ANALISA ALIRAN FLUIDA PROSES
EXHAUSTING
PADA
KNALPOT KOMPOSIT HYBRIDA BATANG KELAPA SAWIT
MELALUI METODE
COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ANDIKA NOVERI YENDRA NIM.100401024
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
ABSTRAK
.
Penelitian ini bermula dari proses pembuatan knalpot komposit berbahan baku utama batang kelapa sawit, dan selanjutnya menggunakan ANSYS 14.0 untuk mendapatkan kondisi aliran fluida dalam knalpot komposit yang terbuat dari batang kelapa sawit, hasil tersebut dibandingkan dengan kondisi aliran fluida yang berasal dari knalpot konvensional, juga temperatur dan tekanan yang didapat dari simulasi terhadap knalpot komposit dibandingkan terhadap kondisi yang didapat pada knalpot konvensional yang terbuat dari Carbon, Besi, dan Stainless Steel. Untuk nilai konduktivitas thermal dan massa jenis komposit : 1070.911 kg/m3 dan 10.705 W/m-K, nilai yang didapatkan lebih rendah dibandingkan knalpot dengan material konvensional lainnya. Selain itu hasil simulasi juga menunjukkan nilai temperatur, tekanan, dan aliran turbulensi yang dialami oleh knalpot komposit lebih rendah dbandingkan knalpot dengan material konvensional lainnya. Dimana untuk nilai temperatur knalpot komposit terhadap knalpot konvensional lebih rendah 0.344% - 1.26%, selanjutnya untuk nilai tekanan knalpot komposit terhadap knalpot konvensional lebih rendah 4% - 22%, dan untuk nilai energi kinetik turbulensi (aliran fluida) knalpot komposit terhadap knalpot konvensional lainnya lebih rendah 8% - 38%.
ABSTRACT
.
This research begins from manufacturing of composite exhaust which made from oil palm trunk. Furthermore, and then using ANSYS 14.0 to obtain fluid flow conditions in the composite exhaust made from oil palm trunk. The results compared with the fluid flow conditions from conventional exhaust,temperature and pressure which obtained from a simulation of the composite exhaust compared to the conditions in the conventional exhaust made of Carbon, Iron and Stainless Steel. The value of thermal conductivity and density of composites: 1070.911 kg / m3 and 10 705 W / mK, the value obtained is lower than the conventional exhaust.In addition, the simulation results also show the value of temperature, pressure, and turbulence flow experienced by composite exhaust is lower than conventional exhaust. The value of temperature composite exhaust to exhaust conventional lower 0.344% - 1.26%. Furthermore, the pressure value composite exhaustto the conventional exhaust lower 4% - 22%,and the value of turbulence kinetic energy (fluid flow) composite exhaust to the conventional exhaust lower 8% - 38%.
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Alhamdulillah segala puji bagi ALLAH SWT karena limpahan nikmat dan berkah dari-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Shalawat dan salam kepada baginda Rasulullah Muhammad SAW, sosok yang menghantarkan manusia dari zaman kejahiliyahan menuju zaman penuh ilmu pengetahuan.
Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana
Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera
Utara. Adapun judul skripsi yang dipilih diambil dari mata kuliah Proses Produksi
Non-Logam, yaitu “ANALISA ALIRAN FLUIDA PROSES EXHAUSTING
PADA KNALPOT KOMPOSIT HYBRIDA BATANG KELAPA SAWIT MELALUI SIMULASI MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSYS 14.0”
Dalam penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan,
motivasi, pengetahuan, dan lain-lain dalam penyelesaian skripsi ini. Penulis telah
berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan
disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur, serta
bimbingan dan arahan dari Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri sebagai Dosen
Pembimbing.
1. Kedua orang tua tercinta, Bapak Elfiza Yendra dan Ibu Ely Suryani serta
kedua adik saya Rifaldi Fajrin dan Nadia Putri Elfiani yang selalu
mendo’akan dan memberikan semangat kepada penulis sehingga skripsi bisa
terselesaikan.
2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri sebagai Dosen Pembimbing sekaligus
Kepala Departemen Teknik Mesin USU yang memberikan banyak sekali
pelajaran dan hikmah berharga selama penulis mengemban pendidikan serta
tak lupa bimbingan yang diberikan selama penulis mengerjakan penelitian
dan skripsi ini.
3. Rekan-rekan satu tim penelitian Fadlan, Jeffy, dan Tomo yang sudah
menyertai penulis selama penelitian ini berlangsung dari awal hingga akhir
4. Rekan-rekan seperjuangan angkatan 2010 Teknik Mesin USU Bayu, Sigit,
Aby, Fahmi, Ilham, Roji, Zaki, Afrinedi, Aldi dan lain-lain yang tak dapat
penulis sebutkan satu persatu yang memberikan bantuan, motivasi, dan
nasehat kepada penulis dalam pelaksanaan Tugas Akhir ini.
5. Rahmat Faizal, Ichsan Syah Lubis, Fikri Bariz, Dicky Arya Dharma yang
selalu memberi semangat dan motivasi.
6. Bang Fadhli dan Bang Amma senior di Teknik Mesin yang juga sudah
memberikan bantuan pengajaran kepada penulis dalam melewati
tahapan-tahapan penelitian ini.
7. Rekan-rekan di UKMI Ad-Dakwah USU, K3MI Al-Hadiid FT USU, dan
IMIB USU 2015 yang sudah memberikan bantuan fasilitas organisasinya dan
dorongan moril kepada penulis ketika mengerjakan penelitian ini.
Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan
sebagai pengembangan ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila
terdapat kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi
ini sebagai manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan
dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Akhir
kata penulis mengucapkan terimakasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi
seluruh kalangan yang membacanya.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Medan, November 2015
Penulis
Andika Noveri Yendra
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL... ix
DAFTAR NOTASI ... x
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Tujuan Penelitian ... 3
1.3 Batasan Masalah ... 4
1.4 Manfaat Pene;itian ... 4
1.5 Metodologi Penelitian ... 4
1.6 Sistematika Penulisan ... 5
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1 Batang Kelapa Sawit ... 6
2.1.1 Sifat Fisik Batang Kelapa sawit ... 6
2.1.2 Pemanfaatan Batang Kelapa Sawit ... 7
2.2 Komposit ... 8
2.3 Motor Bakar Torak ... 10
2.3.1 Motor Bensin ... 11
2.4 Konduktivitas Thermal ... 16
2.5 Aliran Fluida ... 17
2.5.2 Aliran Kompresibel dan Inkompresibel ... 18
2.5.3 Aliran Alami dan Paksa... 18
2.5.4 Aliran Laminar dan Turbulen ... 19
2.5.5 Bilangan Reynold ... 19
2.6 Perhitungan Dinamika Fluida ... 20
2.6.1 Penggunaan CFD... 23
2.6.2 Manfaat CFD ... 24
2.6.3 Metode Diskritisasi CFD ... 24
2.7 Metode CFD Menggunakan Perangkat Lunak FLUENT... 25
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ... 27
3.1 Proses Pre Processing ... 27
3.1.1 Proses Pembuatan Model ... 27
3.1.2 Menentukan Domain ... 28
3.1.3 Pembuatan Mesh ... 28
3.2 Menentukan Solution Solver ... 29
3.2.1 Menentukan Kondisi Batas ... 29
3.2.2 Pengaturan Simulasi ... 31
3.3 Menjalankan Simulasi ... 32
3.4 Variasi Desain Knalpot Komposit ... 33
3.5 Parameter Penting Yang Digunakan Sebelum Proses Running ... 34
3.6 Diagram Alir Penelitian ... 42
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 43
4.1 Pendahuluan ... 43
4.2 Hasil Simulasi ... 43
4.2.1 Hasil Simulasi Knalpot Carbon ... 44
4.2.3 Hasil Simulasi Knalpot Stainless Steel ... 47
4.2.4 Hasil Simulasi Knalpot Komposit ... 49
4.3 Perbandingan Hasil Simulasi Knalpot Komposit ... 52
BAB V HASIL DAN KESIMPULAN ... 56
5.1 Kesimpulan ... 56
5.2 Saran ... 56
DAFTAR PUSTAKA ... 58
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram T-s dan Diagram P-v ... 13
Gambar 2.2 Proses Pembakaran 4 Langkah ... 15
Gambar 2.3 Diagram P-V ... 15
Gambar 2.4 Region Aliran Laminar dan Turbulen Pada Plat Datar ... 19
Gambar 2.5 Konservasi Massa Pada Elemen Fluida ... 21
Gambar 2.6 Konservasi momentum pada elemen fluida ... 22
Gambar 3.1 Model Knalpot Dengan Bentuk Lingkaran ... 27
Gambar 3.2 Computational Domain ... 28
Gambar 3.3 Bentuk Mesh Default ... 29
Gambar 3.4 Kondisi Batas “input”... 30
Gambar 3.5 Kondisi Batas “knalpot” ... 30
Gambar 3.6 Kondisi Batas “outflow” ... 31
Gambar 3.7 Grafik Iterasi Setelah Proses Running ... 32
Gambar 3.8 Desain Knalpot 2 Sekat dan 4 Sekat ... 33
Gambar 3.9 Perbandingan Distribui Tekanan Antara 2 Variasi Sekat ... 34
Gambar 3.10 Properties Karbondioksida ... 35
Gambar 3.11 Spesimen Untuk Mendapatkan Nilai K ... 38
Gambar 3.12 Alat uji Mendapatkan Nilai K ... 38
Gambar 4.1 Segmentasi Domain Yang Akan Dihitung ... 43
Gambar 4.2 Hasil Simulasi Knalpot Carbon ... 44
Gambar 4.3 Aliran Fluida Pada Knalpot Carbon ... 45
Gambar 4.4 Hasil Simulasi Knalpot Iron ... 46
Gambar 4.5 Aliran Fluida Pada Knalpot Iron ... 47
Gambar 4.6 Hasil Simulasi Knalpot Stainless Steel ... 48
Gambar 4.7 Aliran Fluida Pada Knalpot Stainless Steel... 49
Gambar 4.8 Hasil Simulasi Knalpot Komposit ... 50
Gambar 4.9 Aliran Fluida Pada Knalpot Komposit ... 51
Gambar 4.10 Perbandingan Hasil Simulasi Untuk Parameter Temperatur.... 53
Gambar 4.11 Perbandingan Hasil Simulasi Untuk Parameter Tekanan ... 54
Gambar 4.12 Perbandingan Hasil Simulasi Untuk Parameter Reynold ... 54
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Sifat –Sifat Fisik Pada Bagian Batang Kelapa Sawit ... 7
Tabel 3.1 Parameter dan Asumsi Yang Digunakan Dalam Simulasi CFD .... 31
Tabel 3.2 Pengaturan Simulasi Pada FLUENT ... 32
Tabel 4.1 Hasil Simulasi Knalpot Carbon... 44
Tabel 4.2 Nilai Bilangan Reynold Aliran Fluida Pada Knalpot Carbon ... 45
Tabel 4.3 Hasil Simulasi Knalpot Iron ... 46
Tabel 4.4 Nilai Bilangan Reynold Aliran Fluida Pada Knalpot Iron ... 47
Tabel 4.5 Hasil Simulasi Knalpot Stainless Steel ... 48
Tabel 4.6 Nilai Bilangan Reynold Aliran Fluida Pada Knalpot Stainless ... 49
Tabel 4.7 Hasil Simulasi Knalpot Komposit... 50
Tabel 4.8 Nilai Bilangan Reynold Aliran Fluida Pada Knalpot Komposit .... 51
Tabel 4.9 Nilai Energi Kinetik Turbulensi Knalpot ... 52
Tabel 4.10 Perbandingan Hasil Simulasi Parameter Temperatur ... 52
Tabel 4.11 Perbandingan Hasil Simulasi Parameter Tekanan ... 53
DAFTAR NOTASI
SIMBOL KETERANGAN SATUAN
U Energi dalam Kkal
W Usaha/Kerja mkg
Qin Perpindahan Panas Masuk Kkal/kg
Qout Perpindahan Panas Keluar Kkal/kg
T Temperatur K
K Konduktivitas Thermal W/m-K
Q Kalor Joule
t waktu Second
L Ketebalan/panjang m
A Luas Penampang m2
Tetapan stefan-boltzman Wm-2K-4
