Studi Eksperimental Dan Simulasi Turbulensi Pengaruh Variasi Putaran Terhadap Karakteristik Kebisingan Prototipe Propeller Rendah Bising

(1)

DAFTAR PUSTAKA

1. Anderson Jr, Jhon D. 1999 . Fundamental of Aerodyamics. Boston : Mc.Graw-Hill.

2. Ardhianto , Kurniawan. 2011. Desain dan Analisis Propeller pada Unmanned Aerial Vehicle (UAV). AAU Journal of Defense Science and Technology Volume 2, Number 1, 1 July 2011, 125 – 133.

3. Barron,Randall F. 2001. Industrial Noise Control and Acoustics. New-York. :Marcel Dekker, Inc

4. Clancy,L.J 1975. Aerodynamics. London : Pittman Publishing Limitted 5. Gabriel. J.F. 1996. Fisika Kedokteran. Jakarta: EGC. 99 – 101

6. Graham, J.B. (1991) in Harris, C.M. Handbook of acoustical measurements and noise control.

7. Harris, Cyril M.1957. Handbook of Noise Control

8. Omotoyinbo,J.,A dan Oladele,I.,O, 2010, “The Effect of Plastic Deformation and Magnesium Content on the Mechanical Properties of

6063 Aluminium Alloys”, Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering, Vol.9, No.6, pp.539.546, USA.

9. Shih, Teng-Shih, Kon Wia Yen. (2010). Effect of Degassing and Fluxing on the Quality of Al-7% Si and A356.2 Alloys. National Central University, Republic Of China

10. Ye.H, 2002, “ An Overview of the Development of Al-Si-Alloy Based

Material for Engine Application”, JMEPEG, 12-288-297, ASM International.

11. http://ramdit.blogspot.com/2013/01/noise-derau.html 12. (http://www.aluminiumlearning.com)

13. (http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/bgp.html)

14. (http://indonesiaproud.wordpress.com/2010/02/02/puna-pesawat-tanpa-awak-karya-bppt/) diakses tanggal 23 Juni 2014

(2)

BAB III

METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan sejak tanggal 29 Juli 2014 pengesahan usulan oleh pengelola program studi sampai dinyatakan selesai yang direncanakan berlangsung selama ± 4 bulan. Tempat pelaksanaan penelitian adalah di Research Center Noise/Vibration Control and Knowledge Based in Engineering, Program Magister TeknikMesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

3.2 Bahan dan Alat 3.2.1 Bahan Penelitian

Bahan yang digunakan dalam melakukan penelitian ini adalah sebagai berikut yang terdapat pada tabel 3.1.

Tabel 3.1. Bahan Penelitian

No Nama Spesifikasi Jumlah

(3)

Gambar 3.1 Detail Geometri Propeller

(4)

3.2.2 Alat Penelitian

Alat yang digunakan dalam penelitian ini sebanyak 6 alat yaitu sebagai berikut:

1. Sound Level Meter

Sound Level Meter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur seberapa besar suara bising mempengaruhi pekerja dalam melaksanakan tugasnya. Fungsi alat ini untuk mengukur intensitas kebisingan antara 30

– 130dB dan dari frekuensi 20 – 20.000Hz.

Gambar 3.3. Sound Level Meter 2. Tripod

Tripod adalah alat stan untuk membantu agar badan kamera bisa berdiri dengan tegak dan tegar. Hal ini dimaksudkan untuk mengurangi kelelahan fotografer dalam mengambil gambar dan mengurangi noise yang ditimbulkan oleh guncangan tangan fotografer. Tripod yang digunakan dalam penelitian ini bermerek Ouyama.

(5)

3. Kunci pas

Kunci pas digunakan untuk mengunci baut pada saat pemasangan benda kerja.

Gambar 3.5. Kunci pas 4. Kabel USB

Kabel USB digunakan untuk mentransfer data hasil pengukuran ke PC.

Gambar 3.6. Kabel USB 5. Laptop

Laptop digunakan untuk menyusun data yang diperoleh dari hasil pengukuran dan untuk analisis CFD propeller UAV dengan spesifikasi sebagai berikut :

Processor : Intel Core i3 RAM : 2 GB

CPU : 2,4 GHz

System : Windows 7 32 – bit VGA : ATI Mobility Radeon

(6)

Gambar 3.7. Laptop 6. Meteran

Meteran digunakan untuk mengukur jarak sound level meter ke alatyang akan kita uji.

Gambar 3.8. Meteran 3.3 Metode Penelitian

Metode Pengujian rencananya dilakukan yaitu pengujian secara langsung, dimana pada pengujian ini, seluruh variabel nilainya didapat dari hasil pengukuran dan digunakan untuk bahan pengamatan atau analisis. Pada pengujian ini variabel yang digunakan terdiri dari sinyal noise dan fenomena noise.

Penyelidikan sinyal noise yang timbul akibat variasi putaran dengan titik pengukuran kearah horizontal, vertikal, dan diagonal dengan kecepatan 600 rpm

(7)

3.4 Set Up Peralatan

Secara eksperimental pengujian dan pengambilan data dilakukan untuk memperoleh karakteristik kebisingan yang ditransmisikan dari motor ke propeller. Pengujian dilakukan dengan memutar propeller dengan putaran 600 – 1800 rpm. Pada saat propeller berputar akan dilihat kebisingan yang dihasilkan oleh prototipe propeller dengan menggunakan alat uji kebisingan .

Setelah didapatkan hasil pengujian kebisingan prototipe propeller berupa angka digital yang tertera di sound level meter, kemudian data tersebut diolah dengan menggunakan microsoft excel sehingga didapatkan nilai sound level meter dan sound pressure meter. Untuk lebih lengkapnya set up peralatan pengujian dapat dilihat yaitu sebagai berikut :

1. Hunbungkan motor, dan inverter dengan power supplay.

2. Pasang sound level meter ke tripod dan operasikan sound level meter dengan aturan batas kebisingan 50 – 130 dB.

3. Ukur jarak antara sound level meter ke propeller menggunakan meteran dengan jarak 1, 3, dan 5 meter.

4. Arahkan microphone yang ada pada sound level meter ke arah propeller 5. Hidupkan motor.

6. Pada arah horizontal lakukan pengambilan data dengan kecepatan putaran 600 rpm – 1800 rpm dengan menggunakan inverter . Lakukan hal yang sama pada arah vertical dan aksial.

(8)

Gambar 3.9. Rangkaian analisa pengukuran data

Gambar 3.10. Skema pengujian prototipe propeller rendah bising 3.5 Variabel Yang Diamati

Sesuai dengan maksud eksperimen, variabel ini menjadi fokus perhatian yang perlu dikondisikan untuk pengolahan data guna mendapatkan hasil yang mendekatin sempurna. Adapun variabel yang diamati dalam studi eksperimental ini adalah sebagai berikut :

1. Jarak sound level meter Bruel & Kjaer type 2238 fulfils ke propeller. 2. Frekuensi dari inverter.

(9)

3.6 Spesifikasi Fluida

Spesifikasi fluida pada saat melakukan pengujian adalah udara bebas dan juga digunakan untuk menganalisis simulasi dalam penelitian ini, berikut adalah properties udara :

Tabel 3.2. Spesifikasi fluida udara atmosfir

No Spesifikasi

1. Jenis Fluida Udara atmosfir

2. Tekanan Fluida 1 atm (10325 Pa)

3. Kelembapan 70 %

4. Viskositas 18,21 x10-6 Pa-s

Sumber: Baron ,Randal F, (2001) 3.7 Pelaksanaan Penelitian

(10)

Gambar 3.11. Diagram alir proses pelaksanaan Identifikasi masalah dan menetapkan tujuan penelitian

PENGOLAHAN DATA: Pengolahan data dari uji kebisingan

KESIMPULAN STUDI AWAL :

- Studi literatur

PERSIAPAN ALAT dan BAHAN : - Menyiapkan propeller

- Setting alat uji MULAI

PENGUMPULAN DATA : Pengujian Kebisingan

HASIL

(11)

3.8 Pengujian Turbulensi Propeller Menggunakan Software SolidWork

Propeller didefinisikan sebagai sayap berputar dengan sudut twist tertentu yang memiliki susunan geometri dasar airfoil. Adapun jenis propeller yang akan dianalisa menggunakan airfoil jenis CLARK – Y dengan jumlah blade yaitu dua buah. Pemilihan airfoil jenis ini didasarkan pada penelitian Sdr. Armansyah, ST. pada tugas akhirnya yang menyimpulkan bahwa airfoil Clark Y memiliki tingkat turbulensi yang paling rendah dan unjuk kerja aerodinamika yang paling tinggi. Berikut adalah koordinat airfoil CLARK – Y yang diperoleh dari situs resmi Aerospace Engineering.

Gambar 3.12 Koordinat airfoil CLARK Y

Untuk membentuk propeller, perlu dimodelkan airfoil CLARK Y terlebih dahulu. Pemodelan geometri airfoil, membutuhkan beberapa tahapan yang dilakukan di dalam simulasi software Solid Works, yaitu sebagai berikut :

1. Input Koordinat Airfoil Clark Y

(12)

garis yang terletak pada sumbu X dan Y saja maka keseluruhan sumbu Z bernilai 0. Melalui Ms.Excell ini juga di konvert kembali dalam bentuk file text deliminated dan kemudian dimasukkan ke dalam software Solidworks.

Gambar 3.13 Pengisian koordinat airfoil CLARK Y 2. Penginputan Sudut Serang Airfoil

Karakteristik turbulensi pada propeler dipengaruhi oleh sudut serang yang dibentuk oleh airfoil. Maka untuk airfoil CLARK Y, perlu dilakukan pengujian untuk menentukan sudut serang yang optimum untuk pengoperasian propeller nantinya. Sudut serang ini disimbolkan sebagai Clmaks

.

Gambar 3.14 Input sudut serang 3. Pemodelan Propeller

Setelah geometri airfoil terbentuk, airfoil akan diubah menjadi bentuk tiga

dimensi melalui pilihan “extrude” dengan panjang 30 cm. Geometri tiga

(13)

sudut twist tertentu yang akan menghasilkan aliran fluida berbeda tergantung sudut nya.

4. Pembentukan Daerah Putaran (Rotating Region)

Pada keadaan yang dialami propeller, bilah propeller akan berputar sehingga menghasilkan aliran fluida yang bergerak menuju badan pesawat. Inilah yang akan menghasilkan gaya dorong (Thrust) kepada pesawat. Dikarenakan pada software solidwork ini, propeller tidak bisa dibuat bergerak berputar maka cara yang dilakukan adalah membentuk Rotating Region yang memanfaatkan daerah fluida menjadi udara berputar melewati propeller. 5. Penentuan Jenis Aliran Fluida

Setelah propeller terbentuk dan Rotating Region dibuat, maka analisa simulasi dapat segera dimulai. Simulasi segera dipersiapkan dengan memasukkan jenis fluida yang diinginkan. Sesuai dengan parameter yang akan dialami oleh propeller, fluida yang akan melewati propeler adalah udara dengan kelembapan sekitar 70%. Angka ini berasal dari data BMKG pada bulan Juni 2014 di wilayah kota Medan.

Gambar 3.15 Pemilihan jenis fluida 6. Penginputan Parameter Kecepatan Aliran

(14)

diperoleh kecepatan angin yang akan dihasilkan apabila propeller dimulai dari keadaan diam.

7. Pembentukan Daerah Perhitungan (Computational Domain)

Untuk melaksanakan simulasi, perlu dibatasi terlebih dahulu daerah yang akan dianalisa karakteristik aliran udaranya. Daerah yang dibatasi akan meliputi daerah sekitar propeller beserta propeller di dalamnya yang didasarkan perkiraan daerah yang akan dilewati aliran udara dan karakteristik yang terjadi setelah aliran udara melewati propeller.

8. Pelaksanaan Simulasi

Tahapan selanjutnya adalah proses berjalannya simulasi. Pada tahapan ini akan disertai dengan penentuan goal atau tujuan yang ingin dicapai. Pada simulasi ini, hasil yang perlu dicapai yaitu energi turbulensi (turbulent energy). Setelah penentuan goal atau tujuan, maka simulasi telah siap untuk dijalankan.

3.9 Diagram Alir Simulasi

(15)

Ya

Tidak

tidak

Gambar 3.16 Diagram alir simulasi

Pembuatan geometri propeller di solidworks

Proses Simulasi Turbulensi

Proses Iterasi Numerik INPUT DATA: - Koordinat dan

sudut serang - Propertis fluida

Iterasi Error

Hasil Turbulensi MULAI

(16)

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pengujian Kebisingan Pada Prototipe Propeller

Pengukuran dilakukan di Laboratorium Noise and Vibration Research Center dengan kebisingan awal 37.8 dB. Metode pengujian prototipe propeller yang digunakan dengan cara mengukur secara langsung kebisingan yang dihasilkan propeller dengan alat sound level meter pada saat propeller sedang berputar. Putaran propeller dimulai dari 600 rpm sampai dengan 1800 rpm. Variasi jarak yang diuji adalah 1m, 3m, 5m dengan arah horizontal, vertical, aksial. Arah pengukuran dapat dilihat pada gambar 4.1 sebagai berikut :

Gambar 4.1 Arah pengukuran

Berikut ini adalah tabel hasil pengukuran kebisingan pada prototipe propeller 94% Al

(17)

Tabel 4.1. Data kebisingan prototipe propeller rendah bising.

No N(rpm) Y+ Y- X+ X- Z+ Z-

1m 3m 5m 1m 3m 5m 1m 3m 5m 1m 3m 5m 1m 3m 1m 3m

1 600 63.3 56.4 56.6 61.3 55.5 52.1 56.2 52.6 51.7 54.3 52.5 51 57.5 54.9 57.2 54.6

2 720 65.5 59.5 59.2 64.1 59 56.4 59.1 57 55.2 60.5 57.9 55.1 61.3 58 61.5 58.3

3 840 70.2 64.2 62.3 68.4 63.6 60 63.8 62.1 60.3 63.4 62.2 60.8 66.5 63.3 65.8 62.5

4 960 73.7 67.6 66.5 70.5 66.7 64.3 67.4 64.6 63.4 67 64.7 62.4 70.1 66.2 69.7 65.8

5 1080 76.1 71.3 69.1 74.2 70.4 67.8 71.6 68.4 65.1 71.6 67.1 64.6 73.7 70.3 72 69.1

6 1200 81.9 74.6 72.4 80.8 73.5 71.2 74.9 71.5 68.6 74.3 70 68.3 76.6 73.8 75.9 73.2

7 1320 83.8 77.8 75.7 82 76.2 73.6 78.5 73 72.5 76.1 73.8 71.9 78.1 76.6 77.4 76

8 1440 85.6 79.9 77.8 84.6 79.1 76.9 80.7 76.8 74.8 79.8 76.4 74.7 82 78.1 80.6 77.8

9 1560 86.4 81.3 80.6 85.9 83.3 81.7 82.2 78 76.9 81.2 78 76.2 84.1 81 83.5 79.9

10 1680 88.1 84.5 83 87.7 85.8 82.5 84.1 81.2 78.6 83.9 80.6 77 86.9 83.4 85.9 82.4

(18)

Berikut ini adalah grafik kebisingan vs jarak yang terjadi pada prototipe propeller 94% Al – 6% Mg.

Gambar 4.2. Grafik kebisingan vs putaran pada jarak 1 meter

Pada gambar 4.2 grafik kebisingan vs putaran pada jarak 1 m dapat dilihat tingkat kebisingan tertinggi berada pada sumbu Y+ (93.2 dB) dengan kecepatan 1800 rpm dan kebisingan paling rendah berada pada sumbu X- (54.3 dB) dengan kecepatan 600 rpm.

Kebisingan vs Putaran (Jarak 1 m)

Y+

Kebisingan vs Putaran (Jarak 3m)

(19)

Pada gambar 4.3 grafik kebisingan vs putaran pada jarak 3 m dapat dilihat tingkat kebisingan tertinggi berada pada sumbu Y+ (87.2 dB) dengan kecepatan 1800 rpm dan kebisingan paling rendah berada pada sumbu X- (52.5 dB) dengan kecepatan 600 rpm.

Gambar 4.4. Grafik kebisingan vs putaran pada jarak 5 meter

Pada gambar 4.4 grafik kebisingan vs putaran pada jarak 5 m dapat dilihat tingkat kebisingan tertinggi berada pada sumbu Y+ (86.9 dB) dengan kecepatan 1800 rpm dan kebisingan paling rendah berada pada sumbu X- (51 dB) dengan kecepatan 600 rpm.

Kebisingan vs Putaran (Jarak 5m)

Y+

Y-

X+

(20)

4.2 Noise Contour

1. Jarak 1 meter

Tabel 4.2. Kebisingan yang dihasilkan arah Z+,Z-, Y+,Y-, X+,X- pada jarak 1m.

Frekuensi Putaran Z+ Z- Y+ Y- X+ X-

10 600 57.5 57.2 63.3 61.3 56.2 54.3

12 720 61.3 61.5 65.5 64.1 59.1 60.5

14 840 66.5 65.8 70.2 68.4 63.8 63.4

16 960 70.5 69.7 73.7 70.5 67.4 67

18 1080 73.7 72 76.1 74.2 71.6 71.6

20 1200 76.6 75.9 81.9 80.8 74.9 74.3

22 1320 78.1 77.4 83.8 82 78.5 76.1

24 1440 82 80.6 85.6 84.5 80.7 79.8

26 1560 84.1 83.5 86.4 85.9 82.2 81.2

28 1680 86.9 85.9 88.1 87.7 84.1 83.9

30 1800 89 87.6 90 89.9 87.5 86

(21)

Pada gambar 4.5 dapat dilihat tingkat kebisingan tertinggi berada pada sumbu Y+ (62.3 dB) dan kebisingan paling rendah berada pada sumbu X+ (54.3 dB) dengan 600 rpm. Bentuk noise contour diperlihatkan seperti gambar diatas.

Gambar 4.6. Noise Contour pada propeller (jarak 1m, 1200 rpm)

(22)

Gambar 4.7. Noise Contour pada propeller (jarak 1m, 1800 rpm)

Pada gambar 4.7 dapat dilihat tingkat kebisingan tertinggi berada pada sumbu Y+ (93.2 dB) dan kebisingan paling rendah berada pada sumbu X- (86 dB) dengan kecepatan 1800 rpm. Bentuk noise contour diperlihatkan seperti gambar diatas.

2. Jarak 3 meter

Tabel 4.3. Kebisingan yang dihasilkan arah Z+,Z-, Y+,Y-, X+,X- pada jarak 3 m.

Frekuensi Putaran Z+ Z- Y+ Y- X+ X-

10 600 54.9 54.6 56.4 55.5 52.6 52.5

12 720 58 58.3 59.5 59 57 57.9

14 840 63.3 62.5 64.2 63.6 62.1 62.2

16 960 66.2 65.8 67.6 66.7 64.6 64.7

18 1080 70.3 69.1 71.3 70.4 68.4 67.1

20 1200 73.8 73.2 74.6 73.5 71.5 70

22 1320 76.6 76 77.8 76.2 73 73.8

24 1440 78.1 77.8 79.9 79.1 76.8 76.4

26 1560 81 79.9 81.3 83.3 78 78

28 1680 83.4 82.4 84.5 85.8 81.2 80.6

(23)

Gambar 4.8. Noise Contour pada propeller (jarak 3 m, 600 rpm)

Pada gambar 4.8 dapat dilihat tingkat kebisingan tertinggi berada pada sumbu Y+ (56.4 dB) dan kebisingan paling rendah berada pada sumbu X- (52.5 dB) dengan kecepatan 600 rpm. Bentuk noise contour diperlihatkan seperti gambar diatas.

(24)

Pada gambar 4.9 dapat dilihat tingkat kebisingan tertinggi berada pada sumbu Y+ (74.6 dB) dan kebisingan paling rendah berada pada sumbu X- (70 dB) dengan kecepatan 1200 rpm. Bentuk noise contour diperlihatkan seperti gambar diatas.

Gambar 4.10. Noise Contour pada propeller (jarak 3 m, 1800 rpm)

Pada gambar 4.10 dapat dilihat tingkat kebisingan tertinggi berada pada sumbu Y+ (87.2 dB) dan kebisingan paling rendah berada pada sumbu X- (82.3 dB) dengan kecepatan 1800 rpm. Bentuk noise contour diperlihatkan seperti gambar diatas. 4.3 Analisa Kebisingan Prototipe Propeller

Untuk mempermudah penentuan nilai kebisingan, maka ada metode yang digunakan dengan menggunakan skala level atau tingkat kebisingan suara dalam satuan decibel (dB) yang dibagi menjadi dua kategori yakni sound pressure level dan sound power level.

a. Sound Power Level

(25)

Dimana :

Lw = Sound Power

Wreff = Sound power referensi dengan standart 10-12 watt Diketahui :

W = 10 Hp

= 10 x 745,7 Watt = 7457 Watt Wreff = 10-12

Sehingga :

Lw = 10 log ( 7457 / 10-12) = 158,7256

b. Sound Pressure Level (SPL)

Sound presure merupakan fluktuasi dari tekanan udara. Ketika suatu sumber bunyi menghasilkan bunyi, maka buyi tersebut akan merambat melalui medium udara yang ada disekitarnya.

Dimana :

Lp = Sound pressure (dB) p = Sound pressure (Pa)

(26)

borne = 2 x 10-5 N/m2 = 20 Pa Diketahui :

Lp = 62.3 dB (kebisingan yang dihasilkan propeller) pref = 2 x 10-5 N/m2

(27)

Tabel 4.4 Tekanan pada prototipe propeller rendah bising.

No N(rpm) Y+ Y- X+ X- Z+ Z-

1m 3m 5m 1m 3m 5m 1m 3m 5m 1m 3m 5m 1m 3m 1m 3m

1 600 0.0292 0.0132 0.0135 0.0232 0.0119 0.0081 0.0129 0.0085 0.0077 0.0104 0.0084 0.0071 0.015 0.0111 0.0145 0.0107

2 720 0.0377 0.0189 0.0182 0.0321 0.0178 0.0132 0.018 0.0142 0.0115 0.0212 0.0157 0.0114 0.0232 0.0159 0.0238 0.0164

3 840 0.0647 0.0324 0.0261 0.0526 0.0303 0.02 0.031 0.0255 0.0207 0.0296 0.0258 0.0219 0.0423 0.0292 0.039 0.0267

4 960 0.0968 0.048 0.0423 0.067 0.0433 0.0328 0.0469 0.034 0.0296 0.0448 0.0344 0.0264 0.064 0.0408 0.0611 0.039

5 1080 0.1277 0.0735 0.057 0.1026 0.0662 0.0491 0.076 0.0526 0.036 0.076 0.0453 0.034 0.0968 0.0655 0.0796 0.057

6 1200 0.2489 0.1074 0.0834 0.2193 0.0946 0.0726 0.1112 0.0752 0.0538 0.1038 0.0632 0.052 0.1352 0.098 0.1247 0.0914

7 1320 0.3098 0.1552 0.1219 0.2518 0.1291 0.0957 0.1683 0.0893 0.0843 0.1277 0.098 0.0787 0.1607 0.1352 0.1483 0.1262

8 1440 0.3811 0.1977 0.1552 0.3396 0.1803 0.14 0.2168 0.1384 0.1099 0.1954 0.1321 0.1087 0.2518 0.1607 0.2143 0.1552

9 1560 0.4179 0.2323 0.2143 0.3945 0.2924 0.2432 0.2576 0.1589 0.14 0.2296 0.1589 0.1291 0.3206 0.2244 0.2992 0.1977

10 1680 0.5082 0.3358 0.2825 0.4853 0.39 0.2667 0.3206 0.2296 0.1702 0.3134 0.2143 0.1416 0.4426 0.2958 0.3945 0.2637

(28)

c. Mencari nilai rata – rata sound pressure (Lp) Jarak 1 meter

Lp rata – rata (600 rpm) =

=

= 58.3 dB Lp rata – rata (720 rpm) =

= 62 dB Lp rata – rata (840 rpm) =

= 69.7dB

(29)

= 88.3 dB Jarak 3 meter

=

(30)

= 85 dB Jarak 5 meter

=

= 56.4 dB

(31)

= 66.6 dB

Propeller yang telah memiliki geometri akan dimasukkan ke dalam ruang simulasi pada software solidworks untuk memperoleh karakteristik aliran fluida yang mengalir melaluinya. Kondisi fluida dan parameter keadaan yang diuji pada propeller ini adalah sama. Setelah diperoleh hasil simulasi, maka akan didapatkan nilai turbulensi yang terjadi pada propeller.

(32)

Gambar 4.11. Aliran kecepatan udara melewati propeller

1. Simulasi Turbulensi Putaran 600 rpm

Gambar 4.12. Kontur energi turbulensi pada propeller (600 rpm)

(33)

Dimana untuk jarak 1 m, diketahui H = 0.0001 (J/kg)

ρ = 1.18969 (kg/m3 ) t = 10 s

Dalam satuan desibel menjadi

Dimana Io adalah intensitas ambang batas rata – rata bawah pendengaran dengan nilai 10-12 W/m2, sehingga

Maka Power (W) yang diperoleh adalah

Tabel 4.5 Hasil Simulasi Propeller CLARCK-Y (600 rpm)

Goal Name Unit Value

(34)

Gambar 4.13 diatas memperlihatkan kontur turbulensi, terlihat bahwa turbulensi dari propeller dengan karakteristik yang terbelah dan mencapai nilai maksimum sekitar 14.341 J/Kg. Turbulensi pada propeller menghasilkan intensitas bunyi sekitar 87.74404 dB dan power 0.350 W pada daerah pertengahan turbulensi. Perhitungan intensitas dan daya (power) dilakukan secara manual dengan menggunakan rumus berikut

ρ = 1.18969 (kg/m3 ) t = 10 s

(35)

GG Min Turbulent Energy 1 [J/Kg] 0.005 GG Max Turbulent Energy 1 [J/Kg] 14.341 Iterations: 1250

(36)

Perhitungan intensitas dan daya (power) dilakukan secara manual dengan menggunakan rumus berikut

ρ = 1.18969 (kg/m3 ) t = 10 s

Dalam satuan desibel menjadi

(37)

4.5 Perbandingan Hasil Kebisingan Eksperimental Dengan Simulasi

Dibawah ini merupakan perbandingan data hasil dari eksperimental dan simulasi antara lain :

Tabel 4.8 Data Hasil Eksperimental dan Simulasi

No N (rpm)

Perbandingan data hasil eksperimental dengan simulasi

Gambar 4.15. Grafik perbandingan eksperimental dan simulasi

(38)

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan

Berdasarkan penelitian dan analisa yang telah dilakukan dan dilaporkan pada bab – bab sebelumnya, maka kesimpulan dari hasil penelitian ini yaitu : 1. Dari hasil pengujian eksperimental kebisingan pada prototipe propeller

maka dapat disimpulkan semakin tinggi putaran propeller semakin tinggi pula nilai kebisingan yang dihasilkan.

2. Dari hasil pengukuran dan perhitungan dengan menggunakan rumus didapatkan nilai maximum sound pressure level pada arah (Y+) diputaran 1800 rpm jarak 1 meter dengan nilai 90 dB, tekanannya 0.6325

Pa dan nilai sound power level 158,7256.

3. Dari hasil simulasi didapatkan nilai energi turbulensi terbesar pada propeller diputaran 1800 rpm dengan nilai min 0.008 J/Kg , max 22.438 J/Kg dan intensitas bunyi 90.29676dB.

5.2 Saran

1. Untuk penelitian selanjutnya, sebaiknya dilakukan pengujian aerodinamis pada tunnel tertutup sehingga didapatkan hasil aerodinamika propeller yang lebih baik. Hal ini bermanfaat untuk mendapatkan aliran fluida udara yang lebih akurat dan spesifik.

2. Penelitian terhadap propeller rendah bising ini kiranya dapat menjadi acuan dalam penelitian – penelitian yang sehubungan dengan konsep Low Noise Design selanjutnya.

(39)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pesawat Tanpa Awak UAV (Unmanned Aerial Vehicle)

Pesawat Unmanned Aerial Vehicle atau disingkat UAV adalah sebuah mesin terbang yang dapat dikendalikan dengan kendali jarak jauh atau pesawat terbang tanpa satu pun kru pesawat yang mengendalikan didalamnya. Kontrol pesawat tanpa awak ada dua variasi utama, variasi pertama yaitu dikontrol melalui pengendali jarak jauh dan variasi kedua adalah pesawat yang terbang secara mandiri berdasarkan program yang dimasukan kedalam pesawat sebelum terbang. Tidak seperti pesawat pada umumnya yang memiliki pilot dan kru pesawat untuk mengontrol dan mengawasi secara langsung kondisi pesawat, pada pesawat tanpa awak kondisi pesawat tidak dapat dikontrol secara langsung karena memang tidak memiliki kru pesawat. Proses kontrol pesawat sepenuhnya dilakukan oleh sistem autopilot dengan mengacu pada parameter-parameter yang telah ditentukan oleh pengguna sebelum terbang. UAV sendiri mampu membawa kamera, sensor, alat komunikasi dan beberapa peralatan lain. Pesawat-pesawat semacam ini berkembang luas di kalangan militer. Saat ini UAV semakin beragam jenis dan bentuk. Bahkan ada yang berbentuk lingkaran dan lebih kecil ukurannya. Dan kesemuanya itu tidak lepas dari fungsi dan tujuannya. UAV memang kerap digunakan untuk tugas militer seperti yang dilakukan Predator, Aquila UAV, dan Wing Loong milik China yang ditunjukan pada gambar 2.1.

Gambar 2.1. Pesawat tanpa awak (UAV) milik China

(40)

2.2 Propeller

Propeller berasal dari dua kata bahasa latin yakni Pro dan Pellere . Pro yang berarti di depan, dan pellere yang berarti untuk menggerakkan. Propeller atau baling – baling adalah kitiran untuk menjalankan pesawat terbang. Kitiran ini memindahkan tenaga dengan mengkonversi gerakan rotasi menjadi daya dorong untuk menggerakkan sebuah pesawat terbang melalui suatu massa seperti udara atau air, dengan memutar dua atau lebih bilah kembar dari sebuah poros utama.

2.2.1 Sejarah Perkembangan Teori Propeller

Teori propeller telah dikenal beberapa ratus tahun yang lalu oleh ilmuwan-ilmuwan pada masa itu. Beberapa teori yang telah dikenal diantaranya adalah teori momentum dan teori elemen bilah. Axial Momentum Theory diperkenalkan oleh W. J. M. Rankine pertama kali pada tahun 1865 dan mengalami beberapa perkembangan sampai disempurnakan oleh Betz pada tahun 1920 yang hingga sekarang lebih dikenal dengan General Momentum Theory. Sedangkan teori elemen bilah klasik diteliti pertama kali oleh Lanchester pada tahun 1907 dan disempurnakan dengan Vortex-Blade Element Theory oleh Joukowsky (1912) dan Betz (1919) (Kurniawan, 2011).

2.2.2 Desain Propeller Untuk Mengurangi Kebisingan

Pada dasarnya, baling-baling pada propeller merupakan sayap kecil yang menghasilkan gaya resultan aerodinamis yang dibagi menjadi gaya yang bekerja sepanjang sumbu aksis dari pesawat (gaya dorong) dan gaya yang bekerja pada baling-baling propeller (momen torsi). Torsi berlawanan arah dengan pergerakan rotasi dari mesin yang terjadi seperti adanya tarikan terhadap propeller. Dalam keadaan setimbang, propeller berputar secara konstan yang digerakkan oleh torsi mesin yang mempunyai besar yang sama tetapi arah berbeda seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3.

(41)

ujung propeller dimana bagian ujung propeller berputar lebih cepat dibandingkan bagian dasar propeller. Bagian sudut propeller ditunjukkan pada gambar 2.2 dan gambar 2.3. Helix angle dalam pendekatan mempunyai nilai 90o.

Gambar 2.2. Gaya dorong dan torsi pada propeller (Kurniawan, 2011).

Gambar 2.3. Bagian baling – baling pada propeller (Kurniawan, 2011). Ada hal - hal utama yang dapat mengurangi kebisingan pada propeller yakni:

1. Low tip speed. (kecepatan rendah pada ujung blade) 2. Large number of blades.(besarnya jumlah blade)

(42)

4. Large blade chord.(lebar dari blade propeller)

5. Minimum interference with rotor flow.(sedikitnya ganguan pada aliran udara dari propeller).

Mendesain propeller rendah bising merupakan sebuah kajian khusus yang sangat kompleks. Dimana perhitungan aerodinamika harus diselaraskan dengan perhitungan kebisingan. Desain dari aerodinamika sendiri memiliki cakupan yang sangat luas,akan tetapi pada pembahasan kali ini permasalahan aerodinamika ketika mendisain propeller dapat di uraikan sesederhana mungkin.

Dalam pengoperasian propeller terdapat 3 jenis beban yang terjadi, yaitu:

1. Beban tarik (FT) disebabkan oleh gaya sentrifugal yang cenderung bergerak menjauhi pusat sumbu putar (hub) propeller.

2. Beban lentur/bending (FB) disebabkan oleh gaya dorong yang terjadi pada pesawat.

3. Beban torsi (T) disebabkan oleh putaran yang cenderung terjadi pada ujung propeller.

Ketiga tegangan yang bekerja dapat dilihat pada gambar. 2.4 dibawah ini.

(43)

Beban tarik dapat ditentukan dengan menggunakan Persamaan 1.

Beban bending dapat ditentukan dengan menggunakan Pers. (2).

FB = P.A (2.2)

Dimana:

FB = beban bending/dorong (N) P = tekanan udara (N/m2)

A = luas permukaan propeller yang ditekan (m2) Tekanan (p) pada Pers. (2) dapat ditentukan dengan:

(2.3)

Dimana:

p1 = tekanan udara pada bagian frontal dari propeller (N/m2) p2 = tekanan udara yang keluar dari propeller (N/m2)

(44)

vj = kecepatan udara pada jet (m/sec.)

p = Δp = p2– p1 (2.6)

Beban torsi dapat ditentukan dengan menggunakan Persamaan:

T = m.ω2

.r (2.7)

Dimana:

T = beban torsi (N) m = massa propeller (kg)

ω = kecepatan sudut propeller (rad/sec.) r = jari-jari propeller (m)

Kecepatan sudut (ω) dapat ditentukan dengan Persamaan:

ω =π.r .n/ 30 (2.8) Dimana:

n = putaran rotor (rpm)

2.2.3 Kebisingan Pada Propeller

Kebisingan yang bersumber dari propeller merupakan kebisingan yang diakibatkan oleh konfigurasi dan kondisi operasi propeller. Secara umum, jumlah baling-baling propeller diperlihatkan seperti pada gambar 2.5.

(45)

Gambar 2.5 menunjukkan beberapa jenis propeller dengan jumlah baling-balingnya. Jumlah baling-baling pada propeller dan sudut twist-nya dapat mempengaruhi nilai kebisingan yang dihasilkan oleh propeller UAV.

Struktur dan lokasi propeller yang menimbulkan kebisingan disebabkan getaran pada baling-baling dan aliran asimetrik yang terinduksi terjadi secara tidak normal. Pada mulanya terjadi efek tekanan, baik kebisingan yang terjadi akibat vortex (pusaran) maupun kebisingan akibat putaran lebih banyak ditimbulkan oleh baling-baling dan putaran propeller. Hal ini mengakibatkan banyak riset berkembang pada propeller terutama akibat beban dan putaran (torsi) pada propeller dengan tujuan untuk mengurangi kebisingan yang terjadi pada propeller. Akan tetapi, kebisingan akibat pusaran juga penting dipertimbangkan terutama pada penerbangan dengan kecepatan tinggi. Hal ini dapat dijelaskan pada gambar 2.6. dibawah ini.

Gambar 2.6. Aliran udara melalui propeller ((Kurniawan, 2011). 2.2.4 General Momentum Theory

(46)

udara sebelum dan sesudah melewati piringan tersebut (Kurniawan, 2011). Hal ini dapat dijelaskan pada gambar 2.7. dibawah ini.

Gambar 2.7. Aliran udara yang melewati propeller (Kurniawan, 2011) Asumsi-asumsi yang digunakan pada teori ini yaitu:

1. Propeller dianggap sebagai piringan.

2. Aliran udara yang melewati piringan berbentuk tabung.

3. Kecepatan dan tekanan terdistribusi secara seragam pada setiap seksi tabung. 4. Gerakan rotasional diabaikan.

2.2.5 Vortex – Blade Element Theory

Teori ini adalah gabungan dari teori elemen bilah yang disempurnakan dengan vortex teory. Teori elemen bilah mempelajari tentang gaya-gaya di tiap-tiap bilah baling-baling dengan cara mem-breakdown bilah tersebut menjadi beberapa bagian. Tiap-tiap bagian dari bilah tersebut akan membentuk cincin dalam dua dimensi sehingga pada keadaan tiga dimensi akan membentuk tabung yang kemudian dihitung per bagian.

Daya dorong yang dihasilkan oleh sebuah baling baling ditentukan oleh lima hal-hal, bentuk dan area dariaAirfoil, sudut serang (angle of attack), massa jenis udara, dan kecepatan dimana gerakan airfoil melalui udara . Sebelum mendiskusikan cara memvariasikan gaya angkat yang dihasilkan oleh propeller, kita harus mengerti beberapa karakteristik desain propeller (Kurniawan, 2011).

(47)

1. Sifat-sifat dari sebuah elemen tidak terpengaruh oleh unsur-unsur yang berdekatan pada bilah yang sama.

2. Yang akan diadopsi pada tiap-tiap elemen adalah karakteristik airfoil

3. Kecepatan efektif elemen melewati udara merupakan resultan dari kecepatan aksial, kecepatan putar bilah dan kecepatan induksi.

Gambar 2.8. Kecepatan efektif elemen melewati udara (Kurniawan, 2011). Teori elemen bilah disempurnakan dengan teori vortex. Teori vortex tersebut berdasarkan atas keberadaan tip vortex yang dihasilkan oleh ujung bilah yang berputar. Vorteks-vorteks tersebut lalu mengalir ke belakang membentuk lintasan berbentuk helikal. Konsep trailing edge vortices dan tip vortices pada propeller tersebut mirip dengan konsep-konsep pada finite wing.

2.3 Airfoil

(48)

dengan perbandingan dari besarnya chord. Camber dianggap positif apabila maksimum camber line terletak diatas chord line. Untuk tipe airfoil low- speed mempunyai positif camber antara 2-3 %, untuk supersonic biasanya simetris. Maximum thickness adalah jarak maksimum antara permukaan atas dan permukaan bawah airfoil yang juga diukur tegak lurus terhadap chord line. Sudut serang adalah letak airfoil yang ditentukan berdasarkan besarnya sudut antara chord line dengan vektor kecepatan aliran free stream (Clancy L.J, 1975).

Airfoil dapat menghasilkan gaya angkat (Lift) yang dibutuhkan untuk mempertahankan pesawat terbang tetap di udara. Untuk menghasilkan gaya angkat ini maka airfoil tersebut perlu terus bergerak di udara. Harus diingat pula bahwa kita tidak mungkin hanya mendapatkan lift saja, tanpa menghasilkan gaya hambat pula. Drag ini harus diperkecil agar tenaga pendorong airfoil tidak mengalami hambatan yang besar. Lift dan Drag dipengaruhi oleh:

Bentuk airfoil

Luas permukaan airfoil

Pangkat dua dari kecepatan aliran udara Kerapatan (densitas) udara

(49)

CD = Coefficient of Drag 2.4 Kebisingan Aerodinamis

2.4.1 Suara

Suara didefinisikan sebagai serangkain gelombang yang merambat dari suara sumber getar sebagai akibat perubahan kerapatan dan juga tekanan udara (J.F.Gabriel, 1996). Gelombang suara pada fluida kebanyakan dihasilkan melalui permukaan zat padat yang bergetar di dalam fluida tersebut.

Gambar 2.9. Gelombang suara pada material (Leo L. 2006).

Pada gambar 2.9, permukaan benda yang bergetar mengakibatkan fluida yang berdekatan dengan permukaan tersebut terkompresi. Kompresi ini mengakibatkan efek menjauh dari permukaan yang bergetar. Efek ini disebut dengan gelombang suara, gelombang suara tersebut akan bergerak menjauhi permukaan yang bergetar dengan kecepatan yang bervariasi bergantung terhadap material yang dilalui. Untuk gas ideal, kecepatan suara adalah fungsi dari tempertur absolut (Randall F. 2001).

c = (2.11)

Dimana :

gc = fator konversi satuan = 1 kgm/N-s2 = spesfic heat ratio = cp/cv

(50)

T = temperatur absolut ( K )

Suara yang dapat didengar oleh manusia hanya pada rentang frekuensi tertentu yang dapat menimbulkan respon serta tidak mengganggu fungsi dari indra pendengaran. Rentang frekuensi yang dapat didengar oleh manusia berkisar antara 20 Hz – 20.000 Hz. Suara berdasakan frekuensinya dapat dikelompokkan menjadi beberapa kategori sebagai berikut:

1. Infrasonic : frekuensi < 20 Hz 2. Audiosonic : frekuensi 20-20.000 Hz 3. Supersonic : frekuensi >20.000 Hz 2.4.2 Kebisingan

Kebisingan atau noise adalah bunyi atau suara yang tidak dikehendaki dan dapat mengganggu kesehatandan kenyamanan lingkungan yang dinyatakan dalam satuan decibel (dB). Seiring berkembangnya waktu, kebanyakan dari mesin mesin produksi,mesin – mesin transportasi, dan segala sesuatu yang dapat meningkatkan taraf hidup manusia selalu berdampingan dengan masalah kebisingan. Kebisingan dapat merambat melalui banyak jalur yang disebut sebagai path of noise (Cyril M. Harris, 1957).

Sumber noise dapat dikelompokkan dalam tiga kategori:

1. Sumber noise intrinsic yang muncul dari fluktuasi acak di dalam suatu sistem fisik seperti thermal dan shot noise.

2. Sumber noise buatan manusia seperti motor, switch, elektronika digital. 3. Noise karena gangguan alamiah seperti petir dan bintik matahari. 2.4.3 Jenis – Jenis Noise

Noise dapat dikelompokkan dalam dua jenis, yaitu :

1. Correlated noise: hubungan antara sinyal dan noise masuk dalam kategori ini. Karena itu, correlated noise hanya muncul saat ada sinyal.

(51)

memperhatikan adanya sinyal atau tidak. Noise dalam kategori ini dapat dibagi lagi menjadi dua kategori umum, yaitu :

1. Eksternal Noise: Adalah noise yang dihasilkan dari luar alat atau sirkuit. Noise tidak disebabkan oleh komponen alat dalam sistem komunikasi tersebut. Ada 3 sumber utama noise eksternal:

a. Atmospheric noise: Gangguan elektris yang terjadi secara alami, disebabkan oleh hal – hal yang berkaitan dengan atmosfer bumi. Noise atmosfer biasanya disebut juga static electricity. Noise jenis ini bersumber dari kondisi elektris yang bersifat alami, seperti kilat dan halilintar. Static electricity berbentuk impuls yang menyebar ke dalam energi sepanjang lebar frekuensi

b. Ekstraterrestrial noise: Noise ini terdiri dari sinyal elektris yang dihasilkan dari luar atmosfer bumi. Terkadang disebut juga deep-space noise. Noise ekstra terrestrial bisa disebabkan oleh Milky Way, galaksi yang lain, dan matahari. Noise ini dibagi menjadi 2 kategori, yaitu solar dan cosmic noise:

1. Solar noise: Solar noise dihasilkan langsung dari panas matahari. Ada dua bagian solar noise, yaitu saat kondisi dimana intensitas radiasikonstan dan tinggi, gangguan muncul karena aktivitas sun-spot dan solar flare-ups. Besar gangguan yang jarang terjadi ini (bersifat sporadis) bergantung pada aktivitas sun spot mengikuti pola perputaran yang berulang setiap 11 tahun.

2. Cosmic noise: Cosmic noise didistribusikan secara continue di sepanjang galaksi. Intensitas noise cenderung kecil karena sumber noise galaksi terletak lebih jauh dari matahari. Cosmic noise sering juga disebut black-body noise dan didistribusikan secara merata di seluruh angkasa.

(52)

elektrik, sistem pembakaran kendaraan bermotor, alternator, dan aktivitas peralihan alat oleh manusia (switching equipment). Misalnya, setiap saat di rumah, penghuni sering mematikan dan menyalakan lampu melalui saklar, otomatis arus listrik dapat tiba-tiba muncul atau terhenti. Tegangan dan arus listrik berubah secara mendadak, perubahan ini memuat lebar frekuensi yang cukup besar. Beberapa frekuensi itu memancar/menyebar dari saklar atau listrik rumah, yang bertindak sebagai miniatur penghantar dan antena.

Noise karena aktivitas manusia ini disebut juga impulse noise, karena bersumber dari aktivitas on/off yang bersifat mendadak. Spektrum noise cenderung besar dan lebar frekuensi bisa sampai 10 MHz. Noise jenis ini lebih sering terjadi pada daerah metropolitan dan area industri yang padat penduduknya, karena itu disebut juga industrial noise.

2. Internal Noise: Internal noise juga menjadi faktor yang penting dalam sistem komunikasi. Internal noise adalah gangguan elektris yang dihasilkan alat atau sirkuit. Noise muncul berasal dari komponen alat dalam sistem komunikasi bersangkutan. Ada 3 jenis utama noise yang dihasilkan secara internal, yaitu:

a. Thermal noise: Thermal noise berhubungan dengan perpindahan elektron yang cepat dan acak dalam

alat konduktor akibat digitasi thermal.

Perpindahan yang bersifat random ini pertama kali ditemukan oleh ahli tumbuh-tumbuhan, Robert Brown, yang mengamati perpindahan partikel alami dalam penyerbukan biji padi. Perpindahan random elektron pertama kali dikenal tahun 1927 oleh JB. Johnson di Bell Telephone Laboratories. Johnson membuktikan bahwa kekuatan thermal noise proporsional dengan bandwidth dan temperatur absolut.

Secara matematis, kekuatan noise adalah:

(53)

N = kekuatan noise (noise power)

K = Boltzmann’s proportionality constant (1.38 × 10-23 J/K)

T = Temperatur absolute B = bandwidth

b. Shot noise: noise jenis ini muncul karena penyampaian sinyal yang tidak beraturan pada keluaran (output) alat elektronik yang digunakan, seperti pada transistor dua kutub. Pada alat elektronik, jumlah partikel pembawa energi (elektron) yang terbatas menghasilkan fluktuasi pada arus elektrik konduktor. Shot noise juga bisa terjadi pada alat optik, akibat keterbatasan foton pada alat optik. Pada shot noise, penyampaian sinyal tidak bergerak secara kontinu dan beraturan, tapi bergerak berdasarkan garis edar yang acak. Karena itu, gangguan yang dihasilkan acak dan berlapis pada sinyal yang ada. Ketika shot noise semakin kuat, suara yang ditimbulkan noise ini mirip dengan butir logam yang jatuh di atas genteng timah. Shot noise tidak berlaku pada kawat logam, karena hubungan antar elektron pada kawat logam dapat menghilangkan fluktuasi acak. Shot noise disebut juga transistor noise dan saling melengkapi dengan thermalnoise.

Penelitian shot noise pertama kali dilakukan pada kutub positif dan kutub negatif tabung pesawat vakum (vacuum-tube amplifier) dan dideskripsikan secara matematis oleh W. Schottky tahun 1918.

(54)

Transit time noise pada transistor ditentukan oleh mobilitas data yang dibawa, bias tegangan, dan konstruksi transistor. Jika perjalanan data tertunda dengan frekuensi yang tinggi saat perlintasan semikonduktor, noise akan lebih banyak dibandingkan dengan sinyal aslinya.

2.4.4 Sinyal Noise

Untuk suatu peristiwa pentransmisian data, sinyal yang diterima akan berisikan sinyal – sinyal yang ditransmisikan, dimodifikasi oleh berbagai distorsi yang terjadi melalui sistem transmisi, ditambah sinyal – sinyal tambahan yang tidak diinginkan yang diselipkan di suatu tempat diantara transmisi dan penerimaan. Sinyal – sinyal tambahan yang tidak diharapkan tersebut disebut Noise. Noise merupakan faktor utama yang membatasi performansi sistem komunikasi.

Gambar 2.10. Grafik sinyal noise

(http://agfi.staff.ugm.ac.id/blog/index.php/2008/12/pemisahan-derau-dan-suara-speech-noise-reduction/)

2.4.5 Noise Contour

(55)

Gambar 2.11 Noise contour (Irwan, 2014). 2.4.6 Sumber Noise Aerodinamis

Sumber noise pada komponen aerodinamis diketahui sebagai bunyi akibat pergerakan antara udara terhadap medium lingkungannya. Sumber noise secara umum dikenal dengan istilah sebagai Noise Generation Mechanism, adalah mekanisme sumber kebisingan yang disebabkan oleh adanya operasi atau kegiatan serta peralatan yang menimbulkan kebisingan seperti kegiatan crushing, pengetokan, pengeboman, punch-press, penempaan, drilling, dan juga pada pemutaran suatu propeller. Secara umum, Noise Generation Mechanism terbagi menjadi tiga jenis yaitu:

Turbulensi : Disebabkan oleh pergerakan aliran udara yang acak karena melewati perubahan bentuk suatu daerah.

Pulsasi : Merupakan tekanan bidang yang disebabkan adanya perubahan kecepatan yang signifikan sehingga mengakibatkan perubahan tekanan yang drastis, pada umumnya disebut sebagai pressure field.

(56)

Gambar 2.12 Sumber-sumber noise pada komponen aerodinamis (Jack E. Marte dan Donals W. Kurtz, 1970)

Menurut Harris,Cyrill M didalam bukunya Handbook of Noise Control, menyebutkan bahwa noise dari propeller yang menggerakkan pesawat terbagi menjadi dua jenis sumber bising yang utama. Yaitu kebisingan yang bersumber dari motor penggerak dan kebisingan yang bersumber dari propeler itu sendiri.

Noise generation mechanism pada propeller yang berputar dihasilkan dari tiga jenis faktor yang berbeda. Yang pertama dihasilkan melalui bending vibration dari bilah propeller. Yang kedua adalah noise dari rotasi propeller yang dihasilkan oleh tekanan bidang (pulsasi) yang mengelilingi setiap blade sebagai konsekuensi dari setiap pergerakannya, dimana keadaan ini sangat dipengaruhi oleh sudut dari blade atau bilah propeller dan chamber pada airfoil. Yang ketiga adalah kebisingan yang dihasilkan oleh vortex noise yang dihasilkan oleh vortisitas udara pada aliran lintasan baling yang terkumpul pada bilah propeler selama perputaran.

(57)

Gambar 2.13 Noise Generation Mechanisme pada propeller (Jack E. Marte dan Donals W. Kurtz, 1970)

2.4.7 Parameter Kebisingan

Kebisingan memiliki banyak parameter yang bisa dijadikan sebagai acuan dalam menentukan skala kebisingan tersebut sebagaimana banyaknya parameter untuk menentukan bunyi. Namun, parameter yang sering dijadikan acuan dalam mengukur suatu kebisingan untuk mempersempit pembahasan biasanya di tentukan oleh parameter berikut:

a. Frekuensi

Gelombang gerak sendiri memiliki banyak criteria yang dapat dijabarkan secara terperinci diantaranya adalah frekuensi. Frekuensi didefenisikan sebagai jumlah getaran ataupun gerakan yang terjadi dalam satu satuan waktu.frekuensi dapat di modelkan dengan persamaan berikut:

f = 1/T (2.13)

b. Panjang gelombang

(58)

gelombang, maka panjang felombang adalah jarak antara dua puncak gelombang. Panjang gelombang dapat didefenisikan sebagai:

= (2.14)

c. Jumlah gelombang

Jumlah gelombang merupakan banyaknya gelombang suara yang terjadi selama perambaran gelombang.dirumuskan sebagai

k = = (2.15)

d. Sound Pressure

Parameter yang dijadikan sebagai bagian dari gelombang suara adalah Sound pressure dan sound power.

Sound presure merupakan fluktuasi dari tekanan udara. Ketika suatu sumber bunyi menghasilkan bunyi, maka buyi tersebut akan merambat melalui medium udara yang ada disekitarnya. Ketika terjadi perambatan,maka terjadi perubahan tekanan atmosfir beberapa saat. Sesuatu yang merupakan perubahan tekanan udara sebagai indikasi dari adanya permabatan bunyi inilah yang di sebut dengan soun pressure.

e. Sound Power

Sedangkan sound power merupakan sejumlah daya yang dapat di ukur dihasilkan oleh radiasi sumber bunyi yang menyebar disekitar udara. Secara matemetik, sound power dapat di rumuskan sebagai berikut:

Ws = (4 r2) Imax (watt) (2.16)

2.4.8 Tingkat Kebisingan

Untuk mempermudah penentuan nilai kebisingan, maka ada metode yang digunakan dengan menggunakan sekala level atau tingkat kebisingan suara dalam satuan decibel (dB) yang dibagi menjadi dua kategori yakni sound pressure level dan sound power level.

a. Sound Power Level

(59)

Lw = 10 log (dB) (2.17)

Dimana :

W = Sound power

Wreff = Sound power referensi dengan standar 10-12 watt

b. Sound Pressure Level (SPL)

Hampir setiap pemikiran umum mendefenisikan kata decibel (dB) dengan mengaitkan terhadap sound pressure level. Hal seperti ini telah menjadi suatu kesimpulan tersendiri bahwa apabila berbicara tentang skala decibel berbarti merupakan suatu hasil perhitungan dari sound pressure level.

Secara matematis sound pressure level dapat di rumuskan sebagaiberikut:

SPL = Lp = 10 log = 20 log (2.18)

Dimana :

P = Tekanan yang terjadi (Prms ) untuk aliran fluida

(60)

Tabel 2.1 Contoh SPL Berdasarkan Sumbernya

(Sumber: http://www.sengpielaudio.com/TableOfSoundPressureLevels.htm) 2.4.9 Prosedur Dasar Mengendalikan Kebisingan

Untuk menentukan perlakuan pengendalian kebisingan yang tepat untuk permasalahan kebisingan pada propeller terdapat beberapa langkah yang harus diikuti, yaitu:

1. Pengukuran sumber kebisingan.

Pengukuran dilakukan secara akurat dan tepat untuk mengidentifikasi distribusi kebisingan yang terjadi. Setelah itu control kebisingan yang tepat dapat diukur pada setiap sumber yang memungkinkan.

2. Penentuan sasaran penurunan kebisingan

(61)

tingkat pengurangan kebisingan dari masing-masing sumber sehingga sasaran desain dapat tercapai.

3. Penjelasan kebutuhan penurunan kebisingan

Kebutuhan penurunan kebisingan sangat diperlukan karena terdapat perbedaan kelebihan kebisingan terhadap sasaran desain penurunan kebisingan.

4. Aplikasi control kebisingan.

Pemilihan perlakuan penurunan kebisingan untuk membatasi radiasi, transmisi, dan kebisingan yang dibangkitkan pada beberapa sumber yang diidentifikasi dan dihitung berdasarkan langkah 1. Semua perlakuan harus dipilih sehingga efek keseluruhan dapat dikembangkan menjadi tingkat sasaran desain penurunan kebisingan seperti yang dijelaskan pada langkah 2, dalam kondisi biaya yang sedikit, tanpa interferensi dari operator, perawatan, dan tingkat keamanan.

2.5 Material Paduan Aluminium – Magnesium

Aluminium banyak dipakai dengan paduan unsur lain, sebab tidak kehilangan sifat ringan dan sifat-sifat mekanisnya, serta mampu cornya diperbaiki dengan menambah unsur-unsur lain. Unsur-unsur paduan yang ditambahkan pada aluminium selain dapat menambah kekuatan mekaniknya juga dapat memberikan sifat-sifat baik lainnya seperti ketahanan korosi dan ketahanan aus. Keberadaan magnesium hingga 15,35% dapat menurunkan titik lebur logam paduan yang cukup drastis, dari 660oC hingga 450oC. Namun, hal ini tidak menjadikan aluminium paduan dapat ditempa menggunakan panas dengan mudah karena korosi akan terjadi pada suhu di atas 60oC. Keberadaan magnesium juga menjadikan logam paduan dapat bekerja dengan baik pada temperatur yang sangat rendah, di mana kebanyakan logam akan mengalami failure pada temperatur tersebut.

(62)

(42-58%Mg), Mg (87-100%Mg). Unsur Mg pada paduan aluminium alloy type 6063 dapat memperbaiki sifat mekanis hinggan kisaran 0.451-0.651% ( Omotoyinbo,2010).

Gambar 2.14. Digram phasa Al-Mg, Temperatur (°C) Vs % Mg Sumber: (http://www.aluminiumlearning.com)

Aluminium alloy yang terdiri dari paduan utama Si dan Mg pada perbandingan tertentu akan terbentuk magnesium silica, yang akan membuat aluminium jenis ini mampu untuk dilakukan heat treatment, ketangguhan akan berkurang jika dibandingkan dengan paduan Aluminium Cu dan Zn. Silikon memiliki sifat yang getas dan dapat dengan mudah mengalami crack, seperti fatik terjadi didalam Alloy Al-Si terutama dengan pengintian dan pertumbuhan microcrack yang terdapat pada sekeliling fasa magnesium atau di dalam matriks aluminium (Ye.H, 2002).

2.6 Spesifikasi Pesawat Tanpa Awak

Langkah pertama dari analisa ini adalah input data. Data data yang dibutuhkan berkaitan dengan pesawat tanpa awak diperoleh dari berbagai sumber.

KEMAMPUAN

Tipe/konfigurasi : Shoulder wing/tailless pusher SPESIFIKASI

(63)

Crew : None (otonomous)

Structure : Fiberglass

Bobot kosong : 8,5 kg (maks) Berat maks lepas landas : 20 kg (maks)

Kecepatan : 55 knot (min) (101,86 km/h)

Daya tahan/waktu jelajah : 1 jam

Jarak tempuh : 100 km (maks)

Ketinggian : 7.000 kaki (2133 m)

Mesin : Motor bakar dua langkah

Bahan bakar : Metanol

DIMENSI

Rentang sayap : 2.838,3 mm

Total panjang : 1.078,1 mm

Tinggi : 390 mm

PROPELLER

Diameter of the circle swept : 20 inch (508 mm)

Material : Aluminium Alloys (Al-Mg)

(64)

BAB I PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Permasalahan kebisingan pada pesawat tanpa awak sedang menjadi konsentrasi penelitian yang terus meningkat dari tahun ke tahun. Sebagian besar kebisingan pada pesawat berasal dari sistem propeller pengangkat, rotor, dan mesin. Kebisingan dari sebuah propeller adalah kombinasi dari 2 (dua) sumber kebisingan, yaitu dari propeller sendiri, dan dari sumber tenaga (mesin).

Pengendalian kebisingan propeller dapat dilakukan dengan dua metode, yaitu dengan optimasi desain, dan penggunaan material akustik yang memiliki kemampuan serap bunyi lebih baik. Ada banyak investigasi yang dilakukan untuk menyelidiki kebisingan yang terjadi pada propeller pesawat rendah bising. Propeller yang sedang berputar, dapat menghasilkan kebisingan dengan 3 (tiga) mekanisme yang berbeda, yaitu bending vibration, pressure field, dan kebisingan vortex(Cyril M. Harris, 1998).

Propeller merupakan sistem propulsi yang secara umum digunakan pada pesawat tanpa awak. Propeller memindahkan tenaga dengan cara merubah gaya putar dari baling-baling menjadi daya dorong untuk menggerakkan badan pesawat dengan perantara udara. Bagian dari gaya ke depan adalah kekuatan dorong dan bagian yang bertindak dalam bidang rotasi adalah torsi propeller.

(65)

Gambar 1.1. Propeller pada pesawat tanpa awak

Propeller berputar menciptakan tekanan rendah didepannya, seperti sayap yang membuat tekanan rendah diatasnya. Hanya saja tidak seperti sayap yang melaju rata, propeller ini bergerak lebih cepat diujung ketimbang dipangkalnya. Untuk mengatasinya sudut bilah dibuat berbeda antara pangkal dan ujungnya, maka bilah terlihat terpilin. Bilah seperti ini membuat sudut lengkung yang menyapu udara disekeliling propeller sehingga menghasilkan kebisingan cukup tinggi pada hal pesawat tanpa awak seharusnya memiliki kebisingan yang rendah. Oleh karena itu, untuk mengatasi kebisingan yang tinggi tersebut diperlukan suatu tindakan penelitian agar dapat meminimalisir itu semua dengan melakukan pengujian eksperimental karakteristik kebisingan prototipe propeller rendah bising.

1.2.Perumusan Masalah

(66)

Berdasarkan permasalahan tersebut maka penulis tertarik melakukan penelitian tentang eksperimental pengaruh variasi putaran terhadap karakteristik kebisingan prototipe rendah bising pada sebuah pesawat tanpa awak .

1.3.Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini dibagi atas tujuan umum dan tujuan khusus 1.3.1 Tujuan Umum

Penelitian ini bertujuan untuk melakukan kajian eksperimental karakteristik noise pada sebuah prototipe propeller pesawat tanpa awak dengan menggunakan material paduan Aluminium Magnesium (Al-Mg). 1.3.2 Tujuan Khusus

Adapun tujuan khusus dari penelitian ini adalah:

1. Melakukan pengujian eksperimental kebisingan prototipe propeller rendah bising dengan dua blade.

2. Mendapatkan nilai sound pressure level dan sound power level. 3. Mendapatkan nilai energi turbulensi prototipe propeller

1.4.Batasan Masalah

Batasan masalah pada penelitian ini adalah :

1. Prototipe propeller ini menggunakan paduan material Aluminium – Magnesium dengan perbandingan 94% Al – 6% Mg.

2. Desain propeller untuk pesawat ini hanya dibatasi pada 2 (dua) buah jumlah blade dengan putaran sebesar 600 – 1800 rpm sesuai input dari inverter.

3. Melakukan tes pengujian eksperimental kebisingan pada propeller pesawat.

1.5.Sistematika Penulisan

(67)

tugas akhir yang meliputi pembahasan tentang latar belakang, batasan masalah, tujuan, dan sistematika penulisan.

Selanjutnya pada bab kedua merupakan tinjauan pustaka yang berisikan landasan teori dan studi literatur yang berkaitan dengan pokok permasalahan serta metode pendekatan yang digunakan untuk menganalisa persoalan.

Bab ketiga memuat metode dari pengerjaan meliputi langkah – langkah pengolahan dan analisa data.

Bab keempat berisikan mengenai hasil dan pembahasan, yang merupakan hasil pengolahan data yang diperoleh dari hasil penelitian kemudian dilakukan pembahasan terhadap hasil pengujian.

(68)

Abstrak

Pesawat model adalah pesawat terbang tanpa awak yang dikendalikan dari jarak jauh oleh pilot atau mampu mengendalikan dirinya sendiri sesuai dengan program yang telah ditentukan. Pesawat tak berawak berfungsi untuk keperluan pengintaian atau untuk misi ke luar angkasa misalnya oleh militer atau badan luar angkasa disebut UAV (Unmanned Air Vehicle). Permasalahan kebisingan pada pesawat tanpa awak sedang menjadi konsentrasi penelitian yang terus meningkat dari tahun ke tahun. Salah satu syarat yang harus dipenuhi oleh pesawat tanpa awak yang bertujuan untuk melakukan pengintaian adalah rendahnya tingkat kebisingan dari pesawat tersebut. Sumber utama dari kebisingan pesawat yang digerakkan oleh propeller terletak pada propeller itu sendiri. Penelitian ini bertujuan untuk melakukan kajian eksperimental karakteristik dan menganalisa kebisingan serta energi turbulensi pada sebuah prototipe propeller rendah bising. Pengukuran dilakukan dengan variasi putaran 600 rpm – 1800 rpm dengan arah horizontal, vertical, dan aksial. Dari analisa kebisingan yang dihasilkan dari prototipe propeller nilai kebisingan terbesar terdapat pada arah aksial (Y+) di putaran 1800 rpm jarak 1 m dengan nilai 93.2 dB dan nilai energi turbulensinya 22.438 J/Kg.

(69)

Abstract

Model aircraft is an unmanned aircraft controlled remotely by pilots or able controlling itself in accordance with the specified program.Unmanned aircraft serves to conduct reconnaissance or for space mission,for example by the military or space agency called UAV (Unmanned Air Vehicle).The problem of noise in the unmanned aircraft is being to concentration of research that increase each year.One of the condition must be fullfilled by an unmanned aircraft to carry out the reconnaissance is the lowest noise level of the aircraft.The main source of noice aircraft which driven by propeller is on the propeller itself.This research aims to conduct experimental study characteristics and to analyze noise and energy of turbulence on a prototype low propeller noise.Measurements were made in variations of rotation 600 rpm - 1800 rpm with a horizontal, vertical, and axial.Through of the noise analysis which produced by the prototype propeller, the greatest value of noise contained in the axial direction (Y +) at 1800 rpm rotation distance of 1 m with a value 93.2 dB and the value of turbulence energy 22 438 J / Kg.

(70)

STUDI EKSPERIMENTAL DAN SIMULASI TURBULENSI

PENGARUH VARIASI PUTARAN TERHADAP KARAKTERISTIK

KEBISINGAN PROTOTIPE PROPELLER RENDAH BISING

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

AFRIZAL NURFI

100401006

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(71)

(72)

(73)

(74)

Abstrak

Pesawat model adalah pesawat terbang tanpa awak yang dikendalikan dari jarak jauh oleh pilot atau mampu mengendalikan dirinya sendiri sesuai dengan program yang telah ditentukan. Pesawat tak berawak berfungsi untuk keperluan pengintaian atau untuk misi ke luar angkasa misalnya oleh militer atau badan luar angkasa disebut UAV (Unmanned Air Vehicle). Permasalahan kebisingan pada pesawat tanpa awak sedang menjadi konsentrasi penelitian yang terus meningkat dari tahun ke tahun. Salah satu syarat yang harus dipenuhi oleh pesawat tanpa awak yang bertujuan untuk melakukan pengintaian adalah rendahnya tingkat kebisingan dari pesawat tersebut. Sumber utama dari kebisingan pesawat yang digerakkan oleh propeller terletak pada propeller itu sendiri. Penelitian ini bertujuan untuk melakukan kajian eksperimental karakteristik dan menganalisa kebisingan serta energi turbulensi pada sebuah prototipe propeller rendah bising. Pengukuran dilakukan dengan variasi putaran 600 rpm – 1800 rpm dengan arah horizontal, vertical, dan aksial. Dari analisa kebisingan yang dihasilkan dari prototipe propeller nilai kebisingan terbesar terdapat pada arah aksial (Y+) di putaran 1800 rpm jarak 1 m dengan nilai 93.2 dB dan nilai energi turbulensinya 22.438 J/Kg.

(75)

Abstract

Model aircraft is an unmanned aircraft controlled remotely by pilots or able controlling itself in accordance with the specified program.Unmanned aircraft serves to conduct reconnaissance or for space mission,for example by the military or space agency called UAV (Unmanned Air Vehicle).The problem of noise in the unmanned aircraft is being to concentration of research that increase each year.One of the condition must be fullfilled by an unmanned aircraft to carry out the reconnaissance is the lowest noise level of the aircraft.The main source of noice aircraft which driven by propeller is on the propeller itself.This research aims to conduct experimental study characteristics and to analyze noise and energy of turbulence on a prototype low propeller noise.Measurements were made in variations of rotation 600 rpm - 1800 rpm with a horizontal, vertical, and axial.Through of the noise analysis which produced by the prototype propeller, the greatest value of noise contained in the axial direction (Y +) at 1800 rpm rotation distance of 1 m with a value 93.2 dB and the value of turbulence energy 22 438 J / Kg.

(76)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas segala karunia dan rahmat-Nya yang senantiasa diberikan kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan untuk memenuhi syarat guna memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Skripsi ini adalah “Studi Eksperimental Dan Simulasi Turbulensi Pengaruh Variasi Putaran Terhadap Karakteristik Kebisingan Prototipe Propeller Rendah Bising”

Selama penulisan laporan ini penulis banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan banyak terima kasih kepada :

1. Kedua Orang tua saya, M. Khairi dan Nurjannah, S.sos yang telah memberikan segala sesuatunya dengan penuh ikhlas.

2. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku dosen pembimbing yang telah sabar dan banyak memberikan arahan, bimbingan, nasehat, dan pelajaran berharga hingga skripsi ini dapat terselesaikan.

3. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Ir. Syahril Gultom, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Abangda Fadly Ahmad Kurniawan, ST selaku mahasiswa Magister Teknik Mesin serta abangda Amma Mulya mahasiswa Teknik Mesin USU stambuk 2009 yang telah banyak memberi bimbingan dan nasehat.

5. Seluruh Staf Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi dan seluruh pegawai administrasi di Departemen Teknik Mesin.

(77)

teman mahasiswa Teknik Mesin USU khususnya untuk stambuk 2010, yang telah banyak memberikan support dan sharing dalam penyelesaian skripsi ini. 7. My dear Nia Sylviana yang telah setia mendampingi ditengah segala

kekurangan yang ada.

8. Semua orang yang telah menjadi guru dan pengalaman dalam setiap aktifitas sosial yang terjalin.

Seperti kata pepatah “Tiada gading yang tak retak”, penulis menyadari bahwa

skripsi ini belum sempurna, baik dari segi teknik maupun dari segi materi. Oleh sebab itu, demi penyempurnaan skripsi ini kritik dan saran sangat penulis harapkan.

Akhir kata, penulis berharap agar laporan ini bermanfaat bagi pembaca pada umumnya dan penulis sendiri pada khususnya.

Medan, November 2014 Penulis,