akustik knalpot

Upload: wayan-wahyu

Post on 02-Jun-2018

282 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    1/26

    PERANCANGAN KNALPOT TIPE EXPANSION CHAMBER DAN

    OPTIMALISASI PIPA GAS BUANG PADA SUZUKI GIXXER 150

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    2/26

    BAB I

    PENDAHULUAN

    1.1

    LATAR BELAKANG

    Perhatian terhadap masalah kebisingan pada lingkungan hidup dan lingkungan kerja telah

    dimunculkan sejak amandemen walsh-healy act pada tahun 1969. Undang undang ini membuat

    regulasi pertama tentang tingkat kebisingan kerjan ational yang diijikan ( occupational safety and

    health administration, 1983). Setiap industry diarahkan untuk menemukan efektivitas dan solusi

    ekonomi untuk mengatasi masalah tentang kebisangan lingkungan ini. Seberapa minimkah

    seharusnya tingkat kebisingan dari suatu mesin? Pertanyaan ini mungkin dijawab oleh beberapa

    pertimbangan akan kriteria design untuk kebesingan, termasuk regulasi OSHA, EPA, dan HUD.

    Dipetimbangkan juga beberapa kriteria atas perambatan kebisingan diluar dan didalam, sehingga

    diharapan respon masyarakat akan kebisingan dapat dievaluasi. Sejak ditemuknnya internal

    combustion engine di akhir abad ke sembilanbelas, Kebisingan dari saluran gas buang kendaraan

    adalah salah satu polutan kebisingan dilingkungan. System gas buang dibangun untuk mengurangi

    kebisingan dengan ketentuan dBA level dan sound quality berdasarkan keadaan lingkungan.

    Design dari knalpot telah menjadi topic yang sangat menarik dalam bebebrapa tahun dan menjadi

    persoalan besar akan pemahaman ang telah dicapai Ban ak kemaj an akan teori tentang aco stic

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    3/26

    elektro-akustik dalam memperoleh teori dasar dan design dasar dari akustik filter. Kemudian Davis

    mempublikasikan hasil dari penelitian sistematik pada knalpot. A Davis menggunakan solusi

    rambat gelombang pada persamaan satu dimensi gelombang dan mengansumsikan bahwa tekanan

    akustik dan kecepatan volume akustik berkelanjutan pada perubahan luas penampang. Sebuah

    langkah penting selanjutnya dalam analisa performa akustikal knalpot adalah pengaplikasian teori

    tow-port network dengan menggunakan four-pole parameter. Igarashi dan teman-temannya

    mengkalkulasi karakteristik transmisi knalpot menggunakan circuit elektrikal ekuivalen. Parrot

    kemudian mempublikasikan hasil elemen dasar yang menyakinkan seperti area expansion dan

    contraction. Sreenath dan Dr. munjal memberikan rumus untuk pengurangan kebisingan knalpot

    menggunakan pendekatan transverse matriks. Rumus yang mereka bangun berdasarkan konsep

    ratio kecepatan. Kemudian Dr. munjal memodifikasi pendekatan rumus ini untuk memasukkan

    convective effect dari alirannya. Young dan crocker menggunakan finite elemen method untuk

    memprediksikan four pole parameter dan kemudian transmission loss dari bentuk kompleks

    knalpot dalam kasus tanpa teradi aliran gas. Middlberg, J.M dan Barber T.J mempresentasikan

    perbedaan konfigurasi knalpot dengan simple expansion chamber, meliputi perpanjangan pipa

    masuk atau pipa keluar dan baffles telah dimodelkan secara numeric dengan CFD dengan tujuan

    menentukan responnya terhadap akustik. Bagaimanapun seluruh riset yang dipelajari dan

    dilak kan berdasarkan form lasi persamaan matematika dan metode trial and error

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    4/26

    1.4 METODOLOGI PENULISAN

    1. Perhitungan dan perencanaan knalpot didasarkan pada jurnal jurnal dan artikel artikel yang

    membahas tentang knalpot

    2. Beberapa data data yang diperlukan untuk perancangan dikutip dan diambil dari jurnal dan

    artikel terkait.

    3.

    Data data lain yang diperlukan ditentukan sendiri sesuai anjuran referensi4. Data data spesifikasi sepeda motor didapat dari produsen sepeda motor dalam hal ini

    Suzuki.

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    5/26

    Mechanic of vibration and acoustic1

    BAB II

    LANDASAN TEORI

    2.1 DESIGN KNALPOT

    Terdapat dua tipe utama dari knalpot yang biasa digunakan oada saat ini yaitu absorptive

    dan reactive knalpot.

    1.

    Reactive mufflerKnalpot reactive mengunakan phenomena gangguan destruktif untuk mengurangi

    kebisingan. Ini berarti knalpot ini didesain agar sebagian gelombang suara yang

    dihasilkan oleh mesin dihilangkan oleh gelombang itu sendiri didalam knalpot. Untuk

    menyempurnakan gangguan destruktif sehingga memicu pemantulan gelombang tekan

    dengan amplitude sama dan 180 derajat keluar dari phase, perlu ditubrukkan dengan

    pemancaran gelombang tekan. Pemantulan terjadi dimana terdapat perubahan geometry

    atau discontinuity pada area tersebut.

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    6/26

    Mechanic of vibration and acoustic2

    Antara pipa berlubang dan cansingnya ada sebuah lapisan penyerap suara yang

    menyerap beberapa pulse tekanan gas buang.

    Knalpot absorbtive menghasilkan lebih sedikit backpressure daripada reactive muffler,

    namun knalpot ini tidak terlalu menguragi suara. Secara umum knalpot reactive

    menggunakan resonating chamber untuk menangkap frekuensi spesifik guna

    mengontrol kebisingan sedangkan absortive silence mengurangi kebisingan pada

    Gambar 2. Penampang belahan absorbtive knalpot

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    7/26

    Mechanic of vibration and acoustic3

    Ekspansi tiba-tiba dan kontraksi pada knalpot jenis ini menyebakan gelombang Suara

    memantul kembali dengan satu dan yang lainnya. Expansion chamber lebih effisien dalam

    melemahkan suara frekuensi rendah. Yang membuatnya ideal untuk diterapkan pada otomotif.

    Expansions chamber tidak melemahkan suara frekuensi tinggi jadi beams mengarah luruh ke

    knalpot.

    Expansion chamber knalpot telah secara luas dipelajari dan hasilnya menunjukan bahwa

    expansion ratio yang besar menghasilkan transmission loss yang lebih baik.. panjang dari

    chamber kurang lebih 1,5 kali diameter pipa chamber.

    Serupa dengan expansion chamber standart adalah extend inlet dan outlet expanasion chamber,

    dimana tabung inlet dan oulet diperpanjang sampai ke expansion chamber gambar dibawah

    Gambar 3. Simple expansion chamber

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    8/26

    Mechanic of vibration and acoustic4

    dapat dilihat material absorbtive tidak hanya meniadakan gundukan-gundukan namun juga

    meningkatkan transmission loss secara dramatis terutama untuk frekuensi tinggi.

    Resonator cabang samping seperti gambar di bawah adalah bagian muffling untuk

    mengontrol nada murni dari sebuah frekuensi constant. Secara umum berbentuk pipa pendek

    yang memiliki panjang kira kira seperempat panjang gelombang dari frekuensi suara yang

    dikontrol. Resonator helmholts hampir sama dengan cabang resonator samping yang

    Gambar 5. Perbandingan knalpot dengan dan tanpa absorptive material

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    9/26

    Mechanic of vibration and acoustic5

    2.3 KOMPONEN KNALPOT

    Knalpot pada kendaraan roda empat terdiri dari 4 bagian yaitu header, catalytic converter,

    resonator, dan muffler. Keempat komponen ini saling bersinergi untuk membuang gas sisa

    pembakaran dari ruang bakar mesin.

    Gambar 7. Knalpot dengan Resonating

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    10/26

    Mechanic of vibration and acoustic6

    2.

    Catalytic converter pada knalpot mobil berbentuk mrip sarang tawon. Di dalamnyaterdapat komponen yang berupa sensor. Fungsi utama komponen catalytic converter

    adalah menyaring gas buang yang sesuai dengan kadar atau kandungan gas tersebut

    yang berdasar pada hasil tangkapan sensor. Hal itu penting agar gas buang sesuai

    dengan standar emisi.

    3.

    Resonator berfungsi untuk menentukan dasar suara yang keluar dari system

    pembuangan. Resonator di design untuk bekerja dengan baikpada range frekuensi

    dimana mesin membuat sangat banyak kebisingan, walaupun jika frekuensi ini tidak

    persis seperti apa yang ditune oleh resonator. Tetap saja akan menghasilkan ganguan

    yang merusak.

    4. Muffler berfungsi untuk mengurangi tekanan gas buang mobil. Bagain juga

    bertanggung jawab untuk melenyapkan kebisingan pada mesin. Sekalipun juga

    mengalirkan gas buang dengan lancar ke udara bebas secara berkelanjutan.

    5. Pipa saluran gas buang berfungsi untuk menyalurkan gas buang dari mesin ke muffler

    kemudian dibuang ke udara bebas.

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    11/26

    Mechanic of vibration and acoustic7

    Gas buang dan gelombang suara kemudian masuk kedalam muffler melalui piap yang berada

    dibagian tengah muffler. Gas ini terpental pada bagian dinding belakang muffler dan

    dipantulkan melalui lubang ke body utama muffler. Gas mengalir melalui sekumpulan lubang

    pada bagian chamber laiinya, dimana mereka berbalik dan keluar pada pipa terakhir dan

    meninggalkan muffler.

    Persyaratan atau kriteria dasar dalam mendesign knalpot

    a.

    Insertion loss yang memadai

    Knalpot yang efektive akan mengurangi tekanan suara pada sumber suara ke level yang

    sesuai standart. Kemampuan knalpot pada umumnya ditentukan beberapa hal pada

    insertion loss atau transmission loss. Insertion loss didefinisikan sebagai perbedaan

    antara acoustic power yang dihasilkan dengan atau tanpa knalpot terpasang.

    Transmission loss didefinisikan sebagai seberapa banyak energy suara (sound power)

    yang dicegah atau dihambat mengalir didalam knalpot. Transmission loss adalah

    perbedaan pada sound power level antara saat gelombang masuk dan gelombang

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    12/26

    Mechanic of vibration and acoustic8

    harus dijaga serendah mungkin unutk mgnhindari terjadinya loss power pada mesin

    sehingga mampu menghasilkan performa mesin yang maksimal.d. Biaya dan berat

    Umumnya semakin besar ukuran knalpot, maka akan lebih berat dan lebih banyak biaya

    dalam produksinya. Berat dari knalpot sendiri akan mempengaruhi performa dari

    kendaraan begitu juga dengan mountingnya di chasis kendaraan. Mounting kanalpot

    juga harus mampu meredam getaraan yang terjadi, sehingga tidak akan memnggangu

    kenyamanan penumpang pada cabin kendaraan. Untuk meredam getaran ini biasanya

    dipasang karet keras dan bracket untuk mengisolasi getaran yang terjadi pada knalpot.

    e.

    Memilih grade dari knalpot

    Berdasarkan ASHARE Technical committee 2.6 grade dari knalpot dikelompokan

    sebagai berikut.

    Industrial/commercial:

    IL=15 to 25 dba

    Body/pipe = 2-2.5 dba

    Length/pipe=5 to 6.5

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    13/26

    Mechanic of vibration and acoustic9

    2.5 KARAKTERISTIK AKUSTIK (ACOUSTIC)Sound and noise

    Noise atau bising biasanya didefinisikan sebagai suara yang tidak diinginkan. Sedangkan

    sound atau suara didefinisikan sebagai semua varisasi tekanan ( di udara, water atau atau media

    lain) yang dapat didengar oleh telinga manusia.

    Sound wave

    Variasi tekanan (energy suara) melintas melalui udara atau media elastic tertentu dalam bentuk

    gelombang suara (sound wave) dari sumber suara ke receptor. Ketika objek padat menabrak

    udara dan terus berulang ulang sebagai objek yang bergetar, udara berulang kali tertekan dan

    mengembang disekeliling objek padat dan bergelombang pada tekanan rendah dan tekanan

    tinggi dikirim ke seluruh arah dari objek.

    Speed sound

    Untuk tujuan pengukuran suara, kecepatan suara (speed sound) dieskpresikan sebesar 340

    meter/second pada sea level sengan temperature 15 derajat celcius.

    Wavelength and frequency

    Jumlah perubahan tekanan per detik dinamakan frekuensi suara. Satuan krekuensi adalah

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    14/26

    Mechanic of vibration and acoustic10

    Octave bandOktaf band didefinisikan sebagai range of frekuensi perpanjangan dari satu frekuensi

    emnjadi tepatnya dua kali frekuensi sebelumnya. Sebagai contoh 1000 Hz oktaf band

    ditengahkan pada 1000 Hz dan diperpanjang dari 707 Hz menjadi 1414 Hz. 9 oktof band paling

    sering digunakan ketika mengukur suara.

    Ketika menganalisa noise di dunia industrial sebuah noise spectrum dipelajari. Contohnya 3

    jenis frekuesni yang biasa dianalisa adalah narrow band, one-third oktaveband dan octave

    band.

    Decibel and a weighted decibel (dBA) scale

    Ukuran atau amplitude dari tekanan yang diukur dalam decibel atau dB. Satuan decibels

    adalah pengukuran logaritmik yang menggunakan 2 x 10-5 Pa sebagai titik permulaan dari

    0dB. Zero dB atau 2 x 10-5 Pa adalah tekanan terendah yang mampu dideteksi oleh orang

    dewasa pada nada murni 1000 Hz. Banyak sumber noise memunculkan level tekanan suara

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    15/26

    Mechanic of vibration and acoustic11

    karena PWL dapat dikatakan sama dengan nilai daya pada lampu pijar. Disisi lain SPL seperti

    jumlah cahaya yang dihasilkan dalam jarak tertentu dari lampu pada linkungan tertentu.

    Tekanan suara relative lebih mudah diukur variasi tekanan dirasakan oleh gendang telinga

    adalah variasi tekanan yang samase[rtiyangditerima oleh microphone untuk merekam suara.

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    16/26

    Mechanic of vibration and acoustic12

    BAB IIIPERENCANAA KNALPOT

    Data-data mesin kendaraan

    a. Maksimum power = 16,40 hp

    b.

    Putaran maksimum = 8100 rpm

    c. Volume cylinder = 149.8 cc

    d. Dimeter silinder = 57,0 mm

    e. Langkah silinder = 58,7 mm

    f. Derajat buka katup buang = 72oB.T.D.C

    g.

    Derajat tutup katup buang = 48o

    B.T.D.C

    3.1. PERANCANGAN DESIGN SILINCER

    Design silencer adalah tipe resonating chamber dengan tiga buah buffle pipe dan

    resonator yang digunakan adalah tipe helmholtz resonator.

    1 U il d i l l ( UNL)

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    17/26

    Mechanic of vibration and acoustic13

    ENC = engnine exhaust criteria

    RNC = receiver noise criteria

    Dalam aturan pemerintah Indonesia besarnya decibel kendaraan yaitu untuk kapasitas

    mesin silinder 80 175 cc yaitu maksimum 90 dB, dipilih noide level sebesar 75 dB =

    64,1 dBA @ 200Hz

    ENC = 64.1 - 5 (dBA)

    ENC = 59,1 dBA

    3. Perhitungan correction distance antara unsilenced exhaust dengan receiver / penerima

    dengan asumsi perambatan suara terjadi pada free field ( AHRAE TC 2.6)

    Lp (Xr) unl = Lp (Xo) 20 log (Xr/Xo)

    Dimana : Xr = jarak pemantulan yang diperkirakan dalam perhitungan

    Xo = jarak dimana unsilenced noise level (UNL) diukur

    Asumsi : Xr = 18 m

    Xo = 1 m

    Lp (18) unl = Lp (1) 20 log (18/1)

    = 117,43 25,11

    = 92,32 dBA

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    18/26

    Mechanic of vibration and acoustic14

    = 3 x 1.5 in

    = 4.5 in 0.114 m

    Panjang dari body knalpot dapat juga dicari berdasarkan temperature dan frekuensi

    level pada saat kondisi unsilenced, dari journal hasil percobaan shubham pal dan timnya

    pada mesin 3 cylinder SI engine didapat frekuensi exhaust yaitu 125 Hz, 253 Hz, 381

    Hz, 509 Hz, 635 Hz, 758 Hz dan 882 Hz. Dengan temperature gas buang diasumsikan

    300 oF atau 759,7 oR diperoleh dari journal penelitian M.Rahman dan timnya dari

    Bangladesh University Of Engineering And Technology.

    c. Panjang body knalpot :

    0.5 (49.03 oR)/ 2f L 2.6(49.03 oR)/ 2f

    oR = absolute temperature of exhaust gas = 759.7 oR

    F = frequency of sound (Hz) = 253 hz

    0.5 (49.03 759.7)/ 2253 L 2.6(49.03 759.7)/ 2253

    0.43 ft L1 2.21 ft

    0.13 m L1 0,674 m

    Dari hasil perhitungan diatas nilai pangang knalpot L1 = 0.60 m memenuhi.

    5. Panjang masing masing chamber pada knalpot

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    19/26

    Mechanic of vibration and acoustic15

    >/panjang chamer I yaitu 0.10 m,

    >/panjang chamber II yaitu 0.20 m,

    >/panjang chamber ke III yaitu 0.30 m

    sehingga panjang totalnya 0.10 + 0.20 + 0.30 = 0.60 meter.

    6. Design baffle pipe

    Luas penampang inlet pipe sama dengan luas area total dari baffle pipe, karena terdapat

    beberapa pertimbangan dimana diameter dari jalur aliran tidak berkurang pada setiap titik

    pada knalpot, sehingga masih ada kemungkinan terjadi backpressure.

    Dirancang knalpot memiliki 3 buah baffle pipe.

    /4x(Dinlet)2 = /4x(Dbuffle1)2 x /4x(Dbuffle2)2 x /4x(Dbuffle3)2 ; dimana

    d1=d2=d3=dbuffle

    /4x(Dinlet)2 = 3 x /4x(Dbuffle)2

    /4x(1in)2 = 3 x /4x(Dbuffle)2

    0.577 in = Dbuffle

    0.0146 m = Dbuffle

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    20/26

    Mechanic of vibration and acoustic16

    3.2 PERANCANGAN PIPA KNALPOT

    Data data perencanaan

    a. Range dari putaran mesin yang akan dioptimalkan 6200 rpm s/d 11000 rpm

    b. Putaran mesin pada tenaga maskimum yang digunakan sebaga rata rata putaran mesin

    yang dioptimalkan 9800 rpm 9900 rpm

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    21/26

    Mechanic of vibration and acoustic17

    =850(180 + 72

    )

    11000 3min = 16.47 ~ 418.4 Dari hasil diatas didapat panjang totl pipa knalpot berada diantara 418.4 mm s/d

    801.3 mm, diinginkan agar torsi dan power motor merata pada putaran 6200 rpm

    s/d 11000 rpm, oleh karena itu dipilih panjang pipa

    (801.3 418.4)/2 + 418.4 = 609.85 mm

    Ditetapkan nilai panjang total pipa knalpot adalah 610 mm

    2. Panjang primary dan secondary pipe

    panjang primary pipe ini didasarkan pada pengoptimalan range putaran 6200 rpm

    s/d 11000 rpm. menentukan panjang primary dan secondary pipe dapat

    menggunakan persaamaan empiris.

    =1 22

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    22/26

    Mechanic of vibration and acoustic18

    Total panjang pipa pertama adalah 365,8 + 231,4 = 597.2 mm

    Untuk perhitungan kedua digunakan range rpm 6200 9900.

    Panjang primary pipe

    =

    9900 6200

    6200

    630

    = 375.96 panjang secondary pipe

    =9900

    6200

    9800 630

    = 235.45Total panjang pipa pertama adalah 375.96 + 235.45 = 611.41 mm

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    23/26

    Mechanic of vibration and acoustic19

    4. Diameter secondary pipe

    Untuk menghitung diameter pipa primer digunakan persamaan empiris.

    =122 0.93Sehingga

    =(0.98 )22 0.93 = 1.30 ~ 33.2 Ditetapkan diameter secondarypipa knalpot sebesar 1,5 inch

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    24/26

    Mechanic of vibration and acoustic20

    BAB IVKESIMPULAN

    Dari hasil perhitungan didapat hasil

    Dimensi pipa knalpot:

    Panjang pipa total = 630 mm

    Panjang pipa primer = 370 mm

    Panjang pipa sekunder = 240 mm

    Diameter pipa knalpot = 1 inch

    Diameter pipa primer = 1 inch

    Diameter pipa sekunder = 1.5 inch

    Dimensi silencer

    Panjang silencer = 600 mm

    Panjang chamber I = 100 mm

    j h b

  • 8/10/2019 akustik knalpot

    25/26

    DAFTAR PUSTAKA

    Barron, F Randall. 2001. Industrial Noise Control And Acoustic. New York : Marcel Dekker

    Inc.

    Environmental Noise Control. ATCO Structures And Logistics

    Melinda Rachel Plank. 2005. Engine Optimation And Performance Characteristics For A

    Formula SAE Race car. Dissertation University Of Southern Quennsland Faculty Of

    Engineering And Surveying. Quennsland

    Motogokil, Knalpot Racing Bener Nggak Disainya Buat Motor

    Kita.http://motogokil.com/2013/10/05/knalpot-racing-bener-nggak-disainnya-buat-motor-kita/

    diakses pada 10 november 2014

    Motogokil, Mudah Bin Gampang Merancang Knalpot Racing

    Caranya.http://motogokil.com/2013/10/12/mudah-bin-gampang-merancang-knalpot-racing-

    caranya/diakses pada 10 November 2014

    M. Rahman, T. Sharmin,, dkk. Design And Construction Of A Muffler For Engine Exhaust

    Noise Reduction. Proceeding Of International Conference On Mechanical Engineering 2005.

    Banglasdesh

    Potente, Daniel. 2005. General Design Principles For An Automotive Muffler. Proceeding of

    acoustic. Western australia

    http://motogokil.com/2013/10/05/knalpot-racing-bener-nggak-disainnya-buat-motor-kita/http://motogokil.com/2013/10/05/knalpot-racing-bener-nggak-disainnya-buat-motor-kita/http://motogokil.com/2013/10/05/knalpot-racing-bener-nggak-disainnya-buat-motor-kita/http://motogokil.com/2013/10/12/mudah-bin-gampang-merancang-knalpot-racing-caranya/http://motogokil.com/2013/10/12/mudah-bin-gampang-merancang-knalpot-racing-caranya/http://motogokil.com/2013/10/12/mudah-bin-gampang-merancang-knalpot-racing-caranya/http://motogokil.com/2013/10/12/mudah-bin-gampang-merancang-knalpot-racing-caranya/http://motogokil.com/2013/10/12/mudah-bin-gampang-merancang-knalpot-racing-caranya/http://motogokil.com/2013/10/12/mudah-bin-gampang-merancang-knalpot-racing-caranya/http://motogokil.com/2013/10/05/knalpot-racing-bener-nggak-disainnya-buat-motor-kita/
  • 8/10/2019 akustik knalpot

    26/26

    ITN MALANG KNALPOT GIXXER 150 NO. A4

    SKALA : 1:10

    UKURAN : mm

    TANGGAL : 22-11-2014

    NAMA : I WAYAN WAHYU SASTRA W.

    JURUSAN : TEKNIK MESIN

    DIPERIKSA :

    PERINGATAN