PENGARUH PERUBAHAN BENTUK INTAKE MANIFOLD TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR DIESEL DENGAN METODE SIMULASI. by : INDRA P.AMBARITA

(1)

P3 TUGAS AKHIR

“ PENGARUH PERUBAHAN BENTUK INTAKE MANIFOLD

TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR DIESEL DENGAN

METODE SIMULASI

”

by :

INDRA P.AMBARITA

4206.100.091

Dosen Pembimbing :

Semin Sanuri ST. MT

TEKNIK SISTEM PERKAPALAN

FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA 2010

Ir. Toni Bambang PGd

.

CHAPTER OUTLINE

ABSTRAK I. PENDAHULUAN III. METODOLOGI II. TINJAUAN PUSTAKA IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN VI. KESIMPULAN DAN SARAN VII. DAFTAR PUSTAKA

(2)

Abstrak

Modifikasi motor diesel didunia otomotif sangat berkembang pesat pada saat ini. Tujuan dari modifikasi tersebut adalah untuk meningkatkan unjuk kerja dari motor diesel sehingga mampu memenuhi kebutuhan energi yang dibutuhkan untuk melakukan usaha. Salah satu komponen mesin diesel yang dapat dimodifikasi adalah Intake Manifold dimana pada intunner pipenya terdapat venturi. Dengan memodifikasi bentuk dan merubah diameter permukaan dalam venturi, maka flow udara yang masuk ke saluran intake (intake manifold) menjadi lebih banyak volume-nya dan lebih cepat suplai udara masuk ke dalam ruang pembakaran. Dengan penambahan volume udara ini, maka kinerja pembakaran akan lebih optimal lagi karena semakin banyaknya oksigen yang membantu pada proses pembakaran (proses pembakaran memerlukan oksigen) dan semakin cepat proses pembakaran terjadi. Dengan modifikasi diameter venturi diharapkan mampu meningkatkan unjuk kerja motor diesel yang akan diuji dengan metode simulasi pada software GT-Power. Hasil simulasi ini nanti akan menunjukkan perubahan unjuk kerja motor diesel yang lebih baik dari sebelumnya yang terlihat dari perubahan BHP (k.W), BMEP (bar), SFC (g/kW.h), Efisiensi mekanik (ηm), Effisiensi Volumetrik (ηf), Brake Torque (T),( ) (g ) (η ) (η ) q ( ) Tekanan maksimum dalam silinder yang akan dibandingkan pada tiap perubahan RPM dari beberapa model venturi pada simulasi tersebut.

Kata kunci : Motor Diesel, Intake Manifold (Venturi), Unjuk Kerja Motor Diesel, GT-Power

A. Perumusan Masalah

Berdasarkan uraian diatas dapat diambil perumusan

I. PENDAHULUAN

Berdasarkan uraian diatas, dapat diambil perumusan

masalah dalam penulisan Tugas Akhir ini yaitu :

Apakah modifikasi bentuk dengan perubahan

diameter intake manifold (Venturi ) memberikan efek

terhadap kenaikan performansi engine ?

p

g

B. Batasan Masalah

(3)

c) Analisa perbandingan torsi maksimum, brake mean effective pressure

(BMEP) engine diesel, daya maksimum (BHP) , konsumsi bahan bakar

spesifik (SFC) serta flow fluida dan tekanan pada silinder engine diesel yang

dihasilkan sebelum dan setelah modifikasi bentuk dan perbesaran diameter

intake manifold (venturi) berdasarkan pada hasil simulasi pada motor diesel

Yanmar L 100.

d) Variasi perbesaran diameter venturi dilakukan dengan perubahan sudut

masuk (inlet angle) dan sudut keluar (out angle ) pada venturi sebesar 25

o

_{, 30}

o

_,

40

o

_{, 50}

o

_{, 60}

o

_.

) P f

t

di

l di

li

b d

k

i i

t

(RPM

i )

e) Performa motor diesel dianalisa berdasarkan variasi putaran (RPM mesin)

yakni pada 500,1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, dan 4000 RPM.

C. Tujuan Penulisan

Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini berdasarkan uraian diatas

adalah :

a.

Membuat intake manifold baru (Venturi) dengan berbagai bentuk

berbeda dan diameter yang bervariasi.

b.

Menganalisa efek modifikasi manifold intake (Venturi) terhadap

performansi diesel engine.

D. Manfaat Penulisan

Adapun manfaat yang dapat diambil dari penulisan Tugas Akhir ini

adalah :

a.

Menghasilkan

intake

manifold

baru

(Venturi)

dengan

berbagai

modifikasi bentuk dan diameter yang lebih bervariasi

modifikasi bentuk dan diameter yang lebih bervariasi.

b.

Memberikan wacana kedepan dalam modifikasi komponen diesel engine

jika terbukti perubahan intake manifold (Venturi) dapat memberikan

performansi kerja diesel lebih baik.

(4)

II. TINJAUAN PUSTAKA

1. Teori Diesel Engine

2. Teori Aliran fluida

3. Teori Intake manifold (venturi)

4. Spesifikasi bahan bakar

b

d

b h

b k

5. Teori perbandingan udara dan bahan bakar

6. Teori dan rumus performansi Diesel Engine

Continue……

1. Teori Mesin diesel

Karakteristik

a)

Mesin diesel adalah jenis khusus dari motor bakar dalam

b)

Karakteristik mesin diesel mesin penyalaan

c)

Mesin diesel menghasilkan puntiran yang tidak tergantung pada kecepatan

mein engine.

d)

Mesin diesel juga mempunyai effisiensi panas yang lebih dari pada motor

bakar lainnya.

e)

Dengan sedikit bahan bakar untuk setiap penyediaan daya yang sama serta

penggunaan bahan bakar yang lebih murah dari pada bensin.

(5)

LANGKAH KERJA DIESEL ENGINE 4 TAK

Motor diesel 4 tak melakukan 4 kali langkah torak atau 2 kali putaran poros engkol untuk menyelesaikan 1 siklus, 1 langkah torak adalah menggerakkan torak dari titik mati atas sampai titik mati bawah atau sebaliknya dalam satu siklus terjadi suatu proses isap kompressi kerja dan buang

isap, kompressi, kerja dan buang.

2. Teori Aliran Fluida

Aliran fluida pada umumnya ada 3 yaitu : 1.Laminer NRe < 2000, laminer 2 Transisi 2. Transisi 2000 < NRe < 4000, transisi 3. Turbulen 4000 < NRe, turbulen

Persamaan Reynold Number :

μ

ρ

DV

=

Re

Keterangan :

D = diameter pipa penampang V = kecepatan aliran udara ρ = massa jenis fluida µ = kerapatan udara

(6)

3. Teori Intake manifold

Venturi

Venturi adalah salah satu komponen dari intake manifold yang berfungsi untuk mengatur besar kecil dan cepat tidaknya udara yang masuk ke dalam silinder yang akan mengatur besar kecil dan cepat tidaknya udara yang masuk ke dalam silinder yang akan digunakan pada pembakaran di dalam ruang bakar engine. Udara dari lingkungan akan masuk melalui intake manifold menuju intrunner pipe yang di dalamnya terdapat venturi yang nantinya akan mengatur pergerakan udara yang masuk kedalam ruang bakar engine.

(7)

4. Spesifikasi bahan bakar solar

No Karakteristik Unit Batasan Metode Uji ASTM/lain MIN MAX ASTM IP 1 Angka Setana 45 - D-6136 2 Indeks Setana 48 - D4737 3 Berat Jenis pada 15 0 C Kg/m3 815 870

D-1298/ D-4737 4 Viskositas pada 40 0_C _Mm2_/sec ₂ ₅ _D-445

5 Kandungan Sulfur % m/m - 0.35 D-1552 6 Distilasi : T 95 0_C _- ₃₇₀ _D-86

7 Titik Nyala 0_C ₆₀ _- _D-93

8 Titik Tuang 0C - 18 D-97 9 Karbon Residu menit - Kelas I D-4530 10 Kandungan Air Mg/kg - 500 D-1744 11 Biological Grouth - Nihil

12 Kandungan FAME %v/v - 10 13

Kandungan

Metanol&Etanol %v/v Tak Terdetksi D-4815 14 Korosi bilah tembaga Menit - Kelas I D-130 15 Kandungan Abu %m/m - 0.01 D-482 16 Kandungan Sedimen %m/m - 0.01 D-473 17 Bilangan Asam Kuat mgKOH/gr - 0 D-664 18 Bilangan Asam Total mgKOH/gr - 0.6 D-664 19 Partikular Mg/l - - D-2276 20 Penampilan Visual -Jernih dan Terang 21 Warna No.ASTM - 3 D-1500

5. Perbandingan udara dan bahan bakar

Untuk memperoleh reaksi pembakaran yang baik diperlukan:

1. Perbandingan tertentu antara bahan bakar dengan udara.

Tabel 1 Proper Combining Proportion for Perfect Combustion Tabel 1 Proper Combining Proportion for Perfect Combustion

Fuel State Symbol cu ft O2 per cu ft O2 per lb O2 per lb air per cu ft O2 per cu ft air per cu ft fuel cu ft fuel lb fuel lb fuel lb fuel lb fuel Carbon Solid C ….. ….. 2.667 11.52 31.65 151.3 Hydrogen Gas H2 0.5 2.39 8 34.5 94.8 453 Carbon monoxide Gas CO 0.5 2.39 0.572 2.47 6.79 32.5 Sulfur Solid S ….. ….. 1 4.32 11.87 56.7 Methane Gas CH4 2 9.56 4 17.28 47.4 226.5 Ethane Gas C2H6 3.5 16.72 3.735 16.12 44.3 212 Propane Vapor C3H8 5 23.9 3.635 15.68 43.1 206.5 Butane Vaporp C4H10 6.5 31.1 3.585 15.48 42.6 203.5 Octane Liquid C8H18 ….. ….. 3.51 15.15 41.6 199

Tabel 2. 1 . (Gaseous Fuels, L. Shaidman (Editor), American Gas Association, New York, 1948.)

2. Pencampuran yang baik antara bahan bakar dengan udara. 3. Permulaan dan kelangsungan penyalaan campuran.

(8)

y

6. Rumus Performansi Motor Diesel

a) Brake Torsi dan Daya

b)Effi i

i M k

ik

Fb

T

=

P

=

2 π

NT

P

b)Effisiensi Mekanik

c)Fuel air ratio

d) Eff. Volumetrik

ig f ig b m

P

−

=

1 η

e) Mean Effective Pressure

)

(

)

.

(

28 .

6 )

(

₃

dm

V

m

N

xT

n

kPa

mep

d R

=

f a

m

&

)

(dm

V

_d

f) Konsumsi Bahan Bakar Spesific dan Effisiensi

) ( ) / ( ) / ( kW P s g f m J mg sfc = & Identifikasi dan perumusan masalah Study Literature Buku Paper Jurnal I t t Mulai

III. METODOLOGI

YES NO Internet Tugas Akhir Data Mesin Diesel Tipe L 100 Metode Simulasi Pemodelan Komputer Perubahan diameter Venturi Dalam Intake Manifold pipe Analisa data dengan CFD dan GT‐Power Kesimpulan

(9)

IV. ANALISA MASALAH

4. 1 Data‐data

Spesifikasi Mesin

Model

: Yanmar L 100

Bore

: 86.00 mm

Stroke

: 70.00 mm

Displacement

: 406.00 cc

Compresion ratio

: 20.28

Intake Valve open

: 469 CA

Exhaust valve open

: 191 CA

Exhaust valve open

: 191 CA

Intake valve open

: 361 CA

Exhaust valve close

: 325 CA

Ignition System

: Compression

Fuel intake system

: Direct injection

Fuel

: Diesel

Pada sistem kerja motor diesel yanmar L 100 diperoleh data intake

trunner yang belum diberikan venturi yaitu :

Panjang intrunner pipe : 100 mm

Diameter Inlet pipe : 65 mm

Diameter Outlet pipe : 50 mm

(10)

4.2 Pembuatan model Venturi

Perbesaran diameter venturi dilakukan dengan melakukan variasi sudut ilet (inlet angle) dan outlet venturi (outlt angle) sehingga aliran udara yang masuk melalui venturi bervariasi. Variasi sudut venturi yang dilakukan adalah sebesar 25o_{, 30}o_{, 40}o_,

50o_{dan 60}o_{. Ada 3 alternatif perubahan diameter venturi yang dilakukan yaitu :}

1. Perbesaran diameter venturi dengan variasi inlet angle. 2. Perbesaran diameter venturi dengan variasi outlet angle. 3. Perbesaran diameter venturi dengan variasi inlet dan outlet angle.

1. Perbesaran diameter venturi dengan variasi inlet angle 25o _{, 30}o _{, 40}o_{, 50}o _{dan 60}o

(11)

3. Variasi perbesaran diameter inlet dan outlet Venturi

Diameter model-model venturi

4.3 Analisa Flow fluida Venturi dan Performansi

Motor Diesel

4.3.1 Analisa Flow fluida pada variasi inlet dan otlet angle

venturi.

Dengan melakukan pemodelan venturi dengan melakukan perubahan inlet dan

outlet venturi dengan autocad 2007 diperoleh dimensi diameter Venturi dan

dilakukan convert dari aoto cad ke CFD. Analisa ini dilakukan pada velocity

udara awal pada intake manifold 16 m/s pada 3500 rpm dengan temperature udara

239K dan tekanan 1 atm. Dari analisa inlet dan outlet venturi diperoleh grafik

velocity, different pressure dan turbulan kinetic energy.

(12)

Adapun hasil analisis CFD dapat ditampilkan pada

Gambar dibawah ini :

Hasil Analisa

Meshing Venturi

A. Pengaruh perbesaran inlet angle pada venturi

Adapun hasil analisis CFD dapat ditampilkan pada

grafik dibawah ini :

Maximum Velocity in Venturi vs.

(13)

Pressure Difference in Venturi vs. Inlet Angle

Pembahasan :

Grafik diatas menampilkan bahwa pressure pada inlet venturi lebih tinggi dibandingkan dengan outlet. Perbedaan tekanan di awal dan akhir venturi adalah 3300 Pa pada 30° angle, 2350 Pa pada 40° angle, 6050 pada 50° angle and 5260 Pa pada 60° angle inlet. Turbulent kinetic energy, memiliki nilai yang paling kecil pada pusat venturi. Efek aliran turbulent venturi terbesar terdapat pada model venturi 60° inlet angle. Dan nilai velocity terendah pada inlet angle 60°. Dengan velocity yang lebih rendah, perbedaan tekanan yang tinggi dan turbulen kinetic energy yang lebih tinggi dalam venturi menghasilkan kinerja motor diesel yang lebih baik. Kecepatan rendah menyediakan waktu untuk memasukkan banyak udara dan melakukan percampuran dengan fuel lebih baik. Sebuah kecepatan yang lebih rendah dari campuran, perbedaan tekanan yang lebih tinggi dan lebih tinggi bergolak efek dalam venturi dapat menghasilkan kinerja venturir lebih tinggi kecepatan rendah menyediakan perbedaan menghasilkan kinerja venturir lebih tinggi. kecepatan rendah menyediakan, perbedaan tekanan yang tinggi bisa menarik aliran massa total yang lebih tinggi dan pengaruh turbulen tinggi memberikan kualitas yang lebih baik pencampuran. Dilihat dari sini, kesimpulan dapat ditarik bahwa venturi dengan inlet angle 60 ° sudut akan memberikan kinerja tertinggi campuran pencampuran, sehingga meningkatkan mesin kinerja.

(14)

B. Pengaruh perbesaran outled angle pada venturi

Pressure Difference in Venturi vs.

Outlet Angle Turbulent Kinetic Energy vs. _{Outlet Angle}

Maximum Velocity in Venturi vs. Outlet Angle

(15)

Pembahasan

Kecepatan aliran campuran melalui inlet venturi ke outlet dengan nilai maksimum 273,9 m / s di venturi untuk masuk sudut 25 ° seperti ditunjukkan pada tekanan di outlet venturi cukup tinggi daripada inlet kondisi untuk semua empat kombinasi venturi. Perbedaan tekanan pada awal dan akhir venturi itu dicatat sebagai 35 480 Pa untuk outlet angle 20° 37 310 Pa untuk outlet angle dicatat sebagai 35.480 Pa untuk outlet angle 20 , 37.310 Pa untuk outlet angle 30°, 42.740 Pa untuk outlet angle 40 °, 42.970 Pa untuk outlet angle 50 ° dan 43.650 Pa untuk outlet angle 60° . Adapun energi kinetik turbulen, itu sebesar nilai terendah di pusat venturi tersebut. Efek turbulent terjadi pada venturi dinding dengan sudut 50 ° memiliki energi kinetik turbulen yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan venturi lain sedangkan efek turbulen di bagian outlet angle 25°lebih rendah dengan kecepatan lebih tinggi.

Kesimpulan Sementara :p

Dengan melihat kesimpulan diatas maka dapat ditarik kesimpulan sementara bahwa jika dilakukan kombinasi antara inlet angle 60° dan outlet angle 25 ° akan menghasilkan aliran fluida yang cepat dan suplai fluida yang banyak pada proses pembakan fuel dalam ruang bakar mesin sehingga dapat menghasilkan performansi kerja mesin yang semakin tinggi.

4.3.2 Analisa Performansi Motor Diesel dengan Perbesaran Venturi

(16)

Gambar Nama Keterangan

New Membuat model simulasi GT-POST yang baru

Open Membuka file GT-POST yang sebelumnya sudah tersimpan Tile With

Template Library

Menampilkan kolom Library pada layar

Membuat Model GT-ISE Baru

Open Run Setup

Untuk membuka Run Setup Open Output

Setup

Untuk membuka output setup Open Case

Setup

Untuk membuka case setup Run

Simulation

Untuk menjalankan model yang sudah selesai dibuat

Halt / Suspend Simulation

Untuk menghentikan / menunda jalannya simulasi model

Flow Folder: EndEnvironment EngCylinder Pipe InjAF-RatioConn InjProfileConn OrificeConn - def (object) OrificeConn – bellmouth (object) ValveCamConn

Simulation jalannya simulasi model Open GT-

POST

Untuk membuka GT-POST setelah model selesai dijalankan Create Part

(ctrl + 2)

Untuk membuat (mengcopy) komponen model

Create Links (ctrl + 3)

Untuk menyambungkan antara masing-masing komponen model

FPropGas - indolene-vap (object) FPropGas - diesel-vap (object) FPropGas - n2-vap (object) FPropGas - o2-vap (object)

FPropLiqIncomp - indolene-combust (object) FPropLiqIncomp - diesel2-combust (object) FPropMixtureCombust - air (object)

Mech Folder:

EngineCrankTrain

(17)