FSAE (Formula Student Automotive Engineering) merupakan suatu kompetisi internasional yang diselenggarakan oleh SAE (Society of Automotive Engineering) dengan bekerjasama dengan negara penyelenggara. Kompetisi ini dilakukan setiap satu musim dan dari setiap musim tersebut dilakukan di beberapa negara penyelenggara.
Ada beberapa istilah yang harus diketahui bersama,
- Intake manifold, adalah istilah untuk saluran masuk dari sebuah mesin pembakaran dalam (internal combustion engine)
- Restrictor, adalah sebutan untuk pembatasan saluran intake manifold yang dibatasi maksimal berdiameter 20 mm
- Local Sonic, kecepatan udara mengalir yang setara dengan cepat rambat bunyi dalam air, yaitu 330 m/s
- Critical flow condition, terjadinya aliran massa udara dengan kecepatan rata-rata sangat mendekati kecepatan local sonic.
- Converging angle, sudut menyempit pada restrictor
- Diverging angle, sebutan untuk sudut menyebar pada restrictor.
Berdasarkan peraturan kompetisi yang mengharuskan setiap mesin harus dipasang restrictor, yang membatasi diameter pada saluran intake manifold, analisis ini dilakukan. Pemasangan restrictor dilakukan untuk membatasi power mesin yang dihasilkan. Analisis ini bertujuan untuk mengetahui desain restrictor yang paling tepat untuk dipasang pada kendaraan.
Masalahnya ?
Pada putaran mesin yang rendah, dengan adanya
pembatasan restrictor (20 mm), mesin masih bisa untuk mengimbanginya. Namun
pada putaran mesin yang tinggi ( 6000 rpm- 10.000 rpm dengan keadaan restrictor
terpasang), kecepatan aliran udara pada restrictor mencapai kecepatan yang sangat tinggi, atau dikenal dengan Critical Flow Condition. Hal inilah masalah yang harus
dipecahkan.
Sehingga pada intinya, desain restrictor yang paling
tepat ini digunakan untuk mendapatkan aliran udara yang maksimal yang akan
digunakan untuk pembakaran bahan bakar di dalam mesin dengan keadaan pembatasan
adanya restrictor tersebut. Artinya, perbedaan tekanan diantara atmosfer dan
tekanan dalam silinder dibuat seminimal mungkin sehingga aliran udara yang
masuk ke mesin akan maksimal.
Lalu bagaimana ?
Menurut penelitian yang dilakukan oleh Anshul Singhal dan Mallika Parveen pada tahun 2013 yang berjudul Air Flow Optimization via a Venturi Type Air Restrictor yang diterbitkan pada World Congress on Engineering di London UK, desain restrictor yang paling baik adalah yang menghasilkan kevacuman paling kecil (maksudnya dengan nilai yang paling mendekati tekanan atmosfer). Semakin intake manifold dibatasi, maka akan semakin besar kevacuman yang dihasilkan karena adanya pembatasan pada restrictor tersebut. Artinya efisiensi pemasukan akan semakin rendah.
Untuk menghasilkan efisiensi pemasukan yang baik, berarti harus memilih desain restrictor yang menghasilkan nilai paling kecil.
Berdasarkan tabel hasil penelitian di atas, nilai yang paling kecil terjadi pada converging angle sebesar 18 derajat dan diverging angle sebesar 6 derajat. Nilai inilah yang kemudian dijadikan pertimbangan untuk mendesain sebuah restrictor yang hasil analisisnya seperti ini.
Gambar diatas menunjukkan cut plot pressure dan flow rajectories, artinya bagaimana kondisi tekanan yang ada dalam restrictor, dan bagaimana kondisi aliran udara yang mengalir pada restrictor. Warna merah menunjukkan kondisi tekanan 1 atmosfer yang diasumsikan sama dengan 1 Bar yang setara dengan 101372,24 Pa.
Aliran massa udara pada kondisi tercekik (karena adanya restrictor) menghasilkan nilai 0.0703 kg/s. yang dihitung berdasarkan rumus berikut.
Untuk bisa lebih memahami tentang termodinamika seperti yang dijelaskan diatas, dapar belajar dalam buku karangan Yunus A Cengel dan Michael A Boles yang berjudul Thermodynamics: An Engineering Approach.
