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