BAB III METODOLOGI PENELITIAN Pada bab ini akan dijelaskan bagaimana alur kerja dan proses pembuatan material komposit sandwich serat alami serta proses pengujian material tersebut untuk karakteristik akustiknya yaitu parameter koefisien absorbsi suara. Pembuatan material komposit sandwich tersebut menggunakan salah satu metode pembuatan struktur komposit yaitu metode hand lay up. Metode ini digunakan karena prosesnya sederhana dan alat yang digunakan juga cukup sederhana. Kemudian untuk metodologi pengujiannya digunakan tabung impedansi untuk mengukur koefisien absorbsi suara normal (α n ). 3.1 Diagram Alur Kerja Penelitian ini diawali dengan studi literatur, baik dari buku, Tugas Akhir dan Thesis yang pernah dilakukan sebelumnya, maupun dari situs internet. Studi literatur ini dimaksudkan untuk memberi pengetahuan awal mengenai latar belakang penelitian yang akan dilakukan, tujuan, metode penelitian, dan interpretasi serta analisis data yang diperoleh. Setelah dilakukan studi literatur, maka dilakukan identifikasi masalah yang akan dikaji. Langkah selanjutnya adalah proses pembuatan material komposit sandwich dengan bahan dasar serat alam. Langkah langkah ini diikuti oleh penyiapan alat dan bahan yang diperlukan. Pembuatan komposit ini dilakukan di salah satu Laboratorium Teknik Penerbangan. Proses pembuatannya berdasarkan salah satu metode pembuatan komposit yaitu metode Hand Lay Up. Setelah pembuatan material komposit selesai kemudian dilanjutkan dengan proses pengujian. Untuk pengujian, sebelumnya dilakukan perakitan dan kalibrasi alat untuk pengujian yaitu tabung impedansi dan alat pendukung lainnya. Setelah perakitan dan kalibrasi alat selesai dilakukan kemudian pengujian terhadap material uji yang telah dibuat dilakukan. [15]
Gambar 3.1 Diagram alur kerja 3.2 Metodologi Pembuatan Komposit Sandwich Serat Alami Komposit sandwich adalah struktur komposit yang tersusun oleh dua bagian yaitu bagian core dan bagian face. Untuk bagian core digunakan serbuk kelapa yaitu bahan yang berupa serbuk atau sekam (granule) yang dipisahkan dari serat kelapa. Bahan ini merupakan bahan yang merekatkan serat-serat kelapa pada struktur kulit kelapa. Bahan ini digunakan karena memiliki massa jenis yang kecil dan memiliki sifat yang sesuai sebagai core, selain itu proses pembuatannya relatif lebih mudah karena lebih mudah meratakan antara serbuk dengan matriknya. Sedangkan untuk bagian face digunakan bahan serat kelapa, serat nanas, dan serat rami. Kemudian sebagai matriksnya, yang berfungsi sebagai perekat, digunakan lem putih PVAc (Polyvinyl Acetat) yang terdapat dipasaran sebagai matrik pada core, sedangkan untuk face digunakan epoxy. Gambar 3.2(a) Bahan dan serat yang digunakan [16]
Gambar 3.2(b) Bahan dan serat yang digunakan Pada pembuatan material komposit kali ini untuk menentukan jumlah matrik dan serat atau serbuk digunakan perbandingan volume antara serat atau serbuk dengan matriks yang digunakan. Perbandingan volume yang digunakan pada pembuatan material uji kali ini, didapat berdasarkan beberapa kali percobaan dengan menggunakan perbandingan volume yang berbeda. Dari percobaanpercobaan tersebut ditentukan perbandingan volume yang sesuai berdasarkan hasil yang didapat dari segi berat, kerapatan, kekakuan, dan proses pemanasannya. Untuk bagian core, ditentukan perbandingan volume antara serbuk kelapa dengan lem putih adalah 5 : 3. Pada saat pembuatannya serbuk kelapa ditekan sedemikian rupa sehingga dengan volume yang berdasarkan berat yang dibutuhkan dapat dimasukan semuanya ke dalam cetakan yang digunakan, karena volume serbuk kelapa pada keadaan kering akan memiliki volume 3 kali lipat dibandingkan dengan volume setelah dicampur dengan lem dan ditekan. Pemberian tekanan ini bertujuan untuk mendapatkan kekakuan yang lebih besar dan daya rekat antar serbuk yang lebih kuat. Kemudian untuk bagian face ditentukan perbandingan volume antara serat dengan matriks adalah 1:1. Bentuk material uji yang dibuat disesuaikan dengan ukuran yang dibutuhkan oleh alat penguji yaitu tabung impedansi. Bentuk yang digunakan berupa silinder atau cakram, dengan diameter 8 cm, untuk ketebalannya sesuai dengan ketebalan bagian face yang digunakan, yaitu sebesar 2.5 cm. Pada pengujian kali ini digunakan ketebalan face sebesar.7 mm untuk serat kelapa [17]
dan serat rami, sedangkan untuk serat nanas digunakan 1.5 mm karena bahan baku serat nanas yang didapat sudah dalam bentuk lembaran dengan ketebalan 1.5 mm. Kemudian untuk bagian core digunakan ketebalan 2.5 cm. Gambar 3.3 Bentuk material uji Untuk membuat bentuk material uji tersebut digunakan cetakan yang sesuai dengan bentuk dan ukuran material uji yang dibutuhkan. Cetakan yang digunakan terbuat dari logam, karena untuk pembuatan material uji ini dibutuhkan perlakuan panas. Untuk bagian core digunakan cetakan yang berbentuk silinder, sedangkan untuk pembuatan bagian face digunakan 2 buah pelat logam agar dapat diatur ketebalan face yang diinginkan. Pengaturan ketebalannya yaitu dengan cara menjepitkan pelat kecil dengan ketebalan tertentu diantara dua buah pelat cetakan tersebut. Gambar 3.4 Cetakan Untuk Bagian Core [18]
Gambar 3.5 Cetakan Untuk Bagian Face Pada pembuatan material uji kali ini digunakan alat dan bahan sebagai berikut: Bahan - Serat Kelapa - Serat Rami - Serbuk kelapa - Lem Putih PVAc - Epoxy - wax Alat - Cetakan - Gelas ukur - Timbangan - Pemanas - Alat Penekan Langkah-langkah pembuatannya adalah sebagai berikut : a. Pembuatan bagian core 1. Ukur jumlah serbuk kelapa dan lem putih yang dibutuhkan sesuai dengan perbandingan volume dan ukuran dari core. 2. Kemudian campurkan serbuk kelapa dengan lem sedikit demi sedikit dan diaduk sampai merata antara serbuk dengan lem. [19]
3. Kemudian setelah merata, masukan kedalam cetakan dan tekan sampai padat. Sebelumnya cekatan sudah diolesi dengan wax agar setelah selesai mudah dilepas dari cetakan. 4. Setelah itu dipanaskan, dengan temperatur sedang sekitar 6 7 selama sekitar 3 4 jam. 5. Setelah dipanaskan, tunggu sampai temperaturnya turun untuk memastikan lem telah kering dan merekat dengan baik selama sekitar 5 6 jam kemudian baru lepaskan dari cetakan. Gambar 3.6 Core b. Pembuatan bagian face 1. Ukur jumlah serat dan epoxy yang dibutuhkan sesuai dengan ukuran dan ketebalan yang akan dibuat. 2. Setelah itu, oleskan epoxy secukupnya pada kedua permukaan pelat cetakan yang telah dilapisi wax, lalu ratakan serat pada kedua permukaan pelat tersebut sesuai dengan ketebalan yang dibuat. Untuk serat kelapa jumlah epoxy yang dioleskan pada permukaan cetakan sebaiknya agak lebih banyak dibandingkan untuk serat rami, karena untuk meratakan epoxy pada serat kelapa lebih sulit, jadi bila pada permukaan cetakan epoxy sudah merata maka bila ditekan epoxy akan meresap dan menyebar melalui celah antar serat. 3. Untuk serat rami digunakan serat rami yang sudah dalam bentuk lembaran, sehingga lem epoxy diratakan pada masing-masing lembaran yang [2]
digunakan. Sedangkan untuk serat nanas, epoxy hanya diratakan pada bagian belakang lembaran serat nanas. 4. Setelah sekiranya cukup merata, gabungkan kedua pelat tersebut lalu tekan sampai ketebalan yang diinginkan. 5. Untuk mengatur ketebalannya digunakan pelat kecil dengan ukuran tertentu yang dijepitkan diantara kedua permukaan pelat cetakan. 6. Setelah itu biarkan sampai epoxy mengeras kira-kira selama 4 5 jam. Kemudian buka cetakan. Gambar 3.7 Face Setelah bagian core dan face selesai, kemudian kedua bagian tersebut digabungkan dengan menggunakan epoxy. Dengan susunan core pada bagian tengah kemudian diapit oleh dua bagian face. Gambar 3.8 Struktur komposit sandwich serat alami [21]
3.3 Metodologi Pengujian Pengujian untuk mengetahui kemampuan material dalam menyerap suara dapat dilakukan dengan menggunakan Ruang Dengung dan Tabung Impedansi. Pada tugas akhir kali digunakan tabung impedansi untuk mengetahui kemampuan material komposit sandwich serat alami dalam menyerap suara, karena selain lebih mudah pengoperasiannya, material uji yang dibutuhkan juga cukup kecil ukurannya sesuai dengan ukuran tabung impedansi yang digunakan. Namun yang dapat dihitung dengan menggunakan tabung impedansi hanya koefisien absorbsi suara dalam arah normal saja. Tabung impedansi yang digunakan adalah tabung impedansi yang terdapat di Laboratorium Teknik Penerbangan yang merupakan hasil dari tugas akhir mahasiswa Teknik Penerbangan pada tahun sebelumnya yang sebelumnya telah divalidasi dengan peralatan dari KIM Serpong. Dalam pengoperasiannya tabung impedansi ini dihubungkan dengan beberapa alat lainnya yaitu komputer, amplifier, dan preamp mik. Konfigurasi dari tabung impedansi dan alat-alat lainnya adalah sebagai berikut : Gambar 3.9 Konfigurasi tabung impedansi Langkah-langkah yang dilakukan pada pengujian dengan menggunakan tabung impedansi secara garis besar adalah sebagai berikut: [22]
a. Menentukan kondisi udara di ruangan Beberapa parameter yang dibutuhkan yang mempengaruhi besarnya koefisien absorbsi suara yaitu kecepatan suara ( c ) dan panjang gelombang ( λ ) di dalam tabung impedansi. Untuk mengetahui besaran tersebut diperlukan data kondisi ruangan yaitu temperatur ( T ), dan tekanan udara ( P ). Hubungan antara kondisi ruangan tersebut dengan kecepatan suara dan panjang gelombang adalah sebagai berikut: c = 343.2 T 293 λ = ρ PT P T dengan ρ = 1.125 kg/m 3, T = 293 K, dan P = 11325 Pa. Dengan menggunakan termometer ruang dan barometer didapatkan T = 3 K dan P = 11325 Pa, maka dengan menggunakan persamaan sebelumnya didapatkan c = 347.27 m/s dan λ = 3.25 x 1-5 m. b. Menentukan amplitudo sinyal Besarnya amplitude signal dipilih paling kecil 1 db lebih besar dari background noise disemua frekuensi yang akan digunakan untuk pengukuran (terbatas oleh geometri tabung). Selama pengukuran respon frekuensi yang mempunyai nilai sebesar 6 db lebih kecil dari nilai respon frekuensi paling tinggi dihilangkan. Hal ini dikarenakan untuk dapat membedakan antara besarnya respon frekuensi dengan noise. c. Menentukan banyak average Hasil pengujian yang diperoleh dapat dipengaruhi oleh pemilihan banyaknya averages dari pembacaan data pada signal analyzer maupun komputer. Dalam pengukuran ini dipilih 4, hal ini menyatakan bahwa averaging dilakukan 4 kali diantara banyaknya data. Semakin banyak data yang diperoleh maka waktu untuk pengolahan data semakin lama. Hal ini mempengaruhi pembacaan data oleh signal analyzer. Dalam percobaan ini menggunakan white noise sehingga pemilihan besarnya average tidak banyak berpengaruh pada data yang diperoleh. [23]
d. Kalibrasi Mikrofon Kalibrasi ini dilakukan untuk mendapatkan mikrofon yang identik. Identik disini mencakup sensitifitas dan terkalibrasi. Setiap pengukuran diharuskan untuk melakukan kalibrasi dengan soundcalibrator. Soundcalibrator adalah alat standar yang digunakan untuk mengkalibrasi mikrofon. Alat ini mengeluarkan suara standart dengan frekuensi 1 KHz terkalibrasi. Dalam pengujian dipilih 1 KHz mempunyai tekanan 94 db. Jadi mikrofon yang akan diidentifikasi harus dikalibrasi di frekuensi tersebut menggunakan soundcalibrator. Sensitifitas dari mikrofon dapat dilakukan dengan mengatur persentase skala pengindraan tekanan suara dalam tabung. Hal ini dapat dilakukan dengan memutar multiturn pada mic condensor. Dalam pengujian ini dipilih sensitifitas kedua mikrofon sebesar 27 % dari tekanan suara sebenarnya. e. Menentukan koreksi microphone mismatch Dengan menggunakan metode 2 mikrofon ini, salah satu prosedur yang harus dilakukan yaitu menentukan factor koreksi dalam penghitungan fungsi transfer. Untuk menentukan faktor koreksi dilakukan dengan cara menukar posisi 2 channel dari mikrofon untuk setiap kali pengujian. f. Meletakan material uji Material uji diletakan pada sample holder di bagian ujung dari tabung impedansi. Setelah material uji diletakan, tabung impedansi harus tertutup sempurna agar noise dari luar tidak masuk ke dalam tabung. Bila noise dari luar masuk, maka akan hasil pengujian yang diperoleh tidak lagi valid. g. Mengoperasikan tabung impedansi Untuk mengoperasikannya digunakan dua buah komputer yang berfungsi sebagai sinyal generator dan spectrum analyzer. Hasil yang didapat dari pengujian ini adalah berupa magnitude dan beda fasa fungsi transfer antara kedua mik. Data tersebut kemudian diolah menggunakan software Matlab untuk menentukan koefisien absorbsi dari material uji. [24]
Pada pengujian kali ini digunakan beberapa konfigurasi material uji untuk mengetahui karakteristik koefisien absorbsi suara dari material. Bentuk konfigurasi yang digunakan berdasarkan jenis-jenis absorber yang ada. Masingmasing konfigurasi akan menghasilkan karakteristik koefisien absorbsi suara yang berbeda-beda. Beberapa konfigurasi yang diuji pada pengujian kali adalah sebagai berikut : a. Hanya face, dengan 3 jenis serat. b. Hanya core. c. Core dengan face digabung membentuk komposit sandwich. d. Core dengan face digabung dengan adanya jarak antara face dengan core. e. Core dengan face digabung dengan face diberi lubang-lubang kecil. f. Core dengan face digabung dengan adanya jarak antara face dan core serta dengan face dilubangi. Gambar 3.1 Konfigurasi Material Uji [25]