SIMULASI ANSYS 14.0 KEKUATAN IMPAK JATUH BEBAS PADA STRUKTUR ATAP MOBIL DARI BAHAN KOMPOSIT POLYMERIC FOAM DIPERKUAT SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT
Abdullah Y. Harahap1, Syahrul Abda 2 , Bustami Syam 3 , Marragi M. 4 , Tugiman 5 1,2,3,4,5 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara Email: ya_qub@ymail.com

## ABSTRAK
Tandan  kosong  kelapa  sawit  jumlahnya  sangatlah  melimpah  dikarenakan  pabrik  pengolahan  kelapa sawit  yang  terdapat  di  Indonesia  memiliki  jumlah  yang  sangat  banyak,  menurut  survey  yang dilakukan  limbah  tandan  kosong  kelapa  sawit  saat  ini  mencapai  20  juta  ton.  Tandan  kosong  kelapa sawit  memiliki  nilai  ekonomis  untuk  direkayasa  sebagai  bahan  alternatif  yang  dapat  dimanfaatkan dengan alasan masih berlimpahnya bahan baku, bebas korosi, tahan dan mampu menyerap panas, oleh karena  itu  serat  tandan  kosong  kelapa  sawit  dapat  dimanfaatkan  sebagai  penguat  bahan  komposit polymeric  foam .  Tujuan  penelitian  ini  untuk  mengetahui  proses  pembuatan,  menganalisa  kekuatan struktur  atap  mobil  terhadap  beban  impak  jatuh  bebas  dengan  mensimulasikan  dengan  meggunakan perangkat  lunak  Ansys  14.0.  Pembuatan  struktur  atap  mobil  dari  bahan  komposit polymeric  foam dibuat menggunakan metode penuagan langsung yang terdiri dari bahan matrik dan penguat. Matrik resin BTQN 157 EX, poliuretan dibuat dari campuran poliol dengan isosianat, serta katalis MEKPO dan  sebagai  penguat  adalah  serat  tandan  kosong  kelapa  sawit.  Dari  proses  simulasi  yang  dilakukan dengan  perangkat  lunak  Ansys  14,0,  maka  diperoleh  hasil  simulasi  perangkat  lunak  Ansys  14.0 diperoleh ( 𝜎 𝑚𝑎𝑘𝑠 ) = 31130 [Pa].
Kata kunci: Serat tandan kosong kelapa sawit, komposit, polymeric foam, uji impak jatuh bebas, simulasi Ansys 14.0

## 1.   PENDAHULUAN
Atap  mobil  dalam  perencanaannya  harus  terdapat  berbagai  kelebihan-kelebihan  yang  dapat diperoleh dari hasil design virtual, maka dari itu perencanaan keunggulan dari yang akan diproduksi memiliki tiga kelebihan utama antara lain faktor keamanan yang terjamin, berat yang semakin ringan, serta  biaya  produksi  yang  lebih  murah.  Saat  ini  perkembangan  teknologi  akan  material  (bahan) semakin  pesat.  Oleh  karena  itu  penulis  mencoba  untuk  melakukan  penelitian  mengenai  penggunaan komposit  serat  TKKS  diharapkan  dapat  menjadi  acuan  dan  alternatif  baru  dalam  pembuatan  suatu produk yang dapat diperbaharui dan didaur ulang sementara hasil penelitian yang telah dilakukan oleh sebuah institusi komersial terhadap komposisi material kimianya diketahui bahwa kandungan material serat dalam TKKS merupakan kandungan maksimum sekaligus dengan membua simulasi Ansys 14.0, untuk mengetahui kekuatan material tersebut.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## Komposit
Pada  umumnya  bentuk  dasar  suatu  bahan  komposit  adalah  tunggal  dimana  merupakan susunan  dari  paling  tidak  terdapat  dua  unsur  yang  bekerja  bersama  untuk  menghasilkan  sifat-sifat bahan  yang  berbeda  terhadap  sifat-sifat  unsur  bahan  penyusun.  Komposit  terdiri  suatu  bahan  utama (Matrik-matrik)  dan  suatu  jenis  penguatan (reinforcement) yang  ditambahkan  untuk  meningkatkan kekuatan dan kekakuan matrik. Penguatan ini biasanya dalam bentuk serat (fibre). Material komposit terdiri  dari  lebih  dari  satu  tipe  material  dan  dirancang  untuk  mendapatkan  kombinasi  karakteristik terbaikn  dari  setiap  komponen  penyusunnya.  Bahan  komposit  memiliki  banyak  keunggulan,
diantaranya  berat  yang  lebih  ringan,  kekuatan  dan  ketahanan  yang  lebih  tinggi,  bahan  korosi  dan ketahahn aus [1].

## Matrik Resin Poliester Tak Jenuh
Pada  umumnya polyester tahan  terhadap  asam  kecuali  asam  pengoksida,  tetapi  lemah terhadap  alkali.  Bila  dimasukkan  kedalam  air  mendidih  dalam  waktu  yang  lama  (300  jam),  bahan akan  pecah  dan  retak-retak.  Bahan  ini  mudah  mengambang  dalam  pelarut,  yang  melarut  polimer stiren.  Kemampuan  terhadap  cuaca  sangat  baik.  Tahan  terhadap  kelembaban  dan  sinar  UV  bila dibiarkan diluar, tetapi sifat tembus cahaya rusak dalam beberapa tahun. Bahan ini dapat digunakan secara  luas  sebagai  bahan  komposit. Polyester yang  157  BQTN-EX  dengan  spesifikasi  seperti ditampilkan dalam tabel 2.1 di bawah ini.
Tabel 2.1 Karakteristik Mekanik Polister Resin Tak Jenuh Sifat Mekanik Satuan Besaran Berat Jenis Modulus Elastisitas Kekuatan Tarik Elongas kg/mm 3 MPa MPa % Mpa 1,215 x 10 -6 2.941 54 1,6 5,5
Polyester adalah  resin thermoset yang  berbentuk  cair  dengan viskositas yang  relatif  rendah, dengan penambahan katalis, Polyester mengeras pada suhu kamar [2].

## Blowing Agent
Material  yang  terbentuk  dari  campuran blowing  agent polimer  disebut  dengan  material polymeric  foam. Material polymeric  foam banyak  ditemukan  sebagai  busa  kaku  dan  fleksibel  yang digunakan sebagai pelapis atau perekat material. Berdasarkan sifat mekaniknya material ini memiliki 4 (empat) sifat penting diantaranya:
1. Sifat Elastik
Sifat ini berhubungan dengan sifat kekakuan material yang terdiri dari geometri,
bentuk dan
mikrostrukturnya.
2. Sifat Viskoelastik
Sifat  peredaman  solid  material,  sifat  ini  merupakan  efek  dari  bentuk  geometri  material tersebut.
3. Sifat Akustik
Sifat ini berhubungan dengan sifat media yang dilewati oleh perambatan  suara  akibat  bentuk struktur yang berongga akan memudahkan gelombang   udara  masuk  ke  dalam  material  dan terserap atau terperangkap sebagian besar ke dalam struktur tersebut. Dengan demikian suara yang keluar dan atau dipantulkan oleh material polymeric foam akan mengalami pelemahan.
4. Sifat Viskoakustik Sifat ini berhubungan dengan   peredaman fluida yang   dihubungkan dengan geometri, bentuk mikrostrukturnya yang   sama   dengan sifat elastiknya [3].

## Katalis Mekpo
Katalis  merupakan  material  kimia  yang  digunakan  untuk  mempercepat  proses  reaksi polimerisasi  struktur  komposit  pada  kondisi  suhu  kamar  dan  tekanan  atmosfir.  Pemberian  katalis dapat  berfungsi  untuk  mengatur  waktu  pembentukan  gelembung blowing  agent ,  sehingga  tidak mengembang secara berlebihan, atau terlalu capat mengeras yang dapat mengakibatkan terhambatnya pembentukan gelembung [4].

## Penguat
Dalam penelitian ini sebagai penguat yang digunakan adalah serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS).  Kebanyakan  serat  TKKS  setelah  siap  dipakai  khususnya  diperkebunan  sering  dibuang sebagai  limbah  dan  hanya  sedikit  yang  dapat  digunakan  untuk  diproduksi  atau  didaur  ulang.  Dan
peneliti ingin coba mengamati sifat atau karakteristik dari serat ini karena sifatnya yang kuat dan juga ringan  jika  dicampur  dengan  bahan-bahan  yang  lain.  Di  indonesia  merupakan  negara  dengan perkebunan  kelapa  sawit  terluas  di  dunia  berjuta  ha  (Deptan).  Tiap  harinya  berton-ton  kelapa  sawit yang  diolah.  TKKS  adalah  salah  satu  produk  samping  kelapa  sawit.  Setiap  ton  kelapa  sawit  yang diolah diperoleh TKKS yang mencapai 250 [kg] [5].

## Ansys 14.0Workbench
Ansys  14.0 Workbench adalah  suatu  perangkat  lunak  komputer  umum  yang  mampu menyelesaikan  persoalan-persoalan  elemen  hingga  dari  permodelan  hingga  analisis.  Ansys 14.0 Workbench ini  digunakan  untuk  mensimulasikan  semua  disiplin  ilmu  fisika  baik  statis  maupun dinamis, analisis struktural (kedua-duanya linier dan nonlinier), perpindahan panas, dinamika fluida, dan elektromagnetik untuk para enginer.
Ansys  14.0 Workbench dapat  mengimport  data  CAD  dan  juga  memungkinkan  untuk membangun geometri dengan kemampuan yang “preprocessing”. Demikian pula dalam preprocessor yang  sama,  elemen  hingga  model  (jaring  alias)  yang  diperlukan  untuk  perhitungan  dihasilakan. Setelah mendefenisikan beban dan melakukan analisis, hasil dapat dilihat sebagai numerik dan grafis [6].

## Standar Atap Mobil
Kekuatan  atap  mobil  memang  sangat  jarang  sekali  diperhatikan  oleh  produsen  mobil.  Hal tersebutlah yang membuat Insurance Institute for Highway Safety (IIHS) saat ini juga melakukan tes kekuatan  atap  selain  tes  tabrak.  Daya  tahan  atap  juga  akan  diukur  menggunakan  sensor-sensor  dan mobil  yang  berhasil  dinyatakan  lulus  tes  kekuatan  atap  harus  mampu  menahan  empat  kali  bobot kendaraan  atau  perbandingan  kekuatannya  1:4.  Misalnya  saja  sebuah  mobil  memiliki  bobot  2  ton, maka atap mobil tersebut harus mampu menyanggah beban seberat 8 ton agar lulus uji kekuatan atap, maka atap dijamin tidak akan rusak [7].

## 3.   METODOLOGI PENELITIAN
Adapun langkah-langkah dari pembuatan struktur atap mobil adalah sebagai berikut:
1. Mempersiapkan serat tandan kosong kelapa sawit.
2. Memotong serat tandan kosong kelapa sawit dengan menggunakan mesin pencacah serat.
3. Mempersiapkan timbangan digital.
4. Mempersiapkan tempat penampung bahan seperti: cap, ember dan lain-lain.
5. Mempersiapkan  pengaduk  bahan  komposit  komposit polymeric  foam diperkuat  serat  tandan kosong kelapa sawit.
6. Mempersiapkan  cetakan  struktur  komposit Polymeric  foam dan  oleskan  Wax  pada  permukaan cetakan agar struktur yang akan dicetak mudah dilepaskan dari cetakan.
7. Mempersiapkan  bahan  pembentuk  sturuktur  komposit Polymeric  foam diperkuat  serat  TKKS. Adapun  bahan  yang  harus  dipersiapkan  dalam  proses  pembuatan  struktur  komposit Polymeric foam .
8. Timbang  bahan  resin  BTQN  157  EX,  serat,  isosianat,  polyol  dan  katalis  sesuai  dengan komposisinya.
9. Tuangkan serat tandan kosong kelapa sawit dan resin ke dalam tempat pengadukan (ember) dan aduk hingga merata dengan batang pengaduk yang terbuat dari kayu.
10. Campurkan isosianat dengan polyol (Blowing Agent) kemudian aduk hingga merata dan tuangkan ke  dalam  tempat  pengadukan  serat  tandan  kosong  kelapa  sawit  dengan  resin,  setelah  itu  aduk kembali hingga merata.
11. Tuangkan katalis ke dalam tempat pengadukan dan aduk kembali hingga merata dan semua bahan sudah siap untuk dicetak.
12. Tuangkan semua bahan ke dalam cetakan yang sudah disiapkan hingga merata pada semua bagian cetakan kemudian tutup dengan penutup cetakan.
13. Tunggu  campuran  tersebut  bereaksi  pada  tekanan  atmosfir  pada  suhu  kamar,  proses  pengerasan akan terjadi disertai dengan terbentuknya gelembung udara pada bahan komposit Polymeric foam diperkuat serat TKKS.
14. Setelah  material  mengeras  tunggu  selama  ±  24  jam  kemudian  lepas  cetakan  dari  material komposit Polymeric foam diperkuat serat TKKS dan material sudah siap di uji impak jatuh bebas.

## Proses Simulasi Ansys 14.0
Setelah  diinstal  perangkat  lunak Ansys  14.0  pada  komputer  ataupun  leptop  kemudian  buka perangkat lunak dan siap digunakan untuk disimulasikan. Berikut adalah langkah-langkah yang akan dilakukan pada simulasi dibawah ini:
1. Bukalah program ansys 14.0, dan
pilihlah program static structural.
2. Pilihlah enginering data , kemudian isi data enginering yang akan digunakan.
3. Return  to  project kemudian  pilihlah Geometry untuk  mendesain Gambar  yaitu  membuat Gambar yang akan didesain.
4. Pemberian meshing pada benda.
5. Memasukkan  parameter  simulasi  yaitu fixed  support,  force. Untuk  pemberian  tekanan  pada bagian atas struktur, dengan memasukkan nilai ‘force’
6. Langkah  berikutnya  adalah  menentukan  variabel  yang  akan  disimulasi,  dalam  simulasi  ini adalah tegangan.

## 4.   HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Simulasi Ansys 14.0
Berdasarkan hasil simulasi ansys 14.0 pada struktur A 1-1 , pemberian gaya maksimum sebesar 68,67 N, maka diperoleh tengangan maksimum sebesar 31998 Pa dapat dilihat pada Gambar 4.13 di bawah ini.
Gambar 4.13 Distribusi tegangan Struktur Atap Mobil Dengan Gaya 68,67 N Berdasarkan hasil simulasi ansys 14.0 pada struktur A 2-1 , pemberian gaya maksimum sebesar 66,8061 N, maka diperoleh tengangan maksimum sebesar 31130 Pa dapat dilihat pada Gambar 4.14 di bawah ini.
Gambar 4.14 Distribusi tegangan Struktur Atap Mobil Dengan Gaya 66,8061 N
Berdasarkan hasil simulasi ansys 14.0 pada struktur A 3-1 , pemberian gaya maksimum sebesar 70,7301 N, maka diperoleh tengangan maksimum sebesar 32958 Pa dapat dilihat pada Gambar 4.15 di bawah ini.
Gambar 4.15 Distribusi tegangan Struktur Atap Mobil Dengan Gaya 70,7301 N
Berdasarkan hasil simulasi ansys 14.0 pada struktur A 1-2 , pemberian gaya maksimum sebesar 123,7040 N, maka diperoleh tengangan maksimum sebesar 57642 Pa dapat dilihat pada Gambar 4.16 di bawah ini.
Gambar 4.16 Distribusi tegangan Struktur Atap Mobil Dengan Gaya 123,7040 N
Berdasarkan hasil simulasi ansys 14.0 pada struktur A 2-2 , pemberian gaya maksimum sebesar 97,2171 N, maka diperoleh tengangan maksimum sebesar 45300 Pa dapat dilihat pada Gambar 4.17 di bawah ini.
Gambar 4.17 Distribusi tegangan Struktur Atap Mobil Dengan Gaya 97,2171 N
Berdasarkan hasil simulasi ansys 14.0 pada struktur A 3-2 , pemberian gaya maksimum sebesar 185,6052 N, maka diperoleh tengangan maksimum sebesar 86486 Pa dapat dilihat pada Gambar 4.18 di bawah ini.
Gambar 4.18 Distribusi tegangan Struktur Atap Mobil Dengan Gaya 185,6052 N
Berdasarkan hasil simulasi ansys 14.0 pada struktur A 1-3 , pemberian gaya maksimum sebesar 291,6513 N, maka diperoleh tengangan maksimum sebesar 135900 Pa dapat dilihat pada Gambar 4.19 di bawah ini.
Gambar 4.19 Distribusi tegangan Struktur Atap Mobil Dengan Gaya 291,6513 N
Berdasarkan hasil simulasi ansys 14.0 pada struktur A 2-3 , pemberian gaya maksimum sebesar 203,2632 N, maka diperoleh tengangan maksimum sebesar 94714 Pa dapat dilihat pada Gambar 4.20 di bawah ini.
Gambar 4.20 Distribusi tegangan Struktur Atap Mobil Dengan Gaya 203,2632 N
Berdasarkan hasil simulasi ansys 14.0 pada struktur A 3-3 , pemberian gaya maksimum sebesar 494,9145 N, maka diperoleh tengangan maksimum sebesar 230610 Pa dapat dilihat pada Gambar 4.21 di bawah ini.

## Gambar 4.21 Distribusi tegangan Struktur Atap Mobil Dengan Gaya 494,9145 N

## 5.   KESIMPULAN
Beberapa kesimpulan yang diperoleh dari hasil penelitian ini adalah: 1. Proses pembuatan spesimen uji dari bahan polimeric foam yang diperkuat serat TKKS dilakukan dengan  teknik  penuangan  langsung  (hand  layup),  disertai  pengadukan  lambat  dengan  cetakan diletakan pada posisi horizontal.
2. Setelah  dilakukan  pengujian  impak  jatuh  bebas  untuk  masing-masing  struktur  uji  maka  dapat diperoleh kesimpulan bahwa kekuatan struktur atap mobil diperoleh pada struktur A 2-1 ketingian 0,5  [m]  yaitu:  gaya  maksimum  ( 𝐹 𝑀𝑎𝑥 ) = 66,8061 [N ],  tegangan maksimum  (σ maks )  =  29691,6 [Pa],  momentum  (M  )  =  21,3289  [kgm/s],  impuls  (I)  =  2,0709  [N.s],  Energi  impak  eksperimen (E Ie ) = 33,4030 [J], Energi potensial (E p ) = 31,392 [J] dan Energi serap (E s ) = 2,011 [J].
3. Hasil  simulasi  Ansys  14.0  diperoleh  Gaya  maksimum  yang  diberikan  diperoleh  dari  hasil pengujian  impak  jatuh  bebas  sebesar  66,8061  [N]  maka  dapat  diperoleh    tegangan  maksimum (σ maks ) = 31130 [Pa].

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Hashim, J. (2013). Pemprosesan Bahan . (Edisi pertama). Johor Baru: Cetak Ratu Sdn. Bhd.
[2] Zulfadli.  (2013). Pengembangan  Model  dan  Analisa  Reapon  Parking  Bumper  Dari  Bahan Polimeric  Foam  Diperkuat  Serat  Tandan  Kosong  Kelapa  Sawit.Tugas  Skripsi  Universitas Sumatera Utara.
[3] Nazaruddin, H.H. (2003). Poliuretan,Polimer Serba Bisa. hhtp://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/kimia_material/poliuretan_polimer serba_bisa/. (diakses 13 Februari 2014).
[4] Murdijanto, D.N, setiabudi, A. (2010). Sintesis Karakteristik Dan Uji Aktifitas Katalis  Ni/Al 2 o 3
Pada Reaksi Hydrocracking Minyak Nabati. Jurnal Sains Dan Teknologi Kimia. http://file.upi.edu/direktori/jurnal/jurnal_sains_dan_teknologi_kimia/jurnal_sains_dan_teknolog i_kimia_jilid_1_no._1/sintesis,_karakterisasi_dan_uji_aktivitas_katalis_ni_al2o3_pada_reaksi_ hydrocracking_minyak_nabati.pdf. (diakses 4 april 2014).
[5] Amrie, E. (2008). Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit. http://www.w3.org/TR/REC-html40, 2008. (diakses 4 januari 2014).
[6] Pinem, M.D. (2013). ANSYS Analisis Sistem Mekanik. Bandung. Wahana Ilmu Kita.
[7] Rudy.K. (2013). IIHS Lakukan Tes Atap.
http://www.histats.com"target="_blank"><imgsrc="http://sstatic1.histats.com/0.gif?2045951& 101" alt="" border="0"></a> (diakses 14 Juli 2014).