474 SENASPRO 2016 | Seminar Nasional dan Gelar Produk
Nurul Hidayat1), Prantasi Harmi Tjahjanti2)
1,2)Prodi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Sidoarjo (UMSIDA)
Jalan Raya Gelam 250, Candi Sidoarjo 61217, Indonesia Phone: 0062-31-8945444, Fax: 0062-31-89493331)
Email: 1) yatdayyat gmail.com ; 2)[email protected] ; 2)[email protected]
ABSTRAK
Produk electroplating home industry di Pasuruan di pakai untuk spare part variasi sepeda motor, dimana bahan-bahan baku untuk proses electroplating pada umumnya banyak berupa zat asam sehingga menghasilkan gas/bau asam yang cukup menyengat dari hasil proses degreasing. Oleh karena itu di butuhkan desain alat untuk meminimalisir bau/gas tersebut. Desain alat menggunakan metode Computational Fluid Dynamics (CFD) yaitu suatu sistem software yang digunakan untuk menganalisa aliran fluida berupa kecepatan, tekanan, massflow, volumflow, perpindahan kalor di dalam dan di luar pipa berbasis simulasi dari data komputer. Desain alat yang dibuat menunjukkan terjadi penurunan tekanan sebesar 3,18 Pa dan kecepatan keluaran sebesar 1,77 m/s. Hasil optimum diperoleh untuk kecepatan keluaran udara pada diameter pipa 50,8 mm dengan kecepatan keluar 16,37 m/s dengan penurunan tekanan 10,19 Pa.
Keywords: Desain alat penghisap gas/bau asam, home industry electroplating, Computational Fluid Dynamics (CFD)
1. PENDAHULUAN
Industry penyepuhan di Pasuruan yang bergerak pada pewarnaan komponen otomotif yaitu (Electroplating) ini berproduksi berdasarkan permintaan customer, seperti spion, handle rem, handle coupling dan lainnya. Home Industry ini melakukan tahap proses diantaranya penghilangan lemak (degreading) → pembilasan → desacalling → pembilasan → pengasaman → pelapisan → pembilasan (air) → penjemuran. Sebelum masuk ke proses electroplating atau pengasaman, logam dihilangkan dari minyak dan sisa-sisa kotoran dengan proses degreading.
Karena perlu perendaman maka proses degreading ini membutuhkan bak berisi larutan HCl. Hasil dari limbah emisi gas dibutuhkan pembuangan yang cepat. Oleh karena itu dibutuhkan desain alat penghisap gas / bau asam yang memadai dari alat yang sudah ada pada Home Industry Electroplating di Pasuruan yang dapat dilihat pada alat penghisap gas / bau asam Gambar 1 di bawah ini.
Seminar Nasional dan Gelar Produk | SENASPRO 2016 475
2. METODOLOGI
Secara lengkap diagram alir pelaksanaan penelitian dituangkan dalam Gambar 2.
Gambar 2. Diagram alir pelaksanaan penelitian
Alat Penghisap Gas / Bau Asam yang Sudah Ada
Analisa Kecepatan dan tekanan Aliran Pipa Desain
Simulasi
selesai
Diameter 63,5 mm Diameter 50,8 mm Diameret 38,1 mm
Analisa alat yang sudah ada
Ada masalah
PERMASALAHANPRMASALAHdalam rancangan
Alat blower literatur
Hasil tercepat keluaran udara
kesimpulan Analisa hasil
476 SENASPRO 2016 | Seminar Nasional dan Gelar Produk panjang pipa 90 mm (Gambar 4,5, dan 6).
Gambar 3 Desain 2D pipa yang akan di analisa
Berikut desain pipa panjang 90 mm dengan diameter 63,5 mm yang dapat dilihat pada Gambar 4 dibawah ini,
Gambar 4 Diameter pipa varian 1 dengan diameter 63,5 mm
Gambar 5 Diameter pipa varian 2 diameter 50,8 mm
Seminar Nasional dan Gelar Produk | SENASPRO 2016 477
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil data diperoleh Q = debit / laju alir volum 0,05 m3/s dan A = luas pdiperenampang varian
pipa diperoleh 0,0031 m2 . Berdasarkan beberapa kali percobaan pengukuran didapatkan kecepatan
rata – rata aliran pada pipa utama sebesar 1,9 m/s.
Menghitung luas penampang pipa masuk utama alat gas/bau asam diperoleh 0,0045 m2 dan Q =
0,0085 m3/s. Koefisien gesek di asumsikan nol (0), maka di dapatkan data seperti tabel 1 di bawah ini.
Tabel 1 Data hasil pngukuran alat
Var L (m) D1 D2 (m) 1 0,09 0,0635 0,0762 2 0,09 0,0508 0,0762 3 0,09 0,0381 0,0762 VAR A1 A2 P ATM (PA) 1 0,0031 0,0045 103325 2 0,0020 0,0045 103325 3 0,0011 0,0045 103325 VAR T (°C) Q1 Q2 1 37 0,05 0,0085 2 37 0,033 0,0085 3 37 0,018 0,0085
Input data simulasi
Berdasarkan data pengukuran dan perhitungan, maka di dapatkan data sebagai input data simulasi untuk CFD untuk menganalisa kecepatan dan tekanan aliran pada alat penghisap gas bau/asam di home industry electroplating Pasuruan, diperoleh gambaran desain boundary condition untuk menginput nilai pada solidworks flowsimulation untuk simulasi CFD pada saluran pipa alat penghisap gas bau/asam, dapat dilihat pada Gambar 7 dibawah ini.
Gambar 7 Pemodelan 3D
a. Varian 1
Varian 1 yaitu input dengan dimensi pipa terbesar yaitu 2” atau 0,0508m yang memiliki selisih laju alir volum yang tidak terlalu besar, besar debit nya dapat dilihat pada Tabel 2 di bawah
Input pipa utama Input blower
Output tekanan
478 SENASPRO 2016 | Seminar Nasional dan Gelar Produk laju aliran volum blower 0,05 m/s laju aliran volum pipa
utama dari ruang 0,0085 m
3/s
output tekanan statik 103325 Pa b. Varian 2
Varian 2 ini input menggunakan dimensi sambungan dengan diameter pipa 1,5” atau 0,0381m, nilai debit dapat dilihat pada Tabel 3 dibawah ini
Tabel 3 Boundary Condition input data simulasi varian 2
laju aliran volum blower 0,033m3/s
laju aliran volum pipa
utama dari ruang 0,0085 m
3/s
output tekanan statik 103325 Pa c. Varian 3
Varian 3 yaitu input dengan menggunakan diameter pipa sebesar 1”atau 0,0254, pada varian ini selisih debit sangatlah jauh, besar nilai nya dapat dilihat pada Tabel 4 di bawah ini
Tabel 4 Boundary Condition input data simulasi varian 3
laju aliran volum blower 0,018m3/s
laju aliran volum pipa
utama dari ruang 0,0085 m
3/s
output tekanan statik 103325 Pa
Data Simulasi
Simulasi pada solidworks flow simulation versi 2012, ditentukan beberapa target perhitungan (surface goal) yang nantinya hasil dari perhitungan dipergunakan sebagai bahan untuk analisa di dalam saluran alat penghisap gas/bau asam dengan memvariasikan dimensi atau ukuran pipa sambungan dari optimasi blower untuk menemukan pemakaian ukuran yang paling efektif.
Dari hasil simulasi yang dilakukan berikut nilai yang didapat dari tekanan masuk dan keluar pada pipa utama beserta kecepatannya, data lengkap hasil simulasi CFC alat penghisap gas/bau asam dapat dilihat pada Tabel 5 dan 6 di bawah ini
Tabel 5 Data simulasi alat penghisap yang ada
Q (m3/s) P1 (Pa) P2 (Pa) ΔP (Pa) 0,0085 103327,86 103324,68 3,18 V1 (m/s) V2 (m/s) ΔV (m/s) 2,07 1,77 0,3
Seminar Nasional dan Gelar Produk | SENASPRO 2016 479
Tabel 6 Data hasil simulasi optimasi varian pipa
Var D (m) Qblower (m3/s) P1 (Pa) 1 0,0635 0,05 103443,02 2 0,0508 0,033 103336,89 3 0,0381 0,018 103331,64 Var D (m) Qblower (m3/s) P1 (Pa) ΔP (Pa) V1 (m/s) V2 (m/s) ΔV (m/s) 94,47 2,07 14,52 12,45 10,19 3,27 16,37 13,1 6,64 3,20 9,88 6,68 ΔP (Pa) V1 (m/s) V2 (m/s) ΔV (m/s) Keterangan :
D : Diameter optimasi pipa blower Qblower : Laju alir volum / Debit
P1 : Tekanan masuk dari ruang pembakaran
P2 : Tekanan keluar menuju tandon
V1 : Kecepatan masuk dari ruang pembakaran
V2 : Kecepatan keluar menuju tandon
Data Simulasi Tekanan
Berdasarkan hasil perhitungan CFD dengan solidwork flow simulation, maka didapat hasil data visual tekanan yang terjadi pada pipa utama, seperti yang dapat dilihat dimulai pada Gambar 8, 9, 10 dan 11 dibawah ini,
A. Alat penghisap
480 SENASPRO 2016 | Seminar Nasional dan Gelar Produk B. Tekanan Varian 2 hasil pada Gambar 12 dan 13.
Gambar 12 Cut Plot Tekanan Varian 2 Gambar 13 Flow Trajectories Tekanan Varian 2
C. Tekanan Varian 3 hasil pada Gambar 14 dan 15
Gambar 14 Cut Plot Tekanan Varian 3 Gambar 15 Flow Trajectories Tekanan Varian 3 Data Simulasi Kecepatan
Dari proses kalkulasi CFC oleh solidworks flow simulation didapatkan data visual kecepatan didalam pipa utama alat penghisap gas bau/asam, berikut data visual ditunjukkan dimulai pada gambar 16 dan 17 kecepatan alat di bawah ini. Kecepatan varian 1pada gambar 19 dan 20. Kecepatan varian 2 pada gambar 21 dan 22 dan kecepatan varian 23 dan 24.
Seminar Nasional dan Gelar Produk | SENASPRO 2016 481
Gambar 19 Kecepatan Varian 1 Gambar 20 Kecepatan Varian 1 Cut Plot Flow Trajectories Kecepatan
Gambar 21 Cutplot Kecepatan Varian 2 Gambar 22 Flow Trajectories Kecepatan Varian 2
Gambar 23 Cut plot Kecepatan Varian 3 Gambar 24 Flow Trajectories Kecepatan Varian 3
Data yang di dapat dari hasil kalkulasi CFD dengan software solidworks flow simulation menunjukkan karakter aliran yang terjadi pada saluran pipa alat penghisap gas bau/asam yang kemudian data – data di input ke dalam MS.Exel adalah sebagai berikut :
1. Analisa tekanan
Berdasarkan data dapat diamati pada kolom ΔP = P1 – P2, besar diameter varian 1,2 dan 3
bernilai (+) (Gambar 25) yang artinya tidak terjadi tekanan balik pada semua variabel percobaan. Tekanan yang masuk pada ruang pembakaran lebih besar dari tekanan keluarnya. Berikut diagram dari data ΔP dengan D dapat dilihat pada gambar dibawah ini
Gambar 25 Perbandingan ΔP vs D
2. Kecepatan
Dalam kasus ini analisa kecepatan yang terjadi pada pipa keluar tidak begitu besar aliran yang terjadi, ditinjau dari hasil simulasi yang di dapat sebagai mana dapat dilihat seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini.
482 SENASPRO 2016 | Seminar Nasional dan Gelar Produk 0 10 20 V2 D
V2 vs D
V2 D Gambar 26 Perbandingan V2 vs D 4. KESIMPULANKesimpulan dalam peelitian ini adalah:
1. Setelah melakukan penganalisaan dengan CFD alat penghisap gas bau/asam dapat diketahui terjadi penurunan tekanan yaitu 3,18 Pa dan kecepatan keluaran sebesar 1,77 m/s. sedangkan hasil percobaan yang didapat dengan 3 varian diameter pipa dapat melampirkan hasil penelitian pada varian diameter pipa varian 1 63,5 mm dengan selisih tekanan 94,47 Pa dan kecepatan 14,52 m/s, varian 2 50,8 mm dengan selisih tekanan 10,19 Pa dan kecepatan 16,37 m/s, varian 3 38,1 mm dengan selisih tekanan 6,64 Pa dan kecepatan 9,88 m/s
2. Berdasarkan perhitungan dari simulasi solidworks flow simulation diperoleh hasil optimum yaitu kecepatan keluaran udara pada varian 2 dengan diameter 50,8 mm dengan kecepatan keluar 16,37 m/s dengan penurunan tekanan 10,19 Pa.
Daftar Pustaka
[1] A. Nouwen. 1981. Pompa. Jilid 1. Bhratara karya aksara. Jakarta
http://mechanic-mechanicalengineering.blogspot.co.id/2011/03/pompa-pump.html. diakses 19 April 2016 7.30 WIB. [2] http://wongcilikjr.blogspot.co.id/2012/03/daftar-koefisien-viskositas.html [3] http://faisalembee.blogspot.co.id/2016/01/bilangan-reynolds-reynolds-number-dalam.html [4] https://id.wikipedia.org/wiki/Massa_jenis [5] http://aku-egie.blogspot.co.id/2010/01/definisi-dan-sifat-sifat-fisik-fluida.html fisikaveritas.blogspot.co.id/2014/03/tentang-computational-fluid-dynamics-cfd.html [6] Ir.Orianto,M. , Ir.Pratikto W.A. 1989. Mekanika Fluida 1. BPFE. Yogyakarta.
[7] Kusumo, B.P. (2012), Analisa Aliran Udara pada Pipa Annulus Proto X-1 Menggunakan CFD, Skripsi, Universitas Indonesia, Depok.
[8] Muslimu, F.A. (2012), Analisa Aliran Udara pada Elbow Proto X-1 Menggunakan CFD, Skripsi, Universitas Indonesia, Depok.
