ANALISIS DISTRIBUSI ALIRAN PADA KATALIS MUFFLER MESIN DIESEL DENGAN VARIASI SUDUT LARGE ANGLE DIFFUSER (LAD) MENGGUNAKAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD)

Abstract

Distribusi aliran gas buang yang merata pada substrat katalis pada diesel oxidation catalyst (DOC) menentukan keefektivitas proses adsorbtion material pada flue gas yang keluar dari mesin diesel. Penelitian ini menganalisis pengaruh sudut bukaan large angle diffuser (LAD) terhadap karakteristik distribusi aliran pada muffler genset diesel menggunakan computational fluid dynamics (CFD) dengan perangkat lunak SolidWorks Flow Simulation. Pipa masuk muffler berdiameter 38 mm diperluas menjadi ruang katalis berdiameter 150 mm (rasio luas penampang = 15,6). Empat konfigurasi dievaluasi, yaitu LAD dengan sudut bukaan total 14° dan 45°, serta desain tanpa LAD pada sudut bukaan yang sama. Udara bertemperatur 300 °C dengan debit masuk 0,03 m³/s (kecepatan rata-rata = 26,5 m/s) disimulasikan dalam kondisi tunak dengan tekanan keluar atmosferik dan model turbulensi k–ε. Hasil dievaluasi secara kualitatif melalui lintasan aliran dan secara kuantitatif melalui kecepatan maksimum dan tekanan balik total maksimum. Pada sudut 14°, aliran terarah dan menyebar relatif merata menuju ruang katalis, baik dengan maupun tanpa LAD, berdasarkan lintasan aliran. Tekanan balik total pada sudut 14° (371 Pa dengan LAD dan 392 Pa tanpa LAD) lebih rendah daripada 45° (614 Pa dengan LAD dan 705 Pa tanpa LAD), dan penambahan LAD pada 45° menurunkannya sekitar 13%. Pada sudut 45°, aliran menjadi kompleks dan cenderung membentuk zona aliran balik (backflow), ditandai kecepatan maksimum yang lebih tinggi (= 35,8 m/s dibandingkan = 31 m/s pada konfigurasi lain). Konfigurasi LAD 14° dipilih sebagai desain karena aliran terarah dengan tekanan balik rendah (371 Pa) dan dijadikan dasar fabrikasi muffler untuk pengujian efektivitas DOC pada mesin diesel.