studi kebisingan

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


FAKULTAS TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

MEDAN

2007

TUGAS SARJANA


STUDI AWAL EMISI KEBISINGAN KNALPOT

DENGAN PROFIL SILINDER YANG DIBUAT DARI

MATERIAL TITANIUM DENGANMENGGUNAKAN

SIMULASI METODE ELEMEN HINGGA

OLEH :

MASTRIA SUANDIKA

NIM : 03 0401 030

Disetujui Oleh

Dosen Pembimbing,

Dr.Ing.Ikhwansyah Isranuri NIP. 132 018 668


3


FAKULTAS TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

MEDAN

2007

TUGAS SARJANA


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


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


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


6

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui distribusi temperatur, kecepatan aliran

gas buang, kebisingan, serta pengaruh dimensi dan putaran terhadap perubahan

kebisingan dari knalpot yang dibuat dari material titanium dengan menggunakan

simulasi metode elemen hingga.

Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap kegiatan atau pengerjaan yaitu,

pengambilan data gas buang kendaraan, simulasi menggunakan Metode Elemen Hingga

melalui penggunaan perangkat lunak Ansys V 9.0, dan analisis teoritis tingkat

kebisingan yang terjadi pada knalpot.

Hasil yang diperoleh adalah pada spesimen standar dengan putaran 745 rpm

distribusi temperaturnya yaitu 91o C menjadi 83,179o C. Pada putaran 1500 rpm yaitu

157o C menjadi 85,138o C dan pada putaran 2000 rpm yaitu 220o C menjadi 210,224o C.

Kecepatan aliran gas buang pada putaran 745 Rpm dengan spesimen standar adalah

0,1564 m/s, untuk spesimen yang diperbesar adalah 0,1000 m/s dan untuk spesimen

yang diperkecil adalah 0,2781 m/s. Kebisingan pada putaran 745 dengan ukuran standar

yaitu 83,475 dB menjadi 45,657 dB; dengan ukuran yang diperbesar yaitu 80,031 dB

menjadi 31,990 dB dan dengan ukuran yang diperkecil yaitu 88,941 dB menjadi 67,491

dB. Kebisingan yang terjadi yaitu pada putaran 745 Rpm untuk spesimen standar adalah

45,657 dB, pada putaran 1500 Rpm untuk spesimen standar adalah 47,133 dB dan pada

putaran 2000 Rpm untuk spesimen standar adalah 49,893 dB.

Berdasarkan hasil penelitian ini kesimpulan yang diperoleh bahwa material

titanium dapat mengurangi kebisingan yang terjadi didalam knalpot.

Kata kunci : Knalpot, Metode Elemen Hingga, Gas buang


7

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah

memberikan nikmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Penelitian

ini.

Tugas sarjana ini merupakan salah satu syarat bagi setiap mahasiswa Teknik

Mesin Universitas Sumatera Utara untuk menyelesaikan studi di Departemen Teknik

Mesin Fakultas Teknik USU

Adapun judul dari tugas sarjana ini adalah “Studi Awal Emisi Kebisingan

Knalpot Dengan Profil Silinder Yang Dibuat Dari Material Titanium Dengan

Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga”

Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada pihak-pihak yang telah

banyak membantu penulis dalam penelitian ini terutama kepada :

1. Ayahanda Sutio dan ibunda Masriati yang selalu memberikan dukungan moril dan

materil serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada saya.

2. Bapak Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri selaku dosen pembimbing yang selalu

membimbing dan memberi motivasi kepada saya..

3. Bapak Ir. Alfian Hamsi, M.Sc dan Bapak Tulus B Sitorus, ST, MT selaku Ketua dan

Sekretaris Departemen Teknik Mesin FT-USU.

4. Segenap staf pengajar Dept. Teknik Mesin FT-USU yang telah banyak memberikan

ilmunya kepada saya.

5. Abang saya Waras Ditia-Betty, kakak saya Sefti Mastilayanti-Oktafiandi Dwi Sandi,

dan adik saya Sarifah Farrah Fadhila, serta ponakan saya Aurelya Salsabila Aditia

yang selalu memberikan dorongan, motivasi dan doa kepada saya.

6. Seluruh staf Administrasi Dept. Teknik Mesin FT-USU.

7. Rekan-rekan saya khususnya stambuk 2003.


8

8. Meimi Adriana, Amd yang selalu menemani penulis baik dalam keadaan suka

maupun duka dan selalu memberikan semangat kepada penulis.

Semoga Allah SWT membalas perbuatan baik yang telah mereka lakukan.

Kiranya penelitian ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Medan, 22 Agustus 2007

Penulis,

Mastria Suandika NIM 03 0401 030


9

DAFTAR ISI

SPESIFIKASI TUGAS............................................................................................i

KARTU BIMBINGAN ...........................................................................................ii

ABSTRAK ....................................................................................................... iii

KATA PENGANTAR ...........................................................................................iv

DAFTAR ISI.......................................................................................................... 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


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


11

3.5 Flow Chart Simulasi ..................................................................... 48

3.6 Penentuan Sifat Fisis Dan Mekanis Material Komposit ................ 50

3.7 Prosedur Simulasi........................................................................ 50

BAB IV. HASIL SIMULASI DAN PERHITUNGAN TEORITIS...........................54

4.1 Penjelasan .................................................................................. 54

4.2 Analisa Simulasi ......................................................................... 55

4.3 Hasil Simulasi ............................................................................ 57

4.4 Analisa Perhitungan Kebisingan.................................................. 65

4.5 Hasil Analisa Metarial Titaniuml .................................................. 69

4.6 Kecepatan Aliran Gas Buang ...................................................... 80

4.7 Verifikasi Hasil Analisa................................................................ 83

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN.............................................................. 85

5.1 Kesimpulan....................................................................................85

5.2 Saran.............................................................................................86

DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................87

LAMPIRAN


12

DAFTAR TABEL

1. Tabel 2.1 Jarak frekuensi yang ditransmisikan dan diterima

oleh sumber dan penerima bunyi........................................... 6

2. Tabel 2.2 Baku Tingkat Kebisingan Indonesia...................................... 20

3. Tabel 2.3 Tingkat Bising Umum.......................................................... 20

4. Tabel 2.4 Spektrum Kebisingan Akustik.............................................. 21

5. Tabel 2.5 Koefisien Serapan.................................................................. 35

6. Tabel 3.1 Hasil Data Pengukuran......................................................... 45

7. Tabel 3.2 Sifat Fisis dari Gas CO2........................................................ 49

8. Tabel 3.3 Sifat Fisis dari Gas CO2....................................................... 49

9. Tabel 3.4 Sifat Fisis dan Mekanis Material titanium........................... 50

10. Tabel 3.5 Dimensi Knalpot.................................................................. 52

11. Tabel 4.1 Hasil Tabulasi konversi temperatur untuk knalpot

dengan ruang kosong tanpa pipa......................................... 69


dengan pipa........................................................................... 69


dengan 1 sekat........................................................................ 70


dengan 2 sekat....................................................................... 71


dengan 3 sekat...................................................................... 71


dengan 3 sekat yang berlubang.............................................. 72



13

dengan ruang kosong tanpa pipa............................................ 73


dengan ruang kosong tanpa pipa........................................... 73


dengan ruang kosong tanpa pipa.......................................... 74






dengan ruang kosong tanpa pipa.......................................... 76


dengan ruang kosong............................................................. 77


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


diperbesar yang ruang kosong tanpa pipa untuk putaran

745 Rpm............................................................................... 81


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


penambahan 2 sekat .....................................................................58


penambahan 3 sekat.....................................................................59


penambahan 3 sekat yang berlubang..........................................59

42 Gambar 4.11 Distribusi temperatur untuk knalpot ruang kosong.....................60



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


48 Gambar 4.17 Distribusi temperatur untuk knalpot ruang kosong .................... 64


50 Gambar 4.19 Hubungan sound power level dengan temperatur........................69












62 Gambar 4.31 Hubungan sound power level dengan temperatur .......................77


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

65 Gambar 4.34 Hubungan temperatur dengan kecepatan ....................................81

66 Gambar 4.35 Hubungan temperatur dengan kecepatan.....................................81

67 Gambar 4.36 Hubungan temperatur dengan kecepatan.....................................82

68 Gambar 4.37 Hubumgan temperaur dengan kecepatan.....................................83


17

DAFTAR NOTASI C = Cepat rambat bunyi m/s

g = Rasio panas spesifik ----

Pa = Tekanan atmosfer pascal

ρ = Kerapatan Kg/m3

T = Suhu K

E = Modulus Young Pascal

l = Panjang gelombang bunyi ---

f = Frekuensi Hz

I = Intensitas bunyi W/m2

W = Daya akustik Watt

A = Luas Area m2

V = Kecepatan partikel m/det

P = Tekanan pascal

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


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


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


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


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


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


24

2.1 Konsep Dasar Tentang Bunyi

Bunyi adalah hasil getaran sebuah benda. Getaran dari sumber bunyi menggetarkan

udara sekitarnya, dan merambat ke segala arah sebagai gelombang longitudinal. Bunyi

secara psikologis, didefenisikan sebagai hasil dari variasi-variasi tekanan di udara yang

berlaku pada permukaan gendang telinga mengubah tekanan ini menjadi sinyal-sinyal

elektrik dan diterima otak sebagai bunyi. Bunyi juga dapat didefenisikan sebagai

gangguan fisik dalam media yang dapat dideteksi oleh telinga manusia. Pengertian ini

menetapkan kebutuhan akan adanya media yang memiliki tekanan dan elastisitas

sebagai media pemindah gelombang bunyi.

Bunyi termasuk gelombang mekanis longitudinal. Gelombang bunyi tersebut dapat

dijalarkan didalam benda padat, benda cair, dan gas. Bunyi tidak merambat melalui

ruang hampa udara (vakum). Bunyi merambat melalui suatu medium dengan cara

memindahkan energi kinetik dari satu molekul lainnya dalam medium tersebut.

Bunyi dapat didengar oleh telinga manusia, apabila mempunyai frekuensi antara 16

Hz sampai 6 kHz. Jangkauan frekuensi ini disebut frekuensi audio (audible range).

Frekuensi bunyi dibawah ambang batas pendengaran manusia (< 16 Hz) disebut

frekuensi infrasonik. Sedangkan frekuensi diatas ambang batas pendengaran manusia

(>16 kHz) disebut frekuensi ultrasonik.

2.1.1 Perambatan Bunyi

Bunyi hanya dapat merambat melalui medium. Gelombang-gelombang bunyi, jika tidak

dirintangi akan menyebar didalam semua arah dari sebuah sumber. Sebagai contoh,

getaran pengeras suara menghasilkan gelombang bunyi di udara. Getaran-getaran

pengeras suara menghasilkan variasi tekanan pada udara. Gelombang bunyi di udara

secara normal adalah getaran dari udara yang memaksa gendang telinga kita untuk

bergetar. Akan tetapi, gelombang bunyi juga dapat menjalar ke bahan-bahan lainnya.

Jelas sekali bahwa bunyi tidak dapat berpindah tanpa adanya bahan atau medium Mastria Suandika : Studi Awal Emisi Kebisingan Knalpot dengan Profil Silinder yang Dibuat dari Material Titanium dengan Menggunakan Simulasi Metode Elemen Hingga, 2007. USU Repository © 2009

25

perantara. Bunyi memerlukan waktu untuk merambat dari suatu tempat ke tempat yang

lain. Kecepatan bunyi pada setiap bahan berbeda-beda.

2.1.2 Frekuensi

Frekuensi bunyi dapat didefenisikan sebagai jumlah periode siklus kompresi dan

regangan yang muncul dalam satu satuan waktu.

f = 1/t (1)

dimana : f = Frekuensi (Hz)

t = Waktu (detik)

Dalam tabel 2.1 berikut dapat dilihat jarak frekuensi yang dapat ditransmisikan dan

diterima oleh beberapa sumber dan penerima bunyi

Tabel 2.1 Jarak frekuensi yang ditransmisikan dan diterima oleh sumber dan penerima bunyi.[5]

Sumber Bunyi Jarak Frekuensi (Hz)

Manusia 85 - 5.000

Anjing 450 - 1080

Kucing 780 - 1520

Piano 30 - 4100

Pitch Musik Standar 440

Terompet 190 - 990

Drum 95 - 180

Kelelawar 10.000 - 120.000

Jangkrik 7.000 - 100.000

Burung Nuri 2.000 - 13.000

Burung Kakak Tua 7.000 - 120.000

Mesin Jet 5 - 50.000

Mobil 15 - 30.000

Penerima Bunyi

Manusia 20 - 20.000


26

Anjing 15 - 50.000

Kucing 60 - 65.000

Kelelawar 1000 - 120.000

Jangkrik 100 - 15.000

Burung Nuri 250 - 21.000

Burung Kakak Tua 150 - 150.000

2.1.3 Kecepatan Perambatan

Bunyi bergerak pada kecepatan berbeda pada tiap media. Pada media gas atau udara,

cepat rambat bunyi bergantung pada kerapatan, suhu, dan tekanan. [5]

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)


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.


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


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


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.


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


37

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

Secara umum pengaruh kebisingan pada pendengaran dapat dibagi menjadi tiga kategori

1. Trauma akustik, yaitu kerusakkan organik yang bersifat cepat pada telinga

akibat adanya energi suara yang diluar batas.

2. Kehilangan pendengaran sementara (nois-induced tempory treshold shift), yaitu

bila telinga pendengar segera dapat kembali normal setelah terkena bising pada

jangka waktu tertentu.

3. Kehilangan pendengaran tetap (noise-induced permanent treshold shift), yaitu

bila telinga pendengar tidak dapat kembali normal setelah terkena bising pada

jangka waktu tertentu.

Tingkat tekanan bunyi yang diterima oleh pendengar juga bergantung pada jangka

waktu penerimaannya. Hubungan antara sumber bunyi, frekuensi, waktu, ambang batas

pendengaran, dan ambang batas sakit dapat digambarkan pada gambar 2.5


38

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

Pemerintah Indonesia, melalui keputusan menteri Negara Lingkungan Hidup

Nomor : KEP-48/MENLH/11/1996 tentang baku tingkat kebisingan, membuat aturan

mengenai baku tingkat kebisingan yang diizinkan di Indonesia. Baku tingkat kebisingan

ini adalah pada tabel 2.2 sebagai berikut :

Tabel 2.2 Baku Tingkat Kebisingan Indonesia [3]

Peruntukkan Kawasan/Lingkungan Kegiatan Tingkat Kebisingan

a. Peruntukkan Kawasan

1.Perumahan dan Pemukiman 55

2. Perdagangan dan Jasa 70

3. Perkantoran dan Perdagangan 65

4. Ruang Terbuka Hijau 50

5. Industri 70

6. Pemerintahan dan Fasilitas Umum 60

7. Rekreasi 70

8. Khusus

a. Bandara Udara*

b. Stasiun Kereta Api*

c. Pelabuhan Laut 70

d. Cagar Budaya 60

b. Lingkungan Kegiatan

1. Rumah Sakit atau sejenisnya 55

2. Sekolah atau sejenisnya 55

3. Tempat Ibadah atau sejenisnya 55


39

Berbagai nilai umum untuk tingkatan tekanan bunyi (SPL), bunyi tipikalnya, serta

penampakkan subjektifnya dapat dilihat pada tabel 2.3. Sedangkan tabel 2.4

memberikan hubungan tingkat tekanan bunyi dan tekanan bunyi serta situasi tipikalnya.

Tabel 2.3 Tingkat Bising Umum [7]

Tingkat Tekanan Bunyi (dBA)

Bunyi Tipikal Penampakkan Subjektif

140

Pesawat jet yang take off

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


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]


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)


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)


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


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.


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


49

Dibawah ini adalah contoh bentuk knalpot dan knalpot yang telah di mesh kan

untuk membantu melakukan simulasi. Ini dapat terlihat jelas pada gambar 2.8 dan

gambar 2.9 seperti dibawah ini.

Gambar 2.8 Bentuk Knalpot.

Gambar 2.9 Bentuk Knalpot yang Dimesh


50

Gambar 2.10 Hasil Simulasi dengan PATRAN

Berdasarkan hasil studi literatur yang ada pada gambar 2.10 dapat dilihat hasil

simulasi yang telah ada. Pada gambar terlihat jelas hasil simulasi bentuk knalpot yang

telah dimesh dengan menggunakan software PATRAN pada frekuensi 2900 Hz . pada

gambar 2.10 terlihat terjadi distribusi kebisingan pada solid borne.

Gambar 2.11 Hasil Simulasi dengan Menggunakan PATRAN


51

Berdasarkan hasil studi literatur yang ada pada gambar 2.11 dapat dilihat hasil


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.


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


53

koefisien serapan bunyi ini bergantung dari sifat material, frekuensi bunyi dan sudut

gelombang bunyi ketika mengenai permukaan material tersebut. Secara matematis dapat

ditulis :

� = Ia / Ii (36)

dimana :

Ia = Intensitas bunyi yang diserap (W/m2)

Ii = Intensitas bunyi yang terjadi (W/m2)

Koefisien penyerap bunyi atau � untuk beberapa material dapat dilihat tabel di bawah

ini.

Tabel 2.5 Koefisien Serapan (10)

Material Sound Absorption Coefficient - �

Plaster walls 0.01 - 0.03

Unpainted brickwork 0.02 - 0.05

Painted brickwork 0.01 - 0.02

3 mm plywood panel 0.01 - 0.02

6 mm cork sheet 0.1 - 0.2

6 mm porous rubber sheet 0.1 - 0.2

12 mm fiberboard on battens 0.3 - 0.4

25 mm wood wool cement on battens 0.6 - 0.07


54

50 mm slag wool or glass silk 0.8 - 0.9

12 mm acoustic belt 0.5 - 0.5

Hardwood 0.3

25 mm sprayed asbestos 0.6 - 0.7

Persons, each 2.0 - 5.0

Acoustic tiles 0.4 - 0.8

Total Luas Daerah yang Diserap (Total Room Sound Absorption)

A = S1 �1 + S2 �2 + .. + Sn �n = � Si �i (37)

dimana :

A =Luas Permukaan yang diserap (m2)

Sn = Luas daerah permukaan (m2)

�n = koefisien serapan dari permukaan material

Koefisien Serapan Rata-Rata (Mean Absorption Coefficient )

am = A / S (38)

dimana :

am = Koefisien Serapan Rata-Rata

A = Luas Daerah Yang Diserap (m2 sabine)

S = Luas Daerah Permukaan (m2)


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


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


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)


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


59

melibatkan matrik dengan ukuran yang besar, komputer adalah jalan terbaik dalam

mendapatkan solusinya.

7. Hitung Strain dan Stress dari tiap elemen

8. Interpretasikan kembali hasil-hasil perhitungan yang diperoleh.

10. Kelebihan dan Kekurangan Dalam Penggunaan Elemen Hingga

Beberapa kelebihan dalam penggunaan metode ini adalah :

1. Benda dengan bentuk yang tidak teratur dapat dengan mudah dianalisa

2. Tidak terdapat kesulitan dalam menganalisa beban pada suatu struktur

3. Permodelan dari suatu benda dengan komposisi materi yang berlainan dapat

dilakukan karena tinjauan yang dilakukan secara individu untuk setiap elemen.

4. Dapat menangani berbagai macam syarat batas dalam jumlah yang tak terbatas

5. Variasi dalam ukuran elemen memungkinkan untuk memperoleh detail analisa

yang diinginkan

6. Dapat memecahkan masalah-masalah dinamik (time dependent)

Kekurangan yang terdapat dalam penggunaan metode ini adalah diperlukannya

komputer sebagai alat hitung yang lebih cepat dan akurat.


60

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tahap Penelitian

Dalam penelitian ini dilakukan beberapa tahap kegiatan atau pengerjaan yaitu,

pengambilan data gas buang kendaraan, melakukan simulasi dengan menggunakan

Ansys V 9.0 dan analisa secara teoritik tingkat kebisingan yang terjadi.

3.2 Pengambilan Data Pengukuran

Pada penelitian dibutuhkan data temperatur sebagai data input untuk simulasinya.

Dan juga dibutuhkan putaran mesin untuk analisa teoritik untuk itu pengambilan data

dilakukan pengukuran secara langsung. Adapun tahap proses yang digunakan untuk

pengambilan data tersebut adalah sebagai berikut

1. Alat

1. Knalpot Motor bensin

Knalpot ini digunakan sebagai bahan yang akan di teliti


61

Gambar 3.1 Knalpot

2. Thermocouple

Thermocouple ini digunakan untuk mengukur temperatur fluida.

Gambar 3.2 Thermocouple

3. Mesin Motor Bensin

Mesin motor bensin ini digunakan sebagai alat penggerak dari kendaraan

bermotor dan juga sebagai tempat proses pembakaran berlangsung yang

menghasilkan gas buang sebagai salah satu parameter yang akan di ukur.

Gambar 3.3 Mesin Motor Bensin

Spesifikasi dari motor bensin tersebut :


62

1. Jenis Mesin : Motor Bensin (Toyota Kijang)

2. Type Mesin : 5K

3. Kapasitas : 1486 cc

4. Stroke : 73 mm

5. Bore : 80.5 mm

4. Tachometer

Berfungsi untuk membaca putaran mesin

Gambar 3.4 Tachometer

3.3 Prosedur Pengambilan Data Pengukuran

1. Saluran pipa knalpot dan Kanlpot dilubangi sesuai dengan titik-titik pengukuran

2. Kemudian mesin dihidupkan selama 30 menit

3. Kemudian kabel-kabel dari thermocouple dimasukkan ke dalam lubang

4. Kemudian di ambil putaran mesin dengan Tachometer

5. Selanjutnya diambil temperatur gas buang dengan menggunakan thermocouple


63

Gambar 3.5 Prosedur Pengambilan data

Titik-Titik Pengukuran Pengambilan Data Gas Buang

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)


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 ∆•

= 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


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


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


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


69

3.6 Penentuan Sifat Fisik Dan Mekanik dari Material

1. TITANIUM

TITANIUM merupakan bahan standar yang biasa digunakan untuk pembuatan knalpot.

Adapun sifat fisis dan mekanis dari bahan titanium adalah sebagai berikut :

Tabel 3.4 Sifat Fisis dan Mekanis Material titanium.[11]

No Sifat Fisis Nilai

1 Modulus Elastisitas 116 Gpa

2 Possion Ratio 0.32

3 Density 4506 Kg/m3

4 Konduktifitas Thermal 21.9 W/m.K

3.7 Prosedur Simulasi

Dalam simulasi ini digunakan suatu software bantu yang cukup populer dikalangan

engineering yaitu Ansys Versi 9.0, dimana software program ini mampu melakukan

analisis beban, pengaruh temperatur, deformasi, defleksi, dan tegangan pada truss, dan

sebagainya.

Gambar 3.8 Tampilan Layar Pembuka Software ANSYS Versi 9.0


70

1. Proses Preferensi

Berikut ini merupakan langkah pendahuluan untuk menentukan model analisis terhadap

kondisi material yang ada. Dalam hal ini preferensi yang digunakan adalah Structural

dengan langkah: Preference> Thermal> OK

Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat seperti terlihat pada Gambar 3.9, berikut ini.

Gambar 3.9 Tampilan Layar Proses Preferensi

2. Proses Mendefinisikan Geometry

Untuk mendefinisikan karakteristik geometri, maka langkah prosesnya adalah dari menu

Preprocessor>Modelling>Create

Gambar 3.10 Tampilan Hasil Geometri Material


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


72

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

>Meshing> Mesh Tools…

Gambar 3.12 Tampilan Hasil Masukan Ukuran Mesh

5. Proses Meshing Untuk melihat hasil dari proses penerapan ukuran mesh, maka langkah yang harus

dilalui, yaitu pada menu Processor pilih Meshing >Mesh> Volume> Free dan pilih

Area.

Gambar 3.13 Tampilan Hasil Proses Meshing


73

BAB IV

HASIL SIMULASI DAN PERHITUNGAN TEORITIS

4.1 Hasil Simulasi

Hasil simulasi ANSYS ini yaitu distribusi temperatur. Temperatur ini mewakili tiap tiap

daerah atau titik terhadap daerah yang dibagi dalam beberapa bagian pada knalpot.

Distribusi temperatur ini dipakai dalam mengolah data selanjutnya. Gambar 4.5

memperlihatkan distribusi temperatur pada putaran 745 rpm dengan spesimen standar

yang mana knalpot hanya berupa ruang kosong dan terbuat dari material titanium.

Gambar 4.6 memperlihatkan distribusi temperatur apabila diberi pipa dalam

knalpot.maka akan terlihat penurunan temperatur. Gambar 4.7 meunjukkan distribusi

temperatur apabila knalpot diberi sekat pembatas dalam ruang knalpot. Disini terlihat

bahwa penurunan temperatur juga dipengaruhi oleh sekat dalam knalpot.

Gambar 4.10 memperlihatkan distribusi temperatur ketika diberi sekat yang

berlubang, maka terlihat kenaikan temperaturnya dari knalpot dengan sekat yang tidak

berlubang. Gambar 4.11 menunjukkan distribusi temperatur apabila knalpot dengan

spesimen yang diperbesar dari standar, maka akan terlihat terjadi penurunan temperatur

knalpot. Gambar 4.12 menunjukkan distribusi temperatur knalpot apabila ukuran

knalpot dengan spesimen yang diperkecil dari standar, maka akan terlihat kenaikan

temperatur.

Gambar 4.13 menunjukkan distribusi temperatur pada putaran 1500 Rpm,

dengan knalpot ruang kosong pada spesimen standar. Gambar 4.16 menunjukkan

distribusi temperatur pada putaran 2000 Rpm, dengan spesimen standar yang ruang

kosong..


74

4.2 Analisis Simulasi 1 Mendefinisikan Tipe Analisis Dalam simulasi ini dianggap bahwa beban yang diberikan dalam keadaan statik.

Langkah ini dilakukan dengan memastikan bahwa analisis statik diberikan dengan

langkah Solution >Analysis Type >New Analysis.

Gambar 4.1 Kotak Dialog Tipe Analisis

2. Temperatur

Pada penerapan constraints langkah perintahnya adalah pada Solution >Define Loads

>Apply >Thermal > Temperature >On Areas

Gambar 4.2 Kotak Dialog Temperatur


75

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

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

Gambar 4.3 Kotak Dialog Heat Flux

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

Solving The System.

Gambar 4.4 Kotak Dialog Solving

Analisis Temperatur Untuk analisis temperatur dilakukan dengan mengikuti prosedur sebagai berikut: General Postproc > Plot results > Nodal Solution >DOF Solution >Ttemperature


76

4.3 Hasil Simulasi

1. Pada Putaran 745 Rpm dengan Spesimen standar dan dibuat dengan material

titanium

Gambar 4.5 Distribusi Temperatur Knalpot yang hanya berupa ruang kosong Dengan putaran mesin 745 rpm maka akan terjadi perubahan suhu masuk. Awalnya 91

oC menjadi 83,179 oC.

Gambar 4.6 Distribusi Temperatur Knalpot dengan Pipa


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


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


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.


80

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



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 adanya Perubahan dimensi knalpot menjadi lebih besar dari standar maka akan

terjadi perubahan penurunan suhu yang lebih besar dari pada ukuran standar. Penurunan

ini dapat terlihat pada gambar diatas dari awalnya 157 oC menjadi 135,085 oC.


82




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.


titanium



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 adanya Perubahan dimensi knalpot menjadi lebih besar dari standar maka akan

terjadi penurunan suhu yang lebih besar dari standar. Penurunan ini dapat terlihat pada



84


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


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)


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


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)


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


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)


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


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


Dari garfik diatas dapat terlihat bahwa dengan terjadinya penurunan suhu maka akan



Tabel 4.3 Hasil tabulasi konversi temperatur untuk knalpot dengan 1 sekat

No Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


Lw (knalpot) (dB)

1 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



90





No Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


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




knalpot adalah 83,475 dB dan menuju keluar knalpot 45.650 dB


No Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


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


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





Tabel 4.6 Hasil tabulasi konversi temperatur untuk knalpot dengan 3 sekat yang berlubang

No Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


Lw (knalpot) (dB)

1 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.


92



knalpot adalah 83,474 dB dan menuju keluar knalpot 45,646 dB.


dengan Material titanium. Tabel 4.7 Hasil tabulasi konversi data temperatur untuk knalpot ruang kosong

No Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


Lw (knalpot) (dB)

1 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



terjadi penurunan tingkat kebisingan. Ini dapat terlihat tingkat kebisingan ketika masuk

knalpot adalah 80.031 dB dan menuju keluar knalpot 31.990 dB.



No Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


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


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



terjadi penurunan tingkat kebisingan. Ini dapat terlihat tingkat kebisingan ketika masuk

knalpot adalah 88,941 dB dan menuju keluar knalpot 67,941 dB.


titanium. Tabel 4.9 Hasil tabulasi konversi data temperatur untuk knalpot ruang kosong

No Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


Lw (knalpot) (dB)

1 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



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.



Tabel 4.10 Hasil tabulasi konversi data temperatur untuk knalpot ruang kosong

No Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


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



knalpot 30,789 dB.


95




No Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


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




knalpot 68,690 dB.


titanium.


No Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


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


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




knalpot 49,893 dB.



No Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


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



97



knalpot 30,388 dB.



No Jarak (m)

Temperatur (K)

Kec Partikel (m/s)


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




knalpot 70,028 dB.


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


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


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



101


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



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


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


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.


103

3. Patran merupakan perangkat lunak yang dibuat khusus untuk menganalisa

bunyi, sedangkan Ansys merupakan perangkat lunak yang dibuat khusus untuk

menganalisa masalah struktur dan thermal. Sehingga hasil yang diperoleh

dengan Patran lebih tepat dalam menganalisa bunyi.


104

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

1. Dengan spesimen standar pada putaran 745 rpm distribusi temperaturnya yaitu

91o C menjadi 83,179o C. Pada putaran 1500 rpm distribusi temperaturnya yaitu

157o C menjadi 85,138o C. dan pada putaran 2000 rpm distribusi temperaturnya

yaitu 220o C menjadi 210,224o C.

2. Kecepatan aliran gas buang yang terjadi pada putaran 745 Rpm pada spesimen

standar adalah 0,1564 m/s, untuk spesimen yang diperbesar dari standar adalah

0,1000 m/s dan untuk spesimen yang diperkecil dari standar adalah 0,2781 m/s.

3. Distribusi kebisingan pada putaran 745 dengan ukuran standar yaitu 83,475 dB

menjadi 45,657 dB; dengan ukuran yang diperbesar yaitu 80,031 dB menjadi

31,990 dB dan dengan ukuran yang diperkecil yaitu 88,941 dB menjadi 67,491

dB.

4. Pengaruh dimensi sangat berperan dalam perubahan kebisingan, ini dapat

dilihat pada putaran 745 pada spesimen standar, kebisingan yang terjadi adalah

45,657 dB, pada spesimen diperbesar dari standar, kebisingan yang terjadi

adalah 31,990 dB dan pada spesimen yang diperkecil dari standar, kebisingan

yang terjadi adalah 67,491 dB.

5. Pengaruh Putaran juga sangat mempengaruhi kebisingan yang terjadi yaitu pada

putaran 745 Rpm untuk spesimen standar adalah 45,657 dB, pada putaran 1500

Rpm untuk spesimen standar adalah 47,133 dB dan pada putaran 2000 Rpm

untuk spesimen standar adalah 49,893 dB.

Jadi, berdasarkan kesimpulan diatas didapat bahwa material titanium dapat

mengurangi tingkat kebisingan yang terjadi didalam knalpot.


105

SARAN

1. Diharapkan dapat dilakukan simulasi lebih lanjut dengan menggunakan

perangkat lunak Patran .

2. Diharapkan lebih lanjut untuk dilakukan penelitian dengan menggunakan

material komposit, dimana komposit lebih baik dalam meredam kebisingan.


106

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Republika, Selasa, 8 April 2003. (htt ://www.republika.co.id)

[2]. Kompas Cyber Media KCM, 15 agustus 2002. (http://www.kompas.co.id)

[3]. Penilaian kwantitatif Kebisingan.(http ://www.menlh.go.id)

[4]. The International Sound and Vibration (http ://www.findarticle.com)

[5].Hamond, Conrrad J.1983 Engeneering Acoustic & Noise Control, Prentice Hall

[6].Wilson Charles E, Noise Control Measurement, Analisis and Control of Sound

and Vibration. Harker and Row, Publisher New York.

[7].Stein, Benjamin & John S. Reynolds, Mechanical And Electrical Equipment For

Buildings, Eight Edition, John Wiley & Sons Inc, New York, USA, 1992

[8].Faulkner, L.L. et. Al., Handbook of Industrial Noise Control, Industrial Press

Inc, New York, 1976.

[9].Eyanoer, H. Isranuri I. Pengendali Kebisingan Industri, Program Pasca Sarjana

USU

[10].http ://www.EngineeringToolBox.com

[11] Becker, Martin, Heat Transfer A Modern Aproach, Plenum Press, New York

[12] http:/www.wikipedia.com

[13 ]http ://www.matweb.com

[14].Bies and Hansen, Engineering Noise Control, Department of Mechanical

Engineering, Boston Sydney Welington.

[15].Arismunandar, Wiranto, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, ITB, Bandung

[16].http:/www.MichiganEngineering.com

[17] http ://www.tomicraft.com

[18].Harris C M, 1957, Hand Book of Noise Control, McGraw Hill Book Company

Inc.New York.


107

[19].Beranek, Leo L, Noise and Vibration Control Engineering , Prinsiples and

Applications., John Wiley & Sons Inc., New York, 1992

[20].Udhi Nyoman (1991),” Ensiklopedia Nasional Indonesia” PT. Cipta Adi Karya,

Jakarta.

[21].Susatio, Yerri, 2004, Dasar-Dasar Metode Elemen Hingga, PT. ANDI,

Yogyakarta

[22] http ://www.autospeed.com

[23] http ://www.tom hardware.com

[24].Arifin, Alfiah, Penyelidikan Emisi Kebisingan Pompa Sentripugal Satu

Tingkat(Single Stage Centrifugal Pump), Tugas Sarjana Jurusan Teknik

Mesin, Tidak Dipublikasikan, Medan, 2003.

[25].Munir, Abdul, Kajian Awal Karakteristik Akustik Inti Batang Kelapa Sawit

Sebagai Material Teknik Akustik Alternatif Dengan Metode Simulasi, Tugas

Sarjana Teknik Mesin, Tidak Dipublikasikan, Medan 2004.


108

LAMPIRAN


109

Lampiran 1

Titanium

Physical Properties Metric English

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


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"�


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��$�� ! %��(��&��"% &�&��

�� %�� &�$�� (�� (�� !�&�"� &��"�� &�� %�� !� �

"��!��

&�$�� !��"�!� &�� "! � !��!��! � (�� &��!� �� $"��

��

"�%��!�� %��&��"��(��$��" ��*�


112

�� "�!� "��%�� &�$�� " �� (�� (�� &��(�!�"��

&�$��

%�! ��%��$�&�%��"�!�&,*�

� +�� ,�" � !��"�!� "��%�� &�$�� !�%� ��"%��$� !��"�!� "��%��

(��&��0$��"��&�� "��$��" ��&�� %��!� �"��!��

%�� !�&�"� �� $"�� "�%��!�� %�� &��

"��(��$��" ��*�

� 5�� &�$�� $�� "�!�� $��

�� % %�� "0!��!� �� $��%!��

� 7��!��&�$��!��(��&�! ��%"��$0$��$��" ��& �*�

�

��%�$��

,�" � ��"�!� ��%�� !0&�� " �� ! �� &�� >�$ �%��

!��"�!� "��%�� &�$�� %�� !��%�� !� &�$�� &��

�� ! %��

�

��%�$�+�

��!�� !��"�� " � !��"�!� "��%�� ! "� %�� !� � "��!��

&�$ �� ! "�� "��%��;$��" �� "��!�� %�� &��"% &�

&�$�� ! %�� %�!�$�� !�"�� % "�� &��

��%!��%��!�"��%�(��%��" !��

�

��%�$�5�

.�1�� &��!��!��"��" �!��"�!�"��%��$��"�!�!�&��

"�!��! ��%��!��%�� !�&�$��

.1� ��$�� $ �� !��"�� " � !��"�!� "��%�� "��

��$�" �"�!��! ��%��!��%�� !�&�$�� ! %��

��

�

��%�$�7�

��$�� $�%�%� �� &��"� $��" �� %�� !� � "��!��

��%(��!"�� " � !��"�!� "��%�� $�� "�!�!� &�� "�!��! �� &�$��

�� ! %��"�� ! "� %��!� �"��!��!��%�� !��$�" �

��" �!��"�!�"��%�� %�� &�%(��!"��0$�� $�%�%� ��

&��"�$��" ��

�


113

��%�$�3�

.�1�4�!�� #�� %��!� �"��!��#��

� ��!��!��" �!��"�!�"��%��(��!�$��&��%(��!"��*�

� ��%��$�!��)��!��#�&��(��"��%��*�

+�� (��"�� $��0�� %�$� ��!� �� !��"�!� "��%��

%�" ��" ��(��+�.!��1�� $��%�"�$��"��&�� !��

��%!��%��(��!�� #��&��&�� &�$��&��"�

$��" �� &�� %!��%�� "��%� (�� &�� "��!�� (��

��%��" !��%��!��%!��%��$��(��&��&��$ ��

5�� #�� %�� &��"% &� &�$�� (�!� .�1� &�)��! �"��

&�$�� ?�� (�� $�>�� ! "��&�$�"�� !��"�!�"��%��

&��%�!�� %��!� �"��!��(��%��" !��

�

��%�$�8�

.�1�,�� %��!� �"��!��(��!�$��0��%��

� �� " � !��"�!� "��%�� $�� $0�� &�� "�!��! �� &�$��

�� ! %��

�� #�� &�%�% ��"�� &�$�� "! � %�$��!-$��!�(�� .& �1�

!��

!��! ��%�#�"�&�!�!��"�� ! %��

� �� " � !��"�!�"��%�� $�� "�!�!� &�� ! %�� &��(�!�"��

!�!��$�" ��

�

��%�$�9�

�� ! %�� $��$�" ��&��!��$�&�!�!��"��

��!�!��"��&��:�"��!��

��&��!��$��7��0��223�

��!��" ��& ��

�

4��0�0�� % ��!��&#��

�

�

�

�

�

�


114

�� !"� �!�

�# $�$%� �# �#"!� #&�"��! &�$ &� ��!'$ �

(��$ �� &&��)*� ( #�#"��

�

,�� ,�4��

�

�

�

��!��

&�%�% ��"��&��"�!��! ��!��

�

�� !"� �!!�

�# $�$%� �# �#"!� #&�"��! &�$ &� ��!'$ �

(��$ �� &&��)*� ( #�#"��

�

� /�� <��4��

��,�4��

�

��

�� " ��!��"�!�"��%��&��!�&��" "��&��& ��)��

�1�@��4�&��

��%�� %0 �&�$�>�$��!��%��&� " ��!��"�!�!�"�� (��&��.�1�

%�$��6�.%�� $ �1��!� �! "�!�� " ��)��&�$�" "��

%�!��7�.$��1�&�!�"��


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�


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�


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)


118

Lampiran 4

HASIL SIMULASI

Berdasarkan hasil studi literatur yang ada pada gambar diatas dapat dilihat hasil


telah di-mesh dengan menggunakan software PATRAN pada frekuensi 700 Hz dengan

material stainless steel. Pada gambar diatas terjadi distribusi suara pada gas borne

dengan 3 zona.


studi kebisingan

Documents