PENGARUH VARIASI PUTARAN MESIN TERHADAP KEBISINGAN (NOISE) PADA KNALPOT KOMPOSIT YANG DILENGKAPI SALURAN DALAM GANDA PADA MOBIL BENSIN KIJANG 7K TESIS

Transkripsi

1 PENGARUH VARIASI PUTARAN MESIN TERHADAP KEBISINGAN (NOISE) PADA KNALPOT KOMPOSIT YANG DILENGKAPI SALURAN DALAM GANDA PADA MOBIL BENSIN KIJANG 7K TESIS OLEH SUPRIYADI /TM PROGRAM MAGISTER TEHNIK MESIN FAKULTAS TEHNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

2 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 OLEH SUPRIYADI /TM PROGRAM MAGISTER TEHNIK MESIN FAKULTAS TEHNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

3 Judul : PENGARUH VARIASI PUTARAN MESIN TERHADAP NOISE PADA KNALPOT KOMPOSIT YANG DILENGKAPI SALURAN DALAM GANDA MOBIL BENSIN KIJANG 7K Nama Mahasiswa : Supriyadi Nomor Pokok : Program Studi : Teknik Mesin Menyetujui Komisi Pembimbing (Dr.-Ing. Ikhwansyah Isranuri) Ketua (Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME) Anggota (Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D) Anggota Ketua Program Studi Dekan FT-USU (Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME) (Prof.Dr.Ir. Armansyah Ginting B. M.Eng)

4 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

5 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 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

6 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

7 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

8 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 : SD Muhammadiyah Sei Sikambing C ST Negri 2 Medan STM Negri 2 Medan ITM Medan Pengalaman Kerja : di PT Inalum Kuala Tanjung (Asahan) di P4 TK Medan Pengalaman Mengajar : D3GK Otomotif PPPGT Medan Program Pelatihan Ketrampilan Guru SMK Teknologi Wilayah Sumatera dan Kalimantan Program Keguruan D3GK Otomotif

9 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 Latar Belakang Pendahuluan Penelitian yang dilakukan terhadap knalpot Road Map Penelitian Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 8 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA Bunyi Bising Mesin Sebagai Sumber Kebisingan Knalpot Knalpot Komposit Komposit... 17

10 Klasifikasi komposit Keunggulan bahan komposit Penyerapan Bunyi Pada Material Hubungan Kecepatan Gas Terhadap Bahan dan Temperatur Hubungan Radiasi dan Intensitas Bunyi Hubungan Kecepatan Gas,Frekwensi,Tekanan Bunyi dan Daya Bunyi Kerangka Konsep BAB 3. METODE PENELITIAN Tempat dan Waktu Tempat Waktu Bahan dan Alat Bahan Alat Pengujian Variabel yang diamati Rancangan Kegiatan Pembuatan Knalpot Persiapan alat Pelaksanaan Pengujian Metode pengukuran Pengukuran dan Pengolahan Data Aliran Pelaksanan Penelitian BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Penelitian... 41

11 4.2. Pembahasan Anallisa Karakteristik Kebisingan Suara Knalpot Perbandingan Tingkat Tekanan Bunyi Rata-rata pada Ketiga Knalpot Perbandingan Tingkat Daya Bunyi Rata-rata pada ketiga Knalpot Hubungan Kenaikan Putaran Mesin Terhadap Kebisingan Perbandingan Tingkat Tekanan Bunyi Rata-rata Teori Dibanding dengantingkat Tekanan Bunyi Praktek Analisa Kebisingan pada Bagian Dalam Knalpot Rugi-rugi Bunyi di Dalam Tabung Knalpot Perbandingan Tingkat Daya Bunyi pada Setiap Kamar Knalpot Sifat dan Karakteristik Knalpot Saluran Ganda BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Kebisingan pada Bagian Luar Tabung Knalpot Kebisingan pada Bagian Dalam Tabung Knalpot Rugi-rugi Bunyi Dalam Tabung Knalpot Saran DAFTAR KEPUSTAKAAN LAMPIRAN... 78

12 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 44 Saluaran Tunggal Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Tingkat Kebisingan Knalpot Komposit 45 Saluaran Ganda Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Kebisingan pada Knalpot Standar 46 Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Kebisingan pada Knalpot Komposit 47 Saluran Tunggal Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Kebisingan pada Knalpot Komposit 47 Saluran Ganda Tabel 4.7 Tingkat Tekanan Bunyi rata-rata (Lw) pada ketiga Jenis 48 Knalpot 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) 54 pada Ketiga Jenis Knalpot Tabel 4.11 Hasil Perhitungan Kebisingan Dalam Tabung Knalpot Standar 57 Tabel 4.12 Analisa Tingkat Daya Bunyi pada Sumber Bunyi Ketiga Jenis 58 Knalpot

13 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 63 Ganda Tabel 4.16 Tingkat Daya Bunyi di dalam Tabung Knalpot Standar 66 Tabel 4.17 Perbedaan Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Teoritis Dibanding 67 Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Praktek (db) pada Knalpot Standar Tabel 4.18 Perbedaan Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Teoritis Dibanding 68 Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Praktek (%) pada Knalpot Standar Tabel 4.19 Perbedaan Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Teoritis Dibanding 68 Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Praktek pada Knalpot Komposit Saluran Tunggal Tabel 4.20 Perbedaan Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Teoritis Dibanding 69 Tingkat Daya Bunyi Rata-rata Praktek pada Knalpot Komposit Saluran Ganda Tabel 4.21 Hubungan Variasi Putaran Mesin dibanding Tingkat Tekanan 70 Bunyi Rata-rata pada Knalpot Komposit Saluran Ganda Tabel 4.22 Hubungan Variasi Putaran Mesin dibanding Tingkat Daya 71 Bunyi pada Knalpot Komposit Saluran Ganda Tabel 4.23 Hubungan Kecepata Gas terhadap Tingkat Tekanan Bunyi 72 pada Knalpot Komposit Saluran Ganda Tabel 4.24 Rugi-Rugi Bunyi Dalam Tabung Knalpot Komposit Saluran 74 Ganda

14 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 3.9 Bagian dalam knalpot komposit saluran ganda 32

15 Gambar 3.10 Saluran pipa di dalam knalpot komposit saluran ganda 32 Skema pengukuran setengah bola dengan jarak 1 meter dari Gambar 3.11 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

16 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

17 DAFTAR ISTILAH Notasi/ simbol Satuan N = Putaran Mesin rpm c = Kecepatan Gas m/s ρ = Masa Jenis kg/m 3 m = Masa Knalpot kg ΔP = Tekanan Gas pa A = Luas Penampang Tabung / Pipa m 2 Wa = Daya Akustik Watt Lav = Tingkat Tekanan Bunyi Rata-rata db Li = Tingkat Daya Bunyi db I = Intensitas Bunyi Watt/m 2 t = Temperatur C/ K P = Tekanan bunyi pa d = Diameter Pipa /Tabung m f = Frekwensi Hz c l = Cepat Rambat Bunyi m/dt TL = Transmisi Loss db N R = Noise Reduction db μ = Poisson ratio db E = Modulus Elastistas Bahan Gpa