7/28/2010
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 Ir. Toni Bambang PGd.
TEKNIK SISTEM PERKAPALAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2010
CHAPTER OUTLINE ABSTRAK I. PENDAHULUAN
II. TINJAUAN PUSTAKA
III. METODOLOGI IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN
VI. KESIMPULAN DAN SARAN
VII. DAFTAR PUSTAKA
1
7/28/2010
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), ) SFC (g (g/kW.h), ) Efisiensi mekanik (η (ηm), ) Effisiensi Volumetrik (η (ηf), ) Brake Torque q ((T), ) BMEP ((bar), 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
I. PENDAHULUAN A. Perumusan Masalah Berdasarkan uraian diatas, diatas dapat diambil perumusan masalah dalam penulisan Tugas Akhir ini yaitu : Apakah modifikasi bentuk dengan perubahan diameter intake manifold (Venturi ) memberikan efek terhadapp kenaikan pperformansi engine g ? B. Batasan Masalah Agar pengerjaan tugas akhir ini tidak terlalu meluas maka diperlukan batasan-batasan masalah agar proses penulisan lebih terarah. Adapun batasan
2
7/28/2010
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 25o, 30o, 40o, 50o, 60o. e)) Performa P f motor t diesel di l dianalisa di li berdasarkan b d k variasi i i putaran t (RPM mesin) i ) 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. bervariasi
b. Memberikan wacana kedepan dalam modifikasi komponen diesel engine
jika terbukti perubahan intake manifold (Venturi) dapat memberikan performansi kerja diesel lebih baik.
3
7/28/2010
II. TINJAUAN PUSTAKA
1. Teori Diesel Engine 2. Teori Aliran fluida 3. Teori Intake manifold (venturi) 4. Spesifikasi bahan bakar 5. Teori perbandingan b d udara d d bahan dan b h bakar b k 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.
4
7/28/2010
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, isap, kompressi kerja dan buang. buang
2. Teori Aliran Fluida Aliran fluida pada umumnya ada 3 yaitu : 1.Laminer NRe < 2000, laminer 22. Transisi Transisi 2000 < NRe < 4000, transisi 3. Turbulen 4000 < NRe, turbulen Persamaan Reynold Number : Keterangan :
Re =
DV ρ
μ
D = diameter pipa penampang V = kecepatan aliran udara ρ = massa jenis fluida µ = kerapatan udara
5
7/28/2010
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 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.
6
7/28/2010
4. Spesifikasi bahan bakar solar No
Karakteristik
1 2
Angka Setana Indeks Setana
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Berat Jenis pada 15 0 C Viskositas pada 40 0 C Kandungan Sulfur Distilasi : T 95 Titik Nyala Titik Tuang Karbon Residu Kandungan Air Biological Grouth Kandungan FAME Kandungan Metanol&Etanol Korosi bilah tembaga Kandungan Abu Kandungan Sedimen
13 14 15 16
Unit
Batasan MIN 45 48
MAX -
Kg/m3 Mm2/sec % m/m 0C 0C 0C menit Mg/kg %v/v
815 2 60 Nihil -
870 5 0.35 370 18 Kelas I 500
%v/v Menit %m/m %m/m
Tak -
Terdetksi Kelas I 0.01 0.01
Metode Uji ASTM D-6136 D4737 D-1298/ D-4737 D-445 D-1552 D-86 D-93 D-97 D-4530 D-1744
ASTM/lain IP
10 D-4815 D-130 D-482 D-473
17
Bilangan Asam Kuat
mgKOH/gr
-
0
D-664
18 19
Bilangan Asam Total Partikular
mgKOH/gr Mg/l
0.6 -
D-664 D-2276
20 21
Penampilan Visual Warna
No.ASTM
Jernih dan -
Terang 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 Carbon Hydrogen Carbon monoxide Sulfur Methane Ethane Propane Butane Octane
State Solid Gas
Symbol cu ft O2 per cu ft O2 per lb O2 per cu ft fuel cu ft fuel lb fuel C ….. ….. 2.667 H2 0.5 2.39 8
Gas Solid Gas Gas Vapor Vapor p Liquid
CO S CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C8H18
0.5 ….. 2 3.5 5 6.5 …..
2.39 ….. 9.56 16.72 23.9 31.1 …..
0.572 1 4 3.735 3.635 3.585 3.51
lb air per cu ft O2 per cu ft air per lb fuel lb fuel lb fuel 11.52 31.65 151.3 34.5 94.8 453 2.47 4.32 17.28 16.12 15.68 15.48 15.15
6.79 11.87 47.4 44.3 43.1 42.6 41.6
32.5 56.7 226.5 212 206.5 203.5 199
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.
7
7/28/2010
y 6. Rumus Performansi Motor Diesel a) Brake Torsi dan Daya
P = 2 π NT
T = Fb
b)Effi i i M b)Effisiensi Mekanik k ik
m&
c)Fuel air ratio m&
ηm =
a
Pf Pb = 1− Pig Pig
f
d) Eff. Volumetrik e) Mean Effective Pressure
mep(kPa) =
6.28n R xT ( N .m) Vd (dm (dm 3 )
f) Konsumsi Bahan Bakar Spesific dan Effisiensi sfc ( mg / J ) =
m& f ( g / s ) P ( kW )
Mulai
Identifikasi dan perumusan masalah
Buku Paper
Study Literature
Jurnal I t Internet t
Data Mesin Diesel
Tugas Akhir
Tipe L 100
III. METODOLOGI
Metode Simulasi NO Pemodelan Komputer YES Perubahan diameter Venturi Dalam Intake Manifold pipe Analisa data dengan CFD dan GT‐Power Kesimpulan
Selesai
8
7/28/2010
IV. ANALISA MASALAH 4. 1 Data‐data Spesifikasi Mesin Model Bore Stroke Displacement Compresion ratio Intake Valve open Exhaust valve open Intake valve open Exhaust valve close Ignition System Fuel intake system Fuel
: Yanmar L 100 : 86.00 mm : 70.00 mm : 406.00 cc : 20.28 : 469 CA : 191 CA : 361 CA : 325 CA : Compression : Direct injection : 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
9
7/28/2010
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, 50 o 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
2. Perbesaran diameter venturi dengan variasi outlet angle 25o , 30 o , 40 o, 50 o dan 60 o
10
7/28/2010
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.
11
7/28/2010
Adapun hasil analisis CFD dapat ditampilkan pada Gambar dibawah ini :
Hasil Analisa
Meshing Venturi
Adapun hasil analisis CFD dapat ditampilkan pada grafik dibawah ini : A. Pengaruh perbesaran inlet angle pada venturi
Maximum Velocity in Venturi vs. Inlet Angle
Maximum Velocity in Venturi vs. Inlet Angle
12
7/28/2010
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. tinggi kecepatan rendah menyediakan, 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.
13
7/28/2010
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
14
7/28/2010
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 35 480 Pa untuk outlet angle 20 °, 37.310 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 p Sementara : 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
Langkah pemodelan GT -Power
15
7/28/2010
Gambar
Nama
Keterangan
New
Membuat model simulasi GTPOST yang baru
Open
Membuka file GT-POST yang sebelumnya sudah tersimpan
Tile With Template Library
Menampilkan pada layar
kolom
Open Setup
Run
Untuk membuka Run Setup
Open Setup
Output
Open Setup
Case
Library
Untuk membuka output setup Untuk membuka case setup
Run Simulation
Untuk menjalankan model yang sudah selesai dibuat
Halt / Suspend Simulation
Untuk menghentikan / menunda jalannya simulasi model
Open POST
Untuk membuka GT-POST setelah model selesai dijalankan
GT-
Membuat Model GT-ISE Baru
Create Part (ctrl + 2)
Untuk membuat komponen model
(mengcopy)
Create Links (ctrl + 3)
Untuk menyambungkan antara masing-masing komponen model
Flow Folder: EndEnvironment EngCylinder Pipe InjAF-RatioConn InjProfileConn OrificeConn - def (object) OrificeConn – bellmouth (object) ValveCamConn 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
Tampilan Jendela Baru GT-Power
16
7/28/2010
Atribut Properti
Menghubungkan Komponen
Sebelum dimodifikasi
17
