2 karakterstik serapan suara komposit polyester

Dinamika Teknik Mesin, Volume 6 No. 1 Juni 2016 Astika, Dwijana: Karakteristik serapan suara kompositp. ISSN: 2088-088X, e. ISSN: 2502-1729 polyester penguat serat tapis kelapa.

8

KARAKTERSTIK SERAPAN SUARA KOMPOSIT POLYESTERBERPENGUAT SERAT TAPIS KELAPA

I Made Astika*, I Gusti Komang DwijanaJurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana Kampus Bukit Jimbaran, Bali

Indonesia 80362. Phone/Fax: 0361 703321*Email: [email protected]

ABSTRACTThe purpose of this study is to investigate of sound absorption of coconut filter fiber

composites. The research material made with coconut filter fiber as reinforcement and matrixresin unsaturated polyester (UPRs) type Yukalac BQTN 157 with 1% hardener types MEKPO(Methyl Ethyl Ketone Peroxide) and fiber treatment by 0,5% KMnO4. Production methods ispoltrusion and the variations of fiber volume fraction are 20, 25 and 30% and fiber length are 5,10 and 15 mm. Testing of sound absorption frequency are 250, 500, 1000, 2000 and 4000 Hz.The results of research show that the highest value of sound absorption coefficient is on thecomposites with composition of 10 mm fiber length and 30% fiber volume fraction, that is0.550828. The values are included in the class “Sound Absorption Coefficient Class D(Extremely absorbing)” with the range 0.40 – 0.60 based on ISO standard 11654:1997.

Keywords : composites, coconut filter fiber, sound absorption

PENDAHULUANPerkembangan jaman yang semakin

maju menyebabkan semakin berkembangnyaperalatan yang digunakan oleh manusiaseperti peralatan produksi, transportasi,komunikasi, sarana informasi dan hiburan.Sebagian besar peralatan tersebutmenghasilkan suara-suara yang tidakdiinginkan sehingga menimbulkan kebisingan.Untuk mengatasi hal tersebut dikembangkanberbagai jenis bahan peredam suara.Disamping itu peredam suara juga dibutuhkanuntuk menciptakan bangunan atau gedungdengan karakteristik akustik tertentu sehinggatercipta kenyamanan bagi penggunanya.

Jenis bahan peredam suara yangsudah ada yaitu bahan berpori, resonator danpanel. Dari ketiga jenis bahan tersebut, bahanberporilah yang sering digunakan, khususnyauntuk ruangan yang sempit sepertiperumahan dan perkantoran. Hal inidisebabkan karena bahan berpori relatif lebihmurah dan ringan dibandingkan denganperedam lain (Youneung Lee, 2003). Materialyang digunakan pada peredam suara jenis iniadalah glasswool dan rockwool. Karenaharganya mahal, berbagai bahan penggantimaterial tersebut mulai dibuat. Diantaranyaadalah berbagai macam gabus maupunbahan berkomposisi serat.

Kualitas dari bahan peredam suaraditunjukkan dengan harga α (koefisienpenyerapan suara terhadap bunyi). Nilai αbernilai dari 0 sampai 1. Semakin besar αmaka semakin baik digunakan sebagaiperedam suara. Jika α bernilai 0 berarti tidakada bunyi yang diserap (dipantulkan).

Sedangkan bila α bernilai 1, artinya semua(100 %) bunyi yang datang diserap olehbahan (Farina, 2000) Pada tahun 2002 telahdikembangkan bahan peredam suara dariserat bambu yang mutunya bisa sebagusglasswool (Koizumi, 2003). Dan pada tahun2003 telah dikembangkan peredam suara dariserat polyester daur ulang dan melakukanpenelitian tentang penggunaan jerami untukcampuran bahan bangunan yang bisameningkatkan penyerapan bunyi (YouneungLee, 2003). Jika dilihat lebih mendalam,benda-benda disekeliling kita yang tampakkurang berguna ada yang bisa dimanfaatkansebagai bahan peredam suara, salah satunyaadalah serat tapis kelapa.

Dari permasalahan tersebut, dilakukanpenelitian untuk mengetahui karakteristikredaman suara pada komposit polyesterdengan penguat serat tapis kelapa. Kompositini dapat diaplikasikan seperti pada komponenalat musik tradisional dan modern, maupunsebagai panel untuk interior ruangan ataupunasesoris kendaraan.

TINJAUAN PUSTAKAKomposit

Komposit adalah suatu material yangterbentuk dari kombinasi dua atau lebihmaterial, dimana sifat mekanik dari materialpembentuknya berbeda-beda dimana satumaterial sebagai pengisi (Matrik) dan lainnyasebagai fasa penguat (Reinforcement).Komposit biasanya terdiri dari dua bahandasar yaitu serat dan matrik. Serat biasanyabersifat elastis, mempunyai kekuatan tarikyang baik, namun tidak dapat digunakan pada


9

temperatur yang tinggi sedangkan matrikbiasanya bersifat ulet, lunak dan bersifatmengikat jika sudah mencapai titik bekunya.Kedua bahan yang mempunyai sifat berbedaini digabungkan untuk mendapatkan satubahan baru (komposit) yang mempunyai sifatyang berbeda dari sifat partikel penyusunnya(Gibson, 1994).

Suatu material komposit merupakansuatu material yang kompleks dimanaterkomposisikan dari dua material atau lebihyang digabungkan/disatukan secarabersamaan pada skala makroskopikmembentuk suatu produk yang berguna, yangdidesain untuk menghasilkan kualitas maupunsifat terbaik. Penguat biasanya bersifatelastis, dan mempunyai kekuatan tarik yangbaik namun tidak dapat digunakan padatemperatur yang tinggi, sedangkan matrikbiasanya bersifat ulet, lunak dan bersifatmengikat jika sudah mencapai titik bekunya.Kedua bahan yang mempunyai sifat berbedaini digabungkan untuk mendapatkan satubahan baru (komposit) yang mempunyai sifatyang berbeda dari sifat partikel penyusunnya(Jacob, 2005).

Di dalam komposit dapat tebentukinterphase yaitu fase diantara fase matrik danpenguat yang dapat timbul akibat interaksikimia antara kimia antara fase matrik dan fasepenguat.

Gambar 1. Fase-fase dalam komposit, Jacob(2005)

Semakin berkembangnya teknologimemungkinkan komposit dapat didesainsedemikian rupa sesuai dengan karakteristikmaterial yang diinginkan sehingga dapatdibuat menjadi lebih kuat, ringan dan kaku.Dengan beberapa kelebihan tersebut,menyebabkan komposit banyak diaplikasikandalam peralatan-peralatan teknologi tinggi dibidang industri, transportasi dan konstruksibangunan.

Serat Tapis KelapaTapis Kelapa adalah serat yang

terdapat pada pangkal tangkai daun pohonkelapa yang berfungsi menutupi pelepahnya.

Tanaman kelapa (Cocos nucifera L) banyakterdapat di daerah beriklim tropis. Pohonkelapa diperkirakan dapat ditemukan di lebihdari 80 negara. Indonesia merupakan negaraagraris yang menempati posisi ketiga setelahfilipina dan india, sebagai penghasil kelapaterbesar di dunia. Pohon ini merupakantanaman yang sangat produktif, dimana daridaun hingga akarnya dapat diolah menjadiproduk teknologi maupun untuk bangunanatau keperluan sehari-hari sehingga pohonkelapa dijuluki sebagai The Tree of Life(pohon kehidupan) dan A Heavenly Tree(pohon surga) (Brahmakumar, 2005).

Tapis kelapa awalnya digunakan olehmasyarakat tradisional sebagai saringankawat dan plastik yang memiliki kerapatanyang lebih merata tapis kelapa pun mulaiditinggalkan biasanya hanya digunakan untukmenyaring santan. Namun sekarang hanyamenjadi limbah. Serat ini tersusun dari bahanyang menyerupai bahan pembentuk serabutkelapa. Walaupun jumlah yang dapatdihasilkan dalam satu pohon sangat terbatasnamun tapis kelapa mempunyai keunggulanyaitu seratnya sudah tersusun dengan baiksecara alami. Susunan serat dari tapis kelapamenyilang antara lapisan serat atas denganlapisan serat bagian bawah. Karenakeunggulan tersebut serat tapis kelapa cocokuntuk dijadikan serat alternatif untukpembuatan komposit.

Gambar 2. Tapis kelapa

Gambar 3. Serat tapis kelapa

Suara (Sound)Kata suara (sound) dapat terdefinisikan

berdasarkan pandangan dari segi fisisnya


10

adalah suatu penyimpangan tekanan(pressure), per-geseran partikel dalam suatumedium elastik yang mana dalam hal iniadalah udara (air). Bunyi merupakan sensasipendengaran yang melewati telinga dantimbul karena penyimpangan tekanan udara(air pressure deviation). Penyimpangan inibiasanya disebabkan oleh beberapa bendayang bergetar, misalnya dawai gitar yangdipetik, atau garpu tala yang dipukul.

Pada kenyataannya suara merupakansuatu getaran, sehingga demikianberhubungan dengan getaran-getaran suara,yang ditimbulkan oleh apa yang dinamakansebuah sumber suara, misalnya suaramanusia, alat musik, radio dan sebagainyayang menghasilkan suara. Udara atau zat-zatlain yang berfungsi sebagai media getaran,meneruskan getaran-getaran ini dan semuaini sampai pada selaput gendangpendengaran manusia, dimana merekamenimbulkan sebuah suara.

Sewaktu udara atau zat lain melakukangetaran, bagian-bagian kecil tidak berpindahtempat, melainkan mereka bergerak ke sanake mari mencari keseimbangan. Merekabersentuhan dengan bagian-bagian yangberada di samping mereka, yang padagilirannya membuat gerakan-gerakan serupadan menyentuh pula bagian-bagian kecillainnya. Hal inilah yang dinamakan denganlaju pertumbuhan getaran.

Gambar 4. Garpu tala yang dipukulmenghasilkan perubahan tekanan udarakarena getarannya dan menghasilkan bunyi,Farina (2000)

Rambatan gelombang bunyidisebabkan oleh lapisan perapatan danperegangan partikel-partikel udara yangbergerak kea rah luar, yaitu karenapenyimpangan tekanan. Hal ini sama sajadengan penyebaran gelombang air padapermukaan kolam dan titik dimana batudijatuhkan pada kolam tersebut. Partikel-partikel udara yang meneruskan gelombangbunyi tidak berubah posisi normalnya; merekahanya bergetar sekitar posisi

kesetimbangannya, yaitu posisi partikel bilatidak ada gelombang bunyi yang diteruskan.

Kecepatan rambat gelombang bunyipada temperatur ruang 680F (200C) adalahsekitar 1.130 ft/s (344 m/s). Apabila suatugelombang bunyi yang berupa energymengalami penumbukkan pada suatu bahanatau material tertentu maka kemungkinanyang terjadi dari gelombang bunyi tersebutantara lain dipantulkan (deflect), diserap(absorp), disebarkan (difuse), dibelokkan(diffraction), dengung, ataupun diteruskan.

Penyerapan suara (Sound Absorption)Bahan lembut, berpori dan kain serta

berbagai bahan lainnya; termasuk manusia,menyerap sebagian besar gelombang bunyiyang menumbuk kepadanya, dengan kata lainmereka adalah bahan penyerap bunyi. Daridefinisi, penyerapan bunyi adalah perubahanenergi bunyi menjadi suatu bentuk lain,biasanya panas, ketika melewati suatu bahanatau ketika menumbuk suatu permukaan.Jumlah panas yang dihasilkan padaperubahan energi ini adalah sangat kecil,sedang kecepatan perambatan gelombangbunyi tidak dipengaruhi oleh penyerapan.

Efisiensi penyerapan bunyi suatubahan pada suatu frekuensi tertentu yangdinyatakan dengan suatu KoefisienPenyerapan Bunyi (coefficient of soundabsorption). Koefisien penyerapan bunyisuatu permukaan adalah bagian energi bunyidatang yang diserap, atau tidak dipantulkanoleh permukaan. Satuan ini dinyatakan dalamhuruf Geek α. Nilai α dapat berada antara 0sampai dengan 1; misalnya pada 500 Hz bilamaterial akustik menyerap 65% dari energibunyi datang dan memantulkan 35%daripadanya, maka koefisien penyerapanbunyi bahan ini adalah 0,65. Koefisienpenyerapan bunyi berubah dengan sudutdatang gelombang bunyi pada bahan dandenga frekuensi. Nilai koefisien penyerapanbunyi pada suatu frekuensi tertentu, dirata-rata terhadap semua sudut datang pada suatufrekuensi tertentu (datang acak).

Penyerapan bunyi suatu permukaan(penyerapan permukaan) diukur dalamsabins, sebelumnya disebut satuan jendelaterbuka (open-window units). Satu sabinmenyatakan suatu permukaan seluas 1 ft2(atau 1 m2) yang mempunyai koefisienpenyerapan α = 1.0. penyerapan permukaandiperoleh dengan mengalikan luas permukaandalam ft2 (atau m2), dengan koefisienpenyerapan bunyinya. Berdasarkan standarISO 11654:1997 tentang rating koefisienabsorbsi suara pada material untuk


11

komponen bangunan, didapatkan suatuacuan kelas koefisien absorbsi suara sepertiberikut.

Gambar 5. Standar kelas koefisien absorbsisuara pada material, http://www.sasint.co.uk/acoustic-comfort.php

Adalah suatu kebiasaan standaruntuk membuat daftar nilai koefisienpenyerapan bunyi pada wakil frekuensistandar yang meliputi bagian yang palingpenting dari jangkauan audio, yaitu 125, 250,500, 1000, 2000, 4000 dan 8000 Hz atau 128,256, 512, 1024, 2048, 4096 dan 8192 Hz.

METODE PENELITIANKomposit dibuat dengan menggunakan

serat tapis kelapa dengan matriks resinUnsaturated-Polyester (UPRs) jenis Yucalac157 QBTN, campuran 1 % hardener jenisMEKPO (Methyl Ethyl Ketone Peroxide) danperendaman serat dalam larutan alkaliKMnO4. Metode produksi yang digunakanadalah metode pultrusion dengan orientasiserat acak. Variasi fraksi volume serat 20, 25dan 30%, dan apanjang seart 5, 10 dan 15mm dengan frekwensi inputan 250, 500, 1000,2000 dan 4000 Hz.Alat uji uji koefisien/angka serapan suarabahan (impedance tube standing wavemethod) yang digunakan dengan spesifikasi : Measuring Amplifier merk Brüel & Kjær

type 2636 Sine Generator merk Brüel & Kjær type

1054Pelaksanaan pengujiannya dapat

dijelaskan sebagai berikut: 1) Tempatkanbahan yang akan diuji pada ujung tabungyang telah ditentukan. 2) Posisikan ’ON’ padaSine Generator kemudian atur frekuensimasukan pada sine generator sesuai denganfrekuensi yang diteliti dengan cara memutaraturan decrease/increase pada sinegenerator, atau dengan meng-input masukkanfrekuensi dengan menekan tombol ’Ent’ lalu

masukan nominal angka frekuensi yangdiinginkan, tekan tombol ’Ent’ lagi, ubahstatus gelombang dari ’off’ ke ’cont’ untukmengaktifkan gelombang sinus.3) Cari lalucatat tekanan maksimum dan minimum didalam standing wave tube, dengan caramenggeser-geserkan mikrofon secaraperlahan. Besarnya tekanan maksimummaupun minimum dapat dibaca pada tampilandi dalam komputer atau laptop denganmenggunakan software Adobe Audition. 4)Pastikan ketepatan antara nilai lamda (λ)teoritis/hitung mendekati nilai lamda padahasil responsi tekanan maksimum danminimum untuk menetapkan nilai kepastiandari tekanan maksimum dan minimum bahanberdasarkan pada tampilan yang tertera dilaptop atau komputer. 5) Hitung nilai n denganpersamaan

minP

Pn maks (1)

kemudian hitung nilai koefisien/angka serapansuara bahan dengan persamaan

2

1

11

n

n (2)

HASIL DAN PEMBAHASANBerikut adalah data hasil pengujian

serapan suara untuk variasi panjang danfraksi volume serat tapis kelapa.

Gambar 6. Koefisien serapan suara rata-ratadi tiap panjang serat dan variasi fraksi volumepada inputan frekuensi 250 Hz

Dilihat dari hasil pengujian koefisien serapansuara ini, didapat hasil yang bervariasi sepertipada tabel 1. Pada dasarnya nilai yangdidapat dari hasil pengujian tersebut bersifatidentik. Dalam artian secara keseluruhan datahasil ujinya memiliki angka koefisien serapansuara yang lebih dari 0,1 (α > 0,1). Hal inidisebabkan karena adanya perbedaan


12

Tabel 1. Rata-rata koefisien serapan suara (α)

Spesimen Uji Fraksi VolumeSerat (%)

Koefisien Serapan Suara (α)Rata-Rata

Frekuensi Input (Hz)250 500 1000

Panjang serat5 mm

20 0.274 0.166 0.49825 0.196 0.178 0.59930 0.287 0.126 0.551

Panjang serat10 mm

20 0.575 0.382 0.71525 0.227 0.281 0.88730 0.402 0.425 0.753

Panjang serat15 mm

20 0.114 0.147 0.58025 0.467 0.295 0.86530 0.661 0.260 0.785

Spesimen Uji Fraksi Volume Serat(%)

Koefisien Serapan Suara (α)Rata-Rata

Frekuensi Input (Hz)2000 4000

Panjang serat5 mm

20 0.930 0.76025 0.332 0.60530 0.813 0.507

Panjang serat10 mm

20 0.707 0.82025 0.870 0.66430 0.825 0.796

Panjang serat15 mm

20 0.859 0.77625 0.922 0.54630 0.560 0.409

karakteristik dari permukaan komposit danjuga densitas dari material uji. Untuk hasiltertinggi terdapat pada inputan frekuensi 2000Hz dengan komposisi panjang serat 5 mmdengan fraksi volume 20% yaitu sebesar0.930. Mengacu pada standar ISO 11654:1997 mengenai level rating koefisienabsorpsi suara pada material untuk ruang,bahan ini diklasifikasikan sebagai “SoundAbsorption Coeffitient Class A” dengan bataskelas adalah 0,90 – 1,00 (Seddeq, 2009).



13




SIMPULANDari pengolahan data hasil pengukuran

koefisien absorpsi suara dapat ditarikbeberapa kesimpulan sebagai berikut:1. Komposit berpenguat serat tapis kelapa

dapat digunakan sebagai bahan peredamsuara walaupun tidak terdapatkecenderungan tertentu antara variasipanjang dan fraksi volume serat terhadapnilai koefisien serapan suara.

2. Nilai tertinggi koefisien serapan suaraterdapat pada inputan frekuensi 2000 Hzyaitu pada komposisi komposit denganpanjang serat 5 mm dan fraksi volumeserat 20% yaitu 0,930. Mengacu padastandar ISO 11654 :1997 mengenai levelrating koefisien absorpsi suara pada

material untuk ruang, yang biasadiklasifikasikan sebagai “SoundAbsorption Coeffitient Class A” denganbatas kelas adalah 0,90 – 1,00.

UCAPAN TERIMAKASIHTim Peneliti mengucapkan terima kasih

kepada DP2M DIKTI yang telah mendanaipenelitian ini melalui skim PenelitianFundamental tahun 2015 dengan SuratPerjanjian Penugasan Dalam RangkaPelaksanaan Penelitian Kompetitif NasionalTahun Anggaran 2015, Nomor: 311-142/UN14.2/PNL.01.03.00/2015, tanggal 30Maret 2015. Ungkapan terima kasih yangtulus juga kami sampaikan kepada AryDharma Susila yang telah membantu kegiatanpenelitian ini.

DAFTAR PUSTAKAAnonimous, Percobaan pengukuran koefisien

redaman akustik bahan, UniversitasGajah Mada, Yogyakarta.

Brahmakumar, M., Pavithran, C., Pillai, R.M.,2005, Coconut fiber reinforcedpolyethylene composites such as effectof natural waxy surface layer of thefiber on fiber or matrix interfacialbonding and strength of composites,Elsevier, Composite Science andTechnology, 65 pp. 563-569.

Farina, Angelo, Fausti, Patrizio., 2000,Standing wave tube techniques formeasuring the normal incidenceabsorption coefficient: Comparison ofdifferent experimental setups.Universitá di Parma, Italy.

Gibson, R. F., 1994, Principles Of CompositeMaterial Mechanics, McGraw Hill BookCo.

http://www.sasint.co.uk/acoustic-comfort.php.Jacobs, James, A., Thomas F., 2005,

Engineering materials technology,Structures, Processing, Properties andSelection 5 th

, New Jersey Columbus,Ohio.

Koizumi, T., 2000, The development of soundabsorpsing material using naturalbamboo fiber, Jurnal UniversitasDoshisha, Jepang.

Seddeq, Hoda S., 2009, Factors influencingacoustic performance of soundabsorptive materials, Australian Journalof Basic and Applied Sciences, 3(4):4610-4617 ISSN 1991-8178, INSInetPublication.

Youneung-Lee., 2003, The development ofsound absorpsing material using


14

natural bamboo fiber , JurnalUniversitas Doshisha, Jepang.