Obie

Obie Dharmawan.S1 Teknik Mesin Ekstensi 2019.Universitas Indonesia

BIODATA DIRI

Nama : Obie Dharmawan

TTL  : Kediri, 02-10-1996

NPM  : 1906435542

Program Studi : Teknik Mesin

Pendidikan Terakhir : Diploma III

Email : dharmawanobie@gmail.com

Pertemuan Ke-1 Minggu Ke-9 Mekanika Fluida-02 (31-03-20)

Pada pertemuan ini membahas mengenai Bab 8 yaitu Aliran Viskos & Simulasi aliran menggunakan aplikasi CFDSOF

Aliran Viskos

Aliran viskositas adalah aliran zat cair yang mempunyai kekentalan (viskositas). Kekentalan adalah sifat fluida yanng dapat menyebabkan terjadinya tegangan geser terhadap waktu. Aliran viskos dapat dibedakan menjadi 3 macam. Apabila pengaruh kekentalan (viskositas) adalah cukup dominan sehingga partikel-partikel suatu zat bergerak secara teratur menuut lintasan lurus maka aliran disebut laminar. Aliran Laminer (Re<2100) terjadi apabila kekentalan bernilai besar dan kecepatan aliran bernilai kecil. Dengan berkurangnyna pengaruh kekentalan atau bertambahnya kecepatan maka aliran akan berubah dari laminar menjadi turbulen. Pada aliran turbulen (Re > 4200) partikel-partikel fluida bergerak secara tidak teratur.Aliran Transisi,aliran fluida dengan kecepatan diantara kecepatan linear dan kecepatan turbulen. Aliran berbentuk laminar atau turbulen sangat tergantung oleh pipa dan perlengkapannya. Reynold menunjukkan bahwa untuk aliran transisi berlaku hubungan Bilangan Reynold, 2100 < NRe < 4200. Jadi Reynold's number (Re) adalah perbandingan ratio antara gaya inersia terhadap viskosnya pada fluida tersebut.

                                                               Re =  VD ρ/µ 

Dimana :

V kecepatan (rata-rata) fluida yang mengalir (m/s)

D adalah diameter dalam pipa (m)

ρ adalah masa jenis fluida (kg/m3)

µ adalah viskositas dinamik fluida (kg/m.s) atau (N. det/ m2)

CFDSOF

Merupakan suatu aplikasi simulasi untuk mengetahui /menganalisis aliran fluida di suatu benda dengan menentuan base mesh, generate mesh, check mesh, simulation model, fluid properties , dan boundary condition. sehingga pada hasil akhirnya kita dapat melihat dan mengidentifikasi jenis aliran fluida hingga spesifik geometri dari fluida tersebut seperti besaran area dari nilai U yang merata di sepanjang area. Berikut simulasi CFDnya :

Pada tab Base Mesh, Min koordinat x,y,z bernilai 0,0,-0.01. Untuk Max koordinat x,y,z bernilai 1,0.1,0.01. dan seterusnya diisi seperti tampak pada gambar

Pada tab Generate Mesh, Output Format dipilih Binary, untuk Mesh Location x,y,z bernilai 0.5,0.05, 0. Setelah itu klik tombol kuning dan klik tombol generate mesh

Pada tab Simulation Model ditunjukkan seperti pada gambar

Selanjutnya pada tab Fluid Properties, disesuaikan dengan properties fluida yang masuk

Pada tab Boundary Condition, Face name : wall1, Boundary Type: Stationary wall, Type : No Slip Condition, Face Name : Inlet1, Boundary Type: Velocity inlet, Type : Surface Normal Fixed Value, Face Name : Outlet1, Boundary Type: Outflow, Type : Zero Gradient

Pada tab CFD-Solve, disesuaikan seperti gambar berikut dan klik run solve

Dan didapat Grafik seperti berikut ini

TUGAS

1. Apa yang dimaksud dengan Entrance Region?

Entrance Region adalah suatu wilayah atau daerah yang berada didekat dengan tempat masuknya fluida ke pipa. Atau bagian awal dari suatu empat aliran yang masuk dari suatu sumber.

2. Apa yang dimaksud dengan Entrance Length?

Entrance Length adalah panjang suatu aliran dari awal masuk pipa hingga mencapai kondisi dimana fully developed flow atau aliran yang berkembang sempurna.

3. Apa yang dimaksud dengan Fully Developed Flow?

Mengimplikasikan bahwa profil kecepatan suatu fluida tidak berubah pada arah aliran fluida, sehingga menyebabkan momentum juga tidak berubah pada arah fluida. Dalam kasus ini, tekanan pada arah ini akan sama besar (mengimbangi) gaya geser di dekat dinding.

4. Apa yang dimaksud dengan Pressure Drop?

Pressure drop didefinisikan sebagai penurunan tekanan yang terjadi karena adanya gesekan pada fluida yang mengalir. Pressure drop akan semakin tinggi dan berbanding lurus dengan gesekan pada fluida. Sedangkan besarnya gesekan dipengaruhi oleh viskositas dari suatu fluida.

5. Apa pengaruh viskositas pada fluida?

-.Semakin besar densitas fluida maka semakin jauh posisi fluida untuk mencapai kondisi berkembang penuh

-.Semakin besar nilai viskositas maka semakin cepat fluida mengalami kondisi berkembang penuh

-.Semakin besar densitas dan viskositas maka rata-rata kecepatan fluida semakin rendah dan kondisi berkembang penuh tidak pernah tercapai dalam jarak 10 m.

-.Semakin menurun viskositas dan semakin meningkat densitas maka kecepatan konstan tidak pernah tercapai dalam jarak 10 m

-.Semakin meningkat viskositas dan semakin menurun densitas maka kondisi berkembang penuh semakin cepat tercapai dalam jarak 10 m

Pertemuan Ke-2 Minggu Ke-9 Mekanika Fluida-02 (1-04-20)

Pada pertemuan kali ini review materi terkait 3 rumusan dasar mekanika fluida, yaitu konservasi energi, konservasi massa dan konservasi momentum. Berikut rumus konservasi tersebut

Setelah itu membahas tentang entrance region, fully developed flow, pressure drop dam tekanan-tekanan. Entrance region adalah jarak masuk fluida dari saluran masuk hingga profil aliran tidak berubah. Fully developed flow adalah daerah setelah aliran masuk saat kecepatannya tetap. Kemudian pressure drop sendiri adalah perbedaan tekanan (dalam hal ini tekanan dinamik). tekanan sendiri pada dasarnya adalah energi, sedangkan energi tidak dapat hilang atau dibentuk, dalam artian pressure drop sendiri bukanlah perbedaan tekanan yang hilang, namun energi dalam bentuk tekanan tersebut berubah menjadi energi panas dikarenakan gesekan dengan dinding aliran.

Selanjutnya adalah diberikan persoalan dengan data-data yang berikut :

Pada umumnya bentuk vektor kecepatan searah sumbu x yang terjadi sebagai berikut:

Pada point a bagian 1 berdasarkan data-data yang ada dengan inlet velocity adalah 0,01 m/s dengan viskositas dinamik 0,00004 kg/m.s diperoleh Reynold numbers sebesar 30 dan entrance length adalah 0,18 m. Berikut adalah hasil grafik kecepatan dan tekanan yang diperoleh :

Kemudian titik searah sumbu x yang digunakan untuk mengetahui perubahan kecepatan yang diperoleh adalah 0,02 m, 0,6 m dan 0,9 m adalah sebagai berikut :

Dari hasil simulasi perubahan kecepatan pada entrance region lebih besar jika dibandingkan dengan perubahan kecepatan setelah entrance region yang mana perubahan kecepatan jauh lebih kecil. Hal ini menguatkan teori bahwa perhitungan kecepatan pada daerah entrance region jauh lebih kompleks daripada perubahan kecepatan pada fully developed region yang mana perubahan kecepatan sangat kecil.

Pertemuan Ke-3 Minggu Ke-10 Mekanika Fluida-02 (7-04-20)

Pertemuan kali ini membahas mengenai peranan Reynolds number gaya inersia dan viskos. Pengaruh Reynold number terhadap gaya inersia dan viskos adalah semakin tinggi Semakin tinggi Reynolds number maka gaya inersia semakin lebih dominan dibandingkan gaya viskosnya dan semakin rendah nilai Reynolds number maka efek viskos semakin lebih dominan dibandingkan gaya inersianya. Sehingga perbedaan nilai viskositas fluida akan mempengaruhi Reynolds numbernya. Selain itu dijelaskan juga lapisan batas, lapisan batas adalah Lapisan batas adalah lapisan dimana mulai adanya kontak antara fluida dengan dinding. Ketika lapisan batas atas dan bawah mulai berkembang bertemu pada suatu titik maka dapat disimpulkan fluida tersebut telah memasuki fully developed region sehingga kecepatannya cenderung lebih stabil dibandingkan dengan sebelum memasuki fully developed region . Setelah itu dijelaskan pengaruh viskositas dan kecepatan fluida terhadap pembentukan entrance region dan fully developed region. Semakin tinggi nilai viskositas maka pembentukan fully developed region akan semakin cepat sebagai gantinya entrance region lebih cenderung kearah hulu sehingga terlihat lebih pendek dan sebaliknya jika Semakin rendah nilai viskositas maka pembentukan fully developed region akan semakin lambat dan entrance region lebih cenderung kearah hilir sehingga terlihat lebih panjang. Kemudian semakin tinggi kecepatan fluida tersebut maka pembentukan fully developed region akan semakin lambat dan lebih cenderung kearah hilir sehingga terlihat lebih pendek, sebaliknya jika semakin rendah nilai kecepatan fluida maka pembentukan fully developed region akan semakin cepat dan lebih cenderung kearah hulu sehingga terlihat lebih panjang.

Pertemuan Ke-4 Minggu Ke-10 Mekanika Fluida-02 (8-04-20)

Pada pertemuan kali ini materi mengenai tentang macam-macam aliran fluida berdasarkan nilai Reynolds numbernya.Reynolds Number digunakan dalam menentukan jenis aliran fluida. Reynolds number adalah perbandingan dari gaya inersia suatu fluida terhadap gaya viskos fluida tersebut. Ada 3 jenis aliran, yaitu aliran laminer, transisi, dan turbulen. Aliran laminer memiliki nilai Reynolds number yang kecil (Re<2200) menggambarkan tentang garis-garis aliran yang bergerak secara ideal dan sangat teratur. Aliran transisi memiliki Nilai Reynolds number lebih dari 2200 namun kurang dari 4000, menggambarkan aliran mulai berfluktuasi (bergelombang) secara teratur. Aliran turbulen memiliki Nilai Reynolds number yang lebih besar dari aliran transisi menggambarkan garis-garis aliran yang berfluktuasi hingga terjadinya tumbukan antar garisnya atau biasa disebut dengan rapid fluctuation.

Pertemuan Ke-5 Minggu Ke-11 Mekanika Fluida-02 (14-04-20)

Pertemuan kali ini diberikan quiz untuk membuat artikel pada setiap soal di air.eng.

Soal 1 ARTIKEL : Rumusan Utama untuk Penyelesaian Mechanical Fluida Rumusan utama untuk menyelesaikan masalah mechanical fluida adalah dengan menggunakan 3 hukum konservasi. Berikut 3 hukum konservasi tersebut :

Soal 2 ARTIKEL : Pengaruh Fully Developed pada Aliran Laminar Fully Developed adalah dimana kondisi kecepatan fluida tetap besarnya. Aliran laminar merupakan aliran yang stabil dan mempunya bilangan Reynold kurang dari 2000. Jika bilangan Reynold kurang dari 2000, maka kondisi Fully Developed cepat terjadi. Selain itu hal yang mempengaruhi cepat Fully Developed adalah Entrance Region semakin kecil. Karena rumusnya adalah LE = 0,06 x RE x D. Jadi cepat/lambatnya terjadinya Fully Developed dipengaruhi oleh bilangan Reynold (RE) dan Entrance Region (LE)

Soal 3 ARTIKEL : Tegangan Geser pada Aliran Turbulen Tegangan gesek terjadi karena adanya gesekan fluida pada dinding pipa. Untuk mengetahui seberapa besar gesekan yang terjadi, maka harus mengetahui terlebih dahulu perubahan kecepatan. Perubahan kecepatan yang terjadi kecepatan rata-rata ditambah dengan kecepatan fluktuatif. Di daerah sublapisan viskos, tegangan geser laminar mendominasi. Menjauh dari dari dinding porsi aliran turbulen dari tegangan geser turbulen mendominasi. Transisi antara kedua daerah ini terjadi dilapisan overlap layer.

Soal 4 ARTIKEL : Membahas soal 8.2 mengenai Proses penurunan tekanan/pressure drop pada aliran laminar Point A ini aliran yang berlaku adalah aliran yang bersifat laminar. Ditanyakan adalah penurunan tekanan pada pipa yang berjarak 10m. Dengan menggunakan rumus berikut ∆p=p1-p2= 128μQ/(πD⁴) setelah itu didapatkan pressure dropnya. Point B Brp kemiringan yg dibutuhkan agar tidak turun, secara angka bisa dihasilkan dengan rumus sin⁡〖θ= 128μQ/(πρgD⁴)〗 akan tetapi secara teori hal itu tdk dapat terjadi karena θ tidak dapat lebih besar dari 1. (Interval sudut -1 s/d 1). Untuk itu agar sesuai dengan teori maka cara yang dilakukan adalah dengan memperbesar diameter. pada Point c, kondisi yang dipakai adalah kondisi pada point b. Perubahan energi potensial pada aliran terjadi karena adanya kemiringan pipa. Maka proses penyelesaian P1=P3 pada titik1=5.

Soal 5 ARTIKEL : Membahas soal 8.4 yaitu pengaruh sublapisan pada aliran turbulen Aliran fluida air yang melewati pipa horizontal. Viskos sublapisan adalah lapisan tipis dekat dinding kontak langsung dengan dinding aliran fluida pada aliran turbulen dengan turbulensi minimal yang nantinya energi turbulen itu diubah menjadi energi panas. Point A ditanyakan ketebalan sublapisan viskos. Ketebalan sublapisan viskos dapat diperoleh dari rumus δx=5 v/(u*). Sementara itu tegangan geser dinding diperoleh dari rumus τw= D∆p/4l. Rumus ini berlaku untuk aliran laminer ataupun turbulen. Setelah itu dimasukan ke dalam rumus u*=(τw/p)^(1/2). Sublapisan viskos yang dihasilkan sangat tipis. Ketidak sempurnaan kecil pada dinding pipa akan menonjol keluar sublapisan ini dan akan mempengaruhi tegangan geser dinding dan penurunan tekanan. Point B ditanyakan perkiraan kecepatan di sumbu tengah. Kecepatan di sumbu tengah dapat diperoleh dari kecepatan rata-rata dan asumsi profil kecepatan dengan menggunakan rumus V= Q/A . Setelah itu didapat bilangan reynolds number dengan rumus Re= VD/v . didapat Re nya lebih dari 4000, maka aliran tersebut bisa dikatakan aliran turbulen. Untuk menentukan kecepatan di sumbu tengah, Vc, harus mengetahui terlebih dahulu hubungan antara V dan Vc . Hal ini dapat diperoleh dengan mengintegralkan profil kecepatan berikut Q=AV=∫▒〖ū dA=Vc ∫_(r=0)^(r=R)▒〖(1-r/R)〗^(1/n) 〗 (2πr)dr. Yang dapat dintegralkan menjadi Q=2πR²Vc n²/((n+1)(2n+1)). Maka didapatkan kecepatan di sumbu tengah Vc. Point C ditanyakan rasio antara tegangan geser turbulen terhadap laminer. Hasil perhitungan dari point C ini adalah perbandingan tegangan geser turbulen terhadap tegangan geser laminar di titik tengah antara garis pusat pipa dengan dinding pipa. Karena hasilnya didapat lebih besar daripada 1 maka tegangan geser turbulen lebih besar daripada tegangan geser laminar. Sebagaimana yang diperkirakan kebanyakan tegangan geser di lokasi dalam aliran turbulen ini disebabkan oleh tegangan gesesr turbulen.

Soal 6 ARTIKEL : Perbandingan pressure drop antara aliran Laminar dan turbulen Perbedaan pada bilangan Reynold pada masing-masing aliran akan mempengaruhi pressure drop. Semakin besar bilangan Reynold maka viskositasnya semakin besar. Begitu pun sebaliknya, semakin kecil bilangan Reynold maka semakin kecil viskositasnya. Viskositas besar/kecil akan mempengaruhi cepat/lambat terjadinya Fully Developed. Maka semakin cepat/lambat Fully Developed akan mempengaruhi besar atau kecilnya Pressure Drop.