Simulasi Karakteristik Kebisingan pada Mesin DLE Gas Engine-30 Sebagai Penggerak Pesawat Tanpa Awak Prototipe NVC USU”.

(1)

SIMULASI KARAKTERISTIK KEBISINGAN PADA MESIN DLE

GAS ENGINE-30 SEBAGAI PENGGERAK PESAWAT TANPA

AWAK PROTOTIPE NVC USU

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

NAZWIR FAHMI DAMANIK

100401049

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2014

(2)

(3)

(4)

(5)

ABSTRAK

Pesawat tanpa awak (Unmanned Aerial Vehicle) merupakan sebuah mesin terbang yang dapat dikendalikan dari jarak jauh untuk melakukan misi tertentu. Namun seperti halnya mesin lainnya, permasalahan kebisingan merupakan hal yang tidak terelakkan. Salah satu penyumbang kebisingan pada pesawat adalah mesin. Untuk mengatasi kebisingan tersebut maka perlu dikaji dan di teliti lebih lanjut tentang faktor kebisingan melalui ilmu suara atau akustik dengan menggunakan software simulasi ANSYS yang lebih dikembangkan kepada ilmu Kendali Kebisingan (Noise Control). Dalam hal ini simulasi digunakan karena memiliki kelebihan yaitu dapat melakukan analisa terhadap sistem yang lebih kompleks, kondisi yang dapat disesuaikan dan dapat membandingkan beberapa rancangan alternatif untuk mendapatkan rancangan yang terbaik. Penelitian ini bertujuan untuk melakukan simulasi kebisingan pada mesin pesawat tanpa awak berjenis DLE GAS ENGINE-30. Dari simulasi noise yang dilakukan terhadap mesin DLE Gas Engine-30 maka dapat disimpulkan semakin tinggi putaran mesin semakin sempit range frekuensi suaranya. Dari noise contour yang dihasilkan dari hasil simulasi dapat dilihat bahwa penyebaran suara dari mesin DLE Gas Engine-30 cenderung merata ke setiap arah.

Kata kunci : Pesawat tanpa awak, kebisingan, DLE Gas Engine-30, simulasi kebisingan, frekuensi.

(6)

ABSTRACT

Unmanned Aerial Vehicle (UAV) is a flying machine that can be controlled remotely to perform certain missions. But like other machines, the problem of noise is inevitable. One contributor to the noise of the aircraft is the engine. To overcome the noise it needs to be studied and researched more about the noise factor through science or acoustic sound using ANSYS simulation software that is developed to the science of noise control (Noise Control). In this case the simulation is used because it has the advantages that it can perform an analysis of more complex systems, a condition that can be customized and can compare several alternative designs to get the best design. This study aims to simulate the noise of the unmanned aircraft engine manifold GAS ENGINE DLE-30. From the simulations carried out on the engine noise Gas Engines DLE-30, it can be concluded the higher the engine rev is more narrow frequency range sound. From the noise contour generated from the simulation results can be seen that the spread of the sound of the engine Gas Engines DLE-30 tends uniformly to every direction.

Keywords: Unmanned Aerial Vehicle, noise, Gas Engines DLE-30 noise simulation, frequency.

(7)

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 Karakteristik Kebisingan Pada Mesin DLE Gas Engine-30 Sebagai Penggerak Pesawat Tanpa Awak Prototipe NVC USU”.

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, Ramlan Damanik dan Nur’Aini Lubis yang telah memberikan segala dukungan tak terhingga moril dan materil.

2. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis hingga skripsi ini dapat terselesaikan.

3. Abangda Fadly Ahmad Kurniawan Nasution, ST selaku mahasiswa Magister Teknik Mesin sekaligus koordinator laboratorium Noise and Vibration Research Center.

4. Abangda Amma Muliya Romadoni yang telah banyak membagikan ilmunya kepada penulis.

5. 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.

6. Saudara Irwan Rosyadi Nasution, Afrizal Nurfi, Yogi Aldiansyah, Purwatmo, Toto Wibowo, M. Jeffry Machmuriza, dan teman-teman mahasiswa Teknik Mesin USU khususnya untuk stambuk 2010, yang telah banyak memberikan support dan sharing dalam penyelesaian skripsi ini.

(8)

7. Kakak-kakakku tercinta Mazlina Damanik, SE dan dr. Mazwirda Hanim Damanik yang terus mendukung hingga skripsi ini selesai.

8. My beloved Sinta Lestari Purba 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, Desember 2014 Penulis,

Nazwir Fahmi Damanik NIM : 100401049

(9)

iii

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ...i

DAFTAR ISI ...iii

DAFTAR GAMBAR ...v

DAFTAR TABEL ...vi

DAFTAR NOTASI ...vii

BAB 1 PENDAHULUAN ...1

1.1 Latar Belakang ...1

1.2 Perumusan Masalah ...2

1.3 Tujuan Penelitian ...2

1.3.1 Tujuan Umum ...2

1.3.2 Tujuan Khusus ...2

1.4 Batasan Masalah ...3

1.5 Sistematika Penulisan ...3

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ...4

2.1 Pesawat Tanpa Awak ...4

2.2 Mekanisme Pesawat Untuk Terbang ...5

2.3 Mesin Pesawat Tanpa Awak (UAV)...7

2.4 Suara ...8

2.5 Noise ...9

2.5.1 Jenis-Jenis Noise ...9

2.5.2 Parameter Kebisingan ...13

2.5.3 Tingkat Kebisingan ...14

2.6 Teori Mesin 2 Langkah Motor Bensin ...16

2.6.1 Kelebihan Mesin Dua Tak ...17

2.6.2 Kekurangan Mesin Dua Tak ...17

2.7 Cara Kerja Mesin Dua Langkah ...18

2.8 Simulasi ANSYS ...20

(10)

2.8.2 Acoustic ACT Extension ...21

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ...23

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ...23

3.2 Bahan dan Alat Penelitian ...23

3.2.1 Bahan Penelitian ...23

3.2.2 Alat Penelitian ...23

3.3 Variabel Penelitian ...24

3.3.1 Variabel Terikat ...24

3.3.2 Variabel Bebas ...24

3.4 Spesifikasi Fluida ...24

3.5 Cara Pelaksanaan Penelitian ...25

3.6 Diagram Alir Penelitian ...26

3.7 Set-up Pengujian ...27

3.7.1 Tahap Pre-Processing ...27

3.7.2 Tahap Post-Processing ...30

3.7.3 Menjalankan Simulasi ...30

3.8 Diagram Alir Simulasi ...31

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ...32

4.1 Hasil Pengukuran Kebisingan ...32

4.2 Hasil Simulasi ...32

4.3 Rekapitulasi Karakteristik Noise ...43

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ...45

5.1 Kesimpulan ...45

5.2 Saran ...45

(11)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Pesawat Tanpa Awak (UAV) milik Indonesia ...4

Gambar 2.2 Gaya-gaya yang bekerja pada pesawat ...5

Gambar 2.3 Arah aliran fluida pada airfoil ...6

Gambar 2.4 Prinsip aliran udara pada lintasan propeller ...7

Gambar 2.5 Perambatan gelombang suara ...8

Gambar 2.6 Langkah pemasukan dan kompresi kedua ...18

Gambar 2.7 Langkah usaha dan kompresi pertama ...19

Gambar 2.8 Langkah buang dan kompresi pertama ...19

Gambar 2.9 Langkah pembuangan dan langkah pembilasan ...20

Gambar 2.10 Simulasi akustik pada speaker ...21

Gambar 2.11 Simulasi sensor parkir mobil ...22

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ...26

Gambar 3.2 Pembuatan model mesin DLE-30 dengan AutoCAD ...27

Gambar 3.3 Computational Domain ...27

Gambar 3.4 Bentuk Mesh ...28

Gambar 3.5 Pengaturan analisis harmonic ...28

Gambar 3.6 Input properties domain ...29

Gambar 3.7 Input tekanan akustik ...29

Gambar 3.8 Input data sumber gelombang akustik ...30

Gambar 3.9 Input control hamburan ...30

Gambar 3.10 Diagram alir simulasi ...31

Gambar 4.1 Noise Contour pada mesin jarak 1m, 2000rpm ...33

Gambar 4.2 Noise Contour pada mesin jarak 1m, 3000rpm ...34

Gambar 4.3 Noise Contour pada mesin jarak 1m, 4000rpm ...36

Gambar 4.4 Noise Contour pada mesin jarak 1m, 5000rpm ...38

Gambar 4.5 Noise Contour pada mesin jarak 1m, 6000rpm ...39

Gambar 4.6 Noise Contour pada mesin jarak 1m, 7000rpm ...41

(12)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Contoh SPL berdasarkan sumbernya ... 15

Tabel 3.1 Spesifikasi Fluida ... 24

Tabel 4.1 Hasil pengukuran kebisingan pada jarak 1 meter ... 32

(13)

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 K

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

(14)

ABSTRAK

Kata kunci : Pesawat tanpa awak, kebisingan, DLE Gas Engine-30, simulasi kebisingan, frekuensi.

(15)

ABSTRACT

Keywords: Unmanned Aerial Vehicle, noise, Gas Engines DLE-30 noise simulation, frequency.

(16)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Belakangan ini pengembangan terhadap pesawat tanpa awak (Unmanned Aerial Vehicle atau disingkat UAV) semakin digalakkan di berbagai Negara khususnya Indonesia. Indonesia yang merupakan Negara kepulauan yang sangat luas dengan luas seluruhnya 5.193.250 km2, dan hampir dua pertiga wilayah Indonesia merupakan wilayah perairan dengan luas mencapai 3.287.010 km2. Luas wilayah tersebut memiliki resiko tersendiri dari segi pengamanan wilayah teritorial. Hal tersebut menuntut pemerintah dan jajarannya (baik Pemerintah daerah, TNI, POLRI) mengeluarkan sumber daya yang banyak untuk menjaga pertahanan dan keamanan wilayah kesatuan Negara Republik Indonesia. Dalam hal ini pesawat tanpa awak UAV berfungsi untuk mendukung pengamanan dan pengintaian wilayah Indonesia yang merupakan Negara kepulauan.

Pesawat tanpa awak merupakan sebuah wahana terbang yang dikendalikan dari jarak jauh untuk melakukan misi tertentu. Dengan pengendalian jarak jauh, maka pesawat ini mampu mengerjakan berbagai misi tanpa terhambat oleh keterbatasan manusia, antara lain, pengoperasian pada daerah yang berbahaya bagi manusia, melakukan operasi mata-mata (pengintaian), pengoperasian dalam jangka waktu yang sangat lama, dan pengoperasian pada kondisi terbang yang lebih murah dan minim resiko terhadap ancaman keselamatan awak(Kurniawan, 2011).

Namun seperti halnya mesin lainnya, permasalahan kebisingan merupakan hal yang tidak terelakkan. Permasalahan kebisingan pada pesawat tanpa awak sedang menjadi konsentrasi penelitian yang terus meningkat dari tahun ke tahun. Sebagian besar kebisingan pada pesawat berasal dari sistem propeler pengangkat, rotor, dan mesin. Kebisingan dari sebuah propeller adalah kombinasi dari 2 (dua) sumber kebisingan, yaitu dari propeller sendiri, dan dari sumber tenaga (mesin).

Oleh karena itu untuk mengatasi kebisingan tersebut maka perlu dikaji dan di teliti lebih lanjut tentang faktor kebisingan melalui ilmu suara atau akustik dengan menggunakan software simulasi ANSYS yang lebih dikembangkan

(17)

2 kepada ilmu Kendali Kebisingan (Noise Control). Dalam hal ini simulasi digunakan karena memiliki kelebihan yaitu dapat melakukan analisa terhadap sistem yang lebih kompleks, kondisi yang dapat disesuaikan dan dapat membandingkan beberapa rancangan alternatif untuk mendapatkan rancangan yang terbaik.

1.2 Perumusan Masalah

Salah satu karakteristik utama yang diperlukan dari mesin pesawat tanpa awak adalah tingkat kebisingan yang rendah dan mesin merupakan salah satu komponen penyumbang kebisingan pada pesawat tanpa awak.

Selain dengan metode pengukuran eksperimental, pengukuran kebisingan dapat dilakukan dengan simulasi dimana keduanya memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing.

Berdasarkan latar belakang tersebut akan dilakukan penelitian tentang karakteristik kebisingan pada mesin pesawat tanpa awak dengan metode simulasi untuk melihat bagaimana karakteristik dari mesin DLE GAS ENGINE-30.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini dibagi atas tujuan umum dan tujuan khusus 1.3.1 Tujuan Umum

Penelitian ini bertujuan untuk melakukan simulasi karakteristik kebisingan pada mesin pesawat tanpa awak berjenis DLE GAS ENGINE-30.

1.3.2 Tujuan Khusus

Adapun tujuan khusus dari penelitian ini adalah:

1. Melakukan simulasi karakteristik kebisingan pada mesin DLE GAS ENGINE-30.

2. Melakukan analisa dan menginterpretasikan karakteristik kebisingan dari hasil simulasi.

(18)

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah pada penelitian ini adalah :

1. Mesin pesawat ini berjenis DLE-30 GAS ENGINE ( 2 Stroke) berbahan bakar pertamax plus dicampur dengan pelumas.

2. Data kebisingan diambil dari tes pengujian eksperimental kebisingan pada mesin pesawat.

1.5 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan ini disajikan dalam tulisan yang terdiri dari 5 bab. BAB I merupakan pendahuluan. Bab ini memberikan gambaran menyeluruh mengenai tugas akhir yang meliputi pembahasan latar belakang, perumusan masalah, tujuan penulisan, dan sistematika penulisan. BAB II adalah tinjauan pustaka, dimana pada bab ini berisikan landasan teori dan studi literatur yang berkaitan dengan pokok permasalahan serta metode pendekatan yang digunakan untuk menganalisa persoalan. BAB III merupakan metode penelitian yang berisikan metode dari pengerjaan meliputi langkah-langkah pengolahan dan analisa data. BAB IV adalah hasil dan pembahasan yang berisi tentang hasil pengujian eksperimental. BAB V merupakan kesimpulan dan saran yang berisikan jawaban dari tujuan penelitian.

(19)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pesawat Tanpa Awak UAV (Unmanned Aerial Vehicle)

Unmanned Aerial Vehicle atau disingkat UAV / Pesawat tanpa awak adalah sebuah mesin terbang yang dapat dikendalikan dengan kendali jarak jauh atau pesawat terbang tanpa satu pun kru pesawat yang mengendalikan didalamnya. Kontrol pesawat tanpa awak ada dua variasi utama, variasi pertama yaitu dikontrol melalui pengendali jarak jauh dan variasi kedua adalah pesawat yang terbang secara mandiri berdasarkan program yang dimasukan kedalam pesawat sebelum terbang. Tidak seperti pesawat pada umumnya yang memiliki pilot dan kru pesawat untuk mengontrol dan mengawasi secara langsung kondisi pesawat, pada pesawat tanpa awak kondisi pesawat tidak dapat dikontrol secara langsung karena memang tidak memiliki kru pesawat. Proses kontrol pesawat sepenuhnya dilakukan oleh sistem autopilot dengan mengacu pada parameter-parameter yang telah ditentukan oleh pengguna sebelum terbang. UAV sendiri mampu membawa kamera, sensor, alat komunikasi dan beberapa peralatan lain. Pesawat-pesawat semacam ini berkembang luas di kalangan militer.

Gambar 2.1 Pesawat tanpa awak (UAV) milik Indonesia (http://tech.dbagus.com/pesawat-tanpa-awak-buatan-indonesia)

(20)

2.2 Mekanisme Pesawat untuk Terbang

Ada beberapa macam gaya yang bekerja pada benda-benda yang terbang di udara. Gaya-gaya aerodinamika ini meliputi gaya angkat (lift), gaya dorong (thrust), gaya berat (weight), dan gaya hambat udara (drag). Gaya-gaya inilah yang mempengaruhi profil terbang semua benda-benda di udara, mulai dari burung-burung yang bisa terbang mulus secara alami sampai pesawat terbang yang paling besar sekalipun. Jadi gaya-gaya yang sama bekerja juga pada pesawat model yang ukurannya mini ini.

Gambar 2.2 Gaya-gaya yang bekerja pada pesawat

(http://ilmuterbang.com/artikel-mainmenu-29/teori-penerbangan-mainmenu-68/552-mengapa-pesawat-terbang-bisa-terbang)

Gaya hambat udara (drag) merupakan gaya yang disebabkan oleh molekul-molekul dan partikel-partikel di udara. Gaya ini dialami oleh benda yang bergerak di udara. Pada benda yang diam gaya hambat udara nol. Ketika benda mulai bergerak, gaya hambat udara ini mulai muncul yang arahnya berlawanan dengan arah gerak, bersifat menghambat gerakan (itu sebabnya gaya ini disebut gaya hambat udara). Semakin cepat benda bergerak semakin besar gaya hambat udara ini. Agar benda bisa terus bergerak maju saat terbang, diperlukan gaya yang bisa mengatasi hambatan udara tersebut, yaitu gaya dorong (thrust) yang dihasilkan oleh mesin. Supaya kita tidak perlu menghasilkan thrust yang terlalu besar (sehingga tidak ekonomis) kita harus mencari cara untuk mengurangi drag. Salah satu caranya adalah dengan menggunakan desain yang streamline (ramping).

(21)

6 Supaya bisa terbang, kita perlu gaya yang bisa mengatasi gaya berat akibat tarikan gravitasi bumi. Gaya ke atas (lift) ini harus bisa melawan tarikan gravitasi bumi sehingga benda bisa terangkat dan mempertahankan posisinya di angkasa. Di sinilah tantangannya karena harus melawan gravitasi. Maka fisikawan seperti Isaac Newton, Bernoulli, dan Coanda. Ketiganya bekerja sama menjawab tantangan ini.

Isaac Newton yang terkenal dengan ketiga persamaan geraknya menyumbangkan hukum III Newton tentang Aksi-Reaksi. Sayap pesawat merupakan bagian terpenting dalam menghasilkan lift. Aliran udara di atas dan di bawah sayap pesawat. Partikel-partikel udara menabrak bagian bawah sayap pesawat. Partikel-partikel yang menabrak ini lalu dipantulkan ke bawah (ke arah tanah). Udara yang menghujani tanah ini merupakan gaya aksi. Ini adalah aksi yang disebabkan proses yang terjadi di bagian bawah sayap.

Gambar 2.3 Arah aliran fluida pada airfoil

Untuk bagian atas sayap, ada proses lain yang juga menghasilkan aksi.

Dalam hal ini Bernoulli dan Coanda ‘bekerja sama’. Sewaktu udara akan mengalir

di bagian atas sayap, tekanannya sebesar P1. Ketika udara melewati bagian lengkung pesawat, tekanan udara di daerah itu turun menjadi P2. Menurut Coanda, udara yang melewati permukaan lengkung akan mengalir sepanjang permukaan itu (dikenal sebagai Efek Coanda). Ini dibuktikan ketika kita meletakkan lilin menyala di depan sebuah botol. Ketika lilin ditiup dari belakang botol, aneh ternyata lilin didepan botol itu akan mati. Menurut Coanda hal ini disebabkan karena udara yang kita tiup mengalir mengikuti permukaan lengkung

(22)

botol lalu meniup api lilin hingga mati. Seperti inilah udara yang melewati bagian atas sayap ini mirip udara yang bergerak sepanjang botol. Udara ini akan mengalir sepanjang permukaan atas sayap hingga mencapai ujung bawah sayap. Di ujung bawah sayap itu partikel-partikel udara bergerombol dan bertambah terus sampai akhirnya kelebihan berat dan berjatuhan (downwash). Siraman udara atau downwash ini juga merupakan komponen gaya AKSI. Tanah yang menerima gaya aksi ini pasti langsung memberikan gaya REAKSI yang besarnya sama dengan gaya aksi tetapi berlawanan arah. Karena gaya aksinya menuju tanah (ke arah bawah), berarti gaya reaksinya ke arah atas. Gaya reaksi ini memberikan gaya angkat (lift) yang bisa mengangkat pesawat dan mengalahkan gaya berat akibat tarikan gravitasi bumi. Sumber gaya angkat (lift) yang lain adalah perubahan tekanan udara di P2.

2.3 Mesin Pesawat Tanpa Awak (UAV)

Pada pesawat tanpa awak mesin berfungsi memutar propeller sehingga dapat memberikan gaya dorong (thrust) pada pesawat tanpa awak. Dengan adanya gaya dorong maka badan peawat akan terdorong ke depan untuk mencapai kecepatan yang cukup. Prinsip yang digunakan sama seperti pada kapal laut yang memindahkan massa air kebelakang dengan menggunakan propeller sehingga badan kapal terdorong ke depan. Setelah kecepatan pesawat cukup, maka sayap pesawat akan mampu mengangkat pesawat tersebut.

Gambar 2.4 Prinsip aliran udara pada lintasan propeller (Leo L, 2006)

(23)

8 Suara merupakan gangguan tekanan yang bergerak sepanjang material dengan kecepatan yang bergantung kepada karakteristik material tersebut. Gelombang suara pada fluida kebanyakan dihasilkan melalui permukaan zat padat yang bergetar di dalam fluida tersebut.

Gambar 2.5 Perambatan gelombang suara

(http://thufailpalestine.blogspot.com/2011/12/jenis-jenis-gelombang.html)

Pada gambar 2.5, permukaan benda yang bergetar mengakibatkan fluida yang berdekatan dengan permukaan tersebut terkompresi. Kompresi ini mengakibatkan efek menjauh dari permukaan yang bergetar. Efek ini disebut dengan gelombang suara, gelombang suara tersebut akan bergerak menjauhi permukaan yang bergetar dengan kecepatan yang bervariasi bergantung terhadap material yang dilalui. Untuk gas ideal, kecepatan suara adalah fungsi dari temperatur absolut.

c = (2.1)

dimana gc = fator konversi satuan = 1 kgm/N-s2

= spesfic heat ratio = cp/cv

= konstanta gas spesifik = 287 J/kg-K T = temperatur absolut ( K )

Suara yang dapat didengar oleh manusia hanya pada rentang frekuensi tertentu yang dapat menimbulkan respon serta tidak mengganggu fungsi dari indra pendengaran. Rentang frekuensi yang dapat didengar oleh manusia berkisar antara

(24)

20 Hz – 20.000 Hz. Suara berdasakan frekuensinya dapat dikelompokkan menjadi beberapa kategori sebagai berikut:

1. Infrasonic : frekuensi < 20 Hz 2. Audiosonic : frekuensi 20-20.000 Hz 3. Supersonic : frekuensi >20.000 Hz

2.5 Noise

Noise adalah suatu sinyal gangguan yang bersifat akustik (suara), elektris, maupun elektronis yang hadir dalam suatu sistem dalam bentuk gangguan yang bukan merupakan sinyal yang diinginkan.

Sumber noise dapat dikelompokkan dalam tiga kategori:

1. Sumber noise intrinsic yang muncul dari fluktuasi acak di dalam suatu sistem fisik seperti thermal dan shot noise.

2. Sumber noise buatan manusia seperti motor, switch, elektronika digital.

3. Noise karena gangguan alamiah seperti petir dan bintik matahari.

2.5.1Jenis-Jenis Noise

Noise dapat dikelompokkan dalam dua jenis, yaitu :

1. Correlated noise: hubungan antara sinyal dan noise masuk dalam kategori ini. Karena itu, correlated noise hanya muncul saat ada sinyal.

2. Uncorrelated noise: noise yang dapat muncul kapanpun, saat terdapat sinyal maupun tidak ada sinyal. Uncorrelated noise muncul tanpa memperhatikan adanya sinyal atau tidak. Noise dalam kategori ini dapat dibagi lagi menjadi dua kategori umum, yaitu :

a. Eksternal Noise: Adalah noise yang dihasilkan dari luar alat atau sirkuit. Noise tidak disebabkan oleh komponen alat dalam sistem komunikasi tersebut. Ada 3 sumber utama noise eksternal:

Atmospheric noise: Gangguan elektris yang terjadi secara alami, disebabkan oleh hal – hal yang berkaitan

(25)

10 dengan atmosfer bumi. Noise atmosfer biasanya disebut juga static electricity. Noise jenis ini bersumber dari kondisi elektris yang bersifat alami, seperti kilat dan halilintar. Static electricity berbentuk impuls yang menyebar ke dalam energi sepanjang lebar frekuensi

Ekstraterrestrial noise: Noise ini terdiri dari sinyal elektris yang dihasilkan dari luar atmosfer bumi. Terkadang disebut juga deep-space noise. Noise ekstra terrestrial bisa disebabkan oleh Milky Way, galaksi yang lain, dan matahari. Noise ini dibagi menjadi 2 kategori, yaitu solar dan cosmic noise:

1.Solar noise: Solar noise dihasilkan langsung dari panas matahari. Ada dua bagian solar noise, yaitu saat kondisi dimana intensitas radiasikonstan dan tinggi, gangguan muncul karena aktivitas sun-spot dan solar flare-ups. Besar gangguan yang jarang terjadi ini (bersifat sporadis) bergantung pada aktivitas sun spot mengikuti pola perputaran yang berulang setiap 11 tahun.

2.Cosmic noise: Cosmic noise didistribusikan secara continue di sepanjang galaksi. Intensitas noise cenderung kecil karena sumber noise galaksi terletak lebih jauh dari matahari. Cosmic noise sering juga disebut black-body noise dan didistribusikan secara merata di seluruh angkasa.

Man-made noise: Secara sederhana diartikan sebagai noise yang dihasilkan manusia. Sumber utama dari noise ini adalah mekanisme spark-producing, seperti komutator dalam motor elektrik, sistem pembakaran kendaraan bermotor, alternator, dan aktivitas peralihan alat oleh manusia (switching equipment). Misalnya, setiap saat di rumah, penghuni sering mematikan dan menyalakan lampu melalui saklar, otomatis arus listrik dapat tiba-tiba muncul atau

(26)

terhenti. Tegangan dan arus listrik berubah secara mendadak, perubahan ini memuat lebar frekuensi yang cukup besar. Beberapa frekuensi itu memancar/menyebar dari saklar atau listrik rumah, yang bertindak sebagai miniatur penghantar dan antena.

Noise karena aktivitas manusia ini disebut juga impulse noise, karena bersumber dari aktivitas on/off yang bersifat mendadak. Spektrum noise cenderung besar dan lebar frekuensi bisa sampai 10 MHz. Noise jenis ini lebih sering terjadi pada daerah metropolitan dan area industri yang padat penduduknya, karena itu disebut juga industrial noise.

b. Internal Noise:Internal noise juga menjadi faktor yang penting dalam sistem komunikasi. Internal noise adalah gangguan elektris yang dihasilkan alat atau sirkuit. Noise muncul berasal dari komponen alat dalam sistem komunikasi bersangkutan. Ada 3 jenis utama noise yang dihasilkan secara internal, yaitu:

Thermal noise: Thermal noise berhubungan dengan perpindahan elektron yang cepat dan acak dalam

alat konduktor akibat digitasi thermal.

Perpindahan yang bersifat random ini pertama kali ditemukan oleh ahli tumbuh-tumbuhan, Robert Brown, yang mengamati perpindahan partikel alami dalam penyerbukan biji padi. Perpindahan random elektron pertama kali dikenal tahun 1927 oleh JB. Johnson di Bell Telephone Laboratories. Johnson membuktikan bahwa kekuatan thermal noise proporsional dengan bandwidth dan temperatur absolut. Secara matematis, kekuatan noise adalah:

(2.2) N = kekuatan noise (noise power)

(27)

12 (1.38 × 10-23 J/K)

T = Temperatur absolute B = bandwidth

Shot noise: noise jenis ini muncul karena penyampaian sinyal yang tidak beraturan pada keluaran (output) alat elektronik yang digunakan, seperti pada transistor dua kutub. Pada alat elektronik, jumlah partikel pembawa energi (elektron) yang terbatas menghasilkan fluktuasi pada arus elektrik konduktor. Shot noise juga bisa terjadi pada alat optik, akibat keterbatasan foton pada alat optik. Pada shot noise, penyampaian sinyal tidak bergerak secara kontinu dan beraturan, tapi bergerak berdasarkan garis edar yang acak. Karena itu, gangguan yang dihasilkan acak dan berlapis pada sinyal yang ada. Ketika shot noise semakin kuat, suara yang ditimbulkan noise ini mirip dengan butir logam yang jatuh di atas genteng timah. Shot noise tidak berlaku pada kawat logam, karena hubungan antar elektron pada kawat logam dapat menghilangkan fluktuasi acak. Shot noise disebut juga transistor noise dan saling melengkapi dengan thermalnoise. Penelitian shot noise pertama kali dilakukan pada kutub positif dan kutub negatif tabung pesawat vakum (vacuum-tube amplifier) dan dideskripsikan secara matematis oleh W. Schottky tahun 1918.

Transit-time noise: Arus sinyal yang dibawa melintasi sistem masukan dan keluaran pada alat elektronik, (misalnya dari penyampai (emitter) ke pengumpul (collector) pada transistor) menghasilkan noise yang tidak beraturan dan bervariasi. Inilah yang disebut dengan transit-time noise. Transit- time noise terjadi pada frekuensi tinggi ketika sinyal bergerak melintasi semikonduktor dan membutuhkan waktu yang cukup banyak untuk satu perputaran sinyal.

(28)

Transit time noise pada transistor ditentukan oleh mobilitasdata yang dibawa, bias tegangan, dan konstruksi transistor. Jika perjalanan data tertunda dengan frekuensi yang tinggi saat perlintasan semikonduktor, noise akan lebih banyak dibandingkan dengan sinyal aslinya.

2.5.2 Parameter Kebisingan

Kebisingan memiliki banyak parameter yang bisa dijadikan sebagai acuan dalam menentukan skala kebisingan tersebut sebagaimana banyaknya parameter untuk menentukan bunyi. Namun, parameter yang sering dijadikan acuan dalam mengukur suatu kebisingan untuk mempersmpit pembahasan biasanya di tentukan oleh parameter berikut: a. Frekuensi

Gelombang gerak sendiri memiliki banyak criteria yang dapat dijabarkan secara terperinci diantaranya adalah frekuensi. Frekuensi didefenisikan sebagai jumlah getaran ataupun gerakan yang terjadi dalam satu satuan waktu.frekuensi dapat di modelkan dengan persamaan berikut:

f = 1/T (2.3)

b. Panjang gelombang

Panjang gelombang ( ) dari gelombang suara merupakan parameter yang sangat penting didalam mencari tau pola dari gelombang suara. jika dilihat dari gambaran gelombang, maka panjang felombang adalah jarak antara dua puncak gelombang. Panjang gelombang dapat didefenisikan sebagai:

(29)

14 c. Jumlah gelombang

Jumlah gelombang merupakan banyaknya gelombang suara yang terjadi selama perambaran gelombang.dirumuskan sebagai

k = = (2.5)

d. Sound Pressure

Parameter yang dijadikan sebagai bagian dari gelombang suara adalah Sound pressure dan sound power.

Sound presure merupakan fluktuasi dari tekanan udara. Ketika suatu sumber bunyi menghasilkan bunyi, maka buyi tersebut akan merambat melalui medium udara yang ada disekitarnya.ketika terjadi perambatan,maka terjadi perubahan tekanan atmosfir beberapa saat. Sesuatu yang merupakan perubahan tekanan udara sebagai indikasi dari adanya permabatan bunyi inilah yang di sebut dengan sound pressure.

e. Sound Power

Sedangkan sound Power merupakan sejumlah daya yang dapat di ukur dihasilkan oleh radiasi sumber bunyi yang menyebar disekitar udara. Secara matemetik, sound power dapat di rumuskan sebagai berikut:

Ws = (4 r2) Imax (watt) (2.6)

2.5.3 Tingkat Kebisingan

Untuk mempermudah penentuan nilai kebisingan, maka ada metode yang digunakan dengan menggunakan skala level atau tingkat kebisingan suara dalam satuan decibel (db) yang dibagi menjadi dua kategori yakni sound pressure level dan sound power level.

a. Sound Pressure Level (SPL)

Hampir setiap pemikiran umum mendefenisikan kata decibel (db) dengan mengaitkan terhadap sound pressure level. Hal seperti ini telah menjadi suatu kesimpulan tersendiri bahwa apabila

(30)

berbicara tentang skala decibel berbarti merupakan suatu hasil perhitungan dari sound pressure level.

Secara matematis sound pressure level dapat di rumuskan sebagai berikut:

SPL = Lp = 10 log

= 20 log (2.7)

Dimana :

P = tekanan yang terjadi (Prms ) untuk aliran fluida

P(ref) = tekanan pada air borne = 2 x 10-5 N/m2 = 20 µPa

Tabel 2.1 Contoh SPL Berdasarkan Sumbernya No Sound Sources(Noise)

Examples with Distance

Sound Pressure Level Lp dB SPL

1. 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Jet aircraft, 50 m away Threshold of pain Threshold of discomfort Chainsaw, 1 m distance Disco, 1 m from speaker Diesel truck, 10 m away Kerbside of busy road, 5m Vacuum cleaner, distance 1 m Conversational speech, 1 m Average home

Quite library

Quite bedroom at night Background in TV studio Rustiling leaves in the distance Threshold of hearing

140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

(31)

16 b. Sound Power level

Sound power level dapat di rumuskan sebagai

Lw = 10 log10 (db) (2.8)

Dimana :

W = Sound Power

Wreff = Sound Power referensi dengan standar 10-12 watt

2.6Teori Mesin 2 Langkah Motor Bensin

Motor bensin 2 langkah adalah motor bensin dimana untuk melakukan suatu kerja diperlukan 2 langkah gerakan piston dan 1 kali putaran poros engkol. Ada beberapa perbedaan antara mesin 2 tak dan mesin 4 tak pada komponen dan sistem kerja antara lain :

1. Pada mesin dua tak, sekali pembakaran terjadi dalam satu kali putaran poros engkol (crankshaft), sedangkan pada mesin empat tak, sekali proses pembakaran terjadi dalam dua kali putaran poros engkol.

2. Mesin empat tak memerlukan mekanisme katup (valve mechanism) dalam bekerjanya untuk membuka dan menutup lubang pemasukan dan pembuangan, sedangkan pada mesin dua tak tidak membutuhkan katup. Piston dan ring piston berfungsi untuk menbuka dan menutup lubang pemasukan dan pembuangan. Pada awalnya, mesin dua tak tidak dilengkapi dengan katup, namun dalam perkembangannya katup satu arah (one way valve) akan dipasang di antara ruang bilas dan karburator untuk:

a. Menjaga agar gas yang sudah masuk ke dalam ruang bilas tidak masuk kembali ke karburator.

b. Menjaga tekanan dalam ruang bilas saat piston mengkompresi ruang bilas.

(32)

3. Lubang pemasukan dan lubang pembuangan pada mesin dua tak terdapat pada dinding silinder, sedangkan pada mesin empat tak terdapat pada kepala silinder (cylinder head). Ini adalah alasan utama yang membuat mesin 4 tak tidak menggunakan oli samping.

2.6.1 Kelebihan Mesin Dua Tak

Dibandingkan mesin empat tak, mesin dua tak memiliki beberapa kelebihan yaitu:

1. Hasil tenaganya lebih besar dibandingkan mesin empat tak. 2. Mesin dua tak lebih kecil dan ringan dibandingkan mesin

empat tak.

Kombinasi kedua kelebihan di atas menjadikan rasio berat terhadap tenaga (power to weight ratio) mesin dua tak lebih baik dibandingkan mesin empat tak.

3. Mesin dua tak lebih murah biaya produksinya karena konstruksinya yang sederhana.

Meskipun memiliki berbagai kelebihan, mesin ini sudah jarang digunakan dalam kendaraan-kendaraan terutama kendaraan mobil dikarenakan oleh beberapa kekurangan.

2.6.2 Kekurangan Mesin Dua Tak

Meskipun memiliki berbagai kelebihan, mesin ini sudah jarang digunakan dalam kendaraan-kendaraan terutama kendaraan mobil dikarenakan oleh beberapa kekurangan. Kekurangan mesin dua tak dibandingkan mesin empat tak antara lain:

1. Efisiensi bahan bakar mesin dua tak lebih rendah dibandingkan mesin empat tak.

(33)

18 2. Mesin dua tak memerlukan percampuran oli dengan bahan bakar (oli samping/two stroke oil) untuk pelumasan silinder mesin.

Kedua hal di atas mengakibatkan biaya operasional mesin dua tak menjadi lebih lebih tinggi dibandingkan biaya operasional mesin empat tak.

3. Mesin dua tak menghasilkan polusi udara lebih banyak. Polusi terjadi dari pembakaran oli samping dan gas dari ruang bilas yang lolos/bocor dan masuk langsung ke lubang pembuangan. 4. Pelumasan mesin dua tak tidak sebaik mesin empat tak. Ini

mengakibatkan usia suku cadang dalam komponen ruang bakar relatif lebih singkat.

2.7 Cara Kerja Mesin 2 Langkah

1. Langkah Pemasukan dan Kompresi

Sewaktu piston bergerak ke atas di dalam crankcase terjadi kevakuman dan sewaktu piston mulai membuka lubang pemasukan, campuran bahanbakar dan udara dari karburator terhisap masuk kedalam crankcase. Disisi lain lubang transfer dan exhaus port tertutup oleh piston, lalu campuran bahan bakar dan udara mengalami kompresi di dalam ruang bakar (gerak piston belum mencapai TDC).

(34)

2. Usaha (Langkah Usaha) dan Kompresi Pertama

Ketika piston mencapai TMA campuran gas segar yang dikompresikan dinyalakan oleh busi. Gas yang terbakar mendorong piston memutar poros engkol melalui connecting rod. Sewaktu piston bergerak ke bawah, piston menutup lubang pemasukan dan sewaktu piston bergerak ke bawah terus, piston mengkompresi campuran di dalam crankcase.

Gambar 2.7Langkah usaha dan kompresi pertama (Basic Mechanic Training) 3. Langkah Pembuangan dan Kompresi Pertama

Sewaktu piston bergerak kebawah, lalu piston membuka lubang buang untuk mengalirkan sisa gas keluar dari cylinder. Disisi lain, campuran di dalam crankcase dikompresi (setengah gerakan piston kebawah).

Gambar 2.8.Langkah pembuangan dan kompresi pertama (Basic Mechanic Training)

(35)

20 4. Langkah Pembuangan dan Langkah Pembilasan

Ketika piston membuka lubang transfer segera langkah pembuangan telah dimulai, campuran yang dikompresikan didalam crankcase mengalir melalui lubang transfer didinding cylinder dan mengalir ke dalam ruang pembakaran. Campuran gas segar ini mendorong gas sisa pembakaran keluar dari cylinder dan padawaktu yang bersamaan ruang pembakaran diisi dengan campuran gas segar (dalam setengah gerakan).

Gambar 2.9Langkah pembuangan dan Langkah Pembilasan (Basic Mechanic Training)

2.8 Simulasi ANSYS

ANSYS adalah sebuah software analisis elemen hingga dengan kemampuan menganalisa dengan cakupan yang luas untuk berbagai jenis masalah (Tim Langlais, 1999). ANSYS mampu memecahkan persamaan diferensial dengan cara memecahnya menjadi elemen-elemen yang lebih kecil. Pada awalnya program ini bernama STASYS (Structural Analysis System), kemudian berganti nama menjadi ANSYS yang ditemukan pertama kali oleh Dr. John Swanson pada tahun 1970.

ANSYS merupakan tujuan utama dari paket permodelan elemen hingga untuk secara numerik memecahkan masalah mekanis yang berbagai macam. Masalah yang ada termasuk analisa struktur statis dan dinamis (baik linear dan non-linear), distribusi panas dan masalah cairan, begitu juga dengan ilmu bunyi dan masalah elektromagnetik. Teknologi ANSYS mekanis mempersatukan

(36)

struktur dan material yang bersifat non-linear. ANSYS multiphysic juga mengatasi masalah panas, struktur, elektromagnetik, dan ilmu bunyi. Program ANSYS dapat digunakan dalam teknik sipil, teknik listrik, fisika dan kimia.

2.8.1 Aplikasi ANSYS Akustik

Akustik adalah studi tentang generasi, propagasi, penyerapan dan refleksi gelombang tekanan suara dalam media cairan. Aplikasi untuk akustik adalah sebagai berikut :

1. Sonar.

2. Desain ruang konser, di mana pemerataan tekanan suara diinginkan. 3. Minimisasi kebisingan pada mesin.

4. Noise cancellation. 5. Akustik bawah air.

6. Desain speaker, rumah speaker, filter akustik, muffler, dan banyak perangkat sejenis lainnya.

7. Eksplorasi geofisika.

Gambar 2.10 Simulasi akustik pada speaker (AACTx_R150_Workshops3 - Audio Speaker And Plate)

2.8.2 Acoustic ACT (Application Customization Toolkit) Extension

Acoustic ACT Extension adalah fitur tambahan dari Ansys yang dapat memaparkan fitur-fitur akustik yang cukup lengkap. Fitur-fitur Ansys Acoustic ACT Extension yaitu :

(37)

22 1. Menentukan sifat-sifat akustik.

2. Menentukan kondisi batas dan beban akustik. 3. Menentukan hasil proses akustik.

Pada analisis akustik yang tersedia di ANSYS, biasanya melibatkan pemodelan media cairan dan struktur sekitarnya. Yang sering menjadi perhatian pada analisis akustik distribusi tekanan pada cairan pada frekuensi yang berbeda, gradien tekanan, kecepatan partikel, SPL (sound pressure level), serta hamburan, difraksi, transmisi, radiasi, redaman, dan dispersi gelombang akustik.

Acoustic ACT dapat digunakan untuk melakukan simulasi sensor parkir mobil yang mendeteksi benda-benda di sekitar mobil. Sensor ini bekerja dengan menggunakan gelombang ultrasonic dan gema yang dihasilkannya. Simulasi sensor parkir mobil dapat dilihat pada gambar 2.11.

Gambar 2.11 Simulasi sensor parkir mobil (AACTx_R150_Workshops - Car Park Distance)

(38)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini direncanakan berlangsung selama ± 3 bulan. Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Noise and Vibration Control program Magister dan Doktoral Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3.2 Bahan dan Alat Penelitian 3.2.1 Bahan Penelitian

1. Mesin Pesawat UAV

Pada penelitian ini mesin yang digunakan adalah mesin gasoline bertipe DLE–30. Berikut adalah spesifikasi data yang dimiliki mesin ini:

Performance : 3.7HP/8500rpm

Idle Speed : 1600 rpm/min

Spesification of Propeller : 18x8 ; 18x10; 19x8; 20x8

Sparking Plug : NGK CM6

Exhaust Amount : 30.5cm3

Diameter x Stroke : 36mm x 30mm Ratio of Compression : 7.6 : 1

Ratio of Lubricating : 30 : 1

Main Engine : 920 g

Exhaust pipe : 60 g

Ignition Equipment : 120 g

3.2.2 Alat Penelitian

Pengujian yang dilakukan merupakan jenis pengujian komputasional dengan menggunakan seperangkat komputer dengan spesifikasi:

- Processor : Core i3 (4core) - Ram : 6 Gb

- Software : Ansys 15.0

(39)

3.3 Variabel Penelitian

Ditentukan dua buah variabel penelitian, yakni variabel terikat dan variabel bebas.

3.3.1 Variabel Terikat

Untuk menyederhanakan permasalahan dalam kajian kebisingan pada mesin pesawat UAV, maka dalam penelitian ini di tetapkan variabel terikat yakni:

1. Sifat properties dari udara

3.3.2 Variabel Bebas

Variabel bebas pada penelitian ini merupakan pengaruh yang diakibatkan oleh adanya variabel terikat dan ditetapkan dalam dua hal yakni:

1. Putaran mesin

2. Frekuensi bunyi mesin

3.4 Spesifikasi Fluida

Spesifikasi Fluida, dalam hal ini adalah udara pada keadaan atmosfir. Data untuk fluida ini digunakan dalam proses simulasi kebisingan. Oleh karena itu di gunakan propertis fluida pada keadaan atmosfir yang di tabulasikan pada tabel 3.1.

Tabel 3.1 Spesifikasi Fluida No Spesifikasi Fluida

1 Jenis Fluida Udara Atmosfer

2 Massa Jenis 1,2041 kg/m3

3 Cepat Rambat Suara 343,24 m/s 4 Viskositas Dinamik 181,93 x 10-7 Pa.s 5 Konduktivitas Termal 0,0257 W/mC

6 Panas Jenis Cp 1,005 J/kgC

(40)

3.5 Cara Pelaksanaan Penelitian

Untuk melakukan analisa karakteristik noise pada mesin pesawat UAV ini, diperlukan urutan proses agar dalam pengerjaan tugas akhir ini dapat berjalan dengan baik yang meliputi:

1. Pengumpulan data awal

Tahap ini merupakan tahapan dilakukan pengumpulan data tentang informasi mengenai pesawat tanpa awak dari segi kerja, fungsi dan kegunaan, dan perkembangan penelitian kebisingan terhadap pesawat tersebut serta spesifikasi data yang dibutuhkan untuk dilakukan penelitian. 2. Studi Literatur

Penelitian ini harus dilakukan berlandaskan pada azas-azas teoritis yang diakui di dalam dunia ilmu pengetahuan sehingga dapat dijadikan rujukan penyelesaian penelitian ini. Studi literatur ini dilakukan dengan cara memperolehnya dari buku buku referensi, jurnal jurnal ilmiah, kumpulan symposium, diskusi personal, atau bahkan lewat media internet.

3. Perhitungan data

Perhitungan data pada penelitian ini dilakukan melalui simulasi software. Data-data yang dibutuhkan selama proses pengerjaan di input kedalam proses komputasi data.

4. Analisa Hasil Komputasi data

Pada tahapan ini akan dilakukan pembahasan terhadap data yang dihasilkan dari simulasi.

5. Penarikan kesimpulan

Penarikan kesimpulan ini berdasarkan korelasi terhadap tujuan penelitian yang telah ditetapkan sebelumnya.dengan demikian diharapkan tidak terjadi penyimpangan dari tujuan penelitian.

(41)

3.6 Diagram Alir Penelitian

Secara garis besar, pelaksanaan penelitian ini akan dilaksanakan berurutan dan sistematis seperti ditunjukkan pada gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian

MULAI

Identifikasi masalah dan menetapkan tujuan penelitian

PENGUMPULAN DATA:

- Data kebisingan mesin

- Data fluida

- Dimensi mesin

KESIMPULAN

SELESAI

Pemodelan

STUDI AWAL:

Studi literatur

PENGOLAHAN DATA:

(42)

3.7Setup Pengujian

3.7.1 Tahap Pre-Processing

Proses pre-processing merupakan proses yang dilakukan sebelum pengujian (simulasi). Proses ini mencakup pembuatan model, penentuan domain dan pembuatan mesh (meshing).

1. Pembuatan Model

Pembuatan model mesin DLE-30 dalam simulasi ini mengacu kepada bentuk dan dimensi yang sebenarnya. Pembuatan model CAD dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak AutoCAD.

Gambar 3.2 Pembuatan model mesin DLE-30 dengan AutoCAD

2. Menentukan Computational Domain

Computational Domain merupakan bidang batas simulasi yang akan dipengaruhi oleh fluida di sekitar mesin. Computational Domain ditentukan oleh sebuah kubus pejal dengan ukuran 1m x 1m x 1m.

(43)

3. Pembuatan Mesh

Unit-unit volume pada simulasi ANSYS diinterpretasikan dengan pembentukan mesh atau grid. Dalam penelitian ini element size pada mesh diatur pada 0.01 m.

Gambar 3.4 Bentuk mesh

4. Menginput Pengaturan Analisis Harmonic

Pada bagian ini diinput rentang frekuensi dari noise mesin. Rentang frekuensi yang diinput adalah nilai yang diperkirakan yang kemudian hasilnya dicocokkan hingga sesuai dengan data hasil percobaan eksperimental. Pengaturan Analisis Harmonic dapat dilihat pada gambar 3.5.

Gambar 3.5 Pengaturan Analisis Harmonic

5. Menginput Properties Dari Domain

Pada bagian ini diinput data properties dari acoustic body yaitu udara. Properties udara yang diinput adalah massa jenis, cepat rambat suara,

(44)

viskositas, konduktivitas termal dan panas jenis. Data properties dari udara diperoleh dari tabel 3.1.

Gambar 3.6 Input properties domain

6. Menginput Bidang Akustik

Pada bagian ini diinput bidang permukaan dari geometri akustik. Untuk pengaturan lainnya digunakan pengaturan default.

Gambar 3.7 Input tekanan akustik

7. Mendefenisikan Eksitasi Gelombang Planar

Pada bagian ini dimasukkan pengaturan gelombang yang tereksitasi ke udara. Nilai tekanan yang dimasukkan adalah nilai tekanan atmosfir yaitu 101.325 Pa. Nilai rapat massa adalah nilai rapat massa udara

(45)

30 yaitu 1,2041 kg/m3. Nilai cepat rambat udara pada udara adalah 343,24 m/s.

Gambar 3.8 Input data sumber gelombang akustik

8. Mendefenisikan Kontrol Hamburan

Pada bagian ini dimasukkan pengaturan jenis hamburan dari gelombang. Scattered Field Output diatur pada Scattered.

Gambar 3.9 Input kontrol hamburan

3.7.2 Tahap Post-Processing

Pada tahap ini ditentukan hasil yang ingin didapatkan dari proses simulasi. Untuk penelitian ini hasil yang ingin didapat dari simulasi adalah nilai SPL (sound pressure level).

3.7.3 Menjalankan Simulasi

Setelah tahap post-processing dan solution telah selesai diatur, maka simulasi dimulai (solve). Proses running simulasi merupakan tahap akhir dari proses simulasi, selanjutnya tinggal menunggu hasil simulasi.

(46)

3.8 Diagram Alir Simulasi

Secara garis besar, proses simulasi akan dilaksanakan seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.10.

tidak

Gambar 3.10 Diagram alir simulasi

MULAI

Pembuatan geometri di AutoCAD

Proses import model pada ANSYS Workbench

Proses meshing

Pendefenisian bidang batas

Solve

Solve error

Plot kontur kebisingan

(47)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengukuran Kebisingan

Berikut ini adalah data hasil pengukuran kebisingan mesin DLE Gas Engine-30 dengan jarak pengukuran 1 meter dengan menggunakan alat sound level meter dengan arah horizontal, vertikal dan aksial. Seperti pada tabel 4.1 berikut ini.

Tabel 4.1 Hasil pengukuran kebisingan pada jarak 1 meter Posisi

pengukuran

Putaran (rpm)

2000 3000 4000 5000 6000 7000 Y+ 87.9 91.8 94.1 98.7 101.3 104.7

Y- 87.5 91 93.7 97.2 101 104.5

X- 88.2 93.3 96.6 100.1 104.5 106.5 X+ 89.3 94.4 96.9 101.1 104.7 107.9 Z+ 90 95.1 97.3 102.2 105.5 108.8 Z- 88.2 92.3 95.6 100.4 103.8 106.9

4.2 Hasil Simulasi

Pada bab ini akan dibahas hasil dari simulasi noise dari mesin DLE Gas Engine-30. Hasil yang diperoleh adalah berupa kontur noise yang ditunjukkan oleh warna-warna yang menunjukkan besarnya SPL (Sound Pressure Level) yang tereksitasi ke udara di sekitar mesin. Putaran mesin divariasikan mulai dari 2000 rpm hingga 7000 rpm dengan interval 1000 rpm. Setiap putaran mesin memiliki range frekuensi yang berbeda pada suara yang dihasilkan. Simulasi dilakukan dengan memasukkan rentang frekuensi tertentu dan mencocokkan hasil simulasi dengan hasil pengukuran kebisingan yang diukur dengan sound level meter.

Dalam melakukan proses pencocokan hasil, yang diambil sebagai acuan adalah hasil pengukuran pada titik Y+. Titik Y+ dipilih karena hasil pengukuran pada titik ini dianggap paling akurat.

(48)

1. 2000 rpm

Berikut ini adalah hasil simulasi noise mesin DLE Gas Engine-30 pada putaran 2000 rpm dengan menggunakan software Ansys 15.0.

(a)

(b)

(49)

34 (d)

Gambar 4.1 Noise Contour pada mesin (jarak 1m, 2000 rpm) (a) Noise Contour pada bidang XY (b) Noise Contour pada bidang XZ (c) Noise Contour pada bidang YZ (d) Noise Contour pada tiga bidang dan enam titik pengukuran beserta nilai kebisingannya

Dari simulasi yang dilakukan, diketahui bahwa frekuensi noise pada putaran 2000 rpm adalah 3000 Hz – 9500 Hz. Bentuk noise contour diperlihatkan seperti gambar diatas. Dari noise contour hasil dari simulasi dapat dilihat nilai kebisingan pada enam titik pengukuran.

2. 3000 rpm

Berikut ini adalah hasil simulasi noise mesin DLE Gas Engine-30 pada putaran 3000 rpm dengan menggunakan software Ansys 15.0.

(50)

(b)

(c)

(d)

Gambar 4.2 Noise Contour pada mesin (jarak 1m, 3000 rpm) (a) Noise Contour pada bidang XY (b) Noise Contour pada bidang XZ (c) Noise Contour pada bidang YZ (d) Noise Contour pada tiga bidang dan enam titik pengukuran beserta nilai kebisingannya

(51)

36 Dari simulasi yang dilakukan, diketahui bahwa frekuensi noise pada putaran 3000 rpm adalah 3000 Hz – 8850 Hz. Bentuk noise contour diperlihatkan seperti gambar diatas. Dari noise contour hasil dari simulasi dapat dilihat nilai kebisingan pada enam titik pengukuran.

3. 4000 rpm

Berikut ini adalah hasil simulasi noise mesin DLE Gas Engine-30 pada putaran 4000 rpm dengan menggunakan software Ansys 15.0.

(a)

(52)

(c)

(d)

Gambar 4.3 Noise Contour pada mesin (jarak 1m, 4000 rpm) (a) Noise Contour pada bidang XY (b) Noise Contour pada bidang XZ (c) Noise Contour pada bidang YZ (d) Noise Contour pada tiga bidang dan enam titik pengukuran beserta nilai kebisingannya

Dari simulasi yang dilakukan, diketahui bahwa frekuensi noise pada putaran 4000 rpm adalah 3000 Hz – 8500 Hz. Bentuk noise contour diperlihatkan seperti gambar diatas. Dari noise contour hasil dari simulasi dapat dilihat nilai kebisingan pada enam titik pengukuran.

4. 5000 rpm

Berikut ini adalah hasil simulasi noise mesin DLE Gas Engine-30 pada putaran 5000 rpm dengan menggunakan software Ansys 15.0.

(53)

38 (a)

(b)

(54)

(d)

Gambar 4.4 Noise Contour pada mesin (jarak 1m, 5000 rpm) (a) Noise Contour pada bidang XY (b) Noise Contour pada bidang XZ (c) Noise Contour pada bidang YZ (d) Noise Contour pada tiga bidang dan enam titik pengukuran beserta nilai kebisingannya

Dari simulasi yang dilakukan, diketahui bahwa frekuensi noise pada putaran 5000 rpm adalah 3000 Hz – 8000 Hz. Bentuk noise contour diperlihatkan seperti gambar diatas. Dari noise contour hasil dari simulasi dapat dilihat nilai kebisingan pada enam titik pengukuran.

5. 6000 rpm

Berikut ini adalah hasil simulasi noise mesin DLE Gas Engine-30 pada putaran 6000 rpm dengan menggunakan software Ansys 15.0.

(55)

40 (b)

(c)

(d)

Gambar 4.5 Noise Contour pada mesin (jarak 1m, 6000 rpm) (a) Noise Contour pada bidang XY (b) Noise Contour pada bidang XZ (c) Noise Contour pada bidang YZ (d) Noise Contour pada tiga bidang dan enam titik pengukuran beserta nilai kebisingannya

(56)

Dari simulasi yang dilakukan, diketahui bahwa frekuensi noise pada putaran 6000 rpm adalah 3000 Hz – 7000 Hz. Bentuk noise contour diperlihatkan seperti gambar diatas. Dari noise contour hasil dari simulasi dapat dilihat nilai kebisingan pada enam titik pengukuran.

6. 7000 rpm

Berikut ini adalah hasil simulasi noise mesin DLE Gas Engine-30 pada putaran 7000 rpm dengan menggunakan software Ansys 15.0.

(a)

(57)

42 (c)

(d)

Gambar 4.6 Noise Contour pada mesin (jarak 1m, 7000 rpm) (a) Noise Contour pada bidang XY (b) Noise Contour pada bidang XZ (c) Noise Contour pada bidang YZ (d) Noise Contour pada tiga bidang dan enam titik pengukuran beserta nilai kebisingannya

Dari simulasi yang dilakukan, diketahui bahwa frekuensi noise pada putaran 7000 rpm adalah 3000 Hz – 6500 Hz. Bentuk noise contour diperlihatkan seperti gambar diatas. Dari noise contour hasil dari simulasi dapat dilihat nilai kebisingan pada enam titik pengukuran.

(58)

4.3 Rekapitulasi Karakteristik Noise

Dari simulasi yang dilakukan diperoleh nilai SPL yang diuraikan pada tabel 4.2.

Tabel 4.2 Nilai SPL dari hasil simulasi

No N (rpm) Y+ Y- X+ X- Z+ Z-

1 2000 88.018 81.216 86.561 79.207 94.094 83.752 2 3000 90.611 79.116 79.244 84.542 89.471 83.685 3 4000 94.303 85.297 91.136 80.839 98.837 83.173 4 5000 98.008 94.268 100.94 99.509 100.64 99.508 5 6000 101.24 100.43 108.4 105.04 103.67 105.63 6 7000 105.15 103.61 106.92 106.8 106.06 106.05

Dibawah ini adalah grafik yang menunjukkan hubungan antara nilai kebisingan dengan putaran mesin.

Gambar 4.7 Grafik tingkat kebisingan vs putaran hasil simulasi

Dari grafik terlihat bahwa nilai kebisingan pada setiap titik pengukuran tidak naik seiring dengan naiknya putaran mesin. Pada titik pengukuran Y- nilai kebisingan terendah pada putaran 3000 rpm dengan nilai 79.116 dB dan nilai kebisingan tertinggi pada putaran 8000 rpm dengan nilai 103.61

75 78 81 84 87 90 93 96 99 102 105 108

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Ti n g kat Keb isi n g an (d B ) Putaran (rpm)

kebisingan vs putaran (jarak 1 m)

Y+ Y- X+ X- Z+ Z-

(59)

44 dB. Pada titik X+ nilai kebisingan terendah pada putaran 3000 rpm dengan nilai 79.244 dB dan nilai kebisingan tertinggi pada putaran 7000 rpm dengan nilai 108.4 dB. Pada titik X- nilai kebisingan terendah pada putaran 2000 rpm dengan nilai 79.207 dB dan nilai kebisingan tertinggi pada putaran 7000 rpm dengan nilai 106.8 dB. Pada titik Z+ nilai kebisingan terendah pada putaran 3000 rpm dengan nilai 89.471 dB dan nilai kebisingan tertinggi pada putaran 7000 rpm dengan nilai 106.06 dB. Pada titik Z- nilai kebisingan terendah pada putaran 4000 rpm dengan nilai 83.173 dB dan nilai kebisingan tertinggi pada putaran 7000 rpm dengan nilai 106.05 dB.

(60)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil simulasi yang telah dilakukan dan dilaporkan pada bab-bab sebelumnya, maka kesimpulan dari hasil penelitian ini yaitu:

1. Dari simulasi noise yang dilakukan terhadap mesin DLE Gas Engine-30 maka dapat disimpulkan semakin tinggi putaran mesin semakin sempit range frekuensi suaranya.

2. Dari noise contour yang dihasilkan dari hasil simulasi dapat dilihat bahwa penyebaran suara dari mesin DLE Gas Engine-30 cenderung merata ke setiap arah.

5.2 Saran

1. Untuk penelitian selanjutnya, sebaiknya melakukan pengukuran terhadap frekuensi dari noise. Hal ini dilakukan untuk melakukan perbandingan dengan pengukuran kebisingan secara eksperimental.

2. Penelitian ini kiranya dapat menjadi kajian awal untuk penelitian selanjutnya dalam konsep Low Noise Design untuk material serap bising. 3. Perbandingan dengan beberapa sistem dan rancangan alternatif diharapkan

dapat dilakukan untuk mendapatkan rancangan terbaik sehubungan dengan konsep Low Noise Design.

(61)

DAFTAR PUSTAKA

1. Bies, David A and C.H. Hansen. 1988. Engineering Noise Control: Theory and Practice. New York : Unwin Hyman

2. Anderson Jr, Jhon D. 1999 . Fundamental of Aerodyamics. Boston : Mc.Graw-Hill.

3. Barron,Randall F. 2001. Industrial Noise Control and Acoustics. New-York :Marcel Dekker, Inc

4. Clancy,L.J 1975. Aerodynamics. London : Pittman Publishing Limitted 5. Graham, J.B. (1991) in Harris, C.M. Handbook of acoustical

measurements and noise control.

6. Harris, Cyril M.1957. Handbook of Noise Control

7. Graham, J.B. (1991) in Harris, C.M. Handbook of acoustical measurements and noise control.

8. http://id.wikipedia.org/wiki/Derau

9. http://id.wikipedia.org/wiki/Pesawat_tanpa_awak

10.http://www.ansys.com/Products/Simulation+Technology/Fluid+Dynamics/ Fluid+Dynamics+Products/ANSYS+Fluent/Features/Acoustics

(1)

Dari simulasi yang dilakukan, diketahui bahwa frekuensi noise pada putaran 6000 rpm adalah 3000 Hz – 7000 Hz. Bentuk noise contour diperlihatkan seperti gambar diatas. Dari noise contour hasil dari simulasi dapat dilihat nilai kebisingan pada enam titik pengukuran.

6. 7000 rpm

Berikut ini adalah hasil simulasi noise mesin DLE Gas Engine-30 pada putaran 7000 rpm dengan menggunakan software Ansys 15.0.

(a)

(2)

(c)

(d)

Gambar 4.6 Noise Contour pada mesin (jarak 1m, 7000 rpm) (a) Noise Contour pada bidang XY (b) Noise Contour pada bidang XZ (c) Noise Contour pada bidang YZ (d) Noise Contour pada tiga bidang dan enam titik pengukuran beserta nilai kebisingannya

Dari simulasi yang dilakukan, diketahui bahwa frekuensi noise pada putaran 7000 rpm adalah 3000 Hz – 6500 Hz. Bentuk noise contour diperlihatkan seperti gambar diatas. Dari noise contour hasil dari simulasi dapat dilihat nilai kebisingan pada enam titik pengukuran.

(3)

4.3 Rekapitulasi Karakteristik Noise

Dari simulasi yang dilakukan diperoleh nilai SPL yang diuraikan pada tabel 4.2.

Tabel 4.2 Nilai SPL dari hasil simulasi

No N (rpm) Y+ Y- X+ X- Z+ Z-

1 2000 88.018 81.216 86.561 79.207 94.094 83.752

2 3000 90.611 79.116 79.244 84.542 89.471 83.685

3 4000 94.303 85.297 91.136 80.839 98.837 83.173

4 5000 98.008 94.268 100.94 99.509 100.64 99.508

5 6000 101.24 100.43 108.4 105.04 103.67 105.63

6 7000 105.15 103.61 106.92 106.8 106.06 106.05

Dibawah ini adalah grafik yang menunjukkan hubungan antara nilai kebisingan dengan putaran mesin.

Gambar 4.7 Grafik tingkat kebisingan vs putaran hasil simulasi 75 78 81 84 87 90 93 96 99 102 105 108

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Ti n g kat Keb isi n g an (d B ) Putaran (rpm)

kebisingan vs putaran (jarak 1 m)

Y+ Y- X+ X- Z+ Z-

(4)

dB. Pada titik X+ nilai kebisingan terendah pada putaran 3000 rpm dengan nilai 79.244 dB dan nilai kebisingan tertinggi pada putaran 7000 rpm dengan nilai 108.4 dB. Pada titik X- nilai kebisingan terendah pada putaran 2000 rpm dengan nilai 79.207 dB dan nilai kebisingan tertinggi pada putaran 7000 rpm dengan nilai 106.8 dB. Pada titik Z+ nilai kebisingan terendah pada putaran 3000 rpm dengan nilai 89.471 dB dan nilai kebisingan tertinggi pada putaran 7000 rpm dengan nilai 106.06 dB. Pada titik Z- nilai kebisingan terendah pada putaran 4000 rpm dengan nilai 83.173 dB dan nilai kebisingan tertinggi pada putaran 7000 rpm dengan nilai 106.05 dB.

(5)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil simulasi yang telah dilakukan dan dilaporkan pada bab-bab sebelumnya, maka kesimpulan dari hasil penelitian ini yaitu:

1. Dari simulasi noise yang dilakukan terhadap mesin DLE Gas Engine-30 maka dapat disimpulkan semakin tinggi putaran mesin semakin sempit range frekuensi suaranya.

2. Dari noise contour yang dihasilkan dari hasil simulasi dapat dilihat bahwa penyebaran suara dari mesin DLE Gas Engine-30 cenderung merata ke setiap arah.

5.2 Saran

1. Untuk penelitian selanjutnya, sebaiknya melakukan pengukuran terhadap frekuensi dari noise. Hal ini dilakukan untuk melakukan perbandingan dengan pengukuran kebisingan secara eksperimental.

2. Penelitian ini kiranya dapat menjadi kajian awal untuk penelitian selanjutnya dalam konsep Low Noise Design untuk material serap bising. 3. Perbandingan dengan beberapa sistem dan rancangan alternatif diharapkan

dapat dilakukan untuk mendapatkan rancangan terbaik sehubungan dengan konsep Low Noise Design.

(6)

DAFTAR PUSTAKA

1. Bies, David A and C.H. Hansen. 1988. Engineering Noise Control: Theory and Practice. New York : Unwin Hyman

2. Anderson Jr, Jhon D. 1999 . Fundamental of Aerodyamics. Boston : Mc.Graw-Hill.

3. Barron,Randall F. 2001. Industrial Noise Control and Acoustics. New-York :Marcel Dekker, Inc

4. Clancy,L.J 1975. Aerodynamics. London : Pittman Publishing Limitted 5. Graham, J.B. (1991) in Harris, C.M. Handbook of acoustical

measurements and noise control.

6. Harris, Cyril M.1957. Handbook of Noise Control

7. Graham, J.B. (1991) in Harris, C.M. Handbook of acoustical measurements and noise control.

8. http://id.wikipedia.org/wiki/Derau

9. http://id.wikipedia.org/wiki/Pesawat_tanpa_awak

10.http://www.ansys.com/Products/Simulation+Technology/Fluid+Dynamics/ Fluid+Dynamics+Products/ANSYS+Fluent/Features/Acoustics

Simulasi Karakteristik Kebisingan pada Mesin DLE Gas Engine-30 Sebagai Penggerak Pesawat Tanpa Awak Prototipe NVC USU”.