BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. MATERIAL KOMPOSIT Material komposit adalah penggabungan atau pencampuran bahan yang sekurang-kurangnya teridiri dari dua bahan material yang berbeda phasa dan sifat mikroskopisnya dengan menggunakan aturan tertentu [3, hal 129]. Contoh material komposit yang tradisional adalah batubara, yang merupakan campuran dari tanah liat yang dicampur dengan rumput dan konkrit yang merupakan campuran antara semen dengan pasir atau batu kerikil. Material komposit biasanya terdiri dari bahan penyusun dan bahan yang mengisolasi bahan lain. 2.2.1. Jenis – Jenis Material Komposit 1. Material komposit serat, yaitu komposit yang terdiri dari serat dan bahan dasar yang diproduksi secara fabrikasi, misalnya serat + resin sebagai bahan perekat, sebagai contoh adalah FRP (Fiber Reinforce Plastic) plastik diperkuat dengan serat dan banyak digunakan, yang sering disebut fiber glass. 2. Komposit lapis (laminated composite), yaitu komposit yang terdiri dari lapisan dan bahan penguat, contohnya polywood,

laminated glass yang sering

digunakan sebagai bahan bangunan dan kelengkapannya. 3. Komposit partikel (particulate composite), yaitu komposit yang terdiri dari partikel dan bahan penguat seperti butiran (batu dan pasir) yang diperkuat dengan semen yang sering kita jumpai sebagai betin.

2.2.2. Kelebihan Bahan Komposit Bahan komposit mempunyai sifat-sifat mekanik dan fisika yang banyak, diantaranya: 1. Gabungan bahan dasar dan penguat dapat menghasilkan komposit yang mempunyai kekuatan yang lebih tinggi dari bahan dasarnya. 2. Bahan komposit mempunyai berat yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan bahan konvesional. Ini memberikan informasi yang penting dalam penggunaannya karena komposit akan mempunyai kekuatan dan kekuatan spesifik yang lebih tinggi dari bahan konvesional, pengurangan berat adalah

Universitas Sumatera Utara

suatu aspek yang penting dalam industri pembuatan komposit seperti automobile dan pesawat terbang, karena berhubungan dengan penghematan bahan bakar. 3. Bahan komposit tahan terhadap kikisan. 4. Bahan komposit juga mempunyai kelebihan dari segi daya guna, yaitu produk yang mempunyai gabungan sifat-sifat yang menarik dan dapat dihasilkan dengan menggabungkan lebih dari satu serat dengan bahan dasar untuk menghasilkan komposit hybrid.

2.2.3. Kelapa Sawit Kelapa Sawit yang mempunyai nama latin adalah (Elaeis) merupakan tanaman industri penting penghasil minyak makan, minyak industri, maupun bahan bakar (biodisel). Kepala sawit yang mempunyai umur ekonomis 25 tahun dan bisa mencapai tinggi 24 meter dapat hidup dengan baik di daerah tropis (15°LU – 15°LS). Tanaman ini tumbuh sempurna di ketinggian 0-500 m dari permukaan laut dengan kelembaban 80-90%. Sawit membutuhkan iklim dengan curah hujan yang stabil, 2000-2500 mm setahun, yaitu daerah yang tidak tergenang air saat hujan dan tidak kekeringan saat kemarau. Pola curah hujan tahunan mempengaruhi perilaku pembungaan dan produksi buah sawit[9]. Bagian yang paling populer untuk diolah dari kelapa sawit adalah buah. Bagian daging buah menghasilkan minyak kelapa sawit mentah yang diolah menjadi bahan baku minyak goreng dan berbagai jenis turunannya. Kelebihan minyak nabati dari sawit adalah harga yang murah, rendah kolesterol, dan memiliki kandungan karoten tinggi. Minyak sawit juga diolah menjadi bahan baku margarin. Selain buahnya, ternyata batang kelapa sawit yang selama ini dianggap sebagai limbah bisa dijadikan salah satu bahan yang dapat berguna. Batang kelapa sawit yang mempunyai sifat lembut dan berpori diyakini dapat menyerap energi suara yang mengenainya. Dengan asumsi yang demikian maka dilakukanlah penelitian material komposit yang berbahan dasar serat batang komposit untuk membuktikan penyerapan energy suara yang terjadi.


2.2.4. Polyurethane Polyurethane merupakan polymeric material yang mengandung urethane grup (-NH-CO-O-) hasil reaksi dari polyol dengan isocyanate. Poliuretan dapat berupa serat yang mudah lengket. Suatu contoh Poliuretan yang amat sangat berpengaruh adalah spandex.

Poliuretan

dihasilkan

dari

reaksi diisocyanates dengan di-alcohols.

Terkadang di-alcohol digantikan dengan suatu diamin, sehingga polimer yang didapat nantinya disebut polyurea yang memiliki suatu ikatan urea. Akan tetapi, pada umumnya sering disebut Poliuretan juga (karena polyurea tidak begitu terkenal). Poliuretan dapat berikatan dengan baik dengan hidrogen sehingga dapat membentuk suatu kristal. Oleh karena itu, poliuretan sering digunakan untuk co-polymer blok buatan dengan sifat elastis yang lembut khas polimer.Co-Polymer blok ini memiliki sifat termo-plastik elastomers (Anonim1, 2007). Komponen utama yang penting dari suatu Poliuretan adalah isocyanate yang molekulnya

berisi

dua isocyanate (diisocyanates).

Molekul

ini

juga

dikenal

sebagai monomers atau monomer unit. Isocyanates dapat berbau harum, seperti diphenylmethane diisocyanate (MDI) atau toluene diisocyanate (TDI); atau alifatik, seperti hexamethylene diisocyanate (HDI) atau isophorone diisocyanate (IPDI). Komponen kedua yang juga tak kalah penting dari suatu poliuretan polymer adalah polyol (Molekul yang berisi dua kelompok hidroksit atau diols, memiliki 3 kelompok hidroksit atau triols). Dalam prakteknya, polyols dibedakan dari rantai

yang

pendek

(low-molecular)

seperti ethylene

glycol,

1,4-butanediol

(BDO), diethylene glycol (DEG), gliserin, dan trimethylol sejenis metan (TMP). Sampai saat ini Polyurethane telah banyak diaplikasikan untuk mengganti bahanbahan seperti rubber, metal, wood dan plastic.

Gambar 2.1 Ikatan uretan dan reaksi pembentukan poliuretan Poliuretan dibuat dengan mereaksikan molekul yang memiliki gugus isosianat dengan molekul yang memiliki gugus hidroksil. Dengan demikian, jenis dan ukuran setiap molekul pembentuk akan memberikan sumbangan terhadap sifat poliuretan


yang terbentuk. Hal inilah yang membuat poliuretan menjadi polimer yang sangat fleksibel baik dalam sifat mekanik maupun aplikasinya. Saat ini, aplikasi poliuretan paling banyak (sekitar 70%) adalah sebagai bahan busa, kemudian diikuti dengan elastomer, baru kemudian sebagai lem dan pelapis. Pembuatan busa dari poliuretan dimungkinkan dengan menggunakan agen pengembang (blowing agent), yang akan menghasilkan gas pada saat terjadi reaksi sehingga poliuretan dapat membentuk busa. Jika poliuretan yang digunakan bersifat lunak, maka yang dihasilkan adalah busa lunak seperti pada kasur busa, alas kursi dan jok mobil. Ada juga jenis busa kaku (rigid foam), seperti pada insulasi dinding, insulasi lemari es, atau insulasi kedap suara. Busa poliuretan bersifat ulet dan tidak mudah putus. Dalam aplikasi sebagai insulasi dinding, poliuretan juga dapat dibuat menjadi tahan api dengan penambahan senyawa halogen. Keunggulan

polyurethane

dibandingkan

dengan

bahan-bahan

lainnya

(rubber, metal, wood dan plastic) 1.

Tingkat kekerasan suatu spare part sangat penting dalam penggunaan suatu mesin. Dengan menggunakan bahan Polyurethane kekerasan suatu spare part dapat diatur sedemikian rupa dari hardness 10 shore A sampai dengan 95 shore A.

2.

Mempunyai tingkat abrasi yang tinggi yang mengakibatkan spare part yang terbuat dari bahan Polyurethane tidak mudah aus.

3.

Spare part yang terbuat dari bahan Polyurethane dapat flexible terhadap temperatur rendah (low temperature), bahan dapat dioperasikan sampai dengan dibawah 0o C.

4.

Spare part yang terbuat dari bahan Polyurethane tidak mudah sobek, kekuatannya lebih baik dari bahan rubber. Pemakaian poliuretan di Indonesia sebagai bahan pendukung industri masih

sangat tergantung pada impor, walaupun beberapa industri sudah mulai mencoba memproduksi poliuretan di dalam negeri. Banyaknya pabrik kertas, furnitur, industri otomotif dan industri alas kaki di Indonesia membuat prospek usaha di bidang poliuretan di masa depan cukup menjanjikan, asalkan kita mau tekun mendalami teknik pembuatan dan pencetakannya.


2.2. MEKANIKA KEKUATAN BAHAN 2.2.1. Nilai material propertis Nilai-nilai propertis dari material (mechanical properties) sangat diperlukan oleh suatu material agar kita dapat mengetahui dan menggunakan material tersebut dengan benar. Nilai-nilai propertis dari material yang dibutuhkan adalah : 1. Modulus elastisitas (modulus of elasticity atau Young’s Modulus) 2. Massa jenis Untuk mendapatkan nilai elastisitas bahan perlu dilakukan pengujian secara langsung dengan cara melakukan uji tarik material. Sesungguhnya banyak nilai-nilai propertis dari material yang bias didapat dari pengujian ini. Biasanya pengujian tekan dan tarik (the tension and compression test) ini digunakan untuk menentukan hubungan antara nilai rata-rata tekanan dan nilai ratarata dari tegangan pada banyak material teknik, seperti pada besi, keramik, polymer, dan komposit. Untuk melakukan suatu uji tarik material yang akan diuji haruslah dalam bentuk dan ukuran yang telah standart uji dari setiap material. Untuk material komposit, ukuran dan bentuk dari specimen yang sesuai standart untuk dilakukan pengujian adalah ASTM D 638 02 yang diperlihatkan pada gambar 2.2 [6, hal 103].

Gambar 2.2 Standart Uji ASTM D 638 02


Gambar 2.3 Alat Uji Tarik Pada gambar 2.3 alat uji yang seperti ini biasanya digunakan untuk menarik specimen secara perlahan-lahan hingga mencapai titik patah material, alat seperti ini juga dirancang untuk membaca beban yang dibutuhkan untuk mendapatkan nilai ratarata dari regangan. Tegangan Sebuah bahan yang menerima beban eksternal akan memberi reaksi yang berupa gaya dalam, yang besarnya sama tapi arahnya berlawanan. Besarnya gaya persatuan luas pada bahan tersebut disebut sebagai tegangan. Adapun gaya (beban) yang terjadi selama pemberian beban adalah: 1. Gaya

aksial

adalah

gaya

yang

menyebabkan

suatu

material

memanjang/memendek dengan arah aksial atau biasa disebbut dengan gaya normal. Dimana A adalah luas penampang yang menahan P. Intensitas gaya yang terbagi pada luasan seluas A disebut tegangan, Maka dapat ditentukan persamaan dari

(sigma) P adalah resultante gaya

internal di penampang A. P = satuan gaya (N) A = satuan luas (m2) tegangan (N/m2)

1 N/m2 = 1 Pa 1 kN/m2 = 103 N/m2 = 103 Pa = 1 kPa 1 MPa = 106 Pa = 106 N/m2


1 GPa = 109 Pa = 109 N/m2 Beban aksial

tegangan normal

Tegangan normal merupakan tegangan pada bidang yang tegak lurus dengan arah gaya. σ = P/A bukan tegangan di suatu titik pada penampang A, tetapi tegangan rata-rata semua titik pada penampang A. Pada umumnya tegangan di suatu titik tidak sama dengan tegangan rata-rata. Tetapi dalam prakteknya, tegangan ini dianggap seragam, kecuali pada titik beban, atau adanya konsentrasi tegangan . Tegangan tarik adalah tegangan yang diakibatkan beban tarik atau beban yang arahnya tegak lurus meninggalkan luasan permukaan. Tegangan tekan adalah tegangan yang diakibatkan beban tekan atau beban yang arahnya tegak lurus menuju luasan permukaan. Suatu benda yang statis, jika dipotong harus tetap statis terhadap resultan gaya = 0 (

)

Tegangan geser adalah tegangan yang diakibatkan oleh gaya yang arahnya sejajar dengan luasan permukaan (gaya tangensial). A adalah luas penampang yang menahan beban P. Tegangan yang terjadi pada luasan A disebut tegangan geser, τ (tau). Jika permukaan geser hanya satu, maka disebut geseran tunggal. Nilai tegangan dapat dicari dengan rumus : (2-1) dimana : P = Beban yang diterima pada luas penampan material (Kgf) A0 = Luas penampang dari specimen (mm2) Regangan Jika suatu benda diberi beban, akan mengalami perubahan bentuk (deformasi) memanjang, memendek, membesar, mengecil dan sebagainya. 1. Regangan normal karena beban aksial material yang menerima pembebanan akan mengalami deformasi. Perbandingan antara deformasi dengan panjang mula-mula disebut sebagai regangan

Dimana :

δ = satuan panjang


L = satuan panjang ε = tanpa satuan atau dapat ditulis :

Dimana :

ε

= regangan

L

= panjang mula-mula

L1

= panjang setelah dikenai beban

Nilai regangan dapat dicari dengan rumus : (2-2) dimana :

δ = Nilai selisih antara (L – L0) (mm) L = Panjang batas uji specimen setelah diuji (mm) L0 = Panjang batas uji specimen sebelum diuji (mm)

2.2.2. Modulus Elastisitas (Ε) Pada tahun 1676 Robert Hooke menyatakan bahwa semakin besar nilai tegangan suatu benda maka akan semakin besar juga nilai tekanannya karena tegangan dan tekanan itu berbanding lurus, pernyataan Hooke itu sekarang dikenal dengan sebutan Hukum Hooke (Hooke’s Law) [2, hal 92]. Secara matematik, pernyataan Hooke tersebut dapat ditulis sebagai berikut: (2-3) dimana :

σ = Nilai tegangan (Pa) Ε = Modulus elastisitas (Pa) = Nilai Regangan (mm/mm)

Pada umumnya elemen struktur (mesin) didesain agar deformasinya kecil, dan hanya bergerak pada daerah garis lurus pada diagram σ. Pada daerah ini, tegangan berbanding lurus dengan regangan σ = E.ε. Persamaan ini disebut : hukum Hook. (Robert Hook, 1635-1703). Koefisien E disebut modulus elastisitas disebut juga modulus Young (Thomas Young, 1773 – 1829). Karenaε tanpa satuan, maka satuan E sama dengan satuan σ. Kekuatan suatu material dipengaruhi oleh paduannya,


perlakuan panas, dan proses manufacturing, tetapi modulus elastisitas material selalu tetap. Tegangan terbesar dimana hukum Hooke masih berlaku disebut batas proporsional bahan. Pada bahan yang luluhnya jelas, maka batas proporsional hampir berimpit dengan tegangan luluh. Pada beberapa bahan, penambahan bahan paduan, perlakuan panas dan proses pembuatan mengubah kekuatan, duktilitas, ketahanan korosi dan sebagainya. Modulus elastisitas atau modulus young atau young’s modulus (E) menyatakan kekakuan (stiffness) bahan. Modulus elastisitas ditunjukkan oleh kemiringan garis pada kurva tegangan-regangan pada daerah elastic. Pada daerah elastic berlaku hukum hooke. Kekakuan (stiffness) E menunjukkan mudah-tidaknya bahan berubah bentuk menunjukkan kekakuan (stiffness) bahan. Deformasi batang karena beban aksial batang BC, panjang L dibebani beban terpusat P. Jika tegangan yang timbul σ tidak melebihi batas proporsional, maka berlaku hukum Hook σ = E . ε atau ε = σ /E = P/AE. Mengingat bahwa ε = δ / L, atau δ = ε.L. Fatigue (lelah) untuk material baja apabila diberikan tegangan dibawah ultimate strength (tegangan maksimal sebelum terjadifracture/patah), pada suatu siklus tertentu tegangannya akan konstan. Ketika tekanan itu dikurangi di bawah endurance limit (batas ketahanan), kegagalan-kegagalan kelelahan tidak terjadi untuk setiap bilangan siklus. Hal ini berbeda dengan almunium, tegangannya akan menuntun bersamaan dengan makin banyaknya siklus yang diberikan. Untuk mendapatkan nilai modulus elastisitas digunakan rumus: (2-4)

dimana:

σpl = Nilai tegangan yang aman (Pa) = Nilai regangan yang aman (mm/mm)

2.2.3. Massa Jenis


Suatu material pastilah mempunyai nilai massa jenis, massa jenis suatu material didapat dengan cara mengukur langsung benda tersebut. Untuk menghitung massa jenis digunakan rumus: (2-5) dimana:

m = Massa material (gr) V = Volume material (mm3)

2.3. BUNYI Bunyi, secara psikologis, didefinisikan sebagai hasil dari variasi-variasi tekanan diudara yang berlaku pada permukaan gendang telinga kemudian telinga mengubah variasi tekanan ini menjadi sinyal-sinyal elektrik dan diterima otak sebagai bunyi. Bunyi juga dapat didefenisikan sebagai suatu gangguan fisik dalam media yang dapat dideteksi telinga manusia. Pengertian ini menetapkan kebutuhan akan adanya media yang memiliki tekanan dan elastisitas sebagai media pemindah gelombang bunyi, media ini dapat berupa gas, cairan, ataupun benda padat. Pada udara, variasi-variasi tekanan ini berbentuk kompresi (compressions) dan regangan (rarefactions) yang periodic. Pada gambar 2.4, bel meradiasikan nada murni (pure tone) ke semua arah, sehingga menciptakan satu dataran gelombang melingkar. Getaran yang terjadi terus-menerus (continues) hingga berhenti pada bel menyebabkan deret kompresi dan regangan udara yang bergerak secara longitudinal dari sumber. Amplitudo gelombang dibawa serta oleh tekanan, yang mana semakin besar amplitudo maka semakin besar juga kompresi dan regangan yang terjadi.

Gambar 2.4 Radiasi bunyi dari bel


Gambar 2.5 Amplitudo dari bel Gambar 2.5 menjelaskan dua implus tunggal yang memiliki ketinggian (magnitude) atau amplitude berbeda menjauh dari sumber bunyi. Perubahan tekanan yang membawa informasi bunyi ini bergerak pada arah yang sama dengan muka gelombang, yaitu secara longitudinal, sehingga dapat dikatakan bunyi merupakan gerakan gelombang mekanis yang longitudinal. 2.3.1. Sifat – Sifat Bunyi Bunyi mempunyai beberapa sifat, seperti frekuensi bunyi, kecepatan perambatan, panjang gelombang, intensitas, kecepatan partikel. 2.3.1.a.

Frekuensi

Frekuensi adalah ukuran jumlah putaran ulang per peristiwa dalam selang waktu yang diberikan. Untuk memperhitungkan frekuensi, seseorang menetapkan jarak waktu, menghitung jumlah kejadian peristiwa, dan membagi hitungan ini dengan panjang jarak waktu. Fenomena ini dikemukan pertama kali oleh pakar fisika jerman Heinrich Rudolf Hertz [5]. Frekuensi bunyi dapat didefinisikan sebagai jumlah periode siklus kompresi dan regangan yang muncul dalam satu satuan waktu. (2-6)


dimana :

= Frekuensi (Hz) = Waktu (s)

Dalam tabel 2.1 berikut dapat dilihat perbedaan dari jarak frekuensi yang dapat ditransmisikan dan diterima oleh beberapa sumber dan penerima bunyi [6]. Tabel 2.1 Jarak Frekuensi yang ditransmisikan dan diterima oleh sumber dan penerima bunyi Sumber Bunyi

Jarak Frekuensi (Hz)

Manusia

85 – 5000

Anjing

450 – 1080

Kucing

780 – 1520

Piano

30 – 4100

Pitch Music Standart

440

Terompet

190 – 990

Drum

95 – 180

Kelelawar

10.000 – 120.000

Jangkrik

7.000 – 100.000

Burung Nuri

2.000 – 13.000

Burung Kakak Tua

7.000 – 120.000

Mesin Jet

5 – 50.000

Mobil

15 – 30.000 Penerima Bunyi

Jarak Frekuendi (Hz)

Manusia

20 – 20.000

Anjing

15 – 50.000

Kucing

60 – 65.000

Kelelawar

1000.120.000

Jangkrik

100 – 15.000

Burung Nuri

250 – 21.000

Burung Kakak Tua

150 – 150.000

2.3.1.b.

Kecepatan Perambatan


Bunyi bergerak pada kecepatan berbeda-beda pada tiap media yang dilaluinya. Pada media gas udara, cepat rambat bunyi tergantung pada kerapatan, suhu, dan tekanan. (2-7) atau dalam bentuk yang sederhana dapat ditulis : (2-8) dimana :

c = Cepat rambat bunyi (m/s) γ = Rasio panas spesifik (untuk udara = 1,41) Pa = Tekanan atmosfir (Pascal) ρ = Kerapatan (Kg/m3) T = Suhu (K)

Pada media padat bergantung pada modulus elastisitas dan kerapatan, sedangkan pada media cair bergantung pada modulus bulk dan kerapatan. (2-9) dimana :

E = Modulus Young (Pascal) ρ = Kerapatan (Kg/m3)

2.3.1.c. Panjang Gelombang Panjang suatu gelombang bunyi dapat didefinisikan sebagai jarak antara dua muka gelombang berdase sama. Hubungan antara panjang gelombang, frekuensi, dan cepat rambat bunyi dapat ditulis : (2 – 10) dimana ;

λ = Panjang gelombang bunyi c = Cepat rambat bunyi (m/s) f = Frekuensi (Hz)

2.3.1.d.

Intensitas Bunyi

Intensitas bunyi adalah aliran energy yang dibawa gelombang udara dalam suatu daerah per satuan luas. Intesitas bunyi pada tiap titik dari sumber dinyatakan dengan :


(2-11) dimana :

I = Intensitas bunyi (W/m2) W = Daya akustik (Watt) A = Luas area (m2)

Ambang batas pendengaran manusia, yaitu nilai minimum intensitas daya bunyi yang dapat dideteksi telinga manusia, adalah 10-6 W/cm2. 2.3.1.e. Kecepatan Partikel Radiasi bunyi yang dihasilkan suatu sumber bunyi akan mengelilingi udara sekitarnya. Radiasi bunyi ini akan mendorong patikel udara yang dekat dengan permukaan luar sumber bunyi. Hal ini akan menyebabkan bergeraknya partikelpartikel di sekitar radiasi bunyi yang disebut dengan kecepatan partikel. (2-12) dimana :

= Kecepatan partikel (m/s) p = Tekanan (Pa) ρ = Massa jenis bahan (Kg/m3) c = Kecepatan rambat gelombang (m/detik)

untuk permasalahan solid borne dapat dianologikan menjadi persamaan (2-13) dengan asumsi : 1. Gelombang yang terjadi di solid adalah gelombang bidang 2. Persamaan diatas dapat diturunkan menjadi gerak di benda solid 3. Reaksi medium solid berupa tegangan, sedangkan pada udara berupa tekanan

2.3.2. Tekanan Bunyi dan Tingkatan Tekanan Bunyi Tekanan bunyi adalah variasi tekanan diatas dan dibawah tekanan atmosfer dalam satuan pascal. Variasi tekanan ini sifatnya periodic, satu variasi tekanan komplit disebut juga sebagai satu siklus (frekuensi). Secara umum persamaan gelombang tekanan bunyi datang dapat dituliskan sebagai : (2-14) dan persamaan untukl gelombang ditransmisikan dan dipantulkan adalah : (2-15)


(2-16) 2

dimana :

= Tekanan bunyi (N/m atau Pa) = Tekanan bunyi ditransmisikan (N/m2 atau Pa) = Tekanan bunyi dipantulkan (N/m2 atau Pa) = Amplitudo tekanan bunyi (N/m2) f

= Frekuensi (Hz)

t

= Waktu (s)

k1,k2 = Bilangan gelombang pada media 1 dan media 2 = x

= jarak dari sumber gelombang

Tingkat tekanan bunyi di definisikan dalam persamaan berikut : dB dimana :

(2 –17)

Lp = Tingkat tekanan bunyi (Sound Pressure Level (SPL)) (dB) pref = Tekanan bunyi referensi, 10 -5 N/m2 untuk bunyi udara. p (t) = Tekanan bunyi (Pa)

2.3.3. Tingkatan Intensitas Bunyi Intensitas bunyi sangat penting diperhatikan untuk mengetahui radiasi total yang menuju udara oleh sumber bunyi dan untuk mengetahui tekanan bunyi. Intensitas bunyi bergantung pada posisi dalam daerah persatuan luas dimana gelombangnya bergerak secara paralel. Intensitas bunyi akan bernilai maksimum jika arah gelombangnya tegak lurus dari sumber bunyi. Hubungan intensitas bunyi, tekanan bunyi, kecepatan bunyi dan kerapatan udara adalah sebagai berikut: (2-18) dimana :

pmax = Akar tekanan bunyi (Pa) ρ

= Kerapatan udara (Kg/m3)

c

= Kecepatan bunyi di udara (m/s)

Tingkatan Intensitas bunyi didefinisikan dalam rumus berikut : (2-19)


dimana :

I

= Intensitas bunyi (W/m2)

Iref = Intensitas referensi (10-12 W/m2)

2.3.4. Daya Bunyi dan Tingkatan Daya Bunyi Daya bunyi adalah radiasi sumber bunyi yang menuju ke sekitar udara, dalam satuan Watts. Hubungan daya bunyi dengan intensitas bunyi ditulis dalam persamaan : (2-20) dimana :

Ws = Total daya bunyi (Watts) Is

= Maksimum intensitas udara pada jarak radius (r)

r

= Jarak dari titik tengah akustik sumber bunyi ke permukaan imajiner sphere (m)

Tingkatan daya bunyi didefinisikan dalam persamaan : (2-21) dimana :

Lw = Tingkatan daya bunyi (dB) W = Daya bunyi (Watts) W0 = Daya bunyi referensi (10-12 Watts)

2.3.5. Hubungan Antara Tingkat Daya, Tingkat Intensitas dan Tingkat Tekanan Bunyi Intensitas pada suatu ketika berhubungan dengan tekanan bunyi pada titik dalam daerah bebas seperti pada persamaan 2-20. Dengan mengkombinasikan persamaan 2 19, 2 -20 dan 2 -21, maka diperoleh tingkat intensitas bunyi sebagai berikut:

(2-22) dimana :

K = Konstanta = Iref ρc/p2ref = ρc/400

Dengan cara yang sama terhadap tingkat tekanan bunyi, maka (2-23) Pada kondisi dimana intensitas adalah seragam dalam sebuah daerah S, daya bunyi dan intensitas berhubungan pada persamaan : W=IA

(2-24)

Selanjutnya hubungan antara tingkat intensitas dan tingkat daya bunyi adalah :


= (2-25) dimana :

A = Luas permukaan daerah A0 = 1 m2

2.3.6. Propagasi Bunyi Gelombang bunyi berpropagasi dalam bentuk gelombang kompresi yang berjalan dengan kecepatan bunyi dalam medium sekitarnya. Gelombang longitudinal sebagai penghantar energy bunyi berpropagasi pada medium-medium yang memiliki tekanan dan elastisitas seperti plasma, gas, fluida dan solid. Gelombang bunyi menjalar diudara bergantung pada elastisitas dan kerapatan udara. Propagasi bunyi dari sumber bunyi dapat dikategorikan atas tiga bagian utama, yaitu: 1. Solid / Structure Borne 2. Air Borne 3. Fluid Borne

2.3.6.1. Solid Borne Rambatan gelombang bunyi benda/material solid sangat tergantung dari dimensi dan material mediumnya. Pada material solid akan terjadi fenomena gelombang transversal yang sangat berpengaruh pada kecepatan rambat gelombangnya. Kecepatan rambat gelombang pada media padat dinyatakan sebagai: m/s dimana :

(2-26)

E = Modulus Young (GPa) = Kerapatan (Kg/m3)

Kecepatan rambat gelombang longitudinal dibenda solid dipengaruhi dimensi model yang ditinjau dan menyebabkan tekanan atau tarikan dan pergeseran dalam bentuk tegangan sebagai reaksi material yang bersifat lateral. Hal ini dikarenakan jika media solid diberi beban akan menyebabkan gelombang longitudinal dan tranversal.


Telah diketahui bahwa rapatan longitudinal menyebabkan regangan yang besarnya

dan disertasi pergeseran sudut sebesar

dengan anggapan gelombang

menjalar sepanjang sumbu x. harga K adalah perpindahan dalam arah y dan merupakan fungsi dari x dan y. Perbandingan antara kedua regangan ini disebut Poisson’s ratio yang besarnya: (2-27)

Harga Poisson’s ratio v, merupakan bentuk elastic Lame’s λ dan koefisien kekauan G untuk benda solid sebagai: (2-28) Harga λ dan G adalah positif sehingga nilai v selalu < ½ atau seringkali berada sekitar 1/3. Pengaruh dari kekakuan tranversal G menyebabkan kekakuan material dan mengingkatkan konstanta elastic selama gelombang longitudinal beroperasi, kecepatan rambat gelombang dipengaruhi oleh kekuan transversal sehingga menjadi: (m/s)

(2-29)

2.3.6.2. Air Borne Bunyi yang ditransmisikan lewat udara disebut bunyi udara (airborne sound). Percakapan manusia, bunyi music, dan bunyi – bunyian lainnya sampai pada telinga pendengar melalui media udara. Dari sudut pandang penerima, bunyi struktur tidak dapat dibedakan dari bunyi di udara. Bunyi struktur yang ditransmisikan langsung lewat bangunan tertentu, seperti tembok, balok, panel, langit – langit gantung, plesteran berbulu, dan papan – papan bangunan dan akhirnya mencapai pendengar sebagai bunyi di udara.

2.4.

PENYERAPAN DAN PEMANTULAN AKUSTIK Bila suatu gelombang bunyi datang pada suatu permukaan batas yang

memisahkan dua daerah dengan laju gelombang berbeda, maka kemungkinan yang akan terjadi adalah:


1. Bunyi dipantulkan semua 2. Bunyi dtransmisikan semua 3. Sebagian gelombang akan dipantulkan dan senbagian lagi akan ditransmisikan

Hal ini dapat dilihat pada gambar 2.6.

Gambar 2.6. Spekrtum bunyi Misalkan dua media akustik dengan sifat impedansi

dan

dataran gelombang dari arah kiri merambat tegak terhadap antar muka. Jika kecil dari

, dimana lebih

, kemudian energy dari gelombang datang tidak dapat ditransmisikan

melewati dataran antar muka, setiap energi yang tersisa akan menjadi gelombang pantul. Pemantulan bunyi adalah fenomena dimana gelombang bunyi dibalikkan dari suatu permukaan yang memisahkan dua media. Pemantulan bunyi ini juga mengikuti kaidah pemantulan, dimana sudut datangnya bunyi (i°) selalu sama dengan sudut pantulan bunyi (r°). jumlah energi yang dipantulkan oleh suatu permukaan tergantung pada permukaan yang dikenainya. Dinding lantai, dan langit – langit datar dapat menjadi pemantul yang baik; sebaliknya bahan – bahan yang kurang tegar dan berpori seperti kain, tirai dan taplak perabotan akan banyak menyerap bunyi. Proses pemindahan daya bunyi dari suatu ruang tertentu, dalam mengurangi tingkat tekanan bunyi dalam volume tertentu, dikenal sebagai penyerapan bunyi [7, hal 146]. Proses ini berkaitan dengan penurunan jumlah energi bunyi dari udara yang


menjalar hingga ia mengenai suatu media berpori atau fleksibel. Bagian energy terserap ketika gelombang bunyi dipantulkan darinya disebut dengan koefisien serapan bunyi dari material. Harga koefisien ini bergantung dari sifat material, frekuensi bunyi, dan sudut gelombang bunyi ketika mengenai permukaan material tersebut. Secara matematis dapat ditulis: (2-30) (2-31) yang mana:

(2-32)

Dalam pemilihan material yang akan digunakan dalam aplikasi pengendalian kebisingan digunakan koefisien reduksi bising (Noise Reduction Coeficient/NRC). Koefisien reduksi bising (NRC) dari suatu material adalah angka tunggal yang merupakan rata – rata koefisien serap suatu material pada frekuensi 250, 500, 750, 1000, dan 2000 Hz. Dalam mengukur koefisien serapan material ada tiga metode standart yang sering atau dapat digunakan, antara lain: 1. Metode tabung impedansi (resonator) Dengan metode ini, koefisien serapan ditentukan langsung dari amplitude tekanan dalam pola gelombang tegak yang disusun. Tabung dapat dilihat pada gambar 2.11.

Gambar 2.7 Tabung Impedansi Diameter dalam tabung utama ditentukan dengan rumus:


cm dimana :

(2-33)

d = Diameter dalam tabung (cm) fh = Frekuensi tertinggi pengukuran (Hz)

cepat rambat bunyi dalam tabung ditentukan dengan persamaan: (2-34) dimana :

c’ = Cepat rambat bunyi dalam tabung (cm/s) c = Cepat rambat bunyi diudara bebas (cm/s) r = Jari – jari tabung (cm) f = Frekuensi

2. Metode ruang dengung Dengan metode ini, pengukuran dibuat dengan memberikan sumber bunyi pada suatu ruangan hingga dataran bunyi mencapai tingkat uniform melalui suatu materi dalam sekitar satu detik. Sumber kemudian dimatikan dengan cepat dan tingkat tekanan bunyi yang ada diruangan diukur. Hal ini dapat dilakukan dengan membaca slope pada kurva alat ukur. 3. Metode steady state Metode ini terdiri dari pengukuran tingkat tekanan bunyi dalam ruangan dalam keadaan steady, kemudian suatu daya bunyi diberikan pada ruangan tersebut. Sumber diletakkan tidak terlalu jauh dan tidak terlalu dekat pada permukaan yang akan diukur. Sound level meter dilengkapi dengan satu atau 1/3 octave bandwith filter. 2.4.1. Flowchart Untuk memudahkan permodelan dari pembuatan specimen sampai memasuki program maka dibuat flowchart yang diperlihatkan pada gambar dibawah ini :


Gambar 2.8 Flowchart Pengolahan Data 2.5.

METODE ELEMEN HINGGA

2.5.1. Metode Elemen Hingga Akustik Konsep dasar yang melandasi metode elemen hingga yaitu prinsip diskritisasi, yaitu menampilkan benda asli sebagai rakitan dari susunan pembagian elemen. Aplikasinya adalah pembagian benda asli menjadi sejumlah elemen yang optimum dan menggunakannya sebagai basis untuk perhitungan. Ide umum metode ini berawal dari ketertarikan pada insyinyur dengan evaluasi mengenai akibat-akibat seperti perubahan bentuk (deformasi), tegangan, temperatur, tekanan, dan kecepatan fluida yang disebabkan oleh gaya seperti beban atau tekanan fluks fluida dan termal.


Untuk memberikan gambaran prinsip metode ini, kita dapat mengumpamakan sebuah objek berbentuk lempengan yang ditarik seperti pada gambar 2.12.a Permasalahan perencangannya adalah menentukan tegangan maksimum. Bila dilihat sepintas, dapatlah ditentukan bahwa tegangan maksimum terjadi pada titik dimana tegangan diberikan. Distribusi tegangannya dapat dilihat pada gambar 2.12.b

Gambar 2.9 Distribusi Tegangan pada lempengan yang ditarik Kesulitan dalam mengatasi permasalahan ini adalah menentukan besarnya tegangan dengan tepat. Untuk menjawabnya adalah dengan membagi lempengan itu menjadi elemen-elemen seperti terlihat pada gambar 2.13.a.

Gambar 2.10. Penyelesaian dengan metode elemen hingga Dengan mengasumsikan bentuk distribusi tegangan didalam elemen melalui bentuk polynomial yang sesuai. Distribusi tegangan muncul dalam tingkatan yang


berbeda untuk elemen yang berbeda seperti terlihat pada gambar 2.13.b. Hal ini menunjukkan dengan jelas bahwa dengan meningkatkan jumlah elemen akan didapat hasil yang mendekati sempurna. Semakin kecil ukuran elemen, semakin kecil kesalahannya, pemecahan yang diperoleh semakin dekat dengan pemecahan sesengguhnya. Dalam penggunaanya untuk menganalisa persoalan-persoalan akustik, perlu dianalogikan beberapa parameter yang sering digunakan dalam menganalisa persoalan – persoalan struktur, seperti terlihat pada tabel 2.2. Tabel 2.2 Analogi structural dan Akustikal

[Sumber : Noise and Vibration Control Engineering, hal 588.] 2.5.2. MSC / NASTRAN for WINDOWS MSC / NASTRAN for WINDOWS adalah suatu sistem permodelan dan pemprosesan elemen hingga yang memungkinkan analisa keteknikan secara cepat dan tepat, yang menyediakan kapabilitas membangun analisa tegangan, suhu, dan performa dinamis yang dibuat langsung (dimodelkan) pada komputer [7]. Perangkat lunak ini pada awalnya dikembangkan oleh NASA (National Aeronautic and Space Administration). Dalam penggunaanya pada permodelan ini, perangkat lunak MSC / NASTRAN yang digunakan adalah MSC / NASTRAN for WINDOWS ver.4.5 dari MacNeal – Schwendler Corporation dengan bantuan perangkat lunak FEMAP ver. 7.0. Gambar perintah – perintah utama pada program MSC / NASTRAN diperlihatkan pada gambar 2.14 dibawah ini.


Nastran memiliki format yang kaku yang menentukan respon struktur dinamis untuk eksitasi yang ditetapkan dalam hal riwayat waktu gaya, tetapi mereka tidak memperhatikan segenap kasus-kasus yang excitiation tersebut dituliskan dalam hal riwayat waktu gerak, misalnya percepatan. Metode disajikan di sini dengan paket DMAP ALTER dan / atau preprosesor menggunakan atau dengan menulis DUMMOD dalam format kaku baru. hanya kasus-kasus tertentu riwayat waktu gerak dapat ditangani dalam metode yang disajikan. Metode membatasi excitatins untuk accellerations dasar kaku. Ini menyiratkan bahwa semua percepatan masukan akan sinkron dan semua poin yang gembira memenuhi hubungan tubuh kaku. Metode yang dikembangkan untuk tanggapan untuk percepatan sinusoidal atau transient mantap untuk diselesaikan dengan baik integrasi langsung atau dengan metode modal. khusus, modifikasi disediakan untuk memberikan solusi melalui RF's 8, 9, 11 dan 12. Teknik ini akan menangani kebanyakan kasus gerakan pendukung seperti gerakan tanah untuk pondasi bangunan, gerak sampai dasar mesin, dan masukan shaker gerak sebuah artikel uji. Sebuah proyek kursus multi-fase baru-baru ini ditambahkan ke kurikulum untuk meningkatkan pengalaman belajar di lingkungan desain yang lebih terbuka. Proyek bertahap bertugas memerlukan strategi pemodelan semakin kompleks untuk memecahkan masalah yang sama dari sebuah balok statis tak tentu, yang solusi analitis dapat dengan mudah diperoleh. Proyek ini berhasil dibangun berdasarkan sebelumnya dipelajari dan dipraktekkan metode analisis sambil memberikan dasar untuk perbandingan terhadap mekanisme solusi bahan. Pendekatan tiga cabang dari latar belakang teoritis, tutorial instruksional dan proyek program multi-bertahap menyediakan kerangka kerja yang sukses untuk dasar yang kuat dalam metode elemen hingga.


Gambar 2.11 Program utama MSc. Nastran for Windows


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents