ANALISA SIFAT FISIS DAN KOEFISIEN SERAP BUNYI MATERIAL KOMPOSIT VARIASI POLYURETHANE

VARIASI POLYURETHANE POLYURETHANE UNTUK PEMBUATAN BADAN PESAWAT UAV SKRIPSI

  Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Skripsi Yang Syara Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Oleh : FRANS DINATA

  (090401066)

  DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N 2014

  2

  ABSTRAK

  Material akustik adalah material teknik yang fungsi utamanya adalah untuk menyerap suara. Material akustik adalah suatu bahan yang dapat menyerap energi suara, namun besarnya energi yang diserap berbeda-beda untuk tiap bahan. Tujuan umum dalam penelitian ini adalah menganalisa sifat fisis dan koefisien serap bunyi material komposit polymeric foam yang diperkuat serat batang kelapa sawit yang dipakai untuk badan pesawat. Dari penelitian ini didapat bahwa variabel II memiliki sifat fisis dan sifat mekanik yang baik dengan massa 1,6367g, volume 3,03ml, dan massa jenis 539,56

  ⁄ . Dan untuk pengujian daya serap bunyi digunakan spesimen dengan variabel II. Frekuensi yang paling baik diserap oleh material komposit yaitu pada frekuensi menengah. Untuk ketebalan 5mm nilai koefisien absorpsi paling tinggi sebesar 0,5557 yaitu pada frekuensi 1500Hz, sedangkan pada ketebalan 10mm nilai koefisien absorpsi paling tinggi sebesar 0,5060 pada frekuensi 1000Hz, dan pada ketebalan 15mm nilai koefisien absorpsi paling tinggi sebesar 0,5109 pada frekuensi 500Hz.

  Kata kunci: massa, volume, massa jenis, koefisien absorpsi, material akustik, tabung impedansi.

  ABSTRACT Acoustic material is a material engineering whose main function is to absorb the sound. Acoustic material is a material that can absorb sound energy, but the amount of absorbed energy is different for each material. The general objective of this research is to analyze the physical properties and sound absorption coefficient of composite polymeric foam material reinforced by palm trunk fiber to be used on airframe. From this research found that the variable II has a good physical properties and mechanical properties with mass of 1,6367g, 3,03ml volume, and the density of 539,56

  ⁄ . And for sound absorption test is used to

  test specimens with variable II. The frecuency of the most well-absorbed by the composite material is at an intermediate frecuency. For the thickness of 5mm highest absorption coefficient of 0,5557 which is the frequenct of 1500Hz, while the 10mm thickness of the absorption coefficient maximum of 0,5060 at a frequency of 1000Hz, and the 15mm thickness of the absorption coefficient maximum of 0,5109 at a frequency of 500Hz. Keyword: mass, volume, density, sound absorption coefficient, acoustic material, impedance tube.

  Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Mahas Esa, atas berkat dan anugrahnya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana

  Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang dipilih diambil dari mata kuliah Pengecoran Non Logam, yaitu " ANALISA SIFAT FISIS DAN KOEFISIEN SERAP BUNYI MATERIAL KOMPOSIT POLYMERIC FOAM DENGAN VARIABEL

  POLYURETHANE UNTUK PEMBUATAN BADAN PESAWAT UAV".

  Dalam penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan, motivasi, pengetahuan, dan lain-lain dalam penyelesaian skripsi ini. Penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur, serta bimbingan dan arahan dari Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri sebagai Dosen Pembimbing.

  Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

  1. Kedua orang tua tercinta, Ayah Harianto Rusid dan Ibu Maria Harianto, Kakak tersayang Fransisca Harianto dan Adik tersayang Fransylvia Harianto atas doa, kasing sayang, pengorbanan yang selalu menyertai penulis, dan memberikan dukungan dang semangat yang besar sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

  2. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri sebagai Dosen Pembimbing Skripsi yang banyak memberi arahan, bimbingan, motivasi, nasehat, dan pelajaran yang sangat berharga selama proses penyelesaian skripsi ini.

  3. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri dan Ir.Syahril Gultom, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU. Bapak Ir.Tugiman, MT selaku Koordinator Skripsi.

  4. Teman satu tim (Adi Surya Taniwan dan Andri Setiawan) yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk bergabung dalam penyelesaian tugas sarhana ini.

  5. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin stambuk 2009, yang banyak memberikan bantuan, nasehat dan motivasi kepada penulis dalam menyusun skripsi ini.

  6. Bang Fadli yang telah memberikan bimbingan dan nasehat dalam pelaksanaan skripsi ini.

  Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan sebagai pengembangan ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila terdapat kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi ini sebagai manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukkan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi seluruh kalangan yang membacanya.

  Medan, 23 Mei 2014 Penulis, Frans Dinata

  NIM : 090401066

  DAFTAR ISI ABSTRAK

  .................................................................................................. i

  KATA PENGANTAR

  ................................................................................ iii

  DAFTAR ISI

  .............................................................................................. v

  DAFTAR GAMBAR

  .................................................................................. vii

  DAFTAR TABEL

  ...................................................................................... xi

  DAFTAR NOTASI

  .................................................................................... xii

  BAB I PENDAHULUAN

  ........................................................................... 1

  1.1 Latar Belakang ................................................................................ 1

  1.2 Perumusan Masalah ........................................................................ 3

  1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................ 3

  1.3.1 Tujuan Umum .......................................................................... 3

  1.3.2 Tujuan Khusus ......................................................................... 3

  1.4 Batasan Masalah ............................................................................. 3

  1.5 Sistematika Penulisan ...................................................................... 4

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  ................................................................ 5

  2.1 Komposit ........................................................................................ 5

  2.2 Massa .............................................................................................. 7

  2.3 Volume ........................................................................................... 11

  2.4 Massa Jenis ..................................................................................... 12

  2.5 Gelombang dan Bunyi ..................................................................... 13

  2.5.1 Gelombang ............................................................................... 13

  2.5.2 Jenis-Jenis Gelombang ............................................................. 13

  2.5.3 Bunyi ....................................................................................... 14

  2.5.4 Sifat-Sifat Bunyi ...................................................................... 15

  2.6 Sifat Akustik ................................................................................... 18

  2.6.1 Koefisien Absorpsi ................................................................... 19

  2.6.2 Sound Transmission Loss ......................................................... 21

  2.7 Material Akustik ............................................................................. 21

  2.8 Tabung Impedansi ........................................................................... 24

  2.8.1 Metode Perbandingan Gelombang Tegak (ISO 10534-1:1996) .. 24

  2.8.2 Metode Transfer Fungsi (ISO 10534-2:1998) ........................... 25

  BAB III METODE PENELITIAN

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  LAMPIRAN

  ................................................................................. xiii

  DAFTAR PUSTAKA

  ...................................................... 87 5.1 kesimpulan ...................................................................................... 87 5.2 saran ............................................................................................... 87

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  4.4.3 Spesimen Dengan Ketebalan 15mm ......................................... 72

  4.4.2 Spesimen Dengan Ketebalan 10mm ......................................... 60

  4.4.1 Spesimen Dengan Ketebalan 5mm ........................................... 47

  4.4 Material Akustik ............................................................................. 46

  4.3 Massa Jenis ..................................................................................... 45

  4.2 Volume ........................................................................................... 44

  4.1 Massa .............................................................................................. 43

  ..................................................... 43

  3.6 Flow Chart ...................................................................................... 41

  ............................................................ 27

  3.5 Teknik Pengukuran, Pengolahan dan Analisa Data .......................... 40

  3.4.3 Prosedur Pengujian ................................................................... 38

  3.4.2 Experimental Set Up ................................................................ 37

  3.4.1 Alat dan Bahan ......................................................................... 34

  3.4 Pengujian Koefisien Serap Bunyi .................................................... 34

  3.3.2 Prosedur Pengukuran Massa, Volume dan Massa Jenis ............. 34

  3.3.1 Alat dan Bahan ......................................................................... 32

  3.3 Pengukuran Massa, Volume dan Massa Jenis .................................. 32

  3.2.2 Prosedur Pembuatan Spesimen ................................................. 31

  3.2.1 Alat dan Bahan Pembuatan Spesimen ....................................... 27

  3.2 Pembuatan Spesimen ....................................................................... 27

  3.1.2 Waktu ...................................................................................... 27

  3.1.1 Tempat ..................................................................................... 27

  3.1 Tempat dan Waktu .......................................................................... 27

  ............................................................................................... xiv

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Neraca lengan gantung .............................................................. 9Gambar 2.2 Neraca analitis dua lengan ........................................................ 9Gambar 2.3 Neraca ohauss ........................................................................... 9Gambar 2.4 Neraca jarum berskala .............................................................. 10Gambar 2.5 Neraca pegas ............................................................................ 10Gambar 2.6 Neraca digital ........................................................................... 10Gambar 2.7 Percobaan pertama .................................................................... 12Gambar 2.8 Percobaan kedua ....................................................................... 12Gambar 2.9 Gelombang transversal .............................................................. 14Gambar 2.10 Gelombang longitudinal .......................................................... 14Gambar 2.11 Fenomena absorpsi suara oleh suatu permukaan bahan ........... 18Gambar 2.12 Pandangan skematis metode rasio gelombang tegak ................ 25Gambar 2.13 Tabung impedansi untuk pengukuran koefisien serap bunyi .... 25Gambar 3.1 Serat batang kelapa sawit .......................................................... 27Gambar 3.2 Polyester (Resin tak jenuh) ....................................................... 28Gambar 3.3 Katalis MEKP (Methyl Ethyl Keton Peroksida) ......................... 28Gambar 3.4 Isocyanate ................................................................................. 29Gambar 3.5 Polyester Polyol ........................................................................ 29Gambar 3.6 Wax .......................................................................................... 29Gambar 3.7 Cetakan spesimen uji akustik .................................................... 30Gambar 3.8 Timbangan ................................................................................ 30Gambar 3.9 Mesin bubut .............................................................................. 30Gambar 3.10 Gergaji mesin ......................................................................... 31Gambar 3.11 Spesimen massa, volume dan massa jenis; (a) Variabel I

  (b) Variabel II, (c) Variabel III ................................................ 33

Gambar 3.12 Neraca analitik ........................................................................ 33Gambar 3.13 Gelas ukur .............................................................................. 33Gambar 3.14 Spesimen uji akustik (a) ketebalan 5mm, (b) ketebalan 10mm

  (c) ketebalan 15mm ................................................................. 34

Gambar 3.15 Laptop .................................................................................... 35Gambar 3.16 Labjack U3-LV ....................................................................... 35Gambar 3.17 Amplifier ................................................................................ 36Gambar 3.18 Speaker ................................................................................... 36Gambar 3.19 Mikropon ................................................................................ 37Gambar 3.20 Tabung impedansi ................................................................... 37Gambar 3.21 Skema alat uji tabung impedansi ............................................. 38Gambar 3.22 set up peralatan pengujian ....................................................... 38Gambar 3.23 Posisi mikropon 2,1 dan 1' ...................................................... 39Gambar 3.24 Diagram alir penelitian ........................................................... 42Gambar 4.1 Massa (a) spesimen I, (b) spesimen II, (c) spesimen III ............. 43Gambar 4.2 Massa (a) spesimen I, (b) spesimen II, (c) spesimen III ............. 43Gambar 4.3 Massa (a) spesimen I, (b) spesimen II, (c) spesimen III ............. 44Gambar 4.4 Volume (a) spesimen I, (b) spesimen II, (c) spesimen III .......... 44Gambar 4.5 Volume (a) spesimen I, (b) spesimen II, (c) spesimen III .......... 45Gambar 4.6 Volume (a) spesimen I, (b) spesimen II, (c) spesimen III .......... 45Gambar 4.7 (a) Pengukuran amplitudo spesimen I pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 125Hz,

  (b) Pengukuran amplitudo spesimen II pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 125Hz, (c) Pengukuran amplitudo spesimen III pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 125Hz .......................................................... 47

Gambar 4.8 (a) Pengukuran amplitudo spesimen I pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 250Hz,

  (b) Pengukuran amplitudo spesimen II pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 250Hz, (c) Pengukuran amplitudo spesimen III pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 250Hz .......................................................... 50

Gambar 4.9 (a) Pengukuran amplitudo spesimen I pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 500Hz,

  (b) Pengukuran amplitudo spesimen II pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 500Hz, (c) Pengukuran amplitudo spesimen III pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 500Hz .......................................................... 52

Gambar 4.10 (a) Pengukuran amplitudo spesimen I pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 1000Hz,

  (b) Pengukuran amplitudo spesimen II pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 1000Hz, (c) Pengukuran amplitudo spesimen III pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 1000Hz ........................................................ 54

Gambar 4.11 (a) Pengukuran amplitudo spesimen I pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 1500Hz,

  (b) Pengukuran amplitudo spesimen II pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 1500Hz, (c) Pengukuran amplitudo spesimen III pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 1500Hz ........................................................ 56

Gambar 4.12 (a) Pengukuran amplitudo spesimen I pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 2000Hz,

  (b) Pengukuran amplitudo spesimen II pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 2000Hz, (c) Pengukuran amplitudo spesimen III pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 2000Hz ........................................................ 57

Gambar 4.13 Grafik koefisien absorpsi spesimen dengan ketebalan 5mm .... 59Gambar 4.14 (a) Pengukuran amplitudo spesimen I pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 125Hz,

  (b) Pengukuran amplitudo spesimen II pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 125Hz, (c) Pengukuran amplitudo spesimen III pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 125Hz .......................................................... 60

Gambar 4.15 (a) Pengukuran amplitudo spesimen I pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 250Hz,

  (b) Pengukuran amplitudo spesimen II pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 250Hz, (c) Pengukuran amplitudo spesimen III pada mic 1 dan mic 2

  dengan frekuensi 250Hz .......................................................... 62

Gambar 4.16 (a) Pengukuran amplitudo spesimen I pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 500Hz,

  (b) Pengukuran amplitudo spesimen II pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 500Hz, (c) Pengukuran amplitudo spesimen III pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 500Hz .......................................................... 64

Gambar 4.17 (a) Pengukuran amplitudo spesimen I pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 1000Hz,

  (b) Pengukuran amplitudo spesimen II pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 1000Hz, (c) Pengukuran amplitudo spesimen III pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 1000Hz ........................................................ 66

Gambar 4.18 (a) Pengukuran amplitudo spesimen I pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 1500Hz,

  (b) Pengukuran amplitudo spesimen II pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 1500Hz, (c) Pengukuran amplitudo spesimen III pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 1500Hz ........................................................ 68

Gambar 4.19 (a) Pengukuran amplitudo spesimen I pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 2000Hz,

  (b) Pengukuran amplitudo spesimen II pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 2000Hz, (c) Pengukuran amplitudo spesimen III pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 2000Hz ........................................................ 70

Gambar 4.20 Grafik koefisien absorpsi spesimen dengan ketebalan 10mm .. 72Gambar 4.21 (a) Pengukuran amplitudo spesimen I pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 125Hz,

  (b) Pengukuran amplitudo spesimen II pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 125Hz, (c) Pengukuran amplitudo spesimen III pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 125Hz .......................................................... 73

Gambar 4.22 (a) Pengukuran amplitudo spesimen I pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 250Hz,

  (b) Pengukuran amplitudo spesimen II pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 250Hz, (c) Pengukuran amplitudo spesimen III pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 250Hz .......................................................... 75

Gambar 4.23 (a) Pengukuran amplitudo spesimen I pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 500Hz,

  (b) Pengukuran amplitudo spesimen II pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 500Hz, (c) Pengukuran amplitudo spesimen III pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 500Hz .......................................................... 76

Gambar 4.24 (a) Pengukuran amplitudo spesimen I pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 1000Hz,

  (b) Pengukuran amplitudo spesimen II pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 1000Hz,

  (c) Pengukuran amplitudo spesimen III pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 1000Hz ........................................................ 78

Gambar 4.25 (a) Pengukuran amplitudo spesimen I pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 1500Hz,

  (b) Pengukuran amplitudo spesimen II pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 1500Hz, (c) Pengukuran amplitudo spesimen III pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 1500Hz ........................................................ 80

Gambar 4.26 (a) Pengukuran amplitudo spesimen I pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 2000Hz,

  (b) Pengukuran amplitudo spesimen II pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 2000Hz, (c) Pengukuran amplitudo spesimen III pada mic 1 dan mic 2 dengan frekuensi 2000Hz ........................................................ 82

Gambar 4.27 Grafik koefisien absorpsi spesimen dengan ketebalan 15mm .. 84Gambar 4.28 Grafik rekapitulasi hasil pengujian .......................................... 85

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Roadmap penelitian ...................................................................... 2Tabel 2.1 Karakteristik mekanik polyester resin BTN 157 ............................ 7Tabel 2.2 Koefisien penyerapan bunyi dari beberapa material ...................... 20Tabel 3.1 Data pengamatan .......................................................................... 41Tabel 4.1 Tabel koefisien absorpsi dengan ketebalan spesimen 5mm ........... 59Tabel 4.2 Tabel koefisien absorpsi dengan ketebalan spesimen 10mm ......... 71Tabel 4.3 Tabel koefisien absorpsi dengan ketebalan spesimen 15mm ......... 84Tabel 4.4 Tabel rekapitulasi hasil data analisa .............................................. 85

  DAFTAR NOTASI Simbol Arti Satuan F

  Frekuensi Hz

  2 I Intensitas bunyi W/ m

  T Waktu s

  V Cepat rambat bunyi m/s

  Koefisien absorbsi ߙ

• Panjang gelombang m

  λ

  3 Massa Jenis kg/m ρ