Simulasi Uji Kebisingan (Noise) Pada Pompa Sentrifugal Skala Rumah Tangga Menggunakan Perangkat Lunak FEM

SIMULASI UJI KEBISINGAN (NOISE) PADA POMPA
SENTRIFUGAL SKALA RUMAH TANGGA MENGGUNAKAN
PERANGKAT LUNAK FEM

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

MASRURI
110401126

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2015

27

28

29

30

31

32

33

34

35

ABSTRACT

The pump is a fluid machine which is used as a means of fluid transport
water from one place to another by using mechanical energy that flow through the
fluid. Water plays an important role in human survival, if there is damage to the
pump could potentially interfere with the activity of the human life. Therefore it is

very necessary to keep the pump can operate reliably with high performance.
Groundwater has physical properties different in every place that affect the birth
of vibration which then cause noise pump that will result in the performance of a
centrifugal pump. By measuring the noise at the pump can know the type of failure
that occurred. Thus we can determine the condition of the pump and treatment
should be done. The purpose of this research is a major component of the pump
identify, old and new conditions that cause noise is most dominant in a way to
simulate the three main components of the pump and the pump intact using FEM
software also to show the noise contour. Simulation varied with distance
measuring 5, 10, 15 and 20 cm on the axis X, -X, Y, -Y and Z. From the simulation
results we can conclude that the pump impeller is a component that raises the
highest noise is 79.052 dB (new pump) and 88.425 dB (old pump) and noise
values obtained in the new pump is; (distance measuring 5cm axes X, Y, -Y and Z
= 73.2; 97.7; 96.3; 79.5), (distance measuring 10cm X axis, Y, -Y and Z = 72.2;
94 , 6; 93.7; 73.5), (distance measuring 15cm X axis, Y, -Y and Z = 70.12; 91.2;
89.2; 72.5), (distance measuring 20cm X axis, Y, -Y and Z = 63.3; 86.0; 85.4;
64.2), respectively in units of dB (decibel) whereas in the old pump is; (distance
measuring 5cm axes X, Y, - Y and Z = 84.222; 99.25; 98.7; 81.5), (distance
measuring 10cm X axis, Y, -Y and Z = 80.906; 95.6; 96.3; 74.327), (distance
measuring 15cm axis X, Y, -Y and Z = 76.032; 93.7; 92.2; 73.8), (distance

measuring 20cm X axis, Y, -Y and Z = 75.094; 87.5; 86.6; 68.504 ), respectively
in units of dB (decibels).
Keywords: Mechanical energy, noise, centrifugal pumps, simulation, decibel,
frequency

36

ABSTRAK

Pompa adalah mesin fluida yang digunakan sebagai alat transportasi fluida
salah satunya air dari suatu tempat ke tempat lain dengan menggunakan energi
mekanik yang mengaliri fluida. Air sangat berperan dalam kelangsungan hidup
manusia, jika terjadi kerusakan pada pompa secara potensial dapat mengganggu
aktivitas kehidupan manusia tersebut. Oleh sebab itu sangat perlu untuk menjaga
agar pompa dapat beroperasi handal dengan performansi yang tinggi. Air tanah
memiliki sifat fisik yang berbeda-beda di setiap tempat yang mempengaruhi
lahirnya getaran yang kemudian menimbulkan kebisingan (noise) pompa yang
akan berakibat pada kinerja pompa sentrifugal. Dengan mengukur noise pada
pompa dapat diketahui jenis kegagalan yang terjadi. Dengan demikian kita dapat
mengetahui kondisi pompa dan perawatan yang harus dilakukan. Adapun tujuan

penelitian ini adalah mengidentifikas komponen utama pompa kondisi lama dan
baru yang menimbulkan kebisingan (noise) paling dominan dengan cara
melakukan simulasi pada tiga komponen utama pompa dan pada pompa secara
utuh menggunakan perangkat lunak FEM serta untuk menampilakn kontur
kebisingannya. Simulasi divariasikan dengan jarak ukur 5, 10, 15 dan 20 cm pada
sumbu X, -X, Y, -Y dan Z. Dari hasil simulasi dapat disimpulkan bahwa impeller
adalah komponen pompa yang menimbulkan kebisingan paling tinggi yaitu
79,052 dB (pompa baru) dan 88,425 dB (pompa lama) dan diperoleh nilai
kebisingan pada pompa baru adalah; (jarak ukur 5cm sumbu X, Y, -Y dan Z =
73,2 ; 97,7 ; 96,3 ; 79,5), (jarak ukur 10cm sumbu X, Y, -Y dan Z = 72,2 ; 94,6 ;
93,7 ; 73,5), (jarak ukur 15cm sumbu X, Y, -Y dan Z = 70,12 ; 91,2 ; 89,2 ; 72,5),
(jarak ukur 20cm sumbu X, Y, -Y dan Z = 63,3 ; 86,0 ; 85,4 ; 64,2), secara
berturut-turut dalam satuan dB(desibel) sedangkan pada pompa lama adalah
;(jarak ukur 5cm sumbu X, Y, -Y dan Z = 84,222 ; 99,25 ; 98,7 ; 81,5), (jarak ukur
10cm sumbu X, Y, -Y dan Z = 80,906 ; 95,6 ; 96,3 ; 74,327), (jarak ukur 15cm
sumbu X, Y, -Y dan Z = 76,032 ; 93,7 ; 92,2 ; 73,8), (jarak ukur 20cm sumbu X,
Y, -Y dan Z = 75,094 ; 87,5 ; 86,6 ; 68,504), secara berturut-turut dalam satuan
dB(desibel).
Kata kunci: Energi mekanik, kebisingan, pompa sentrifugal, simulasi, desibel,
frekuensi

37

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan ke hadirat Allah SWT atas segala karunia
dan rahmat-Nya yang senantiasa diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini.
Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana
Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera
Utara. Adapun judul skripsi ini adalah “Simulasi Uji Kebisingan (Noise) Pada
Pompa Sentrifugal Skala Rumah Tangga Menggunakan Perangkat Lunak FEM”
Selama penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bimbingan dan
bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis
menyampaikan banyak terima kasih kepada:

1. Kedua orang tua tercinta, yang telah memberikan segala dukungan tak
terhingga baik dukungan moril dan materil.
2. Bapak

Dr.Ir. M.Sabri, M.T, selaku dosen pembimbing yang telah banyak

meluangkan waktunya membimbing penulis hingga skripsi ini dapat
terselesaikan.
3. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku dosen Ketua Jurusan Departemen
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
4. Abangda Fadly Ahmad Kurniawan Nasution, ST selaku mahasiswa Magister
Teknik Mesin sekaligus koordinator laboratorium Noise and Vibration
Research Center.
5. Abangda Nazwir Fahmi Damanik, Yogi Aldiansyah, Toto Wibowo, Afrizal
dan Jeffry yang telah banyak membagikan ilmunya kepada penulis.
6. Seluruh Staf Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan pengetahuan kepada
penulis hingga akhir studi dan seluruh pegawai administrasi di Departemen
Teknik Mesin.
7. Saudara Edi Halpita Putra, Budi Ari Sasmito, Kahar Sinaga, Kin Tawarmiko,
Indra Hermawan, Syugito, Teguh Iman Widodo, Dino Hastrino, Erwinsyah
Batubara, Rio Martua Harahap, Fandi Aprianto dan teman-teman mahasiswa

i

Teknik Mesin USU khususnya untuk stambuk 2011, yang telah banyak
memberikan dukungan dan sharing dalam penyelesaian skripsi ini.
8. Kakak-kakakku tercinta Aulia A.md dan Chairul Umam S.E yang terus
mendukung hingga skripsi ini selesai.
9. Riza Umami Putri Karina yang terus memberikan motivasi dalam pengerjaan
skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini belum sempurna, baik dari segi teknik
maupun dari segi materi. Oleh sebab itu, demi penyempurnaan skripsi ini kritik
dan saran sangat penulis harapkan.
Akhir kata, penulis berharap agar laporan ini bermanfaat bagi pembaca
pada umumnya dan penulis sendiri pada khususnya.

Medan, 01 September 2015
Penulis,

Masruri
NIM : 110401126

ii

DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR .......................................................................................i
DAFTAR ISI ..................................................................................................iii
DAFTAR GAMBAR .........................................................................................v
DAFTAR TABEL .............................................................................................vii
DAFTAR NOTASI ...........................................................................................viii
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ................................................................................1
1.2 Perumusan Masalah ........................................................................4
1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................5
1.3.1 Tujuan Umum Penelitian ......................................................5
1.3.2 Tujuan Khusus Penelitian .....................................................5
1.4 Manfaat Penelitian ..........................................................................5
1.5 Batasan Masalah .............................................................................6
1.6 Sistematika Penulisan .....................................................................6
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pompa .............................................................................................7

2.1.1 Karakteristik Pompa .............................................................8
2.2 Kebisingan(Noise) ..........................................................................11
2.2.1 Suara .....................................................................................11
2.2.2 Kebisingan ............................................................................12
2.2.3 Jenis-Jenis Kebisingan ..........................................................13
2.2.4 Sinyal Noise ..........................................................................16
2.2.5 Noise Contour .......................................................................17
2.3 Sumber Kebisingan Pompa .............................................................18
2.4 Parameter Kebisingan ....................................................................19
2.5 Tingkat Kebisingan (Noise) / Sound Pressure Level .....................20
2.6 Prosedur Dasar Mengendalikan Kebisingan ..................................22
2.7 Simulasi Ansys................................................................................23
2.7.1 Meshing ................................................................................23
2.7.2 Aplikasi Ansys Dalam Akustik.............................................24
2.7.3 Acoustic ACT (Application Customization Toolkit)
Extension ..............................................................................25
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian .........................................................27
3.2 Bahan dan Alat Penelitian ...............................................................27
3.2.1 Bahan Penelitian ...................................................................27

3.2.2 Alat Penelitian.......................................................................29
3.3 Metode Penelitian ...........................................................................31
3.4 Identifikasi Parameter .....................................................................31
3.5 Variabel yang Diamati ....................................................................32
3.6 Parameter Fluida .............................................................................32
3.7 Design Of Experimenta (DOE) .......................................................33

iii

3.8 Kerangka Konsep Pemodelan Numerik ..........................................40
3.9 Pelaksanaan Penelitian ....................................................................41
3.10 Set-up Komputasi..........................................................................42
3.10.1 Tahap Pre-Processing .........................................................42
3.10.2 Tahap Post-Processing ........................................................45
3.10.3 Menjalankan Simulasi.........................................................45
3.11 Diagram Alir Simulasi ..................................................................46
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Membangun Design Of Experimental (DOE) ................................47
4.2 Membangun CAD ...........................................................................47
4.3 Simulasi Uji Kebisingan (Noise) Pada Komponen Utama

Pompa Baru ....................................................................................49
4.3.1 Simulasi Uji Kebisingan (Noise) Pada Shaft .......................49
4.3.2 Simulasi Uji Kebisingan (Noise) Pada Impeller ..................50
4.3.3 Simulasi Uji Kebisingan (Noise) Pada Bearing ...................50
4.4 Simulasi Uji Kebisingan (Noise) pada pompa Baru .......................51
4.5 Simulasi Uji Kebisingan (Noise) Pada Komponen Utama
Pompa Lama ...................................................................................52
4.5.1 Simulasi Uji Kebisingan (Noise) Pada Shaft ........................53
4.5.2 Simulasi Uji Kebisingan (Noise) Pada Impeller ...................53
4.5.3 Simulasi Uji Kebisingan (Noise) Pada Bearing ....................54
4.6 Simulasi Uji Kebisingan (Noise) pada pompa Lama ......................54
4.7 Rekapitulasi Hasil Simulasi Noise Pompa Baru..............................55
4.8 Rekapitulasi Hasil Simulasi Noise Pompa Lama ............................56
4.9 Validasi Data ...................................................................................57
4.9.1 Hasil Pengukuran Sound Pressure Level (SPL)
Secara Eksperimental Pompa Baru ......................................57
4.9.2 Hasil Pengukuran Sound Pressure Level (SPL)
Secara Eksperimental Pompa Lama .....................................59
4.10 Menghitung Persen Ralat Pada Pompa Baru ................................60
4.10.1 % Ralat Pada Sumbu X ......................................................60
4.10.2 % Ralat Pada Sumbu Y ......................................................61
4.10.3 % Ralat Pada Sumbu -Y ....................................................62
4.10.4 % Ralat Pada Sumbu Z ......................................................63
4.11 Menghitung Persen Ralat Pada Pompa Lama ..............................60
4.11.1 % Ralat Pada Sumbu X ......................................................60
4.11.2 % Ralat Pada Sumbu Y ......................................................61
4.11.3 % Ralat Pada Sumbu -Y ....................................................62
4.11.4 % Ralat Pada Sumbu Z ......................................................63
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan .....................................................................................70
5.2 Saran ..............................................................................................71
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ix
LAMPIRAN

iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1
Gambar 2.1
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Gambar 2.7
Gambar 2.8
Gambar 3.1
Gambar 3.2
Gambar 3.3
Gambar 3.4
Gambar 3.5
Gambar 3.6
Gambar 3.7
Gambar 3.8
Gambar 3.9
Gambar 3.10
Gambar 3.11
Gambar 3.12
Gambar 3.13
Gambar 3.14
Gambar 3.15
Gambar 3.16
Gambar 3.17
Gambar 3.18
Gambar 3.19
Gambar 3.20
Gambar 4.1
Gambar 4.2
Gambar 4.3
Gambar 4.4
Gambar 4.5
Gambar 4.6
Gambar 4.7
Gambar 4.8
Gambar 4.9
Gambar 4.10
Gambar 4.11
Gambar 4.12
Gambar 4.13

Halaman
Proses Kerja Pompa .....................................................................2
Komponen Pompa Sentrifugal ....................................................7
Kurva Karakteristik Pompa Sentrifugal ......................................8
Gelombang Suara Pada Material .................................................11
Grafik Sinyal Noise .....................................................................17
Contoh Noise Contour .................................................................17
Tampilan Meshing Pada Ansys ...................................................24
Simulasi Akustik Pada Speaker ...................................................25
Simulasi Sensor Parkir Mobil......................................................26
Pompa Sentrifugal Dap Skala Rumah Tangga ............................28
Gambar Komponen-Komponen Pompa Dap Model Db-125a ....28
Personal Computer (Pc) ..............................................................29
Tampilan Software Autocad ........................................................30
Tampilan Software Ansys 15.0 ...................................................30
Instalasi Pipa ................................................................................33
Instalasi Pompa............................................................................35
Impeler Pompa Dap .....................................................................36
Poros Pompa Dap ........................................................................37
Bearing ........................................................................................39
Kerangka Konsep Pemodelan Numerik ......................................40
Diagram Alir Proses Pelaksanaan ...............................................41
Pembuatan Model Pompa Sentrifugal Dap Dengan Autocad ......42
Computational Domain ...............................................................43
Bentuk Mesh ................................................................................43
Input Properties Domain .............................................................44
Input Tekanan Akustik ................................................................44
Input Data Sumber Gelombang Akustik .....................................45
Input Kontrol Hamburan .............................................................45
Diagram Alir Simulasi .................................................................46
Bantalan (Bearing).......................................................................48
Impeller........................................................................................48
Poros (Shaft) ................................................................................49
Noise Contour Pada Shaft Pompa Baru ............................................50
Noise Contour Pada Impeller Pompa Baru .......................................50
Noise Contour Pada Bearing Pompa Baru ........................................51
Noise Contour Pada Sumbu X Jarak Ukur 5Cm Pompa Baru ...........52
Noise Contour Pada Shaft Pompa Lama...........................................53
Noise Contour Pada Impeller Pompa Lama ......................................53
Noise Contour Pada Bearing Pompa Lama .......................................54
Noise Contour Pada Sumbu X Jarak Ukur 5Cm Pompa Lama ..........55
Perbandingan Grafik SPL dan Jarak Pada Pompa Baru
(Simulasi) ....................................................................................56
Perbandingan Grafik SPL dan Jarak Pada Pompa Lama
(Simulasi) ....................................................................................57

v

Gambar 4.14 Perbandingan Grafik SPL dan Jarak Pada Pompa Baru
(eksperimental) ...........................................................................58
Gambar 4.15 Perbandingan Grafik SPL dan Jarak Pada Pompa Baru
(eksperimental) ...........................................................................59

vi

DAFTAR TABEL

Halaman
Tabel 1.1

Kriteria Kebutuhan Dalam Pemilihan Pompa .............................. 3

Tabel 2.1

Contoh SPL berdasarkan sumbernya ............................................ 27

Tabel 3.1

Parameter fluida ............................................................................ 32

Tabel 3.2

Design Of Experiment (DOE)....................................................... 35

Tabel 4.1

Parameter Design Of Experimental (DOE) .................................. 47

Tabel 4.2

Nilai SPL dari hasil simulasi Pompa Baru ................................... 55

Tabel 4.3

Nilai SPL dari hasil simulasi Pompa Lama .................................. 56

Tabel 4.4

Hasil Pengukuran Kebisingan Pompa Baru Secara
Eksperimental ............................................................................... 58

Tabel 4.5

Hasil Pengukuran Kebisingan Pompa Lama Secara
Eksperimental ............................................................................... 59

Tabel 4.6

Persen Ralat Pompa Baru ............................................................. 62

Tabel 4.7

Persen Ralat Pompa Lama ............................................................ 69

vii

DAFTAR NOTASI

Simbol

Satuan

c

Kecepatan suara

m/s

gc

Faktor konversi satuan

N/s2

γ

Specific heat ratio

R

Konstanta gas spesifik

T

Temperatur absolut

N

Kekuatan noise

K

Konstanta Boltzmann

J/K

λ

Panjang gelombang

m

f

Frekuensi

Hz

T

Periode

s

k

Jumlah gelombang

Lp

Sound pressure level

dB

Lw

Sound power level

dB

P

Sound pressure

Pa

pref

Tekanan referensi

Pa

W

Sound power

Watt

Wref

Sound power referensi

Watt

K

viii