STUDI AWAL EMISI KEBISINGAN KNALPOT DENGAN PROFIL SILINDER YANG DIBUAT DARI MATERIAL TITANIUM DENGAN MENGGUNAKAN SIMULASI METODE ELEMEN HINGGA

1

TUGAS SARJANA

TEKNIK PENGENDALIAN KEBISINGAN

STUDI AWAL EMISI KEBISINGAN KNALPOT DENGAN PROFIL SILINDER YANG DIBUAT DARI MATERIAL TITANIUM DENGAN MENGGUNAKAN SIMULASI METODE ELEMEN HINGGA OLEH : MASTRIA SUANDIKA 030401030

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2007

Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

2

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA FAKULTAS TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK MESIN MEDAN 2007 TUGAS SARJANA

TEKNIK PENGENDALIAN KEBISINGAN

STUDI AWAL EMISI KEBISINGAN KNALPOT DENGAN PROFIL SILINDER YANG DIBUAT DARI MATERIAL TITANIUM DENGANMENGGUNAKAN SIMULASI METODE ELEMEN HINGGA

OLEH : MASTRIA SUANDIKA NIM : 03 0401 030

Disetujui Oleh Dosen Pembimbing,

Dr.Ing.Ikhwansyah Isranuri NIP. 132 018 668


3

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA FAKULTAS TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK MESIN MEDAN 2007 TUGAS SARJANA TEKNIK PENGENDALIAN KEBISINGAN

STUDI AWAL EMISI KEBISINGAN KNALPOT DENGAN PROFIL SILINDER YANG DIBUAT DARI MATERIAL TITANIUM DENGANMENGGUNAKAN SIMULASI METODE ELEMEN HINGGA OLEH : MASTRIA SUANDIKA NIM : 03 0401 030

Telah disetujui dari hasil Seminar Tugas Sarjana Periode 488, Tanggal 01 September 2007

Dosen Pembanding I

Dosen Pembanding II

Ir. Alfian Hamsi, M.Sc NIP. 131 654 258

Ir.SyahrulAbda,Msc NIP. 131 803 354


4

TUGAS SARJANA NAMA

: MASTRIA SUANDIKA

NIM

: 03 0401 030

MATA PELAJARAN

: TEKNIK PENGENDALIAN KEBISINGAN

SPESIFIKASI

: Lakukanlah simulasi untuk mengamati perubahan noise yang terjadi pada knalpot motor bensin jenis empat langkah yang berbentuk bulat yang di buat dari material titanium dengan menggunakan simulasi metode elemen hingga. Analisa meliputi : -

Distribusi panas sepanjang knalpot.

-

Kecepatan aliran gas buang.

-

Distribusi noise sepanjang knalpot dengan data distribusi panas dari kecepatan aliran gas buang

-

DIBERIKAN TANGGAL SELESAI TANGGAL

Pengaruhnya terhadap perubahan dimensi knalpot

: 08 / Januari / 2007 : 22 / agustus / 2007

KETUA DEPT. TEKNIK MESIN

MEDAN, 22 Agustus 2007 DOSEN PEMBIMBING,

Ir. ALFIAN HAMSI, MSc NIP. 131 654 258

Dr..–Ing.IKHWANSYAH ISRANURI NIP. 132 018 668


5

KARTU BIMBINGAN

TUGAS SARJANA MAHASISWA No : 913 / TS / 2007

Sub. Program studi Bidang Tugas Judul tugas Diberikan Tanggal Dosen Pembimbing

: Teknik Produksi : Teknik Pengendalian Kebisingan. : Studi awal emisi kebisingan knalpot dengan profil silider yang dibuat dari material tinanium dengan menggunakan simulasi metode elemen hingga : 02 Februari 2007 Selesai Tanggal : 22 Agustus 2007 : Dr. Ing. Ikhwansyah Nama Mahasiswa : Mastria Suandika Isranuri NIM : 03 0401 030

NO

Tanggal

Kegiatan Asistensi Bimbingan

1

02-02-2007

2

05-02-2007

Pemberian Tugas Dan Diskusi ide Riset Studi Literatur noise

3

06-02-2007

Studi literature untuk simulasi

4

12-03-2007

Pengenalan Pemakaian Software

5

12-04-2007

3

25-04-2007

Pembuatan Model Pada Software Simulasi Diskusi hasil Pengambilan Data

6

02-05-2007

Diskusi Hasil Simulasi Model

7

12-05-2007

Asistensi BAB 1 dan BAB 2

8

23-06-2007

Perbaiki BAB 1 dan BAB 2

9

15-07-2007

Asistensi BAB 3 dan BAB 4

10

05-08-2007

Perbaiki BAB 3 dan BAB 4

11

16-08-2007

Asistensi BAB 5

12

20-08-2007

Tambahkan lampiran, daftar isi

13

22-08-2007

Siap Di seminarkan

CATATAN : 1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada dosen pembimbing setiap asistensi. 2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi. 3. Kartu ini harus dikembalikan kejurusan, bila kegiatan asistensi telah selesai,

Tanda Tangan Dosen

diketahui, Ketua Departemen Teknik Mesin F.T U.S.U Ir. Alfian Hamsi, MSc NIP. 131 654 258


6 ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui distribusi temperatur, kecepatan aliran gas buang, kebisingan, serta pengaruh dimensi dan putaran terhadap perubahan kebisingan dari knalpot yang dibuat dari material titanium dengan menggunakan simulasi metode elemen hingga. Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap kegiatan atau pengerjaan yaitu, pengambilan data gas buang kendaraan, simulasi menggunakan Metode Elemen Hingga melalui penggunaan perangkat lunak Ansys V 9.0, dan analisis teoritis tingkat kebisingan yang terjadi pada knalpot. Hasil yang diperoleh adalah pada spesimen standar dengan putaran 745 rpm distribusi temperaturnya yaitu 91o C menjadi 83,179o C. Pada putaran 1500 rpm yaitu 157o C menjadi 85,138o C dan pada putaran 2000 rpm yaitu 220o C menjadi 210,224o C. Kecepatan aliran gas buang pada putaran 745 Rpm dengan spesimen standar adalah 0,1564 m/s, untuk spesimen yang diperbesar adalah 0,1000 m/s dan untuk spesimen yang diperkecil adalah 0,2781 m/s. Kebisingan pada putaran 745 dengan ukuran standar yaitu 83,475 dB menjadi 45,657 dB; dengan ukuran yang diperbesar yaitu 80,031 dB menjadi 31,990 dB dan dengan ukuran yang diperkecil yaitu 88,941 dB menjadi 67,491 dB. Kebisingan yang terjadi yaitu pada putaran 745 Rpm untuk spesimen standar adalah 45,657 dB, pada putaran 1500 Rpm untuk spesimen standar adalah 47,133 dB dan pada putaran 2000 Rpm untuk spesimen standar adalah 49,893 dB. Berdasarkan hasil penelitian ini kesimpulan yang diperoleh bahwa material titanium dapat mengurangi kebisingan yang terjadi didalam knalpot.

Kata kunci : Knalpot, Metode Elemen Hingga, Gas buang


7 KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan nikmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Penelitian ini. Tugas sarjana ini merupakan salah satu syarat bagi setiap mahasiswa Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara untuk menyelesaikan studi di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU Adapun judul dari tugas sarjana ini adalah “Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot Dengan Profil Silinder Yang Dibuat Dari Material Titanium Dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga” Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada pihak-pihak yang telah banyak membantu penulis dalam penelitian ini terutama kepada : 1. Ayahanda Sutio dan ibunda Masriati yang selalu memberikan dukungan moril dan materil serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada saya. 2. Bapak Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri selaku dosen pembimbing yang selalu membimbing dan memberi motivasi kepada saya.. 3. Bapak Ir. Alfian Hamsi, M.Sc dan Bapak Tulus B Sitorus, ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin FT-USU. 4. Segenap staf pengajar Dept. Teknik Mesin FT-USU yang telah banyak memberikan ilmunya kepada saya. 5. Abang saya Waras Ditia-Betty, kakak saya Sefti Mastilayanti-Oktafiandi Dwi Sandi, dan adik saya Sarifah Farrah Fadhila, serta ponakan saya Aurelya Salsabila Aditia yang selalu memberikan dorongan, motivasi dan doa kepada saya. 6. Seluruh staf Administrasi Dept. Teknik Mesin FT-USU. 7. Rekan-rekan saya khususnya stambuk 2003.


8 8. Meimi Adriana, Amd yang selalu menemani penulis baik dalam keadaan suka maupun duka dan selalu memberikan semangat kepada penulis. Semoga Allah SWT membalas perbuatan baik yang telah mereka lakukan. Kiranya penelitian ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Medan, 22 Agustus 2007 Penulis,

Mastria Suandika NIM 03 0401 030


9

DAFTAR ISI

SPESIFIKASI TUGAS............................................................................................i KARTU BIMBINGAN ...........................................................................................ii ABSTRAK

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

KATA PENGANTAR ...........................................................................................iv DAFTAR ISI.......................................................................................................... vii DAFTAR TABEL.................................................................................................. x DAFTAR GAMBAR.............................................................................................. xii DAFTAR NOTASI................................................................................................. xv BAB I. PENDAHULUAN......................................................................................1 1.1 Latar Belakang....................................................................................1 1.2 Perumusan Masalah ....................................................................... 2 1.3 Tujuan Penelitian ...............................................................................3 1.4 Manfaat Penelitian ............................................................................3 1.5 Sistematika Penulisan.........................................................................3 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA............................................................................ 5 2.1 Konsep Dasar Tentang Bunyi............................................................5 2.1.1 Perambatan Bunyi ................................................................ 5 2.1.2 Frekuensi .............................................................................. 6 2.1.3 Kecepatan Perambatan......................................................... 7 2.1.4 Panjang Gelombang.............................................................. 8 2.1.5 Intensitas............................................................................... 8 2.1.6 Kecepatan Partikel ................................................................ 9 2.1.7 Tekanan Bunyi dan Tingkat Tekanan Bunyi .......................... 10 2.1.8 Tingkatan Intensitas Bunyi .................................................... 11 2.1.9 Daya Bunyi dan Tingkat Daya Bunyi ..................................... 11


10 2.2 Hubungan Antara Tingkat Daya, Tingkat Intensitas dan Tingkat Tekanan Bunyi .................................................................................12 2.2.1 Tingkat Tekanan Suara ......................................................... 13 2.2.1.1 Tingkat Tekanan Suara dan Tingkat Tekanan Suara Berbobot A (Tingkat Kebisingan) .................................. 13 2.2.1.2 Tingkat Tekanan Suara Berbobot A Yang Sepadan Dan continue ................................................................ 14 2.3 Pengertian Kebisingan .....................................................................15 2.3.1 Sumber-Sumber Kebisingan ..................................................15 2.3.2 Efek Pendengaran dan Pengaruh Kebisingan Terhadap Manusia ................................................ ............... 16 2.4 Propagasi Bunyi ...............................................................................21 2.4.1 Solid Borne .............................................................................22 2.4.2 Air Borne ............................................................................... .23 2.5 Radiasi Bunyi....................................................................................24 2.5.1 Pulsating Sphere..................................................................... 25 2.5.2 Efisiensi Radiasi..................................................................... 27 2.6 Teknik Pengendalian Kebisingan............ ........................................ 27 2.7 Kebisingan Knalpot...........................................................................30 2.8 Material Akusitk............................................................................... 33 2.8.1 Penyerapan Dan Pemantulan Akustik.....................................33 2.9 Material titanium Sebagai Materail Knalpot .......................

36

2.10 Metode Elemen Hingga ............................................................... ..37

BAB III.METODE PENELITIAN ..................................................................... .42 3.1 Tahap Penelitian .............................................................................42 3.2 Pengambilan Data Pengukuran.......................................................42 3.3 Prosedur Pengambilan Data Pengukuran.......................................44 3.4 Analisa Pembebanan................................................................... 46 Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

11 3.5 Flow Chart Simulasi ..................................................................... 48 3.6 Penentuan Sifat Fisis Dan Mekanis Material Komposit ................ 50 3.7 Prosedur Simulasi........................................................................ 50 BAB IV. HASIL SIMULASI DAN PERHITUNGAN TEORITIS...........................54 4.1 Penjelasan .................................................................................. 54 4.2 Analisa Simulasi ......................................................................... 55 4.3 Hasil Simulasi ............................................................................ 57 4.4 Analisa Perhitungan Kebisingan.................................................. 65 4.5 Hasil Analisa Metarial Titaniuml .................................................. 69 4.6 Kecepatan Aliran Gas Buang ...................................................... 80 4.7 Verifikasi Hasil Analisa................................................................ 83 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN.............................................................. 85 5.1 Kesimpulan....................................................................................85 5.2 Saran.............................................................................................86 DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................87 LAMPIRAN


12

DAFTAR TABEL

1. Tabel 2.1

Jarak frekuensi yang ditransmisikan dan diterima oleh sumber dan penerima bunyi........................................... 6

2. Tabel 2.2

Baku Tingkat Kebisingan Indonesia...................................... 20

3. Tabel 2.3

Tingkat Bising Umum.......................................................... 20

4. Tabel 2.4

Spektrum Kebisingan Akustik.............................................. 21

5. Tabel 2.5

Koefisien Serapan.................................................................. 35

6. Tabel 3.1

Hasil Data Pengukuran......................................................... 45

7. Tabel 3.2

Sifat Fisis dari Gas CO2........................................................ 49

8. Tabel 3.3

Sifat Fisis dari Gas CO2....................................................... 49

9. Tabel 3.4

Sifat Fisis dan Mekanis Material titanium........................... 50

10. Tabel 3.5

Dimensi Knalpot.................................................................. 52

11. Tabel 4.1

Hasil Tabulasi konversi temperatur untuk knalpot dengan ruang kosong tanpa pipa......................................... 69

12. Tabel 4.2

Hasil Tabulasi konversi temperatur untuk knalpot dengan pipa........................................................................... 69

13. Tabel 4.3

Hasil Tabulasi konversi temperatur untuk knalpot dengan 1 sekat........................................................................ 70

14. Tabel 4.4

Hasil Tabulasi konversi temperatur untuk knalpot dengan 2 sekat....................................................................... 71

15. Tabel 4.5

Hasil Tabulasi konversi temperatur untuk knalpot dengan 3 sekat...................................................................... 71

16. Tabel 4.6

Hasil Tabulasi konversi temperatur untuk knalpot dengan 3 sekat yang berlubang.............................................. 72

11. Tabel 4.7

Hasil Tabulasi konversi temperatur untuk knalpot


13 dengan ruang kosong tanpa pipa............................................ 73 11. Tabel 4.8

Hasil Tabulasi konversi temperatur untuk knalpot dengan ruang kosong tanpa pipa........................................... 73

11. Tabel 4.9

Hasil Tabulasi konversi temperatur untuk knalpot dengan ruang kosong tanpa pipa.......................................... 74

11. Tabel 4.10


11. Tabel 4.11


11. Tabel 4.12

Hasil Tabulasi konversi temperatur untuk knalpot dengan ruang kosong tanpa pipa.......................................... 76

17. Tabel 4.13

Hasil Tabulasi konversi temperatur untuk knalpot dengan ruang kosong............................................................. 77

18. Tabel 4.14

Hasil Tabulasi konversi temperatur untuk knalpot dengan ruang kosong........................................................... 78

19. Tabel 4.15

Hasil Tabulasi Noise Dengan Temperatur Untuk Semua Putaran..................................................................... 79

20. Tabel 4.16

Tabulasi Kecepatan Gas Buang untuk spesimen standar yang ruang kosong tanpa pipa untuk putaran 745 Rpm.............................................................................. 80

21. Tabel 4.17

Tabulasi Kecepatan Gas Buang untuk spesimen diperbesar yang ruang kosong tanpa pipa untuk putaran 745 Rpm............................................................................... 81

22. Tabel 4.18

Tabulasi Kecepatan Gas Buang untuk spesimen diperkecil yang ruang kosong tanpa pipa untuk putaran 745 Rpm................................................................................ 82

22. Tabel 4.19

Hasil Tabulasi Noise Dengan Temperatur............................ 82


14

DAFTAR GAMBAR 1. Gambar 1.1

kerangka konsep.............................................................2

2. Gambar 2.1

Karakteristik Frekuensi ............................................................... 13

3. Gambar 2.2

Hubungan Tingkat Tekanan Suara dengan Waktu ....................... 15

4. Gambar 2.3

Kurva Fletcher-Munson ..............................................................17

5. Gambar 2.4

Kurva ambang kemampuan didengar dan ambang rasa sakit ....... 18

6. Gambar 2.5

Sumber Bunyi Umum Pada Frekuensi Dominan Dan Tingkatannya ....................................................................... 19

7. Gambar 2.6

Skematik Radiasi Bunyi .............................................................. 25

8. Gambar 2.7

Skematik Pengendalian Kebisingan ............................................. 28

9. Gambar 2.8

Bentuk Knalpot. .......................................................................... 31

10. Gambar 2.9

Bentuk Knalpot yang Dimesh ...................................................... 31

11. Gambar 2.10 Hasil Simulasi dengan PATRAN.................................................32 12. Gambar 2.11 Hasil Simulasi dengan Menggunakan PATRAN .......................... 32 13. Gambar 2.12 Pemantulan dan penyerapan bunyi pada suatu muka dataran dari dua media akustik..................................................... 33 14. Gambar 2.13 Pemantulan dan penyerapan energi bunyi pada media akustik .................................................................................34 15. Gambar 2.14 Diskritisasi dari suatu tower kontrol dengan 48 buah elemen Beam dan 28 buah Node................................................. 38 16. Gambar 2.15 Bentuk-bentuk elemen dasar ....................................................... 39 17 Gambar 3.1

Knalpot...........................................................................................42

18 Gambar 3.2

Mesin Motor Bensin.......................................................................43

19 Gambar 3.3

Thermocouple.................................................................................43

20 Gambar 3.4

Tachometer.....................................................................................44

21 Gambar 3.5

Prosedur Pengambilan Data............................................................44


15 22 Gambar 3.6

Titik-titik Pengukuran....................................................................45

23 Gambar 3.7

Flow Chart Simulasi Menggunakan Ansys V 9.0.........................48

24 Gambar 3.8

Tampilan Layar Pembuka Software Ansys V 9.0.........................50

25 Gambar 3.9

Tampilan Layar Proses Preferensi.................................................51

26 Gambar 3.10

Tampilan Hasil Geometry Material...............................................51

27 Gambar 3.11

Tampilan Layar Menentukan Sifat Elemen dan Material Properties........................................................................52

28 Gambar 3.12

Tampilan Hasil Masukkan Ukuran Mesh.....................................54

29 Gambar 3.13

Tampilan Hasil Proses Meshing....................................................54

30 Gambar 4.1

Kotak Dialog Tipe Analisis...........................................................55

31 Gambar 4.2

Kotak Dialog Temperatur ............................................................55

33 Gambar 4.3

Kotak Dialog Heat flux.................................................................56

34 Gambar 4.4

Kotak Dialog Solving....................................................................56

35 Gambar 4.5

Distribusi temperatur untuk knalpot ruang kosong.......................57

36 Gambar 4.6

Distribusi temperatur untuk knalpot dengan pipa........................57

37 Gambar 4.7

Distribusi temperatur untuk knalpot dengan penambahan 1 sekat......................................................................58

38 Gambar 4.8

Distribusi temperatur untuk knalpot dengan penambahan 2 sekat .....................................................................58

40 Gambar 4.9

Distribusi temperatur untuk knalpot dengan penambahan 3 sekat.....................................................................59

41 Gambar 4.10

Distribusi temperatur untuk knalpot dengan penambahan 3 sekat yang berlubang..........................................59

42 Gambar 4.11

Distribusi temperatur untuk knalpot ruang kosong.....................60

43 Gambar 4.12


44 Gambar 4.13


45 Gambar 4.14



16 46 Gambar 4.15

Distribusi temperatur untuk knalpot ruang kosong......................63

47 Gambar 4.16


48 Gambar 4.17

Distribusi temperatur untuk knalpot ruang kosong .................... 64

49 Gambar 4.18


50 Gambar 4.19

Hubungan sound power level dengan temperatur........................69

51 Gambar 4.20


52 Gambar 4.21


53 Gambar 4.22


54 Gambar 4.23


55 Gambar 4.24


56 Gambar 4.25


57 Gambar 4.26


58 Gambar 4.27


59 Gambar 4.28


60 Gambar 4.29


61 Gambar 4.30


62 Gambar 4.31

Hubungan sound power level dengan temperatur .......................77

63 Gambar 4.32


64. Gambar 4.33 Hubungan temperatur dengan noise.............................................79 65 Gambar 4.34

Hubungan temperatur dengan kecepatan ....................................81

66 Gambar 4.35

Hubungan temperatur dengan kecepatan.....................................81

67 Gambar 4.36

Hubungan temperatur dengan kecepatan.....................................82

68 Gambar 4.37

Hubumgan temperaur dengan kecepatan.....................................83


17

DAFTAR NOTASI C

= Cepat rambat bunyi

m/s

g

= Rasio panas spesifik

----

Pa

= Tekanan atmosfer

pascal

ρ

= Kerapatan

Kg/m3

T

= Suhu

K

E

= Modulus Young

Pascal

l

= Panjang gelombang bunyi

---

f

= Frekuensi

Hz

I

= Intensitas bunyi

W/m2

W

= Daya akustik

Watt

A

= Luas Area

m2

V

= Kecepatan partikel

m/det

P

= Tekanan

pascal

= Tekanan bunyi

pascal

Pt

= Tekanan bunyi ditransmisikan

pascal

Pr

= Tekanan bunyi dipantulkan

pascal

Pa

= Amplitudo tekanan bunyi

pascal

t

= Waktu

detik

x

= Jarak dari sumber

m

Lp

= Tingkat tekanan bunyi (Sound Pressure Level/SPL),

dB

Pref

= Tekanan bunyi referensi

N/m2

p

l

p 2 rms = akar tekanan bunyi

Pa

I

= Intensitas bunyi

W/m2

I ref

= Intensitas referensi

W/m2


18 Ws

=Total daya bunyi

watts

Is

= Maksimum intensitas udara pada jarak radius

r

Lw

= Tingkat daya bunyi

dB

W

= Daya bunyi

watts

W0

= Daya bunyi referensi

Watts

V

= Poison Ratio

---

l

= Konstanta Elastis Lame’s

---

G

= Koefisien Kekakuan

---

Ia

= Intensitas bunyi yang diserap

W/m2

Ii

= Intensitas bunyi yang terjadi

W/m2

Vm

= Kecepatan rata-rata gerakan piston

m/det

S

= Langkah Piston

m

D

= Diameter Piston

m

N

= Putaran

Rpm

= Laju aliran Massa Gas

Kg/s

q

= Heat Fluks

W/m2

kW

= Energi atau tenaga mesin

kwatts

lin

= Panjang pipa

m

Ni

= Tenaga mesin

PS

P

= Tekanan efektif rata-rata

kg/cm3

VL

= Volume langkah torak

cm3

z

= Jumlah piston

-

•

m •

a

= Jumlah siklus perputaran

-

n

= Putaran poros engkol

rpm


19 = efisiensi

-

Q

= kalor yang masuk

Kcal

VL

= Volume langkah torak

cm3

J

= Faktor pengubah satuan

m kg/kcal

r

= compresi ratio

-

TL = transmission loss

dB

Se = Luas daerah masuk atau keluar

m2

Sc = Luas daerah kanlpot

m2

Lc = panjang knalpot

m2

BAB I

PENDAHULUAN Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

20

1.1. Latar Belakang Orang yang hidup dalam kebisingan lalu lintas cendrung memiliki tekanan darah tinggi dibandingkan mereka yang tinggal di lingkungan yang lebih tenang. Orang yang tinggal dilingkungan dengan rata-rata tingkat kebisingan malam hari sebesar 55 desibel atau lebih, memiliki resiko dua kali lebih besar untuk dirawat karena tekanan darah tinggi dibanding mereka yang tinggal dilingkungan dengan rata-rata tingkat kebisingan malam hari sebesar 50 desibel. Polusi suara meningkatkan tekanan darah dan karena itu memiliki dampak kesehatan jangka panjang. [1] Selain berpengaruh terhadap tekanan darah tinggi, kebisingan dan getaran juga mempengaruhi fungsi keseimbangan dan pendengaran dimana kebisingan dan getaran dapat merusak koklea ditelinga dalam menyebabkan gangguan keseimbangan. Seiring dengan kebutuhan pembangunan, penggunaan peralatan Industri yang menimbulkan bising dan getaran di negara berkembang, termasuk Indonesia makin lama akan makin bertambah. Hal ini perlu diantisipasi untuk mencegah kerugian sumber daya manusia, salah satu yaitu dengan meredam getaran dan suara. [2 ] Keputusan Menteri Lingkungan Hidup No. 48 tahun 1996 tentang baku tingkat kebisingan menyatakan pembagian wilayah untuk beberapa zona yang antara lain perkantoran, pertokoan, perdagangan dan pasar dengan tingkat kebisingan sekitar 55 ÷ 60 dB. [3] Pada zona ini Khususnya di kota-kota besar penyebab utama kebisingan adalah dari knalpot kendaraan, khususnya mobil. Selain itu Badan Standarisasi Internasional

ISO 5130;2002 menetapkan suatu prosedur test Instrumentasi dan

lingkungan yang berhubungan dengan kebisingan knalpot. [4] Penurunan tingkat kebisingan knalpot selain dipengaruhi bentuk struktur juga dipengaruhi oleh bahan/material knalpot. 1.2. Perumusan Masalah Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

21 Di kota-kota besar penyebab utama kebisingan adalah knalpot kendaraan, khususnya mobil. Dengan tingkat kebisingan sekitar 55 hingga 60 dB. Ini telah menjadi sebuah permasalahan karena tingkat kebisingan yang baik adalah dibawah 50 dB. Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian untuk mengurangi tingkat kebisingan yang ditimbulkan oleh knalpot mobil tersebut.

Kerangka Konsep. Permasalahan : Kebisingan (polusi suara)

Dampak : - Manusia - Mesin

Peraturan : - Menteri Lingkungan hidup. - Standart ISO

Sumber Kebisingan : Kendaraan bermotor dengan jenis 5K

Knalpot profil silinder dari material Titanium -Dimensi

Simulasi: Menggunakan ANSYS

Hasil penelitian : - Karakteristik Kebisingan Noise Level

Kesimpulan Penelitian

Gambar 1.1 Kerangka Konsep

1.3. Tujuan penelitian Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

22 1.3.1. Tujuan Umum Tujuan umum penelitian ini untuk mengetahui emisi kebisingan knalpot dengan profil silinder yang dibuat dari material titanium 1.3.2 Tujuan khusus 1. Mendapatkan distribusi panas sepanjang knalpot. 2. Mendapatkan kecepatan aliran gas buang sepanjang knalpot. 3. Mengetahui distribusi noise sepanjang knalpot dengan data distribusi panas dari kecepatan aliran gas buang. 4. Mengetahui pengaruh dimensi terhadap perubahan noise. 5. Mengetahui pengaruh putaran terhadap perubahan noise.

1.4 Manfaat Penelitian 1. Diharapkan dapat memberi kontribusi yang positif terhadap usaha penurunan kebisingan knalpot. 2. Dapat mengetahui tingkat kebisingan yang dikeluarkan knalpot yang terbuat dari material titanium. 3. Memberikan informasi kepada industri. 4. Memberikan informasi untuk digunakan sebagai pengembangan pengetahuan pada penelitian lanjutan.

1.5 Sistematika Penulisan Tugas akhir ini meliputi 5 bab. Bab I memuat latar belakang permasalahan, perumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika penulisan. Bab II berisikan landasan teori yang memuat konsep dasar tentang bunyi, hubungan antara tingkat daya, tingkat intensitas dan tingkat bunyi serta metode elemen hingga. Bab III meliputi tahap penelitian. Bab IV yang mencakup hasil simulasi dan perhitungan teoritis. Bab V merupakan kesimpulan yang didapat dari tugas sarjana ini. Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

23

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

24 2.1 Konsep Dasar Tentang Bunyi 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 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. Bunyi termasuk gelombang mekanis longitudinal. Gelombang bunyi tersebut dapat dijalarkan 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. 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 (< 16 Hz) disebut frekuensi infrasonik. Sedangkan frekuensi diatas ambang batas pendengaran manusia (>16 kHz) disebut frekuensi ultrasonik.

2.1.1 Perambatan Bunyi Bunyi hanya dapat merambat melalui medium. Gelombang-gelombang bunyi, jika tidak dirintangi akan menyebar didalam semua arah dari sebuah sumber. Sebagai contoh, getaran pengeras suara menghasilkan gelombang bunyi di udara. Getaran-getaran pengeras suara menghasilkan variasi tekanan pada udara. Gelombang bunyi di udara secara normal adalah getaran dari udara yang memaksa gendang telinga kita untuk bergetar. Akan tetapi, gelombang bunyi juga dapat menjalar ke bahan-bahan lainnya. Jelas sekali bahwa bunyi tidak dapat berpindah tanpa adanya bahan atau medium Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

25 perantara. Bunyi memerlukan waktu untuk merambat dari suatu tempat ke tempat yang lain. Kecepatan bunyi pada setiap bahan berbeda-beda.

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

(1)

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

Dalam tabel 2.1 berikut dapat dilihat jarak frekuensi yang dapat ditransmisikan dan diterima oleh beberapa sumber dan penerima bunyi Tabel 2.1 Jarak frekuensi yang ditransmisikan dan diterima oleh sumber dan penerima bunyi.[5]

Sumber Bunyi

Jarak Frekuensi (Hz)

Manusia

85 - 5.000

Anjing

450 - 1080

Kucing

780 - 1520

Piano

30 - 4100

Pitch Musik Standar

440

Terompet

190 - 990

Drum

95 - 180

Kelelawar

10.000 - 120.000

Jangkrik

7.000 - 100.000

Burung Nuri

2.000 - 13.000

Burung Kakak Tua

7.000 - 120.000

Mesin Jet

5 - 50.000

Mobil

15 - 30.000

Penerima Bunyi Manusia

20 - 20.000


26

Anjing

15 - 50.000

Kucing

60 - 65.000

Kelelawar

1000 - 120.000

Jangkrik

100 - 15.000

Burung Nuri

250 - 21.000

Burung Kakak Tua

150 - 150.000

2.1.3 Kecepatan Perambatan Bunyi bergerak pada kecepatan berbeda pada tiap media. Pada media gas atau udara, cepat rambat bunyi bergantung pada kerapatan, suhu, dan tekanan. [5]

γ .Ρa ρ

c=

(2)

atau dalam bentuk sederhannya dapat ditulis : c = 20,05

T

(3)

dimana : c = Cepat rambat bunyi (m/s) =Rasio panas spesifik (untuk udara = 1.41)

Pa = Tekanan atmosfer (pascal)

ρ = Kerapatan (Kg/m3) T = Suhu (K)

sedangkan pada media padat bergantung pada modulus elastisitas dan kerapatan.[5] c=

E

ρ

dimana : E = Modulus Elastisitas (Pascal) = Kerapatan (Kg/m3)


(4)

27 Pada media cair bergantung pada modulus bulk dan kerapatan [5] K

c= dimana :

(5)

ρ

K = Modulus bulk

ρ = Kerapatan (Kg/m3)

2.1.4 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 [5]

λ=

c f

(6)

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

2.1.5 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[5] I=

W A

(7)

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. Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

28

2.1.6 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 : [6] V=

.c

(8)

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 = . c.V

(9)

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

2.1.7 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 Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

29 juga sebagai satu siklus frekuensi. Secara umum persamaan gelombang tekanan bunyi datang dapat dituliskan sebagai :

Pl = Pa sin( 2πf .t − k1. x )

(10)

Dan persamaan untuk gelombang ditransmisikan dan dipantulkan adalah :

Pt = Pa sin( 2πf .t − k2t )

(11)

Pr = Pa sin(2πf .t + k1 x)

(12)

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 , k 2 = 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  Pref 

(13)

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

2.1.8 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 Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

30 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 [18]

p 2 rms = I mas .ρ .c

(14)

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 I ref

(15)

Dimana : I = Intensitas bunyi, W/m2

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

2.1.9 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 )

(16)

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 : Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

31

Lw = 10 log W/W0

(17)

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

2.2 Hubungan Antara Tingkat Daya, Tingkat Intensitas dan Tingkat Tekanan Bunyi Intensitas pada suatu ketika berhubungan dengan tekanan bunyi pada titik dalam daerah bebas seperti pada persamaan dengan mengkombinasikan persamaan maka diperoleh tingkat intensitas bunyi sebagai berikut :  I LI = 10 log   I ref

  = 10 log 

 P2   ρcI ref

  = 10 log 

 P2  2  Pref

  Pref2 +10 log     ρcI ref

LI = Lp – 10 log K

  

2

(18)

Dimana : K = konstanta = I ref ρc / Pref2 = ρc / 400 Dengan cara yang sama terhadap tingkat tekanan bunyi, maka :

Lp = LI + 10 log K

(19)

Pada kondisi dimana intensitas adalah seragam dalam sebuah daerah S, daya bunyi dan intensitas berhubungan pada persamaan : W = I.A

(20)

Selanjutnya hubungan antara tingkat intensitas dan tingkat daya bunyi sebagai berikut: 10 log

W I A = 10 log −12 + 10 log −12 10 A0 10

Lw = LI+10 log A

(21)

Dimana : A = Luas permukaan daerah (m2) A0 = 1 m2


32

2.2.1 Tingkat Tekanan Suara 2.2.1.1.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 2.1

Gambar 2.1 Karakteristik Frekusensi

Tingkat kenyaringan yang di dapat sesudah penyesuaian frekuensi ini dinamakan ”Tingkat tekanan suara berbobot A (tingkat kebisingan)”. Dimana tingkat tekanan suara berbobot A = P0 = 20 Pa

10 log PA P0

2

2

dan tingkat tekanan suara =

10 log P 2

P0

2

, dimana : (21)


33

2.2.1.2 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  L Aeq = 10 log  , dt  , dan ∫ t − t P 1 2 0  2  L LA2  1  10a 1 L Aeq = 10 log 10 + 10 10  n  

(22)

dimana : P0 = Tekanan suara referensi ( 20 Pa ) PA = Tekanan suara berbobot A (untuk 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 2.2. berikut.

Gambar 2.2 Hubungan Tingkat Tekanan Suara dengan Waktu

2.3 Pengertian Kebisingan Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

34 Bising (noise) diartikan sebagai bunyi yang tidak diinginkan dan dapat merusak pendengaran manusia. Bunyi dinilai sebagai bising sangatlah relatif sekali, suatu contoh misalnya : bunyi mesin-mesin di pabrik merupakan hal yang biasa bagi operatornya, tetapi tidak demikian pada orang-orang lain disekitarnya. Itu adalah suara yang tidak diinginkan, suara itu adalah kebisingan. Tetapi hampir semua mesin-mesin yang dihasilkan, baik itu untuk industri maupun pada kendaraan bermotor selalu disertai dengan kebisingan.

2.3.1 Sumber-Sumber Kebisingan Secara garis besar sumber-sumber kebisingan dapat dibagi atas tiga yaitu : 1. Air Borne 2. Solid Borne / Structur 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 gejalagejala turbulen, kavitasi dan pulsasi. Pada sistem teknik mesin, gejala-gejala penyebab kebisingan yang sering timbul dapat digolongkan atas tiga yaiut : 1. Mechanical Noise : Kebisingan akibat fenomena mekanikal, antara lain pada roda gigi, impeller, suatu fan ataupun sistem yang terkena beban luar. 2. Electro Noise : Kebisingan akibat fenomena elektro, antara lain pada trafo, generator dan lainya. 3. Hydro Noise : Kebisingan akibat fenomena hydro, antar lain aliran turbulen, instalasi pipa dan lainya.


35

2.3.2 Efek Pendengaran dan Pengaruh Kebisingan Terhadap Manusia Pada sistem pendengaran manusia memiliki batas dan reaksi terhadap pendengaran yang berpengaruh terhadap aspek psikologi, fisik dan biologis. Kebisingan yang terjadi dapat mempengaruhi kemampuan pendengaran manusia, selain itu juga dapat mempengaruhi kemampuan berkomunikasi dan tingkah lakunya. Kebisingan yang cukup tinggi, diatas 70 dB dapat mengakibatkan kegelisahan, kurang enak badan dan gangguan peredaran darah. Kebisingan diatas 85 dB dapat menyebabkan kemunduran serius pada kondisi kesehatan seseorang. Bila tingkat kebisingan melampui tingkat kebisingan yang membahayakan maka harus diambil suatu tindakan pencegahan untuk mereduksi sumber kebisingan. Dan apabila hal ini berlangsung terus menerus dapat merusak pendengaran yang sifatnya sementara atau permanen. Sayangnya hal ini tidak disadari oleh semua orang, sebab pengaruh atau efek yang ditimbulkan tidak terjadi saat itu juga, bisa beberapa tahun atau saat memasuki hari tuanya. Pada sistem pendengaran manusia memiliki batas dan reaksi terhadap penerimaan pendengaran yang berpengaruh terhadap aspek psikologi, fisik dan biologis. Para peneliti kesehatan menyimpulkan bahwa bising dapat mempengaruhi pendengaran, detak jantung, gangguan tidur dan lain sebagainya. Telinga manusia memberikan respon berbeda pada tiap frekuensi bunyi yang berbeda. Agar dapat menginterpretasikan respon telinga terhadap sumber bunyi tertentu, kita harus mengetahui distribusi bunyi disepanjang spektrum frrekuensi. Respon nonlinier telinga telah menghasilkan kurva-kurva Fletcher-Munson untuk kenyaringan yang sama sebagaimana ditunjukkan apada gambar 2.3. Pendengaran normal manusia dapat menerima bunyi dalam jarak frekuensi dari 20 – 20.000 Hz yang disebut juga sebagai batas normal frekuensi pendengaran audible. Dalam jarak ini sendiri, pendengaran manusia lebih peka terhadap frekuensi sedang dibandingkan pada frekuensi rendah atau tinggi. Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

36 Pendengaran manusia sangat sensitif pada frekuensi 3000 – 6000 Hz, yang mana pada jarak ini terdapat takikan kurva yang sangat signifikan karena pada jarak frekuensi tersebut merupakan frekuensi kritis untuk pendengaran manusia.

Gambar 2.3 Kurva Fletcher-Munson [7]

Tingkat tekanan bunyi minimum yang mampu membangkitkan sensasi pendengaran pada telinga penerima disebut ambang kemampuan didengar (treshold of

hearing). Tingkat tekanan bunyi minimum yang merangsang telinga sampai suatu keadaan dimana rasa tidak nyaman menyebabkan rasa sakit tertentu disebut ambang rasa sakit (treshold of pain). Kurva ambang kemampuan didengar dan ambang rasa sakit yang membatasi daerah sensasi pendengaran dapat dilukiskan pada gambar 2.4


37

Gambar 2.4 Kurva ambang kemampuan didengar dan ambang rasa sakit [7]

Secara umum pengaruh kebisingan pada pendengaran dapat dibagi menjadi tiga kategori 1. Trauma akustik, yaitu kerusakkan organik yang bersifat cepat pada telinga akibat adanya energi suara yang diluar batas. 2. Kehilangan pendengaran sementara (nois-induced tempory treshold shift), yaitu bila telinga pendengar segera dapat kembali normal setelah terkena bising pada jangka waktu tertentu. 3. Kehilangan pendengaran tetap (noise-induced permanent treshold shift), yaitu bila telinga pendengar tidak dapat kembali normal setelah terkena bising pada jangka waktu tertentu.

Tingkat tekanan bunyi yang diterima oleh pendengar juga bergantung pada jangka waktu penerimaannya. Hubungan antara sumber bunyi, frekuensi, waktu, ambang batas pendengaran, dan ambang batas sakit dapat digambarkan pada gambar 2.5


38

Gambar 2.5 Sumber Bunyi Umum Pada Frekuensi Dominan Dan Tingkatannya [7]

Pemerintah Indonesia, melalui keputusan menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor : KEP-48/MENLH/11/1996 tentang baku tingkat kebisingan, membuat aturan mengenai baku tingkat kebisingan yang diizinkan di Indonesia. Baku tingkat kebisingan ini adalah pada tabel 2.2 sebagai berikut :

Tabel 2.2 Baku Tingkat Kebisingan Indonesia [3]

Peruntukkan Kawasan/Lingkungan Kegiatan

Tingkat Kebisingan

a. Peruntukkan Kawasan 1.Perumahan dan Pemukiman

55

2. Perdagangan dan Jasa

70

3. Perkantoran dan Perdagangan

65

4. Ruang Terbuka Hijau

50

5. Industri

70

6. Pemerintahan dan Fasilitas Umum

60

7. Rekreasi

70

8. Khusus a. Bandara Udara* b. Stasiun Kereta Api* c. Pelabuhan Laut

70

d. Cagar Budaya

60

b. Lingkungan Kegiatan 1. Rumah Sakit atau sejenisnya

55

2. Sekolah atau sejenisnya

55

3. Tempat Ibadah atau sejenisnya

55


39 Berbagai nilai umum untuk tingkatan tekanan bunyi (SPL), bunyi tipikalnya, serta penampakkan subjektifnya dapat dilihat pada tabel 2.3. Sedangkan tabel 2.4 memberikan hubungan tingkat tekanan bunyi dan tekanan bunyi serta situasi tipikalnya. Tabel 2.3 Tingkat Bising Umum [7]

Tingkat Tekanan Bunyi (dBA)

Bunyi Tipikal

Penampakkan Subjektif

140

Pesawat jet yang take off

130 120

Tembakkan artileri Sirene pada 100 ft, petir, sonic boom

110

Akselerasi sepeda motor, band hard rock

100

Kereta api bawah tanah, jalan raya yang ribut, mesin pemotong rumput

90

Pabrik yang sibuk, truck tak berknalpot, peluit kereta api, bor palu tangan pneumatik

80 70 60 50 40 30 20 10 0

Percetakkan, kantor yang sibuk, kebanyakkan pabrik Bising jalan raya rata-rata, mesin tik, kereta api barang pada 100 ft. Rumah yang bising, lobby hotel, restoran, percakapan normal kantor umumnya, rumah sakit, bank rata-rata, jalanan yang lengang Kantor pribadi, rumah yang sunyi Percakapan rahasia Bisikan Nafas manusia

Pemaparan singkat dapat menyebabkan gangguan pendengaran Ambang batas sakit Menulikan telinga Ambang batas ketidaknyamanan Sangat ribut, percakapan, sangat sulit ; diperlukan Penutup telinga untuk kesehatan

Ribut, harus keras berbicara agar bisa didengar

Percakapan normal dapat didengar dengan mudah Sunyi Sangat sunyi Ambang batas pendengaran

Tabel 2.4 Spektrum Kebisingan Akustik [8]

Wilayah Kebisingan

Lp, decibels

Kerusakkan Fisik

Rasa sakit pada telinga

Tekanan Bunyi

Tipikal Situasi

N/m2

Atm.

lb/in2

200

2 x 105

2.03

29,4

200 yd dari peluncuran misil

180

2 x 104

2.03 x 10-1

2.94

Ketulian instan

160

2 x 102

2.03 x 10-2

2.94 x 10-1

Ambang batas kerusakkan fisik

140

2 x 102

2.03 x 10-3

2.94 x 10-2

Ambang batas rasa sakit, peluncuran pesawat jet


40

Daerah Gangguan

120

20

2.03 x 10-4

2.94 x 10-3

Guntur

100

2

2.03 x 10-5

2.94 x 10-4

Pabrik mesin berat

80

2 x 10-1

2.03 x 10-6

2.94 x 10-5

Pabrik umumnya

60

2 x 10-2

2.03 x 10-7

2.94 x 10-6

Pabrik kecil

40

2 x 10-3

2.03 x 10-8

2.94 x 10-7

Percakapan, Perumahan

20

2 x 10-4

2.03 x 10-9

2.94 x 10-8

Bisikan, gesekan daun

0

2 x 10-5

2.03 x 10-10

2.94 x 10-9

Ambang batas pendengaran

2.4 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 kontruksi. Gelombang bunyi berpropagasi dalam bentuk gelombang kompresi yang berjalan dengan kecepatan bunyi dalam medium sekitarnya. Gelombang longitudinal sebagai penghantar energi bunyi berpropagasi pada mediummedium 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

2.4.1 Solid Borne Rambatan gelombang bunyi benda/material solid sangat tergantung dari dimensi dan material mediumnya. Pada material solid akan terjadi fenomena gelombang transversal yang sangat berpengaruh pada kecepatan rambat gelombangnya. Kecepatan rambat gelombang pada media padat dinyatakan sebagai [5]


41

E

c0 =

ρ

m/det

(23)

Dimana : E = Modulus Elastisitas, Gpa

ρ = Kerapatan, Kg/m3 Kecepatan rambat gelombang longitudinal dibenda solid dipengaruhi dimensi model yang ditinjau dan menyebabkan tekanan atau tarikan dan pergeseran dalam bentuk tegangan sebagai reaksi material yang bersifat lateral. Hal ini dikarenakan jika media solid diberi beban akan menyebabkan gelombang longitudinal dan transversal. Telah diketahui bahwa rapatan longitudinal menyebabkan regangan yang besarnya

∂ξ ∂K dan disertai pergeseran sudut sebesar dengan anggapan gelombang menjalar dy dx sepanjang sumbu x. Harga K adalah perpindahan dalam arah y dan merupakan fungsi dari x dan y. Perbandingan antara kedua regangan ini disebut poisson’s ratio yang besarnya [18]

− ∂K / ∂y =v ∂ξ / ∂x

(24)

Harga poissons’s ratio v, merupakan bentuk dari konstanta elastic lame’s λ dan koefisien kekakuan G untuk benda solid sebagai : v=

λ 2(λ + G )

(25)

harga λ dan G adalah positif sehingga nilai v selalu <1/2 atau sering kali berada sekitar 1/3 pengaruh dari kekakuan transversal G menyebabkan kekakuan material dan meningkatkan konstanta elastis selama gelombang longitudinal beroperasi. Kecepatan rambat gelombang dipengaruhi oleh kekakuan transversal sehingga menjadi :

c1 =

λ + 2G ρ

(26)


42

2.4.2 Air Borne Bunyi dapat ditransmisikan lewat udara disebut bunyi di udara (air borne sound). Percakapan manusia, bunyi musik, dan bunyi-bunyian lainnya sampai pada telinga pendengar melalui media udara. Dari sudut pandang penerima, bunyi struktur tidak dapat dibedakan dari bunyi di udara. Bunyi struktur yang ditransmisikan langsung lewat bangunan tertentu, seperti tembok, balok, panel, langit-langit gantung, plesteran berbulu, dan papan-papan bangunan dan akhirnya mencapai pendengar sebagai bunyi di udara. Bising di udara yang berasal dari ruang sumber dapat ditransmisikan ke ruang penerima dengan cara-cara sebagai berikut : 1. Sepanjang jejak udara yang sinambung lewat buka-bukaan, seperti pintu dan jendela yang terbuka, pipa ventilasi dan kisi-kisi, lubang-lubang udara, daerah yang berpusar (crawl space), celah dan retakan sekitar pintu, pipa kabel listrik, peralatan listrik dan elemen yang tertanam (built-in). 2. Lewat getaran paksa yang diberikan pada permukaan batas (dinding, lantai, langitlangit) oleh sumber bunyi dan ditransmisi ke permukaan batas ruang penerima. Sebenarnya apa yang diterima pendengar dalam ruang penerima bukan bagian dari bunyi asli tetapi reproduksi bunyi tersebut. Bila ruang sumber dan ruang penerima mempunyai bidang batas yang sama (dinding pemisah atau lantai), maka bunyi yang diradiasikan kembali dapat menjadi sangat jelas kecuali bidang batas yang bersangkutan menyediakan cukup hambatan (resistance) pada getaran, yaitu massanya cukup besar.

2.5 Radiasi Bunyi Radiasi bunyi adalah terpancarnya kebisingan dari batas sistem/unit/mesin ke lingkungan. Identifikasi radiasi sangat tergantung dari bentuk geometri dari suatu struktur mesin/komponen, serta bagian mana saja yang berpotensial dan bersifat dominan. Radiasi juga dipengaruhi oleh situasi disekitar objek yang menjadi Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

43 permasalahan, seperti tipe medan bunyi, ruang terbuka datau ruang tertutup dan emisi dari mesin-mesin yang berdekatan. Seperti halnya propagasi bunyi, radiasi bunyi juga dapat dibedakan atas tiga jenis, yaitu : air borne radiation, solid/structure borne radiation, dan liquid borne radiation. Secara umum peristiwa radiasi bunyi dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 2.6 Skematik Radiasi Bunyi [9]

2.5.1 Pulsating Sphere Pulsating sphere mewakili sebuah idealisasi model yang menggambarkan karakteristik

radiasi bunyi dari beberapa sumber bunyi yang bergetar dalam sebuah cara yang menghasilkan dalam perpindahan volume. Asumsikan bola berjari-jari r bergetar dengan ^

^

kecepatan permukaan normal v(r ) pada frekuensi f = ω / 2π . Tekanan bunyi p (x) berkurang dengan bertambahnya jarak x, sehingga : ^ ^  x p ( x) = p (r )  e-jk0x N/m2. r

(27)


44 Kecepatan partikel v(x), yang titiknya dalam arah radial adalah ^

v( x) =

Dimana k0 =

dp ^ 1  1  -jk x = p(r )  2 + jk0 x  e 0 m/s. jωρ 0 dx jωρ 0  x  1

ω c0

(28)

adalah nomor gelombang dan ρ 0 dan c0 adalah kerapatan dan

kecepatan bunyi. Evaluasi 2 persamaan ini pada permukaan bola (x=r) dan pemecahan untuk p(r) didapat ^

^ v(r ) (k r ) 2 + jkr ^ p(r ) = = v(r ) ρ 0c0 0 = v(r ) Z rad N / m 2 2 1 / ρ 0c0 + 1 / jωρ 0 r 1 + ( k0 r ) ^

(29)

Dimana Zrad adalah impedansi radiasi dari pulsating sphere mengindikasikan bahwa pada frekuensi rendah dimana ka<< 1( ωρ 0 r << ρ 0c0 ) kecepatan getaran ^

^

^

v(r ) menghasilkan tekanan bunyi p (r ) << v(r ) ρ 0c0 dan bahwa hanya sebuah fraksi dari tekanan bunyi kecil ini adalah dalam fase dengan kecepatan, alasan-alasan fisik untuk sifat ini adalah sebagai berikut [19] : 1. Pada frekuensi rendah fluida di dorong keluar dari arahnya dengan lambat dan berpisah sepanjang garis radial karena itu kecepatan partikel berkurang dengan pertambahan jarak hanya saja ini untuk aliran steady state dalam simpangan saluran. Reaksi gaya kecil dan umumnya dapat disebabkan oleh inersia dari fluida dan kompresi yang rendah. 2. Dengan pertambahan frekuensi proses pengelakkan harus mengambil tempat lebih cepat dan reaksi gaya bertambah karena fraksi darinya dapat disebabkan oleh kompresi. 3. Pada frekuensi tinggi, menjadi lebih ringan untuk menekan fluida dari pada untuk mengakselerasinya untuk menyelesaikan proses pemisahan dan gaya reaksi menjadi penuh disebabkan oleh efek kompresi


45 Hal ini menyebabkan pulsating body (dari beberapa bentuk) kecil dibandingkan dengan panjang gelombang. Energi bunyi di radiasi oleh sphere pulsating dengan ^

kecepatan permukaan puncak v(r ) adalah : Wrad =

^2 1 1 ^2 ( K 0 .r ) 2 (4πr 2 ) v (r ) Z rad = . v .ρ0 .C0 .S . 2 2 1 + ( K 0 .r ) 2

(30)

Dimana :

r

= Jarak permukaan (m) 0C0

= karakteristik impedance untuk udara

v

= kecepatan partikel untuk tiap jarak (m/s)

S

= merupakan luas permukaan radiasi (m2)

K0

= bilangan gelombang 2 f/c

2.5.2 Efisiensi Radiasi Biasanya untuk menentukan efisiensi radiasi bagian yang bergetar digunakan persamaan

σ rad =

Wrad (vn ) 2 ρ 0c0 A

(31)

dimana (vn2) adalah komponen normal dari kecepatan getaran kuadrat rata-rata dari radiasi permukaan dari luas A dan Wrad adalah energi radiasi bunyi. Dengan defenisi ini, persamaan (31) menjadi

σ rad =

( k0 a ) 2 1 + ( k0 a ) 2

[

]

(32)

2.6 Teknik Pengendalian Kebisingan (Engeneering Noise Control) Pengendali kebisingan merupakan tindakan penurunan/pengurangan kebisingan di sumber-sumber kebisingan, mengontrol jalannya kebisingan dan perlindungan terhadap receiver (penerima) jika tingkat kebisingan sudah melewati batas yang diizinkan. Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

46 Penurunan kebisingan dengan metode aplikasi akustik pada permesinan sejak tahap desain merupakan hal yang paling efektif mengingat besarnya cost yang harus dikeluarkan. Persoalan pengendalian kebisingan bersifat multi dimensi atau lintas ilmu. Untuk mendapatkan suatu rancangan komponen mesin yang bersifat low noise design, ada hal-hal tertentu yang harus dilakukans alah satunya adalah identifikasi. Source atau Noise Generation Mechanism harus diketahui terlebih dahulu. Bersifat apakah NGM-nya, apakah air borne, solid borne, ataupun fluid borne. Identifikasi ini mencakup sumber, propagasi dan radiasi dan berdasarkan data-data kulitatif, eksperimen dan pengalaman.

Gambar 2.7 Skematik Pengendalian Kebisingan. [8]

Sumber bunyi (accoustic source) dilukiskan sebagai fluktuasi gaya-gaya dalam medium/media. Fluktuasi gaya-gaya dapat berupa gerakan permukaan pada benda solid atau fluktuasi fluida seperti aliran turbulen. Teknik yang dipakai untuk mengendalikan kebisingan pada sumber, yaitu : 1. Menghindari atau mengurangi sumber Air Borne, misalnya pada peristiwa turbulensi, shock dan pulsasi. 2. Menghindari atau mengurangi sumber Fluid Borne, misalnya pada peristiwa turbulensi, shock, pulsasi dan kavitasi. 3. Menghindari atau mengurangi sumber Solid Borne, misalnya pada peristiwa impak dan gesekan. Propagasi merupakan rambatan kebisingan yang akan diterima telinga. Dalam banyak situasi sumber, propagasi dan penerima dapat berupa interaksi-interaksi diantara mereka, namun pendekatan pemecahan permasalahan kebisingan adalah dengan cara yang sama. Dalam identifikasi Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

47 sumber-sumber kebisingan suatu sistem haruslah diketahui komponenkomponen mana saja yang bersifat aktif maupun pasif. Identifikasi propagasi atau jalanya rambatan bunyi mencakup komponen mana saja yang berpotensial meneruskan dan merefleksikan kembali dalam suatu material.

Teknik yang dipakai untuk mengendalikan kebisingan propagasi suara, yaitu : 1. Pembungkusan (capsuling) Pengertian dari capsuling yang umum dipakai adalah menutup sistem secara penuh untuk mencegah terjadinya refleksi suaru dari mesin ke dinding rumah mesin. 2. Menggunakan plat akustik 3. Menyerap bising melalui material akustik/damper.

Identifikasi radiasi sangat tergantung dari bentuk geometri dari suatu struktur mesin/komponen. Bagian mana saja yang berpotensial dan bersifat dominan. Radiasi juga dipengaruhi oleh situasi disekitar objek yang menjadi permasalahan, seperti tipe medan bunyi, ruang terbuka atau ruang tertutup dan emisi dari mesin-mesin yang berdekatan. Secara prinsip peristiwa radiasi dapat terjadi melalui bukaan (opening) pada mesin/sistem atau getaran/vibrasi dari luasan permukaan luar mesin/sistem tersebut. Teknik yang dapat digunakan untuk mengatasi/mengendalikan kebisingan radiasi suara dibagi dua, yaiu : a. Teknik pengendalian radiasi suara melalui opening 1.

Menentukan/merancang arah radiasi pada posisi/arah yang paling tidak mengganggu, dengan cara memodifikasi opening tersebut.

2. Mempergunakan damping atau dinding plat akustik pada opening tersebut. b. Teknik pengendalian radiasi suara pada luasan permukaan mesin. Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

48 1. Luas permukaan yang berpotensi terjadinya radiasi, dibuat sekecil mungkin. 2. Permukaan mesin yang rentan getaran dihindari 3. Luas permukaan yang terpaksa besar dibuat kecil. 4.Terapkan prinsip permukaan bagian luar dari struktur mesin mempunyai efisiensi radiasi yang kecil/rendah. 5. Redam permukaan tempat terjadinya radiasi suara

2.7 Kebisingan Knalpot (Noise Silencer) Silencer atau Knalpot adalah alat pereduksi suara dan panas pada kendaraan atau Mesin - mesin internal combustion , khusus pada mobil bensin atauDiesel penyerapan panas yang diambil oleh knalpot atau exhaust kurang lebih 30-35%. Noise silencer merupakan kebisingan yang terjadi pada knalpot. Kebisingan terjadi akaibat gas pembakaran yang dihasilkan dari mesin masuk ke knalpot dengan tekanan yang sangat tinggi. Untuk itu silencer atau knalpot dirancang khusus untuk meredam kebisingan yang terjadi pada kendaraan bermotor. Oleh karena, itu material yang baik untuk knalpot adalah material yang baik dalam menyerap bunyi (material akustik). Panas yang diterima knalpot dari hasil pembakaran dari motor berkisar 130 °C sampai dengan 160 °C dan suara yang sangat keras ketika terjadi pembakaran diruang bakar, maka knalpot harus mempunyai syarat–syarat tertentu apalagi pada saat sekarang lingkungan sangat di perhatikan dalam rangka menunjang program langit biru dimana gas buang dapat menjadikan kerusakan pada lingkungan maka mau tak mau pembuangan gas bekas menjadi perhatian sangat serius dan harus memenuhi kriteria tertentu. Adapun syarat utama pada knalpot: 1. Kemampuan bahan terhadap panas 2. Mereduksi suara atau kebisingan 3. Tidak mengganggu kinerja motor


49

Dibawah ini adalah contoh bentuk knalpot dan knalpot yang telah di mesh kan untuk membantu melakukan simulasi. Ini dapat terlihat jelas pada gambar 2.8 dan gambar 2.9 seperti dibawah ini.

Gambar 2.8 Bentuk Knalpot.

Gambar 2.9 Bentuk Knalpot yang Dimesh


50

Gambar 2.10 Hasil Simulasi dengan PATRAN

Berdasarkan hasil studi literatur yang ada pada gambar 2.10 dapat dilihat hasil simulasi yang telah ada. Pada gambar terlihat jelas hasil simulasi bentuk knalpot yang telah dimesh dengan menggunakan software PATRAN pada frekuensi 2900 Hz . pada gambar 2.10 terlihat terjadi distribusi kebisingan pada solid borne.

Gambar 2.11 Hasil Simulasi dengan Menggunakan PATRAN


51 Berdasarkan hasil studi literatur yang ada pada gambar 2.11 dapat dilihat hasil simulasi yang telah ada. Pada gambar terlihat jelas hasil simulasi bentuk knalpot yang telah di-mesh dengan menggunakan software PATRAN pada frekuensi 700 Hz. Pada gambar 2.11 terjadi distribusi suara pada gas borne dengan 3 zona.

2.8 Material Akustik Bila suatu gelombang bunyi datang pada suatu permukaan batas yang memisahkan dua daerah dengan laju gelombang berbeda, maka kemungkinan yang terjadi adalah 1.Dipantulkan semua 2.Ditransmisikan semua 3.Sebagian gelombang akan dipantulkan dan sebagian lagi akan ditransmisikan Hal ini dapat dilihat pada gambar 2.12 berikut :

ρ1c1

ρ2c2

Gambar 2.12 Pemantulan dan penyerapan bunyi pada suatu muka dataran dari dua media akustik

Misalkan dua media akustik dengan sifat impedansi ρ1c1 dan ρ 2c2 , dimana dataran gleombang dari arah kiri merambat tegak lurus terhadap antar muka. Jika ρ1c1 lebih kecil dari ρ 2c2 , kemudian energi dari gelombang datang tak dapat ditransmisikan melewati dataran antar muka, setiap energi yang tersisa akan menjadi gelombang pantul.


52

2.8.1 Penyerapan dan Pemantulan 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 (i0) selalu sama dengan sudut pantulan bunyi (r0). Jumlah energi bunyi yang dipantulkan oleh suatu permukaan bergantung pada permukaan yang dikenainya. Dindinga lantai, dan langit-langit datar dapat menjadi pemantul yang baik; sebaliknya bahan-bahan yang kurang tegar dan berpori seperti kain, tirai dan taplak perabotan akan banyak menyerap bunyi.

Gambar 2.13 Pemantulan dan penyerapan energi bunyi pada media akustik

Proses pemindahan daya bunyi dari suatu ruangan tertentu, dalam mengurangi tingkat tekanan bunyi dalam volume tertentu, dikenal sebagai penyerapan bunyi. Proses ini berkaitan dengan penurunan jumlah energi dari udara yang menjalar hingga ia mengenai suatu media berpori atau fleksibel. Bagian energi terserap ketika gelombang bunyi dipantulkan darinya disebut dengan koefisien serapan bunyi dari material. Harga Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

53 koefisien serapan bunyi ini bergantung dari sifat material, frekuensi bunyi dan sudut gelombang bunyi ketika mengenai permukaan material tersebut. Secara matematis dapat ditulis : = Ia / Ii

(36)

dimana : Ia = Intensitas bunyi yang diserap (W/m2) Ii = Intensitas bunyi yang terjadi (W/m2) Koefisien penyerap bunyi atau

untuk beberapa material dapat dilihat tabel di bawah

ini.

Tabel 2.5 Koefisien Serapan (10)

Material

Sound Absorption Coefficient -

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

25 mm wood wool cement on battens

0.6 - 0.07


54

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

Total Luas Daerah yang Diserap (Total Room Sound Absorption) A = S1

1

+ S2

2

+ .. + Sn

n

=

Si

i

(37)

dimana : A =Luas Permukaan yang diserap (m2) Sn = Luas daerah permukaan (m2) n

= koefisien serapan dari permukaan material

Koefisien Serapan Rata-Rata (Mean Absorption Coefficient ) am = A / S

(38)

dimana : am = Koefisien Serapan Rata-Rata A = Luas Daerah Yang Diserap (m2 sabine) S = Luas Daerah Permukaan (m2) Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

55

2.9 Material Titanium Sebagai Material Knalpot. Titanium merupakan salah satu material yang baik untuk knalpot dan biasa digunakan sebagai material knalpot. Titanium adalah sebuah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki simbol Ti dan nomor atom 22. Dia merupakan logam transisi yang ringan, kuat, tahan panas, tahan korosi, termasuk tahan terhadap air laut dan chlorine dengan warna putih-metalik-keperakan. Titanium digunakan dalam alloy kuat dan ringan (terutama dengan besi dan aluminum) dan merupakan senyawa terbanyaknya, titanium dioxide, diguankan dalam pigmen putih. Unsur ini terdapat di banyak mineral dengan sumber utama adalah rutile dan ilmenite, yang tersebar luas di seluruh Bumi. Ada dua bentuk allotropic dan lima isotop alami dari unsur ini; Ti-46 sampai Ti-50 dengan Ti-48 yang paling banyak terdapat di alam (73,8%). Salah satu karakteristik Titanium yang paling terkenal adalah dia sama kuat dengan baja tapi hanya dengan 60% berat baja. Sifat Titanium mirip dengan zirconium secara kimia maupun fisika.

2.10 Metode Elemen Hingga Metode elemen hingga adalah metode numerik yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan teknik dan problem matematis dari suatu gejala phisis. Tipe masalah teknis dan matematis phisis yang dapat diselesaikan dengan metode elemen hingga terbagi dalam dua kelompok, yaitu kelompok analisa struktur dan kelompok masalahmasalah non struktur. Tipe-tipe permasalahan struktur meliputi : 1. Analisa tegangan/Stress, meliputi analisa Truss dan Frame serta masalahmasalah yang berhubungan dengan tegangan-tegangan yang terkonsentrasi. 2. Buckling Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

56 3. Analisa getaran Masalah non struktur yang dapat diselesaikan dengan menggunakan metode ini meliputi : 1.Perpindahan panas dan massa 2.Mekanika fluida, termasuk aliran fluida lewat media porus 3.Distribusi dari potensial listrik dan potensial magnet Dalam persoalan-persoalan yang menyangkut geometri yang rumit, seperti persoalan pembebanan terhadap struktur yang kompleks, pada umumnya sulit dipecahkan melalui matematis analisis. Hal ini disebabkan karena matematis analisis memerlukan besaran atau harga yang harus diketahui pada setiap titik pada struktur yang dikaji. Penyelesaian analisis dari suatu persamaan diferensial suatu geometri yang kompleks, pembebanan yang rumit, tidak mudah diperoleh. Formulasi dari metode elemen hingga dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan ini. Metode ini akan mengadakan pendekatan terhadap-harga-harga yang tidak diketahui pada setiap titik secara diskrit. Dimulai dengan permodelan dari suatu benda dengan membagi-bagi dalam bagian yang kecil yang secara keseluruhan masih mempunyai sifat yang sama dengan benda yang utuh sebelum terbagi dalam bagian yang kecil (diskritisasi). Berikut ini adalah contoh diskritisasi dari suatu struktur yang kompleks. Diskritisasi bergantung pada struktur yang akan dianalisa.

Gambar 2.14. Diskritisasi dari knalpot Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

57

Langkah-langkah menggunakan metode eleman hingga :

1. Pemilihan tipe elemen dan diskritisasi. Amatilah benda atau struktur yang akan dianalisa, apakah satu dimensi (contoh batang panjang), dua dimensi (plate datar) atau tiga dimensi (seperti balok).

Macam dan tipe elemen dasar yang digunakan :

Gambar 2.15 Bentuk-bentuk elemen dasar

(a) : elemen garis (1 dimensi) (b) : Elemen segitiga dan segiempat (2 dimensi) Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

58 (c) : Elemen tetrahedra dan balok (3 dimensi) (d) : Elemen segitiga axismetri

Banyaknya potongan yang dibentuk bergantung pada geometri dari benda yang akan dianalisa, sedangkan bentuk elemen yang diambil bergantung pada dimensinya.

2. Pemilihan Fungsi Pemindah/Fungsi Interpolasi Jenis-jenis fungsi yang sering digunakan adalah fungsi linear, fungsi kuadratik, kubik atau polinomial derajat tinggi.

3. Mencari hubungan Strain/Displacement dan Stress/Strain Sebagai contoh, hubungan ini untuk kasus satu dimensi berlaku :

εX =

du atau σ x = Ε.ε x dx

Dimana : ε x = Strain

σ x = Stress E = Modulus Elastis u = Displacement

4. Dapatkan matriks kekakuan dari elemen yang dibuat Untuk benda yang terdiri dari beberapa buah elemen, lakukan panggabungan (assemblage) dari matrik kekakuan elemen menjadi matrik kekakuan global yang berlaku untuk seluruh benda atau struktur.

5. Gunakan persamaan kesetimbangan {F} = [K]{d} Dengan persamaan ini masukkan syarat batas yang diketahui

6. Selesaikan persamaan pada langkah 5, dengan menghitung harga yang belum diketahui Jika perhitungan melibatkan matrik dengan ukuran kecil, biasanya ditempuh cara patitioning matrik (diterangkan pada bagian selanjutnya), tetapi jika perhitungan Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

59 melibatkan matrik dengan ukuran yang besar, komputer adalah jalan terbaik dalam mendapatkan solusinya.

7. Hitung Strain dan Stress dari tiap elemen 8. Interpretasikan kembali hasil-hasil perhitungan yang diperoleh.

10. Kelebihan dan Kekurangan Dalam Penggunaan Elemen Hingga Beberapa kelebihan dalam penggunaan metode ini adalah : 1. Benda dengan bentuk yang tidak teratur dapat dengan mudah dianalisa 2. Tidak terdapat kesulitan dalam menganalisa beban pada suatu struktur 3. Permodelan dari suatu benda dengan komposisi materi yang berlainan dapat dilakukan karena tinjauan yang dilakukan secara individu untuk setiap elemen. 4. Dapat menangani berbagai macam syarat batas dalam jumlah yang tak terbatas 5. Variasi dalam ukuran elemen memungkinkan untuk memperoleh detail analisa yang diinginkan 6. Dapat memecahkan masalah-masalah dinamik (time dependent) Kekurangan yang terdapat dalam penggunaan metode ini adalah diperlukannya komputer sebagai alat hitung yang lebih cepat dan akurat.


60

BAB III

METODE PENELITIAN 3.1 Tahap Penelitian Dalam penelitian ini dilakukan beberapa tahap kegiatan atau pengerjaan yaitu, pengambilan data gas buang kendaraan, melakukan simulasi dengan menggunakan Ansys V 9.0 dan analisa secara teoritik tingkat kebisingan yang terjadi.

3.2 Pengambilan Data Pengukuran Pada penelitian dibutuhkan data temperatur sebagai data input untuk simulasinya. Dan juga dibutuhkan putaran mesin untuk analisa teoritik untuk itu pengambilan data dilakukan pengukuran secara langsung. Adapun tahap proses yang digunakan untuk pengambilan data tersebut adalah sebagai berikut

1. Alat 1. Knalpot Motor bensin Knalpot ini digunakan sebagai bahan yang akan di teliti


61 Gambar 3.1 Knalpot

2. Thermocouple Thermocouple ini digunakan untuk mengukur temperatur fluida.

Gambar 3.2 Thermocouple

3. Mesin Motor Bensin Mesin motor bensin ini digunakan sebagai alat penggerak dari kendaraan bermotor dan juga sebagai tempat proses pembakaran berlangsung yang menghasilkan gas buang sebagai salah satu parameter yang akan di ukur.

Gambar 3.3 Mesin Motor Bensin

Spesifikasi dari motor bensin tersebut : Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

62 1. Jenis Mesin : Motor Bensin (Toyota Kijang) 2. Type Mesin : 5K 3. Kapasitas

: 1486 cc

4. Stroke

: 73 mm

5. Bore

: 80.5 mm

4. Tachometer Berfungsi untuk membaca putaran mesin

Gambar 3.4 Tachometer

3.3 Prosedur Pengambilan Data Pengukuran 1. Saluran pipa knalpot dan Kanlpot dilubangi sesuai dengan titik-titik pengukuran 2. Kemudian mesin dihidupkan selama 30 menit 3. Kemudian kabel-kabel dari thermocouple dimasukkan ke dalam lubang 4. Kemudian di ambil putaran mesin dengan Tachometer 5. Selanjutnya diambil temperatur gas buang dengan menggunakan thermocouple


63

Gambar 3.5 Prosedur Pengambilan data

Titik-Titik Pengukuran Pengambilan Data Gas Buang

2

1

4

3

MESIN KNALPOT

Gambar 3.6 Ttitk-titik pengukuran

Keterangan Gambar : 1 Temperatur pada saat keluar mesin (T1). 2. Temperatur pada saat masuk knalpot (T2) 3. Temperatur didalam knalpot (T3). 4. Temperatur pada saat keluar knalpot(T4 ). 5. Tempereatur diluar knalpot(T5).

Setelah dilakukakan pengukuran maka hasilnya adalah sebagai berikut : Tabel 3.1 Hasil Data Pengukuran

No

Putaran (Rpm) T1 (0C)

T2 (0C)

T3 (0C)

T4 (0C)

T5 (0C)


5

64 1

745

205

136

91

87

73

2

1500

350

230

157

148

110

3

2000

440

310

220

215

160

3.4 Analisa Pembebanan Untuk mengawali pembebanan kita mencari terdahulu berapa pindahan panas yang terjadi sepanjang knalpot. Perpindahan panas yang terjadi dalam knalpot kita asumsikan pindahan panas secara konveksi. •

m x c p x ∆T = h Ac (TL - Tf)

(39)

Dimana : •

m = Laju aliran massa (Kg/s) ∆T = Perubahan Suhu yang terjadi ( K )

A = Luas pindahan kalor (m2) h = Koefisien konveksi (W/m2.K) Tf = Temperatur rata-rata fluida ( K ) TL = Temperatur Permukaan (K) Cp = Spesifik heat fluida •

Untuk mencari m atau laju aliran massa kita menggunakan persamaan kontinunitas •

•

m1 = m 2

ρ1 xυ1 xA1 = ρ 2 xυ 2 x A2 Untuk mencaari v1 atau kecepatan gas buang kita asumsikan kecepatan gas buang sama dengan kecepatan rata-rata gerakan piston


65 Vm =

S .N 30

(40)

Vm = Kecepatan rata-rata gerakan piston (m/det) S

= Langkah Piston (m), 70,3 mm = 0.0703 m, (Toyota Kijang 5K) S = (1.1 – 1.2)D untuk kecepatan mobil standar S = 0.9 D untuk kecepatan mobil balap

D

= Diameter Piston (m)

N

= Putaran (Rpm), 745 Rpm

Vm =

0.0703 x 745 = 1.74 m/s 30

Dari hasil pengukuran dapat dilihat T1 = 205 0C Maka didapat v1 yaitu kecepatan gas pada saat keluar dari mesin yaitu 1.74 m/s Dengan mengasumsikan gas yang keluar adalah gas Co2 Maka dari tabel dapat dicari harga density gas Co2 pada temepratur 205 oC atau pada 478 K Tabel 3.2 Sifat properties gas Co2 T (K)

(Kg/m3)

450

1.1782

478

x

500

1.0594

450 478 1.1782 x = 450 500 1.1782 1.0594 x = 1.1782 - (0.56)(0.1188) x = 1.1782 – 0.066528 x = 1.111672 Kg/m3 •

m =

1

x

1

x A1 = 1.111672 x 1.74 x (1/4 x 3.14 x (0.042)2 )

= 0.00267 Kg/s Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

66 Mencari Cp di ambil pada temperatur rata-rata T=

T1 +T2 364 +360 = = 362 K 2 2 Tabel 3.3 Sifat properties dari gas Co2 T (K)

Cp (Kj/Kg.K)

360

0.908

362

y

380

0.926

360 362 0.908 y = 360 380 0.908 0.926 y = 0.908 – (0.1)(-0.018) y = 0.908 + 0.0018 = 0.9098 Kj/Kg.K = 909.8 J/Kg.K 0.00267 x 909.8 x (87-91) = h x A x (30 – 89) - 9.71 = h ((0.122 x 3.14) x 0.52) x (30-89) h = 0.799 W/m2.K •

q = h (30-89) = 0.799 (-59) =-48.739 W/m2 3.5 Flow Chart Simulasi Dengan menggunakan flow chart akan memudahkan dalam menganalisa tahapantahapan dalam proses simulasi tersebut. Pada gambar 3.26 berikut ini disajikan diagram

flow chart yang digunakan dalam penelitian ini. START

Membentuk GEOMETRY

Mendefinisikan TYPE OF ELEMENT

Mendefinisikan MATERIAL PROPERTIES

Memberikan

Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan UKURAN MESHProfil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

67

Proses Meshing Tidak

Berhasil ?

Tidak

Ya Mendefinisikan ANALYSIS TYPE

B A


68

A

B

Menerapkan KONDISI BATAS

Menerapkan BEBAN (LOAD)

Proses Penyelesaian Sistem

Proses Penampilan hasil

Tidak Berhasil ?

Ya Proses Penampilan hasil

Selesai

Gambar 3.7 Flow Chart Simulasi Menggunakan Ansys


69

3.6 Penentuan Sifat Fisik Dan Mekanik dari Material 1. TITANIUM TITANIUM merupakan bahan standar yang biasa digunakan untuk pembuatan knalpot. Adapun sifat fisis dan mekanis dari bahan titanium adalah sebagai berikut : Tabel 3.4 Sifat Fisis dan Mekanis Material titanium.[11]

No

Sifat Fisis

Nilai

1

Modulus Elastisitas

116 Gpa

2

Possion Ratio

0.32

3

Density

4506 Kg/m3

4

Konduktifitas Thermal

21.9 W/m.K

3.7 Prosedur Simulasi Dalam simulasi ini digunakan suatu software bantu yang cukup populer dikalangan engineering yaitu Ansys Versi 9.0, dimana software program ini mampu melakukan analisis beban, pengaruh temperatur, deformasi, defleksi, dan tegangan pada truss, dan sebagainya.

Gambar 3.8 Tampilan Layar Pembuka Software ANSYS Versi 9.0


70

1. Proses Preferensi Berikut ini merupakan langkah pendahuluan untuk menentukan model analisis terhadap kondisi material yang ada. Dalam hal ini preferensi yang digunakan adalah Structural dengan langkah: Preference> Thermal> OK Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat seperti terlihat pada Gambar 3.9, berikut ini.

Gambar 3.9 Tampilan Layar Proses Preferensi

2. Proses Mendefinisikan Geometry Untuk mendefinisikan karakteristik geometri, maka langkah prosesnya adalah dari menu

Preprocessor>Modelling>Create

Gambar 3.10 Tampilan Hasil Geometri Material Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

71 Tabel 3.5 Dimensi Knalpot yang akan dibuat

Knalpot

Panjang (m)

Tinggi (m)

Spesimen standar

0.52

0.13

Spesimen diperbesar

0.65

0.1625

Spesimen diperkecil

0.39

0.0975

3. Sifat Elemen Material Langkah selanjutnya adalah menerapkan sifat element dengan langkah, sebagai berikut: a. Menentukan Sifat Elemen

b. Mendefenisikan Material Properties

Gambar 3.11 Tampilan Layar (a) Menentukan Sifat Elemen, (b) Material Properties Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

72

4. Menerapkan Ukuran Mesh Proses menerapkan ukuran mesh ini dilakukan dengan langkah: Preprocessor

>Meshing> Mesh Tools…

Gambar 3.12 Tampilan Hasil Masukan Ukuran Mesh

5. Proses Meshing Untuk melihat hasil dari proses penerapan ukuran mesh, maka langkah yang harus dilalui, yaitu pada menu Processor pilih Meshing >Mesh> Volume> Free dan pilih Area.

Gambar 3.13 Tampilan Hasil Proses Meshing


73

BAB IV HASIL SIMULASI DAN PERHITUNGAN TEORITIS 4.1 Hasil Simulasi Hasil simulasi ANSYS ini yaitu distribusi temperatur. Temperatur ini mewakili tiap tiap daerah atau titik terhadap daerah yang dibagi dalam beberapa bagian pada knalpot. Distribusi temperatur ini dipakai dalam mengolah data selanjutnya. Gambar 4.5 memperlihatkan distribusi temperatur pada putaran 745 rpm dengan spesimen standar yang mana knalpot hanya berupa ruang kosong dan terbuat dari material titanium. Gambar 4.6 memperlihatkan distribusi temperatur apabila diberi pipa dalam knalpot.maka akan terlihat penurunan temperatur. Gambar 4.7 meunjukkan distribusi temperatur apabila knalpot diberi sekat pembatas dalam ruang knalpot. Disini terlihat bahwa penurunan temperatur juga dipengaruhi oleh sekat dalam knalpot. Gambar 4.10 memperlihatkan distribusi temperatur ketika diberi sekat yang berlubang, maka terlihat kenaikan temperaturnya dari knalpot dengan sekat yang tidak berlubang. Gambar 4.11 menunjukkan distribusi temperatur apabila knalpot dengan spesimen yang diperbesar dari standar, maka akan terlihat terjadi penurunan temperatur knalpot. Gambar 4.12 menunjukkan distribusi temperatur knalpot apabila ukuran knalpot dengan spesimen yang diperkecil dari standar, maka akan terlihat kenaikan temperatur. Gambar 4.13 menunjukkan distribusi temperatur pada

putaran 1500 Rpm,

dengan knalpot ruang kosong pada spesimen standar. Gambar 4.16 menunjukkan distribusi temperatur pada putaran 2000 Rpm, dengan spesimen standar yang ruang kosong..


74

4.2 Analisis Simulasi 1 Mendefinisikan Tipe Analisis Dalam simulasi ini dianggap bahwa beban yang diberikan dalam keadaan statik. Langkah ini dilakukan dengan memastikan bahwa analisis statik diberikan dengan langkah Solution >Analysis Type >New Analysis.

Gambar 4.1 Kotak Dialog Tipe Analisis

2. Temperatur Pada penerapan constraints langkah perintahnya adalah pada Solution >Define Loads

>Apply >Thermal > Temperature >On Areas

Gambar 4.2 Kotak Dialog Temperatur


75

3. Heat Fluks Selanjutnya, dilakukan penerapan load pressure dan langkah perintahnya adalah

Solution >Define Loads > Apply >Thermal > Heat Fluks>On Areas

Gambar 4.3 Kotak Dialog Heat Flux

Solving The System Untuk selanjutnya kita akan melihat hasil tampilan proses selanjutnya melalui proses Solving The System.

Gambar 4.4 Kotak Dialog Solving

Analisis Temperatur Untuk analisis temperatur dilakukan dengan mengikuti prosedur sebagai berikut:

General Postproc > Plot results > Nodal Solution >DOF Solution >Ttemperature


76

4.3 Hasil Simulasi 1. Pada Putaran 745 Rpm dengan Spesimen standar dan dibuat dengan material titanium

Gambar 4.5 Distribusi Temperatur Knalpot yang hanya berupa ruang kosong

Dengan putaran mesin 745 rpm maka akan terjadi perubahan suhu masuk. Awalnya 91 o

C menjadi 83,179 oC.

Gambar 4.6 Distribusi Temperatur Knalpot dengan Pipa Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

77 Dengan adanya penambahan 2 pipa maka akan terjadi penurunanan suhu yang lebih rendah dari pada tanpa adanya 2 pipa atau ruang kosong Penurunan ini dapat terlihat pada gambar dari awalnya 91 oC menjadi 82.998 oC.

Gambar 4.7 Distribusi Temperatur Knalpot dengan penambahan 1 sekat

Dengan adanya penambahan 1 sekat maka akan terjadi penurunanan suhu yang lebih rendah dari pada tanpa adanya sekat. Penurunan ini dapat terlihat pada gambar dari awalnya 91 oC menjadi 81,507 oC.

Gambar 4.8 Distribusi Temperatur Knalpot dengan penambahan 2 sekat Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

78 Dengan adanya penambahan 2 sekat maka akan terjadi penurunanan suhu yang lebih rendah dari pada hanya 1 sekat. Penurunan ini dapat terlihat pada gambar dari awalnya 91 oC menjadi 79.831 oC.

Gambar 4.9 Distribusi Temperatur Knalpot dengan penambahan 3 sekat

Dengan adanya penambahan 3 sekat maka akan terjadi penurunanan suhu yang lebih rendah dari pada hanya 2 sekat. Penurunan ini dapat terlihat pada gambar dari awalnya 91 oC menjadi 77,391 oC.

Gambar 4.10 Distribusi Temperatur Knalpot dengan 3 sekat yang berlubang Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

79 Dengan adanya penambahan sekat yang berlubang maka akan terjadi penurunan suhu lebih kecil dari pada penambahan 3 sekat yang tidak berlubang. Ini dapat terlihat pada gambar diatas dari awalnya 91 oC menjadi 77,726 oC.

2. Pada Putaran 745 Rpm dengan Spesimen diperbesar dari standar dibuat dengan Material titanium.


Dengan adanya Perubahan dimensi knalpot menjadi lebih besar maka akan terjadi perubahan penurunanan suhu lebih besar dari pada knalpot ukuran standar. Penurunan ini dapat terlihat pada gambar diatas dari awalnya 91 oC menjadi 81,22oC.


80

3. Pada Putaran 745 Rpm dengan spesimen diperkecil dari standar dan dibuat dengan Material titanium.


Dengan Perubahan dimensi knalpot menjadi lebih kecil dari standar maka akan terjadi perubahan penurunanan suhu yang lebih kecil dari pada knalpot ukuran standar. Penurunan ini dapat terlihat pada gambar diatas dari awalnya 91 oC menjadi 85,138 oC.

4. Pada Putaran 1500 Rpm dengan spesimen standar dan dibuat dengan Material titanium.



81 Dengan adanya perubahan Putaran mesin menjadi 1500 rpm

maka akan terjadi

penurunan suhu masuk. Awalnya 157 oC menjadi 139,474 oC.

5. Pada Putaran 1500 Rpm dengan spesimen diperbesar dari standar dan dibuat dengan Material titanium.


Dengan adanya Perubahan dimensi knalpot menjadi lebih besar dari standar maka akan terjadi perubahan penurunan suhu yang lebih besar dari pada ukuran standar. Penurunan ini dapat terlihat pada gambar diatas dari awalnya 157 oC menjadi 135,085 oC.


82

6. Pada Putaran 1500 Rpm dengan spesimen diperkecil dari standar dan dibuat dengan Material titanium.


Dengan adanya Perubahan dimensi knalpot menjadi lebih kecil dari standar maka akan terjadi perubahan penurunan suhu yang kecil dari pada knalpot standar. Penurunan ini dapat terlihat pada gambar diatas dari awalnya 157 oC menjadi 142,864 oC.

7. Pada Putaran 2000 Rpm dengan spesimen standar dan dibuat dengan Material titanium

Gambar 4.16 Distribusi Temperatur Knalpot yang hanya berupa ruang kosong Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

83 Dengan adanya Perubahan Putaran mesin menjadi 2000 rpm maka akan terjadi perubahan suhu penurunan suhu. Awalnya 220 oC menjadi 210,224 oC.

8. Pada Putaran 2000 Rpm dengan Spesimen diperbesar dari standar dan dibuat dengan Material titanium.


Dengan adanya Perubahan dimensi knalpot menjadi lebih besar dari standar maka akan terjadi penurunan suhu yang lebih besar dari standar. Penurunan ini dapat terlihat pada gambar diatas dari awalnya 220 oC menjadi 207,8 oC.


84

9. Pada Putaran 2000 Rpm dengan spesimen diperkecil dari standar dan dibuat dengan Material titanium

Gambar 4.18. Distribusi Temperatur Knalpot yang hanya berupa ruang kosong

Dengan Perubahan dimensi knalpot menjadi lebih kecil dari standar maka akan terjadi perubahan penurunan suhu yang kecil dari standar. Penurunan ini dapat terlihat pada gambar diatas dari awalnya 220 oC menjadi 212,668 oC.

4.4 ANALISA PERHITUNGAN KEBISINGAN Untuk menghitung bunyi terlebih dahulu kita meng hitung bunyi pada mesin.[14] Lw = 95 + 5 log10 kW – lin /1.8 dB

(41)

Dimana : Lw = Sound power level , (dB) kW = Energi atau tenaga mesin , (kwatts)

lin = Panjang pipa Untuk mencari kW atau tenaga yang timbul kita mencari tenaga yang terjadi pada mesin. [14] Ni = P . VL . z . n . a .

1 (PS) 450000

(42)


85 Dimana : Ni = Tenaga mesin (PS) P = tekanan efektif rata-rata, (kg/cm3) VL = Volume langkah torak, (cm3) z = Jumlah piston a =jumlah siklus perputaran , ½ untuk motor 4 langkah n = Putaran poros engkol (rpm) untuk itu kita mencari tekanan efektif rata-rata pada proses pembakaran.[15] Pefektif =

ηJQ VL

(44)

Dimana : P efektif rata-rata = Tekanan efektif rata-rata (kg/cm2)

η = efisiensi Q = kalor yang masuk (Kcal) VL = Volume langkah torak (cm3) J = Faktor pengubah satuan, 427 m kg/kcal Dengan menggunakan persamaan gas ideal.[14] PV = m RT

(45)

P1 = 1 atm (tekanan udara luar ) = 101325 (N/m2) = 10332.27 kg/m2 V1 = ¼

D2 L = ¼ x 3.14 x (0.0805)2 x (0.073) = 0.000371 m3

R = 29.3 m kg/kg.K untuk udara T1 = 30 oC (untuk temperatur luar) = 303 K m=

PV 10332.27 x 0.000371 = = 0.000432 kg 29.3 x 303 RT

Untuk mencari T2 T2 = T1 (r) k-1 = 303 (9)1.4 -1 = 729.69 K Dimana k = 1.4 untuk udara Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

86 r = compresi ratio untuk bensin (6-12) diambil rata-rata yaitu 9 untuk mendapatkan T3 T4 = 205 0C + 273 = 478 K (temperatur gas buang) 1 T4 = T3 ( ( ) k −1 r 1 478 K = T3 ( )1.4 −1 9 T3 = 1151.80 K Q = m x Cv x (T3 – T2) = 0.000432 kg x 0.1715 kcal/kg x ( 1151.80 – 729.69)K = 0.031 kcal 1 r

η = 1 – ( ) k −1 1 η = 1 – ( )1.4 −1 = 0.585 9 P efektif rata-rata =

0.585 x 0.031kcal x 427 m kg / kcal = 2.09 kg/cm2 3 0.000371m

Ni = 2.08 kg/cm2 x 371.35 cm3 x 4 x 745 x ½ x 1/450000 = 2.557 PS = 2.52 hp = 1.89 kW

Lw = 95 + 5 log10 kW – lin /1.8 (dB) = 95 + 5 log10 1.89 – 0.45/1.8 = 95 + 1.33 – 0.25 = 96.08 dB Selanjutnya kita menghitung Transmission Loss pada knalpot atau kehilangan bunyi pada knalpot.[8] TL = 10 log10 [ 1 + 0.25(

Sc Se 2 2  2πLc  - ) sin   ] dB Se Sc  λ 

(46)


87 Dimana TL = transmission loss, dB Se = Luas daerah masuk atau keluar, m2 (1/4 x 3.14 x 0.0422) = 0.001384 m2 Sc = Luas daerah kanlpot, m2 = (1/4 x 3.14 x 0.1222) = 0.01168 m2 Lc = panjang knalpot, m = 0.13 m

λ = panjang gelombang, m 2πLc

λ

= angle, dalam radians

Menghitung panjang gelombang, dengan menggunakan persamaan

λ = c / f = 382.25 m/s / 700 Hz = 0.54 m Dimana

c = kecepatan suara = 49.03 460 + T , ft/sec = 49.03 460 + 194.236 = 1254.09 ft/sec = 382.17 m/s f = frekuensi suara, Hz = 700 Hz T = Temeperatur, 0F = 1.8(90.131 0C) + 32 = 194.236 0F

TL = 10 log10 [1+0.25(

0.01168 0.001384 2 2 2 x3.14 x0.13 )] − ) sin ( 0.001384 0.01168 0.54

= 10 log10 [1+0.25(8.32)2(0.9946)] = 10 log10 [18.21] = 10 (1.2603) = 12.602 dB Selanjutnya menghitung Lw yang terjadi pada knlapot, pada persamaan.[16] TL = Lw mesin – Lw knalpot

(47)

Lw knalpot = Lw mesin – TL = 96.08 – 12.60 = 83.48 dB untuk elemen I


88

4.5 HASIL ANALISA MATERIAL TITANIUM. 1. Pada Putaran 745 Rpm dengan ukuran standar dan dibuat dengan material titanium. Tabel 4.1 Hasil tabulasi konversi temperatur untuk knalpot dengan ruang kosong No

Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)

Transmission Loss (dB)

Lw (knalpot) (dB)

1 2 3 4

0.13 0.13 0.13 0.13

363.13 361.39 359.66 357.48

382.17 381.25 380.34 379.19

12.602 12.604 12.606 12.608

83.475 70.871 58.266 45.657

100.000

Lw

80.000 60.000

Lw vs T

40.000 20.000 0.000 363.13 361.39 359.66 357.48 Temperatur

Gambar 4.19. Sound power Level vs Temperatur

Dari grafik diatas dapat terlihat bahwa dengan terjadinya penurunan suhu maka akan terjadi penurunan tingkat kebisingan. Ini dapat terlihat tingkat kebisingan ketikan masuk knalpot adalah 83,475 dB dan menuju keluar knalpot 45,657 dB Tabel 4.2 Hasil tabulasi konversi temperatur untuk knalpot dengan pipa No

Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


Lw (knalpot) (dB)

1 2 3 4

0.13 0.13 0.13 0.13

363.11 361.32 359.55 357.32

382.16 381.21 380.28 379.10

12.602 12.604 12.606 12.608

83.475 70.871 58.265 45.656


89

100.000

Lw

80.000 60.000

Lw vs T

40.000 20.000 0.000 363.11 361.32 359.55 357.32 Temperatur


Dari garfik diatas dapat terlihat bahwa dengan terjadinya penurunan suhu maka akan terjadi penurunan tingkat kebisingan. Ini dapat terlihat tingkat kebisingan ketikan masuk knalpot adalah 83,475 dB dan menuju keluar knalpot 45,656 dB Tabel 4.3 Hasil tabulasi konversi temperatur untuk knalpot dengan 1 sekat No

Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


Lw (knalpot) (dB)

1 2 3 4

0.13 0.13 0.13 0.13

362.95 360.84 358.72 356.09

382.07 380.96 379.84 378.45

12.602 12.604 12.607 12.610

83.475 70.870 58.264 45.654

100.000

Lw

80.000 60.000

Lw vs T

40.000 20.000 0.000 362.95 360.84 358.72 356.09 Temperatur



90 Dari garfik diatas dapat terlihat bahwa dengan terjadinya penurunan suhu maka akan terjadi penurunan tingkat kebisingan. Ini dapat terlihat tingkat kebisingan ketikan masuk knalpot adalah 83,475 dB dan menuju keluar knalpot 45,654 dB Tabel 4.4 Hasil tabulasi konversi temperatur untuk knalpot dengan 2 sekat No

Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


Lw (knalpot) (dB)

1 2 3 4

0.13 0.13 0.13 0.13

362.77 360.30 357.81 354.70

381.98 380.67 379.36 377.71

12.602 12.605 12.608 12.611

83.475 70.870 58.262 45.650

100.000

Lw

80.000 60.000

Lw vs T

40.000 20.000 0.000 362.77 360.30 357.81 354.70 Temperatur


Dari garfik diatas dapat terlihat bahwa dengan terjadinya penurunan suhu maka akan terjadi penurunan tingkat kebisingan. Ini dapat terlihat tingkat kebisingan ketikan masuk knalpot adalah 83,475 dB dan menuju keluar knalpot 45.650 dB Tabel 4.5 Hasil tabulasi konversi temperatur untuk knalpot dengan 3 sekat No

Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


Lw (knalpot) (dB)

1 2 3 4

0.13 0.13 0.13 0.13

362.50 359.49 355.78 351.24

381.84 380.25 378.28 375.86

12.602 12.606 12.610 12.615

83.474 70.868 58.258 45.644


91

100.000

Lw

80.000 60.000

Lw vs T

40.000 20.000 0.000 359.55 352.05 346.78 343.53 Temperatur Gambar 4.23. Sound power Level vs Temperatur

Dari garfik diatas dapat terlihat bahwa dengan terjadinya penurunan suhu maka akan terjadi penurunan tingkat kebisingan. Ini dapat terlihat tingkat kebisingan ketikan masuk knalpot adalah 83,474 dB dan menuju keluar knalpot 45,644 dB Tabel 4.6 Hasil tabulasi konversi temperatur untuk knalpot dengan 3 sekat yang berlubang No

Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


Lw (knalpot) (dB)

1 2 3 4

0.13 0.13 0.13 0.13

362.53 359.58 356.63 352.94

381.85 380.29 378.73 376.77

12.602 12.606 12.609 12.613

83.474 70.868 58.259 45.646

100.000

Lw

80.000 60.000

Lw vs T

40.000 20.000 0.000 362.53 359.58 356.63 352.94 Temperatur

Gambar 4.24. Sound power Level vs Temperatur.


92 Dari garfik diatas dapat terlihat bahwa dengan terjadinya penurunan suhu maka akan terjadi penurunan tingkat kebisingan. Ini dapat terlihat tingkat kebisingan ketikan masuk knalpot adalah 83,474 dB dan menuju keluar knalpot 45,646 dB.

2. Pada Putaran 745 Rpm dengan spesimen diperbesar dari standar dan dibuat dengan Material titanium. Tabel 4.7 Hasil tabulasi konversi data temperatur untuk knalpot ruang kosong No

Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


Lw (knalpot) (dB)

1 2 3 4

0.1625 0.1625 0.1625 0.1625

362.91 360.75 358.57 355.85

382.05 380.91 379.76 378.32

16.045 16.031 16.015 15.996

80.031 64.001 47.986 31.990

100.000

Lw

80.000 60.000

Lw vs T


Dari garfik diatas dapat terlihat bahwa dengan terjadinya penurunan suhu maka akan terjadi penurunan tingkat kebisingan. Ini dapat terlihat tingkat kebisingan ketika masuk knalpot adalah 80.031 dB dan menuju keluar knalpot 31.990 dB.

3. Pada Putaran 745 Rpm dengan spesimen diperkecil dari standar dan dibuat dengan Material titanium. Tabel 4.8 Hasil tabulasi konversi data temperatur untuk knalpot ruang kosong No

Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


Lw (knalpot) (dB)

1 2 3 4

0.0975 0.0975 0.0975 0.0975

363.35 362.06 360.74 359.12

382.28 381.61 380.91 380.05

7.136 7.143 7.150 7.158

88.941 81.798 74.649 67.491


93

100.000

Lw

80.000 60.000

Lw vs T


Dari garfik diatas dapat terlihat bahwa dengan terjadinya penurunan suhu maka akan terjadi penurunan tingkat kebisingan. Ini dapat terlihat tingkat kebisingan ketika masuk knalpot adalah 88,941 dB dan menuju keluar knalpot 67,941 dB.

4. Pada Putaran 1500 Rpm dengan spesimen standar dan dibuat dengan Material titanium. Tabel 4.9 Hasil tabulasi konversi data temperatur untuk knalpot ruang kosong No

Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


Lw (knalpot) (dB)

1 2 3 4

0.13 0.13 0.13 0.13

428.05 424.16 420.27 415.40

414.91 413.02 411.12 408.73

12.471 12.480 12.490 12.502

83.606 71.126 58.636 47.133

100.000

Lw

80.000 60.000

Lw vs T



94 Dari garfik diatas dapat terlihat bahwa dengan terjadinya penurunan suhu. Ini dapat terlihat tingkat kebisingan ketika masuk knalpot adalah 83,606 dB dan menuju keluar knalpot 47,133 dB.


Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


Lw (knalpot) (dB)

1 2 3 4

0.1625 0.1625 0.1625 0.1625

428.54 425.62 422.70 419.05

415.15 413.73 412.31 410.53

16.334 16.327 16.319 16.308

79.742 63.416 47.097 30.789

100.000

Lw

80.000 60.000

Lw vs T

40.000 20.000 0.000 428.54 425.62 422.70 419.05 Temperatur

Gambar 4.28 Sound power Level vs Temperatur

Dari garfik diatas dapat terlihat bahwa dengan terjadinya penurunan suhu. Ini dapat terlihat tingkat kebisingan ketika masuk knalpot adalah 79,742 dB dan menuju keluar knalpot 30,789 dB.


95


Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


Lw (knalpot) (dB)

1 2 3 4

0.0975 0.0975 0.0975 0.0975

427.57 422.70 417.83 411.74

414.67 412.31 409.93 406.93

6.809 6.833 6.857 6.888

89.268 82.435 75.578 68.690

100.000

Lw

80.000 60.000

Lw vs T

40.000 20.000 0.000 427.57 422.70 417.83 411.74 Temperatur



7. Pada Putaran 2000 Rpm dengan spesimen standar dan dibuat dengan Material titanium. Tabel 4.12 Hasil tabulasi konversi data temperatur untuk knalpot ruang kosong No

Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


Lw (knalpot) (dB)

1 2 3 4

0.13 0.13 0.13 0.13

491.92 489.75 487.58 484.87

444.77 443.79 442.81 441.58

12.285 12.292 12.299 12.307

85.791 73.499 62.200 49.893


96

100.000

Lw

80.000 60.000

Lw vs T

40.000 20.000 0.000 491.92 489.75 487.58 484.87 Temperatur




Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


Lw (knalpot) (dB)

1 2 3 4

0.1625 0.1625 0.1625 0.1625

491.64 488.93 486.22 482.83

444.65 443.42 442.19 440.65

16.425 16.423 16.422 16.419

79.652 63.229 46.807 30.388

100.000

Lw

80.000 60.000

Lw vs T

40.000 20.000 0.000 491.64 488.93 486.22 482.83 Temperatur

Gambar 4.31. Sound power Level vs Temperatur Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

97 Dari garfik diatas dapat terlihat bahwa dengan terjadinya penurunan suhu. Ini dapat terlihat tingkat kebisingan ketika masuk knalpot adalah 79,652 dB dan menuju keluar knalpot 30,388 dB.


Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


Lw (knalpot) (dB)

1 2 3 4

0.0975 0.0975 0.0975 0.0975

492.19 490.57 488.94 486.90

444.90 444.16 443.43 442.50

6.501 6.508 6.516 6.525

89.576 83.068 76.553 70.028

100.000

Lw

80.000 60.000

Lw vs T

40.000 20.000 0.000 492.19 490.57 488.94 486.90 Temperatur




98 10. Rekapitulasi Noise Dengan Parameter Semua Putaran Tabel 4.15 Hasil Tabulasi Noise Dengan Temperatur Untuk Semua Putaran

N O IS E (d B )

suhu (K) 363.13 361.39 359.66 357.48

putaran (745 rpm) 83.475 70.871 58.266 45.657

suhu (K) 428.05 424.16 420.27 415.4

putaran (1500 rpm) 83.606 71.126 58.636 47.133

suhu (K) 491.92 489.75 487.58 484.87

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

putaran (2000 rpm) 85.791 73.499 62.2 49.893

745 rpm 1500 rpm 2000 rpm

491.92

489.75

487.58

484.87

TEMPERATUR (K)

Gambar 4.33. temperatur vs noise


99

4.6 KECEPATAN ALIR GAS BUANG

Dari persamaan : •

•

m1 = m 2

ρ1.v1. A1 = ρ 2v2 A2

Maka dapat dilihat bahwa •

m1 v1 = A.ρ •

•

m1 = m 2 0.00267 J/s = ρ 2υ2 A2

υ2 =

0.00267 1 4

ρ 2 ( x 3.14 x 0.122 2 ))

= 0.1564 m/s

Maka hasilnya dapat dilihat pada tabel dibawah ini. Tabel 4.16 Tabulasi Kecepatan Gas Buang untuk spesimen standar dengan ruang kosong tanpa pipa untuk putaran 745 Rpm. No

Density (Kg/m3)

Temperatur (K)

Kecepatan (m/s)

1

1.4621

363.13

0.1564

2

1.4689

361.39

0.1556

3

1.4758

359.66

0.1549

4

1.4853

357.48

0.1539


Kecepatan

100

0.1570 0.1565 0.1560 0.1555 0.1550 0.1545 0.1540 0.1535 0.1530 0.1525

V vs T

363.13

361.39

359.66

357.48

Temperatur Gambar 4.34 Hubungan temperatur dengan kecepatan

Dari tabel dapat dilihat bahwa dengan turunnya temperatur gas buang maka kecepatan alir gas buang juga turun. Awalnya mempunyai kecepatan 0,1564 m/s menjadi 0,1539 m/s.

Tabel 4.17 Tabulasi Kecepatan Gas Buang untuk spesimen diperbesar dari standar dengan ruang kosong tanpa pipa untuk putaran 745 Rpm. Density 3 (Kg/m )

Temperatur (K)

Kecepatan (m/s)

1

1.4629

362.91

0.1000

2

1.4714

360.75

0.0994

3

1.4806

358.57

0.0988

4

1.4925

355.85

0.0980

Kecepatan

No

0.1005 0.1000 0.0995 0.0990 0.0985 0.0980 0.0975 0.0970

V vs T

362.91 360.75 358.57 355.85 Temperatur

Gambar 4.35 Hubungan temperatur dengan kecepatan


101 Dari tabel dapat dilihat bahwa dengan turunnya temperatur gas buang maka kecepatan alir gas buang juga turun. Awalnya mempunyai kecepatan 0.1000 m/s menjadi 0.0980 m/s.

Tabel 4.18 Tabulasi Kecepatan Gas Buang untuk spesimen yang diperkecil dari standar dengan ruang kosong tanpa pipa untuk putaran 745 Rpm.

No

Density 3 (Kg/m )

Temperatur (K)

Kecepatan (m/s)

1

1.4612

363.35

0.2781

2

1.4662

362.06

0.2772

3

1.4714

360.74

0.2762

4

1.4782

359.12

0.2749

0.2790

Kecepatan

0.2780 0.2770 0.2760

V vs T

0.2750 0.2740 0.2730 363.35 362.06 360.74 359.12 Temperatur


Dari tabel dapat dilihat bahwa dengan turunnya temperatur gas buang maka kecepatan alir gas buang juga turun. Awalnya mempunyai kecepatan 0,2781 m/s menjadi 0,2749 m/s.

4.6.1 Rekapitulasi Kecepatan Gas Buang Dengan Parameter Semua Putaran Tabel 4.19 Hasil Tabulasi Noise Dengan Temperatur Untuk Semua Putaran suhu (K) 363.13 361.39 359.66 357.48

standar 0.1564 0.1556 0.1549 0.1539

suhu (K) 363.35 362.06 360.74 359.12

diperkecil 0.2781 0.2772 0.2762 0.2749

suhu (K) 362.91 360.75 358.57 355.85

diperbesar 0.1 0.0994 0.0988 0.098


KECEPATAN GAS BUANG (m/s)

102

0.3 0.25 0.2

standar

0.15

diperkecil diperbesar

0.1 0.05 0 362.91

360.75

358.57

355.85

TEMPERATUR (K)


4.8 VERIFIKASI HASIL PERHITUNGAN Untuk verifikasi hasil perhitungan kita bandingkan dengan hasil simulasi yang pernah diakukan dengan menggunakan sofware PATRAN. Dimana dapat dilihat pada lampiran 5 ini terlihat pada saat masuk knalpot tingkat kebisingan yang timbul 85 dB dan menuju keluar knalpot 35 dB ini mendekati dari hasil perhitungan teoritis yaitu 83 db menjadi 45 dB. Tabel 4.20 Perbandingan Antara Hasil Ansys Dengan Patran

Pada Frekuensi 700 Hz

ANSYS

PATRAN

Mengalami penurunan dari

Mengalami penurunan dari

83 dB menjadi 45 dB

85 dB menjadi 35 dB

Hasil yang diperoleh dengan menggunakan perangkat lunak Ansys berbeda dengan hasil yang diperoleh dengan menggunakan perangkat lunak Patran. Hal ini disebabkan karena beberapa hal yaitu : 1. Perbedaan material yang digunakan yaitu pada Ansys menggunakan material titanium sedangkan pada Patran menggunakan material stainless steel. 2. Perbedaan konstruksi dari knalpot yang dianalisa.


103 3. Patran merupakan perangkat lunak yang dibuat khusus untuk menganalisa bunyi, sedangkan Ansys merupakan perangkat lunak yang dibuat khusus untuk menganalisa masalah struktur dan thermal. Sehingga hasil yang diperoleh dengan Patran lebih tepat dalam menganalisa bunyi.


104

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 KESIMPULAN 1. Dengan spesimen standar pada putaran 745 rpm distribusi temperaturnya yaitu 91o C menjadi 83,179o C. Pada putaran 1500 rpm distribusi temperaturnya yaitu 157o C menjadi 85,138o C. dan pada putaran 2000 rpm distribusi temperaturnya yaitu 220o C menjadi 210,224o C. 2. Kecepatan aliran gas buang yang terjadi pada putaran 745 Rpm pada spesimen standar adalah 0,1564 m/s, untuk spesimen yang diperbesar dari standar adalah 0,1000 m/s dan untuk spesimen yang diperkecil dari standar adalah 0,2781 m/s. 3. Distribusi kebisingan pada putaran 745 dengan ukuran standar yaitu 83,475 dB menjadi 45,657 dB; dengan ukuran yang diperbesar yaitu 80,031 dB menjadi 31,990 dB dan dengan ukuran yang diperkecil yaitu 88,941 dB menjadi 67,491 dB. 4. Pengaruh dimensi

sangat berperan dalam perubahan kebisingan, ini dapat

dilihat pada putaran 745 pada spesimen standar, kebisingan yang terjadi adalah 45,657 dB, pada spesimen diperbesar dari standar, kebisingan yang terjadi adalah 31,990 dB dan pada spesimen yang diperkecil dari standar, kebisingan yang terjadi adalah 67,491 dB. 5. Pengaruh Putaran juga sangat mempengaruhi kebisingan yang terjadi yaitu pada putaran 745 Rpm untuk spesimen standar adalah 45,657 dB, pada putaran 1500 Rpm untuk spesimen standar adalah 47,133 dB dan pada putaran 2000 Rpm untuk spesimen standar adalah 49,893 dB. Jadi, berdasarkan kesimpulan diatas didapat bahwa material titanium dapat mengurangi tingkat kebisingan yang terjadi didalam knalpot.


105

SARAN 1. Diharapkan dapat dilakukan simulasi lebih lanjut dengan menggunakan perangkat lunak Patran . 2. Diharapkan lebih lanjut untuk dilakukan penelitian dengan menggunakan material komposit, dimana komposit lebih baik dalam meredam kebisingan.


106

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Republika, Selasa, 8 April 2003. (htt ://www.republika.co.id) [2]. Kompas Cyber Media KCM, 15 agustus 2002. (http://www.kompas.co.id) [3]. Penilaian kwantitatif Kebisingan.(http ://www.menlh.go.id) [4]. The International Sound and Vibration (http ://www.findarticle.com) [5].Hamond, Conrrad J.1983 Engeneering Acoustic & Noise Control, Prentice Hall [6].Wilson Charles E, Noise Control Measurement, Analisis and Control of Sound and Vibration. Harker and Row, Publisher New York. [7].Stein, Benjamin & John S. Reynolds, Mechanical And Electrical Equipment For Buildings, Eight Edition, John Wiley & Sons Inc, New York, USA, 1992 [8].Faulkner, L.L. et. Al., Handbook of Industrial Noise Control, Industrial Press Inc, New York, 1976. [9].Eyanoer, H. Isranuri I. Pengendali Kebisingan Industri, Program Pasca Sarjana USU [10].http ://www.EngineeringToolBox.com [11] Becker, Martin, Heat Transfer A Modern Aproach, Plenum Press, New York [12] http:/www.wikipedia.com [13 ]http ://www.matweb.com [14].Bies and Hansen, Engineering Noise Control, Department of Mechanical Engineering, Boston Sydney Welington. [15].Arismunandar, Wiranto, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, ITB, Bandung [16].http:/www.MichiganEngineering.com [17] http ://www.tomicraft.com [18].Harris C M, 1957, Hand Book of Noise Control, McGraw Hill Book Company Inc.New York. Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

107 [19].Beranek, Leo L, Noise and Vibration Control Engineering , Prinsiples and Applications., John Wiley & Sons Inc., New York, 1992 [20].Udhi Nyoman (1991),” Ensiklopedia Nasional Indonesia” PT. Cipta Adi Karya, Jakarta. [21].Susatio, Yerri, 2004, Dasar-Dasar Metode Elemen Hingga, PT. ANDI, Yogyakarta [22] http ://www.autospeed.com [23] http ://www.tom hardware.com [24].Arifin, Alfiah, Penyelidikan Emisi Kebisingan Pompa Sentripugal Satu Tingkat(Single Stage Centrifugal Pump), Tugas Sarjana Jurusan Teknik Mesin, Tidak Dipublikasikan, Medan, 2003. [25].Munir, Abdul, Kajian Awal Karakteristik Akustik Inti Batang Kelapa Sawit Sebagai Material Teknik Akustik Alternatif Dengan Metode Simulasi, Tugas Sarjana Teknik Mesin, Tidak Dipublikasikan, Medan 2004.


108

LAMPIRAN


109 Lampiran 1

Titanium Physical Properties

Metric

English

4.506 g/cc

0.163 lb/in³

47.867 g/mol

47.867 g/mol

Hardness, Brinell

70

70

Hardness, Vickers

60

60

Tensile Strength, Ultimate

220 MPa

31900 psi

Tensile Strength, Yield

140 MPa

20300 psi

54 %

54 %

116 GPa

16800 ksi

0.32

0.34

5.54e-005 ohm-cm

5.54e-005 ohm-cm

1.25e-006

1.25e-006

56

56

0.36 - 0.44 K

0.36 - 0.44 K

435.4 J/g

187 BTU/lb

8.9 µm/m-°C

4.94 µin/in-°F

10.1 µ m/m-°C

5.61 µin/in-°F

Specific Heat Capacity

0.528 J/g-°C

0.126 BTU/lb-°F

Thermal Conductivity

21.9 W/m-K

118 BTU-in/hr-ft²-°F

Melting Point

1650 - 1670 °C

3000 - 3040 °F

Boiling Point

3287 °C

5950 °F

Density Molecular Weight Mechanical Properties

Elongation at Break Modulus of Elasticity Poisson' s Ratio Electrical Properties Electrical Resistivity Magnetic Susceptibility Critical Magnetic Field Strength, Oersted Critical Superconducting Temperature Thermal Properties Heat of Fusion CTE, linear 20°C CTE, linear 1000°C

Sumber : www.matweb.com


110

!" ' ! %

#

"

! "

" $%!

&

!

% $

$ " &

&

" $"

$" "

(

&

& $

&$

(

!

%!

)

&

! %"

$ "

*

%$

%! &

"% "

!! " !"

+

" &

!

%

% (

%

&

" &

!

(

&

$ "

!

&$

%$ " * $! %

!

%

!

" $" $

&

!%

%

!&

!%

&

! !

"

$ &!! " ,"

"!

*

! &

-

&

0 0

.

3 % !$

&

&

&

/ &0

&!

!1 !

"

2 3 4!$ &

4!$ 256

0 0 576* &

-

&

0"0"

0 0

!

238 ! !

! !

.

-" ! !

238

0 0

%$

!

0 0 9+ 1 * +

&

-

&

0 0

286 ! !

.

286 0 0

0 0 5

2 91 *

&

-

&

!

0 0 &

7

285

.

! !

0"0"- 0"0" 285

0 0 +9

0 0 +6+81 * 7

#

&

-

&

0 0 5

29

! !

! !

-" ! !

0"0" Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

111 $ 0$

"

&

.

29

0 0

0 0 + 71 * 3

&

-

&

0 0 7 295

295 ! !

& %!

.

0 0

0 0

+ 851 * 8

&

-

:$

.

&

0 0

5

22 ! ! 22

$

!%&

"!

0 0 52

0 0 +5961 * 9

&

-

&

0 0 22

+

22 ! !

0 0

%

!

.

66

0 0

+5721 * 2

&

-

&

0 0

5

.

22 22

! !

0 0

!

7

0 0 +76 1 * 6

!

! "

0 07

"

22+! !

$%%

.

22+

0 0 95

0 0 +7+91 * !%

%&

$"

&0 %

0 0 23;

22+

! ! !" !%

! %&

% 0"0" = /

% % 4!'

<* $"

% &

&0 % !

!

0 0 55

#

22+ ! !

!

4

! 4 %

*

4 ! " 4

, ,4

%$ .1

$

!% %

"

( &$

&

"% &&

( (

!& " &

"

&

%

!

! &$

"%

! "! &

!

% &

"!

" (

! ! !

(

&

$ "

*

!

$ "


112 "!"

%

&$

"

( (

& ( !"

&$ %!

%

$&%

+ , " ! " !" (

&

" !&,*

%

0$ "

%

&$ & $ "

$ "

5

7

!

&$

$! " !"

&

%

!

"%

!

% "

!

%

&

*

&$ %%

"%

" $ "

!& "

" (

!%

$

"!

"0! ! !

$

$

(

&!

%"

%! $ 0$ $ "

& *

%$ ,"

"!

! " !"

%

%

! 0& &$

"

%

!

! %

&

>$ %

!& $

&

!%

% $+ !

! "

&$

!"

" ! " !" "

&$

% ; $ " !%

%! % !" %(

%

%

"

!" % !

!

"

%

% !$

& !"

%"

! "% & &

"!

% $5 .1

& "! !

.1

!

! "

%

" ! " !"

! %

$

$

" !!&

!& $

$

$" " ! !

%

! "

%

! %

" ! " !"

%

"

!& $

!%

% $7 $ %(

$%% ! "

& " ! " !"

!% " ! " !" &

%

" %

"$ " %

$

!" % &%(

% " !! & ! ! "

"

! 0$

!

"

"! ! ! %

! &$

!

$"

$%%

"$ "


113 % $3 . 14 !

# ! !

+

" ! " !"

%

$!

(

"

%"

# &$ &

%!

!$ &

%$

%! %

%

&

! "! "

&

&$ &

$>

!"

%

! "

! (

"

&

"% & & $

(

!

&

&

& !

" (

$ ( ! . 1 &) ! "

& $" %

%

&

" %( (

! " *

*

$ % " $"

%! % $

%(

!

#

% ?

#

! #& ( "

!

"! % !

!

(

( +. ! 1

&

%

%

$ 0

%! % ( $ "

! "

)

"

5

%

! " !"

%

"!

% $8 . 1,

%

! "

! (

!$

"

! "! "

%

$

0

%

$ 0

&

"! !

&$

!% #

&% %

"

&$

"! % $

! -$

!(

. & 1

! !

!

% #"&!! "

" ! " !" !!

%

!% $

" !!&

!%

& ( !"

$"

% $9 !% !! "

&

:" !

& !

$

7 0

!

4

00

"

%

$

$"

& !

$&!! "

223 &

! &#


114 !"

!

# $

%$#

(

#"! #& "

$

&&

!& $ & )* ( #

,

!'$

#"

,4

! &% %

"

!"

&

"! !

!

!!

# $

%$#

(

#"! #& "

$

&&

!& $ & )* ( #

!'$

#"

/

<

4

,4

" 1@

! " !"

%!

&

!& " "

!

% & "

&

&

)

4 & %

%$

%

%0 &$> $

6. % 7. $

$ 1

!

!" !

! " !!" "

( & .1 )

&$" "

1& !"


115 1@

% %

!

"

4

"

%$

B "!

( !

%0 & $> $ A&

6. %

"

& %

!

"!

$ 1

&$" "

"!6366-

%$

%$

66- 6366

4 !

66&

" ! "

$

$

$

%!

!

'%$!%

7 & !" &$" "

%$

"

"!

"

"$#

.4 1 & )

%$

"$ % $

"!

866

(

"!'!% 5 #

!

% &"!5 % &"!+

"

"!'!%& $

%& $

(

!

! " ! "!'!%(

%$

!

)

6#

.4 1

&

9#

. 1

&

"! ! ! ! & & %

%

&

&

)0 ! 0

-

&

$ & #

6366- 6266

-

&

$ & #

666

"$#

- +&

$ & #

766

"$#

566- 866

- 5&

$ & #

666

"$#

866-

- 7&

$ & #

+66

"$#

66- 566

- 3&

$ & #

6 66

"$#

566- 6+66

- 8&

$ & #

6566

"$#

6+66- 6366

6266-

66

66

! -

A

A > $ ! @0 ! 0 %

4

4 ! -

-

(

4 4

-

&

"

%

"! ! ! !

%

(

#

"! & (

. %! &(1

"

%

%

%! & %$

( & "!

%

4 !

-

%

>$ !

$ ! ! ! "

. ' $"! !' % $

! " !" (

$

0%

4

C

& $ &, . 1 A&

C

A% $

C

A% $

C

"! %

$

!

7& !"

%

A% $

$ %

&

$

) . &

)0 ! 01

4

& !

4

C 6$ 0

% ; 3.

"! 66

7D

D 5 66 71&, . 1


116 & !

%

C 6$ 0

; 9. 7 66

!" "

!

% &

7D

"

"

& ! 4

"! D 8 66 71&, . 1

! " !"

$ &)

$

% 4

%&

&

$ "

! "!

$

4

%

C 6$ 0

; 5. 3 66

7D

D9 66 71&, . 1

#, -

+ $

4

(

& !

&

&

"

&

$

" ! " !"

%

( &!! "

&

! 0$

% D+&,. 1


117 Lampiran 3

DATA PENGUKURAN GAS BUANG

45 cm

Keterangan Gambar : 1 Temperatur pada saat keluar mesin (T1). 2. Temperatur pada saat masuk knalpot (T2) 3. Temperatur didalam knalpot (T3). 4. Temperatur pada saat keluar knalpot(T4 ). 5. Tempereatur diluar knalpot(T5). Panjang Pipa : 45 cm Stand Engine : Toyota Kijang 5K Kapasitas : 1486 cc Stroke : 73 mm Bore

: 80.5 mm T1 0C

T2 0C

T3 0C

T4 0C

T5 0C

745

205

136

91

87

73

1500

350

230

157

148

110

2000

440

310

220

215

160

Putaran (Rpm)

Approved By

(Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri)


118 Lampiran 4 HASIL SIMULASI

Berdasarkan hasil studi literatur yang ada pada gambar diatas dapat dilihat hasil simulasi yang telah ada. Pada gambar terlihat jelas hasil simulasi bentuk knalpot yang telah di-mesh dengan menggunakan software PATRAN pada frekuensi 700 Hz dengan material stainless steel. Pada gambar diatas terjadi distribusi suara pada gas borne dengan 3 zona.


STUDI AWAL EMISI KEBISINGAN KNALPOT DENGAN PROFIL SILINDER YANG DIBUAT DARI MATERIAL TITANIUM DENGAN MENGGUNAKAN SIMULASI METODE ELEMEN HINGGA

Recommend Documents