Modifikasi Design Dan Uji Eksperimental Silencer Dengan Double Saluran Pada Knalpot Toyota Kijang 7k Yang Terbuat Dari Material Komposit

(1)

TUGAS SARJANA

TEKNIK PENGENDALIAN KEBISINGAN

MODIFIKASI DESIGN DAN UJI EKSPERIMENTAL

SILENCER DENGAN DOUBLE SALURAN

PADA KNALPOT TOYOTA KIJANG 7K

YANG TERBUAT DARI MATERIAL KOMPOSIT

O L E H :

NAMA : PANCA PUTRA MUNTHE

N I M

: 0 3 0 4 0 1 0 92

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M E D A N

(2)

TINTVERSITTAS

St'MATtsRA UTARA

FAKU!-TAS TTKNIK DDPARTEMDN TEKNIK MESIN

IISDAN

200E

TTIGAS SARJAI{A

TEKNIK PENGENDALIAII IGBISINGAI\I

MOI'IFIKASI DESIGNDAN UJI EKSPERIMENTAL

SILINCER DENGAI\I IX)UBLE SALT]RAN

PADA KNALFOT TOYOTA KIJANG 7K

YANG TERBUAT IIARI MATERHL KOMPOSIT

OLEII;

PANCA PUTRA MIINTIIE

NIM:03 04lll l}fil

Ilfisffiiui Obh Iloccn Pembimbing

(3)

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui tingkat kebisingan silencer_knalpot

yang mengalami pengembangan konstruksi dibuat dari material komposit dengan melakukan pengujian secara eksperimental.

Dalam pengujian ini dilakukan beberapa tahap kegiatan atau pengerjaan yaitu, Pemeriksaan engine Toyota Kijang 7K, Pengukuran tingkat tekanan bunyi (sound pressure level), Pengukuran temperatur gas buang pada silencer_{dan melakukan analisa}

secara teoritik tingkat daya bunyi pada silencer_{knalpot berdasarkan sebaran temperatur.}

Setelah melakukan pengujian maka didapatlah data-data tingkat tekanan bunyi yang menunjukkan bahwa silencer_{double saluran menghasilkan tingkat tekanan bunyi}

yang terendah, berikutnya adalah silencer komposit saluran tunggal dan yang tertinggi adalah silencer standard (mild steel).

Jadi, berdasarkan hasil diatas didapat bahwa material komposit dan pengembangan kostruksi dapat mengurangi tingkat tekanan bunyi yang keluar dari knalpot.

(4)

DAFTAR ISI

SPESIFIKASI TUGAS i

KARTU BIMBINGAN ii

ABSTRAK iii

KATA PENGANTAR iv

DAFTAR ISI vi

DAFTAR TABEL x

DAFTAR GAMBAR xiii

DAFTAR NOTASI xvii

BAB 1. PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Batasan 3

1.3 Tujuan Penelitian 4

1.4 Manfaat Penelitian 5

1.5 Sistematika Penulisan 5

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 7

2.1 Knalpot 7

2.1.1 Peredaman Bunyi Pada Knalpot (Silencer) 7 2.1.2 Ruang Ekspansi Pada Silencer 9 2.1.3 Hal-hal Yang Mempengaruhi Peredaman 11

2.2 Material Komposit 11

2.2.1 Klasifikasi Komposit 12

(5)

2.3 Resins 14

2.3.1 Klasifikasi Resin 14

2.3.2 Resin Polyester 15

2.3.3. Sifat-sifat Resin Polyester 15

2.4 Konsep Dasar Tentang Bunyi 16

2.5 Kebisingan 18

2.5.1 Propagasi Bunyi 19

2.5.2 Mesin Sebagai Sumber Kebisingan 20

2.6 Pemantulan dan Penyerapan Material Akustik 23

2.6.1 Frekuensi 26

2.6.2 Kecepatan Perambatan 27

2.6.3 Panjang Gelombang 27

2.6.4 Intensitas 28

2.6.5 Kecepatan Partikel 28

2.6.6 Tekanan Bunyi dan Tingkat Tekanan Bunyi 29

2.6.7 Tingkat Intensitas Bunyi 30

2.6.8 Daya Bunyi Dan Tingkat Daya Bunyi 31

2.7 Tingkat Tekanan Suara 32

2.7.1 Tingkat Tekanan Suara dan Tingkat Tekanan Suara

Berbobor A (Tingkat Bebisingan) 32

2.7.2 Tingkat Tekanan Suara Berbobot A yang Sepadan dan

Kontinyu 33

2.8 Kerangka Konsep 35

2.9 Diagram Alir 36

BAB 3. MODIFIKASI DESIGN SILENCER 37

(6)

3.1 Penentuan Banyak Lubang 38

3.3 Pipa Double Saluran Masuk 41

3.4 Selimut Tabung Silencer ₄₂

3.5 Konstruksi Silencer_{Double Saluran} ₄₃

BAB 4. PENGUJIAN DAN ANALISA TEORITIS 44

4.1 Tahap Pengujian 45

4.2 Pemeriksaan Engine Toyota Kijang 7K 45

4.3 Pengukuran Sound Pressure Level (Lp) 47

4.3.1 Alat Ukur Yang Digunakan 48

4.3.2 Hubungan Sound Pressure Level (Lp) Terhadap

Putaran Mesin 49

4.4 Pengukuran Temperatur Gas Buang 55

4.4.1 Alat Ukur Yang Digunakan 56

4.4.2 Hubungan Temperatur Gas Buang Terhadap

Putaran Mesin 57

4.5 Analisa Teoritik Kebisingan Berdasarkan Sebaran Temperatur 66

4.5.1 Hubungan Lw Silencer Pada Silencer Standar (Mild Steel)

Hasil Analisa Berdasarkan Sebaran Temperatur Terhadap

Temperatur Gas Buang 70

4.5.2 Hubungan Lw Silencer Pada Silencer Komposit Saluran

Tunggal Hasil Analisa Berdasarkan Sebaran Temperatur

Terhadap Temperatur Gas Buang 76

4.5.3 Hubungan Lw Silencer Pada Silencer Komposit Double

Saluran Hasil Analisa Berdasarkan Sebaran Temperatur

(7)

BAB 5. KESIMPULANDAN SARAN 90

5.1 Kesimpulan 90

5.2 Saran 91

DAFTAR PUSTAKA 92

(8)

DAFTAR TABEL

1. Tabel 2.1 Koefisien Serapan Bunyi (α) dari Beberapa Material 25

2. Tabel 2.2 Jarak frekuensi yang Ditransmisikan dan Diterima oleh

Sumber dan Penerima Bunyi 26

3. Tabel 4.1 Data Pemeriksaa dan Penyetelan Engine 46

4. Tabel 4.2 Sound Pressure Level (Lp) pada Pengujian Sumbu X+ 50

5. Tabel 4.3 Sound Pressure Level (Lp) pada Pengujian Sumbu Y+ 51

6. Tabel 4.4 Sound Pressure Level (Lp) pada Pengujian Sumbu X- 52

7. Tabel 4.5 Sound Pressure Level (Lp) pada Pengujian Sumbu Z- 53

8. Tabel 4.6 Karakteristik Thermokopel 56

9. Tabel 4.7 Data Pengukuran Temperatur Pada Titik 1 57

10.Tabel 4.8 Data Pengukuran Temperatur Pada Titik 2 59

15.Tabel 4.13 Besar Tenaga Mesin 67

16.Tabel 4.14 Hasil Analisa Teoritik Kebisingan Silencer Standar

pada Pengukuran Temperatur Titik 1 70

(9)

22.Tabel 4.20 Hasil Analisa Teoritik Kebisingan Silencer Komposit

Saluran Tunggal pada Pengukuran Temperatur Titik 1 76

Double Saluran pada Pengukuran Temperatur Titik 1 83

Double Saluran Pengukuran Temperatur Titik 2 84

(10)

(11)

DAFTAR GAMBAR

1. Gambar 2.1 Ruang Ekspansi Tunggal 9

2. Gambar 2.2 Ruang Ekspansi Ganda dengan Penghubung Luar 10

3. Gambar 2.3 Ruang Ekspansi Ganda dengan Penghubung Dalam 10

4. Gambar 2.4 Klasifikasi Bahan Struktur 11

5. Gambar 2.5 Tiga Elemen Akustik 17

6. Gambar 2.6 Yang Dipukul Menghasilkan Perubahan Tekanan

Diudara karena Getaran 17

7. Gambar 2.7 Kondisi Noise pada Sumber Bunyi 19

8. Gambar 2.8 Gelombang Longitudinal 21

9. Gambar 2.9 Pemantulan dan Penyerapan Bunyi pada suatu Muka

Dataran dari Dua Media Akustik 23

10. Gambar 2.10 Pemantulan dan Penyerapan Energi Bunyi

Pada Media Akustik 24

11. Gambar 2.11 Karateristik Frekwensi 32

12. Gambar 2.12 Hubungan Tingkat Tekanan Suara dengan Waktu 34

13. Gambar 2.13 Konsep Pengujian 35

14. Gambar 2.14 Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian 36

15. Gambar 3.1 Tabung Silencer Standar Toyota Kijang 7K 37

16. Gambar 3.2 Konstruksi Dalam Tabung Silencer Standar

Toyota Kijang 7K 37

17. Gambar 3.3 Gabungan Makroskopis Fasa-fasa

(12)

18. Gambar 3.4 Silencer Knalpot Double Saluran 43

19. Gambar 3.5 Kerangka Dalam Silencer Knalpot Double Saluran 43

20. Gambar 4.1 Engine Toyota Kijang 7K 44

21. Gambar 4.2 Engine Tunner EA 800 46

22. Gambar 4.3 Kondisi Pengukuran Knalpot 47

23. Gambar 4.4 Sketsa Pengukuran Kebisingan pada Knalpot 48

24. Gambar 4.5 Sonic 3000 49

25. Gambar 4.6 Hubungan Sound Pressure Level (Lp) pada Sumbu X+

Dengan Putaran Mesin 51

26. Gambar 4.7 Hubungan Sound Pressure Level (Lp) pada Sumbu Y+

27. Gambar 4.8 Hubungan Sound Pressure Level (Lp) pada Sumbu X-

28. Gambar 4.9 Hubungan Sound Pressure Level (Lp) pada Sumbu Z-

29. Gambar 4.10 Titik-titik Pengukuran Temperatur pada Silencer 55

30. Gambar 4.11 Infrared Thermometer 57

31. Gambar 4.12 Hubungan Temperatur dan Putaran pada pengukuran

Temperatur Gas Buang pada Titik 1 58

(13)

37. Gambar 4.18 Hubungan Lw Silencer Standar Hasil Analisa Teoritik

dengan Temperatur pada Titik 1 70

42.Gambar 4.23 Hubungan Lw Silencer Standar Hasil Analisa Teoritik

43.Gambar 4.24 Hubungan Lw Silencer Komposit Saluran Tunggal

Hasil Analisa Teoritik dengan Temperatur pada Titik 1 77

(14)

49.Gambar 4.30 Hubungan Lw Silencer Komposit Double Saluran

(15)

(16)

DAFTAR NOTASI

c = Keceatan Gelombang Bunyi m/s

γ = Rasio panas spesifik ----

Pa = Tekanan atmosfer pascal

ρ = Kerapatan Kg/m3

T = Suhu K, 0C

K = Koduktifitas Lubang Pipa m

2 1

S =

S

ϕ = Perbandingan Luas permukaan Pipa Saluran dan Tabung ---

nt = Banyak Lubang pada pipa saluran silencer m2

St = Luas lubang –lubang pada Silencer m2

l = Tebal Pipa m

E = Modulus Young Pascal

λ = Panjang gelombang bunyi m

f = Frekuensi Hz

I = Intensitas bunyi W/m2

W = Daya akustik Watt

A = Luas Area m2

V = Kecepatan partikel m/det

P = Tekanan pascal

p

_l = Tekanan bunyi pascal

t

P = Tekanan bunyi ditransmisikan pascal

r

(17)

a

P = Amplitudo tekanan bunyi pascal

t = Waktu detik

x = Jarak dari sumber m

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

ref

P = Tekanan bunyi referensi N/m2

rms

p2 = akar tekanan bunyi Pa

I = Intensitas bunyi W/m2

ref

I = Intensitas referensi W/m2

s

W =Total daya bunyi watts

I_s = Maksimum intensitas udara pada jarak radius r

w

L = Tingkat daya bunyi (Sound Power Level) dB

W = Daya bunyi watts

W0 = Daya bunyi referensi Watts

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

kW = Energi atau tenaga mesin kwatts

(18)

Ni = Tenaga mesin PS

VL = Volume langkah torak cm3

n = Putaran poros engkol rpm

VL = Volume langkah torak cm3

TL = transmission loss dB

Se = Luas Permukaan masuk atau keluar m2

Sc = Luas permukaan silencer kanlpot m2

(19)

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui tingkat kebisingan silencer_knalpot

yang mengalami pengembangan konstruksi dibuat dari material komposit dengan melakukan pengujian secara eksperimental.

Dalam pengujian ini dilakukan beberapa tahap kegiatan atau pengerjaan yaitu, Pemeriksaan engine Toyota Kijang 7K, Pengukuran tingkat tekanan bunyi (sound pressure level), Pengukuran temperatur gas buang pada silencer_{dan melakukan analisa}

secara teoritik tingkat daya bunyi pada silencer_{knalpot berdasarkan sebaran temperatur.}

Setelah melakukan pengujian maka didapatlah data-data tingkat tekanan bunyi yang menunjukkan bahwa silencer_{double saluran menghasilkan tingkat tekanan bunyi}

yang terendah, berikutnya adalah silencer komposit saluran tunggal dan yang tertinggi adalah silencer standard (mild steel).

Jadi, berdasarkan hasil diatas didapat bahwa material komposit dan pengembangan kostruksi dapat mengurangi tingkat tekanan bunyi yang keluar dari knalpot.

(20)

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Peningkatan jumlah penduduk yang disertai dengan peningkatan

pertumbuhan ekonomi menyebabkan peningkatan pergerakan yang ditandai

dengan peningkatan permintaan akan kebutuhan transportasi. Hal tersebut

berimplikasi pada kepemilikan jumlah kendaraan sehingga dapat menimbulkan

beberapa masalah lalu lintas dan degradasi lingkungan, diantaranya adalah polusi

suara atau kebisingan. Studi mengenai kebisingan ini penting dilakukan karena

besarnya dampak atau pengaruh kebisingan terhadap manusia (terutama

kesehatan), sedangkan perhatian terhadap kebisingan tersebut sangat kurang

karena dampaknya tidak langsung dapat segera dirasakan.

Orang yang hidup dengan kebisingan lalu lintas cendrung memiliki

tekanan darah tinggi dibandingkan mereka yang tinggal di lingkungan yang lebih

tenang. Polusi suara meningkatkan tekanan darah dan karena itu memiliki dampak

kesehatan jangka panjang. Selain berpengaruh terhadap tekanan darah tinggi,

kebisingan yang diluar ambang batas dapat juga mengganggu kosentrasi manusia

dan menurunkan tingkat produktivitas dan performa manusia, selain itu dampak

lain yang ditimbulkan pada manusia yakni rusaknya koklea telinga dan kenaikan

darah tinggi serta masih banyak dampak lainnya.

Keputusan menteri negara lingkungan hidup no. 48 tahun 1996 (lampiran

A), tanggal 25 nopember 1996 tentang baku tingkat kebisingan menyatakan

(21)

kehidupan manusia dan makhluk hidup lainnya, setiap usaha atau kegiatan perlu

melakukan upaya pengendalian pencemaran dan atau perusakan lingkungan dan

salah satu dampak dari usaha atau kegiatan yang dapat mengganggu kesehatan

manusia, makhluk lain dan lingkungan adalah akibat tingkat kebisingan.

Dari suara yang dihasilkan oleh kendaraan, sekarang ini banyak sekali

penelitian tentang tabung peredam suara (silencer) dengan berbagai macam

metode yang digunakan. Mulai dari merubah bentuk konstruksi dan mengganti

material serta metode yang digunakan untuk menganalisa silencer. Semua

penelitian ini bertujuan untuk lebih sempurna lagi fungsi dan kegunaan knalpot

yang ramah lingkungan. Penuruan tingkat kebisingan knalpot selain dipengaruhi

bentuk struktur juga dipengaruhi oleh bahan/material knalpot.

Pada umumnya silencer knalpot terbuat dari bahan logam seperti mild

Stell, Stainless Stell dan aluminium dimana kalau kita perhatikan bahwasannya

logam-logam tersebut mempunyai Kecepatan yang sangat tinggi dalam

menghantar Frekwenwsi yakni diatas 5000 m/dt .

Penyelidikan dan penelitian tentang knalpot telah dilakukan oleh R

Boonen. P. Sos, melakukan riset tentang tingkat kebisingan bunyi knalpot dengan

menggunakan Active Valve yang diatur secara elektrik [1]. Active Valve tersebut

dipasangkan pada knalpot dan diperoleh hasil penurunan kebisingan 13 dB dan

tekanan sebesar 3 KPa. S. N. Y. Gerges and R Jordan, melakukan pengujian pada

muffler (over silencer) dengan program komputer (TMM = Transfer Matrix

Method) [2]. Penelitian ini meriset Transmisi Loss terhadap frekwensi yang

ditimbulkan oleh knalpot dengan bentuk knalpot oval dan menvariasikan jumlah

(22)

geometri muffler akan mempengaruhi frekwensi muffler terhadap transmisi loss.

Roff Jebasinski dan J. Eberspacher, melakukan penyelidikan sound pressure level

dan transmission loss terhadap putaran dari tiga jenis saluran pipa dalam silenser

yang berbeda. Penelitian menggunakan komputer software wave [3]. Hasil

penggujian komputer ini menyatakan bahwa sound pressure level pada putaran

kurang dari 3000 rpm hampir sama sedangkan pada putaran di atas 3000 rpm

berbeda dari ketiga jenis silencer. Sedangkan hubungan pada transmission loss

dengan putaran tidak berbeda untuk semua kondisi putaran.

Dilandasi oleh penjelasan diatas penulis mencoba melakukan penelitian

yaitu dengan mendesain silencer knalpot pada kendaraan Toyota Kijang 7k

menggunakan bahan komposit. Semakin banyaknya produk yang menggunakan

bahan komposit sebagai bahan alternatif untuk peralatan rumah tangga, peralatan

kedokteran, alat transportasi dan lain sebagainya, oleh karena itu dalam penelitian

ini penulis yakin bahwa komposit mempunyai sifat peredam suara yang lebih baik

dari logam.

1.2 Batasan

1.2.1 Batasan Pengujian

1. Pengujian dilakukan pada lingkungan bengkel terbuka.

2. Pengambilan data awal dari knalpot standar (silencer bentuk tabung oval )

Mobil Toyota Kijang bensin 7 K.

3. Pengujian dilanjutkan dengan knalpot yang silencernya terbuat dari bahan

komposit dengan kostruksi dalam tabung silencer sama dengan knalpot

(23)

4. Pengujian dilanjutkan dengan knalpot yang silencernya terbuat dari bahan

komposit bersaluran dalam ganda dengan perlakuan yang juga sama

dengan No2.

5. Kebisingan suara knalpot standar dan knalpot yang silencernya terbuat

dari bahan komposit bersaluran dalam ganda (double saluran) menjadi

bahasan utama.

1.2.2 Batasan Pengembangan Konstruksi (Modifikasi Design)

Batasan dalam pengembangan konstruksi silencer ini adalah :

1. Selimut tabung silencer diubah dari bahan mild steel menjadi bahan komposit.

2. Perubahan konstruksi terjadi pada komposisi dalam tabung silencer yaitu

berupa pemberian lubang-lubang pada saluran masuk silencer dan

menambahkan pipa selongsong dalam tabung silencer yang akan diposisikan

tepat menyelubungi pipa saluran masuk silencer ( double saluran ).

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini dibagi atas :

1. Tujuan umum

2. Tujuan khusus

1.3.1 Tujuan umum

Membandingkan tingkat kebisingan pada silencer knalpot yang dibuat dari

bahan komposit dengan saluran dalam ganda terhadap knalpot standar yang

dipasang pada mobil kijang 7K (Motor Bensin) dengan melakukan pengujian

(24)

1.3.2 Tujuan khusus

1. Dapat mengetahui perubahan suara pada ketiga jenis tabung peredam dengan

memberikan variasi putaran.

2. Dapat mengetahui nilai sebaran temperatur gas pada ketiga jenis silencer yang

diuji.

3. Memperoleh nilai tingkat daya bunyi (sound power level) pada silencer

knalpot dari nilai transmissian loss berdasarkan sebaran temperatur gas.

1.4 Manfaat Penelitian

Penelitian diharapkan mempunyai manfaat terhadap :

1. Memperoleh informasi memadai tentang silencer knalpot yang terbuat dari

bahan komposit saluran dalam ganda sebagai kajian awal dan nantinya untuk

dapat dikembangkan agar hasilnya lebih baik kepada perset lain maupun pihak

perguruan tinggi

2. Menambah khasanah terhadap pribadi.

3. Memberikan informasi kepada masyarakat pemakai dan industri tentang

silencer knalpot yang terbuat dari bahan komposit saluran dalam ganda.

1.5 Sistematika Penulisan

Tugas akhir ini meliputi 5 bab, dengan garis besar isi dari setiap babnya

adalah sebagai berikut :

• Bab I memuat latar belakang, perumusan masalah, batasan penelitian,

(25)

• Bab II memuat landasan teori yang memuat teori-teori perancangan

silencer (peredam pada knalpot), material komposit, gelombang suara dan

kebisingan.

• Bab III modifikasi design silencer.

• Bab IV mencakup hasil pengujian eksperimental dan pembandingan

data-data hasil pengujian serta analisa teoritik sound power level.

(26)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Knalpot

Knalpot adalah alat peredam kebisingan yang dipasang pada kendaraan,

pada knalpot terdapat tabung peredam suara yang disebut silencer. Secara umum

knalpot pada kendaraan berfungsi untuk mengalirkan gas pembakaran engine dan

menstabilkan kerja engine terhadap lingkungan. Ada banyak bentuk tabung

peredam knalpot dilapangan, ini bergantung kepada mesin kendaraan dipasang.

Secara spesifik knalpot pada kendaraan berfungsi untuk :

1. Meredam suara engine agar tidak keras.

2. Mengurangi keluarnya zat-zat berbahaya dari asap kendaraan.

3. Memperlambat kecepatan gas buang keluar kendaraan.

4. Mengalirkan panas pembakaran engine.

2.1.1 Peredaman bunyi pada knalpot (silencer)

Salah satu cara mengurangi kebisingan (noise) mesin kendaraan, adalah

memasang peredam suara yang sebaik-baiknya, terutama pada bagian yang

menampung aliran udara atau aliran gas buang. Dalam hal ini perhatian khusus

ditujukkan untuk mengurangi kebisingan yang disebabkan oleh gas buang.

Pada dasarnya konsep peredamaman pada knalpot adalah tekanan dan

kecepatan gas buang yang keluar dari engine dihambat / diturunkan oleh dinding

penyekat, lubang–lubang yang terdapat pada pipa di dalam tabung peredam

(27)

Besarnya tekanan dan kecepatan gas yang menghantam dinding dalam

tabung peredam (silencer) akan menghasilkan gesekan dan frekwensi getar yang

besar. Dari sisi dalam sampai sisi luar dinding material akan terjadi perambatan

gelombang frekwensi, dan kemudian diradiasikan ke udara luar sehingga bisa

terdengar. Hal penting yang harus diperhatikan adalah bahwa peredaman

bukanlah berfungsi menghambat aliran gas semata. Proses peredaman

menyangkut persoalan akustik untuk mengurangi frekwensi gelombang suara

yang tinggi.

Tabung peredam (silencer) yang akan diujii dalam penelitian ini terbuat

dari komposit, perambatan frekwensi gelombang pada material dinding silencer

dipengaruhi oleh keberadaan bahan komposit dan perubahan konstruksi dalam

tabung silencer tersebut.

Ada dua pertimbangan perancangan yang utama dalam perancangan

peredam suara pada knalpot (silencer), yaitu :

a. Cara Absorpsi

Prinsip yang digunakan adalah mengurangi transmisi energi suara dengan

memasang suatu bahan peredam (bahan absorbsi) pada bagian yang luas dari

saluran (pipa) yang dipengaruhi oleh energi suara tersebut.

b. Cara Refleksi

Dalam hal ini transmisi energi suara dipengaruhi dengan memperhitungkan

adanya gelombang balik, yang bergerak kembali kearah sumber suara. Pada

cara ini dipasang suatu tabung pada saluran sehingga transmisi energi suara

(28)

2.1.2 Ruang Ekspansi pada Silencer

Dalam memilih bentuk ruang ekspansi suatu knalpot, terlebih dahulu harus

dipilih salah satu diantara dua jenis ruang ekspansi, yaitu :

a. Ruang Ekspansi Tunggal

b. Ruang Ekspansi Ganda

Ruang ekspansi tunggal, membutuhkan perbandingan 2 1 s

s yang cukup

besar supaya hasil pengurangan transmisinya besar. Daerah frekwensi ruang

ekspansi dapat dilihat pada lampiran b2, dari grafik tersebut terlihat bahwa

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

2 f

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

mengetahui pada frekwensi berapa grafik daripengurangan transmisi itu akan

berulang kembali .

Gambar 2.1 Ruang Ekspansi Tunggal

Ruang ekspansi ganda terdiri dari 2 macam, yaitu : ruang ekspansi ganda

dengan penghubung luar dan ruang ekspansi ganda dengan penghubung dalam.

Cara untuk mencari pengurangan transmisinya sama dengan bentuk lain, yaitu

(29)

luas ( S2/S1 ) = m = φ dan menentukan harga frekwensinya dimana harga

pengurangan transmisi suara itu bekerja.

Gambar 2.2 Ruang Ekspansi Ganda Dengan penghubung luar

Gambar 2.3 Ruang Ekspansi Ganda Dengan penghubung dalam

Untuk memperkecil frekwensi dari sistem pipa pada tabung silencer maka

pada pipa dibuat lubang. Untuk menetukan banyak lubang untuk setiap pipa pada

tabung silincer dapat digunakan rumus berikut [4] :

{

}

t t

t K l + 0,8 S n =

S 2.1

Dimana,

nt = banyak lubang

St = luas masing-masing lubang (m2)

l = tebal pipa (m)

(30)

Sedangkan untuk mendapatkan nilai konduktivitas lubang dapat digunakan rumus

sebagai berikut [4]:

(

)

2 2 2 f

K = V

c π

2.2

Dimana,

f = frekwensi dari harga pengurangan transmisi (Hz)

V = volume tabung (m3)

c = kecepatan gelombang suara dalam gas (m/s)

2.1.3 Hal-hal yang mempengaruhi peredaman

1. Volume silencer.

2. Konstruksi dan Bentuk silencer.

3. Jenis bahan yang digunakan silencer.

4. Panjang saluran masuk dari engine ke saluran masuk silencer.

2.2 Material Komposit

Material Teknik sebagai bahan struktur dikenal dalam empat klasifikasi

Gambar 2.4 Klasifikasi Bahan Struktur

BAHAN STRUKTUR

LOGAM POLIMER KERAMIKS KOMPOSIT

Konvensional

(31)

Komposit adalah material multiphase. Namun kebanyakan komposit

tersusun dari 2 phasa, dimana salah satu phasa penyusunya disebut dengan nama

MATRIK yang secara kontinu mengisolasi fasa lainnya yang dikenal dengan

nama PENGUAT.

2.2.1 Klasifikasi Komposit

1. Komposit serat (fibricus composite) yaitu komposit yang terdiri dari serat

dan matriks (bahan dasar) yang diproduk secara fabrikasi, misalnya serat +

resin sebagai bahan perekat.sebagai contoh adalah FRP (fiber reinforce

plastik) plastik diperkuat dengan serat dan banyak digunakan. Yang sering

disebut fiber glass.

2. Komposit Lapis (laminated composite) yaitu komposit yang terdiri dari

lapisan dan matriks, yaitu lapisan yang diperkuat oleh resin sebagai contoh

plywood, laminated glass yang sering digunakan sebagai bahan bangunan

dan kelengkapannya.

3. Komposit partikel (particulate composite) yaitu komposit yang terdiri dari

partikel dan matriks yaitu butiran (batu, pasir) yang diperkuat dengan

semen yang kita jumpai sebagai beton

2.2.2 Kelebihan Bahan Komposit

Sifat-sifat mekanikal dan fisikal

1. Pada umumnya pemilihan bahan matriks dan serat memainkan peranan

(32)

2. Gabungan matriks dan serta dapat menghasilkan komposit yang

mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahan

konvensional seperti keluli.

3. Bahan komposit mempunyai density yang jauh lebih rendah berbanding

dengan bahan konvensional. Ini memberikan implikasi yang penting

dalam konteks penggunaan karena komposit akan mempunyai kekuatan

dan kekakuan spesifik yang lebih tinggi dari bahan konvensional.

Implikasi kedua ialah produk komposit yang dihasilkan akan mempunyai

kerut yang lebih rendah dari logam. Pengurangan berat adalah satu aspek

yang penting dalam industri pembuatan seperti automobile dan angkasa

lepas. Ini karena berhubungan dengan penghematan bahan bakar.

4. Dalam industri angkasa lepas terdapat kecendrungan untuk menggantikan

komponen yang diperbuat dari logam dengan komposit karena telah

terbukti komposit mempunyai rintangan terhadap fatigue yang baik

terutamanya komposit yang menggunakan serat karbon.

5. Kelemahan logam yang agak terlihat jelas ialah rintangan terhadap kakisan

yang lemah terutama produk yang kebutuhan sehari-hari. Kecendrungan

komponen logam untuk mengalami kakisan menyebabkan biaya

pembuatan yang tinggi.

6. Bahan komposit juga mempunyai kelebihan dari segi versatility (berdaya

guna) yaitu produk yang mempunyai gabungan sifat-sifat yang menarik

yang dapat dihasilkan dengan mengubah sesuai jenis matriks dan serat

yang digunakan. Contoh dengan menggabungkan lebih dari satu serat

(33)

2.3 Resin

Resins adalah material yang non metalic dan untuk membentuknya dapat

dicetak, dicor, ataupun extruded dan dapat digunakan sebagai isolasi. Resins

merupakan zat organik yang komposisinya terdiri dari kombinasi Hidrogen,

Carbon, Oksigen, Nitrogen dimana bahan mineralnya adalah COAL (Batu Bara),

Ptroleum dan Bahan-bahan tanaman.

2.3.1 Klasifikasi Dari Resin

Secara umum resin diklasifikasikan menjadi 2 bagian :

1. Thermoplastic

Bahan termoplastik yang lazim dipergunakan sebagai matrik komposit adalah

sebagai berikut :

• Acetal

• Acryronitrile Butadiene Styrene (ABS)

• Nylon

• Polyenthyene (PE)

• Polypropylene (PP)

• Polyethylene Terephthalate (PET)

2. Thermosetting

Polimer thermosetting biasanya memiliki daya tahan terhadap temperatur

(34)

Bahan termosetting yang lazim dipergunakan sebagai matrik komposit adalah

sebagai berikut :

• Polyester

• Vinyl Resin

• Epoxy

• Phenolic

• Polyurethane

Didalam penelitian ini dibahas proses pembentukan knalpot dengan bahan

komposit yang diuji dengan Polimer Thermosetting jenis Polyester.

2.3.2 Resin Polyester

Resin Polyester didefinisikan sebagai suatu molekul-molekul zat yang

mengandung lebih dari satu digolongkan kedalam polyester-α (yang termasuk

proses internal, proses terminal atau pada suatu siklus struktur yang mampu

diubah bentuk aplikasi thermoset. Istilah-istilah ini digunakan untuk

mengindikasikan resin berada diantara golongan thermoset resin cair dengan

viskositas relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis

tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan yaitu tidak perlu diberi tekanan pada

saat pencetakan.

2.3.3 Sifat-Sifat Resin Polyester

1. Didalam sifat termalnya, resin polyester memiliki suhu deformasi termal

lebih rendah dari pada resin termoset lainnya.

2. Matriks tersebut dapat menghasilkan keserasian matriks-penguat dengan

(35)

3. Memiliki sifat listirik yang cukup baik diantara resin termoset lainnya.

4. Mengenai ketahanan kimia, kuat terhadap asam tetapi lemah terhadap

alkali dan bahan ini mudah mengembang dalam pelarut yang melarutkan

polimer stiren.

5. Kemampuan terhadap cuaca sangat baik, tahan terhadap kelembapan dan

sinar Ultra Violet bila dibiarkan diluar.

2.4 Konsep Dasar Tentang Bunyi

Bunyi dapat digambarkan sebagai variasi tekanan yang dapat terdeteksi

telinga manusia. Bunyi adalah hasil getaran sebuah benda. Getaran dari sumber

bunyi menggetarkan udara sekitarnya, dan merambat ke segala arah sebagai

gelombang longitudinal. Bunyi secara psikologis, didefenisikan sebagai hasil dari

variasi-variasi tekanan di udara yang berlaku pada permukaan gendang telinga

mengubah tekanan ini menjadi sinyal-sinyal elektrik dan diterima otak sebagai

bunyi. Bunyi secara fisis adalah Penyimpangan tekanan akibat pergeseran

partikel benda pada medium udara. Bunyi juga dapat didefenisikan sebagai

gangguan fisik dalam media yang dapat dideteksi oleh telinga manusia.

Pengertian ini menetapkan kebutuhan akan adanya media yang memiliki tekanan

dan elastisitas sebagai media pemindah gelombang bunyi.

Tiga Elemen utama yang perlu diperhatikan dalam setiap situasi akustik

adalah Sumber – Jejak perambatan – Telinga (Penerima) peristiwa tersebut dapat

(36)

Gambar 2.5 Tiga elemen Akustik

Penyimpangan tekanan biasa disebabkan oleh benda yang bergetar seperti

garpu tala yang dipukul (Gambar 2.6.)

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

Gelombang bunyi menjalarkan didalam benda padat, benda cair, dan gas.

Bunyi tidak merambat melalui ruang hampa udara (vakum). Bunyi merambat

melalui suatu medium dengan cara memindahkan energi kinetik dari satu molekul

lainnya dalam medium tersebut. Gelombang bunyi juga dapat menjalar ke

bahan-bahan lainnya. Oleh karena itu, bunyi tidak dapat berpindah tanpa adanya bahan-bahan

atau medium perantara. Bunyi memerlukan waktu untuk merambat dari suatu

tempat ke tempat yang lain. Kecepatan bunyi pada setiap bahan berbeda-beda.

Bunyi dapat didengar oleh telinga manusia, apabila mempunyai frekuensi

antara 16 Hz sampai 6 kHz. Jangkauan frekuensi ini disebut frekuensi audio

(audible range). Frekuensi bunyi dibawah ambang batas pendengaran manusia

(<16Hz) disebut frekuensi infrasonik. Sedangkan frekuensi diatas ambang batas

(37)

Secara umum tingkat frekwensi yang dipakai dalam pengukuran akustik

lingkungan adalah 125. 250. 500. 1000. 2000 dan 4000 Hz atau 128. 256 .512.

1024. 2048. 2048 Hz . Tekanan bunyi dan frekwensi sangat berpengaruh terhadap

kebisingan.

2.5 Kebisingan

kebisingan didefenisikan sebagai bunyi yang tak dikehendaki, atau yang

menyebabkan rasa sakit. Bunyi keras yang menyebabkan rasa sakit ini umumnya

disebabkan oleh kenaikan tekanan bunyi. Kebisingan dapat dirasakan apabila

bunyi mempunyai tekanan diatas 60 dB. Sebuah studi telah dilakukan pada

berbagai sumber bunyi yang terjadi pada lingkungan kita yang tergolong bising

[image:37.595.198.449.431.721.2]

maupun tidak. Seperti terlihat pada gambar dibawah ini :

(38)

2.5.1 Propagasi Bunyi

Dalam teknik pengendalian kebisingan identifikasi propagasi atau jalanya

rambatan bunyi mencakup komponen mana saja yang berpotensial meneruskan

dan merefleksikan kembali bunyi pada suatu konstruksi. Gelombang bunyi

berpropagasi dalam bentuk gelombang kompresi yang berjalan dengan kecepatan

bunyi dalam medium sekitarnya. Gelombang longitudinal sebagai penghantar

energi bunyi berpropagasi pada medium-medium yang memiliki tekanan dan

elastisitas seperti plasma, gas, fluida dan solid. Gelombang bunyi menjalar di

udara bergantung pada elastisitas dan kerapatan udara. Propagasi

bunyi/kebisingan dari sumber bunyi/kebisingan dapat dikategorikan atas tiga

bagian utama, yaitu :

1. Solid/structure borne

2. Air Borne

3. fluid borne

Air borne merupakan penyebab kebisingan akibat fenomena turbulen, shock dan

pulsasi di dalam media udara atau gas. Solid borne / struktur borne adalah

fenomena kebisingan yang terjadi pada benda solid akibat dari impak, medan

magnet dan lainnya. Sedangkan fluid borne adalah kebisingan pada fluida yang

disebabkan oleh gejala-gejala turbulen, kavitasi dan pulsasi.

Pada sistem teknik mesin, gejala-gejala penyebab kebisingan yang sering

timbul dapat digolongkan atas tiga yaitu :

1. Mechanical Noise : Kebisingan akibat fenomena mekanikal, antara lain

(39)

2. Electro Noise : Kebisingan akibat fenomena elektro, antara lain trafo,

generator dan lainya.

3. Hydro Noise : Kebisingan akibat fenomena hydro, antar lain aliran

turbulen, instalasi pipa dan lainya.

2.5.2 Mesin Sebagai Sumber Kebisingan

Berhubung mesin mobil sebagai sumber kebisingan, dimana tekanan

pembakaran yang terjadi pada motor bensin berkisar antara 30-60 Bar, temperatur

pembakaran dapat mencapai 2000-2500 0C dan kecepatan rata-rata piston

mencapai 20 s/d 40 m/dtk.

Untuk kondisi tertentu temperatur gas yang keluar pada saluran knalpot

putaran lambat 300 s/d 500 C0, tekanan gas keluar pada saluran gas buang

(Exhaust Port) 1–3 Bar. Pada putaran tinggi temperatur mesin mencapai 700 s/d

1000 C0, sedangkan tekanan gas yang keluar dari saluran gas buang (Exhaust Port)

mencapai kisaran 3 – 5 Bar.

Penyebab naik turunnya hal tersebut diatas akan tergantung oleh putaran

mesin. Semakin tinggi putaran mesin maka kecepatan gerakan piston, temperatur,

tekanan gas buang semakin tinggi dan akibatnya pada knalpot mengeluarkan suara

kebisingan. Kecepatan gerakan piston rata- rata seperti rumus dibawah [7] :

2.3

m

.

det

30

n

(40)

Dimana,

V m = Kecepatan rata-rata piston (m/dtk)

S = Langkah piston (mm)

n = Putaran (rpm)

Suara yang kita dengar ditimbulkan oleh reaksi pembakaran dalam engine

disalurkan melalui knalpot merupakan suatu frekwensi gelombang yang merambat

melalui udara.

Gambar 2.8 Gelombang longitudinal

Besar sound power level (Lw) mesin dapat diketahui dengan menggunakan rumus

berikut ini [10]:

2.4

Dimana : Lw = Sound Power Level (dB)

Ni = Daya mesin (kW)

l_in = Panjang Pipa (m) 10 i

Lw 95 5Log N 1.8

in

l

(41)

Sedangkan untuk menghitung transmission loss (TL) untuk kehilangan bunyi pada

pada saluran gas buang (knalpot) dapat digunakan rumus sebagai berikut [11] :

2.5

Dimana : TL : Transmission Loss (dB)

Sc : Luas Penampang Pipa (m2)

Se : Luas Penampang tabung silencer (m2)

Tingkat kebisingan suara yang terlalu besar yang disebut directivity adalah

penjalaran berdasarkan tekanan dari sumber (Sound Pressure Level atau Lp).

Tekanan tersebut dapat dihitung dengan menggunakan rumus dibawah ini :

2.6

Dimana,

Lp = Sound Pressure Level (db)

P ref = 0.00002 pa

P atm = 101300 pa

Untuk beberapa Band Level (titik – titik pengukuran) yang telah diketahui sound

pressure levelnya dapat dicari jumlah total tekanan suaranya dengan cara

Determinasi OVERALL LEVEL [5], yaitu :

1 2

0,1L 0,1L 0,1Ln

tot

Lp =10 log(10 +10 +... 10+ 2.7

Dimana,

Lptot = sound pressure level total dari band level

2 atm

2 ref P

Lp 20 Log

P = 2 2 c e 10 e c

S S 2 Lc

TL=10 log 1 0.25 sin

(42)

L1 = sound pressure level pada band pertama (titik 1)

L2 = sound pressure level pada band kedua (titik 2)

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

2.6 Pemantulan dan Penyerapan Material Akustik

Apabila gelombang bunyi datang pada suatu permukaan, kemungkinan

yang terjadi adalah :

1.Dipantulkan semua.

2.Ditransmisikan semua.

3.Sebagian akan dipantulkan dan sebagian lagi akan ditransmisikan.

Gelombang Datang Gelombang

Pantul

Gelombang Datang

Gelombang Pantul

Gelombang diserap/ ditransmisikan

1 1c

ρ ρ2c2

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

Misalkan dua media akustik dengan sifat impedansi ρ₁c₁ dan ρ₂c₂, dimana

gleombang bunyi datang dari arah kiri merambat tegak lurus terhadap permukaan

datar. Jika ρ₁c₁ lebih kecil dari ρ₂c₂, maka sebagian energi gelombang bunyi

akan diserap atau ditramisiskan kedalam material akustik dan sebagian lagi akan

dipantulkan. Semakin besar perbedaan nilai ρ₁c₁ dan ρ₂c₂maka semakin besar

daya penyerapan gelombang bunyi oleh material akustik.

Pemantulan bunyi adalah fenomena dimana gelombang bunyi dibalikkan

dari suatu permukaan yang memisahkan dua media. Pemantulan bunyi ini juga

mengikuti kaidah pemantulan, dimana sudut datangnya bunyi selalu sama dengan

(43)

Jumlah energi bunyi yang dipantulkan oleh suatu permukaan bergantung

pada luas permukaan yang dikenainya. Dinding lantai, dan langit-langit datar

dapat menjadi pemantul yang baik maupun sebaliknya. Bahan-bahan yang kurang

tegar dan berpori seperti kain, tirai dan taplak perabotan merupakan bahan

menyerap bunyi.

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

Proses pemindahan daya bunyi dalam ruangan tertentu untuk mengurangi

tingkat tekanan bunyi disebut penyerapan bunyi. Proses ini berkaitan dengan

penurunan jumlah energi di udara yang menjalar hingga mengenai suatu media

berpori atau fleksibel. Energi terserap ketika gelombang bunyi yang dipantulkan

dari disebut koefisien serapan bunyi dari material. Harga koefisien serapan bunyi

ini tergantung dari sifat material, frekuensi bunyi dan sudut gelombang bunyi

ketika mengenai permukaan material. Koefisien serapan bunyi (α) adalah [6] :

α = Ia / Ii 2.8

Dimana : Ia = Intensitas bunyi yang diserap (W/m2)

(44)

Tabel 2.1 Koefisien Serapan bunyi (α) dari beberapa material

Material Sound Absorption Coefficient - α

Plaster walls 0.01 - 0.03 Unpainted brickwork 0.02 - 0.05 Painted brickwork 0.01 - 0.02 3 mm plywood panel 0.01 - 0.02 6 mm cork sheet 0.1 - 0.2 6 mm porous rubber sheet 0.1 - 0.2 12 mm fiberboard on battens 0.3 - 0.4 25 mm wood wool cement on battens 0.6 - 0.07 50 mm slag wool or glass silk 0.8 - 0.9 12 mm acoustic belt 0.5 - 0.5 Hardwood 0.3 25 mm sprayed asbestos 0.6 - 0.7 Persons, each 2.0 - 5.0 Acoustic tiles 0.4 - 0.8

Sumber : http/www.engineering tool books.com

Total luas daerah yang diserap (Total Room Sound Absorption) [6].

A = S1α1 + S2α2 + .. + Snαn = ∑ Siαi 2.9

Dimana : A =Luas Permukaan yang diserap (m2).

Sn = Luas daerah permukaan (m2).

αn = koefisien serapan dari permukaan material.

Koefisien Serapan Rata-Rata (Mean Absorption Coefficient )[6]

am = A / S 2.10

Dimana , am = Koefisien Serapan Rata-Rata

(45)

2.6.1 Frekuensi

Frekuensi bunyi dapat didefenisikan sebagai jumlah periode siklus

kompresi dan regangan yang muncul dalam satu satuan waktu.

f = 1/t 2.11

dimana : f = Frekuensi (Hz)

t = Waktu (detik)

Dalam tabel 2.2 berikut dapat dilihat jarak frekuensi yang dapat ditransmisikan

[image:45.595.115.463.337.727.2]

dan diterima oleh beberapa sumber dan penerima bunyi

Tabel 2.2 Jarak frekuensi yang ditransmisikan dan diterima oleh sumber dan penerima bunyi

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

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

(46)

2.6.2Kecepatan Perambatan

Bunyi bergerak pada kecepatan berbeda pada tiap media. Pada media gas

atau udara, cepat rambat bunyi bergantung pada kerapatan, suhu, dan tekanan

dapat diperoleh dari persamaan berikut [8]:

c = γ. a γ R T

ρ

Ρ ₌

2.12

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

γ = Rasio panas spesifik (untuk udara = 1.41)

Pa = Tekanan atmosfer (pascal)

ρ = Kerapatan (Kg/m3)

T = Suhu (K)

Pada media padat bergantung pada modulus elastisitas dan kerapatan, sedangkan

pada media cair bergantung pada modulus bulk dan kerapatan [8].

c = ρ

E

2.13

dimana : E = Modulus Young (Pascal)

ρ = Kerapatan (Kg/m3)

2.6.3 Panjang Gelombang

Panjang gelombang bunyi dapat didefenisikan sebagai jarak antara dua

muka gelombang berfase sama. Hubungan antara panjang gelombang, frekuensi

dan cepat rambat bunyi dapat ditulis :

f c =

(47)

Dimana : λ= Panajng gelombang bunyi (m)

c = Cepat rambat bunyi (m/s)

f = Frekuensi (Hz)

2.6.4 Intensitas

Intensitas bunyi adalah aliran energi yang dibawa gelombang udara dalam suatu

daerah per satuan luas. Intensitas bunyi pada tiap titik dari sumber dinyatakan

dengan:

I =

A W

2.15

Dimana : I = Intensitas bunyi (W/m2)

W = Daya akustik (Watt)

A = Luas Area (m2)

Ambang batas pendengaran manusia, yaitu nilai minimum intensitas daya bunyi

yang dapat dideteksi telinga manusia adalah 10-6 W/cm2. Intensitas maksimum

bunyi yang dapat diterima tanpa menyebabkan kerusakkan adalah sekitar 10-3

W/cm2.

2.6.5 Kecepatan Partikel

Radiasi bunyi yang dihasilkan suatu sumber bunyi akan

mengelilingi udara sekitarnya. Radiasi bunyi ini akan mendorong dan partikel

udara yang dekat dengan permukaan luar sumber bunyi. Hal ini akan

menyebabkan bergeraknya partikel-partikel disekitar radiasi bunyi yang disebut

(48)

Hubungan tekanan dengan kecepatan partikel sebagai berikut [10]: V = c . ρ Ρ 2.16

Dimana : V = Kecepatan partikel (m/det)

P = Tekanan (pascal)

ρ = Massa jenis bahan (kg/m3)

c = Kecepatan rambat gelombang (m/det)

Untuk permasalahan solidborne dapat dianalogikan menjadi persamaan

. ρ

σ = c.V 2.17

Dengan asumsi :

1. Gelombang yang terjadi di solid adalah gelombang bidang

2. Persamaan diatas dapat diturunkan menjadi gerak di benda solid

3. Reaksi medium solid berupa tegangan, sedangkan pada udara berupa

tekanan

2.6.6 Tekanan Bunyi dan Tingkat Tekanan Bunyi

Tekanan bunyi adalah variasi tekanan diatas dan dibawah tekanan

atmosfer, dalam satuan pascal. Variasi tekanan ini sifatnya periodik, satu variasi

tekanan komplit disebut juga sebagai satu siklus frekuensi. Secara umum

persamaan gelombang tekanan bunyi datang dapat dituliskan sebagai :

) .

2

sin( f t k₁_.x P

Pl = a π − 2.18

Dan persamaan untuk gelombang ditransmisikan dan dipantulkan adalah :

) . 2

sin( f t k₂t P

P_t= _a π − 2.19

) . 2

sin( f t k₁x P

(49)

Dimana : P_l = Tekanan bunyi (N/m2 atau Pal)

P_t = Tekanan bunyi ditransmisikan (N/m2 atau Pa)

P_r = Tekanan bunyi dipantulkan (N/m2 atau Pa)

P_a = Amplitudo tekanan bunyi (N/m2 atau Pa)

f = Frrekuensi (Hz)

t = Waktu (detik)

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

c f

π

2

x = Jarak dari sumber

Tingkat tekanan bunyi didefenisikan dalam persamaan berikut :

Lp = 10 log

2 ) (         ref P t p

dB 2.21

Dimana : Lp = Tingkat tekanan bunyi (Sound Pressure Level/SPL), dB

Pref = Tekanan bunyi referensi, 2 x

10-5

N/m2 untuk bunyi udara

p (t) = Tekanan bunyi, Pa

2.6.7 Tingkatan Intensitas Bunyi

Intensitas bunyi sangat penting diperhatikan untuk mengetahui radiasi total

yang menuju udara oleh sumber bunyi dan untuk mengetahui tekanan bunyi.

Intensitas bunyi tergantung pada posisi dalam daerah persatuan luas dimana

gelombangnya bergerak secara pararel. Intensitas bunyi akan bernilai maksimum

(50)

Hubungan intensitas bunyi, tekanan bunyi, kecepatan bunyi dan kerapatan

udara adalah sebagai berikut :

p rms Imas. .c

2 ₌ ρ

2.22

Dimana : p_rms= 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

ref I

I

2.23

Dimana : I = Intensitas bunyi, W/m2

I_ref= Intensitas referensi, 10-12 W/m2

2.6.8 Daya Bunyi dan Tingkatan Daya Bunyi

Daya bunyi adalah daya radiasi sumber bunyi yang menuju ke sekitar udara,

dalam satuan watts. Hubungan daya bunyi dengan intensitas bunyi ditulis dalam

persamaan berikut :

) ( ) 4 ( 2

r I r

W_s = π _s 2.24

Dimana, W_s = 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 :

w

(51)

Dimana, L_w = Tingkat daya bunyi, dB

W = Daya bunyi, watts

W0 = Daya bunyi referensi, 10-12 Watts

2.7 Tingkat Tekanan Suara

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

Suara adalah gejala dimana partikel-pertikel udara bergetar dan

menyebabkan perubahan-perubahan dalam tekanan udara, intensitasnya

dinyatakan sebagai tekanan suara. Energi yang yang diperlukan untuk getaran

(Pa), tenaga suara dari sumber (W).

Tekanan suara sebesar 20 Pa adalah tekanan suara minimum yang dapat ditangkap

oleh telinga manusia, atau tekanan suara refrensi efektif.

Tekanan suara juga diukur dalam dB (decibel). Alat-alat ukur tingkat

kebisingan menggunakan rangkaian penyesuaian refrensi yang mengassimilasikan

kepekaan telinga manusia terhadap kenyaringan. Karakteristik penyesuaian

frekuensi ini adalah seperti terlihat pada gambar 2.11

(52)

Tingkat kenyaringan yang di dapat sesudah penyesuaian frekuensi ini

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

tingkat tekanan suara berbobot A = ₂ 0 2 log 10 P P_A 2.26

dan tingkat tekanan suara = ₂ 0 2 log 10 P P

, dimana : P0 = 20 Pa

2.7.2 Tingkat Tekanan suara Berbobot A yang Sepadan dan Kontinyu

Didefinisikan sebagai ”tingkat tekanan suara berbobot A dari kebisingan

yang fluktuasi selama satu periode waktu T, yang dinyatakan sebagai jumlah

energi rata-rata”.

Dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :

        + =       − =

∫

10 10 1 2 0 1 2 2 1 10 10 1 log 10 , , 1 log 10 A a L L Aeq A Aeq n L dan dt P P t t L 2.27

dimana : P0 = Tekanan suara referensi ( 20 Pa )

PA = Tekanan suara berbobot A (waktu A) dari kebisingan target (PA).

Periode waktu adalah dari t1 sampai t2, jumlah contoh-contoh tekanan suara

berbobot A adalah n. Tingkat tekanan suara berbobot A dari kebisingan yang

fluktuasi selama satu periode waktu T dapat dilihat seperti pada gambar 2.12.

(53)

(54)

2.8. Kerangka Konsep

Pelaksanaan penelitian ini dapat dilihat pada diagram alir di bawah ini :

DATA YANG DIOLAH

 SPL, antara : standar, komposit saluran tunggal, dan komposit double saluran

 Temperatur

KESIMPULAN DAN SARAN PERALATAN UJI

Engine Analyser Exhaust Gas Analyser

Sound Level Meter Thermometer

LINGKUNGAN PENGUJIAN Bengkel terbuka temp

330C

VARIABEL Desain Silincer

terbuat dari komposit dengan

saluran ganda VARIABEL Putaran Mesin

idle/langsam

PERMASALAHAN

Suara Kebisingan Knalpot akan direduksi dengan Knalpot Komposit bersaluran ganda

[image:54.595.70.574.118.731.2]

(55)

[image:55.595.212.487.84.690.2]

Gambar 2.14. Diagram alir pelaksanaan penelitian

Pengolahan data hasil pengujian Pembuatan tabung peredam

knalpot dari komposit

Hasil

Pengujian Silencer Standar, Komposit Saluran Tunggal & Komposit Double

Saluran

Kesimpulan

Ya

Tidak

Pemeriksaan ketersediaan peralatan & bahan Penelusuran literatur &

penyusunan proposal Mulai

Modifikasi Silencer Double Saluran

(56)

BAB 3

MODIFIKASI DESIGN SILENCER

3.1 Konstruksi Silencer Standart Toyota Kijang 7 K

Gambar 3.1 Tabung silencer standart Toyota Kijang 7 K

Gambar 3.2 Konstruksi dalam tabung silencer standart Toyota Kijang 7 K

Pada gambar 3.1 dan 3.2 dapat diketahui bahwa knalpot standart Toyota Kijang 7K

menggunakan bentuk peredam ruang ekspansi ganda dengan penghubung didalam.

Pada perancangan knalpot double saluran ini bentuk , ukuran dan konstruksi dalam

tetap dipertahankan perubahan hanya terjadi pada saluran masuk. Pipa saluran masuk

(57)

silencer standart akan dibuat menjadi double saluran (akan diberi selongsong pipa)

dengan terlebih dahulu pada pipa saluran masuk akan dilubangi. Bahan dan tebal

selimut tabung silencer juga menjadi bagian dari perubahan konstruksi silencer.

3.2 Penentuan Banyak Lubang

Pemberian lubang pada pipa silencer bertujuan untuk mencegah agar

frekwensi tinggi dari bunyi yang merugikan tidak keluar dari knalpot dengan kata lain

berfungsi untuk memperkecil frekwensi dari sistem pipa tersebut. Lubang

direncanakan diposisikan pada pipa saluran masuk silencer, adapun ukuran pipa

saluran masuk silencer adalah :

Panjang Pipa : 459,14 mm

Diameter Pipa : 1,5 inchi = 38,1 mm

Tebal Pipa : 2 mm

Perancangan lubang pada saluran masuk silencer Toyota Kijang 7K direncanakan

memiliki :

Diameter : 5 mm

Jadi luas lubang,

2

-4 2

t

0,0050

S 0.19625 10 m

4 π

= = ×

Untuk menentukan banyak lubang digunakan persamaan 2.1 :

{

}

t t

t K l + 0,8 S n =

(58)

Sedangkan untuk memperoleh nilai K digunakan persamaan 2.2 :

(

)

2 2 2 f

K = V

c π

Perbandinagan luas (ϕ )

(

)( )

(

)

2

2 1

9.75 8.5 S

= 24

S ₄ 3.81

π

ϕ = _π ≈

Dari grafik (Lampiran B, gambar b.1) untuk perbandingan luas penampang silencer

sebesar ϕ = 24m, pengurangan transmisi pada peredam suara ruang ekspansi ganda

dengan penghubung dalam , diperoleh :

f = 500 cps (500Hz) pada pengurangan transmisi 50 db.

Volume tabung silencer (V)

(

)

3

V= 0.0975 m 0.085 m 0.52 m

= 0.01353 m

π ×

Kecepatan gelombang suara ( c )

Pada bab II tinjauan pustaka dikatakan :

• Temperatur gas buang pada putaran rendah yaitu 3000C - 5000C

(59)

Maka dengan mengasumsikan gas buang dari engine adalah CO2, dengan

mengunakan persamaan 2.10 :

c = R T

γ

Dengan

2

CO =1.289

γ (Lampiran B, tabel b1)

2

CO kJ J

R 0.1889 188.9

kg K kg K

= = (Lampiran B, tabel b1)

Dapat diperoleh nilai cmax dan cmin.

• cmin pada putaran rendah, T = 3000C = 573 K

Jadi, besar cmin adalah sebagai berikut :

c = (1.289)(188.9)(573) m

=373.525 s

• cmax pada putaran tinggi, T = 10000C = 1273 K

Jadi, besar cmax adalah sebagai berikut :

c = (1.289)(188.9)(1273) m

=556.745 _s

Sehingga nilai c adalah 373.525 cm_s ≤ ≥556.745 m_s

(60)

Jadi, konduktivitas lubang :

(

)

(

)

2

2 2 500

K = (0.1354)

400

= 0.84625 m π

Sehingga, banyak lubang menjadi :

{

}

2 -4

t -4

0.84625 (0.2)(10 ) 0.8 (0.19635)(10 ) n =

(0.19635)(10 ) 239 buah lubang

− ₊

≈

3.3 Pipa Double Saluran Masuk

Pipa ini dirancang dimaksudkan agar aliran gas buang yang masuk kedalam

tabung peredam melalui pipa saluran masuk yang telah dilubangi tidak langsung

mengenai dinding tabung yang terbuat dari bahan komposit.

Pipa ini akan diposisikan sepanjang pipa saluran masuk didalam tabung

silencer ( sebagai selonsong pipa saluran masuk dalam tabung ), adapun ukuran pipa

ini adalah :

Diameter Pipa : 2 inchi ( 50,8 mm )

Tebal pipa : 2 mm (sama dengan tebal pipa saluran masuk dan keluar)

Panjang pipa : 372,32 mm

Bahan : Mild Steel / Baja ST37

(61)

3.4 Selimut Tabung Silencer

Tabung silencer double saluran akan dibuat dari bahan komposit, adapun

bahan penyusun untuk membuat bahan komposit ini adalah :

a. Serat jenis ROOKWOOL sebagai penguat

b. Resin jenis POLYESTER YUKALAC 157 BQTN-EX sebagai matriks

(a) (b) (c)

+ 

Gambar 3.3. Gabungan Makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit.

Adapun ukuran dari selimut tabung silencer dari bahan komposit

direncanakan adalah sebagai berikut :

- Panjang selimut tabung : 520 mm

(sama dengan ukuran panjang selimut silencer standar)

- Elips

 Dmax : 195 mm

(sama dengan ukuran Dmax selimut silencer standar)

 Dmin : 170 mm

(sama dengan ukuran Dmin selimut silencer standar)

- Tebal : 3 mm

(62)

3.5 Konstruksi Silencer_{Knalpot Double Saluran.}

Gambar 3.4Silencer knalpot Double Saluran

Gambar 3.5 Kerangka Dalam Silencer Knalpot Double Saluran

Pipa Selongsong, Ø 2 inchi

Komposit

(63)

BAB 4

PENGUJIAN DAN ANALISA TEORITIK

Dalam pengujian digunakan engine stand Toyota Kijang 7K dengan

spesifikasi sebagai berikut :

• Daya engine : 80 Ps

• Putaran max : 6000 rpm

• Putaran min (Idle) : 900 rpm

• Volume silinder : 1800 cc

• Torsi : 14,3 kgm

• FO : 1 3 4 2

(64)

Pada pengujian ini akan dibandingkan data yang diperoleh dari pengukuran

knalpot standar dengan knalpot yang berperedam dari bahan komposit double saluran

akan tetapi agar tidak terjadi lompatan pada data yang diperoleh akan diuji juga

knalpot yang tabung silencernya terbuat dari komposit tetapi konstruksinya sama

dengan knalpot standar. Pada pengujian data-data yang akan diambil adalah

temperatur, tekanan gas buang dan sound pressure level (Lp) dan sebagai variabel

pada pengujian tersebut adalah putaran mesin, yaitu : 900 rpm, 1500 rpm, 2000 rpm,

2500 rpm, 3000 rpm.

4.1 Tahap Pengujian

Dalam hal ini, pengujian silencer meliputi :

1. Pemeriksaan engine Toyota Kijang 7K

2. Pengukuran tingkat tekanan suara (sound pressure level)

3. Pengukuran temperatur gas buang pada silencer

4.2 Pemeriksaan engine Toyota Kijang 7K

Sebelum engine digunakan dalam pengujian terlebih dahulu dilakukan

pemeriksaan dan penyetelan untuk menstandarkan engine. pemeriksaan dan

(65)

Gambar 4.2 Engine Tunner EA 800

Adapun data yang diperoleh dalam pemeriksaan dan penyetelan dengan

mengunakan alat Engine Tunner EA 800 adalah seperti yang tampak pada table

[image:65.612.256.395.93.241.2]

berikut ini.

Tabel 4.1 Data pemeriksaan dan penyetelan engine

Bagian yang diperiksa Kondisi setelah pemeriksaan

Celah platina 0,45 mm

Celah busi 0,8 mm

Celah katup dingin

panas

Isap 0,25 mm Buang 0,3 mm

Isap 0,2 mm Buang 0,25 mm

Sudut dwel 52 ± 20

Sudut pengapian (Idle) 80 - 120

Tegangan pengisian Aki > 10 Volt (DC)

Resistansi platina Baik

Vakum atvencer Baik

Oli engine (SAE 40) Baik

(66)

4.3 Pengukuran Sound Pressure Level_(Lp)

Posisi pengambilan data sound pressure level dilakukan searah sumbu sejarak

satu meter dari knalpot.

Arah sumbu

+X -X +Y -Y +Z -Z

Y+

Z+

X- X+

Z-

Y- Saluran Out (buang) knalpot

Pada posisi (Y-) dan (Z+) tidak dilakukan pengambilan data sound pressure level.

Pada posisi (Y=) data sound pressure level (Lp) tak dapat diambil karena

pengambilan data searah sumbu sejarak satu meter dari knalpot tak dapat dicapai

pada posisi tersebut sedangkan pada posisi (Z+) tidak diukur karena pada posisi

[image:66.612.155.478.192.486.2]

tersebut terlalu dipengaruhi suara engine.

(67)

4

4.3.1 Alat Ukur Yang Digunakan

Adapun alat ukur yang digunakan untuk pengukuran sound pressure level

[image:67.612.113.503.99.411.2]

(Lp) ini adalah Sound Level Meter jenis SONIC 3000.

Gambar 4.4 Sketsa Pengukuran Kebisingan pada knalpot

1 *

2

*

3

1

m

et

er

Sound level meter

Mixcrofon

Keterangan :

Titik-titik (2,3,4,5) pengukuran Noise pada knalpot sejarak 1 meter dari mixrofon sound level meter dengan sumbu X, Y, Z.

Saluran masuk

Saluran keluar

(68)

[image:68.612.233.404.83.284.2]

Gambar 4.5. Sonic 3000

4.3.2 Hubungan Sound Pressure Level ( Lp ) Terhadap Putaran Mesin

Dari data pengujian dapat diperoleh Sound Pressure Level total (Lptot)untuk

setiap putaran, yaitu dengan menggunakan persamaan 2.5 :

Pada pengukuran silencer dilakukan pengukuran sound pressure level pada 4 titik dan

jadi setiap putaran ada 16 data pegujian.

Untuk putaran 900 rpm pada silencer standar data pengujian adalah sebagai berikut :

Putaran Engine (rpm)

X+ Y+ X- Z-

Titik Titik Titik Titik

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

900 22 21 21 22 22 23 23 23 22 21 21 22 20 21 21 21

1 2

0.1L 0.1L 0.1ln

tot

(69)

Dari data diatas maka dapat diperoleh Lptot pada putaran 900 dan titik pengukuran X+

untuk silencer standar adalah sebagai berikut :

Dengan menggunakan cara yang sama seperti perhitungan sound pressure level total

(Lptot) pada putaran 900 dan titik pengukuran X+ untuk silencer standar maka

diperoleh juga Lptot pada putaran berikutnya pada setiap silencer yang diuji. Hasil

lengkap perhitungan sound pressure level total (Lptot) dapat dilihat pada lampiran C.

Berikut data Sound Pressure Level total(Lptot) dari masing-masing silencer

pada setiap putaran.

Table 4.2 Sound pressure level (Lptot) pada pengujian terhadap sumbu X+.

Putaran engine (rpm)

Lptot X+Silencer

Standar ( dB )

Lptot X+ Silencer

Komposit satu saluran

(dB)

Lptot X+Silencer

Komposit double saluran

(dB)

900 26.14131679 21.79134898 21.54931887

1500 27.85475188 26.81308523 22.79134898

2000 31.85046598 28.60021147 23.79134898

2500 37.28897733 30.54931887 24.