Meningkatkan efisiensi dan mengurangi emisi pada mesin diesel tugas berat
Engineering

Meningkatkan efisiensi dan mengurangi emisi pada mesin diesel tugas berat


Peneliti Argonne menggunakan superkomputer untuk mengoptimalkan desain mangkuk piston pada mesin tugas berat untuk Caterpillar Inc. Desain teratas mengurangi konsumsi bahan bakar dan pembentukan jelaga, dan lainnya berpotensi mengurangi NOx. Kredit: Laboratorium Nasional Chao Xu / Argonne

Mesin diesel tugas berat masih menggerakkan sebagian besar kendaraan besar yang digunakan dalam industri konstruksi, pertambangan, dan transportasi di Amerika Serikat. Insinyur bekerja untuk meningkatkan efisiensi bahan bakar mesin ini sambil meminimalkan polusi untuk mengurangi konsumsi energi dan memastikan keberlanjutan industri ini di masa depan.

Untuk mengatasi masalah ini, para peneliti di Laboratorium Nasional Argonne Departemen Energi AS (DOE) bekerja sama dengan Caterpillar Inc., salah satu produsen peralatan konstruksi dan pertambangan terbesar di dunia. Memanfaatkan sumber daya komputasi berkinerja tinggi Argonne, para peneliti mengembangkan desain piston potensial untuk engine Caterpillar yang dapat meningkatkan efisiensi bahan bakar sekaligus mengurangi emisi berbahaya.

Tim pertama kali membuat kerangka kerja untuk mengoptimalkan desain sistem pembakaran menggunakan alat dinamika fluida komputasi 3D yang disebut CONVERGE, yang dikembangkan oleh Convergent Science, Inc. Menggabungkan transfer panas dan data pembakaran yang berasal dari model CONVERGE dengan data lingkungan tentang jelaga dan nitrogen oksida (NOx) produksi, mereka kemudian menjalankan ratusan simulasi dengan ketelitian tinggi untuk mengembangkan desain yang menjanjikan untuk mangkuk piston — ruang pembakaran di mesin diesel.

Dengan metode ini, mereka dapat mengidentifikasi beberapa desain yang berpotensi meningkatkan efisiensi bahan bakar sekaligus mengurangi emisi. Caterpillar membuat prototipe desain berkinerja terbaik menggunakan teknik manufaktur aditif untuk memvalidasi hasil model.

“Dengan memanfaatkan sumber daya superkomputer yang tersedia di Argonne, kami menjalankan simulasi yang sangat rinci dan juga mendapatkan hasil jauh lebih cepat, mengurangi waktu simulasi dari bulan ke minggu,” kata Chao Xu, seorang postdoctoral yang ditunjuk Argonne yang memimpin upaya simulasi.

https://www.youtube.com/watch?v=/04C2ClQVryY

Kredit: Laboratorium Nasional Argonne

Salah satu desain mangkuk piston yang sangat menjanjikan meningkatkan proses pencampuran antara bahan bakar dan udara. Peneliti menemukan bahwa hal itu dapat mengurangi konsumsi bahan bakar hingga hampir 1 persen, peningkatan yang terukur, sekaligus mengurangi jelaga hingga 20 persen.

“Alur kerja yang kami kembangkan akan menguntungkan semua orang,” kata Sibendu Som, manajer Bagian Riset Multi-Fisika Komputasi di divisi Sistem Energi Argonne, yang mengawasi tim yang mengerjakan proyek dengan Caterpillar. “Kami menerbitkan metodologi kami sehingga perusahaan dapat menggunakannya untuk merancang mangkuk piston baru untuk mereka sendiri.”

Selain inovasi simulasi proyek, salah satu kontribusi utama tim adalah pengembangan pendekatan ramah industri, yang memungkinkan perusahaan mengoptimalkan desain mesin mereka menggunakan sistem komputer internal mereka sendiri. Model yang disederhanakan ini, berdasarkan hasil dari ratusan simulasi kompleks, memberikan tingkat akurasi yang sama sekaligus mengurangi persyaratan komputasi sebanyak 40 persen.

“Ini benar-benar mengurangi biaya pengujian jika kita memiliki model prediktif dan mengoptimalkan desain pada superkomputer. Ini juga mengurangi waktu yang dibutuhkan industri untuk mengembangkan produk — manfaat yang besar,” kata Prithwish Kundu, ilmuwan peneliti yang mengelola proyek di Argonne.

“Pekerjaan kami dengan Argonne pada proyek ini memungkinkan eksplorasi ruang desain yang sangat besar,” kata Jon Anders, penyelidik utama dan spesialis teknik senior di divisi Komponen dan Solusi Terintegrasi Caterpillar. “Dengan bekerja bersama dan memanfaatkan keahlian simulasi dan sumber daya komputasi dari Argonne dengan keahlian manufaktur dan pengujian di Caterpillar, kami dapat mengoptimalkan dan menguji piston pada garis waktu yang jauh lebih pendek daripada yang semestinya.”


Argonne melakukan simulasi aliran terbesar yang pernah ada di dalam mesin pembakaran internal


Disediakan oleh Laboratorium Nasional Argonne

Kutipan: Meningkatkan efisiensi dan mengurangi emisi pada mesin diesel tugas berat (2021, 4 Mei) diambil pada 4 Mei 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-05-efficiency-emissions-heavy-duty-diesel.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten tersebut disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel HKG