Upload
hoangbao
View
253
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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.
Kecepatan gelombang harus dibedakan dari kecepatan partikel pada medium
itu sendiri. Pada waktu merambat gelombang membawa energi dari satu tempat ke
tempat lain. Saat gelombang merambat melalui medium maka energi dipindahkan
sebagai energi getaran antar partikel dalam medium tersebut.
Universitas Sumatera Utara
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.
(Sumber: http://fisikagelombang.blogspot.com/2010/02/gelombang-
longitudinal.html)
Universitas Sumatera Utara
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.
Secara singkat, bunyi adalah suatu bentuk gelombang longitudinal yang
merambat secara perapatan dan perenggangan terbentuk oleh partikel zat
perantara serta ditimbulkan oleh sumber bunyi yang mengalami getaran.
Rambatan gelombang bunyi disebabkan oleh lapisan perapatan dan peregangan
partikel-partikel udara yang bergerak ke luar, yaitu karena penyimpangan tekanan.
Hal serupa juga terjadi pada penyebaran gelombang air pada permukaan suatu
kolam dari titik dimana batu dijatuhkan.
Universitas Sumatera Utara
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.
2.1.4.1 Asal 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.
2.1.4.2 Frekuensi bunyi
Frekuensi merupakan gejala fisis objektif yang dapat diukur oleh instrumen-
instrumen akustik. Frekuensi adalah ukuran jumlah putaran ulang per peristiwa
Universitas Sumatera Utara
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.
Gambar 2.3 Gelombang sinusoida dengan berbagai macam frekuensi.
(Sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/Frekuensi)
Universitas Sumatera Utara
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)
2.1.4.3 Cepat 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)
f = Frekuensi (Hz)
Universitas Sumatera Utara
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
2. Udara pada suhu 25oC 347
3. Gabus 500
4. Alkohol 1.213
5. Hidrogen (H) pada suhu 0oC 1.261
6. Timbal 1.300
7. Air pada suhu 15oC 1.440
8. Emas 2.030
9. Aluminium 5.000
10. Baja 5.100
(Sumber: http://mgmpipagk.files.wordpress.com/2008/01/bunyi.pdf)
Cepat rambat dalam medium udara dalam berbagai suhu medium dapat
dilihat pada tabel 2.2.
Tabel 2.2 Cepat rambat bunyi di udara pada berbagai suhu.
No. Suhu (oC) Cepat Bunyi (m/s)
1. 0 332
2. 15 340
3. 25 347
(Sumber: http://mgmpipagk.files.wordpress.com/2008/01/bunyi.pdf)
Suhu udara yang lebih panas atau lebih dingin mempengaruhi kecepatan
bunyi di udara. Semakin rendah suhu udara maka cepat rambat bunyi semakin
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
v = √
………………………………………………….(2.5)
Universitas Sumatera Utara
b. Kecepatan perambatan bunyi didalam zat cair
B =
=
………………………..........(2.6)
v = √
………………………………………………….(2.7)
c. Kecepatan perambatan bunyi didalam gas
v = √
...................................................(2.8)
2.1.4.4 Panjang 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)
2.1.4.5 Intensitas Bunyi
Intensitas bunyi adalah aliran energi yang dibawa gelombang udara dalam
suatu daerah per satuan luas. Intensitas bunyi dalam arah tertentu di suatu titik
adalah laju energi bunyi rata-rata yang ditransmisikan dalam arah tersebut
Universitas Sumatera Utara
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
Motor sport, 10m
Mesin potong rumput, 3m
Sirine, 50 HP, 30m
Roket ruang angkasa
20
30
60
32
70
80
80
88
90
94
105
138
175
(Sumber: Hemond Jr, Conrad J, 1983)
2.1.4.6 Kecepatan Partikel
Radiasi bunyi yang dihasilkan suatu sumber bunyi akan mengelilingi udara
sekitarnya. Radiasi bunyi ini akan mendorong patikel udara yang dekat dengan
Universitas Sumatera Utara
permukaan luar sumber bunyi. Hal ini akan menyebabkan bergeraknya partikel-
partikel di sekitar radiasi bunyi yang disebut dengan kecepatan 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)
2.1.4.7 Titinada
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.
2.1.4.8 Warna Nada
Sensasi bunyi yang mempunyai titinada disebut nada. Nada murni adalah
sensasi bunyi frekuensi tunggal, ditandai dengan ketunggalan titinadanya. Bunyi
ini dapat dihasilkan dengan memukul garpu tala atau dengan memainkan nada
rendah secara lembut pada suling. Kebanyakan bunyi musik tidak menghasilkan
nada murni saja, tetapi menghasilkan bunyi yang terdiri dari beberapa frekuensi
tambahan, yang disebut dengan nada kompleks. Nada kompleks adalah sensasi
Universitas Sumatera Utara
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.
2.1.4.9 Kekerasan 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
Kebisingan yang cukup tinggi, di atas 70 dB dapat menyebabkan
kegelisahan, kurang enak badan, kejenuhan mendengar, sakit lambung dan
masalah peredaran darah. Kebisingan di atas 85 dB dapat menyebabkan
kemunduran serius pada kondisi kesehatan seseorang. Bila hal ini berkepanjangan
dapat merusak pendengaran yang bersifat sementara maupun permanen. Tingkat
kebisingan yang cukup tinggi untuk menyebabkan ketulian sementara atau
permanen terjadi di industri. Berbagai kriteria telah ditetapkan dan menyatakan
tingkat kebisingan maksimum yang tidak boleh dilampaui. Bila tingkat kebisingan
melampaui tingkat kebisingan yang membahayakan maka harus diambil suatu
tindakan pencegahan untuk mereduksinya.
Universitas Sumatera Utara
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
(Jam)
Tingkat Bunyi
(dB)
8
6
4
3
2
1.5
1
0.5
0.25 atau kurang
90
92
95
97
100
102
105
110
115
(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
radiasi dan berdasarkan data-data kualitatif, eksperimen dan pengalaman.Dalam
Universitas Sumatera Utara
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
Material akustik adalah material teknik yang fungsi utamanya adalah untuk
menyerap suara/bising. Material akustik adalah suatu bahan yang dapat menyerap
energi suara yang datang dari sumber suara. Pada dasarnya semua bahan dapat
menyerap energi suara, namun besarnya energi yang diserap berbeda-beda untuk
tiap bahan. Energi suara tersebut dikonversi menjadi energi panas, yang
merupakan hasil dari friksi dan resistansi dari berbagai material untuk bergerak
dan berdeformasi. Sama halnya dengan besar energi suara yang sangat kecil bila
dilihat dalam satuan Watt, energi panas yang dihasilkan juga sangat kecil
sehingga secara makrokopis tidak akan terlalu terasa perubahan temperatur pada
bahan tersebut.
Universitas Sumatera Utara
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
energi getaran tersebut ke lapisan udara menyebabkan terjadinya efek
penyerapan suara. Sama halnya separti material berpori, yang berfungsi
sebagai peredam suara, yaitu merubah energi suara menjadi energi
vibrasi dan kalor. Penambahan porous absorber pada bagian ruang
Universitas Sumatera Utara
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).
4. Penyerapan suara tiap benda diberikan oleh manusia, meja, kursi dan
furniture. Furnitur kayu termasuk didalamnya adalah kursi dan meja.
Untuk kondisi dimana terdapat banyak orang dengan meja dan kursi
(seperti dapat kita temukan di dalam ruang kelas dan ruang kuliah), akan
lebih cocok jika digunakan peredaman per orang dan per benda dari
furnitur yang diberikan daripada peredaman oleh manusia saja. dengan
menentukan jumlah dan distribusi peredam jenis ini, dapat dimungkinkan
untuk merancang kelakuan waktu gaung terhadap frekuensi untuk
memperoleh hampir semua lingkungan akustik yang diinginkan. Hal ini
Universitas Sumatera Utara
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)
Fenomena suara yang terjadi akibat adanya berkas suara yang bertemu atau
menumbuk bidang permukaan bahan, maka suara tersebut akan dipantulkan
Universitas Sumatera Utara
(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%
bunyi yang dating diserap oleh bahan (Khuriati, 2006). Besarnya energi suara
Universitas Sumatera Utara
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)
EnergyIncident
EnergyAbsorbed ....................................(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/)
Terdapat dua metode untuk mengukur koefisien absorbsi suara, yaitu
dengan tabung impedansi (impedance tube) yang dapat mengukur koefisien
Universitas Sumatera Utara
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
25 – 30 Jelek, suara normal mudah atau jelas didengar
20 – 25 Sangat jelek, suara pelan dapat terdengar.
Universitas Sumatera Utara
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)
Sedangkan hubungan antara Transmission Loss (TL) dengan reduksi
bising (NR) dinyatakan dalam persamaan berikut:
Universitas Sumatera Utara
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 + S2.α2 . . . + 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
bangunan atau ruang mesin, kemungkinan TL dapat terjadi pada semua
bahan pada elemen bangunan, misalnya bahan lantai bertingkat, dinding
ruang eksterior maupun interior, bahan bukaan (pintu dan jendela), maupun
plafond.
Universitas Sumatera Utara
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
)
x1 = Jarak antara sampel dan mikropon 1 (m)
Universitas Sumatera Utara
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
Ht = Rasio auto-spectrum antara upstream tube dan downstream
tube
Universitas Sumatera Utara
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.
Proses Bayer ini mendapat aluminium dengan memasukkan bauksit halus
yang sudah dikeringkan kedalam pencampur lalu diolah dengan soda api (NaOH)
dibawah pengaruh tekanan dan suhu diatas titik didih. NaOH akan bereaksi
dengan bauksit menghasilkan aluminat natrium yang larut. Selanjutnya tekanan
dikurangi dengan ampas yang terdiri dari oksida besi, silikon, titanium dan
kotoran-kotoran lainnya dipisahkan. Lalu alumina natrium tersebut dipompa ke
tangki pengendapan dan dibubuhkan kristal hidroksida alumina sehingga kristal
itu menjadi inti kristal. Inti dipanaskan diatas suhu 980°C dan menghasilkan
Universitas Sumatera Utara
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.
Aluminium dasar paduan mungkin secara umum akan ditandai sebagai
sistem eutektik, mengandung bahan intermetalik atau unsur-unsur sebagai fase
berlebih. Karena kelarutan relatif rendah sebagian besar elemen paduan dalam
aluminium dan paduan kompleksitas yang dihasilkan, salah satu paduan dasar
aluminium dapat berisi beberapa fase logam, yang terkadang cukup kompleks
Universitas Sumatera Utara
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
Memiliki bobot sekitar 1/3 dari bobot besi dan baja, atau tembaga dan
banyak digunakan dalam industri transportasi seperti angkutan udara.
Universitas Sumatera Utara
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
Setiap satu kilogram aluminium dapat menghantarkan arus listrik dua
kali lebih besar jika dibandingkan dengan tembaga. Karena aluminium tidak
mahal dan ringan, maka aluminium sangat baik untuk kabel-kabel listrik
overhead maupun bawah tanah.
Universitas Sumatera Utara
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
Dalam keadaan dingin dan tidak seperti logam lainnya yang menjadi
getas bila didinginkan. Sifat ini sangat baik untuk penggunaan pada
pemrosesan maupun transportasi LNG dimana suhu gas cair LNG ini dapat
mencapai dibawah -150˚C.
Universitas Sumatera Utara
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:
a. Heating: proses pemanasan sampai temperatur tertentu dan dalam
periode waktu. Tujuannya untuk memberikan kesempatan agar
terjadinya perubahan struktur dari atom-atom dapat menyeluruh.
Universitas Sumatera Utara
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.
Perlakuan panas pada aluminium paduan dilakukan dengan memanaskan
sampai terjadi fase tunggal kemudian ditahan beberapa saat dan diteruskan dengan
pendinginan cepat hingga tidak sempat berubah ke fase lain. Jika bahan tadi
dibiarkan untuk jangka waktu tertentu maka terjadilah proses penuaan (aging).
Perubahan akan terjadi berupa presipitasi (pengendapan) fase kedua yang dimulai
dengan proses nukleasi dan timbulnya klaster atom yang menjadi awal dari
presipitat. Presipitat ini dapat meningkatkan kekuatan dan kekerasannya. Proses
ini merupakan proses age hardening yang disebut natural aging. Jika setelah
dilakukan pendinginan cepat kemudian dipanaskan lagi hingga di bawah
temperatur solvus (solvus line) kemudian ditahan dalam jangka waktu yang lama
dan dilanjutkan dengan pendinginan lambat di udara disebut proses penuaan
buatan (artificial aging). Diagram fasa perubahan mikrostruktur paduan Al-Cu
dapat dilihat pada gambar 2.8.
Universitas Sumatera Utara
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
Untuk menjelaskan mekanisme terjadinya pengerasan, sebagai contoh
diambil untuk diagram fase Al-Cu. Dari diagram tampak bahwa kelarutan Cu
dalam Al menurun dengan menurunnya temperatur. Suatu paduan dengan 4 % Cu
mulai membeku di titik 1 dengan membentuk dendrit larutan padat . Dan pada
titik 2 seluruhnya sudah membeku menjadi larutan padat dengan 4 % Cu. Pada
titik 3 kelarutan Cu dalam Al mencapai batas jenuhnya, bila temperaturnya
diturunkan akan ada Cu yang keluar dari larutan padat berupa CuAl2. Makin
rendah temperaturnya makin banyak Cu-Al yang keluar. Pada gambar struktur
mikro Al-Cu tampak partikel CuAl tersebar didalam matriks .
Universitas Sumatera Utara
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
temperatur kamar selama beberapa waktu. Dinamakan natural aging atau dengan
memanaskan kembali larutan lewat jenuh itu ke temperatur di bawah garis solvus
dan dibiarkan pada temperatur tersebut selama beberapa saat. Dinamakan artficial
aging Bila aging temperatur terlalu tinggi dan atau aging time terlalu panjang
maka partikel yang terjadi akan terlalu besar (sudah mikroskopik) sehingga effek
penguatannya akan menurun bahkan menghilang sama sekali, dan ini dinamakan
over aged.
Universitas Sumatera Utara
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)
2. Paduan Al-Si masuk kategori non heat tretable, tetapi untuk paduan Al-
Si dengan kadar Si kurang dari 1,6 sebagaimana diagram fasa di bawah
ini masih memungkinkan Al-Si mencapai fasa tunggal jika dipanaskan
di atas garis solvus. Berarti memungkinkan untuk di heat treatment.
Diagram fasa paduan Al-Si dapat dilihat pada gambar 2.10.
Universitas Sumatera Utara
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.
Gambar 2.11 Diagram fasa paduan Al-Cu.
(Sumber: Hansen & Anderko,1958)
Universitas Sumatera Utara
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.
Logam magnesium ini mempunyai temperatur 650°C yang perubahan
fasanya dapat dilihat pada gambar 2.12.
Universitas Sumatera Utara
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
uranium murni dan logam-logam lain dari garam-garamnya. Hidroksida (milk of
magnesia), klorida, sulfat (Epsom salts) dan sitrat digunakan dalam kedokteran.
Universitas Sumatera Utara
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 450
oC. 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.
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. Diagram fasa
paduan aluminium-magnesium dapat dilihat pada gambar 2.13.
Universitas Sumatera Utara
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 640
0C dan 6% menjadi 630
0C. Penambahan unsur
Magnesium pada Aluminium untuk fase biner akan menghasilkan berbagai fase
seperti Al () (0-17,1% Mg), Al2Mg2 (β) (36,1-37,8% Mg), R (39% Mg),
Al12Mg17 (γ) (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 650
0C
maka Aluminium akan memasuki fase Liquid.
Nilai fasa paduan Aluminium-Magnesium untuk setiap komposisi dapat
dilihat pada tabel 2.5.
Universitas Sumatera Utara
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
5052 0.25 0.40 0.10 0.10 2.2–
2.8
0.15–
0.35 0.10 Remainder
5083 0.40 0.40 0.10 0.40–
1.0 4.0–
4.9
0.05–
0.25 0.25 0.15 Remainder
5086 0.40 0.50 0.10 0.20–
0.7 3.5–
4.5
0.05–
0.25 0.25 0.15 Remainder
5154 0.25 0.40 0.10 0.10 3.10–
3.90
0.15–
0.35 0.20 0.20 Remainder
5356 0.25 0.40 0.10 0.10 4.50–
5.50
0.05–
0.20 0.10
0.06–
0.20 Remainder
5454 0.25 0.40 0.10 0.50–
1.0 2.4–
3.0
0.05–
0.20 0.25 0.20 Remainder
5456 0.25 0.40 0.10 0.50–
1.0 4.7–
5.5
0.05–
0.20 0.25 0.20 Remainder
5754 0.40 0.40 0.10 0.50 2.6–
3.6 0.30 0.20 0.15 Remainder
(Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium_alloy)
Keberadaan magnesium dapat mempengaruhi sifat akustik paduan karena
akan menyebabkan menurunnya nilai impedansi akustik paduan tersebut. Dengan
penurunan impedansi/ hambatan akustik tersebut maka propagasi gelombang
bunyi lebih besar. Tabel 2.7 berikut menunjukkan perbedaan nilai impedansi
akustik dari kedua material.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.7 Acoustic properties aluminium dan magnesium.
Metals Density
g/cm3
Acoustic Impedance
g/cm2-sec x10
5
Aluminum 2.70 17.10
Magnesium 1.74 10.98
(Sumber: http://www.ndted.org/GeneralResources/MaterialProperties/UT/ut_
matlprop_metals.htm)
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
Karena tidak cukup kuat dalam bentuk yang murni, magnesium
dipaduankan dengan berbagai elemen untuk mendapatkan sifat khusus tertentu,
terutama kekuatan untuk rasio berat yang tinggi. Berbagai paduan magnesium
memiliki pengecoran, pembentukan, dan karakteristik permesinan yang baik.
Karena magnesium mengoksidasi dengan cepat, ada resiko/bahaya kebakaran, dan
tindakan pencegahan yang harus diambil ketika proses permesinan, grindling, atau
pengecoran pasir magnesium. Meskipun demikian produk yang terbuat dari
magnesium dan paduannnya tidak menimbulkan bahaya kebakaran selama
penggunaannya normal.
Universitas Sumatera Utara
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
Didorong oleh berbagai masalah lingkungan dan tekanan sosial yang
didukung oleh undang-undang, ada langkah untuk mengurangi berat dalam
kendaraan. Persyaratan lain adalah peningkatan keselamatan pasif mobil, yang
terutama dipengaruhi oleh pilihan bahan dan desain mobil. Juga penting adalah
semua aspek bahan daur ulang. Dalam pandangan latar belakang ini, energi yang
baik dan sifat menyerap suara paduan aluminium-magnesium mendukung
Universitas Sumatera Utara
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.
3. Untuk aplikasi ketiga, paduan Aluminium-Magnesium yang memiliki sifat
penyerapan suara yang baik dapat menjadi solusi untuk komponen seperti
tutup bagasi, kap mesin, atap geser . Sifat penyerapan suara membuat
paduan ini berguna untuk menginsulasi suara dari kap mesin mobil. Dalam
hal ini adalah untuk mencegah perpindahan suara dari mesin ke ruangan
penumpang.
Universitas Sumatera Utara
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
Dalam kapal kebutuhan bahan ringan juga penting. Namun, dibandingkan
dengan mobil, fleksibilitas pengolahan bahan yang tinggi yang dibutuhkan, karena
kapal tidak dibangun dalam jumlah yang banyak dan tidak dibangun dengan
bagian-bagian yang sangat standar. Oleh karena paduan aluminium-magnesium
Universitas Sumatera Utara
dapat memiliki keuntungan besar terutama sifatnya yang tahan korosi terhadap air
laut. Maka paduan ini memiliki syarat yang dapat dipenuhi dalam pembuatan
konstruksi badan kapal.
Universitas Sumatera Utara