Pemodelan Penurun Tekanan Untuk Kenderaa (1)

PEM OD ELAN PEN URUN TEKAN AN UN TUK KEN D ARAAN BERBAH AN BAKAR GAS D EN GAN SI M ULASI 3 - D

( St udi Kasus : Korelasi Perubahan Posisi pada Penurun Tekanan t erhadap Tekanan dan Laj u Aliran Massa )

TULUS BURH AN UD D I N SI TORUS UN I V ERSI TAS SUM ATERA UTARA FAKULTAS TEKN I K JURUSAN TEKN I K M ESI N

1 .1 La t a r Be la k a n g

Saat ini Bahan Bak ar Gas at au Com pressed Nat ural Gas ( CNG) m erupakan bahan bak ar alt ernat if y ang sedang dik em bangk an unt uk m enggant ikan bahan bak ar cair sepert i solar dan bensin. Hal ini disebabk an sem ak in m enipisny a persediaan bahan bakar cair t ersebut dan polusi yang dit im bulkan oleh bahan bakar t ersebut . Em isi gas buang m engakibat kan pem anasan global, yang salah sat u dam pak ny a adalah perubahan iklim sepert i y ang t erasa saat ini. Selain CNG, ada j uga m et anol, et anol, dan LPG ( liquefied pet roleum gas) dengan kelebihan dan kekurangan m asing- m asing. Walaupun begit u keem pat j enis bahan bakar t ersebut diakui sebagai bahan bakar yang bersih karena m em iliki em isi gas buang y ang rendah. Selain it u gas alam t idak bersifat k orosif dan t idak beracun, sehingga t idak m engakibat kan kont am inasi dengan air t anah. Supaya dapat m enggunakan BBG, k endaraan berbahan bak ar bensin m em erluk an seperangk at peralat an t am bahan y ang disebut k it k onv ersi ( conversion kit ) y ang t erdiri dari t abung BBG, k at up m anual, pipa t ekanan t inggi, m anom et er, dan saklar pilih, kat up ot om at is, penurun t ekanan (pressure regulator), katup pengisian BBG (filling valve),

pencampur gas dan udara (mixer) serta katup otomatis untuk bensin. Sistem pengaturan laju aliran dan langkah penurunan tekanan pada penurun tekanan akan sangat menentukan prestasi motor tersebut. Dari beberapa kajian yang pernah dilakukan terhadap karakteristik stabilitas dan prestasi kit konversi di LMBSP ITB

Bandung [7,8,9] , menunjukan bahwa kit konversi yang diimpor oleh beberapa penjual (vendor) di Indonesia masih memerlukan beberapa perbaikan.

Beberapa penelitian yang telah diadakan untuk mencari penyebabnya [10,11] , menyimpulkan bahwa masalah utama dari gangguan ini adalah ketidakstabilan dan

respon transien yang kurang baik dari satu atau lebih mekanisme pegas-massa yang terdiri dari restriksi katup, pegas, diafragma, saluran orifis, dan ruang dari penurun tekanan. Mekanisme tersebut diharapkan untuk memungkinkan penurun tekanan menghantarkan secara baik sejumlah gas yang dibutuhkan oleh kendaraan bermotor, pada saat yang tepat, meskipun tekanan gas di dalam tangki berkurang selama pengoperasian kendaraan. Kesetimbangan antara gaya aerodinamis yang dihasilkan oleh aliran gas yang dimampatkan melalui penurun tekanan dan gaya mekanik dari pegas dan diafragma yang menggerakkan restriksi katup agar terbuka pada saat yang tepat secara baik untuk menghantarkan sejumlah gas yang diperlukan kendaraan bermotor, merupakan salah satu parameter utama yang ikut menentukan kondisi baik tidaknya suatu penurun tekanan .

1 .2 Tu j u a n

Penelit ian ini dim aksudkan unt uk m em peroleh suat u hal yang berart i dalam m em perbaiki prest asi kit konversi khususnya penurun t ekanan m engenai kondisi t unak dan laj u aliran m assanya. Hal ini dapat diket ahui dengan m elakukan beberapa perubahan sepert i posisi lubang m asuk dan posisi lubang k eluar y ang m em iliki indikasi prest asi kondisi t unak yang kurang baik. Selanj ut nya dat a yang diperoleh dapat digunakan sebagai m asukan unt uk m endesain ulang penurun t ekanan yang baru at au m eningkat kan pengont rolan kit konversi di m asa m endat ang secara elekt ronik.

1 .3 Ru a n g Lin gk u p

Ruang lingkup penelit ian ini adalah m elakukan sim ulasi aliran fluida CNG di dalam penurun t ekanan dengan m enggunakan perangkat lunak FI RE v7.0b_pl3. Dalam sim ulasi ini dilakukan perubahan t ekanan gas m asuk ke penurun t ekanan, perubahan t ek anan k eluar, perubahan diam et er lubang k eluar, perubahan posisi lubang m asuk, dan posisi lubang keluar. Set iap perubahan dilihat pengaruhnya t erhadap t ek anan di dalam ruang penurun t ek anan dan laj u aliran m assa k eluar.

BAB I I TEORI D ASAR

2 .1 . Ba h a n Ba k a r Ga s

Bahan Bakar Gas at au BBG m erupakan gas alam yang t elah dim am pat kan. Secara um um lebih dari 80% k om ponen gas bum i y ang dipak ai sebagai BBG m erupak an gas m et ana, 10% - 15% gas et ana, dan sisany a adalah gas k arbon dioksida, dan gas- gas lain. Susunan BBG y ang dipak ai di Jak art a 93% t erdiri dari gas m et ana, 3,2% gas et ana, dan 3,8% sisany a adalah gas nit rogen, propana, dan k arbon dioksida [ 6] . Kom posisi gas alam t ersebut berbeda- beda ant ara sat u sum ber dengan sum ber lainnya. Bahan bak ar gas dapat dik elom pok k an k e dalam dua bagian ut am a y ait u gas alam ( nat ural gas) dan gas buat an ( m anufact ured gas) . Gas alam um um nya berada di t em pat y ang sam a dengan endapan m iny ak dan bat ubara. Sedangk an gas buat an diproduk si dari k ay u, t anah gam but , bat ubara, m iny ak , dan sebagainy a. Kom ponen m am pu bak ar dari gas adalah m et ana, k arbondioksida, dan hidrogen dalam j um lah y ang bervariasi. Karak t erist ik dari gas sangat t ergant ung pada k om ponen y ang ada dalam gas t ersebut . Keunggulan BBG sebagai bahan bakar unt uk kendaraan ant ara lain :

- Ram ah lingk ungan k arena polusi y ang disebabk an oleh BBG relat if lebih rendah dibandingk an BBM. Hal ini disebabk an k arena BBG dengan unsur ut am a m et ana dan et ana m em puny ai perbandingan j um lah at om hidrogen t erhadap at om k arbon y ang lebih t inggi. Dan pada proses pem urnian BBG t idak digunakan TEL ( zat adit if unt uk m enaikkan angka okt an) . Tingkat pengurangan em isi t ert ent u unt uk kendaraan BBG j ika dibandingkan dengan bensin adalah [ 5] :

• CO, 60% –80% • NOx , 50% –80% • CO2, sek it ar 30% • Reak t ifit as penghasil ozon, 80% –90% .

Sedangk an pengurangan em isi dari penggunaan gas pada m esin diesel um um ny a berada pada rent ang berik ut ini [ 5] :

• CO, 70% –90% • NOx , 80% - 90% • Bahan part ikel ( PM10) , 90% –95%

Banyak part ikel yang dikeluarkan cenderung berasal dari m inyak pelum as m esin yang m asuk ke kepala pist on dan bukan m er upakan akibat langsung dari BBG [ 5] .

- Am an karena BBG m em iliki berat j enis yang lebih ringan daripada udara sehingga bila t erj adi kebocoran m aka BBG segera m em bum bung ke udara dan sulit bagi BBG unt uk m em bent uk cam puran m am pu t erbakar di udara. Unt uk m enghindari ledak an, m ak a pada t angk i BBG dilengk api dengan k at up y ang ak an t erbuk a j ik a t ek anan t angk i m elebihi bat as t ek anan y ang diizinkan dan segera kem bali set elah t ekanan t angki norm al kem bali.

- Lebih hem at dalam pem ak aian m iny ak pelum as dan busi. -

Bahan Bakar Gas memiliki nilai oktan yang lebih tinggi daripada bensin sehingga m engurangi kem ungkinan t erj adinya det onasi.

- Murah k arena BBG dij ual dalam sat uan lit er set ara prem ium hargany a 40% – 50% dari prem ium .

- Diproduk si di dalam negeri Nam un w alaupun BBG m em iliki banyak keunt ungan sebagai bahan bakar bagi k endaraan t et api t erdapat k endala y ait u peny im panan bahan bak ar gas t ersebut . Terdapat dua kem ungkinan penyim panan gas alam yang digunakan sebagai bahan bakar unt uk kendaraan yait u :

- CNG ( com pressed nat ural gas) dim ana gas disim pan di dalam silinder bert ekanan t inggi hingga m encapai 200 bar. Peny im panan CNG m em erlukan volum e yang lebih besar, nam un m em erlukan peralat an t am bahan y ang relat if lebih rendah.

- LNG ( liquefied nat ural gas) dim ana gas m et ana m enj adi cair pada t em perat ur - 162 o

C pada t ek anan 1 bar. Tet api unt uk LNG dibut uhk an sej um lah energi yang cukup besar unt uk m encairkan gas dan pengisian ulang y ang lebih sulit dibandingk an dengan CNG.

2 . 2 . Sist e m Kit Kon v e r si

Peralat an y ang harus dit am bahk an pada k endaraan berm ot or agar k endaraan berm ot or dapat beroperasi dengan BBG adalah k it k onv ersi sepert i t am pak pada gam bar 2.1. Bahan bak ar gas dim asuk k an k e t abung BBG ( 1) m elalui k erangan pengisian BBG ( 5) pada t ek anan t inggi m elalui pipa t ek anan t inggi ( 3) , k em udian gas disalurkan k e m esin m obil. Tek anan gas dit urunk an k e at m osfir ( LK.1) oleh penurun t ekanan ( 6) . Kem udian dicam pur dengan udara oleh pencam pur udara dan gas ( 8) dan selanj ut nya m asuk ke m esin unt uk dibakar. Kendaraan berm ot or dapat dioperasikan m em ak ai bahan bak ar gas at au bensin. Pengat uran operasinya diat ur oleh sakelar pem ilih ( 4) yang m enut up at au m em buka kerangan ot om at is ( 6) dan ( 9) unt uk gas at au bensin.

Ga m ba r 2 . 1 . Le t a k k it k on v e r si pa da k e n da r a a n

Banyaknya volum e gas yang t ersim pan di t angki dapat dilihat di m anom et er ( 4) . Dalam pem ak aian BBG unt uk k endaraan t idak ada perubahan- perubahan pada m esin kendaraan, yang ada hanya penam bahan peralat an kit konversi. Bila prosedur pem asangan dan pem eliharaan alat ini dilak sanak an dengan baik m ak a penggunaanny a ak an am an.

2 .2 .1 . Pe n u r u n Te k a n a n ( Pr e ssu r e Re gu la t or ) (11)

Pada kit konversi, penurun t ekanan berfungsi unt uk m enurunkan t ekanan bahan bak ar gas dari t ek anan t abung hingga m encapai t ek anan t ert ent u disam ping m engat ur j um lah bahan bak ar gas y ang dibut uhk an pada saat m ot or penggerak beroperasi. Penurun t ekanan ini ada yang m em iliki dua ruang nam un ada j uga yang m em iliki t iga ruang. Dan yang dibahas di sini adalah penurun t ekanan yang m em iliki t iga ruang. Prinsip kerj a dari penurun t ekanan adalah set elah m elalui penyaringan oleh sar ingan ( filt er) unt uk m enghilangkan kot oran, gas bert ekanan t inggi m em asuki penurun t ekanan m enuj u ruang pert am a. Pada ruang pert am a ini t ekanan dit urunk an dari sek it ar 200 bar hingga t ek anan t ert ent u y ait u 3 bar. Mek anism eny a adalah gas y ang m engalir m enuj u ruang pert am a it u m engalam i rest rik si aliran dengan adany a k at up j enis plat dat ar y ang dihubungk an dengan diafragm a berbeban pegas. Dengan adany a t ek anan gas m ak a diafragm a y ang dihubungkan dengan t uas oleh suat u gagang akan m engat asi gaya t ekan pegas sehingga uj ung t uas m enut up kat up pert am a ke suat u harga yang bervariasi ant ara 2,3 bar hingga 3 bar. Set elah t ek anan di ruang pert am a m encapai harga t ert ent u, k at up plat dat ar akan m enut up saluran m asuk BBG. Bila t ekanan di ruang pert am a ini berkurang ak ibat m engalirny a BBG k e ruang k edua, pegas ak an m enek an diafragm a dan m em buka kem bali kat up plat dat ar. Dalam hal ini kekakuan pegas harus m em iliki harga t ert ent u dan st abilit as respon yang baik sehingga dapat m enj am in kesinam bungan aliran bahan bakar t ersebut . Ruang pert am a berhubungan dengan ruang kedua dim ana diafragm a dihubungkan dengan m enggunakan gagang k e t uas k edua. Tek anan y ang berasal dari ruang pert am a ak an m engat asi gay a t ek an pegas dan k at up dan m enut up saluran BBG sert a m enst abilkan t ek anan berkisar 1 bar hingga 2 bar. Pada ruang k et iga t erdiri dari diafragm a yang dihubungkan oleh gagang ke t uas. Perbedaan ant ara gaya t ekan oleh gas pada k at up dan gay a t ek an pegas dari t uas ak an m enent uk an besarny a buk aan saluran m asuk gas dan ak ibat ny a ak an m enent uk an k uant it as gas y ang diperlukan unt uk kondisi slow - running m esin. Gas kem udian dialirkan m elalui dua saluran keluar ke pencam pur yang dipasang sebelum karburat or. Saat kebut uhan ak an bahan bak ar bert am bah, diafragm a t ert arik lebih j auh k e arah bagian dalam penurun t ek anan dan celah k at up ak an m em besar sehingga k uant it as gas j uga ak an bert am bah.

Ga m ba r 2 .2 . Pe n u r u n t e k a n a n

2 .2 .2 . Pe n ca m pu r ( M ix e r )

Bent uk pencam pur direncanak an sedem ik ian rupa y ang pada dasarny a berfungsi unt uk m encam pur bahan bakar gas dan udara agar t erj adi cam puran yang Bent uk pencam pur direncanak an sedem ik ian rupa y ang pada dasarny a berfungsi unt uk m encam pur bahan bakar gas dan udara agar t erj adi cam puran yang

- Pencam pur harus dapat m enyuplai cam puran bahan bakar dan udara ke dalam silinder sesuai dengan sudut pancar dan kapasit asnya.

- Pencam pur harus t erbuat dari bahan yang t ahan t erhadap perubahan t em perat ur sert a kondisi kerj a yang erosif dan korosif

- Pencam pur secara t eorit is harus dapat m encam pur bahan bak ar dan udara dengan cam puran y ang hom ogen sehingga dapat t erbak ar dengan sem purna di dalam ruang bak ar.

Pencam pur ini m em iliki konst ruksi berupa vent uri dan dipasang t epat di at as kar burat or . Skem a aliran BBG dan udara di dalam pencam pur dapat dilihat pada gam bar 2.3.

Aliran Udara

Aliran Gas

Campuran Udara-Gas

Ga m ba r 2 .3 . Sk e m a a lir a n ga s da n u da r a di da la m pe n ca m pu r (11)

2 .3 . Pe r sa m a a n a lir a n m e la lu i su a t u r e st r ik si

Pada beberapa bagian dari sik lus m esin, fluida m engalir m elalui suat u rest rik si at au reduk si dalam penam pang aliran. Aliran sebenarny a ini biasany a dihubungk an dengan aliran ideal. Persam aan aliran ideal t ersebut adalah aliran t unak adiabat ik reversibel at au aliran isent ropik dari suat u fluida ideal yang m elalui saluran dengan geom et ri dan ukuran yang sam a. Dalam kenyat aannya

aliran fluida diperoleh dari koefisien keluaran ( discharge coefficient ) C D yang didefinisik an sebagai ( 4) :

aliran massa aktual

D aliran massa ideal

Alt ernat if lain, k oefisien k eluaran dapat didefinisik an dalam bent uk perbandingan luas penam pang efekt if saluran dan luas penam pang referensi. Bila penam pang referensi y ang biasany a diam bil sebagai luas penam pang m inim um adalah A R dan

luas penam pang efekt if dari rest rik si aliran adalah A E m ak a bisa diny at ak an bahw a :

C D A = E ( 2.9)

Orifis 1 2

Ga m ba r 2 .4 . Sk e m a a lir a n ca ir a n m e la lu i or ifis (4)

2 .3 .1 . Alir a n ca ir a n

Bila dit inj au aliran fluida cair m elalui suat u orifis sepert i gam bar 2.4 m aka unt uk aliran ideal, persam aan Bernoulli dapat dit ulis

Unt uk aliran ink om presibel, persam aan k ont inuit asny a adalah V 1 A 1 = V 2 A 2 dan laj u aliran m assa ideal m elalui sebuah orifis adalah :

A ( p 1 − p ideal 2 2 ) =   2  ( 2.11)

  1 − ( A 2 /A 1 )  

Laj u aliran m assa sebenarnya diperoleh dari hubungan :

m sebenarnya = C A (

  1 − ( A 2 /A 1 )  

Koefisien keluaran m erupakan fungsi dari ukuran, bent uk, kekasaran perm ukaan orifis, laj u aliran m assa sert a sifat fluida sepert i m assa j enis, t egangan perm uk aan, dan v isk osit as. Bilangan Reynolds unt uk orifis yait u :

ñ V 2 D 2 V 2 D Re 2 o = = ( 2.13)

sebagai korelasi param et er unt uk penghit ungan koefisien keluaran dim ana µ v iskosit as dinam ik ( k g/ m .s) dan ν viskosit as kinem at ik ( m 2 / s) .

2 .3 .2 . Alir a n Ga s

Bila suat u gas ideal yang m em iliki panas j enis konst an m engalir m elalui saluran sepert i gam bar 2.5 m aka unt uk aliran idealnya, t em perat ur st agnasi T o dan t ekanan st agnasi P o dihubungkan dengan kondisi lainnya di dalam saluran oleh persam aan energi unt uk aliran t unak yait u:

T o = T + ( 2.14)

2c p

dan

 T   p  =  ( 2.15)

T o   P o 

Kerongkongan Po ideal

Po sebenarnya

Ga m ba r 2 .5 . D ist r ibu si t e k a n a n u n t u k a lir a n ga s m e la lu i r e st r ik si (4)

Unt uk bilangan Mach M = V/ a, dim ana a m erupak an k ecepat an suara ( = γ R T ), m ak a persam aanny a m enj adi :

− + 1) M ) ã/(ã

Dan laj u aliran m assa m adalah : m = ρ .A. V

( 2.18) Berdasarkan hukum gas ideal dan hubungan ant ara p dan T, m aka persam aan di

at as m enj adi :

ã m ideal R T o

m ideal ã R T o

ideal = 

T 0  − ( ã 1 ) R p

 p   o   o 

Unt uk harga P o dan T o yang diberikan, laj u aliran m assa m aksim um t erj adi saat k ecepat an pada penam pang m inim um at au k erongk ongan ( t hroat ) sam a dengan k ecepat an suara. Keadaan ini disebut dengan aliran t ercekik ( choked) . Saat aliran t ercekik pada kerongkongan, m aka hubungan p T dengan t ekanan st agnasi p o m enj adi :

p T  2 =  ( 2.20)

p o  ã + 1 

banPerdingan ini disebut dengan perbandingan t ek anan k rit is. Unt uk ( p T /p o ) k urang at au sam a dengan perbandingan t ek anan k rit is m ak a :

m ideal ã R T o

Besarny a perbandingan t ek anan k rit is adalah 0,528 unt uk γ = 1,4 dan 0,546 unt uk γ = 1,3. Unt uk aliran subk rit is, laj u aliran m assa sebenarny a pada penam pang m inim um at au k erongk ongan adalah ( 4) :

sebenarnya =

RT o  p o 

ã − 1  p

   o 

Unt uk aliran t ercekik, m aka

D A T p 0 1/2  2 

sebenarnya =

RT o

Kem udian persam aan ( 2.21) dapat dibuat sepert i persam aan ( 2.12) dengan A 2

∨ A 1 diperoleh :

(2.24) dengan :

sebenarnya = C D A R [ 2 ñ o (p o − p T ) 1/2 ]

Ö  [ γ /( γ - 1)][(p /p 2/

1 − p T /p o

dimana Φ = fungsi kompresibilitas aliran

BAB I I I PEM OD ELAN

3 . 1 . Ga m ba r a n Um u m Pr ogr a m Fir e v 7 0 b_ pl3

Unt uk m elakukan pem odelan at au sim ulasi ini m aka dipakai per angk at lunak pendukung yait u program Fire v70b_pl3 dan pelaksanaannya dilakukan di Puslit bang Tenaga List rik dan Mekat ronika LI PI Bandung. Program Fire v70b_pl3 m erupakan suat u perangkat lunak unt uk t uj uan CFD ( com put at ional fluid dynam ics) . Dalam m ensim ulasikan sist em fluida t ersebut program FI RE m enggunak an m et ode v olum e hingga ( finit e volum e) . Karak t erist ik sist em fluida t ersebut ant ara lain : aliran t unak dan aliran t ransien, aliran kom presibel dan aliran inkom presibel, aliran viskos dan aliran non viskos, aliran isot erm al dan aliran non- isot erm al, aliran lam inar dan t urbulen, dan lain

sebagainy a ( 2) . Pr ogr a m Fir e in i da pa t diba gi k e da la m t iga ba gia n u t a m a y a it u :

- Pre- processor -

Analisis Program ( solver) -

Post Processor

3 . 2 Pe m ode la n Ge om e t r i

Pem odelan Geom et ri bert uj uan unt uk m em buat gam baran m at em at is dari suat u sist em fluida dan m enam pilkan gam baran t ersebut pada lay ar, dim ana di dalam gam baran t ersebut k em udian diisi dengan v olum e grid. Sist em fluida t ersebut ant ara lain dapat berupa im peler dengan sudu dan lubang y ang k om plek s at au pipa sederhana y ang dibengk ok k an. Pem odelan geom et ri ini dibuat pada bagian pre- processor dim ana t erdapat t iga m enu pada bagian ini y ait u : plane, surface, dan int ersect ion. Ket iga m enu ini digunakan unt uk pem buat an dan pem odifikasian m odel geom et ri yang sudah dirancang dim ana ( 2) :

- Menu plane digunakan unt uk m em buat dan m em odifikasi bidang dalam ruang k erj a bidang. Pada bagian ini file dari bidang disim pan dalam ekst ensi POI

- Menu surface digunakan unt uk m em anipulasi bidang unt uk m em buat dan m em odifik asi perm uk aan t iga dim ensi. File perm uk aan t iga dim ensi ini disim pan dalam ekst ensi SRF.

- Menu I nt ersect ion digunak an unt uk m em bagi- bagi perm uk aan t iga dim ensi m enj adi perm uk aan k ecil- k ecil dan m enat a ulang k em bali bagian - Menu I nt ersect ion digunak an unt uk m em bagi- bagi perm uk aan t iga dim ensi m enj adi perm uk aan k ecil- k ecil dan m enat a ulang k em bali bagian

Pada k asus ini, pem buat an geom et ri dari penurun t ek anan dim ulai dengan t ahapan sepert i yang t elah dij elaskan di at as. Karena penurun t ekanan ini t erdiri dari t iga ruang y ang dihubungk an oleh pipa m ak a pem buat an geom et riny a dibagi at as beberapa bagian. Pert am a- t am a dibuat geom et ri surface unt uk ruang pert am a, ruang k edua dan ruang k et iga. Kem udian dibuat pipa berbent uk lurus dan pipa bengkok yang akan m enghubungkan ket iga ruang t ersebut .

3 . 3 Pe m bu a t a n V olu m e Gr id

Set elah pem buat an k et iga ruang geom et ri surface dan pipa penghubung selesai m aka t ahap selanj ut nya adalah pem buat an volum e grid. Pem buat an grid dilakukan dengan m engadapt asi grid bent uk st andar sepert i k ubus, buj ur sangk ar, dan hex ahedron k epada t iap- t iap bagian geom et ri surface t adi. Set elah pem buat an v olum e grid pada t iap ruang dan pipa penghubung selesai dibuat m aka langkah selanj ut nya adalah m enggabungkan volum e grid dari t iap bagian t ersebut sehingga t erbent uk v olum e grid dari sebuah penurun t ekanan .

(a)

(b)

Ga m ba r 3 . 1 . Pe n u r u n t e k a n a n se t e la h t e r be n t u k

( a ) Ta m pa k de pa n ( b) Ta m pa k t iga dim e n si

Pada sim ulasi ini sepert i y ang t elah dij elaskan sebelum ny a t erdapat bagian y ang bergerak y ait u k at up. Di sini pergerak an k et iga k at up dipengaruhi oleh t ek anan m asuk dan t ek anan pada t iap ruang t ersebut . Jadi t ek anan m asuk dan t ek anan di ruang pert am a m em pengaruhi pergerak an k at up pert am a, k at up k edua dipengaruhi oleh t ek anan m asuk k e ruang dua, dan t ek anan di ruang k edua sert a k at up k et iga dipengaruhi oleh t ek anan y ang m asuk k e ruang k et iga, dan t ek anan pada ruang k et iga. Pada dasarny a prosedur unt uk m ensim ulasikan bagian bergerak dalam perangk at lunak CFD adalah sam a. Volum e grid pada dua posisi dengan t opologi y ang serupa harus dibuat dan m asing- m asing disim pan dalam dua file, yait u file link y ang m eny im pan inform asi t ent ang t opologi dan file geom et ri yang m enyim pan k oordinat nodal- nodal grid. Posisi k at up di ant ara dua posisi t ersebut dapat diint erpolasi oleh program CFD. Pada program Fire ini int erpolasi di ant ara dua posisi dilak uk an oleh suat u subrut in y ang disebut usrblk, yait u suat u subrut in Pada sim ulasi ini sepert i y ang t elah dij elaskan sebelum ny a t erdapat bagian y ang bergerak y ait u k at up. Di sini pergerak an k et iga k at up dipengaruhi oleh t ek anan m asuk dan t ek anan pada t iap ruang t ersebut . Jadi t ek anan m asuk dan t ek anan di ruang pert am a m em pengaruhi pergerak an k at up pert am a, k at up k edua dipengaruhi oleh t ek anan m asuk k e ruang dua, dan t ek anan di ruang k edua sert a k at up k et iga dipengaruhi oleh t ek anan y ang m asuk k e ruang k et iga, dan t ek anan pada ruang k et iga. Pada dasarny a prosedur unt uk m ensim ulasikan bagian bergerak dalam perangk at lunak CFD adalah sam a. Volum e grid pada dua posisi dengan t opologi y ang serupa harus dibuat dan m asing- m asing disim pan dalam dua file, yait u file link y ang m eny im pan inform asi t ent ang t opologi dan file geom et ri yang m enyim pan k oordinat nodal- nodal grid. Posisi k at up di ant ara dua posisi t ersebut dapat diint erpolasi oleh program CFD. Pada program Fire ini int erpolasi di ant ara dua posisi dilak uk an oleh suat u subrut in y ang disebut usrblk, yait u suat u subrut in

Gam bar 3.2 m enunj ukkan bahw a pada geo = 1 dan lnk= 1, posisi k at up pada ruang sat u dan ruang dua adalah m ak sim um , sedangk an posisi k at up pada ruang k et iga ialah m inim um . Nam un pada geo= 2 dan lnk= 1, posisiny a berubah dim ana posisi k at up pada ruang sat u dan ruang dua adalah m inim um , sedangk an posisi k at up pada ruang k et iga ialah m ak sim um .

XZ

Ruang Pertama

Katup Bergerak

Ruang Kedua

Katup Bergerak

Ruang Ketiga

Katup Bergerak

Posisi di ant ara dua posisi t ersebut ini didapat dengan int erpolasi geom et ri sepert i y ang t elah dij elaskan pada prinsip int erpolasi di at as. Bila dit abelkan m aka urut an volum e grid yang dibuat unt uk sim ulasi ini dit unj uk k an pada t abel 3.1 :

Ta be l 3 .1 Ur u t a n v olu m e gr id da n posisin ya

GEO- Flag LI NK- Flag Kat up 1

Kat up 2

Kat up 3

11 m ak sim um m ak sim um m inim um

21 m inim um m inim um m ak sim um

3 . 4 Kon disi Ba t a s

Tuj uan dari pem buat an kondisi bat as yait u unt uk m enent ukan karakt erist ik fisik bagian luar v olum e grid. Kondisi bat as y ang dipergunak an pada program Fire ini y ait u ( 2) :

- Lubang m asuk ( inlet ) , pada bagian ini k ondisi bat asny a dapat diny at ak an sebagai arah dan besar k ecepat an aliran ( m / s) , laj u aliran m assa ( k g/ s) , at au t ekanan ( pa) . Pada pem odelan ini digunakan kondisi t ekanan t ot al m asuk ( inlet t ot al pressure) .

- Dinding t et ap ( fix ed w all) , dim ak sudk an sebagai suat u dinding dim ana t idak ada fluida y ang m elint asi bat as, dan k ecepat an fluida pada - Dinding t et ap ( fix ed w all) , dim ak sudk an sebagai suat u dinding dim ana t idak ada fluida y ang m elint asi bat as, dan k ecepat an fluida pada

- Dinding bergerak ( m oving w all) m erupak an pem berian k ondisi bat as pada bagian y ang bergerak . Kondisi bat as dinding bergerak ini diny at ak an sebagai t em perat ur dan k ek asaran perm uk aan.

- Lubang keluar ( out let ) y ait u k ondisi bat as pada bagian k eluarny a fluida. Kondisi bat as lubang keluar ini dinyat akan sebagai t ekanan, t ekanan st at is, dan address. Address um um nya dipakai bila kondisi pada lubang m asuk berupa laj u aliran m assa at au k ecepat an. Dan k ondisi bat as pada lubang keluar yang digunakan pada sim ulasi ini adalah t ekanan st at is.

Pada pem odelan ini, m odel volum e grid m em iliki dua j enis dinding, yait u dinding

t et ap dan dinding bergerak . Dinding t et ap t erdiri bagian luar penurun t ek anan berupa k et iga ruang dan pipa penghubung, sedangk an dinding bergerak y ait u k at up y ang t erdapat pada k et iga ruang. Unt uk m em bedak anny a m ak a program Fire m em buat w arna- w arna t ert ent u unt uk t iap dinding. Dinding t et ap dit andai dengan w arna biru sedangk an dinding bergerak diberi w arna k uning.

Pada dinding ini dapat dit ent uk an besar t em perat ur at au fluk s panas y ang t erj adi pada dinding, k ek asaran perm uk aan, lengt h scale ( lsc) dan t urbulent kinet ic energy ( TKE) .

Dinding Tetap

Dinding Bergerak

Ga m ba r 3 . 3 D in din g be r ge r a k

3.5.Manajemen Waktu

Tahap berik ut ny a set elah pem buat an v olum e grid dan k ondisi bat as adalah pengat uran w akt u pada m odel yang dikenal dengan m anaj em en w akt u. Manaj em en w akt u berfungsi unt uk m engat ur program analisis Fire dalam m elak uk an perhit ungan t erhadap m odel. Hal- hal y ang diat ur pada bagian m anaj em en w akt u ini adalah ( 1) :

• Wakt u aw al dan akhir perhit ungan sert a kenaikan w akt unya ( t im e st ep)

• Nilai aw al kondisi fluida ( init ial v alue) Di sini pengguna m enspesifikasikan sifat - sifat fluida, t ekanan aw al

( Pa) , t em perat ur aw al ( K) , besarny a t urbulent kinet ic energy ( m 2 /s 2 ),

passive scalar unt uk fisik fluida dalam daerah t ersebut ( dom ain) .

• Nam a file m asuk an ( input ) dan k eluaran ( out put ) Pengguna ( user) m enspesifikasikan file m asukan dan keluaran unt uk dianalisa. File- file t ersebut adalah TI M, GEO, LNK, BND, FLO, RST, BCK, dan CHK.

• Param et er kom put asi yang m engat ur solusi num erik •

Penghit ungan v ariabel- v ariabel dan dit ulis k e dalam file hasil perhit ungan

• Subm odel yang digunakan, m eliput i persam aan energi, kom presibilit as, m odel t urbulen

• Fungsi pengguna yang digunakan

3 . 6 Fu n gsi Pe n ggu n a

Program Fire m enyediakan fungsi khusus yang bert uj uan unt uk m enyelesaikan kasus t ert ent u at au spesifik yang dim iliki. Fungsi t ersebut disebut dengan fungsi pengguna at au user funct ions. Fungsi pengguna m erupakan suat u subrut in yang dapat dibuat oleh pem ak ai. Dalam hal ini program Fire m em berikan subrut in y ang um um digunak an pada bidang m ot or bak ar. Nam un begit u pengguna dapat m em odifik asi dari subrut in t ersebut at au m em buat y ang baru sesuai dengan t uj uan y ang diingink an.

Fungsi pengguna y ang disediak an oleh program Fire ant ara lain : -

usrblk.f ( m ov ing m eshes) -

usrout .f ( out put dat a) -

usrbnd.f ( boundary condit ion int ializat ions)

- usr_const s.f ( const ant s ) - usrden.f (density update) - usrvis.f (viscosity) - usrini.f (initialization)

Unt uk sim ulasi y ang dilak uk an pada penelit ian ini dipergunak an beberapa fungsi pengguna. Fungsi pengguna yang dipergunakan pada sim ulasi ini yait u usrblk.f y ang berfungsi unt uk m enggerak k an k at up pada t iap- t iap ruang dim ana gerak an k at up t ersebut dipengaruhi oleh t ek anan pada ruang t ersebut . Kem udian fungsi pengguna lainny a adalah usrout yang bert uj uan unt uk m enam pilkan harga t ek anan pada t iap ruang pada file.log sehingga m em udahkan unt uk m em ant au perubahan t ekanan yang t erj adi set iap saat . Kem udian fungsi pengguna lainnya yang dipergunakan adalah file.cm b yang bert uj uan agar fluida kerj a yang dipergunak an dalam sim ulasi adalah m et ana.

BAB I V

H ASI L D AN AN ALI SA

Pada bagian ini ak an dij elask an analisa y ang dilak uk an t erhadap hasil sim ulasi y ang t elah diperoleh. Analisa dilak uk an t erhadap gay a y ang bek erj a sert a perubahan t ekanan dan laj u aliran m assa keluar pada penurun t ekanan.

4 .1 Ga y a y a n g be k e r j a pa da r u a n g pe n u r u n t e k a n a n

Sebelum m elakukan sim ulasi m aka har us diket ahui dulu gaya yang beker j a pada t iap ruang dari penurun t ek anan t ersebut . Karena perubahan posisi k at up ak an m enyebabkan perubahan aliran dan j uga perubahan t ekanan sebagai konsekuensinya. Pada t iap ruang dari penurun t ek anan bek erj a gay a- gay a y ang diak ibat k an oleh k at up, t uas, pegas m aupun diafragm a y ang t erdapat pada t iap ruang. Hal lain y ang perlu diperhat ikan y ait u bahw a pergerak an k at up ini dipengaruhi oleh t ek anan y ang m asuk dan t ek anan di dalam t iap ruang. Berdasark an gam bar 4.1 hingga gam bar 4.3 dapat dit inj au bahw a t ek anan di dalam ruang penurun t ek anan bergant ung pada perbedaan gay a pegas dan gay a ak ibat t ek anan m asuk pada k at up. Dengan k ondisi ini m ak a t ek anan di dalam ruang penurun t ek anan dapat naik at au t urun k arena pengaruh dari t ek anan m asuk , bergant ung pada apak ah gay a pegas naik lebih cepat at au lebih lam bat daripada gay a ak ibat Sebelum m elakukan sim ulasi m aka har us diket ahui dulu gaya yang beker j a pada t iap ruang dari penurun t ek anan t ersebut . Karena perubahan posisi k at up ak an m enyebabkan perubahan aliran dan j uga perubahan t ekanan sebagai konsekuensinya. Pada t iap ruang dari penurun t ek anan bek erj a gay a- gay a y ang diak ibat k an oleh k at up, t uas, pegas m aupun diafragm a y ang t erdapat pada t iap ruang. Hal lain y ang perlu diperhat ikan y ait u bahw a pergerak an k at up ini dipengaruhi oleh t ek anan y ang m asuk dan t ek anan di dalam t iap ruang. Berdasark an gam bar 4.1 hingga gam bar 4.3 dapat dit inj au bahw a t ek anan di dalam ruang penurun t ek anan bergant ung pada perbedaan gay a pegas dan gay a ak ibat t ek anan m asuk pada k at up. Dengan k ondisi ini m ak a t ek anan di dalam ruang penurun t ek anan dapat naik at au t urun k arena pengaruh dari t ek anan m asuk , bergant ung pada apak ah gay a pegas naik lebih cepat at au lebih lam bat daripada gay a ak ibat

k1 = (p in -p 1 )A k1 F s1 =k 1 .(0.015 + x s1 )

11 = m

b 1 = 25 mm

F D1 = (p 1 -p 0 1 )A D1

Gam bar 4.1. Gay a- gay a y ang bek erj a pada ruang pert am a

Unt uk sudut θ yang kecil, t an θ = x s1 /b 1 = x 1 /a 1 , m aka

F s1 b 1 + F k1 a 1 − F D1 b = 0 

b 1  k 1 0.015 + x 1 b 1 = A D1 (p 1 − p 01 )b 1 − A k1 (p 1 − p 01 )a  1

a 1 

b 1 0.015

[ b 1 A D1 (p 1 − p 01 ) − a 1 A k1 (p 1 − p 01 a ) ]

a 1 a x 1 b A = 1 2 1 D1 ( p 1 − p 01 ) − a 1 A k1 ( p in − p 1 ) − 0.015

dim ana:

a 1 = 0.011 m ( lebar t uas k at up 1)

b 1 = 0.025 m ( panj ang t uas k at up 1)

A k1 = π .0.003 2 / 4 ( luas penam pang k at up 1)

A D1 = π .0.07 2 / 4 ( luas penam pang diafragm a 1)

P in = t ekanan m asuk ke penurun t ekanan p 1 = t ek anan pada ruang pert am a p 01 = t ekanan udara luar

k 1 = k onst ant a pegas 1 x 1 = langkah kat up 1

unt uk x 1 = 0 , m ak a : p in = p 1 = p 01 = 1 bar / 1 at m , dan

a 1 A k1 p in + b 1 A D1 p 01 + p 0.015b 1 k 1 1 = ( 4.2)

a 1 A k1 + b 1 A D1

Sedangk an unt uk m enganalisa gay a- gay a y ang bek erj a pada ruang k edua dapat dilihat pada gam bar 4.2.

Unt uk sudut θ yang kecil, t an θ = x s1 /b 1 = x 1 /a 1 , m ak a diperoleh

F s2 b 2 + F k2 a 2 − F D2 b 2 = 0

2 0.015 + x 2 b 2 = A D2 (p 2 − p 02 )b 2 − A k2 (p 2 − p 02 )a  2

a 2 

b 0.015

[ b 2 A D2 (p 2 − p 02 ) − a 2 A k2 (p 2 − p 02 a ) ]

F k2 = (p 12 -p 2 )A k2 F D2 = (p 2 -p 02 )A D2

a 2 = 8 mm b 2 = 13 mm

F s2 =k 2 .(0.015 + x s2)

Ga m ba r 4 .2 . Ga ya - ga ya ya n g be k e r j a pa da r u a n g k e du a

x 2 = 2 [ b 2 A D2 ( p 2 − p 02 ) − a 2 A k2 ( p 1 − p 2 − 0.015 ) ( 4.3)

dim ana:

a 2 = 0.008 m ( panj ang t uas k at up 2 k e arah X- )

b 2 = 0.013 m ( panj ang t uas k at up 2 k e arah X+ )

A k2 = π .0.004 2 / 4 ( luas penam pang k at up 2)

A D2 = π .0.054 2 / 4 ( luas penam pang diafragm a 2) p 12 = t ekanan m asuk ke r uang kedua p 2 = t ek anan pada ruang k edua p 02 = t ekanan udara luar

k 2 = k onst ant a pegas 2 x 2 = langkah kat up 2

unt uk x 2 = 0 , m ak a : p 12 = p 2 = p 02 = 1 bar / 1 at m , dan

a 2 A k2 p 1 + b 2 A D2 p 02 + 0.015b 2 k 2

p 2 = (4.4 )

a 2 A k2 + b 2 A D2

Dan unt uk m eninj au gaya- gaya yang bekerj a pada ruang ket iga dapat dilihat pada ga m ba r 4 .3 .

F k3 = (p 23 -p 3 )A k3

F D3 = (p 3 -p 03 )A D3

c 3 = 55 mm

Ga m ba r 4 .3 Ga ya - ga ya ya n g be k e r j a pa da r u a n g k e t iga

Unt uk sudut θ yang kecil, t an θ = x s1 /b 1 = x 1 /a 1 , m aka

F s3 b 3 − F k3 a 3 + F D3 c 3 = 0 

b  k 0.025 + 3 3 x 3 b 3 = A k3 (p 2 − p 3 )a 3 − A D3 (p 3 − p 03 )c  3

a 3 

b 1 0.015 + 3 x 3 =

[ a 3 A k3 (p 2 − p 3 ) − c 3 A D3 (p 3 − p 03 a ) ]

2 [ a 2 A k3 ( p 2 − p 3 ) − c

dim ana:

a 3 = 0.01 m ( panj ang t uas k at up 3 dari t it ik o k e arah X- )

b 3 = 0.024 m ( panj ang t uas k at up 3 dari t it ik o k e arah X+ )

c 3 = 0.055 m ( panj ang t uas k at up 3 dari t it ik o k e arah X+ )

A k3 = π .0.005 2 / 4 ( luas penam pang k at up 3)

A = .0.154 D3 2 π / 4 ( luas penam pang diafragm a 3) p 23 = t ekanan m asuk ke r uang ket iga p 3 = t ek anan pada ruang k et iga

p 03 = t ekanan udara luar k 3 = k onst ant a pegas 3 x 3 = langkah kat up 3

unt uk x 3 = 0 , m ak a : p 23 = p 3 = p 03 = 1 bar / 1 at m , dan

a 3 A p + c 3 A p p k3 2 D3 03 − 0.025b 3 k 3 3 = ( 4.6)

a 3 A k3 + c 3 A D3

2 . An a lisa Sist e m Re gu la si

Unt uk m enget ahui apak ah penurun t ek anan t ersebut dapat dik at ak an baik saat pengoperasianny a m ak a t erdapat k arak t erist ik pent ing y ang perlu diperhat ikan yait u prest asi kondisi t unak dan laj u aliran m assa. Kondisi t unak m erupakan suat u kondisi dim ana sifat - sifat t erm odinam ika ant ara lain t ek anan, t em perat ur, dan laj u aliran m assa t idak berubah lagi t erhadap w akt u. Pada kondisi t unak ini laj u aliran m assa yang m engalir m elalui rest riksi harus m em iliki harga yang sam a sehingga m assa gas t ot al di dalam ruang penurun t ekanan konst an.

Pada penelit ian ini dilakukan beberapa m odifikasi unt uk m enget ahui pengaruhnya t erhadap t ek anan di t iap ruang dan laj u aliran m assa y ang t erj adi. Modifik asi y ang dilak uk an berupa perubahan t ek anan m asuk , posisi lubang m asuk , posisi lubang k eluar, perubahan diam et er lubang k eluar, dan perubahan t ek anan k eluar sehingga diharapkan nant i dapat diket ahui perubahan yang m em iliki laj u aliran m assa opt im um . Dan pada sim ulasi ini diasum sik an bahw a aliran y ang t erj adi saat gas m asuk hingga keluar dari penurun t ekanan m erupakan aliran isent ropik dengan fluida k erj a m et ana. Di bagian ini dianalisa perubahan t ekanan yang Pada penelit ian ini dilakukan beberapa m odifikasi unt uk m enget ahui pengaruhnya t erhadap t ek anan di t iap ruang dan laj u aliran m assa y ang t erj adi. Modifik asi y ang dilak uk an berupa perubahan t ek anan m asuk , posisi lubang m asuk , posisi lubang k eluar, perubahan diam et er lubang k eluar, dan perubahan t ek anan k eluar sehingga diharapkan nant i dapat diket ahui perubahan yang m em iliki laj u aliran m assa opt im um . Dan pada sim ulasi ini diasum sik an bahw a aliran y ang t erj adi saat gas m asuk hingga keluar dari penurun t ekanan m erupakan aliran isent ropik dengan fluida k erj a m et ana. Di bagian ini dianalisa perubahan t ekanan yang

buah dengan v olum e k eseluruhan 0,000560462 m 3 . Pada keadaan t unak t ekanan pada ruang pert am a m encapai sek it ar 2,8684 bar. Sedangk an t ek anan unt uk ruang k edua dan ruang k et iga berkisar 1,7154 bar dan 0,99393 bar. Pada k ondisi ini besarny a laj u aliran m assa k eluar sek it ar 0,00289 k g/ s. Pergerak an k at up t elah dit ent ukan j arak m inim um dan m aksim um nya dim ana penent uan rent ang j arak ini berdasark an dat a penguj ian y ang pernah dilak uk an sebelum ny a [ 11] . Jadi k at up bergerak diant ara rent ang j arak y ang t elah dit ent uk an sepert i t am pak pada t abel 4.1.

Minim um

Maksim um

(mm)

(mm)

1 Kat up Pert am a

0,01

0,18

2 Kat up Kedua

Unt uk k ondisi bat as lubang k eluar dibuat 0,99 bar dan t ek anan aw al di dalam penurun t ekanan sebesar 1 bar. Tekanan m asuk ke penurun t ekanan dibuat sebesar 25 bar. Hal ini dilakukan unt uk m em persingkat w akt u perhit ungan dan m em perm udah analisa yang akan dilakukan karena unt uk m enj alankan sat u program diperluk an w ak t u y ang cuk up lam a. Hal ini disebabk an k arena k ondisi bat as pada lubang m asuk dan lubang k eluar y ang digunak an adalah t ek anan. Berbeda bila k ondisi bat as y ang digunak an pada lubang m asuk dan lubang k eluar adalah laj u aliran m assa at au k ecepat an . Pada k ondisi ini suat u program y ang dij alankan m em iliki w akt u yang lebih singkat karena adanya fungsi global m ass cont inuit y y ang m em percepat proses k onv ergensi.

Unt uk kondisi lainnya sepert i dim ensi dari penurun t ekanan dapat dilihat pada t abel 4.2.

Ta be l 4 .2 . D im e n si pe n u r u n t e k a n a n

No Nam a Dim ensi (mm)

1 Lubang m asuk

2 Lubang keluar

∅ = 16

3 Ruang pert am a

∅ = 70, L = 35

4 Ruang k edua

∅ = 54, L =

5 Ruang k et iga

13 ∅ = 154, L = 20

4 .3 . Pe r u ba h a n Te k a n a n M a su k

Sepert i dik et ahui bahw a k uant it as m assa gas di dalam t abung gas t urut m em pengaruhi t ekanan yang m asuk ke penurun t ekanan. Perubahan t ekanan m asuk ini diak ibat k an berkurangny a persediaan j um lah m assa gas di dalam t abung. Unt uk m enganalisa perubahan yang t erj adi akibat perubahan t ekanan m asuk m aka digunakan penurun t ekanan dengan t ekanan m asuk sebesar 10 bar, 25

bar, dan 50 bar. Tek anan pada k ondisi aw al dan k ondisi bat as pada lubang k eluar sebesar 0,99 bar. Tam pak dari grafik 4.1 bahw a perubahan t ek anan y ang t erj adi k urang signifikan w alaupun t ekanan m asuk m engalam i perubahan ant ara 10 bar, 25 bar dan 50 bar. Pada t ek anan m asuk 10 bar besarny a t ek anan pada t iap ruang adalah 2,832 bar, 1,687 bar, dan 0,9928 bar. Unt uk t ek anan m asuk 25 bar t ek anan pada ruang sat u hingga ruang k et iga bert urut - t urut adalah 2,868 bar, 1,701 bar, dan 0,9930 bar. Sedangk an unt uk t ek anan m asuk 50 bar besarny a t ek anan pada ruang pert am a adalah 2,889 bar, pada ruang k edua sebesar 1,695 bar, dan ruang k et iga 0,9933 bar. Perubahan t ek anan y ang t erj adi pada ruang pert am a y ang berkisar 2,832 bar hingga 2,889 bar disebabk an oleh perbedaan besar laj u aliran m assa m asuk k e ruang pert am a. Laj u aliran m assa m asuk dipengaruhi oleh besarny a buk aan k at up dan perbedaan t ek anan y ang t erj adi ant ara t ek anan m asuk dengan t ek anan pada ruang pert am a. Unt uk k ondisi t unak m ak a laj u aliran m assa m asuk yang paling besar diperoleh penurun t ekanan yang m em iliki t ek anan m asuk sebesar 10 bar y ait u sek it ar 0,00228 k g/ s. Sedangk an unt uk t ek anan m asuk 25 bar laj u aliran m assa m asuk ny a sebesar 0,00196 k g/ s dan pada t ek anan m asuk 50 bar didapat k an laj u aliran m assa m asuk sek it ar 0,00190 kg/ s. Hal ini diak ibat k an oleh buk aan k at up y ang t erj adi pada ruang pert am a. Pada kondisi t unak penurun t ekanan yang m em iliki t ekanan m asuk 10 bar m em iliki buk aan k at up y ang lebih besar dibanding t ek anan m asuk 25 bar dan 50 bar. Perbedaan besarny a buk aan k at up ini disebabk an oleh beda t ek anan y ang t erj adi y ang ak hirny a m engak ibat k an k ecepat an pergerak an k at up berbeda sepert i t erdapat pada grafik 4.2. Unt uk t ek anan m asuk 10 bar k ecepat an k at up sek it ar 0,0000614 m / s, t ek anan m asuk 25 bar diperoleh k ecepat an k at up sek it ar 0,000205 m / s sedangk an unt uk t ek anan m asuk 50 bar k ecepat an pergerak an k at upny a sebesar 0,000362 m / s. Karena pada k ondisi aw al posisi k at up pada ruang pert am a t erbuk a m ak a dengan pergerak an k at up y ang sem ak in besar diperoleh luas buk aan k at up sem ak in k ecil. Pada grafik 4.3 unt uk laj u aliran m assa k eluar t am pak j uga bahw a perbedaan y ang t erj adi t idak lah t erlalu besar k arena unt uk t ek anan m asuk 10 bar, 20 bar, dan 50 bar laj u aliran m assa k eluarny a berkisar 0,00205 k g/ s hingga 0,002327 k g/ s. Sehingga dapat dik at ak an bahw a perubahan t ek anan m asuk y ang t erj adi t idak m enunj ukkan perubahan yang signifikan baik t erhadap perubahan t ekanan di dalam ruang m aupun laj u aliran m assa keluar. Tam pak j uga dengan perubahan t ekanan m asuk ikut m em pengaruhi w akt u pencapaian k ondisi t unak pada ruang pert am a, k edua, dan k et iga. Dari grafik dapat dilihat bahw a bila t ekanan m asuk ke penurun t ekanan sem akin besar m aka w akt u yang diperlukan unt uk m encapai kondisi t unak pada t iap ruang cenderung sem ak in cepat . Pada t ek anan m asuk 10 bar k ondisi t unak yang dicapai unt uk t iap ruang adalah 0, 157s unt uk ruang pert am a, 0,157s unt uk ruang k edua, dan 0,282s unt uk ruang k et iga. Unt uk t ek anan m asuk 25 bar k ondisi t unak unt uk t iap ruang bert urut - t urut adalah 0,03244s, 0,04624s, dan 0,06124s. Sedangk an unt uk t ekanan m asuk 50 bar w akt u yang diperlukan unt uk m encapai kondisi t unak m erupak an paling singk at y ait u 0,0154s unt uk ruang pert am a, 0,0297s unt uk ruang k edua, dan 0,0297s unt uk ruang k et iga.

4 .4 . Pe r u ba h a n posisi lu ba n g m a su k

Pada ruang pert am a ini t erdapat dua perubahan dilak uk an. Perubahan pert am a y ait u dengan m em ut ar at au m em indahk an lubang m asuk sebesar 90 deraj at k e arah sum bu X, sehingga arah m asuk m enj adi sum bu X- negat if sepert i t am pak pada gam bar 4.4.

Sedangk an perubahan k edua y ang t am pak di gam bar 4.5 adalah dengan m em ut ar arah lubang m asuk sebesar 180 0 nam un arah m asuk t et ap arah Sum bu Z_negat if. Unt uk m elihat perubahan yang t erj adi baik t ekanan m aupun laj u aliran m assa keluar dapat dilihat dari grafik 4.4 dan grafik 4.5. Tam pak bahw a pada k edua perubahan t erj adi perubahan t ek anan pada ruang pert am a yang m em iliki kecenderungan naik. Hal ini disebabkan laj u aliran m assa m asuk y ang lebih besar set elah diubah dim ana sebelum diubah berkisar 0,00199 kg/ s. Unt uk perubahan pert am a diperoleh laj u aliran m assa m asuk sebesar 0,0021 k g/ s sedangkan dengan perubahan kedua yang dilakukan besarnya laj u aliran m assa m asuk y ang diperoleh 0,00205 k g/ s. Sedangk an laj u aliran m assa k eluar y ang paling besar dicapai perubahan lubang m asuk y ang k edua y ait u 0,0029 k g/ s sepert i t erlihat pada grafik 4.5. Unt uk perubahan lubang m asuk y ang pert am a diperoleh laj u aliran m assa k eluar sebesar 0,00271 k g/ s. Perubahan laj u aliran m assa k eluar ini diak ibat k an oleh adany a beda t ek anan ant ara ruang k et iga dan t ek anan pada bagian k eluar. Beda t ek anan y ang t erj adi unt uk perubahan pert am a sebesar 0,00388 bar, pada perubahan k edua sek it ar 0,00663 bar, dan unt uk penurun t ek anan sebelum diubah beda t ek ananny a sebesar 0,00393 bar. Sepert i dik et ahui bahw a sem ak in besar beda t ek anan sem ak in besar pula laj u aliran m assa y ang t erj adi.

4 .5 . Pe r u ba h a n sa lu r a n m a su k pa da r u a n g k e du a

Sepert i pada ruang pert am a, ada dua perubahan posisi y ang dilak uk an pada ruang kedua ini yait u dengan m engubah arah saluran m asuk m enuj u ruang k et iga. Perubahan pert am a y ait u dengan m em buat pipa saluran m asuk k e ruang k edua sej aj ar dengan pipa saluran k eluar k e ruang k et iga. Unt uk perubahan k edua dilak uk an dengan m enggeser pipa saluran k e ruang

k et iga m enuj u sum bu Z_posit if dan m em bent uk sudut 90 0 dengan pipa saluran m asuk ke ruang kedua. Kedua perubahan t ersebut dapat dilihat pada gam bar 4.6 dan gam bar 4.7. Secara singkat dapat dilihat perubahan yang t erj adi baik pada t ek anan m aupun pada laj u aliran m assa k eluar pada dan grafik 4.6 dan grafik

4.7. Unt uk perubahan pert am a dari ruang k edua t ek anan y ang dicapai pada ruang pert am a sebesar 2,86717 bar, pada ruang k edua 1,739 bar, dan pada ruang k et iga 0,99366 bar. Perubahan k edua y ang dilak uk an m enghasilkan t ek anan 2,86799 bar pada ruang pert am a, 1,717 bar pada ruang k edua, dan 0,99347 bar pada ruang k et iga.

Grafik 4.6. Perubahan Tekanan Ruang-3 Akibat Perubahan Saluran 100200

Masuk Ruang-2

Posisi awal

99800 Perubahan Pertama 99600

Perubahan Kedua 99400 Tekanan (Pa)

Waktu (s)

Pada laj u aliran m asuk t erj adi penurunan y ait u 0,0017184 k g/ s unt uk perubahan pert am a dan 0,0017836 k g/ s unt uk perubahan k edua. Hal ini disebabk an pada Pada laj u aliran m asuk t erj adi penurunan y ait u 0,0017184 k g/ s unt uk perubahan pert am a dan 0,0017836 k g/ s unt uk perubahan k edua. Hal ini disebabk an pada

Grafik 4.7. Perubahan Laju Aliran Massa Keluar Akibat Perubahan Saluran Masuk Ruang-2 0,0035

Posisi awal

Perubahan Pertama Laju aliran massa keluar (Kg/s)

Perubahan Kedua

Waktu (s)

Penurunan ini disebabk an beda t ek anan ant ara ruang k et iga dan t ek anan k eluar k edua perubahan t ersebut lebih k ecil dibanding beda t ek anan sebelum diubah.

4 .6 . Pe r u ba h a n posisi lu ba n g k e lu a r

Disini perubahan dilakukan dengan m engubah posisi lubang keluar penurun t ek anan. Pert am a dengan m em indahk an posisi lubang k eluar k e arah sum bu Z_posit if sej auh 24 m m . Sedangkan perubahan kedua dengan m em indahkan posisi lubang keluar ke arah sum bu X_posit if sej auh 24 m m . Perubahan yang t erj adi akibat kedua perubahan t ersebut dapat dilihat pada grafik

4.8 dan grafik 4.9. Ak ibat k edua perubahan posisi lubang k eluar ini t erdapat sedik it k enaikan t ek anan di dalam ruang pert am a. Dim ana pada perubahan pert am a t ek ananny a berkisar 2,86902 bar sedangk an unt uk perubahan k edua sebesar 2,86973 bar. Kenaikan y ang sedik it ini disebabk an buk aan k at up k e ruang pert am a lebih besar sehingga laj u aliran m assa m asuk m enj adi lebih besar. Tek anan di ruang k edua unt uk perubahan pert am a sek it ar 1,711 bar dan unt uk perubahan k edua 1,704 bar . Sedangk an t ek anan di dalam ruang k et iga sebesar

0,9925 bar unt uk perubahan pert am a dan 0,99267 bar unt uk perubahan k edua. Unt uk laj u aliran m assa keluar t erj adi penurunan set elah perubahan posisi lubang keluar dilakukan. Unt uk perubahan pert am a laj u aliran m assa k eluar y ang bisa dicapai unt uk k eadaaan t unak sek it ar 0,00259 k g/ s dan unt uk perubahan k edua besarny a laj u aliran m assa k eluar 0,002606 k g/ s. Penurunan laj u aliran m assa k eluar ini disebabk an beda t ek anan y ang t erj adi ant ara ruang k et iga dengan t ek anan k eluar sem akin kecil.

4 .7 . Pe r u ba h a n t e r h a da p Kon disi Ba t a s Te k a n a n Ke lu a r

Pada bagian ini, diubah kondisi bat as t ekanan keluar. Hal ini unt uk m enget ahui apak ah dengan adany a perubahan t ek anan pada lubang k eluar m em punyai pengaruh y ang cuk up berart i t erhadap laj u aliran m assa k eluar. Unt uk t ekanan keluar sebesar 0,92 bar m ak a t ek anan pada ruang pert am a unt uk k ondisi t unak sek it ar 2,86852 bar. Dan unt uk t ek anan k eluar 0,99 bar, t ek anan di dalam ruang pert am a y ang dicapai sek it ar 2,86840 bar sedangk an unt uk t ek anan k eluar 1 bar diperoleh sedik it lebih t inggi y ait u 2,87358 bar.