## DESAIN DAN FABRIKASI PATOK RINTANGAN LAPANGAN GOLF BAHAN POLYMERIC FOAM
YANG DIPERKUAT

## SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT
Zulfahmi 1
1 Jurusan Teknik Mesin Universitas Malikussaleh Jl. Cot Teungku Nie Reuleut, Kecamatan Muara Batu – Aceh Utara Telepon : (0645) 41373 – 40915 Faxs. (0645) 44450 Email: Zulfahmi@unimal.ac.id

## Abstract
A  golf  course  with  obstacles  in  the  forms  of  water  obstacle  and  lateral  water  obstacle marked  with  the  stakes  which  are  called  golf  course  obstacle  stake  in  this  study.  This  study  focused on  the design  and  fabrication  of  the  golf  course  obstacle  stake  with  a  solid  cylindrical  geometry  using  EFB fiber-reinforced polymeric foam composite materials. To obtain the  EFB fiber  which  is free  from fat  content and other elements,  EFB   is soaked  in  the  water  with 1% (of  the  watre  total volume)  NaOH.  The  model  of the  mould  designed  is  permanent  mould  that  can  be  used  for  the  further  refabrication  process.  The mould  was  designed  based  on  resin-compound  paste  materials with talc powder plus E-glass fiber to make the  mould  strong.  The  composition  of  polimeric  foam  materials  comprised  unsaturated  resin  Bqtn-Ex  157 (70%),  blowing  agent  (10%),  fiber  (10%),  and  catalyst  (10%).    The  process  of  casting  the  polimeric  foam composit  materials  into  the  mould  cavity  should  be  at  vertical  casting  position,  accurate  interval  time  of material  stirring,  and  periodical  casting.  To  find  out  the  strength  value  of  the  golf  course  obstacle  stake product, a model was made and simulated by using the software of Ansys workbench 14.0, an impact loading was given at the height of 400 mm and 460 mm with the variation of golf ball speed (USGA standard) v = 18 m/s, v =35  m/s,  v  =  66.2  m/s,  v  =  70  m/s,  and  v  =  78.2  m/s.  The  clarification  showed  that  the  biggest dynamic  explicit  loading  impact  of  Fmax  =  142.5  N  at  the  height  of  460  mm  with  the  maximum  golf ball speed  of  78.2  m/s  did  not  experience  the  hysteresis  effect  and  inertia  effect.  The   largest deformation  area occured at  the  golf ball  speed  v  =  66.2  mm/s,  that  is  18.029  mm  (time:  2.5514e-004) was only concentrated around  the  sectional  area  of  contact  point  of  impact,  meaning  that  the  golf  course  obstacle  stakes  made  of EFB fiber-reinforced polymeric foam materials have the geometric functional strength that are able to absorb the energy of golf ball impact .
Keywords: Composite,  Polymeric  Foam,  EFB  Fiber,  Tension  Distribution,  Ansys  Workbench 14.0
1. Pendahuluan
1.1 Latar belakang
Pada  umumnya  patok  rintangan  golf  yang digunakan  (Gambar  1.1)  berbahan  kayu,  bambu, pipa  besi,  atau  bahan  pseudoplastis.  Secara  teknis pemilihan  bahan  konvensional  tersebut  belum memenuhi  standar  dan  pada  aspek  desain  tidak memberikan visibilitas yang lebih baik, serta mudah rusak  akibat  situasi  tropikal.  (Survey:  Arun  Golf Club, Lhokseumawe).
Gambar 1.1 Patok rintangan bahan bambu
Untuk    memperbaiki    kekurangan    ini, Teknik    Mesin    Unimal    bekerjasama    dengan PTPN-I  mendesain  patok  rintangan  lapangan  golf model  baru  dari  formulasi  bahan polymeric  foam yang  diperkuat  serat  Tandan  Kosong  Kelapa  Sawit (TKKS).  Ketersedian  limbah  kelapa  sawit  yang melimpah berpotensi dimanfaatkan menjadi material komposit  pada  proses  manufaktur.  TKSS    yang diperoleh    dari    Pabrik    Kelapa    Sawit    milik    PT Perkebunan    Nusantara    I    Aceh    diproses    secara alkalisasi menggunakan NaOH 1% untuk menghilangkan  unsur  –  unsur  lemak  dan  lainnya yang  menempel  pada  benang  serat  TKKS.  Desain Model disesuaikan dengan fungsi pada penempatannya di lapangan golf, sehingga diperoleh tampilan  produk  yang  elegan,  ekonomis,  memiliki nilai estetika dan daya tarik secara visual.
Secara  umum  tujuan  penelitian  ini  adalah
desain  dan  fabrikasi  patok  rintangan  lapangan  golf model  baru  menggunakan  bahan  yang  lebih  kuat terhadap  terjadinya  kemungkinan  impak  dan memiliki nilai  ekonomis yang tinggi,  tahan terhadap situasi  tropical,  dan  ringan  sehingga  mudah dipindahkan.
Untuk  mengetahui  distribusi  tegangan  yang terjadi  akibat  pengimpakan  bola  golf  maka  patok rintangan  lapangan  golf  bahan polymeric  foam diperuat serat TKSS dibuat pemodelan menggunakan software ANSYS workbench 14.0, selanjutnya  disimulasikan  untuk  memperoleh  nilai ketangguhan sifat mekanik bahan.
Penelitian  ini  secara  ilmiah  berkembangnya teknologi  baru  fabrikasi  patok  rintangan  lapangan golf  menggunakan  bahan polymeric  foam yang memanfaatkan  limbah  TKKS  sebagai  serat  penguat ( sustainable ) serta memungkinkan
untuk melahirkan produk paten baru.

## 2. Tinjauan Pustaka
2.1 Konseptual Desain dan Fabrikasi
Perlakuan  TKKS  biasanya  dimulai  dengan memisahkan  serat  yang  merupakan vascular bundles dari  jaringan parenkhima atau  yang  lebih dikenal  dengan  proses  fraksionasi  dan  ekstraksi serat[1].
Sifat  mekanik  serat  TKKS  Ǿ  =  0,4  mm memiliki  E  =  16  GPa  dengan  tegangan  tarik  maks. 253MPa[2].
Kekuatan    tarik  poliester  55  -  175  MPa. Impak izod 10-30 J/25 elongation 3%, sedangkan  kekuatan  tarik  poliuretan  adalah  1MPa -  70  MPa,  impak  izod  30  J/25  belum  patah  dan elongation  100-1000%.  Perbedaan      karakteristik formulasi      bahan      dalam      reaksi      polimerisasi tentunya menghasilkan keunggulan tersendiri [3].
Hasil  eksperimental  impak  kecepatan  tinggi bahan polymeric  foam diperkuat  serat  TKKS mengalami  patah  pada  tegangan  13,41  MPa[ 4 ].
Spesifikasi  variasi  bahan ρ =  1022  (kg/m 3 )  yang diperlihatkan  pada  Tabel  2.1  mempunyai  sifat  – sifat mekanik terbaik di antaranya:
1. Kekuatan tarik statik = 7,427 MPa.
2. Modulus elastisitas= 288,8759 MPa
3. Elongasi = 2,571%.
4. Syt (MPa) = 7,427.
5. Regangan = 0,02571mm/mm.
Tabel 2.1.  Variasi Blowing agent vs Densiti

## 2.2   Prinsip gerak parabola
Biasanya,  kecepatan  ayunan stick  golf 100 mph  memakai driver 11° lofted ,  berat  kepala stick golf  200  gram, COR 0,825,  dan  pukulan  sempurna pada center  hit ,  maka  kecepatan  bola  mencapai 148 mph [5].
Dalam  menganalisis  gerak parabola  (Gambar 2.1),  kita  dapat  memandangnya  sebagai  dua  gerak yang  terpisah,  yaitu  gerak  lurus  beraturan  (GLB) pada  sumbu-x  dan  gerak  lurus  berubah  beraturan (GLBB)  pada  sumbu-Y.  Tiap  gerak  ini  tidak  saling mempengaruhi sehingga bola  yang dijatuhkan bebas dan  bola  yang  dilempar  horinzontal  pada  saat bersamaan akan jatuh pada waktu bersamaan pula.
Gambar 2.2 Sifat simetri gerak parabola
vo x  vo cos     
vo y  vo sin      Titik tertinggi (titik H ) dicapai jika dipenuhi syarat: 𝑥 𝐻 = 𝑣 0 2 2𝑔 (2sin 𝛼 0 cos 𝛼 0 ); 𝑥 𝐻 = 𝑣 0 2 2𝑔 (2sin 𝛼 0 ) (3)
𝑦 1 = 𝑣 0
2 2𝑔 sin 2 𝛼 0 (4)
Besarnya gaya yang terjadi saat bertumbukan  antara  bola  golf  dengan  patok rintangan  lapangan golf adalah:
𝐹 = 𝑚. 𝑎 (5)
Dimana F gaya  yang  bekerja  (N) pada  pembebanan  impak  massa  bola  golf m (kg)  dengan  percepatan a (m/s 2 ).  Momen inersia  yang  terjadi  pada  patok  rintangan lapangan golf sebesar:
𝜎 = 𝑀𝑐 𝐼 − 𝐹.𝑙. 1 2 𝑑 𝜋 64 𝑑 4 − 32𝐹.𝑙 𝜋𝑑 3 (6)
Dimana,  σ    merupakan    tegangan,    M  = momen c  = ½ d, I  = momen inersia.

## 2.3    Perencanaan  Konstruksi  Patok  Rintangan Lapangan Golf
Desain    model    menjadi    faktor    daya    tarik bagi  aplikasi  penggunaan  produk  patok  rintangan lapangan  golf.  Fase  ini  merupakan  yang  paling kreatif.  Secara  garis  besar  produk  dirancang  untuk memenuhi  fungsinya  (Degarmo,  1998).  Desain modelnyayang  diperlihatkan  pada  Gambar  2.2 mengikuti  dimensi  ukuran  standar the PGA of America meliputi:
1.  Dimensi  lebar  produk  akan  memiliki  diameter silinder minimal 1 inchi
2.  Tinggi  atau  ketinggian  di  atas  tanah  harus  18  ",
24", 36 ", dan 48"

## 3. Jangkar dasar tidak melebihi 9 inchi panjang
Gambar 2.2 Desain model megikuti standar the PGA of America
2.4  Membuat  Objek  Simulasi    Ansys  3D  Patok Rintangan  Lapangan Golf
1. Buka  ANSYS Workbench 14.0  seperti  yang ditampilkan  pada  Gambar  2.3,  pilih Geometri pada tab Component System.
Gambar 2.3 Start ANSYS
2. Tukar ke mode sketching dan pilih line . 3. Beralih  ke modelling. Klik revolve  Pilih sketch 1  Pilih axis vertical  Generate . 4. Klik pada Engineering Data .
Gambar 2.4 Engineering Data
5. Meshing  Generate Mesh .
6. Klik kanan pada solution  Deformation  Total Deformation . 7. Solve .

## 3. Metode Penelitian

## Gambar 3.1 Diagram alir penelitian

## 4. Hasil Penelitian
Penambahan  1%  NaOH  saat  perendaman dapat  menurunkan  kandungan  lemak  dan  asam, menghilangkan  bau  sehingga  menghasilkan  benang serat  yang  lembut.  Ukuran  serat  dalam  kondisi kering  setelah  dihaluskan    dengan  mesin crusher dengan  mesh  diameter  0,8  mm  diperoleh  panjang serat  2 mm - 5 mm.
Prosedur  fabrikasi  patok  rintangan  lapangan golf      bahan polymeric  foam pada  Gambar  4.1 meliputi: Mulai Penelusuran Literatur
Konseptual Desain dan Fabrikasi Persiapan Bahan dan peralatan Perlakuan TKKS
Perakitan Pola dan Hand and Lay-up Cetakan
Kompositas Bahan Polymeric Foam
Fabrikasi Patok Rintangan Lapangan Golf Bahan Polymeric Foam diperkuat serat TKKS
Simulasi Komputer Analisa data Simulasi Analisa
Produk
Kesimpulan Selesai
1. Wadah  I: senyawa  resin  dan   serat  TKKS  diaduk merata selama waktu  00:00:24.
2. Tuang katalis kedalam wadah I dan diaduk selama waktu 00:01:07.
3.  Pengadukan  poliol  dan  isosianat  dalam  wadah  II selama waktu  00:00:15.
4.  Persenyawaan  bahan  wadah  II  dituangkan kedalam wadah I, selama waktu  00:02:30.
5.  Penuangan kedalam  cetakan 00:03:20.
Gambar 4.1 Rangkaian proses fabrikasi
Waktu  pengadukan blowing  agent yang efektif: 10 - 15 detik, diatas ambang waktu tersebut blowing  agent akan  berbentuk  butiran foam yang mulai  mengeras,  fenonema  ini  dapat  menyebabkan kegagalan  material  dapat  dilhat  pada  Gambar  4.2, fenomena  lain  bahan    melengket  pada  permukaan cetakan.
Gambar 4.2 Kegagalan sifat mekanik bahan

## polymeric foam
Berdasarkan  hasil  pengamatan  pada  proses fabrikasi,  bentuk  produk  yang  proporsional  sesuai dengan konseptual desain diperoleh, apabila:
1. Ketelitian penakaran bahan akurat.
2. Interval waktu kompositas yang tepat.
3.  Memahami  bahwa  integrasi  proses  kompositas dengan  interval  waktu  penuangan  berlangsung cepat.
Model  tipe  alas  dudukan  rintangan  lapangan golf:
Tipe  I=2407  gr,  Tipe  II=1942gr,  Tipe  III=1549  gr . Proporsi Mortar 1:2:0,5 (SNI 03-6882-2002).
Tipe I       Tipe II
Tipe III
Gambar 4.3 Model tipe alas
Produk  hasil  fabrikasi  yang  ditempatkan  pada  alas dudukannya diperlihatkan pada Gambar 4.4.
Gambar  4.4  produk  di  fabrikasi  secara  prosedural (1550gr)
Hasil    simulasi software ANSYS workbench 14.0    pada    ketinggian    titik    impak 460    mm,  menunjukkan    bahwa  distribusi tegangan  akibat  gaya  impak  dengan  nilai  terendah terjadi  pada v =  18  m/s  yang  diperlihatkan  pada Gambar 4.5.
Gambar.4.5 Titik impak  460 mm, v = 78,2 m/s
Tabel  4.6  memperlihatkan  respon  tegangan menghasilkan  total  deformasi  sebesar  8,7461  mm, regangan  maksimum  0,08099  mm/mm,  tegangan maksimum  (von-Mises)  sebesar  48,863  MPa,  dan tegangan  normal  (X  -  Axis)  sebesar  14,006  MPa (time: 4,6952e-004).
Gambar 4.6 Time vs. Deformasi
Gambar    4.7, v =    78,2    m/s    dan pembebanan    impak,    F    =    46,450    KN    terjadi peningkatan regangan,  єmaks   =  0,96072  mm/mm pada waktu (time: 2,3922e-004). Regangan minimum  terjadi  pada, v =  18  m/s,єmin  =  0,8099 mm/mm selama waktu (time: 4,2635e-004).
Gambar.4.7 Time vs Eq. Strain. Gambar.  4.8,  saat  kecepatan  konstan, v = 78,2  m/s  terjadi  tegangan  paling  besar  dengan
Reaksi bahan membentuk
gelembung foam
σmaks    =119,04 MPa,  pada waktu   (time:  2,3725e- 004).
Gambar. 4.8 Time vs. Eq.Stress.
Tegangan  normal  (Gambar.  4.9)  min.  =  - 57,947  MPa  dan  maksimum  sebesar  58,609  MPa (time:2,8474e-004)  terjadi  pada  kecepatan  konstan, v =  66,2 m/s.

## Gambar. 4.9 Time vs. Normal stress
5. Kesimpulan
1. Perlakuan   TKKS   dimulai   dengan   menumbuk TKKS    segar    sampai    terburai.    Selanjutnya, perendaman  menggunakan  NaOH  sebesar  1% dari  volume  air  selama  48  jam.  Perlakuan  ini dapat  menurunkan  kandungan  lemak  dan  unsur lainnya, serat TKKS yang dihasilkan bersih.
2. Kekuatan  Kompositas polymeric    foam mulai membentuk   gelembung   busa    dalam   interval waktu  00:03:30  sampai  dengan  00:06:10  setelah penuangan  bahan.  Reaksi  bahan  komposit ditandai  perubahan  temperatur    maksimum 880°C – 960°C.
3. Waktu  pengadukan  blowing  agent  yang  efektif adalah  antara  10  -  15  detik,  diatas  ambang waktu  tersebut  akan  berbentuk  butiran      foam dan  mulai  mengeras.  Secara  periodik  interval waktu  pengadukan  00:02:17  -  00:02:30  sampai pada waktu 00:03:20 menuju moulding . 4. Simulasi  komputer  pada  titik  impak  400  mm akibat pembebanan eksplisit  dinamik v = 70 m/s mengalami  deformasi  mak.  19,602  mm  (time: 2,3922e-004).  Pada  titik  impak  460  mm  sampai pada  v  =  66,2  m/s  menghasilkan  deformasi sebesar  18,029  mm,  tegangan  (von-Mises), σmaks=  262,24  MPa,  єmaks  =  0,2617  mm/mm, σnormal  =  41,219  MPa  tidak  mengalami  efek histeresis  dan  efek  inersia,  artinya  produk mampu menyerap energi impak pada pembebanan  tersebut  sehingga  tidak  merusak
kontur  dan  struktur  bahan.  Pada  variasi kecepatan,  v  =  70  m/s  dan  v  =78,2  m/s  patok rintangan  lapangan  golf telah  mengalami kegagalan sifat mekanik.

## Daftar Putaka
 1  Euis  Hermiati,  dkk,  Upaya  Mengurangi Kotoran  dan  Zat  Ekstraktif  pada  Tandan Kosong  Kelapa  Sawit  dengan  Pencucian , Jakarta: UPT Balai Litbang, LIPI.2007
[2]   Fergianto  E.E,  Homma  H,  Satryo,  dkk,
”Mechanic  Properties  of  Oil  Palm  Empty Fruit Bunch Fiber”, Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering, hal 943 – 951, Vol. 3 No. 7, Jakarta. 2009,
 3  Purwanto,.W  dan  Sparringa,.  R.A,  Pembuatan Papan Serat  dengan Proses  Basah dari  Limbah Batang  dan  Tandan  Kosong  Kelapa  Sawit, Bogor: BPPT, Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan,  1998,  4  Syam Bustami, Zulfikar,Pembuatan dan
Penyelidikan  Perilaku  Mekanik  Bahan  TKKS
Akibat Beban Statik dan Impak, Medan. 2010.
 5  Bishoy  Emmanuel, “Speed  of  a  Golf  Ball” An  encyclopedia  of  scientific  essays,  The Physics Factbook. America. 2006.
 6  Degarmo,  E.  Paul,  Ekonomi  Teknik,    Jakarta: PT Prenhallindo, 2001.