KAJIAN EKSPERIMENTAL PENGUKURAN TRANSMISSION LOSS DARI PADUAN ALUMINIUM-MAGNESIUM MENGGUNAKAN
METODE IMPEDANCE TUBE
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
FAHRUL ROZZY 080401016
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
ABSTRAK
Salah satu upaya yang dapat dilakukan untuk mereduksi bising adalah dengan penggunaan material akustik yang bersifat menyerap atau meredam bunyi sehingga bising yang terjadi dapat direduksi. Tujuan utama penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik dasar mengenai transmission loss material akustik dari paduan aluminium-magnesium. Variabel dalam penelitian ini adalah perubahan komposisi material paduan aluminum-magnesium dengan komposisi paduan Al 98%-Mg 2%, Al 96%-Mg 4% dan Al 94%-Mg 6% untuk kemudian diuji karakteristik akustiknya dengan menggunakan metode impedance tube. Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa nilai transmission loss yang paling tinggi terdapat pada paduan Al 98%-Mg 2% pada frekuensi 1500 Hz yaitu 45.0191 dB. Nilai transmission loss yang paling rendah terdapat pada paduan Al 94%-Mg 6% pada frekuensi 125 Hz yaitu 20.7008 dB. Nilai frekuensi yang terbaik di insulasi material paduan Al-Mg untuk masing-masing komposisi adalah pada frekuensi 1500 Hz dimana pada frekuensi tersebut didapat nilai transmission loss maksimum. Komposisi paduan Al-Mg yang paling baik untuk menginsulasi suara didapat pada komposisi Al 98%-Mg 2% dengan nilai STC sebesar 35.8714 dB.
ABSTRACT
One effort that can be done to reduce the noise is to use material that is absorbing acoustic or muffle the sound so loud that occur can be reduced. The main objective of this study was to determine the basic characteristics of the transmission loss of acoustic material aluminum-magnesium alloy. The variable in this study is the change in the composition of the aluminum-magnesium alloy material with a composition of 98% alloy Al-Mg 2%, 96% Al-4% Mg and Al-Mg 94% 6% for the acoustic characteristics and then tested using the impedance tube. From the research that has been done can be concluded that the value of the high transmission loss found in alloy Al-98% Mg 2% at a frequency of 1500 Hz is 45.0191 dB. Value of the low-loss transmission contained in the alloy Al-Mg 94% 6% at a frequency of 125 Hz is 20.7008 dB. Frequency value of the best in the insulation material of Al-Mg alloys for each composition is at a frequency of 1500 Hz at a frequency which is obtained maximum value of transmission loss. Al-Mg alloy composition is best for sound proofing obtained on the composition of Al-98% Mg 2% with a value of 35.8714 dB STC. The greater the value of the STC, the better the material's ability to sound proofing.
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulilah saya ucapkan Kehadirat Allah SWT yang telah memberikan nikmat kesehatan dan kesempatan sehingga tugas sarjana ini dapat selesai. Tugas sarjana yang berjudul “Kajian Eksperimental Pengukuran Transmission Loss dari Paduan Aluminium-Magnesium Menggunakan Metode Impedance Tube” ini dimaksudkan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan Sarjana Teknik Mesin Program Reguler di Departemen Teknik Mesin – Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Selama pembuatan tugas sarjana ini dimulai dari penelitian sampai penulisan, saya banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini saya ingin menyampaikan ucapan terimakasih kepada :
1. Kedua orangtuaku, Ayahanda Ir. Djafrinialdi dan Ibunda Lailan Safina yang
telah memberikan perhatian, do’a, nasehat dan dukungan baik moril maupun
materil, juga abangku Fuad Affiz dan adikku Fandy Ahmad yang terus menerus memberikan masukan selama pembuatan tugas sarjana ini.
2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku dosen pembimbing Tugas sarjana yang telah banyak membantu menyumbang pikiran dan meluangkan waktunya dalam memberikan bimbingan dalam menyelesaikan tugas sarjana ini.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku ketua Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi di Departemen Teknik Mesin, Ibu Ismawati, Kak Sonta, Bapak Syawal, Bang Sarjana, dan Bang Lilik yang telah banyak membantu dan memberikan ilmu selama perkuliahan.
6. Amalia Ulfah (alm) yang telah memberikan kasih sayang dan semangatnya untuk selalu berjuang menyelesaikan skripsi ini.
7. Seluruh teman – teman stambuk 2008, Ikram, Dika, Indra, Maragi, Madan, Madun dan yang lainnya yang namanya tidak dapat saya sebutkan satu persatu yang telah banyak memberikan bantuan baik selama perkuliahan maupun dalam pembuatan tugas sarjana ini.
Saya menyadari bahwa tugas sarjana ini masih jauh dari sempurna. Oleh sebab itu, saran dan kritik dari pembaca sekalian sangat diharapkan demi kesempurnaan skrispi ini. Semoga tugas sarjana ini bermanfaat dan berguna bagi semua pihak.
Medan, Maret 2013
DAFTAR ISI
2.3 Teknik Pengendalian Kebisingan ... 18
2.4 Material Akustik ... 19
2.5.1 Koefisien Absorbsi ... 23
2.8 Paduan Aluminium-Magnesium ... 43
2.9 Aplikasi Paduan Aluminium-Magnesium ... 47
2.9.1 Aplikasi Otomotif ... 47
2.9.2 Aplikasi Pesawat Terbang ... 49
2.9.3 Aplikasi Kapal ... 49
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 51
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 51
3.5 Teknik Pengukuran, Pengolahan dan Analisa Data ... 61
4.1.5 Pengukuran Pada Frekuensi 1500 Hz... 72
4.1.6 Pengukuran Pada Frekuensi 2000 Hz... 74
4.2 Hasil Pengujian Paduan Al 96%–Mg 4% ... 76
4.2.1 Pengukuran Pada Frekuensi 125 Hz... 76
4.2.2 Pengukuran Pada Frekuensi 250 Hz... 78
4.2.3 Pengukuran Pada Frekuensi 500 Hz... 79
4.2.4 Pengukuran Pada Frekuensi 1000 Hz... 80
4.2.5 Pengukuran Pada Frekuensi 1500 Hz... 82
4.2.6 Pengukuran Pada Frekuensi 2000 Hz... 83
4.3 Hasil Pengujian Paduan Al 94%–Mg 6% ... 85
4.3.1 Pengukuran Pada Frekuensi 125 Hz... 85
4.3.2 Pengukuran Pada Frekuensi 250 Hz... 87
4.3.3 Pengukuran Pada Frekuensi 500 Hz... 88
4.3.4 Pengukuran Pada Frekuensi 1000 Hz... 89
4.3.5 Pengukuran Pada Frekuensi 1500 Hz... 91
4.3.6 Pengukuran Pada Frekuensi 2000 Hz... 92
4.4 Pembahasan ... 94
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 97
5.1 Kesimpulan ... 97
5.2 Saran ... 97
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Gelombang transversal ... 8
Gambar 2.2 Gelombang longitudinal ... 8
Gambar 2.3 Gelombang sinusoida dengan berbagai macam frekuensi ... 11
Gambar 2.4 Fenomena absorpsi suara oleh suatu permukaan bahan ... 22
Gambar 2.5 Proses terjadinya koefisien serap bunyi. ... 24
Gambar 2.6 Proses terjadinya transmission loss pada material akustik... 26
Gambar 2.7 Tabung impedansi untuk pengukuran transmission loss... 28
Gambar 2.8 Diagram fasa perubahan mikrostruktur paduan Al-Cu ... 37
Gambar 2.9 Diagram fasa paduan Al-Mg ... 39
Gambar 2.10 Diagram fasa paduan Al-Si ... 40
Gambar 2.11 Diagram fasa paduan Al-Cu ... 40
Gambar 2.12 Diagram fasa magnesium ... 42
Gambar 2.13 Diagram fasa paduan Al-Mg ... 44
Gambar 2.14 Struktur bodi mesin berbahan paduan aluminium-magnesium .. 49
Gambar 3.1 Laptop... 51
Gambar 3.7 Dimensi spesimen Al-Mg... 55
Gambar 3.8 Spesimen Al-Mg: (1) Paduan Al 98%-Mg 2%, (2) Paduan Al 96%- Mg 4%, (3) Paduan Al 94%-Mg 6% ... 56
Gambar 3.9 Foto mikro 200× pembesaran: (1) Paduan Al 98%-Mg 2%, (2) Paduan Al 96%-Mg 4%, (3) Paduan Al 94%-Mg 6% ... 57
Gambar 3.10 Skema alat uji tabung impedansi ... 57
Gambar 3.11 Set Up peralatan pengujian ... 58
Gambar 3.12 Posisi spesimen uji dalam tabung impedansi ... 58
Gambar 3.13 Susunan channel pada Pre-Amp Mic ... 59
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Roadmap penelitian ... 3
Tabel 2.1 Cepat rambat bunyi pada beberapa medium ... 13
Tabel 2.2 Cepat rambat bunyi di udara pada berbagai suhu ... 13
Tabel 2.3 Tingkat kebisingan rata-rata diukur pada beberapa jarak ... 15
Tabel 2.4 Tingkat kebisingan yang dizinkan oleh Walsh-Healey Public Contracts ... 18
Tabel 2.5 Nilai fasa aluminium-magnesium... ... 45
Tabel 2.6 Batas komposisi paduan Aluminium-Magnesium (%) ... 45
Tabel 2.7 Acoustic properties aluminium dan magnesium ... 46
Tabel 3.1 Spesifikasi tabung impedansi ... 55
Tabel 3.2 Sifat mekanis spesimen aluminium-magnesium ... 56
Tabel 3.3 Data pengamatan ... 62
Tabel 3.4 Transmission loss kayu referensi ... 62
Tabel 3.5 Transmission loss kayu hasil pengukuran dengan tebal 10 mm ... 62
Tabel 3.6 Galat transmission loss ... 63
Tabel 4.1 Tabel transmission loss paduan Al 98%-Mg 2% ... 75
Tabel 4.2 Tabel transmission loss paduan Al 96%-Mg 4% ... 84
Tabel 4.3 Tabel transmission loss paduan Al 94%-Mg 6% ... 93
DAFTAR SIMBOL
Simbol Arti Satuan
A Luas penampang m2
f Frekuensi Hz
I Intensitas bunyi W/m2
Tekanan Pa
T Waktu s
v
Cepat rambat bunyi m/sW
Daya WattHuruf Yunani
Simbol Arti Satuan
α Koefisien absorbsi -
λ
Panjang gelombang mABSTRAK
Salah satu upaya yang dapat dilakukan untuk mereduksi bising adalah dengan penggunaan material akustik yang bersifat menyerap atau meredam bunyi sehingga bising yang terjadi dapat direduksi. Tujuan utama penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik dasar mengenai transmission loss material akustik dari paduan aluminium-magnesium. Variabel dalam penelitian ini adalah perubahan komposisi material paduan aluminum-magnesium dengan komposisi paduan Al 98%-Mg 2%, Al 96%-Mg 4% dan Al 94%-Mg 6% untuk kemudian diuji karakteristik akustiknya dengan menggunakan metode impedance tube. Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa nilai transmission loss yang paling tinggi terdapat pada paduan Al 98%-Mg 2% pada frekuensi 1500 Hz yaitu 45.0191 dB. Nilai transmission loss yang paling rendah terdapat pada paduan Al 94%-Mg 6% pada frekuensi 125 Hz yaitu 20.7008 dB. Nilai frekuensi yang terbaik di insulasi material paduan Al-Mg untuk masing-masing komposisi adalah pada frekuensi 1500 Hz dimana pada frekuensi tersebut didapat nilai transmission loss maksimum. Komposisi paduan Al-Mg yang paling baik untuk menginsulasi suara didapat pada komposisi Al 98%-Mg 2% dengan nilai STC sebesar 35.8714 dB.
ABSTRACT
One effort that can be done to reduce the noise is to use material that is absorbing acoustic or muffle the sound so loud that occur can be reduced. The main objective of this study was to determine the basic characteristics of the transmission loss of acoustic material aluminum-magnesium alloy. The variable in this study is the change in the composition of the aluminum-magnesium alloy material with a composition of 98% alloy Al-Mg 2%, 96% Al-4% Mg and Al-Mg 94% 6% for the acoustic characteristics and then tested using the impedance tube. From the research that has been done can be concluded that the value of the high transmission loss found in alloy Al-98% Mg 2% at a frequency of 1500 Hz is 45.0191 dB. Value of the low-loss transmission contained in the alloy Al-Mg 94% 6% at a frequency of 125 Hz is 20.7008 dB. Frequency value of the best in the insulation material of Al-Mg alloys for each composition is at a frequency of 1500 Hz at a frequency which is obtained maximum value of transmission loss. Al-Mg alloy composition is best for sound proofing obtained on the composition of Al-98% Mg 2% with a value of 35.8714 dB STC. The greater the value of the STC, the better the material's ability to sound proofing.
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Seiring dengan berkembangnya teknologi, kebisingan merupakan salah satu masalah yang sangat penting untuk diatasi, karena jelas mengganggu aktivitas maupun kesehatan pada manusia. Salah satu cara untuk mencegah perambatan/radiasi kebisingan pada komponen/struktur mesin, ruangan/bangunan serta dalam kebisingan industri, ialah dengan penggunaan material akustik yang bersifat menyerap atau meredam bunyi sehingga bising yang terjadi dapat direduksi.
Aluminium merupakan logam non-ferrous yang paling banyak digunakan di dunia, dengan pemakaian tahunan sekitar 24 juta ton. Aluminium dengan densitas 2.7 g/cm3 sekitar sepertiga dari densitas baja (8.83 g/cm3), tembaga (8.93 g/cm3), atau kuningan (8.53 g/cm3), mempunyai sifat yang unik, yaitu: ringan, kuat, dan tahan terhadap korosi pada lingkungan luas termasuk udara, air (termasuk air garam), petrokimia, dan beberapa sistem kimia.
dengan istilah aluminium alloy merupakan jenis aluminium yang digunakan cukup besar saat ini.
Faktor yang penting dalam memilih aluminium (Al) dan paduaannya adalah kekuatan tinggi untuk rasio berat, ketahanan terhadap korosi oleh banyak bahan kimia, konduktivitas termal dan listrik yang tinggi, penampilan, dan kemudahan formability (mampu bentuk) dan machinability (mampu mesin). Magnesium (Mg)
adalah logam teknik ringan yang ada, dan memiliki karakteristik meredam getaran yang baik. Paduan ini digunakan dalam aplikasi struktural dan non-struktural dimana berat sangat diutamakan. Magnesium juga merupakan unsur paduan dalam berbagai jenis logam non-ferrous. Hasil paduan dari kedua unsur ini lebih ringan dibandingkan dengan besi atau baja, ketahanan korosi yang baik, mengurangi kebisingan (low noise) dan mampu mesin yang baik. Paduan aluminium-magnesium banyak digunakan untuk konstruksi bangunan, transportasi (pesawat dan aplikasi ruang angkasa, bus, mobil, gerbong kereta api, dan kapal laut), dan penciptaan mesin yang digunakan dalam manufaktur.
mengenai aluminium-magnesium tersebut. Penambahan kadar magnesium diyakini akan menambah serap bunyi material karena magnesium merupakan logam yang memiliki koefisien serap bunyi paling baik diantara logam-logam lainnya namun dikhawatirkan akan menurunkan kemampuannya dalam menginsulasi suara, dalam hal ini adalah nilai transmission loss nya.
Studi tentang material komposit untuk penanggulangan kebisingan telah beberapa kali dilakukan di Departemen Teknik Mesin USU, namun untuk studi tentang transmission loss paduan aluminium-magnesium belum pernah dilakukan sebelumnya. Kegiatan penilitian tentang pemanfaatan material komposit untuk penanggulangan kebisingan yang dilakukan di Departemen Teknik Mesin USU seperti terlihat pada tabel 1.1.
Tabel 1.1 Roadmap penelitian
NO NAMA PENELITI JUDUL PENELITIAN PROSES
1 Khairul Suhada
Kajian koefisien absorpsi bunyi dari material komposit serat gergajian batang sawit dan gypsum sebagai material penyerap suara menggunakan metode impedance tube.
Selesai Juli 2010
2 Raja Naposo Harahap
Kajian eksperimental karakteristik material akustik dari campuran serat batang kelapa sawit dan
polyurethane dengan metode
impedance tube.
Selesai Mei 2010
3 Muhammad Syahreza
Pengaruh penambahan kadar magnesium pada aluminium terhadap kekuatan tarik dan struktur mikro
Selesai Maret
2012
4 Henryandus Sitio
Pengaruh penambahan kadar magnesium pada aluminium terhadap kekerasan dan porositas.
Selesai Maret
2012
5 Palvis Syafri
Pengaruh kadar magnesium terhadap ketangguhan aluminium alloy foam yang menggunakan CaCO3 sebagai blowing agent dengan uji impak dan foto mikro.
Selesai September
Sambungan Tabel 1.1 Roadmap penelitian
NO NAMA PENELITI JUDUL PENELITIAN PROSES
6 Fadly A. Kurniawan
Pembuatan dan pengujian prototype propeller pesawat tanpa awak menggunakan paduan aluminium-magnesium.
Proses
7 Felix Asade
Perancangan tabung impedansi dan kajian eksperimental koefisien serap bunyi paduan aluminium- magnesium.
Proses
8 Fahrul Rozzy
Kajian eksperimental pengukuran transmission loss dari paduan aluminium-magnesium
menggunakan metode impedance tube.
Proses
1.2 Perumusan Masalah
Permasalahan yang akan menjadi pokok bahasan dalam penelitian ini adalah melakukan pengujian nilai transmission loss terhadap material aluminium-magnesium dengan menggunakan metode impedance tube serta menganalisa sejauh mana pengaruh hubungan penambahan kadar magnesium pada aluminium terhadap kemampuan material dalam menginsulasi suara.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah:
1. Menganalisa pengaruh penambahan kadar magnesium terhadap nilai transmission loss dari material paduan aluminium-magnesium.
2. Mengetahui harga frekuensi yang paling baik di insulasi material ini. 3. Mengetahui komposisi paduan Al-Mg yang paling baik sebagai
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah:
1. Pemanfaatan aluminium-magnesium sebagai low noise material.
2. Menjadikan material ini sebagai salah satu pertimbangan dalam menanggulangi kebisingan.
1.5 Batasan Masalah
Dalam penelitian ini penulis membatasi masalah mulai dari spesimen uji yang digunakan hingga melakukan tahapan pengujian dan kemudian menganalisa karakteristik akustiknya. Pembatasan masalah tersebut meliputi:
1. Spesimen uji yang digunakan yaitu aluminium-magnesium dengan komposisi Al 98%-Mg 2%, Al 96%-Mg 4% dan Al 94%-Mg 6% yang telah dibuat dari penelitian sebelumnya dan telah diuji sifat mekanik dari material tersebut.
2. Melakukan pengujian transmission loss dengan metode impedance tube mengacu pada standar ASTM E2611-09.
1.6 Sistematika Penulisan
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Teori Gelombang dan Bunyi
Pada bagian ini akan diberikan beberapa definisi dan pengertian dasar mengenai gelombang dan bunyi serta hal-hal yang berkaitan dengan teori ini.
2.1.1 Pengertian Gelombang
Gelombang adalah suatu getaran, gangguan atau energi yang merambat. Dalam hal ini yang merambat adalah getarannya, bukan medium perantaranya. Satu gelombang terdiri dari satu lembah dan satu bukit (untuk gelombang transversal) atau satu renggangan dan satu rapatan (untuk gelombang longitudinal). Besaran-besaran yang digunakan untuk mendiskripsikan gelombang
antara lain panjang gelombang (λ) adalah jarak antara dua puncak yang berurutan,
frekuensi (ƒ) adalah banyaknya gelombang yang melewati suatu titik tiap satuan
waktu, periode (T) adalah waktu yang diperlukan oleh gelombang melewati suatu titik, amplitudo (A) adalah simpangan maksimum dari titik setimbang, kecepatan gelombang (v) adalah kecepatan dimana puncak gelombang (atau bagian lain dari gelombang) bergerak.
2.1.2 Jenis-Jenis Gelombang
Berdasarkan arah getarnya gelombang dikelompokkan menjadi: a. Gelombang transversal
Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getarnya tegak lurus terhadap arah rambatannya. Satu gelombang terdiri dari satu lembah dan satu bukit. Contoh gelombang transversal dapat dilihat pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Gelombang transversal.
(Sumber: http://fisikagelombang.blogspot.com/2010/02/gelombang-transversal_6154.html)
b. Gelombang longitudinal
Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarnya sejajar atau berimpit dengan arah rambatannya. Gelombang yang terjadi berupa rapatan dan renggangan. Contoh gelombang longitudinal dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Gelombang longitudinal.
2.1.3 Pengertian Bunyi
Bunyi, secara harafiah dapat diartikan sebagai sesuatu yang kita dengar. Bunyi merupakan hasil getaran dari partikel-partikel yang berada di udara dan energi yang terkandung dalam bunyi dapat meningkat secara cepat dan dapat menempuh jarak yang sangat jauh (Egan, 1972).
Defenisi sejenis juga dikemukakan oleh Bruel & Kjaer (1986) yang menyatakan bahwa bunyi diidentikkan sebagai pergerakan gelombang di udara yang terjadi bila sumber bunyi mengubah partikel terdekat dari posisi diam menjadi partikel yang bergerak.
Secara lebih mendetail, Doelle (1972) menyatakan bahwa bunyi mempunyai dua defenisi, yaitu:
1. Secara fisis, bunyi adalah penyimpangan tekanan, pergeseran partikel dalam medium elastik seperti udara. Definisi ini dikenal sebagai bunyi objektif.
2. Secara fisiologis, bunyi adalah sensasi pendengaran yang disebabkan penyimpangan fisis yang digambarkan pada bagian atas. Hal ini disebut sebagai bunyi subjektif.
Gelombang bunyi adalah gelombang yang dirambatkan sebagai gelombang mekanik longitudinal yang dapat menjalar dalam medium padat, cair dan gas. Medium gelombang bunyi ini adalah molekul yang membentuk bahan medium mekanik ini (Sutrisno, 1988). Gelombang bunyi ini merupakan vibrasi/getaran molekul-molekul zat dan saling beradu satu sama lain namun demikian zat tersebut terkoordinasi menghasilkan gelombang serta mentransmisikan energi bahkan tidak pernah terjadi perpindahan partikel.
2.1.4 Sifat-Sifat Bunyi
Pengertian mengenai sifat-sifat dasar fisik bunyi merupakan suatu hal yang sangat penting untuk diketahui dalam mengembangkan suatu pendekatan secara sistematis terhadap masalah kontrol kebisingan. Bunyi mempunyai beberapa sifat seperti: asal dan perambatan bunyi, frekuensi bunyi, cepat rambat bunyi, panjang gelombang, intensitas, kecepatan partikel dan lain-lainya sebagai berikut.
2.1.4.1Asal dan perambatan bunyi
Semua benda yang dapat bergetar mempunyai kecenderungan untuk menghasilkan bunyi. Bila ditinjau dari arah getarnya, bunyi termasuk gelombang longitudinal dan bila dilihat dari medium perambatannya, bunyi termasuk gelombang mekanik.
2.1.4.2Frekuensi bunyi
dalam selang waktu yang diberikan. Untuk memperhitungkan frekuensi, seseorang menetapkan jarak waktu, menghitung jumlah kejadian peristiwa, dan membagi hitungan ini dengan panjang jarak waktu. Hasil perhitungan ini dinyatakan dalam satuan hertz (Hz) yaitu nama pakar fisika Jerman Heinrich Rudolf Hertz yang menemukan fenomena ini pertama kali.
Frekuensi yang dapat didengar oleh Manusia berkisar 20 sampai 20.000 Hz dan jangkauan frekuensi ini dapat mengalami penurunan pada batas atas rentang frekuensi sejalan dengan bertambahnya umur manusia. Jangkauan frekuensi audio manusia akan berbeda jika umur manusia juga berbeda. Besarnya frekuensi ditentukan dengan rumus:
f = ………...(2.1)
dimana:
f = Frekuensi (Hz)
T = Waktu (detik)
Gelombang dengan berbagai macam frekuensi yang terbentuk pada gelombang sinusoida dapat ditunjukkan pada gambar 2.3.
Sedangkan periode adalah banyaknya waktu per banyaknya getaran, sehingga periode berbanding terbalik dengan frekuensi. Besarnya dapat ditentukan dengan rumus:
T =
………
....(2.2)dimana:
f = Frekuensi (Hz) T = Periode (detik)
2.1.4.3Cepat rambat bunyi
Cepat rambat bunyi di udara lebih kecil daripada cepat rambat cahaya di udara. Hal ini dapat dibuktikan, ketika musim hujan kita dapat melihat kilat terlebih dahulu baru kemudian terdengar bunyi geledek. Karena bunyi juga termasuk gelombang, maka cepat rambat bunyi juga memenuhi persamaan cepat rambat gelombang. Jika bunyi menempuh jarak (s) dalam selang waktu (t), maka persamaan cepat rambat bunyi adalah:
v =
...
………...(2.3)Hubungan antara cepat rambat bunyi (v), frekuensi (f) dan panjang
gelombang (
λ
) adalah:v = f
λ
………....(2.4)dimana:
v = Cepat rambat bunyi (m/s)
λ
= Panjang gelombang (m)Cepat rambat bunyi tergantung pada jenis medium perantara dan suhu medium seperti terlihat pada tabel 2.1.
Tabel 2.1 Cepat rambat bunyi pada beberapa medium.
No. Nama Medium Perantara Cepat Bunyi (m/s)
1. Gas Karbon (C) 267
Tabel 2.2 Cepat rambat bunyi di udara pada berbagai suhu.
No. Suhu (oC) Cepat Bunyi (m/s) cepat karena partikel udara lebih banyak. Kecepatan perambatan bunyi di dalam zat padat, zat cair dan gas dirumuskan sebagai berikut:
a. Kecepatan perambatan bunyi di dalam zat padat
b. Kecepatan perambatan bunyi didalam zat cair
B =
=
………...(2.6)
v =
√
……….(2.7)c. Kecepatan perambatan bunyi didalam gas
v =
√
...(2.8)2.1.4.4Panjang Gelombang
Panjang suatu gelombang bunyi dapat didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh oleh perambatan bunyi selama tiap siklus. Hubungan antara panjang gelombang, frekuensi, dan cepat rambat bunyi dapat ditulis sebagai berikut:
λ
= ...(2.9)dimana:
λ = Panjang gelombang bunyi (m) c = Cepat rambat bunyi (m/s)
f = Frekuensi (Hz)
2.1.4.5Intensitas Bunyi
melewati satu-satuan luasan yang tegak lurus arah tersebut di titik bersangkutan. Untuk tujuan praktis dalam dalam pengendalian kebisingan lingkungan, tingkat tekanan bunyi sama dengan tingkat intensitas bunyi (Doelle, 1972). Intesitas bunyi pada tiap titik dari sumber dinyatakan dengan:
I = ...(2.10)
dimana:
I = Intensitas bunyi (W/m2) W = Daya akustik (Watt)
A = Luas area yang ditembus tegak lurus oleh gelombang bunyi (m2) Ambang batas pendengaran manusia, yaitu nilai minimum intensitas daya bunyi yang dapat dideteksi telinga manusia, adalah 10-6 W/cm2. Tingkat tekanan bunyi beberapa macam bising dan bunyi tertentu ditunjukkan dalam tabel 2.3.
Tabel 2.3 Tingkat kebisingan rata-rata diukur pada beberapa jarak.
Sumber Kebisingan Tingkat Kebisingan, dB
Detik arloji Halaman tenang Kantor
Pembicaraan normal, 1m Mobil di lalu lintas kota, 7m Industri
Ruang teletype surat kabar Motor tempel 10 HP, 17m Jet lepas landas, 1100m (Sumber: Hemond Jr, Conrad J, 1983)
2.1.4.6Kecepatan Partikel
permukaan luar sumber bunyi. Hal ini akan menyebabkan bergeraknya partikel-partikel di sekitar radiasi bunyi yang disebut dengan kecepatan partikel-partikel pada persamaan.
V =
...(2.11)
dimana:
V = Kecepatan partikel (m/s) = Tekanan (Pa)
ρ = Massa jenis bahan (Kg/m3) c = cepat rambat bunyi (m/s)
2.1.4.7Titinada
Sifat sensasi pendengaran yang memungkinkan kita menyusun bunyi dalam suatu skala yang berkisar dari frekuensi rendah ke tinggi disebut dengan titinada. Secara subjektif fisiologis, titinada sama dengan frekuensi. Titinada terutama tergantung pada frekuensi bunyi perangsang, makin tinggi frekuensinya, makin tinggi pula titinadanya.
2.1.4.8Warna Nada
bunyi yang ditandai oleh lebih dari satu frekuensi. Frekuensi terendah yang berada dalam suatu nada kompleks disebut nada dasar, sedangkan komponen-komponen dengan frekuensi lebih tinggi disebut nada atas atau parsial.
2.1.4.9Kekerasan Bunyi
Kekerasan bunyi adalah sifat sensasi pendengaran yang subjektif dan dalam besaran kekerasan ini, bunyi dapat disusun pada skala yang berkisar dari lemah sampai keras. Kekerasan adalah tanggapan subyektif terhadap tekanan 20 bunyi dan intensitas bunyi. Phon adalah satuan tingkat kekerasan bunyi, yang dibentuk oleh suatu percobaan psikologis yang sangat luas. Skala phon ikut memperhatikan kepekaan telinga yang berbeda terhadap bunyi dengan frekuensi yang berbeda.
2.2 Pengaruh Kebisingan
Tabel 2.4 memperlihatkan batasan tingkat kebisingan pada industri yang dizinkan oleh Walsh-Healey Public Contracts, yang jika dilampaui harus dilakukan tindakan proteksi terhadap pekerja.
Tabel 2.4 Tingkat kebisingan yang dizinkan oleh Walsh-Healey Public Contracts. Durasi, perhari (Sumber: Hemond Jr, Conrad J, 1983)
2.3 Teknik Pengendalian Kebisingan
Pengendalian kebisingan merupakan tindakan penurunan/pengurangan kebisingan di sumber-sumber kebisingan, mengontrol jalannya kebisingan dan perlindungan terhadap pendengar, jika tingkat kebisingan sudah melewati batas yang diizinkan. Penurunan kebisingan dengan metoda aplikasi akustik pada permesinan sejak tahap desain merupakan hal yang paling efektif mengingat besarnya biaya yang harus dikeluarkan dan persoalan pengendalian kebisingan bersifat multi dimensi atau lintas ilmu.
Untuk mendapatkan suatu rancangan material akustik, komponen mesin maupun ruangan yang bersifat low noise design, ada hal-hal tertentu yang harus dilakukan, salah satunya adalah identifikasi. Source atau Noise Generation
Mechanism (NGM) harus diketahui, bersifat apakah NGM-nya, apakah air borne,
solid borne, ataupun fluid borne. Identifikasi ini mencakup sumber, propagasi dan
mengidentifikasi sumber-sumber kebisingan suatu sistem haruslah diketahui komponen-komponen mana saja yang bersifat aktif maupun pasif. Dalam arti mana saja yang memiliki NGM dan yang tidak memiliki NGM. Indentifikasi propagasi atau jalannya rambatan bunyi mencakup komponen mana saja yang berpotensial meneruskan dan yang merefleksikan kembali dalam satu material. Dengan demikian, dapat diketahui karakteristik atau perilaku rambatan. Identifikasi radiasi sangat tergantung dari bentuk geometri dari stuktur mesin atau komponen. Bagian/area mana saja yang berpotensial dan bersfat dominan. Radiasi juga dipengaruhi oleh situasi sekitar objek yang menjadi permasalahan, seperti tipe medan bunyi, ruang terbuka atau tertutup dan emisi dari mesin-mesin yang berdekatan.
2.4 Material Akustik
Peredam suara merupakan suatu hal penting didalam desain akustik, dan dapat diklasifikasikan menjadi 4 bagian yaitu: (1) Material berpori (porous materials), (2) Membran penyerap (panel absorbers), (3) Rongga penyerap (cavity resonators), dan (4) Manusia dan furnitur.
1. Material berpori (porous material), seperti bahan akustik yang umum digunakan, yaitu mineral wool, plester akustik, sama seperti karpet dan bahan gorden, yang dikarakterisasi dengan cara membuat rajutan yang saling mengait sehingga membentuk pori yang berpola. Pada saluran dan rongga yang sempit dan saling merekat inilah terjadi perubahan energi, dari energi suara menjadi energi vibrasi, kalor atau perubahan momentum. Daya penyerapan atau peredaman dari suatu jenis material adalah fungsi dari frekuensi. Penyerapan relatif rendah pada frekuensi rendah dan meningkat terhadap ketebalan material. Absorpsivitas frekuensi rendah dapat ditingkatkan dengan cara melapisi material sehingga menambah ketebalannya. Mengecat plaster dan tile, secara varial akan menghasilkan efektivitas reduksi yang cukup besar.
2. Membran penyerap (panel absorber): lembar bahan solid (tidak porus) yang dipasang dengan lapisan udara dibagian belakangnya (air space backing).Bergetarnya panil ketika menerima energi suara serta transfer
kosong antara ruang panil dan dinding akan lebih jauh meningkatkan efisiensi dari penyerapan frekuensi rendah.
3. Rongga penyerap (cavity resonator), rongga udara dengan volume tertentu dapat dirancang berdasarkan efek resonator Helmholzt. Efek osilasi udara pada bagian leher (neck) yang terhubung dengan volume udara dalam rongga ketika menerima energi suara menghasilkan efek penyerapan suara, menyerap energi suara paling efisien pada pita frekuensi yang sempit di dekat sumber gaungnya. Peredam jenis ini biasanya dalam bentuk elemen tunggal, seperti blok beton standar dengan rongga yang ditempatkan didalamnya; bentuk lain terdiri dari panel yang berlubang-lubang dan kisi-kisi kayu dengan selimut absorbsi diantaranya. Selain memberikan nilai estetika arsitektur, sistem yang baru saja dijelaskan (bentuk kedua) memberikan absorbsi yang berguna untuk rentang frekuensi yang lebih lebar daripada kemungkinan yang diberikan oleh elemen tunggal berongga (struktur sandwich).
juga dapat memungkinkan untuk merancang sebuah ruangan dimana karakteristik gaungnya dapat diubah dengan cara menggeser atau merubah posisi panil dimana posisi permukaan berpengaruh terhadap sifat peredaman yang berbeda. Selama waktu gaung optimum bergantung terhadap fungsi ruangan, dengan cara ini dapat dimungkinkan untuk merancang sebuah ruangan serba guna (multipurpose rooms). Bagaimanapun, cara seperti ini akan lebih efektif untuk menekan biaya dan memberikan solusi yang fleksibel, khususnya di dalam ruangan yang besar.
2.5 Sifat Akustik
Kata akustik berasal dari bahasa Yunani yaitu akoustikos, yang artinya segala sesuatu yang bersangkutan dengan pendengaran pada suatu kondisi ruang yang dapat mempengaruhi mutu bunyi (Suptandar, 2004). Fenomena absorpsi suara seperti terlihat pada gambar 2.4.
Gambar 2.4 Fenomena absorpsi suara oleh suatu permukaan bahan. (Sumber : FTI ITB 2010)
(reflected), diserap (absorb), dan diteruskan (transmitted) atau dengan ditransmisikan oleh bahan tersebut (Ruijgrok, 1993). Medium gelombang bunyi dapat berupa zat padat, cair, ataupun gas. Frekuensi gelombang bunyi dapat diterima manusia berkisar antara 20 Hz sampai dengan 20 kHz, atau dinamakan sebagai jangkauan yang dapat didengar (audible range) (Young dan Freedman ,2003).
Berdasarkan penelitian Martiandi (2010), karakteristik panel akustik komposit kayu afrika dapat digunakan sebagai panel absorbsi untuk frekuensi tinggi. Tsoumis (1991) menyatakan bahwa bunyi yang dihasilkan mempunyai nada rendah atau tinggi bergantung pada frekuensi dan dipengaruhi oleh dimensi, kerapatan, dan elastisitas bunyi yang dihasilkan dari nada yang lebih tinggi.
Ketika gelombang bunyi yang dihasilkan oleh sumber lain yang menjangkau kayu, sebagian dari energi akustiknya dipantulkan dan sebagian masuk ke dalam kayu. Suara atau bunyi biasanya merambat melalui udara, suara atau bunyi tidak dapat merambat melalui ruang hampa.
2.5.1 Koefisien Absorbsi
Menurut Jailani (2004) penyerapan suara (sound absorption) merupakan perubahan energi dari energi suara menjadi energi panas atau kalor.
Kualitas dari bahan peredam suara ditunjukkan dengan harga α (koefisien
penyerapan bahan terhadap bunyi), semakin besar α maka semakin baik
digunakan sebagai peredam suara. Nilai α berkisar dari 0 sampai 1. Jika α bernilai
0, artinya tidak ada bunyi yang diserap sedangkan jika α bernilai 1, artinya 100%
yang dipantulkan, diserap, atau diteruskan bergantung pada jenis dan sifat dari bahan atau material tersebut. Pada umumnya bahan yang berpori (porous material) akan menyerap energi suara yang lebih besar dibandingkan dengan jenis
bahan lainnya. Adanya pori-pori menyebabkan gelombang suara dapat masuk kedalam material tersebut. Energi suara yang diserap oleh bahan akan dikonversikan menjadi bentuk energi lainnya, pada umumnya diubah ke energi kalor (Wirajaya, 2007).
Perbandingan antara energi suara yang diserap oleh suatu bahan dengan energi suara yang datang pada permukaan bahan tersebut didefinisikan sebagai
koefisien penyerap suara atau koefisien absorbsi (α)
Energy Incident
Energy Absorbed
...(2.12) Perbandingan antara suara yang diserap dengan suara yang datang bisa dilihat pada gambar 2.5.
Gambar 2.5 Proses terjadinya koefisien serap bunyi. (Sumber: http://vokuz.com/peredam-suara/)
absorbsi suara normal, serta pengukuran dengan ruang dengung (reverberation room) yang dapat mengukur koefisien absorbsi suara sabine (Wirajaya, 2007).
2.5.2 Transmission Loss
Transmission loss adalah kemampuan suatu bahan untuk mereduksi suara.
Nilainya biasa disebut dengan decibel (dB). Semakin tinggi nilai Transmission Loss (TL), semakin bagus bahan tersebut dalam mereduksi suara (Bpanelcom
,2009). Sound Transmission Class (STC) adalah kemampuan rata-rata transmission loss suatu bahan dalam mereduksi suara dari berbagai frekuensi.
Semakin tinggi nilai STC, semakin bagus bahan tersebut dalam mereduksi suara (Bpanelcom, 2009). Untuk memudahkan dalam menentukan besamya penyekatan suara maka didefinisikan suatu besaran angka tunggal sound transmission class yang dilakukan dari pengukuran TL dengan filter 1/3 oktaf pada rentang frekuensi 125 Hz s.d. 4000 Hz. Nilai STC ditetapkan berdasarkan baku mutu ASTM E 413 tentang Classification for Rating Sound Insulation yang dikeluarkan oleh American Society for Testing and Materials (ASTM).
Deskripsi dari nilai STC adalah sebagai berikut (Bpanelcom, 2009): 50 – 60 Sangat bagus sekali, suara keras terdengar lemah/tidak sama sekali 40 – 50 Sangat bagus, suara terdengar lemah
35 – 40 Bagus, suara keras terdengar tetapi harus lebih didengarkan 30 – 35 Cukup, suara keras cukup terdengar
Untuk mengetahui harga dari transmission loss tersebut, ada beberapa metode pengukuran yang dapat dilakukan yaitu:
1. Metode Reverberation Room
Dalam metode tes ini, transmission loss didefinisikan sebagai perbedaan antara tingkat tekanan suara rata-rata dari ruang sumber bunyi dan ruang penerima. Proses terjadinya transmission loss pada material akustik seperti terlihat pada gambar 2.6.
Gambar 2.6 Proses terjadinya transmission loss pada material akustik. (Sumber:
http://archive.nrc-cnrc.gc.ca/eng/facilities/irc/floor-transmission/airborne-sound-transmission.html)
Secara matematis reduksi bising dinyatakan dalam persamaan berikut:
NR = L1 – L2 ...(2.13)
dimana:
NR = Reduksi bising (dB)
L1 = Tingkat tekanan bunyi dalam ruang sumber bunyi (dB) L2 = Tingkat tekanan bunyi dalam ruang penerima (dB)
TL = NR + 10 log ...(2.14)
dimana:
TL = Transmission Loss (dB) NR = Noise Reduction ( dB)
S = Luas permukaan antara ruang sumber bunyi dengan ruang penerima (m2)
A2 = Penyerapan total ruang penerima (sabin.m2) = S1.α1 + Sβ.αβ . . . + Sn.αn
Pada gambar 2.5 terjadi pengurangan intensitas bunyi, pengurangan ini terjadi karena karakter material akustik merubah energi bunyi menjadi bentuk energi lainnya, apakah melalui proses konduksi, konveksi atau transmitansi. Dengan adanya proses perubahan tersebut, maka yang tersaring dan keluar menjadi energi bunyi lagi hanya sebagian saja. Proses inilah yang dimaksud dengan rugi tranmisi bunyi atau Transmission Loss (TL).
Untuk mengetahui berapa besar intensitas bunyi sebelum dan sesudah melalui partisi atau penghalang dapat dilakukan pengukuran dengan alat
Sound Level Meter (SLM), satuannya dalam decibel (dB). Di dalam
2. Metode Tabung Impedansi
Metode ini menggunakan sebuah tabung dan 4 buah mikropon sebagai sensor penangkap bunyi. Metode pengukuran ini mengacu pada standar ASTM E2611-09. Gambar 2.7 menunjukkan skema diagram tabung impedansi untuk mengukur transmission loss.
Gambar 2.7 Tabung impedansi untuk pengukuran transmission loss. (Sumber: Sung Soo Jung, 2008)
Satu set dari dua mikrofon dipasang di up stream tube dan satu set dari dua mikrofon dipasang di down stream tube sehingga pengukuran dari kedua insiden dan refleksi gelombang dapat dicapai. Tekanan bunyi pada posisi masing-masing mikropon dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut:
...(2.15)
...(2.16)
...(2.17)
...(2.18)
dimana:
A,B,C, dan D = Amplitudo tegangan (Volt) k = Nomor gelombang (m-1)
x2 = Jarak antara sampel dan mikropon 2 (m) x3 = Jarak antara sampel dan mikropon 3 (m) x4 = Jarak antara sampel dan mikropon 4 (m)
Sehingga transfer fungsi akustik kompleks antara keempat mikropon ini dapat dituliskan sebagai berikut:
...(2.19)
...(2.20)
Dan rasio auto-spectrum antara upstream tube dan downstream tube yaitu:
√
⁄
...(2.21)Maka nilai transmission loss nya dapat ditentukan sebagai berikut:
TL = 20 Log
|
|
–
20 Log
| | ...(2.22)dimana:
TL = Transmission Loss (dB) k = Nomor gelombang
s = Selisih antara jarak 2 mikropon, | | = | | H12 = Rasio tekanan bunyi antara mikropon 1 dan 2
H34 = Rasio tekanan bunyi antara mikropon 3 dan 4
2.6. Aluminium
2.6.1 Sejarah Aluminium
Aluminium diambil dari bahasa Latin: alumen, alum. Orang-orang Yunani dan Romawi kuno menggunakan alum sebagai cairan penutup pori-pori dan bahan penajam proses pewarnaan. Pada tahun 1787, Lavoisier menebak bahwa unsur ini adalah oksida logam yang belum ditemukan. Pada tahun 1761, de Morveau mengajukan nama alumine untuk basa alum. Pada tahun 1827, Wohler disebut sebagai ilmuwan yang berhasil mengisolasi logam ini. Pada tahun 1807, Davy memberikan proposal untuk menamakan logam ini aluminum, walau pada akhirnya setuju untuk menggantinya dengan aluminium. Nama yang terakhir ini sama dengan nama banyak unsur lainnya yang berakhir dengan “ium”.
C.M. Hall seorang berkebangsaan Amerika dan Paul Heroult berkebangsaan Prancis, pada tahun 1886 mengolah aluminium dari alumina dengan cara elektrolisa dari garam yang terfusi. Selain itu Karl Josep Bayer seorang ahli kimia berkebangsaan Jerman mengembangkan proses yang dikenal dengan nama proses Bayer untuk mendapat aluminium murni.
alumina dan dielektrosida sehingga terpisah menjadi oksigen dan aluminium murni. Pada setiap 1 kilogram aluminium memerlukan 2 kilogram alumina dan 4 kilogram bauksit, 0,6 kilogram karbon, criolit dan bahan-bahan lainnya. Penggunaan aluminium ini menduduki urutan kedua setelah besi dan baja dan tertinggi pada logam bukan besi untuk kehidupan industi.
Secara historis, pengembangan praktek pengecoran untuk aluminium dan paduannya merupakan prestasi yang relatif baru. Paduan aluminium tidak tersedia dalam jumlah yang substansial untuk pengecoran tujuan hingga lama. Setelah penemuan pada tahun 1886 dari proses elektrolitik pengurangan aluminium oksida oleh Charles Martin Hall di Amerika Serikat dan Paul Heroult di Perancis. Meskipun penemuan Hall disediakan aluminium dengan biaya sangat kecil, nilai penuh dari aluminium sebagai bahan pengecoran tidak didirikan sampai paduan cocok untuk proses pengecoran yang sedang berkembang. Sejak sekitar 1915, kombinasi keadaan-secara bertahap mengurangi biaya, perluasan transportasi udara, pengembangan pengecoran paduan spesifik, sifat yang lebih baik, dan dorongan yang diberikan oleh dua perang duniatelah mengakibatkan penggunaan terus meningkat dari aluminium coran. Aluminium dan magnesium paduan coran, logam ringan, yang membuat langkah-langkah cepat ke arah penggunaan teknik yang lebih luas.
dalam komposisi. Fase ini biasanya lebih larut lumayan dekat suhu eutektik dari pada suhu kamar, sehingga memungkinkan untuk panas-mengobati beberapa dari paduan oleh solusi dan penuaan panas-perawatan. Contoh spesifik dari penerapan panas-perawatan yang diberikan dalam paragraf berikutnya.
2.6.2 Sifat-Sifat Aluminium
Semua sifat-sifat dasar aluminium, tentu saja, dipengaruhi oleh efek dari berbagai elemen aluminium paduan. Unsur-unsur paduan utama dalam pengecoran aluminium paduan dasar adalah tembaga, silikon, magnesium, seng, kromium, mangan, timah dan titanium.
Aluminium dasar paduan mungkin secara umum akan ditandai sebagai sistem eutektik, mengandung bahan intermetalik atau unsur-unsur sebagai fase berlebih.
Aluminium telah menjadi salah satu logam industri yang paling luas penggunaannya di dunia. Aluminium banyak digunakan di dalam semua sektor utama industri seperti angkutan, konstruksi, listrik, peti kemas dan kemasan, alat rumah tangga serta peralatan mekanis. Adapun sifat-sifat aluminium antara lain sebagai berikut:
1. Ringan
2. Tahan terhadap korosi
Sifatnya durabel sehingga baik dipakai untuk lingkungan yang dipengaruhi oleh unsur-unsur seperti air, udara, suhu dan unsur-unsur kimia lainnya, baik di ruang angkasa atau bahkan sampai ke dasar laut.
3. Kuat
Aluminium memiliki sifat yang kuat terutama bila dipadu dengan logam lain. Digunakan untuk pembuatan komponen yang memerlukan kekuatan tinggi seperti: pesawat terbang, kapal laut, bejana tekan, kendaraan dan lain-lain.
4. Mudah dibentuk
Dengan semua proses pengerjaan logam, aluminium mudah dibentuk karena dapat disambung dengan logam/material lainnya melalui pengelasan, brazing, solder, adhesive bonding, sambungan mekanis, atau dengan teknik
penyambungan lainnya.
5. Konduktor listrik
6. Konduktor panas
Sifat ini sangat baik untuk penggunaan pada mesin-mesin/alat-alat pemindah panas sehingga dapat memberikan penghematan energi.
7. Memantulkan sinar dan panas
Dapat dibuat sedemikian rupa sehingga memiliki kemampuan pantul yang tinggi yaitu sekitar 95% dibandingkan dengan kekuatan pantul sebuah cermin. Sifat pantul ini menjadikan aluminium sangat baik untuk peralatan penahan radiasi panas.
8. Non magnetik
Karenanya sangat baik untuk penggunaan pada peralatan elektronik, pemancar radio/TV dan lain-lain. Dimana diperlukan faktor magnetisasi negatif.
9. Tak beracun
Karenanya sangat baik untuk penggunaan pada industri makanan, minuman, dan obat-obatan, yaitu untuik peti kemas dan pembungkus.
10.Memiliki ketangguhan yang baik
11.Mampu diproses ulang-guna
Dengan mengolahnya kembali melalui proses peleburan dan selanjutnya dibentuk menjadi produk seperti yang diinginkan. Proses ulang-guna ini dapat menghemat energi, modal dan bahan baku yang berharga.
12.Menarik
Aluminium sering digunakan tanpa diberi proses pengerjaan akhir. Tampak permukaan aluminium sangat menarik dan karena itu cocok untuk perabot rumah (hiasan), bahan bangunan dan mobil. Disamping itu aluminium dapat diberi surface treatment, dapat dikilapkan, disikat atau dicat dengan berbagai warna, dan juga diberi proses anodisasi. Proses ini menghasilkan lapisan yang juga dapat melindungi logam dari goresan dan jenis abrasi lainnya.
2.6.3 Heat Treatment Pada Aluminium Paduan
Heat treatment merupakan suatu proses pemanasan dan pendinginan yang terkontrol, dengan tujuan mengubah sifat fisik dan sifat mekanis dari suatu bahan atau logam sesuai dengan yang dinginkan. Proses dalam heat treatment meliputi heating, colding, dan cooling. Adapun tujuan dari masing-masing proses yaitu:
b. Holding: proses penahanan pemanasan pada temperatur tertentu, bertujuan untuk memberikan kesempatan agar terbentuk struktur yang teratur dan seragam sebelum proses pendinginan.
c. Cooling: proses pendinginan dengan kecepatan tertentu, bertujuan untuk mendapatkan struktur dan sifat fisik maupun sifat mekanis yang diinginkan.
Gambar 2.8 Diagram fasa perubahan mikrostruktur paduan Al-Cu. (Sumber: William K. Dalton: 259)
Proses dari pemanasan awal hingga pendinginan cepat disebut proses perlakuan pelarutan (solution treatment), dan proses sesudahnya disebut proses perlakuan pengendapan (precipitation treatment).
2.6.3.1 Mekanisme Pengerasan
Dengan pemanasan kembali sampai diatas garis solvus (titik 3) semua Cu larut kembali di dalam . Dengan pendingan cepat (quench) Cu tidak sempat keluar
dari . Pada suhu kamar struktur masih tetap berupa larutan padat fase tunggal Sifatnyapun masih belum berubah. Masih tetap lunak dan sedikit ulet. Dalam keadaan ini larutan dikatakan sebagai larutan yang lewat jenuh karena mengadung solute yang melampaui batas jenisnya untuk temperatur itu. Setelah beberapa saat
larutan yang lewat jenuh ini akan mengalami perubahan kekerasan dan kekuatan. Menjadi lebih kuat dan keras, tetapi struktur mikro tidak tampak mengalami perubahan.
Penguatan ini terjadi karena timbulnya partikel CuAl2 (fase ) yang berpresipitasi di dalam kristal . Presipitat ini sangat kecil tidak tampak di mikroskop (submicroscopic) dan akan menyebabkan terjadinya tegangan pada lattis kristal di sekitar presipitat ini . Karena presipitat tersebar merata didalam lattis kristal. Maka dapat dikatakan seluruh lattis menjadi tegang mengakibatkan kekuatan dan kekerasan menjadi lebih tinggi.
Aging dapat dilakukan dengan membiarkan larutan lewat jenuh itu pada
Proses precipitation hardening atau hardening dapat dibagi menjadi beberapa tahap yaitu:
1. Solution treatment, yaitu memanaskan paduan hingga diatas solvus line.
2. Mendinginkan kembali dengan cepat (quenching)
3. Aging, yaitu menahan pada suatu temperatur tertentu (temperatur kamar
atau temperatur dibawah solvus line) selang waktu tertentu.
Paduan Aluminium lainnya yang dapat di perlakukan panas sebagaimana diagram fasa di bawah ini:
1. Paduan Al-Mg dengan kadar Mg kurang dari 17,1 % termasuk yang heat treatable karena jika dipanaskan di atas garis solvus mampu mencapai fasa tunggal. Diagram fasa paduan Al-Mg dapat dilihat pada gambar 2.9.
Gambar 2.9 Diagram fasa paduan Al-Mg. (Sumber: Hansen & Anderko,1958)
Gambar 2.10 Diagram fasa paduan Al-Si. (Sumber: Hansen & Anderko,1958)
3. Paduan Al-Cu dengan kadar Cu kurang dari 5,65 % juga heat treatable. Diagram fasa paduan Al-Si dapat dilihat pada gambar 2.11.
2.7 Magnesium
2.7.1 Sejarah Magnesium
Magnesia, daerah di Thessaly. Senyawa-senyawa magnesium telah lama diketahui. Black telah mengenal magnesium sebagai elemen di tahun 1755. Davy berhasil mengisolasikannya di tahun 1808 dan Busy mempersiapkannya dalam bentuk yang koheren di tahun 1831. Magnesium merupakan elemen terbanyak kedelepan di kerak bumi.Ia tidak muncul tersendiri, tapi selalu ditemukan dalam jumlah deposit yang banyak dalam bentuk magnesite, dolomite dan mineral-mineral lainnya.Logam ini sekarang dihasilkan di AS dengan mengelektrolisis magnesium klorida yang terfusi dari air asin, sumur, dan air laut.
Paduan magnesium (Mg) merupakan logam yang paling ringan dalam hal berat jenisnya. Magnesium mempunyai sifat yang cukup baik seperti alumunium, hanya saja tidak tahan terhadap korosi. Magnesium tidak dapat dipakai pada suhu diatas 150°C karena kekuatannya akan berkurang dengan naiknya suhu. Sedangkan pada suhu rendah kekuatan magnesium tetap tinggi.
Magnesium dan paduannya lebih mahal daripada alumunium atau baja dan hanya digunakan untuk industri pesawat terbang, alat potret, teropong, suku cadang mesin dan untuk peralatan mesin yang berputar dengan cepat dimana diperlukan nilai inersia yang rendah. Karena ketahanan korosi yang rendah ini maka magnesium memerlukan perlakuan kimia atau pengecekan khusus segera setelah benda dicetak tekan.
Gambar 2.12 Diagram fasa magnesium. (Sumber: http://www.scribd.com)
2.7.2 Sifat-Sifat Magnesium
Magnesium merupakan logam yang ringan, putih keperak-perakan dan cukup kuat. Ia mudah ternoda di udara,dan magnesium yang terbelah-belah secara halus dapat dengan mudah terbakar di udara dan mengeluarkan lidah api putih yang menakjubkan.
Magnesium digunakan di fotografi, flares, pyrotechnics, termasuk incendiary bombs. Magnesium sepertiga lebih ringan dibanding aluminium dan
dalam campuran logam digunakan sebagai bahan konstruksi pesawat dan missile. Logam ini memperbaiki karakter mekanik fabrikasi dan las aluminium ketika digunakan sebagai alloying agent. Magnesium digunakan dalam memproduksi grafit dalam cast iron, dan digunakan sebagai bahan tambahan conventional propellants. Magnesium juga digunakan sebagai agen pereduksi dalam produksi
Magnesite digunakan untuk refractory, sebagai batu bata dan lapisan di tungku-tungku pemanas.
2.8 Paduan Aluminium-Magnesium
Aluminium lebih banyak dipakai sebagai paduan daripada logam murni sebab tidak kehilangan sifat ringan dan sifat-sifat mekanisnya serta mampu cornya diperbaiki dengan menambah unsur-unsur lain. Unsur-unsur paduan yang tidak ditambahkan pada aluminium murni selain dapat menambah kekuatan mekaniknya juga dapat memberikan sifat-sifat baik lainnya seperti ketahanan korosi dan ketahanan aus.
Keberadaan magnesium hingga 15,35% dapat menurunkan titik lebur logam paduan yang cukup drastis, dari 660oC hingga 450oC. Namun, hal ini tidak menjadikan aluminium paduan dapat ditempa menggunakan panas dengan mudah karena korosi akan terjadi pada suhu di atas 60oC. Keberadaan magnesium juga menjadikan logam paduan dapat bekerja dengan baik pada temperatur yang sangat rendah, di mana kebanyakan logam akan mengalami failure pada temperatur tersebut.
Gambar 2.13 Diagram fasa paduan Al-Mg, Temperatur vs Persentase Mg. (Sumber: Hansen & Anderko. Constitution of binary alloys.1958)
Gambar 2.13 di atas memperlihatkan penambahan Magnesium hingga 2%, 4%, 6% akan cenderung menurunkan titik cair dari paduan Aluminium. Penambahan Mg 2% akan menurunkan titik cair paduan Aluminium menjadi 6500C, 4% menjadi 6400C dan 6% menjadi 6300C. Penambahan unsur Magnesium pada Aluminium untuk fase biner akan menghasilkan berbagai fase seperti Al () (0-17,1% Mg), Al2Mg2 ( ) (γ6,1-37,8% Mg), R (39% Mg), Al12Mg17 ( ) (42-58,0% Mg), Mg (87,1-100% Mg). Pada unsur 2% Mg, 4% Mg dan 6% Mg fasa yang terbentuk adalah fasa Al (). Garis di atas menunjukkan Aluminium memiliki titik cair pada suhu ±6600C. Pada saat suhu mencapai 6500C maka Aluminium akan memasuki fase Liquid.
Tabel 2.5 Nilai fasa aluminium-magnesium.
(Sumber:J.L Murray, 1998)
Beberapa komposisi paduan aluminium-magnesium berdasarkan nomor seri yang telah ditetapkan ditunkukkan oleh tabel 2.6.
Tabel 2.6 Batas komposisi paduan Aluminium-Magnesium (%).
Alloy Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
Tabel 2.7 Acoustic properties aluminium dan magnesium.
Paduan magnesium khusus digunakan di dalam pesawat terbang dan komponen rudal, peralatan penanganan material, perkakas listrik portabel, tangga, koper, sepeda, barang olahraga, dan komponen ringan umum. Paduan ini tersedia sebagai produk cor/tuang (seperti bingkai kamera) atau sebagai produk tempa (seperti kontruksi dan bentuk balok/batangan, benda tempa, dan gulungan dan lembar plat). Paduan magnesium juga digunakan dalam percetakan dan mesin tekstil untuk meminimalkan gaya inersia dalam komponen berkecepatan tinggi
2.9 Aplikasi Paduan Aluminium-Magnesium
Ada banyak kemungkinan aplikasi rekayasa untuk paduan aluminium-magnesium mulai dari konstruksi ringan, suara dan insulasi panas untuk aplikasi penyerapan energi. Seperti disebutkan di atas, paduan aluminium-magnesium dapat menjadi bahan yang menarik untuk aplikasi tidak hanya dalam industri otomotif dan aerospace, tetapi juga di bidang teknik dan konstruksi.
Dibandingkan dengan bahan sintetis (plastik) yang juga ringan, paduan aluminium-magnesium memiliki keunggulan khusus: ketahanan panas yang baik, kekuatan tinggi, dan kemungkinan untuk daur ulang mudah. Hingga kini paduan aluminium telah diterapkan dalam skala kecil khususnya untuk demonstrasi dan pengujian, namun berbagai ide-ide saat ini sedang diselidiki dan beberapa penggunaan komersial sedang dibuat.
Karena aluminium yang relatif mahal, penggunaannya dimotivasi oleh jumlah yang menarik dari sifat khusus mereka. Tapi diharapkan bahwa harga aluminium akan mengalami penurunan tahun berikutnya, karena volume produksi meningkat.
2.9.1 Aplikasi Otomotif
penggunaan paduan tersebut pada kendaraan. Tiga aplikasi utama paduan aluminium-magnesium bisa menjadi penting dalam mobil yaitu penyerapan energi, konstruksi yang ringan, dan penyerapan suara.
1. Aplikasi pertama diilustrasikan dalam kasus kecelakaan-peredam terhadap sisi dan benturan frontal. Bahkan, banyak dari kendaraan saat ini termasuk energi deformable yang menyerap unsur-unsur dalam struktur kendaraan. Unsur-unsur yang mewakili zona crushable, harus menyerap energi tabrakan untuk perlindungan penumpang. Unsur-unsur (misalnya sisi depan, sisi samping pintu mobil, atau unsur-unsur lain yang berada dalam bahaya tekuk atau dikompres atau harus menyerap sejumlah energi besar) bisa diisi dengan paduan aluminium-magnesium. Dalam truk paduan ini dapat digunakan untuk pengerasan dari perlindungan bawah.
2. Hubungan baik antara berat dan kekakuan mendukung penggunaan paduan aluminium-magnesium untuk area seperti kerangka mobil dan bagian struktural yang digunakan dalam peningkatan persyaratan pada stabilitas. Konstruksi rangka kendaraan yang ringan sangat berpengaruh pada kecepatan kendaraan atau bahkan dalam menghemat bahan bakar.
Salah satu contoh rangka berbahan paduan aluminium-magnesium seperti terlihat pada gambar 2.14.
Gambar 2.14 Struktur bodi mesin berbahan paduan aluminium-magnesium.
2.9.2 Aplikasi Pesawat Terbang
Karena paduan aluminium-magnesium yang ringan dapat menjadi hal penting untuk industri kedirgantaraan. Misalnya, lembaran paduan aluminium-magnesium atau panel sandwich bisa menggantikan struktur honeycomb yang mahal. Ini akan memiliki beberapa keunggulan, misalnya mengurangi biaya. Keuntungan penting lainnya adalah isotropi sifat panel tersebut dan tidak adanya jenis ikatan perekat.
2.9.3 Aplikasi Kapal
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Waktu penelitian ini direncanakan selama lima bulan yang dimulai dari bulan November sampai dengan Maret 2012. Tempat dilaksanakannya penelitian ini adalah di Laboratorium Noise/Vibration Research Center, Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat
Adapun peralatan yang di pergunakan selama penelitian ini adalah: 1. Laptop
Digunakan untuk menyimpan dan mengolah sinyal digital dari Labjack dengan bantuan software DAQFctory. Selain itu laptop juga digunakan sebagai tone generator dengan bantuan software ToneGen untuk membangkitkan bunyi pure tone. Laptop yang digunakan dalam penelitian ini ditunjukkan pada gambar 3.1.
Dengan spesifikasi :
Processor : Intel(R) Core i5 2.3 GHz
Memory : 4 GB RAM
Harddisk : 640 GB
Operating System : Windows 7 Ultimate Edition
2. LabJack U3-LV
Digunakan untuk merubah data sinyal analog bunyi yang dibangkitkan dalam percobaan menjadi sinyal digital. Alat ini ditunjukkan pada gambar 3.2.
Gambar 3.2 LabJack U3-LV. Dengan spesifikasi:
a. 16 Fleksibel I/O (Input Digital, Digital Output, atau InputAnalog). b. Sampai 2 Timers (Pulse Timing, PWM Output, Input Quadrature). c. Hingga 2 Counters (32-Bit Tiap).
d. 4 Tambahan Digital I/O.
e. Sampai 16 12-bit Input Analog (0-2,4 V atau 0-3,6 V). f. 2 Analog Output (10-Bit, 0-5volt).
3. Amplifier
Alat ini digunakan sebagai penguat tegangan dan arus dari sinyal audio yang bertujuan untuk menggerakkan pengeras suara (loudspeaker). Amplifier yang digunakan ditunjukkan pada gambar 3.3.
Gambar 3.3 Amplifier. Dengan spesifikasi:
a. 250 Watt Stereo b. Type AV-299
4. Speaker
Digunakan untuk mengeluarkan bunyi berupa pure tone yang diatur oleh software ToneGen. Speaker yang digunakan ditunjukkan pada gambar 3.4.
a. Audax 4” Woofer Midrange. b. Nominal Impedance 8 Ohm. c. Nominal Power RMS 60W. d. Sensitivity 90 dB.
5. Mikropon
Digunakan sebagai sensor untuk menangkap sinyal bunyi yang berinterferensi didalam tabung impedansi. Mikropon yang digunakan dapat dilihat pada gambar 3.5.
Gambar 3.5 Mikropon. Dengan spesifikasi:
a. Frekuensi respon 50 – 15,000 Hz. b. Out put Impedance 300 Ohm.
6. Tabung Impedansi
Gambar 3.6 Tabung impedansi. Tabel 3.1 Spesifikasi tabung impedansi
No Tabung Impedansi
1 Pengujian Koefisien serap bunyi (α) dan Transmission Loss (TL)
2 Standar ISO 10543-2:1998, ASTM E-1050 3 Frekuensi uji (Hz) 114 - 2000
4 Diameter dalam tabung 100 mm
5 Loudspeaker Audax Woofer midrange 8 ohm 6 Mikropon Shure 50 – 15000 Hz
7 Data akuisisi Labjack U3-LV
8 Amplifier 250W stereo type AV- 299 9 Software DaqFactory
(Sumber: Hasil riset Asade, Felix, 2013)
3.2.2 Bahan
Adapun bahan spesimen yang digunakan dalam penelitian ini adalah Aluminium-Magnesium (Al-Mg) dengan ketebalan 10 mm. Dimensi spesimen dapat dilihat pada gambar 3.7.
Variasi spesimen yang digunakan didalam penelitian ditunjukkan pada gambar 3.8.
(1) (2) (3)
Gambar 3.8 Spesimen Al-Mg (1) Paduan Al 98%-Mg 2% (2) Paduan Al 96%-Mg 4% (3) Paduan Al 94%-Mg 6%.
Ketiga spesimen tersebut telah diuji sifat mekanis nya. Sifat mekanis dari spesimen dapat dilihat pada tabel 3.2
Tabel 3.2 Sifat mekanis spesimen aluminium-magnesium. Kadar Tensile
(Sumber: Hasil riset Reza Nst, 2012 dan Henryandus,2012)
(1) (2) (3)
Gambar 3.9 Foto mikro 200× pembesaran (1)Paduan Al 98%-Mg 2% (2)Paduan Al 96%-Mg 4% (3)Paduan Al 94%-Mg 6%. (Sumber : Hasil riset Reza Nst, 2012)
3.3 Experimental Set Up
Pengujian transmission loss dilakukan dengan menggunakan 4 buah mikropon, berbeda dengan pengujian koefisien serap bunyi yang hanya menggunakan 2 mikropon. Skematis dan set up alat untuk pengujian transmission loss ditunjukkan pada gambar 3.10 dan 3.11.
Gambar 3.11 Set Up peralatan pengujian.
3.4 Prosedur Pengujian
Prosedur pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Siapkan semua peralatan uji dengan diatur sesuai gambar set up peralatan pengujian.
2. Masukkan spesimen uji dalam tabung impedansi, yaitu ditengah ruang uji dengan posisi tegak lurus terhadap arah ruang tabung seperti terlihat pada gambar 3.12.
3. Pengukuran dilakukan pada frekuensi 125Hz, 250Hz, 500Hz, 1000Hz, 1500Hz, dan 2000 Hz.
4. Hubungkan mikropon 1, 2, 3, dan 4 pada pre-amp mic channel 1, 2, 3, dan 4 seperti terlihat pada gambar 3.13.
Gambar 3.13 Susunan channel pada Pre-Amp Mic.
5. Hubungkan output chanel pre-amp mic ke chanel 1, 2, 3, dan 4 pada labjack seperti terlihat pada gambar 3.14.
Gambar 3.14 Susunan channel pada LabJack.
6. Hubungkan Labjack ke port USB pada Laptop lalu buka Software DAQFaqtory untuk menganalisis sinyal.
8. Untuk membangkitkan sinyal bunyi, buka program ToneGen. Bunyi yang dikeluarkan berupa pure tone.
9. Atur frekuensi pada ToneGen lalu buka kembali DAQFaqtory untuk melihat grafik tegangan suara pada masing-masing mikropon.
10.Klik Start/Stop Save untuk Logging data. Data grafik akan otomatis tersimpan dalam drive (D:) pada laptop.
11.Ambil nilai tegangan rata-rata pada masing-masing mikropon (1, 2, 3, dan 4) untuk dihitung nilai transmission loss nya dengan bantuan MATLAB. 12.Hitung tekanan suara pada masing-masing mikropon dengan rum
13.Hitung rasio tekanan bunyi antara mikropon dengan rumus:
14.Hitung nilai Transmission Loss dengan rumus:
TL = 20 Log
|
|
–
20 Log
| |15.Ulangi prosedur diatas untuk frekuensi dan sampel yang berbeda.
3.5 Teknik Pengukuran, Pengolahan dan Analisa Data
Pengukuran transmission loss dihitung sesuai standar ASTM E-2611-09 untuk tabung impedansi 4 mikropon. Untuk memudahkan perhitungan transmission loss sesuai dengan persamaan (2.21) digunakan software MATLAB.
Dengan kode MATLAB sebagai berikut.
Hasil pengukuran dari spesimen dibuat dalam bentuk tabel 3.3 agar terlihat hubungan antara variabel sehingga memudahkan dalam proses selanjutnya.
Variabel Bebas (VB)
Komposisi Aluminium-Magnesium
Frekuensi (125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 1500 Hz dan 2000
