ini tidak sensitif dalam penolakan atau penerimaan temadap H0 (Tjahyanto, 2008). Konsep dasar dari uji normalitas Kolmogorov Smirnov adalah dengan membandingkan distribusi data (yang akan diuji normalitasnya) terhadap distribusi normal baku. Distribusi normal baku adalah data yang telah ditransformasikan ke dalam bentuk Z-Score dan diasumsikan normal. Jadi commit to user

II-25


digilib.uns.ac.id

sebenarnya uji Kolmogorov Smirnov adalah uji beda antara data yang diuji normalitasnya dengan data normal baku (Konsultan Statistik, 2009). Uji Kolmogorov-Smirnov ini dilakukan pada tiap threatment atau perlakuan, dimana pada tiap perlakuan terdiri dari n buah data (replikasi). Persyaratan dalam melakukan uji Kolmogorov-Smirnov (Cahyono, 2006) sebagai berikut: 1. Data berskala interval atau ratio (kuantitatif). 2. Data tunggal atau belum dikelompokkan pada tabel distribusi frekuensi. 3. Dapat digunakan untuk n besar maupun n kecil. Langkah - langkah uji Kolmogorov-Smirnov (Sudjana, 2005) yaitu: 1. Urutkan data dari yang terkecil sampai terbesar. 2. Hitung rata-rata ( x ) dan standar deviasi ( s ) data tersebut. æ ç ç x=è

s=

ö

n

å x ÷÷ø i

i =1

n

åx

.....................................................................................2.14

(å x ) -

2

2 i

i

n -1

n

..............................................................2.15

dengan; xi = data ke-i n = banyaknya data 3. Transformasikan data tersebut menjadi nilai baku ( z ).

z i = (x i - x ) / s ........................................................................2.16 dengan; xi = data ke-i x

= rata-rata

s

= standar deviasi

4. Berdasarkan nilai baku ( z ), tentukan nilai probabilitasnya

P( z )

berdasarkan sebaran normal baku, sebagai probabilitas pengamatan. Gunakan tabel standar luas wilayah di bawah kurva normal. 5. Tentukan nilai probabilitas harapan kumulatif P(x) dengan rumus, sebagai commit to user berikut:

II-26


P( x i ) = i / n

digilib.uns.ac.id

....................................................................................2.17

dengan; i = data ken = jumlah data 6. Tentukan nilai maksimum dari selisih absolut P(z) dan P(x) yaitu: maks | P(z) - P(x)| , sebagai nilai L hitung. Tahap berikutnya adalah menganalisis apakah data observasi dalam n kali replikasi berdistribusi normal. Hipotesis yang diajukan adalah: H0 : Sampel data observasi berasal dari populasi yang berdistribusi normal H1 : Sampel data observasi berasal dari populasi yang tidak berdistribusi normal 7. Memilih taraf nyata a, dengan wilayah kritik Lhitung > La(n). Apabila nilai Lhitung < Ltabel , maka terima H0 dan simpulkan bahwa data observasi berasal dari populasi yang berdistribusi normal. b. Uji Homogenitas Uji homogenitas bertujuan menguji apakah variansi error dari tiap level atau perlakuan bernilai sama. Alat uji yang sering dipakai adalah uji Bartlett. Namun uji Bartlett dapat dilakukan setelah uji normalitas terlampaui. Menghindari kesulitan dalam urutan proses pengolahan, maka alat uji yang dipilih adalah uji Levene Test. Uji Levene dilakukan dengan menggunakan analisis ragam terhadap selisih absolut dari setiap nilai pengamatan dalam sampel dengan rata-rata sampel yang bersangkutan (Permana, 2008). Prosedur uji homogenitas Levene (Wijaya, 2000), sebagai berikut: 1. Kelompokkan data berdasarkan faktor yang akan diuji. 2. Hitung selisih absolut nilai pengamatan terhadap rata-ratanya pada tiap level. 3. Hitung nilai-nilai berikut ini: a. Faktor koreksi ( FK ) =

(å xi ) 2 n

………………………………………2.18

dengan; xi = data hasil pengamatan commit to user i = 1, 2, . . ., n (n banyaknya data) II-27


digilib.uns.ac.id

æ b. SS faktor = ç ç è

(å x )ö÷ - FK ………………………………………... 2.19 2

i

÷ ø

k

dengan; k = banyaknya data pada tiap level c. SS total

=

(å y ) - FK …………………………………………...2.20 2

i

dengan; yi = selisih absolut data hasil pengamatan dengan rata-ratanya untuk tiap level d. SS error = SS total - SS faktor ………………………………………….. 2.21 Nilai-nilai hasil perhitungan di atas dapat dirangkum dalam sebuah daftar analisis ragam sebagaimana tabel 2.4 berikut ini. Tabel 2.4 Skema umum daftar analisis ragam uji homogenitas Sumber

df

SS

MS

Faktor

F

SS(Faktor)

SS(Faktor)/ Df

Error

n-1-f

SSe

SSe / Df

Total

n-1

SStotal

Keragaman

F MS faktor MS error

Sumber: Wijaya, 2000

1. Hipotesis yang diajukan adalah : 2 2 2 2 2 2 H0: s 1 = s 2 = s 3 = s 4 = s 5 = s 6

H1:

Ragam seluruh level faktor tidak semuanya sama.

2. Memilih taraf nyata α. 3. Wilayah kritik: F > F α (v1 ; v2) c. Uji independensi Salah satu upaya mencapai sifat independen dengan melakukan pengacakan terhadap observasi. Namun demikian, jika masalah acak ini diragukan maka dilakukan pengujian dengan cara memplot residual versus urutan pengambilan observasinya. Hasil plot ini memperlihatkan ada tidaknya commit to user ada korelasi antar residual atau pola tertentu. Jika ada pola tertentu, berarti

II-28


digilib.uns.ac.id

error tidak independen. Apabila hal tersebut terjadi, berarti pengacakan urutan eksperimen tidak benar atau eksperimen tidak terurut secara acak (Hicks, 1993). 2.4 PENELITIAN PENUNJANG Sebagai penunjang suatu perancangan alat, diperlukan penelitian terdahulu sebagai acuan referensi. Metode atau langkah pengujian, alat uji yang dipakai, dan bahan spesimen yang diuji. Metode pengujian geser standar bahan komposit dengan metode lekukkan V-notch (90o) pada balok benda uji merupakan penelitian awal dari Iosipescu, 1967 yang kemudian menjadi acuan dalam standarisasi ASTM D5379-93 yang selanjutnya disempurnakan pada ASTM D5379-98. Pada tahun 1967, Iosipescu mengeluarkan metode untuk menguji kekuatan geser untuk material logam. Proses pengujian menggunakan metode Shear Iosipescu sesuai dengan nama peneliti yang menerapkan pertama kali proses pengujian. Pada spesimen bahan uji, terdapat dua takik (V-notch) bersudut 90o (mirror atas bawah) pada sisi bagian tepi dari spesimen dengan tujuan untuk memudahkan terjadinya proses deformasi yang terjadi hanya pada satu titik atau garis. Desain alat uji dibuat asimetri dengan tujuan memudahkan proses pengujian dan untuk membedakan antara head penekan spesimen dan base penahan spesimen.

Gambar 2.13 Pengujian geser Iosipescu Sumber: Hui, 2000

commit to user

II-29


digilib.uns.ac.id

Besar gaya yang bekerja secara berlawanan, besarnya P (P1 dan P2) vertikal sama dengan besarnya P (P1 dan P2) horizontal sehingga akan dihasilkan besaran

sxy konstan atau tetap selama proses penekanan benda uji (T). Kedalaman setiap kedudukan setara dengan seperempat dari tinggi total. Fixture uji geser tersusun dari dua buah bagian identik yang antisymmetrically penempatannya terhadap spesimen dan dikenakan pada bagian antara kepala mesin uji dengan spesimen benda uji (gambar 2.14). Penekanan ke arah bawah atau penarikan beban, tegangan geser yang seragam dikenakan atau ditujukan pada bagian yang berlekuk atau paling kritis, dari spesimen. Tegangan geser murni diverifikasi dengan metode dari fotoelastisitas.

Gambar 2.14 Pengujian geser Wyoming Sumber: Hui, 2000

Walrath, D.E dan Adams (1983) memaparkan versi menurut mereka hasil dari uji geser Iosipescu untuk material berbahan komposit. Pada bagian yang bergerak pada fixture, terpasang bearing post (bearing bertipe linear motion) untuk menjaga kestabilan pergerakan pada saat pengujian (gambar. 2.14). Akibat dari pemakaian bearing post tadi adalah tidak mempertahankan dua bagian fixture yang antisymmetry. Jadi, antisymmetry dari dua bagian tidak dipertahankan. Versi ini kemudian diadopsi sebagai metode standar pengujian geser untuk bahan komposit dengan menggunakan metode V-notched beam. Versi ini juga kemudian diadopsi sebagai ASTM pada standarisasi internasional. Interaksi hasil pengujian antara spesimen dan tes fixture kemudian diselidiki oleh Odom dan kawan-kawan dimana mereka mengidentifikasi tiga masalah pada pengujian. Identifikasi commit to user pertama pada fixture tidak mampu digunakan atau memuat spesimen yang II-30


digilib.uns.ac.id

asimetris. Identifikasi yang kedua spesimen mengalami puntiran dan pelenturan selama proses pengujian dan identifikasi yang ketiga adalah pada dua bagian dimungkinkan fixture mengalami pergeseran atau tidak sejajar (missalign) selama pengujian Ifju, P.G (1994) juga mengeluarkan pendapat bahwa Wyoming uji geser tidak menghasilkan tegangan geser murni sebagaimana dibuktikan oleh adanya strain normal pada bagian yang kritis dari spesimen.

Gambar 2.15 Pengujian geser Idaho Sumber: Hui, 2000

Conant dan Odom (1994) menemukan bahwa ketidakstabilan lateral spesimen adalah efek penyebab utama yang tidak diinginkan dalam pelaksanaan uji geser Wyoming (gambar 2.14). Setelah serangkaian pengujian menggunakan prototipe alat uji geser, para penulis ini merancang fixture uji geser Idaho (gambar 2.15). Pertama, memulihkan antisymmetry pada dua bagian dari fixture seperti yang ditentukan pada gambar 2.14. Kemudian mereka menggunakan dua batang fixture sebagai guide untuk membatasi fixture supaya bergerak dan memindahkan hanya sepanjang batang. Batang bergeser menyesuaikan linier atau arah bantalan yang bisa diperketat untuk mendapatkan zero-play untuk mencegah arah pengujian keluar dari arah atau linear pengujian, kemungkinan pergeseran arah atau linear pengujian dikarenakan struktur spesimen yang terdiri dari bahan commit to user

II-31


digilib.uns.ac.id

nonhomogen seperti kayu, lem, kertas dsb. Beban geser murni, sebuah spesimen pengujian mengalami deformasi geser jika susunan spesimen isotropik atau deformasi geser bertambah melebihi normal jika susunan spesimen anisotropik. Kesimpulannya penekanan horizontal diinduksi melalui batang panduan (gambar 2.15) dan ditujukan pada bagian paling kritis dari spesimen.

Gambar 2.16 Pengujian geser FPL Sumber: Hui, 2000

Liu dan kawan-kawan (1999) kemudian merancang FPL fixture Pengujian geser (gambar 2.16), bagian konvensional terdiri dari bagian kanan atas dan bagian kiri bawah. Pada bagian kanan bawah dan bagian kiri atas adalah dua blok pengendalian saat proses pengujian dilakukan. Blok ini dirancang sebagai panduan dan arah menuju proses pengujian secara konvensional, kedua bagian dipasang batang yang mampu bergerak dengan menggunakan bantalan luncur sebagai media penggeraknya. Blok atas kiri merupakan bagian yang fix yang digunakan sebagai orientasi menuju bagian kiri bawah oleh dua batang vertikal dan untuk menuju bagian kanan atas oleh dua batang yang berkedudukan secara horizontal. Blok kanan bawah dipasang bersamaan dengan dua bagian yang dipasang sebelumnya. Desain FPL fixture mengatasi kendala dalam uji geser Idaho dan mempunyai fungsi sama dengan fixture Iosipescu, kecuali bahwa FPL fixture tidak terjadi twist (perputaran atau pembengkokan) atau misalign untuk spesimen dari bahan kayu atau bahan orthotropik lainnya. commit to user

II-32


digilib.uns.ac.id

BAB III METODOLOGI PENELITIAN Pada bab ini diuraikan secara sistematis mengenai langkah-langkah yang dilakukan dalam perancangan alat uji geser untuk bahan komposit serat alam. Sistematika menunjukkan bahwa hasil dari tiap tahapan menjadi masukan pada tahap berikutnya. Flowchart metodologi penelitian dapat dilihat pada gambar 3.1.

commit to user Gambar 3.1 Metodologi penelitian

III-1


digilib.uns.ac.id

3.1 IDENTIFIKASI MASALAH Berdasarkan latar belakang di atas maka perumusan masalahnya adalah bagaimana merancang alat uji geser untuk pengujian material berbahan komposit serat alam, agar diperoleh spesifikasi ukuran dimensi alat yang dapat dioperasikan dilingkungan Laboratorium Pengendalian Kualitas Teknik Industri Universitas Sebelas Maret Surakarta. Pada tahap ini diawali dengan studi literatur, studi lapangan, penentuan tujuan penelitian dan menentukan manfaat penelitian. Langkah-langkah yang ada pada tahap identifikasi masalah tersebut dijelaskan pada sub bab berikut ini. 3.1.1 Studi Pustaka Studi pustaka dilakukan untuk mendukung proses identifikasi masalah pada penelitian ini, yaitu merupakan perancangan alat uji geser untuk bahan spesimen komposit serat alam dengan memperhatikan aspek keterulangan hasil pengujian. Studi pustaka dilakukan untuk memperoleh informasi pendukung yang diperlukan dalam penyusunan laporan penelitian, yakni mempelajari literatur standarisasi pengujian geser untuk bahan komposit serat alam (ASTM D5379-98), literatur tentang alat uji geser, penelitian penunjang dan semua pelajaran yang berkaitan dengan masalah konsep pengujian geser sesuai standar yang telah dipilih dan disesuaikan. Pencarian informasi ini dilakukan dengan melalui internet, perpustakaan, sehingga diperoleh referensi yang digunakan untuk mendukung pembahasan perancangan ini. 3.1.2 Studi Lapangan Penelitian dilakukan mulai bulan april – agustus 2010. Penelitian dilakukan di workshop tempat pembuatan alat uji geser dan di Laboratorium Material Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret yang digunakan untuk mengetahui dan mempelajari proses pengujian terhadap material melalui peragaan alat uji universal. Metode untuk mendapatkan data dilakukan dengan pengamatan langsung dan wawancara kepada penanggung jawab laboratorium material selaku pengguna alat uji universal. Setelah dilakukan penelitian, metode atau proses pengujian material diadaptasi untuk kemudian diterapkan dalam proses perancangan alat yang akan dibuatsehingga diharapkan dapat diaplikasikan sesuai commit to user alat uji standar menurut ASTM.

III-2


digilib.uns.ac.id

3.1.3 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ditetapkan agar penelitian yang dilakukan dapat menjawab dan menyelesaikan rumusan masalah yang dihadapi. Adapun tujuan penelitian yang ditetapkan dari hasil perumusan masalah adalah menentukan konstruksi alat uji geser untuk menunjang terciptanya aspek keterulangan hasil pengujian dan melakukan pengujian alat uji geser terhadap karakteristik komposit serat alam dalam aspek keterulangan hasil pengujian. 3.1.4 Manfaat Penelitian Adapun manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah menghasilkan alat uji geser dengan memperhatikan aspek keterulangan hasil pengujian terhadap spesimen. 3.2 TAHAP PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA Pada tahap ini dilakukan pengumpulan dan pengolahan data yang digunakan untuk perancangan alat uji geser untuk bahan spesimen komposit serat alam dengan aspek keterulangan hasil pengujian yang dijelaskan pada sub bab berikut ini. 3.2.1 Pengujian Geser ASTM D5379-98 Data pengujian geser sesuai standar ASTM D5379-98 berupa prinsip kerja dan standar spesimen yang digunakan dalam pengujian. Pada tahap ini telihat jelas proses standar yang harus dilakukan dalam pengujian geser dan struktur material komposit serat alam yang dipilih sebagai spesimen uji geser beserta standar geometrinya. 3.2.2 Identifikasi Alat Uji Geser Tahap identifikasi alat uji geser ini dilakukan melalui pengumpulan data yang digunakan untuk perancangan alat uji geser pada material berbahan dasar komposit serat alam. Data yang dikumpulkan pada penelitian ini adalah identifikasi alat uji geser, kebutuhan perancangan alat uji geser menurut kebutuhan pengguna (user) dan keperluan sesuai standar ASTM D5379-98 yang kemudian memunculkan parameter-parameter rancangan alat uji geser. Langkahlangkah yang ada pada proses pengumpulan dan pengolahan data dijelaskan pada commit to user sub bab berikut ini.

III-3


1.

digilib.uns.ac.id

Identifikasi kebutuhan pengguna alat uji geser (user). Tahap identifikasi kebutuhan pengguna alat uji dilakukan untuk menarik interpretasi kebutuhan pengguna alat uji geser (user) yang nantinya digunakan sebagai dasar perancangan alat uji geser, sehingga konsep dan rancangan alat uji geser mampu memenuhi kebutuhan pengguna.

2.

Identifikasi keperluan sesuai standar ASTM D5379-98. Tahap identifkasi keperluan sesuai standar ASTM D5379-98 diberlakukan sebagai acuan dan penetapan standar yang diterapkan pada perancangan alat uji geser. Penetapan standar yang sesuai diperlukan karena proses pengujian geser standar telah ada dan ditetapkan melalui ASTM D5379-98 tetang standar pengujian geser. Diharapkan hasil keperluan yang terpenuhi mampu mendekati standar yang ditetapkan.

3.

Fishbone diagram alat uji geser. Tahapan fishbone diagram ini diuraikan faktor-faktor yang menyusun kebutuhan perancangan alat uji geser yang digambarkan dan diuraikan melalui diagram fishbone sehingga diketahui beberapa faktor pendukung dalam perancangan alat uji geser.

3.2.3 Konsep Rancangan Alat Uji Geser Pada tahapan konsep rancangan ini memberikan gambaran awal mengenai alat

yang

akan

mempertimbangkan

dibuat

dan

kesesuaian

bagaimana operator

mekanisme atau

mekanik

kerja yang

dengan akan

menggunakannya. Gambaran secara garis besar alat uji geser yang akan dibuat mempermudah perhitungan teknik dalam menentukan konstruksi awal alat, memberikan bentuk awal dari alat dan penentuan peletakan komponen-komponen penyusun alat. 3.2.4 Bill of Materials Alat Uji Geser Tahapan perancangan alat uji geser menyesuaikan dengan spesimen benda uji berbahan dasar komposit serat alam yang ditentukan sebelumnya. Mengacu pada standar rancangan yang telah ada (ASTM D5379-98), perancangan alat uji geser meliputi dimensi alat, spesifikasi alat dan bill of material (BOM) alat uji geser.

commit to user

III-4


digilib.uns.ac.id

3.3 PERANCANGAN ALAT UJI GESER Perancangan alat uji geser merupakan kelanjutan dari tahap sebelumnya, terutama penurunan dari BOM. Pada tahap ini berisi mengenai pemilihan komponen yang memerlukan perhitungan konstruksi. 3.3.1 Mekanika Struktur Rancangan Alat Uji Geser Sub-bab ini berisi perhitungan kekuatan dan konstruksi maupun struktur rancangan alat uji geser sebagai syarat alat uji geser yang memenuhi aspek keterulangan hasil pengujian. 3.3.2 Elemen Penggerak Alat Uji Geser Elemen penggerak merupakan elemen penting dalam perancangan alat uji geser. Perhitungan elemen penggerak alat uji geser dan penentuan kapasitas tenaga dari hidrolik power pack yang didasari atas spesimen komposit serat alam sebagai penentu perhitungan dan konstruksi pemilihan hidrolik power pack. 3.3.3 Rangkaian Pengendali Alat Uji Geser Rangkaian pengendali dan wiring diagram elektrik sebagai pengendali keseluruhan proses dan rancangan alat uji geser dijelaskan lebih detail dan sederhana pada bab ini. 3.3.4 Running Test Alat Uji Geser Pada tahap running test, dilakukan dengan tujuan alat dapat bergerak dan melakukan proses pengujian tanpa mengalami pembebanan. Alat uji geser dirancang dan dibuat dalam keadaan baru, sehingga pergerakan tiap part alat uji belum maksimal karena terjadi gaya gesekan dengan part lainnya. Proses pelumasan diperlukan dalam tahap running test alat uji supaya alat uji dapat bergerak secara halus dan stabil dalam proses pengujian. 3.3.5 Kalibrasi Alat Uji Geser Kalibrasi alat uji geser dilakukan setelah rancangan dan konstruksi alat uji geser dapat dioperasikan tanpa mengalami pembebanan pada saat pergerakan. Kalibrasi alat uji geser dilakukan dengan cara melakukan setting ulang (zero offset) pada sensor berat menggunakan timbangan presisi dengan beban timbangan minimum 10 % dari kapasitas maksimum baca sensor berat. commit to user

III-5


digilib.uns.ac.id

3.4 PENGUJIAN DATA HASIL PENGUJIAN GESER Proses akuisisi data dilakukan pada spesimen yang telah diuji melalui alat uji geser. Data yang diperoleh dan dilakukan pengolahan data adalah beban maksimal (load max) dan kekuatan geser (shear strength) yang dapat ditahan oleh spesimen. Pengujian spesimen diulang hingga memenuhi aspek keterulangan hasil pengujian jika belum memenuhi maka dilakukan kalibrasi ulang. Pengolahan data hasil pengujian menggunakan uji homogenitas data. 3.5 ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL Pada tahap ini dilakukan analisis dan interpretasi hasil terhadap pengumpulan dan pengolahan data sebelumnya. Meliputi analisis perancangan alat uji geser dan hasil pengujian yang diperlihatkan alat setelah proses pengujian terhadap spesimen komposit serat alam dilakukan. 3.6 KESIMPULAN RANCANGAN ALAT UJI GESER Pada tahap ini akan membahas kesimpulan dari hasi pengolahan data dengan memperhatikan tujuan yang ingin dicapai dari penelitian dan kemudian memberikan saran perbaikan yang mungkin dilakukan untuk penelitian selanjutnya.

commit to user

III-6


digilib.uns.ac.id

BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA Pada bab ini berisi tentang keseluruhan tahapan pengumpulan dan pengolahan data yang dilakukan dalam penelitian. Bagian pertama membahas proses pengumpulan data. Bagian kedua membahas proses pengolahan data. Pada bagian ketiga membahas mengenai kinerja dan performansi alat uji geser yang dirancang. Keseluruhan proses dilakukan sebagai dasar dalam memberikan analisis dan interpretasi hasil terhadap penyelesaian permasalahan yang dihadapi. 4.1 PENGUMPULAN DATA Pengumpulan data bertujuan untuk memperoleh informasi awal untuk pengukuran geometri dan konstruksi awal perancangan alat uji geser sesuai standar yang ditentukan. Pengumpulan data yang dilakukan terdiri dari pengumpulan data pengujian geser sesuai standar ASTM D5379-98, identifikasi kebutuhan alat uji geser, konsep perancangan alat uji geser, dan bill of materials alat uji geser. 4.1.1 Pengujian Geser ASTM D5379-98 Proses pengujian geser alat uji geser disesuaikan standar ASTM D5379-98 yang pada penjelasan awal berupa prinsip kerja dan standar spesimen yang digunakan dalam pengujian geser. 1. Prinsip kerja pengujian geser ASTM D5379-98. Material yang akan diujikan terpasang pada fixture uji geser dengan posisi takikan (V-notch 90o) berada ditengah-tengah garis aksi pembebanan melalui sebuah alat (alignment pin) yang berfungsi menjaga kelurusan arah pembebanan dengan tetap merujuk pada pergerakan melintang fixture alat uji geser. Kemudian sisi kepala bagian fixture ini dikompresi oleh sebuah mesin uji, sementara besar beban terus dipantau untuk mengetahui besar beban maksimal yang dihasilkan melalui indikator beban. Deformasi spesimen relatif bergerak diantara dua bagian fixture yang dikenai pembebanan. Dengan menempatkan dua buah strain gauge (diorientasikan bersudut 45o terhadap arah pembebanan) commit di tengah-tengah spesimen sepanjang sumbu to user

IV-1


digilib.uns.ac.id

pembebanan (diusahakan agar strain gauge mempunyai jarak dengan takikan) sehingga responsi geser material dapat terukur. Konsep desain alat uji geser sesuai standar ASTM D5379-98 dapat dilihat pada gambar 4.1. Data yang bisa dperoleh dari standar pengujian geser ASTM D5379-98 adalah dimensi spesimen yang diuji pada alat tersebut. Untuk dimensi spesimen dapat dilihat pada gambar 4.2.

Gambar 4.1 Konsep desain pengujian geser sesuai ASTM D5379-98 Sumber: ASTM international, 1999

Gambar 4.2 Spesimen uji geser standar ASTM D5379–98 Sumber: ASTM international, 1999

dengan; L = Panjang spesimen

= 76 mm

d1 = Lebar spesimen

= 20 mm

d2 = V-notch spesimen

=4

h = Tebal spesimen

= as required = 12 mm

mm

w = Lebar takikan dalam = 12 mm commit to user r = radius takikan dalam = 1.3 mm

IV-2


digilib.uns.ac.id

4.1.2 Identifikasi Alat Uji Geser Mengidentifikasi dan menganalisis keperluan komponen alat merupakan pekerjaan yang mengacu pada hasil dalam suatu perencanaan produk yang menghasilkan produk lengkap dengan analisa produk. Prinsip dasar pengadaan alat adalah membantu mengidentifikasi produk dengan menerapkan sistem pengujian berkala dengan penerapan sesuai standar dan acuan yang dijadikan fungsi dari alat. Identifikasi alat uji geser dibagi menjadi dua, yaitu identifikasi kebutuhan terhadap pengguna (user) alat uji geser dan identifikasi kebutuhan sesuai standar ASTM D5379-98. 1. Identifikasi kebutuhan alat terhadap pengguna (user). Proses pengumpulan data awal perancangan alat uji geser didapatkan melalui wawancara dengan pengguna alat uji dengan bantuan penulis dalam melakukan pencatatan. Hasil wawancara ini dianggap mewakili keinginan pengguna. Wawancara dilakukan terhadap Ketua Jurusan Teknik Industri Universitas Sebelas Maret selaku penanggung jawab laboratorium pengendali kualitas yang nantinya akan menggunakan alat uji geser dalam praktikum pengendalian kualitas. Berikut merupakan pertanyaan yang digunakan untuk mengidentifikasi kebutuhan alat uji geser dalam praktikum pengendalian kualitas di Fakultas Teknik Industri Universitas Sebelas Maret, yaitu: a. Bagaimana cara untuk menguji produk yang dihasilkan oleh praktikan dalam praktikum uji material komposit serat alam di Laboratorium Pengendalian Kualitas di Fakultas Teknik Industri Universitas Sebelas Maret? b. Bagaimana alat uji dirancang supaya mampu melakukan pengujian material komposit serat alam di berbagai tempat? c. Kesulitan apa yang dialami pengguna pada saat melakukan pengujian material komposit serat alam? Hasil wawancara terhadap pengguna alat uji geser mengenai kebutuhan alat uji geser dalam praktikum pengendalian kualitas di Fakultas Teknik Industri Universitas Sebelas Maret dapat dilihat pada tabel 4.1. commit to user

IV-3


digilib.uns.ac.id

Tabel 4.1 Data hasil wawancara dengan pengguna alat uji geser No

Kebutuhan pengguna

1.

Laboratorium jurusan Teknik Industri, belum mempunyai alat uji untuk menguji kualitas produk yang dihasilkan oleh mahasiswa pada praktikum pengendalian kualitas.

100%

2.

Rangkaian alat uji dibuat seminimal mungkin dan dapat dipindahkan penempatan pengujiannya.

40%

3.

Alat uji geser dari segi pengoperasian, alat uji mudah dan aman pada saat digunakan untuk menguji produk.

70%

Tingkat kepentingan

Tahapan wawancara juga dilakukan untuk mengetahui harapan pengguna yang selanjutnya dijadikan bahan dasar pertimbangan dalam menentukan rancangan alat uji geser. Tabel 4.2 menunjukkan pernyataan harapan pengguna. Tabel 4.2 Harapan pengguna alat uji geser No

1.

2.

3.

Faktor kebutuhan

Unit penggerak

Geometri alat

Sistem pembacaan

4.

Sistem kendali

5.

Perawatan alat

Harapan pengguna alat uji geser

Tingkat kepentingan

Alat uji mampu beroperasi secara stabil atau halus dan kontinu disetiap kali pembebanan terhadap spesimen. Beban maksimal yang dihasilkan unit penggerak sebesar 3 ton. Dengan area pengujian yang terbatas, diharapkan peletakan dari alat uji geser bisa memaksimalkan area pengujian yang ada dan tidak mengganggu proses aktivitas lain di laboratorium.

10% 5%

5%

Bentuk dari rancangan alat tidak terlalu rumit sehingga memudahkan pengguna dalam melakukan pengujian.

5%

Fixture alat uji dapat dibongkar pasang dan diganti dengan jenis pengujian lain (modular).

5%

Kemampuan baca sensor beban yang dipilih unuk digunakan mempunyai keakurasian tinggi (0,1 kg) disetiap pengujian.

15%

Alat uji geser mempunyai keterulangan tinggi disetiap kali pengujian. Sistem pengoperasian alat uji geser memudahkan pengguna disetiap kali pengujian. Desain alat uji geser menggunakan komponen sesuai standar sehingga mengurangi perawatan berkala.

10% 5% 10%

6.

Komponen meja utama alat uji geser dibuat dengan bobot yang ringan namun memiliki ketegaran yang tinggi dan Meja utama alat uji penambahan roda ditiap kaki sehingga meja utama dapat dipindah-pindahkan.

7.

Keamanan alat uji

Desain alat dilengkapi bagian-bagian yang menjamin keamanan dan keselamatan pengguna pada saat pengujian.

10%

8.

Standar metode

Pemilihan metode yang digunakan pada alat uji geser sesuai metode standar pengujian geser ASTM D5379-98.

15%

commit to user

IV-4

Total:

5%

100%


digilib.uns.ac.id

Detail penjabaran harapan pengguna alat uji geser digunakan untuk menentukan konsep dari perancangan produk yang akan dibuat. Tabel 4.3 menyatakan penjabaran fitur perancangan ke dalam desain alat uji yang akan dibuat. Tabel 4.3 Penjabaran harapan fitur perancangan alat uji geser No

Penjabaran harapan

Desain alat

1. Unit penggerak.

Pemilihan power pack yang sesuai mampu menggerakkan silinder hidrolik secara halus dengan besar pembebanan yang stabil.

Pemilihan diameter dan material yang tepat beserta proses assembly yang tepat pada silinder hidrolik sesuai katalog silinder hidrolik.

2. Perawatan sederhana.

Intensitas pemakaian alat uji yang digunakan disetiap pengujian Desain alat menggunakan komponen membutuhkan perawatan berkala untuk yang sederhana untuk mengurangi tetap menjaga performa, tetapi juga perawatan berkala. tidak sampai mengganggu atau mengurangi jam kerja pengguna.

3. Dapat dipindah-pindahkan.

Latar belakang tempat yang tidak memungkinkan untuk meletakan alat uji permanen di area laboratorium.

4.

Harapan pengguna

Sistem pembacaan sensor yang akurat.

Metode standar pengujian 5. geser.

Alat dibuat dengan bobot yang ringan namun memiliki ketegaran yang bagus dan ditambahkan roda sehingga memungkinkan untuk dipindah-pindahkankan (movable).

Pemilihan sensor beban (load cell ) Alat uji mampu membaca hasil tipe LFB dengan kapasitas pengujian dengan keakurasian tinggi pembebanan maksimal 2 ton mampu dan keterulangan hasil pengujian yang mewakili keakurasian hasil baik. pengujian. Metode yang digunakan dalam perancangan alat uji sebaiknya sesuai dengan standar yang telah ditetapkan.

Desain alat sesuai dengan standar ASTM D5379-98 namun proses pengujian berjalan secara geser melintang.

2. Identifikasi kebutuhan alat terhadap ASTM D5379-98. Identifikasi kebutuhan alat terhadap standar ASTM merupakan kebutuhankebutuhan yang harus dipenuhi pada saat perancangan alat uji geser dimana kebutuhan-kebutuhan tersebut disesuaikan dengan standar pengujian geser yang digunakan. Metode standar yang digunakan adalah metode ASTM D5379-98 yang merupakan metode untuk menguji kekuatan geser spesimen berbahan komposit yang pada spesimen dikenakan takikan (V-Notch 90o) pada sisi tepi spesimen dengan tujuan terjadinya deformasi atau kepatahan pada bagian kritis spesimen yang dikenakan takikan. Identifikasi kebutuhan sesuai standar ASTM D5379-98 dapatcommit dilihat to pada tabel 4.4. user

IV-5


digilib.uns.ac.id

Tabel 4.4 Identifikasi kebutuhan sesuai standar ASTM D5379-98 No

Kebutuhan

Penjabaran

Metode pengujian geser standar bahan komposit o dengan metode takikan V-notch (90 ) pada balok 1. benda uji merupakan penelitian awal dari proses pengujian geser Iosipescu.

Pengujian Iosipescu menjadi acuan dalam menentukan pengujian geser terpilih.

Tujuan dikenakan V-notch pada spesimen Pada spesimen bahan uji, terdapat dua takik (Vuntuk memudahkan terjadinya proses o 2. notch) bersudut 90 (mirror atas bawah) pada sisi deformasi yang terjadi hanya pada satu titik bagian tepi dari spesimen. atau garis (alignment ). Besar gaya yang bekerja secara berlawanan, besarnya P (P 1 dan P 2 ) vertikal sama dengan Force pembebanan alat uji mempunyai besar 3. besarnya P (P 1 dan P 2 ) horizontal sehingga akan sama untuk setiap pembebanan. dihasilkan besaran s xy konstan atau tetap selama proses penekanan benda uji. Mekanisme pembebanan secara bertahap tanpa 4. adanya “gep’ atau beban kejut pada kepala pembebanan.

Pergerakan silinder hidrolik secara halus dan kontinu memberikan desakan atau pembebanan terhadap alat yang kemudian dteruskan ke spesimen.

Prinsip dasar pencekaman spesimen menggunakan Sistem pencekaman yang digunakan 2 pencekam (two rails ) dengan tujuan 5. mencekam spesimen mempertimbangkan memudahkan proses pembacaan stress beban yang jarak terkecil atau terdekat antar clamping. diterima spesimen.

3. Fishbone Diagram alat uji geser. Hasil dari wawancara terhadap pengguna sesuai tuntutan maupun kebutuhan pengguna dan penjabaran identifikasi keperluan alat uji geser sesuai ASTM D5379-98 dapat diuraikan dengan menggunakan fishbone diagram mengenai perancangan alat uji geser. Fishbone diagram atau diagram tulang ikan merupakan langkah untuk mengetahui hal apa saja yang diperlukan dalam perencanaan perancangan alat uji geser komposit serat alam. Variabel-variabelnya diperoleh dari kelompok kebutuhan alat uji geser.

commit to user

IV-6


digilib.uns.ac.id

Gambar 4.3 Fishbone diagram Penjelasan fishbone diagram dapat dilihat bahwa faktor-faktor yang menyusun dalam perancangan alat uji geser yang diuraikan, sebagai berikut: a. Faktor penggerak, sistem penggerak hidrolik merupakan solusi kebutuhan penggerak alat uji geser yang mampu menghasilkan gerakan stabil dan kontinu dengan besar force maksimal 3 ton. b. Faktor geometri, alat uji geser memiliki geometri sesuai yang memudahkan penyimpanan, fleksibel dan hemat ruang. Bentuk tidak rumit sehingga memudahkan operator untuk membedakan fungsi tiap komponen. c. Faktor sistem pembacaan, pembacaan alat uji geser harus akurat. Load cell merupakan alat yang dapat membaca beban yang terjadi pada saat pengujian yang ditampilkan melalui weighing indicator. d. Faktor sistem kendali, alat uji geser komposit serat alam menggunakan sistem kendali berupa panel box yang dapat mempermudah operator mengendalikan alat uji. e. Faktor safety product, alat uji yang dirancang memiliki tingkat keamanan yang tinggi terutama pada komponen-komponen yang dapat membahayakan operator. f. Faktor methods, metode pengujian alat uji geser sesuai dengan standar ASTM D5379-98.

Metode

tersebut

meliputi

sistem

pencekaman

spesimen

menggunakan dua grip yang terpasang secara melintang pada sisi permukaan plate dan salah satu grip mampu bergeser sesuai proses pengujian, ukuran commit to user

IV-7


digilib.uns.ac.id

spesimen sesuai standar 76 mm x 20 mm x 12 mm menggunakan spesimen komposit serat alam berupa medium density fiberboard (MDF). g. Faktor maintenance, alat uji geser perawatannya mudah. Cukup dibersihkan setelah melakukan pengujian, melakukan kalibrasi load cell secara berkala dan mengecek level oli pada tanki power pack. Terdapat lubang di bawah spesimen agar setiap pengujian bekas patahan spesimen langsung dapat terbuang. h. Faktor meja, meja utama sebagai peletakan fixture alat uji geser. Rancangan meja dibuat supaya meja tetap pada peletakannya namun fixture alat uji dapat diganti-ganti menyesuaikan proses pengujian yang dikehendaki. Meja dirancang mudah dipindah-pindah dengan memberi roda pada kaki-kaki meja. 4.1.3 Konsep Rancangan Alat Uji Geser Konsep perancangan dilakukan untuk memberikan gambaran mengenai kebutuhan pengguna yang kemudian diwujudkan dalam spesifikasi produk hingga muncul satu konsep perancangan yang akan dijadikan acuan dalam perancangan alat uji geser. Konsep perancangan meliputi bentuk dasar, dimensi utama yang fungsional, dan mekanisme kerja. Gambaran secara garis besar alat uji geser yang akan dibuat mempermudah perhitungan teknik dalam menentukan konstruksi awal alat, memberikan bentuk awal dari alat dan penentuan peletakan komponenkomponen penyusun alat. Untuk selanjutnya penjabaran konsep perancangan alat uji geser lebih jelas lagi disajikan pada tabel 4.5.

commit to user

IV-8


digilib.uns.ac.id

Tabel 4.5 Penjabaran konsep perancangan penyusun utama alat uji No

Fitur

1.

Panjang : 1000 mm

2.

Lebar : 600 mm

3.

Tinggi : 990 mm

4.

5.

6.

Penjabaran Dimensi panjang meja berukuran 1000 mm berdasarkan pertimbangan bahwa panjang dan lebar meja utama digunakan sebagai alas dan tempat peletakan silinder hidrolik dan fixture alat uji. Dimensi panjang meja berukuran 1000 mm berdasarkan pertimbangan bahwa panjang dan lebar meja utama digunakan sebagai alas dan tempat peletakan silinder hidrolik dan fixture alat uji. Tinggi keseluruhan meja utama ditambah dengan roda jalan ditiap kaki-kaki meja 900 mm sesuai dengan tinggi siku berdiri pengguna alat uji.

Penggunaan sistem hidrolik power pack sebagai sistem penggerak dengan tujuan alat mampu memberikan Sistem pembebanan : Hidrolik power pembebanan secara bertahap berkelanjutan dan pack menghasilkan laju silinder yang halus dengan besar beban yang dihasilkan dapat diatur melalui pressure control valve

Penggerak : Motor listrik

Roda dan handle

Media penggerak hidrolik power pack berupa motor listrik 3 phase 2 HP 1480 rpm dengan perantara ke gear pump berupa chain couple yang terletak antara motor listrik dan gear pump Supaya mempermudah pengguna alat uji ketika memindahkan alat uji dari atau ke tempat penyimpanan maka dibutuhkan kompenen pendukung berupa roda. Mekanik hanya perlu menarik atau mendorong seorang diri saja, tidak perlu mengangkat dengan bantuan orang lain.

7.

Keakurasian alat : Load Cell

Penggunaan sensor beban (Load cell ) tipe LFB dengan jenis pembebanan langsung mampu memperlihatkan keakurasian nilai hasil pengujian dan keterulangan alat terhadap spesimen.

8.

Sistem pembacaan : Weighing Incicator

Hasil nilai pembebanan melalui load cell ditiap pengujian diperlihatkan melalui alat pembaca atau weighing indicator yang mendeteksi nilai tertinggi kepatahan spesimen.

9.

Sistem kendali alat uji

Sistem kendali sederhana yang digunakan untuk mengoperasikan alat uji geser. Tombol maju untuk menjalankan silinder maju, tombol mundur untuk memundurkan silinder, tombol untuk menjalankan dan memberhentikan motor listrik dan kendali pengatur besar pembebanan yang dikendalikan melalui inverter.

1. Bentuk dasar alat uji geser. Bentuk dasar alat uji geser disesuaikan dengan desain alat uji geser yang sudah ada, yaitu desain alat uji geser Iosipescu. Desain uji geser Iosipescu inilah yang kemudian diadopsi sebagai ASTM D5379-98 pada standarisasi internasional sehingga peneliti menggunakan dasar penelitian uji geser Iosipescu sebagai acuan dalam merancang alat uji geser.

commit to user

IV-9


digilib.uns.ac.id

Gambar 4.4 Bentuk dasar alat uji geser Sumber: ASTM international, 1999

2. Dimensi utama alat uji geser. Dimensi utama alat uji geser terdapat pada bagian pencekaman spesimen. Sistim pencekaman alat uji geser berusaha untuk tetap mempertahankan spesimen mengalami deformasi pada bagian tengah.

Gambar 4.5 Gambar bagian dimensi utama alat uji geser Sumber: ASTM international, 1999

commit to user

IV-10


digilib.uns.ac.id

Gambar 4.6 Gambar 3D rancangan alat uji geser tampak isometri

Gambar 4.7 Gambar 2D rancangan alat uji geser tampak atas

commit to user

IV-11


digilib.uns.ac.id

4.1.4 Bill of Materials Alat Uji Geser Proses perancangan alat uji geser menyesuaikan dengan spesimen benda uji berbahan dasar komposit serat alam yang telah ditentukan pada ASTM D5379-98. Spesifikasi alat uji geser dan komponen penyusunnya dijelaskan melalui bill of material (BOM). Bill of material (BOM) merupakan daftar dari semua material, parts, dan subassemblies, serta kuantitas dari masing-masing yang dibutuhkan untuk memproduksi satu unit produk atau parent assembly. BOM juga didefinisikan sebagai cara komponen-komponen itu bergabung ke dalam suatu produk selama proses produksi.

Panel box Silinder hidrolik

Load cell Shear tester Meja utama

Pwer pack unit

Gambar 4.8 Rancangan alat uji geser Rancangan alat uji geser bekerja secara geser melintang atau horizontal. Sistem penggerak menggunakan tenaga hidraulic power pack, pengendalian commit to user

IV-12


digilib.uns.ac.id

keseluruhan alat pada panel box. Gambar 4.9 menjelaskan rancangan alat uji geser tersusun dari beberapa komponen. Alat uji geser

Komponen meja utama

Komponen kelistrikan

Power pack (inc. cylinder hydraulic)

Load cell

Komponen utama

Komponen pendukung

Control panel

Meja utama

Base plate

Rail

Stopper

Adjustable jaw movable grip

Fix grip

Movable grip

Bushing

Adjustable jaw movable grip_fix

Weighing indicator

Subdistribusion panel

Gear pump 4 cc/rev

Motor listrik 2 HP 1450rpm

One way throttle valve

Pump tank 20 l

4/3 solenoid valve

Rangka profil C

Pendistribusi daya

Penerima daya

Push button

kontaktor 3 phase

Thermal overload relay

Peralatan kontrol

Pengaman listrik

NYY (4x6) mm2

MCB 3 phase

Inverter 2 hp 1 to 3 phase

NYY (4x6) mm2

Kabel penghantar

Pengaman utama

Kabel penghantar

Gambar 4.9 Bill of material alat uji geser Gambar 4.9 bill of material alat uji geser dijelaskan dari setiap komponen penyusun beserta fungsinya, yaitu: 1. Alat uji geser, serangkaian gabungan beberapa komponen penyusun yang berfungsi sebagai alat uji geser terhadap suatu material. 2. Komponen meja utama, berfungsi sebagai penyangga komponen-komponen penyusun alat untuk digunakan dalam pengujian. 3. Power pack unit, serangkaian gabungan komponen pendukung yang dirangkai menjadi sebuah alat yang berfungsi sebagai sumber penggerak dalam alat uji geser. 4. Komponen kelistrikan (panel box), serangkaian komponen yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga listrik ke peralatan-peralatan proses dari sumber listrik. commit to user

IV-13


digilib.uns.ac.id

5. Load cell, sebagai media untuk mengetahui besar beban (force) yang dikenakan terhadap alat uji geser sehingga didapatkan nilai batas patah spesimen yang ditampilkan nilainya melalui weight indicator. 6. Komponen utama, merupakan komponen atau part utama sebagai penyusun alat uji geser. 7. Komponen pendukung, serangkaian gabungan beberapa komponen atau part penyusun alat uji geser yang digunakan sebagai pendukung komponen utama. Alat uji geser

Komponen pendukung

Komponen utama Fixed grip

A. Jaw Movable Grip_Fix

Movable grip

A. Jaw Movable Grip

Main table plate

Meja

Panel box

Stopper

Standard part

Hidraulic power pack

Load cell + Weighing indicator dan outside dial

Rail Pompa hidrolik

Bushing

Tangki hidrolik

Motor hidrolik

Silinder hidrolik

Gambar 4.10 Bill of materials parts alat uji geser BOM alat uji geser meliputi 3 komponen yaitu: komponen utama, komponen pendukung, dan standard part. Penjelasan tiap-tiap komponen sebagai berikut: 1. Komponen utama penyusun alat uji geser. Fixture uji geser merupakan bagian alat uji geser yang berhubungan langsung dengan spesimen uji geser. Alat uji geser dirancang sesuai dengan standar ASTM D5379-98 dengan kesesuaian geometri rancangan terhadap spesimen.

commit to user

IV-14


digilib.uns.ac.id

Gambar 4.11 Rancangan fixture uji geser Gambar 4.11 menjelaskan gambaran dari rancangan uji geser yang digunakan sebagai tempat meletakkan spesimen pada saat pengujian. Fixture tersebut memiliki beberapa part sebagai berikut: a. Fixed grip. Fixed grip merupakan salah satu part atau item yang menyusun alat uji geser secara keseluruhan. Pada part ini, fixed grip berfungsi sebagai pencekam (clamp) spesimen dan part pendukung lain (Adjustable jaw movable grip fix) yang pada pengoperasian alat uji, fixed grip berada dalam keadaan diam. Secara geometris fixed grip mempunyai dimensi panjang 100 mm, lebar 95 mm dan tebal 50 mm. Material yang dipilih untuk digunakan sebagai fixed grip adalah jenis baja steel 60 (St 60) yang mempunyai nilai batas patah (sb) sebesar 600 N/mm2 dengan batas minimum patah sebesar 420 N/mm2. Proses permesinan yang digunakan dalam proses pembuatan fixed grip meliputi proses mesin potong (gergaji), permesinan milling konvensional atau otomatis dengan estimasi pengerjaan 4 jam dari raw material sampai produk jadi.

commit to user

IV-15


digilib.uns.ac.id

Gambar 4.12 Fixed grip b. Movable Grip. Movable grip termasuk salah satu part atau item sebagai penyusun komponen utama alat uji geser. Movable grip berfungsi sebagai pencekam (clamp) spesimen dan part pendukung lain (Adjustable jaw movable grip) yang pada pengoperasian alat uji geser, movable grip berada dalam keadaan bergerak. Proses terjadinya crack (patah) spesimen terjadi dikarenakan pergerakan dari movable grip yang bergerak mendesak spesimen secara linear. Secara geometris movable grip mempunyai dimensi panjang 100 mm, lebar 90 mm dan tebal 49 mm. Material yang dipilih untuk digunakan sebagai movable grip adalah jenis baja steel 60 (St 60) yang mempunyai nilai batas patah (sb) sebesar 600 N/mm2 dengan batas minimum patah sebesar 420 N/mm2. Proses permesinan yang digunakan dalam proses pembuatan fixed grip meliputi proses mesin potong (gergaji), permesinan milling konvensional atau otomatis dengan estimasi pengerjaan 4 jam dari raw material sampai produk jadi.

Gambar 4.13 Movable commit to user grip

IV-16


digilib.uns.ac.id

c. Base plate. Base plate merupakan bagian paling dasar yang menopang fixed grip dan movable grip dalam peletakannya. Peletakan base plate terhadap komponen utama meja disesuaikan dengan ketinggian silinder hidrolik dan load cell. Pada base plate peletakan komponen penyusun alat uji geser. Secara geometris base plate mempunyai dimensi panjang 200 mm, lebar 180 mm dan tebal 10 mm. Material yang dipilih untuk digunakan sebagai base plate adalah jenis baja steel 37 (St 37) atau setara dengan MS yang mempunyai nilai batas patah (sb) sebesar 370 N/mm2 dengan batas minimum patah sebesar 280 N/mm2. Proses permesinan yang digunakan dalam proses pembuatan fixed grip meliputi proses mesin potong (gergaji), permesinan milling konvensional atau otomatis dengan estimasi pengerjaan 1,5 jam dari raw material sampai produk jadi.

Gambar 4.14 Base plate d. Adjustable jaw movable grip fix. Adjustable jaw movable grip fix berfungsi sebagai pencekam (clamp) spesimen terhadap fixed grip pada saat proses pengujian. Adjustable jaw movable grip fix dirancang dapat bergerak secara melintang supaya dapat menyesuaikan dengan lebar spesimen yang dicekam. Secara geometris adjustable jaw movable grip fix mempunyai dimensi panjang 50 mm, lebar 30 mm dan tebal 35 mm. Material yang dipilih untuk digunakan sebagai base plate adalah jenis baja steel 37 (St 37) atau setara dengan MS yang commit mempunyai nilai batas patah (sto sebesar 370 N/mm2 dengan batas b) user

IV-17


digilib.uns.ac.id

minimum patah sebesar 280 N/mm2. Proses permesinan yang digunakan dalam proses pembuatan fixed grip meliputi proses mesin potong (gergaji), permesinan milling konvensional atau otomatis dengan estimasi pengerjaan 1,5 jam dari raw material sampai produk jadi.

Gambar 4.15 Adjustable jaw movable grip_fix e. Adjustable jaw movable grip. Adjustable jaw movable grip berfungsi sebagai pencekam (clamp) spesimen terhadap movable grip pada saat proses pengujian. Adjustable jaw movable grip dirancang dapat bergerak secara melintang supaya dapat menyesuaikan dengan lebar spesimen yang dicekam. Secara geometris adjustable jaw movable grip mempunyai dimensi panjang 50 mm, lebar 30 mm dan tebal 35 mm. Material yang dipilih untuk digunakan sebagai adjustable jaw movable grip adalah jenis baja steel 37 (St 37) atau setara dengan MS yang mempunyai nilai batas patah (sb) sebesar 370 N/mm2 dengan batas minimum patah sebesar 280 N/mm2. Proses permesinan yang digunakan dalam proses pembuatan fixed grip meliputi proses mesin potong (gergaji), permesinan milling konvensional atau otomatis dengan estimasi pengerjaan 1,5 jam dari raw material sampai produk jadi.

Gambar 4.16 Adjustable jaw movable grip commit to user

IV-18


digilib.uns.ac.id

f. Stopper. Stopper merupakan komponen penyusun alat uji geser yang berfungsi sebagai batas pergerakan movable grip terhadap rail dengan panjang pergerakan yang telah dirancang dengan batas pergeseran patah spesimen. Secara geometris stopper mempunyai dimensi panjang 60 mm, lebar 30 mm dan tebal 30 mm. Material yang dipilih untuk digunakan sebagai stopper adalah jenis baja steel 37 (St 37) atau setara dengan MS yang mempunyai nilai batas patah (sb) sebesar 370 N/mm2 dengan batas minimum patah sebesar 280 N/mm2. Proses permesinan yang digunakan dalam proses pembuatan fixed grip meliputi proses mesin potong (gergaji), permesinan milling konvensional atau otomatis dengan estimasi pengerjaan 1 jam dari raw material sampai produk jadi.

Gambar 4.17 Stopper g. Rail. Rail termasuk komponen penyusun alat uji geser yang berfungsi sebagai jalan pergeseran alat uji geser secara keseluruhan. Fungsi lain dari rail adalah

menopang

movable

grip

supaya

tetap

alignment

dalam

pergerakannya. Secara geometris rail mempunyai diameter 10 mm, dan panjang 120 mm. Material yang dipilih untuk digunakan sebagai rail adalah jenis baja VCL atau setara dengan baja paduan keras 7225 yang mempunyai nilai batas patah (sb) sebesar 1100 N/mm2 dengan batas minimum patah sebesar 700 N/mm2. Proses permesinan yang digunakan dalam proses pembuatan fixed grip meliputi proses mesin potong (gergaji), permesinan turning konvensional atau otomatis dengan estimasi pengerjaan 0,5 jam dari raw material sampai produk jadi. commit to user

IV-19


digilib.uns.ac.id

Gambar 4.18 Rail h. Bushing. Bushing merupakan komponen penyusun alat uji geser, namun fungsi bushing sebenarnya adalah sebagai komponen pendukung antara rail dengan movable grip dalam pergerakannya. Bushing dipilih menggunakan material kuningan (brass) dengan pertimbangan jika sering terjadi kontak gesek antara bushing dengan rail, pada part bushing yang mengalami kerusakan daripada part rail. Secara geometris bushing mempunyai diameter 25 mm, dan panjang 40 mm dan berjumlah 2 pc. Material yang dipilih untuk digunakan sebagai bushing adalah jenis material kuningan (brass) 320 N/mm2 dengan batas minimum patah sebesar 265 N/mm2. Proses permesinan yang digunakan dalam proses pembuatan fixed grip meliputi proses mesin potong (gergaji), permesinan milling konvensional atau otomatis dengan estimasi pengerjaan 1 jam dari raw material sampai produk jadi.

Gambar 4.19 Bushing 2. Komponen pendukung alat uji geser. Rancangan alat uji geser diperlukan komponen pendukung utama (main base unit) yang merupakan komponen untuk mendukung proses pengujian alat uji geser secara keseluruhan sehingga diperoleh hasil pengujian yang memenuhi kebutuhan. Main base unit terbagi menjadi beberapa bagian sebagai berikut:

commit to user

IV-20


digilib.uns.ac.id

a. Meja utama. Berfungsi sebagai rangka utama dan tempat peletakan fixture alat uji keseluruhan yang terdiri dari komponen utama dan komponen pendukung yang terpasang menjadi satu kesatuan. Meja utama dirancang sefleksibel mungkin agar dapat dipindahkan dengan mudah dan tidak memakan banyak tempat pada saat penyimpanan.

Gambar 4.20 Meja utama Pemilihan material penyusun meja utama adalah besi profil C tebal 3 mm. Geometri meja berukuran panjang 90 cm, lebar 60 cm dan tinggi 90 cm. Proses pembuatan meja utama melalui proses manufaktur konvensional dengan mesin gerinda potong sebagai alat potong dan menggunakan las listrik sebagai alat pembangun meja. b. Panel box. Kontrol alat uji diatur melalui panel box dimana panel box merupakan tempat peletakan seluruh komponen elektrik yang berfungsi sebagai pengatur kendali pengoperasian alat uji geser. Panel box berbahan dasar plat besi tebal 1 mm dengan dimensi panjang 400 mm, lebar 300 mm, dan tebal 150 mm. Peletakan komponen terbagi menjadi dua bagian yaitu sisi depan (gambar 4.21) dan sisi dalam (gambar 4.22).

commit to user

IV-21


digilib.uns.ac.id

2 1

4

3

Gambar 4.21 Sisi depan panel box keterangan: 1. Forward Push button 2. Reverse Push button 3. On/Off Push button 4. Inverter

6

7

5 8

9

Gambar 4.22 Sisi dalam panel box keterangan: 5. MCB 6. Kontaktor 7. Relay 8. Overload 9. Terminal

c. Hydraulic powerpack. Hydraulic powerpack merupakan penyedia sumber tenaga untuk pergerakan silinder hidrolik. Hydraulic powerpack memiliki komponen yang tersusun dari tangki kapasitas 20 liter, motor 3 phase, valve 5/3 double solenoid, commit to user pompa 4 cc/rev, check valve, dan manometer.

IV-22


digilib.uns.ac.id

Gambar 4.23 Hydraulic powerpack d. Silinder hidrolik. Silinder hidrolik merupakan bagian yang melakukan kontak dari proses pembebanan terhadap alat uji. Silinder hidrolik meneruskan gaya yang dihasilkan dari pompa hidrolik (Hydraulic powerpack) dengan besaran yang dapat diatur. Silinder hidrolik dipilih melalui catalog silinder hidrolik standar dengan besar pembebanan maksimal sebesar 300 bar.

Gambar 4.24 Silinder hidrolik e. Load cell. Load cell merupakan alat media pembaca beban yang digunakan untuk mengukur force yang terjadi saat silinder hidrolik menekan fixture alat uji. Load cell diambil dari jenis low profile tipe LFB dengan beban maksimum load cell sebesar 2 ton.

Gambar 4.24 Load cell commit to user

IV-23


digilib.uns.ac.id

f. Weighing indicator. Weighing

indicator

merupakan

komponen

yang

berfungsi

untuk

menampilkan besar force yang dibaca load cell ke dalam tampilan berbentuk digital. Weighing indicator mampu melakukan penyimpanan data maksimum terakhir saat spesimen mengalami proses fracture.

Gambar 4.26 Weighing indicator g. Dial indicator. Proses pengujian alat uji mengalami pergerakan fixture alat uji disertai pembebanan tehadap spesimen. Pergerakan yang terjadi pada fixture alat uji geser yang disertai proses deformasi atau fracture pada spesimen diukur menggunakan dial indicator.

Gambar 4.27 Dial indicator 4.2 PERHITUNGAN TEKNIK DAN PENENTUAN KOMPONEN Tahap

perhitungan

teknik

dilakukan

pada

tiap

komponen

yang

membutuhkan perhitungan dan perancangan konstruksi sebagai dasar pemilihan rancangan. Pada tahap-tahap pengolahan data lebih lengkap dapat dilihat pada sub-bab selanjutnya.

commit to user

IV-24


digilib.uns.ac.id

4.2.1 Mekanika Struktur Rancangan Alat Uji Geser Mekanika struktur rancangan alat uji geser adalah urutan perhitungan awal untuk menentukan rancangan desain dan geometris alat uji geser sesuai dengan perhitungan mekanika teknik. 1. Perhitungan beban kekuatan spesimen. Konstruksi awal alat uji diperoleh melalui perhitungan beban maksimum yang digunakan sebagai acuan dasar untuk perhitungan mekanika konstruksi dan pemilihan hidrolik power pack. Besarnya pembebanan yang diperoleh pada saat pengujian ditentukan oleh ukuran dan kekuatan maksimum spesimen yang telah ditentukan terlebih dahulu. Besar nilai standar 100 MPa spesimen yang digunakan berasal dari pemilihan jenis serat fiber glass dengan matrix penyusun komposit dari polypropylene (PP). Dengan menggunakan fiber glass sebagai penetapan penentuan kapasitas maksimum alat uji, diharapkan sudah mewakili atas kekuatan maksimum dari spesimen natural fiber yang sudah ada. Pada pengujian geser diasumsikan juga batas kekuatan geser spesimen mempunyai nilai sama dengan kekuatan geser spesimen yang ada pada literatur fiber-reinforced composites material, manufacturing and design (2007).

Gambar 4.28 Spesimen uji geser Besar pembebanan maksimal tensile strength 100 MPa dan luas penampang bidang patahan 20 mm x 10 mm dapat dihitung besar force yang diperlukan dengan persamaan, sebagai berikut:

commit to user

IV-25


digilib.uns.ac.id

a. Luasan bidang geser spesimen. A = l ´t A = 20 mm ´ 10 mm A = 200 mm 2

b. Besar beban maksimal yang mampu diterima spesimen 100 MPa. P=

F A

100 MPa =

F 200 mm 2

F = 100 MPa ´ 200 mm 2 F = 20000 N

dengan: P = Shear strength spesimen (100 MPa = 100 N/mm2). A= P x L. Luasan spesimen (bidang kontak dengan alat uji geser). Bidang kontak dengan alat uji berupa persegi panjang, jika panjang 20 mm dan lebar 10 mm maka luasan bidang adalah 200 mm2. Pada rancangan ini tidak diberikan faktor overload dikarenakan pada pemilihan spesimen telah dipilih dari jenis spesimen fiber glass yang mempunyai shear strength diatas jenis spesimen natural fiber, maka besar gaya geser yang ditetapkan pada rancangan sebesar 20 KN. 2. Perhitungan beban kekuatan alat uji geser. Perhitungan mekanika konstruksi dihitung pada titik kritis yang terjadi pada konstruksi alat uji geser. Titik kritis pada konstruksi alat uji geser terjadi pada movable grip dan rail sebagai media penahan atau pencekam spesimen dan sebagai shaft penahan momen yang terjadi pada bibir pencekaman.

commit to user

IV-26


digilib.uns.ac.id

a. Perhitungan titik kritis movable grip.

Gambar 4.29 Skema pembebanan titik kritis movable grip dengan; b = tebal benda = 49 mm h = tinggi benda = 25 mm F= beban hidrolik = 20 KN · Perhitungan titik berat bidang kontak (c), c = titik berat benda =

1 h 2

1 c = titik berat benda = 25 =12, 5 mm 2

· Perhitungan momen inersia bidang kontak (I), I = inersia square =

bh 3 12

I = inersia square =

49 (25) 3 = 63802, 08 mm 3 12

commit to user

IV-27


digilib.uns.ac.id

Gambar 4.30 Skema gaya pada movable grip Gambar 4.28 merupakan skema gaya pada movable grip. Jarak antar titik pembebanan sebesar F = 20 KN terhadap dinding bidang patahan berjarak l = 48 mm. · Perhitungan momen gaya (M), Mmax = momen maksimum M = F .l M = 20 .10 3 N . 48 mm M = 960 .10 3 N

mm

b. Perhitungan menentukan kekuatan material ( s max ),

s max = s max =

M max c I 960 .10 3 N

.12, 5 mm mm 63802, 02 mm 2

s max = 188, 08 N

mm 2

Sesuai hasil perhitungan kekuatan material didapatkan hasil 188,08 N/mm2, sedangkan pemilihan material pada penjelasan BOM (St 60) memiliki kekuatan material 600 N/mm2. Perbandingan kekuatan material yang terjadi adalah 188,08 N/mm2 ≤ 600 N/mm2. Jadi material yang dipilih dan digunakan sudah memenuhi syarat untuk konstruksi kekuatan. Langkah selanjutnya adalah perhitungan defleksi yang terjadi pada movable grip. Gambar 4.29 menjelaskan defleksi yang terjadi pada movable grip. Spesimen dianggap tegar dan kuat sebagai asumsi dasar perhitungan sehingga movable grip seakan-akan mengalami defleksi. commit to user

IV-28


digilib.uns.ac.id

c. Perhitungan defleksi pada movable grip, yaitu: vmax =

PL3 3EI

dengan; Vmax = Besarnya defleksi (µm) P= Beban maksimum (kN) l = Jarak F1 dengan F2 (m) E= Modulus elastisitas (Gpa) I = Momen inersia (m4) v max v max

PL3 = 3EI 20000 x (0,048) 3 = 3 x 200 x 6,310 -8

v max = 58,5 mm

Gambar 4.31 Skema defleksi pada movable grip Syarat konstruksi aman yaitu defleksi material (Vmax) ≤ 1/10 dari pertambahan spesimen uji (∆l). Pertambahan panjang dihitung sebagai berikut: Mencari besarnya regangan dengan Esp adalah 6000 N/mm2 didapat dari modulus regangan serat alam menurut Pickering (2008).

s = Espesimen e

∆l = l0 x

e=

s sp E sp 100 N

mm 2 6 ´ 10 3 N mm 2 e = 0,0167

e=

commit to user

IV-29


digilib.uns.ac.id

Peubahan panjang material akibat defleksi material, Dl = l 0 ´ e

= 76 mm x 0,0167 = 1,2692 mm, dimana 1/10 ∆l = 0,126 mm Perhitungan 1/10 pertambahan panjang spesimen 0,126 mm sedangkan defleksi maksimal yang terjadi pada lower jig 58,5 µm. Maka perbandingannya adalah 58,5 µm ≤ 0,126 mm. Jadi material dengan kekuatan dan dimensi yang dipilih dan digunakan sudah memenuhi konstruksi perhitungan kekuatan dan defleksi material. d. Perhitungan dan pemilihan material rail. Proses perhitungan dan pemilihan material rail dilakukan dengan tujuan untuk menentukan konstruksi geometri yang sesuai untuk rail. Besar beban yang diterima rail sangat besar karena menerima pembebanan akibat pergerakan movable grip pada saat proses pengujian berjalan. Perhitungan konstruksi rail diasumsikan letak movable grip berada ditengah-tengah rail saat proses pembebanan berlangsung.

Gambar 4.32 Skema titik kritis pada rail shaft

commit to user

IV-30


digilib.uns.ac.id

åMZ = 0 å M Z = 2 Fmax ( x ) ) x F x l = 0 å M Z = 2 Fmax ( x ) ) x 20 KN x 63 mm Fmax ( x ) ) =

1260 KN mm 2 (45 mm)

Fmax ( x ) ) = 14 KN

· Perhitungan momen maksimal rail, M max = FT . X S M max = 14 KN .15 mm M max = 210 KNmm M max = 0,210 KNm

· Perhitungan menentukan kekuatan material ( s max ),

s max =

M max c I

I = inersia circle =

p d4 64

p x (0,010 m) 4 64 I = 3,142857 . 10 -8 m 4 1 c= d 2 1 c = 25 = 12,5mm = 0,0125m 2 0,210 KNm x 0,0125m s max = 3,142857 . 10 -8 m 4 s max = 83,522 N mm 2 I=

Hasil dari perhitungan konstruksi material rail didapatkan nilai untuk batas patah

masimum

( s max )

sebesar

83,522

N/mm2,

namun

dalam

pelaksanaannya dipilih material jenis baja St 60 dengan batas patah minimum 420 N/mm2 (Strength of Material.

Suroto, 1998) sehingga

material aman digunakan karena sesuai perhitungan konstruksi. Pemilihan material yang digunakan pada rail (St 60) termasuk besi baja perlakuan commit to user

IV-31


digilib.uns.ac.id

panas sehingga kekerasan material dapat ditinggikan dengan proses heatreatment. · Perhitungan defleksi pada rail terhadap force yang dikenakan pada movable grip, yaitu: Pb( L2 - b 2 )

3

2

9 3EIL

dengan; P = Besarnya momen maks (N) a= Panjang bidang pembebanan (m) b = Xs = Jarak longgar stopper terhadap rail (m) E= Modulus elastisitas baja (Gpa) I = Momen inersia (m4) L= Jarak sumbu pembebanan (m)

Gambar 4.33 Skema defleksi rail shaft = =

Pb( L2 - b 2 )

3

2

9 3EIL 14 KN 0,015 m (0,063 2 m 2 - 0,015 2 m 2 )

3

2

9 3 x 200 GPa x 4,9087 .10 -10 mm 4 x 0,063 2 m 2

= 0,28 mm

4.2.2 Elemen Mesin Penggerak Alat Uji Geser Konstruksi dan perhitungan elemen mesin penggerak alat uji geser merupakan syarat supaya terpenuhinya commit todalam user menentukan rancangan alat uji

IV-32


digilib.uns.ac.id

geser untuk menentukan besar tekanan kerja minimum dan pemilihan motor penggerak maupun pompa yang sesuai. 1. Perhitungan Tekanan Kerja. Pemilihan jenis pompa penggerak dalam unit powerpack adalah tipe gear pumps dengan pertimbangan mudah didapat dipasaran, harga yang relative murah, tidak berisik pada saat beroperasi dan mampu menghasilkan tenaga besar. Pemilihan menggunakan catalog gear pump dengan dasar perhitungan dan konstruksi sebagai berikut: F piston

= P ´ A1 ´ h dengan h = 95%

Gambar 4.34 Silinder hidrolik A=

p ´ D2 4

Merupakan rumusan luasan penampang silinder. Dalam

perancangan sistem penggerak alat uji menggunakan silider berdiameter 63 mm. Maka besarnya A1 adalah 3117,42 mm2.

p ´ 63 2 A= 4 A = 3117,42 mm 2 F piston

= P ´ A1 ´ h

20000 N = P ´ 3117,42 mm 2 ´ 0,95 P P

20000 N 3117,42 mm 2 = 6,416 N = 64,16 bar mm 2 =

Power loss pada hidrolik diaumsikan sebesar 30% yang terdapat pada rangkaian perpipaan dan pada selang hidrolik, pada sistem gear pump, dan pada pengembalian cairan oli ke reservoir. Dikarenakan adanya factor power loss pada rangkaian hidrolik sebesar 30%, maka besaran P dikoreksi dengan commit to user

IV-33


digilib.uns.ac.id

menambahkan harga sebesar 30% dari hasil perhitungan awal, sehingga didapatkan besar tekanan kerja P = 83,408 bar. 2. Pemilihan Jenis Pompa dan Motor Perancangan sistem gerak alat uji menggunakan spesifikasi pompa dan motor yang telah dikeluarkan oleh supplier berupa katalog yang terdiri dari susunan pompa beserta motor penggerak. Penentuan spesifikasi ditentukan dengan membandingkan nilai dari perhitungan tekanan kerja maksimum yang dibutuhkan dengan nilai out put tekanan yang dihasilkan dari jenis spesifikasi yang ditentukan oleh supplier. Besaran kemudian dibandingkan ke dalam satuan bar. Spesifikasi yang disarankan oleh supplier adalah motor 3 phase dengan daya 1,5 KW 1450 rpm beserta pompa dengan flow rate 4 cc/rev. Diperlukan perhitungan pengoreksian daya loss motor dengan mengkalikan nilai rendemen motor sebesar 85% sebelum melakukan perhitungan lebih lanjut. Besar daya loss motor dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: P2 = h ´ P1 P2 = 0,85 ´ 1,5 P2 = 1,275 KW

Daya loss motor (P2) ini dapat juga dikatakan sebagai daya aktual yang terjadi pada sistem penggerak alat uji. Sehingga dengan pemberian faktor rendemen pada perhitungan maka diharapkan motor tidak mengalami overload pada saat bekerja. Untuk perhitungan debit oli yang dibutuhkan untuk menghasilkan besar pembebanan yang diinginkan menggunakan persamaan sebagai berikut: Q = D´ N

dengan; D = kapasitas flow rate pompa ( cc rev ) N = putaran motor ( rpm = rev min )

commit to user

IV-34


digilib.uns.ac.id

sehingga didapatkan perhitungan: Q = D´ N Q = 4 cc

rev Q = 5800 cc Q = 5,8 l

´ 1450 rev

min

min

min

Besar tekanan yang dihasilkan oleh spesifikasi tersebut dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

P2 ´ 600 Q 1,275 KW ´ 600 Pe = 5,8 l min Pe = 131,89 bar Pe =

Didapatkan hasil perhitungan dari besar tekanan pada spesifikasi supplier sebesar 131,89 bar beserta besar tekanan pada perhitungan tekanan kerja maksimum 83,408 bar maka dapat diambil kesimpulan bahwa spesifikasi pompa dan motor yang akan digunakan sudah memenuhi. 4.2.3 Rangkaian Pengendali Alat Uji Geser Pengendalian alat uji geser secara keseluruhan dikendalikan dari panel box melalui push button. Rangkaian otomatis digunakan untuk mengendalikan laju pergerakan silinder hidrolik. Selenoid control valve yang terpasanag pada powerpack digunakan untuk mengendalikan kestabilan pergerakan silinder. Proses pengendalian secara manual tidak mampu menghasilkan laju pergerakan silinder yang stabil yang menyebabkan besar pembebanan tidak sesuai yang diinginkan.

Gambar 4.35 Rangkaian pengendali alat uji geser commit to user

IV-35


digilib.uns.ac.id

Gambar 4.33 menunjukkan rangkaian closed loop karena ada feedback berupa limit switch. Laju pergerakan silinder dimulai dari input panel box mengirim sinyal ke controller. Output dari controller menuju ke motor hidrolik untuk mengatur aliran oli hidrolik menuju silinder hidrolik untuk pergerakan maju atau mundur. Sensor limit switch berfungsi untuk membatasi panjang langkah silinder baik pergerakan maju maupun mundur atau sebagai pengaman (safety product) gerakan silinder. Kelistrikan alat uji geser terdapat pada controller yang berhubungan dengan motor hidrolik. Komponen-komponen yang terdapat di dalamnya adalah rangkaian push button, miniature circuit breaker (MCB), kontaktor, relay, overload relay (OL), terminal, dan inverter

Gambar 4.36 Rangkaian kelistrikan alat uji geser Arus listrik dihubungkan ke rangkaian melalui MCB kemudian diteruskan menuju inverter. Inverter mengubah listrik 1 phase ke 3 phase, relay secara otomatis terhubung. Output inverter diteruskan ke motor hidrolik melalui to relay. user kontaktor yang terhubung dengan commit overload

IV-36


digilib.uns.ac.id

Gambar 4.37 Wiring diagram Wiring diagram menjelaskan operasional sistem kerja rangkaian kelistrikan alat uji geser. Jika tombol START ditekan komponen kontaktor, relay, dan overload relay terhubung sehingga motor hidrolik hidup. Tombol F untuk menggerakkan silinder hidrolik maju. Tombol R menggerakkan silinder hidrolik mundur. Tombol F dan R dilengkapi sensor limit switch untuk membatasi panjang pergerakan silinder. 4.2.4 Estimasi Biaya Alat Uji Geser Proses perancangan dan pembuatan alat uji geser memerlukan biaya yang tidak sedikit. Estimasi biaya dilakukan untuk memperkirakan besarnya biaya yang dikeluarkan untuk perancangan alat uji geser. Untuk mempermudah biaya total dari material yang diperlukan, kita terlebih dahulu memetakan material per komponen dari perancangan alat uji geser yang dapat dilihat pada tabel 4.6. Estimasi biaya dihitung meliputi biaya material dan biaya non material. Selanjutnya kita dapat mengelompokan sesuai dengan jenis material dan raw material yang dibutuhkan. Keseluruhan biaya material ditunjukkan dalam tabel 4.7. Harga yang tertera diperoleh dari pihak workshop Erwin Development, observasi di Pasar Besi Kusumodilagan, Pasar Besi Gilingan dan Toko peralatan Teknik Bintang Terang Pasar Gede pada bulan Juli 2010.

commit to user

IV-37


digilib.uns.ac.id

Tabel 4.6 Komponen alat uji geser No 1.

2.

3.

4.

5.

Bagian Main Base

Komponen

a. Motor Listrik 2 HP 1480 rpm b. Gear Pump 4 cc c. Flow Control Rate type SCIT Power Pack d. Pressure control valve e. Filter Oil resistence f. 5/3 selenoid valve e. Oli hidrolik a. Outside Dial Measuring Displacement (Tool) b. Magnetic Stand Dial a. Load cell tipe LFB b. Weighing indicator pick hold Bracket Hidro function Cylinder (inc Load Cell Arrangement) c. Housing Load Cell d. Silinder Bor Size 63 stroke 100 mm a. Selang Bracket Power pack b. Nipple Support include housing and fitting+piping c. Cramping Nipple +selang hidrolik

6.

Electricity+control

a. Panel control box b. Inverter 2 hp 1 to 3 phase c. Kontaktor d. Relay e. Terminal f. Push Button g. MCB h. Indicator Lamp i. Overload

7.

Holder clamp for Lamp+Display weighing Indicator

a. Lampu meja kerja

8.

Shear Test Device

9.

Roda

a. Fixed Grip b. Movable Grip c. Base Plate d. A. Jaw Movable Grip Fix e. A. Jaw Movable Grip f. Stopper g. Bushing h. Rail Shaft i. Coin Slide j. Baut Adjustable Jaw k. Mur Adjustable Jaw l. Baut Stopper m. Baut Rail n. Baut Fixed Grip o. Standar pin Roda

Material Besi profil C (t = 3 mm) Standard part Standard part Standard part Standard part Standard part Standard part Standard part Standard part ASSAB 760

Jumlah 1 1 1 1 1 1 1 20 liter 1 1 1

Dibutuhkan (mm) 900 x 900 x 600 -

Standard part

1

-

Mild steel (MS) / A36

1

Ø100 x 60

Standard part

1

-

Standard part Standard part

2 4

2 x Ø3/4 inch x 500 -

Standard part

4

-

Steel Plate t 1,7 Standard part Standard part Standard part Standard part Standard part Standard part Standard part Standard part

1 1 1 1 1 4 1 1 1

-

-

1

-

St. 60 St. 60 Mild steel (MS) / A36 Mild steel (MS) / A37 Mild steel (MS) / A38 Mild steel (MS) / A39 Brass VCL Graphit Inbush Screw M10 Hexagon Socket Head Inbush Screw M6 Inbush Screw M4 Mild steel (MS) / A39 Silver Steel Standard part

1 1 1 1 1 2 2 1 7 2 2 4 2 2 4 4

120 x 105 x 55 121 x 105 x 55 205 x 190 x 15 60 x 50 x 45 61 x 50 x 45 65 x 40 x 35 Ø25.4 x 50 Ø25.4 x 130 Ø25.4 x 15 M10 x 150 10 x 20 M6 x 25 M4 x 15 M6 x 60 Ø6 x 60 -

commit to user

IV-38


digilib.uns.ac.id

Tabel 4.7 Estimasi biaya material No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Item Fixed Grip Movable Grip Base Plate Adjustable Jaw Movable Grip Fix Adjustable Jaw Movable Grip Stopper Bushing Rail Shaft Coin Slide Power Pack Unit Main Base

Material St. 60 St. 60 Mild steel (MS) / A36 Mild steel (MS) / A37 Mild steel (MS) / A38 Mild steel (MS) / A39 Brass VCL Graphit -

Dibutuhkan 120 x 105 x 55 121 x 105 x 55 205 x 190 x 15 60 x 50 x 45 61 x 50 x 45 65 x 40 x 35 Ø25.4 x 50 Ø25.4 x 130 Ø25.4 x 200 1 Unit 1 Unit

Keterangan 1 Kg = Rp 12500 1 Kg = Rp 12500 1 Kg = Rp 10000 1 Kg = Rp 10000 1 Kg = Rp 10000 1 Kg = Rp 10000 1 Kg = Rp 80000 1 Kg = Rp 25000 1 Kg = Rp 20000 -

Jumlah 1 1 1 1 1 2 2 1 7 1 1

12.

Outside Dial

-

Dial micro 0,01

-

1

Rp125.000

13.

Magnetic Stand Dial

-

-

-

1

Rp125.000

14.

Load Cell tipe LFB

ASSAB 760

Tipe LFB 2 ton

Max 2 ton

1

Rp3.300.000

Mild steel (MS) / A36

Max cap. 2 ton Ø100 x 60

Excellent XK31901 Kg = Rp 10000

1 1

Rp1.790.000 Rp30.000

Stroke 100 mm

-

1

Rp1.700.000

2 1 4 1 1 1 1 1 4

Rp300.000 Rp50.000 Rp80.000 Rp200.000 Rp2.350.000 Rp250.000 Rp80.000 Rp10.000 Rp40.000

1

Rp210.000

15. Weight Indicator Pick Hold Function 16. Housing Load Cell 17.

Silinder hidrolik

-

18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26.

Selang Nipple Support Cramping Nipple+selang hidrolick Panel control box Inverter 2 hp 1 to 3 phase Kontaktor Relay Terminal Push Button

Steel Plate t 1,7 -

27.

MCB

-

-

28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37.

Indicator Lamp Overload Lampu meja kerja Roda Hidrolick oil Baut+Mur M10 Baut+Mur M6 Standar pin Baut+Mur M6 Baut+Mur M4

Mild steel (MS) / A36 Mild steel (MS) / A36 Silver steel Mild steel (MS) / A36 Mild steel (MS) / A36

LED Lamp 1 Unit M10 x 150 M6 x 25 Ø6 x 60 M6 x 60 M4 x 15

2 x Ø3/4 inch x 1 pcs cramp = 20000 1 pcs = 10000 -

1 1 1 1 pcs = 20000 4 Water Glycol 20 Liter 1 pcs = 5000 2 1 pcs = 4000 4 1 pcs = 75000 4 1 pcs = 4000 2 1 pcs = 1500 2 Total biaya material:

Total Harga (Rp) Rp150.000 Rp150.000 Rp65.000 Rp35.000 Rp35.000 Rp25.000 Rp72.000 Rp30.000 Rp30.000 Rp7.500.000 Rp1.500.000

Rp8.000 Rp75.000 Rp60.000 Rp80.000 Rp700.000 Rp10.000 Rp16.000 Rp75.000 Rp8.000 Rp3.000 Rp21.267.000

Dari tabel 4.7 diketahui bahwa besarnya biaya yang dikeluarkan untuk pembelian material adalah sebesar Rp 21.267.000 Biaya non material terdiri dari biaya pengerjaan (termasuk biaya tenaga kerja dan biaya proses permesinan) dan biaya ide. Besarnya biaya ide ditentukan sendiri oleh perancang, yaitu diambil prosentase 10% dari biaya material ditambah biaya pengerjaan. Berdasarkan hal tersebut maka dapat diperkirakan biaya non material yang dikeluarkan untuk keperluan perancangan dapat dilihat pada tabel 4.8.

commit to user

IV-39


digilib.uns.ac.id

Tabel 4.8 Estimasi biaya non material No Biaya Non Material 1 Biaya Pengerjaan 2 Ide Total Biaya Non Material

Pengluaran Rp 800.000 Rp 2.206.700 Rp 3.006.700

Keterangan : Biaya ide = 10% x (biaya material + biaya pengerjaan) = 10% x ( Rp 21.267.000 + Rp 800.000) = Rp 2.206.700 Dengan demikian, total biaya yang diperlukan dalam pembuatan mesin uji geser untuk komposit serat alam hasil rancangan dapat dilihat pada tabel 4.9. Tabel 4.9 Total biaya perancangan No Jenis Biaya 1 Biaya Material 2 Biaya Non Material Total Biaya

Rp Rp Rp

Biaya 21.267.000 3.006.700 24.273.700

Besarnya biaya yang diperlukan dalam pembuatan mesin uji geser hasil rancangan adalah sebesar Rp 24.273.700,00 4.2.5 Spesifikasi Alat Uji Geser Sesuai hasil pemilihan dan perhitungan komponen alat uji geser diperoleh spesifikasi alat. Tabel 4.10 Spesifikasi alat uji geser Spesifikasi Dimension L x H x W (cm) Power (W / ph) Motor (V / Hz) Range of spindle speeds (rpm) Max. Flow rate (cc/rev) Max. Pump rate (itr/min) Max. Pressure (bar) Mac. Capacity press (KN) Dia. Bor size Cyl (mm) Max. Length stroke Cyl (mm) Max. Weight (ton) Max. Travel device (mm)

commit to user

IV-40

90 x 150 x 60 600 / 1,5 220 / 50 1450 4 6 270 20 63 100 3 30


digilib.uns.ac.id

4.3 PENGUJIAN DATA HASIL PENGUJIAN GESER Pengujian eksperimen dilakukan untuk mengetahui validasi alat uji geser dan homogenitas hasil pengujian menggunakan alat uji geser. Data awal merupakan hasil awal pengujian alat uji geser yang didapat dari pengambilan spesimen secara acak sebanyak tigapuluh spesimen. Proses pengujian eksperimen meliputi uji normalitas, uji homogenitas, uji independensi dan diakhiri dengan uji ANOVA. Pengujian ini dibagi atas pengujian data load serta data strength dari spesimen yang telah diuji. Tabel 4.11 Data awal pengujian alat uji geser No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Pembebanan (Load) 12mm 143,6 167,4 177 184,4 176,9 180,9 184,8 186,8 185,8 189,7 179,3 180,4 190,5 187,8 182,2 181,5 153,1 185,7 180,5 193,8 180,2 182,5 177,5 183 188,3 185 183,7 186,8 179,5 181,2

11mm 146,7 157,1 172,2 150,5 170,6 166 155,1 174,2 157,5 175,1 172,3 175,3 165,2 183,3 183,5 149 173 167,1 167,1 157,2 157,1 146,2 153,9 161 167,1 160 149,4 162 183,8 162,3

10mm 135,5 139,2 140,3 138,6 140,2 139,7 132,8 136,1 126 134,8 138,8 134 132,4 126,9 136 111,2 135,1 118,7 139,6 116,8 132,9 147,1 110,7 130,3 139,3 131 113,3 147,2 109,8 141,8

Tebal (Thick) 12mm 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12

11mm 11,02 11,12 11,21 11,28 11,16 11,15 11,23 11,19 11,3 11,15 11,43 11,38 11,02 11,17 11,2 11,18 11,5 11,04 11,16 11,18 11,27 11,11 11,04 11,12 11,4 11,17 11,12 11,285 11,24 11,475

Kekuatan material (Strength) 9mm 9,355 9,38 9,42 9,33 9,36 9,33 8,985 9,34 8,94 9,07 9,23 9,05 9,25 8,89 9,03 8,935 9,14 9 9,19 9,13 9,08 9,06 8,98 8,96 8,94 8,96 9,23 9 8,82 8,95

commit to user

IV-41

12mm 0,997 1,163 1,229 1,281 1,228 1,256 1,283 1,297 1,290 1,317 1,245 1,253 1,323 1,304 1,265 1,260 1,063 1,290 1,253 1,346 1,251 1,267 1,233 1,271 1,308 1,285 1,276 1,297 1,247 1,258

11mm 1,109 1,177 1,280 1,112 1,274 1,241 1,151 1,297 1,162 1,309 1,256 1,284 1,249 1,368 1,365 1,111 1,254 1,261 1,248 1,172 1,162 1,097 1,162 1,207 1,221 1,194 1,120 1,196 1,363 1,179

10mm 1,207 1,237 1,241 1,238 1,248 1,248 1,232 1,214 1,174 1,239 1,253 1,234 1,193 1,190 1,255 1,037 1,232 1,099 1,266 1,066 1,220 1,353 1,027 1,212 1,298 1,218 1,023 1,363 1,037 1,320


digilib.uns.ac.id

4.3.1 Pengujian Hasil Pembebanan Geser Pengujian data hasil pembebanan geser didapat dari hasil pembacaan yang ditampilkan oleh weighting indicator setelah sebuah spesimen diuji. Data tersebut kemudian dicatat dan dikumpulkan dalam sebuah lembar pantauan pengujian yang telah disiapkan sebelum pengujian dilakukan. Penentuan level ketebalan (treatment) dipengaruhi oleh besar kecilnya standar deviasi yang dihasilkan oleh level ketebalan awal 12 mm. 1. Uji Normalitas Pengujian normalitas data menggunakan metode Kolmogorov-Smirnov dilakukan terhadap data observasi di tiap perlakuan dengan tujuan untuk mengetahui apakah data observasi dari pengambilan sampel secara acak sebanyak tigapuluh kali pengambilan data (replikasi) berdistrbusi normal. Jumlah perlakuan yang terdapat pada eksperimen adalah 3 perlakuan. Tabel 4.12 Perhitungan uji normalitas load geser a1 i

x

x2

z

3,638 23440 2,706 28023 1,302 31294 0,369 31329 0,359 31506 0,310 32148 0,134 32220 0,114 32472 0,045 32544 0,026 32580 0,016 32725 0,024 32833 0,053 32942 0,082 commit to 33197 0,151

P(z)

P(x)

|P(z)-P(x)|

1

143,6 20621

0,000

0,033

0,033

2

153,1

0,003

0,067

0,063

3

167,4

0,097

0,100

0,003

4

176,9

0,356

0,133

0,223

5

177

0,360

0,167

0,193

6

177,5

0,378

0,200

0,178

7

179,3

0,447

0,233

0,214

8

179,5

0,455

0,267

0,188

9

180,2

0,482

0,300

0,182

10

180,4

0,490

0,333

0,156

11

180,5

0,494

0,367

0,127

12 13 14 15

180,9 181,2 181,5 182,2

0,509 0,521 0,533 user 0,560

0,400 0,433 0,467 0,500

0,109 0,088 0,066 0,060

IV-42


digilib.uns.ac.id

Tabel 4.12 Perhitungan uji normalitas load geser a1 (lanjutan) 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Average

182,5 183 183,7 184,4 184,8 185 185,7 185,8 186,8 186,8 187,8 188,3 189,7 190,5 193,8 181

Stdev

10,2

33306 33489 33746 34003 34151 34225 34484 34522 34894 34894 35269 35457 35986 36290 37558

0,181 0,230 0,298 0,367 0,406 0,426 0,495 0,505 0,603 0,603 0,701 0,750 0,887 0,966 1,290

0,572 0,591 0,617 0,643 0,658 0,665 0,690 0,693 0,727 0,727 0,758 0,773 0,813 0,833 0,901

0,533 0,567 0,600 0,633 0,667 0,700 0,733 0,767 0,800 0,833 0,867 0,900 0,933 0,967 1,000 max L hitung L tabel

0,038 0,024 0,017 0,010 0,009 0,035 0,044 0,074 0,073 0,107 0,108 0,127 0,121 0,134 0,099 0,223 0,223 0,240

Contoh perhitungan uji normalitas load geser komposit serat alam untuk perlakuan a1, sebagai berikut: a. Mengurutkan data observasi dari yang terkecil sampai terbesar: 143.6;….; 153.1; 167.4 sebagaimana ditunjukan pada tabel 4.12 di atas. b. Menghitung rata-rata ( x ) dan standar deviasi (s) data tersebut,

æ n ö ç å xi ÷ x = è i =1 ø n 143.6 + .... + 190.5 + 193.8 x= = 180.66 30

s=

åx

i

i

n -1

n

(143.6 + ... + 190.5 2

s=

(å x ) -

2

2

2

2 ( 143.6 + ... + 190.5 + 197.8) + 193.8 ) 2

30 - 1 commit to user

IV-43

3

= 10.186


digilib.uns.ac.id

c. Mentransformasikan data (x) tersebut menjadi nilai baku (z),

zi =

( xi - x ) s

z1 =

(143.6 - 180.66) = -3.638 10.186

dengan; xi = nilai pengamatan ke-i x = rata-rata

s = standar deviasi Dengan cara yang sama diperoleh seluruh nilai baku, sebagaimana ditunjukan pada kolom z tabel 4.12 di atas. d. Menentukan nilai probabilitasnya P(z) berdasarkan sebaran normal baku, sebagai probabilitas pengamatan. Nilai P (z) didapat dari tabel standar luas wilayah di bawah kurva normal, sebagaimana dapat dilihat pada kolom P(z) tabel 4.12. e. Menentukan nilai probabilitas harapan kumulatif P(x) dengan cara, sebagai berikut: P ( xi ) =

i n

P ( x1 ) =

1 = 0,33 3

Dengan cara yang sama akan diperoleh seluruh nilai P(x) sebagaimana pada kolom P( x ) tabel 4.12 di atas. f. Menentukan nilai maksimum dari selisih absolut P(z) dan P(x), yaitu : maks | P(z) - P(x)| , sebagai nilai L hitung. maks | P(z) - P(x)| = 0,223 g. Menganalisis apakah semua data observasi berdistribusi normal. Hipotesis yang diajukan adalah : H0: Sampel data observasi berasal dari populasi yang berdistribusi normal. H1: Sampel data observasi berasal dari populasi yang berdistribusi tidak normal.

commit to user

IV-44


digilib.uns.ac.id

h. Memilih taraf nyata a = 0.05, dengan wilayah kritik Lhitung > Ltabel. Lhitung = 0,223 L 0,05(3) = 0,240 Hasil = Lhitung < Ltabel, maka terima H0 dan disimpulkan bahwa data observasi berdistribusi normal. Hasil perhitungan uji Kolmogorov-Smirnov untuk semua perlakuan secara lengkap dapat dilihat pada tabel 4.13 berikut ini. Tabel 4.13 Hasil perhitungan uji Kolmogorov-Smirnov No

Perlakuan

1 2 3

12mm 11mm 10mm

L hitung 0,223 0,093 0,153

L tabel

Ho (Ho diterima jika L hitung
Kesimpulan

diterima diterima diterima

normal normal normal

0,24 0,24 0,24

2. Uji Homogenitas Pengujian homogenitas dilakukan dengan metode lavene test, yaitu menguji kesamaan ragam data observasi antar level faktornya. Uji homogenitas dilakukan terhadap data yang dikelompokkan berdasarkan faktor ketebalan. Uji homogenitas antar level faktor ketebalan hipotesis yang diajukan adalah: H0 : s12 = s22 (Data antar level faktor ketebalan memiliki ragam yang sama) H1 :s12≠ s22 (Data antar level faktor ketebalan memiliki ragam yang tidak sama). Taraf nyata a = 0.05 dan wilayah kritik F > F0.05 (2; 87) Prosedur pengujian adalah dengan mengelompokkan data berdasarkan faktor ketebalan, kemudian dicari rata-rata tiap level faktor ketebalan dan dihitung selisih absolut nilai pengamatan terhadap rata-ratanya sebagaimana diperoleh tabel 4.14.

commit to user

IV-45


digilib.uns.ac.id

Tabel 4.14 Residual data antar level faktor ketebalan Replikasi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Average Sum

Faktor ketebalan 12mm 11mm 10mm 143,6 146,7 135,5 167,4 157,1 139,2 177 172,2 140,3 184,4 150,5 138,6 176,9 170,6 140,2 180,9 166 139,7 184,8 155,1 132,8 186,8 174,2 136,1 185,8 157,5 126 189,7 175,1 134,8 179,3 172,3 138,8 180,4 175,3 134 190,5 165,2 132,4 187,8 183,3 126,9 182,2 183,5 136 181,5 149 111,2 153,1 173 135,1 185,7 167,1 118,7 180,5 167,1 139,6 193,8 157,2 116,8 180,2 157,1 132,9 182,5 146,2 147,1 177,5 153,9 110,7 183 161 130,3 188,3 167,1 139,3 185 160 131 183,7 149,4 113,3 186,8 162 147,2 179,5 183,8 109,8 181,2 162,3 141,8 180,66 164,0267 131,87 5419,8 4920,8 3956,1

12mm 37,060 13,260 3,660 3,740 3,760 0,240 4,140 6,140 5,140 9,040 1,360 0,260 9,840 7,140 1,540 0,840 27,560 5,040 0,160 13,140 0,460 1,840 3,160 2,340 7,640 4,340 3,040 6,140 1,160 0,540

Residual 11mm 17,327 6,927 8,173 13,527 6,573 1,973 8,927 10,173 6,527 11,073 8,273 11,273 1,173 19,273 19,473 15,027 8,973 3,073 3,073 6,827 6,927 17,827 10,127 3,027 3,073 4,027 14,627 2,027 19,773 1,727

10mm 3,630 7,330 8,430 6,730 8,330 7,830 0,930 4,230 5,870 2,930 6,930 2,130 0,530 4,970 4,130 20,670 3,230 13,170 7,730 15,070 1,030 15,230 21,170 1,570 7,430 0,870 18,570 15,330 22,070 9,930

Kuadrat residual 12mm 11mm 10mm 1373,444 300,213 13,177 175,828 47,979 53,729 13,396 66,803 71,065 13,988 182,971 45,293 14,138 43,209 69,389 0,058 3,894 61,309 17,140 79,685 0,865 37,700 103,497 17,893 26,420 42,597 34,457 81,722 122,619 8,585 1,850 68,448 48,025 0,068 127,088 4,537 96,826 1,377 0,281 50,980 371,461 24,701 2,372 379,211 17,057 0,706 225,801 427,249 759,554 80,521 10,433 25,402 9,445 173,449 0,026 9,445 59,753 172,660 46,603 227,105 0,212 47,979 1,061 3,386 317,790 231,953 9,986 102,549 448,169 5,476 9,161 2,465 58,370 9,445 55,205 18,836 16,214 0,757 9,242 213,939 344,845 37,700 4,107 235,009 1,346 390,985 487,085 0,292 2,981 98,605

183,72

270,8

248

3009,112 3428,019 3273,503

Selanjutnya menghitung nilai-nilai, sebagai berikut: a. Faktor koreksi (FK). ( .) =

6∑

2

6183.72 + 270.8 + 248 = 90

2

= 5483.715

commit to user

IV-46


digilib.uns.ac.id

b. Sum Square (SS) faktor, total, dan error. ffâisik9y9

ffs

s9y =

ffi

6∑

=

2

²

â

− .

6183.722 + 270.82 + 2482 − 90 90

=

= 135.94 2

² − .

= 63009.1122 + 3428.012 + ⋯ + 3273.502 − 5483.715 = 4226.91

= ffs

s9y −

ffâisik9y9

= 4226.91 − 135.94 = 4090.977

c. Mean Square (MS) faktor dan error.

fâisik9y9

fi

=

=

=

ffâisik9y9 âisik9y9

135.94 2

= 67.97

ffi =

i

4090.977 87

= 47.022

d. Nilai F (F hitung). fâisik9y9 ℎ²s = fi =

67.97 47.022

= 1.445

Hasil perhitungan uji homogenitas terhadap faktor ketebalan dapat dilihat pada tabel 4.15.

commit to user

IV-47


digilib.uns.ac.id

Tabel 4.15 Hasil perhitungan uji homogenitas faktor ketebalan Sumber Keragaman Ketebalan Error Total

df 2 87 89

SS 135,94 4090,98 4226,92

MS 67,97 47,02

F hitung 1,445

F tabel 3,10

Hasil diterima

kesimpulan homogen

Taraf nyata yang dipilih a= 0,05, dengan wilayah kritik penolakan terhadap Fhitung > Ftabel. Berdasarkan tabel 4.15, nilai Fhitung sebesar 1.445 < Ftabel (3.10), sehingga H0 diterima dan disimpulkan bahwa data antar level faktor ketebalan memiliki ragam yang sama (homogen). 3. Uji Independensi Pengujian independensi dilakukan dengan membuat plot residual data untuk setiap perlakuan berdasarkan urutan pengambilan data pada eksperimen. Nilai residual tersebut merupakan selisih data observasi dengan rata-rata tiap perlakuan. Hasil perhitungan nilai residual untuk tiap perlakuan dapat dilihat pada tabel 4.16. Tabel 4.16 Residual data pembebanan geser Perlakuan

kg/mm2

31 69 16 40 1 39 68 22 53 63 7 42 72 26 88 10 32 18 90 64 33 89 2 80 59 23 81 47 35 28

146,7 126 181,5 175,1 143,6 157,5 136,1 182,5 153,9 140,3 184,8 175,3 134 185 147,2 189,7 157,1 185,7 141,8 138,6 172,2 109,8 167,4 116,8 183,8 177,5 132,9 173 170,6 186,8

164,0267 131,87 180,66 164,0267 180,66 164,0267 131,87 180,66 164,0267 131,87 180,66 164,0267 131,87 180,66 131,87 180,66 164,0267 180,66 131,87 131,87 164,0267 131,87 180,66 131,87 164,0267 180,66 131,87 164,0267 164,0267 180,66

6 34 29 85 36 27

180,9 150,5 179,5 139,3 166 183,7

180,66 0,24commit 164,0267 -13,52667 180,66 -1,16 131,87 7,43 164,0267 1,9733333 180,66 3,04

Rata-rata Residual

Perlakuan

kg/mm2

67 79 17 37 82 3 38 65 51 13 77 58 84 20 46 66 87 48 52 8 49 71 86 21 83 14 44 70 78 54 5 73 57 55 19 61

132,8 139,6 153,1 155,1 147,1 177 174,2 140,2 157,1 190,5 135,1 162 130,3 193,8 149 139,7 113,3 167,1 146,2 186,8 167,1 138,8 131 180,2 110,7 187,8 183,3 134,8 118,7 161 176,9 132,4 149,4 167,1 180,5 135,5

-17,32667 -5,87 0,84 11,073333 -37,06 -6,526667 4,23 1,84 -10,12667 8,43 4,14 11,273333 2,13 4,34 15,33 9,04 -6,926667 5,04 9,93 6,73 8,1733333 -22,07 -13,26 -15,07 19,773333 -3,16 1,03 8,9733333 6,5733333 6,14

to user

IV-48

Rata-rata Residual 131,87 131,87 180,66 164,0267 131,87 180,66 164,0267 131,87 164,0267 180,66 131,87 164,0267 131,87 180,66 164,0267 131,87 131,87 164,0267 164,0267 180,66 164,0267 131,87 131,87 180,66 131,87 180,66 164,0267 131,87 131,87 164,0267 180,66 131,87 164,0267 164,0267 180,66 131,87

0,93 7,73 -27,56 -8,926667 15,23 -3,66 10,173333 8,33 -6,926667 9,84 3,23 -2,026667 -1,57 13,14 -15,02667 7,83 -18,57 3,0733333 -17,82667 6,14 3,0733333 6,93 -0,87 -0,46 -21,17 7,14 19,273333 2,93 -13,17 -3,026667 -3,76 0,53 -14,62667 3,0733333 -0,16 3,63


digilib.uns.ac.id

Tabel 4.16 Residual data pembebanan geser (lanjutan) Perlakuan

kg/mm2

9 75 45 74 12 43 24 60 62 41 11 50 76 15 25 56 30

185,8 136 183,5 126,9 180,4 165,2 183 162,3 139,2 172,3 179,3 157,2 111,2 182,2 188,3 160 181,2

Rata-rata Residual 180,66 131,87 164,0267 131,87 180,66 164,0267 180,66 164,0267 131,87 164,0267 180,66 164,0267 131,87 180,66 180,66 164,0267 180,66

5,14 4,13 19,473333 -4,97 -0,26 1,1733333 2,34 -1,726667 7,33 8,2733333 -1,36 -6,826667 -20,67 1,54 7,64 -4,026667 0,54

Data residual kemudian diplotkan berdasarkan urutan pengambilan data eksperimen secara acak atau random seperti gambar 4.38.

Gambar 4.38 Grafik plot residual kekuatan geser Berdasarkan Gambar 4.38 terlihat bahwa nilai residual tersebar di sekitar garis nol dan tidak membentuk pola khusus, sehingga dapat disimpulkan bahwa data hasil eksperimen memenuhi syarat independensi. Pengujian independensi eksperimen juga dilakukan dengan uji run test (uji deret) melalui sotfware SPSS. Tujuan uji deret adalah untuk menentukan apakah keacakan akan terjadi atau apakah terdapat suatu pola yang mendasari urutan data observasi. Hipotesis yang diajukan dalam uji independensi pada nilai kekuatan geser adalah sebagai berikut, dengan taraf nyata yang dipilih a= 0,05, yaitu: commit to user

IV-49


digilib.uns.ac.id

H0: Sampel data observasi berasal dari populasi tersebut bersifat acak, H1: Sampel data observasi berasal dari populasi tersebut tidak acak Berdasarkan pengujian independensi yang dilakukan menggunakan software SPSS (uji run test) diperoleh nilai signifikansi sebesar 0,289 lebih besar dari taraf nyata yang dipilih yaitu a= 0,05, dengan demikian Ho diterima dan dapat disimpulkan bahwa data observasi bersifat acak. 4. Uji Analisis Variansi (ANOVA) Pengujian analisis variansi (ANOVA) dilakukan terhadap kekuatan geser untuk mengetahui apakah faktor ketebalan yang diteliti berpengaruh signifikan terhadap variabel respon tersebut. Hipotesis umum yang diajukan adalah ada perbedaan yang signifikan antar faktor maupun level dalam setiap faktor yang diteliti. Hipotesis umum ini disebut sebagai hipotesis satu (H1). Selanjutnya dilakukan perhitungan nilai-nilai yang dibutuhkan untuk perhitungan ANOVA. Prosedur perhitungan nilai-nilai tersebut dijelaskan oleh pembahasan di bawah ini. Adapun data yang digunakan adalah data eksperimen pembebanan geser yang dapat dilihat pada tabel 4.12. Sedangkan pengolahan data seperti pada tabel 4.17. Tabel 4.17 ANOVA untuk pembebanan geser No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

12 143,6 167,4 177 184,4 176,9 180,9 184,8 186,8 185,8 189,7 179,3 180,4 190,5 187,8 182,2 181,5

Ketebalan 11 9 146,7 135,5 157,1 139,2 172,2 140,3 150,5 138,6 170,6 140,2 166 139,7 155,1 132,8 174,2 136,1 157,5 126 175,1 134,8 172,3 138,8 175,3 134 165,2 132,4 183,3 126,9 183,5 136 commit to user 149 111,2

IV-50


digilib.uns.ac.id

Tabel 4.17 ANOVA untuk pembebanan geser (lanjutan) 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

153,1 185,7 180,5 193,8 180,2 182,5 177,5 183 188,3 185 183,7 186,8 179,5 181,2

173 167,1 167,1 157,2 157,1 146,2 153,9 161 167,1 160 149,4 162 183,8 162,3

135,1 118,7 139,6 116,8 132,9 147,1 110,7 130,3 139,3 131 113,3 147,2 109,8 141,8

τj

5419,8

4920,8

3956,1

14296,7

T..

nj

30

30

30

90

N

ΣYij2

982150,18

810570,44

524964,41

2317685

Kemudian dilakukan perhitungan jumlah kuadrat/ sum of square (SS) dari faktor ketebalan dan interaksinya. Proses perhitungan SS dan hasilnya, adalah: a. Jumlah kuadrat total (SStotal) : nj

k

SS total = åå Yij j =1 i =1

T .. 2 N

14296.72 ffs s9y = 2271063 − 90 ffs

s9y =

46622.46

b. Jumlah kuadrat faktor ketebalan (SSketebalan) : k

SS ketebalan = å j =1

ffâisik9y9

ffâisik9y9

=

Tj

2

nj

-

T .. 2 N

5419.82 4920.82 3956.12 14296.72 + + − 30 30 30 90

= 36911.83

commit to user

IV-51


digilib.uns.ac.id

c. Jumlah kuadrat random error (SSerror) : SS erroe = SS total - SS ketebalan ffi ffi

= 46622.46 − 36911.83 = 9710.634

Mean of square (MS) atau disebut juga kuadrat tengah (KT), dihitung dengan membagi antara jumlah kuadrat (SS) yang diperoleh dengan derajat bebasnya (df). Contoh perhitungan MSketebalan, sebagai berikut: fâisik9y9

=

36911.83 = 18455.92 2

Besarnya Fhitung didapat dari pembagian antara MS faktor yang ada dengan MSerror dari eksperimen. Contoh perhitungannya adalah sebagai berikut: ℎ²s

=

fâisik9y9 fi

= 165.35

Berpedoman pada contoh di atas, maka didapat MS dan Fhitung semua faktor selengkapnya yang dapat dilihat pada tabel 4.18. Keputusan terhadap hipotesis nol didasarkan pada nilai Fhitung, yakni hipotesis nol (H0) ditolak jika Fhitung > Ftabel dan diterima jika Fhitung < Ftabel. Ftabel diperoleh dari tabel distribusi F kumulatif, dengan df1 = df yang bersangkutan dan df2 = dferror. Perhitungan Ftabel dengan menggunakan Microsoft excel dengan rumus: FINV(probability, df1, df2). Contoh perhitungan Ftabel adalah Ftabel untuk faktor jenis kertas, df1 = 2 dan df2 = 87. Berdasarkan hasil perhitungan Microsoft excel diperoleh Ftabel = FINV (0.05, 2, 87) = 3.10 Tabel 4.18 Hasil perhitungan ANOVA data eksperimen Sumber keragaman Ssketebalan Sserror Sstotal

df 2 87 89

F hitung F tabel SS MS 36911,83089 18455,91544 165,3511706 3,101295757 9710,633667 111,6164789

Hasil Tolak

Kesimpulan ada pengaruh

Penggunaan Fhitung memberikan kesimpulan tentang hasil uji hipotesis analisis variansi. Keputusan yang diambil terhadap hasil analisis variansi data eksperimen untuk pengujian keterulangan alat, yaitu ditinjau dari faktor ketebalan, nilai Fhitung < Ftabel, sehingga terima H0 dan simpulkan bahwa ketebalan tidak berpengaruh commit to user signifikan terhadap pembebanan geser.

IV-52


digilib.uns.ac.id

4.3.2 Pengujian Hasil Perhitungan Kekuatan Geser Data diperoleh dengan melihat data yang ditampilkan oleh weighting indicator kemudian dibagi dengan luasan bidang patah spesimen setelah sebuah spesimen diuji. Data tersebut kemudian dicatat dan dikumpulkan dalam sebuah lembar form pengujian yang telah disiapkan sebelum pengujian dilakukan. Penentuan level dipengaruhi oleh besar kecilnya standar deviasi yang dihasilkan oleh level sebelumnya (tebal 12 mm). 1. Uji Normalitas Uji normalitas dengan metode Kolmogorov-Smirnov dilakukan terhadap data observasi di tiap perlakuan dengan tujuan untuk mengetahui apakah data observasi dari tigapuluh kali pengambilan data (replikasi) berdistrbusi normal. Jumlah perlakuan yang terdapat pada eksperimen adalah 3 perlakuan. Tabel 4.19 Perhitungan uji normalitas strength a1 i

x

x2

z

3,638 1,130 2,706 1,351 1,302 1,509 0,369 1,511 0,359 1,519 0,310 1,550 0,134 1,554 0,114 1,566 0,045 1,569 0,026 1,571 0,016 1,578 0,024 1,583 0,053 1,589 0,082 1,601 0,151 1,606 0,181 commit to 1,615 0,230

P(z)

P(x)

|P(z)-P(x)|

1

0,997 0,994

0,000

0,033

0,033

2

1,063

0,003

0,067

0,063

3

1,163

0,097

0,100

0,003

4

1,228

0,356

0,133

0,223

5

1,229

0,360

0,167

0,193

6

1,233

0,378

0,200

0,178

7

1,245

0,447

0,233

0,214

8

1,247

0,455

0,267

0,188

9

1,251

0,482

0,300

0,182

10

1,253

0,490

0,333

0,156

11

1,253

0,494

0,367

0,127

12 13 14 15 16 17

1,256 1,258 1,260 1,265 1,267 1,271

0,509 0,521 0,533 0,560 0,572 user 0,591

0,400 0,433 0,467 0,500 0,533 0,567

0,109 0,088 0,066 0,060 0,038 0,024

IV-53


digilib.uns.ac.id

Tabel 4.19 Perhitungan uji normalitas strength a1 (lanjutan) 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Average

1,276 1,281 1,283 1,285 1,290 1,290 1,297 1,297 1,304 1,308 1,317 1,323 1,346 1,25

Stdev

0,07

1,627 1,640 1,647 1,651 1,663 1,665 1,683 1,683 1,701 1,710 1,735 1,750 1,811

0,298 0,367 0,406 0,426 0,495 0,505 0,603 0,603 0,701 0,750 0,887 0,966 1,290

0,617 0,643 0,658 0,665 0,690 0,693 0,727 0,727 0,758 0,773 0,813 0,833 0,901

0,600 0,633 0,667 0,700 0,733 0,767 0,800 0,833 0,867 0,900 0,933 0,967 1,000 max L hitung L tabel

0,017 0,010 0,009 0,035 0,044 0,074 0,073 0,107 0,108 0,127 0,121 0,134 0,099 0,223 0,223 0,240

Contoh perhitungan uji normalitas kekuatan geser komposit serat alam untuk perlakuan a1, sebagai berikut: a. Mengurutkan data observasi dari yang terkecil sampai terbesar: 0.997; 1.063; 1.163;….; 1.323; 1.346 sebagaimana ditunjukan pada tabel 4.19 di atas. b. Menghitung rata-rata ( x ) dan standar deviasi (s) data tersebut,

æ n ö ç å xi ÷ x = è i =1 ø n 0.997 + 1.063 + .... + 1.346 x= = 1.255 30

s=

s=

åx

(å x ) -

2

2 i

i

n -1

n

(0.9972 + 1.0632 + ... + 1.3462 ) -

(0.997 + 1.063 + ... + 1.346)2

30 - 1

3

c. Mentransformasikan data (x) tersebut menjadi nilai baku (z),

zi =

( xi - x ) s

commit to user

IV-54

= 0.071


z1 =

digilib.uns.ac.id

(0.997 - 1.254) = -3.638 0.0707

dengan; xi = nilai pengamatan ke-i x = rata-rata

s = standar deviasi Dengan cara yang sama diperoleh seluruh nilai baku, sebagaimana ditunjukan pada kolom z tabel 4.19 di atas. d. Menentukan nilai probabilitasnya P(z) berdasarkan sebaran normal baku, sebagai probabilitas pengamatan. Nilai P (z) didapat dari tabel standar luas wilayah di bawah kurva normal, sebagaimana dapat dilihat pada kolom P(z) tabel 4.19. e. Menentukan nilai probabilitas harapan kumulatif P(x), sebagai berikut: P ( xi ) =

i n

P ( x1 ) =

1 = 0,33 3

Dengan cara yang sama akan diperoleh seluruh nilai P(x) sebagaimana pada kolom P( x ) tabel 4.19 di atas. f. Menentukan nilai maksimum dari selisih absolut P(z) dan P(x), yaitu : maks | P(z) - P(x)| , sebagai nilai L hitung. maks | P(z) - P(x)| = 0,223 g. Menganalisis apakah semua data observasi berdistribusi normal. Hipotesis yang diajukan adalah : H0: Sampel data observasi berasal dari populasi yang berdistribusi normal. H1: Sampel data observasi berasal dari populasi yang berdistribusi tidak normal. h. Memilih taraf nyata a = 0.05, dengan wilayah kritik Lhitung > Ltabel. Lhitung = 0,223 L 0,05(3) = 0,24 Hasil = Lhitung < Ltabel, maka terima H0 dan disimpulkan bahwa data observasi berdistribusi normal.

commit to user

IV-55


digilib.uns.ac.id

Hasil perhitungan uji Kolmogorov-Smirnov untuk semua perlakuan secara lengkap dapat dilihat pada tabel 4.20. Tabel 4.20 Hasil perhitungan uji Kolmogorov-Smirnov No

Perlakuan

L hitung

L tabel

Ho (Ho diterima jika L hitung
Kesimpulan

1 2 3

12mm 11mm 10mm

0,223 0,098 0,172

0,24 0,24 0,24

diterima diterima diterima

normal normal normal

2. Uji Homogenitas Pengujian homogenitas dilakukan dengan metode lavene test, yaitu menguji kesamaan ragam data observasi antar level faktornya. Uji homogenitas dilakukan terhadap data yang dikelompokkan berdasarkan faktor ketebalan. Uji homogenitas antar level faktor ketebalan hipotesis. H0 : s12 = s22 (Data antar level faktor ketebalan memiliki ragam yang sama) H1 :s12≠ s22 (Data antar level faktor ketebalan memiliki ragam yang tidak sama). Taraf nyata a = 0.05 dan wilayah kritik F > F0.05 (2; 87) Prosedur pengujian adalah dengan mengelompokkan data berdasarkan faktor ketebalan, kemudian dicari rata-rata tiap level faktor ketebalan dan dihitung selisih absolut nilai pengamatan terhadap rata-ratanya sebagaimana diperoleh tabel 4.21.

commit to user

IV-56


digilib.uns.ac.id

Tabel 4.21 Residual data antar level faktor ketebalan Replikasi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Average Sum

Faktor ketebalan Residual 12mm 11mm 10mm 12mm 11mm 0,997222 1,109347 1,207019 0,257 0,110 1,1625 1,177308 1,236674 0,092 0,042 1,229167 1,280107 1,241154 0,025 0,061 1,280556 1,11185 1,237942 0,026 0,107 1,228472 1,273895 1,248219 0,026 0,055 1,25625 1,240658 1,247767 0,002 0,021 1,283333 1,150935 1,231682 0,029 0,068 1,297222 1,297289 1,214311 0,043 0,078 1,290278 1,161504 1,174497 0,036 0,058 1,317361 1,30867 1,238515 0,063 0,089 1,245139 1,256197 1,25316 0,009 0,037 1,252778 1,283685 1,233886 0,002 0,064 1,322917 1,249244 1,192793 0,068 0,030 1,304167 1,367502 1,189539 0,050 0,148 1,265278 1,365327 1,255076 0,011 0,146 1,260417 1,110614 1,03712 0,006 0,109 1,063194 1,253623 1,231765 0,191 0,034 1,289583 1,261322 1,099074 0,035 0,042 1,253472 1,24776 1,265869 0,001 0,029 1,345833 1,171735 1,066083 0,091 0,048 1,251389 1,161639 1,219714 0,003 0,058 1,267361 1,09661 1,353017 0,013 0,123 1,232639 1,161685 1,027283 0,022 0,058 1,270833 1,206535 1,211868 0,016 0,013 1,307639 1,221491 1,298471 0,053 0,002 1,284722 1,193674 1,218378 0,030 0,026 1,275694 1,119604 1,022932 0,021 0,100 1,297222 1,196278 1,362963 0,043 0,023 1,246528 1,362693 1,037415 0,008 0,143 1,258333 1,178649 1,320298 0,004 0,041 1,254583 1,219248 1,205816 37,6375 36,57743 36,17448 1,275833 1,961497

10mm 0,001 0,031 0,035 0,032 0,042 0,042 0,026 0,008 0,031 0,033 0,047 0,028 0,013 0,016 0,049 0,169 0,026 0,107 0,060 0,140 0,014 0,147 0,179 0,006 0,093 0,013 0,183 0,157 0,168 0,114

Kuadrat residual 12mm 11mm 10mm 0,066 0,012 0,000 0,008 0,002 0,001 0,001 0,004 0,001 0,001 0,012 0,001 0,001 0,003 0,002 0,000 0,000 0,002 0,001 0,005 0,001 0,002 0,006 0,000 0,001 0,003 0,001 0,004 0,008 0,001 0,000 0,001 0,002 0,000 0,004 0,001 0,005 0,001 0,000 0,002 0,022 0,000 0,000 0,021 0,002 0,000 0,012 0,028 0,037 0,001 0,001 0,001 0,002 0,011 0,000 0,001 0,004 0,008 0,002 0,020 0,000 0,003 0,000 0,000 0,015 0,022 0,000 0,003 0,032 0,000 0,000 0,000 0,003 0,000 0,009 0,001 0,001 0,000 0,000 0,010 0,033 0,002 0,001 0,025 0,000 0,021 0,028 0,000 0,002 0,013

2,01122

0,145115 0,177341 0,241253

Selanjutnya menghitung nilai-nilai, sebagai berikut: a. Faktor koreksi (FK). ( .) =

6∑

2

61.275 + 1.961 + 2.011 = 90

2

= 0.3060

b. Sum Square (SS) faktor, total, dan error. é å xi 2 ù SS ketebalan = ê - FK ú êë k úû 1.275 2 + 1.9612 + 2.0112 SS ketebalan = - 90 90 SS ketebalan = 0.0112 commit to user

(

)

IV-57


ffs

digilib.uns.ac.id

2

s9y =

² − .

= 60.2572 + 0.0922 + ⋯ + 0.0042 − 0.3060 = 0.2576

ffi

= ffs

s9y −

ffâisik9y9

= 0.2576 − 0.0112 = 0.2463

c. Mean Square (MS) faktor dan error fâisik9y9

fi

=

=

=

ffâisik9y9 âisik9y9

0.0112 2

= 0.0056

ffi =

i

0.2463 87

= 0.0028

d. Nilai F (F hitung) ℎ²s

=

fâisik9y9 fi

=

0.0028 0.0059

= 1.988

Hasil perhitungan uji homogenitas terhadap faktor ketebalan dapat dilihat pada tabel 4.22. Tabel 4.22 Hasil perhitungan uji homogenitas faktor ketebalan Sumber Keragaman Ketebalan Error Total

df 2 87 89

SS 0,0113 0,2464 0,26

MS 0,005630 0,002832

F hitung 1,988

F tabel 3,10

Hasil diterima

kesimpulan homogen

Taraf nyata yang dipilih a= 0,05, dengan wilayah kritik penolakan terhadap Fhitung > Ftabel. Berdasarkan tabel 4.22, nilai Fhitung sebesar 1,988 < Ftabel (3.10), sehingga H0 diterima dan disimpulkan bahwa data antar level faktor ketebalan memiliki ragam yang sama (homogen). commit to user

IV-58


digilib.uns.ac.id

3. Uji Independensi Pengujian independensi dilakukan dengan membuat plot residual data untuk setiap perlakuan berdasarkan urutan pengambilan data pada eksperimen. Nilai residual tersebut merupakan selisih data observasi dengan rata-rata tiap perlakuan. Hasil perhitungan nilai residual untuk tiap perlakuan dapat dilihat pada tabel 4.23. Tabel 4.23 Residual data kekuatan geser Perlakuan kg/mm2 Rata-rata

Perlakuan kg/mm2 Rata-rata

Residual

a2(5) a1(18) a2(18) a1(6) a2(23) a2(14) a1(9) a1(21) a2(10) a3(19) a1(10) a3(20) a1(28) a1(15) a2(22) a1(16) a2(27) a2(3) a1(1) a3(5) a1(17) a3(30) a2(25) a1(7) a2(24) a1(19) a2(29) a3(24) a1(24) a2(21)

1,27389 1,28958 1,26132 1,25625 1,16168 1,3675 1,29028 1,25139 1,30867 1,26587 1,31736 1,06608 1,29722 1,26528 1,09661 1,26042 1,1196 1,28011 0,99722 1,24822 1,06319 1,3203 1,22149 1,28333 1,20653 1,25347 1,36269 1,21187 1,27083 1,16164

1,219248 1,254583 1,219248 1,254583 1,219248 1,219248 1,254583 1,254583 1,219248 1,205816 1,254583 1,205816 1,254583 1,254583 1,219248 1,254583 1,219248 1,219248 1,254583 1,205816 1,254583 1,205816 1,219248 1,254583 1,219248 1,254583 1,219248 1,205816 1,254583 1,219248

0,0546472 0,035 0,0420748 0,0016667 -0,0575629 0,1482546 0,0356944 -0,0031944 0,089422 0,0600526 0,0627778 -0,1397336 0,0426389 0,0106944 -0,122638 0,0058333 -0,0996434 0,0608594 -0,2573611 0,0424033 -0,1913889 0,1144819 0,0022436 0,02875 -0,0127129 -0,0011111 0,1434451 0,0060515 0,01625 -0,0576091

a1(11) a3(13) a3(18) a2(4) a1(22) a2(26) a3(12) a1(2) a3(29) a1(29) a2(15) a3(10) a1(5) a3(23) a2(8) a3(4) a1(30) a3(3) a1(8) a2(30) a3(27)

1,24514 1,19279 1,09907 1,11185 1,26736 1,19367 1,23389 1,1625 1,03741 1,24653 1,36533 1,23852 1,22847 1,02728 1,29729 1,23794 1,25833 1,24115 1,29722 1,17865 1,02293

1,254583 1,205816 1,205816 1,219248 1,254583 1,219248 1,205816 1,254583 1,205816 1,254583 1,219248 1,205816 1,254583 1,205816 1,219248 1,205816 1,254583 1,205816 1,254583 1,219248 1,205816

-0,0094444 -0,0130233 -0,106742 -0,1073978 0,0127778 -0,0255741 0,0280697 -0,0920833 -0,1684011 -0,0080556 0,1460797 0,0326992 -0,0261111 -0,1785332 0,0780416 0,032126 commit 0,00375 0,0353375 0,0426389 -0,0405984 -0,1828836

a2(11) a1(12) a3(17) a3(26) a2(6) a1(23) a3(2) a2(13) a1(3) a2(7) a3(9) a2(16) a1(20) a3(1) a3(28) a2(1) a3(7) a3(14) a1(14) a2(9) a3(8) a2(19) a1(25) a2(17) a3(11) a1(13) a2(12) a3(21) a3(15) a1(4) a2(10) a3(22) a3(6) a2(2) a3(25) a1(26) a3(16) a1(27) a2(28)

to user

IV-59

1,2562 1,25278 1,23177 1,21838 1,24066 1,23264 1,23667 1,24924 1,22917 1,15093 1,1745 1,11061 1,34583 1,20702 1,36296 1,10935 1,23168 1,18954 1,30417 1,1615 1,21431 1,24776 1,30764 1,25362 1,25316 1,32292 1,28368 1,21971 1,25508 1,28056 1,17174 1,35302 1,24777 1,17731 1,29847 1,28472 1,03712 1,27569 1,19628

1,219248 1,254583 1,205816 1,205816 1,219248 1,254583 1,205816 1,219248 1,254583 1,219248 1,205816 1,219248 1,254583 1,205816 1,205816 1,219248 1,205816 1,205816 1,254583 1,219248 1,205816 1,219248 1,254583 1,219248 1,205816 1,254583 1,219248 1,205816 1,205816 1,254583 1,219248 1,205816 1,205816 1,219248 1,205816 1,254583 1,205816 1,254583 1,219248

Residual 0,0369495 -0,0018056 0,025949 0,0125619 0,02141 -0,0219444 0,0308577 0,0299961 -0,0254167 -0,0683127 -0,0313195 -0,1086335 0,09125 0,0012033 0,1571469 -0,109901 0,0258663 -0,0162773 0,0495833 -0,0577432 0,0084951 0,0285122 0,0530556 0,0343755 0,0473439 0,0683333 0,0644372 0,0138976 0,0492596 0,0259722 -0,0475124 0,1472008 0,041951 -0,0419395 0,0926552 0,0301389 -0,1686962 0,0211111 -0,0229694


digilib.uns.ac.id

Data residual kemudian diplotkan berdasarkan urutan pengambilan data eksperimen seperti gambar 4.39.

Grafik Uji Independensi 0,2

Residual

0,1 0 -0,1

0

20

40

60

80

100

-0,2 -0,3

Urutan Eksperimen

Gambar 4.39 Grafik plot residual kekuatan geser Berdasarkan Gambar 4.39 terlihat bahwa nilai residual tersebar di sekitar garis nol dan tidak membentuk pola khusus, sehingga dapat disimpulkan bahwa data hasil eksperimen memenuhi syarat independensi. Pengujian independensi eksperimen juga dilakukan dengan uji run test (uji deret) melalui sotfware SPSS. Tujuan uji deret adalah untuk menentukan apakah keacakan akan terjadi atau apakah terdapat suatu pola yang mendasari urutan data observasi. Hipotesis yang diajukan dalam uji independensi pada nilai kekuatan geser adalah sebagai berikut, dengan taraf nyata yang dipilih a= 0,05, yaitu: H0: Sampel data observasi berasal dari populasi tersebut bersifat acak, H1: Sampel data observasi berasal dari populasi tersebut tidak acak Berdasarkan pengujian independensi yang dilakukan menggunakan software SPSS (uji run test) diperoleh nilai signifikansi sebesar 0,525 lebih besar dari taraf nyata yang dipilih yaitu a= 0,05, dengan demikian H0 diterima dan dapat disimpulkan bahwa data observasi bersifat acak. 4. Uji Analisis Variansi (ANOVA) Pengujian analisis variansi (ANOVA) dilakukan terhadap kekuatan geser untuk mengetahui apakah faktor ketebalan yang diteliti berpengaruh signifikan terhadap variabel respon tersebut. Hipotesis umum yang diajukan adalah ada perbedaan yang signifikan antar faktor maupun level dalam setiap faktor yang commit to user diteliti. Hipotesis umum ini disebut sebagai hipotesis satu (H1).

IV-60


digilib.uns.ac.id

Selanjutnya dilakukan perhitungan nilai-nilai yang dibutuhkan untuk perhitungan ANOVA. Prosedur perhitungan nilai-nilai tersebut dijelaskan oleh pembahasan di bawah ini. Adapun data yang digunakan adalah data eksperimen kekuatan geser yang dapat dilihat pada tabel 4.19. Sedangkan pengolahan data seperti pada tabel 4.24 Tabel 4.24 ANOVA untuk kekuatan geser No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 τj

12 0,997 1,163 1,229 1,281 1,228 1,256 1,283 1,297 1,290 1,317 1,245 1,253 1,323 1,304 1,265 1,260 1,063 1,290 1,253 1,346 1,251 1,267 1,233 1,271 1,308 1,285 1,276 1,297 1,247 1,258 37,6375

nj

30 47,3645

Ketebalan 11 9 1,109 1,207 1,177 1,237 1,280 1,241 1,112 1,238 1,274 1,248 1,241 1,248 1,151 1,232 1,297 1,214 1,162 1,174 1,309 1,239 1,256 1,253 1,284 1,234 1,249 1,193 1,368 1,190 1,365 1,255 1,111 1,037 1,254 1,232 1,261 1,099 1,248 1,266 1,172 1,066 1,162 1,220 1,097 1,353 1,162 1,027 1,207 1,212 1,221 1,298 1,194 1,218 1,120 1,023 1,196 1,363 1,363 1,037 1,179 1,320 36,57743 36,17448 110,3894 30

30

90

T.. N

44,77429 43,86103 135,9998

Kemudian dilakukan perhitungan jumlah kuadrat/sum of square (SS) dari faktor ketebalan dan interaksinya. Proses perhitungan SS dan hasilnya, sebagai berikut: commit to user

IV-61


digilib.uns.ac.id

a. Jumlah kuadrat total (SStotal) : nj

k

SS total = åå Yij j =1 i =1

T .. 2 N

110.38942 ffs s9y = 135.99 − 90 b.

ffs

s9y =

0.6017

Jumlah kuadrat faktor ketebalan (SSketebalan) : k

SS ketebalan = å j =1

ffâisik9y9

=

ffâisik9y9

Tj

2

nj

-

T .. 2 N

37.637 36.5772 36.1742 110.3892 + + − 30 30 30 90

= 0.038073

c. Jumlah kuadrat random error (SSerror) : SS erroe = SS total - SS ketebalan ffi ffi

= 0.6017 − 0.0380 = 0.56371

Mean of square (MS) atau disebut juga kuadrat tengah (KT), dihitung dengan membagi antara jumlah kuadrat (SS) yang diperoleh dengan derajat bebasnya (df). Contoh perhitungan MS, sebagai berikut: fâisik9y9

=

0.038073 = 0.019036 2

Besarnya Fhitung didapat dari pembagian antara MS faktor yang ada dengan MSerror dari eksperimen. Contoh perhitungannya adalah sebagai berikut: ℎ²s

=

fâisik9y9 fi

= 2.937

Berpedoman pada contoh di atas, maka didapat MS dan Fhitung semua faktor selengkapnya yang dapat dilihat pada tabel 4.25. Keputusan terhadap hipotesis nol didasarkan pada nilai Fhitung, yakni hipotesis nol (H0) ditolak jika Fhitung > Ftabel dan diterima jika Fhitung < Ftabel. Ftabel diperoleh dari tabel distribusi F kumulatif, dengan df1 = df yang bersangkutan dan df2 = commit to user

IV-62


digilib.uns.ac.id

dferror. Perhitungan Ftabel dengan menggunakan Microsoft excel dengan rumus: FINV(probability, df1, df2). Contoh perhitungan Ftabel adalah Ftabel untuk faktor jenis kertas, df1 = 2 dan df2 = 87. Berdasarkan hasil perhitungan Microsoft excel diperoleh Ftabel = FINV (0.05, 2, 87) = 3.10 Tabel 4.25 Hasil perhitungan ANOVA data eksperimen Sumber Keragaman Ssketebalan Sserror Sstotal

df 2 87 89

SS 0,038073 0,56371

MS 0,019036 0,006479

F hitung F tabel 2,937963 3,101296

Hasil Terima

Kesimpulan tidak ada pengaruh

Penggunaan Fhitung memberikan kesimpulan tentang hasil uji hipotesis analisis variansi. Keputusan yang diambil terhadap hasil analisis variansi data eksperimen untuk pengujian keterulangan alat, yaitu ditinjau dari faktor ketebalan, nilai Fhitung < Ftabel, sehingga terima H0 dan simpulkan bahwa ketebalan tidak berpengaruh signifikan terhadap kekuatan geser.

commit to user

IV-63


digilib.uns.ac.id

BAB V ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL Pada bab ini membahas tentang analisis hasil pengujian yang telah dikumpulkan dan diolah pada bab sebelumnya. Pada bab ini diuraikan mengenai analisis pengujian geser komposit serat alam menggunakan alat uji geser. Analisis hasil tersebut diuraikan dalam sub bab dibawah ini. 5.1 ANALISA HASIL PENELITIAN Analisis hasil penelitian perlu dilakukan untuk menelaah hasil yang telah diperoleh dari penelitian. Pada sub bab ini diuraikan mengenai analisis terhadap hasil pengumpulan dan pengolahan data penelitian. 5.1.1 Analisis Rancangan Alat Uji Geser Rancangan alat uji geser dibuat dengan konsep perancangan berdasar identifikasi kebutuhan pengguna dan identifikasi kepeluan sesuai standar yang digunakan yaitu standar ASTM D5379-98. Kebutuhan rancangan alat uji geser berdasar pengguna didapat melalui hasil wawancara terhadap pengguna dalam hal ini Ketua Jurusan Teknik Industri Universitas Sebelas Maret Surakarta yang kemudian diterjemahkan menjadi variabel alternatif konsep untuk diambil sebagai fokus penelitian agar rancangan alat uji geser tetap memenuhi standar yang digunakan. Proses perancangan alat uji geser dibuat sesuai rancangan ASTM D5379-98 (pengujian geser Iosipescu) namun memiliki perbedaan pada proses pergerakan fixture ketika proses pengujian berlangsung. Jika pada rancangan ASTM D537998 proses pengujian dilakukan dengan pembebanan secara vertikal, sedangkan rancangan alat uji geser yang peneliti buat bergerak secara melintang (horizontal). Proses desain hingga produksi pembuatan alat uji geser dibuat sesuai rancangan 3D desain konsep menggunakan software catia. Penggunaan software catia untuk melakukan simulasi pergerakan fixture alat uji sangat membantu dalam menentukan kelancaran pergerakan pada saat proses pembebanan berlangsung, sehingga jika terjadi ketidaksesuaian dalam pergerakan maupun kendala teknis lain dapat diketahui lebih awal tanpa harus menunggu proses produksi. commit to user

V- 1


digilib.uns.ac.id

5.1.2 Analisis Bahan Penyusun Alat Uji Geser Material yang digunakan sebagai penyusun part alat uji geser ditentukan melalui konstruksi dan perhitungan mekanika teknik. Part penyusun fixture alat uji geser terdiri dari delapan part utama, yaitu fixed grip, movable grip, base plate, adjustable jaw movable grip fix, Adjustable jaw movable grip, stopper, rail dan bushing. Khusus pada bushing sebenarnya adalah bantalan gelinding dengan pergerakan linear, namun mempertimpangkan biaya pembelian bantalan gelinding linear yang harganya relatif mahal akhirnya diganti menggunakan bushing dengan pemilihan material kuningan. Sedangkan pada pemilihan material rail, menggunakan jenis material baja perlakuan panas yang natinya material mendapat proses heatreatment karena rail mendapat besar pembebanan paling tinggi. 5.1.3 Analisis Spesimen Alat Uji Geser Analisis spesimen alat uji geser dilakukan dengan pertimbangan banyaknya variansi yang dihasilkan dari pengujian geser karena spesimen standar yang digunakan masih mengalami beberapa pengerjaan sebelum siap untuk dilakukan pengujian. 1. Proses pemotongan spesimen. Proses pemotongan spesimen menggunakan mesin potong yang digunakan untuk memotong material yang berbahan dasar serbuk kayu. Untuk setiap pemotongan sering didapatkan geometri atau ukuran potong spesimen yang berbeda-beda. 2. Proses pembuatan V-notch 90o. Proses pembuatan V-notch 90o pada tiap sisi tepi spesimen menggunakan mesin miling yang dilakukan secara konvensional. Pembuatan V-notch 90o menggunakan jig fixture sederhana yang terbuat dari kayu yang digunakan sebagai dudukan spesimen ketika dicekam pada ragum mesin miling. 3. Proses penyimpanan spesimen. Proses penyimpanan spesimen dilakukan dengan tujuan untuk menjaga dan mempertahankan karakteristik spesimen supaya tetap sama ketika spesimen awal atau pertama kali diujikan. Namun pada penelitian ini, spesimen disimpan pada plastik hitam dan diletakkan diruang terbuka tanpa diberi silica gel. commit to user

V- 2


digilib.uns.ac.id

5.1.4 Analisis Hasil Pengujian Geser Proses pengujian alat uji geser dilakukan di Laboratorium Perencanaan dan Perancangan Produk (P3) Teknik Industri Universitas Sebelas Maret Surakarta. Tahap-tahap yang dilalui pada saat melakukan pengujian spesimen berurutan dan terus-menerus sama untuk tiap spesimen yang diujikan, dimulai dari setting awal fixture alat uji geser, running test alat uji geser, proses pemasangan spesimen alat uji geser hingga proses pengujian spesimen. Sebelum dilakukan proses pengujian, dilakukan trial alat tanpa menggunakan spesimen (pergerakan awal alat uji geser) untuk menstabilkan pergerakan alat uji secara keseluruhan dan untuk mengetahui pergerakan alat uji tanpa adanya beban yang mengenai alat uji ketika alat uji dioperasikan karena alat uji bergerak secara melintang horizontal. Pengujian dilakukan menggunakan material medium density fiberbord (MDF) keluaran PT Sumalindo sebagai spesimen yang dapat digunakan sebagai standar untuk mengetahui tingkat kepresisian alat uji geser. Dimensi awal material MDF adalah 2440 mm × 1220 mm × 12 mm kemudian dipotong-potong menjadi persegi panjang ukuran 76 mm × 20 mm x 12 mm. Pengujian statistik diperlukan untuk mengetahui kemampuan alat uji geser apakah mampu membedakan beban yang diterima alat uji geser dari hasil pengujian terhadap spesimen komposit, dan apakah alat uji geser mampu menunjukkan hasil atau nilai kekuatan yang dihasilkan dari beberapa treatment atau perlakuan yang dikenakan pada ketebalan spesimen. Dalam pengujian statistik, peneliti menggunakan uji ANOVA untuk menganilisa dua data, yaitu shear load dan shear strength. Untuk shear load data langsung dapat ditampilkan oleh weighting indicator sedangkan untuk shear strength didapat dari pembagian nilai shear load dengan luas bidang penekanan permukaan spesimen yang akan diuji. Sebelum diuji dengan ANOVA, data-data hasil pengujian perlu dilakukan pengujian karakteristik data yang terdiri dari uji normalitas, uji homogenitas, dan uji independensi. Setelah data memenuhi kriteria pengujian karekteristik diatas maka selanjutnya dilakukan pengujian ANOVA baik shear load maupun shear strength. Hasil pengujian statistik uji normalitas beban (load) uji geser menghasilkan nilai pada tiap-tiap ketebalan commit yang berbeda-beda. Pada ketebalan 12 mm to user

V- 3


digilib.uns.ac.id

didapatkan Lhitung 0.223, ketebalan 11 mm didapatkan Lhitung

0.093, pada

ketebalan 9 mm didapatkan 0.153. Nilai-nilai yang diperoleh dari uji normalitas pembebanan (load) lebih kecil daripada Ltabel 0.24 sehingga H0 diterima. Sedangkan pada uji normalitas kekuatan (strength) uji geser didapatkan Lhitung 0.223 pada ketebalan 12 mm, ketebalan 11 mm didapatkan Lhitung 0.098, pada ketebalan 9 mm didapatkan 0.172. Nilai-nilai yang diperoleh dari uji normalitas kekuatan (strength) lebih kecil daripada Ltabel 0.24 sehingga H0 juga diterima. Pada uji homogenitas pembebanan (load) uji geser didapatkan nilai Fhitung 1.445 dan Fhitung kekuatan (strength) uji geser 1.988. Masing-masing Fhitung lebih kecil dari Ftabel yang bernilai 3.10 yang berarti data yang dihasilkan bersifat homogen. Syarat homogenitas adalah Fhitung harus lebih kecil daripada Ftabel. Sedangkan pada uji independensi masing-masing jenis pengolahan data (pembebanan maupun kekuatan) diperoleh nilai residual yang tersebar di sekitar garis nol dan tidak membentuk pola khusus, sehingga dapat disimpulkan bahwa data hasil eksperimen memenuhi syarat independensi. Pengujian independensi eksperimen juga dilakukan dengan uji run test (uji deret) melalui sotfware SPSS. Berdasarkan pengujian independensi yang dilakukan menggunakan software SPSS (uji run test) diperoleh nilai signifikansi sebesar 0,289 lebih besar dari taraf nyata yang dipilih yaitu a= 0,05, dengan demikian Ho diterima dan dapat disimpulkan bahwa data observasi bersifat acak. Pengujian analisis variansi (ANOVA) dilakukan terhadap pembebanan dan kekuatan geser untuk mengetahui apakah faktor ketebalan yang diteliti berpengaruh signifikan terhadap variabel respon tersebut. Dari hasil pengujian ANOVA terhadap pembebanan geser didapatkan nilai Fhitung sebesar 165.35 yang berarti bahwa hasil pengujian pembebanan spesimen ditolak karena Fhitung lebih besar daripada Ftabel yaitu 3.101 yang kemudian bisa ditarik kesimpulan bahwa faktor ketebalan berpengaruh terhadap hasil pengujian pembebanan spesimen, sedangkan hasil pengujian ANOVA terhadap kekuatan geser didapatkan nilai Fhitung sebesar 2.93 yang berarti bahwa hasil pengujian kekuatan spesimen diterima karena Fhitung lebih kecil daripada Ftabel yaitu 3.101 yang kemudian bisa ditarik kesimpulan bahwa faktor ketebalan tidak berpengaruh terhadap hasil pengujian kekuatan spesimen.

commit to user

V- 4


digilib.uns.ac.id

5.2 INTERPRETASI HASIL ALAT UJI GESER Hasil rancangan alat uji geser diperoleh dari identifikasi kebutuhan pengguna dan identifikasi keperluan alat yang mengacu pada standar ASTM D5379-98. Pengujian geser Iosipescu merupakan uji geser standar yang menjadi acuan dalam penentuan standarisasi ASTM D5379-98. Proses perancangan alat uji geser melalui tahap penentuan desain awal dan perhitungan konstruksi alat uji geser hingga pemilihan material maupun komponen-komponen penyusun alat uji geser. Hal ini menunjukkan bahwa rancangan alat uji geser dirancang dan dibuat berdasarkan standar pembuatan alat uji. Interpretasi hasil rancangan alat uji geser setelah melalui pengujian statistik yang dilakukan terhadap pembebanan dan kekuatan alat uji geser menghasilkan output dan kesimpulan yang berbeda. Pada uji ANOVA pembebanan, dihasilkan output faktor ketebalan berpengaruh terhadap hasil pengujian pembebanan spesimen, sedangkan pada uji ANOVA kekuatan dihasilkan output faktor ketebalan tidak berpengaruh terhadap hasil pengujian kekuatan spesimen. Hal ini menunjukkan bahwa hasil rancangan alat uji geser yang dirancang dan dibuat sesuai konstruksi mampu digunakan untuk melakukan pengujian geser terhadap karakteristik komposit serat alam dalam aspek keterulangan hasil pengujian.

commit to user

V- 5


digilib.uns.ac.id

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini menjelaskan tentang kesimpulan mengenai hasil pengujian geser dan hasil eksperimen untuk menentukan konstruksi alat uji geser komposit serat alam dan aspek keterulangan hasil pengujian dari alat uji geser yang dibuat. Sedangkan saran berisi tentang hal-hal yang harus dipertimbangkan untuk penelitian selanjutnya agar diperoleh perancangan alat uji geser komposit serat alam yang lebih baik. 6.1 KESIMPULAN Bagian kesimpulan ini merupakan jawaban atas tujuan penelitian yang telah ditetapkan sebelumnya, berdasarkan hasil pengumpulan, pengolahan, dan analisis data yang telah dilakukan maka dapat ditarik kesimpulan, sebagai berikut: 1. Penelitian ini telah menghasilkan alat uji geser pada bahan komposit serat alam yang sesuai dengan standar ASTM D5379-98 tentang pengujian material dan alat uji geser telah memenuhi aspek keterulangan hasil pengujian. 2. Pengujian

ANOVA terhadap

hasil

pengujian

geser spesimen

MDF

menunjukkan alat uji geser telah memenuhi aspek keterulangan hasil pengujian. 6.2 SARAN Saran yang disampaikan untuk pengembangan penelitian lebih lanjut, sebagai berikut: 1. Desain rancangan alat uji geser dapat dikembangkan pada sistem pergerakan atau kecepatan pembebanan fixture alat uji geser terhadap spesimen yang disesuaikan dengan standar ASTM D5379-98. 2. Penelitian selanjutnya, hasil dari pengujian geser dapat memberikan tampilan grafik dan record data sehingga dapat memberikan informasi yang lebih banyak bagi penelitian di area ini.

commit to user

VI-1

RANCANGAN ALAT UJI GESER PADA BAHAN KOMPOSIT SERAT ALAM DENGAN MEMPERHATIKAN ASPEK KETERULANGAN HASIL PENGUJIAN

Recommend Documents