PENGARUH VARIASI PUTARAN MESIN TERHADAP KEBISINGAN (NOISE) PADA KNALPOT KOMPOSIT YANG DILENGKAPI SALURAN DALAM GANDA
PADA MOBIL BENSIN KIJANG 7K TESIS
OLEH SUPRIYADI 057015009/TM
PROGRAM MAGISTER TEHNIK MESIN FAKULTAS TEHNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2010
PENGARUH VARIASI PUTARAN MESIN TERHADAP NOISE PADA KNALPOT KOMPOSIT YANG DILENGKAPI
SALURAN DALAM GANDA PADA MOBIL BENSIN KIJANG 7K
TESIS
Untuk Memperoleh Gelas Magister Teknik Pada Program Studi Teknik Mesin
Sekolah Pasca sarjana Universitas Sumatera Utara
OLEH SUPRIYADI 057015009/TM
PROGRAM MAGISTER TEHNIK MESIN FAKULTAS TEHNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2010
Judul : PENGARUH VARIASI PUTARAN MESIN TERHADAP NOISE PADA KNALPOT KOMPOSIT YANG
DILENGKAPI SALURAN DALAM GANDA MOBIL BENSIN KIJANG 7K
Nama Mahasiswa : Supriyadi Nomor Pokok : 057015009 Program Studi : Teknik Mesin
Menyetujui Komisi Pembimbing
(Dr.-Ing. Ikhwansyah Isranuri) Ketua
(Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME) (Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D) Anggota Anggota
Ketua Program Studi Dekan FT-USU
(Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME) (Prof.Dr.Ir. Armansyah Ginting B. M.Eng)
Tanggal Lulus : 25 Pebruari 2010 Telah diuji pada
Tanggal : 25 Pebruari 2010
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Dr._ Ing. Ikhwansyah Isranuri
Anggota : 1. Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME 2. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D 3. Ir. Alfian Hamsi, M.Sc
4. Drs. Nasruddin MN, M. Eng. Sc
ABSTRAK
Kebisingan di kota umumnya disebabkan suara kendaraan yang melintas di jalan raya.
Suara tersebut berasal dari tekanan gas buang dari hasil pembakaran di dalam ruang bakar mesin. Variasi putaran mesin akan mempengaruhi tinggi rendahnya tingkat kebisingan.
Semakin tinggi putaran mesin maka semakin tinggi suara kebisingan yang keluar dari knalpot. Knalpot sebagai alat peredam bunyi yang umumnya terbuat dari bahan logam seperti mild steel, aluminium dan bahan lainnya, kurang mampu menurunkan tingkat kebisingan. Hal ini dikarenakan material tersebut mempunyai nilai koefisien serap bunyi yang kecil. Riset ini bertujuan membandingkan 3 jenis knalpot. Knalpot pertama yakni knalpot standar yang terbuat dari bahan mild steel, knalpot kedua yaitu knalpot komposit saluran tunggal dan knalpot ketiga, yakni knalpot komposit saluran ganda. Ketiga knalpot yang diriset tersebut mempunyai konstruksi dan isi di dalamnya sama dengan yang lain.
Mesin yang digunakan pada riset tersebut adalah mesin kijang bensin 7K yang ditempatkan pada stand mesin (engine stand). Variasi putaran yang dilakukan pada mesin 900 rpm, 1500 rpm, 2000 rpm, 2500 rpm dan 3000 rpm. Pengukuran tingkat tekanan bunyi dilakukan dengan jarak 1 meter dari tabung knalpot dengan metode setengah bola. Hasil pengujian pada knalpot standar dengan putaran 900 rpm sampai 3000 rpm diperoleh nilai tekanan bunyi rata-rata sebesar 27,98134 dB dan pada knalpot komposit saluran tunggal tekanan bunyi rata-rata 18,57912 dB serta pada knalpot komposit saluran ganda tekanan bunyi rata-rata 13,95578 dB. Dari penjelasan diatas bahwa pada knalpot komposit saluran tunggal yakni mampu menurunkan tingkat tekanan bunyi rata-rata sebesar 9.41 dB, bila dibandingkan dengan knalpot standar pada putaran 900 sampai 3000 rpm. Kemudian pada knalpot komposit saluran ganda mampu menurunkan tingkat tekanan bunyi rata-rata sebesar 14.03 dB, jika dibandingkan dengan knalpot standar pada putaran mesin 900 sampai 3000 rpm. Hasil riset menyimpulkan bahwa knalpot komposit saluran ganda dapat menurunkan kebisingan sebesar 39,98 % dibanding dengan knalpot standar.
Kata kunci : Variasi putaran, Knalpot komposit saluran ganda, Jarak pengukuran, Penurunan kebisingan
ABSTRACT
Noise in the town is mostly caused by the traffic of cars. It comes from the exhaust gas pressure in the engine chamber. Engine revolution will cause the noise level rises or increases. If revolution of the engine is high, the noise level outside from the silencer rises.
Silencer as equipment of reduction of the noise is generally made of metal such as mild steel, aluminium, or aluminium alloys, the materials had been found not good in reducing the noise, because they have low absorbtion coefficient. This research compares the performance of three kinds of silencers. The first silencer made of mild steel, is called standard silencer. The second silencer body is made from the composite material, but the inner construction of the second silencer is the same with the first silencer. The body of the third silencer is made of composite material.The third silencer is eqquiped with double intake port. The research used petrolium 7K stationary engine. The engine setup of the revolution of engine is 900 rpm,1500 rpm, 2000 rpm, 2500 rpm, 3000 rpm. Meassurement of the noise level uses a half ball method. Meassurement of the level noise is conducted by SPL meter is plared 1 m from silencer. Results of the research show that standard silencer generate the noise up to 27,98134 dB, composite silencer is 18,57912 dB and inner tubes composite silencer is 13,95578 dB. It was found that the inner tubes composite silencer can be able to reduce the noise 14,03 dB compared to standard silencer using engine revolution of 900 rpm until 3000 rpm. The second silencer is be able to reduce the noise up to 9.41 dB compared to standard silencer with the revolution engine of 900 rpm until 3000 rpm. Result of research shows that the inner tubes composite silencer is be able to reduce noise up to 39,98 % compared to standard silencer.
Keyword : Engine Revolution variation, Composite silencer , Meassurement stand, Noise reduction
KATA PENGANTAR
Segala Puji bagi Allah yang telah memberikan limpahan Rahmat dan Nikmat kesehatan dan kelapangan waktu sehingga dapat diselesaikan penulisan Tesis yang berjudul : PENGARUH VARIASI PUTARAN MESIN TERHADAP NOISE PADA KNALPOT KOMPOSIT YANG DILENGKAPI SALURAN DALAM GANDA PADA MOBIL BENSIN KIJANG 7K
. Dalam kesempatan ini saya mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar- besarnya kepada, Dr . Ing - Ikhwansyah Isranuri, selaku ketua pembimbing , Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku anggota pembimbing dan sekaligus ketua Program Studi Pasca Sarjana Tehnik Mesin USU Medan, serta kepada Prof.Basuki Wirjosentono,MS, Ph.D, dan juga kepada Direktur Program Pasca Sarjana Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B, MSc, dan tak lupa kepada rekan–rekan mahasiswa, dan seluruh personil adaministratif di Program Magister Tehnik Mesin USU Medan
Penulis menyadari bahwa Tesis ini masih terdapat kekurangan, untuk ini tentunya penulis mengharap kritik dan saran yang membangun .
Medan , Januari 2010 Penulis
SUPRIYADI
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Nama : SUPRIYADI
Tempat /Tgl lahir : Medan /13 Pebruari 1961
Agama : Islam
Status : Kawin
Alamat : Kompleks Perumahan Sri Gunting Blok 8 No 85 Sunggal
Latar belakang Pendidikan : 1968-1973 SD Muhammadiyah Sei Sikambing C
1974-1976 ST Negri 2 Medan
1977-1981 STM Negri 2 Medan
1983-1989 ITM Medan
Pengalaman Kerja : 1981-1981 di PT Inalum Kuala Tanjung (Asahan)
1982-2008 di P4 TK Medan
Pengalaman Mengajar : 1986-1995 D3GK Otomotif PPPGT Medan
1996-2008 Program Pelatihan Ketrampilan Guru SMK Teknologi Wilayah Sumatera dan Kalimantan 2005-2008 Program Keguruan D3GK Otomotif
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... i
ABSTACT ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR RIWAYAT HIDUP ... iv
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR TABEL ... viii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR LAMPIRAN ... xvii
DAFTAR ISTILAH . ... xvii
BAB 1. PENDAHULUAN ... .. 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.1.1. Pendahuluan... ... 1
1.1.2. Penelitian yang dilakukan terhadap knalpot ... 3
1.1.3. Road Map Penelitian ... 6
1.2. Perumusan Masalah ... 7
1.3. Tujuan Penelitian ... 7
1.4. Manfaat Penelitian ... 8
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ... 9
2.1. Bunyi ... 9
2.2. Bising ... 11
2.3. Mesin Sebagai Sumber Kebisingan ... 12
2.4. Knalpot ... 14
2.5. Knalpot Komposit ... 16
2.6. Komposit ... 17
2.6.1. Klasifikasi komposit ... 17
2.6.2. Keunggulan bahan komposit ... 18
2.7. Penyerapan Bunyi Pada Material ... 19
2.8. Hubungan Kecepatan Gas Terhadap Bahan dan Temperatur ... 21
2.9. Hubungan Radiasi dan Intensitas Bunyi ... 22
2.10. Hubungan Kecepatan Gas,Frekwensi,Tekanan Bunyi dan Daya Bunyi ... 23
2.11. Kerangka Konsep ... 29
BAB 3. METODE PENELITIAN ... 30
3.1. Tempat dan Waktu ... 30
3.1.1. Tempat ... 30
3.1.2. Waktu ... 30
3.2. Bahan dan Alat ... 30
3.2.1. Bahan ... 30
3.2.2. Alat Pengujian ... 31
3.3. Variabel yang diamati ... 31
3.4. Rancangan Kegiatan ... ... 32
3.4.1. Pembuatan Knalpot ... 32
3.4.2. Persiapan alat ... 34
3.4.3. Pelaksanaan Pengujian ... 34
3.5. Metode pengukuran ... 35
3.6. Pengukuran dan Pengolahan Data ... 39
3.7. Aliran Pelaksanan Penelitian ... 39
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 41
4.2. Pembahasan ... 42
4.2.1. Anallisa Karakteristik Kebisingan Suara Knalpot ... 42
4.2.2. Perbandingan Tingkat Tekanan Bunyi Rata-rata pada Ketiga Knalpot ... 44
4.2.3. Perbandingan Tingkat Daya Bunyi Rata-rata pada ketiga Knalpot ... 46
4.2.4. Hubungan Kenaikan Putaran Mesin Terhadap Kebisingan.. 48
4.2.5. Perbandingan Tingkat Tekanan Bunyi Rata-rata Teori Dibanding denganTingkat Tekanan Bunyi Praktek ... 50
4.3. Analisa Kebisingan pada Bagian Dalam Knalpot ... 53
4.4. Rugi-rugi Bunyi di Dalam Tabung Knalpot ... 57
4.5. Perbandingan Tingkat Daya Bunyi pada Setiap Kamar Knalpot.. 63
4.6. Sifat dan Karakteristik Knalpot Saluran Ganda ... ... 66
BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN ... 72
5.1. Kesimpulan ... 72
5.1.1. Kebisingan pada Bagian Luar Tabung Knalpot... 72
5.1.2. Kebisingan pada Bagian Dalam Tabung Knalpot ... 73
5.1.3. Rugi-rugi Bunyi Dalam Tabung Knalpot ... 73
5.2. Saran ... 74
DAFTAR KEPUSTAKAAN ... 76
LAMPIRAN ... 78
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Kondisi Akustik Lingkungan Kita 11
Tabel 2.2 Kondisi Proses Kerja Motor 4 Tak 13
Tabel 2.3 Koefisien Serap Bunyi (α) dari Beberapa Material 21
Tabel 3.1 Ukuran Knalpot Standar 36
Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Tingkat Kebisingan Knalpot Standar 44 Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Tingkat Kebisingan Knalpot Komposit
Saluaran Tunggal
44
Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Tingkat Kebisingan Knalpot Komposit Saluaran Ganda
45
Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Kebisingan pada Knalpot Standar 46 Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Kebisingan pada Knalpot Komposit
Saluran Tunggal
47
Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Kebisingan pada Knalpot Komposit Saluran Ganda
47
Tabel 4.7 Tingkat Tekanan Bunyi rata-rata (Lw) pada ketiga Jenis Knalpot
48
Tabel 4.8 Tingkat Daya Bunyi Rata–rata (lav) pada ketiga Jenis Knalpot 50 Tabel 4.9 Hasil Perhitungan Kenaikan Tekanan Bunyi Rata-rata (Lw)
pada Ketiga Jenis Knalpot
52
Tabel 4.10 Hasil Perhitungan Penurunan Tekanan Bunyi Rata-rata (Lav) pada Ketiga Jenis Knalpot
54
Tabel 4.11 Hasil Perhitungan Kebisingan Dalam Tabung Knalpot Standar 57 Tabel 4.12 Analisa Tingkat Daya Bunyi pada Sumber Bunyi Ketiga Jenis
Knalpot
58
Tabel 4.13 Kerugian Bunyi dalam Tabung Knalpot Standar 63 Tabel 4.14 Kerugian Bunyi dalam Tabung Knalpot Komposit Saluran
Tunggal
63
Tabel 4.15 Kerugian Bunyi dalam Tabung Knalpot Komposit Saluran Ganda
63
Tabel 4.16 Tingkat Daya Bunyi di dalam Tabung Knalpot Standar 66 Tabel 4.17 Perbedaan Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Teoritis Dibanding
Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Praktek (dB) pada Knalpot Standar
67
Tabel 4.18 Perbedaan Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Teoritis Dibanding Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Praktek (%) pada Knalpot Standar
68
Tabel 4.19 Perbedaan Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Teoritis Dibanding Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Praktek pada Knalpot Komposit Saluran Tunggal
68
Tabel 4.20 Perbedaan Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Teoritis Dibanding Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Praktek pada Knalpot Komposit Saluran Ganda
69
Tabel 4.21 Hubungan Variasi Putaran Mesin dibanding Tingkat Tekanan Bunyi Rata-rata pada Knalpot Komposit Saluran Ganda
70
Tabel 4.22 Hubungan Variasi Putaran Mesin dibanding Tingkat Daya Bunyi pada Knalpot Komposit Saluran Ganda
71
Tabel 4.23 Hubungan Kecepata Gas terhadap Tingkat Tekanan Bunyi pada Knalpot Komposit Saluran Ganda
72
Tabel 4.24 Rugi-Rugi Bunyi Dalam Tabung Knalpot Komposit Saluran Ganda
74
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Situasi akustik tiga elemen 8
Gambar 2.2 Perubahan tekanan dan getaran garpu tala 8
Gambar 2.3 Grafik countour kekerasan bunyi 10
Gambar 2.4 Proses kerja motor bensin 4 tak 12
Gambar 2.5 Gas buang yang masuk dalam tabung knalpot 13 Gambar 2.6 Aliran gas pada knalpot komposit saluran ganda 15 Gambar 2.7 Isi dalam knalpot komposit saluran ganda 15
Gambar 2.8 Knalpot komposit saluran ganda 15
Gambar 2.9 Pemantulan dan penyerapan bunyi pada dua media akustik 18 Gambar 2.10 Pemantulan dan penyerapan energi bunyi pada media akustik 19
Gambar 2.11 Gelombang longitudinal 25
Gambar 2.12 Kerangka konsep penelitian 26
Gambar 3.1 Bentuk luar knalpot standar 29
Gambar 3.2 Konstruksi bagian dalam knalpot standar dan knalpot
komposit saluran tunggal 29
Gambar 3.3 Konstruksi bagian dalam knalpot standart dan aliran gas
buang dalam knalpot 30
Gambar 3.4 Konstruksi bagian dalam knalpot komposit saluran ganda 30 Gambar 3.5 Konstruksi bagian dalam knalpot komposit saluran dalam
ganda dan aliran gas buang dalam knalpot 30
Gambar 3.6 Ukuran luar knalpot standar 31
Gambar 3.7 Ukuran luar knalpot standar 31
Gambar 3.8 Belahan knalpot komposit saluran tunggal dan knalpot
Standar 31
Gambar 3.10 Saluran pipa di dalam knalpot komposit saluran ganda 32 Gambar 3.11 Skema pengukuran setengah bola dengan jarak 1 meter dari
titik pengukuran 34
Gambar 3.12 Pengukuran kebisingan atau tingkat tekanan bunyi dengan
spl meter pada jarak 1 meter 35
Gambar 3.13 Posisi titik pengukuran kebisingan 35
Gambar 3.14 Pengukuran tekanan pada tabung knalpot 36 Gambar 3.15 Garis koordinat pengukuran setengah bola 36
Gambar 3.16 Pengukuran setengah bola 36
Gambar 3.17 Pengukuran sound pressure level 37
Gambar 3.18 Set up alat engine tune up tester 38
Gambar 3.19 Set up alat exhaus gas analyzer 39
Gambar 3.20 Persiapan pengoperasian mesin 40
Gambar 3.21 Sound pressure level meter 40
Gambar 3.22 Exhaust gas analyser ( star gas 889 ) 40 Gambar 3.23 Engine tune up tester ( Okuda Koki ea-800a) 41
Gambar 3.24 Diagram alir penelitian 42
Gambar 4.1 Titik pengukuran pada tabung knalpot 44
Gambar 4.2 Titik pengukuran tingkat tekanan bunyi pada knalpot 45 Gambar 4.3 Arah pengukuran tingkat tekanan bunyi pada sumbu X,Y,Z
dengan jarak 1 meter 45
Gambar 4.4 Memanaskan dan memeriksa kondisi mesin 46
Gambar 4.5 Mengukur tingkat tekanan bunyi dengan jarak 1 meter pada
permukaan knalpot 46
Gambar 4.6 Knalpot standar 47
Gambar 4.7 Knalpot komposit 47 Gambar 4.8 knalpot standar yang dipasang pada mobil 47 Gambar 4.9 Pengukuran tekanan bunyi pada 3 bidang koordinat 48 Gambar 4.10 Grafik tingkat daya bunyi rata-rata (Lw) ketiga knalpot yang
di uji 53
Gambar 4.11 Grafik tingkat tekanan bunyi rata-rata (Lav) pada ketiga
knalpot yang di uji 53
Gambar 4.12 Penurunan tingkat tekanan bunyi rata-rata pada ketiga
knalpot 57
Gambar 4.13 Aliran gas dalam tabung knalpot standar 58 Gambar 4.14 Aliran gas dalam tabung knalpot komposit saluran ganda 58 Gambar 4.15 Grafik tingkat daya bunyi berbanding putaran pada knalpot
standar dibanding knalpot komposi saluran ganda 61
DAFTAR ISTILAH
Notasi/ simbol Satuan
N = Putaran Mesin rpm
c = Kecepatan Gas m/s
ρ = Masa Jenis kg/m3
m = Masa Knalpot kg
ΔP = Tekanan Gas pa
A = Luas Penampang Tabung / Pipa m2
Wa = Daya Akustik Watt
Lav = Tingkat Tekanan Bunyi Rata-rata dB
Li = Tingkat Daya Bunyi dB
I = Intensitas Bunyi Watt/m2
t = Temperatur °C/ °K
P = Tekanan bunyi pa
d = Diameter Pipa /Tabung m
f = Frekwensi Hz
cl = Cepat Rambat Bunyi m/dt
TL = Transmisi Loss dB
NR = Noise Reduction dB
μ = Poisson ratio dB
E = Modulus Elastistas Bahan Gpa
