SIMULASI COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS PENGARUH BENTUK VELOCITY STACK TERHADAP LAJU ALIRAN UDARA KE DALAM RUANG BAKAR

(1)

SKRIPSI

SIMULASI COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS PENGARUH BENTUK VELOCITY STACK TERHADAP

LAJU ALIRAN UDARA KE DALAM RUANG BAKAR

Disusun Oleh:

Lukman Hakim 1710502026

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN S1 JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS TIDAR

2022

(2)

ii

(3)

iii

(4)

iv

(5)

v

MOTO DAN PERSEMBAHAN A. MOTO

1. “Jika anda takut gagal, anda tidak pantas untuk sukses”. - Babe Ruth.

2. “Saya tidak peduli mereka mencuri ide saya, tapi saya peduli bahwa mereka tidak memiliki ide mereka sendiri”. -Nikola Tesla

3. “Selama merasa yang dilakukan adalah kebenaran, maka jangan takut untuk menghadapinya”.

4. “Try not become man of success, but rather become a man of value”.- Albert Einstein.

B. PERSEMBAHAN

1. Skripsi ini saya persembahkan kepada orang hebat dalam hidup saya yaitu kedua orangtua, Bapak Sigit Irianto dan Ibu Sri Leni Yunsari. Keduanya lah yang membuat segalanya menjadi mungkin sehingga saya bisa sampai pada tahap di mana skripsi ini akhirnya selesai. Terima kasih atas segala pengorbanan, nasihat dan doa baik yang tidak pernah berhenti kalian berikan kepadaku.

2. Kepada sanak saudara saya dan seluruh Keluarga Mbah Djakir dan Mbah Romelah yang selalu ada disaat saya butuh bantuan dan juga menemani kehidupan saya sejak masa bermain di lingkungan desa hingga sekarang akhirnya bisa menyelesaikan program studi sarjana.

3. Kepada Civitas Akademik Universitas Tidar dan terkhusus untuk Bapak Ibu dosen Jurusan Teknik Mesin yang telah membimbing selama belajar dikampus, khususnya kepada Bapak Xander Salahudin selaku Pembimbing Akademik, kemudian Bapak Arif Rahman Saleh dan Ibu Endang Mawarsih selaku dosen pembimbing dalam penyusunan skripsi, dimana telah mengajarkan banyak ilmu yang bermanfaat untuk bekal di masa depan dan membuat karakter diri ini lebih baik dan dewasa lagi kedepannya.

4. Kepada keluarga Bapak Asrofi yang sudah sering saya repotkan, yang selalu ada untuk memberikan banyak bantuan selama menjalani perkuliahan, dari

(6)

vi

awal perkuliahan hingga saat ini sudah tak terkira bantuan yang telah beliau berikan kepada saya, baik bantuan materi ataupun moril.

5. Kepada teman seperjuangan yang telah berproses bersama sejak awal perkuliahan hingga saat ini yaitu Adima, Bagas, Yusuf, Safek dan yang tersayang yang telah memberikan banyak support baik mental dan sosial yaitu perempuan yang saya temui pada akhir tahun 2018 yaitu Nicky Fahriyanti Salasa.

6. Tidak lupa saya persembahkan kepada semua sahabat dan teman yang selalu ada yang terlalu banyak untuk saya sebutkan dalam memberi bantuan di saat saling membutuhkan. Terima kasih sudah menjadi sahabat yang baik.

(7)

vii

KATA PENGANTAR

Segala puji serta syukur kehadirat Allah SWT atas berkah, rahmat dan hidyah-Nya yang senantiasa diberikan bagi penulis, sehingga bisa menuntaskan skripsi dengan judul “Simulasi Computational Fluid Dynamics Pengaruh Bentuk Velocity Stack Terhadap Laju Aliran Udara Ke Dalam Ruang Bakar” dimana menjadi syarat guna menuntaskan Program Sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tidar.

Penulis menyadari bila penulisan ini tidak bisa terselesaikan tanpa dukungan dari sejumlah pihak baik moril ataupun materil. Maka dari itu, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih bagi seluruh pihak yang sudah membantu dapadalam penyusunan skripsi ini terkhusus kepada:

1. Dr. Ir. Sapto Nisworo, M.T.,IPU selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Tidar,

2. Trisma Jaya Saputra,S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin, Universitas Tidar dalam proses penyusunan skripsi,

3. Catur Pramono, S.T., M.Eng., selaku Koordinator Program Studi Teknik Mesin S1 Universitas Tidar,

4. Dr. Arif Rahman Saleh, S.T., M.T., selaku Pembimbing I dalam proses penyusunan skripsi,

5. Dr. Dra Endang Mawarsih, M. Sc, selaku Pembimbing II dalam proses penyusunan skripsi,

6. Kedua orangtua dan keluarga dirumah yang sudah memberi doa serta dukungan untuk menuntaskan tugas akhir,

7. Seluruh Bapak/Ibu dosen dan staf Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan pengetahuan yang semoga bermanfaat dalam nilai-nilai kehidupan selama masa perkuliahan,

8. Keluarga Bapak Asrofi yang seringkali saya repotkan dan tidak sedikit pula menghidupi saya di tanah rantau,

9. Teman diskusi dan berkeluh kesah, teman satu kontrakan, dan teman satu tongkrongan yaitu Adima, Bagas, Yusuf, Gigih, Safek, dan lainnya yang

(8)

viii

tidak bisa saya ebutkan satu per satu, yang selalu ada untuk membantu dan siap untuk direpotkan,

10. Rekan-rekan seperjuangan Teknik Mesin 2017, kakak tingkat, adik tingkat dan juga seluruh rekan yang telah mendukung dan mengajarkan arti penting solidaritas,

11. Untuk seluruh pihak yang telah membantu dan terlibat dalam penyusunan tugas akhir saya,

Penulis menyadari bila skripsi ini masih jauh dari sempurna disebabkan terbatasnya pengalaman serta wawasan yang dimiliki penulis. Maka, penulis mengharapkan semua bentuk saran serta masukan hingga kritik yang membangun dari sejumlah pihak. Semoga skripsi ini bisa berguna bagi para pembaca serta seluruh pihak khususnya pada bidang teknik mesin.

Magelang, 10 Oktober 2022 Penulis

Lukman Hakim NPM 1710502026

(9)

ix DAFTAR ISI

HALAMAN PENGESAHAN DEWAN PEMBIMBING ... i

HALAMAN PERNYATAAN ... ii

HALAMAN PENGESAHAN DEWAN PENGUJI ... iii

MOTO DAN PERSEMBAHAN ... iv

KATA PENGANTAR ... vii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR TABEL ...xv

ABSTRAK ... xvi

ABSTRACT ... xvii

BAB I PENDAHULUAN ...1

1.1 Latar Belakang ...1

1.2 Rumusan Masalah ...4

1.3 Batasan Masalah...4

1.4 Tujuan Penelitian ...5

1.5 Manfaat Penelitian ...5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...6

2.1 Kajian Pustaka ...6

2.2 Landasan Teori ...8

2.2.1. Motor bakar bensin 4 langkah ...8

2.2.2. Throttle Body ...9

2.2.3. Kecepatan ...10

2.2.4. Tekanan ...10

2.2.5. Laju Aliran Massa ...10

2.2.6. Computational Fluid Dynamics ...10

2.2.7. Ansys Fluent ...12

2.2.8. Turbolensi ...12

BAB III METODE PENELITIAN ...14

3.1 Tempat dan Waktu ...14

(10)

x

3.2 Alat dan Bahan Penelitian ...14

3.2.1. Alat ...14

3.3 Metode Penelitian ...15

3.4 Variabel Penelitian ...21

3.4.1. Variabel bebas ...21

3.4.2. Variabel terikat ...22

3.4.3. Variabel kontrol ...22

3.5 Teknik Pengumpulan Data ...22

3.5.1. Studi literatur ...22

3.5.2. Studi laboratorium ...22

3.6 Teknik Analisis Data ...22

3.7 Rancangan Penelitian ...22

3.8 Prosedur Penelitian ...23

3.8.1. Studi literatur ...24

3.8.2. Eksperimen dan pengambilan data ...24

3.8.3. Simulasi CFD ...24

3.8.4. Analisi Data ...25

3.8.5. Penarikan Kesimpulan ...25

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...26

4.1 Hasil………..26

4.1.1. Turbulent Kinetic Energi ...26

4.1.2. Pressure ...31

4.1.3. Eddy Viscosity ...35

4.1.4. Kecepatan……….33

4.2 Pembahasan ...46

4.2.1. Turbulent Kinetic Energi ...46

4.2.2. Pressure ...47

4.2.3. Eddy Viscosity ...48

4.2.4. Kecepatan……….40

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...52

5.1. Kesimpulan ...52

(11)

xi

5.2. Saran………43 DAFTAR PUSTAKA ...54 LAMPIRAN ...55

(12)

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1 Software Ansys fluent R18.1 ...15

Gambar 3.2 Software Solidwork ...15

Gambar 3.3. Gambar Project Solidwork ...16

Gambar 3.4. Gambar desain wall velocity stack ...16

Gambar 3.5. Gambar extrude cut ...17

Gambar 3.6. Gambar penambahan inlet velocity stack ...17

Gambar 3.7. Gambar exrude cut center velocity stack ...17

Gambar 3.8. Gambar Workbench ...18

Gambar 3.9. Gambar daftar fitur dalam workbench ...18

Gambar 3.10. Gambar input geometri...19

Gambar 3.11. Gambar proses meshing ...19

Gambar 3.12. Gambar penentuan batasan...19

Gambar 3.13. Gambar iterasi dan calculation ...20

Gambar 3.14. Gambar penyajian hasil simulasi ...20

Gambar 3.15. Gambar pemberian plane pada center velocity stack ...20

Gambar 3.16. Gambar pengambilan data spesifik ...21

Gambar 3.17. Gambar penambahan vector pada hasil simulasi ...21

Gambar 3.18. Diagram alir penelitian ...23

Gambar 4.1 turbulent kinetic energy sudut 32^o dengan panjang inlet 10 mm ...26

Gambar 4.3 turbulent kinetic energy sudut 30 dengan panjang inlet 10 mm ...28

Gambar 4.4 turbulent kinetic energy sudut 30^odengan panjang inlet 15 mm ...28

Gambar 4.5 turbulent kinetic energy sudut 27^odengan panjang inlet 10 mm ...29

Gambar 4.7 pressure sudut 32^odengan panjang inlet 10 mm ...31

Gambar 4.8 pressure sudut 32^o dengan panjang inlet 15 mm ...32

(13)

xiii

Gambar 4.13 eddy viscosity sudut 32^o dengan panjang inlet 10 mm. ...35

Gambar 4.14 eddy viscosity sudut 32^odengan panjang inlet 15 mm. ...36

Gambar 4.15 eddy viscosity sudut 30^o dengan panjang inlet 10 mm ...37

Gambar 4.16 eddy viscosity sudut 30^odengan panjang inlet 15 mm ...37

Gambar 4.19 profil kecepatan sudut 32^o dengan panjang inlet 10 mm ...40

Gambar 4.25. Simulasi 1………62

Gambar 4.26. Simulasi 2 ...46

Gambar 4.27. Simulasi 3………...…….62

(14)

xiv

(15)

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Tabel simulasi velocity stack terhadap nilai turbulence kinetic energy46 Tabel 4.2. Tabel simulasi velocity stack terhadap nilai pressure ...47 Tabel 4.3. Tabel simulasi velocity stack terhadap nilai eddy viscosity ...48 Tabel 4.4. Tabel simulasi velocity stack terhadap nilai kecepatan (velocity) ...50

(16)

xvi ABSTRAK

Di era teknologi saat ini mesin otomotif dituntut untuk membentuk performa tinggi menggunakan taraf konsumsi bahan bakar rendah. Laju aliran udara yang masuk ke dalam ruang bakar dipengaruhi oleh turbolensi yang terjadi di throttle body. Throtle body memiliki peranan mengatur udara yang masuk dalam intake manifold dan di teruskan ke ruang bakar. Velocity stack yaitu komponen berbentuk terompet. Hal ini dibuat untuk mengarahkan udara agar lebih mudah masuk ke ruang bakar, dengan cara mengurangi turbolensi dalam ujung inlet throttle body.

Penelitian ini akan mensimulasikan pengaruh bentuk velocity stack dan sudut velocity stack pada motor bensin 4 langkah terhadap nilai turbolensi. Pada penelitian ini dilakukan dengan bantuan software ANSYS 18.1. Design yang digunakan velocity stack dengan outlet berdiameter 36 mm, variasi inlet 10 mm dan 15 mm, menggunakan sudut 32ô, 30ô, dan 27ô, kecepatan udara inlet velocity stack sebesar 2 m/s. Nilai average turbulence kinetic energy terbesar yaitu 0.10986 m²/s² dan maximum turbulence kinetic energi sebesar 0.481116 m²/s²dari semulasi sudut velocity stack 32ô dan panjang inlet velocity stack 10 mm. nilai average pressure tertinggi nya sebesar 13.6512 Pa dengan maximum pressure 36.0358 Pa dengan variasi 32ô dan panjang 10 mm. Average eddy viscosity terendah yang didapatkan yaitu 0.000110867 PaS dengan simulasi sudut 30ô dan panjang 15 mm, sedangkan nilai dari average eddy viscosity tertinggi 0.000115334 PaS dari simulasi sudut 27ô panjang 10 mm. simulasi sudut inlet velocity stack dengan sudut 32ô dengan panjang inlet velocity stack 15 mm mendapat nilai kecepatan tertinggi yaitu 7.33789 m/s.

Kata kunci : motor bakar bensin, velocity stack, laju aliran udara, turbolensi, ansys fluent.

(17)

xvii ABSTRACT

In the current technological era, automotive engines are required to form high performance using low fuel consumption levels. The air flow rate into the combustion chamber is influenced by the turbulence that occurs in the throttle body.

The throttle body has the role of regulating the air that enters the intake manifold and is forwarded to the combustion chamber. Velocity stack is a trumpet-shaped component. It is made to direct air more easily into the combustion chamber, by reducing turbulence in the inlet end of the throttle body. This research will simulate the effect of velocity stack shape and velocity stack angle on 4-stroke gasoline motor on turbolence value. This research was conducted with the help of ANSYS 18.1 software. The design used velocity stack with 36 mm diameter outlet, 10 mm and 15 mm inlet variations, using angles of 32o, 30o, and 27o, velocity stack inlet air velocity of 2 m/s. The largest average turbulence kinetic energy value is 0.10986 m2/s2 and the maximum turbulence kinetic energy is 0.481116 m2/s2 from the 32o velocity stack angle semulation and the length of the inlet velocity stack of 10 mm.

The highest average pressure value is 13.6512 Pa with a maximum pressure of 36.0358 Pa with a variation of 32o and a length of 10 mm. The lowest average eddy viscosity obtained is 0.000110867 Pa S with a simulation angle of 30o and a length of 15 mm, while the value of the highest average eddy viscosity is 0.000115334 Pa S from a simulation angle of 27o length of 10 mm. simulation of inlet velocity stack angle with an angle of 32o with an inlet velocity stack length of 15 mm gets the highest velocity value of 7.33789 m/s.

Keywords: gasoline combustion motor, velocity stack, air flow rate, turbulence, ansys fluent.

(18)

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Di era teknologi saat ini mesin otomotif dituntut untuk membentuk performa tinggi menggunakan taraf konsumsi bahan bakar rendah. Beberapa mesin telah bersistem fuel injection. Dalam sistem ini, yang mengatur segalanya dalam mesin yaitu satu komponen bernama ECU. Kinerja berdasarkan motor bakar sangat ditentukan laju aliran udara dalam air intake system yang masuk dalam ruang bakar.

Udara yang masuk dalam intake manifold dan di teruskan keruang bakar merupakan peranan dari throttle body. Throttle body adalah satu komponen yang sangat krusial dalam sistem injeksi mesin sepada motor. Throttle body berbentuk pipa tabung silinder. Diameter dalam throttle body wajib sinkron menggunakan volume silinder dalam mesin. Throttle body ini harus sanggup mensuplai udara dalam ruang bakar yang akan berpengaruh dalam pencampuran bahan bakar didalam ruang bakar. Salah satu upaya untuk menaikkan jumlah udara pada intake system terutama pada unjung throttle body, ini bisa dimodifikasi lagi menggunakan penambahan komponen velocity stack. Komponen velocity stack yaitu komponen berbentuk terompet, menggunakan dimensi yang berbagai macam dan sinkron dengan kebutuhan mesin. Hal ini dibuat untuk mengarahkan udara agar lebih mudah masuk ke ruang bakar, dengan cara mengurangi turbulensi dalam ujung inlet throttle body. Menurut (Sutrisno & Pieter, 2017) menyatakan bahwa kerja motor bakar ditentukan salah satunya oleh rapat masa laju aliran udara yang masuk pada ruang bakar. penelitian tersebut memeperoleh dimensi velocity stack pada dimensi radius 30 mm menghasilkan nilai rata-rata turbulensi sebesar 5.7912116 m2 /s2 . Selain menurunkan nilai head loss bentuk desain dari velocity stack intake dapat meningkatkan laju aliran udara yang menyebabkan terjadinya penurunan tekanan pada suatu aliran.

Menurut (fathurahman 2020) Dilihat dari hasil simulasi CFD tentang distribusi kecepatan, distribusi tekanan, streamline dan turbulence kinetic energy pada aliran fluida di ITC, bahwa semakin tinggi sudut, maka aliran akan semakin

(19)

2

tercampur, ini dapat dilihat dari indikasi pola streamline yang semakin berputar dan pergeseran warna distribusi kecepatan dan tekanan kedepan, serta nilai turbulence kinetic energy yang semakin tinggi. Semakin intensif putaran aliran fluida dapat menyebabkan gesekan yang semakin tinggi di dalam aliran fluida, hal ini juga dapat mengakibatkan meningkatnya pressure drop. Untuk memilih desain sudut yang optimal harus mempertimbangkan pengaruh antara besarnya nilai putaran aliran fluida dengan nilai pressure drop yang dihasilkan.

Setelah melihat hasil uji unjuk kerja mesin 2DP 155c dengan menggunakan dynamo meter dapat dibandingkan antara daya dan torsi maksimum dari dua kondisi yang berbeda, pada kondisi tanpa ITC didapat daya maksimum sebesar 9,106 Hp pada 8100 Rpm, sedangkan kondisi dengan menggunakan ITC didapat daya maksimum sebesar 9,398 Hp pada 9100 Rpm, dari hasil uji ini didapat peningkatan daya sebesar 0,292 Hp atau 3,2% pada putaran mesin yang lebih tinggi 1000 Rpm, untuk torsi maksimum pada kondisi tanpa ITC sebesar 11,3 Nm pada 5100 Rpm sedangkan kondisi dengan menggunakan ITC diraih angka torsi maksimum sebesar 12,2 Nm pada 4900 Rpm, dari hasil uji ini didapat peningkatan sebesar 0,9 Nm atau 7,4 % pada putaran mesin yang lebih rendah 200 Rpm.

Karakteristek udara pada saluran masuk sepeda motor berdasarkan hasil simulasi melalui computational fluid dynamic pada intake tromp cyclone bahwa semakin tinggi sudut, maka aliran akan semakin tercampur, ini dapat dilihat dari indikasi pola streamline yang semakin berputar dan pergeseran warna distribusi kecepatan dan tekanan kedepan, serta nilai turbulence kinetic energy yang semakin tinggi, hal ini juga berdampak pada meningkatnya nilai pressure drop yang berdampak pada menurunnya unjuk kerja mesin, hal ini diimbangi dengan desain terompet dari ITC yang dapat memberikan efek peningkatan volumetric eficiency. Adapun hasil simulasi aliran udara pada intake tromp cyclone yang digunakan dalam penelitian eksperimen dengan kemiringan sudut sebesar 45^o , dapat terlihat aliran turbulensinya melalui Streamline yang dihasilkan, juga memiliki nilai pressure drop sebesar 18,6 Pa. Dengan nilai pressure drop 18,6 Pa pada intake tromp cyclone dengan sudu 45^o , ada peningkatan unjuk kerja mesin sepeda motor 2DP 155cc yang menggunakan ITC, untuk daya maksimum meningkat 0,292 Hp atau 3,2% dan

(20)

3

untuk torsi maksimum meningkat 0,9 Nm atau 7,4 %, lalu peningkatan jarak tempuh dalam konsumsi bahan bakar sebanyak 1 liter dapat menempuh jarak sejauh 46,6 km , bertambah 8,3 km atau 17,8%. Untuk emisi gas buang mengalami penurunan kadar, untuk Karbon Monoksida (CO) turun sebesar 0,03% dan untuk Hidro Karbon (HC) turun sebesar 29,5%.

(Saputra 2017) dengan hasil penelitian menunjukkan bahwa daya Honda Megapro standar yaitu 1,44 hp pada putaran 3500 rpm sedangkan daya yang menggunakan velocity stack menghasilkan daya sebesar 2,19 hp. Pada putaran 8500 rpm daya Honda Megapro standar menghasilkan daya sebesar 13,83 hp sedangkan daya yang menggunakan velocity stack menghasilkan daya sebesar 14,26 hp. Untuk konsumsi bahan bakar menunjukkan bahwa konsumsi bahan bakar mesin Honda Megapro yang menggunakan velocity stack lebih irit jika dibandingkan dengan mesin standar. Dengan meningkatnya daya setelah pemasangan velocity stack pada rpm 3500 hingga 8500 maka akselerasi mesin akan semakin tinggi sehingga putaran tinggi akan mudah dicapai dan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai pada putaran tinggi lebih singkat maka penggunaan bahan bakar semakin lebih baik.

Sebuah perangkat lunak (software) CFD memberikan kesempatan untuk mengsimulasikan aliran fluida, perpindahan panas, perpindahan massa, bendabenda bergerak, aliran multifasa, reaksi kimia, interaksi fluida dengan struktur, dan sistem akustik hanya dengan pemodelan di komputer. Salah satu jenis program CFD tersebut adalah Fluent. Fluent menggunakan metode volume hingga (finite volume method), dengan menyediakan fleksibilitas mesh yang lengkap, sehingga dapat menyelesaikan kasus aliran fluida dengan mesh yang tidak terstruktur sekalipun dengan cara yang relatif mudah. Fluent memiliki struktur data yang efisien dan lebih fleksibel, sehingga dapat dijalankan sebagai proses secara terpisah ataupun bersamaan secara simultan pada klien dekstop workstation dan komputer server. Semua fungsi yang dibutuhkan untuk menghitung suatu solusi dan menampilkan hasilnya dapat diakses pada Fluent melalui menu yang interaktif.

Pada penelitian ini akan dilakukan simulasi menggunakan software ansys dengan metode Computation Fluid Dynamics (CFD), yang merupakan suatu sistem 5 yang dapat menjelaskan tentan aliran fluida, perpindahan panas dan yang berhubungan

(21)

4

dengan reaksi kimia dengan simulasi menggunakan computer. CFD pada perhitungannya menggunakan metode perhitungan dengan sebuah kontrol dimensi, luas dan volume yang memanfaatkan bantuan komputasi komputer untuk melakukan perhitungan tiap tiap elemen pembaginya (Versteeg, 2007).

Computational Fluid Dynamic (CFD) merupakan program computer perangkat lunak untuk memprediksi dan menganalisis secara kuantitatif aliran fluida, perpindahan panas, transport phenomena dan reaksi kimia. Analisis aliran fluida dalam suatu sistem CFD merupakan analisis numeric dengan control volume sebagai elemen dari integrasi persamaan – persamaan yang terdiri dari persamaan keseimbangan massa, momentum dan energi. (Versteeg dan Malalasekera 2007).

Tujuan ini untuk menganalisa pengaruh variasi velocity stack terhadap laju aliran fluida menggunakan metode Autodesk CFD (Computational Fluid 2 Dynamis) yang berlisensi student. Bentuk velocity stack di variasikan dari bentuk profil elipsnya, terutama yg di variasi sudut dinding dalam velocity stack . Dari hasil penelitian yang sudah ada, penelitian ini akan memaksimalkan simulasi dengan menambah faktor yang menjadi acuan. Maka dari itu penelitian ini akan mensimulasikan pengaruh bentuk velocity stack dan sudut velocity stack pada motor bensin 4 langkah terhadap nilai turbolensi. Pada penelitian ini dilakukan dengan bantuan software ANSYS 18.1. metode Computional Fluid Dynamic (CFD) dengan mencari nilai pressure, turbulent kinetic energi, dan eddy viscosity.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasar latar belakang diatas, penulis bisa menuliskan rumusan masalah sebagai berikut:

1. Pengaruh perbedaan variasi bentuk dinding pada inlet velocity stack terhahap laju aliran udara menuju inlet throttle body?

2. Pengaruh variasi sudut dinding inlet velocity stack terhadap laju aliran udara menuju inlet throttle body?

1.3 Batasan Masalah

Mengacu pada rumusan masalah diatas, maka bisa diambil batasan masalah berikut:

1. Variasi intake velocity stack memiliki Panjang 10 mm dan 15 mm.

(22)

5

2. Variasi sudut dinding velocity stack yang dipakai sebesar 2^o.

3. Variasi sudut intake velocity stack yang dipakai 3 sudut yaitu 32ô, 30ô, 27ô. 4. Ukuran diameter outlet velocity stack 34 mm.

5. Kecepatan aliran udara yang melalu throttle body sebesar 2 m/s.

6. Tekanan aliran udara yang dipakai sebesar 1 Pa.

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini yaitu:

a. Mensimulasikan variasi bentuk dinding pada velocity stack terhahap turbulent kinetic energi.

b. Mensimulasikan variasi sudut dinding velocity stack terhadap pressure di dalam velocity stack.

c. Mensimulasikan variasi sudut dinding velocity stack terhadap eddy viscosity.

d. Mensimulasikan variasi sudut dinding velocity stack terhadap velocity.

1.5 Manfaat Penelitian

Berikut yakni manfaat pada pengamatan yang ingin penulis capai, yaitu:

a. Bagi pengembangan iptek:

• Mampu digunakan sebagai media pembelajaran khususnya materi konversi energi.

• Sebagai referensi atau acuan untuk penelitian yang berkaitan dengan simulasi variasi velocity stack.

b. Bagi pembangunan bangsa:

Dapat digunakan sebagai acuan dalam bidang industri manufacture pada penentuan bentuk velocity stack pada throttle body.

(23)

6 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kajian Pustaka

(fathurahman 2020) simulasi aliran udara pada ITC melalui CFD menunjukkan adanya aliran turbulen dengan nilai pressure drop sebesar 18,6 Pa pada ITC yang digunakan pada pengujian eksperimen. Hasil pengujian langsung juga menunjukkan peningkatan daya sebesar 0,292 hp atau 3,2 % dan untuk torsi maksimum meningkat 0,9 Nm atau 7,4 %, lalu peningkatan jarak tempuh dalam konsumsi bahan bakar sebanyak 1 liter dapat menempuh jarak sejauh 46,6 km , bertambah 8,3 km atau 17,8 %. Untuk emisi gas buang mengalami penurunan kadar, untuk Karbon Monoksida (CO) turun sebesar 0,03 % dan untuk Hidro Karbon (HC) turun sebesar 29,5%. Hasil simulasi CFD pada ITC untuk distribusi kecepatan Distribusi Kecepatan aliran fluida pada ITC dengan kemiringan Sudut 35^o.

(Achmad Husain 2021) menghasilkan koefisien kerugian minor yang rendah dan nilai turbolensi yang rendah. Dari hasil pengujian menggunakan flow bench dan membandingkan menggunakan simulasi CFD, mendapatkan dengan nilai 44,6 CFM dan untuk hasil simulasi menggunakan CFD 21593.2 〖cm〗^3/s (45,8 CFM).

Dari hasil pengujian dapat disimpulkan bahwa penggunaan velocity stack intake dengan sudut dinding 8° menghasilkan nilai volume flow rate yang besar.

(Aritonang 2018) mendapatkan hasil pengaruh pemasangan velocity stack terhadap torsi dan peningkatan torsi dari masing-masing penggunaan velocity stack.

Velocity stack yang panjang 60 mm mendapatkan daya tertinggi pada putaran 3500 rpm sampai 9000 rpm dengan kenaikan 500 rpm dibandingkan dengan penggunaan velocity stack dengan panjang 30 mm dan 45 mm tekanan yang timbul sedikit lebih tinggi dibandingkan dengan velocity stack dengan panjang 60 mm. sehingga peningkatan daya pada velocity stack 30 mm dan 45mm yang dihasilkan masih dibawah penggunaan velocity stack dengan panjang 60 mm. Bagi pengguna kendaraan diharapkan penelitian ini dapat digunakan sebagai acuan untuk meningkatkan daya dan penghematan bahan bakar. Sehingga dapat membantu

(24)

7

mengatasi krisis bahan bakar yang dialami saat ini. Penelitian ini diharapkan menjadi rujukan bagi mahasiswa jurusan Teknik Mesin untuk dapat mengetahui pengaruh penggunaan panjang pendek Velocity stack pada venture karburator Yamaha Scorpio-Z terhadap torsi dan daya.

(Bachri 2018) 1. terdapat pengaruh pada penggunaan variasi diameter velocity stack dibanding tanpa menggunakan variasi diameter velocity stack terhadap emisi gas buang CO 2. terdapat pengaruh pada penggunaan variasi diameter velocity stack dibanding tanpa menggunakan variasi diameter velocity stack terhadap emisi gas buang HC 3 .Terdapat pengaruh pada penggunaan variasi diameter velocity stack dibanding tanpa menggunakan variasi diameter velocity stack terhadap efisiensi bahan bakar. Berdasarkan hasil penelitian disarankan bagi pengguna sepeda motor untuk mempertimbangkan desain variasi ukuran dari velocity stack dan karakteristik mesin sebelum mengaplikasikannya pada sepeda motor dikarenakan setiap bentuk desain ukuran yang berbeda memiliki pengaruh pada konsumsi bahan bakar dan emsi gas buang yang dihasilkan.

(Saputra 2017) dengan hasil penelitian menunjukkan bahwa daya Honda Megapro standar yaitu 1,44 hp pada putaran 3500 rpm sedangkan daya yang menggunakan velocity stack menghasilkan daya sebesar 2,19 hp. Pada putaran 8500 rpm daya Honda Megapro standar menghasilkan daya sebesar 13,83 hp sedangkan daya yang menggunakan velocity stack menghasilkan daya sebesar 14,26 hp. Untuk konsumsi bahan bakar menunjukkan bahwa konsumsi bahan bakar mesin Honda Megapro yang menggunakan velocity stack lebih irit jika dibandingkan dengan mesin standar. Dengan meningkatnya daya setelah pemasangan velocity stack pada rpm 3500 hingga 8500 maka akselerasi mesin akan semakin tinggi sehingga putaran tinggi akan mudah dicapai dan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai pada putaran tinggi lebih singkat maka penggunaan bahan bakar semakin lebih baik.

(Pieter dan Sutrisno 2016) dengan judul “Pengaruh Velocity Stack Intake Terhadap Performa Kendaraan” mendapatkan hasil bahwa penggunaan velocity stack intake dengan radius inlet yang besar yaitu 30 mm menghasilkan nilai turbulensi yang kecil sehingga menghasilkan peningkatan daya dan torsi pada

(25)

8

kendaraan.

(Syahrullah 2016) bertambahnya power Yamaha Vixion setelah pemasangan velocity stack. Kenaikan power mulai putaran mesin 2750 sampai putaran mesin 9000. Power puncak tercapai pada putaran mesin 8250 sebesar 15,67 hp.

Peningkatan power pada rpm 6000 sebesar 8,993 %, peningkatan itu merupakan peningkatan power yang cukup besar dengan perubahan yang minimal yaitu dengan menggunakan velocity stack. Dengan peningkatan power sebesar itu sangat terasa saat berkendara, akselerasi akan semakin baik dan rpm tinggi akan mudah dicapai dalam waktu yang lebih singkat. Kedua bertambahnya torsi Yamaha Vixion setelah pemasangan velocity stack. Kenaikan torsi mulai putaran mesin 2750 rpm sampai putaran mesin 9000 rpm. Peningkatan torsi maksimal diperoleh pada putaran mesin 6250 rpm peningkatan torsi tersebut sebesar 0,806 Nm. Pada saat torsi maksimal maka efisiensi volumetrik juga maksimal. Karena torsi berbanding lurus efisiensi volumetrik sebuah motor.

(Aswara 2017) telah melakukan penelitian dengan judul “Pengaruh Perubahan Diameter Velocity Stack dan Putaran Mesin terhadap Daya dan Torsi Honda Vario 125” dan mendapatkan hasil perubahan diameter velocity stack telah memberikan efek yang berbeda pada setiap perubahan ukurannya, yaitu velocity stack pada diameter standart 40 mm didapatkan top power sebesar 9,8 hp terdapat peningkatan yang tidak signifikan dibandingakn dengan velocity stack 60 mm yang memiliki top power 10 hp, akan tetapi penurunan yang signifikan ditunjukkan pada velocity stack dengan diameter 20 mm yaitu sebesar 8,6 hp. Velocity stack pada diameter standar 40 mm memiliki torsi maksimum sebesar 16,63 Nm terdapat peningkatan yang tidak signifikan dibandingkan dengan velocity stack 60 mm yang memiliki torsi sebesar 17,11 Nm, akan tetapi penurunan yang tidak signifik,an juga ditunjukkan pada velocity stack dengan diameter 20 mm yaitu sebesar 14,52 Nm.

2.2 Landasan Teori

2.2.1. Motor bakar bensin 4 langkah

Motor bakar torak bensin yakni suatu tipe motor bakar dimana memakai bensin menjadi bahan bakarnya. Bensin yakni bahan bakar dimana mudah terbakar serta mudah menguap. Kelajuan bakar umumnya sekitar 15-20 m/detik, suhu udara

(26)

9

bertambah sampai 1500^oC (1773^oK) serta tekanannya ada pada sekitar 30-40 kg/cm² (0,03-0,04 N/m²) (Bahan Kuliah Mesin Bensin dan Diesel/ME-3352, 2006).

Motor bakar torak bensin banyak digunakan di bidang otomotif. Pada kata lain, umum dipakai menjadi penggerak dalam sejumlah jenis transportasi.

Motor bensin 4 langkah, dinamakan seperti itu sebab berlangsung 4 langkah tahap pada tiap perputaran. Diawali pada langkah hisap, tahap penekanan maupun kompresi, langkah bakar sampai langkah buang. Pada tiap langkah dalam sebuah perputaran bisa diuraikan berupa diagram, yakni mengacu pada tahap serta suatu ukuran dimana diikutsertakan mengenai perputaran motor bakar torak bensin.

2.2.2. Throttle Body

Throttle body adalah saluran utama yang nantinya dilalui udara sebelum dialirkan ke intake manifold. Jadi ketika Anda mengoperasikan throttle valve melalui throttle grip udara akan melewati komponen ini. Jumlah udara yang masuk pun akan diatur sehingga besar kecilnya tenaga yang dihasilkan oleh sepeda motor bisa sesuai yang dibutuhkan pengendara. Ketika muatan udara yang diberikan banyak maka tenaga yang dihasilkan lebih besar. Begitu juga dengan hal sebaliknya, pada saat udara yang masuk sedikit tenaga juga semakin kecil. Inilah fungsi throttle body yang harus diketahui dan di dalamnya terdapat beberapa komponen yang mendukung.

Berikut ini apa saja komponen yang ada di dalamnya:

a. Throttle Valve

Komponen yang satu ini memiliki fungsi sebagai sistem buka tutup saluran utama yang akan dilalui udara ke throttle body. Sistem ini bisa terbuka dan tertutup karena telah tersambung pada pedal gas atau acceleration pedal. Jadi jika Anda menekan pedal gas, udara yang masuk akan meningkat sedangkan ketika gas dilepaskan udara akan langsung berkurang.

b. Throttle Position Sensor (TPS)

Disebut juga sebagai TPS, komponen ini merupakan sensor dari sistem EFI yang fungsinya adalah mendeteksi bukaan dari throttle valve dengan memanfaatkan potensiometer. Potensiometer merupakan resistor yang bekerja untuk mengubah gerakan mekanik menjadi voltage. Letaknya

(27)

10

menempel di bagian throttle body dan bentuknya variabel resistor dan dihubungkan ke poros throttle valve. Pendeteksian yang dilakukan akan akurat dan outputnya bertegangan 0 hingga 5 volt. Output tersebut nantinya akan dikirimkan ke Electrical Control Unit atau ECU. Barulah setelah itu ECU akan mengirimkan sinyal ke semua perangkat yang ada di motor untuk bekerja. Alasannya udara yang masuk mungkin tidak sesuai terlalu besar atau kecil yang membuat tenaga tidak stabil. Oleh karena itulah ketika throttle body mengalami kerusakan Anda pasti dengan mudah merasakannya.

2.2.3. Kecepatan

Pengertian kecepatan ada hubungan yang erat antara waktu dan jarak.

Kecepatan diekspresikan sebagai rasio antara jarak dan waktu. Kecepatan ada yang tetap (konstan), ada yang berubah. Kecepatan yang berubah ada yang meningkat (dipercepat), dan ada yang menurun (diperlambat). Kecepatan merupakan gabungan dari tiga elemen, yakni waktu reaksi, frekuensi gerakan per unit waktu, kecepatan menempuh suatu jarak (saputra dan nurhadi 2017).

2.2.4. Tekanan

Tekanan (P) adalah satuan fisika untuk menyatakan gaya (F) persatuan luas (A). Semakin besar gaya maka semakin besar tekanan yang dihasilkan, semakin kecil gaya maka semakin kecil tekanan yang dihasilkan. Semakin besar penampang maka semakin kecil tekanan, semakin kecil penampang maka semakin bersar tekanan yang dihasilkan (abdullah 2016)

2.2.5. Laju Aliran Massa

Laju aliran massa adalah fluida yang mengalir per satuanwaktu. Laju aliran massa juga mempunyai satuan internasional (SI) kilogram per detik (kg/s) dan simbol (ṁ). Laju aliran massa dihitung untukmengetahui massa suatu aliran yang mengalir tiap detiknya yang dipengaruhi oleh kecepatan aliran, jenis aliran dan besar kecilnyapenampang yang dialiri fluida.

2.2.6. Computational Fluid Dynamics

ANSYS adalah sebuah software analisis elemen hingga dengan kemampuan menganalisa dengan cakupan yang luas untuk berbagai jenis masalah Tim Langlais,1999. ANSYS mampu memecahkan persamaan differensial dengan cara

(28)

11

memecahnya menjadi elemen- elemen yang lebih kecil. Pada awalnya program ini bernama STASYS Structural Analysis System, kemudian berganti nama menjadi ANSYS yang ditemukan pertama kali oleh Dr. John Swanson pada tahun 1970.

ANSYS merupakan tujuan utama dari paket permodelan elemen hingga untuk secara numerik memecahkan masalah mekanis yang berbagai macam. Masalah yang ada termasuk analisa struktur statis dan dinamis baik linear dan non-linear, distribusi panas dan masalah cairan, begitu juga dengan ilmu bunyi dan masalah elektromagnetik. Teknologi ANSYS mekanis mempersatukan struktur dan material yang bersifat non-linear. ANSYS multiphysic juga mengatasi masalah panas, struktur, elektromagnetik, dan ilmu bunyi. Program ANSYS dapat digunakan dalam teknik sipil, teknik listrik, fisika dan kimia.

Berikut tahapan proses melakukan simulasi dengan CFD diantaranya sebagai berikut:

a. Pre-processing

Pre-processing adalah tahapan pertama dalam membangun dan menganalisis model CFD. Pada tahapan ini, dilakukan pembuatan model geometri dengan paket Computer Aided Design (CAD), membuat mesh atau grid yang sesuai, dan menerapkan kondisi batas dan sifat-sifat fluidanya.

b. Solving

Inti dari perhitungan solusi simulasi ada pada tahap solving. Pada tahap ini, solusi dihitung berdasarkan kondisi-kondisi yang diterapkan pada tahap pre- processing.

c. Post-processing.

Post-processing adalah tahap terakhir dalam CFD. Pada tahap ini, dilakukan interpretasi dari data hasil simulasi yang dapat berupa visualisasi kontur, animasi, vektor, kurva, histogram, dan lain sebagainya.

Adapun prosedur umum pada semua pendekatan simulasi CFD adalah sebagai berikut:

1. Pembuatan geometri dari model.

2. Meshing atau membuat grid pemodelan dengan metode diskritisasi tertentu pada mesh ICE Fluent.

(29)

12

3. Pendefinisian model fisik, persamaan kekekalan massa, momentum, energi, dan spesies atau zat-zat kimia.

4. Pendefinisian kondisi batas (boundary conditions) termasuk sifat-sifat fluida, solid, dan perilaku fluida. Untuk kasus aliran transient atau unsteady, kondisi awal (initial conditions) perlu didefinisikan.

5. Persamaan-persamaan matematika berupa matriks hasil diskritisasi diselesaikan secara iteratif, baik untuk kasus tunak (steady) maupun untuk kasus transient.

6. Analisis dan visualisasi berupa kontur, vektor, kurva, histogram, animasi, dan lain sebagainya dari solusi CFD.

2.2.7. Ansys Fluent

Fluent CFD adalah software CFD komersial yang diproduksi oleh Fluent incorporated. Fluent adalah provider software dan penyedia layanan CFD terbesar di dunia. Fluent menawarkan software CFD yang bersifat general-purpose untuk dunia industri secara luas. Software Fluent CFD yang disediakan oleh Fluent Inc.

adalah software komputer berbasis teknologi canggih untuk melakukan modeling dan simulasi aliran fluida dan transfer panas pada suatu geometri dari yang sederhana hingga yang kompleks. Software Fluent dibangun dengan menggunakan bahasa pemrograman C dengan sedikit modifikasi sehingga sangat fleksibel dalam hal alokasi memori dan daya komputasi. Software Fluent juga dapat diperkaya olehpengguna dengan menambahkan makro atau User-Defined Function 19 (UDF) yang ditulis dalam bahasa pemrograman C jika modul standar pada Fluent tidak menyediakan fitur yang sesuai dengan kasus yang dihadapi (said 2010)

2.2.8. Turbolensi

Turbolensi atau aliran turbulen adalah gerakan fluida yang ditandai dengan perubahan kekacauan dalam tekanan dan kecepatan aliran. Hal ini berbeda dengan aliran laminar, yang terjadi ketika fluida mengalir dalam lapisan paralel, tanpa gangguan di antara lapisan lapisan itu. Turbolensi umumnya diamati dalam fenomena sehari-hari seperti ombak pecah, sungai yang mengalir cepat, mengepul 22 awan badai, atau asap dari cerobong asap, dan sebagian besar aliran fluida yang terjadi di alam atau dibuat dalam aplikasi teknik bersifat turbulen. Turbolensi

(30)

13

disebabkan oleh energi kinetik yang berlebihan di bagian aliran fluida, yang mengatasi efek redaman dari viskositas fluida.

Aliran Turbulen merupakan aliran yang pergerakan seluruh partikelnya tidak teratur atau saling bergesekan. Jenis aliran fluida dapat ditentukan dengan bilangan Reynolds dengan rumus Re = V.D.ρ/μ atau Re = V.dv/v Jika nilai bilangan reynold <2100, aliran tersebut laminar. Jika bernilai >4000, aliran tersebut turbulen , dan jika diantara 2100 – 4000 maka aliran tersebut transisi.

...(Persamaan 1)

………(Persamaan 2)

……(Persamaan 3)

I mean pressure stress II mean viscous stress tensor III mean Reynold stress tensor

(31)

14 BAB III

METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Januari sampai Juni 2022 bertempat di Laboratorium Komputer Fakultas Universitas Tidar, Jalan Kapten Suparman No.39, Magelang.

3.2 Alat dan Bahan Penelitian 3.2.1. Alat

Alat yang dipakai dalam pengamatan ini yakni sebagai berikut:

a. Laptop MSI Katana GF76

Digunakan untuk mengolah data dari keseluruhan dan juga digunakan untuk menggambar desain alat. Spesifikasi laptop yang digunakan ditunjukkan pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Spesifikasi MSI Katana GF76

Prosesor Intel core I7 12700H

OS Windows 11 Home

GPU NVIDIA GEFORCE RTX 3050Ti

RAM Speed 2700 GHz

SSD 2x SSD NVME 512GB

HDD 1x HDD 1TB

b. Software ansys fluent R18.1

Digunakan untuk menyimulasikan pembakaran pada ruang bakar yang memvariabelkan komposisi bahan bakar dan udara dan mengolah data agar dapat dilakukan analisis lanjut dapat dilihat pada Gambar 3.1.

(32)

15

Gambar 3.1 Software Ansys fluent R18.1

c. Software Solidwork

SolidWorks adalah software atau aplikasi CAD (Computer Aided Design), CAM (Computer Aided Manufactur) serta CAE (Computer Aided Engineering) yang dikembangkan oleh perusahaan ternama Dassault Systemes. Software ini digunakan untuk membuat desain dalam bentuk 3D dan 2D. Akan tetapi SolidWorks lebih umum digunakan untuk membuat desain 3D.

Gambar 3.2 Software Solidwork 3.3 Metode Penelitian

Secara garis besar penelitian ini hanya menggunakan satu metode. Yaitu metode pemodelan CFD menggunakan software ansys fluent R18.1.

(33)

16

Metode kedua yang digunakan adalah metode pengujian simulasi menggunakan software ansys fluent R18.1. Tahap simulasi ini menggunakan tiga langkah yaitu:

a. Pre-processing

Tahapan ini merupakan tahapan pertama menggambar desain velocity. Pada tahap ini software yang digunakan adalah solidworks 2020.

a) Buka aplikasi solidwork, lalu pilih new project dan masuk ke pilihan part

Gambar 3.3. Gambar Project Solidwork

b) Buat design bentuk pipa dengan diameter inlet lebih besar dari outlet

Gambar 3.4. Gambar desain wall velocity stack

c) Proses extrude boss, proses ini bertujuan mengubah bentuk desain kosong menjadi bentuk 3D nya

(34)

17

Gambar 3.5. Gambar extrude cut d) Memberikan bentuk inlet velocity stack

Gambar 3.6. Gambar penambahan inlet velocity stack e) Extrude cut pada bagian dalam velocity Stack

Gambar 3.7. Gambar exrude cut center velocity stack b. Solving

Tahap ini merupakan proses pengolahan data kemudian disimulasikan dalam software ansys fluent R18.1.

(35)

18

a) Buka aplikasi Workbench

Gambar 3.8. Gambar Workbench b) Pilih Ansys Fluent

Gambar 3.9. Gambar daftar fitur dalam workbench

c) Input geometri atau design yang telah jadi, lalu berikan penamaan pada bagian bagian nya

(36)

19

Gambar 3.10. Gambar input geometri

d) Lakukan proses meshing dengan settingan yang sudah ditentukan

Gambar 3.11. Gambar proses meshing

e) Setting variable control, boundary condition dan lain sebagainya

Gambar 3.12. Gambar penentuan batasan f) Cek messing, lakukan proses cek iterasi, dan calculation

(37)

20

Gambar 3.13. Gambar iterasi dan calculation c. Post processing

Merupakan tahapan akhir berupa penyajian data dari hasil simulasi yang berlangsung.

a) Buka result dan masukan counter

Gambar 3.14. Gambar penyajian hasil simulasi

b) Tambahkan plane pada bagian tengah benda agar hasil terlihat lebih jelas

Gambar 3.15. Gambar pemberian plane pada center velocity stack

(38)

21

c) Pilih calculator untuk melihat hasil yang lebih sepesifik setiap titik nya

Gambar 3.16. Gambar pengambilan data spesifik

d) Tambahkan vector untuk melihat hasil kecepatan dalam bentuk arah aliran fluida

Gambar 3.17. Gambar penambahan vector pada hasil simulasi 3.4 Variabel Penelitian

Pada berjalannya pengamatan ini penulis menentukan sejumlah variabel pengamatan dimana mencakup variabel bebas, variabel terikat serta variabel kontrol.

3.4.1. Variabel bebas

Variabel bebas yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

a. Design yang digunakan velocity stack dengan outlet berdiameter 36 mm.

b. Design yang digunakan velocity stack dengan variasi inlet 10 mm dan 15 mm.

c. Design yang digunakan velocity stack dengan inlet menggunakan sudut 32ô, 30ô, dan 27ô.

(39)

22

3.4.2. Variabel terikat

Variabel terikat yang dipakai pada berjalannya pengamatan ini yakni sebagai berikut:

a) Laju aliran udara pada velocity stack.

b) Turbolensi aliran udara pada outlet velocity stack.

3.4.3. Variabel kontrol

Adapun variabel kontrol dalam pengamatan ini yakni sebagai berikut:

a) Kecepatan udara inlet velocity stack sebesar 2 m/s.

b) Jumlah iterasi yang digunakan ketika run calculation pada Software Ansys ICE Fluent R18.1 adalah 12940 steps untuk setiap modelnya.

c) Pemodelan simulasi berada pada putaran mesin idle yaitu 1500 rpm 3.5 Teknik Pengumpulan Data

3.5.1. Studi literatur

Aktivitas pengumpulan serta pengkajian referensi pada sejumlah literatur misalnya buku, jurnal, artikel, serta yang lainnya dimana berhubungan pada pengaruh velocity stack terhadap laju aliran udara, kemudian parameter-parameter uji computational fluid dinamic dengan metode uji simulasi. Hal ini bermaksud supaya pengamatan bisa berjalan lancar dan menjalankan pengamatan melalui metode yang tepat serta hasil yang maksimal.

3.5.2. Studi laboratorium

Yakni suatu teknik perolehan data melalui pencarian data langsung dari beberapa uji yang dijalankan, dimana nantinya data tersebut dikelola guna dianalisis laju aliran udara, tekanan, dan turbolensi yang terjadi pada velocity stack.

3.6 Teknik Analisis Data

Metode analisis yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode analisis data deskriptif sehingga data yang diperoleh dari hasil pengujian eksperimen diambil data laju aliran udara, variasi bentuk maupun sudut lalu dimasukkan ke dalam tabel kemudian dibandingkan, dianalisis dan diambil hasil paling diinginkan.

3.7 Rancangan Penelitian

Rancangan penelitian dimaksudkan untuk memudahkan pelaksanaan penelitian. Penulis menguraikan latar belakang permasalahan kemudian melakukan

(40)

23

identifikasi masalah. Selanjutnya dilakukan tinjauan pustaka dan mencari landasan teori dan persamaan yang berkaitan. Setelah itu disusun metode penelitian yang akan digunakan. Metode penelitian yang digunakan adalah metode pemodelan CFD. Pada penelitian ini dilakukan desain spesifikasi ruang bakar kemudian simulasi melalui software ansys fluent R18.1.

3.8 Prosedur Penelitian

Secara umum metode penelitian bisa diamati dalam Gambar 3.1.

Gambar 3.18. Diagram alir penelitian

(41)

24

3.8.1. Studi literatur

Study literatur ini merupakan pengumpulan bahan dari jurnal ilmiah, buku,ebook dan juga hasil penelitian-penelitian sebelumnya. Selain itu mengumpulkan bahan dari sumber internet , youtube sebagai petunjuk dalam proses pengerjaan simulasi dan penelitian tentang simulasi ansys fluent yang berhubungan dengan laju aliran udara yang masuk ke ruang bakar melalui velocity stack.

3.8.2. Eksperimen dan pengambilan data

Pada metode ini eksperimen dilakukan berdasarkan literatur penelitian sebelumnya. Data yang diperlukan dari hasil peneitian eksperimen yaitulaju aliran udara pada velocity stack yang diberikan 2 jenis panjang dan 3 jenis sudut. Data ini akan dibandingkan dengan hasil dengan proses simulasi CFD.

3.8.3. Simulasi CFD

Simulasi dengan menggunakan beberapa tahap, yaitu melakukan desain model geometri, melakukan checking fluid, memasukan data (input data) menentukan kondisi batas ( boundary condition), memasukkan tujuan simulasi (goals), kemudian dilakukan proses run dan mendapatkan hasil simulasi. Sofware yang digunakan adalah Ansys Fluent R18.1 Berikut merupakan langkah dalam proses simulasi :

a. Memasukkan data properties pada simulasi yang akan digunakan.

b. Meng-import geometry file dalam format .x_t kedalam design modeler c. Memasukkan input input manager dari semua part, dan setelah itu klik

decompose untuk bisa membaca inputan data yang telah dimasukkan.

d. Masuk pada menu mesh dan melakukan proses selanjutnya, klik edit untuk membuka proses meshing.

e. Klik IC Engine Setup Mesh, pilih Coarse pada mesh type. Setelah itu klik generate mesh sebelum ke tahap meshing seluruh bagian yang akan diuji.

f. Masuk ke tahap ICE Solver Setup untuk memasukkan nilai data inputan pada boundary conditions.

(42)

25

g. Klik pilih Edit Solver Settings, masukkan data properties seperti panjang velocity stack dan variasi sudut bibir velocity stack.

h. Kemudian masuk ke project schematic selanjutnya yaitu Setup 1. Menentukan viscous model pada menu Models

2. Persiapan setup model species pada material

3. Menentukan setup running calculation, dan masuk ke proses running simulation

i. Setelah semuanya kondisi perhitungan terpenuhi dan metode perhitungan telah dipilih, maka perhitungan simulasi. Pada proses running calculation ini akan memakan waktu 3 sampai 4 hari untuk menjalankan simulasi tersebut.

3.8.4. Analisi Data

Pada analisa data dapat diperoleh laju aliran udara yang paling baik dari semua data penelitian yang telah dilakukan, dengan membandingkan data dari laju aliran udara dan turbolensi yang terjadi.

3.8.5. Penarikan Kesimpulan

Pada penarikan kesimpulan dilakukan dengan melihat data dari analisis data yang telah dilakukan. Hasil dari simulasi berupa grafik yang dapat dibaca dan dianalisa. Setelah melakukan analisa data kemudian dilakukan penarikan kesimpulan hasil dari simulasi.

(43)

54

DAFTAR PUSTAKA abdullah, mikrajuddin. 2016. FISIKA DASAR 1.

Achmad Husain, Nursya’i. 2021. “STUDI KOMPUTASIONAL PENGARUH DESAIN VELOCITY STACK INTAKE MANIFOLD TERHADAP EFISIENSI VOLUMETRIK MESIN ASTRO 108CC MENGGUNAKAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS.” Skripsi, Universitas

Muhammadiyah Ponorogo. http://eprints.umpo.ac.id/6569/.

Aritonang, Adolf Parsaoran. 2018. “Pengaruh penggunaan panjang pendek velocity stack pada venturi karburator Yamaha Scorpio-Z 225 terhadap torsi dan daya / Adolf Parsaoran Aritonang.” Diploma, Universitas Negeri Malang. http://repository.um.ac.id/43563/.

Aswara, Ari Yuga. 2017. “Pengaruh perubahan diameter velocity stack dan variasi putaran mesin terhadap daya tahan dan torsi Honda Vario 125 / Ari Yuga Aswara.” Diploma, Universitas Negeri Malang.

http://repository.um.ac.id/43485/.

Bachri, Saiful. 2018. “Pengaruh diameter velocity stack terhadap konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang pada sepeda motor Honda Beat PGM-Fi / Saiful Bachri.” Diploma, Universitas Negeri Malang.

fathurahman, rully. 2020. “PENGEMBANGAN DESAIN INTAKE TROMP CYCLONE DENGAN MENGGUNAKAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC | Teknobiz : Jurnal Ilmiah Program Studi Magister Teknik Mesin,” Maret.

https://journal.univpancasila.ac.id/index.php/teknobiz/article/view/1361.

P, Millian Pieter, dan Teng Sutrisno. 2016. “PENGARUH VELOCITY STACK INTAKE TERHADAP PERFORMA KENDARAAN.” Mechanova 5 (0).

https://publication.petra.ac.id/index.php/teknik-mesin/article/view/6878.

said, muhammad. 2010. “Simulasi Numerik Aliran Fluida Dan Bentuk Sudu Tingkat Pertama Turbin Gas Penggerak Generator Dengan Daya 141,9 Mw Menggunakan CFD Fluent 6.3.26.” 2010.

https://123dok.com/document/wq2n86pq-simulasi-numerik-aliran-tingkat- pertama-penggerak-generator-menggunakan.html.

Saputra, Ferdi Ringga Lana. 2017. “Pengaruh penambahan velocity stack pada karburator terhadap daya dan konsumsi bahan bakar Honda Megapro / Ferdi Ringga Lana Saputra.” Diploma, Universitas Negeri Malang.

saputra, dan nurhadi. 2017. “Pengaruh Variasi Kecepatan Udara Terhadap Kinerja Tungku Gasifikasi Sekam PAdi Tipe Downdraft Kontinu - UMS ETD- db.” 2017. http://eprints.ums.ac.id/42345/.

Syahrullah. 2016. “Pengaruh pemasangan velocity stack pada throttle body Yamaha Vixion terhadap poer dan torque / Syahrullah.” Universitas Negeri Malang. Program Studi Pendidikan Teknik otomotif. 2016.

Versteeg, Henk Kaarle, dan Weeratunge Malalasekera. 2007. An introduction to computational fluid dynamics: the finite volume method. Pearson

education.

(44)