TUGAS AKHIR ANALISA ALIRAN FLUIDA PADA INTAKE MANIFOLD MOBIL ESEMKA STANDAR DENGAN INTAKE MANIFOLD MODIFIKASI MENGGUNAKAN CFD (Computational Fluid Dynamis) PADA SOFTWARE ANSYS 15.0.
TUGAS AKHIR
ANALISA ALIRAN FLUIDA PADA INTAKE MANIFOLD MOBIL
ESEMKA STANDAR DENGAN INTAKE MANIFOLD MODIFIKASI
MENGGUNAKAN CFD (Computational Fluid Dynamis)
PADA SOFTWARE ANSYS 15.0
Tugas Akhir Ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana S-1 Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh :
AGUS PRANOTO SYAH
D 200 100 003
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2015
i
ii
iii
iv
v
MOTTO
“Jangan takut mencoba, kesalahan adalah guru terbaik
jika anda jujur mengakuinya dan belajar darinya”.
(kata kata bijak)
“Jangan pernah ucapkan selamat tinggal jika masih
ingin mencoba, jangan pernah katakan tak cinta jika masih
menginginkannya”.
(kata kata bijak)
“Jangan pernah berhenti berharap karena kebahagiaan
milik mereka yang berharap, meskipun mereka pernah
kecewa sebelumnya”.
(penulis)
vi
PERSEMBAHAN
Dengan ridho Allah SWT serta teriring do’a dan sujud syukur yang
mendalam, setelah melewati berbagai ujian dalam perjuangan, saya
mempersembahkan Tugas Akhir ini kepada :
1. Bapak (Syahunoto) dan Ibu (Ratna Eni Suryani) dengan segala
kasih sayang, kesabaran, keikhlasan dan pengorbanannya, serta
senantiasa mendukung, membimbing dan mendo’akan saya.
2. Bapak Nur Aklis, ST, M.Eng selaku pembimbing utama tugas
akhir, dan Bapak Ir. H. Sarjito, MT, Ph.D selaku pembimbing
pendamping dan dosen pembimbing akademik, serta seluruh
dosen dan karyawan, saya berterima kasih banyak atas
bimbingan
dan
fasilitas
yang
diberikan
di
Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
3. Adikku (Dwi Perdana Syah), serta seluruh keluarga besar yang
selalu memberikan semangat dan do’a.
4. Mega Nur Hidayati yang selalu memberikan dukungan, semangat
dan do’a.
5. Semua teman-teman Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah
Surakarta yang selalu mendukung dan memberi support.
vii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Puji syukur Alhamdulilahirabbil’alamin, kehadirat Allah SWT atas
segala rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan
penyusunan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari sepenuhnya, bahwa dukungan, bimbingan dan
dorongan dari semua pihak sangatlah berarti bagi kelancaran penulis
dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini
penulis tidak lepas dari berbagai hambatan dan cobaan akan tetapi berkat
bimbingan dan dorongan dari berbagai pihak akhirnya penulis dapat
melalui dan mengatasinya. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis
mengucapkan terimaksih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Ir. H. Sri Sunarjono, MT, Ph.D. Selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. H. Tri Widodo Besar, ST, Msc, Ph.D. Selaku ketua Jurusan Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Nur Aklis, ST, M.Eng. Selaku Dosen Pembimbing Utama yang telah
membimbing, mengarahkan dan memberikan petunjuk dalam
penyusunan Tugas Akhir ini.
4. Ir. Sarjito, MT, Ph.D. Selaku Dosen Pendamping yang telah
berkenan meluangkan waktu dan pikirannya dalam memberikan
dorongan, arahan dan bimbingannya atas terselesainya Tugas
Akhir ini.
5. Ir. Pramuko Ilmu Pubroputro, MT. Selaku Pembimbing Akademik
yang memberikan nasehat.
6. Dosen Teknik Mesin beserta Staf Tata Usaha Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
viii
ix
ANALISA ALIRAN FLUIDA PADA INTAKE MANIFOLD MOBIL ESEMKA
STANDAR DENGAN INTAKE MANIFOLD MODIFIKASI MENGGUNAKAN
CFD (Computational Fluid Dynamis) PADA SOFTWARE ANSYS 15.0
Agus Pranoto Syah
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura
Email : aguspranoto1691@gmail.com
ABSTRAKSI
Intake manifold merupakan salah satu komponen yang sangat
penting. Fungsi intake manifold adalah untuk menghantar udara ke
silinder atau ruang bakar, posisi dan sudut belokan pada runner
sangat berpengaruh terhadap kesempurnaan pencampuran bahan
bakar didalam silinder atau ruang bakar. Tujuan penelitian dalam
tugas akhir ini adalah untuk mengetahui perbedaan karakteristik
aliran fluida, keseragaman pendistribusian aliran fluida dimasingmasing runner dan untuk mengetahui tingkat turbulensi aliran fluida
pada silinder atau ruang bakar pada intake manifold standar dan
setelah dimodifikasi.
Penelitian dilakukan dengan merubah geometri sudut runner
intake manifold standar yang memiliki sudut 80o menjadi 65o. Desain
pembuatan intake manifold dengan menggunakan software
solidworks 2013.
Dari hasil simulasi CFD didapat nilai-nilai kecepatan dan
penurunan tekanan pada outlet dimasing-masing runner yang
menunjukkan kecepatan yang lebih tinggi untuk intake manifold
modifikasi dan penurunan tekanan tidak berbeda secara signifikan
pada masing-masing runner intake manifold standar dan setelah
dimodifikasi. Berdasarkan hasil simulasi menunjukkan pusaran
(vortex) yang lebih baik pada intake manifold modifikasi jika
dibandingkan dengan intake manifold standar yang terjadi didalam
silinder atau ruang bakar.
Kata kunci : Intake manifold, Runner, Vortex
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ..............................................................................i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ..................................................ii
HALAMAN PERSETUJUAN ...............................................................iii
HALAMAN PENGESAHAN .................................................................iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR .........................................................v
MOTTO ...............................................................................................vi
PERSEMBAHAN .................................................................................vii
KATA PENGANTAR ............................................................................viii
ABSTRAKSI .........................................................................................x
DAFTAR ISI .........................................................................................xi
DAFTAR GAMBAR ..............................................................................xiv
DAFTAR TABEL ..................................................................................xv
DAFTAR NOTASI .................................................................................xvi
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ...................................................................1
1.2 Perumusan Masalah ...........................................................2
1.3 Batasan Masalah ................................................................2
1.4 Tujuan Penelitian ................................................................3
1.5 Manfaat Penelitian ..............................................................3
1.6 Sistematika Penulisan ..........................................................4
xi
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Terdahulu ............................................................5
2.2 Dasar Teori ..........................................................................7
2.2.1 Dasar-dasar Aliran Fluida ..........................................7
2.2.2 Macam-macam Aliran Fluida .....................................8
2.2.3 Garis Arus dan Vektor Kecepatan .............................10
2.2.4 Densitas .....................................................................11
2.2.5 Pemisahan Aliran (Separation) .................................11
2.2.6 Penurunan Tekanan dan Kerugian Belokan ..............12
2.2.7 Pendekatan Komputasi CFD ......................................14
2.2.8 Pemodelan Turbulensi (SST) .....................................16
2.2.9 Grid Generation ..........................................................18
BAB III METODOLGI PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Penelitian .........................................................20
3.2 Studi Literatur .......................................................................21
3.3 Persiapan Alat ......................................................................21
3.4 Pembuatan Desain ...............................................................21
3.5 Verifikasi Software ................................................................22
3.5.1 Perhitungan Komputasi CFD .......................................23
3.5.2 Perhitungan Analitis .....................................................23
3.6 Langkah-langkah Komputasi CFD ........................................25
xii
BAB IV DATA DAN HASIL ANALISIS
4.1 Data Profil Intake Manifold ....................................................34
4.2 Hasil Simulasi Kondisi Steady ...............................................35
4.2.1 Keseragaman Aliran Fluida pada Intake Manifold.........35
4.2.2 Hasil Simulasi Aliran Fluida pada Silinder ....................42
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan .............................................................................47
5.2 Saran ......................................................................................48
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Garis Arus dan Vektor Kecepatan .......................................11
Gambar 2.2 Pemisahan Aliran Lapisan Batas Didinding .........................12
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian .........................................................20
Gambar 3.2 Desain Intake Manifold untuk Simulasi .................................22
Gambar 3.3 Simulasi Aliran Fluida pada Pipa ..........................................23
Gambar 3.4 Model Meshing .....................................................................28
Gambar 3.5 Posisi Lapisan Batas ............................................................29
Gambar 3.6 Posisi Kondisi Batas untuk Domain Komputasi ....................30
Gambar 3.7 Kontrol Solver pada Kondisi Steady......................................31
Gambar 3.8 Hasil Proses Solver pada Ansys CFC-Solver........................32
Gambar 4.1 Model Intake Manifold A dan B .............................................34
Gambar 4.2 Keseragaman Aliran Fluida pada Runner Model A dan B ....36
Gambar 4.3 Vektor Kecepatan Model A dan B ........................................37
Gambar 4.4 Perbedaan Statistik Kecepatan Model A dan B ...................39
Gambar 4.5 Kontur Tekanan Model A dan B ...........................................40
Gambar 4.6 Perbedaan Statistik Tekanan Model A dan B .......................42
Gambar 4.7 Garis Arus Aliran Fluida pada Silinder Model A dan B .........43
Gambar 4.8 Vektor Kecepatan pada Bidang X,Y .....................................44
Gambar 4.9 Vektor Kecepatan pada Bidang Z,X .....................................45
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Jumlah Mesh Statistic Model A dan B ......................................28
Tabel 3.2 Kondisi Batas untuk Simulasi Steady .......................................31
Tabel 4.1 Kecepatan pada Outlet Model A dan B ....................................38
Tabel 4.2 Penurunan Tekanan pada Model A dan B ...............................41
xv
DAFTAR NOTASI
V
= Kecepatan aliran fluida
(m/s)
D
= Diameter
(m)
Re
= Bilangan Reynolds
∆p
= Penurunan tekanan
(Pa)
Hf
= Kehilangan tekanan akibat belokan
(m)
ρ
= Densitas fluida
(kg/m3)
K
= Koefisiensi sambungan dan belokan
xvi
ANALISA ALIRAN FLUIDA PADA INTAKE MANIFOLD MOBIL
ESEMKA STANDAR DENGAN INTAKE MANIFOLD MODIFIKASI
MENGGUNAKAN CFD (Computational Fluid Dynamis)
PADA SOFTWARE ANSYS 15.0
Tugas Akhir Ini Disusun Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana S-1 Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun Oleh :
AGUS PRANOTO SYAH
D 200 100 003
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2015
i
ii
iii
iv
v
MOTTO
“Jangan takut mencoba, kesalahan adalah guru terbaik
jika anda jujur mengakuinya dan belajar darinya”.
(kata kata bijak)
“Jangan pernah ucapkan selamat tinggal jika masih
ingin mencoba, jangan pernah katakan tak cinta jika masih
menginginkannya”.
(kata kata bijak)
“Jangan pernah berhenti berharap karena kebahagiaan
milik mereka yang berharap, meskipun mereka pernah
kecewa sebelumnya”.
(penulis)
vi
PERSEMBAHAN
Dengan ridho Allah SWT serta teriring do’a dan sujud syukur yang
mendalam, setelah melewati berbagai ujian dalam perjuangan, saya
mempersembahkan Tugas Akhir ini kepada :
1. Bapak (Syahunoto) dan Ibu (Ratna Eni Suryani) dengan segala
kasih sayang, kesabaran, keikhlasan dan pengorbanannya, serta
senantiasa mendukung, membimbing dan mendo’akan saya.
2. Bapak Nur Aklis, ST, M.Eng selaku pembimbing utama tugas
akhir, dan Bapak Ir. H. Sarjito, MT, Ph.D selaku pembimbing
pendamping dan dosen pembimbing akademik, serta seluruh
dosen dan karyawan, saya berterima kasih banyak atas
bimbingan
dan
fasilitas
yang
diberikan
di
Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
3. Adikku (Dwi Perdana Syah), serta seluruh keluarga besar yang
selalu memberikan semangat dan do’a.
4. Mega Nur Hidayati yang selalu memberikan dukungan, semangat
dan do’a.
5. Semua teman-teman Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah
Surakarta yang selalu mendukung dan memberi support.
vii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Puji syukur Alhamdulilahirabbil’alamin, kehadirat Allah SWT atas
segala rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan
penyusunan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari sepenuhnya, bahwa dukungan, bimbingan dan
dorongan dari semua pihak sangatlah berarti bagi kelancaran penulis
dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini
penulis tidak lepas dari berbagai hambatan dan cobaan akan tetapi berkat
bimbingan dan dorongan dari berbagai pihak akhirnya penulis dapat
melalui dan mengatasinya. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis
mengucapkan terimaksih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Ir. H. Sri Sunarjono, MT, Ph.D. Selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. H. Tri Widodo Besar, ST, Msc, Ph.D. Selaku ketua Jurusan Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Nur Aklis, ST, M.Eng. Selaku Dosen Pembimbing Utama yang telah
membimbing, mengarahkan dan memberikan petunjuk dalam
penyusunan Tugas Akhir ini.
4. Ir. Sarjito, MT, Ph.D. Selaku Dosen Pendamping yang telah
berkenan meluangkan waktu dan pikirannya dalam memberikan
dorongan, arahan dan bimbingannya atas terselesainya Tugas
Akhir ini.
5. Ir. Pramuko Ilmu Pubroputro, MT. Selaku Pembimbing Akademik
yang memberikan nasehat.
6. Dosen Teknik Mesin beserta Staf Tata Usaha Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
viii
ix
ANALISA ALIRAN FLUIDA PADA INTAKE MANIFOLD MOBIL ESEMKA
STANDAR DENGAN INTAKE MANIFOLD MODIFIKASI MENGGUNAKAN
CFD (Computational Fluid Dynamis) PADA SOFTWARE ANSYS 15.0
Agus Pranoto Syah
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura
Email : aguspranoto1691@gmail.com
ABSTRAKSI
Intake manifold merupakan salah satu komponen yang sangat
penting. Fungsi intake manifold adalah untuk menghantar udara ke
silinder atau ruang bakar, posisi dan sudut belokan pada runner
sangat berpengaruh terhadap kesempurnaan pencampuran bahan
bakar didalam silinder atau ruang bakar. Tujuan penelitian dalam
tugas akhir ini adalah untuk mengetahui perbedaan karakteristik
aliran fluida, keseragaman pendistribusian aliran fluida dimasingmasing runner dan untuk mengetahui tingkat turbulensi aliran fluida
pada silinder atau ruang bakar pada intake manifold standar dan
setelah dimodifikasi.
Penelitian dilakukan dengan merubah geometri sudut runner
intake manifold standar yang memiliki sudut 80o menjadi 65o. Desain
pembuatan intake manifold dengan menggunakan software
solidworks 2013.
Dari hasil simulasi CFD didapat nilai-nilai kecepatan dan
penurunan tekanan pada outlet dimasing-masing runner yang
menunjukkan kecepatan yang lebih tinggi untuk intake manifold
modifikasi dan penurunan tekanan tidak berbeda secara signifikan
pada masing-masing runner intake manifold standar dan setelah
dimodifikasi. Berdasarkan hasil simulasi menunjukkan pusaran
(vortex) yang lebih baik pada intake manifold modifikasi jika
dibandingkan dengan intake manifold standar yang terjadi didalam
silinder atau ruang bakar.
Kata kunci : Intake manifold, Runner, Vortex
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ..............................................................................i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ..................................................ii
HALAMAN PERSETUJUAN ...............................................................iii
HALAMAN PENGESAHAN .................................................................iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR .........................................................v
MOTTO ...............................................................................................vi
PERSEMBAHAN .................................................................................vii
KATA PENGANTAR ............................................................................viii
ABSTRAKSI .........................................................................................x
DAFTAR ISI .........................................................................................xi
DAFTAR GAMBAR ..............................................................................xiv
DAFTAR TABEL ..................................................................................xv
DAFTAR NOTASI .................................................................................xvi
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ...................................................................1
1.2 Perumusan Masalah ...........................................................2
1.3 Batasan Masalah ................................................................2
1.4 Tujuan Penelitian ................................................................3
1.5 Manfaat Penelitian ..............................................................3
1.6 Sistematika Penulisan ..........................................................4
xi
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Terdahulu ............................................................5
2.2 Dasar Teori ..........................................................................7
2.2.1 Dasar-dasar Aliran Fluida ..........................................7
2.2.2 Macam-macam Aliran Fluida .....................................8
2.2.3 Garis Arus dan Vektor Kecepatan .............................10
2.2.4 Densitas .....................................................................11
2.2.5 Pemisahan Aliran (Separation) .................................11
2.2.6 Penurunan Tekanan dan Kerugian Belokan ..............12
2.2.7 Pendekatan Komputasi CFD ......................................14
2.2.8 Pemodelan Turbulensi (SST) .....................................16
2.2.9 Grid Generation ..........................................................18
BAB III METODOLGI PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Penelitian .........................................................20
3.2 Studi Literatur .......................................................................21
3.3 Persiapan Alat ......................................................................21
3.4 Pembuatan Desain ...............................................................21
3.5 Verifikasi Software ................................................................22
3.5.1 Perhitungan Komputasi CFD .......................................23
3.5.2 Perhitungan Analitis .....................................................23
3.6 Langkah-langkah Komputasi CFD ........................................25
xii
BAB IV DATA DAN HASIL ANALISIS
4.1 Data Profil Intake Manifold ....................................................34
4.2 Hasil Simulasi Kondisi Steady ...............................................35
4.2.1 Keseragaman Aliran Fluida pada Intake Manifold.........35
4.2.2 Hasil Simulasi Aliran Fluida pada Silinder ....................42
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan .............................................................................47
5.2 Saran ......................................................................................48
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Garis Arus dan Vektor Kecepatan .......................................11
Gambar 2.2 Pemisahan Aliran Lapisan Batas Didinding .........................12
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian .........................................................20
Gambar 3.2 Desain Intake Manifold untuk Simulasi .................................22
Gambar 3.3 Simulasi Aliran Fluida pada Pipa ..........................................23
Gambar 3.4 Model Meshing .....................................................................28
Gambar 3.5 Posisi Lapisan Batas ............................................................29
Gambar 3.6 Posisi Kondisi Batas untuk Domain Komputasi ....................30
Gambar 3.7 Kontrol Solver pada Kondisi Steady......................................31
Gambar 3.8 Hasil Proses Solver pada Ansys CFC-Solver........................32
Gambar 4.1 Model Intake Manifold A dan B .............................................34
Gambar 4.2 Keseragaman Aliran Fluida pada Runner Model A dan B ....36
Gambar 4.3 Vektor Kecepatan Model A dan B ........................................37
Gambar 4.4 Perbedaan Statistik Kecepatan Model A dan B ...................39
Gambar 4.5 Kontur Tekanan Model A dan B ...........................................40
Gambar 4.6 Perbedaan Statistik Tekanan Model A dan B .......................42
Gambar 4.7 Garis Arus Aliran Fluida pada Silinder Model A dan B .........43
Gambar 4.8 Vektor Kecepatan pada Bidang X,Y .....................................44
Gambar 4.9 Vektor Kecepatan pada Bidang Z,X .....................................45
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Jumlah Mesh Statistic Model A dan B ......................................28
Tabel 3.2 Kondisi Batas untuk Simulasi Steady .......................................31
Tabel 4.1 Kecepatan pada Outlet Model A dan B ....................................38
Tabel 4.2 Penurunan Tekanan pada Model A dan B ...............................41
xv
DAFTAR NOTASI
V
= Kecepatan aliran fluida
(m/s)
D
= Diameter
(m)
Re
= Bilangan Reynolds
∆p
= Penurunan tekanan
(Pa)
Hf
= Kehilangan tekanan akibat belokan
(m)
ρ
= Densitas fluida
(kg/m3)
K
= Koefisiensi sambungan dan belokan
xvi