## INFOMATEK
Volume 22 Nomor 2 Desember 2020

## ANALISIS PENGARUH PEMASANGAN MUFFLER PADA MESIN PESAWAT TANPA AWAK LSU 02 TERHADAP TINGKAT KEBISINGAN
Evi Sofia *) , Ilham Achmal Hakiki
Teknik Penerbangan

## Fakultas Teknik – Universitas Nurtanio
Abstrak :  LSU-02  merupakan  pesawat  tanpa  awak  yang  dikembangkan  oleh  Pustekbang LAPAN  dan  mulanya akan  menggunakan  mesin  3W28i.  Namun  karena  mesin  3W-28i  memiliki muffler yang  panjang,  maka  dalam penelitian  ini  akan  dilakukan  modifikasi  dengan  memvariasikan  panjang  dan  diameter muffler .  Selanjutnya dilakukan  simulasi  untuk  mengetahui  pengurangan  tingkat  kebisingan  yang  dihasilkan.  Proses  simulasi menggunakan  metode computational  fluid  dynamic (CFD)  dengan  menggunakan  perangkat  lunak  ANSYS Harmonic  Acoustic.  Dari  hasil  simulasi  diperoleh  kesimpulan  jika  semakin  besar  diameter muffler (80  mm) memberi  kontribusi  yang  lebih  baik  dalam  mengurang  tingkat  kebisingan  sebesar  21.587  dB.  Kemudian pengaruh  panjang muffler terhadap  pengurangan  kebisingan  tidak  terlalu  besar,  karena  selisih  pengurangan kebisingan  hanya  sebesar  0,658  dB.  Sehingga  disarankan  untuk  menggunakan muffler model  5  dengan diameter 80 mm dan panjang 130 mm untuk dipasangkan pada mesin 3W -28i karena memiliki ukuran yang lebih kecil namun mampu mengurangi kebisingan hingga 20,929 dB.
Kata kunci: CFD, Kebisingan, Muffler , Pesawat Tanpa Awak
I. PENDAHULUAN 1

## 1.1 Latar Belakang
Pesawat  tanpa  awak  merupakan  sebuah pesawat terbang ringan yang dapat dikendalikan  dari  darat  menggunakan remote control serta mampu terbang secara autonomous sesuai  dengan way  point yang diinginkan  (Bintoro  [1]).  Salah  satu  pesawat tanpa  awak  tersebut  adalah  LSU-02  yang dikembangkan oleh Pustekbang LAPAN
*) e.sofia284@gmail.com
Pertama diterima: 29 Oktober 2020 Direvisi: 11 November 2020 Disetujui untuk publikasi: 12 November 2020
dengan  konfigurasi high  wing,  twin  tail  boom, dan pusher engine . Mulanya, pesawat LSU-02 akan  menggunakan  mesin  3W-28i,  namun mesin  tersebut  memiliki  dimensi muffler yang terlalu  panjang.  Sehingga  dikhawatirkan  akan menimbulkan  gaya  hambat  ketika  dipasang pada  pesawat  LSU-02.  Namun  jika  tidak dipasang muffler akan menimbulkan kebisingan  yang  cukup  besar.  Kebisingan merupakan suatu suara atau bunyi  yang tidak diinginkan  dari  suatu  kegiatan  dalam  tingkat dan  rentang  waktu  tertentu  sehingga  dapat mengganggu secara fisik (indera pendengaran manusia) dan psikis (mengganggu konsentrasi
dan  kelancaran  komunikasi)  serta  dapat menjadi polutan bagi lingkungan (KLHK [2]). Beberapa  kajian  dilakukan  untuk  mengetahui pengaruh.  Pengaruh  panjang  pada  reduksi suara Muffler Jenis Ekspansi diinvestigasi oleh Sunil Khokhar
dkk dengan metode eksperimen  dan  simulasi  aliran  pada  tahun 2016 (Patel [3]).
Pada  tahun  2017  Harahap  dkk  melakukan kajian  untuk  mereduksi  kebisingan  yang dilakukan  pada  pesawat  tanpa  awak  NVC USU (Harahap [4]). Kajian dengan menggunakan CFD untuk memprediksi kebisingan  knalpot  pernah  dilakukan  oleh  Liu dkk    [5].  Kajian-kajian  lain  yang  dilakukan untuk mengetahui tingkat kebisingan terhadap pesawat  terbang  dan  nilai  transmisson  loss dilakukan oleh beberapa peneliti (Wu [6], Kore [7], Ji [8]).
Berdasarkan  latar  belakang  tersebut,  maka pada  penelitian  ini  akan  dilakukan  modifikasi pada  model muffler mesin  3W-28i  dengan melakukan perbandingan diameter dan panjang muffler yang  disesuaikan  terhadap lebar fuselage pesawat LSU-02.

## II. METODOLOGI
Proses simulasi menggunakan metode computational  fluid  dynamic  (CFD)  dengan perangkat  lunak  yang  digunakan  adalah ANSYS Harmonic Acoustic. Hasil dari simulasi
nantinya  akan  dilihat  pengaruh  diameter muffler terhadap kemampuan dalam meredam kebisingan,  pengaruh  panjang  muffler  dalam meredam  kebisingan,  serta  panjang  dan diameter muffler yang disarankan untuk mesin 3W-28i.

## 2.1. Spesifikasi Pesawat LSU-02
Pesawat  LSU-02  merupakan  salah  satu pesawat tanpa awak yang telah dikembangkan oleh Pusat Teknologi Penerbangan LAPAN. Pesawat ini
termasuk  dalam  kategori  pesawat  ringan yang  memiliki  misi  sebagai surveillance tactical .  Dalam  pengembangan  desain  dan konfigurasinya, pesawat LSU-02 terinspirasi  dari  Skyhunter  UAS  Family. Konfigurasi pada
pesawat LSU-02 ditampilkan pada Gambar 1.
Gambar 1 Pesawat LSU-02
Mesin  pesawat  LSU-02  menggunakan mesin  3W-28i  merupakan  piston  dua langkah  satu  silinder  yang  dikembangkan oleh  perusahaan  asal  Jerman  yaitu  3W
International  .  Model  dari mesin  3W-28i
dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2 Mesin 3W-28i

## 2.2. Transmission Loss
Salah  satu  parameter  performa  akustik dalam melakukan eksperimen atau simulasi pada  suatu muffler adalah transmission loss . Transmission  loss merupakan  sifat dari muffler yang  didefinisikan  sebagai rasio  logaritmis  pada muffler berdasarkan perbedaan  antara sound  power yang masuk  ke muffler dengan sound  power yang  keluar  dari muffler ,  proses  dari transmission  loss diilustrasikan  seperti pada Gambar 3  .

## Gambar 3

## Transmission loss
Transmission  loss umumnya  digunakan sebagai  parameter  dari  kemampuan  suatu bahan  dalam  meredam  bunyi.  Nilai  dari transmission loss
dapat
dihitung
menggunakan Persamaan 1 jika   nilai dari sound  power yang  masuk  dan  keluar  dari muffler telah  diketahui  .  Namun  jika  kedua nilai  tersebut  tidak  diketahui,  maka  nilai transmission  loss dihitung  menggunakan Persamaan 2 (Milad [9], Middleberg [10]).
(1)
(2)

## 2.3. Proses Simulasi
Penelitian  dilakukan  dengan  metode  simulasi, sedangkan  perangkat  lunak  yang  digunakan untuk  menjalankan  simulasi  adalah  ANSYS Harmonic  Acoustics.  Urutan  dari  proses simulasi dimulai dari engineering data, geometry, model, setup, solution, dan result .

## Engineering Data
Pada engineering  data dimasukkan  properti fluida  yang  akan  digunakan  dalam  simulasi. Pendefinisian  properti fluida  yang dimasukkan berdasarkan data yang diperoleh dari referensi  dan ditampilkan pada Gambar 4.
Gambar 4
Input Pada Engineering Data

## Geometry
Geometri  dari muffler yang  akan  dianalisis dimodelkan secara tiga dimensi menggunakan
program  ANSYS  Design  Modeler.  Geometri muffler dibuat  dengan  menggunakan  konsep dari reactive  muffler dan  hanya  berupa single expansion  chamber .  Konsep reactive  muffler dipilih  agar  dalam  proses  simulasi  dapat lebih mudah.  Diameter  dan  panjang  dari  geometri muffler disesuaikan  dengan  lebar fuselage pada  pesawat  LSU-02  agar  dimensi muffler tidak
terlalu besar, sehingga tidak mempengaruhi gaya hambat secara signifikan. Model  geometri muffler ditampilkan  pada
Gambar 5  sampai Gambar 9.
Gambar 5
Muffler Model 1
Gambar 6
Muffler Model 2
Gambar 7
Muffler Model 3 Gambar 8 Muffler Model 4 Gambar 9
Muffler Model 5

## Model
Pada  tahap model ,  dilakukan meshing menggunakan ANSYS Mesh pada geometri yang  telah  dibuat  sebelumnya. Meshing
bertujuan untuk membagi pemodelan menjadi elemen-elemen kecil agar
memudahkan  perangkat  lunak  ANSYS
Pers.1
Harmonic  Acoustics  dalam  melakukan iterasi. Hasil dari meshing ditampilkan pada Gambar  10 dengan  jumlah  nodal  dan elemen ditampilkan pada Tabel 1.
Gambar 10
Hasil Meshing
Tabel 1.
Jumlah Nodal dan Elemen Pada Setiap Meshing Analysis Settings 0 Hz - 500 Hz Acoustics Region All Bodies Mass Source 0,005826 kg/m 3 s Radiation Boundary Inlet dan Outlet Port 1 Inlet Port 2 Outlet

## Solution
Solution merupakan tahap dilakukannya iterasi numerik  yang  merupakan  proses  dimana dilakukan  perhitungan  secara  numerik  pada setiap elemen pembagi. Perangkat lunak yang digunakan  dalam  iterasi  numerik  adalah ANSYS  Harmonic  Acoustics  dengan solver
ANSYS Mechanical APDL. Perhitungan numerik berdasarkan data properti fluida yang telah  dimasukkan  pada engineering  data , serta  sesuai  dengan  kondisi  batas  yang  telah ditentukan.

## Result
Pada  tahap result ,  dapat  dipilih output dari hasil  simulasi  yang  ingin  ditampilkan  seperti sound  pressure  level , transmission  loss ,  atau output  lain  sesuai  dengan  objek  yang  sedang disimulasikan.

## III. ANALISIS DAN PEMBAHASAN
Hasil Simulasi Sound Pressure Level (SPL)
Pada  Gambar  11  ditampilkan  kontur    warna SPL  pada muffler model  1  dengan  panjang 170  mm  dan  diameter  60  mm.  Dari  gambar tersebut  menunjukkan  jika sound  pressure paling  tinggi  berwarna  merah  yang  berada pada inlet  muffler dengan  nilai  87,284  dB. Kemudian sound  pressure paling  rendah berwarna biru pada bagian expansion chamber disekitar inlet  muffler dengan  nilai 51,936  dB  dan sound  pressure pada outlet muffler sebesar 78,244 dB.
Gambar 11 Kontur Warna SPL Pada Muffler Model 1
Pada  Gambar  12  ditampilkan  kontur  warna SPL  pada muffler model  2  dengan  panjang 170  mm  dan  diameter  70  mm.  Dari  gambar
tersebut  menunjukkan  jika sound  pressure paling  tinggi  berwarna  merah  yang  berada pada inlet  muffler dengan  nilai  87,511  dB.
Kemudian sound  pressure paling  rendah berwarna biru pada bagian expansion chamber disekitar inlet  muffler dengan  nilai 46,363  dB  dan sound  pressure pada outlet muffler sebesar 75,499 dB.
Gambar 12 Kontur Warna SPL Pada Muffler Model 2
Pada  Gambar  13  ditampilkan  kontur warna SPL pada muffler model 3 dengan panjang 170 mm dan diameter 80 mm. Dari gambar tersebut  menunjukkan  jika sound  pressure paling  tinggi  berwarna  merah  yang  berada pada inlet  muffler dengan  nilai  87,656  dB.
Kemudian sound  pressure paling  rendah berwarna  biru  pada  bagian expansion chamber disekitar inlet muffler dengan  nilai 41,571  dB  dan sound  pressure pada outlet muffler sebesar 73,123 dB.
Gambar 13 Kontur Warna SPL Pada Muffler Model 3
Pada  Gambar  14  ditampilkan  kontur    warna SPL  pada muffler model  4  dengan  panjang 150  mm  dan  diameter  80  mm.  Dari  gambar tersebut  menunjukkan  jika sound  pressure paling  tinggi  berwarna  merah  yang  berada pada inlet  muffler dengan  nilai  87,365  dB.
Kemudian sound  pressure paling  rendah berwarna  biru  dengan  nilai  41,971  dB  dan sound  pressure pada outlet  muffler sebesar 73,303 dB.

## Gambar 14
Kontur Warna SPL Pada Muffler Model 4
Pada  Gambar  15  ditampilkan  kontur    warna SPL  pada muffler model  5  dengan  panjang 130  mm  dan  diameter  70  mm.  Dari  gambar tersebut  menunjukkan  jika sound  pressure
paling  tingggi  berwarna  merah  yang  berada pada inlet  muffler dengan  nilai  87,04  dB. Kemudian sound  pressure paling  rendah berwarna biru pada bagian expansion chamber disekitar inlet  muffler dengan  nilai 43,053  dB  dan sound  pressure pada outlet muffler sebesar 73,781 dB.
Gambar 15 Kontur Warna SPL Pada Muffler Model 5
Transmission Loss Pada Perbandingan
Diameter
Untuk mengetahui pengaruh diameter
terhadap transmission  loss yang  dihasilkan, maka  dilakukan  perbandingan transmission loss pada muffler model  1, muffler model  2, dan muffler model 3.
Pada
Gambar 16 ditampilkan grafik transmission loss pada perbandingan diameter muffler .  Dari  gambar  tersebut,  perbandingan grafik transmission loss juga diperlihatkan jika pada muffler model  1  (diameter  60  mm) dengan grafik berwarna biru dan simbol belah ketupat,  memiliki  kemampuan  mengurangi
kebisingan  sebesar  16,466  dB.  Kemudian pada muffler model  2  dengan  grafik  berwarna merah dan simbol persegi mampu mengurangi kebisingan  sebesar  19,211  dB.  Terakhir  pada muffler model  3  dengan  grafik  berwarna  hijau dan  simbol  segitiga  mampu  mengurangi kebisingan sebesar 21,587 dB.
Gambar 16 Grafik Transmission Loss Pada Perbadingan Diameter
Dari  nilai  dan  grafik  pada  Gambar  16  dapat dilihat  jika  pada muffler model  3  dengan diameter muffler 80  mm  mampu  mengurangi kebisingan  lebih  optimal  jika  dibandingkan dengan muffler dengan  diameter  yang  lebih kecil,  yaitu muffler model  1  (diameter  60  mm) dan muffler model  2  (diameter  70  mm).
Sehingga  dapat  dilihat  jika  semakin  besar diameter muffler ,  maka  kemampuan muffler dalam  mengurangi  kebisingan  semakin  besar pula.
Transmission  Loss Pada  Perbandingan

## Panjang
Untuk  mengetahui  pengaruh  panjang muffler terhadap transmission  loss ya n g   dihasilkan, maka  dilakukan  perbandingan transmission loss pada muffler model  3, muffler model  4, dan muffler model 5.
Pada Gambar 17 ditampilkan grafik transmission loss pada perbandingan panjang muffler .
Gambar 17 Grafik Transmission Loss Pada Perbandingan Panjang
Dari  gambar  tersebut,  perbandingan  grafik transmission  loss juga  diperlihatkan  jika  pada muffler model  3  (panjang  170  mm)  dengan grafik  berwarna  biru  dan  simbol  segitiga, memiliki  kemampuan  mengurangi  kebisingan sebesar  21,587  dB.  Kemudian  pada muffler model  4  dengan  grafik  berwarna  merah  dan simbol lingkaran
mampu
mengurangi
kebisingan  sebesar  21,409  dB.  Terakhir  pada muffler model  5  dengan  grafik  berwarna  hijau dan  simbol  persegi  mampu  mengurangi kebisingan  sebesar  20,929  dB.  Dari  nilai  dan grafik pada Gambar 17, dapat dilihat jika pada muffler model  3  dengan  panjang muffler 170 mm  mampu  mengurangi  kebisingan  lebih optimal  jika  dibandingkan  dengan muffler dengan  ukuran  yang  lebih  pendek,  yaitu muffler model 4 (panjang 150 mm) dan muffler model  5  (panjang  130  mm).  Sehingga  dapat dilihat  jika  semakin  panjang  ukuran muffler , maka  kemampuan muffler dalam  mengurangi kebisingan  semakin  baik.  Namun  pengaruh terhadap pengurangan kebisingan tidak terlalu besar.

## IV. KESIMPULAN
Berdasarkan  pada  hasil  dan  pembahasan dari kontur warna SPL dan grafik
transmission
loss , maka
diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1  Pada muffler model  3  dengan  diameter 80  mm  memberikan  kontribusi  yang lebih  baik  dalam  mengurangi  tingkat kebisingan sebesar 21,587 dB.
Sedangkan pada muffler dengan diameter 60 mm hanya mampu mengurangi  tingkat  kebisingan  sebesar 16,466 dB. Sehingga jika semakin besar diameter muffler ,  maka  kemampuan
muffler dalam  mengurangi  kebisingan semakin besar pula.
2  Semakin  panjang  ukuran muffler ,  maka kemampuan muffler dalam  mengurangi kebisingan semakin baik. Namun
pengaruh
terhadap pengurangan
kebisingan  tidak  terlalu  besar,  karena selisih  pengurangan  kebisingan  antara panjang muffler 170  mm  (21,587  dB) dengan  panjang muffler 130  mm
(20,929 dB) hanya sebesar 0,658 dB.
3  Dari  lima  usulan  geometri  yang  telah disimulasikan,  maka  disarankan  untuk menggunakan muffler model  5  dengan diameter  80  mm  dan  panjang  130  mm untuk  dipasangkan  pada  mesin  3W-28i karena  memiliki  ukuran muffler yang tidak  terlalu  panjang  dan  mampu mengurangi  tingkat  bisingan  sebesar 20,929 dB.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Bintoro, A. and S. Gunawan,
Penelitian dan Kajian Teknologi
Pesawat  Terbang.  Jakarta:  Indonesia
Book Project (IBP), 2013.
[2] Hidup,  K.N.L.,  Keputusan  Menteri
Negara  Lingkungan  Hidup  No.  48
Tahun  1996  Tentang:  Baku  Tingkat
Kebisingan. Keputusan Menteri
Negara Lingkungan Hidup, 1996(48).
[3]
Patel,  S.K.P.B.,  Effect  of  Length  on
Sound  Reduction  of  the  Expansion Type  Muffler  by  Experiment  and  Flow Simulation.
[4] Harahap,  R.O.,  Studi  Eksperimental Reduksi  Kebisingan  Menggunakan
Reactive Muffler pada Pesawat Tanpa Awak NVC USU. 2017.
[5] Liu,  L.-y.,  Z.-y.  Hao,  and  C.  Liu,  CFD analysis of a transfer matrix of exhaust muffler  with  mean  flow  and  prediction of  exhaust  noise.  Journal  of  Zhejiang University SCIENCE A, 2012. 13(9): p. 709-716.
[6] Wu, T. and G. Wan, Muffler
performance  studies  using  a  direct mixed-body boundary element method and a three-point method for evaluating transmission loss. 1996.
[7] Kore,  S.,  A.  Aman,  and  E.  Direbsa, Performance  evaluation  of  a  reactive muffler  using  CFD.  Zede  Journal, 2011. 28: p. 83-89. [8] Ji, Z., Acoustic attenuation performance analysis of multi- chamber reactive silencers. Journal  of sound  and  vibration,  2005.  283(1-2): p. 459-466.
[9] Milad,  E.M.  and  M.  Jolgaf,  Acoustic Analysis  of  a  Perforated-pipe  Muffler
Using ANSYS.
[10] Middelberg,  J.,  et  al.  Computational fluid dynamics analysis of the acoustic performance of various
simple
expansion chamber mufflers. in
Proceedings of Acoustics. 2004.