TUGAS AKHIR GALIH PRIYO ATMOJO 2106 100 035 PERMODELAN DAN SIMULASI PERFORMA SAPU ANGIN I DENGAN ENGINE PE-M 40 BERSIKLUS MILLER MENGGUNAKAN MATLAB SIMULINK Oleh: Galih Priyo Atmojo 2106 100 035 Dosen Pembimbing: Dr. M. Nur Yuniarto, S.T. JUMAT, 01 JULI 2011 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
LATAR BELAKANG Kompetisi kendaraan hemat bahan bakar antarpelajar se-asia (Sirkuit Sepang, Malaysia) Kendaraan Sapu Angin I (232 km/liter bensin) Engine : PE-X 40 SI ICE Fuel : gasoline Transmission : sprocket chain Engine Paijo Experiment 40 cc (PE- X 40) (Siklus Otto) modifikasi Engine Paijo Experiment Miller 40 cc (PE-M 40) (Siklus Miller) Evaluasi performa modifikasi Permodelan sistem & Simulasi Matlab/Simulink
PERMASALAHAN Bagaimana cara membuat permodelan sistem kendaraan untuk mengevaluasi performa dan konsumsi bahan bakar kendaraan Sapu Angin I bersiklus Miller? Bagaimana cara menyimulasikan interaksi antara dinamika kendaraan, pengemudi, dan sirkuit dengan menggunakan software Matlab Simulink? BATASAN MASALAH Kondisi dan properti kendaraan Sapu Angin I diperoleh berdasarkan data dan informasi dari tim Shell Eco Marathon Asia 2010 Mesin ITS. Karakteristik lintasan kendaraan yang digunakan adalah karakteristik sirkuit Internasional Sepang, Malaysia. Properti input yang divariasikan adalah properti dari engine Paijo Experiment Miller 40 cc(pe-m 40).
TUJUAN TUGAS AKHIR Membuat model kendaraan untuk mengevaluasi performa dan konsumsi bahan bakar Sapu Angin I bersiklus Miller. Mensimulasikan model sistem yang terdiri dari dinamika kendaraan Sapu Angin I bersiklus Miller, pengemudi, dan sirkuit dengan menggunakan software Matlab Simulink. Mengetahui mode mengemudi terbaik untuk mendapatkan konsumsi bahan bakar paling efektif. MANFAAT TUGAS AKHIR Mengetahui performa dan konsumsi bahan bakar kendaraan Sapu Angin I dengan engine bersiklus Miller. Dapat mempermudah pengembangan Sapu Angin selanjutnya. Mengetahui perbandingan antara penggunaan siklus Miller dengan siklus Otto standar pada motor pembakaran dalam.
TINJAUAN PUSTAKA Abdulhamid (2008) permodelan untuk evaluasi dilakukan dengan penjelasan dan perumusan matematis, yang kemudian dirangkai menjadi blok-blok sesuai logika dan alur perhitungan Assanis, dkk (2000) membuat model sistem truk yang terdiri dari engine, torque converter, driveline Grunditz dan Jansson (2009) pemodelan untuk sistem kendaraan hybrid terdiri dari tiga subsistem, yaitu environment, driver demand, dan vehicle Willard W. Pulkrabek (1996) perhitungan matematis termodinamika pada engine bersiklus Miller ideal Poompipatpong (2008) siklus Miller pada mesin diesel Lee, Chang Ro & Park, Bong Chul (2006) Perlakuan pengendara dimodelkan sebagai model PI-controller Lee, Jeongwoo (2009) model kendaraan konvensional sederhana untuk memperoleh konsumsi bahan bakar. Model terdiri dari dua bagian utama, model kendaraan dan model roda MathWorks, Inc (1998) contoh permodelan sistem transmisi yang menghubungkan torsi keluaran transmisi menjadi kecepatan kendaraan dan kecepatan keluaran transmisi yang dipengaruhi rasio final drive, beban jalan, dan kecepatan roda kendaraan
MODEL VEHICLE DYNAMIC Grunditz dan Jansson (2009) Lee, Jeongwoo (2009)
Vehicle Dynamic Lee, Jeongwoo (2009) F drag =½.ρ.C D. A.V 2 F rr =C rr.m.g.cos(θ) F grade =m.g.sin(θ)
MODEL ENGINE Willard W. Pulkrabek (1996), Massa total aktual yang masuk kedalam silinder pada tiap siklus, berubah mengikuti effisiensi volumetris engine: SITTHIRACHA (2006), Model engine :Performa engine dipengaruhi efisiensi volumetrik engine, termodinamika, dan kerugian gesek
MODEL ENGINE SIKLUS MILLER r e V V 4 2 r c V V 1 2 re r c Diagram P-V
MODEL ENGINE APLIKASI SIKLUS MILLER Poompipatpong (2007 aplikasi Siklus Miller pada mesin diesel berbahan bakar gas alam. Siklus Miller tanpa supercharger dapat meningkatkan efisiensi termal brake 1,08% dan brake spesific fuel consumption (bsfc) sebanyak 4,58%. Pada penelitian tersebut, Poompipatpong melakukan 3 variasi waktu penutupan katup hisap, yakni 35 0, 51 0, dan 77 0. DIAGRAM P-v TIMING VALVE SIKLUS MILLER (Poompipatpong,2007) Efisiensi siklus MILLER vs rpm (Poompipatpong,2007)
MODEL DRIVER Driver menentukan perlakuan mengemudi kendaraan yang berupa kecepatan Grunditz dan Jansson (2009)
MODEL ENVIRONMENT Penggambaran kondisi lintasan berdasarkan panjang lintasan dan kemiringan Grunditz dan Jansson (2009)
METODE PENELITIAN FLOW CHART PENELITIAN
Model Kendaraan Utama NEXT
Environment
Driver
PI controller
Vehicle
Controller
ICE on/off
Fuel Consumption Calculator
Gear-Wheel
Chassis
Lintasan Sirkuit Sepang, Malaysia Kemiringan fungsi jarak lintasan Sirkuit Sepang, Malaysia
1500-2750 pm Simulasi Engine PE-M 40 Daya Brake fungsi rpm @1500-2750 rpm, daya = 0,63-1,13 kw
Simulasi Engine PE-M 40 Torsi Brake fungsi rpm @1500-2750 rpm, torsi = 4,01-3,94 Nm Torsi maksimum 4,52 Nm @ 2100 RPM
Simulasi Engine PE-M 40 Fuel flow rate fungsi rpm @1500-2750 rpm, fuel flow rate = 3,43x10-6 - 6,17x10-6 kg/s
Simulasi Sapu Angin I dengan Engine PE-M 40 Parameter lomba : 5 lap jarak total = 13,054 km Waktu tempuh maksimal = 28 menit (1680 sekon) Simulasi : Akselerasi V=0-30 km/jam 83 sekon
Simulasi Sapu Angin I dengan Engine PE-M 40 Kecepatan = 30 km/jam 996,5 km/liter Daya engine sesaat vs referensi (engine on pada kecepatan konstan)
Simulasi Sapu Angin I dengan Engine PE-M 40 Kecepatan = 30 km/jam 1540 km/liter Daya engine sesaat vs referensi (engine on/off pada kecepatan konstan)
Simulasi Sapu Angin I dengan Engine PE-M 40 Torsi yang bekerja pada kendaraan
KESIMPULAN Engine bersiklus Miller dapat digunakan untuk meningkatkan efisiensi konsumsi bahan bakar. Gaya hambat yang berpengaruh paling besar adalah kemiringan lintasan. Besarnya kecepatan kendaraan ikut menentukan besarnya tingkat konsumsi bahan bakar. Hal ini berhubungan dengan efektivitas daya dan torsi yang digunakan pada kecepatan tertentu. Mode mengemudi sangat menentukan tingkat konsumsi bahan bakar yang mampu dicapai. Mode mengemudi kecepatan konstan dengan kondisi engine menyala memiliki konsumsi bahan bakar 996,5 km/liter. Mode stop and go memiliki efisiensi konsumsi bahan bakar yang lebih baik, yakni 1540 km/liter bila dibandingkan dengan kecepatan konstan.
SARAN Model engine hanya merupakan gambaran kasar karakteristik PE-M 40 bersiklus Miller. Untuk mendapatkan hasil yang lebih riil, model engine bisa diperoleh dari data pengujian. Belum ada referensi yang dapat menggambarkan model engine secara mendetail. Hendaknya perlu dikembangkan model engine yang lebih baik dan lebih detail.