ASSALAMU ALAIKUM, WR, WB.

Ukuran: px

Mulai penontonan dengan halaman:

Download "ASSALAMU ALAIKUM, WR, WB."

Ivan Oesman
6 tahun lalu
Tontonan:

1 Marine Engineering Dept ITS ASSALAMU ALAIKUM, WR, WB. Presentasi P3 By : Hendra Septiawan ( ) Dosen Pembimbing : Semin Sanuri., ST, MT, Ph.D. Ir. Aguk Zuhdi M.F., M.Eng, Ph.D.

2 Marine Engineering Dept ITS ANALISA TEGANGAN PISTON AKIBAT PENGURANGAN TEBAL PISTON HEAD PADA KONVERSI MESIN DIESEL MENJADI MESIN BAHAN BAKAR GAS Presentasi P3 By : Hendra Septiawan ( ) Dosen Pembimbing : Semin Sanuri., ST, MT, Ph.D. Ir. Aguk Zuhdi M.F., M.Eng, Ph.D.

3 LATAR BELAKANG Perkembangan teknologi bahan bakar sangatlah signifikan. Salah satu bahan bakar yang mulai dilirik pada bidang otomotif adalah CNG. Namun untuk mesin yang dikonversi menjadi bahan bakar CNG perlu dilakukan modifikasi pada mesin, salah satunya adalah memodifikasi piston. Dengan demikian akan mempengaruhi tegangan yang terjadi pada piston. Penulisan dilakukan untuk menganalisa tegangan piston dan distribusi thermal yang terjadi pada piston.

4 PERUMUSAN MASALAH 1. Bagaimana tegangan yang terjadi pada piston akibat pengurangan ketebalan piston head dengan berbagai macam variasi compression ratio? 2. Bagaimana distribusi temperature yang terjadi pada piston? 3. Apakakah piston mampu menahan tekanan silinder akibat pemotongan pada piston head?

5 BATASAN MASALAH 1. Tidak membahas proses pembakaran yang terjadi pada ruang bakar. 2. Tidak membahas secara detail simulasi i performa mesin. 3. Variasi compression ratio yaitu pada 10, 13, 15, 17, 19 dan saja. 4. Tidak membahas pengaruh variasi compression ratio terhadap performa mesin.

6 Tujuan Penulisan 1. Mengetahui tegangan yang terjadi pada piston akibat tekanan yang terjadi akibat pembakaran pada ruang bakar. 2. Mengetahui distribusi temperatur yang terjadi pada piston. it 3. Mengetahui apakah piston dapat menerima beban yang diberikan akibat konversi bahan bakar diesel menjadi CNG tersebut.

7 Tinjauan Pustaka 1. Gudimetal & Gopinath (2009) Finite Element Analysis of Reverse Engineered Internal Combustion Engine Piston. 2. Morel, dkk (1990) Detailed Analysis of Heat Flow Pattern in Piston.

8 DASAR TEORI

9 Compressed Natural Gas (CNG) CNG merupakan gas alam yang dikompresi dan dapat disimpani dalam suatu bejana. CNG membutuhkan volume bejana yang lebih besar untuk mendapatkan massa yang sama terhadap gas alam dan menggunakan tekanan tinggi sekitar 200 bar atau 2900 psi (Poulton, 1994).

10 Mesin Diesel Motor diesel mempunyai banyak keunggulan antara lain mempunyai tingkat efisiensi yang tinggi dengan tingkat pemakaian bahan bakar relatif rendah (Harington,1992). Dalam motor diesel bahan bakar diinjeksikan ke dalam silinder yang berisi i udara bertekanan tinggi. i Selama kompresi udara dalam silinder mesin maka suhu udara meningkat, sehingga ketika bahan bakar dalam bentuk kabut halus, bersinggungan dengan udara panas ini, akan menyala, dan tidak dibutuhkan alat penyalaan dari luar. Karena alasan ini maka motor diesel disebut juga motor penyalaan kompresi.

11 Elemen Hingga (Finite Element) Finite Element merupakan pusat untuk menampilkan analisa teknik dari suatu model menggunakan computer. Finite element method memecahkan masalah ini dengan membagi model yang kompleks menjadi sebuah group dari elemen hingga (finite element). Element dari model finite element memiliki bentuk geometri yang umum seperti rectangles, triangles dan tetrahedral.

12 Tipe Finite Element

13 Load dan Boundry Conditon Masing-masing pembebanan pada model berbeda-beda. beda Seperti sebuah kantilever yang dipasang di dinding, sebuah pelat yang ditumpu, maka yang demikian merupakan kondisi batas (boundry condition)

14 Load dan Boundry Conditon Pelat dicekam Pelat diberi bebanb

15 Perindahan Kalor Perpindahan kalor (heat transfer) ialah ilmu untuk meramalkan energi yang terjadi karena adanya perbedaan suhu diantara benda atau material (Holman J.P, 1986). Ilmu ini dapat digunakan untuk meramalkan energi yang diperlukan untuk mengubah sistem dalam keadaan seimbang ke keadaan seimbang lain, tetapi tidak dapat meramalkan kecepatan perpindahan itu.

16 Perindahan Kalor Konveksi Sudah umum diketahui bahwa plat logam panas akan menjadi dingin lebih cepat bila ditaruh didepan kipas angin dibandingkan bilamana ditempatkan di udara tenang. Kita katakan bahwa kalor dikonveksi atau dipindahkan ke luar, dan proses ini dinamakan perpindahan kalor secara konveksi.

17 METODOLOGI

18 Flow Chart Penulisan

19 Data Mesin Item Combustion System Type Unit Direct injection system Single cylinder, vertical-4 cycle air cooled diesel Number of cylinder 1 Bore mm 86 Stroke mm 70 Displacement mm Output kw 6.6 (9.0) (HP) 74(100) 7.4 (10.0) Compression ratio Speed (PTO Shaft) RPM Speed at no load RPM Sumber : YANMAR Service Manual 2003 max : min :

20 Piston Piston original Piston yang dimodifikasi

21 ANALISA DAN PEMBAHASAN

22 Definisi Umum Analisa dilakukan dengan cara memvariasikan compression ratio (CR) engine. Mulai dari 10, 13, 15, 17, 19 dan Dari kondisi ini maka torsi, pressure dan distribusi thermal akan bervariasi. Kemudian dilakukan analisa tegangan (stress) yang terjadi pada piston. Untuk mengetahui tegangan yang terjadi dapat diterima oleh piston yaitu dengan parameter tegangan ijin. Tegangan ijin(σ ) = ijin 505 σ = = 252,5MPa5MPa ijin 2 tegangan leleh(σ ) y faktor keamanan(n) σ y = 505 Mpa n = 2

23 Jenis Volume pada Piston

24 Inputan Data Untuk menghitung CR, yaitu : V CR = stroke V + V hole hole + V + V Clearence Clearence CR Tclear. Tcut Vstroke Vhole Vclear. Stroke

25 Inputan Data Mechanical Properties Duralaluminium : Density kg/m 3 Melting Point 660 C Elastic Modulus GPa Poisson's Ratio 0.33 Tensile Strength MPa Yield Strength MPa Percent Elongation 10-25% Thermal Conductivity 200 W/m.K Analisa Termal Analisa Struktur Analisa Struktur Analisa Struktur Analisa Struktur & Termal

26 Inputan Data CR Tekanan Maksimal (bar) Tekanan Maksimal (N/mm 2 ) Data untuk Analisa Struktur CR Temp. Head ( O C) Temp. max ( O C) Heat Transfer (W/mm 2 ) Data untuk Analisa Thermal

27 Meshing dan Boundry Condition Untuk Analisa Struktur Memesukkan Pressure pada Model Piston dicekam pada Lubang Piston pin Elemen tipe Tetrahedral dengan rasio 0.3

28 Hasil Siulasi Untuk Analisa Struktur 339 N/mm 2 Tegangan terbesar terjadi pada daerah lubang piston pin

29 Data Tegangan Hasil Analisa Struktur CR Tekanan Maksimal (bar) Tekanan Maksimal (N/mm 2 ) Stress (N/mm 2 ) Max. Min. Tegangan ijin (N/mm 2 )

30 Data Tegangan Hasil Analisa Struktur Dari data diatas, maka dapat diketahui bahwa pada CR 13 dan 10 tekanan yang terjadi pada cylinder masih dapat diterima oleh piston. Karena tegangan yang terjadi masih lebih kecil dari tegangan g ijin. Dengan demikian modifikasi piston yang dapat diaplikasikan pada mesin diesel yang dikonversi menjadi mesin berbahan bakar gas yaitu pada compression ratio 13 dan 10.

31 Meshing dan Boundry Condition Untuk Analisa Struktur Memesukkan Temperatur ( o C) dan Heat (W/mm 2 ) Heat Convection pada daerah ring piston dan skirt piston Elemen tipe Tetrahedral dengan rasio 0.3

32 Meshing dan Boundry Condition Untuk Analisa Struktur Temperatur terbesar pada piston head 1750 o C

33 Data Tegangan Hasil Analisa Termal CR Distr. Temp.( o C) Heat Flux (W/mm 2 ) max min max min x x x x x x10 6

34 Data Tegangan Hasil Analisa Termal Dari data-data diatas dapat diketahui, bahwa distribusi temperature yang paling besar terdapat pada CR 10 dengan temperature maksimal 1910 o C dan heat flux paling besar yaitu 1.51 W/mm 2 pada CR 10.

35 KESIMPULAN DAN SARAN

36 Kesimpulan 1. Tegangan yang terjadi pada piston terbeser pada CR yaitu 339 N/mm 2 yang terletak di daerah sekitar lubang piston pin. Karena tekanan silinder terbesar pada CR tersebut t yaitu bar. Perubahan tegangan menurun secara gradual seiring dengan pemotongan piston. 2. Distribusi temperature terbesar yaitu pada CR 10 yaitu dengan temperaturet 1910 o C, karena pada CR tersebut t bahan bakar dan udara yang disemprotkan lebih banyak. Sedangkan distribusi temperatur yang terkecil pada CR yaitu 1750 o C.

37 Kesimpulan (Cont.) 3. Tegangan pada CR 10 dan 13 masih dapat diterima oleh piston, karena tegangan maksimal lebih kecil dari tegangan ijin. Tegangan pada CR 10 dan 13 yaitu 171 dan 221 N/mm 2, sedangkan tegangan ijin yaitu N/mm 2.

38 Saran 1. Penulisan hanya menganalisa tegangan (stress) dan distribusi temperature, diharapkan pada penulisan setelahnya dapat menghitung tegangangan termal (thermal stress) padapiston. 2. Pengaruh performa akibat pemotongan piston tidak diperhitungkan dalam penulisan ini, diharapkan untuk selanjutnya dapat dianalisa pula pengaruh performa mesin terhadap pemotongan piston head.

39 Saran 3. Diharapkan untuk penulisan selanjutnya dapa menghitung tinjauan ekonomis akibat konversi mesin diesel menjadi mesin berbahan bakar gas ini. 4. Pemotongan yang dilakukan pada piston head untuk memperbesar compression ratio akan merubah tinggi clearance silinder, dengan demikian diharapkan penulisan selanjutnya hanya memperbesar swirl piston saja, sehingga tinggi clearance silinder tidak berubah.

40 Marine Engineering Dept ITS WASSALAMU ALAIKUM, WR, WB. TERIMA KASIH Presentasi P3

dokumen-dokumen yang mirip

APLIKASI BAHAN BAKAR GAS PADA MOTOR DIESEL DAN EFFEKNYA TERHADAP TEGANGAN PISTON

APLIKASI BAHAN BAKAR GAS PADA MOTOR DIESEL DAN EFFEKNYA TERHADAP TEGANGAN PISTON Semin, Aguk Zuhdi MF, Hendra Septiawan Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi