investigasi material penyerap suara dari bahan … agritek... · bahwa nilai penyerapan bunyi...

Agri-tek Volume 14 Nomor 1 Maret 2013 INVESTIGASI MATERIAL PENYERAP 63

INVESTIGASI MATERIAL PENYERAP SUARA DARI BAHAN LIMBAH TONGKOL JAGUNG

Suranto Wahyu Nugroho1,3, Kuncoro Diharjo2, Dwi Aries Himawanto2,

Sutrisno1,4

1. Program Studi Magister Teknik Mesin Program Pasca Sarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta

2. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta

3. SMK Negeri 1 Bringin Ds. Krompol, Kec. Bringin, Kab. Ngawi, Jawa Timur, Indonesia

4. Dosen Fakultas Teknik Universitas Merdeka Madiun

Abstract Corn cobs (TJ) is agricultural waste from corn plants whose numbers are plentiful. TJ has the properties of the material is very porous so it could potentially be used as a sound absorbent material. To make acoustic panels from TJ, you can use polyurethane (PU) are light and porous as an adhesive. This study aimed to investigate the sound absorption coefficient of the composite corn cobs (TJ) - polyurethane (PU). TJ on crushing then sieving to obtain the 3 sizes are small (pass mesh 16), moderate (10 mesh pass) and large (pass mesh 6). Using a variation of the grain size is TJ-PU composite composition of 50% and 50% PU TJ thickness of 15 mm. From the sound absorption coefficient (α) based best grain size variations TJ is TJ-PU composite composition varied among others, 40% and 60% TJ. Tests performed according to standard ASTM C384/ISO 10 534, which is the standard test method for impedance and absorption of acoustical materials using a tube impedance microphones and a digital frequency analysis system. Measurements were made in the frequency range 0-2000 Hz. The best sound absorption coefficient (0.63) occurred in the grain size of 16 mesh pass. TJ composition of the PU that has the highest sound absorption (0.68) is 40% and 60% PU TJ. Conclusion Composite TJ-PU is best used as a sound absorbent material as porous absorbent material on the frequency (0-2000 Hz) Keywords: composite, corn cobs (TJ), polyurethane (PU), sound absorbent PENDAHULUAN Kebisingan menjadi salah satu permasalahan lingkungan yang cukup mengkhawatirkan. Hal ini disebabkan karena bising adalah suara atau bunyi gaduh (berdengung, berdesing) sehingga memekakkan telinga, yang dapat berdampak pada psikologis manusia, seperti menghilangkan konsentrasi. Untuk mengurangi intensitas suara bising dapat dilakukan dengan menggunakan bahan penyerap akustik. Saat ini, bahan penyerap akustik yang ada di pasaran kebanyakan terbuat dari

bahan berpori dan busa atau serat-serat halus sintetik.

Dengan meningkatnya perhatian mengenai resiko kesehatan dan gencarnya isu penggunaan material ramah lingkungan, juga berdampak pada bahan penyerap akustik. Beberapa peneliti melakukan terobosan untuk mengembangkan bahan penyerap akustik baru menggunakan serat atau partikel organik yang lebih ramah lingkungan sebagai penyerap bunyi.(Wassilieff.C 1996), melakukan penelitian menggunakan serbuk kayu sebagai


bahan dasar, mendapatkan hasil bahwa nilai penyerapan bunyi dipengaruhi oleh ketebalan bahan, porositas, turtuositas dan resitivitas aliran udara. Untuk menyerap kebisingan pada frekuensi rendah harus menggunakan bahan yang lebih tebal. Ini akan menyebabkan peningkatan bobot bahan dan tempat untuk menginstalnya. (Yang 2003), meneliti paduan jerami padi dan serbuk kayu menjadi panel komposit untuk menyerap kebisingan. (I Made Miasa 2004) dalam penelitiannya mengenai sifat akustik penghalang kebisingan dari kertas dan plastik, menyatakan bahwa peredam kebisingan buatan dari kertas dan plastik (termasuk didalamnya kertas dan plastik bekas) mempunyai kemampuan meredam kebisingan lebih baik daripada tanaman dengan kemampuan hambatan aliran dapat diatur. (Himawanto 2007) Semakin besar kandungan material anorganik, koefisien absorbsinya juga semakin meningkat pada frekuensi rendah.(Lindawati Ismail 2010), meneliti koefisien absorpsi dari serat pohon aren dan mendapatkan hasil bahwa serat aren sangat baik untuk menyerap bunyi pada frekuensi 2000 Hz – 5000 Hz dengan koefisien absorpsi antara 0,75 – 0,90, serta ketebalan optimum adalah 40 mm. (Zulkarnain 2011), melakukan penelitian pada serat sabut kelapa dan mendapatkan hasil bahwa

karakteristik akustik dari serat sabut kelapa dapat dianalisa menggunakan persamaan model yang dikembangkan oleh komatsu (2008) untuk ketebalan 10-30 mm.

Tongkol jagung merupakan salah satu material organik alami yang memiliki potensi untuk digunakan sebagai bahan penyerap bunyi. Produksi jagung nasional dari tahun ke tahun semakin meningkat. Sesuai data dari Sekretaris Negara Republik Indonesia, pada tahun 2009 produksi jagung nasional sebesar 19,76 juta ton pipilan kering (PK), tahun 2011 sebesar 19,80 juta ton, dan pada tahun 2012 sebesar 22 juta ton PK. Dari panen jagung nasional tersebut dihasilkan limbah berupa tongkol jagung seperti pada gambar 1 yang selama ini hanya digunakan sebagai campuran pakan ternak dan bahan bakar. Dilihat dari fisiknya, tongkol jagung berpori banyak dan ringan, sehingga sangat mungkin untuk dikembangkan sebagai bahan akustik. Untuk itu, tongkol jagung sangat menarik untuk diteliti lebih lanjut sebagai bahan akustik.

Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi sumbangan bidang teknologi bahan akustik yang memanfaatkan limbah organik, serta untuk mengurangi dampak negatif pemanasan global dan bersifat ramah lingkungan.

Gambar 1. Limbah tongkol jagung


METODE PENELITIAN Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah tongkol jagung (TJ) dan polyurethane (PU) sebagai perekat. Peralatan Peralatan yang digunakan antara lain : alat pencacah (crushing machine) sederhana, ayakan (sieving) mesh 6, mesh 10 dan mesh 16, neraca digital, oven pengering, mixing machine, cetakan, mikroskop stereozoom merk olympus, dan satu set alat uji karakteristik akustik model tabung impedansi tipe 4002 dari Bruel & Kjaer. Spesimen TJ di crushing kemudian di sieving sehingga didapatkan 3 jenis ukuran butir yaitu kecil (lolos mesh 16),

sedang (lolos mesh 10) dan besar (lolos mesh 6) seperti terlihat pada gambar 2. Kemudian serbuk TJ di oven pada suhu 105 ⁰C selama 1 jam.

Setelah itu serbuk TJ di mixing dengan PU untuk dibuat komposit. Komposit dibuat menggunakan dua parameter variasi yaitu variasi ukuran butir TJ seperti pada tabel 1, dan variasi komposisi TJ seperti pada tabel 2. Spesimen komposit ini dibuat sesuai Standar Metode Pengukuran ASTM C384 yaitu metode pengujian standar untuk impedansi dan penyerapan bahan akustik menggunakan tabung impedansi satu mikropon dan sistem frekuensi digital analisis. Pengukuran dilakukan pada rentang frekuensi 0 – 2000 hz.

Gambar 2. Variasi ukuran butir serbuk TJ Tabel 1. Variasi ukuran butir serbuk TJ

Tabel 2. Variasi komposisi TJ

No Ukuran mesh Komposisi (%) tebal ( mm ) TJ PU

1 Mesh terbaik 60 40 15 2 Mesh terbaik 40 60 15

No Ukuran mesh Komposisi (%) tebal ( mm )

TJ PU

1 Kecil (Mesh 16) 50 50 15 2 Sedang (Mesh 10) 50 50 15 3 Besar (Mesh 6) 50 50 15


Pengujian Uji Serapan Suara

Untuk mengetahui karakteristik akustik serapan suara komposit tongkol jagung-PU dilakukan pengujian serapan suara sesuai standar ASTM C384/ISO 10534. Pengujian dilakukan di laboratorium

akustik dan getaran mekanis Jurusan Teknik Mesin dan Industri, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Yogyakarta menggunakan alat uji uji karakteristik akustik tabung impedansi tipe 4002 seperti yang terlihat pada gambar 3

Gambar 3. Alat uji karakteristik akustik tabung impedansi tipe 4002 Pada cara ini, bahan diletakkan di

salah satu ujung tabung, dan sumber suara di ujung yang lain. Sebuah mikropon yang dihubungkan dengan komputer diletakkan diantaranya (dalam konfigurasi 1 garis atau berhadapan) kemudian digerakkan sepanjang lintasan tabung untuk mendapatkan tekanan suara maksimal (Pmax) dan minimal (Pmin) pada masing-masing frekuensi. Dari hasil pengukuran didapatkan nilai n dari perbandingan Pmax dan Pmin.

n = ...................... ( 1 )

Selanjutnya nilai n digunakan

untuk mengukur harga koefisien serap bahan (α). Koefisien serap yang diukur dalam hal ini adalah koefisien serap arah tegak lurus bahan. Nilai α berkisar dari 0 sampai 1. Jika α bernilai 0, artinya tidak ada bunyi yang diserap sedangkan jika α bernilai 1, artinya 100% bunyi yang datang diserap oleh bahan (Ainie Khuriati 2006).

α = 1 – ( 2 ............. ( 2 )

Dari hasil pengukuran diketahui koefisien penyerapan suara dari komposit TJ-PU. HASIL DAN PEMBAHASAN Variasi Ukuran Butir Ukuran butir besar (mesh 6) komposisi 50 % TJ

Gambar 4 menunjukkan permukaan komposit TJ-PU pembesaran 20 kali dengan ukuran butir TJ besar. Terlihat bahwa PU lebih mendominasi daripada serbuk TJ. Hal ini mengakibatkan pori-pori alami dari butiran TJ tidak bisa terbentuk maksimal, sehingga jumlahnya relatif sedikit. Hal ini sesuai dengan hasil pengukuran penyerapan suara sesuai tabel 3 bahwa koefisien absorpsi (α) rerata dari butir besar merupakan nilai terkecil yaitu sebesar 0,46 pada frekuensi 250 – 2000 hz.


Gambar 4. Foto permukaan komposit TJ-PU pembesaran 20 kali dengan ukuran butir besar.

Sementara itu gambar 7

menunjukkan koefisien absorbsi dari butir besar cenderung meningkat dari frekuensi 250-2000 hz meskipun pada frekuensi 1250 hz sempat terjadi penurunan hingga 0,35. Pada frekuensi 2000 hz didapatkan koefisien absorbsi tertinggi yaitu sebesar 0,69. Ukuran butir sedang (mesh 10) komposisi 50 % TJ

Gambar 5 menunjukkan permukaan komposit TJ-PU dengan ukuran butir TJ sedang. Terlihat bahwa sebaran serbuk TJ dan PU lebih merata. Hal ini menyebabkan pori-pori yang terbentuk dari butiran TJ sudah mulai terlihat, sehingga koefisien absorpsi (α) rerata dari dari butir sedang ini lebih tinggi daripada butir besar yaitu sebesar 0,53.

Gambar 5. Foto permukaan komposit TJ-PU pembesaran 20 kali dengan ukuran

butir sedang Koefisien absorpsi pada butir sedang juga mengalami peningkatan pada frekuensi 250 – 2000 hz. Seperti pada gambar 7, koefisien absorbsi tertinggi juga didapat pada frekuensi 2000 hz sebesar 0,92, sementara terendah didapat pada frekuensi 250 hz sebesar 0,34. Ukuran butir kecil (mesh 16) komposisi 50 % TJ

Gambar 6 menunjukkan permukaan komposit TJ-PU dengan ukuran butir TJ kecil. Terlihat bahwa serbuk TJ lebih mendominasi daripada PU. Hal ini menyebabkan terbentuknya pori-pori yang lebih banyak dibandingkan dengan ukuran butir besar dan sedang. Pori-pori inilah yang merupakan penyebab komposit TJ-PU dengan ukuran butir kecil memiliki koefisien absorpsi rata-


rata yang paling tinggi yaitu sebesar 0,54 pada rentang frekuensi 250-2000

hz.

Gambar 6. Foto permukaan komposit TJ-PU pembesaran 20 kali dengan ukuran

butir kecil Sementara itu koefisien

absorpsi butir kecil memiliki tren yang sama dengan butir besar dan sedang, yaitu mengalami peningkatan pada rentang frekuensi 250 – 2000 hz seperti terlihat pada gambar 7.

Koefisien absorpsi tertinggi sebesar 0,88 didapat pada frekuensi 2000 hz. Sedangkan koefisien absorpsi terendah sebesar 0,39 didapat pada frekuensi 250 hz.

Tabel 3. Hubungan koefisien absorpsi dengan frekuensi komposit TJ-PU variasi

ukuran butir

NO

FREKUENSI KOEFISIEN ABSORPSI (α)

(hz) Besar Sedang Kecil

1 250 0,37 0,34 0,39

2 315 0,40 0,38 0,37

3 400 0,50 0,50 0,46

4 500 0,52 0,44 0,47

5 630 0,52 0,53 0,49

6 800 0,41 0,52 0,44

7 1000 0,36 0,53 0,50

8 1250 0,35 0,51 0,64

9 1600 0,45 0,61 0,82

10 2000 0,69 0,92 0,88

RERATA 0,46 0,53 0,54


Gambar 7. Grafik hubungan koefisien absorpsi dengan frekuensi komposit TJ-PU variasi ukuran butir

Variasi komposisi Hasil pengujian pada variasi ukuran butir menunjukkan bahwa serbuk TJ dengan ukuran butir kecil mempunyai koefisien absorpsi paling tinggi diantara ukuran butir yang lain. Oleh sebab itu maka pada pembuatan spesimen pada variasi komposisi ukuran butir kecil. Komposisi 40 % TJ

Gambar 10 menunjukkan bahwa koefisien absorpsi pada komposisi 40 % TJ mengalami peningkatan pada rentang frekuensi 250-2000 hz. Koefisien absorpsi tertinggi terjadi pada frekuensi 2000 hz sebesar 0,96.

Koefisien absorpsi terendah terjadi pada frekuensi 250 hz sebesar 0,39. Koefisien absorpsi rerata pada komposisi 40 % TJ sebesar 0,63. Koefisien absorpsi rerata ini merupakan yang tertinggi diantara komposisi yang lain. Hal ini disebabkan karena serbuk TJ bisa tertutupi secara merata oleh lapisan tipis PU seperti terlihat pada gambar 8. Karakteristik PU yang berpori menambah pori-pori alami yang sudah terbentuk dari serbuk TJ. Selain itu ikatan yang terjadi antara TJ dan PU terlihat lebih kuat karena jumlah PU yang berfungsi sebagai matrik lebih banyak.

Gambar 8. Foto permukaan komposit TJ-PU pembesaran 20 kali dengan

komposisi 40 % TJ Komposisi 60 % TJ

Gambar 10 menunjukkan peningkatan koefisien absorpsi juga terjadi pada komposisi 60 % TJ pada rentang frekuensi 250-2000 hz. Koefisien absorpsi tertinggi terjadi

pada frekuensi 630 hz sebesar 0,70 sedangkan terendah terjadi pada frekuensi 250 hz sebesar 0,35. Koefisien absorpsi rerata pada rentang frekuensi tersebut adalah sebesar 0,56.


Gambar 9. Foto permukaan komposit TJ-PU pembesaran 20 kali dengan komposisi 60 % TJ

Tabel 5 menunjukkan bahwa koefisien absorbsi rerata ini masih lebih tinggi dibandingkan dengan koefisien absorpsi rerata pada komposisi 50 % TJ. Hal ini disebabkan karena butiran TJ lebih mendominasi daripada PU

seperti terlihat pada gambar 9, sehingga pori-pori yang terbentuk lebih banyak. Akan tetapi di sisi lain ikatan antara TJ dan PU terlihat rapuh.

Tabel 5. Hubungan koefisien absorpsi dengan frekuensi komposit TJ-PU variasi komposisi

NO FREKUENSI KOEFISIEN ABSORPSI (α)

(hz) 40 % TJ 50 % TJ 60 % TJ

1 250 0,39 0,39 0,35

2 315 0,55 0,37 0,50

3 400 0,64 0,46 0,63

4 500 0,59 0,47 0,66

5 630 0,67 0,49 0,70

6 800 0,54 0,44 0,54

7 1000 0,55 0,50 0,56

8 1250 0,61 0,64 0,54

9 1600 0,80 0,82 0,53

10 2000 0,96 0,88 0,60

RERATA 0,63 0,54 0,56

Gambar 10. Grafik hubungan koefisien absorpsi dengan frekuensi komposit TJ-

PU variasi komposisi KESIMPULAN DAN SARAN Dari hasil penelitian didapatkan kesimpulan :

1. Serbuk TJ dengan ukuran butir kecil memiliki koefisien absorpsi yang paling tinggi di antara ukuran butir yang lain, yaitu sebesar 0,54

2. Komposisi 40 % TJ memiliki koefisien absorpsi yang paling tinggi yaitu sebesar 0,63

3. Koefisien absorpsi tertinggi kebanyakan terjadi pada frekuensi 2000 hz, sedangkan terendah kebanyakan terjadi pada frekuensi 250 hz.

4. Komposit TJ-PU sangat baik digunakan sebagai material


penyerap suara pada frekuensi 250 – 2000 Hz.

5. Penelitian lebih lanjut sangat disarankan terutama pada frekuensi 2000 hz ke atas.

DAFTAR PUSTAKA Ainie Khuriati, E. K., Muhammad Nur

(2006). "Disain Peredam Suara Berbahan Dasar Sabut Kelapa dan Pengukuran Koefisien Penyerapan Bunyinya." Berkala Fisika, Vol.9, No.1, Januari 2006, hal 15-25, ISSN : 1410 – 9662 Vol.9, No.1.

ASTM (C 384-85). Test Method for Impedance and Absorption of Acoustical Materials by Impedance Tube Method.

F. Asdrubali, F. D. A., S.Schiavoni (2008). sound absorbing properties of materials made of rubber crumbs. Acoustic 08 Paris. Paris, European Acoustics Association.

Francesco Asdrubali, G. B., Francesco D’Alessandro (2007). Evaluation of the acoustic properties of materials made from recycled tyre granules. Inter-Noise 2007, Istanbul, Turkey.

Himawanto, D. A. (2007). "Karakteristik panel akustik sampah kota pada frekuensi rendah dan frekuensi tinggi akibat variasi kadar bahan anorganik." JURNAL TEKNIK GELAGAR 18(01): 19 - 24.

I Made Miasa, R. S. (2004). "Penelitian Sifat-Sifat Akustik dari Bahan Kertas dan Plastik Sebagai Penghalang

Kebisingan." Media Teknik(No. 1 Tahun XXVI): 68-71.

Jorge P Arenas, M. J. C. (2010). "Recent Trends in Porous Sound-Absorbing Materials." Sound and Vibration: 12 - 17.

komatsu, T. (2008). "Improvement of the Delany-Bazley and Miki models for fibrous sound absorbing materials." Acoust. Sci. & Tech 29.

Lindawati Ismail, M. I. G., Shahruddin Mahzan, Ahmad Mujahid Ahmad Zaidi (2010). "Sound Absorption of Arenga Pinnata Natural Fiber." World Academy of Science, Engineering and Technology 67.

Melati Ferianita Fachrul, W. E. Y., Asharani Merya (2011). "Desain penyusunan peredam kebisingan menggunakan plywood, busa, tray dan sabut pada sumber statis." Makara Teknologi 15(1): 63 - 67.

Wassilieff.C (1996). "Sound absorption of wood-based materials." Applied Acoustic 48: 339-356.

Yang, H.-s., Kim Dae Jun, Kim Hyun Joong (2003). "Rice straw-wood particle composite for saund absorbing wooden construction materials." Bioresource Technology 86: 117-121.

Zulkarnain (2011). "Pengurangan tingkat kebisingan dengan menggunakan serat sabut kelapa digunakan sebagai bahan penyerap bunyi." Prosiding Seminar Nasional AVoER ke-3

investigasi material penyerap suara dari bahan … agritek... · bahwa nilai penyerapan bunyi...

Documents