Post on 08-Feb-2016
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
0 3 0 4 0 1 0 3 0
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
M E D A N
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
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
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 Ir.SyahrulAbda,Msc NIP. 131 654 258 NIP. 131 803 354
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
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
- Pengaruhnya terhadap perubahan dimensi knalpot
DIBERIKAN TANGGAL : 08 / Januari / 2007 SELESAI TANGGAL : 22 / agustus / 2007
MEDAN, 22 Agustus 2007 KETUA DEPT. TEKNIK MESIN DOSEN PEMBIMBING,
Ir. ALFIAN HAMSI, MSc Dr..–Ing.IKHWANSYAH ISRANURI NIP. 131 654 258 NIP. 132 018 668
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
5
KARTU BIMBINGAN TUGAS SARJANA MAHASISWA
No : 913 / TS / 2007 Sub. Program studi : Teknik Produksi Bidang Tugas : Teknik Pengendalian Kebisingan. Judul tugas : Studi awal emisi kebisingan knalpot dengan profil silider yang
dibuat dari material tinanium dengan menggunakan simulasi metode elemen hingga
Diberikan Tanggal : 02 Februari 2007 Selesai Tanggal : 22 Agustus 2007 Dosen Pembimbing : Dr. Ing. Ikhwansyah Nama Mahasiswa : Mastria Suandika Isranuri NIM : 03 0401 030 NO Tanggal Kegiatan Asistensi Bimbingan Tanda Tangan Dosen
1 02-02-2007 Pemberian Tugas Dan Diskusi ide Riset
2 05-02-2007 Studi Literatur noise
3 06-02-2007 Studi literature untuk simulasi
4 12-03-2007 Pengenalan Pemakaian Software
5 12-04-2007 Pembuatan Model Pada Software Simulasi
3 25-04-2007 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 : diketahui, 1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada dosen Ketua Departemen Teknik Mesin
pembimbing setiap asistensi. F.T U.S.U 2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi. 3. Kartu ini harus dikembalikan kejurusan,
bila kegiatan asistensi telah selesai, Ir. Alfian Hamsi, MSc NIP. 131 654 258
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
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
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
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.
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
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
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
9
DAFTAR ISI
SPESIFIKASI TUGAS............................................................................................i
KARTU BIMBINGAN ...........................................................................................ii
ABSTRAK ....................................................................................................... iii
KATA PENGANTAR ...........................................................................................iv
DAFTAR ISI.......................................................................................................... vi i
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
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
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
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
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
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
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 Hasil Tabulasi konversi temperatur untuk knalpot
dengan ruang kosong tanpa pipa........................................... 75
11. Tabel 4.11 Hasil Tabulasi konversi temperatur untuk knalpot
dengan ruang kosong tanpa pipa........................................... 76
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 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
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 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
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 Distribusi temperatur untuk knalpot ruang kosong.....................61
44 Gambar 4.13 Distribusi temperatur untuk knalpot ruang kosong.....................61
45 Gambar 4.14 Distribusi temperatur untuk knalpot ruang kosong.....................62 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
16
46 Gambar 4.15 Distribusi temperatur untuk knalpot ruang kosong......................63
47 Gambar 4.16 Distribusi temperatur untuk knalpot ruang kosong......................63
48 Gambar 4.17 Distribusi temperatur untuk knalpot ruang kosong .................... 64
49 Gambar 4.18 Distribusi temperatur untuk knalpot ruang kosong......................65
50 Gambar 4.19 Hubungan sound power level dengan temperatur........................69
51 Gambar 4.20 Hubungan sound power level dengan temperatur........................70
52 Gambar 4.21 Hubungan sound power level dengan temperatur........................70
53 Gambar 4.22 Hubungan sound power level dengan temperatur........................71
54 Gambar 4.23 Hubungan sound power level dengan temperatur........................72
55 Gambar 4.24 Hubungan sound power level dengan temperatur........................72
56 Gambar 4.25 Hubungan sound power level dengan temperatur........................73
57 Gambar 4.26 Hubungan sound power level dengan temperatur........................74
58 Gambar 4.27 Hubungan sound power level dengan temperatur........................74
59 Gambar 4.28 Hubungan sound power level dengan temperatur........................75
60 Gambar 4.29 Hubungan sound power level dengan temperatur........................76
61 Gambar 4.30 Hubungan sound power level dengan temperatur........................77
62 Gambar 4.31 Hubungan sound power level dengan temperatur .......................77
63 Gambar 4.32 Hubungan sound power level dengan temperatur........................78
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
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
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
pl = Tekanan bunyi pascal
tP = Tekanan bunyi ditransmisikan pascal
rP = Tekanan bunyi dipantulkan pascal
aP = Amplitudo tekanan bunyi pascal
t = Waktu detik
x = Jarak dari sumber m
Lp = Tingkat tekanan bunyi (Sound Pressure Level/SPL), dB
refP = Tekanan bunyi referensi N/m2
rmsp 2 = akar tekanan bunyi Pa
I = Intensitas bunyi W/m2
refI = Intensitas referensi W/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
18
sW =Total daya bunyi watts
I s = Maksimum intensitas udara pada jarak radius r
wL = 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
•
m = 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 -
a = Jumlah siklus perputaran -
n = Putaran poros engkol rpm
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
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.
Gambar 1.1 Kerangka Konsep
1.3. Tujuan penelitian
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
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
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
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]
c = ρ
γ aΡ. (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 = ρE
(4)
dimana : E = Modulus Elastisitas (Pascal)
� = Kerapatan (Kg/m3)
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
27
Pada media cair bergantung pada modulus bulk dan kerapatan [5]
c = ρK
(5)
dimana : 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]
fc=λ (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 = A
W (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 :
).2sin( .1 xktfPP al −= π (10)
Dan persamaan untuk gelombang ditransmisikan dan dipantulkan adalah :
).2sin( 2tktfPP at −= π (11)
).2sin( 1xktfPP ar += π (12)
Dimana : lP = Tekanan bunyi (N/m2 atau Pal)
tP = Tekanan bunyi ditransmisikan (N/m2 atau Pa)
rP = Tekanan bunyi dipantulkan (N/m2 atau Pa)
aP = Amplitudo tekanan bunyi (N/m2 atau Pa)
f = Frrekuensi (Hz)
t = Waktu (detik)
21,kk = Bilangan gelombang pada media 1 dan media 2 = cfπ2
x = Jarak dari sumber
Tingkat tekanan bunyi didefenisikan dalam persamaan berikut :
Lp = 10 log
2)(
refPtp
dB (13)
Dimana : Lp = Tingkat tekanan bunyi (Sound Pressure Level/SPL), dB
refP = 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]
cIp masrms ..2 ρ= (14)
Dimana : rmsp = 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 refII
(15)
Dimana : I = Intensitas bunyi, W/m2
refI = 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 :
)()4( 2 rIrW ss π= (16)
Dimana =sW 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
wL = 10 log W/W0 (17)
Dimana : wL = 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 :
IL = 10 log
refII
= 10 log
refcIP
ρ
2
= 10 log
2
2
refPP
+10 log
22
ref
ref
cI
P
ρ
IL = Lp – 10 log K (18)
Dimana : K = konstanta = 400// 2 cPcI refref ρρ =
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 0
1212 log1010
log1010 A
AIW += −−
Lw = LI+10 log A (21)
Dimana : A = Luas permukaan daerah (m2)
A0 = 1 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
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 = 20
2log10
P
PA dan tingkat tekanan suara = 2
0
2log10
P
P , dimana :
P0 = 20 Pa (21) 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
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 :
+=
−
= ∫
1010
1
2 012
21
10101
log10
,,1
log10
Aa LL
Aeq
AAeq
nL
dandtPP
ttL
(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 gejala-
gejala 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.
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
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 non-
linier 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
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
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
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
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
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
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
Pemaparan singkat dapat menyebabkan gangguan pendengaran
130 Tembakkan artileri Ambang batas sakit 120 Sirene pada 100 ft, petir, sonic boom Menulikan telinga
110 Akselerasi sepeda motor, band hard rock Ambang batas ketidaknyamanan
100
Kereta api bawah tanah, jalan raya yang ribut, mesin pemotong rumput
Sangat ribut, percakapan, sangat sulit ; diperlukan
90
Pabrik yang sibuk, truck tak berknalpot, peluit kereta api, bor palu tangan pneumatik
Penutup telinga untuk kesehatan
80 Percetakkan, kantor yang sibuk, kebanyakkan pabrik
70
Bising jalan raya rata-rata, mesin tik, kereta api barang pada 100 ft.
Ribut, harus keras berbicara agar bisa didengar
60
Rumah yang bising, lobby hotel, restoran, percakapan normal
50
kantor umumnya, rumah sakit, bank rata-rata, jalanan yang lengang
Percakapan normal dapat didengar dengan mudah
40 Kantor pribadi, rumah yang sunyi 30 Percakapan rahasia
Sunyi
20 Bisikan 10 Nafas manusia
Sangat sunyi
0 Ambang batas pendengaran
Tabel 2.4 Spektrum Kebisingan Akustik [8]
Tekanan Bunyi Wilayah Kebisingan
Lp, decibels
N/m2 Atm. lb/in2 Tipikal Situasi
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
Kerusakkan Fisik
160 2 x 102 2.03 x 10-2 2.94 x 10-1 Ambang batas kerusakkan fisik
Rasa sakit pada telinga
140 2 x 102 2.03 x 10-3 2.94 x 10-2 Ambang batas rasa sakit, peluncuran pesawat jet
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
40
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
Daerah Gangguan
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 medium-
medium yang memiliki tekanan dan elastisitas seperti plasma, gas, fluida dan solid.
Gelombang bunyi menjalar di udara bergantung pada elastisitas dan kerapatan udara.
Propagasi bunyi/kebisingan dari sumber bunyi/kebisingan dapat dikategorikan atas tiga
bagian utama, yaitu :
1. Solid/structure borne
2. Air Borne
3. Fluid Borne
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]
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
41
ρE
c =0 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
dxξ∂
dan disertai pergeseran sudut sebesar dyK∂
dengan anggapan gelombang menjalar
sepanjang sumbu x. Harga K adalah perpindahan dalam arah y dan merupakan fungsi
dari x dan y. Perbandingan antara kedua regangan ini disebut poisson’s ratio yang
besarnya [18]
vxyK =
∂∂∂∂−
//
ξ (24)
Harga poissons’s ratio v, merupakan bentuk dari konstanta elastic lame’s λ dan
koefisien kekakuan G untuk benda solid sebagai :
v = )(2 G+λ
λ (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 :
=1cρ
λ G2+ (26)
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
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, langit-
langit) 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 )(^
rv pada frekuensi πω 2/=f . Tekanan bunyi ^
p (x)
berkurang dengan bertambahnya jarak x, sehingga :
=
rx
rpxp )()(^^
e-jk0x N/m2. (27)
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
44
Kecepatan partikel v(x), yang titiknya dalam arah radial adalah
+== xjk
xjrp
dxdp
jxv 02
0
^
0
^ 11)(
1)(
ωρωρe-jk
0x m/s. (28)
Dimana k0 = 0c
ωadalah nomor gelombang dan 0ρ dan 0c adalah kerapatan dan
kecepatan bunyi. Evaluasi 2 persamaan ini pada permukaan bola (x=r) dan pemecahan
untuk p(r) didapat
2^
20
20
00
^
000
^^
/)()(1
)()(
/1/1)(
)( mNZrvrk
jkrrkcrv
rjcrv
rp rad=+
+=+
= ρωρρ
(29)
Dimana Zrad adalah impedansi radiasi dari pulsating sphere mengindikasikan
bahwa pada frekuensi rendah dimana ka<< 1( )000 cr ρωρ << kecepatan getaran
)(^
rv menghasilkan tekanan bunyi 00
^^
)()( crvrp ρ<< 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
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
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 )(^
rv adalah :
Wrad = 20
20
00
2^2^2
).(1).(
.....21
)()4(21
rKrK
SCvZrvr rad += ρπ (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
Acv
W
n
radrad
002)( ρ
σ = (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
[ ]20
20
)(1)(ak
akrad +
=σ (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 komponen-
komponen 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
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
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
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
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
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
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 :
11cρ 22cρ
Gambar 2.12 Pemantulan dan penyerapan bunyi pada suatu muka dataran dari dua media akustik
Misalkan dua media akustik dengan sifat impedansi 11cρ dan 22cρ , dimana dataran
gleombang dari arah kiri merambat tegak lurus terhadap antar muka. Jika 11cρ lebih
kecil dari 22cρ , kemudian energi dari gelombang datang tak dapat ditransmisikan
melewati dataran antar muka, setiap energi yang tersisa akan menjadi gelombang
pantul.
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
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
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
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 masalah-
masalah non struktur.
Tipe-tipe permasalahan struktur meliputi :
1. Analisa tegangan/Stress, meliputi analisa Truss dan Frame serta masalah-
masalah 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 :
dxdu
X =ε atau xx εσ .Ε=
Dimana : xε = Strain
xσ = 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.
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
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
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
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
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
63
Gambar 3.5 Prosedur Pengambilan data
Titik-Titik Pengukuran Pengambilan Data Gas Buang
KNALPOT
MESIN
5421 3
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)
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
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.
Txcxm p ƥ
= 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
21
••= mm
111 xAxυρ = 222 Axxυρ
Untuk mencaari 1v atau kecepatan gas buang kita asumsikan kecepatan gas buang sama
dengan kecepatan rata-rata gerakan piston
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
65
Vm = 30.NS
(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 = 30
7450703.0 x= 1.74 m/s
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
0594.11782.1
1782.1500450478450 x
=
x = 1.1782 - (0.56)(0.1188)
x = 1.1782 – 0.066528
x = 1.111672 Kg/m3
•m = 111 � Axx = 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 = 2
21 TT + =
2360364 +
= 362 K
Tabel 3.3 Sifat properties dari gas Co2
T (K) Cp (Kj/Kg.K)
360 0.908
362 y
380 0.926
926.0908.0908.0
380360362360 y
=
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 tahapan-
tahapan dalam proses simulasi tersebut. Pada gambar 3.26 berikut ini disajikan diagram
flow chart yang digunakan dalam penelitian ini.
START
Mendefinisikan TYPE OF ELEMENT
Mendefinisikan MATERIAL PROPERTIES
Membentuk GEOMETRY
Memberikan UKURAN MESH 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
67
Tidak
B
A
Berhasil ?
Mendefinisikan ANALYSIS TYPE
Ya
Tidak
Proses Meshing
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
68
Gambar 3.7 Flow Chart Simulasi Menggunakan Ansys
Menerapkan BEBAN (LOAD)
Berhasil ?
Selesai
Tidak
Ya
B A
Menerapkan KONDISI BATAS
Proses Penyelesaian Sistem
Proses Penampilan hasil
Proses Penampilan hasil
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
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
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
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
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
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..
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
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
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
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
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
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
oC 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.
Gambar 4.11 Distribusi Temperatur Knalpot yang hanya berupa ruang kosong
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.
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
80
3. Pada Putaran 745 Rpm dengan spesimen diperkecil dari standar dan dibuat
dengan Material titanium.
Gambar 4.12 Distribusi Temperatur Knalpot yang hanya berupa ruang kosong
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.
Gambar 4.13 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
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.
Gambar 4.14 Distribusi Temperatur Knalpot yang hanya berupa ruang kosong
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.
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
82
6. Pada Putaran 1500 Rpm dengan spesimen diperkecil dari standar dan dibuat
dengan Material titanium.
Gambar 4.15 Distribusi Temperatur Knalpot yang hanya berupa ruang kosong
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.
Gambar 4.17 Distribusi Temperatur Knalpot yang hanya berupa ruang kosong
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.
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
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 . 450000
1 (PS) (42)
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
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 = LVQJη
(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 = RTPV
= 3033.29
000371.027.10332xx
= 0.000432 kg
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)
T4 = T3 ( 1)1
( −k
r
478 K = T3 ( 14.1)91 −
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
η = 1 – 1)1
( −k
r
η = 1 – ( 14.1)91 − = 0.585
P efektif rata-rata = 3000371.0/427031.0585.0
mkcalkgmxkcalx
= 2.09 kg/cm2
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(
λπLc
SeSc 2
sin)ScSe
- 22 ] dB (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
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
λπLc2
= 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 T+460 , ft/sec = 49.03 236.194460 + =
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( )]54.0
13.014.32(sin)
01168.0001384.0
001384.001168.0 22 xx−
= 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
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
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 0.13 363.13 382.17 12.602 83.475 2 0.13 361.39 381.25 12.604 70.871 3 0.13 359.66 380.34 12.606 58.266 4 0.13 357.48 379.19 12.608 45.657
0.000
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
363.13 361.39 359.66 357.48
Temperatur
Lw Lw vs T
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)
Transmission Loss (dB)
Lw (knalpot) (dB)
1 0.13 363.11 382.16 12.602 83.475 2 0.13 361.32 381.21 12.604 70.871 3 0.13 359.55 380.28 12.606 58.265 4 0.13 357.32 379.10 12.608 45.656
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
89
0.000
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
363.11 361.32 359.55 357.32
Temperatur
Lw Lw vs T
Gambar 4.20. 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 83,475 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)
Transmission Loss (dB)
Lw (knalpot) (dB)
1 0.13 362.95 382.07 12.602 83.475 2 0.13 360.84 380.96 12.604 70.870 3 0.13 358.72 379.84 12.607 58.264 4 0.13 356.09 378.45 12.610 45.654
0.000
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
362.95 360.84 358.72 356.09
Temperatur
Lw Lw vs T
Gambar 4.21. 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
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)
Transmission Loss (dB)
Lw (knalpot) (dB)
1 0.13 362.77 381.98 12.602 83.475 2 0.13 360.30 380.67 12.605 70.870 3 0.13 357.81 379.36 12.608 58.262 4 0.13 354.70 377.71 12.611 45.650
0.000
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
362.77 360.30 357.81 354.70
Temperatur
Lw Lw vs T
Gambar 4.22. 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 83,475 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)
Transmission Loss (dB)
Lw (knalpot) (dB)
1 0.13 362.50 381.84 12.602 83.474 2 0.13 359.49 380.25 12.606 70.868 3 0.13 355.78 378.28 12.610 58.258 4 0.13 351.24 375.86 12.615 45.644
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
91
0.000
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
359.55 352.05 346.78 343.53
Temperatur
Lw Lw vs T
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)
Transmission Loss (dB)
Lw (knalpot) (dB)
1 0.13 362.53 381.85 12.602 83.474 2 0.13 359.58 380.29 12.606 70.868 3 0.13 356.63 378.73 12.609 58.259 4 0.13 352.94 376.77 12.613 45.646
0.000
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
362.53 359.58 356.63 352.94
Temperatur
Lw Lw vs T
Gambar 4.24. 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
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)
Transmission Loss (dB)
Lw (knalpot) (dB)
1 0.1625 362.91 382.05 16.045 80.031 2 0.1625 360.75 380.91 16.031 64.001 3 0.1625 358.57 379.76 16.015 47.986 4 0.1625 355.85 378.32 15.996 31.990
0.000
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
362.91 360.75 358.57 355.85
Temperatur
Lw Lw vs T
Gambar 4.25. 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 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)
Transmission Loss (dB)
Lw (knalpot) (dB)
1 0.0975 363.35 382.28 7.136 88.941 2 0.0975 362.06 381.61 7.143 81.798 3 0.0975 360.74 380.91 7.150 74.649 4 0.0975 359.12 380.05 7.158 67.491
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
93
0.000
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
363.35 362.06 360.74 359.12
Temperatur
Lw Lw vs T
Gambar 4.26. 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 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)
Transmission Loss (dB)
Lw (knalpot) (dB)
1 0.13 428.05 414.91 12.471 83.606 2 0.13 424.16 413.02 12.480 71.126 3 0.13 420.27 411.12 12.490 58.636 4 0.13 415.40 408.73 12.502 47.133
0.000
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
428.05 424.16 420.27 415.40
Temperatur
Lw Lw vs T
Gambar 4.27. 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
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.
5. Pada Putaran 1500 Rpm dengan spesimen diperbesar dari standar dan dibuat
dengan Material titanium.
Tabel 4.10 Hasil tabulasi konversi data temperatur untuk knalpot ruang kosong
No Jarak (m)
Temperatur (K)
Kec Partikel (m/s)
Transmission Loss (dB)
Lw (knalpot) (dB)
1 0.1625 428.54 415.15 16.334 79.742 2 0.1625 425.62 413.73 16.327 63.416 3 0.1625 422.70 412.31 16.319 47.097 4 0.1625 419.05 410.53 16.308 30.789
0.000
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
428.54 425.62 422.70 419.05
Temperatur
Lw Lw vs T
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.
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
95
6. Pada Putaran 1500 Rpm dengan spesimen diperkecil dari standar dan dibuat
dengan Material titanium.
Tabel 4.11 Hasil tabulasi konversi data temperatur untuk knalpot ruang kosong
No Jarak (m)
Temperatur (K)
Kec Partikel (m/s)
Transmission Loss (dB)
Lw (knalpot) (dB)
1 0.0975 427.57 414.67 6.809 89.268 2 0.0975 422.70 412.31 6.833 82.435 3 0.0975 417.83 409.93 6.857 75.578 4 0.0975 411.74 406.93 6.888 68.690
0.000
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
427.57 422.70 417.83 411.74
Temperatur
Lw Lw vs T
Gambar 4.29. Sound power Level vs Temperatur
Dari garfik diatas dapat terlihat bahwa dengan terjadinya penurunan suhu. Ini dapat
terlihat tingkat kebisingan ketika masuk knalpot adalah 89,268 dB dan menuju keluar
knalpot 68,690 dB.
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)
Transmission Loss (dB)
Lw (knalpot) (dB)
1 0.13 491.92 444.77 12.285 85.791 2 0.13 489.75 443.79 12.292 73.499 3 0.13 487.58 442.81 12.299 62.200 4 0.13 484.87 441.58 12.307 49.893
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
96
0.000
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
491.92 489.75 487.58 484.87
Temperatur
Lw Lw vs T
Gambar 4.30. Sound power Level vs Temperatur
Dari garfik diatas dapat terlihat bahwa dengan terjadinya penurunan suhu. Ini dapat
terlihat tingkat kebisingan ketika masuk knalpot adalah 83,791 dB dan menuju keluar
knalpot 49,893 dB.
8. Pada Putaran 2000 Rpm dengan spesimen diperbesar dari standar dan dibuat
dengan Material titanium. Tabel 4.13 Hasil tabulasi konversi data temperatur untuk knalpot ruang kosong
No Jarak (m)
Temperatur (K)
Kec Partikel (m/s)
Transmission Loss (dB)
Lw (knalpot) (dB)
1 0.1625 491.64 444.65 16.425 79.652 2 0.1625 488.93 443.42 16.423 63.229 3 0.1625 486.22 442.19 16.422 46.807 4 0.1625 482.83 440.65 16.419 30.388
0.000
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
491.64 488.93 486.22 482.83
Temperatur
Lw Lw vs T
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.
9. Pada Putaran 2000 Rpm dengan spesimen diperkecil dari standar dan dibuat
dengan Material titanium. Tabel 4.14 Hasil tabulasi konversi data temperatur untuk knalpot ruang kosong
No Jarak (m)
Temperatur (K)
Kec Partikel (m/s)
Transmission Loss (dB)
Lw (knalpot) (dB)
1 0.0975 492.19 444.90 6.501 89.576 2 0.0975 490.57 444.16 6.508 83.068 3 0.0975 488.94 443.43 6.516 76.553 4 0.0975 486.90 442.50 6.525 70.028
0.000
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
492.19 490.57 488.94 486.90
Temperatur
Lw Lw vs T
Gambar 4.32. Sound power Level vs Temperatur
Dari garfik diatas dapat terlihat bahwa dengan terjadinya penurunan suhu. Ini dapat
terlihat tingkat kebisingan ketika masuk knalpot adalah 89,576 dB dan menuju keluar
knalpot 70,028 dB.
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
98
10. Rekapitulasi Noise Dengan Parameter Semua Putaran
Tabel 4.15 Hasil Tabulasi Noise Dengan Temperatur Untuk Semua Putaran
suhu (K) putaran (745
rpm) suhu (K) putaran (1500
rpm) suhu (K) putaran (2000
rpm) 363.13 83.475 428.05 83.606 491.92 85.791 361.39 70.871 424.16 71.126 489.75 73.499 359.66 58.266 420.27 58.636 487.58 62.2 357.48 45.657 415.4 47.133 484.87 49.893
0102030405060708090
100
491.92 489.75 487.58 484.87
TEMPERATUR (K)
NO
ISE
(dB
)
745 rpm
1500 rpm
2000 rpm
Gambar 4.33. temperatur vs noise
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
99
4.6 KECEPATAN ALIR GAS BUANG
Dari persamaan :
21
••= mm
222111 .. AvAv ρρ =
Maka dapat dilihat bahwa
v1 = ρ.1
Am•
21
••= mm
0.00267 J/s = 222 Aυρ
))122.014.3
41
(
00267.02
2
2
xxρυ =
= 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
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
100
0.15250.15300.15350.15400.15450.15500.15550.15600.15650.1570
363.13 361.39 359.66 357.48
Temperatur
Kec
epat
anV vs T
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.
No Density (Kg/m3)
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
0.09700.09750.09800.09850.09900.09950.10000.1005
362.91 360.75 358.57 355.85
Temperatur
Kec
epat
an
V vs T
Gambar 4.35 Hubungan temperatur dengan kecepatan
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
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 (Kg/m3)
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
0.2730
0.2740
0.2750
0.2760
0.2770
0.2780
0.2790
363.35 362.06 360.74 359.12
Temperatur
Kec
epat
an
V vs T
Gambar 4.36 Hubungan temperatur dengan kecepatan
Dari tabel dapat dilihat bahwa dengan turunnya temperatur gas buang maka kecepatan
alir gas buang juga turun. Awalnya mempunyai kecepatan 0,2781 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) standar suhu (K) diperkecil suhu (K) diperbesar 363.13 0.1564 363.35 0.2781 362.91 0.1 361.39 0.1556 362.06 0.2772 360.75 0.0994 359.66 0.1549 360.74 0.2762 358.57 0.0988 357.48 0.1539 359.12 0.2749 355.85 0.098
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
102
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
362.91 360.75 358.57 355.85
TEMPERATUR (K)
KE
CE
PA
TAN
GA
S B
UA
NG
(m/s
)
standar
diperkecil
diperbesar
Gambar 4.37 Hubungan temperatur dengan kecepatan
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
ANSYS PATRAN
Pada Frekuensi 700 Hz Mengalami penurunan dari
83 dB menjadi 45 dB
Mengalami penurunan dari
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.
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
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.
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
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.
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
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.
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
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.
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
108
LAMPIRAN
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
109
Lampiran 1
Titanium
Physical Properties Metric English
Density 4.506 g/cc 0.163 lb/in³ Molecular Weight 47.867 g/mol 47.867 g/mol
Mechanical Properties
Hardness, Brinell 70 70 Hardness, Vickers 60 60 Tensile Strength, Ultimate 220 MPa 31900 psi Tensile Strength, Yield 140 MPa 20300 psi Elongation at Break 54 % 54 % Modulus of Elasticity 116 GPa 16800 ksi Poisson's Ratio 0.32 0.34
Electrical Properties
Electrical Resistivity 5.54e-005 ohm-cm 5.54e-005 ohm-cm Magnetic Susceptibility 1.25e-006 1.25e-006 Critical Magnetic Field Strength, Oersted 56 56 Critical Superconducting Temperature 0.36 - 0.44 K 0.36 - 0.44 K
Thermal Properties
Heat of Fusion 435.4 J/g 187 BTU/lb CTE, linear 20°C 8.9 µm/m-°C 4.94 µin/in-°F CTE, linear 1000°C 10.1 µm/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
Sumber : www.matweb.com
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
110
����������
�
��������������� ��������������������
����������������
�����������������������������
�� �����������������������������
�
�����������
��� ������ �! "� ���#����� "�$�%!������ $���" ����� ��& �� ����� &���!�
������'��!����� "���& ���� ��� %��� &��� ��"�$ "� ��& �� $����(��� %�!����
%�����!� "����!������$ ���$�" "��� ��(��������&�$�������)�������&���
�!� �
��� %�"���$���" ����*�
�� ������ %�$��� %�! � &����"� &���� %���� �!� � "����!��� (���� &���!�
��������� � "�%���!��� ��� %���� ��"�$ "� $���� &��� $���" ����� �&�$���
�"���!�!���"�!�"���%������(����&���%�$"��*�
+�� ������ %�� � ����� &������ ��$� !��%�� !� &�� �!�%� ���$ � &�!�!��"���
��� ! %��� ��!���� ������� ����" ����� ��& �� !��!���� ,�" � ���"�!�
����%�����*�
�
�������!���
��� ��&���- �&���� ����� ��� .���&��� /�&0����!��1� �� �� �23�� 4!�$��
�0�0�� 3��%�!�$���&� ����&��� &�!������!���"���� &������ 4!�$���256�
�0�0��576*�
�� ��&���- �&���� �0�0�� ��� �� �� �238� !��!���� ��!��! ��-"�!��! ���
�0"0"� ���!��������� .��������� ������� �� �� �238� �0�0�� ��
�������������������������0�0��9+�1*�
+�� ��&���- �&���� �0�0�� �� �� �� �286� !��!���� ��%�$���!��� ���#��
.���������������� �� ���286��0�0����� ������������������������
�0�0��2�91*�
5�� ��&���- �&���� �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�!��!������$ ����!�%�&������" !���
:�$���.���������������� �� ���22��0�0��52�� �������� ���������
��������0�0��+5961*�
9����&���- �&���� �0�0�� +� �� �� �22� !��!���� ��%���!��� .���������
������� �� �� �22� �0�0�� �66�� �������� ��������� ������� �0�0��
+5721*�
2�� ��&���- �&���� �0�0�� 5� �� �� �22� !��!���� ����!���� � ����
.��������� ������� �� �� �22� �0�0�� ��7�� �������� ���������
��������0�0��+76�1*�
�6������! �����������!����0�0��7�� �� ���22+�!��!�������$�%�%���������
���������"� ����" ����� .��������� ������� �� �� �22+� �0�0�� 95����
�������������������������0�0��+7+91*�
���� ��� ! %��� ���%�&��� ��� �$�"� ��&0��%��� �0�0�� 23;� �� �� �22+�
!��!����
������! "���������!�������� ����<�*�
������ ! %������%�&������ �$�"���&0��%����0�0��55� �� ���22+�!��!����
��%� �0"0"�� = ��%�� &��� �!�� ���#�� ��!���� ������� 4��!�� 4 % ����
/�����%�%��4!�'���!����������*�
�
�� �4������
���!��"�����
���� �4����� ���������������������������� �� ����,����
����� ���,�4������
�
��%�$���
.�1���$������ ! %�������(����&���"% &�&�������
��� ����%������ �&�$��� � �(�� (���� !�&�"� &������"��� &���� %���� �!� �
"����!���
&�$��� !���"�!� &��� ��"! � !��!��! � (���� &���!� ������ $"���
����� ���
"�%���!������ %���&���"��(�������$���" ����*�
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
112
�� ���"�!� "���%������ �&�$��� " ���� ������� � �(�� (���� &��(�!�"���
&�$���
%�! �����%���$�&�%���"�!�&,*�
� +�� ,�" � !���"�!� "���%������ �&�$��� ��!�%� ��"%���$� !���"�!� "���%������
(����&�����0$��"���&�� ����"��$���" �����&���� %�����!� �"����!���
%�������� !�&�"� ������ $"��� ����� ��� "�%���!��� ��� %��� &���
"��(�������$���" ����*�
� 5��� ���� ���&�$���� ���� ������$��������� ���"�!����� ���� ������$��
��������� % %��� "0!���!� �� ���� ������$����������%!�������
� 7����!�����&�$�����!����(����&�! ��%"��������$0$��$���" �������& �*�
�
��%�$��
,�" � ���"�!� ����%������� ��!0&�� ���� " ����� �����! ����� &��� �>�$ �%��
!���"�!� "���%������ �&�$��� %����������� !��%�� !� &�$��� ��������� �� &���
���������������� ! %��������
�
��%�$�+�
��!���� ����!��"��� ��" � !���"�!� "���%������ �! "� %���� �!� � "����!���
&�$ ��� ��� �! "��� "���%��;$���" ����� "����!��� %����������� &���"% &�
&�$��� ��������� ��� ! %��� ���� %�!�$��� ��������!�"��� ��% "��� &����
��%!��%��!�"��%�(�������%���" !����
�
��%�$�5�
.�1�� ���� ��&���!�����!��"�����" �!���"�!�"���%������$�����"�!�!�&����
"�!��! ���%�����������!��%�� !�&�$���������������
.1� �����$�� � ���� �� ��$ �� ����!��"��� ��" � !���"�!� "���%������ ��"��
���$�" �"�!��! ���%�����������!��%�� !�&�$��� ��������� ��� ! %���
�����
�
��%�$�7�
�����$�� ���$�%�%� ��������� &����"� $���" ����� ����� %���� �!� � "����!���
���%(���!"��� ��" � !���"�!� "���%������ $����� "�!�!� &���� "�!��! ��� &�$���
������������ ! %����������"�� �! "� %�����!� �"����!���!��%�� !����$�" �
��" �!���"�!�"���%������ %����������� &�%(���!"���0$��� ���$�%�%� ���������
&����"�$���" ������
�
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
113
��%�$�3�
.�1�4�!����������� ���#����� %�����!� �"����!�����#����
� ������!��!����" �!���"�!�"���%������(����!�$���&����%(���!"��*�
� ������%�����$�!����)�������!��#�&��(��"���%�����*�
+�� ���(�����"��� $��0���� ��%�$� �����!� ��� !���"�!� "���%�������
%�" ����" �����(��+�.!���1�� $���%�"�$��"���&��� ���� �����!�����
��%!��%��(�������!���� ���#�����&����&���� ������&�$����&����"�
$���" ����� &��� ��%!��%�� �"��%� (���� �����&����� "����!��� (����
���%���" !���%��!����%!��%��$����(����&����&�������$ ��
5�� ����#����� %����������� &���"% &� &�$��� �(�!� .�1� &�)��! �"���
&�$��� �?��� (���� ��$�>��� �! "�������&�$�"��� !���"�!�"���%������
&����%�!���� %�����!� �"����!���(�������%���" !����
�
��%�$�8�
.�1�,���� %�����!� �"����!���(����!�$������0����%���
� ��� ��" � !���"�!� "���%������ $����� $0������ &���� "�!��! ��� &�$���
��� ! %���
����� ��#��� &�%�% ��"��� &�$��� ��"! � %�$����!-$����!�(�� � .& �1�
!�� ��
!����! ���%�#�"�&�!�!��"������ ! %��������
� �� ��" � !���"�!�"���%������ $����� "�!�!� &���� ��� ! %��� ����� &��(�!�"���
!�!������$�" ��
�
��%�$�9�
��� ! %�������� $������$�" ���&��!�����$�&�!�!��"����
���!�!��"���&����:�"��!��
��&��!�����$���7��0��������223�
��!���������������" �������& ���
�
4���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
114
�� !"� �!�
�# $�$%� �# �#"!� #&�"���! &�$ &� ��!'$ �
(��������$ �������� &&���)*� ( #�#"������
�
,���� ����� ���,�4������
�
�
�
��!����������
&�%�% ��"���&������"�!��! �����!�������� � �����
�
�� !"� �!!�
�# $�$%� �# �#"!� #&�"���! &�$ &� ��!'$ �
(��������$ �������� &&���)*� ( #�#"������
�
� /�������������������� �����������<����4�� ����� �
��,�4�����������������
�
��������� ��������
���� " ����!���"�!�"���%������&���!�&���" "���&������& ��)������
�1�@����4�&�������
�������%�� ���%0 �&�$�>�$���!������%��&� " ��!���"�!�!�"������ �(��&��.�1�
%�$�����6�.%�� $ �1�����!� �! "�!���� ���� " ����������)����&�$�" "���
%�!����7�.$���1�&�!�"��
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
115
1�@��������% ���
������� %�� ��� ��!����!���� %0 �&� $�>�$� ��!��� (���� ���� �(��� '�%�$�!�%�
���� " ���� � 4��(��! � ��A�&������ ��"! � " ��%�!���� 7�&�!�"��&�$�" "���
���� " ����%�$�����6�.%�� $ �1�����!���
�
B�"! � ���� " ���� &�$�" "��� %�$���� �"!�'�!�%� 5� #��� .�41� &��)��� )����
��&��%���������!���"�!��"!�'�!�%�(������$����!������%�$�����6�#���.�41���&��
%�$������"! 63�66�-���66�&����"!�'�!�%�&�$��������%�$����9�#���.�1���&��
%�$�����66�-�63�66��
4�!���� ���� " ���� ��� %� &���!� ����"�$�� %�$���� ��"! � !��!��! � &������
����!��"�����$����%�&�"�!�5���"! ����� " ������&��%����������&�����&��
��$����������$����%�&�"�!�+���"! ����� " �����%�������)0�!0����
-����&�����$���&��#���8�66�����"$��#���63�66�-�62�66�
-���&�����$���&��#����6�66�����"�$��#���62�66�-����66�
-��+�&�����$���&��#����7�66�����"�$��#����5�66�-��8�66�
-��5�&�����$���&��#���6�66�����"�$��#����8�66�-��66�
-��7�&�����$���&��#���+�66�����"�$��#����66�-�5�66�
-��3�&�����$���&��#���6��66�����"�$��#���5�66�-�6+�66�
-��8�&�����$���&��#���65�66�����"�$��#���6+�66�-�63�66�
�
��!����������
-� ��A� �� �A �>�$��!� @0�!�� 0 %� �0�%�� ��>�$� �!� � ���"�!� ����%������
4����� ��� 4�!���� ��$��� ��$��� !��!��! � "���%������ &���� "���%������ (����
��� ���- ���� .'$ "! �!�'� %�$���� ��"! � !��!��! �� (���� %�!���� &������
!���"�!�"���%������&����"���%������(���� �#���.%!��&(1� ��&��%�$������"! �
(����%�����
4�! ���(���&�$���&,�.�1��
-�� 4�C���A�&��������"! �%���$����!����7�&�!�"�
-��4�C���A�%�$����%����������
-���C���A�%�$������$��������
-��4�C���A�%�$����%�����&�����$���������
�
)�������������������
.&����)0�!0�1�
�4�&���! ���%�����������" !���
�4�C��6�$0���;�3�.� ���6�6��7�D�����D 5��66��71�&,�.�1�
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
116
��&���! ���%�����������" !���
��C��6�$0���;9�.� 7��6�6��7�D�����D 8��66��71�&,�.�1�
��! "� �����!�� �� ���"��� !���"�!� "���%������ % &��� ��$���� �� !���"�!�
"���%������ ��"�� ���$ � &�)���� ��$��� �4� &���� ���� " ���� $��������� �4�
&���! ���&����� � %���
�4�C��6�$0���;5�.��3��6�6��7�D�����D9��66��71�&,�.�1�
�
+��������#,�-�����
��$��� �4�(����&���! ���&����&���"���&������ ��$�����" �!���"�!�"���%������
(����
&�!�!��"���&������!0$����%��D+�&,.�1�
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
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
Putaran (Rpm) 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 Approved By (Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri)
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
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.
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