PROSES PEMBUATAN DAN PENGUJIAN KEBISINGAN PROTOTIPE PROPELLER UAV TIGA SUDU MENGGUNAKAN MATERIAL PADUAN ( 94 Al – 6 Mg )
PROSES PEMBUATAN DAN PENGUJIAN KEBISINGAN PROTOTIPE PROPELLER UAV TIGA SUDU MENGGUNAKAN
MATERIAL PADUAN ( 94% Al – 6% Mg )
SKRIPSISkripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
CEVI OCTORA SIMORANGKIR NIM. 090401094 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
ABSTRAK
Propeler merupakan salah satu komponen penting pada pesawat. Fungsi propeler adalah untuk menghasilkan gaya dorong atau yang sering disebut Thrust dengan diberi input tenaga putar dari mesin. Namun dalam prakteknya, selain memberikan gaya dorong, propeler turut berperan dalam menimbulkan kebisingan ketika sedang berputar. Kebisingan propeler ini tidak boleh melewati batas ambang
- – undangan kebisingan yang telah ditetapkan dalam perundang pemerintah.Berdasarkan keputusan menteri negara lingkungan hidup nomor : KEP- 48/MENLH/11/1996 tentang baku tingkat kebisingan tanggal 25 November 1996, bahwa tingkat kebisingan yang diizinkan untuk daerah permukiman adalah 55 dB dan untuk daerah industri adalah 70 dB. Namun dalam realisasinya, propeler pada umumnya memiliki tingkat kebisingan di atas 80 dB untuk pengukuran di dalam jarak 300 m. Oleh sebab itu, tugas akhir ini memiliki tantangan untuk mencari propeller yang memiliki tingkat kebisingan yang rendah namun memiliki unjuk kerja yang tinggi melalui pembuatan propeller tiga sudu dengan bahan campuran alumunium dan magnesium dengan perbandingan 94%-6%. Tugas akhir ini melakukan pengujian eksperimental kebisingan dengan variasi jarak 1m, 3m, 5m, 7m dengan putaran propeller dimulai dari 600 rpm sampai dengan 1800 rpm. tingkat kebisingan nya dengan nilai sound pressure level adalah Lw = 158,7256 dan nilai sound power level adalah 0,0161. Sehingga dari hasil perbandingan tersebut dapat disimpulkan propeller dua sudu lebih bising dari propeller tiga sudu. Kata kunci : Desain, Propeller, kebisingan, aluminium, magnesium.
ABSTRACT
Propeller is one of the important components in the plane. Propellers function is to generate thrust or often called Thrust with a given input rotary power from the engine, However in practice, in addition to providing thrust, propeller played a role in causing noise while rotating. The propeller noise should not cross the line noise threshold specified in the legislation - government regulation.Based on the decision of the state environment minister number : KEP - 48 / MENLH / 11/1996 on the standard level of noise on November 25, 1996, that the permissible noise levels for residential areas is 55 dB and for industrial areas is 70 dB, but in realization, usually propeller have noise levels above 80 dB, for measurements in the range of 300 m . Therefore , this student paper has challenges to find the propeller that has a low noise level but has a high performance through the creation of three- blade propeller with a mixture of aluminum and magnesium in the ratio of 94 % -6 %. The final task is to test experimental noise, the variation of the distance of 1m, 3m, 5m, 7m with propeller rotation starting from 600 rpm up to 1800 rpm. its noise level with the value of sound pressure level is Lw = 158.7256 and the value of sound power level is 0.0161. So that the results of this comparison we can conclude two-blade propeller is more noisy than three-blade propeller.
Keyword : design, propeller, noise, aluminum, magnesium.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini yang berjudul “PROSES PEMBUATAN DAN PENGUJIAN
KEBISINGAN PROTOTIPE PROPELLER UAV TIGA SUDU
MENGGUNAKAN MATERIAL PADUAN (94% Al – 6%Mg)”.Skripsi ini disusun untuk memenuhi persyaratan untuk menyelesaikan Pendidikan Strata-1 (S1) di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan skripsi ini, tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa dan bantuan baik material, moral maupun spiritual dari berbagai pihak, akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu dengan penuh ketulusan hati, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Kedua orang tua penulis, ayahanda ZL Simorangkir dan ibunda Titin Sumarni yang setiap saat selalu memberikan dukungan, doa serta kasih sayang kepada penulis.
2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Dosen Pembimbing yang dengan penuh kesabaran telah banyak memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama masa kuliah.
6. Sanak saudara saya yang udah memberikan dukungan dan doa serta motivasi kepada penulis.
7. Wati Ellyza,S.Sos yang selalu memberi semangat dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
8. Abangda Fadli Kurniawan ST yang telah member bimbingan dan motivasi kepada penulis.
9. Rekan – rekan khususnya Karel Napitupulu,dan seluruh rekan mahasiswa Teknik Mesin USU angkatan 2009 yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis.
Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima saran, usul dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca. Terima Kasih.
Medan, Desember 2014 CEVI OCTORA S
DAFTAR ISI
ABSTRAK…………………………………………………………………….... i KATA PENGANTAR ..................................................................................iii DAFTAR ISI ....................................................................................................... .v DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... .vii DAFTAR TABEL................................................................................................ .ix DAFTAR NOTASI .............................................................................................. .x BAB I PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang ...................................................................................... 1
1.2 Perumusan Masalah .............................................................................. 2
1.3 Tujuan Penilitian ................................................................................... 2
1.3.1 Tujuan Umum .............................................................................. 2
1.3.2 Tujuan Khusus ............................................................................. 2
1.4 Batasan Masalah .................................................................................... 3
1.5 Sistematika Penulisan............................................................................. 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Propeller ................................................................................................. 4
2.1.1.Sejarah Teori Propeller ................................................................. 5
2.1.2.General Momentum Theory ..........................................................
6
2.1.3.Vortex – Blade Element Theory ....................................................
6
2.1.4. Bagian – Bagian Propeller ........................................................... 7
2.1.5. Dasar Elemen Propeller ................................................................ 8
2.1.6. Desain propeller untuk mengurangi kebisingan ............................ 11
2.2 Airfoil ..................................................................................................... 13
2.3.Kebisingan Pada propeller ..................................................................... 14
2.3.1 Suara .............................................................................................. 14
2.3.2 Kebisingan (Noise) ........................................................................ 16
2.3.3 Sumber Noise Aerodinamis ........................................................... 16
2.3.4.Tingkat kebisingan ........................................................................ 16
2.3.5.Noise Pada Propeller..…………………..………………………17
2.3.6. Desain Propeller Untuk Noise Reduction ..................................... 19
2.4 Paduan Aluminium - Magnesium .......................................................... 21
2.4.1.Sejarah Aluminium ....................................................................... 21
2.4.2.Sifat – Sifat Aluminuim ................................................................ 23
2.4.3.Aluminium dan Paduannya ........................................................... 24
2.4.4.Sejarah Magnesium ....................................................................... 27
2.4.5.Sifat – Sifat Magnesium ................................................................ 28
2.4.6.Paduan Aluminium dan Magnesium ............................................ 28
2.5 Pengecoran Logam.………………………………………………......30
2.5.1.Pembuatan Pola ............................................................................. 31
2.5.2.Pembuatan Cetakan ....................................................................... 31
2.5.3.Proses Pengecoran ......................................................................... 32
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat ................................................................................. 34
3.2 Bahan dan Alat ....................................................................................... 34
3.2.1 Bahan Penelitian............................................................................ 34
3.2.2 Alat Penelitian .............................................................................. 36
3.3 Proses Pembuatan Pola .......................................................................... 43
3.4 Pembuatan Cetakan ................................................................................ 43
3.5 Pelaksanaan Penelitian ........................................................................... 45
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Proses Peleburan Pada Prototipe Propeller tiga sudu ................... 47
4.2 Hasil Pengujian Kebisingan Pada Prototipe Propeller Tiga Sudu ......... 49
4.2.1. Noise Contour………………………………………………....53
4.3.Analisa Kebisingan Prototipe Propeller ................................................ 57
4.4.Membandingkan Propeller Dua Sudu Dengan Tiga Sudu ..................... 61
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ........................................................................................... 63
5.2 Saran ...................................................................................................... 63
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Konsep portex pada propeller ...........................................27 Gambar 2.16 Al – Mg phase diagram, (°C) Vs Mg (Mg) ......................
40 Gambar 3.12 Tripod ................................................................................
40 Gambar 3.11 Sound level meter ..............................................................
39 Gambar 3.10 Mesin gerinda ....................................................................
39 Gambar 3.9 Cetakan pasir .....................................................................
38 Gambar 3.8 Blower ...............................................................................
38 Gambar 3.7 Crucible dan penutupnya...................................................
37 Gambar 3.6 Ladel ..................................................................................
37 Gambar 3.5 Dapur peleburan ................................................................
36 Gambar 3.4 Dempul ..............................................................................
35 Gambar 3.3 Jetsu ...................................................................................
35 Gambar 3.2 Magnesium ........................................................................
29 Gambar 3.1 Aluminium ........................................................................
26 Gambar 2.15 Diagram Phase Magnesium, suhu (°C) Vs Mg (%) ..........
6 Gambar 2.2 Bagian – bagian propeller .................................................
25 Gambar 2.14 Perubahan fasa paduan Al-Mg-Si .....................................
18 Gambar 2.13 Diagram fasa Al-Cu-Mg ...................................................
14 Gambar 2.12 Noise generation mechanisme pada propeller ..................
12 Gambar 2.11 Gelombang suara pada material ........................................
12 Gambar 2.10 Terminologi propeller .......................................................
11 Gambar 2.9 Bagian baling – baling pada propeller ..............................
10 Gambar 2.8 Gaya dorong dan torsi pada propeller ...............................
10 Gambar 2.7 Geometric dan effective pitch ...........................................
9 Gambar 2.6 Jalur pergerakan propeller .................................................
9 Gambar 2.5 Udara relatif ......................................................................
8 Gambar 2.4 Sudut pada baling – baling propeller ................................
7 Gambar 2.3 Luas permukaan sebuah baling propeller ..........................
41
Gambar 3.13 Inverter ..............................................................................51 Gambar 4.8 Grafik kebisingan pada arah x+ ........................................
63 Gambar 4.19 Perbandingan Noise contour pada propeller (jarak 1m, 1800 rpm ) ......................................................................................... ..
63 Gambar 4.18 Perbandingan Noise contour pada propeller (jarak 1m, 1200 rpm ) ...........................................................................................
61 Gambar 4.17 Perbandingan Noise contour pada propeller (jarak 1m,600 rpm ) .............................................................................. .............
56 Gambar 4.16 Propeller dua sudu .............................................................
56 Gambar 4.15 Noise contour pada propeller (jarak 3m, 1800 rpm ) ........
55 Gambar 4.14 Noise contour pada propeller (jarak 3m, 1200 rpm ) ........
54 Gambar 4.13 Noise contour pada propeller (jarak 3m, 600 rpm ) ..........
54 Gambar 4.12 Noise contour pada propeller (jarak 1m, 1800 rpm ) .......
53 Gambar 4.11 Noise contour pada propeller (jarak 1m, 1200 rpm ) ........
52 Gambar 4.10 Noise contour pada propeller (jarak 1m, 600 rpm ) ..........
52 Gambar 4.9 Grafik kebisingan pada arah x- .........................................
51 Gambar 4.7 Grafik kebisingan pada arah y- .........................................
41 Gambar 3.14 Motor Listrik .....................................................................
49 Gambar 4.6 Grafik kebisingan pada arah y+ ........................................
49 Gambar 4.5 Propeller pada motor untuk pengujian kebisingan.............
48 Gambar 4.4 Hasil pengecoran yang dilakukan ....................................
48 Gambar 4.3 Proses penuangan aluminium - magnesium ......................
47 Gambar 4.2 Proses pengadukan aluminium - magnesium ....................
46 Gambar 4.1 Proses peleburan................................................................
44 Gambar 3.20 Diagram alir proses pelaksanaan .......................................
44 Gambar 3.19 Pembuatan pola .................................................................
43 Gambar 3.18 Pembuatan cetakan kayu ...................................................
42 Gambar 3.17 Pembuatan Pola .................................................................
42 Gambar 3.16 Meteran..............................................................................
42 Gambar 3.15 Kunci pas ...........................................................................
64
Gambar 4.20 Perbandingan Noise contour pada propeller (jarak 3m, 600 rpm ) ....................................................................................... ....64 Gambar 4.21 Perbandingan Noise contour pada propeller (jarak 3m, 1800 rpm ) ...........................................................................................
65 Gambar 4.21 Perbandingan Noise contour pada propeller (jarak 3m, 1800 rpm ) ...........................................................................................
65
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Contoh SPL berdasarkan sumbernya ....................................... 16Table 2.2 Basic sound power level spectrum Lw(B) ............................... 19Tabel 3.1 Lokasi dan aktifitas penelitian ................................................. 34Tabel 4.1 Data kebisingan Prototipe propeller UAV denganMenggunakan material paduan 94% Al – 6% Mg ................... 50
Tabel 4.2 Kebisingan yang dihasilkan arah Z+, Z-, X+, X-, Y+ pada jarak 1m .................................................................................... 53Tabel 4.3 Kebisingan yang dihasilkan arah Z+, Z-, X+, X-, Y+ pada jarak 3m .................................................................................... 55Tabel 4.4 Tekanan pada prototipe propeller............................................. 58DAFTAR NOTASI Simbol Arti Satuan
Cpdt cepat rambat pada zat padat m/s c Kecepatan Suara m/s T Temperatur K E Modulus young Pa Massa Jenis kg/m
3
v kecepatan m/s Q Debit m
3
/s L
w
Sound Power Level dB L P Sound Pressure Level dB P Tekanan Pa N b Jumlah Blade - D Diameter m r Radius m A Luas Penampang cm
2