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

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA 2.1Pompa

Pompa adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan suatu fluida dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan cairan tersebut [15]. Adapun konstruksi pompa terdiri dari berbagai komponen, seperti pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 Komponen Pompa Sentrifugal

a) Stuffing Box berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah dimana poros pompa menembus casing.

b) Packing digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari casing pompa melalui poros. Biasanya terbuat dari asbes atau teflon.

c) Shaft/poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian-bagian berputar lainnya. d) Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan keausan pada

stuffing box.

e) Vane sudu dari impeller sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller.

f) Casing merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen yang berputar.

h) Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi energi kecepatan pada cairan yang dipompakan secara kontinyu, sehingga cairan pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan akibat perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya.

i) Casing wear ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan cara memperkecil celah antara casing dengan impeller.

j) Bearing (bantalan) berfungsi untuk menumpu dan menahan beban dari poros agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial. Bearing juga memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil.

k) Discharge nozzle merupakan nosel pada sisi keluar [15].

2.1.1 Karakteristik Pompa

Karakteristik pompa adalah prestasi pompa dalam bentuk grafik hubungan

antara head (H), daya (N) dan efisiensi (η) terhadap debit (Q) seperti terlihat pada

gambar 2.2.

Gambar 2.2 Kurva Karakteristik Pompa Sentrifugal (google.com)

Head pompa adalah energi per satuan berat yang harus disediakan untuk

pompa, atau tekanan untuk mengalirkan sejumlah zat cair yang dinyatakan dalam satuan panjang [11].

Menurut Bernoully ada tiga macam energi (head) fluida yaitu energi

tekanan, energi kinetik dan energi potensial. Hal ini dinyatakan pada persamaan (2.1) sebagai berikut :

Etekan = Ek + Ep ...(2.1)

Energi tekanan dihasilkan oleh impeller yang berputar. Dengan demikian jika terjadi kerugian tekanan maka disebabkan oleh kondisi impeler yang kurang baik atau terjadi fenomena kavitasi. Hal ini dapat dirumuskan sebagai berikut:

Etekan = Ek + Ep ...(2.2) EPutaran Impeler - Ebunyi =Ek + Ep ...(2.3) Ebunyi = EPutaran Impeler - Ek + Ep ...(2.4)

Pada pompa sentrifugal dengan skala rumah tangga menggunakan penggerak motor listrik tanpa kopling. Dengan demikian untuk menghitung energi pada impeller pompa dapat menggunakan persamaan berikut :

EPutaran Impeler = ... (2.5)

Keterangan :

= Daya motor = Efisiensi transmisi

= Faktor koreksi cadangan daya (0,1 – 0,2)

Untuk menghitung energi kinetik dan energi potensial dengan persamaan berikut:

Ek = m ... (2.6)

Keterangan :

m = Massa aliran fluida

v = Kecepatan aliran fluida

h = Tinggi head

g = Percepatan gravitasi

dengan mensubstitusikan persamaan (2.5), (2.6) dan (2.7) ke persamaan (2.4), maka diperoleh persamaan berikut:

Ebunyi =

- m + mgh ... (2.8)

Untuk menghitung daya bunyi yang dihasilkan oleh pompa dapat digunakan persamaan sebagai berikut:

P = ... (2.9)

Untuk menghitung Intensitas bunyi dapat digunakan persamaan sebagai berikut:

I = ... (2.10)

Keterangan :

I = Intensitas bunyi

P = Daya bunyi

A = Luas medium rambat bunyi

Tekanan bunyi dapat dirumuskan sebagai berikut :

p = √ ... 2.11) Keterangan :

p = Tekanan bunyi

c = Cepat rambat bunyi pada medium

I = Intensitas bunyi

Sound pressure level dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

SPL = 20 Log ... (2.12) [7]

Keterangan :

p = Tekanan bunyi

po = Tekanan bunyi reference

2.2 Kebisingan (Noise)

2.2.1 Suara

Suara didefinisikan yaitu sebagai serangkain gelombang yang merambat dari suara sumber getar sebagai akibat dari perubahan kerapatan dan juga tekanan pada udara. Gelombang suara pada fluida kebanyakan dihasilkan melalui permukaan zat padat yang bergetar di dalam fluida tersebut seperti pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Gelombang suara pada material.

Pada Gambar 2.3, 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 tempertur absolut.

c = √ ... (2.13) 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

20–20.000 Hz. Suara berdasakan frekuensinya dapat dikelompokkan menjadi

beberapa kategori sebagai berikut:

1. Infrasonik: frekuensi < 20 Hz

2. Audiosonik: frekuensi 20-20.000 Hz

3. Supersonik: frekuensi >20.000 Hz

2.2.2 Kebisingan

Kebisingan atau noise adalah bunyi atau suara yang tidak dikehendaki dan

dapat mengganggu kesehatandan kenyamanan lingkungan yang dinyatakan dalam

satuan decibel (dB). Seiring berkembangnya waktu, kebanyakan dari mesin mesin

produksi, mesin–mesin transportasi, dan segala sesuatu yang dapat meningkatkan

taraf hidup manusia selalu berdampingan dengan masalah kebisingan. Kebisingan

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.

2.2.3 Jenis–Jenis Kebisingan (Noise)

Noise dapat dikelompokkan dalam dua jenis, yaitu:

a. Correlated noise: Hubungan antara sinyal dan noise masuk dalam kategori

ini. Karena itu, correlated noise hanya muncul saat ada sinyal.

b. 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:

1. Eksternal noise: Merupakan noise yang dihasilkan dari luar alat atau sirkuit.

Noise tidak disebabkan oleh komponen alat dalam sistem komunikasi tersebut.

Ada 3 sumber utama noise eksternal yaitu:

a. Atmospheric noise: gangguan elektris yang terjadi secara alami, disebabkan

oleh hal–hal yang berkaitan 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 b. Ekstraterrestrial noise: Noise ini terdiri dari sinyal elektris yang dihasilkan

dari luar atmosfer bumi. Terkadang disebut juga deep-spa ce 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 radiasi

konstan 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.

c. _{Man-made noise: Secara sederhana dapat diartikan sebagai kebisingn}

(noise) yang dihasilkan manusia. Sumber utama dari kebisingan (noise) ini

adalah dari mekanisme spark producing, komutator dalam, sistem

pembakaran kendaraan bermotor, alternator, dan juga akibat aktivitas

peralihan alat oleh manusia (switching equipment). Misalnya, setiap saat di

rumah, penghuni sering mematikan dan menyalakan lampu melalui saklar, dengan begitu otomatis arus listrik dapat tiba-tiba muncul ataupun 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 bias sampai 10 MHz. Kebisingan (Noise) jenis ini lebih sering terjadi pada daerah metropolitan dan area industri yang padat

penduduknya, karena itu disebut juga industrial noise.

2. 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

a. Thermal noise: Thermal noise ini berhubungan dengan

perpindahan elektron yang cepat dan juga secara acak dalam

alat konduktor akibat digitasi thermal. Perpindahan yang bersifat random ini

pertama kali ditemukan oleh ahli tumbuh-tumbuhan yang bernama 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:

... (2.14) Dimana:

N = Kekuatan noise (noise power)

K = Boltzmann’s proportionality constant (1.38×10-23 J/K)

T = Temperatur absolute

B = Bandwidth

b. 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

pada kutub positif dan kutub negatif tabung pesawat vakum (vacuum-tube amplifier) dan dideskripsikan secara matematis oleh W. Schottky tahun 1918.

c. 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. Transit time noise pada transistor ditentukan

oleh mobilitas data 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.

2.2.4 Sinyal Noise

Untuk suatu peristiwa pentransmisian data, sinyal yang diterima akan

berisikan sinyal–sinyal yang ditransmisikan, dimodifikasi oleh berbagai distorsi

yang terjadi melalui sistem transmisi, ditambah sinyal–sinyal tambahan yang tidak

diinginkan yang diselipkan di suatu tempat diantara transmisi dan penerimaan.

Sinyal–sinyal tambahan yang tidak diharapkan tersebut disebut noise. Noise

merupakan faktor utama yang membatasi performansi sistem komunikasi. Secara

Gambar 2.4 Grafik sinyal noise (google.com)

2.2.5 Noise Contour

Sebuah noise contour merupakan distribusi dari sumber kebisingan yang

di gambarkan dalam bentuk garis yang bersambung dan tidak dapat bertemu atau memotong garis kontur lainnya dan tidak pula dapat bercabang menjadi garis kontur yang lain. Kontur kebisingan digunakan untuk menentukan absorber bunyi sebagai bagian dari pengandalian kebisingan. Seperti Gambar 2.5

contoh noise contour. [16]

Gambar 2.5 Contoh Noise contour

2.3Sumber Kebisingan Pompa

Pada pompa sentrifugal, terdapat dua sumber kebisingan, yaitu :

1. Sumber kebisingan mekanikal

Sumber mekanik umum yang dapat menghasilkan noise termasuk membuat komponen pompa bergetar dikarenakan oleh variasi tekanan yang dihasilkan oleh cairan atau udara. Impeller atau seal rusak, bantalan yang rusak, bergetarnya dinding pipa dan rotor tidak seimbang adalah contoh sumber mekanik.

Pada pompa sentrifugal, instalasi yang tidak tepat pada kopling sering menyebabkan kebisingan mesin pada 2 kali kecepatan pompa (misalignment). Jika kecepatan pompa dekat dengan kecepatan kritis lateral, kebisingan dapat dihasilkan oleh getaran yang tinggi yang dihasilkan dari ketidakseimbangan atau keausan bantalan, seal, atau impeller. Jika terjadi keausan,itu dapat ditandai dengan tingkat kebisingan yang tinggi. Suara bising dapat dihasilkan oleh motor dan pasak poros. Kerusakan elemen ball bearing menghasilkan suara kebisingan tinggi yang dipengaruhi oleh geometri bearing dan kecepatannya.

2. Sumber kebisingan fluida

Fluktuasi tekanan fluida dihasilkan oleh gerakan cairan. Kebisingan pada fluida dapat dihasilkan oleh turbulensi, kavitasi, tumbukan air, pemisahan aliran dan interaksi impeller pada saat memotong air. Jika frekuensi yang dihasilkan mempengaruhi setiap bagian dari struktur termasuk pipa atau pompa pada vibrasi mekanikal, maka suara bising akan terpancar ke lingkungan.

Jenis sumber kebisingan yang terjadi umumnya pada pompa sentrifugal.

a. Frekuensi diskrit yang dihasilkan oleh impeller pompa sama dengan

frekuensi kipas, dan kelipatan.

b. Gelombang induksi aliran disebabkan oleh turbulensi seperti restriksi

aliran dan percabangan dalam sistem perpipaan.

d. Aliran air yang terputus-putus disebabkan oleh kavitasi dan tumbukan air.

Berbagai pola aliran sekunder yang menghasilkan fluktuasi tekanan yang mungkin terjadi dalam pompa sentrifugal, yaitu :

1. resirkulasi (aliran sekunder) 2. sirkulasi

3. kebocoran 4. Fluktuasi aliran 5. vortisitas 6. turbulensi 7. kavitasi

2.4Parameter 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 mempersempit pembahasan biasanya di tentukan oleh parameter berikut:

a. Frekuensi

Gelombang gerak sendiri memiliki banyak kriteria 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 ... (2.15)

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 gelombang adalah jarak antara dua puncak gelombang. Panjang gelombang dapat didefenisikan sebagai berikut:

= ... (2.16)

c. Jumlah Gelombang

Jumlah gelombang merupakan banyaknya gelombang suara yang terjadi selama perambatan gelombang. Jumlah gelombang dirumuskan sebagai berikut:

k = = ... (2.17)

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 perambatan 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) ... (2.18) 2.5Tingkat Kebisingan / Sound Pressure Level (SPL)

Untuk mempermudah penentuan nilai kebisingan, maka ada metode yang digunakan dengan menggunakan sekala level atau tingkat kebisingan suara dalam

satuan decibel (dB) yang dibagi menjadi dua kategori yakni sound pressure level

dan sound power level.

a. Sound Power Level

Lw = 10 log

(dB)... (2.19)

Dimana:

W = Sound power

Wreff = Sound power referensi dengan standar 10-12 watt

b. 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 berbicara tentang skala decibel

berarti merupakan suatu hasil perhitungan dari sound pressure level.

Secara matematis sound pressure level dapat di rumuskan sebagai berikut:

SPL = Lp = 10 log [ ] = 20 log ... (2.20)

Dimana:

P = Tekanan yang terjadi (Prms ) untuk aliran fluida

Preff = Tekanan referensi yang distandarisasi untuk propagasi pada air

Borne = 2x10-5 N/m2 = 20 µPa.

Berikut ini adalah sound level pressure yang dihasilkan berdasarkan

sumbernya seperti pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Contoh SPL berdasarkan sumbernya [17]

Sound Source (Noise) Examples With Distance

Sound Pressure Level (SPL) = dB

Jet aircraft, 50 m away 140

Threshold of pain 130

Threshold of discomfort 120

Disco, 1 m from speaker 100

Diesel truck, 10 m away 90

Kerbside of busy road, 5 m 80

Quite library 40

Average home 50

Quite bedroom at night 30

2.6Prosedur Dasar Mengendalikan Kebisingan

Untuk menentukan perlakuan pengendalian kebisingan yang tepat untuk

permasalahan kebisingan pada impeller terdapat beberapa langkah yang harus

diikuti, yaitu: [4]

1. Pengukuran sumber kebisingan.

Pengukuran dilakukan secara akurat dan tepat untuk mengidentifikasi

distribusi kebisingan yang terjadi. Setelah itu kontrol kebisingan yang

tepat dapat diukur pada setiap sumber yang memungkinkan.

2. Penentuan sasaran penurunan kebisingan

Apabila terdapat beberapa sumber kebisingan maka total output

kebisingan melebihin 1 sumber. Pada saat pengaturan sasaran desain

kebisinganharus dipertimbangkan tingkat pengurangan kebisingan dari

masing-masing sumber sehingga sasaran desain dapat tercapai.

3. Penjelasan kebutuhan penurunan kebisingan

Kebutuhan penurunan kebisingan sangat diperlukan karena terdapat

perbedaan kelebihan kebisingan terhadap sasaran desain penurunan

kebisingan.

4. Aplikasi kontrol kebisingan.

Pemilihan perlakuan penurunan kebisingan untuk membatasi radiasi, transmisi, dan kebisingan yang dibangkitkan pada beberapa sumber yang diidentifikasi dan dihitung berdasarkan langkah 1. Semua perlakuan harus dipilih sehingga efek keseluruhan dapat dikembangkan menjadi tingkat sasaran desain penurunan kebisingan seperti yang dijelaskan pada langkah 2, dalam kondisi biaya yang sedikit, tanpa interferensi dari operator, perawatan, dan tingkat keamanan. [4]

2.7Simulasi 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

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. [16]

2.7.1 Meshing

Mesh merupakan pembagian objek menjadi bagian bagian yang lebih kecil. Semakin kecil meshing yang dibuat maka hasil perhitungan akan semakin teliti namun membutuhkan daya komputasi yang besar. Selain melakukan

meshing, pada tahap ini juga akan dilakukan “pemberian nama” pada model yang

akan disimulasi.

Berikut ini akan ditunjukkan bagaimana melakukan meshing di Ansys Workbench: [16]

Gambar 2.6 Tampilan Meshing Pada Ansys (Dokumentasi)

2.7.2 Aplikasi ANSYS Dalam 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. Pembatalan kebisingan.

5. Akustik bawah air.

6. Desain speaker (Gambar 2.7), rumah speaker, filter akustik, muffler, dan

banyak perangkat sejenis lainnya.

Gambar 2.7 Simulasi akustik pada speaker

(AACTx_R150_Workshops3 - Audio Speaker And Plate)

2.7.3 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:

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 ultrasonik dan gema yang dihasilkannya. Simulasi sensor parkir mobil dapat dilihat pada Gambar 2.8. [16]

Gambar 2.8 Simulasi sensor parkir mobil

Lw = 10 log

(dB)... (2.19)

Dimana:

W = Sound power

Wreff = Sound power referensi dengan standar 10-12 watt

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

Secara matematis sound pressure level dapat di rumuskan sebagai berikut:

SPL = Lp = 10 log [ ] = 20 log ... (2.20) Dimana:

P = Tekanan yang terjadi (Prms ) untuk aliran fluida

Preff = Tekanan referensi yang distandarisasi untuk propagasi pada air Borne = 2x10-5 N/m2 = 20 µPa.

Berikut ini adalah sound level pressure yang dihasilkan berdasarkan sumbernya seperti pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Contoh SPL berdasarkan sumbernya [17]

Sound Source (Noise) Examples With Distance

Sound Pressure Level (SPL) = dB

Jet aircraft, 50 m away 140

Threshold of pain 130

Threshold of discomfort 120

Disco, 1 m from speaker 100

Diesel truck, 10 m away 90

Kerbside of busy road, 5 m 80

Quite library 40

Average home 50

Quite bedroom at night 30

2.6Prosedur Dasar Mengendalikan Kebisingan

Untuk menentukan perlakuan pengendalian kebisingan yang tepat untuk permasalahan kebisingan pada impeller terdapat beberapa langkah yang harus diikuti, yaitu: [4]

1. Pengukuran sumber kebisingan.

Pengukuran dilakukan secara akurat dan tepat untuk mengidentifikasi distribusi kebisingan yang terjadi. Setelah itu kontrol kebisingan yang tepat dapat diukur pada setiap sumber yang memungkinkan.

2. Penentuan sasaran penurunan kebisingan

Apabila terdapat beberapa sumber kebisingan maka total output kebisingan melebihin 1 sumber. Pada saat pengaturan sasaran desain kebisinganharus dipertimbangkan tingkat pengurangan kebisingan dari masing-masing sumber sehingga sasaran desain dapat tercapai.

3. Penjelasan kebutuhan penurunan kebisingan

Kebutuhan penurunan kebisingan sangat diperlukan karena terdapat perbedaan kelebihan kebisingan terhadap sasaran desain penurunan kebisingan.

4. Aplikasi kontrol kebisingan.

Pemilihan perlakuan penurunan kebisingan untuk membatasi radiasi, transmisi, dan kebisingan yang dibangkitkan pada beberapa sumber yang diidentifikasi dan dihitung berdasarkan langkah 1. Semua perlakuan harus dipilih sehingga efek keseluruhan dapat dikembangkan menjadi tingkat sasaran desain penurunan kebisingan seperti yang

2.7Simulasi 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 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. [16]

2.7.1 Meshing

Mesh merupakan pembagian objek menjadi bagian bagian yang lebih kecil. Semakin kecil meshing yang dibuat maka hasil perhitungan akan semakin teliti namun membutuhkan daya komputasi yang besar. Selain melakukan meshing, pada tahap ini juga akan dilakukan “pemberian nama” pada model yang akan disimulasi.

Berikut ini akan ditunjukkan bagaimana melakukan meshing di Ansys Workbench: [16]

Gambar 2.6 Tampilan Meshing Pada Ansys (Dokumentasi)

2.7.2 Aplikasi ANSYS Dalam 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. Pembatalan kebisingan. 5. Akustik bawah air.

6. Desain speaker (Gambar 2.7), rumah speaker, filter akustik, muffler, dan banyak perangkat sejenis lainnya.

Gambar 2.7 Simulasi akustik pada speaker

(AACTx_R150_Workshops3 - Audio Speaker And Plate)

2.7.3 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:

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 ultrasonik dan gema yang dihasilkannya. Simulasi sensor parkir mobil dapat dilihat pada Gambar 2.8. [16]

Gambar 2.8 Simulasi sensor parkir mobil (AACTx_R150_Workshops - Car Park Distance)