KAJIAN EKSPERIMENTAL KARAKTERISTIK MATERIAL AKUSTIK DARI CAMPURAN SERAT BATANG KELAPA SAWIT DAN POLYURETHANE DENGAN METODE IMPEDANCE TUBE

Transkripsi

1 A KAJIAN EKSPERIMENTAL KARAKTERISTIK MATERIAL AKUSTIK DARI CAMPURAN SERAT BATANG KELAPA SAWIT DAN POLYURETHANE DENGAN METODE IMPEDANCE TUBE SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik RAJA NAPOSO HARAHAP NIM DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

2 i

3 C

4 D KAJIAN EKSPERIMENTAL KARAKTERISTIK MATERIAL AKUSTIK DARI CAMPURAN SERAT BATANG KELAPA SAWIT DAN POLYURETHANE DENGAN METODE IMPEDANCE TUBE RAJA NAPOSO HARAHAP NIM Telah Diketahui Oleh: Pembimbing/Penguji Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP Penguji I Penguji I Ir. Tugiman, MT NIP Ir. Zamanhuri, MT NIP Diketahui Oleh, Ketua Depertemen Teknik Mesin Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP

5 C

6 D

7 i

8 i

9 i

10 i

11 i KATA PENGANTAR Tiada kata yang pantas terucap selain ucapan puji dan syukur kepada Allah SWT karena berkat rahmat dan ridho-nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Shalawat dan salam semoga selalu tercurah kepada Rasulullah Muhammad SAW beserta keluarga, sahabat dan orang-orang yang mengikutinya hingga akhir zaman. Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan untuk memenuhi syarat guna memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Skripsi ini adalah KAJIAN EKPERIMENTAL KARAKTERISTIK MATERIAL AKUSTIK DARI CAMPURAN SERAT BATANG KELAPA SAWIT DAN POLYURETHANE DENGAN METODE IMPEDANCE TUBE. Penyelesaian skripsi ini tidak terlepas dari bantuan dan dukungan yang diberikan oleh berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan serta ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Alm. Ayahanda tersayang, terima kasih atas nasehat dan dorongan yang ayahanda berikan untuk terus belajar sampai kapan itu dan mama tercinta terima kasih ananda haturkan atas segala nasehat, dorongan, cinta dan kasih sayang serta do anya yang telah mama berikan selama saya belajar dan menyelesaikan skripsi ini. 2. Bapak Dr-Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Dosen Pembimbing Skripsi yang telah banyak memberikan arahan, diskusi, bimbingan, nasehat, dan pelajaran berharga selama proses penyelesaian skripsi ini. 3. Bapak Dr.-Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Tulus Burhanuddin, ST.MT. selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin. 4. Bapak Ir. Tugiman, MT dan Ibu Ir. Farida Ariani, MT yang telah banyak memberikan bantuan, dorongan, arahan, dan bimbingan selama proses belajar dalam menyelesaikan skripsi ini.

12 ii 5. Seluruh Dosen dan Staf Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bekal pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi dan seluruh pegawai administrasi di Departemen Teknik Mesin. 6. Seluruh Asisten Laboratorium pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberi bekal selama praktikum berlangsung. 7. Rekan-rekan satu tim riset dalam Skripsi ini, pak Suhardiman, Awi, dan Mirza yang telah banyak membantu dan bahu-membahu dalam penyelesaian skripsi ini. 8. Adik-adikku tercinta yang selalu memberikan dukungannya yang membuat abanganda tetap bersemangat. 9. Teman-teman mahasiswa Teknik Mesin USU khususnya Gunawan, Balko, Ilham, dan Zulfirman serta stambuk 2005 Solidarity Forever yang senantiasa membantu, memotivasi dan masukan guna penyelesaian Skripsi ini. Akhir kata semoga Skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua dan dapat menjadi bahan literatur bagi rekan - rekan mahasiswa yang ingin melakukan penelitian Skripsi yang ada kaitannya dengan Skripsi penulis. Medan, 24 Mei 2010 Raja Naposo Harahap NIM

13 iii DAFTAR ISI Hal KATA PENGANTAR i DAFTAR ISI iii DAFTAR GAMBAR v DAFTAR TABEL vii DAFTAR NOTASI viii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan dan Manfaat Penelitian Batasan Masalah Metodologi Sistematika Penulisan 7 TINJAUAN PUSTAKA TEORI GELOMBANG DAN BUNYI 8 BAB II Pengertian Gelombang Pengertian Bunyi Sifat-Sifat Bunyi a Asal dan Perambatan Bunyi b Frekuensi Bunyi c Cepat Rambat Bunyi d Panjang Gelombang e Intensitas Bunyi f Kecepatan Partikel g Titinada h Warna Nada i Kekerasan Bunyi Tekanan Bunyi dan Tingkatan Tekanan Bunyi 20

14 iv Tingkatan Intensitas Bunyi Daya Bunyi dan Tingkatan Daya Bunyi Hubungan Antara Tingkat Daya, Tingkat Intensitas dan Tingkat Tekanan Bunyi Telinga Manusia dan Pendengaran 2.2 MATERIAL AKUSTIK Gejala Penyerapan Suara Dalam Material 2.3 MATERIAL KOMPOSIT BAB III Jenis-Jenis Material Komposit Kelebihan Bahan Komposit Kelapa Sawit Polyurethane KOEFISIEN SERAP BUNYI TRANSMISSION LOSS 48 METODOLOGI PENELITIAN TEMPAT DAN WAKTU PEMBUATAN SPESIMEN Peralatan dan Bahan Spesimen Pembuatan Spesimen PENGUJIAN KOEFISIEN SERAPAN BUNYI Set Up Peralatan Pengujian Koefisien Absorbsi Teknik Pengukuran dan Analisa Data Pengujian Koefisien Absorbsi PENGUJIAN TRANSMISSION LOSS Set Up Peralatan Pengujian Transmission Loss Teknik Pengukuran dan Analisa Data Pengujian Transmission Loss 3.5 Flow Chart 76 76

15 v BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 DATA PENGUJIAN KOEFISIEN ABSORBSI Specimen Dengan Tebal 20 mm Specimen Dengan Tebal 30 mm Specimen Dengan Tebal 40 mm Specimen Dengan Tebal 50 mm ANALISA DATA PENGUJIAN KOEFISIEN ABSORSI Analisa Data Pengujian untuk Tebal Spesimen 20 mm Analisa Data Pengujian untuk Tebal Spesimen 30 mm Analisa Data Pengujian untuk Tebal Spesimen 40 mm Analisa Data Pengujian untuk Tebal Spesimen 50 mm DATA PENGUJIAN TRANSMISSION LOSS ANALISA DATA PENGUJIAN TRANSMISSION LOSS Analisa Data Pengujian untuk Tebal Spesimen 20 mm Analisa Data Pengujian untuk Tebal Spesimen 30 mm Analisa Data Pengujian untuk Tebal Spesimen 40 mm Analisa Data Pengujian untuk Tebal Spesimen 50 mm VALIDITAS HASIL DENGAN PEMBANDING BAB V 115 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran 121 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN 122

16 vi DAFTAR GAMBAR GAMBAR NAMA GAMBAR Gambar 1.1 Hamparan Batang Kelapa Sawit yang belum dimanfaatkan HAL 2 Gambar 2.1a Gelombang Transversal 9 Gambar 2.1b Gelombang Longitudinal 9 Gambar 2.2 Rambatan Gelombang bunyi dari medium kurang rapat ke medium yang lebih rapat Gambar Rambatan Gelombang bunyi dari medium lebih rapat ke medium yang kurang rapat 11 Gambar 2.4 Radiasi Bunyi dari Bel 12 Gambar 2.5 Dua implus tunggal yang memiliki ketinggian (magnitude) atau Amplitudo berbeda menjauh dari sumber bunyi 12 Gambar 2.6 Gelombang Sinusoida dengan beberapa macam frekuensi 14 Gambar 2.7 Hubungan antara daya bunyi dan intensitas pada bidang gelombang berbentuk bola 23 Gambar 2.8 Anatomi Telinga Manusia 25 Gambar 2.9 Kontur Kekerasan Sama 26 Gambar 2.10 Sabine Absorptivities of Common Constructional Materials 29 Gambar 2.11 Absorption Properties of Acoustic Materials 30 Gambar 2.12 Ilustrasi Penyerapan Energi Suara oleh Bahan Akustik 31 Gambar 2.13 Ikatan Uretan dan Reaksi Pembentukan Polyurethane 36 Gambar 2.14 Penggunaan Material Akustik pada Jalur Rambatan pada Dinding Ruang Mesin 38 Gambar 2.15 Penggunaan Material Akustik untuk meredam Kebisingan pada Mesin Pendingin 39 Gambar 2.16 Pemantulan dan Penyerapan Bunyi dari Media Akustik 40 Gambar 2.17 Tabung Impedansi (resonator) 42 Gambar 2.18 Gelombang Pantul untuk Menentukan SWR 45

17 vii Gambar 2.19 Diskripsi Reflection, Sound Absorbtion, dan Transmission Loss 48 Gambar 2.20 Proses Terjadinya Transmission Loss pada Material Akustik 49 Gambar 2.21 Sound Transmission Loss Measurement System 50 Gambar 2.22 Penentuan Nilai Sound Transmission Class (STC) dengan Kurva TL Tertentu 51 Gambar 3.1 Penampang Permukaan dan Inti Batang Kelapa Sawit 57 Gambar 3.2 Pemotongan Serat Batang kelapa sawit dengan Panjang 5 mm 57 Gambar 3.3a Pemotongan Cetakan 58 Gambar 3.3b Cetakan yang telah jadi dan telah dilapisi Isolasi Bening 58 Gambar 3.4a Penimbangan Serat Sawit yang telah dipotong 58 Gambar 3.4b Mengukur Banyaknya Polyurethane 58 Gambar 3.5a Polyurethane 59 Gambar 3.5b Pencampuran Polyurethane dengan Serat Sawit 59 Gambar 3.6a Memasukkan campuran poliuretan dengan sawit ke dalam Cetakan 59 Gambar 3.6b Pengepresan pada Permukaan Material 59 Gambar 3.7a Spesimen yang telah dibuka 60 Gambar 3.7b Pengukuran spesimen 60 Gambar 3.7c Specimen yang telah jadi 60 Gambar 3.8 Skematik untuk Pembuatan Spesimen 61 Gambar 3.9 Skema Alat Uji Koefisien Absorbsi 63 Gambar 3.10 Set Up Peralatan Pengujian Koefisien absorbsi 63 Gambar 3.11 Impedance Tube mengacu standar ASTM C Gambar 3.12 Bentuk gelombang sebelum diletakkan Spesimen 66 Gambar 3.13 Gambar untuk Mendapatkan A1 dan A2 67 Gambar 3.14 Skematik Alat Uji Transmission Loss 69 Gambar 3.15 Set Up Peralatan Pengujian Transmission Loss 70 Gambar 3.16 Sistem Pengukuran pada Pengujian Transmission Loss Mengacu standar ASTM E-1050 Gambar 3.17 Posisi SLM diletakkan pada lubang Ruang Sumber Bunyi 71 73

18 viii Gambar 3.18 Data decibel Sound Level Meter sebelum diletakkan spesimen 73 Gambar 3.19 Posisi SLM diletakkan pada lubang Ruang Penerima Bunyi 74 Gambar 3.20 Grafik kontur STC untuk penentuan nilai STC-nya 75 Gambar 3.21 Diagram Alir Pelaksanaan Riset 77 Gambar 4.1a Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 250 Hz Tebal 20 mm 79 Gambar 4.1b Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 500 Hz Tebal 20 mm 79 Gambar 4.1c Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 750 Hz Tebal 20 mm 79 Gambar 4.1d Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 1000 Hz Tebal 20 mm 79 Gambar 4.1e Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 1500 Hz Tebal 20 mm 80 Gambar 4.1f Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 2000 Hz Tebal 20 mm 80 Gambar 4.2 Gambar Bentuk Gelombang Bunyi 250 Hz dengan base line untuk mencari A1 dan A2 81 Gambar 4.3a Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 250 Hz Tebal 30 mm 82 Gambar 4.3b Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 500 Hz Tebal 30 mm 82 Gambar 4.3c Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 750 Hz Tebal 30 mm 82 Gambar 4.3d Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 1000 Hz Tebal 30 mm 82 Gambar 4.3e Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 1500 Hz Tebal 30 mm 83 Gambar 4.3f 83 Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 2000 Hz Tebal 30 mm Gambar 4.4a Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 250 Hz Tebal 40 mm 84 Gambar 4.4b Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 500 Hz Tebal 40 mm 84 Gambar 4.4c Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 750 Hz Tebal 40 mm 84 Gambar 4.4d Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 1000 Hz Tebal 40 mm 84 Gambar 4.4e Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 1500 Hz Tebal 40 mm 85 Gambar 4.4f 85 Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 2000 Hz Tebal 40 mm Gambar 4.5a Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 250 Hz Tebal 50 mm 86 Gambar 4.5b Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 500 Hz Tebal 50 mm 86 Gambar 4.5c Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 750 Hz Tebal 50 mm 86 Gambar 4.5d Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 1000 Hz Tebal 50 mm 86 Gambar 4.5e Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 1500 Hz Tebal 50 mm 87

19 ix Gambar 4.5f Bentuk Gelombang Bunyi Frekuensi 2000 Hz Tebal 50 mm 87 Gambar 4.6 Grafik Frekuensi Vs Koefesien Aborbsi dengan ketebalan 20 mm 93 Gambar 4.7 Grafik Frekuensi Vs Koefesien Absorbsi dengan tebal 30 mm 95 Gambar 4.8 Grafik Frekuensi Vs Koefesien Absorbsi dengan tebal 40 mm 97 Gambar 4.9 Grafik Frekuensi Vs Koefesien Absorbsi dengan tebal 50 mm 99 Gambar 4.10 Grafik Koefesien Reduksi Bunyi (NRC) 101 Gambar 4.11 Grafik koefisien Absorbsi untuk seluruh Ketebalan Spesimen 101 Gambar 4.12 Grafik Transmission Loss dengan Tebal Spesimen 20 mm 106 Gambar 4.13 Grafik untuk menentukan nilai STC pada Tebal 20 mm 107 Gambar 4.14 Grafik Transmission Loss dengan Tebal Spesimen 30 mm 108 Gambar 4.15 Grafik untuk menentukan nilai STC pada Tebal 30 mm 109 Gambar 4.16 Grafik Transmission Loss dengan Tebal Spesimen 40 mm 110 Gambar 4.17 Grafik untuk menentukan nilai STC pada Tebal 40 mm 111 Gambar 4.18 Grafik Transmission Loss dengan Tebal Spesimen 50 mm 112 Gambar 4.19 Grafik untuk menentukan nilai STC pada Tebal 50 mm 113 Gambar 4.20 Grafik Transmission Loss untuk Seluruh Tebal Spesimen 114

20 x DAFTAR TABEL TABEL NAMA TABEL Tabel 2.1 Jarak Rentang Frekuensi yang ditransmisikan dan diterima HAL oleh Sumber dan Penerima Bunyi 14 Tabel 2.2 Cepat Rambat Bunyi pada Berbagai Material 16 Tabel 2.3 Skala Intensitas Kebisingan 18 Tabel 2.4 Skala Koreksi Pembobotan -A 22 Tabel 2.5 Koefisien penyerapan Bunyi dari Material akustik 38 Tabel 2.6 Koefisien Serapan Bunyi dari beberapa Material Akustik 47 Tabel 2.7 Nilai Transmission Loss dan STC dari Material Akustik 52 Tabel 2.8 Nilai STC dari berbagai Material Akustik 53 Tabel 3.1 Bahan yang digunakan dalam Pembuatan Spesimen 55 Tabel 3.2 Peralatan yang digunakan dalam Pembuatan Spesimen 56 Tabel 3.3 Karakteristik Sifat Fisik dan Mekanis Batang Kelapa Sawit 56 Tabel 3.4 Data Spesimen Uji 60 Tabel 3.5 Peralatan Pengujian Koefisien Absorbsi 65 Tabel 3.6 Data Pengamatan Koefisien Absorbsi 68 Tabel 3.7 Peralatan Pengujian Transmission Loss 72 Tabel 3.8 Data Pengujian Transmission Loss 74 Tabel 3.9 Data Pengamatan Transmission Loss 76 Tabel 4.1 Data untuk Tebal Spesimen 20 mm 81 Tabel 4.2 Data untuk Tebal Spesimen 30 mm 83 Tabel 4.3 Data untuk Tebal Spesimen 40 mm 85 Tabel 4.4 Data untuk Tebal Spesimen 50 mm 87 Tabel 4.5 Koefesien Absorbsi, Reflection dan Impedansi untuk tebal 20 mm 92 Tabel 4.6 Tabel Koefisien Absorbsi untuk Tebal Spesimen 30 mm 94 Tabel 4.7 Nilai Impedansi pada Ketebalan Spesimen 30 mm 94 Tabel 4.8 Koefesien Absorbsi, Reflection, impedansi dan NRC Tabel 4.9 untuk Tebal Spesimen 30 mm 94 Koefisien Absorbsi untuk Tebal Spesimen 40 mm 96

21 xi Tabel 4.10 Nilai Impedansi pada Ketebalan Spesimen 40 mm 96 Tabel 4.11 Koefesien Absorbsi, Reflection, impedansi dan NRC untuk Tebal Spesimen 40 mm 96 Tabel 4.12 Koefisien Absorbsi untuk Tebal Spesimen 50 mm 97 Tabel 4.13 Nilai Impedansi akustik pada Ketebalan Spesimen 50 mm 98 Tabel 4.14 Koefesien Absorbsi, Reflection, impedansi dan NRC untuk Tebal Spesimen 50 mm 98 Tabel 4.15 Tabel Rekapitulasi Hasil Data Analisa 100 Tabel 4.16 Data Hasil Pengujian Transmission Loss 103 Tabel 4.17 Nilai Transmission Loss untuk Tebal Spesimen 30 mm 107 Tabel 4.18 Nilai Transmission Loss untuk Tebal Spesimen 40 mm 109 Tabel 4.19 Nilai Transmission Loss untuk Tebal Spesimen 50 mm 111 Tabel 4.20 Nilai Rekaputulasi Transmission Loss Hasil Data Analisa 113 Tabel 4.21 Tabel Koefesien Absorbsi Polyurethane Murni 115 Tabel 4.22 Koefisien Absorbsi Polyurethane dengan Serat Batang Sawit Dengan Tebal 50 mm 116 Tabel 4.23 Data Transmission Loss Polyurethane Murni Tebal 50 mm 117 Tabel 4.24 Tabel TL Eksperimen dengan Data TL Pembanding 117

22 xii DAFTAR NOTASI SIMBOL ARTI SATUAN f Frekuensi Hz T Waktu/Periode det c Cepat Rambat Bunyi m/det γ Rasio Panas Spesifik Udara - Pa Tekanan Atmosfir Pa ρ Massa Jenis Bahan (Kerapatan) Kg/m3 T Suhu K Ε Modulus elastisitas (Young s Modulus) MPa K Modulus Bulk N/m2 λ Panjang Gelombang Bunyi mm I Intensitas Bunyi W/m2 W Daya Akustik Watt A Luas Penampang mm2 V Kecepatan Partikel m/det P Tekanan Pa σ Tegangan Pa Tekanan Bunyi Pa Tekanan Bunyi Ditransmisikan Pa Tekanan bunyi dipantulkan Pa Amplitudo tekanan bunyi N/m2 t Waktu det k1,k2 Bilangan Gelombang pada Media 1 dan Media 2 - Lp Tingkat Tekanan Bunyi db pref Tekanan Bunyi Referensi N/m2 p(t) Tekanan Bunyi Ditransmisikan Pa Iref Intensitas Referensi W/m2 Ws Total Daya bunyi Watts Is(r) Maksimum Intensitas Bunyi pada Jarak Radius (r) W/m2 r Jarak dari Titik Tengah Akustik Sumber Bunyi ke Lw Permukaan Imajiner sphere m Tingkatan Daya Bunyi db

23 xiii Wo Daya Bunyi Referensi Watts Wa Daya Suara Diserap Watts Wi Daya Suara yang Tiba pada Permukaan Bahan Watts α Koefisien Serap Bunyi Sabin R Koefisien Pantul Bunyi Sabin Z Impedansi rayls d Diameter dalam Tabung cm fh Frekuensi Tertinggi Pengukuran Hz c Cepat Rambat Bunyi di Udara Bebas m/det r Jari-jari cm Tr Waktu Dengung det A Total Absorbsi dalam Ruang sabin.m2 NR Noise Reduction (reduksi bunyi) db L1 Tingkat Tekanan Bunyi dalam Ruang Sumber Bunyi db L2 Tingkat Tekanan Bunyi dalam Ruang Penerima Bunyi db TL Transmission Loss db S Luas Permukaan Partisi atau material m2 A2 Penyerapan Total sabin.m2 M Massa Kg k Konstanta - Akar Tekanan Bunyi Rata rata Pa Ed Energi bunyi datang db A1 Tinggi Gelombang Berdiri Maksimum Skala mm A2 Tinggi Gelombang Berdiri Minimum Skala mm