## SIMULASI KARAKTERISTIK KEBISINGAN PADA MESIN DLE GAS ENGINE-30 SEBAGAI PENGGERAK PESAWAT TANPA AWAK PROTOTIPE NVC USU
Nazwir F. Damanik 1 , Ikhwansyah Isranuri 2 , M. Sabri 3 , Marragi M. 4 , Farida Ariani 5 1,2,3,4,5 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara E-mail : nazwirfahmi@yahoo.co.id

## 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

## 1. PENDAHULUAN
Pesawat tanpa awak ( Unmanned Aerial Vehicle) merupakan sebuah mesin terbang yang dapat dikendalikan dari jarak jauh untuk melakukan misi tertentu[1].
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.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 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  bunyi  tersebut  akan  merambat  melalui  medium  udara  yang  ada disekitarnya.ketika terjadi perambatan,maka terjadi perubahan tekanan atmosfir beberapa saat. Edisi Cetak Jurnal Dinamis, September
Sesuatu yang merupakan perubahan tekanan  udara sebagai indikasi dari adanya permabatan bunyi inilah yang di sebut dengan sound pressure [2].

## Sound Power
Sound  Power merupakan  sejumlah  daya  yang  dapat  di  ukur  dihasilkan  oleh  radiasi  sumber bunyi yang menyebar disekitar udara[2]. Secara matemetik, sound power dapat di rumuskan sebagai berikut:
W s = (4 𝜋 r 2 ) I max (watt)        (2.1)
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.

## Sound Power level (SWL)
Sound power level dapat di rumuskan sebagai berikut[3] :
L w = 10 log 10 𝑊 𝑊 𝑟𝑒𝑓 (db) (2.2)
Dimana : W      = Sound Power W reff =  Sound power referensi dengan standar 10 -12 watt

## 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[3] :
SPL =  L p = 10 log [ 𝑃 2 𝑃(𝑟𝑒𝑓) 2 ] = 20 log 𝑝 𝑝(𝑟𝑒𝑓) (2.3)
Dimana : P     = tekanan yang terjadi ( P rms ) untuk aliran fluida P(ref) = tekanan pada air borne = 2 x 10 -5 N/m 2 = 20 µPa
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[4].
Sumber noise dapat dikelompokkan dalam tiga kategori:
1. Sumber noise intrinsic yang muncul dari fluktuasi acak di dalam suatu sistemfisik 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.
Tabel 2.1  Contoh SPL Berdasarkan Sumbernya[5]
No Sound Sources(Noise) Examples with Distance SPL(dB) 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

## Noise Contour
Sebuah Kontur Kebisingan 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  distribusi  sebaran   bunyi  sebagai  bagian  dari pengandalian kebisingan[6].

## Mesin DLE Gas Engine-30
Mesin  DLE  Gas  Engine-30  adalah  mesin  2  tak  dengan  kapasitas  30  cc.  Tenaga  maksimal yang  dapat  dikeluarkan  adalah  3.7HP  pada  putaran  8500  rpm.  Seperti  mesin  2  tak  pada umumnya,  mesin  DLE  Gas  Engine-30  memiliki  nilai  tingkat  kebisingan  yang  cukup  tinggi. Nilai kebisingan maksimum dari mesin ini adalah 106,6 dB pada putaran 7000 rpm.

## 3. METODOLOGI PENELITIAN Tempat dan Waktu
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.

## Bahan dan Alat Penelitian
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 Spesifikasi Propeler : 18x8 ; 18x10; 19x8; 20x8 Sparking Plug : NGK CM6 Exhaust Amount : 30.5cm 3 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

## Gambar 3.1 Mesin DLE Gas Engine

## 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 -  VGA : Intel HD 1Gb

## Variabel Yang Diamati
Ditentukan dua buah variabel penelitian, yakni variabel terikat dan variabel bebas.

## Variabel Terikat
Untuk  menyederhanakan  permasalahan  dalam  kajian  kebisingan  pada  mesin  pesawat  UAV, maka dalam penelitian ini di tetapkan variable terikat yakni:
1. Sifat properties dari udara

## 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
4. Analisa Data Edisi Cetak Jurnal Dinamis, September

## Data hasil pengukuran
Berikut  ini  adalah  data  hasil  pengukuran  kebisingan  mesin  DLE  Gas  Engine-30  dengan variasi  putaran  mulai  dari  2000  rpm  sampai  dengan  7000  rpm  dengan  interval  1000  rpm dengan jarak pengukuran 1 meter dengan menggunakan alat sound level meter pada arah Y+, Y-, X+, X-, Z+ dan Z-. Seperti pada tabel 4.1 berikut ini Tabel 4.1 Hasil pengukuran kebisingan pada jarak 1 meter

## Hasil Simulasi
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.
1. Putaran 2000 rpm
(a) (b)
(c)
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
Dari  simulasi  yang  dilakukan,  diketahui  bahwa  range  frekuensi  noise  pada  putaran  2000 rpm adalah 3000 Hz – 9500 Hz.
2. Putaran 3000 rpm (a) (b) (c)
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 Edisi Cetak Jurnal Dinamis, September
Dari  simulasi  yang  dilakukan,  diketahui  bahwa  range  frekuensi  noise  pada  putaran  3000 rpm adalah 3000 Hz – 8850 Hz.

## 3. Putaran 4000 rpm
(a) (b) (c) 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
Dari  simulasi  yang  dilakukan,  diketahui  bahwa  range  frekuensi  noise  pada  putaran  4000 rpm adalah 3000 Hz – 8500 Hz.
4. Putaran 5000 rpm
(b) (c)
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
Dari  simulasi  yang  dilakukan,  diketahui  bahwa  range  frekuensi  noise  pada  putaran  5000 rpm adalah 3000 Hz – 8000 Hz.
5. Putaran 6000 rpm
(a) (b)
(c)
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
Dari  simulasi  yang  dilakukan,  diketahui  bahwa  range  frekuensi  noise  pada  putaran  6000 rpm adalah 3000 Hz – 7000 Hz.
6. Putaran 7000 rpm (a) (b) (c)
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 Edisi Cetak Jurnal Dinamis, September
Dari  simulasi  yang  dilakukan,  diketahui  bahwa  range  frekuensi  noise  pada  putaran  7000 rpm adalah 3000 Hz – 6500 Hz.

## Rekapitulasi Karakteristik Noise
Berikut ini adalah grafik hasil simulasi kebisingan pada mesin DLE Gas Engine-30 dengan variasi  putaran  mulai  dari  2000  rpm  sampai  dengan  7000  rpm  dengan  interval  1000  rpm pada jarak 1 meter pada arah Y+, Y-, X+, X-, Z+ dan Z-.
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  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.
Gambar 4.8 Grafik regresi linear 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 ng ka t K e bi si ng an (dB ) Putaran (rpm) kebisingan vs putaran (jarak 1 m) Y+ Y- X+ X- Z+ Z- 75 78 81 84 87 90 93 96 99 102 105 108 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Ti n gkat K e b isi n gan (d B ) Putaran (rpm)
Gambar 4.8 menunjukkan grafik regresi linear kebisingan vs putaran hasil simulasi untuk menunjukkan peningkatan nilai tingkat kebisingan dengan naiknya putaran mesin.

## 5. KESIMPULAN DAN SARAN 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.

## Saran
1. Untuk penelitian selanjutnya, agar melakukan pengukuran terhadap frekuensi dari noise agar dapat dilakukan perbandingan dengan pengukuran kebisingan secara eksperimental.
2. Melakukan simulasi dengan menambahkan body pesawat sebagai material serap bising.
3. Dari  hasil  simulasi  dapat  juga  dilakukan  redaman  kebisingan  dengan  merubah  paduan material dari body pesawat.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]Ardhianto  ,  Kurniawan.  2011.  Desain  dan  Analisis Propeller pada Unmanned  Aerial Vehicle  (UAV) .  AAU  Journal  of  Defense  Science  and  Technology  Volume  2,  Number  1,  1 July 2011, 125 – 133.
[2]Harris, Cyril M.1957. Handbook of Noise Control
[3] Bies, David A and C.H. Hansen. 1988. Engineering Noise Control: Theory and Practice. New York : Unwin Hyman
[4]Barron,Randall  F . 2001. Industrial  Noise  Control  and  Acoustics. New-York  :Marcel Dekker, Inc
[5]http://www.TableOfSoundPressureLevels.htm
[6]Graham,  J.B.  (1991)  in  Harris,  C.M. Handbook  of  acoustical  measurements  and  noise control .