DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N 2008

TUGAS SARJANA TEKNIK PENGENDALIAN KEBISINGAN MODIFIKASI DESIGN DAN UJI EKSPERIMENTAL SILENCER DENGAN DOUBLE SALURAN PADA KNALPOT TOYOTA KIJANG 7K YANG TERBUAT DARI MATERIAL KOMPOSIT O L E H : NAMA : PANCA PUTRA MUNTHE N I M : 0 3 0 4 0 1 0 92 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N 2008

TINTVERSITTAS St'MATtsRA UTARA FAKU!-TAS TTKNIK DDPARTEMDN TEKNIK MESIN IISDAN 200E TTIGAS SARJAI{A TEKNIK PENGENDALIAII IGBISINGAI\I MOI'IFIKASI DESIGNDAN UJI EKSPERIMENTAL SILINCER DENGAI\I IX)UBLE SALT]RAN PADA KNALFOT TOYOTA KIJANG 7K YANG TERBUAT IIARI MATERHL KOMPOSIT OLEII; PANCA PUTRA MIINTIIE NIM:03 04lll l}fil Ilfisffiiui Obh Iloccn Pembimbing Iln Ins. Ikhrrrpvrh Isilrurl NrP. 132 01t 669

ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui tingkat kebisingan silencer knalpot yang mengalami pengembangan konstruksi dibuat dari material komposit dengan melakukan pengujian secara eksperimental. Dalam pengujian ini dilakukan beberapa tahap kegiatan atau pengerjaan yaitu, Pemeriksaan engine Toyota Kijang 7K, Pengukuran tingkat tekanan bunyi (sound pressure level), Pengukuran temperatur gas buang pada silencer dan melakukan analisa secara teoritik tingkat daya bunyi pada silencer knalpot berdasarkan sebaran temperatur. Setelah melakukan pengujian maka didapatlah data-data tingkat tekanan bunyi yang menunjukkan bahwa silencer double saluran menghasilkan tingkat tekanan bunyi yang terendah, berikutnya adalah silencer komposit saluran tunggal dan yang tertinggi adalah silencer standard (mild steel). Jadi, berdasarkan hasil diatas didapat bahwa material komposit dan pengembangan kostruksi dapat mengurangi tingkat tekanan bunyi yang keluar dari knalpot. Kata kunci : Silencer, Double Saluran, Tingkat Tekanan Bunyi

DAFTAR ISI SPESIFIKASI TUGAS KARTU BIMBINGAN ABSTRAK KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR NOTASI i ii iii iv vi x xiii xvii BAB 1. PENDAHULUAN 1 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Batasan 3 1.3 Tujuan Penelitian 4 1.4 Manfaat Penelitian 5 1.5 Sistematika Penulisan 5 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 7 2.1 Knalpot 7 2.1.1 Peredaman Bunyi Pada Knalpot (Silencer) 7 2.1.2 Ruang Ekspansi Pada Silencer 9 2.1.3 Hal-hal Yang Mempengaruhi Peredaman 11 2.2 Material Komposit 11 2.2.1 Klasifikasi Komposit 12 2.2.2. Kelebihan Bahan Komposit 12

2.3 Resins 14 2.3.1 Klasifikasi Resin 14 2.3.2 Resin Polyester 15 2.3.3. Sifat-sifat Resin Polyester 15 2.4 Konsep Dasar Tentang Bunyi 16 2.5 Kebisingan 18 2.5.1 Propagasi Bunyi 19 2.5.2 Mesin Sebagai Sumber Kebisingan 20 2.6 Pemantulan dan Penyerapan Material Akustik 23 2.6.1 Frekuensi 26 2.6.2 Kecepatan Perambatan 27 2.6.3 Panjang Gelombang 27 2.6.4 Intensitas 28 2.6.5 Kecepatan Partikel 28 2.6.6 Tekanan Bunyi dan Tingkat Tekanan Bunyi 29 2.6.7 Tingkat Intensitas Bunyi 30 2.6.8 Daya Bunyi Dan Tingkat Daya Bunyi 31 2.7 Tingkat Tekanan Suara 32 2.7.1 Tingkat Tekanan Suara dan Tingkat Tekanan Suara Berbobor A (Tingkat Bebisingan) 32 2.7.2 Tingkat Tekanan Suara Berbobot A yang Sepadan dan Kontinyu 33 2.8 Kerangka Konsep 35 2.9 Diagram Alir 36 BAB 3. MODIFIKASI DESIGN SILENCER 37 3.1 Konstruksi Silencer Standar Toyota Kijang 7K 37

3.1 Penentuan Banyak Lubang 38 3.3 Pipa Double Saluran Masuk 41 3.4 Selimut Tabung Silencer 42 3.5 Konstruksi Silencer Double Saluran 43 BAB 4. PENGUJIAN DAN ANALISA TEORITIS 44 4.1 Tahap Pengujian 45 4.2 Pemeriksaan Engine Toyota Kijang 7K 45 4.3 Pengukuran Sound Pressure Level (Lp) 47 4.3.1 Alat Ukur Yang Digunakan 48 4.3.2 Hubungan Sound Pressure Level (Lp) Terhadap Putaran Mesin 49 4.4 Pengukuran Temperatur Gas Buang 55 4.4.1 Alat Ukur Yang Digunakan 56 4.4.2 Hubungan Temperatur Gas Buang Terhadap Putaran Mesin 57 4.5 Analisa Teoritik Kebisingan Berdasarkan Sebaran Temperatur 66 4.5.1 Hubungan Lw Silencer Pada Silencer Standar (Mild Steel) Hasil Analisa Berdasarkan Sebaran Temperatur Terhadap Temperatur Gas Buang 70 4.5.2 Hubungan Lw Silencer Pada Silencer Komposit Saluran Tunggal Hasil Analisa Berdasarkan Sebaran Temperatur Terhadap Temperatur Gas Buang 76 4.5.3 Hubungan Lw Silencer Pada Silencer Komposit Double Saluran Hasil Analisa Berdasarkan Sebaran Temperatur Terhadap Temperatur Gas Buang 83

BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN 90 5.1 Kesimpulan 90 5.2 Saran 91 DAFTAR PUSTAKA 92 LAMPIRAN

DAFTAR TABEL 1. Tabel 2.1 Koefisien Serapan Bunyi (α) dari Beberapa Material 25 2. Tabel 2.2 Jarak frekuensi yang Ditransmisikan dan Diterima oleh Sumber dan Penerima Bunyi 26 3. Tabel 4.1 Data Pemeriksaa dan Penyetelan Engine 46 4. Tabel 4.2 Sound Pressure Level (Lp) pada Pengujian Sumbu X+ 50 5. Tabel 4.3 Sound Pressure Level (Lp) pada Pengujian Sumbu Y+ 51 6. Tabel 4.4 Sound Pressure Level (Lp) pada Pengujian Sumbu X- 52 7. Tabel 4.5 Sound Pressure Level (Lp) pada Pengujian Sumbu Z- 53 8. Tabel 4.6 Karakteristik Thermokopel 56 9. Tabel 4.7 Data Pengukuran Temperatur Pada Titik 1 57 10. Tabel 4.8 Data Pengukuran Temperatur Pada Titik 2 59 11. Tabel 4.9 Data Pengukuran Temperatur Pada Titik 3 60 12. Tabel 4.10 Data Pengukuran Temperatur Pada Titik 4 62 13. Tabel 4.11 Data Pengukuran Temperatur Pada Titik 5 63 14. Tabel 4.12 Data Pengukuran Temperatur Pada Titik 6 65 15. Tabel 4.13 Besar Tenaga Mesin 67 16. Tabel 4.14 Hasil Analisa Teoritik Kebisingan Silencer Standar pada Pengukuran Temperatur Titik 1 70 17. Tabel 4.15 Hasil Analisa Teoritik Kebisingan Silencer Standar pada Pengukuran Temperatur Titik 2 71 18. Tabel 4.16 Hasil Analisa Teoritik Kebisingan Silencer Standar pada Pengukuran Temperatur Titik 3 72

19. Tabel 4.17 Hasil Analisa Teoritik Kebisingan Silencer Standar pada Pengukuran Temperatur Titik 4 73 20. Tabel 4.18 Hasil Analisa Teoritik Kebisingan Silencer Standar pada Pengukuran Temperatur Titik 5 74 21. Tabel 4.19 Hasil Analisa Teoritik Kebisingan Silencer Standar pada Pengukuran Temperatur Titik 6 75 22. Tabel 4.20 Hasil Analisa Teoritik Kebisingan Silencer Komposit Saluran Tunggal pada Pengukuran Temperatur Titik 1 76 23. Tabel 4.21 Hasil Analisa Teoritik Kebisingan Silencer Komposit Saluran Tunggal pada Pengukuran Temperatur Titik 2 77 24. Tabel 4.22 Hasil Analisa Teoritik Kebisingan Silencer Komposit Saluran Tunggal pada Pengukuran Temperatur Titik 3 78 25. Tabel 4.23 Hasil Analisa Teoritik Kebisingan Silencer Komposit Saluran Tunggal pada Pengukuran Temperatur Titik 4 79 26. Tabel 4.24 Hasil Analisa Teoritik Kebisingan Silencer Komposit Saluran Tunggal pada Pengukuran Temperatur Titik 5 80 27. Tabel 4.25 Hasil Analisa Teoritik Kebisingan Silencer Komposit Saluran Tunggal pada Pengukuran Temperatur Titik 6 81 28. Tabel 4.26 Hasil Analisa Teoritik Kebisingan Silencer Komposit Double Saluran pada Pengukuran Temperatur Titik 1 83 29. Tabel 4.27 Hasil Analisa Teoritik Kebisingan Silencer Komposit Double Saluran Pengukuran Temperatur Titik 2 84 30. Tabel 4.28 Hasil Analisa Teoritik Kebisingan Silencer Komposit Double Saluran pada Pengukuran Temperatur Titik 3 85

31. Tabel 4.28 Hasil Analisa Teoritik Kebisingan Silencer Komposit Double Saluran pada Pengukuran Temperatur Titik 4 86 32. Tabel 4.28 Hasil Analisa Teoritik Kebisingan Silencer Komposit Double Saluran pada Pengukuran Temperatur Titik 5 87 33. Tabel 4.28 Hasil Analisa Teoritik Kebisingan Silencer Komposit Double Saluran pada Pengukuran Temperatur Titik 6 88

DAFTAR GAMBAR 1. Gambar 2.1 Ruang Ekspansi Tunggal 9 2. Gambar 2.2 Ruang Ekspansi Ganda dengan Penghubung Luar 10 3. Gambar 2.3 Ruang Ekspansi Ganda dengan Penghubung Dalam 10 4. Gambar 2.4 Klasifikasi Bahan Struktur 11 5. Gambar 2.5 Tiga Elemen Akustik 17 6. Gambar 2.6 Yang Dipukul Menghasilkan Perubahan Tekanan Diudara karena Getaran 17 7. Gambar 2.7 Kondisi Noise pada Sumber Bunyi 19 8. Gambar 2.8 Gelombang Longitudinal 21 9. Gambar 2.9 Pemantulan dan Penyerapan Bunyi pada suatu Muka Dataran dari Dua Media Akustik 23 10. Gambar 2.10 Pemantulan dan Penyerapan Energi Bunyi Pada Media Akustik 24 11. Gambar 2.11 Karateristik Frekwensi 32 12. Gambar 2.12 Hubungan Tingkat Tekanan Suara dengan Waktu 34 13. Gambar 2.13 Konsep Pengujian 35 14. Gambar 2.14 Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian 36 15. Gambar 3.1 Tabung Silencer Standar Toyota Kijang 7K 37 16. Gambar 3.2 Konstruksi Dalam Tabung Silencer Standar Toyota Kijang 7K 37 17. Gambar 3.3 Gabungan Makroskopis Fasa-fasa Pembentuk Komposit 42

18. Gambar 3.4 Silencer Knalpot Double Saluran 43 19. Gambar 3.5 Kerangka Dalam Silencer Knalpot Double Saluran 43 20. Gambar 4.1 Engine Toyota Kijang 7K 44 21. Gambar 4.2 Engine Tunner EA 800 46 22. Gambar 4.3 Kondisi Pengukuran Knalpot 47 23. Gambar 4.4 Sketsa Pengukuran Kebisingan pada Knalpot 48 24. Gambar 4.5 Sonic 3000 49 25. Gambar 4.6 Hubungan Sound Pressure Level (Lp) pada Sumbu X+ Dengan Putaran Mesin 51 26. Gambar 4.7 Hubungan Sound Pressure Level (Lp) pada Sumbu Y+ Dengan Putaran Mesin 52 27. Gambar 4.8 Hubungan Sound Pressure Level (Lp) pada Sumbu X- Dengan Putaran Mesin 53 28. Gambar 4.9 Hubungan Sound Pressure Level (Lp) pada Sumbu Z- Dengan Putaran Mesin 54 29. Gambar 4.10 Titik-titik Pengukuran Temperatur pada Silencer 55 30. Gambar 4.11 Infrared Thermometer 57 31. Gambar 4.12 Hubungan Temperatur dan Putaran pada pengukuran Temperatur Gas Buang pada Titik 1 58 32. Gambar 4.13 Hubungan Temperatur dan Putaran pada pengukuran Temperatur Gas Buang pada Titik 2 59 33. Gambar 4.14 Hubungan Temperatur dan Putaran pada pengukuran Temperatur Gas Buang pada Titik 3 61

34. Gambar 4.15 Hubungan Temperatur dan Putaran pada pengukuran Temperatur Gas Buang pada Titik 4 62 35. Gambar 4.16 Hubungan Temperatur dan Putaran pada pengukuran Temperatur Gas Buang pada Titik 5 64 36. Gambar 4.17 Hubungan Temperatur dan Putaran pada pengukuran Temperatur Gas Buang pada Titik 6 65 37. Gambar 4.18 Hubungan Lw Silencer Standar Hasil Analisa Teoritik dengan Temperatur pada Titik 1 70 38. Gambar 4.19 Hubungan Lw Silencer Standar Hasil Analisa Teoritik dengan Temperatur pada Titik 2 71 39. Gambar 4.20 Hubungan Lw Silencer Standar Hasil Analisa Teoritik dengan Temperatur pada Titik 3 72 40. Gambar 4.21 Hubungan Lw Silencer Standar Hasil Analisa Teoritik dengan Temperatur pada Titik 4 73 41. Gambar 4.22 Hubungan Lw Silencer Standar Hasil Analisa Teoritik dengan Temperatur pada Titik 5 74 42. Gambar 4.23 Hubungan Lw Silencer Standar Hasil Analisa Teoritik dengan Temperatur pada Titik 6 75 43. Gambar 4.24 Hubungan Lw Silencer Komposit Saluran Tunggal Hasil Analisa Teoritik dengan Temperatur pada Titik 1 77 44. Gambar 4.25 Hubungan Lw Silencer Komposit Saluran Tunggal Hasil Analisa Teoritik dengan Temperatur pada Titik 2 78 45. Gambar 4.26 Hubungan Lw Silencer Komposit Saluran Tunggal Hasil Analisa Teoritik dengan Temperatur pada Titik 3 79

46. Gambar 4.27 Hubungan Lw Silencer Komposit Saluran Tunggal Hasil Analisa Teoritik dengan Temperatur pada Titik 4 80 47. Gambar 4.28 Hubungan Lw Silencer Komposit Saluran Tunggal Hasil Analisa Teoritik dengan Temperatur pada Titik 5 81 48. Gambar 4.29 Hubungan Lw Silencer Komposit Saluran Tunggal Hasil Analisa Teoritik dengan Temperatur pada Titik 6 82 49. Gambar 4.30 Hubungan Lw Silencer Komposit Double Saluran Hasil Analisa Teoritik dengan Temperatur pada Titik 1 83 50. Gambar 4.31 Hubungan Lw Silencer Komposit Double Saluran Hasil Analisa Teoritik dengan Temperatur pada Titik 2 84 51. Gambar 4.32 Hubungan Lw Silencer Komposit Double Saluran Hasil Analisa Teoritik dengan Temperatur pada Titik 3 85 52. Gambar 4.33 Hubungan Lw Silencer Komposit Double Saluran Hasil Analisa Teoritik dengan Temperatur pada Titik 4 86 53. Gambar 4.34 Hubungan Lw Silencer Komposit Double Saluran Hasil Analisa Teoritik dengan Temperatur pada Titik 5 87 54. Gambar 4.35 Hubungan Lw Silencer Komposit Double Saluran Hasil Analisa Teoritik dengan Temperatur pada Titik 6 88

DAFTAR NOTASI c = Keceatan Gelombang Bunyi m/s γ = Rasio panas spesifik ---- Pa = Tekanan atmosfer pascal ρ = Kerapatan Kg/m 3 T = Suhu K, 0 C K = Koduktifitas Lubang Pipa m S 2 ϕ = = Perbandingan Luas permukaan Pipa Saluran dan Tabung --- S 1 n t = Banyak Lubang pada pipa saluran silencer m 2 St = Luas lubang lubang pada Silencer m 2 l = Tebal Pipa m E = Modulus Young Pascal λ = Panjang gelombang bunyi m f = Frekuensi Hz I = Intensitas bunyi W/m 2 W = Daya akustik Watt A = Luas Area m 2 V = Kecepatan partikel m/det P = Tekanan pascal p l = Tekanan bunyi pascal P t = Tekanan bunyi ditransmisikan pascal P r = Tekanan bunyi dipantulkan pascal

P a = Amplitudo tekanan bunyi pascal t = Waktu detik x = Jarak dari sumber m Lp = Tingkat tekanan bunyi (Sound Pressure Level/SPL), db P ref = Tekanan bunyi referensi N/m 2 p 2 rms = akar tekanan bunyi Pa I = Intensitas bunyi W/m 2 I ref = Intensitas referensi W/m 2 W s =Total daya bunyi watts I s = Maksimum intensitas udara pada jarak radius r L w = Tingkat daya bunyi (Sound Power Level) db W = Daya bunyi watts W 0 = Daya bunyi referensi Watts l = Konstanta Elastis Lame s --- G = Koefisien Kekakuan --- I a = Intensitas bunyi yang diserap W/m 2 I i = Intensitas bunyi yang terjadi W/m 2 Vm = Kecepatan rata-rata gerakan piston m/det S = Langkah Piston m D = Diameter Piston m kw = Energi atau tenaga mesin kwatts l in = Panjang pipa m

N i = Tenaga mesin PS V L = Volume langkah torak cm 3 n = Putaran poros engkol rpm V L = Volume langkah torak cm 3 TL = transmission loss db Se = Luas Permukaan masuk atau keluar m 2 Sc = Luas permukaan silencer kanlpot m 2 Lc = panjang knalpot m 2