KAJI NUMERIK EFEK VARIASI TEMPERATUR TERHADAP PERFORMA THERMAL PADA EXHAUST MANIFOLD

Abstract

Exhaust manifold adalah komponen sistem pembuangan kendaraan yang berfungsi mengumpulkan gas hasil pembakaran dari setiap silinder sebelum diteruskan ke saluran buang. Karena bekerja pada rentang suhu tinggi yang berubah-ubah mengikuti siklus kerja mesin, komponen ini senantiasa menerima pembebanan termal yang berdampak pada distribusi temperatur, laju perpindahan panas (heat flux), dan ketahanan materialnya. Penelitian ini bertujuan mengkaji pengaruh variasi temperatur yang diberikan secara bergantian pada tiap Runner terhadap distribusi temperatur dan total heat flux pada exhaust manifold melalui simulasi Transientl Thermal berbasis Finite Element Method (FEM) menggunakan CFD. Model tiga dimensi manifold empat silinder diimpor dalam format STEP dengan volume 2,261×10⁵ mm³ dan massa 1,7749 kg, kemudian di-mesh menjadi 70.729 node dan 35.582 elemen tetrahedral, diberi material Structural Steel, kondisi awal seragam 22°C, pembebanan suhu bertahap hingga 100°C secara bergantian pada tiap Runner, serta konveksi permukaan sebesar 5×10⁻⁶ W/mm²•°C selama durasi simulasi 8 detik. Validasi dilakukan dengan membandingkan temperatur puncak hasil simulasi terhadap temperatur target kondisi batas pada setiap puncak pembebanan Runner, dan diperoleh rata-rata persentase error sebesar 0,88%, yang menunjukkan model numerik telah cukup akurat. Hasil simulasi menunjukkan bahwa variasi temperatur antar-Runner memberikan pengaruh signifikan terhadap distribusi suhu dan heat flux total. Pada akhir simulasi (t = 8 s), temperatur maksimum tercatat 101,11°C dan minimum −0,51°C, dengan puncak global sepanjang simulasi mencapai 101,46°C, sedangkan total heat flux pada waktu yang sama berkisar 4,90×10⁻¹¹ hingga 0,647 W/mm² dengan puncak tertinggi 1,0929 W/mm². Suhu dan heat flux tertinggi konsisten muncul pada Runner yang sedang menerima pembebanan langsung sebelum menyebar melalui konduksi dan meluruh melalui konveksi. Hasil ini menegaskan bahwa metode Transientl Thermal mampu menggambarkan siklus pemanasan-pendinginan (thermal cycling) pada exhaust manifold secara representatif, sehingga dapat dijadikan dasar evaluasi ketahanan termal dan pengembangan desain komponen selanjutnya.

Kata kunci: Exhaust manifold, Transientl Thermal, Distribusi Temperatur, Heat Flux, CFD