i

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

ii

iii

iv

v

vi

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)

vii

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.

viii

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.

ix

x

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 dimasing-masing 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

xi

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

xii

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

xiii

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

xiv

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

xv

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

xvi

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