ANALISA ALIRAN GAS PADA PIPA

PEMBUANGAN 1-DC-2

DAN 1-DC-3

Harryndra Aufandi Rahardyan

1206229925

Teknik Mesin

Universitas Indonesia

2014

I. ABSTRAK

Di zaman yang modern ini orang-orang semakin sibuk

dengan urusannya masing-masing, beda tujuan, beda arah,

beda waktu, dan beda kepentingan, alhasil kendaraan pribadi

lah yang menjadi pilihan, kendaraan bermotor semakin banyak

digunakan untuk keperluan transportasi sehari-hari terkadang

kendaraan bukan hanya sebagai alat transportasi saja, namun

banyak yang menganggapnya sebagai status social, orang-

orang pun berlomba-lomba mempercantik kendaraannya,

salah satunya adalah mengganti knalpot yang tidak standar

yang konon bisa membuat kendaraan semakin kencang dan

bersuara “merdu”, knalpot tidak standar tersebut mempunyai

system free-flow (tidak ada hambatan dari mesin ke ujung

knalpot), dan biasanya berlubang output besar dan banyak.

Kali ini penulis akan menganalisis apakah banyak lubang

membuat kendaraan semakin kencang, atau malah membuat

mesin tidak bertenaga dan boros BBM.

Kata kunci : knalpot, manifold, simulasi CFD

II. LATAR BELAKANG

Di zaman yang modern ini orang-orang semakin sibuk

dengan urusannya masing-masing, beda tujuan, beda arah,

beda waktu, dan beda kepentingan, alhasil kendaraan pribadi

lah yang menjadi pilihan, kendaraan bermotor semakin banyak

digunakan untuk keperluan transportasi sehari-hari.

terkadang kendaraan bukan hanya sebagai alat

transportasi saja, namun banyak yang menganggapnya

sebagai status social, orang-orang pun berlomba-lomba

mempercantik kendaraannya, salah satunya adalah mengganti

knalpot yang tidak standar yang konon bisa membuat

kendaraan semakin kencang dan bersuara “merdu”, knalpot

tidak standar tersebut mempunyai system free-flow (tidak ada

hambatan dari mesin ke ujung knalpot), dan biasanya

berlubang output besar dan banyak.

Modifikasi kendaraan seperti ini sudah banyak dilarang

oleh pihak kepolisian karena alas an membuat polusi udara

dan polusi suara, namun masyarakat pencinta otomotif masih

saja kekeuh bahwa knalpot yang bebas hambatan dan

berlubang banyak membuat kendaraan semakin kencang,

padahal kendaraan standar seluruh komponennya dari ujung

depan sampai belakang sudah diperhitungkan secara matang

oleh designer otomotif dan para engineer agar kendaraan

mencapai performa yang maksimal dengan maintenance yang

mudah dan ramah lingkungan.

Dengan kemampuan komputer yang ada, maka disini

akan dibahas bagaimana distribusi kecepatan aliran yang

terjadi pada knalpot dengan tabung berlubang output gas

buang 2 dan berlubang 3 dengan program Autodesk CFD.

ide ini terinspirasi pada saat saya mengamati knalpot standar

bawaan berlubang 1 berdiameter sekitar 60mm dan knalpot

modifikasi berlubang 2 berdiameter sama. Saya

memsimplifikasinya dengan membuat 2 model 3D, dimana

tabung knalpot dari berkonfigurasi 1-DC-2 dan jepang 1-DC-1

(DC : distribution Chamber), dan saya penasaran apakah

banyak lubang membuat aliran udara keluaran akan lebih

cepat atau malah justru sebaliknya (ngempos), manifold yang

saya bahas berbeda dengan exhaust manifold pada mobil

yang bersebelahan langsung dengan katup pembuangan, ini

hanyalah rekayasa antara manifold (pergabungan pipa)

dengan muffler gas buang. ada 2 jenis manifold yang bahan

analisis saya, yaitu :

a.1-DC-2

Dari namanya, konfigurasi ini mulai dari 1 pipa, lalu ke

distribution chamber, lalu terbagi menjadi 2 pipa keluaran

b.1-DC-3

konfigurasi 1-DC-3 ini mulai dari 1 pipa, lalu ke distribution

chamber, lalu terbagi menjadi 3 pipa keluaran.

III. PERMASALAHAN

Perbedaan dalam pipa knalpot 1-DC-2 dan 1-DC-3 adalah hanya pada pipa outputnya dimana 1-DC-2 memiliki 2 pipa keluaran terpisah dan 1-DC-3 memiliki 3 pipa

keluaran yang terpisah. Maka untuk membandingkannya penulis membuat 2 permasalahan, yaitu:

1. bagaimana kecepatan aliran di kedua jenis manipol tersebut

dengan kecepatan aliran yang sama yaitu 168,67 mm/s?

2. lebih cepat keluaran pada output manipol 1 -dc-2 atau 1-dc-

3?

IV. DASAR TEORI

Dalam kasus kali ini, penulis akan menggunakan rumus-rumus

dasar dari fluida karena pada kasus ini dibahas aliran air yang

dimana air adalah sebuah fluida. Hukum Bernoulli yang

menggunakan prinsip kekalan energy digunakan sebagai

dasar untuk mengambil asumsi. Aliran fluida akan ditinjau

melalui volume control dan aliran air akan dianggap laminar

karena penulis menganggap aliran fluida ideal, tidak ada

energy yang hilang dan juga penulis tidak menentukan

spesifikasi sambungan pipa-T secara detail.

a) Hukum Bernoulli

Dalam bentuknya yang sudah disederhanakan, secara umum

terdapat dua bentuk persamaan Bernoulli; yang pertama

berlaku untuk aliran tak-termampatkan (incompressible flow),

dan yang lain adalah untuk fluida termampatkan

(compressible flow).

b) Aliran Tak-termampatkan

Aliran tak-termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan

dengan tidak berubahnya besaran kerapatan massa (densitas)

dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida tak-

termampatkan adalah: air, berbagai jenis minyak, emulsi, dll.

Bentuk Persamaan Bernoulli untuk aliran tak-termampatkan

adalah sebagai berikut:

di mana:

Aliran bersifat tunak (steady state)

Tidak terdapat gesekan (inviscid)

Dalam bentuk lain, Persamaan Bernoulli dapat dituliskan

sebagai berikut:

c) Volume Kontrol

Berbeda dengan perhitungan konstruksi, pada mekanika fluida

tidak ada sebuah system yang konstan. Fluida yang pada

hakikatnya selalu berubah setiap waktu tidak memiliki sebuah

sistem yang tetap. Pada perhitungan konstruksi, sistem dapat

ditentukan dengan mudah karena bentuk dan ukurannya yang

selalu tetap. Oleh karena itulah untuk melakukan perhitungan

terhadap suatu aliran fluida diperlukan penentuan volume

kontrol. Hal ini dapat dilakukan karena diasumsikan volume

fluida yang kita amati adalah tetap.

d) Aliran Laminar

Aliran laminar adalah aliran fluida yang bergerak dengan

kondisi lapisan-lapisan (lanimalamina) membentuk garis-garis

alir yang tidak berpotongan satu sama lain. Hal tersebut di

tunjukkan oleh percobaan Osborne Reynold. Pada laju aliran

rendah, aliran laminar tergambar sebagai filamen panjang

yang mengalir sepanjang aliran. Aliran ini

mempunyai Bilangan Reynold lebih kecil dari 2300.

Untuk kecepatan aliran knalpot bias dihitung dengan :

dengan:

(bahan analisa Toyota Camry ’01 2200cc inline 4)

Din = 60mm = 0.006m

CC = 2200cc

Ntq = Max peak power (max RPM/1.25)

As = Air Speed

V. PERMODELAN DAN METODOLOGI

Pemodelan dan metodologi yang digunakan adalah :

1. Deskriptif 

2. Pengamatan dari sudut pandang penulis 

3. Menggunakan aplikasi Autodesk Inventor dan Autodesk

CFD

Simulasi nantinya akan dilakukan dengan Autodesk CFD

Simulation 2014. Sebelum melakukan simulasi, terlebih dahulu

beda kerja, yaitu sambungan pipa-T dibuat modelnya dengan

bantuan Autodesk Inventor Profesional 2012 yang setelah itu

dimasukan ke simulasi CFD.

VI. SIMULASI DAN PERHITUNGAN

Setelah melakukan perkiraan diatas, maka penulis segera

melakukan simulasi CFD pada kedua model sederhana

exhaust 1-DC-2 dan 1-DC-3 yang telah dibuat dengan program

Autodesk Inventor Profesional 2012. Berikut gambar model

yang telah dibuat dengan autodesk inventor:

1-DC-2

1-DC-3

Setelah model jadi, model langsung disimulasikan dengan

Autodesk simulation CFD 2013 dengan memvariasikan posisi

aliran masuk. Pengaturan aliran masuk dapat dilakukan

dengan mengatur variable kecepatan dan pressure pada menu

boundary condition. Untuk posii aliran masuk penulis

menetapkan kecepatan 150 mm/s pada boundary

conditionnya dan untuk posisi aliran keluar pada pipa-pipa

outletnya penulis menetapkan pressure sebesar 0 Pa.

Selanjutnya iterasi dilakukan hingga 100 kali hingga dirasa

hasil hamper menyerupai .

VII. HASIL & PEMBAHASAN

Tampilan dari simulasi yang dilakukan pada Autodesk CFD

Simulation. Pada gambar kali ini penulis hanya meninjau

gradient berdasarkan besar kecepatannya saja. Berikut

penjelasan posisi aliran masuk

1-DC-3

Pada ketiga output 1-DC-3 terlihat berwarna biru muda, ini

menunjukan kecepatan alirannya berkisar antara 0.06-0.11m/s

1-DC-2

Pada kedua output 1-DC-2 terlihat berwarna hijau muda, ini

menunjukan kecepatan alirannya berkisar antara 0.11-0.16 m/s

VIII. KESIMPULAN

Pada analisa yang dilakukan oleh penulis terdapat sesuatu

yang mengejutkan bahwa udara yang keluar dari outlet

manifold 1-dc-3 lebih rendah kecepatan alirannya

dibandingkan dengan manifold 1-dc-2, hal ini disebabkan

karena udara mudah keluar pada manifold 1-dc-3 karena

banyak lubang, sehingga kecepatan aliran menjadi rendah.

sehingga manifold 1-dc-3 menghasilkan tekanan balik yang

kecil ke ruang mesin dibandingkan manifold 1-dc-2 dengan

kecepatan masukan (input) yang sama yaitu 0.16m/s (133HP),

kesimpulannya untuk mesin mobil standard dan harian

disarankan memakai manifold exhaust yang berlubang output

paling sedikit demi mengejar efisiensi mesin dan menghindari

mesin "ngempos" (tekanan balik kecil)

IX. LAMPIRAN

 

DAFTAR PUSTAKA

Daugherty, R. L., and Franzini, J. B.,“ Fluid Mechanics with

Engineering Applications”, McGraw-Hill . New York,

Fox, R. W and and McDonald A. 1994,“Introduction to Fluid

Mechanics”, JohnWiley and Son Canada

Munson, B.R. Young, D.F. and Okiishi, T.H. 2002. Fluid Mechanics.

Department of Mechanical Engineering - Iowa State University :

USA

http://maglevworld.wordpress.com/2012/05/09/aliran-laminar-

dan-turbulence/

en.wikipedia.org/wiki/Muffler

en.wikipedia.org/wiki/Manifold

Autodesk.com

redline360.com

auto.howstuffworks.com/muffler.htm