110
KAJIAN PEMANFAATAN SERAT BATANG PINANG RAJA (
ROYSTONEA
REGIA
) SEBAGAI BAHAN SPESIMEN PEREDAM SUARA
Mulia1, Safri Gunawan2, Supriadi1, RiaDiniWanty Lubis3, Hendra Susilo1 1
Jurusan Teknik Mesin, SekolahTinggiTeknologiSinarHusni 2
Pendidikan Teknik Mesin/Fakultas Teknik, Universitas Negeri Medan 3
Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara *E-mail: muliast77@gmail.com.
ABSTRAK
Penelitian inimembahas pemanfaatan serat batang pinang raja (Roystonea Regia) sebagai spesimen peredam suara. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui koofisien absorbsi suara menggunakan inpedence tube dan laju temperatur menggunakan DTA. Komposisi Material yang digunakan sebgai spesimen peredam suara yaitu 50% serat batang pinang raja dengan mesh 32, poli isosianat 22,23 %, gypsum 16,67 % dan poliol 11.11 %. Hasil yang diperoleh menunjukkan nilai absorbsi suara sebesar 0,6016 pada frekuensi 1500Hz. Hasil pengujian DTA dengan heating speed 10o C/menit diperoleh bahwa material peredam suara mulai terbakar pada temperatur 475oCdengan waktu 45,5 menit. Setelah dilakukan pengujian dengan variasi komposisi dan meshing diperoleh nilai koefisien absorbsi suara terbesar pada komposisi yang telah diuji, sehingga layak untuk dijadikan sebagai material peredam suara.
Kata kunci: batang pinag raja, DTA, koefisien absorbsi suara, impedence tube
ABSTRACT
This study discusses the use of the areca nut stem fiber (Roystonea Regia) as a sound-absorbing specimen. The purpose of this study was to determine the sound absorption coefficient using an impedance tube and the temperature rate using DTA. The composition of the materials used as sound-absorbing specimens was 50% areca nut stem fiber with 32 mesh, 22.23% polyisocyanate, 16.67% gypsum, and 11.11% polyol. The results obtained showed a sound absorption value of 0.6016 at a frequency of 1500Hz. The results of the DTA test with a heating speed of 10oC/minute showed that the soundproofing material began to burn at a temperature of 475oC in 45.5 minutes. After testing with variations in composition and meshing, the largest sound absorption coefficient value is obtained in the composition that has been tested, so it is feasible to be used as a sound-absorbing material.
Keynote:Roystonea Regia, DTA, sound absorption coefficient, impedance tube PENDAHULUAN
Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologitelahmenemukan beberapa material pengurangan kebisingan yaitudari material berpori, material berserat, resonator dan panel. Banyak bahan berpori dan berserat yang dapat digunakan sebagai komposit pengurangan kebisingan. Dasawarsa terakhir, penggunaan serat alami banyak digunakankarena kualitas kerapatannya yang rendah, harga yang murah, terbarukan, biaya produksi yang rendah, memilikisifatmekanik dansifat fisik yang baik, danketersediaannyaberlimpah.
Pemanfaatan serat alam yang
telahditelitidengan pemanfaatan limbah
tanaman berumur panjang seperti pinang dan
kelapa yang dapat mengurangi efek
pemanasan global. Salah satu serat alami yang menjadi tujuan penelitian adalah serat roystonea regia yang dalam perdagangan dunia dikenal dengan Areca Catechu L. Tanaman ini berasal dari Asia Selatan dan Asia Tenggara dan sebagian besar tumbuh di India[1].
Serat ampas tebu dengan resin poliester-MEKPO, juga telah diteliti sebagai koefisien
111
absorbsi bunyi dengan impedensi akustik dan cocok digunakan pada ruangan audio karena memiliki nilai koefisien absorbsi yang cukup tinggi pada frekuensi 1000 Hz[2]. Penelitian lain juga dilakukan pada ampas singkong dengan matrik lem PVC, ampas singkong potensial digunakan sebagai bahan penyerap bunyi berdasarkan ISO 11654 suatu material dapat dijadikan peredam suara jika material tersebut memiliki koefisien absorbsi bunyi minimum 0,15[3].
Plastik atau logam yang diperkuat serat biasanya dianggap sebagai bahan ekologis,
karena kekuatan spesifiknya yang
didefinisikan sebagai kekuatan per satuan massa jauh lebih besar daripada bahan logam, dan berat struktur dan mesin untuk transportasi yang dibuat oleh FRP dapat dikurangi secara signifikan sehingga bahwa konsumsi bahan bakar fosil bisa dihemat dan akibatnya emisi CO2 ke atmosfer bisa sangat berkurang [4].
Komposisi kimiawi serat mempengaruhi sifat mekanik, penyerapan air, morfologi dan ikatan, yang berdampak langsung pada aplikasinya sebagai penguat pada fabrikasi komposit polimer. Sifat serat Sekam Buah Pinang terdaftar dan dibandingkan dengan serat alami lainnya[5].
Batang pinang raja telah diteliti dengan variasi mesh 10, 14, dan 32 dengan komposisi serat 30%, 40%, 50%, 60%, dan 70%. Dari hasil penelitian tersebut diperoleh koefisen serap bunyi terbaik diperoleh pada komposisi 50% serat dan mesh 32[6].Pemanfaatan serat alam sebagai pelopor material komposit dalam rekayasa keteknikan sudah banyak dikembangkan untuk beberapa aplikasi, seperti serat batang pinang raja sebagai peredam suara pada cap mobil [6]danpengembangan serat alam dari limbah TKKS (Tandan Kosong Kelapa sawit) untuk bumper mobil [7].
Dari hasiluraianpenelitian yang
telahdipaparkan, peneliti ingin meneliti pemanfaatan serat batang pinang raja dengan komposisi 50% serat dan meshing 32 menjadi
spesimen peredam
suarauntukmendapatkannilaikoefisienabsorbsi
suaradanlajutemperature hingga material
hinggaterbakar.
METODOLOGI PENELITIAN A. Material
danMetodePembuatanSpesimen A.1 Proses pembuatan spesimen
Proses pembuatan spesimen peredam suara dari serat batang pinang raja dapat dilihat seperti pada Gambar 1.dibawah ini.
Gambar 1. Proses pencetakan produk peredam suara
Kemudian campuran dimasukkan ke dalam cetakan
d
Diaduk kembali Penambahan polyol
Penambahan isosianat
Pasang alat pengunci cetakan
Beri penekanan pada alat pengunci cetakan
Hasil specimen Serat, polyurethane dan
gipsum ditimbang
Serat + gipsum Diaduk sampai homogen
112
Komposisi serbuk batang pinang raja,
poliuretan dan gipsumterlihatsepertipadaTabel 1 berikut.
Tabel 1.Komposisispesimen
No. Serbuk % (gr)
Poliuretan dan gipsum Poli isosianat % (gr) Poliol % (gr) Gipsum % (gr) Total (gr) 1 50 22,22 11,11 16,67 100
A.2 Impedance Tube
Impedance tube yang
digunakanpadapenelitianinisepertiterlihatpada Gambar 2.Dengan spesifikasi sebagai berikut; 1)Pipa paralon merk Maspion.
2)Panjang tabung 140cm. 3) Diameter dalam tabung 4 inch 4)Tebal 5 mm
Gambar 2. Impedance Tube
Pengukuran koefisien serap bunyi
dihitung sesuai standar ISO 10543-2:1998 dan ASTM E-1050 untuk tabung impedansi 2 mikropon. Untuk menghitung koefisien serap bunyi digunakan persamaan sebagai berikut: 1. Hitung tekanan suara pada masing-masing
mikropon dengan rumus:
𝑝1= 𝐴𝑒−𝑗𝑘 𝑥1+ 𝐵𝑒𝑗𝑘 𝑥1 (1) 𝑝2= 𝐴𝑒−𝑗𝑘 𝑥2 + 𝐵𝑒−𝑗𝑘 𝑥2 (2) 𝐻21 =𝑃1 𝑃2 (3) 𝐻21 = 𝐴𝑒−𝑗𝑘 𝑥1+ 𝐵𝑒𝑗𝑘 𝑥1 𝐴𝑒−𝑗𝑘 𝑥2+ 𝐵𝑒−𝑗𝑘 𝑥2 (4)
2. Hitung faktor refleksi dan koefisien serap bunyi dengan rumus:
𝑟 =𝐻21− 𝑒 −𝑗𝑘𝑠 𝑒𝑗𝑘𝑠 − 𝐻 21 𝑒2𝑗𝑘 𝑥1 (5) α = 1 − r 2 (6) Keterangan:
P1 dan P2 = tekanan bunyi
k = bilangan gelombang
A dan B = amplitudo tekanan bunyi maksimal dan minimal
x1 dan x2 = jarak sampel dengan mikrofon 1 dan
2
1
j
s = jarak antara mikrofon 1 dan mikrofon 2 r = refleksi bunyi
α = koefisien absorpsi
A.3 Differential Thermal Analyze
Differential Thermal Analysis adalah analisis termal yang menggunakan referensi sebagai acuan perbandingan hasilnya, material referensi ini biasanya material inert. Material sampel dan referensi dipanaskan secara bersamaan dalam satu tempat, perbedaan temperatur material sampel dengan temperatur referensi direkam selama siklus pemanasan dan pendinginan. DTA digunakan untuk studi sifat termal dan perubahan fasa yang tidak mengakibatkan perubahan entalpi. Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil pengujian DTA yaitu berat sampel, ukuran partikel, laju pemanasan, kondisi atmosfer, dan kondisi material itu sendiri [8].
Prinsip dasar analisis termal adalah
pengamatan pengaruh panas terhadap
perubahanfisik dari bahan AlFeNi yang diukur
sebagai fungsi temperatur dan waktu.
Analisissampel dengan alat DTA yang berupa aliran panas ditampilkan berupa termogram puncak endotermik dan eksotermik dimana
temperatur mulai terbentuknya puncak
disebut sebagai onset temperatur dan titik akhir tebentuknya puncak disebut dengan top temperatur yang menunjukkan sebagai
besarnya temperatur reaksi. Sedangkan
luas puncak yang terbentuk menunjukkan entalpi yang dibutuhkan atau dilepaskan oleh bahan[9].
113
Kurva DTA hanya dapat digunakan untuk keperluan identifikasi tetapi biasanya aplikasi dari metode ini adalah penentuan diagram fase, pengukuran perubahan temperatur dan tempertatur dekomposisi material seperti pada Gambar 3.
Gambar3. Thermal Analyzer DT-30
Adapun spesifikasi dari DTA yang digunakan adalah sebagai berikut:
Range Pengukuran Temperatur
Temperatur lingkungan sampai 1500°C
Signal output Analog and digital
Laju Pemanasan 0.1 to 50.0°C/min, and
0.1 to 50.0°C /hour
Hold time 0 to 999min, 0 to 999
hour Format Program Temperatur 99 steps maximum File Program Temperatur Up to 100 files
Sample Solid dan liquid
Dimensi W173 x D540 x H400mm
Power supply AC100V, 120V, 220V, 240V, 1.2kVA, 50/60Hz
B. Eksperimental Set-up
Prosedur pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut: 1. Siapkansemuaperalatanuji. diatursesuaigambar set up peralatanpengujian. 2. Masukkanspesimenujidalamtabungimpedan si, yaituditengahruangujidenganposisitegaklur usterhadaparahruangtabungsepertipadaGam bar4. Gambar4. Spesimencontohdimasukkanpadaalatuji 3. Pengukurandilakukanpadafrekuensi125Hz, 250Hz, 500Hz, 1000Hz, 1500Hz, dan 2000 Hz.
4. Hubungkan mikropon 1 dan mikropon 2 pada pre-amp mic channel 1 dan 2. Untuk frekuensi dibawah 228Hz yaitu frekuensi 125Hz dipakai mikropon 1 dan 2. Seperti pada Gambar 5 .
Gambar5. Posisi mikropon 2dan1 5. Hubungkan output chanel pre-amp mic ke
chanel 1 dan chanel 2 pada labjack.
6. Hubungkan labjack ke port USB pada laptop lalu buka Software DAQFaqtory
untuk menganalisis sinyal.
7. Pada DAQFaqtory buka program sound recorder 4ch.
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 (A dan B) untuk dihitung koefisien absorpsinya.
12. Ulangi prosedur diatas untuk frekuensi dan sampel yang berbeda.
114
13. Masukkan data yang telah dihitung ke dalam tabel dan di plot kedalam bentuk grafik agar dapat melihat perbandingan koefisien serap bunyi pada frekuensi yang berbeda dan pada masing-masing sampel.
HASIL DAN DISKUSI
Berdasarklanuraianpenjabaran di atas, penelitianinidikembangkanuntukmendapatkan hasildaribesarankoefisienabsorbsidanlaju temperature, untukmendapatkantujuantersebutdilakukanden ganmelakukanpengujiandenganmenggunakani mpedence tube dan DTA (Differential thermal Analysis).
Hasilpengujiankoefisienabsorbsidiperoleh
denganmenggunakanalatujiImpedence tube
pada specimen uji yang
dikembangkandalampenelitianini (seratpinang raja, poliurethandan gypsum sebagaimatriks).
Adapunhasil yang
diperolehdapatdilihatpadaTabel 2. di bawahini Dari hasil pengujian koefisien absorpsi suara pada spesimen material peredam suara dari serat batang pinang raja dengan menggunakan poliuratan dan gipsum sebagai matrik diatas, dapat diamati hubungan ukuran
serbuk dan komposisi serbuk terhadap
koefisien absorpsi rata-rataseperti tertera pada Tabel 2. dan Gambar 5.
Tabel 2. Koefisienabsorpsisuara rata-rata spesimenmaterial
peredamsuaradariseratbatangpinang raja denganmenggunakanpoliurethandangipsumseba
gaimatrik
No. Serbuk Koefisien absorpsi (α) rata-rata
30% 40% 50% 60% 70% 1 Mesh 10/32 0,2382 0,3793 0,4193 0,5279 0,3399 2 Mesh 14/32 0,3988 0,4131 0,3305 0,3305 0,3613 3 Mesh 32 0,3558 0,4647 0,6016 0,4915 0,4279
Dari data di atasdapat diamati,
untukmendapatkannilaiabsorbsidaripengemba
ngan material
inidiperolehdenganmelakukanvariasiterhadapu
kuran meshing
serbukdanvariasipersentasekomposisiserbuk,
dannilai absorbs yang
maksimalditunjukkanpadaukuranserbukmnggu nakan mesh 32 danpadakomposisiserbuk 50%, dimanahasilmaksimal di 0,6016.
Gambar 5. Grafik hubungan ukuran dan komposisi serbuk dengan koefisien absorpsi
suara rata-rata.
PadaGambar5. menunjukkan hubungan koefisien absorpsi suara rata-rata dengan komposisi serbuk bervariasi yang mempunyai ukuran besar serbuk yang berbeda, terlihat bahwa:
1. Ukuran besar serbuk sama pada komposisi serat yang berbeda akan menghasilkan koefisien absorpsi suara yang berbeda pada pada frekuensi yang berbeda.
2. Ukuran besar serbuk berbeda pada
komposisi serbuk yang sama akan
menghasilkan koefisien absorpsi suara yang berbeda pada frekuensi yang sama.
HasilLajuTemperaturdiperolehdenganpeng ujianmenggunakan DTA (DifferentialThermal Analysis), sesuai data yang dihasilkanbahwauntuk material pada mesh 32
dankomposisiserat 50 %,
makaunutkpengujianinijugadilakukanpengajia
ndengankondisibatastersebut. Data yang
diperolehdapatdilihatpadaGambar6.dibawahini :
Gambar 6. Gambar grafik hasil pengujian (DTA) pada serat + poliuretan + gipsum
Temperatur: 20 s/d 6000C Material : Serat + PU + Gipsum Thermocouple/mv : PR/15 mv DTA range : ± 250 µv Heating speed: 100C/menit
115
Pengujian dengan alat DTA, pemanasan sampai temperatur 600oC terhadap material peredam suara dari serat batang pinang raja dengan menggunakan poliuretan dan gipsum sebagai matrik, serat mesh 32 dengan kandungan 50% serat.
Material mengalami tiga kali perubahan yaitu: 1. Terjadi berubahan pada temperatur 61oC
yang arah peaknya ke kanan, ini
menandakan terjadinya perubahan pada material, sifat reaksi perubahan ini adalah
endoterm, biasanya pada daerah ini
terjadinya penguapan molekul-molekul
airdan zat mudah menguap.
2. Terjadi perubahan Pada (temperatur 310oC, arah peak nya kekiri, ini menandakan terjadinya perubahan pada material, sifat reaksi perubahan ini adalah eksoterm tetapi material belum terbakar. Terjadi perubahan pada temperatur 475oC, arah peak nya
kekiri, ini menandakan terjadinya
perubahan pada material, sifat reaksi perubahan ini adalah eksoterm dan material sudah terbakar.
Dari uraian hasil analisa sifatthermal
diatas dapat dikatakan bahwa pemakaian
polyuretan dan gipsum dapat merubah
temperatur transisi zat, yaitu terjadi peningkatan temperatur transisi dari 275oC menjadi 310oC dan dari 400oC menjadi 655oC.Materialperedaman suara dari serat batang pinang raja dengan menggunakan poliuretan dan gipsum sebagai matrik ini akan terbaca jika dipanaskan sampai temperatur 574oC, dan layak dipakai sampai temperatur 318oC.
KESIMPULAN
Material kompositseratbatangpinang raja
denganmatrikspoliurethan yang
dapatdigunakansebagai specimen
peredamsuaraadalahdengan mesh 32 danserat
50%.Selainitudiperkuatdarianalisis data
bahwapenambahanmatriks yang
dikembangkanpadakompositinimenambahnilai laju temperature panaspadabahan.
DAFTAR PUSTAKA
[1] A. A. Z. N. M. H. M. G. a. S. R. M. S. Mahzan, "Study on Sound Absorption Properties of Coconut Coir Fibre,"
International Journal of Integrated Engineering (Issue on Mechanical, Materials and Manufacturing Engineering), pp. 29-34, 2015.
[2] E. Fajri Ridhola, "PENGUKURAN
KOEFISIEN ABSORBSI MATERIAL AKUSTIK DARI SERAT ALAM AMPAS
TEBU SEBAGAI PENGENDALI
KEBISINGAN," JURNAL ILMU FISIKA (JIF), vol. 7, pp. 1-6, 2015.
[3] Y. Rezita, "Koefisien Absorbsi Bunyi dan Impedansi Akustik dari Ampas Singkong (Manihot esculenta) dengan Menggunakan Metode Tabung," Jurnal Fisika Unand,
vol. 8, 2019.
[4] H. H. A. Suardi, "Identification of tensile strength properties of abaca fiber by
weakest-linkage approach-statistic
property of fiber diameter," 10th International Conference Numerical Analysis in Engineering, vol. 308, 2018. [5] R. E. R. V. S. S. G. R. T. J. S. Binoj,
"Morphological, Physical, Mechanical, Chemical and Thermal Characterization of Sustainable Indian Areca Fruit Husk Fibers (Areca Catechu L.) as Potential Alternate for Hazardous Synthetic Fibers," Journal of Bionic Engineering, vol. 13, p. 156–165, 2016.
[6] M. S. G. R. D. W. L. Ikhwansyah, "Utilisation of polyurethane composit with 50% composition of roystonea regia fiber as noise reduction panel on car hood," 10th International Conference Numerical Analysis in Engineering, vol. 308, 2018. [7] B. S. S. G. Ria Dini Wanti Lubis,
"Simulasi Respon Mekanik Komposit Busa Polimer Diperkuat Serat Tkks Dengan Variasi Konsentrasi Al2O3," Jurnal Rekayasa Material, Manufaktur dan Energi, vol. 3, p. 29–37, 2020.
116
[8] T. Y. A. S. W. Fitria Hidayanti,
"PERANCANGAN ALAT PERAGA
DIFFERENTIAL THERMAL ANALYSIS
UNTUK ANALISIS TITIK LELEH
MATERIAL INDIUM, TIMAH DAN SENG," Journal of Sainstek, vol. 8, pp. 113-127, 2016.
[9] S. I. Yanlinastuti, " PENGUKURAN SIFAT TERMAL ALLOY ALUMINIUM FERO NIKEL MENGGUNAKAN ALAT
DIFFERENTIAL THERMAL
ANALYZER," Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir - BATAN, vol. 05, 2010.
