issn 2252 -4444 · pdf filejurnal ini serta ketekunan dan ketabaha n kita bersama. ... pada...

ISSN 2252-4444

JURNAL TEKNIK MESIN

ISSN 2252-4444

VOLUME 1, NOMOR 1, TAHUN 2012

DEWAN REDAKSI

Pelindung: Direktur Politeknik Kediri

Penasehat:

Pembantu Direktur I Polteknik Kediri Pembantu Direktur II Politeknik Kediri Pembantu Direktur III Politeknik Kediri

Pembina:

Ketua UPT - PPMK (Penelitian Pengabdian kepada Masyarakat dan Kerjasama)

Penanggung Jawab: Putut Jatmiko Dwi Prasetio, ST., MT

Ketua Dewan Redaksi

Kholis Nur Faizin, SPd., MT

Editor Ilmiah Rudianto Raharjo, ST., MT

Ahmad Dony Mutiara Bahtiar, ST., MT

Editor Teknis Ahmad Zakaria Anshori, SST

Alamat Redaksi dan Penerbit : Jurnal Teknik Mesin (JTM)

Program Studi Perawatan dan Perbaikan Mesin Politeknik Kediri

Jl. Mayor Bismo No.27 Kediri 64121 Telp./Fax. (0354) 683128

Website: www.poltek-kediri.ac.id E-mail: [email protected]

Copyright © 2012

JURNAL TEKNIK MESIN POLITEKNIK KEDIRI ISSN 2252-4444

Volume 1, Nomor 1, Tahun 2012

PENGANTAR REDAKSI

Puji dan syukur kita panjatkan ke hadirat Allah SWT, karena Jurnal Teknik

Mesin telah terbit untuk edisi perdana yaitu Volume 1 Nomor 1 pada tahun

2012. Hal ini berkat kerja sama yang baik antara pihak-pihak yang semakin

banyak terlibat dalam memberikan kontribusi yang positif bagi perkembangan

Jurnal ini serta ketekunan dan ketabahan kita bersama.

Pada kesempatan ini kami dari tim redaksi tak lupa mengucapkan terima

kasih kepada Rekan-rekan yang telah turut membantu dalam penerbitan Jurnal

ini. Kami juga mengharapkan agar kerja sama ini dapat terus berlanjut pada masa

yang akan datang.

Demikianlah yang dapat kami sampaikan semoga jurnal ini dapat

bermanfaat bagi staf pengajar, peneliti, dan juga para pembaca.

Ketua Dewan Redaksi

JURNAL TEKNIK MESIN

ISSN 2252-4444

VOLUME 1, NOMOR 1, TAHUN 2012

DAFTAR ISI

KONVERSI ENERGI

Unjuk Kerja Coil Tube Heat Exchanger didalam Enclosure

Putut Jatmiko Dwi Prasetio

MATERIAL

1 – 15

Pengaruh Fraksi Volume Serat Rami tehadap Kekuatan

Bending Bahan Biokomposit Bermatrik Pati Sagu

Rudianto Raharjo

16 –20

Pengaruh Variasi Fraksi Volume Filler Serat Agave Sisalana

terhadap Kekuatan Bending Biokomposit Matrik Pati Ubi

Jalar

Riswan Eko Wahyu Susanto

21 – 28

Pengaruh Penambahan Borax dan Khitosan terhadap

Kekuatan Tarik Biokomposit Serat Rami Bermatrik Sagu

Kholis Nur Faizin

29 – 38

Aplikasi Serat Serabut Kelapa Bermatrik Sagu dan Gliserol

sebagai Pengganti Kemasan Makanan dari Sterofoam

Ahmad Dony Mutiara Bahtiar

39 – 47

Pengaruh Filler Serat Pisang Abaka terhadap Kekuatan

Bending pada Biokomposit Matrik Berbasis Ubi Kayu

Fatikh Catur Wahyudi Agung

48 – 52

Jurnal Teknik Mesin, Volume 1, Nomor 1, Tahun 2012

ISSN 2252-4444

1

UNJUK KERJA COIL TUBE HEAT EXCHANGER DIDALAM ENCLOUSURE

Putut Jatmiko Dwi Prasetio


[email protected]

Abstrak

Penukar panas jenis pembuluh terdiri dari tube yang dibuat berlekuk-lekuk (coil). Pada

penelitian ini akan dilakukan kajian terhadap faktor-faktor yang berpengaruh terhadap

unjuk kerja dari penukar panas jenis pembuluh dengan tujuan untuk mendapatkan

unjuk kerja (effectivennes) dari penukar panas yang optimal. Pada penelitian ini penukar

panas diletakkan ditengah dalam enclosure dengan maksud agar luas permukaan

perpindahan panas pada tube menjadi maksimal, sehingga laju perpindahan panasnya

menjadi baik dalam sistem yang memanfaatkan konveksi alamiah pada sisi udara

pendingin. Eksperimen ini dilakukan pada temperatur oil masuk penukar panas (Toil,in)

yang konstan, yaitu 70°C. Parameter yang divariasikan adalah gap ratio yang merupakan

perbandingan antara lebar rongga dalam enclosure dengan diameter tube dari penukar

panas (S/D), dan laju alir massa oil ( oilm ). Adapun variasi dari gap ratio adalah 1,575;

2,625; 3,675 dan 4,725. Sedangkan variasi dari laju alir massa oil adalah 0,008 kg/s; 0,012 kg/s; 0,016 kg/s dan 0,020 kg/s. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada gap ratio kecil

(1,575 ≤ S/D < 2,625) dan pada gap ratio sedang (2,625 ≤ S/D < 3,675) terjadi penurunan laju

perpindahan panas oil yang signifikan, adapun pada gap ratio besar (3,675 ≤ S/D ≤ 4,725)

penurunan laju perpindahan panas oil cenderung tidak begitu signifikan lagi. Sedangkan

pada beban panas rendah (0,008 kg/s ≤ oilm < 0,012 kg/s) dan beban panas tinggi (0,016 kg/s ≤

oilm ≤ 0,020 kg/s) terjadi kenaikan laju perpindahan panas oil yang signifikan, adapun

pada beban panas sedang (0,012 kg/s ≤ oilm < 0,016 kg/s) kenaikan laju perpindahan panas

oil cenderung tidak begitu signifikan. Didapatkan pula bahwa penukar panas dengan

gap ratio 1,575 dan laju alir massa oil 0,020 kg/s akan menghasilkan unjuk kerja

(effectivennes) paling besar yaitu 0,586 dengan laju perpindahan panas oil yang terjadi

adalah sebesar 25,86 W.

Kata Kunci : penukar panas, konveksi alamiah, enclosure, gap ratio, laju alir masa oil,

laju perpindahan panas, effectivennes.

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Penukar panas telah digunakan

secara luas pada berbagai bidang teknik,

salah satu contoh pemakaiannya adalah

pada sistem refrigerasi. Penukar panas

pada sistem refrigerasi, dalam hal ini

kondensor berfungsi untuk melepas panas

refrigeran ke udara supaya refrigeran

dapat terkondensasi. Pada refrigerator

yang lama, kondensornya berupa

pembuluh (tube) yang berleku-lekuk (coil)

dengan ditambahi kawat (wire) yang

ditempelkan pada pembuluh tersebut.

Penambahan kawat tersebut berfungsi

sebagai sirip (fin) dengan maksud untuk

memperbesar luasan perpindahan panas.

Kondensor tersebut diletakkan di bagian

belakang dari refrigerator dan

berhubungan secara langsung dengan

udara bebas.

Sedangkan pada refrigerator yang

sekarang, desain kondensornya hampir


ISSN 2252-4444

2

sama dengan kondensor pada refigerator

yang lama yaitu berupa pembuluh yang

berlekuk–lekuk tetapi tanpa menggunakan

sirip, disamping itu terdapat perbedaan

mengenai penempatan (posisi) dari

kondenser pada refrigerator.

D.T.Newport melakukan penelitian

baik secara eksperimental maupun

numerik yang mengamati interaksi termal

antara silinder isotermal yang terletak

dipusat isotermal cubical enclosure dengan

pendinginan air. Penelitian ini terbatas

pada aliran laminar dan Rayleigh Number

untuk silinder pada kisaran 104.

Nanang Setyoadi telah melakukan

penelitian eksperimental mengenai

konveksi alamiah yaitu tentang pengaruh

gap ratio dan laju alir massa fluida panas

terhadap unjuk kerja dari penukar panas

yang diletakkan di tengah dalam saluran

vertikal.

Perumusan Masalah

Dari uraian latar belakang

penulisan ini, dengan maksud untuk

menghasilkan suatu penukar panas jenis

pembuluh dengan unjuk kerja yang

optimal maka melalui penelitian ini akan

dilakukan kajian terhadap faktor-faktor

yang berpengaruh terhadap laju

perpindahan panas dan unjuk kerja dari

penukar panas jenis pembuluh yang

diletakkan ditengah dalam enclosure.

Adapun faktor-faktor tersebut adalah gap

ratio (S/D) yaitu perbandingan antara lebar

rongga dalam enclosure (S) dengan

diameter pembuluh dari penukar panas (D)

dan laju alir massa fluida panas ( oilm ).

Penelitian ini dilaksanakan dengan cara

memvariasikan lebar rongga dalam

enclosure dan laju alir massa fluida panas.

Batasan Masalah

Adapun batasan–batasan yang

perlu diambil agar pembahasan

berlangsung dengan baik, yaitu berupa

asumsi–asumsi sebagai berikut :

1. Temperatur ruangan tempat pengujian

dalam kondisi yang tetap (konstan).

2. Sistem beroperasi dalam kondisi tunak

(steady state).

3. Sifat–sifat (properties) dari fluida kerja

adalah konstan.

4. Efek radiasi diabaikan.

5. Geometri dari penukar panas adalah

tetap, hanya dilakukan perubahan gap

ratio untuk setiap perubahan laju alir

massa fluida panas.

6. Fluida panas yang digunakan adalah

oil sedangkan fluida dingin adalah

udara.

7. Fluida panas selama proses pengujian

tidak mengalami perubahan fase.

8. Salah satu dinding vertikal

dikondisikan adiabatik yaitu berupa

isolator (sterofoam), sedangkan dinding

vertikal lainnya sebagai dinding

konveksi yaitu berupa pelat datar

vertikal.

9. Dinding horizontal atas dan bawah

dikondisikan adiabatik yaitu berupa

isolator (sterofoam).

Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini

dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Untuk mengetahui pengaruh

perubahan gap ratio terhadap laju

perpindahan panas yang terjadi pada



2. Untuk mengetahui pengaruh laju alir

massa fluida panas terhadap

perpindahan panas yang terjadi pada



3. Untuk mengetahui pengaruh

perubahan gap ratio dan pengaruh

perubahan laju alir massa fluida panas

terhadap unjuk kerja dari penukar

panas jenis pembuluh yang diletakkan

ditengah dalam enclosure melalui

parameter effectiveness.


ISSN 2252-4444

3

TINJAUAN PUSTAKA

D.T.Newport telah melakukan

penelitian baik secara eksperimental

maupun numerik yang mengamati

interaksi termal antara silinder isotermal

yang terletak dipusat isotermal cubical

enclosure dengan pendinginan air. Riset

dengan metode numerik digunakan untuk

memprediksi distribusi temperatur dan

angka Nusselt disekitar silinder dan pelat

enclosure. Metode eksperimen digunakan

untuk memverifikasi hasil numerik dengan

interferometer jenis Michelson dan Mach-

Zender. Penelitian ini terbatas pada aliran

laminar dan Rayleigh untuk silinder pada

kisaran 104.

Hasil dari penelitian tersebut

memperlihatkan bahwa angka Nusselt

pada permukaan silinder bervariasi,

dimana angka Nusselt terbesar terjadi pada

daerah depan silinder (stagnasi) dan

terendah di daerah belakang silinder

(upstream). Sedangkan untuk pelat enclosure

yang dijaga isotermal, angka Nusselt

terendah pada daerah pojok (corner). Hal

ini dikarenakan fluida didaerah corner

banyak kehilangan momentum akibat

resirkulasi, sedangkan daerah dibawah

corner mempunyai angka Nusselt yang

tinggi karena aliran mengalami Reattached.

Nanang Setyoadi telah melakukan

penelitian eksperimental mengenai

konveksi alamiah yaitu tentang pengaruh

gap ratio dan laju alir massa fluida panas

terhadap unjuk kerja dari penukar panas

yang diletakkan di tengah dalam saluran

vertikal. Pada penelitian tersebut

digunakan pembuluh dengan diameter 3/8

inchi (9,53 mm) berupa koil yang terdiri

dari 12 laluan. Jarak antar pembuluh

adalah 50 mm. Sebagai fluida panas

digunakan oli thermia B, sedangkan fluida

dingin berupa udara. Laju alir massa fluida

panas bervariasi mulai 0.012, 0.014, 0.015,

0.017, 0.026 kg/s. Sedangkan blockage ratio

adalah perbandingan antara jarak rongga

dalam saluran vertical dengan diameter

pembuluh yaitu perbandingan antara jarak

sterofoam ke pelat vertikal dengan

diameter pembuluh dimana untuk

memvariasikan gap ratio yaitu diperoleh

dengan variasi jarak sterofoam ke pelat

vertikal (S), yaitu 15, 25, 35, 45 dan 55 mm.

Dan hasil dari eksperimen tersebut

dipresentasikan sebagai berikut :

Laju perpan fluida panas

Vs Jarak rongga

50

100

150

200

250

300

350

400

1,58 2,63 3,68 4,74 5,79

S/d

La

ju P

erp

an

(W)

m = 0.012 kg/s

m = 0.014 kg/s

m = 0.015 kg/s

m = 0.017 kg/s

m = 0.026 kg/s

6

Laju Perpan Fluida Panas

Vs Laju Aliran Massa

50

100

150

200

250

300

350

400

0,012 0,014 0,015 0,017 0,026

Laju Aliran Massa (kg/s)

Laju

Per

pan

(W)

S/d = 1.58

S/d = 2.63

S/d = 3.68

S/d = 4.74

S/d = 5.79

Gambar 1. Grafik Hubungan Antara Laju

Perpindahan Panas Fluida Panas Dengan

Gap Ratio Dan Laju Alir Massa Fluida

Panas

Salah satu bentuk transfer energi

pada suatu sistem adalah proses

perpindahan panas. Proses ini merupakan

aliran energi sebagai akibat adanya

perbedaan temperatur. Perpindahan panas

dapat terjadi melalui tiga cara yaitu secara

konduksi, radiasi dan konveksi.


ISSN 2252-4444

4

Effisiensi Plat Vs Jarak Rongga

0

2

4

6

8

10

1,58 2,63 3,68 4,74 5,79

S/d

Eff (

%)

m = 0.012 kg/s

m = 0.014 kg/s

m = 0.015 kg/s

m = 0.017 kg/s

m = 0.026 kg/s

Effisiensi Plat

Vs Laju Aliran Massa

0

2

4

6

8

10

0,012 0,014 0,015 0,017 0,026


Eff

(%

)

S/d = 1.58

S/d = 2.63

S/d = 3.68

S/d = 4.74

S/d = 5.79

Gambar 2. Grafik Hubungan Antara

Efisiensi Pelat Dengan Gap Ratio Dan Laju

Alir Massa Fluida Panas

Effisiensi Udara Vs Jarak Rongga

90

95

100

1,58 2,63 3,68 4,74 5,79S/d

Eff

(%

)

m = 0.012 kg/s

m = 0.014 kg/s

m = 0.015 kg/s

m = 0.017 kg/s

m = 0.026 kg/s

Effisiensi Udara Vs Laju Aliran Massa

90

95

100

0.012 0.014 0.015 0.017 0.026


Eff

(%

)

S/d = 1.58

S/d = 2.63

S/d = 3.68

S/d = 4.74

S/d = 5.79

Gambar 3. Grafik Hubungan Antara

Efisiensi Udara Dengan Gap Ratio Dan

Laju Alir Massa Fluida Panas

METODOLOGI

Variabel Penelitian

Guna mengetahui parameter bebas

yang berpengaruh dalam studi eksperimen

ini maka perlu dilakukan analisa tak

berdimensi. Dengan analisa tak berdimensi

dapat diketahui parameter yang

berpengaruh tanpa harus menggunakan

banyak kombinasi pengujian dan dapat

didapatkan hubungan antar parameter

yang berpengaruh tersebut.

Tabel 1. Parameter Bebas

Dari parameter-parameter diatas akan

ditentukan group tak berdimensi. Dengan

menggunakan Buckingham Pi theory

didapatkan 8 group tak berdimensi, yaitu :

No Parameter Symbol Satuan Dimensi

1

Koefisien

perpan

konveksi

h W/m2K M t-3 T-1

2 Diameter tube D m L

3 Jarak antar

tube Pt m L

4 Luas pelat Ap m L

5

Beda

temperatur

tube dengan

udara

T K T

6 Jarak rongga S m L

7 Gaya

gravitasi g m/s2 L t-2

8 Koefisien

ekspansi 1/K T-1

9 Viskositas

kinematik m2/s L2 t-1

10 Diffusivitas

thermal m2/s L2 t-1

11 Densitas

fluida Kg/m3 M L-3

12 Konduktivitas

thermal k W/mK

M L t-3 T-

1


ISSN 2252-4444

5

k

Dh1

……………….……......…(3.1)

D

Pt 2

……………….....…..…….(3.2)

D

Ap3

…………………...…….....(3.3)

23

254

gD

Tk ……………………(3.4)

k

gD 23

25

5 ……………....(3.5)

21

236

gD

v .……………………(3.6)

21

237

gD

. …….………...…...(3.7)

D

S8

………………….............….(3.8)

Dari kedelapan group parameter

tak berdimensi diatas, 1 lebih dikenal

dengan nama bilangan Nusselt (Nu) dan

2 merupakan perbandingan jarak antara

tube dengan diameter tube sedangkan 3

adalah perbandingan luas pelat dengan

diameter tube dimana tebal plat dibuat

konstan, karena eksperimen ini akan

meneliti pengaruh jarak rongga terhadap

koefisien perpindahan panas konveksi.

Sehingga dari penelitian ini akan

didapatkan pengaruh jarak rongga

terhadap unjuk kerja penukar panas. Untuk

4 sampai dengan 7 dicari lagi suatu

hubungan fungsional sebagai berikut :

76549 ,,, f

v

TDg

Dg

v

Dg

k

Dg

Dg

Tk

3

23

21

23

21

25

23

25

23

76

54

9

Dari hubungan diatas di dapat parameter

tak berdimensi baru )( 9 . Parameter tak

berdimensi tersebut lebih dikenal dengan

nama bilangan Rayleigh (Ra). Untuk

melihat pengaruh bilangan Rayleigh

terhadap perubahan unjuk kerja penukar

panas, dilakukan perubahan jarak rongga

saluran vertikal, dengan demikian :

87921 ,,, f

D

S,

D

Pt,

αv

TΔβDg,

D

Apf

k

Dh 3

Geometri yang divariasikan dalam

eksperimen ini adalah perubahan besar

ruang perpindahan panas antara tube

dengan sterofoam, yaitu dengan

memvariasikan bilangan S, karenanya

k

Dh = f

D

S,

αυ

TΔβDg3

DS,RafuN

Instalasi Peralatan Eksperimen

Eksperimen dilakukan pada

temperatur ruangan yang dijaga konstan,

dimana eksperimen menggunakan oil

(Shell Thermia B) sebagai sisi fluida panas

dan udara ruangan (udara bebas) sebagai

sisi fluida dingin. Penukar panas uji

terbuat dari tube tembaga yang dibuat

berlekuk-lekuk (coil) sebanyak 12 laluan.

Ukuran nominal tube adalah 3/8 inchi

dengan diameter luar 9,525 mm dan

diameter dalam 8 mm. Skema instalasi

peralatan eksperimen yang digunakan

yaitu seperti pada gambar 3.1 berikut ini :

Gambar 4. Skema Instalasi Peralatan

Eksperimen


ISSN 2252-4444

6

Adapun peralatan dan bahan yang

digunakan adalah sebagai berikut :

1. Penukar Panass dengan tube tembaga

yang ditempatkan didalam enclosure.

2. Thermostatik tank sebagai penampung

fluida panas.

3. Flowmeter, untuk mengukur laju alir

massa fluida panas dalam dalam tube

4. Pompa dan Motor.

5. Katup sebagai pengatur aliran.

6. Thermometer, untuk mengukur

temperatur dalam ruangan (T∞).

7. Thermocouple type – T, untuk

mengukur temperatur permukaan tube

(Tt), temperatur permukaaan pelat (Tp)

dan temperatur oil dalam tube (Tf)

8. Fluida kerja dengan menggunakan oil

Shell Thermia B.

9. Temperatur display dengan selector 10

channel.

10. Thermocontrol untuk mengontrol

temperatur fluida panas didalam tangki

penampung.

Oil dipanaskan dalam tangki [1] dengan

menggunakan alat pemanas [10], kemudian

oil dialirkan ke penukar panas uji [8] oleh

pompa [2]. Besarnya mass laju alir massa

oil diukur oleh flowmeter [6]. Untuk

mengatur laju alir massa oil digunakan

valve [5]. Thermocouple digunakan untuk

mengukur temperatur permukaan tube

(Tt), temperature permukaan pelat (Tp) dan

temperatur oil masuk dan keluar penukar

panas (Tf). Temperatur udara ruangan (TQ)

diukur dengan menggunakan thermometer

[9].

Untuk mengukur temperature pada

sejumlah titik, digunakan thermocouple

tipe T yang dihubungkan dengan

Temperatur Display setelah melalui

selektor 10 channel, seperti terlihat pada

gambar 3.2.

Tt4 T

f,out

Tp3

Tt2

Tf,in

Tt1

Tt3

A

A

A-A

65

0 m

m

55

0 m

m

550 mmx

y

S

D

Tp1

Tp2

Tp4

T

S

50

mm

Gambar 5. Skema Penempatan

Thermocouple

Prosedur Eksperimen

Eksperimen dilakukan dengan

memvariasikan 4 macam laju alir massa oil

(moil) sebagai berikut : 0,008 kg/s; 0,012 kg/s;

0,016 kg/s; 0,020 kg/s. Serta memvariasikan 4

macam gap ratio (S/D) sebagai berikut :

1,575 ; 2,625 ; 3,675 ; 4.725 yaitu dengan

cara memvariasikan 4 macam lebar

rongga/jarak pelat ke sterofoam (S) yaitu 15

mm, 25 mm, 35 mm dan 45 mm dimana

diameter tube konstan sebesar 3/8 in. Dalam

pengambilan data, untuk setiap variasi

mass flow laju alir massa oil dilakukan

empat kali variasi gap ratio. Dimana data-

data yang akan dimbil yaitu berupa

temperatur permukaan tube (Tt),

temperature permukaan pelat (Tp) dan

temperatur oil masuk dan keluar penukar

panas (Tf) serta temperatur udara ruangan

(TQ). Adapun prosedur langkah-langkah

dalam eksperimen adalah sebagai berikut :

1. Menyiapkan peralatan dan

perlengkapan yang diperlukan.

2. Memasang alat seperti tergambar pada

skema diatas.

3. Memasukkan oil kedalam thermostatik

tank

4. Mengecek kebocoran dari rangkaian alat

dengan menghidupkan pompa

5. Memanaskan fluida kerja dengan heater

dalam thermostatik tank sampai

temperatur 70 oC dan setting temperatur

dilakukan dengan thermostat.


ISSN 2252-4444

7

6. Mengatur laju alir massa fluida panas

dengan mengatur bukaan katub yang

dapat diukur dengan flowmeter.

7. Temperatur pada sejumlah titik diukur

dengan thermocouple type - T yang

dihubungkan dengan temperatur

display setelah melalui selector 10

channel. (detail penempatan

ditunjukkan pada Gambar 5)

8. Thermocouple untuk mengukur

termperatur permukaan tube (Tt), pelat

(Tp) dan temperatur oil didalam

pembuluh (Tf), sedangkan temperatur

udara diruangan (T∞,2) menggunakan

thermometer.

9. Mengulang langkah ke 7 untuk setiap

variasi gap ratio, yaitu dari 15 mm, 25

mm, 35 mm dan 45 mm.

10. Untuk setiap variasi gap ratio

pengambilan data dilakukan setelah

tercapai kondisi steady state.

11. Mengulang langkah ke 6 s/d 10 untuk

variasi laju alir massa yang ditentukan

yaitu dari 0.008 kg/s, 0.012 kg/s, 0.016

kg/s dan 0.020 kg/s.

Tabel 2. Pengambilan Data

Setting [Mass Flow]

Setting [S]

Tunggu Steady

S = 45 mm

Mass Flow =0.020 kg/s

tidak

ya

tidak

ya

End

Catat Data :

1. Temp. Fluida out, Tf,out

2. Temp. Pelat, Tp

3. Temp. Tube, Tt

4. Temp. Udara dalam,

5. Temp. Udara luar, ,2T

,1T

Mass Flow :

0.012 kg/s

0.016 kg/s 0.020 kg/s

HE dengan

S = 25 mm

S = 35 mm S = 45 mm

Digunakan HE denganTf,in = 70

oC

Menentukan parameter yang diubah :

Lebar rongga enclosure (S)&

Start

Setting awal

S = 15 mm

Memasang HE

Mass flow = 0.008 kg/s

Mass flow

Gambar 6. Alur Kerja

HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN

Pengujian dilakukan dengan

memvariasikan gap ratio dan laju alir

massa fluida panas. Dengan gap ratio

sebagai berikut : 1.575, 2.625, 3.675, 4.725,

sedangkan untuk laju alir massa yaitu :

0,008 kg/s; 0,012 kg/s; 0,016 kg/s; 0,020 kg/s.

Pengambilan data dilakukan setelah sistem

dalam kondisi steady. Dengan temperatur

kamar dan tekanan 1 atm, diperoleh data

sebagai berikut :


ISSN 2252-4444

8

Tabel 3. Data Hasil Eksperimen



Start

A

Data input untuk tiap parameter

Toil,in ; Toil,out

Tt1 ;Tt2 ; Tt3 ;Tt4

Tp1; Tp2 ; Tp3 ;Tp4

Truang

Menghitung temperatur rerata permukaan pelatMenghitung laju perpindahan panas oil :

Menghitung bilangan Rayleigh

( )outoil,inoil,oilp,oiloil T - T .c ..

m =.q

Menghitung koefisien konveksi

Menghitung laju perpindahan panas pelat

k

L . h=Nu

p

L

( ),2∞pppelat T - T. A . h =

.q

α . ν

) Τ - T( β . L . g = Ra

2,∞pp

L

3

4

T+ . . . . . +T=T

p,4p,1

reratapelat,

910LRa

Menghitung bilangan Nusselt2

278169

Pr

492.01

61387.0

825.0

LRa

LNu

Menghitung bilangan Nusselt

9/416/9

4/1

Pr

492.01

670.068.0

LL

RaNu

TIDAK

YA

Gambar 7. Alur Perhitungan


ISSN 2252-4444

9

Analisa Fluida Panas

GRAFIK Temperature Tube Rerata = f(S/D)

67.75

68.00

68.25

68.50

68.75

69.00

0 1 2 3 4 5

S/D

Te

mp

era

ture

Tu

be

Re

rata

(oC

)

moil = 0.008 kg/s

moil = 0.012 kg/s

moil = 0.016 kg/s

moil = 0.020 kg/s

(a)

GRAFIK Temperature Tube Rerata = f(moil)

67.75

68.00

68.25

68.50

68.75

69.00

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025

moil (kg

/s)

Te

mp

era

ture

Tu

be

Re

rata

(oC

)

S/D = 1.575

S/D = 2.625

S/D = 3.675

S/D = 4.725

(b)

Gambar 8. Grafik Temperature Tube Rata-

Rata

(a) Sebagai Fungsi S/D

(b) Sebagai Fungsi moil

Pada gambar 8 (a) tampak bahwa

untuk setiap laju alir massa oil (moil) yang

konstan, maka temperatur tube rata-rata

akan mengalami peningkatan dengan

bertambahnya gap ratio (S/D). Dengan

semakin meningkatnya temperatur tube

rata-rata menunjukkan bahwa panas yang

dilepas penukar panas semakin kecil.

Sedangkan pada gambar 8 (b) tampak

bahwa untuk setiap gap ratio (S/D) yang

konstan, maka temperatur pelat rata-rata

akan mengalami peningkatan pula dengan

bertambahnya laju alir massa oil.

GRAFIK Qoil = f(S/D)

21

22

23

24

25

26

0 1 2 3 4 5

S/D

Qo

il (

W)

moil = 0.008 kg/s

moil = 0.012 kg/s

moil = 0.016 kg/s

moil = 0.020 kg/s

(a)

GRAFIK Qoil = f(moil)

21

22

23

24

25

26

0.005 0.01 0.015 0.02 0.025

moil (kg

/s)

Qo

il (

W)

S/D = 1.575

S/D = 2.625

S/D = 3.675

S/D = 4.725

(b)

Gambar 9. Grafik Qoil



Pada gambar 9 (a) menunjukkan

bahwa untuk setiap laju alir massa oil

(moil) yang konstan, maka laju

perpindahan panas oil akan mengalami

penurunan dengan bertambahnya gap ratio

(S/D). Hal ini terjadi karena aliran udara

didalam enclosure akan mengalami

percepatan mengikuti profil silinder

penukar panas, dimana dengan

bertambahnya gap ratio maka rongga

didalam enclosure menjadi semakin lebar

yang mengakibatkan percepatan aliran

udara didalam enclosure menjadi

berkurang. Dengan semakin berkurangnya

pecepatan aliran udara inilah yang

mengakibatkan koefisien konveksi antara

silinder dengan udara menjadi semakin


ISSN 2252-4444

10

turun seiring dengan semakin

bertambahnya S/D, sehingga harga laju

perpindahan panas oil menjadi semakin

berkurang. Pada gap ratio < 3.675

penurunan laju perpindahan panas oil

lebih curam dibandingkan pada gap ratio >

3.675, hal ini menunjukkan bahwa pada

gap ratio > 3.675 tidak lagi memberikan

pengaruh yang signifikan terhadap laju

perpindahan panas oil. Dimana fenomena

ini karena pada gap ratio < 3.675 memiliki

celah dalam enclosure yang relatif lebih

kecil sehingga kecepatan udara yang

bersirkulasi didalam enclosure relatif lebih

besar dibandingkan pada gap ratio > 3.675.

Pada gambar 9 (b) dapat dilihat

bahwa untuk gap ratio (S/D) yang konstan,

maka laju perpindahan panas oil akan

mengalami peningkatan seiring dengan

semakin bertambahnya laju alir massa oil

(moil). Hal ini terjadi karena laju

perpindahan panas oil sebanding dengan

laju alir massa oil sesuai dengan persamaan

berikut ini :

outoli,inoli, olip, oli oli T - T .c ..

m .q

Semakin besar laju alir massa oil maka

akan terjadi pula kenaikan pada

temperatur oil keluar pembuluh, tetapi

kenaikan laju alir massa oil tidak sebanding

kenaikan temperatur oli sehingga laju

perpindahan panas oil menjadi semakin

meningkat.

Analisa Pelat


untuk laju alir massa oil (moil) yang

konstan maka temperatur pelat rata-rata

pada gap ratio (S/D) yang kecil, harganya

lebih kecil dibandingkan dengan harga

temperatur pelat rata-rata pada gap ratio

(S/D) yang besar. Sedangkan pada gambar

10 (b) tampak bahwa untuk gap ratio (S/D)

yang konstan, temperatur pelat rata – rata

akan semakin meningkat dengan semakin

bertambahnya laju alir massa oil (moil).

Dengan temperatur pelat rata – rata yang

lebih tinggi maka beda temperatur pelat

dengan temperatur udara sekeliling yang

relatif konstan akan menjadi lebih besar.

Beda temperatur yang besar ini akan

meningkatkan gaya bouyancy sehingga

laju perpindahan panas konveksi pada sisi

pelat ke udara luar menjadi semakin

meningkat.

GRAFIK Temperature Pelat Rerata = f(S/D)

48

49

50

51

52

53

0 1 2 3 4 5

S/D

Te

mp

era

ture

Pe

lat

Re

rata

(oC

)

moil = 0.008 kg/s

moil = 0.012 kg/s

moil = 0.016 kg/s

moil = 0.020 kg/s

(a)

GRAFIK Temperature Pelat Rerata = f(moil)

48

49

50

51

52

53

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025

moil (kg

/s)

Te

mp

era

ture

Pe

lat

Re

rata

(oC

)

S/D = 1.575

S/D = 2.625

S/D = 3.675

S/D = 4.725

(b)

Gambar 10. Grafik Temperature Pelat




ISSN 2252-4444

11

GRAFIK Ra = f(S/D)

4.0E+08

4.3E+08

4.5E+08

4.8E+08

5.0E+08

0 1 2 3 4 5

S/D

Ra

moil = 0.008 kg/s

moil = 0.012 kg/s

moil = 0.016 kg/s

moil = 0.020 kg/s

(a)

GRAFIK Ra = f(moil)

4.0E+08

4.3E+08

4.5E+08

4.8E+08

5.0E+08

0.005 0.01 0.015 0.02 0.025

moil (kg

/s)

Ra

S/D = 1.575

S/D = 2.625

S/D = 3.675

S/D = 4.725

(b)

Gambar 11. Grafik Bilangan Rayleigh



Harga bilangan Rayleigh

menunjukkan tingkat gaya bouyancy,

dimana semakin besar bilangan Rayleigh

maka gaya bouyancy-nya menjadi semakin

besar pula, dan berlaku juga sebaliknya

bahwa semakin kecil bilangan Rayleigh

maka gaya bouyancy-nya menjadi semakin

kecil pula. Gaya bouyancy yang besar akan

menyebabkan efek turbulensi fluida yang

semakin besar sehingga pencampuran

udara yang mengalir pada sekitar

permukaan pelat juga semakin besar.


untuk setiap laju alir massa oil (moil) yang

konstan, maka harga bilangan Rayleigh

akan semakin turun dengan semakin

bertambahnya gap ratio (S/D). Hal ini

terjadi karena dengan semakin

bertambahnya gap ratio untuk laju alir

massa oil yang konstan, maka temperatur

pelat rata – rata akan semakin turun

sehingga mengakibatkan beda temperatur

pelat dengan temperatur lingkungan luar

menjadi semakin turun yang menunjukkan

tingkat gaya bouyancy-nya semakin kecil.

Hal ini sesuai dengan persamaan bilangan

Rayleigh berikut ini :

α . ν

)ΤT ( β . L . g Ra

22,s3pL p

Pada gambar 11 (b) tampak bahwa untuk

setiap gap ratio (S/D) yang konstan, maka

harga bilangan Rayleigh akan semakin

turun dengan semakin bertambahnya laju

alir massa oil (moil). Hal ini terjadi karena

dengan semakin bertambahnya laju alir

massa oil untuk gap ratio yang konstan,

temperatur pelat rata-rata akan semakin

naik yang mengakibatkan beda temperatur

pelat dengan temperatur lingkungan luar

menjadi semakin naik pula dimana hal ini

akan mengakibatkan harga bilangan

Rayleigh menjadi semakin naik yang

menunjukkan tingkat gaya bouyancy-nya

semakin besar. Hal ini sesuai dengan

persamaaan bilangan Rayleigh diatas.

Harga koefisien konveksi

dipengaruhi oleh harga bilangan Nusselt,

sedangkan harga bilangan Nusselt

dipengaruhi oleh bilangan Rayleigh.

Semakin besar bilangan Rayleigh

menunjukkan gaya bouyancy yang

semakin besar dimana akan menyebabkan

efek turbulensi fluida yang semakin besar

sehingga pencampuran udara yang

mengalir pada sekitar permukaan pelat

juga semakin besar, hal ini yang

menyebabkan koefisien konveksi

perpindahan panas menjadi semakin besar

pula.

Pada gambar 12 (a) menunjukkan

bahwa untuk setiap laju alir massa oil

(moil) yang konstan, maka semakin besar

gap ratio (S/D) akan didapat harga

koefisien konveksi yang semakin kecil. Hal

ini terjadi karena dengan bertambahnya


ISSN 2252-4444

12

gap ratio maka temperatur pelat rata-rata

menjadi semakin turun sehingga

mengakibatkan harga bilangan Rayleigh

menjadi semakin turun juga. Dengan

semakin berkurangnya bilangan Rayleigh

tersebut mengakibatkan harga bilangan

Nusselt menjadi semakin berkurang pula

dan hal ini akan mengakibatkan harga

koefisien konveksi menjadi semakin

berkurang pula, sesuai dengan persamaan

dibawah ini :

9/416/9

4/1

Pr

492.01

670.068.0

LL

RaNu

k

L . hNu

p

Lp

GRAFIK h = f(S/D)

3.10

3.15

3.20

3.25

3.30

0 1 2 3 4 5

S/D

h (

W/m

2.K

) moil = 0.008 kg/s

moil = 0.012 kg/s

moil = 0.016 kg/s

moil = 0.020 kg/s

(a)

GRAFIK h = f(moil)

3.10

3.15

3.20

3.25

3.30

0.005 0.01 0.015 0.02 0.025

moil (kg

/s)

h (

W/m

2.K

) S/D = 1.575

S/D = 2.625

S/D = 3.675

S/D = 4.725

(b)

Gambar 12. Grafik Koefisien Konveksi



Sedangkan pada gambar 12 (b)

tampak bahwa untuk setiap gap ratio (S/D)

yang konstan, maka semakin besar laju alir

massa oil (moil) harga koefisien konveksi

menjadi semakin bertambah. Hal ini terjadi

karena dengan semakin bertambahnya laju

alir massa oil maka temperatur pelat rata –

rata menjadi semakin bertambah sehingga

mengakibatkan harga bilangan Rayleigh

semakin bertambah pula. Dengan

bertambahnya bilangan Rayleigh tersebut

mengakibatkan harga bilangan Nusselt

menjadi semakin bertambah pula dan hal

ini akan mengakibatkan harga koefisien

konveksi menjadi semakin bertambah,

sesuai dengan persamaan diatas.

GRAFIK Qpelat = f(S/D)

21

22

23

24

25

26

0 1 2 3 4 5

S/D

Qp

ela

t (W

) moil = 0.008 kg/s

moil = 0.012 kg/s

moil = 0.016 kg/s

moil = 0.020 kg/s

(a)

GRAFIK Qpelat = f(moil)

21

22

23

24

25

26

0.005 0.01 0.015 0.02 0.025

moil (kg

/s)

Qp

ela

t(W

) S/D = 1.575

S/D = 2.625

S/D = 3.675

S/D = 4.725

(b)

Gambar 13. Grafik Laju Perpindahan Panas

Pelat




ISSN 2252-4444

13

Harga laju perpindahan panas

pelat akan sebanding dengan harga laju

perpindahan panas oil, karena sesuai

dengan persamaan dibawah ini :

pelatoli

.q

.q

Dimana pada kenyataannya harga laju

perpindahan panas pelat tidak mungkin

sama dengan harga laju perpindahan panas

oil, hal ini akibat adanyan kebocoran-

kebocoran yang tidak bisa dihindari dalam

melakukan eksperimen.

Pada gambar 13 (a) untuk setiap

laju alir massa oil (moil) yang konstan,

tampak bahwa dengan bertambahnya gap

ratio (S/D) maka laju perpindahan panas

pelat menjadi berkurang. Hal karena harga

laju perpindahan panas konveksi pada sisi

pelat ke udara bebas dipengaruhi oleh

harga koefisien konveksi, dimana dengan

bertambahnya gap ratio untuk setiap laju

alir massa oil mengakibatkan harga

koefisien konveksi menjadi berkurang

sehingga harga laju perpindahan panas

pelat menjadi berkurang pula, sesuai

dengan persamaan dibawah ini :

,2s,2 ppelat T - T. A . h .q

Pada gap ratio < 3.675 penurunan laju

perpindahan panas pelat lebih curam

dibandingkan pada gap ratio > 3.675, hal

ini menunjukkan bahwa pada gap ratio >

3.675 tidak lagi memberikan pengaruh

yang signifikan terhadap laju perpindahan

panas pelat.


untuk setiap gap ratio (S/D) yang konstan,

tampak bahwa dengan bertambahnya laju

alir massa fluida (moil) maka laju

perpindahan panas pelat menjadi

meningkat. Hal karena harga laju

perpindahan panas konveksi pada sisi pelat

ke udara bebas dipengaruhi oleh harga

koefisien konveksi, dimana dengan

bertambahnya laju alir massa fluida untuk

setiap S/D fluida mengakibatkan harga

koefisien konveksi menjadi bertambah

sehingga harga laju perpindahan panas

pelat menjadi bertambah pula, sesuai

dengan persamaan diatas.

Analisa Effectivennes

GRAFIK Effectivennes = f(S/D)

0.50

0.51

0.52

0.53

0.54

0.55

0.56

0.57

0.58

0.59

0.60

0 1 2 3 4 5

S/D

Eff

ec

tiv

en

ne

s

moil = 0.008 kg/s

moil = 0.012 kg/s

moil = 0.016 kg/s

moil = 0.020 kg/s

(a)

GRAFIK Effectivennes = f(moil)

0.50

0.51

0.52

0.53

0.54

0.55

0.56

0.57

0.58

0.59

0.60

0.005 0.01 0.015 0.02 0.025

moil (kg

/s)

Eff

ec

tiv

en

ne

s

S/D = 1.575

S/D = 2.625

S/D = 3.675

S/D = 4.725

(b)

Gambar 14. Grafik Effectivennes



Unjuk kerja suatu penukar panas

dapat ditinjau dari harga efectivennes-nya.

Semakin besar harga efectivennes-nya, maka

penukar panas tersebut semakin baik

dalam melepaskan panas karena jumlah

pana aktual yang bisa dipindahkan

semakin mendekati jumlah panas

maksimum yang munkin dapat

dipindahkan oleh penukar panas tersebut.

Pada gambar 14 (a) untuk setiap

laju alir massa oil (moil) yang konstan,

tampak bahwa dengan bertambahnya gap

ratio (S/D) maka harga effectivennes menjadi


ISSN 2252-4444

14

berkurang. Hal ini terjadi karena harga

effectivennes menunjukkan kemampuan

penukar panas untuk melepas panas,

Dimana dengan bertambahnya gap ratio

untuk setiap laju alir massa oil

mengakibatkan harga laju perpindahan

panas oil menurun dan harga Cmin relatif

semakin turun pula tetapi penurunan laju

perpindahan panas oil lebih dominan

dibanding penurunan Cmin sehingga

menyebabkan harga effectivennes menjadi

berkurang pula, hal ini sesuai dengan

persamaan dibawah ini :

)TT (C

.q

q

qε

2inoil,min

oli

maks

akt

.

.

Pada gap ratio < 3.675 penurunan

effectivennes lebih curam dibandingkan

pada gap ratio > 3.675, hal ini menunjukkan

bahwa pada gap ratio > 3.675 tidak lagi

memberikan pengaruh yang signifikan

terhadap effectivennes.


untuk setiap gap ratio (S/D) yang konstan,

tampak bahwa dengan bertambahnya laju

alir massa oil (moil) maka harga

effectivennes menjadi bertambah. Hal ini

terjadi karena harga effectivennes

menunjukkan kemampuan penukar panas

untuk melepas panas, Dimana dengan

bertambahnya laju alir massa oil untuk

setiap gap ratio mengakibatkan harga laju

perpindahan panas oil meningkat dan

harga Cmin relatif semakin naik pula tetapi

kenaikan laju perpindahan panas oil lebih

dominan dibanding kenaikan Cmin

sehingga menyebabkan harga effectivennes

menjadi meningkat pula, hal ini sesuai

dengan persamaan diatas.

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Dari hasil pengujian dan kemudian

dilakukan analisa, maka penulis menarik

kesimpulan sebagai berikut :

1. Pada laju alir massa oil yang sama,

penambahan gap ratio akan

menurunkan laju perpindahan panas

oil. Pada gap ratio < 3,675 penurunan

laju perpindahan panas oil lebih

dominan dibandingkan pada gap ratio

> 3,675. Sedangkan pada gap ratio yang

sama, penambahan laju alir massa oil

akan menaikkan laju perpindahan

panas oil.

2. Pada sistem enclosure ini, laju

perpindahan panas pelat tidak sama

dengan laju perpindahan oil

diakibatkan adanya kebocoran panas

pada isolasi, tetapi kebocoran panas

tersebut tidak terlalu signifikan,

dimana kebocoran panas terbesar yaitu

3,5 % dari laju perpindahan panas oil.

3. Laju perpindahan panas oil dan laju

perpindahan panas pelat terendah

diperoleh pada laju alir massa oil

terkecil (0.008 kg/s) dengan gap ratio

= 4.725. Sedangkan laju perpindahan

panas oli dan laju perpindahan panas

pelat tertinggi diperoleh pada laju alir

massa oil terbesar (0.020 kg/s) dengan

gap ratio = 1.575.

4. Pada laju alir massa oil yang sama,

penambahan gap ratio akan

mengakibatkan harga effectivennes

menjadi semakin kecil. Pada gap ratio <

3,675 penurunan effectivennes lebih

dominan dibandingkan pada gap ratio

> 3,675. Sedangkan pada gap ratio yang

sama, penambahan laju alir massa oil

akan mengakibatkan harga effectivennes

menjadi semakin besar.

5. Effectivennes terendah diperoleh sebesar

0,523 pada laju alir massa oil terkecil

yaitu 0.008 kg/s dengan gap ratio

terbesar yaitu 4,725. Sedangkan

effectivennes tertinggi diperoleh

sebesar 0,586 pada laju alir massa

terbesar yaitu 0.020 kg/s dengan gap

ratio terkecil yaitu 1,575.


ISSN 2252-4444

15

DAFTAR PUSTAKA

Newport D. T., On the Thermal Interaction

Between an Isothermal Cylinder an Its

Isothermal Enclosure for Cylinder Rayleigh

Numbers of Order 104, Journal of Heat

Transfer vol. 133 pp. 1052-1061, 2001.

Nanang Setyoadi, Studi Eksperimental

Pengaruh Gap Ratio Dan Laju Alir Massa

Terhadap Unjuk Kerja Dari Penukar Panas

Diletakkan DiTengah Dalam Saluran

Vertikal, Teknik Mesin-ITS, 2003.

Bejan, A., Heat Transfer, John Wiley and

Sons, Inc, New York, 1993.

Holman, J. P., Alih Bahasa oleh Jasjfi E.,

Perpindahan Kalor, Erlangga, Indonesia,

1988.

Incropera, Frank, P., and DeWitt, David P.,

Fundamental of Heat and Mass Transfer,

4th ed, John Wiley and Sons, Inc, New

York, 1996.


ISSN 2252-4444

16

PENGARUH FRAKSI VOLUME SERAT RAMI TERHADAP KEKUATAN BENDING

BIOKOMPOSIT BERMATRIK PATI SAGU

Rudianto Raharjo


[email protected]

Abstrak

Penelitian ini di harapkan untuk kemasan makanan. Kemasan yang di inginkan adalah

yg memiliki kekuatan bending, aman ketika kontak dengan makanan dan mudah terurai

oleh lingkungan. Penelitian ini memfokuskan pembuatan biokomposit untuk aplikasi

kemasan pengganti kemasan polistierene. Dalam penelitian ini di gunakan pati sagu,

kitosan 40 %, temperature glatinisasi 70 0C. Pengujian menggunakan uji bending dengan

ASTM C 393(1997) dan uji migrasi bahan dengan SNI 7323(2008). Dari hasil pengujian di

dapatkan data kekuatan bending dan data total migrasi bahan terhadap fraksi volume

serat rami. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tegangan bending tertinggi pada fraksi

volume 50% sebesar 6 MPa dan tegangan terendah pada fraksi volume 10 % sebesar 2

MPa.

Kata Kunci : biokomposit, rami, sagu, bending.

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Munculnya issue permasalah

limbah non-organik yang semakin

bertambah mampu mendorong perubahan

trend teknologi komposit menuju natural

composite yang ramah lingkungan. Serat

rami (Boehmeria Nivea) merupakan salah

satu jenis serat alam yang tumbuh dan

berlimpaah jumlahnya di Indonesia. Serat

rami ini memiliki kekuatan relatif yang

tertinggi diantara kelompok serat

tumbuhan. Serat rami menjadi produk

teknologi dengan nilai ekonomi tinggi

merupakan langkah yang tepat untuk

menjawab permasalahan ini.

TINJAUAN PUSTAKA

Potensi sagu (Metroxylon sagu

Rottb) sebagai sumber bahan pangan dan

bahan industri telah disadari sejak tahun

1970-an, namun sampai sekarang

pengembangan tanaman sagu di Indonesia

masih jalan di tempat. Sagu merupakan

tanaman asli Indonesia. Tepung sagu

mengandung amilosa 27% dan amilopektin

73%. Simpanan karbohidrat di hutan sagu

Indonesia mencapai 5 juta ton pati kering

per tahun, Dibandingkan dengan tanaman

penghasil karbohidrat lain, keunggulan

utama tanaman sagu adalah

produktivitasnya tinggi. Produksi sagu

yang dikelola dengan baik dapat mencapai

25 ton pati kering/ ha/tahun. Produktivitas

ini setara dengan tebu, namun lebih tinggi

dibandingkan dengan ubi kayu dan

kentang dengan produktivitas pati kering

10-15 t/ha/tahun. Konsumsi pati sagu

dalam negeri hanya sekitar 210 ton atau

baru 4-5% dari potensi produksi.

Aplikasi penelitian ini untuk

kemasan makanan. Kemasan yang di

inginkan adalah yg memiliki kekuatan

bending, aman ketika kontak dengan

makanan dan mudah terurai oleh


ISSN 2252-4444

17

lingkungan. Dari penelitian sebelumnya di

dapat bahwa penelitian hanya terbatas

pada polimer organik saja dan sebatas

kekuatan tarik. Penelitian ini memfokuskan

pembuatan biokomposit untuk aplikasi

kemasan pengganti kemasan polistierene.

METODE PENELITIAN

Penelitian dilaksanakan dengan membuat

dan menguji sampel uji biokomposit

dengan mengacu ASTM C 393 untuk uji

bending dan SNI 7232 untuk uji migrasi

bahan. Jumlah masing-masing sampel uji

sebanyak 1 buah dengan fraksi volume

serat, Vf: (10%, 20%, 30%, 40%, 50%). Serat

rami yang digunakan berupa serat tidak

kontinyu acak yang diperoleh dari Balitas

Singosari Malang. Matriks yang digunakan

berupa pati sagu dengan khitosan 40 % dan

Gliserol 20%. Metode pembuatan sampel

uji adalah hand lay-up.

Gambar 1. Spesimen uji bending

Hasil uji sampel biokomposit

disajikan dalam bentuk hubungan antara

kekuatan bending vs fraksi volume serat .

Hasil pengujian dibandingkan dengan

hasil perhitungan data uji bending

polistierene. Observasi kegagalan

dilakukan dengan foto makro untuk

mengamati modus kegagalan dan kriteria

kegagalan. Hasil akhir penelitian

dibandingkan bahan plastik/polimer yang

diaplikasikan pada bidang kemasan

makanan.


Menggunakan Universal Testing Machine

(Time Group Inc WDW 20E) diperoleh data

pembebanan. Data-data dari pengujian

kemudian dimasukkan dalam persamaan-

persamaan sehingga sehingga di dapatkan

tegangan bending. Hasil pengujian

diperoleh besarnya kekuatan bending

biokomposit kombinasi rami acak adalah

sebagai berikut:

Tabel 1. Hasil pengujian uji bending

σb = 22

3

bh

PL (1)

dengan :

σb = Tegangan bending (MPa)

P = Beban /Load (N)

L = Panjang Span / Support span(mm)

b = Lebar/ Width (mm)

h = Tebal / Depth (mm)

Tabel 2. Hasil perhitungan tegangan

bending

0

1

2

3

4

5

6

7

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%

Fraksi Volume

Teg

an

gan

Ben

din

g (

MP

a)

Gambar 2. Grafik Tegangan Bending

dengan Fraksi Volume serat rami

Dari gambar 2 pengujian uji

bending komposit terdapat kenaikan

tegangan dari 2 MPa ke 4 MPa dan ke 6

KOMPOSISI SERAT RAMI ACAK

10% 20% 30% 40% 50%

Beban 0,002

KN

0,004

KN

0,004

KN

0,006

KN

0,006

KN


ISSN 2252-4444

18

MPa dikarenakan oleh adanya pengaruh

penambahan volume serat rami.

Peningkatan tegangan bending dari fraksi

volume 10 % ke 20 %

%1002

24x

= 100 %


volume 20 % ke 30 %

%1004

44x

= 0 %


volume 30 % ke 40 %

%1004

46x

= 100 %


volume 40 % ke 50 %

%1006

66x

= 0 %

Grafik tegangan bending diatas

menunjukkan kenaikan tegangan

dikarenakan penambahan seratnya, grafik

tersebut menjelaskan semakin tinggi fraksi

volume seratnya maka tegangan semakin

tinggi, hal ini dituntukkan pada fraksi

volume 10 % besarnya tengangan bending

yaitu 2 MPa, lebih kecil dibanding fraksi

volume 20 % yang sebesar 4 MPa.

Sedangkan untuk fraksi volume 30 %

besarnya tegangan 4 MPa, jadi tidak ada

peningkatan tegangan bending dari fraksi

20% ke fraksi 30 %. fraksi volume 40 %

besarnya tengangan bending yaitu 6 MPa

yang lebih tinggi dari fraksi volume 30 %,

fraksi volume 20 % dan fraksi volume 10 %.

fraksi volume 50 % besarnya tengangan

bending yaitu 6 MPa. Tegangan bending

fraksi volume 50 % sama dengan tegangan

bending fraksi volume 40 % , berarti tidak

ada peningkatan tegangan bending seiring

dengan peningkatan fraksi volumenya.

Dari hasil diatas menunjukkan bila serat

semakin banyak serat maka tegangan

bendingnya semakin naik. Semakin

meningkatnya kekuatan bending ini

dikarenakan dimensi komposit yang

semakin besar. Semakin banyak serat yang

digunakan, dimensi komposit akan

semakin besar pula.

Foto Makro Uji Kegagalan Bending

Tujuan dilakukan foto makro

untuk mengetahui kegagalan yang terjadi

pada komposit. Selain itu, foto makro juga

dilakukan untuk melihat patahan spesimen

hasil pengujian bending. Foto–foto makro

tersebut dapat dilihat pada gambar

dibawah:

Gambar 3. Kegagalan pada pengujian

bending komposit dengan fraksi volume

10%



20%


ISSN 2252-4444

19



30%



40%



50%

Gambar diatas menunjukkan kegagalan

pada pengujian bending komposit,

dimana patahan terjadi dibagian bawah

yang awal mulanya mengalami retak atau

lepas dari ikatannya terhadap serat

didalamnya. Pada umumnya kelemahan

komposit terhadap beban bending terletak

pada bagian komposit yang belum merata

pemampatannya antara serat dan

matriknya dibagian bawah pada spesimen.

Pada lapisan ini mempunyai kekuatan

tarik maksimum dan akan mengalami

kegagalan paling awal karena tidak

mampu menahan tegangan tarik pada

bagian bawah komposit, sehingga akan

terjadi retak lebih awal. Kekuatan yang

menahan beban maksimum terjadi pada

bagain komposit yang ada didalamnya,

yang banyak terjadi pencampuran antara

serat dan matrik secara merata. Setelah

dibagian dalamnya tidak mampu menahan

beban maka di bagian bawah tidak

mampu menahan beban, maka akan terjadi

retakan pada bagain bawah spesimen

tersebut, dan merupakan retakan awal

pada komposit. Setelah bagian bawah

patah, kekuatan menahan beban menurun

drastis.

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil penelitian yang telah

dilakukan, dapat disimpulkan bahwa

biokomposit serat rami dengan matrik pati

sagu berpotensi untuk dikembangkan lebih

lanjut sebagi material alternatif pengganti

polistierene untuk kemasan makanan. Pada

biokomposit dengan fraksi volume 40 %

dan 50 % di dapatkan nilai tegangan

bending yang tertinggi sebesar 6 MPa.

Harga ini lebih besar daripada harga

referensi pada penelitian ini, yaitu bahan

polimer yang di aplikasikan pada kemasan

makanan, untuk yg tebuat dari polistierene

sebesar 5 MPa dan yg terbuat dari LDPE

sebesar 4 MPa. Biokomposit ini jg aman

jika di pergunakan untuk kemasan


ISSN 2252-4444

20

makanan.karena masih dibawah 10

mg/dm2, untuk simulan air, asam aseta 3%,

alkohol 15%. kelemahan biokomposit

terhadap beban bending terletak pada

bagian komposit yang belum merata

pemampatannya antara serat dan

matriknya dibagian bawah pada spesimen

DAFTAR PUSTAKA

Sumaryono. (2007). Tanaman Sagu Sebagai

Sumber Energi Alternatif. Warta

Penelitian dan Pengembangan

Pertanian. Vol., 29. No 4. Badan

Penelitian Bioteknologi Perkebunan

Indonesia. Bogor

ASTM. (1997).ASTM C 393

Widiarto, Sonny. (2005).Pembuatan Plastik

Ramah Lingkungan dari Campuran

Pati Sagu Polivinil Alkohol. Laporan

Penelitian Dana Dipa PNPB. Unila.

Lampung

Utari, S.M. Darni, Y. Dan Utami, H. (2008).

Pemanfaatan Agar-Agar Gracilarna

Coronapifolia dan Kitosan Untuk

Pembuatan Plastik Biodegradabel

dengan Gliserol sebagi Plasticizer.

Prosiding Seminar Nasional Sains dan

Teknologi-II Universitas Lampung. 29-

40

Soemardi, T.P. Kusumaningsih, W. dan

Irawan A.P. (2009). Karakteristik

Mekanik Komposit Lamina Serat Rami

Epoxi Sebagai Bahan Alternatif Soket

Protesis. Jurnal Makara Teknologi 13(2)

: 96-101

Warsiki, E. Damayanthy, E. Damanik, R.

(2007). Karakteristik Mutu Sop Daun

Torbangun dalam Kemasan Kaleng dan

Perhitungan Total Migrasi Bahan.

Jurnal Teknik Industri Pertanian 18(3):

21-24


ISSN 2252-4444

21

PENGARUH VARIASI FRAKSI VOLUME FILLER SERAT AGAVE SESALANA

TERHADAP KEKUATAN BENDING BIOKOMPOSIT MATRIK PATI UBI JALAR

Riswan Eko Wahyu S


[email protected]

Abstrak

Penggunaan plastik sebagai bahan kebutuhan manusia memiliki berbagai keunggulan,

akan tetapi plastik sangat sukar terdegradasi secara alami dan telah menimbulkan

masalah dalam penanganan limbahnya. Dalam memecahkan masalah limbah plastik

dilakukan beberapa pendekatan seperti daur ulang. Biokomposit pada penelitian ini

menggunakan biomaterial yang dapat diperbaharui (renewable) dan dapat terurai oleh

lingkungan. Dengan harapan dan aplikasinya sebagai material alternative pengganti

kotak kemasan makanan. Metode penelitian yang digunakan pada penelitian ini adalah

komposit serat pendek secara hand lay up tekan, sebagai filler komposit digunakan serat

Agave Sisalana dengan variasi Fraksi Volume 10%, 20%, 30%, dan 40%. Sedangkan Matrik

penyusun biokomposit ini menggunakan bahan pati ubi jalar yang dicampur dengan

20% gliserol. . Pengujian dilakukan dengan standar uji bending ASTM D 790 (1997). Dari

penelitian ini diperoleh hasil bending terkecil pada fraksi volume serat 10% sebesar 2

MPa dan hasil bending terbesar pada fraksi volume serat 40% sebesar 8 MPa.

Kata kunci : biokomposit, kekuatan bending.

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Penggunaan plastik sintetik sebagai

bahan kebutuhan manusia memiliki

berbagai keunggulan seperti mempunyai

sifat mekanik dan barrier yang baik,

harganya yang murah, dan kemudahan

dalam proses pembuatan serta aplikasinya.

Akan tetapi, plastik sintetik mempunyai

kestabilan fisiko-kimia yang terlalu kuat

sehingga plastik sangat sukar terdegradasi

secara alami dan telah menimbulkan

masalah diantaranya penanganan

limbahnya, bahan bakunya (dari minyak

bumi olahan/sintesis minyak bumi) yang

semakin lama semakin berkurang dan

mengakibatkan kehilangan sumber daya

alam ini. Selain itu pada produk-produk

tertentu material plastik mengandung

racun yang sangat berbahaya bagi tubuh

manusia. Permasalahan muncul berasal

dari limbah plastik dimana dari data

Kementrian Lingkungan Hidup

menunjukkan bahwa setiap individu

menghasilkan rata-rata 0,8 kilogram

sampah per hari, 15 persennya adalah

plastik. Dengan asumsi 220 juta penduduk

Indonesia, maka sampah plastik yang

terbuang mencapai 26.500 ton per hari.

Dalam memecahkan masalah sampah atau

limbah plastik ini telah dilakukan beberapa

pendekatan, seperti: daur ulang, teknologi

pengolahan sampah plastik. Serat sisal

sendiri diperoleh dari pengolahan tanaman

agave sisalana atau sering dikenal dengan

“sisal” sedangkan pati ubi jalar diperoleh

dari ubi jalar putih yang diekstrak dan

gliserol merupkan hasil ekstraksi minyak

alam. Tanaman Sisal pada dasarnya

merupakan tanaman yang tumbuh liar

didaerah kering, berbatu-batu dan

dilereng-lereng bukit seperti di blitar

selatan, kediri, pamekasan dan sumenep


ISSN 2252-4444

22

madura. Tanaman ini merupakan tanaman

tahunan yang diambil seratnya biasanya

digunakan untuk tali temali, sebagai bahan

baku industri kerajinan tangan, dan sebagai

produk diversifikasi seperti pulp, karpet,

kantong kertas dengan harga jual serat

yang murah. Serat Sisal memiliki sifat

mekanik diantaranya kekuatan tariknya 80

- 840 MPa, kekuatan tarik spesifiknya 55 -

580 MPa, modulus youngnya 9 - 22 GPa,

modulus young spesifiknya 6 - 15 Gpa.

(Mwaikambo, 2006).

Pada dasarnya pati umbi-umbian (pati

kentang, singkong, ubijalar dan

sebagainya) memiliki suhu gelatinisasi

berkisar antara 70 - 80OC, bersifat elastis,

mudah rusak dan memiliki penampakan

yang translucent ketika dingin. Untuk

mengatasi hal tersebut, maka perlu

dilakukan modifikasi pati sehingga

diperoleh sifat-sifat yang cocok untuk

aplikasi tertentu. (Zuraida, 2003). Melihat

kandungan pati pada ubi jalar sebesar 90%,

maka pati ubi jalar memiliki kesamaan

dengan pati ubi kayu dapat digunakan

sebagai material biopolimer.

Pembuatan biopolimer dari pati (starch)

memerlukan campuran bahan aditif untuk

mendapatkan sifat mekanis yang lunak,

ulet dan kuat. Untuk itu perlu

ditambahkan suatu zat cair/padat agar

meningkatkan sifat plastisitasnya. Proses

ini dikenal dengan plastisasi, sedang zat

yang ditambah disebut pemlastis. Di

samping itu pemlastis dapat pula

meningkatkan elastisitas bahan, membuat

lebih tahan beku dan menurunkan suhu

alir, sehingga pemlastis kadang-kadang

disebut juga dengan ekastikator antibeku

atau pelembut. Adapun pemlastis yang

digunakan adalah “gliserol”, karena gliserol

merupakan bahan yang murah, sumbernya

mudah diperoleh, dapat diperbaharui dan

juga akrab dengan lingkungan karena

mudah terdegradasi oleh alam.

Pada material biokomposit ini variasi

fraksi volume serat akan diteliti

pengaruhnya terhadap kekuatan bending.

Kekuatan bending digunakan karena pada

aplikasi kemasan kotak makanan lebih

mengarah pada kekuatan bending sebab

aplikasi pembebanan yang diterima pada

bagian dasar dari kotak makanan tersebut.

Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah

dikemukakan sebelumnya, maka dapat

diambil beberapa perumusan masalah

yang akan diteliti dalam tesis ini.

Perumusan masalah tersebut adalah

sebagai berikut :

Bagaimanakah pengaruh variasi fraksi

volume filler serat agave sisalana terhadap

kekuatan bending matrik pati ubi jalar?

Batasan Masalah

Untuk memudahkan serta

memperlancar jalannya penelitian ini maka

batasan masalahnya adalah sebagai

berikut:

1. Material yang digunakan adalah serat

agave sisalana sebagai filler dengan

variasi volumnya yaitu 10%, 20%, 30%,

dan 40% menggunakan metode hand

lay up dengan arah serat pendek acak

dan biopolimer pati ubi jalar ditambah

20% gliserol sebagai matrik yang

dibuat dengan proses blending dengan

suhu pemanasan 70OC.

2. Pengujian mekanik yang dilakukan

adalah “pengujian bending” untuk

mengetahui kekuatan bending

spesimen biokomposit terhadap

kekuatan bending dari aplikasi yang

digunakan.

3. Pengambilan gambar foto spesimen

dengan kamera digital pada hasil

pengujian bending untuk mengetahui

kegagalan (retak/patah) pada saat

pengujian.


ISSN 2252-4444

23

TINJAUAN PUSTAKA

Penelitian Sebelumnya

Pada penelitian Oladebeye A.O tahun

2009 dengan judul penelitian

“Physicochemical Properties of Starches of

Sweet Potato (Ipomea batata) and Red Cocoyam

(Colocasia esculenta) Cormels” dimana hasil

penelitian yang didapat yaitu pati ubi jalar

memiliki persentase kandungan protein,

karbohidrat, dan serat kasar yang lebih

tinggi dari pada red cocoyam. Kemudian

hasil fisikokimia dengan kandungan

amilosa dan amilopektin yang banyak

dimana hasil perekatan pasta pati ubi jalar

(405.92 RVU) pada waktu (4,37 menit) lebih

tinggi dibandingkan dengan pasta red

cocoyam dengan sifat rekat (244.33 RVU)

yang diperoleh pada (4,99 menit).

Joseph K., tahun 1999 dalam

penelitiannya yang berjudul “A Review on

Sisal Fiber Reinforced Polymer Composites”

menyatakan bahwa di antara berbagai serat

alami, serat sisal memiliki daya tarik pada

komposit. Dimana komposit dari serat sisal

mempunyai kekuatan impak tinggi di

samping mempunyai kekuatan tarik dan

kekuatan bending yang baik bila

dibandingkan dengan serat lignosellulosa

yang lain. Kemudian dari penelitian

tersebut menjelaskan tentang serat sisal

sebagai penguat komposit polimer dengan

acuan khusus pada struktur dan sifat khas

dari serat sisal, teknik pemrosesan, dan

sifat-sifat phisik dan mekanis dari

komposit.

Kemudian penelitian yang dilakukan

oleh Van Der Burgt (1996) meneliti tentang

penggunaan dari suatu ekstruder untuk

proses plastifikasi pati kentang dengan

gliserol dan air sebagai plasticizernya.

Dengan variasi pati dan gliserol (80/20,

82/18, 84/16 dan 88/12). Pengaruh gliserol

dan air dinyatakan pada indeks

penyerapan air (WAI) dan indeks daya

larut air (WSI). Hasil penelitian ini yaitu

gliserol dan air menjaga pati polimer

terhadap derajat penurunan selama proses

ekstrusi dari pati thermoplastik bahwa

gliserol menunjukkan efek yang paling

besar.

Komposit

Komposit didefinisikan sebagai

kombinasi antara dua material atau lebih

yang berbeda bentuknya, komposisi

kimianya, dan tidak saling melarutkan

antara materialnya dimana material yang

satu berfungsi sebagai penguat dan

material yang lainnya berfungsi sebagai

pengikat untuk menjaga kesatuan unsur-

unsurnya (Gibson, 1994). Sedangkan

penggabungan dua atau lebih material

dengan material pengisi (filler) dari bahan-

bahan alami disebut dengan

”biokomposit”. Dalam penyusunan

komposit salah satu material penyusun

dapat ditentukan fraksi volumenya untuk

mendapatkan sifat akhir yang diinginkan.

Secara umum terdapat dua kategori

material penyusun komposit yaitu matrik

dan reinforcement. Keunggulan dan

keuntungan bahan komposit diantaranya

yaitu dapat memberikan sifat–sifat

mekanik terbaik yang dimiliki oleh

komponen penyusunnya, bobotnya yang

ringan (jika dibandingkan dengan material

logam tetapi memiliki kekuatan yang

hampir sama), kemudian tahan korosi,

ekonomis, dan tidak sensitif terhadap

bahan-bahan kimia. Beberapa sifat yang

dapat diperbaiki dengan dibuatnya

komposit dari bahan pembentuknya antara

lain: kekuatan dan kekakuannya,

ketahanan korosi dan ketahanan ausnya,

berat material, konduktivitas termal dan

thermal insulationnya, serta accoustical

insulation dan ketahanan fatique.

Faktor yang mempengaruhi Performa

Komposit

Penelitian yang mengabungkan antara

matrik dan serat harus memperhatikan

beberapa faktor yang mempengaruhi


ISSN 2252-4444

24

performa Fiber-Matrik Composites antara

lain:

1. Faktor Serat,

2. Letak Serat,

3. Panjang Serat,

4. Bentuk Serat,

5. Faktor Ikatan Fiber-Matrik,

6. Katalis,

Teori Ikatan Penguat terhadap Komposit

Ikatan yang dapat terjadi pada material

komposit diantara matrik dan penguatnya

antara lain: (Matthew and Rawling, 1994)

a. Ikatan mekanik (Mechanical Bonding),

b. Ikatan elektrostatis (Electrostatic

Bonding),

c. Ikatan kimia (Chemical Bonding),

d. Ikatan reaksi.

Metode Pembuatan Komposit

Terdapat tiga macam metode yang

dapat digunakan untuk membuat

komposit (Gibson, 1994), yaitu:

a. Injection Moulding

b. Spray Up

c. Hand Lay Up

Proses pembuatan komposit dengan

metode Hand Lay Up merupakan

pembuatan komposit dengan metode

lapisan demi lapisan sampai diperoleh

ketebalan yang diinginkan. Dimana setiap

lapisan berisi matrik dan filler. Setelah

memperoleh ketebalan yang diinginkan

digunakan roller untuk meratakan dan

menghilangkan udara yang terjebak

diatasnya.

Gambar 1. Metode Hand Lay Up

Sumber: Budinski, 1992

Gambar 2.4 merupakan gambar proses

pembuatan kompossit dengan cara metode

hand lay up. Pada penelitian biokomposit

serat agave sisalana dan matrik pati ubi jalar

dan gliserol metode pembuatannya

menggunakan metode hand lay up.

Proses Pembuatan Komposit

Proses pembuatan komposit yang

paling umum dipakai terdapat 4 macam,

diantaranya adalah (Matthew and Rawling,

1994)

1. Pembuatan secara fasa padat

2. Pembuatan secara fasa cair

3. Deposition,

4. Proses in situ,

Penelitian biokomposit serat agave

sisalana dengan matrik pati ubi jalar dan

gliserol pada penelitian ini menggunakan

proses pembuatan secara fasa cair, sebab

pencampuran antara matrik dan fillernya

dengan cara blending/ pengadukan, dimana

matrik dicampurkan dalam keadaan cair

pada penguat/reinforcement dalam kondisi

padat.

Kekuatan Bending Komposit

Kekuatan bending atau kekuatan

lengkung (flexural strength) adalah

tegangan bending terbesar yang dapat

diterima akibat pembebanan luar tanpa

mengalami deformasi yang besar atau

kegagalan. Besar kekuatan bending

tergantung pada jenis material dan

pembebanan. Untuk mengetahui kekuatan

bending suatu material dapat dilakukan

dengan “pengujian bending” terhadap

material komposit tersebut. Pengujian

dilakukan three point bending (ditunjukkan

pada gambar 2.5).

Gambar 2. Penampang Bending (balok)

Sumber: ASTM D790, 1997


ISSN 2252-4444

25

METODE PENELITIAN

Waktu dan Tempat Penelitian

Metode penelitian ” Pengaruh Variasi

Fraksi Volume Filler Serat Agave Sesalana

Terhadap Kekuatan Bending Biokomposit

Matrik Pati Ubi Jalar” yang telah

dilaksanakan merupakan true experimental

research, tahapan penelitian ini dibagi

dalam 3 bagian yaitu studi literatur, studi

lapangan dan pembuatan serta pengujian

spesimen biokomposit.

Waktu penelitian dilaksanakan selama

sepuluh bulan, dengan rincian yaitu untuk

studi literatur dilaksanakan selama 3 bulan,

dilanjutkan dengan studi lapangan 1 bulan,

kemudian pada pembuatan dan pengujian

spesimen selama 4 bulan, sedangkan untuk

pengolahan data dan evaluasi 2 bulan.

Beberapa tempat yang digunakan

untuk penelitian yaitu: untuk studi literatur

dilaksanakan di Jurusan Mesin Universitas

Brawijaya, Jurusan Kimia Universitas

Brawijaya, Balitas Karang Ploso Malang

dan internet. Penelitian ini dititik-beratkan

pada teori-teori dan konsep-konsep tentang

pengetahuan bahan (biokomposit).

Variabel Penelitian

Penelitian ”Pengaruh Variasi Fraksi

Volume Filler serat Agave Sisalana terhadap

Kekuatan Bending dan Biodegradabelitas

Biokomposit Matrik Pati Ubi Jalar dan

Gliserol” ini terdapat satu variabel bebas

dan dua variabel tetap

Variabel Bebas

Variabel bebas yang digunakan adalah

perbandingan fraksi volume filler serat

agave sisalana sebesar 10%, 20%, 30%, dan

40% (v/v) dan matrik (pati ubi jalar dan ubi

jalar dan gliserol).

Variabel Terikat

Variabel terikat yang digunakan pada

penelitian ini adalah :

1. Kekuatan Bending

2. Biodegradabelitas bahan

Variabel Terkontrol

Variabel kontrol pada penelitian ini

adalah:

1. Gliserol 20 %

2. Temperatur gelatinisasi 700 C

3. Kecepatan putar blender 30 rpm

4. Kecepatan bending 1 mm/menit

Alat dan Bahan Penelitian

Alat Penelitian

Alat-alat yang digunakan dalam


a. Mesin Pengujian Tarik (Universal

Machine Testing) terlampir

b. Timbangan digital, (terlampir)

c. Cetakan _pecimen, (terlampir)

d. Mesin Blender, (terlampir)

e. Gelas ukur (terlampir)

f. Oven pemanas, (terlampir)

g. Kamera digital, (terlampir)

Bahan yang Digunakan

Bahan-bahan yang digunakan dalam


a. Pati Ubi jalar (terlampir)

b. Gliserol komersial (terlampir)

c. Serat agave sisalana (terlampir)

ANALISIS DAN PEMBAHASAN

Data Hasil Pengujian

Pengujian Bending

Berdasarkan pengujian bending

menggunakan mesin bending UTM

(Universal Testing Machine, Time Group Inc

WDW 20E) diperoleh data pembebanan.

Data-data dari pengujian kemudian

dimasukkan dalam persamaan-persamaan

sehingga di dapatkan kekuatan bending.

Hasil pengujian diperoleh besarnya

kekuatan bending biokomposit kombinasi

serat agave sisalana adalah sebagai berikut:


ISSN 2252-4444

26

Tabel 1. Data hasil pengujian bending

Tabel 1 menunjukkan hasil kekuatan

bending dalam (Newton) dimana setiap

variasi fraksi volume serat dilakukan 3 kali

perulangan dan diperoleh data hasil rata-

ratanya. Data-data diatas menunjukkan

hasil dari pengujian bending dengan data

awal dalam Kn kemudian ditransfer

menjadi _ewton. Untuk fraksi volume serat

10 % diperoleh data ketiganya 2 N

sehingga rata-rata bebannya adalah 2 N.

Sedangkan untuk fraksi volume serat 20%

beban rata-rata yang diperoleh sebesar 2,67

N dan lebih kecil daripada beban yang

diterima pada fraksi volume serat 30%

yaitu sebesar 4,67 N. Beban rata-rata pada

fraksi volume serat 40% memiliki nilai

tertinggi dari ketiga fraksi volume serat

yang lainnya. Dari data data ini kemudian

diolah atau dianalisis menggunakan anlasis

varian.

Maka dari perhitungan persentasenya

diketahui bahwa antara fraksi volume serat

10% dan fraksi volume serat 20% terjadi

kenaikan kekuatan bending sebesar 3,35%.

Sedangkan pada fraksi volume serat 20%

ke fraksi volume serat 30% terjadi kenaikan

tegangan sebesar 74,9%. Kemudian pada

fraksi volume serat 30% ke fraksi volume

serat 40% terjadi kenaikan sebesar 71,3%.

Dari sini dapat diketahui bahwa kekuatan

bending fraksi volume serat semakin

meningkat seiring dengan bertambahnya

fraksi volume serat. Akan tetapi

peningkatan yang signifikan terjadi pada

fraksi volume serat yang lebih banyak yaitu

pada fraksi volume serat diatas 30%, hal ini

mengindikasikan bahwa bertambahnya

fraksi volume serat meningkatkan

kekuatan bendingnya.

Analisis Varian pada Pengujian Bending

Analisis Varian digunakan untuk

mengetahui ada tidaknya pengaruh variasi

fraksi volume filler serat agave sisalana

terhadap kekuatan bending sehingga dapat

diketahui hasil analisis variannya. Apabila

nilai Fhitung yang diperoleh lebih besar dari

Ftabel berarti faktor yang diuji berpengaruh

nyata. Namun apabila Fhitung lebih kecil dari

Ftabel berarti faktor yang diuji tidak

berpengaruh. Data dari tabel 4.1 (data

kekuatan bending) tiap sel pengamatan

dianalisis dengan teknik ANOVA

(Harinaldi: 2005, 192), yaitu untuk

mengetahui pengaruh variasi fraksi volume

filler serat terhadap kekuatan bending,

tahapan perhitungannya sebagai berikut:

1. Hipotesis

H0: µ1 = µ1 =… = µk (Tidak ada

pengaruh nyata)

H1: tidak seluruh mean populasi sama

µ1 ≠ 0 (Ada pengaruh nyata)

2. Perhitungan Rasio Uji (RU)

Tabel 2. Tabulasi Perhitungan Pengujian

Bending

3. Pengambilan Keputusan secara

Statistik

Tabel 3. Analisis Varian Satu Arah

Biokomposit pada Pengujian Bending


ISSN 2252-4444

27

Berdasarkan tabel 4.3. dapat ditarik

kesimpulan:

Fhitung > Ftabel;, maka H0: ditolak dan H1:

diterima berarti variasi fraksi volume filler

serat berpengaruh nyata terhadap kekuatan

bending dengan tingkat keyakinan 95%.

Hubungan antara Fraksi Volume Serat

dengan Kekuatan Bending

Dari pengujian bending komposit

diperoleh trend yang menaik dimulai dari

tegangan 2 MPa ke 2,47 MPa kemudian

terjadi kenaikan ke 4,47 MPa sampai pada 8

MPa hal ini dikarenakan oleh adanya

pengaruh penambahan volume serat agave

sisalana dan distribusi arah serat. Dari hasil

diatas menunjukkan bila serat semakin

banyak serat maka tegangan bendingnya

semakin tinggi. Dan semakin meningkat

kekuatan bending ini dikarenakan ikatan

antara matrik dan serat semakin kuat

komposit yang semakin besar. Semakin

banyak serat yang digunakan, dimensi

komposit akan semakin besar pula.

KESIMPULAN

Kesimpulan

Dari penelitian ini ditarik kesimpulan

bahwa fraksi volume filler serat agave

sisalana berpengaruh terhadap kekuatan

bending dan biodegradabeliatas

biokomposit matrik pati ubi jalar dan

gliserol. Kekuatan bending terkecil pada

fraksi volume serat 10% sebesar 2 Mpa dan

kekuatan bending terbesar pada fraksi

volume serat 40% sebesar 8 Mpa.

Kemudian pada uji biodegradable

menunjukkan serat dengan fraksi volume

10% paling cepat terdegradasi dengan

persentase terurai terbesar 53,8% pada 10

hari biodegradable dan persentase terkecil

pada fraksi volume serat 40% pada waktu

30 hari sebesar 12,28%. Pada proses

biodegradable fraksi volume serat terkecil

memperlihatkan hasil paling cepat terurai

dalam tanah karena mikroorganisme

terlebih dahulu menguraikan matrik

biokomposit sebelum seratnya. Oleh

karena itu material biokomposit ini dapat

diaplikasi sebagai kotak kemasan

makanan setara material styrofom karena

kekuatan bendingnya telah terpenuhi.

Saran

Dari hasil penelitian ini telah

membuktikan bahwa material biokomposit

ini dapat terdegradasi secara alami dan

dapat diaplikasikan pada kotak kemasan

makanan, dari sini saran yang dapat

diberikan antara lain:

1. Pengembangan-pengembangan pada

variasi-variasi bahan yang lain dari

penelitian ini dengan menambah

material lain (semisal; chitosan, borak,

atau variasi-variasi yang lain).

2. Pengembangan pada model-model

dan metode-metode yang lain seperti

pada proses pencetakan, proses

pembuatan cetakan biokomposit dan

sebagainya, sehingga dapat digunakan

untuk aplikasi-aplikasi yang lainnya.

DAFTAR PUSTAKA

Antarlina, S.S. 1994. Utilization of sweet

potatoes flour for making cookies and cake.

p. 127-132. In K.H. hendroatmodjo, Y.

Widodo, Sumarno, and B. Guritno

(Eds). Research Accomplishment of

Root Crops for Agricultural

Development in indonesia. Research

Institute for Legume and Tuber Corps,

Malang indonesia

ASTM. 1997.ASTM D 790 Flexural Properties

of Unreinforced and Reinforced Plastic

(Plastic, Composite, and Insulating

Material).

Balittas. 2005. Studi Kelayakan Agrobisnis

Tanaman Serat. Laporan Hasil

Penelitian Balai Penelitian Tanaman

Tembakau dan Serat, Malang. (Tidak

dipublikasikan)


ISSN 2252-4444

28

Badan Pusat Statistik. 2001. Statistik

Indonesia; Harvested Area, Yield Rate and

Production of Cassava by Province.

Available at: http://www.data statistik

indonesia.com/component/option,comt

abel/kat,1/idtabel,111/Itemid,165

(diakses tanggal 6 Januari 2009)

Firdaus F. dan Anwar C.. 2004. Potensi

limbah padat cair industri tepung tapioka

sebagai bahan baku film plastik

Biodegradabel. Jurnal LOGIKA, Vol. 1,

No. 2, Juli 2004. ISSN: 1410-2315

Gaga. 2001. Ubijalar sebagi Tantangan.

Http://ristek.go.id. Februari 2010.

Gibson, Ronald.1994. Principles of composite

material. New York:Mc Graw Hill

Holmes. Caroline A. 2005. Sumary report for

europan union 200-2005, IENECA.

Agrycultural and strategy group

central scince laboratory. Sand Hutton

York YO 41 1LZ : 1-149

Joseph K. 1999. A Review on Sisal Fiber

Reinforced Polymer Composites. Journal

of Composite Scince, Rio de Jeneiro.

V.3, n.3, p.367-379,1999

Inderjeet Kaur dan Neena Gautam, 2010.

Starch Grafted Polyethylene Evincing

Biodegradation Behaviour. Malaysian

Polymer Journal, Vol. 5, No. 1, p 26-38,

2010

Karnawidjaya Maulana. 2008. Pemanfatan

Pati Singkong sebagai Bahan Baku Edibe

Film. Word paper BESWAN DJARUM

Djarum 2008-2009.

Long Yu and Lin Cheng. 2009. Polimeric

Material From Rrenewable Resource.

Biodegradable Polymer Blends and

Composites from Renewable

Resources. Edited by Long Yu. 2009.

Publisher; John Wiley & Sons, Inc

Matthews F. L. And R. D. Rawling 1994.

Composite Material Engineering Science

Technology and Medicine, Chopman &

Hall. London.

Narayan, R. 2001. Drivers for

biodegradable/compostable plastics and role

of composting in waste management and

sustainable agriculture; Report Paper.

Orbit Journal 2001, 1(1), 1-9.

Nopianto Eko. S. 2009. Pengetahuan Bahan

Agroindustri (PATI). Mahasiswa;

Departemen Teknologi Industri

Pertanian, Fakultas Teknologi

Pertanian, Institut Pertanian Bogor. 29

April 2009.

http://polimer.blogspot.com/februari_2

010

Rahmani Rita M., 2005. Studi Pemanfaatan

pati Garut untuk Plastik Biodegradable.

Minor Thesis. Jurusan Fisika, FMIPA,

UB. Malang, 2005.

Rukmana, Rahmat. 1997. Ubi jalar: budi daya

dan pascapanen. Yogyakarta:

Kanisius,1997.

Santoso, Budi. 1992. Budidaya Tanaman

Agave (Agave Sisalana). Buletin Hasil

Penelitian Balai Penelitian Tanaman

Tembakau dan Serat. Balitas Malang.

ISSN: 0854-1604

Satin morton, 1996. Functional properties

Starch. FAO. Agricuktural and food

engineering technologies service. 1996

Schwartz Mel M. 1996. Composite Material.

Properties Nondestructive Testing and

Repair. Prentire Hall. New Jersey.

Tito Tegar. 2008. Pengembangan PLA sebagai

Kemasan Ramah Lingkungan Berbasis Ubi

Kayu. Word Paper Tulis BESWAN

DJARUM tahun 2008-2009.

Van Gerpen J.. 2005. Biodiesel Processing

And Production, Fuel Processing

Technology, 86, 1097-1107.

Zuraida Nani .2003. Sweet Potatoes as an

Alternative food suplemen during rice

shortage. Jurnal Litbang pertanian. 22

(4): 150-155


ISSN 2252-4444

29

PENGARUH PENAMBAHAN BORAK DAN khitosan TERHADAP KEKUATAN

TARIK BIOKOMPOSIT SERAT RAMI BERMATRIK SAGU

Kholis Nur Faizin


[email protected]

Abstrak

Aplikasi penelitian ini untuk peredam door trim panel pintu mobil. Peredam door trim

yang direncanakan adalah yang memiliki kekuatan tarik, dan kekerasan yang lebih baik

dari peredam door trim yang terbuat dari poliester. Biokomposit pada penelitian ini adalah

biokomposit serat rami dengan matrik tepung sagu, dengan penambahan khitosan dan

borak diharapkan biokomposit ini mempunyai kekuatan tarik dan kekerasan yang

meningkat. Metode penelitian yang digunakan pada penelitian ini adalah komposit serat

pendek dengan penyusunan acak dibuat dengan pencetakan dan penekanan (press)

dengan fraksi volume serat 30% dan matrik 70%, penelitian yang dilakukan adalah

memfariasikan zat adiktif berupa khitosan dan borak dengan variasi penambahan borak

berturut turut 0%,3%,6%,9% dan variasi penambahan khitosan berturut turut 10%, 20%,

30%, dan 40%. Pengujian dilakukan dengan pengujian tarik standar ASTM D 638-03 dan

pengujian kekerasan Rockwell astm D 785, dari pengujian tarik pada penelitian ini

diperoleh hasil kekuatan tarik terkecil adalah pada penambahan khitosan 10% dan borak

0% yaitu sebesar 4.17Mpa dan hasil pengujian tarik terbesar yaitu pada penambahan

khitosan 40% dan borak 9% yaitu sebesar 6.86Mpa. Sedangkan pada pengujian kekerasan

menunjukkan bahwa kekerasan terendah juga pada penambahan khitosan 10% dan borak

0% yaitu sebesar 96HRB dan tertinggi padapenambahan khitosan 40% dan borak 9% yaitu

176HRB.

Kata kunci: biokomposit, kekuatan tarik, kekerasan, serat rami.

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Kemajuan dalam ilmu

pengetahuan dan teknologi yang pesat

serta makin naiknya laju pertambahan

penduduk dunia, ternyata telah memicu

semakin intensifnya penggunaan

sumberdaya alam tanpa pengawasan dan

kendali.Hal tersebut jelas berdampak tidak

baik bagi keseimbangan ekologi dan

kualitas lingkungan hidup, dan juga

diperparah oleh rendahnya kesadaran

individual dan masyarakat untuk

senantiasa menjaga keseimbangan

lingkungan. Ketidakseimbangan

lingkungan di daerah pedesaan maupun

perkotaan diperkirakan akibat pengelolaan

lingkungan oleh manusia sebagai pelaku

utamanya dalam mata rantai ekosistem

yang tidak baik. Selain eksploitasi besar

besaran pada ruang terurai sempurna.

Banyak limbah plastik yang terkumpul dan

tidak terurai sempurna mengakibatkan

daya serap tanah terhadap air akan sangat

berkurang. Produksi suatu produk atau

komoditas beriringan dengan adanya

konsumsi atau produk komoditas itu

sendiri. Sebagai bahan baku utama yang

berasal dari sumberdaya alam yang secara

alami ada dua kemungkinan


ISSN 2252-4444

30

ketersediaannya, yaitu dapat diperbaharui

dan tidak dapat diperbaharui.

Rumusan Masalah

Pada Tesis ini rumusan masalah

yang akan di bahas adalah ”Bagaimanakah

pengaruh persentase boraks dan khitosan

terhadap kekuatan tarik dan kekerasan

biokomposit serat rami bermatrik pati

sagu?”.

Batasan Masalah

Batasan-batasan masalah tersebut

adalah :

1. Matrik yang digunakan berasal dari

pati sagu.

2. Filler yang digunakan adalah serat

rami.

3. Komposisi serat 30% dari total

biokomposit.

4. Komposisi polimer sagu telah

ditentukan

5. Hanya membahas variasi penambahan

boraks, khitosan pada matrik sagu.

6. Hanya membahas kekuatan tarik.

7. Pola campuran / penataan serat adalah

random / acak.

8. Menggunakan serat pendek dengan

panjang 2mm.

Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian yang diharapkan

yaitu untuk mengetahui hasil analisa sifat

mekanik (pengaruh persentase boraks dan

khitosan terhadap kekuatan tarik (Tensile

Strength), dan kekerasan biokomposit serat

rami bermatrik sagu (organik).

TINJAUAN PUSTAKA

Plastik merupakan suatu komoditi

yang sering digunakan dalam kehidupan

sehari-hari. Hampir semua peralatan atau

produk yang digunakan terbuat dari

plastik dan sering digunakan sebagai

pengemas bahan baku. Namun pada

kenyataannya, sampah plastik menjadi

masalah lingkungan berskala global karena

plastik membutuhkan waktu yang cukup

lama untuk mengalami proses daur ulang.

Pengembangan bahan plastik

biodegradabel (bioplastik) merupakan

salah satu alternatif untuk mengatasi

masalah ini. Pengembangan bahan plastik

biodegradabel (bioplastik) menggunakan

bahan alam terbarui (renewable resources)

sangat diharapkan. Plastik biodegradabel

atau biopolimer yaitu plastik yang terbuat

dari senyawa-senyawa yang dapat ditemui

dialam.

Salah satu matrik penyusun bio

polimer adalah sagu, beberapa penelitian

yang menunjukkan Potensi sagu

(Metroxylon sagu Rottb). digunakan untuk

bahan industri dan pangan sejak 1970-an,

namun perkembangannnya statis. Sagu

merupakan tumbuhan asli Indonesia.Pada

Tepung sagu terdapat amilosa 27% dan

amilopektin 73%. Hutan sagu Indonesia

dapat menghasilkan 5 juta ton pati kering

per tahun, keunggulan utama sagu adalah

kemampuan produksinya yang tinggi.

Produksi sagu yang dikelola dengan baik

menghasilkan 25 ton pati kering/ ha/tahun.

Produktivitas ini sebanding tebu, lebih

tinggi dibandingkan dengan ubi kayu dan


10-15 t/ha/tahun. Konsumsi pati sagu

dalam negeri hanya sekitar 210 ton atau

baru 4-5% dari potensi produksi.

(Sumaryono, 2007)

Salah satu jenis serat yang

merupakan serat alam terkuat adalah serat

rami, beberapa penelitian yang pernah

dilakukan yaitu: (Marsyahyo, 2005)

menunjukkan bahwa diameter serat rami

(jenis rami Cina super) dari Garut adalah

sekitar 0.034 mm. Menurut Mueller dan

Krobjilobsky, massa jenis serat rami adalah

1.5 – 1.6 gr/cm3 dan kekuatan tarik serat

rami berkisar 400 – 1050 MPa. Modulus

elastisitas dan regangannya adalah sekitar

61.5 GPa dan 3.6%. Umumnya, serat rami

memiliki diameter sekitar 0.04 – 0.08 mm.


ISSN 2252-4444

31

Data yang didapat menunjukkan bahwa

besarnya produksi beberapa serat alam

dunia adalah: rami 100.000 ton/tahun,

kenaf 970.000 ton/tahun, rosella 250.000

ton/tahun, dan abaca 70.000 ton/tahun

(Eichhorn, 2001).

Widiarto (2004) melakukan

penelitian film yang berasal dari PVA dan

pati sagu murni. Penambahan jumlah film

PVA dapat meningkatkan kekuatan tensile

dan pengurangan persen perpanjangan.

Untuk menambah kekuatan tarik dan

persen perpanjangan film campuran pati

sagu dan PVA maka ditambahkan boraks.

Boraks berfungsi sebagai pengeras karena

mempunyai ikatan crosslink.

Selain boraks sebagai pengeras

terdapat juga penambahan khitosan sebagai

zat additif pada plastik yang berfungsi

untuk mengurangi daya resap air. Maya

Utari (2008) melakukan penelitian untuk

mengetahui pengaruh formulasi agar –

agar Gracilaria Coronopifolia-Kitosan dengan

Gliserol sebagai plasticizer terhadap sifat

mekanik dan ketahanan air bahan

bioplastik serta untuk menentukan

keadaan yang terbaik temperatur

gelatinisasi serta formulasi campuran

antara agar-agar Gracilaria Coronopifolia-

Kitosan dengan Gliserol dalam pembuatan

(bioplastik). Hasil penelitian menunjukkan

bahwa semakin banyak kitosan yang

digunakan dapat meningkatkan ketahanan

bioplastik terhadap air, namun tidak

mempengaruhi sifat mekanik dan persen

perpanjangan bioplastik.

Penambahan boraks sebagai

pengeras dan khitosan sebagai pengurang

resapan air diharapkan mampu menaikkan

kekuatan tarik dan kekerasan biokomposit

serat rami bermatrik sagu, karena kekuatan

biokomposit sangat dipengaruhi oleh

komponen penyusunnya. Zat additive

khitosan bersifat hidrofobik sedangkan pati

sagu bersifat hidrofolik, serta borak bersifat

hidroskopik, ketiga material ini jika

digabungkan diharapkan dapat

menjadikan biokomposit plastik yang lebih

baik pada kekuatannya, kekerasannya,

keuletannya serta dapat terurai oleh alam.

Serat rami sebagai Pengisi (Filler)

Menurut Mueller dan Krobjilobsky,

massa jenis serat rami adalah 1.5 – 1.6

gr/cm3 dan kekuatan tarik serat rami

berkisar 400 – 1050 MPa. Modulus

elastisitas dan regangannya adalah sekitar

61.5 GPa dan 3.6%. Umumnya, serat rami

memiliki diameter sekitar 0.04 – 0.08 mm.

Sagu

Pati sagu merupakan hasil ekstraksi

empulur pohon sagu (Metroxylon sp) yang

sudah tua (berumur 8-16) tahun.

Komponen terbesar yang terkandung

dalam sagu adalah pati. Pati sagu tersusun

atas dua fraksi penting yaitu amilosa yang

merupakan fraksi linier dan amilopektin

yang merupakan fraksi cabang.

Kandungan amilopektin pati sagu adalah

73%± 3 (Ahmad and Williams, 1998). Pati

sagu memiliki karakteristik seperti yang

dijelaskan Ahmad and Williams (1998)

yaitu memiliki ukuran granula rata-rata 30,

kadar amilosa 27%± 0 3, suhu gelatinisasi

pati 70 0C, entalpy gelatinisasi 15-17 J/g.

Boraks

Boraks berasal dari bahasa Arab yaitu

Bouraq. Merupakan kristal lunak lunak

yang mengandung unsur boron, berwarna

dan mudah larut dalam air. Boraks

merupakan garam Natrium Na2 B4O7

10H2O yang banyak digunakan dalam

berbagai industri non pangan khususnya

industri kertas, gelas, pengawet kayu, dan

keramik. Gelas pyrex yang terkenal dibuat

dengan campuran boraks. (Wikipedia,

2007)

Khitosan

Khitosan berasal dari khitin yang

telah mengalami proses penghilangan

gugus asetil (deasetilisasi). Khitosan bersifat


ISSN 2252-4444

32

larut dalam suatu larutan asam organik,

tetapi tidak larut dalam pelarut organik

lainnya, seperti dimetil sulfida, dan juga

tidak larut pada pH 6,5. Pelarut khitosan

yang baik adalah asam asetat. (LIPI

Biomaterial, 2004)

Sifat-sifat khitosan diantaranya

adalah struktur molekulnya tertentu,

dalam keadaan cair sensitif terhadap

kekuatan ion tinggi, dan daya repulsif

antara fungsi amin menurun sesuai dengan

fleksibilitas rantai khitosan.

Penggabungannya dalam ruang distabilkan

oleh ikatan hidrogen di dalam dan di luar

rantai, menghasilkan suatu molekul

METODE PENELITIAN

Metode Penelitian

Metode penelitian yang akan

dilaksanakan adalah penelitian nyata dan

dibagi dalam beberapa tahapan antara lain

yaitu :

1. Studi Literatur.

2. Studi Lapangan.

3. Pembuatan dan pengujian

spesimen biokomposit.

Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilaksanakan selama

enam bulan. Tempat yang digunakan

untuk penelitian yaitu :

1. Laboratorium Bahan, Politeknik

Kediri.

2. Balai serat (BALITAS) Karangploso

Malang.

Alat dan Bahan yang Digunakan

Alat yang Digunakan

Alat-alat yang digunakan dalam


a. Timbangan digital, mesin Blender.

b. Cetakan specimen, mesin

pengujian tekan, mesin pengujian

tarik, mesin uji kekerasan, gunting,

sendok pengaduk, exhaust box,

gelas ukur.

c. Magnetic Stirrer, PH meter.

d. Clean bench, Cawan Petri.


Bahan-bahan yang digunakan

dalam penelitian ini adalah :

Kanji, serat rami, asam, asetat.

aquase, chitosan, boraks.

Variabel Penelitian

Variabel Bebas

a. Persentase khitosan pada matrik

sagu.

b. Persentase borak pada matrik sagu.

Variabel Terikat

Kekuatan Tarik.

Variabel Terkontrol

a. Fraksi volume serat rami 30%

b. Fraksi volume matrik sagu 70%

c. Arah serat acak / random

d. Putaran blending matrik 110 rpm

e) Ukuran serbuk khitosan 100 mesh

f) Ukuran serbuk boraks 100 mesh

g) Tekanan mesin press 10kg

h) Standart uji tarik ASTM D638

Prosedur Penelitian

a. Mempersiapkan serat penguat polimer

Serat rami dicuci dengan air bersih

untuk menghilangkan debu dan

kotoran dikeringkan dalam oven,

kemudian serat rami diambil dan

disimpan dalam tempat yang

kering.

b. Pembuatan spesimen uji

1. Dilakukan penimbangan serat rami

dan sagu sesuai dengan variabel

bebas, menyiapkan cetakan pada

posisi siap cetak

2. Penimbangan sejumlah massa

sagu.

3. Pembuatan larutan khitosan melalui

penambahan aquades sesuai dengan


ISSN 2252-4444

33

jumlah volume dihitung pada gelas

ukur. Larutan sagu pada gelas

ukur 150 mL dan larutan khitosan

pada gelas ukur 150 mL, persiapan

larutan chitosan dan borak,

4. Hidupkan Blender, letakkan gelas

ukur 500 ml berisi larutan sagu

pada Blender kemudian hidupkan

magnetic stirrer.

5. Tambahkan larutan khitosan dan

borak kedalamnya dan aduk (mix)

selama 25 menit.

6. Setelah homogen, matikan blender,

Keluarkan gelas ukur berisi

larutan,

7. Panaskan campuran pada suhu

700C kemudian dinginkan sebelum

dicetak.

8. Tuangkan larutan (sebanyak 8

gram) ke dalam cetakan Teflon,

pembuatan biokomposit dengan

press dengan satu lapis serat rami,

dimasukkan oven dengan

pemanasan 600C

9. Potong sesuai dengan ukuran

ASTM D638-03 dan ASTM D785.

10. Letakkan specimen ke dalam oven

pada T = 60oC selama 4 jam.

11. Setelah dikeringkan didalam oven.

12. Kemudian simpan komposit

didalam desikator selama 24 jam.

13. Setelah disimpan didalam

desikator, maka biokomposit siap

untuk dianalisis.

c. Pengujian spesimen

1. Pengujian Tensile (ASTM D 638-03).

Rancangan Penelitian

Data perulangan yang dipakai

pada penelitian ini sebanyak 3 kali,

sehingga dari 3 kali 4 variabel bebas dan

4 variabel terikat membutuhkan 48

spesimen.

Gambar 1. Diagram Alir Penelitian


Hasil Pengujian Tarik

Hubungan khitosan terhadap tegangan

tarik.

Gambar 2. Grafik hubungan penambahan

khitosan terhadap kekuatan tarik


ISSN 2252-4444

34

Hubungan antara borak terhadap

tegangan tarik.


borak terhadap tegangan tarik dengan

penambahan persentase khitosan

Hubungan khitosan dan borak terhadap

tegangan tarik.


borak dan penambahan khitosan terhadap

kekuatan tarik biokomposit serat rami

bermatrik sagu

PEMBAHASAN

Hubungan Penambahan Khitosan Dan

Borak Terhadap Kekuatan Tarik

Biokomposit Serat Rami Bermatrik Sagu

Dari grafik 1 tegangan tarik

terendah adalah 4,17MPa pada paduan

khitosan 10% dan borak 0% pada variasi ini

diketahui bahwa campuran khitosan dan

pati sagu membentuk ikatan mekanik,

kemudian jika dilihat dari grafik 1

tegangan tarik akan terus naik pada

penambahan khitosan 20% dan borak 0%

menjadi 4,47Mpa, dari kenaikan ini dapat

dihitung sebagai berikut:

persentase kenaikan 10% ke 20% khitosan

sebesar

4,47-4,17X100% =7,19%

4,17

Peningkatan kekuatan tarik dari 20% ke

30% khitosan sebesar

4,73-4,47X100% =5,81%

4,47

Peningkatan kekuatan tarik dari 30% ke

40% khitosan sebesar

4,97-4,73X100% =5,07%

4,73

Maka dari perhitungan

persentasenya diketahui bahwa antara

penambahan khitosan 10% ke 20% terdapat

kenaikan kekuatan tarik 7,19%. Hal ini

menunjukkan sifat dari khitosan yang

berpengaruh terhadap kekuatan tarik,

sedangkan penambahan khitosan 20% ke

30% terjadi peningkatan kekuatan tarik

sebesar 5,81% pada titik ini tanpa

penambahan borak sekalipun kekuatan

tarik terlihat meningkat, perbedaan

persentase dari 7,19% menjadi 5,81%

terlihat ada penurunan sebesar 1,38%,

kemudian pada penambahan khitosan dari

30% ke 40% terjadi kenaikan sebesar 5,07%

kenaikan ini sangat kecil sekali jika

dibandingkan dari kenaikan sebelumnya

hal ini menunjukkan bahwa campuran dari

khitosan mempengaruhi sifat pati sagu,

membentuk ikatan mekanik matrik,

kekuatan tarik meningkat disertai

penambahan khitosan. Khitosan ini berupa

larutan kental yang dicampurkan dengan

larutan pati sagu ketika ditambahkan

dengan variasi 10% dengan borak 0%

ikatan mekanik yang terbentuk didominasi

oleh larutan pati sagu, larutan akan terlihat

lebih terang dan lebih transparan, pada

waktu pembuatan spesimen terlihat bahwa

larutan khitosan meningkatkan viskositas

larutan matrik. Gambar spesimen


dapat dilihat terdapat beberapa kegagalan

pengujian tarik terlihat dari awal

permulaan retakan yang terlihat sebagian

arah serat terorientasi mengarah sepanjang

specimen dan juga melintang tegak lurus

arah specimen. Pada gambar 5 juga terlihat

bahwa retak dimulai dari sisi samping kiri


ISSN 2252-4444

35

specimen dan samping kanan specimen

kemudian merambat hingga tengah

specimen, dan juga terlihat debounding

serat , debounding terjadi pelepasan serat

pada matrik karena ikatan yang semakin

lemah.

Gambar 5. kegagalan pada pengujian tarik

biokomposit serat rami bermatrik sagu

pada penambahan khitosan 10% dan borak

0%

Gambar 6 Penampang melintang kegagalan

pada pengujian tarik biokomposit serat

rami bermatrik sagu pada penambahan

khitosan 10% dan borak 0%

(a)

(b)

Gambar 7. (a) perbesaran 15x awal retak

kanan spesimen. (b) perbesaran 15x awal

retak kiri specimen penampang melintang

kegagalan pada pengujian tarik biokomposit

serat rami bermatrik sagu pada


Gambar 6 menunjukkan patahan

bikomposit serat rami bermatrik sagu,

terlihat dari patahan ini berupa serabut

serabut serat yang mengalami pull out,

ikatan serat pada matrik telah putus, juga

terlihat beberapa debounding serat terlihat

dengan jelas ikatan matrik terlepas dari

serat rami, matrik terlihat menggumpal

dan berwarna kehitam-hitaman sepanjang

luasan potongan spesimen berfungsi

merekatkan masing masing potongan serat

rami. Terjadi banyak potongan serabut

serat hal ini menunjukkan ikatan matrik

terhadap serat kurang kuat, sehingga

ikatan mekanik yang terbentuk mudah

lepas. dari grafik 2 menunjukkan trendline

yang meningkat jika borak ditambahkan

pada campuran matrik biokomposit,

tegangan tarik rata-rata pada spesimen

tanpa penambahan borak atau borak 0%

dan khitosan 10% adalah 4,17MPa,

sedangkan tegangan tarik pada

penambahan borak 3% dan khitosan 10%

adalah 4,33MPa, pada titik ini komposisi

borak menyebabkan ada penambahan

kekenyalan pada matrik sagu, persentase

kenaikan dari 0% ke 3% diperoleh dengan:

4,33-4,17X100% =3,83%

4,17

(a)

(b)

Gambar 8. (a) perbesaran 10x (b)

perbesaran 15x patahan 10% khitosan dan

3% terlihat pull out dan debounding.

10

x

matrik

deboundin

g

Pull

out

10x

15x Pull out

15x

Pull

out


ISSN 2252-4444

36

Gambar 8 menunjukkan bahwa

ikatan matrik dan serat biokomposit 3%

borak ikatan matrik lebih erat dari

specimen 0% borak terlihat lebih sedikit

debounding,matrik menjadi lebih rekat dan

lebih hitam, dari grafik 3 tegangan tarik

terus meningkat hingga penambahan borak

6% yaitu sebesar 4,38 Mpa, persentase

kenaikan tegangan tarik ini adalah:

4,71-4,33X100%=8,77%

4,33

(a)

(b)

Gambar 9. (a) perbesaran 10x (b)

perbesaran 15x kegagalan pengujian tarik

pada biokomposit serat rami bermatrik

sagu dengan penambahan borak 6% dan

khitosan 10%.

Gambar 9 menunjukkan bahwa

putusnya ikatan dimulai oleh putusnya

ikatan matrik, sedangkan serat masih

mampu menahan beban tarik, matrik

terlepas dari serat menyebabkan

penampakan berupa serabut serat, setelah

serat tidak mampu menahan beban tarik

maka serat akan putus dan terlihat pull out

serat rami. Kemudian dari grafik 5.2 pada

point 9% tegangan tarik mencapai 4,75MPa,

persentase kenaikan dari 6% ke 9% adalah

sebesar:

4,76-4,71X100%=1,06%

4,71

Pada penambahan borak 6% ke

khitosan 9% kenaikan persentase tidak

terlalu besar hanya sebesar 1,06% hal ini

disebabkan karena borak mempunyai

kemampuan yang menyeimbangkan sifat

patisagu yang mudah meresapkan air. Jika

dilihat dari trendline persentase kenaikan

borak dari 0% hingga 9% tegangan tarik

akan terus meningkat namun persentase

kenaikan akan menurun, nilai persentase

kenaikan tegangan tarik optimum

didapatkan pada poin penambahan borak

antara 6% hingga 9% hal ini karena

semakin banyak borak maka larutan

pembentuk matrik semakin mengental dan

dengan teknik pencampuran yang baik

didapatkan ikatan yang bagus antara

matrik dan penyusunnya. Spesimen

dengan penambahan 9% borak dan 10%

khitosan dapat dilihat pada gambar

dibawah ini:

(a)

(b)

Gambar 10 (a) perbesaran 10x kegagalan

pengujian tarik pada biokomposit serat

rami bermatrik sagu dengan penambahan

borak 9% dan khitosan 10%. (b) perbesaran

15x kegagalan pengujian tarik pada


dengan penambahan borak 9% dan khitosan

10%

Gambar 9 mengidentifikasikan

kegagalan pada patahan specimen borak

9% dan khitosan 10%, terdapat beberapa

Matrik komposit

Pull out

15x

10

x


ISSN 2252-4444

37

serat yang masih melekat erat pada

matriknya, tetapi juga masih terdapat

beberapa yang mengalami pull out hal ini

juga menunjukkan kalau ikatan matrik

terhadap serat pada specimen masih

kurang sempurna, hal ini dikarenakan

larutan matrik belum seimbang, bisa jadi

akibat kadar khitosan terlalu sedikit,

kandungan matrik lebih banyak pati

sagunya.

(a)

(b) (c )

Gambar 11. (a) perbesaran 10x, (b)

perbesaran 15x pull out, (c). perbesaran 15x

debounding pada kegagalan pengujian

tarik pada biokomposit serat rami

bermatrik sagu dengan penambahan borak

9% dan khitosan 40%.

Gambar 11 menunjukkan patahan


dengan penambahan borak 9% dan khitosan

40% pada patahan ini masih terdapat

beberapa serat yang mengalami pull out

dan debounding, tetapi jumlah serat yang

mengalaminya lebih sedikit dari pada

patahan spesimen gambar 6 dan gambar 7

hal ini menunjukkan bahwa ikatan antara

matrik dan serat sudah lebih baik,

komposisi dan perbandingan volume

antara sagu, borak, khitosan sudah

seimbang, karakter dan sifat masing-

masing menunjukkan hubungan yang

saling mempengaruhi, jika khitosan

ditambahkan hingga lebih 40% dari matrik

sagu maka adonan matrik menjadi lebih

encer namun setelah pencetakan, proses

penekanan, dan proses oven matrik

biokomposit akan sangat keras dan mudah

retak dan jika borak ditambahkan lebih 9%

adonan matrik adonan matrik biokomposit

akan sangat kental dan lengket sangat sulit

dilakukan proses pencetakan, kadar

pertimbangan persentase khitosan 40%

adalah sebagai cairan pengaduk sagu dan

borak, kadar borak 9% adalah sebagai

penyeimbang khitosan karena sifat borak

yang membuat adonan matrik kenyal dan

terjaga kelembapannya. Pada titik ini

didapatkan tegangan tarik tertinggi yaitu

sebesar 6,86MPa. Kekurangan polimer

matrik sagu adalah rendahnya sifat

mekanik yaitu kekuatan tariknya, jika

matrik sagu tanpa penambahan zat

additive matrik sagu ini mudah retak,

mudah patah, dengan penambahan zad

additive maka polimer sagu akan menjadi

lebih ulet, meningkat kekuatan tariknya.

Dari grafik 3 hubungan antara

penambahan khitosan dan borak terhadap

tegangan tarik terlihat bahwa tegangan

tarik rata rata terendah terjadi pada saat

penambahan khitosan 10% dan

penambahan borak 0% yaitu sebesar

4.17MPa sedangkan tegangan tarik rata

rata biokomposit serat rami bermatrik sagu

pada penambahan borak 3% dan khitosan

10% terjadi peningkatan tegangan tarik rata

rata sebesar 4.33MPa. Sedangkan nilai rata

rata tegangan tarik tertinggi sebesar

6.86MPa pada penambahan khitosan sebesar

40% dan penambahan borak 9%. Hal ini

disebabkan borak bersifat mampu menjaga

kelembapan air, meningkatkan kekakuan

dan kekenyalan. Sedangkan khitosan

bersifat hidrofobik, menghambat resapan

air, keras, kuat mampu menjadi pengawet

dan dapat meningkatkan sifat hidrofobik

dari pati sagu.

Pull out

15x

15x

debounding


ISSN 2252-4444

38

PENUTUP

Kesimpulan

Disimpulkan bahwa semakin

besar penambahan khitosan semakin tinggi

kekuatan tarik biokomposit. Nilai tegangan

tarik terendah pada penambahan khitosan

10% dan borak 0% sebesar 4.17Mpa dan

sedangkan untuk penambahan khitosan

10% dan borak 3% sebesar 4.33Mpa. Nilai

tegangan tarikItertinggi pada penambahan

khitosan 40 % dan penambahan borak 9%

sebesar 6.86Mpa. Hal ini juga dapat dilihat

pada hasil pengujian kekerasan yaitu pada

penambahan borak 0% dan khitosan 10%

maka kekerasan terendah didapatkan

sebesar 96HRB dan pada penambahan

khitosan 40% dan borak 9% kekerasan

tertinggi rata rata didapatkan yaitu pada

poin 176HRB. Semakin tinggi penambahan

khitosan maka semakin adonan

biokomposit semakin pekat dan erat

sehingga ikatan matrik semakin kuat,

demikian juga dengan kekerasannya

semakin besar penambahan khitosan dan

borak maka biokomposit semakin keras.

Saran

1. Penelitian ini telah dilakukan pada

biokomposit dengan matrik dari sagu.

Karena bahan sagu adalah bahan yang

mudah didapatkan khususnya di

Indonesia. Selain itu diharapkan pada

peneliti selanjutnya untuk

memperluas bahan bio yang

digunakan sehingga variasi dari

matrik maupun additifnya dapat

berkembang.

2. Penelitian ini menggunakan serat

acak, diharapkan peneliti selanjutnya

menggunakan serat panjang untuk

lebih meningkatkan kekuatan tariknya

sehingga bisa didapatkan manfaat

yang lebih banyak.

DAFTAR PUSTAKA

Courtney, TH., 1999, Mechanical Behavi-or

Of Material, Mc. Graw, Hill In-

ternational Engineering, Material

Science/Metallurgy Series.

Djaprie Sriati. 1991. Teknologi Bahan. Jilid

1. Penerbit Erlangga. Jakarta

Gibson, Ronald.1994. Principles of

composite material. NewYork:Mc Graw

Hill

Schwartz Mel M. 1996. Composite

Material. Properties Nondestructuive

Testing and Repair. Prentire Hall. New

Jersey.

Shinroku,Saito. 1993 : 181Pengetahuan bahan

teknik, pradnya paramitha.Jakarta

Sumaryono. 2007. Tanaman Sagu Sebagai

Sumber Energi Alternatif. Warta

Penelitian dan Pengembangan

Pertanian. Vol., 29. No 4. Badan

Penelitian Bioteknologi Perkebunan

Indonesia. Bogor.

Ubaiti Arimi Firdaus, 2009. Pemanfaatan

Caco3 Dalam Kulit Udang Sebagai

Absorben Limbah Logam Berat Pada

Perairan

Utari, S.M. Darni, Y. Dan Utami, H. 2008.

Pemanfaatan Agar-Agar Gracilarna

Coronapifolia dan Kitosan Untuk

Pembuatan Plastik Biodegradabel dengan

Gliserol sebagi Plasticizer. Prosiding

Seminar Nasional Sains dan Teknologi-

II Universitas Lampung. 29-40.

Van Vlack. 2008, Natural fibre and

Biocomposites for technical

applications, Bioplastics Magazine, Vol.

3 (2008) 02, S. 12-15

Widhiarto Sony, 2004. Penyediaan Dan

Pencirianfilem Bio-Urai Daripada Kanji

Sagu Dan Poli(Vinil Alcohol). Laporan

Penelitian Dana Dipa PNPB. Unila.

Lampung.

www.wikipedia.org/2007/12/21/limbah-

cangkang-udang-menjadi kitosan.

http://content/pembuatan-khitin-bisnis-

masa-depan.2/html


39

APLIKASI SERAT SERABUT KELAPA BERMATRIK SAGU DAN GLISEROL

SEBAGAI PENGGANTI KEMASAN MAKANAN DARI STEROFOAM

Ahmad Dony Mutiara Bahtiar


[email protected]

Abstrack

This research focuses on biocomposite material which is applied for food packaging to substitute

polystyrene packaging. The purpose of this research is to know the influence of coconut fiber

towards biocomposite streng tensil with sago palm matrix and glycerol. Sago palm and glycerol

is matrixes coming from biocomposite and coconut fiber as the filler. This research is using volume

glycerol fraction and sago palm, with sago palm as 10% plastisiser since the volume fraction has

the most optimum for 1.395v Mps and 70% glatinasi temperature, wherein volume biocomposite

fraction is 45% coconut fiber, 105 glycerol, and 45% sago palm has the optimum steng tensil of

4.744 Mpa. In comparison when volume fraction is 75% of coconut fiber, 10% of glycerol and

15% of sago palm, it makes the lowest average of kekuatan tarik of 1.187 MPa. Therefore,

bicomposite with sago palm matrix, glycerol, and coconut fiber still has bigger compared to

polyesterene steng tensil which is occasionally used for food packaging having 3.27 MPa.

Keywords : biocomposite, sago palm, glycerol, coconut fiber, steng tensil

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Alam telah mengajarkan kita

tentang kemasan misalnya jagung

terbungkus oleh selubung, dan berbagai

macam buah – buahan terbungkus oleh

kulitnya. Fungsi dari kemasan tersebut

adalah untuk mencegah dan mengurangi

kerusakan secara fisik seperti guncangan,

gesekan, benturan, dan getaran serta

pencemaran dari lingkungan sekitarnya,

Selain fungsi tersebut fungsi lain dari

pengemasan adalah mempermudah kita

dalam pengangkutan dan penyimpanan.

Kemudian adanya rencana pelarangan

penggunaan kemasan sintetis dalam jangka

waktu beberapa tahun ke depan semakin

meningkatnya penelitian akan solusi

pembuatan komposit yang ramah

lingkungan. Berbagai issue permasalahan

limbah non organik serat sintetis yang

semakin bertambah mampu mendorong

perubahan trend teknologi komposit

menuju natural composit yang ramah

lingkungan. Dengan berkembangnya

material biokomposit diharapkan mampu

menjadi salah satu material teknik yang

mampu mempunyai sifat ringan, tahan

korosi, dan sifat mekanisnya baik.

Keistimewaan lain adalah sifatnya yang

renewable atau terbarukan. Untuk

menghindari berbagai efek lingkungan

inilah, maka perlu adanya bahan alternatif

untuk aplikasi fiber yang berpenguat serat

komposit alam yang tentunya ramah

lingkungan. Sehingga mengurangi

penggunaan bahan kimia dan gangguan

lingkungan hidup.

Serat alami mempunyai banyak

kelebihan bila dibandingkan dengan serat

lainnya. Kelebihan serat alami adalah dapat

terdegradasi secara alami (biodegradability),

mempunyai karakteristik yang dapat

diperbaharui, ramah terhadap lingkungan,

memiliki massa jenis yang rendah, dan

mempunyai kekuatan spesifik dan

kekakuan yang tinggi daripada matriknya

sehingga dapat memperbaiki sifat mekanik

pada komposit (Sergio N. Monteiro, 2005).


40

Melalui penelitian ini saya mencoba

menggunakan serat alami yaitu serabut

kelapa sebagai filler biokomposit.

Tujuan Penelitian

Untuk mempengaruhi fraksi

volume serat serabut kelapa terhadap

kekuatan tarik biokomposit bermatrik sagu

dan gliserol.

TINJAUAN PUSTAKA

Indonesia merupakan salah satu

negara penghasil kelapa terbesar di dunia,

dengan total produksi diperkirakan

sebanyak 14 milyar butir kelapa. Tanaman

kelapa merupakan komoditas perkebunan

yang sangat potensial, disebut juga sebagai

pohon kehidupan karena semua bagian

tanaman kelapa bermanfaat bagi

kebutuhan hidup manusia. Buah kelapa

dapat menghasilkan berbagai produk yang

bernilai ekonomi tinggi seperti minyak,

tempurung, dan sabut. Serabut kelapa

merupakan hasil serat alam dari buah

kelapa hasil samping yang terbesar dari

buah kelapa, yaitu sekita 35% dari bobot

buah kelapa. Pengolahan buah kelapa

menjadi berbagai produk tersebut dapat

meningkatkan pendapatan petani 5-6 kali

lipat. Menurut United Coconut Association of

the Philippines (UCAP), dari satu buah

kelapa dapat diperoleh rata-rata 0,4 kg

sabut yang mengandung 35% serat. Serat

dapat diperoleh dari sabut kelapa dengan

cara perendaman dan mekanis. Sabut

kelapa sangat kaya dengan unsur Kalium

yang sangat dibutuhkan untuk

pertumbuhan dan perkembangan tanaman.

Oleh karena itu apabila sabut kelapa tidak

dipergunakan untuk produk-produk yang

laku dijual, maka dapat dikembalikan ke

kebun sebagai pupuk Kalium. Serabut

kelapa pada umumnya hanya dibuat sapu,

keset, dan sebagai bahan bakar saja. Tidak

kalah alasan pentingnya dilakukan

penelitian ini adalah, serat alam utama

yang digunakan pada penelitian ini yaitu

serabut kelapa, yang mana Indonesia

merupakan penghasil tumbuhan kelapa

terbesar di dunia. Oleh karena itu, serabut

kelapa yang boleh disebutkan sebagai

limbah dapat dijadikan nilai ekomis yang

lebih tinggi. Kemudian Benny Muhandis

Riyadie dari Universitas Diponegoro

Semarang Sebelum digunakan serat kelapa

diberikan perlakuan NaOH dengan

konsentrasi 5%. Menurut Kuncoro Diharjo

(2006) pada komposit yang diperkuat

dengan serat tanpa perlakuan, maka ikatan

(mechanical bonding) antara serat dan UPRs

menjadi tidak sempurna karena terhalang

oleh lapisan yang menyerupai lilin di

permukaan serat. Perlakuan NaOH ini

bertujuan untuk melarutkan lapisan yang

menyerupai lilin di permukaan serat,

seperti lignin, hemiselulosa, dan kotoran

lainnya. Dengan hilangnya lapisan lilin ini

maka ikatan antara serat dan matriks

menjadi lebih kuat, sehingga kekuatan

mekanik komposit menjadi lebih tinggi

khususnya kekuatan tarik. Namun,

perlakuan NaOH yang lebih lama dapat

menyebabkan kerusakan pada unsur

selulosa. Padahal, selulosa itu sendiri

sebagai unsur utama pendukung kekuatan

serat. Akibatnya serat yang dikenai

perlakuan alkali terlalu lama mengalami

degradasi kekuatan yang signifikan

sehingga kekuatannya semakin rendah.

Adapun matrik yang akan

digunakan sebagai pengikat dalam

biokomposit ini adalah adalah sagu

(Metroxylon sagu Rottb). Sagu merupakan

tanaman asli Indonesia. Tepung sagu

mengandung amilosa 27% dan amilopektin

73%. Adapun keunggulan dari tanaman

sagu adalah produktivitasnya sangat tinggi

dibandingkan dengan tanaman penghasil

karbohidrat lain. Sehingga sagu yang

dikelola dengan baik dapat mencapai 25

ton pati kering/ ha/tahun. Produktivitas ini

setara dengan tebu, namun lebih tinggi

dibandingkan dengan ubi kayu dan


41


10-15 t/ha/tahun. Widiarto yang meneliti

Film yang terbuat dari PVA murni maupun

pati sagu adalah jernih. Bagaimanapun,

film yang diperoleh dari campuran

keduanya adalah sedikit legap,

dimungkinkan akibat daripada pemisahan

fasa. Sedangkan sagu saja kekuatan

tariknya masih kurang tanpa campuran

pemlastis. Dalam penelitian ini gliserol

sebagai campuran sagu sebagai pemlastis.

Muchrani Hasibuan yang meneliti

biokomposit sagu dan gliserol mempunyai

kekuatan tarik lebih tinggi dibandingkan

dengan kekuatan sagu tanpa campuran

gliserol.

Kerangka Konsep Penelitian

Gambar 1. Siklus Konsep berpikir

Gambar 2. Diagram Interaksi Konsep

Penelitian.

METODOLOGI

Alat yang Digunakan

a. Timbangan Digital

b. Blender

c. Cetakan Spesimen

d. Mesin Pengujian Tarik

e. Mesin Pengepres Hidrolik

f. Gelas Ukur

g. Cawan Petri

h. Kamera

i. Pisau


Bahan- bahan yang digunakan adalah

sebagai berikut

a. Sagu (Kanji)

Potensi

Serabut

kelapa

Potensi

sagu

Proses Blending + Cetak +

Pengepresan

Biokomposit

Prosentase Prosentase

Uji tarik Foto

makroskopik

Aplikasi

Material

Potensi

Gliserol

Prosentase Prosentase

Serat serabut kelapa

Pati sagu

Gliserol

Biokomposit

Analisa

Kesimpulan

Uji tarik


42

b. Serabut Kelapa

c. Aquadest

d. Larutan NaOH

e. Gliserol

Variabel Penelitian

Variabel Bebas

Variabel bebas yang digunakan adalah

perbandingan fraksi volume serabut kelapa

yaitu 15%, 30%, 45%, 60%, 75%.

Variabel Terikat

Untuk variable terikatnya adalah kekuatan

tarik.

Parameter Terkontrol

1. Gliserol 10 %.

2. NaOH 5%.

3.Temperatur Glatinasi 700C.

4.Kecepatan Blender 30rpm.

5. Beban 10kN.

6. Panjang serabut 3mm

7.Kecepatan pembebanan 1 mm/menit.

Prosedur Penelitian

Mempersiapkan Serat Penguat Polimer

1. Serat serabut kelapa di jemur selama 3

hari untuk menghilangkan kadar air.

2. Kemudian serabut kelapa di masak

dengan NaOH 5% sampe keluar semua

minyak dalam serabut kelapa. Kemudian

dicuci dengan air sampai pH 7 (netral).

3. Kemudian di keringkan lagi selama 3

hari dengan suhu 350C.

4. Serabut kelapa siap di potong sesuai

dengan panjangnya yaitu 3mm.

Pembuatan Spesimen Uji

1. Dilakukan penimbangan serat serabut

kelapa, dan sagu dengan fraksi volume

yang diinginkan. Penimbangan

sejumlah massa sagu dan gliserol yang

diinginkan sesuai dengan prosentase.

2. Masukan pati sagu dalam blender dan

larutan gliserol yang sudah sesuai

dengan prosentase yang diinginkan

beserta serat serabut kelapa.

3. Seting suhu pada blender dengan suhu

700 C.

4. Hidupkan blender dan mulailah

pengadukan dengan lama pengadukan

25 menit.

5. Setelah selama 25 menit, tuangkan isi

dari blender kedalam cetakan yang

telah disediakan.

6. Setelah cetakan terisi penuh dan

spesimen menjadi agak dingin,

spesimen dipress dengan tekanan 10

kg selama 2 menit.

7. Kemudian biarkan spesimen dingin

dengan sendirinya dan di ambil dari

cetakan.

8. Kemudian specimen dikeringkan

dengan suhu 650 C selama 24 jam di

dalam Oven, benar-benar kering siap

untuk diuji.

Pengujian Spesimen

Pengujian tarik menggunakan ASTM D

638.

Gambar 3. Dimensi spesimen


Hasil Pengujian

Berdasarkan pengujian tarik

menggunakan Universal Testing Machine

(Time GroupInc WDW 20 E) didapatkan

kekuatan tarik. Untuk pertama yaitu

mencari fraksi volume gliserol yang tepat

supaya mendapatkan kekuatan tarik yang

optimum. Maka didapatkan kekuatan tarik

maksimum antara gliserol dan sagu.


43

Tabel 1. Hasil Uji Tarik Matrik

Gambar 4. Grafik Kekuatan Tarik Matrik

Sagu Dan Gliserol

Kemudian setelah mendapatkan kekuatan

tarik matrik selanjutnya didapatkan tabel

kekuatan tarik

biokomposit dengan perbandingan fraksi

volume Serat : Gliserol : Sagu

Dan didapatkan grafik hubungan kekuatan

tarik rata-rata dengan fraksi volume

sebagai berikut :

Gambar 5. Grafik Kekuatan Tarik Rata-rata

Biokomposit

Tabel 2. Kekuatan Tarik Rata-rata

Biokomposit

Kemudian didapatkan juga grafik

hubungan antara kekuatan tarik secara

teoritis dan actual dari biokomposit yang

terlihat pada gambar 6.

Gambar 6. Grafik Hubungan Kekuatan

Tarik Teoritis dengan Kekuatan Tari

Aktual Biokomposit

Pembahasan Kekuatan Tarik Matrik Sagu

Dan Gliserol

Dari hasil analisis gambar 5 grafik

menunjukan bahwa penggunaan 90% sagu

dan 10% gliserol memberikan kekuatan

tarik lebih tinggi yaitu sebesar 2,96 Mpa

dibandingkan dengan fraksi volume yang

lain. Hal ini terjadi karena pada fraksi

volume 90% sagu dan 10% gliserol berada

pada campuran titik jenuh sehingga,


44

molekul-molekul pemlastis hanya

terdispersi dan berinteraksi antara struktur

rantai polimer dan menyebabkan rantai –

rantai polimer sulit bergerak karena

halangan sterik. Hal inilah yang

menyebabkan kekuatan tarik meningkat

disamping karena adanya gaya

intermolekuler antara rantai pada sagu

tersebut dan grafik mengalami kenaikan

yang signifikan.

Tetapi ketika fraksi volume gliserol

lebih dari 10% akan mengakibatkan

kekuatan tarik menurun. Hal ini terjadi

karena titik jenuh terlewati mengakibatkan

sehingga molekul – molekul pemlastis

yang berlebih berada pada fase tersendiri

yang berada di luar fase polimer dan akan

menurunkan gaya intermolekuler antara

rantai polimer sagu. Berdasarkan

pembahasan diatas dapat diakatan bahwa

campuran antara sagu 90% dan gliserol

10% mempunyai kompatibilitas tertinggi.

Dari dasar itulah prosentase gliserol yang

digunakan adalah 10%.

Pada gambar 5 menunjukkan

kekuatan tarik rata-rata semakin

meningkat seiring dengan bertambahnya

fraksi volume serat serabut kelapa. Setelah

fraksi volume serat serabut kelapa

bertambah, maka kekuatan tarik rata-rata

dari biokomposit semakin meningkat

dengan kekuatan tarik rata-rata tertinggi

sebesar 4,744 MPa diperoleh ketika fraksi

volume sebesar 45% : 10% : 45%. Ketika

perbandingan fraksi volume sebesar 75% :

10% : 15%, menghasilkan kekuatan tarik

rata-rata terendah yaitu 1,187 MPa.

Apabila perbandingan fraksi volume serat

serabut kelapa melebihi matrik sagu maka

kekuatan tariknya cenderung mengalami

penurunan. Hal ini terjadi karena matrik

sagu sebagai pengikat kurang

memberikan daya perekat terhadap

serabut kelapa karena fraksi volumenya

yang kurang dari pada serabut kelapa

sehingga, terjadi penurunan kekuatan

tarik pada biokomposit. Sedangkan

kekuatan tarik untuk matrik sagu murni

(fraksi volumenya 100 %) sebesar 1,395

MPa.

Pada fraksi volume 15% serabut

kelapa, 10% gliserol, dan 75% sagu

gambar patahan spesimen yang terlihat

pada gambar 7

Gambar 7. Fraksi volume 15% serabut

kelapa, 10% gliserol, dan 75% sagu

Apabila kekuatan ikatan melemah maka

tegangan geser permukaan antara matrik

sagu dengan serat menjadi kecil. Sehingga

jika beban tarik diaplikasikan pada

material komposit ini, matrik tidak dapat

mendistribusikan beban tarik secara

merata ke serat. Akibatnya banyak timbul

serat yang tercabut dari matrik,. Patahan

yang terjadi pada material komposit ini

adalah jenis patahan ulet. Patahan ulet

ditandai dengan banyaknya deformasi

yang terbentuk pada permukaan spesimen

komposit ini serta memiliki bentuk yang

bergerigi dan kasar dan serabut sebagian

mungumpul pada bagian tertentu karena

fraksi volume dari matrik lebih besar

sehingga serabut tidak dapat merata.

Kemudian fraksi volume dinaikan

menjadi 30% : 10 % :60% .

Dengan meningkatnya kekuatan

ikatan antara matrik sagu dengan serat

serabut kelapa maka tegangan geser

permukaan juga berangsur-angsur

meningkat., tetapi pada gambar melintang

persebaran serat masih belum merata.


45

Apabila beban tarik diaplikasikan pada

material biokomposit ini, beban tersebut

belum dapat didistribusikan secara merata

dari matrik menuju ke serat. Pada

akhirnya serat yang tercabut dari matrik

menjadi berkurang. Oleh karena itu, pada

perbandingan fraksi volume ini kekuatan

tarik material biokomposit meningkat.

Patahan yang terjadi pada material

biokomposit ini adalah jenis patahan ulet

sama dengan jenis patahan pada

perbandingan fraksi volume sebelumnya.

Kemudian pada perbandingan fraksi

volume 45% : 10% : 45% pada

menunjukkan tidak adanya serat serabut

kelapa yang tercabut maupun putus.

Kenaikan kekuatan tariknya mencapai

kekuatan tarik maksimum yaitu 4,744

Mpa dengan kenaikan sebesar 60%. Hal

ini menunjukkan bahwa serat serabut

kelapa tersebar merata. Matrik sagu dapat

menyelimuti serat secara menyeluruh.

Sehingga daya rekat matrik dengan

menjadi baik. Akibatnya kekuatan ikatan

antara matrik dengan serat menjadi baik

pula. Pada fraksi volume ini, kekuatan

tarik material biokomposit mencapai

kekuatan tarik tertinggi. Patahan yang

terjadi adalah jenis patahan ulet. Karena

banyaknya terjadi deformasi pada

penampang spesimen serta bentuk

permukaan yang bergerigi dan memiliki

lekukan-lekukan yang dalam. Gambar

spesimen dapat dilihat pada gambar 4.3

Ketikan fraksi volume 60% : 10 % : 30%

mengalami penurunan secara drastis

kekuatan tariknya menjadi 2,728 MPa. Hal

ini terjadi karena matrik sebagai perekat

prosentasenya berkurang dan bahkan

lebih banyak fraksi volume dari serat.

Patahan yang terjadi adalah jenis patahan

ulet. Karena banyaknya terjadi deformasi

pada penampang spesimen serta bentuk

permukaan yang bergerigi dan memiliki

lekukan-lekukan yang dalam.

Sedangkan pada fraksi volume 75% :

10% : 15% merupaka kekuatan tarik

terendah dengan kekuatan tarik 1,187

MPa. Hal ini bisa terjadi karena matrik

semakin berkurang sementara gliserol

fraksi volumenya hampir sama dengan

fraksi volume sagu sehingga giserol

sebagai pemlastis tidak dapat mengikat

sagu dengan baik sehingga serabutpun

tidak dapat terikat oleh matrik secara

sempurna. Gambar patahan dari spesimen

dapat dilihat pada gambar 8.

Gambar 8. Fraksi Volume 75% : 10% : 15%.

Adapun pembahasan gambar 3.3

dapat dilihat bahwa grafik kekuatan tarik

teoritis menunjukan kenaikan. Ketika

fraksi volume serat serabut kelapa naik,

kekuatan tarik teoritis biokomposit

mengalami kenaikan pula. Hal tersebut

dikarenakan oleh pengaruh fraksi volume

serat serabut kelapa dalam biokomposit

memiliki pengaruh yang signifikan

terhadap kekutan tarik biokomposit. Hal

tersebut disebabkan karena perhitungan

secara teoritis tidak memperhitungkan

persebaran serat didalam matrik sagu dan

daya ikat antar serat dan matrik, tetapi

hanya memperhitungkan kekuatan tarik

dan fraksi volume serat saja sehingga

selama kekuatan tarik serat dan jumlah

serat meningkat maka kekuatan tarik

biokomposit meningkat juga.

Kekuatan tarik aktual, yang terjadi

justru sebaliknya yaitu kekuatan tarik

aktual yang tertinggi dicapai pada

perbandingan

fraksi volume 45%:10%:45%. Hal tersebut

terjadi karena serat serabut kelapa lebih

merata didalam matrik sagu dan gliserol,


46

sehingga daya ikat antara matrik dan serat

menjadi kuat. Akibat tegangan geser

antara permukaan matrik dan serat

menjadi besar, sehingga baban yang

dibutuhkan untuk mematahkan material

juga besar.

KESIMPULAN

Berdasarkan penelitian tersebut maka

dapat dibuat kesimpulan bahwa

biokomposit yang berserat serabut kelapa

dengan matrik sagu dan gliserol

berpotensi untuk dikembangkan lagi lebih

lanjut sebagai material alternative

pengganti polistierene sebagai kemasan

makanan. Pada fraksi volume 45%

Serabut kelapa, 10% gliserol dan, 45%

sagu mempunyai kekuatan tarik yang

optimum yaitu sebesar 4,744 MPa. Nilai

ini mempunyai nilai kekuatan tarik yang

lebih besar dari pada kekuatan tarik

polistierene sebesar 3,03 MPa.

DAFTAR PUSTAKA

Anonymous. 2006. Wood Technical

Information. (Online),

(http://www.land- scapeforms.com,

diakses 2 Agustus 2008).

Anshori, Isa. 2006. Pengaruh Ukuran Mesh

Serbuk Kayu Jati dan Temperatur Injeksi

terhadap Kekuatan Tarik Komposit Plastik

Pada Proses Injeksi. Unibraw.

ASTM. 1997. Annual book of ASTM

standards. Philadelphia : ASTM

C. Y. Lai. et al. 2005. Mechanical and

Electrical Properties of Coconut Coir

Fiber-Reinforced Polypropylene

Composite. Polymer-Plastics

Technology and Engineering.

Malaysia.

Chan, Edward and Elevitch, R. Craig. 2006.

Cocos Nucifera (Coconut). Species

Profiles for Pacific Island Agroforestry,

(Online),

(http://www.traditionaltree.org,

diakses 2 Agustus 2008).

Dieter, George. E. 1996. Metalurgi Mekanik.

Erlangga. Jakarta.

Elices, M and Llorca. J. 2002. Fiber Fracture.

Elsevier. England.

Espert, Ana. 2003. Natural

Fibres/Polypropylene Composites From

Residual And Recycled Materials : Surface

Modification of Cellulose Fibers,

Properties And Environmental

Degradation. KTH Fiber-och

Polymerteknologi. Sweden.

Gibson, Ronald. F. 1994. Principles of

Composite Material Mechanics. McGraw-

Hill, Inc. New York.

Jacobs, James. A and Kilduff, Thomas. F.

1994. Engineering Materials Technology :

Structure, Processing, Properties &

Selection. Prentice-Hall International,

Inc. London.

Jafferjee Brother. et al. 2003. Composite

Applications Using Coir Fibers in

Srilanka. Final Report. Netherlands.

Mel, M. Schwartz. 1997. Composite Materials

: Properties, Nondestructive Testing, and

Repair. New Jersey.

Matthew, F.L and Rawlings, R. D. 1994.

Composites Materials : Engineering

And Science. Chapman & Hall.

London.

Mirbagheri, Jamal. et al. 2007. Prediction of

The Elastic Modulus of Wood Flour /

Kenaf Fibre / Polypropylene Hybrid

Composites. Iranian Polymer Journal.

Iran.

Monteiro, N. Sergio. et al. 2005. Mechanical

Strength of Polyester Matrix Composite

Reinforced with Coconut Fiber Wastes.

Revista Materia. Brazil.


47

Prasetyo, Eko. 2006. Pengaruh Fraksi Volume

Serbuk Kayu dan Temperatur

Penginjeksian Terhadap Sifat Mekanik

Komposit Plastik Serbuk Kayu Pada

Proses Injeksi. Unibraw.

Setyawati, Dina. 2003. Pengaruh Ukuran

Nisbah Serbuk Kayu Dengan Matriks,

Serta Kadar Compatibilizer Terhadap Sifat

Fisis dan Mekanis Komposit Kayu

Polipropilena Daur Ulang. Makalah

Falsafah Sains. Bogor.


ISSN 2252-4444

48

PENGARUH FILLER SERAT PISANG ABAKA TERHADAP KEKUATAN BENDING

PADA BIOKOMPOSIT DENGAN MATRIK BERBASIS UBI KAYU

Fatikh Catur Wahyudi Agung


[email protected]

Abstrak

Diantara permasalahan lingkungan di dunia ataupun di Indonesia khususnya adalah

mengenai limbah kemasan dari plastik. Solusi yang ditawarkan yaitu penggunaan

biokomposit. Ubi kayu memiliki potensi yang besar untuk dikembangkan menjadi

produk yang bernilai tinggi, diantaranya adalah sebagai biokomposit bahan kemasan

bersifat degradable. Penelitian ini mengkaji secara eksperimental pengaruh penggunaan

filler serat pisang abaka terhadap kekuatan bending pada biokomposit dengan matrik

berbasis ubi kayu. Material biokomposit ini dibuat dari tepung tapioka dan serat pisang

abaka dengan mencampurkan gliserol sebagai variabel terikat sebesar 20 % dari fraksi

volume biokomposit tersebut. Filler yang digunakan dalam berbagai variasi, mulai 10 %,

20%, 30%, 40% dan 50% dari fraksi volume biokomposit. Uji bending dilakukan

menggunakan Computer System Universal TIME / WDW - 20 E. Hasil pengujian bending

biokomposit menunjukkan ada perbedaan kekuatan pada penggunaan variasi filler. Pada

filler 10% kekuatan 7,5 Mpa, 20% kekuatan 13,5 Mpa, 30% kekuatan 16,5 Mpa, 40%

kekuatan 21 Mpa, 50% kekuatan 30 MPa.

Kata kunci : biokomposit, filler serat pisang abaka, matrik berbasis ubi kayu, kekuatan

bending.

PENDAHULUAN

Salah satu permasalahan mengenai

lingkungan di dunia ataupun di Indonesia

khususnya adalah mengenai limbah

plastik. Solusi yang ditawarkan yaitu

penggunaan biomaterial. Salah satu

biomaterial yang dikembangkan para

ilmuwan adalah biokomposit. Komposit

mempunyai sifat–sifat yang unggul

dibandingkan dengan material lain, seperti

rasio antara kekuatan dan densitasnya

cukup tinggi, kaku, proses pembuatannya

sangat sederhana serta tahan terhadap

korosi dan beban lelah. Material komposit

adalah material yang dibuat dengan

kombinasi dua atau lebih material berbeda

yang digabung atau dicampur secara

makroskopik untuk membentuk material

yang bermanfaat, dengan syarat terjadi

ikatan antara kedua material tersebut.

Pada umumnya komposit terdiri dari

bahan yang disebut “matrik” dan “filler”

atau bahan “penguat”. Bahan matrik dapat

berupa logam, keramik, karbon dan

polimer. Matrik dalam komposit berfungsi

sebagai perekat serta mendistribusikan

beban kedalam seluruh material penguat

komposit. Sifat matrik biasanya “ulet”

(ductile). Bahan penguat dalam komposit

berfungsi sebagai penahan beban yang

diterima oleh material komposit. Sifat

bahan penguat biasanya kaku dan tangguh.

Sedangkan bahan penguat yang umum

digunakan selama ini adalah serat karbon,

serat gelas, dan keramik.

TINJAUAN PUSTAKA

Ubi kayu (Manihot Esculenta) merupakan

tanaman pangan dengan nama lain ketela

pohon, singkong atau kasepe. Pemanfaatan


ISSN 2252-4444

49

ubi kayu masih terbatas untuk pangan,

sebagian besar diolah menjadi produk

setengah jadi

berupa pati, tepung ubi kayu, gaplek dan

chips. Padahal ubi kayu memiliki potensi

yang besar untuk Potensi ubi kayu untuk

produk nonpangan diantaranya adalah

sebagai kemasan plastik biodegradable.

Pisang abaka (Musa textilis Nee), sering

disebut sebagai abaka, merupakan

tanaman penghasil serat. Aplikasi dari

serat ini banyak digunakan sebagai bahan

pembuat tali kapal laut. Serat abaka juga

digunakan sebagai bahan baku tekstil

pengganti serat kapas, jok kursi, kerajinan

tangan berupa dompet dan tas, serta

pengganti asbes yang lebih sehat. Melihat

beberapa kelebihan dari serat pisang abaka

dan Ubi kayu serta kebutuhan akan

material baru yang ramah lingkungan,

penulis merencanakan material

biokomposit dengan serat pisang abaka

digunakan sebagai bahan penguat (filler)

pada matrik pati Ubi Kayu (Tapioka). Dari

penelitian ini diharapkan ditemukan

material biokomposit baru yang dapat

memenuhi kebutuhan bahan dan

utamanya ramah terhadap lingkungan.

Matrik yang digunakan adalah Pati

berbasis Ubi Kayu (Manihot Esculenta)

berbentuk kristal, yang dicampur dengan

Gliserol sebesar 20%. Gliserol merupakan

tryhydric alcohol C2H5(OH)3 atau 1,2,3-

propanetriol. Struktur kimia dari gliserol

adalah sebagai berikut : CH2OH

I CHOH

I CH2OH

Bahan filler digunakan dari serat pisang

abaka (Musa textillis Nee), merupakan

tumbuhan yang termasuk alam famili

Musaceae yang berasal dari Filipina yang

telah dikenal dan telah dikembangkan

sejak tahun 1519.

Tabel 1. Komposisi kimia ubi kayu per 100

gram bahan

Gambar 1. Wujud alami serat pisang abaka

Sedangkan dimensi dan sifat-sifat mekanik

dari serat pisang abaka adalah

sebagaimana dijelaskan dalam tabel

dibawah ini:

Tabel 2. Dimensi dari serat pisang abaka Fibe

r

Length

(cm)

Diame

ter

(mm)

Cell

Legth

(mm)

Cell width

(μm)

Rang

e

Me

an

Aba

ca

200 or

more

0.01-

0.28

3-12 6-46 9.9

Tabel 3. Sifat-sifat mekanik dari serat

pisang abaka Fibe

r

Densit

y

(gr/cc)

Extaen

sion at

break

(%)

Tensil

e

Streng

ht

(Mpa)

Young

Modulus

(Gpa)

Aba

ca

200 or

more

0.01-

0.28

3-12 6-46 9.9

METODOLOGI

Penelitian yang akan dilaksanakan adalah

true experimental research yang dibagi dalam

beberapa tahapan, antara lain :

No. Komponen Ubi

Kayu

Ubi

Kayu

Kuning

1 Kalori (kkal) 146.00 157.00

2 Protein (gram) 0.80 0.80

3 Lemak(gram) 0.30 0.30

4 Karbohidrat(gram) 34.70 34.90

5 Air(gram) 62.50 60.00


ISSN 2252-4444

50

1. Studi Literatur

Studi literatur disini

menitikberatkan pada teori – teori tentang

pengetahuan bahan material komposit,

tepung ubi kayu (tapioka) sebagai polimer

organik dan serat pisang abaka.

Studi literatur dilaksanakan di

Jurusan Mesin Universitas Brawijaya, di

laboratorium kimia tanah Jurusan Tanah

Universitas Brawijaya dan internet.

2. Studi Lapangan

Studi lapangan lebih difokuskan

untuk memperoleh bahan-bahan yang

dibutuhkan dalam penelitian.

Kegiatan dalam studi lapangan:

Pengambilan serat pisang abaka.

Melihat proses ekstraksi dan pengeringan

serat pisang abaka.

3. Pembuatan dan Pengujian Spesimen

Biokomposit

Pengujian kekuatan bending

Pada perlakuan uji bending bagian atas

spesimen mengalami penekanan dan

bagian bawah mengalami tarik sehingga

akibatnya spesimen mengalami patah

bagian bawah karena tidak mampu

menahan tegangan tarik dan shear stress

yang terjadi pada core.

Bentuk Spesimen uji bending komposit

mengacu pada standar ASTM C393,

dimana mempunyai dimensi panjang (P) =

100 mm dan lebar (L) = 30 mm, sedangkan

tebal (t) spesimen ditentukan 2 mm.

Gambar 2 Spesimen uji bending.

Pengujian dilakukan three point bending.

Kekuatan bending pada sisi bagian atas

sama nilai dengan kekuatan bending pada

sisi bagian bawah.

Gambar 3 Pemasangan benda uji.

Pada perhitungan kekuatan bending ini,

digunakan persamaan yang ada pada

standar ASTM D790, yaitu:

S=22bd

3PL

dengan,

S = Tegangan bending (MPa)

P = Beban /Load (N)

L = Panjang Span / Support span (mm)

b = Lebar/ Width (mm)

d = Tebal / Depth (mm)

Mesin uji bending digunakan untuk

mengukur kekuatan bending spesimen

adalah Computer System Universal TIME /

WDW - 20 E, dengan spesifikasi display

metode by computer, load range (500 kN), max.

space (490 mm), grips for plate (50 x 80 mm)

dan accuracy (1 %).

Gambar 4 Mesin Uji Bending.


Hasil Uji Bending

Gambar 5 Spesimen uji bending.


ISSN 2252-4444

51

Tabel 4 Data perhitungan hasil uji Bending

Gambar 6 Tegangan bending rata-rata pada

berbagai fraksi volume serat

Dari tabel perhitungan diatas menunjukkan

adanya peningkatan kekuatan bending

seiring dengan peningkatan prosentase

fraksi volume serat pisang abaka sebagai

filler. Nilai tegangan bending meningkat

seiring dengan meningkatnya fraksi

volume serat. Halini terjadi karena semakin

besar fraksi volume, maka jumlah serat

semakin banyak sehingga beban yang

diterima oleh masing-masing serat lebih

kecil.

Foto Makro Kegagalan Uji Bending

Gambar 7 Kegagalan bending pada

biokomposit dengan filler 40%,

perbesaran 4x.

Dengan jumlah serat yang banyak maka

berarti juga matrik mendapat dukungan

yang lebih besar dari serat sehingga dapat

menyebabkan matrik tidak mudah

mengalami retak. Dari grafik di atas,

tampak bahwa nilai tegangan bending

tertinggi adalah sebesar 30 Mpa yang

diperoleh pada fraksi volume 50%.

Berdasarkan foto makro (gambar 7) terlihat

pada spesimen biokomposit terdapat fiber

pull out yang cukup banyak. Penampang

yang patah menunjukkan ikatan yang

terjadi antara serat dengan matrik tidak

kuat. Fiber pull out menyebabkan kekuatan

komposit rendah dikarenakan matrik akan

mengalami patah terlebih dulu apabila

dikenai pembebanan, mengingat sifat

matrik yang getas.Ikatan yang kuat antara

serat dan matrik ditunjukkan dengan

patahan biokomposit secara merata pada

permukaannya dengan tidak muncul

adanya serabut-serabut serat.

KESIMPULAN

Variasi penggunaan serat berpengaruh

terhadap kekuatan bending material.

Peningkatan kekuatan bending tertinggi

terjadi pada penggunaan serat 40% ke 50%,

tercatat kekuatan bendingnya dari 21 Mpa

menjadi 30 MPa. Dengan demikian terjadi

kenaikan 42,9 %.

DAFTAR PUSTAKA

Tegar, T., 2008. Pengembangan Poly Lactic

Acid Sebagai Kemasan Ramah

Lingkungan Berbasis Ubi Kayu

(Manihot Esculenta). Karya tulis Beswan

Djarum.

Rusmiyatno, F. 2007. Pengaruh fraksi volume

serat terhadap kekuatan tarik dan kekuatan

bending komposit nylon/epoxy resin serat

pendek random. Skripsi tidak

diterbitkan. Jurusan Teknik Mesin


ISSN 2252-4444

52

Fakultas Teknik Universitas Negeri

Semarang.

Widyastuti, Pengaruh pelapisan HNO3

terhadap sifat Mekanik Komposit

Lamina Isotropik Al/Al2O3-Al/SiC,

Laporan penelitian HB, 2006.

Dempsey, J.M. 1963. Long Vegetable Fiber

Developmentin South Vietnam and other

AsianCountries. Overseas Mission,

Saigon, p : 157-162.

Sudjendro. 1999. Abaca (Musa textilis Nee)

: Potensi, pola pengembangan dan

Masalahnya. Warta Penelitian dan

Pengembangan Tanaman Industri, Vol. 5

No.3 Desember 1999.

Departemen Kesehatan. 1992. Daftar

Kandungan Gizi Makanan. Bharata:

Jakarta.

Wibowo, A. 1998. Abaca (Musa Textillis

Nee) Penghasil Serat. Duta Rimba

XXIV (222) :31-37.

Kaskus. 2010. Serat pisang (Abaca

"MusaTextilisNee").http://www.kaskus.

uswthread. php? t=1285300, 26-05-2010.

Lewin, M. 2007. Fiber Chemistry. Taylor and

Francis group. Boca Raton-London-

New York.

issn 2252 -4444 · pdf filejurnal ini serta ketekunan dan ketabaha n kita bersama. ... pada...

Documents