PENGARUH VARIASI PUTARAN MESIN TERHADAP KEBISINGAN (NOISE) PADA KNALPOT KOMPOSIT YANG DILENGKAPI SALURAN DALAM GANDA PADA MOBIL BENSIN KIJANG 7K TESIS
OLEH SUPRIYADI 057015009/TM
PROGRAM MAGISTER TEHNIK MESIN FAKULTAS TEHNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH VARIASI PUTARAN MESIN TERHADAP NOISE PADA KNALPOT KOMPOSIT YANG DILENGKAPI SALURAN DALAM GANDA PADA MOBIL BENSIN KIJANG 7K
TESIS
Untuk Memperoleh Gelas Magister Teknik Pada Program Studi Teknik Mesin Sekolah Pasca sarjana Universitas Sumatera Utara
OLEH SUPRIYADI 057015009/TM
PROGRAM MAGISTER TEHNIK MESIN FAKULTAS TEHNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
Universitas Sumatera Utara
Judul
: PENGARUH VARIASI PUTARAN MESIN TERHADAP NOISE PADA KNALPOT KOMPOSIT YANG DILENGKAPI SALURAN DALAM GANDA MOBIL BENSIN KIJANG 7K
Nama Mahasiswa Nomor Pokok Program Studi
: Supriyadi : 057015009 : Teknik Mesin
Menyetujui Komisi Pembimbing
(Dr.-Ing. Ikhwansyah Isranuri) Ketua
(Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME) Anggota
Ketua Program Studi
(Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME)
(Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D) Anggota
Dekan FT-USU
(Prof.Dr.Ir. Armansyah Ginting B. M.Eng)
Universitas Sumatera Utara
Tanggal Lulus : 25 Pebruari 2010 Telah diuji pada Tanggal : 25 Pebruari 2010
PANITIA PENGUJI TESIS Ketua
:
Dr._ Ing. Ikhwansyah Isranuri
Anggota
:
1. Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME 2. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D 3. Ir. Alfian Hamsi, M.Sc 4. Drs. Nasruddin MN, M. Eng. Sc
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Kebisingan di kota umumnya disebabkan suara kendaraan yang melintas di jalan raya. Suara tersebut berasal dari tekanan gas buang dari hasil pembakaran di dalam ruang bakar mesin. Variasi putaran mesin akan mempengaruhi tinggi rendahnya tingkat kebisingan. Semakin tinggi putaran mesin maka semakin tinggi suara kebisingan yang keluar dari knalpot. Knalpot sebagai alat peredam bunyi yang umumnya terbuat dari bahan logam seperti mild steel, aluminium dan bahan lainnya, kurang mampu menurunkan tingkat kebisingan. Hal ini dikarenakan material tersebut mempunyai nilai koefisien serap bunyi yang kecil. Riset ini bertujuan membandingkan 3 jenis knalpot. Knalpot pertama yakni knalpot standar yang terbuat dari bahan mild steel, knalpot kedua yaitu knalpot komposit saluran tunggal dan knalpot ketiga, yakni knalpot komposit saluran ganda. Ketiga knalpot yang diriset tersebut mempunyai konstruksi dan isi di dalamnya sama dengan yang lain. Mesin yang digunakan pada riset tersebut adalah mesin kijang bensin 7K yang ditempatkan pada stand mesin (engine stand). Variasi putaran yang dilakukan pada mesin 900 rpm, 1500 rpm, 2000 rpm, 2500 rpm dan 3000 rpm. Pengukuran tingkat tekanan bunyi dilakukan dengan jarak 1 meter dari tabung knalpot dengan metode setengah bola. Hasil pengujian pada knalpot standar dengan putaran 900 rpm sampai 3000 rpm diperoleh nilai tekanan bunyi rata-rata sebesar 27,98134 dB dan pada knalpot komposit saluran tunggal tekanan bunyi rata-rata 18,57912 dB serta pada knalpot komposit saluran ganda tekanan bunyi rata-rata 13,95578 dB. Dari penjelasan diatas bahwa pada knalpot komposit saluran tunggal yakni mampu menurunkan tingkat tekanan bunyi rata-rata sebesar 9.41 dB, bila dibandingkan dengan knalpot standar pada putaran 900 sampai 3000 rpm. Kemudian pada knalpot komposit saluran ganda mampu menurunkan tingkat tekanan bunyi rata-rata sebesar 14.03 dB, jika dibandingkan dengan knalpot standar pada putaran mesin 900 sampai 3000 rpm. Hasil riset menyimpulkan bahwa knalpot komposit saluran ganda dapat menurunkan kebisingan sebesar 39,98 % dibanding dengan knalpot standar. Kata kunci : Variasi putaran, Knalpot komposit saluran ganda, Jarak pengukuran, Penurunan kebisingan
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT Noise in the town is mostly caused by the traffic of cars. It comes from the exhaust gas pressure in the engine chamber. Engine revolution will cause the noise level rises or increases. If revolution of the engine is high, the noise level outside from the silencer rises. Silencer as equipment of reduction of the noise is generally made of metal such as mild steel, aluminium, or aluminium alloys, the materials had been found not good in reducing the noise, because they have low absorbtion coefficient. This research compares the performance of three kinds of silencers. The first silencer made of mild steel, is called standard silencer. The second silencer body is made from the composite material, but the inner construction of the second silencer is the same with the first silencer. The body of the third silencer is made of composite material.The third silencer is eqquiped with double intake port. The research used petrolium 7K stationary engine. The engine setup of the revolution of engine is 900 rpm,1500 rpm, 2000 rpm, 2500 rpm, 3000 rpm. Meassurement of the noise level uses a half ball method. Meassurement of the level noise is conducted by SPL meter is plared 1 m from silencer. Results of the research show that standard silencer generate the noise up to 27,98134 dB, composite silencer is 18,57912 dB and inner tubes composite silencer is 13,95578 dB. It was found that the inner tubes composite silencer can be able to reduce the noise 14,03 dB compared to standard silencer using engine revolution of 900 rpm until 3000 rpm. The second silencer is be able to reduce the noise up to 9.41 dB compared to standard silencer with the revolution engine of 900 rpm until 3000 rpm. Result of research shows that the inner tubes composite silencer is be able to reduce noise up to 39,98 % compared to standard silencer. Keyword : Engine Revolution variation, Composite silencer , Meassurement stand, Noise reduction
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR Segala Puji bagi Allah yang telah memberikan limpahan Rahmat dan Nikmat kesehatan dan kelapangan waktu
sehingga dapat diselesaikan penulisan Tesis yang
berjudul : PENGARUH VARIASI PUTARAN MESIN TERHADAP NOISE PADA KNALPOT KOMPOSIT YANG DILENGKAPI SALURAN DALAM GANDA PADA MOBIL BENSIN KIJANG 7K . Dalam kesempatan ini saya mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar- besarnya kepada, Dr . Ing - Ikhwansyah Isranuri, selaku ketua pembimbing , Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku anggota pembimbing dan sekaligus ketua Program Studi Pasca Sarjana Tehnik Mesin USU Medan, serta kepada Prof.Basuki Wirjosentono,MS, Ph.D, dan juga kepada Direktur Program Pasca Sarjana Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B, MSc, dan
tak lupa kepada rekan–rekan mahasiswa, dan seluruh personil adaministratif di
Program Magister Tehnik Mesin USU Medan Penulis menyadari bahwa Tesis ini masih terdapat kekurangan, untuk ini tentunya penulis mengharap kritik dan saran yang membangun . Medan , Januari
2010
Penulis
SUPRIYADI
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR RIWAYAT HIDUP Nama
:
SUPRIYADI
Tempat /Tgl lahir
:
Medan /13 Pebruari 1961
Agama
:
Islam
Status
:
Kawin
Alamat
:
Kompleks Perumahan Sri Gunting Blok 8 No 85 Sunggal
Latar belakang Pendidikan
:
1968-1973 SD Muhammadiyah Sei Sikambing C 1974-1976 ST Negri 2 Medan 1977-1981 STM Negri 2 Medan
1983-1989 ITM Medan Pengalaman Kerja
:
1981-1981 di PT Inalum Kuala Tanjung (Asahan) 1982-2008 di P4 TK Medan
Pengalaman Mengajar
:
1986-1995 D3GK Otomotif PPPGT Medan 1996-2008 Program Pelatihan Ketrampilan Guru SMK Teknologi Wilayah Sumatera dan Kalimantan 2005-2008 Program Keguruan D3GK Otomotif
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK ...........................................................................................................
i
ABSTACT ............................................................................................................
ii
KATA PENGANTAR ..........................................................................................
iii
DAFTAR RIWAYAT HIDUP .............................................................................
iv
DAFTAR ISI .......................................................................................................
v
DAFTAR TABEL ................................................................................................
viii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................
xiv
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................
xvii
DAFTAR ISTILAH . ........................................................................................
xvii
BAB 1. PENDAHULUAN ................................................................................. ..
1
1.1. Latar Belakang ...................................................................................
1
1.1.1. Pendahuluan....... .....................................................................
1
1.1.2. Penelitian yang dilakukan terhadap knalpot ...........................
3
1.1.3. Road Map Penelitian .............................................................
6
1.2. Perumusan Masalah ..........................................................................
7
1.3. Tujuan Penelitian .............................................................................
7
1.4. Manfaat Penelitian ...........................................................................
8
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ...........................................................................
9
2.1. Bunyi ................................................................................................
9
2.2. Bising ..............................................................................................
11
2.3. Mesin Sebagai Sumber Kebisingan ................................................
12
2.4. Knalpot ...........................................................................................
14
2.5. Knalpot Komposit ...........................................................................
16
2.6. Komposit ........................................................................................
17
Universitas Sumatera Utara
2.6.1. Klasifikasi komposit ..........................................................
17
2.6.2. Keunggulan bahan komposit
.........................................
18
2.7. Penyerapan Bunyi Pada Material ....................................................
19
2.8. Hubungan Kecepatan Gas Terhadap Bahan dan Temperatur .........
21
2.9. Hubungan Radiasi dan Intensitas Bunyi .......................................
22
2.10. Hubungan Kecepatan Gas,Frekwensi,Tekanan Bunyi dan Daya Bunyi
......................................................
23
..................................................................
29
BAB 3. METODE PENELITIAN ......................................................................
30
2.11. Kerangka Konsep
3.1. Tempat dan Waktu
...................................................................
30
3.1.1. Tempat ................................................................................
30
3.1.2. Waktu
............................................................................
30
3.2. Bahan dan Alat ..............................................................................
30
............................................................................
30
3.2.2. Alat Pengujian ....................................................................
31
3.3. Variabel yang diamati ....................................................................
31
3.4. Rancangan Kegiatan ....... ............................................................
32
3.4.1. Pembuatan Knalpot .............................................................
32
3.4.2. Persiapan alat
................................................................
34
3.4.3. Pelaksanaan Pengujian ........................................................
34
3.5. Metode pengukuran .....................................................................
35
3.6. Pengukuran dan Pengolahan Data .................................................
39
3.7. Aliran Pelaksanan Penelitian ........................................................
39
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN ...........................................................
41
4.1. Hasil Penelitian ………………………………………………....
41
3.2.1. Bahan
Universitas Sumatera Utara
4.2. Pembahasan ..................................................................................
42
4.2.1. Anallisa Karakteristik Kebisingan Suara Knalpot .............
42
4.2.2. Perbandingan Tingkat Tekanan Bunyi Rata-rata pada Ketiga Knalpot .........................................................
44
4.2.3. Perbandingan Tingkat Daya Bunyi Rata-rata pada ketiga Knalpot
.....................................................
4.2.4. Hubungan Kenaikan Putaran Mesin Terhadap Kebisingan..
46 48
4.2.5. Perbandingan Tingkat Tekanan Bunyi Rata-rata Teori Dibanding denganTingkat Tekanan Bunyi Praktek ..........
50
4.3. Analisa Kebisingan pada Bagian Dalam Knalpot .....................
53
4.4. Rugi-rugi Bunyi di Dalam Tabung Knalpot ...............................
57
4.5. Perbandingan Tingkat Daya Bunyi pada Setiap Kamar Knalpot..
63
4.6. Sifat dan Karakteristik Knalpot Saluran Ganda ...................... .....
66
BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................
72
5.1. Kesimpulan ....................................................................................
72
5.1.1. Kebisingan pada Bagian Luar Tabung Knalpot...................
72
5.1.2. Kebisingan pada Bagian Dalam Tabung Knalpot ..............
73
5.1.3. Rugi-rugi Bunyi Dalam Tabung Knalpot .........................
73
5.2. Saran ..............................................................................................
74
DAFTAR KEPUSTAKAAN ...............................................................................
76
LAMPIRAN
78
......................................................................................................
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1
Kondisi Akustik Lingkungan Kita
11
Tabel 2.2
Kondisi Proses Kerja Motor 4 Tak
13
Tabel 2.3
Koefisien Serap Bunyi (α) dari Beberapa Material
21
Tabel 3.1
Ukuran Knalpot Standar
36
Tabel 4.1
Hasil Pengukuran Tingkat Kebisingan Knalpot Standar
44
Tabel 4.2
Hasil Pengukuran Tingkat
Kebisingan
Knalpot Komposit
44
Kebisingan
Knalpot Komposit
45
Saluaran Tunggal Tabel 4.3
Hasil Pengukuran Tingkat Saluaran Ganda
Tabel 4.4
Hasil Perhitungan Kebisingan pada Knalpot Standar
46
Tabel 4.5
Hasil Perhitungan Kebisingan pada Knalpot Komposit
47
Saluran Tunggal Tabel 4.6
Hasil Perhitungan Kebisingan pada Knalpot Komposit
47
Saluran Ganda Tabel 4.7
Tingkat Tekanan Bunyi rata-rata (Lw) pada ketiga Jenis
48
Knalpot Tabel 4.8
Tingkat Daya Bunyi Rata–rata (lav) pada ketiga Jenis Knalpot
50
Tabel 4.9
Hasil Perhitungan Kenaikan Tekanan Bunyi Rata-rata (Lw)
52
pada Ketiga Jenis Knalpot Tabel 4.10 Hasil Perhitungan Penurunan Tekanan Bunyi Rata-rata (Lav)
54
pada Ketiga Jenis Knalpot Tabel 4.11 Hasil Perhitungan Kebisingan Dalam Tabung Knalpot Standar
57
Tabel 4.12 Analisa Tingkat Daya Bunyi pada Sumber Bunyi Ketiga Jenis
58
Knalpot
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.13 Kerugian Bunyi dalam Tabung Knalpot Standar
63
Tabel 4.14
63
Kerugian Bunyi dalam Tabung Knalpot Komposit Saluran Tunggal
Tabel 4.15 Kerugian Bunyi dalam Tabung Knalpot Komposit Saluran
63
Ganda Tabel 4.16 Tingkat Daya Bunyi di dalam Tabung Knalpot Standar
66
Tabel 4.17 Perbedaan Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Teoritis Dibanding
67
Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Praktek (dB) pada Knalpot Standar Tabel 4.18 Perbedaan Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Teoritis Dibanding
68
Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Praktek (%) pada Knalpot Standar Tabel 4.19 Perbedaan Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Teoritis Dibanding Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Praktek
68
pada Knalpot
Komposit Saluran Tunggal Tabel 4.20 Perbedaan Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Teoritis Dibanding Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Praktek
69
pada Knalpot
Komposit Saluran Ganda Tabel 4.21 Hubungan Variasi Putaran Mesin dibanding Tingkat Tekanan
70
Bunyi Rata-rata pada Knalpot Komposit Saluran Ganda Tabel 4.22 Hubungan Variasi Putaran Mesin dibanding Tingkat
Daya
71
Tabel 4.23 Hubungan Kecepata Gas terhadap Tingkat Tekanan Bunyi
72
Bunyi pada Knalpot Komposit Saluran Ganda pada Knalpot Komposit Saluran Ganda Tabel 4.24 Rugi-Rugi Bunyi Dalam Tabung Knalpot Komposit Saluran
74
Ganda
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1
Situasi akustik tiga elemen
8
Gambar 2.2
Perubahan tekanan dan getaran garpu tala
8
Gambar 2.3
Grafik countour kekerasan bunyi
10
Gambar 2.4
Proses kerja motor bensin 4 tak
12
Gambar 2.5
Gas buang yang masuk dalam tabung knalpot
13
Gambar 2.6
Aliran gas pada knalpot komposit saluran ganda
15
Gambar 2.7
Isi dalam knalpot komposit saluran ganda
15
Gambar 2.8
Knalpot komposit saluran ganda
15
Gambar 2.9
Pemantulan dan penyerapan bunyi pada dua media akustik
18
Gambar 2.10
Pemantulan dan penyerapan energi bunyi pada media akustik 19
Gambar 2.11
Gelombang longitudinal
25
Gambar 2.12
Kerangka konsep penelitian
26
Gambar 3.1
Bentuk luar knalpot standar
29
Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 3.4 Gambar 3.5
Konstruksi bagian dalam knalpot standar dan knalpot komposit saluran tunggal Konstruksi bagian dalam knalpot standart dan aliran gas buang dalam knalpot Konstruksi bagian dalam knalpot komposit saluran ganda Konstruksi bagian dalam knalpot komposit saluran dalam ganda dan aliran gas buang dalam knalpot
29 30 30 30
Gambar 3.6
Ukuran luar knalpot standar
31
Gambar 3.7
Ukuran luar knalpot standar
31
Gambar 3.8 Gambar 3.9
Belahan knalpot komposit saluran tunggal dan knalpot Standar Bagian dalam knalpot komposit saluran ganda
31 32
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.10
Saluran pipa di dalam knalpot komposit saluran ganda
32
Skema pengukuran setengah bola dengan jarak 1 meter dari Gambar 3.11
34
titik pengukuran Pengukuran kebisingan atau tingkat tekanan bunyi dengan
Gambar 3.12
35
spl meter pada jarak 1 meter
Gambar 3.13
Posisi titik pengukuran kebisingan
35
Gambar 3.14
Pengukuran tekanan pada tabung knalpot
36
Gambar 3.15
Garis koordinat pengukuran setengah bola
36
Gambar 3.16
Pengukuran setengah bola
36
Gambar 3.17
Pengukuran sound pressure level
37
Gambar 3.18
Set up alat engine tune up tester
38
Gambar 3.19
Set up alat exhaus gas analyzer
39
Gambar 3.20
Persiapan pengoperasian mesin
40
Gambar 3.21
Sound pressure level meter
40
Gambar 3.22
Exhaust gas analyser ( star gas 889 )
40
Gambar 3.23
Engine tune up tester ( Okuda Koki ea-800a)
41
Gambar 3.24
Diagram alir penelitian
42
Gambar 4.1
Titik pengukuran pada tabung knalpot
44
Gambar 4.2
Titik pengukuran tingkat tekanan bunyi pada knalpot
45
Arah pengukuran tingkat tekanan bunyi pada sumbu X,Y,Z Gambar 4.3 Gambar 4.4
45
dengan jarak 1 meter Memanaskan dan memeriksa kondisi mesin
46
Mengukur tingkat tekanan bunyi dengan jarak 1 meter pada Gambar 4.5 Gambar 4.6
permukaan knalpot Knalpot standar
46 47
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.7
Knalpot komposit
47
Gambar 4.8
knalpot standar yang dipasang pada mobil
47
Gambar 4.9
Pengukuran tekanan bunyi pada 3 bidang koordinat
48
Gambar 4.10 Gambar 4.11 Gambar 4.12
Grafik tingkat daya bunyi rata-rata (Lw) ketiga knalpot yang di uji Grafik tingkat tekanan bunyi rata-rata (Lav) pada ketiga knalpot yang di uji Penurunan tingkat tekanan bunyi rata-rata pada ketiga knalpot
53 53 57
Gambar 4.13
Aliran gas dalam tabung knalpot standar
58
Gambar 4.14
Aliran gas dalam tabung knalpot komposit saluran ganda
58
Gambar 4.15
Grafik tingkat daya bunyi berbanding putaran pada knalpot standar dibanding knalpot komposi saluran ganda
61
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISTILAH Notasi/ simbol
Satuan
N
=
Putaran Mesin
rpm
c
=
Kecepatan Gas
m/s
ρ
=
Masa Jenis
m
=
Masa Knalpot
kg
ΔP
=
Tekanan Gas
pa
A
=
Luas Penampang Tabung / Pipa
m2
Wa
=
Daya Akustik
Lav
=
Tingkat Tekanan Bunyi Rata-rata
dB
Li
=
Tingkat Daya Bunyi
dB
I
=
Intensitas Bunyi
Watt/m2
t
=
Temperatur
°C/ °K
P
=
Tekanan bunyi
pa
d
=
Diameter Pipa /Tabung
m
f
=
Frekwensi
Hz
cl
=
Cepat Rambat Bunyi
TL
=
Transmisi Loss
dB
NR
=
Noise Reduction
dB
μ
=
Poisson ratio
dB
E
=
Modulus Elastistas Bahan
Gpa
kg/m3
Watt
m/dt
Universitas Sumatera Utara
