LAMPIRAN TABEL KEBISINGAN
Tabel Hasil pengukuran kebisingan tanpa knalpot jarak 0,5 meter
Tabel Hasil pengukuran kebisingan tanpa knalpot jarak 1 meter
Tabel Hasil pengukuran kebisingan knalpot standart jarak 0,5 meter
Tabel Hasil pengukuran kebisingan knalpot standart jarak 1 meter
Tabel Hasil pengukuran kebisingan knalpot standart jarak 1,5 meter
Tabel Hasil Pengukuran Kebisingan Knalpot Tipe I dengan Bahan Aluminium jarak 0,5 meter
Tabel Hasil Pengukuran Kebisingan Knalpot Tipe II dengan Bahan Aluminium jarak 1 meter
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Penilaian kwantitatif Kebisingan.(http ://www.menlh.go.id)
[2]. Panca Putra Munte, Modifikasi dan uji experimental silencer dengan double saluran pada knalpot Toyota Kijang 7K yang terbuat dari material komposit. [3]. Gerges. S.N.Y. and Jordan. R, Muffler Modeling by Transfer Matrix
Method and Experimental Verification , April 2006.
[4]. Jebasinki. Roff , Eberspacer.J. Calculation Of The Tail Pipe Noise Of Exhaust System with Wave . Germany.
[5] Bies and Hansen, Engineering Noise Control, Department of Mechanical Engineering, Boston Sydney Welington.
[6]. Penilaian kwantitatif Kebisingan.(http ://www.menlh.go.id).
[7]. Hamond, Conrrad J.1983 Engeneering Acoustic & Noise Control, Prenticem Hall.
[8]. Jim R Cummins Jr.,P.E. and Bill G. Golden, Silencer Aplication Hand Book 1993 edition.
[9]. Faulkner, L.L. et. Al., Handbook of Industrial Noise Control, Industrial Press Inc, New York, 1976.
[10]. Harris C M, 1957, Hand Book of Noise Control, McGraw Hill Book Company Inc.New York.
[11]. Wilson Charles E, Noise Control Measurement, Analisis and Control of Sound
and Vibration. Harker and Row, Publisher New York.
[12]. Jerry G. Lilly, P.E., Engine Exaust Noise Control.
[13]. Berlian Seto, Perancangan Knalpot Berbasis Sponge Steel.
[14]. Journal, M. Rahman, T. Sharmin, A F M E. Hassan, and M. Al Nur Design And Contruction of a Muffler For Engine exaust Noise Reduction.
[15]. I Wahyan Wahyu Sastra Wijaksana, Perancangan Knlapot Tipe Expansian Chamber.
[16]. J.D. TURNER and A. J Pretlove, Acoustics for Engineers.
[18]. Bell, L.H., 1982, Industrial Noise Control, Marcel Dekker, Inc, New York. Lilly, J.J., “Engine Exhaust Noise Control”, ASHRAE Technical Board 2.6. [19]. Journal, M. Rahman, T. Sharmin, A F M E. Hassan, and M. Al Nur, Design
and Construction of a Muffler for engine exaust noise reduction.
[20]. Journal, Mr. Paritosh Bhattacharya, Rajsekhar Panua, Dr. Prabir Kumar Bose, Dr. Bankim Bihari Ghosh, Design of Reactive Muffler for Study on the Noise Level and Performance of a Two Cylinder Four Stroke 16 H.P Diesel Engine.
[21]. Journal, Jinsiang Shaw, Design and Control of Active Muffler In Engine Exhaust Systems.
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Waktu penelitian dimulai pada tanggal 21 Maret 2015 sampai dinyatakan selesai. Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Noise dan Vibration Control program Magister dan Doktoral Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
3.2 Jenis Penelitian
Jenis penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah penelitian perancangan. Perancangan knalpot berbahan Aluminium untuk pengendali kebisingan pada knalpot sepeda motor.
3.3 Alat dan Software Perancangan
1. Laptop
Gambar 3.1 Laptop Merk Acer
Spesifikasi Merk : Acer
Processor : Intel (R) Core i3 2.53 GHz Memory : 2 GB
2. Termokopel Digital
Termokopel digital ini digunakan untuk mengukur temperatur knalpot. Temperatur yang dapat diukur -100o C s/d 350o C. Bentuk termokopel yang digunakan dapat dilihat pada gambar 3.2.
Gambar 3.2 Termokopel digital
a. Pengukuran Temperatur Knalpot
Pengukuran temperatur mengunakan termokopel dapat dilihat pada gambar 3.3. Dimana posisi termokopel diletakkan dibagian inlet tabung knalpot. Pengukuran temperatur ini berfungsi untuk mengetahui berapa besar temperatur yang masuk ke tabung knalpot.
Gambar 3.3 Pengukuran Termokopel
b. Hasil Pengkuran Termokopel
Tabel 3.1 Hasil Pengukuran Termokopel
Putaran Mesin (Rpm) Temperatur ( o C )
1000 167.5
2000 179.5
3000 185.5
4000 193.5
5000 200.5
6000 208
7000 215
3. Tacnometer Digital
Tacnometer digital digunakan untuk mengetahui putaran mesin. Dalam penelitian ini putaran yang di ukur 1000 s/d 7000 Rpm. Tecnometer digital dapat dilihat pada gambar 3.4.
Gambar 3.4 Tacnometer digital
4. Satu Set kunci Kombinasi
Gambar 3.5 Kunci Kombinasi
5. Sepeda Motor Jupiter Z Tahun 2009
Dalam penelitian ini digunakan sepeda motor Jupiter Z tahun 2009 dengan kapasitas volume silinder mesin 110.3 cc dan power maksimum 9.0 PS/8000 Rpm. Spesifikasi mesin yang digunakan dari sepeda motor jupiter Z terlihat seperti terlihat pada gambar 3.6.
Gambar 3.6 Sepeda Motor Jupiter Z
Spesifikasi
Merk : Jupiter Z
Diameter x Langkah : 51.0 x 54.0 mm Volume Silinder : 110.3 CC
Power Max : 9.0 PS/6.7kW/7000 Rpm
Torsi Max : 9.2 Nm
Sistem Pelumasan : Pelumasan Basah
Kapasitas Oli Mesin : Penggantian Berkala 800 CC, Total 1000 CC Karburator : Mikuni VM 17 x 1 Setelan Piston Screw 1-3-8
Putaran Keluar Putaran Langsam : 1500 Rpm Saringan Udara : Tipe Kering
Sistem Starter : Motor Starter dan Stater Engkol Tipe Transmisi : Tipe Rotary 4 Kecepatan (N-1-2-3-4)\
6. Knalpot Standart Yamah Jupiter Z
Knalpot standart yamaha Jupite Z ini berbahan stailess steel pada tabung knalpotnya. Knalpot Jupiter standart dapat dilihat pada gambar 3.7.
7. AutoCAD 2010
Knalpot didesain dengan menggunakan Auto CAD 2010 supaya memudahkan dalam perancangan. Dengan Auto CAD maka dapat diketahui bentuk-bentuk dari bagian knalpot sehingga memudahkan untuk pembuatan dan penjelasan cara kerja dari knalpot.
8. Program Solidwork Premium 2010
Rancangan diamati dengan cara simulasi dengan program Solidworks Premium 2010, bagaimana laju aliran, temperatur dan tekanan
BAB IV
PERANCANGAN KNALPOT
4.1 Pemilihan Bentuk Tabung Knalpot
Ada 2 bentuk knalpot yang akan dianalisis dalam penelitian sebelum menentukan bentuk yang mana yang akan dipilih dalam perancangan.
4.1.1 Berbentuk oval/elips
Tabung knalpot berbentuk oval biasanya banyak digunakan pada kendaraan roda 4. Dari segi suara tabung knalpot oval sidikit lebih keras dibandingkan tabung knalpot berbentuk bulat, karena nilai kecepatan aliran yang telah disimulasikan pada tabung knalpot oval lebih besar dibandingkan dengan tabung knalpot berbentuk bulat.
Gambar 4.1 Knalpot Berbentuk Oval/elips 4.1.2 Berbentuk Bulat
Gambar 4.2 Knalpot Berbentuk Bulat
Untuk menentukan bentuk geometri knalpot yang lebih baik meyerap kebisingan dilakukan simulasi melalui program simulasi solidwork dengan menentukan luas penampang dan volume dari setiap bentuk sama.
a. Luas penampang elips/oval
Dimensi pada gambar dibawah diperoleh berdasarkan asusmsi agar harga luas penampang dan volume tabung knalpot elips dan tabung knalpot bulat sama.
� = π
= . .
= . mm
Volume = 6358.5 mm2 x 300 mm
b. Luas penampang bulat
Dimensi pada gambar dibawah diperoleh berdasarkan asusmsi agar harga luas penampang dan volume tabung knalpot elips dan tabung knalpot bulat sama.
� = �
= .
= . mm
Volume = 6358.5 mm2 x 300 mm = 1907550 mm3
4.2 Simulasi Bentuk Geometri Knalpot
Tabel 4.1 Data yang di input dalam Simulasi
4.2.1 Hasil Simulasi Knalpot Berbentuk Oval/elips
Gambar 4.3 Hasil Simulasi Knalpot Berbentuk Oval/elips
Dapat dilihat pada Gambar 4.3 diatas, hasil simulasi knalpot berbentuk oval/elips. distribusi kecepatan pada sisi masuk masih besar setelah masuk ke dalam tabung knalpot kecepatan aliran fluidanya menurun dan setelah keluar dari tabung kecepatan alirannya naik lagi. Dapat dilihat pada perubahan warna dari warna merah menjadi warna hijau dan kembali lagi menjadi warna merah dengan kecepatan aliran maksimus terdapat pada sisi outlet/ sisi keluar sebesar 2.30 m/s.
No Ukuran Nilai
1 Velocity Inlet 2 m/s
2 Tekanan Statik 101325 Pa
3 Temperatur Statik 30 o C
4.2.2 Hasil Simulasi Knalpot Berbentuk Bulat
Gambar 4.4 Hasil Simulasi Knalpot Berbentuk Bulat
a. Perhitungan Kebisingan Knalpot Elips
V = 2.43 m/s ( dari hasil simulasi) A elips = 6358.5 mm2 = 0.0063 m2
I = P2 / ρc = v2ρc Dimana: I = intensitas bunyi W/m2
P = Tekanan ( Pa )
C = Kecepatan suara (m/s) ρ = massa jenis
I = (2.43)2 x 1.2 kg/m3 x 340 m/s
= 2409.1 w/m2
Power = I x luas penampang = 2409.1 W/m2 x 0.0063 m2 = 15.17 W
Maka nilai kebisingan tabung knalpot berbentuk elips :
SPL = 10
Log
−. = 131.95 dbb.
Perhitungan Kebisingan Knalpot BulatV = 2.30 m/s ( dari hasil simulasi) A elips = 6358.5 mm2 = 0.0063 m2
Power = I x luas penampang = 2158.1 W/m2 x 0.0063 m2
= 13.59 W
SPL = 10
Log
.− = 131.33 dBDari hasil perhitungan dari kebisingan knalpot antara knalpot elips dan knalpot bulat didapat kebisingan knalpot elips 131. 95 dB dan knalpot bulat 131.33 dB. Maka dapat disimpulkan knalpot berbentuk elips lebih bising dari pada knalpot berbentuk bulat meski perbedaannya sedikit. Maka dalam perancangan ini dipilih knalpot berbentuk bulat.
4.3 Menghitung Panjang Tabung Knalpot
Berdasarkan ASHRAE Technical Board 2.6 frekuensi 200 - 500 Hz. Maka untuk menentukan panjang tabung knalpot berdasarkan frekuensi dalam riset ini diambil frekuensi 200 Hz.
=
��=
/�ℎ�
= 1.7 m
Maka, Lk = 1.7 m / 4
= 0.425 m = 425 mm
4.4 Menghitung Diameter Tabung Knalpot
Dt = 3 x De = 3 x 30 mm = 90 mm
4.5 Perancangan Knalpot Mengunakan Auto CAD
Dalam riset ini akan dirancang 2 tipe knalpot yang memiliki panjang tabung dan diameter tabung yang sama. Dari perhitungan diatas didapat :
Diameter tabung = 90 mm Panjang tabung = 425 mm
Diameter inlet = 30 mm (mengikuti diameter exaust knalpot standart) Asumsi :
Tebal tabung knalpot = 2 mm
Material tabung knalpot = Stainless Steel
4.6 Desain Knalpot Tipe I
Pada desain knalpot tipe I ini dapat dilihat pada gambar 4.6 panjang tabung knalpot 452, dimeter tabung knalpot 90 mm dan memiliki tebal 2 mm berbahan stainsless stell. Didalam tabung knalpot terdapat gulungan glasswool dan pipa perporate berbahan aluminium. Pada pipa perporate dibuat lubang-lubang berdiameter 3 mm dan banyak lubang 156 dapat dilihat pada gambar 4.7 dibawah. Desain lubang pada pipa perporate diharapkan dapat mengurangi kebisingan yang disebabkan oleh mesin karena pembuatan lubang dapat menurunkan tekanan gas buang. Untuk lebih jelas dapat dapat dilihat gambar 4.6, 4.7, dan 4.8 knalpot yang dirancang.
Gambar 4.6 2d Knalpot Tipe I yang dirancang
Gambar 4.8 Assembling knalpot Tipe I yang dirancang 4.7 Perhitungan Kebisingan Mesin
Berdasarkan spesifikas mesin Jupiter Z besarnya daya mesin adalah 6.7 kW pada putaran 7000 rpm, dapat dilihat pada halaman 40.
Lw = 95 + 5 Log 10 Ni – �
.
Dimana :
Lw = Kebisingan Mesin ( dB ) Lp = Panjang Pipa Exaust ( m ) Ni = Daya Mesin ( kW )
Lw = 95 + 5 Log 10 Ni – �
.
= 95 + 5 Log 10 6.7 – .
.
4.8 Perhitungan Kebisingan Knalpot Tipe I
4.8.1 Kehilangan Bunyi PadaTabung Knalpot Tipe I
Panjang knalpot = 425 mm = 0.425 m Diameter knalpot = 90 mm = 0.09 m Diameter inlet = 30 mm = 0.03 m Material = Stainless steel
TL = log [ + . (ScSe- SeSc) sin ( πLcλ ) ]
Dimana :
TL = Kehilangan bunyi pada tabung knalpot (dB) Se = Luas daerah masuk atau keluar (m2)
Sc = Luas daerah knalpot (m2) Lc = Panjang knalpot (m) λ = Panjang gelombang (m)
Sc = x π.d2 = x 3.14. 0.09 = 0.07 m2 Se = x π.d2 = x 3.14. 0.03 = 0.023 m2 c = 20,05 √
T = 215 oC (dari pengukuran) c = 20,05 √ +
c = 441.81 m/s
TL = log [ + . ( .. - .. ) sin ( x , x .. ) ]
TL = log [ + . . − . . ] = . dB
4.8.2 Kehilangan Bunyi Akibat Penyerapan Glasswooll
Karena glasswoll mempunyai koefisien serap (α) sebasar 0.28 dapat dilihat
pada lampiran. Maka kebisingan yang dapat diserap oleh glasswool adalah :
K = α x Lw
Dimana :
K = Besarnya bunyi yang dapat diserap (dB) α = Koefisien serap
Lw = Kebisingan mesin (dB)
K = α x Lw
= 0.28 x 103.73 dB = 29 dB
4.8.3 Total kehilangan bunyi yang disebabkan oleh adanya knalpot Tipe I Kehilangan bunyi pada knalpot tipe I diasumsikan karena adanya tabung knalpot dan material glasswool. Maka kehilangan total bunyi pada knalpot tipe I :
Ktb = TL + K Dimana :
4.8.4 Bunyi yang Keluar dari Knalpot Tipe I
Diasumsikan bunyi yang keluar dari knalpot tipe I adalah kebisingan mesin dikurang kehilangan bunyi akibat adanya knalpot tipe I.
Spl = Lw – Ktb Dimana :
Spl = Kebisingan yang keluar dari knalpot (dB) Lw = Kebisingan mesin (dB)
Ktb = Kehilangan bunyi akibat adanya knalpot (dB) = 103.73 dB – 44.84 dB
= 58.89 dB
Maka kebisingan yang keluar dari knalpot tipe I berdasarkan perhitungan diatas adalah 63.66 dB pada putaran 7000 rpm.
4.9 Desain Knalpot Tipe II
Gambar 4.9 Gambar 2d Knalpot Tipe II
Gambar 4. 10 Sekat Gambar 4.11 Pipa Perporate
4.10 Perhitungan Kebisingan Knalpot Tipe II
4.10.1 Kehilangan Bunyi PadaTabung Knalpot Tipe II Panjang knalpot = 425 mm = 0.425 m Diameter knalpot = 90 mm = 0.09 m Diameter inlet = 30 mm = 0.03 m Material = Stainless steel
TL = log [ + . (ScSe- SeSc) sin ( πLcλ ) ]
Dimana :
TL = Transmision loses (dB)
Se = Luas daerah masuk atau keluar (m2) Sc = Luas daerah knalpot (m2)
Lc = Panjang knalpot (m) λ = Panjang gelombang (m)
Sc = x π.d2 = x 3.14. 0.09 = 0.07 m2 Se = x π.d2 = x 3.14. 0.03 = 0.023 m2 c = 20,05 √
T = 215 oC (dari pengukuran)
c = 20,05 √ + c = 441.81 m/s
TL = log [ + . ( .. - .. ) sin ( x , x .
. ) ]
TL = log [ + . . − . . ] = . dB
4.10.2 Kehilangan Bunyi Akibat Penyerapan Aluminium pada Sekat
Karena aluminium mempunyai koefisien serap (α) sebasar 0.05 dapat
dilihat pada lampiran maka kebisingan yang dapat diserap oleh aluminium adalah:
K = α x Lw
Dimana :
K = Besarnya bunyi yang dapat diserap (dB) α = Koefisien serap
Lw = Kebisingan mesin (dB)
K = α x Lw
= 0.05 x 103.73 dB = 5.18 dB
Karena knalpot tipe II didesain mempunyai 3 sekat, maka diasumsikan besarnya peyerapan bunyi pada 3 sekat adalah 3 x 5.18 = 15.5 dB.
4.10.3 Kehilangan bunyi pada knalpot Tipe II
Ktb = TL + K Dimana :
Ktb = Kehilangan bunyi total pada knalpot (dB) TL = Kehilangan bunyi pada tabung knalpot (dB) K = Besarnya bunyi yang dapat diserap (dB)
Ktb = 15.84 dB + 15.5 dB = 31.34 dB
4.10.4 Bunyi yang Keluar dari Knalpot Tipe II
Diasumsikan bunyi yang keluar dari knalpot tipe II adalah kebisingan mesin dikurang kehilangan bunyi akibat adanya knalpot tipe II.
Spl = Lw – Ktb Dimana :
Spl = Kebisingan yang keluar dari knalpot (dB) Lw = Kebisingan mesin (dB)
Ktb = Kehilangan bunyi akibat adanya knalpot (dB) Spl = 103.73 dB – 31.34 dB
= 72.39 dB
4.11 Gambar Knalpot Standart Jupiter Z
Gambar 4.13 2d Knalpot standart Jupiter Z
Gambar 4.14 3d Knalpot Standart Jupiter Z
4.11.1 Perhitungan Kebisingan Tabung Knalpot Standart Jupiter Z Panjang knalpot = 420 mm = 0.420 m
Diameter knalpot = 80 mm = 0.08 m Diameter inlet = 30 mm = 0.03 m Material = Stainless steel
Dimana :
TL = Transmision loses (dB)
Se = Luas daerah masuk atau keluar (m2) Sc = Luas daerah knalpot (m2)
Lc = Panjang knalpot (m) λ = Panjang gelombang (m)
Sc = x π.d2 = x 3.14. 0.08 = 0.06 m2 Se = x π.d2 = x 3.14. 0.03 = 0.023 m2 c = 20,05 √
T = 215 oC (dari pengukuran) c = 20,05 √ +
c = 441.81 m/s
Frekuensi = 200 Hz (Asumsi)
=
��=
. = 2.2 mTL = log [ + . ( .. - .. ) sin ( x , x .. ) ]
TL = log [ + . . − . . ] = . dB
4.11.2 Perhitungan Kebisingan Tabung didalam tabung Knalpot Standart Jupiter Z
Sc = x π.d2 = x 3.14. 0.07 = 0.05 m2 Se = x π.d2 = x 3.14. 0.03 = 0.023 m2 c = 20,05 √
T = 215 oC (dari pengukuran) c = 20,05 √ +
c = 441.81 m/s
Frekuensi = 200 Hz (Asumsi)
=
��=
. = 2.2 mTL = log [ + . ( .. - .. ) sin ( x , x .. ) ]
TL = log [ + . . − . . ] = . dB
4.11.3 Kehilangan bunyi pada knalpot Standart
Kehilangan bunyi pada knalpot tipe I diasumsikan karena adanya tabung knalpot dan material aluminium. Maka kehilangan total bunyi pada knalpot tipe II adalah :
Ktb = TL + K Dimana :
Ktb = Kehilangan bunyi total pada knalpot (dB) TL = Kehilangan bunyi pada tabung knalpot (dB) K = Besarnya bunyi yang dapat diserap (dB)
4.11.4 Bunyi yang Keluar dari Knalpot Standart
Diasumsikan bunyi yang keluar dari knalpot standart adalah kebisingan mesin dikurang kehilangan bunyi akibat adanya knalpot tipe standart.
Spl = Lw – Ktb Dimana :
Spl = Kebisingan yang keluar dari knalpot (dB) Lw = Kebisingan mesin (dB)
Ktb = Kehilangan bunyi akibat adanya knalpot (dB) Spl = 103.73 dB – 23.4 dB
= 80.33 dB
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan penelitian dan analisa yang di lakukan pada bab sebelumnya maka dapat di ambil sebuah kesimpulan dari penelitian sebagai berikut :
1. Berdasarkan hasil simulasi dan analisa perhitungan kebisingan bentuk geometri tabung knalpot bulat yang lebih baik meyerap kebisingan sebesar 131.33 dB sedangkan tabung knalpot berbentuk elips/oval 131.95 dB.
2. Dari hasil perhitungan knalpot tipe I dapat meyerap kebisingan sebesar 44.84 dB, tipe knalpot II dapat meyerap kebisingan 31.34 dB dan knalpot standart Jupiter Z dapat menyerap kebisingan sebasar 23.40 dB. 3. Dari hasil perhitungan dan analisa yang dilakukan perancangan bahan aluminum pada sekat pada knalpot tipe II dapat menyerap kebisingan 15.5 dB.
5.2 Saran
1. Diharapkan lebih lanjut adanya perancangan knalpot yang menggunakan material akustik yang baik meyerap kebisingan.
2. Untuk perancangan selanjutnya diharapkan mendesain lebih banyak lagi bentuk knakpot yang mau di uji agar referensi tentang kebisingan bentuk knalpot lebih banyak.
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Perancangan Teknik
Manusia selalu merancang sesuatu untuk mempermudah dalamn mencapai tujuan yang mereka inginkan. Karakteristik yang paling mendasar pada manusia adalah membuat fungsi perlatan yang telah ada menjadi lebih luas lagi untuk mencapai hal yang diinginkan. Dan pada saat tujuan itu terhambat akibat peralatan yang ada kurang mendukung, maka perbaikan fungsi peralatan dibuat menjadi lebih baik atau dibuat peralatan yang baru. Atas dasar kompleknya tujuan yang ingin dicapai maka manusia dituntut untuk selalu berkreasi dan terus merancang sesuatu yang baru atau merobah sesuatu yang lama menjadi lebih berfungsi lagi.
Merancang adalah serangkaian proses yang dilakukan untuk memecahkan
masalah yang dihadapi dengan mengubah suatu yang lama menjadi lebih baik atau membuat sesuatu yang baru. Dalam proses merancang ini tidak ada sesuatu ketentuan yang baku yang harus diikuti oleh setiap perancang. Setiap perancang akan memiliki prosesnya sendiri untuk mencapai tujuan. Dari banyak metode perancangan yang dikeluarkan oleh para perancang, maka proses yang selalu ada pada setiap metode perancangan dan bisa dikatakan proses yang umum yang dilakukan yaitu :
Menyelidiki alternatif sistem yang bisa memenuhi spesifikasi yang diinginkan
Menformulasikan model matematika dari konsep sistem yang terbaik
Menjelaskan spesifikasi komponen untuk membuat komponen subsistem
2.1.1 Metode Perancangan Model Pahl dan Beitz
Dalam proses perancangan banyak sekali model perancangan yang diajukan oleh para perancang, tetapi kebanyakan model yang lebih rumit sering mengaburkan tujuan utama dari perancangan dengan mencampurkan antara ditail dari berbagai masalah dan aktivitas dalam melakukan pekerjaan rancangan. Salah satu model yang telah disempurnakan dikemukakan oleh Pahl dan Beitz.
Model Pahl dan Beitz bedasarkan pada tahap-tahap perhitungan sebagai berikut :
Klarifikasi dari masalah, mengumpulkan informasi tentang kebutuhan untuk diujudkan dalam produk akhir dan juga mengumpulkan informasi tentang batasan masalah.
Mambuat konsep perancangan, menetapkan fungsi struktur, penelitian untuk pemecahan masalah yang sesuai, penggabungan kedalam beberapa konsep..
Pengujutan rancangan, dimulai dari konsep, para perancang membuat kaluaran dan bentuk serta membuat produ atau sistem dengan pertimbangan teknik dan ekonomi
2.2 Deskripsi Knalpot
Sistem buangan ( knalpot ) adalah saluran untuk membuang sisa hasil pembakaran pada mesin pembakaran dalam. Sistem pembuangan terdiri dari beberapa komponen, minimal terdiri dari satu pipa pembuangan. Di Indonesia kata knalpot merupakan kata serapan dari bahasa Belanda yang berarti saringan suara.
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 mesin dan menstabilkan kerja mesin terhadap lingkungan. Ada banyak bentuk tabung peredam knalpot yang ada dipasaran, ini tergantung kepada mesin kendaraan yang dipasang. Pada gambar 2.1 dapat dilihat bentuk dari sistem pembuangan dan bagian- bagian dari sistem pembungan (knalpot).
Secara spesifik knalpot pada kendaraan berfungsi untuk :
Meredam suara yang dikeluarkan oleh mesin.
Mengurangi keluarnya Zat-zat berhahaya dari asap kendaraan.
Memperlambat kecepatan aliran gas buang keluar kendaraan.
Mengalirkan panas pembakaran dari mesin.
2.3 Jenis - jenis knalpot 2.3.1 Knalpot Absortif
knalpot absortif adalah knalpot yang dirancang khusus menggunakan peredam untuk menyerap gelombang suara yang keluar dari mesin tanpa memperdulikan tekanan gas buang. Bentuk knalpot absortif dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Knalpot Absortif 2.3.2 Knalpot Reaktif
Gambar 2.3 Knalpot Reaktif 2.4 Aluminium
Aluminium ialah unsur kimia. Lambang aluminium ialah Al, dan nomor atomnya 13. Aluminium ialah logam paling berlimpah. Aluminium bukan merupakan jenis logam berat, namun merupakan elemen yang berjumlah sekitar 8% dari permukaan bumi dan paling berlimpah ketiga. Aluminium terdapat dalam penggunaan aditif makanan, antasida, buffered aspirin, astringents, semprotan hidung, antiperspirant, air minum, knalpot mobil, asap tembakau, penggunaan aluminium foil, peralatan masak, kaleng, keramik , dan kembang api. Aluminium merupakan konduktor listrik yang baik ringan dan kuat. Merupakan konduktor yang baik juga buat panas. Dapat ditempa menjadi lembaran, ditarik menjadi kawat dan diekstrusi menjadi batangan dengan bermacam-macam penampang Tahan korosi.
Tabel 2.1 Sifat-sifat Fisika dari Material Aluminium
Sifat fisika
Fase Solid
Massa jenis (mendekati suhu kamar) 2.70 g·cm−3
Massa jenis cair 2.375 g·cm−3
Titik lebur 933.47 K, 660.32 °C, 1220.58 °F
Titik didih 2792 K, 2519 °C, 4566 °F
Kalor peleburan 10.71 kJ·mol−1
Kalor penguapan 294.0 kJ·mol−1
Kapasitas kalor 24.200 J·mol−1·K−1
Tekanan uap
Gambar 2.4 Gulungan Glasswool
Kelebihan glasswool :
• Insulasi panas dan bunyi yang baik.
• Tidak berjamur, tidak mudah berkarat.
• Tidak mudah terbakar.
• Daya fleksibilitas yang baik.
• Umum digunakan (sudah tersosialisasi dengan baik).
• Dari sisi ekonomis relatif terjangkau sebagai bahan insulasi.
2.6 Teori Gelombang dan Bunyi
Pada bagian ini akan diberikan beberapa definisi dan pengertian dasar mengenai gelombang dan bunyi serta hal-hal yang berkaitan dengan teori ini. 2.6.1 Pengertian Gelombang
Gelombang adalah suatu getaran, gangguan atau energi yang merambat. Dalam hal ini yang merambat adalah getarannya, bukan medium perantaranya. Satu gelombang terdiri dari satu lembah dan satu bukit (untuk gelombang transversal) atau satu renggangan dan satu rapatan (untuk gelombang longitudinal). Besaran-besaran yang digunakan untuk mendiskripsikan gelombang antaralain panjang
banyaknya gelombang yang melewati suatu titik tiap satuan waktu, periode (T) adalah waktu yang diperlukan oleh gelombang melewati suatu titik, amplitudo (A) adalah simpangan maksimum dari titik setimbang, kecepatan gelombang (v) adalah kecepatan dimana puncak gelombang (atau bagian lain dari gelombang) bergerak. Kecepatan gelombang harus dibedakan dari kecepatanpartikel pada medium itu sendiri. Pada waktu merambat gelombang membawa energi dari satu tempat ke tempat lain. Saat gelombang merambat melalui medium maka energi dipindahkan sebagai energi getaran antar partikel dalam mediumtersebut.
2.6.2 Jenis-Jenis Gelombang
Jenis-jenis gelombang dikelompokkan berdasarkan arah getar, amplitudo dan fasenya, medium perantaranya dan frekuensi yang dipancarkannya. Berdasarkan arah getarnya gelombang dikelompokkan menjadi:
a. Gelombang Transversal
Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getarnya tegak lurus terhadap arah rambatannya. Satu gelombang terdiri dari satu lembah dan satu bukit seperti ditunjukkan pada gambar 2.5.
b. Gelombang Longitudinal
Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarnya sejajar atau berimpit dengan arah rambatannya. Gelombang yang terjadi berupa rapatan dan renggangan seperti ditunjukkan pada gambar 2.6.
Gambar 2.6 Gelombang longitudinal 2.7 Bunyi dan Gelombang Bunyi
Menurut Lesie L. Doelle (1990), disebutkan bahwa bunyi memiliki dua definisi yaitu :
1. Secara fisis merupakan pergerakan partikel melalui medium udara disebut sebagai bunyi objektif.
2. Secara fisiologis bunyi dianggap sebagai sensasi pendengaran yang ditimbulkan oleh kondisi fisik disebut sebagai bunyi subjektif.
Bunyi merupakan tranmisi energi yang melewati benda padat, cair dan gas dalam suatu getaran yang diterima melalui sensasi telinga dan otak. Variasi bunyi terjadi karena tekanan udara berupa rapatan atau renggangan molekul udara oleh gangguan pada media elastis yang menyebar ke segala arah (Suptandar, 2004).
padat dari suatu media dilewatinya. Bunyi serupa dengan suara, namun dari sudut bhasa bunyi tidak sama dengan suara oleh karena suara dihasilkan oleh getaran (bunyi) yang keluar dari mulut atau dihasilkan oleh makhluk hidup. Tapi dari sudut fisika bunyi dan suaranya sama, oleh karena bunyi dan suara sama-sama dihasilkan dari getaran.
Bunyi memiliki beberapa sifat dan besaran fisis. Sifat-sifat bunyi antara lain : dapat dipantulkan, dapat berinterferensi dan dapat dibelokkan. Bunyi dapat menimbulkan pengaruh pada lingkungan sekitarnya seperti adanya pelayangan bunyi dan efek Doppler. Bunyi merupakan suatu jenis gelombang sehingga memiliki besaran-besaran gelombang seperti kecepatan, frekuensi, panjang gelombang dan periode. Selain itu bunyi juga memiliki besaran lain seperti tekanan bunyi, intensitas bunyi dan daya akustik. Ketika bunyi menumbuk suatu batas dari medium yang dilewatinya, maka energi dalam gelombang bunyi dapat diteruskan, diserap atau dipantulkan oleh batas tersebut. Pada umumnya ketiganya terjadi pada derajat tingkat yang berbeda, tergantung pada jenis batas yang dilewatinya (Lord 1980 dalam Himawanto 2007). Fenomena gelombang suara yang terjadi berupa suara yang diserap (absorb), dipantulkan (reflected) dan diteruskan (transmitted). Dapat dilihat pada gambar 2.7.
2.7.1 Pemantulan Bunyi (Refleksi)
Pemantulan bunyi adalah pemantulan kembali dari gelombang bunyi yang menumbuk suatu permukaan, dimana sudut datang sama dengan sudut pantul. Permukaan yang keras, tegar dan rata akan memantulkan semua energi bunyi. Bentuk pemantulan dapat dibedakan menjadi beberapa kondisi, yaitu :
1). Permukaan rata bersifat sebagai penghasil gelombang bunyi yang merata. 2). Permukaan cekung bersifat sebagai pengumpul gelombang bunyi.
3). Permukaan cembung bersifat sebagai penyebar gelombang bunyi.
Suara yang disebarkan kesegala arah akan menimbulkan gelombang bunyi yang merambat ke segala arah dengan tekana bunyi yang sama dengan tekanan bunyi yang sama pada setiap ruang (Suptandar,2004).
2.7.2 Penyerapan Bunyi
Penyerapan bunyi adalah peristiwa penyerapan bunyi oleh suatu lapisan tertentu memiliki koefisien yang juga tertentu. Ada beberapa jenis penyerap bunyi yaitu bahan berpori, panel-panel penyerap bunyi dan resonator berongga. Bahan lembut, berpori, dan kain serta manusia menyerap sebagian besar gelombang bunyi yang menumbuk mereka, dengan kata lain, mereka adalah penyerap bunyi. Penyerapan bunyi adalah perubahan energi bunyi menjadi suatu bentuk lain,yaitu energi panas. Biasanya energi panas terjadi ketika bunyi melewati suatu bahan atau menumbuk suatu permukaan. Jumlah panas yang dihasilkan pada perubahan energi ini sangat kecil, sedangkan kecepatan perambatan gelombang bunyi tidak dipengaruhi oleh penyerapan. Berikut disajikan tabel koefisien serapan beberapa material.
2.7.3 Tranmisi Bunyi
Bunyi yang merambat pada lapisan permukaan akan diteruskan ke semua penjuru atau ruang-ruang lain dan sifatnya bergantung pada kesesuaian tingkat kemampuan tranmisi material. Untuk menghindari kebisingan ruang yang berakustik digunakan material yang bertranmisi rendah serta perhitungan kontruksi pada pemasangan lapisan penyerap.
2.7.4 Difraksi Bunyi
gelombang dibatasi. Difraksi lebih nyata pada frekuensi rendah dari pada frekuensi tinggi, karena panjang gelombang bunyi yang dapat didengar terentang dari beberapa sentimeter sampai beberapa meter dan seringkali cukup besar dibandingkan dengan lubang atau perintang, maka pembelokan gelombang bunyi di sekitar suatu pojokan merupakan suatu fenomena biasa, (Leslie L. Doelle. 1985:28)
2.7.5 Penyebaran Bunyi
cair, atau padat. Gelombang itu dihasilkan ketika sebuah benda yang digetarkan dan menyebabkan gangguan kerapatan medium. Gangguan dijalarkan di dalam medium melalui interaksi molekul-molekulnya. Arah gerakan molekul medium yang dilewati searah dengan arah penjalaran gelombang tersebut (Tipler,1998). Berdasarkan frekuensinya gelombang bunyi dibedakan menjadi tiga kategori yaitu:
1. Gelombang Infrasonik dengan frekuensi < 20 Hz .
2. Gelombang Audiosonik dengan frekuensi 20 – 20.000 Hz 3. Gelombang Ultrasonik dengan frekuensi >20.000Hz.
Penyerapan, dan penerusan bunyi, yang karakteristiknya tergantung pada karakteristik obyek. Perambatan gelombang bunyi yang mengenai bidang batas dengan celah akan mengalami difraksi (Mediastika, 2005) misalnya yang terjadi pada ruangan yang berlubang.
2.8 Sifat-Sifat Bunyi
Bunyi mempunyai beberapa sifat, seperti frekuensi bunyi, kecepatan perambatan, intensitas, panjang gelombang dan kecepatan partikel.
2.8.1 Frekuensi Bunyi
� =
�……….. (2.1)Dimana : f = Frekuensi (Hz) T = Waktu (s)
2.8.2 Kecepatan Perambatan Bunyi
Bunyi bergerak pada kecepatan berbeda-beda pada tiap media yang dilaluinya. Pada media gas udara, cepat rambat bunyi tergantung pada kerapatan, suhu, dan tekanan. Hal ini dapat dirumuskan sebagai berikut :
c =
√
� .��� ……….. (2.2)
atau dalam bentuk sederhannya dapat ditulis :
c = 20,05
√dimana: c = Cepat rambat bunyi (m/s)
� = Rasio panas spesifik (untuk udara = 1,41) Pa = Tekanan atmosfer (Pascal)
= Kerapatan (Kg/�
T
= Suhu (K)Pada media padat bergantung pada modulus elastisitas dan kerapatan
c =
√
��……….. (2.3)
dimana : E = Modulus Elastisitas = Kerapatan (Kg / �
c =
√
� ……….. (2.4)
dimana : K = Modulus Bulk = Kerpatan (Kg / � 2.8.3 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 :
= ��……….. (2.5)
Dimana : = Panjang Gelombang bunyi (m) C = Cepat Rambat bunyi (m/det)
f = Frekuensi (Hz)
2.8.4 Intensitas Bunyi
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 =
�� ……….. (2.6)
Ambang batas pendengaran manusia, yaitu nilai minimum intensitas daya bunyi yang dapat dideteksi telinga manusia adalah 10-6 W/�� . Intensitas maksimum bunyi yang dapat diterima tanpa menyebabkan kerusakkan adalah sekitar 10-3 W/�� .
2.8.5 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 dengan kecepatan partikel-partikel.
Hubungan tekanan dengan kecepatan partikel sebagai berikut :
V = �
�.� ……….. (2.7)
Dimana: V = Kecepatan partikel (m/det)
P = Tekanan (Pascal)
= Massa Jenis bahan (kg / �
c = Kecepatan rambat gelombang (m/det) 2.9 Sifat Akustik
pertumbuhan, kelembaban, modulus elastitas, dan kandungan bahan kimia yang dapat mempengaruhi sifat akustik (Bucur 2006).
Sifat akustik berhubungan dengan produksi suara yang diakibatkan oleh benturan langsung, dan bunyi yang dihasilkan oleh sumber lain yang dipancarkan melalui udara dan mempengaruhi kayu dalam bentuk gelombang suara (Tsoumis 1991). Medium gelombang bunyi dapat berupa zat padat, cair, ataupun gas.
2.9.1 Koefisien Penyerapan Bunyi
Menurut Jailani et al. (2004) penyerapan suara (sound absorption) merupakanperubahan energi dari energi suara menjadi energi panas atau kalor.
Kualitas dari bahan peredam suara ditunjukkan dengan harga α (koefisien
penyerapan bahan terhadap bunyi), semakin besar α maka semakin baik digunakan
sebagai peredam suara. Nilai α berkisar dari 0 sampai 1. Jika α bernilai 0, artinya
tidak ada bunyi yang diserap sedangkan jika α bernilai 1, artinya 100% bunyi yang
datang diserap oleh bahan. Besarnya energi suara yang dipantulkan, diserap, atau diteruskan bergantung pada jenis dan sifat dari bahan atau material tersebut. Pada umumnya bahan yang berpori (porous material) akan menyerap energi suara yang lebih besar dibandingkan dengan jenis bahan lainnya. Adanya pori-pori menyebabkan gelombang suara dapat masuk kedalam material tersebut. Energi suara yang diserap oleh bahan akan dikonversikan menjadi bentuk energi lainnya, pada umumnya diubah ke energi kalor.
Perbandingan antara energi suara yang diserap oleh suatu bahan dengan energi suara yang datang pada permukaan bahan tersebut didefinisikan sebagai
Energy
Terdapat dua metode untuk mengukur koefisien absorbsi suara, yaitu dengan tabung impedansi (impedance tube) yang dapat mengukur koefisien absorbsi suara normal, serta pengukuran dengan ruang dengung (reverberationroom) yang dapat mengukur koefisien absorbsi suara sabine. Tabel 2.2 berikut merupakan nilai koefisien absorpsi dari beberapa material.
Tabel 2.2 Koefisien Penyerapan Bunyi dari Beberapa Material
Material Frekuensi
1. Material penyerap atau absorbing material,
2. Material penghalang atau barrier material, 3. Material peredam atau damping material.
Material penyerap bunyi mempunyai beberapa parameter akustik yang merupakan besaran yang dapat diukur sebagai sifat dan kinerja material tersebut. Besaran tersebut yaitu impedansi normal dan koefisien serapan bunyi. Penelitian mengenai karakter akustik pada suatu material penyerap bunyi telah banyak dilakukan (Doelle,1993). Secara umum bahan penyerap suara terdiri dari beberapa jenis diantaranya :
A. Bahan berporous,
B. Panel-panel penyerap bunyi, C. Resonator berongga.
Pada bahan berpori, energi bunyi diubah menjadi energi panas melalui gesekan dengan molekul udara. Contoh material ini adalah serat kacang (rock wall), serat kayu, dan papan serat (fiber board). Pada panel absorber, energi bunyi diubah menjadi energi getaran. Material panel absorber ini bekerja dengan baik pada frekuensi rendah, misalnya kaca, pintu, dan panel kayu. Resonator berongga mengurangi energi bunyi melalui gesekan dan interfleksi pada lubang dalam yang bekerja pada frekuensi rendah. Contohnya antara lain sound block, resonator panel berlubang, dan resonator celah. (Sriwigiyatno, 2006).
Kualitas dari bahan penyerap suara ditunjukkan dengan harga α (koefisien
penyerapan bahan terhadap bunyi), semakin besar α maka semakin baik digunakan
tidak ada bunyi yang diserap sedangkan jika α bernilai 1, artinya 100% bunyi yang datang diserap oleh bahan (Khuriati 2006). Reaksi serap terjadi akibat turut bergetarnya material terhadap gelombang bunyi yang sampai pada permukaan material tersebut. Getaran suara yang sampai dipermukaan turut menggetarkan partikel dan pori-pori udara pada material tersebut. Sebagian dari getaran tersebut terpantul kembali ke ruangan, sebagian berubah menjadi panas dan sebagian lagi di teruskan ke bidang lain dari material tersebut. (Gunawan dalam Niken Puspita Sari,2008). Kayu dengan kerapatan dan modulus elastisitas yang rendah, dan kadar air dan temperatur yang tinggi lebih banyak menyerap suara.
2.11 Kebisingan ( Noise )
2.11.1 Baku Tingkat Kebisingan
Menurut Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor :KEP 48/MENLH/11/1996 Tentang Baku tingkat kebisingan baku tingkatkebisingan adalah batas maksimal tingkat kebisingan yang diperbolehkandibuang ke lingkungan dari usaha atau kegiatan sehingga tidak menimbulkangangguan kesehatan manusia dan kenyamanan lingkungan.Baku tingkat kebisingan nilainya disesuaikan dengan peruntukannyaataupun dengan lingkungan kegiatan.
Baku tingkat kebisingan nilainya disesuaikan peruntukannya ataupun dengan lingkungan kegiatan. Baku tingkat kebisingan di perumahan dan tidak sama dengan didaerah perkantoran, sedangkan baku tingkat kebisingan untuk lingkungan kegiatan rumah sakit juga tidak sama dengan lingkungan sekolah.
2.11.2 Keputusan Menteri Lingkungan Hidup Nomor : KEP 48/ MENLH/11/1996 Tentang baku tingkat kebisingan.
Tabel 2.3 Nilai Baku Tingkat Kebisingan (Kep. MENLH 1996)
Peruntukan Kawasan/lingkungan Kesehatan Tingkat kebisingan dB (A)
6. Pemerintahan dan Fasilitas Umum 7. Rekreasi
1. Rumah Sakit atau sejenisnya 2. Sekolah atau sejenisnya 3. Tempat ibadah atau sejenisnya
55
2.11.3 Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia No. 718/Men/Kes/Per/XI/ 1987 tentang kebisingan yang berhubungan dengan kesehatan.
Tabel. 2.4 Pembagian Zona Bising oleh Menteri Kesehatan
Zona A Zona yang diperuntukkan bagi tempat penelitian, RS, tempat perawatan kesehatan/sosial dan sejenisnya.
Zona B Zona yang diperuntukkan bagi perumahan, tempat pendidikan, rekreasi dan sejenisnya.
Zona C Zona yang diperunyukkan bagi perkantoran, perdagangan, pasar dan sejenisnya.
Zona D Zona yang diperuntukkan bagi industry, pabrik, stasiun KA, terminal bis dan sejenisnya.
2.11.4 Peraturan MENLH Nomor 07 Tahun 2009 tentang Ambang Batas Kebisingan Kendaraan bermotor tipe baru kategori L.
Tabel 2.5 Kendaraan Bermotor Tipe Baru Kategori L secara Dinamis
2.11.5 Sanksi Bagi Pelanggar Peraturan Baku Tingkat Kebisingan
Dalam Undang-Undang Republik Indonesia Nomor 32 Tahun 2009 tentang Perlindungan dan Pengelolaan Lingkungan Hidup diatur ancaman tindak pidana bagi pelanggar baku mutu lingkungan. Sanksi tersebut terdapat pada pasal 100 ayat 1 dan 2 yaitu setiap orang yang melanggar baku mutu air limbah, baku mutu emisi, atau baku mutu gangguan dipidana, dengan pidana penjara paling lama 3 (tiga) tahun dan denda paling banyak Rp3.000.000.000,00 (tiga miliar rupiah). Tindak pidana tersebut hanya dapat dikenakan apabila sanksi administratif yang telah dijatuhkan tidak dipatuhi atau pelanggaran dilakukan lebih dari satu kali.
Sanksi administratif yang dimaksud dalam Undang-Undang Republik Indonesia Nomor 32 Tahun 2009 tentang Perlindungan dan Pengelolaan Lingkungan Hidup adalah:
a) Teguran tertulis
Pemberian sanksi untuk kendaraan bermotor diatur dalam Undang-Undang Nomor 14 Tahun 1992 tentang Lalu Lintas dan Angkutan Jalan pada pasal 67 yaitu
“barangsiapa mengemudikan kendaraan bermotor yang tidak memenuhi
persyaratan ambang batas emisi gas buang, atau tingkat kebisingan dipidana dengan pidana kurungan paling lama 2 (dua) bulan atau denda setinggi-tingginya Rp. 2.000.000,- (dua juta rupiah).”
2.12 Mesin Sebagai Sumber Kebisingan
Berhubung mesin sebagai sumber kebisingan, dimana tekanan pembakaran yang terjadi pada motor bensin berkisar antara 30-60 Bar, temperatur pembakaran dapat mencapai 2000-2500 oC 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 oC, tekanan gas keluar pada saluran gas buang (Exhaust Port) 1–3 Bar.
Pada putaran tinggi temperatur mesin mencapai 700 s/d 1000 oC, 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 :
�� = .
……….. (2.9)Dimana :
V m = Kecepatan rata-rata piston (m/dtk) S = Langkah piston (mm)
Besar sound power level (Lw) mesin dapat diketahui dengan menggunakan
2.13 Tingkat Tekanan Bunyi (Sound Pressure Level)
Jika terdapat gelombang bunyi yang melewati suatu medium, maka tekanan
di dalam medium tersebut akan berubah. Perbedaan atau selisih perubahan ini
disebut sebagai tekanan bunyi.Pada medium udara, tekanan bunyi terendah yang
dapat didengar oleh telinga manusia (dewasa muda pada frekuensi bunyi 1000 Hz)
adalah 20 Pa dan tekanan bunyi yang dapat menyebabkan telinga terasa sakit
adalah 208 Pa. Tekanan bunyi dengan tekanan lebih kecil dari 20 Pa tidak dapat
dirasakan atau diindera oleh telinga manusia, sedangkan tekanan bunyi diatas
208 Pa dapat merusakkan syaraf indera pendengaran atau dapat menyebabkan tuli
permanen. Dengan demikian tekanan bunyi yang dapat ditoleransi oleh indera
telinga manusia adalah 20 Pa sampai dengan 208 Pa atau 2.10-5 Pa sampai dengan
2.102 Pa. (Pa atau N/m2).
Lp = 20 log �
.
……….. (2.11)
Dimana : Lp = Tingkat Tekanan Bunyi (dB)
2.14 Tingkat Daya Bunyi (Sound Power Level)
Daya bunyi merupakan karakteristik (sifat yang dipunyai individu) dari
suatu sumber bunyi sehingga tidak dipengaruhi faktor luar, seperti kondisi medium
atau jarak dari sumber bunyi. Daya bunyi tidak tergantung pada dekat atau jauhnya
letak titik dari sumber. Daya bunyi atau disebut juga daya akustik mempunyai
definisi seperti definisi daya pada umumnya, yaitu energi bunyi yang dikeluarkan
atau dipancarkan oleh suatu sumber bunyi setiap satuan waktu, dan mempunyai
satuan Joule per detik atau Watt.
Lw = 10 Log �−
……….. (2.12)
Dimana : Lw = Tingkat Daya Bunyi (dB)
W = Daya (watt)
2.15 Penentuan Banyaknya Lubang Pada Knalpot
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 :
n
t=
K { L+ . √StS }K =
cπfV
………..………... (2.14)Dimana:
f = frekwensi dari harga pengurangan transmisi (Hz) V = volume tabung (m3)
c = kecepatan gelombang suara dalam gas (m/s)
2.16 Pemilihan Ukuran dari Knalpot
Berdasarkan design and construction of a muffler for engine exaust noise reduction (M. Rahman, T. Sharmin, A F M E. Hassan, and M. Al Nur, 2005) untuk mencari panjang knalpot dan diameter knalpot dirumuskan sebagai berikut :
Lk = / 4..………. (2.15)
=
��………..(2.16)Dimana : c = Kecepatan suara (340 m/s) f = frekuensi ( Hz)
= panjang gelombang (m)
Lk = panjang Knalpot (m)
Dt = 3 x De ……… (2.17) Dimana : Dt = Diameter knalpot (m)
2.17 Material Stainless Steel
Stainless steel merupakan salah satu material yang baik untuk material knalpot salah satunya yang biasa digunakan adalah dari jenis AISI Type 304 Stainless Steel. Material Stainless Steel merupakan yang banyak digunakan untuk bahan knalpot.
2.17.1 Sifat-sifat Stainless Steel
Stainless Steel memiliki sifat antara lain :
1. Memiliki daya tahan yang baik terhadap panas, karat dan gesekan 2. Tahan temperatur rendah maupun tinggi
3. Memiliki kekuatan besar dengan massa yang kecil
4. Keras, liat, densitasnya besar dan permukaannya tahan aus 5. Tahan terhadap oksidasi
6. Kuat dan dapat ditempa 7. Mudah dibersihkan
8. Mengkilat dan tampak menarik
Pada tabel 2.6 dapat dilihat sifat fisis dari material AISI Type 304 Stainless Steel.
Tabel 2.6 Sifat Fisis dan Mekanis Material AISI Type 304 Stainless Steel.
No Sifat Fisis Nilai
1 Modulus Elastisitas 196 Gpa
2 Possion Ratio 0.29
3 Density 8000 Kg/m3
2.18 Kehilangan Bunyi yang ditransmisikan
TL = log [ + . (ScSe- SeSc) sin ( πLcλ ) ]
Dimana :
TL = Transmision loses (dB)
Se = Luas daerah masuk atau keluar (m2) Sc = Luas daerah knalpot (m2)
Lc = Panjang knalpot (m)
BAB I 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.
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. [1]
Di kota-kota besar salah satu penyebab kebisingan adalah suara yang dikeluarkan oleh knalpot kendaraan bermotor dengan tingkat kebisingan yang tinggi dapat mengganggu kesehatan baik knalpot berbentuk bulat maupun elips/oval. Ini menjadi sebuah permasalahan yang perlu diperhatikan, oleh karena itu perlu dilakukan penelitian untuk mengatasi masalah tersebut. Dilandasi penjelasan diatas peneliti mencoba merancang knalpot yang ramah lingkungan yang dapat mengurangi tingkat kebisingan.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas penulis merumuskan masalah sebagai berikut :
1. Bagaimana mengurangi kebisingan knalpot kendaraan bermotor agar suara keras yang dihasilkan tidak mengganggu kesehatan manusia. 2. Bagaimana merancang knalpot agar dapat menurunkan tingkat
kebisingan.
3. Bagaimana memilih bentuk knalpot yang baik menurunkan tingkat kebisingan.
1.3 Tujuan Penelitian
1. Mengurangi kebisingan yang dikeluarkan oleh knalpot kendaraan bermotor.
1.4 Manfaat Penelitian
1. Memberikan masukan masyarakat kepada masyarakat khususnya mereka yang mengunakan kendaraan bermotor.
2. Menjadi bahan referensi pengetahuan bagi mahasiswa teknik mesin untuk mengembangkan alat pengendali kebisingan pada kendaraan bermotor.
3. Memberi masukkan kepada produsen kendaraan bermotor dalam pengembangan teknologi dalam bidang pengendalian kebisingan. 1.5 Batasan Masalah
Agar penyelesaian masalah tidak menyimpang dari tujuan dan menghindari kemungkinan meluasnya pembahasan yang seharusnya diteliti, maka peneliti membuat batasan masalah. Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Perancangan knalpot dilakukan pada sepeda motor jupiter Z tahun 2009. 2. Membandingkan bentuk knalpot antara bulat dan elips.
3. Perancangan dilakukan mengunakan software AutoCAD 2010.
4. Bahan aluminium digunakan pada pipa perporate dan sekat sedangkan tabung knalpot menggunakan material stainless steel.
5. Perancangan knalpot disimulasikan mengunakan software Solidwork. 6. Mendesain 2 model knalpot yang akan dibuat dan diuji.
1.6 Sistematika Penulisan
BAB I PENDAHULUAN
Pada bab ini membahas latar belakang masalah penulisan skripsi, Perumusan Masalah,Tujuan Penelitian, Manfaat Penelitian, Batasan Masalah serta Sistematika Penulisan skripsi.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Pada bab ini membahas teori-teori yang dapat mendukung dan menjadi pedoman dalam penyusunan skripsi.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini penulis membahas tentang alat dan bahan yang digunakan dan prosedur cara pengambilan data.
BAB IV PERANCANGAN KNALPOT
Pada bab ini penulis membahas tentang data perancangan dalam bentuk gambar teknik knalpot, gambar simulasi dari knalpot dan perhitungan dimensi knalpot.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi tentang kesimpulan dari skripsi yang telah selesai dikerjakan dan saran-saran yang diperlukan untuk penyempurnaan hasil penelitian.
DAFTAR LITERATUR/PUSTAKA
Daftar pustaka berisikan literature-literatur yang digunakan untuk menyusun laporan ini.
LAMPIRAN
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk merancang knalpot yang baik dalam menyerap kebisingan pada sepeda motor. Sepeda motor yang digunakan dalam penelitian adalah merk Yamaha Jupiter Z tahun 2009. Dalam analisa perhitungan dipilih bentuk knalpot bulat karena berdasarkan hasil simulasi yang digunakan melalui software solidwork dan perhitungan yang dilakukan kebisingan bentuk knalpot bulat adalah sebesar 133.33 dB sedangkan kebisingan bentuk knalpot oval/elips adalah sebesar 133.95. Selanjutnya setelah mendapat bentuk knalpot bulat yang akan dirancang, dilakukan perhitungan dimensi dari knalpot. Dari hasil perhitungan didapat diameter knalpot 90 mm dan panjang knalpot 425 mm. Dalam penelitian ini didesain dua Tipe knalpot yang akan diteliti. Desain tipe satu berbahan aluminum pada pipa dalamnya tidak memiliki sekat, berlubang-lubang dan digunakan glasswool sebagai bahan peredam. Sedangkan desain tipe dua digunakan bahan aluminium pada pipa dalamnya memiliki tiga sekat berbahan aluminium dan tidak ada bahan peredam.
ABSTRACT
This research aims to design an exhaust that is good at absorbing noise on motorcycles. Motorcycle used in the study is the brand Yamaha Jupiter Z 2009. In the analysis of exhaust spherical shape calculation selected for the simulation results are used through software and calculations performed solidwork noise exhaust spherical shape amounted to 133.33 dB while noise form the exhaust oval / elliptical is amounting to 133.95. Furthermore, after receiving the exhaust spherical shape that will be designed, calculating the dimensions of the exhaust. From the calculation results obtained tailpipe diameter of 90 mm and a length of 425 mm exhaust. In this study, two-mode exhaust is designed to be studied. Type design of the aluminum in the pipe it does not include insulation, holes and used glasswool as a damping material. While the two types of design used aluminum materials in pipe inside has three aluminum bulkhead and no damping material.
PERANCANGAN KNALPOT BERBAHAN ALUMINIUM
UNTUK MENGURANGI KEBISINGAN
PADA SEPADA MOTOR
TUGAS SARJANA
Tugas Sarjana Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
CHANDRA SIMARMATA NIM.120421027
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan anugerah-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini dengan sebaik mungkin.
Tugas Sarjana ini merupakan salah satu syarat yang harus dilaksanakan mahasiswa untuk menyelesaikan pendidikan agar memperoleh gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Sarjana ini adalah “PERANCANGAN KNALPOT BERBAHAN ALUMINIUM UNTUK MENGURANGI KEBISINGAN PADA SEPEDA MOTOR”
Dalam penulisan Tugas Sarjana ini penulis banyak mendapatkan bantuan baik moral maupun materi dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri Selaku Dosen Pembimbing yang telah membimbing, dan membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini.
2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. Selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Kedua orang tua saya yang selalu memdoakan saya selama pengerjaan tugas sarjana ini.
6. Seluruh rekan-rekan Mahasiswa Departemen Teknik Mesin, khususnya kepada teman - teman seperjuangan Angkatan 2012 yang tidak dapat disebutkan satu - persatu yang telah membantu dan memberi masukan yang berguna demi kelengkapan Tugas Sarjana ini.
itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran-saran yang membangun dari semua pihak untuk perbaikan tugas sarjana ini.
Akhir kata penulis berharap semoga Tugas Sarjana ini bermanfaat bagi pembaca dan peneliti lainnya.
Medan, Juni 2016
Penulis,
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk merancang knalpot yang baik dalam menyerap kebisingan pada sepeda motor. Sepeda motor yang digunakan dalam penelitian adalah merk Yamaha Jupiter Z tahun 2009. Dalam analisa perhitungan dipilih bentuk knalpot bulat karena berdasarkan hasil simulasi yang digunakan melalui software solidwork dan perhitungan yang dilakukan kebisingan bentuk knalpot bulat adalah sebesar 133.33 dB sedangkan kebisingan bentuk knalpot oval/elips adalah sebesar 133.95. Selanjutnya setelah mendapat bentuk knalpot bulat yang akan dirancang, dilakukan perhitungan dimensi dari knalpot. Dari hasil perhitungan didapat diameter knalpot 90 mm dan panjang knalpot 425 mm. Dalam penelitian ini didesain dua Tipe knalpot yang akan diteliti. Desain tipe satu berbahan aluminum pada pipa dalamnya tidak memiliki sekat, berlubang-lubang dan digunakan glasswool sebagai bahan peredam. Sedangkan desain tipe dua digunakan bahan aluminium pada pipa dalamnya memiliki tiga sekat berbahan aluminium dan tidak ada bahan peredam.
ABSTRACT
This research aims to design an exhaust that is good at absorbing noise on motorcycles. Motorcycle used in the study is the brand Yamaha Jupiter Z 2009. In the analysis of exhaust spherical shape calculation selected for the simulation results are used through software and calculations performed solidwork noise exhaust spherical shape amounted to 133.33 dB while noise form the exhaust oval / elliptical is amounting to 133.95. Furthermore, after receiving the exhaust spherical shape that will be designed, calculating the dimensions of the exhaust. From the calculation results obtained tailpipe diameter of 90 mm and a length of 425 mm exhaust. In this study, two-mode exhaust is designed to be studied. Type design of the aluminum in the pipe it does not include insulation, holes and used glasswool as a damping material. While the two types of design used aluminum materials in pipe inside has three aluminum bulkhead and no damping material.
DAFTAR ISI
2.1.1 Metode Perancangan Model Pahl dan Beitz ... 6
2.7.4 Difraksi Bunyi ... 16
2.9.1 Koefisien Penyerapan Bunyi ... 22
2.10 Material Akustik ... 23
2.11 Kebisingan (Noise) ... 25
2.11.1 Baku Tingkat Kebisingan ... 26
2.11.2 Keputusan Menteri Lingkungan Hidup ... 26
2.11.3 Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesi . 27 2.11.4 Peraturan MENLH No 07 Tahun 2009 ... 28
2.11.5 Sanksi Bagi Pelanggar Peraturan Baku Kebisingan 29 2.12 Mesin Sebagai Sumber Kebisingan ... 30
2.13 Tingkat Tekanan Bunyi (Sound Pressure Level) ... 31
2.14 Tingkat Daya Bunyi (Sound Power Level) ... 32
2.15 Penentuan Banyaknya Lubang Pada Knalpot ... 32
2.16 Pemilihan Ukuran dari Knalpot ... 33
2.17 Material Stainless Steel ... 34
2.11.5 Sifat-sifat Stainless Steel ... 34
2.18 Kehilangan bunyi yang ditranmisikan ... 35
4.4.1 Berbentuk Oval/elips ... 43
4.4.1 Berbentuk Bulat ... 43
4.2 Simulasi Bentuk Geometri Knalpot ... 45
4.2.1 Hasil Simulasi Knalpot Berbentuk Oval/elips ... 46
4.2.2 Hasil Simulasi Knalpot Berbentuk Bulat ... 47
4.3 Menghitung Panjang Tabung Knalpot ... 49
4.4 Menghitung Diameter Tabung Knalpot ... 50
4.5 Perancangan Knalpot Menggunakan AutoCAD ... 50
4.6 Desain Knalpot Tipe I ... 51
4.7 Perhitungan Kebisingan Mesin ... 52
4.8 Perhitungan Kebisingan Knalpot Tipe I... 53
4.8.1 Kehilangan Bunyi Pada Tabung Knalpot Tipe I ... 53
4.8.2 Kehilangan Bunyi Akibat Penyerapan Glasswol ... 54
4.8.3 Total Kehilangan Bunyi Yang Disebabkan oleh Adanya Knalpot Tipe I ... 54
4.8.4 Bunyi Yang Keluar Dari Knalpot Tipe I ... 55
4.9 Desain Knalpot Tipe II ... 55
4.10 Perhitungan Kebisingan Knalpot Tipe II ... 57
4.10.1 Kehilangan Bunyi Pada Tabung Knalpot Tipe II 57
4.10.2 Kehilangan Bunyi Akibat Penyerapan Aluminium Pada Sekat ... 58
4.10.3 Total Kehilangan Bunyi Pada Knalpot Tipe II .... 58
4.10.4 Bunyi Yang Keluar Dari Knalpot Tipe II ... 59
4.11 Gambar Knalpot Standart Jupiter Z ... 60
4.11.1 Perhitungan Kebisingan Tabung Knalpot Standart Jupiter Z ... 60
4.11.2 Perhitungan Kebisingan Tabung didalam Tabung Knalpot Standart Jupiter Z ... 61
4.11.3 Kehilangan Bunyi Pada Knalpot Standart ... 62
5.1 Kesimpulan ... 64 5.2 Saran ... 64 DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sistem Pembuangan (Knalpot) ... 7
Gambar 2.2 Knalpot Absortif ... 8
Gambar 2.3 Knalpot Reaktif ... 9
Gambar 2.4 Gulungan Glasswool ... 11
Gambar 2.5 Gelombang Transversal ... 12
Gambar 2.6 Gelombang Longitudinal ... 13
Gambar 2.7 Bunyi Mengenai Suatu Bidang ... 14
Gambar 3.1 Laptop Merk Acer ... 36
Gambar 3.2 Termokopel Digital ... 37
Gambar 3.3 Pengukuran Termokopel ... 37
Gambar 3.4 Tacno Meter Digital ... 38
Gambar 3.5 Kunci Kombinasi ... 39
Gambar 3.6 Sepeda Motor Jupiter Z ... 39
Gambar 3.7 Knalpot Standart Jupiter Z ... 40
Gambar 4.1 Knalpot Berbentuk Oval/elips ... 43
Gambar 4.2 Knalpot Berbentuk Bulat ... 44
Gambar 4.3 Hasil Simulasi Knalpot Berbentuk Oval/elips ... 46
Gambar 4.4 Hasil Simulasi Knalpot Berbentuk Bulat ... 47
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Sifat-sifat Fisika dari Material Aluminium ... 10 Tabel 2.2 Koefisien Penyerapan Bunyi dari Beberapa Material ... ... ... 23 Tabel 2.3 Nilai Baku Tingkat Kebisingan ( Kep MENLH 1996) ... ... 27 Tabel 2.4 Pembagian Zona Bising oleh Mentri Kesehatan ... ... 28 Tabel 2.5 Kendaraan Bermotor Tipe Baru Kategori L secara Dinamis . ... ... 29 Tabel 2.6 Sifat – Fisis dan Mekanis Material AISI TYPE
DAFTAR NOTASI
Simbol Keterangan Satuan
f Frekuensi Hz
T Perioda s
c Kecepatan Perambatan m/s
