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