BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA. pada knalpot terdapat tabung peredam suara yang disebut silencer. Secara umum

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Knalpot Knalpot adalah alat peredam kebisingan yang dipasang pada kendaraan, pada knalpot terdapat tabung peredam suara yang disebut silencer. Secara umum knalpot pada kendaraan berfungsi untuk mengalirkan gas pembakaran engine dan menstabilkan kerja engine terhadap lingkungan. Ada banyak bentuk tabung peredam knalpot dilapangan, ini bergantung kepada mesin kendaraan dipasang. Secara spesifik knalpot pada kendaraan berfungsi untuk : 1. Meredam suara engine agar tidak keras. 2. Mengurangi keluarnya zat-zat berbahaya dari asap kendaraan. 3. Memperlambat kecepatan gas buang keluar kendaraan. 4. Mengalirkan panas pembakaran engine.

2.1.1 Peredaman bunyi pada knalpot (silencer) Salah satu cara mengurangi kebisingan (noise) mesin kendaraan, adalah memasang peredam suara yang sebaik-baiknya, terutama pada bagian yang menampung aliran udara atau aliran gas buang. Dalam hal ini perhatian khusus ditujukkan untuk mengurangi kebisingan yang disebabkan oleh gas buang. Pada dasarnya konsep peredamaman pada knalpot adalah tekanan dan kecepatan gas buang yang keluar dari engine dihambat / diturunkan oleh dinding penyekat, lubang–lubang yang terdapat pada pipa di dalam tabung peredam (silencer) dan dinding silencer.

Universitas Sumatera Utara

Besarnya tekanan dan kecepatan gas yang menghantam dinding dalam tabung peredam (silencer) akan menghasilkan gesekan dan frekwensi getar yang besar. Dari sisi dalam sampai sisi luar dinding material akan terjadi perambatan gelombang frekwensi, dan kemudian diradiasikan ke udara luar sehingga bisa terdengar. Hal penting yang harus diperhatikan adalah bahwa peredaman bukanlah berfungsi menghambat aliran gas semata. Proses peredaman menyangkut persoalan akustik untuk mengurangi frekwensi gelombang suara yang tinggi. Tabung peredam (silencer) yang akan diujii dalam penelitian ini terbuat dari komposit, perambatan frekwensi gelombang pada material dinding silencer dipengaruhi oleh keberadaan bahan komposit dan perubahan konstruksi dalam tabung silencer tersebut. Ada dua pertimbangan perancangan yang utama dalam perancangan peredam suara pada knalpot (silencer), yaitu : a. Cara Absorpsi Prinsip yang digunakan adalah mengurangi transmisi energi suara dengan memasang suatu bahan peredam (bahan absorbsi) pada bagian yang luas dari saluran (pipa) yang dipengaruhi oleh energi suara tersebut. b. Cara Refleksi Dalam hal ini transmisi energi suara dipengaruhi dengan memperhitungkan adanya gelombang balik, yang bergerak kembali kearah sumber suara. Pada cara ini dipasang suatu tabung pada saluran sehingga transmisi energi suara dapat dikurangi karena adanya diskontinuitas didalam saluran.


2.1.2

Ruang Ekspansi pada Silencer Dalam memilih bentuk ruang ekspansi suatu knalpot, terlebih dahulu harus

dipilih salah satu diantara dua jenis ruang ekspansi, yaitu : a. Ruang Ekspansi Tunggal b. Ruang Ekspansi Ganda Ruang ekspansi tunggal, membutuhkan perbandingan

s2

s1

yang cukup

besar supaya hasil pengurangan transmisinya besar. Daerah frekwensi ruang ekspansi

dapat dilihat pada lampiran b2, dari grafik tersebut terlihat bahwa

pengurangan transmisi akan berulang kembali bila harga kle = π, dimana harga K= 2π f

c

dan f = frekwensi. Jadi untuk suatu panjang le yang tertentu kita dapat

mengetahui pada frekwensi berapa grafik daripengurangan transmisi itu akan berulang kembali .

Gambar 2.1 Ruang Ekspansi Tunggal

Ruang ekspansi ganda terdiri dari 2 macam, yaitu : ruang ekspansi ganda dengan penghubung luar dan ruang ekspansi ganda dengan penghubung dalam. Cara untuk mencari pengurangan transmisinya sama dengan bentuk lain, yaitu memilih bentuk ruang ekspansi ganda dengan memperhatikan harga perbandingan


luas ( S2/S1 ) = m = φ dan menentukan harga frekwensinya dimana harga pengurangan transmisi suara itu bekerja.

Gambar 2.2 Ruang Ekspansi Ganda Dengan penghubung luar

Gambar 2.3 Ruang Ekspansi Ganda Dengan penghubung dalam

Untuk memperkecil frekwensi dari sistem pipa pada tabung silencer maka pada pipa dibuat lubang. Untuk menetukan banyak lubang untuk setiap pipa pada tabung silincer dapat digunakan rumus berikut [4] :

nt =

{

K l + 0,8 St

}

St

2.1

Dimana, nt

= banyak lubang

St = luas masing-masing lubang (m2) l

= tebal pipa (m)

K = konduktivitas lubang pipa (m)


Sedangkan untuk mendapatkan nilai konduktivitas lubang dapat digunakan rumus sebagai berikut [4]: K=

( 2π f ) c2

2

2.2

V

Dimana, f

= frekwensi dari harga pengurangan transmisi (Hz)

V

= volume tabung (m3)

c

= kecepatan gelombang suara dalam gas (m/s)

2.1.3 Hal-hal yang mempengaruhi peredaman 1. Volume silencer. 2. Konstruksi dan Bentuk silencer. 3. Jenis bahan yang digunakan silencer. 4. Panjang saluran masuk dari engine ke saluran masuk silencer.

2.2 Material Komposit Material Teknik sebagai bahan struktur dikenal dalam empat klasifikasi

BAHAN STRUKTUR

POLIMER

LOGAM

KERAMIKS

KOMPOSIT

Konvensional Rekayasa Teknologi Gambar 2.4 Klasifikasi Bahan Struktur


Komposit adalah material multiphase. Namun kebanyakan komposit tersusun dari 2 phasa, dimana salah satu phasa penyusunya disebut dengan nama MATRIK yang secara kontinu mengisolasi fasa lainnya yang dikenal dengan nama PENGUAT.

2.2.1 Klasifikasi Komposit 1. Komposit serat (fibricus composite) yaitu komposit yang terdiri dari serat dan matriks (bahan dasar) yang diproduk secara fabrikasi, misalnya serat + resin sebagai bahan perekat.sebagai contoh adalah FRP (fiber reinforce plastik) plastik diperkuat dengan serat dan banyak digunakan. Yang sering disebut fiber glass. 2. Komposit Lapis (laminated composite) yaitu komposit yang terdiri dari lapisan dan matriks, yaitu lapisan yang diperkuat oleh resin sebagai contoh plywood, laminated glass yang sering digunakan sebagai bahan bangunan dan kelengkapannya. 3. Komposit partikel (particulate composite) yaitu komposit yang terdiri dari partikel dan matriks yaitu butiran (batu, pasir) yang diperkuat dengan semen yang kita jumpai sebagai beton

2.2.2 Kelebihan Bahan Komposit Sifat-sifat mekanikal dan fisikal 1. Pada umumnya pemilihan bahan matriks dan serat memainkan peranan penting dalam menentukan sifat-sifat mekanik dan sifat komposit.


2. Gabungan matriks dan serta dapat menghasilkan komposit yang mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahan konvensional seperti keluli. 3. Bahan komposit mempunyai density yang jauh lebih rendah berbanding dengan bahan konvensional. Ini memberikan implikasi yang penting dalam konteks penggunaan karena komposit akan mempunyai kekuatan dan kekakuan spesifik yang lebih tinggi dari bahan konvensional. Implikasi kedua ialah produk komposit yang dihasilkan akan mempunyai kerut yang lebih rendah dari logam. Pengurangan berat adalah satu aspek yang penting dalam industri pembuatan seperti automobile dan angkasa lepas. Ini karena berhubungan dengan penghematan bahan bakar. 4. Dalam industri angkasa lepas terdapat kecendrungan untuk menggantikan komponen yang diperbuat dari logam dengan komposit karena telah terbukti komposit mempunyai rintangan terhadap fatigue yang baik terutamanya komposit yang menggunakan serat karbon. 5. Kelemahan logam yang agak terlihat jelas ialah rintangan terhadap kakisan yang lemah terutama produk yang kebutuhan sehari-hari. Kecendrungan komponen logam untuk mengalami kakisan menyebabkan biaya pembuatan yang tinggi. 6. Bahan komposit juga mempunyai kelebihan dari segi versatility (berdaya guna) yaitu produk yang mempunyai gabungan sifat-sifat yang menarik yang dapat dihasilkan dengan mengubah sesuai jenis matriks dan serat yang digunakan. Contoh dengan menggabungkan lebih dari satu serat dengan matriks untuk menghasilkan komposit hibrid.


2.3 Resin Resins adalah material yang non metalic dan untuk membentuknya dapat dicetak, dicor, ataupun extruded dan dapat digunakan sebagai isolasi. Resins merupakan zat organik yang komposisinya terdiri dari kombinasi Hidrogen, Carbon, Oksigen, Nitrogen dimana bahan mineralnya adalah COAL (Batu Bara), Ptroleum dan Bahan-bahan tanaman.

2.3.1 Klasifikasi Dari Resin Secara umum resin diklasifikasikan menjadi 2 bagian :

1. Thermoplastic

Bahan termoplastik yang lazim dipergunakan sebagai matrik komposit adalah sebagai berikut : •

Acetal

•

Acryronitrile Butadiene Styrene (ABS)

•

Nylon

•

Polyenthyene (PE)

•

Polypropylene (PP)

•

Polyethylene Terephthalate (PET)

2. Thermosetting

Polimer thermosetting biasanya memiliki daya tahan terhadap temperatur pencetakannya lebih tinggi dari pada thermoplastik.


Bahan termosetting yang lazim dipergunakan sebagai matrik komposit adalah sebagai berikut : •

Polyester

•

Vinyl Resin

•

Epoxy

•

Phenolic

•

Polyurethane Didalam penelitian ini dibahas proses pembentukan knalpot dengan bahan

komposit yang diuji dengan Polimer Thermosetting jenis Polyester.

2.3.2 Resin Polyester Resin Polyester didefinisikan sebagai suatu molekul-molekul zat yang mengandung lebih dari satu digolongkan kedalam polyester-α (yang termasuk proses internal, proses terminal atau pada suatu siklus struktur yang mampu diubah

bentuk

aplikasi

thermoset.

Istilah-istilah

ini

digunakan

untuk

mengindikasikan resin berada diantara golongan thermoset resin cair dengan viskositas relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan yaitu tidak perlu diberi tekanan pada saat pencetakan.

2.3.3 Sifat-Sifat Resin Polyester 1. Didalam sifat termalnya, resin polyester memiliki suhu deformasi termal lebih rendah dari pada resin termoset lainnya. 2. Matriks tersebut dapat menghasilkan keserasian matriks-penguat dengan mengontrol faktor jenis dan jumlah komponen, katalis, waktu dan suhu.


3. Memiliki sifat listirik yang cukup baik diantara resin termoset lainnya. 4. Mengenai ketahanan kimia, kuat terhadap asam tetapi lemah terhadap alkali dan bahan ini mudah mengembang dalam pelarut yang melarutkan polimer stiren. 5. Kemampuan terhadap cuaca sangat baik, tahan terhadap kelembapan dan sinar Ultra Violet bila dibiarkan diluar.

2.4 Konsep Dasar Tentang Bunyi Bunyi dapat digambarkan sebagai variasi tekanan yang dapat terdeteksi telinga manusia. Bunyi adalah hasil getaran sebuah benda. Getaran dari sumber bunyi menggetarkan udara sekitarnya, dan merambat ke segala arah sebagai gelombang longitudinal. Bunyi secara psikologis, didefenisikan sebagai hasil dari variasi-variasi tekanan di udara yang berlaku pada permukaan gendang telinga mengubah tekanan ini menjadi sinyal-sinyal elektrik dan diterima otak sebagai bunyi. Bunyi secara fisis adalah partikel benda

Penyimpangan tekanan akibat pergeseran

pada medium udara. Bunyi juga dapat didefenisikan sebagai

gangguan fisik dalam media yang dapat dideteksi oleh telinga manusia. Pengertian ini menetapkan kebutuhan akan adanya media yang memiliki tekanan dan elastisitas sebagai media pemindah gelombang bunyi. Tiga Elemen utama yang perlu diperhatikan dalam setiap situasi akustik adalah Sumber – Jejak perambatan – Telinga (Penerima) peristiwa tersebut dapat dilihat pada gambar 2.5.


Gambar 2.5 Tiga elemen Akustik

Penyimpangan tekanan biasa disebabkan oleh benda yang bergetar seperti garpu tala yang dipukul (Gambar 2.6.)

Gambar 2.6 Garputala yang dipukul menghasilkan perubahan tekanan getarannya dan menghasilkan bunyi

diudara karena

Gelombang bunyi menjalarkan didalam benda padat, benda cair, dan gas. Bunyi tidak merambat melalui ruang hampa udara (vakum). Bunyi merambat melalui suatu medium dengan cara memindahkan energi kinetik dari satu molekul lainnya dalam medium tersebut. Gelombang bunyi juga dapat menjalar ke bahanbahan lainnya. Oleh karena itu, bunyi tidak dapat berpindah tanpa adanya bahan atau medium perantara. Bunyi memerlukan waktu untuk merambat dari suatu tempat ke tempat yang lain. Kecepatan bunyi pada setiap bahan berbeda-beda. Bunyi dapat didengar oleh telinga manusia, apabila mempunyai frekuensi antara 16 Hz sampai 6 kHz. Jangkauan frekuensi ini disebut frekuensi audio (audible range). Frekuensi bunyi dibawah ambang batas pendengaran manusia (<16Hz) disebut frekuensi infrasonik. Sedangkan frekuensi diatas ambang batas pendengaran manusia (>16kHz) disebut frekuensi ultrasonik.


Secara umum tingkat frekwensi yang dipakai dalam pengukuran akustik lingkungan adalah 125. 250. 500. 1000. 2000 dan 4000 Hz atau 128. 256 .512. 1024. 2048. 2048 Hz . Tekanan bunyi dan frekwensi sangat berpengaruh terhadap kebisingan.

2.5 Kebisingan kebisingan didefenisikan sebagai bunyi yang tak dikehendaki, atau yang menyebabkan rasa sakit. Bunyi keras yang menyebabkan rasa sakit ini umumnya disebabkan oleh kenaikan tekanan bunyi. Kebisingan dapat dirasakan apabila bunyi mempunyai tekanan diatas

60 dB. Sebuah studi telah dilakukan pada

berbagai sumber bunyi yang terjadi pada lingkungan kita yang tergolong bising maupun tidak. Seperti terlihat pada gambar dibawah ini :

Gambar 2. 7 Kondisi Noise pada Sumber Bunyi


2.5.1

Propagasi Bunyi Dalam teknik pengendalian kebisingan identifikasi propagasi atau jalanya

rambatan bunyi mencakup komponen mana saja yang berpotensial meneruskan dan merefleksikan kembali bunyi pada suatu konstruksi. Gelombang bunyi berpropagasi dalam bentuk gelombang kompresi yang berjalan dengan kecepatan bunyi dalam medium sekitarnya. Gelombang longitudinal sebagai penghantar energi bunyi berpropagasi pada medium-medium yang memiliki tekanan dan elastisitas seperti plasma, gas, fluida dan solid. Gelombang bunyi menjalar di udara

bergantung

pada

elastisitas

dan

kerapatan

udara.

Propagasi

bunyi/kebisingan dari sumber bunyi/kebisingan dapat dikategorikan atas tiga bagian utama, yaitu : 1. Solid/structure borne 2. Air Borne 3. fluid borne Air borne merupakan penyebab kebisingan akibat fenomena turbulen, shock dan pulsasi di dalam media udara atau gas. Solid borne / struktur borne adalah fenomena kebisingan yang terjadi pada benda solid akibat dari impak, medan magnet dan lainnya. Sedangkan fluid borne adalah kebisingan pada fluida yang disebabkan oleh gejala-gejala turbulen, kavitasi dan pulsasi. Pada sistem teknik mesin, gejala-gejala penyebab kebisingan yang sering timbul dapat digolongkan atas tiga yaitu : 1. Mechanical Noise : Kebisingan akibat fenomena mekanikal, antara lain roda gigi, impeller, fan ataupun sistem yang terkena beban luar.


2. Electro Noise : Kebisingan akibat fenomena elektro, antara lain trafo, generator dan lainya. 3. Hydro Noise : Kebisingan akibat fenomena hydro, antar lain aliran turbulen, instalasi pipa dan lainya.

2.5.2 Mesin Sebagai Sumber Kebisingan Berhubung mesin mobil sebagai sumber kebisingan, dimana tekanan pembakaran yang terjadi pada motor bensin berkisar antara 30-60 Bar, temperatur pembakaran dapat mencapai 2000-2500 0C dan kecepatan rata-rata

piston

mencapai 20 s/d 40 m/dtk. Untuk kondisi tertentu temperatur gas yang keluar pada saluran knalpot putaran lambat 300 s/d 500 C0, tekanan gas keluar pada saluran gas buang (Exhaust Port) 1–3 Bar. Pada putaran tinggi temperatur mesin mencapai 700 s/d 1000 C0, sedangkan tekanan gas yang keluar dari saluran gas buang (Exhaust Port) mencapai kisaran 3 – 5 Bar. Penyebab naik turunnya hal tersebut diatas akan tergantung oleh putaran mesin. Semakin tinggi putaran mesin maka kecepatan gerakan piston, temperatur, tekanan gas buang semakin tinggi dan akibatnya pada knalpot mengeluarkan suara kebisingan. Kecepatan gerakan piston rata- rata seperti rumus dibawah [7] :

Vm = S .

n m 30 det

2.3


Dimana, V m = Kecepatan rata-rata piston (m/dtk) S

= Langkah piston (mm)

n

= Putaran (rpm)

Suara yang kita dengar ditimbulkan oleh reaksi pembakaran dalam engine disalurkan melalui knalpot merupakan suatu frekwensi gelombang yang merambat melalui udara.

Gambar 2.8 Gelombang longitudinal

Besar sound power level (Lw) mesin dapat diketahui dengan menggunakan rumus berikut ini [10]:

Lw = 95 + 5Log10 N i −

lin 1.8

2.4

Dimana : Lw = Sound Power Level (dB) Ni = Daya mesin (kW) lin = Panjang Pipa (m)


Sedangkan untuk menghitung transmission loss (TL) untuk kehilangan bunyi pada pada saluran gas buang (knalpot) dapat digunakan rumus sebagai berikut [11] : 2   Sc Se   2 π Lc   TL=10 log10 1 + 0.25  −  sin 2   S S λ     c   e

2.5

Dimana : TL : Transmission Loss (dB) Sc : Luas Penampang Pipa (m2) Se : Luas Penampang tabung silencer (m2)

Tingkat kebisingan suara yang terlalu besar yang disebut directivity adalah penjalaran berdasarkan tekanan dari sumber (Sound Pressure Level atau Lp). Tekanan tersebut dapat dihitung dengan menggunakan rumus dibawah ini :

Patm 2 Lp = 20 Log Pref 2

2.6

Dimana, Lp

= Sound Pressure Level (db)

P ref

= 0.00002 pa

P atm =

101300 pa

Untuk beberapa Band Level (titik – titik pengukuran) yang telah diketahui sound pressure levelnya dapat dicari jumlah total tekanan suaranya dengan cara Determinasi OVERALL LEVEL [5], yaitu : = Lp tot 10 log(100,1L1 + 100,1L2 + ....... + 100,1Ln

Dimana, Lptot

2.7

= sound pressure level total dari band level


L1

= sound pressure level pada band pertama (titik 1)

L2

= sound pressure level pada band kedua (titik 2)

Ln

= sound pressure level pada band ke-n (titik ke-n)

2.6 Pemantulan dan Penyerapan Material Akustik Apabila gelombang bunyi datang pada suatu permukaan, kemungkinan yang terjadi adalah : 1.Dipantulkan semua. 2.Ditransmisikan semua. 3.Sebagian akan dipantulkan dan sebagian lagi akan ditransmisikan. Gelombang Datang

ρ1c1

ρ 2c2

Gelombang Datang Gelombang diserap/ ditransmisikan Gelombang Pantul Gelombang Pantul

Gambar 2.9 Pemantulan dan penyerapan bunyi pada suatu muka dataran dari dua media akustik

Misalkan dua media akustik dengan sifat impedansi ρ1c1 dan ρ 2c2 , dimana gleombang bunyi datang dari arah kiri merambat tegak lurus terhadap permukaan datar. Jika ρ1c1 lebih kecil dari ρ 2c2 , maka sebagian energi gelombang bunyi akan diserap atau ditramisiskan kedalam material akustik dan sebagian lagi akan dipantulkan. Semakin besar perbedaan nilai ρ1c1 dan ρ 2c2 maka semakin besar daya penyerapan gelombang bunyi oleh material akustik. 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 selalu sama dengan sudut pantulan bunyi.


Jumlah energi bunyi yang dipantulkan oleh suatu permukaan bergantung pada luas permukaan yang dikenainya. Dinding lantai, dan langit-langit datar dapat menjadi pemantul yang baik maupun sebaliknya. Bahan-bahan yang kurang tegar dan berpori seperti kain, tirai dan taplak perabotan merupakan bahan menyerap bunyi.

Gambar 2. 10 Pemantulan dan penyerapan energi bunyi pada media akustik

Proses pemindahan daya bunyi dalam ruangan tertentu untuk mengurangi tingkat tekanan bunyi disebut penyerapan bunyi. Proses ini berkaitan dengan penurunan jumlah energi di udara yang menjalar hingga mengenai suatu media berpori atau fleksibel. Energi terserap ketika gelombang bunyi yang dipantulkan dari disebut koefisien serapan bunyi dari material. Harga koefisien serapan bunyi ini tergantung dari sifat material, frekuensi bunyi dan sudut gelombang bunyi ketika mengenai permukaan material. Koefisien serapan bunyi (α) adalah [6] : α = Ia / Ii Dimana :

2.8

Ia = Intensitas bunyi yang diserap (W/m2) Ii = Intensitas bunyi yang terjadi (W/m2)


Tabel 2.1 Koefisien Serapan bunyi (α) dari beberapa material

Material

Sound Coefficient - α

Plaster walls

0.01 - 0.03

Unpainted brickwork

0.02 - 0.05

Painted brickwork

0.01 - 0.02

3 mm plywood panel

0.01 - 0.02

6 mm cork sheet

0.1 - 0.2

6 mm porous rubber sheet

0.1 - 0.2

12 mm fiberboard on battens

0.3 - 0.4

Absorption

25 mm wood wool cement on battens 0.6 - 0.07 50 mm slag wool or glass silk

0.8 - 0.9

12 mm acoustic belt

0.5 - 0.5

Hardwood

0.3

25 mm sprayed asbestos

0.6 - 0.7

Persons, each

2.0 - 5.0

Acoustic tiles

0.4 - 0.8

Sumber : http/www.engineering tool books.com

Total luas daerah yang diserap (Total Room Sound Absorption) [6]. A = S1 α1 + S2 α2 + .. + Sn αn = ∑ Si αi Dimana :

2.9

A =Luas Permukaan yang diserap (m2). Sn = Luas daerah permukaan (m2). αn = koefisien serapan dari permukaan material.

Koefisien Serapan Rata-Rata (Mean Absorption Coefficient )[6] am = A / S Dimana ,

2.10

am = Koefisien Serapan Rata-Rata A = Luas Daerah Yang Diserap (m2)


2.6.1 Frekuensi Frekuensi bunyi dapat didefenisikan sebagai jumlah periode siklus kompresi dan regangan yang muncul dalam satu satuan waktu. f = 1/t

2.11

dimana : f = Frekuensi (Hz) t = Waktu (detik)

Dalam tabel 2.2 berikut dapat dilihat jarak frekuensi yang dapat ditransmisikan dan diterima oleh beberapa sumber dan penerima bunyi Tabel 2.2 Jarak frekuensi yang ditransmisikan dan diterima oleh sumber dan penerima bunyi

Sumber Bunyi Manusia Anjing Kucing Piano Pitch Musik Standar Terompet Drum Kelelawar Jangkrik Burung Nuri Burung Kakak Tua Mesin Jet Mobil Penerima Bunyi Manusia Anjing Kucing Kelelawar Jangkrik Burung Nuri Burung Kakak Tua

Jarak Frekuensi (Hz) 85 - 5.000 450 - 1080 780 - 1520 30 - 4100 440 190 - 990 95 - 180 10.000 - 120.000 7.000 - 100.000 2.000 - 13.000 7.000 - 120.000 5 - 50.000 15 - 30.000 20 - 20.000 15 - 50.000 60 - 65.000 1000 - 120.000 100 - 15.000 250 - 21.000 150 - 150.000

Sumber : Hamond, Conrrad J. 1993 Enginering Acoustic & Noise Control, Prentice Hall


2.6.2 Kecepatan Perambatan Bunyi bergerak pada kecepatan berbeda pada tiap media. Pada media gas atau udara, cepat rambat bunyi bergantung pada kerapatan, suhu, dan tekanan dapat diperoleh dari persamaan berikut [8]:

γ .Ρ a = γ RT ρ

c=

2.12

dimana : c = Cepat rambat bunyi (m/s)

γ = Rasio panas spesifik (untuk udara = 1.41) Pa = Tekanan atmosfer (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 [8]. c=

E

ρ

2.13

dimana : E = Modulus Young (Pascal)

ρ = Kerapatan (Kg/m3)

2.6.3 Panjang Gelombang Panjang gelombang bunyi dapat didefenisikan sebagai jarak antara dua muka gelombang berfase sama. Hubungan antara panjang gelombang, frekuensi dan cepat rambat bunyi dapat ditulis :

λ=

c f

2.14


Dimana : λ = Panajng gelombang bunyi (m) c = Cepat rambat bunyi (m/s) f = Frekuensi (Hz)

2.6.4 Intensitas Intensitas bunyi adalah aliran energi yang dibawa gelombang udara dalam suatu daerah per satuan luas. Intensitas bunyi pada tiap titik dari sumber dinyatakan dengan: I=

W A

2.15

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. Intensitas maksimum bunyi yang dapat diterima tanpa menyebabkan kerusakkan adalah sekitar 10-3 W/cm2.

2.6.5 Kecepatan Partikel Radiasi bunyi yang dihasilkan suatu sumber bunyi akan mengelilingi udara sekitarnya. Radiasi bunyi ini akan mendorong dan partikel udara yang dekat dengan permukaan luar sumber bunyi. Hal ini akan menyebabkan bergeraknya partikel-partikel disekitar radiasi bunyi yang disebut dengan kecepatan partikel.


Hubungan tekanan dengan kecepatan partikel sebagai berikut [10]: V=

Ρ ρ .c

2.16

Dimana : V = Kecepatan partikel (m/det) P = Tekanan (pascal)

ρ = Massa jenis bahan (kg/m3) c = Kecepatan rambat gelombang (m/det)

Untuk permasalahan solidborne dapat dianalogikan menjadi persamaan

σ = ρ . c.V

2.17

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

2.6.6 Tekanan Bunyi dan Tingkat Tekanan Bunyi Tekanan bunyi adalah variasi tekanan diatas dan dibawah tekanan atmosfer, dalam satuan pascal. Variasi tekanan ini sifatnya periodik, satu variasi tekanan komplit disebut juga sebagai satu siklus frekuensi. Secara umum persamaan gelombang tekanan bunyi datang dapat dituliskan sebagai : Pl = Pa sin(2πf .t − k1. x )

2.18

Dan persamaan untuk gelombang ditransmisikan dan dipantulkan adalah : Pt = Pa sin( 2πf .t − k2t )

2.19

Pr = Pa sin(2πf .t + k1 x)

2.20


Dimana : Pl = Tekanan bunyi (N/m2 atau Pal) Pt = Tekanan bunyi ditransmisikan (N/m2 atau Pa)

Pr = Tekanan bunyi dipantulkan (N/m2 atau Pa) Pa = Amplitudo tekanan bunyi (N/m2 atau Pa) f = Frrekuensi (Hz) t = Waktu (detik)

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

2πf c

x = Jarak dari sumber

Tingkat tekanan bunyi didefenisikan dalam persamaan berikut : 2

 p (t )  Lp = 10 log   dB P  ref 

2.21

Dimana : Lp = Tingkat tekanan bunyi (Sound Pressure Level/SPL), dB Pref = Tekanan bunyi referensi, 2 x 10-5 N/m2 untuk bunyi udara

p (t) = Tekanan bunyi, Pa

2.6.7

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 tergantung pada posisi dalam daerah persatuan luas dimana gelombangnya bergerak secara pararel. 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 : p 2 rms = I mas .ρ .c

2.22

Dimana : prms = akar tekanan bunyi, Pa

ρ = Kerapatan udara, Kg/m3 c = kecepatan bunyi di udara, m/s Tingkatan intensitas bunyi didefenisikan dalam rumus berikut : Lt = 10 log

I

2.23

I ref

Dimana : I = Intensitas bunyi, W/m2 I ref = Intensitas referensi, 10-12 W/m2

2.6.8

Daya Bunyi dan Tingkatan Daya Bunyi

Daya bunyi adalah daya radiasi sumber bunyi yang menuju ke sekitar udara, dalam satuan watts. Hubungan daya bunyi dengan intensitas bunyi ditulis dalam persamaan berikut : Ws = (4πr 2 ) I s (r )

2.24

Dimana, Ws = Total daya bunyi, watts I s = Maksimum intensitas udara pada jarak radius (r) r

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

tingkatan daya bunyi didefenisikan dalam persamaan berikut : Lw = 10 log W/W0

2.25


Dimana, Lw = Tingkat daya bunyi, dB W = Daya bunyi, watts W0 = Daya bunyi referensi, 10-12 Watts

2.7 Tingkat Tekanan Suara 2.7.1 Tingkat Tekanan Suara dan Tingkat Tekanan Suara Berbobot A ( Tingkat kebisingan).

Suara adalah gejala dimana partikel-pertikel udara bergetar dan menyebabkan

perubahan-perubahan

dalam

tekanan

udara,

intensitasnya

dinyatakan sebagai tekanan suara. Energi yang yang diperlukan untuk getaran (Pa), tenaga suara dari sumber (W). Tekanan suara sebesar 20 Pa adalah tekanan suara minimum yang dapat ditangkap oleh telinga manusia, atau tekanan suara refrensi efektif. Tekanan suara juga diukur dalam dB (decibel). Alat-alat ukur tingkat kebisingan menggunakan rangkaian penyesuaian refrensi yang mengassimilasikan kepekaan telinga manusia terhadap kenyaringan. Karakteristik penyesuaian frekuensi ini adalah seperti terlihat pada gambar 2.11

Gambar 2.11 Karakteristik Frekwensi [9]


Tingkat kenyaringan yang di dapat sesudah penyesuaian frekuensi ini dinamakan

”Tingkat tekanan suara berbobot A (tingkat kebisingan)”. Dimana

tingkat tekanan suara berbobot A =

dan tingkat tekanan suara =

10 log PA

10 log P 2 P0

2

P0

2

2.26

2

, dimana :

P0 = 20 Pa

2.7.2 Tingkat Tekanan suara Berbobot A yang Sepadan dan Kontinyu Didefinisikan sebagai ”tingkat tekanan suara berbobot A dari kebisingan yang fluktuasi selama satu periode waktu T, yang dinyatakan sebagai jumlah energi rata-rata”. Dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :  1 1 PA  LAeq = 10 log  ∫ , dt , dan  t2 − t1 2 P0 L LA2  1  10a1 LAeq = 10 log 10 + 10 10  n  

2.27

dimana : P0 = Tekanan suara referensi ( 20 Pa ) PA = Tekanan suara berbobot A (waktu A) dari kebisingan target (PA).

Periode waktu adalah dari t1 sampai t2, jumlah contoh-contoh tekanan suara berbobot A adalah n. Tingkat tekanan suara berbobot A dari kebisingan yang fluktuasi selama satu periode waktu T dapat dilihat seperti pada gambar 2.12. berikut.


Gambar 2.12 Hubungan Tingkat Tekanan Suara dengan Waktu [9]


2.8. Kerangka Konsep Pelaksanaan penelitian ini dapat dilihat pada diagram alir di bawah ini : PERMASALAHAN Suara Kebisingan Knalpot akan direduksi dengan Knalpot Komposit bersaluran ganda

LINGKUNGAN PENGUJIAN Bengkel terbuka temp 330C

VARIABEL Putaran Mesin idle/langsam

VARIABEL Desain Silincer terbuat dari komposit dengan saluran ganda

PERALATAN UJI Engine Analyser Exhaust Gas Analyser Sound Level Meter Thermometer

DATA YANG DIOLAH  SPL, antara : standar, komposit saluran tunggal, dan komposit double saluran  Temperatur

KESIMPULAN DAN SARAN

Gambar 2.13 Konsep Pengujian


2.9. Diagram Alir Mulai

Penelusuran literatur & penyusunan proposal

Pemeriksaan ketersediaan peralatan & bahan Modifikasi Silencer Double Saluran Pembuatan tabung peredam knalpot dari komposit

Pengujian Silencer Standar, Komposit Saluran Tunggal & Komposit Double Saluran

Tidak

Pengolahan data hasil pengujian

Ya

Hasil

Kesimpulan

Gambar 2.14. Diagram alir pelaksanaan penelitian


BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA. pada knalpot terdapat tabung peredam suara yang disebut silencer. Secara umum

Recommend Documents