analisa kecepatan aliran gas buang
DESCRIPTION
tugas besar komputasi numerik teknik mesin universitas indonesia 2014TRANSCRIPT
ANALISA ALIRAN GAS PADA PIPA
PEMBUANGAN 1-DC-2
DAN 1-DC-3
Harryndra Aufandi Rahardyan
1206229925
Teknik Mesin
Universitas Indonesia
2014
I. ABSTRAK
Di zaman yang modern ini orang-orang semakin sibuk
dengan urusannya masing-masing, beda tujuan, beda arah,
beda waktu, dan beda kepentingan, alhasil kendaraan pribadi
lah yang menjadi pilihan, kendaraan bermotor semakin banyak
digunakan untuk keperluan transportasi sehari-hari terkadang
kendaraan bukan hanya sebagai alat transportasi saja, namun
banyak yang menganggapnya sebagai status social, orang-
orang pun berlomba-lomba mempercantik kendaraannya,
salah satunya adalah mengganti knalpot yang tidak standar
yang konon bisa membuat kendaraan semakin kencang dan
bersuara “merdu”, knalpot tidak standar tersebut mempunyai
system free-flow (tidak ada hambatan dari mesin ke ujung
knalpot), dan biasanya berlubang output besar dan banyak.
Kali ini penulis akan menganalisis apakah banyak lubang
membuat kendaraan semakin kencang, atau malah membuat
mesin tidak bertenaga dan boros BBM.
Kata kunci : knalpot, manifold, simulasi CFD
II. LATAR BELAKANG
Di zaman yang modern ini orang-orang semakin sibuk
dengan urusannya masing-masing, beda tujuan, beda arah,
beda waktu, dan beda kepentingan, alhasil kendaraan pribadi
lah yang menjadi pilihan, kendaraan bermotor semakin banyak
digunakan untuk keperluan transportasi sehari-hari.
terkadang kendaraan bukan hanya sebagai alat
transportasi saja, namun banyak yang menganggapnya
sebagai status social, orang-orang pun berlomba-lomba
mempercantik kendaraannya, salah satunya adalah mengganti
knalpot yang tidak standar yang konon bisa membuat
kendaraan semakin kencang dan bersuara “merdu”, knalpot
tidak standar tersebut mempunyai system free-flow (tidak ada
hambatan dari mesin ke ujung knalpot), dan biasanya
berlubang output besar dan banyak.
Modifikasi kendaraan seperti ini sudah banyak dilarang
oleh pihak kepolisian karena alas an membuat polusi udara
dan polusi suara, namun masyarakat pencinta otomotif masih
saja kekeuh bahwa knalpot yang bebas hambatan dan
berlubang banyak membuat kendaraan semakin kencang,
padahal kendaraan standar seluruh komponennya dari ujung
depan sampai belakang sudah diperhitungkan secara matang
oleh designer otomotif dan para engineer agar kendaraan
mencapai performa yang maksimal dengan maintenance yang
mudah dan ramah lingkungan.
Dengan kemampuan komputer yang ada, maka disini
akan dibahas bagaimana distribusi kecepatan aliran yang
terjadi pada knalpot dengan tabung berlubang output gas
buang 2 dan berlubang 3 dengan program Autodesk CFD.
ide ini terinspirasi pada saat saya mengamati knalpot standar
bawaan berlubang 1 berdiameter sekitar 60mm dan knalpot
modifikasi berlubang 2 berdiameter sama. Saya
memsimplifikasinya dengan membuat 2 model 3D, dimana
tabung knalpot dari berkonfigurasi 1-DC-2 dan jepang 1-DC-1
(DC : distribution Chamber), dan saya penasaran apakah
banyak lubang membuat aliran udara keluaran akan lebih
cepat atau malah justru sebaliknya (ngempos), manifold yang
saya bahas berbeda dengan exhaust manifold pada mobil
yang bersebelahan langsung dengan katup pembuangan, ini
hanyalah rekayasa antara manifold (pergabungan pipa)
dengan muffler gas buang. ada 2 jenis manifold yang bahan
analisis saya, yaitu :
a.1-DC-2
Dari namanya, konfigurasi ini mulai dari 1 pipa, lalu ke
distribution chamber, lalu terbagi menjadi 2 pipa keluaran
b.1-DC-3
konfigurasi 1-DC-3 ini mulai dari 1 pipa, lalu ke distribution
chamber, lalu terbagi menjadi 3 pipa keluaran.
III. PERMASALAHAN
Perbedaan dalam pipa knalpot 1-DC-2 dan 1-DC-3 adalah hanya pada pipa outputnya dimana 1-DC-2 memiliki 2 pipa keluaran terpisah dan 1-DC-3 memiliki 3 pipa
keluaran yang terpisah. Maka untuk membandingkannya penulis membuat 2 permasalahan, yaitu:
1. bagaimana kecepatan aliran di kedua jenis manipol tersebut
dengan kecepatan aliran yang sama yaitu 168,67 mm/s?
2. lebih cepat keluaran pada output manipol 1 -dc-2 atau 1-dc-
3?
IV. DASAR TEORI
Dalam kasus kali ini, penulis akan menggunakan rumus-rumus
dasar dari fluida karena pada kasus ini dibahas aliran air yang
dimana air adalah sebuah fluida. Hukum Bernoulli yang
menggunakan prinsip kekalan energy digunakan sebagai
dasar untuk mengambil asumsi. Aliran fluida akan ditinjau
melalui volume control dan aliran air akan dianggap laminar
karena penulis menganggap aliran fluida ideal, tidak ada
energy yang hilang dan juga penulis tidak menentukan
spesifikasi sambungan pipa-T secara detail.
a) Hukum Bernoulli
Dalam bentuknya yang sudah disederhanakan, secara umum
terdapat dua bentuk persamaan Bernoulli; yang pertama
berlaku untuk aliran tak-termampatkan (incompressible flow),
dan yang lain adalah untuk fluida termampatkan
(compressible flow).
b) Aliran Tak-termampatkan
Aliran tak-termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan
dengan tidak berubahnya besaran kerapatan massa (densitas)
dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida tak-
termampatkan adalah: air, berbagai jenis minyak, emulsi, dll.
Bentuk Persamaan Bernoulli untuk aliran tak-termampatkan
adalah sebagai berikut:
di mana:
Aliran bersifat tunak (steady state)
Tidak terdapat gesekan (inviscid)
Dalam bentuk lain, Persamaan Bernoulli dapat dituliskan
sebagai berikut:
c) Volume Kontrol
Berbeda dengan perhitungan konstruksi, pada mekanika fluida
tidak ada sebuah system yang konstan. Fluida yang pada
hakikatnya selalu berubah setiap waktu tidak memiliki sebuah
sistem yang tetap. Pada perhitungan konstruksi, sistem dapat
ditentukan dengan mudah karena bentuk dan ukurannya yang
selalu tetap. Oleh karena itulah untuk melakukan perhitungan
terhadap suatu aliran fluida diperlukan penentuan volume
kontrol. Hal ini dapat dilakukan karena diasumsikan volume
fluida yang kita amati adalah tetap.
d) Aliran Laminar
Aliran laminar adalah aliran fluida yang bergerak dengan
kondisi lapisan-lapisan (lanimalamina) membentuk garis-garis
alir yang tidak berpotongan satu sama lain. Hal tersebut di
tunjukkan oleh percobaan Osborne Reynold. Pada laju aliran
rendah, aliran laminar tergambar sebagai filamen panjang
yang mengalir sepanjang aliran. Aliran ini
mempunyai Bilangan Reynold lebih kecil dari 2300.
Untuk kecepatan aliran knalpot bias dihitung dengan :
dengan:
(bahan analisa Toyota Camry ’01 2200cc inline 4)
Din = 60mm = 0.006m
CC = 2200cc
Ntq = Max peak power (max RPM/1.25)
As = Air Speed
V. PERMODELAN DAN METODOLOGI
Pemodelan dan metodologi yang digunakan adalah :
1. Deskriptif
2. Pengamatan dari sudut pandang penulis
3. Menggunakan aplikasi Autodesk Inventor dan Autodesk
CFD
Simulasi nantinya akan dilakukan dengan Autodesk CFD
Simulation 2014. Sebelum melakukan simulasi, terlebih dahulu
beda kerja, yaitu sambungan pipa-T dibuat modelnya dengan
bantuan Autodesk Inventor Profesional 2012 yang setelah itu
dimasukan ke simulasi CFD.
VI. SIMULASI DAN PERHITUNGAN
Setelah melakukan perkiraan diatas, maka penulis segera
melakukan simulasi CFD pada kedua model sederhana
exhaust 1-DC-2 dan 1-DC-3 yang telah dibuat dengan program
Autodesk Inventor Profesional 2012. Berikut gambar model
yang telah dibuat dengan autodesk inventor:
1-DC-2
1-DC-3
Setelah model jadi, model langsung disimulasikan dengan
Autodesk simulation CFD 2013 dengan memvariasikan posisi
aliran masuk. Pengaturan aliran masuk dapat dilakukan
dengan mengatur variable kecepatan dan pressure pada menu
boundary condition. Untuk posii aliran masuk penulis
menetapkan kecepatan 150 mm/s pada boundary
conditionnya dan untuk posisi aliran keluar pada pipa-pipa
outletnya penulis menetapkan pressure sebesar 0 Pa.
Selanjutnya iterasi dilakukan hingga 100 kali hingga dirasa
hasil hamper menyerupai .
VII. HASIL & PEMBAHASAN
Tampilan dari simulasi yang dilakukan pada Autodesk CFD
Simulation. Pada gambar kali ini penulis hanya meninjau
gradient berdasarkan besar kecepatannya saja. Berikut
penjelasan posisi aliran masuk
1-DC-3
Pada ketiga output 1-DC-3 terlihat berwarna biru muda, ini
menunjukan kecepatan alirannya berkisar antara 0.06-0.11m/s
1-DC-2
Pada kedua output 1-DC-2 terlihat berwarna hijau muda, ini
menunjukan kecepatan alirannya berkisar antara 0.11-0.16 m/s
VIII. KESIMPULAN
Pada analisa yang dilakukan oleh penulis terdapat sesuatu
yang mengejutkan bahwa udara yang keluar dari outlet
manifold 1-dc-3 lebih rendah kecepatan alirannya
dibandingkan dengan manifold 1-dc-2, hal ini disebabkan
karena udara mudah keluar pada manifold 1-dc-3 karena
banyak lubang, sehingga kecepatan aliran menjadi rendah.
sehingga manifold 1-dc-3 menghasilkan tekanan balik yang
kecil ke ruang mesin dibandingkan manifold 1-dc-2 dengan
kecepatan masukan (input) yang sama yaitu 0.16m/s (133HP),
kesimpulannya untuk mesin mobil standard dan harian
disarankan memakai manifold exhaust yang berlubang output
paling sedikit demi mengejar efisiensi mesin dan menghindari
mesin "ngempos" (tekanan balik kecil)
IX. LAMPIRAN
DAFTAR PUSTAKA
Daugherty, R. L., and Franzini, J. B.,“ Fluid Mechanics with
Engineering Applications”, McGraw-Hill . New York,
Fox, R. W and and McDonald A. 1994,“Introduction to Fluid
Mechanics”, JohnWiley and Son Canada
Munson, B.R. Young, D.F. and Okiishi, T.H. 2002. Fluid Mechanics.
Department of Mechanical Engineering - Iowa State University :
USA
http://maglevworld.wordpress.com/2012/05/09/aliran-laminar-
dan-turbulence/
en.wikipedia.org/wiki/Muffler
en.wikipedia.org/wiki/Manifold
Autodesk.com
redline360.com
auto.howstuffworks.com/muffler.htm