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.