SIMULASI ALIRAN MENGGUNAKAN COMPUTATIONAL FLUID

35 = Biogas = Air = Listrik = Data Gambar 13. Skema setup pengujian karburator biogas

D. SIMULASI ALIRAN MENGGUNAKAN COMPUTATIONAL FLUID

DYNAMICS CFD Karakteristik aliran dan campuran antara biogas dan udara dalam karburator biogas sulit dilihat secara langsung karena proses pencampuran terjadi di dalam badan karburator dan kedua bahan tersebut sama-sama tidak bisa dilihat langsung secara kasat mata. Untuk memprediksi karakteristik aliran dan proses pencampuran maka digunakanlah simulasi menggunakan computational fluid dynamics CFD. Simulasi dilakukan menggunakan perangkat lunak ANSYS FLUENT Versi 13, sementara itu pembuatan model geometri venturi dan diskretisasi meshing menggunakan perangkat lunak GAMBIT. Model dan persamaan dasar yang digunakan dalam simulasi karburator biogas adalah model multifasa dan model viskos. Model aliran multifasa digunakan untuk mendefinisikan dua jenis material yang berbeda biogas dan udara. Pada FLUENT disediakan beberapa model untuk aliran multifasa, yaitu Volume of Fluid VOF, mixture, dan eulerian. Output yang diharapkan dari simulasi ini ialah mengetahui karakteristik aliran dan campuran antara biogas sehingga model yang tepat untuk Motor Dinamometer Karburator Suplai Biogas Suplai air Pembuangan Air Data Controller Komputer Pribadi Katup Load Sumber listrik AC 220 V 50- 60 Hz DC Adaptor 12 V 36 digunakan ialah model mixture. Model viskos yang digunakan ialah model k-epsilon karena jenis aliran yang disimulasikan ialah aliran turbulen. Model k-epsilon merupakan model yang cukup akurat menganalisis aliran turbulen. Selain itu, model k-epsilon juga sangat stabil dalam menganalisis aliran dan komputasinya relatif lebih singkat. Aliran di dalam karburator terjadi akibat adanya perbedaan tekanan antara tekanan atmosfer pada ujung choke karburator dan tekanan pada intake manifold. Supaya aliran dapat disimulasikan dengan tepat maka nilai tekanan pada intake manifold harus diketahui. Tekanan pada intake manifold dapat dinyatakan dalam Persamaan 13 Mitran, 2008: = − Δ 13 Dimana: = Tekanan pada intake manifold Pa = Tekanan atmosfer Pa Δ = Perbedaan tekanan Pa Perbedaan tekanan antara atmosfer dan tekanan pada intake manifold disebabkan oleh adanya kehilangan tekanan akibat gesekan dan hambatan lain yang terdapat pada manifold. Secara umum kehilangan tekanan ini dapat dinyatakan dengan Persamaan 14 Mitran, 2008: Δ = × 14 Dimana: Δ = Kehilangan tekanan Pa = Berat Jenis N 3 = head loss m Nilai head loss ini dapat dibagi menjadi dua komponen Mitran, 2008: = + 15 Dimana: = head loss linear akibat gesekan m = head loss akibat belokansambungan m Head loss linear dapat dihitung menggunakan Persamaan Darcy Mitran, 2008: = � . . 2 2 16 Dimana: � = koefisien head loss linear = panjang pipa manifold m = diameter dalam pipa manifold m W = kecepatan aliran fluida ms g = percepatan gravitasi 2 37 Karakteristik aliran dapat dinyatakan dengan bilangan Reynold, yang bisa dihitung menggunakan Persamaan 17 Mitran, 2008: = . 17 Dimana: v = viskositas kinematik 2 Koefisien head loss linear dapat dihitung menggunakan persamaan Moody untuk bilangan 4.10 3 10 7 Mitran, 2008: � = 0.0055. 1 + 20000. + 106 1 3 18 Dimana: = = Kekasaran rata-rata permukaan dalam manifold m Head loss akibat belokan dapat dihitung menggunakan persamaan Weissenbach Mitran, 2008: = �. 2 2 19 Perhitungan secara lengkap untuk menghitung tekanan pada intake manifold dapat dilihat pada Lampiran 4. Input data yang dimasukkan pada boundary conditions atau kondisi batas pada perangkat lunak simulasi dapat dilihat pada Tabel. Tabel 7. Input data pada boundary conditions simulasi CFD No. Variabel Zona Inlet udara Inlet biogas Outlet 1 Fasa Udara Biogas Mixture 2 Massa Jenis 3 1.2 1.164 Mixture 3 Tipe Pressure inlet Pressure inlet Pressure outlet 4 Tekanan kPa 101.325 101.325 101.003 38 Bagan alir proses simulasi menggunakan CFD dapat dilihat pada Gambar 14. Gambar 14. Diagram alir prosedur simulasi Mulai Pembuatan Geometri dan meshing Venturi Pengecekan Mesh Mesh Baik 0.9? Pendefinisan kondisi batas geometri inlet udara, inlet biogas, outlet Mesh Baik? Ya Penentuan kondisi batas Proses Numerik Iterasi Error? Selesai Koreksi Data GAMBIT ANSYS FLUENT 39

V. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. PROTOTIPE KARBURATOR BIOGAS

Karburator biogas yang dirancang berfungsi mencampur udara dan biogas untuk selanjutnya dimasukkan ke dalam silinder motor untuk dibakar dan menggantikan bensin sebagai bahan bakar. Walaupun bentuk karburator yang dibuat berbeda dengan karburator asli motor tersebut, bagian – bagian yang memiliki fungsi sama didesain berukuran sama agar mekanisme kerja motor tidak terganggu dengan adanya penggantian karburator. Perbandingan antara karburator hasil rancangan dan karburator asli ditunjukkan pada Gambar 14. Gambar 15. Perbandingan karburator bensinkiri dan karburator biogas hasil rancangankanan Pada Gambar 12 terlihat bahwa bentuk karburator biogas lebih sederhana apabila dibandingkan dengan karburator bensin. Hal ini disebabkan karena banyak bagian – bagian pada karburator bensin yang tidak lagi dibutuhkan pada karburator biogas, seperti mangkok penampung bensin, filter bahan bakar, dan pelampung. Karburator biogas yang telah dibuat secara umum telah memenuhi kriteria perancangan yang ditentukan. Prototipe yang dibuat telah berfungsi dengan baik pada setiap komponennya dan sesuai dengan gambar kerja yang dibuat. Bagian – bagian prototipe karburator biogas yang telah dibuat dapat dilihat pada Gambar 15.