Rizki Ramadhan Siregar

بِسْمِ اللهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيْمِ

السَّلاَمُ عَلَيْكُمْ وَرَحْمَةُ اللهِ وَبَرَكَاتُ

Biografi

Foto Rizki Ramadhan

Nama  : Rizki Ramadhan Siregar
NPM  : 1806233240
Tempat & Tanggal Lahir : Bengkulu, 4 Desember 2000
Jurusan  : Teknik Mesin

Perkenalkan saya Rizki Ramadhan dari kota Bengkulu provinsi Bengkulu. Saat ini saya berkuliah di Universitas Indonesia Jurusan Teknik Mesin angkatan 2018. Saya memiliki ketertarikan yang tinggi terhadap perkembangan teknologi dan berorientasi terhadap masa depan. Berbekal Pengalaman dan pelajaran dalam dunia perkuliahan yang saya jalani saat ini, Insha Allah akan memberikan sebuah makna baru untuk kehidupan kedepan dan berguna bagi nusa dan bangsa (Aamiin)

Konsep Dasar

Pengertian Bilangan Reynolds

Bilangan Reynolds adalah perbandingan antara gaya inersia fluida dan gaya viskos yang terjadi pada fluida tersebut.Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi yang dapat membedakan suatu aliran itu dinamakan laminar, transisi atau turbulen.

                                                      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)

Viskositas

Viskositas fluida merupakan ukuran ketahanan sebuah fluida terhadap deformasi atau perubahan bentuk. Viskositas dipengaruhi oleh temperatur, tekanan, kohesi dan laju perpindahan momentum molekularnya. Viskositas zat cair cenderung menurun dengan seiring bertambahnya kenaikan temperatur hal ini disebabkan gaya – gaya kohesi pada zat cair bila dipanaskan akan mengalami penurunan dengan semakin bertambahnya temperatur pada zat cair yang menyebabkan berturunya viskositas dari zat cair tersebut.

Jenis Aliran pada Fluida

Terdapat setidaknya tiga jenis aliran pada fluida yaitu : 1.Laminar ; 2. Turbulen; 3. Transisi

1.Aliran Laminar
Aliran fulida dikatakan laminar jika memiliki Re(Reynolds Number)< 2100.Dalam aliran laminar ini viskositas berfungsi untuk meredam kecendrungan terjadinya gerakan relatif antara lapisan. Sehingga aliran laminar memenuhi hukum viskositas Newton yaitu :

                                                      τ = µ du/dy

2.Aliran Turbulen
Aliran dimana pergerakan dari partikel – partikel fluida sangat tidak menentu karena mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang besar. Dalam keadaan aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian – kerugian aliran.Pada Aliran ini biasanya memiliki Re > 4000.

3.Aliran Transisi
Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen.Memiliki Re: 2100-4000.

Pertemuan 1 (31/03/2020) : Analisis Laminar Flow menggunakan CFDSOF

Analisis yang dilakukan pada CFDSOF kali ini adalah analisis kecepatan(u) dan tekanan(p) fluida pada pipa sepanjang 1 meter dengan asumsi-asumsi yaitu: Inviscid , Incompressible, Steady-State,dan aliran Laminar.

Pertama-tama, menentukan kecepatan fluida(u) agar diperoleh aliran yang laminar. Pada perhitungan ini, Pak Edo sebagai pemateri sudah memberi excel yang sudah jadi sehingga kita dapat langsung memasukkan kecepatan yang kita inginkan. Diperoleh kecepatan fluida 0,01 m/s yang termasuk kedalam aliran laminar karena memiliki Re < 2100.

Data Excel Aliran Fluida

Kedua, memulai analisis menggunakan software CFD dengan membuat proyek dan case baru.Setelah itu memasukkan bentuk,dimensi,basis serta jumlah mesh yang akan dianalisis.Sumbu Z diabaikan karena analisis ini hanya untuk 2 Dimensi. Langkah ini dipandu oleh pak Edo sebagai pemateri

Tampilan untuk mengatur mesh

Ketiga,memasukkan data simulasi seperti properties dari fluida serta asumsi fluida dimana Inviscid , Incompressible, Steady-State, Laminar serta Subsonic

Tampilan untuk mengatur properties fluida

Keempat,Jalankan CFD Solver .Setelah dijalankan, akan muncul grafik momentum residual terhadap waktu dimana diperoleh 65 iterasi

Grafik Momentum Residual terhadap Waktu

Kelima, Buka Paraview untuk melihat distribusi kecepatan(u) dan tekanan(p) sepanjang pipa.

Distribusi Kecepatan Sepanjang Pipa

Terlihat Kecepatan fluida yang mengalir pada pipa secara umum homogen disepanjang pipa.Kecepatan maksimal berada pada sumbu dari pipa dan bernilai nol pada fluida yang bersentuhan dengan permukaan pipa.Namun terdapat perbedaan pada Inlet dikarenakan Profile belum terbentuk sempurna pada Entrance Region

Distribusi Tekanan Sepanjang Pipa

Pada distribusi tekanan terlihat bahwa semakin jauh dari titik inletnya,maka tekanan akan semakin berkurang. Hal ini disebabkan oleh terjadinya head loss atau penurunan tekanan fluida karena adanya gesekan antara permukaan pipa dengan fluida.

Keenam, Untuk mengetahui bentuk profil didapatkan dengan cara melakukan plot pada aliran yang telah sempurna terbentuk (Fully Develop) yaitu berada pada x=0,8 m dari titik (0,0,0). Angka ini didapatkan dari perhitungan Enterance Length yang menunjukkan pada jarak ke berapa profil sudah terbentuk dengan sempurna(Fully Developed).

Profile Kecepatan dan Tekanan

Materi Tambahan Aliran Viskositas

Pertemuan hari ini terdapat beberapa pertanyaan tambahan mengenai aliran viskos yang diberikan sebagai berikut.

Pertanyaan:

1. Apa itu entrance region/aliran masuk?

2. Apa itu fully developed flow/aliran berkembang sempurna?

3. Apa itu entrance length?

4. Apa pengaruh viskositas? dan pengaruh pressure drop dalam pipa?

5. Bagaimana cara menghitung pressure drop suatu aliran dalam laminar/turbulen?

Jawaban

1.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. Contohnya Furnace.

2.Fully Develeoped Flow adalah kondisi dimana profil kecepatan fluida akan menjadi tetap besarnya.

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

Sumber: Book of “Fundamental fluid Dynamics By Munson"

4.Pressure Drop 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.Cara menghitung Pressure Drop penurunan tekanan fluida pada pipa dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:

File:PressureDropRumus.png

600px

Pertemuan 2 (01/04/2020): Menghitung Pressure Drop pada Pipa

Assallammualaikum wr.wb.

Pada pertemuan kedua. Dijelaskan dalam pengaplikasian mekanika fluida. Ada 3 tahapan konservasi yang harus dipahami terlebih dahulu. Ketiga konservasi tersebut adalah sebagai berikut:

1. Konservasi Massa

2. Konservasi Momentum

3. Konservasi Energi

Setelah itu dijelaskan kembali terkait konsep entrance region, entrance length dan fully develop flow pada aliran pipa seperti pada gambar dibawah ini.

Lalu kita diberikan tutorial tentang bagaimana mencari pressure drop menggunakan CFD. Menggunakan kalkulator dalam CFD serta melakukan latihan soal seperti pada gambar dibawah ini.

Menghitung Pressure drop menggunakan CFDSOF

- Asumsikan aliran terlebih dahulu. Asumsinya adalah laminar, subsonic, steady state dan incompressible.

- Lalu jabarkan parameter yang diketahui dalam soal dan parameter lain yang dibutuhkan dalam melakukan simulasi di CFD. Berikut ini adalah parameter yang diketahui dalam soal dan parameter yang diperlukan untuk simulasi:

- Lalu jalankan CFD, buat mesh dan masukan parameter yang sudah didapat ke CFD dan akan diperoleh hasilnya.

- Lalu buka hasil simulasi CFD menggunakan paraview.

- Buat Calculator

• Calculator 1: p_static = p*1.2 lalu pilih cell data pada attribute mode

• Calculator 2: p_dynamic = 0.5*1.2*((U_X^2+U_Y^2)^0.5)^2 lalu pilih cell data pada attribute mode

• Calculator 3: p_total = p_static+p_dynamic lalu pilih cell data pada attribute mode

- Setelah itu lakukan slice. Lakukan slice pada 3 tempat yaitu pada saat sebelum mencapai entrance length, tepat di entrance length dan setelah entrance length.

• Setiap melakukan slice pada setiap titik, lakukan integrated variable dengan cara Filter > Alphabetical > Integrated Variable > Apply

- Lalu tampilkan masing - masing integrated variable di setiap titik slice.

- Pada Integrated variabel pilih cell data. Maka akan didapatkan hasil seperti berikut.

Untuk soal a1

μ = 4E-5; u = 0.01; Slice1: 0.05; Slice2: 0.18; Slice3: 0.8

Untuk soal a2

μ = 1E-5; u = 0.01; Slice1: 0.05; Slice2: 0.72; Slice3: 0.9

Untuk soal b1

μ = 4E-5; u = 0.01; Slice1: 0.02; Slice2: 0.5; Slice3: 0.9

untuk soal b2

μ = 4E-5; u = 0.04; Slice1: 0.05; Slice2: 0.72; Slice3: 0.9

- Lalu lakukan plot overline untuk melihat profil kecepatan di setiap titik yang di slice.

Berikut ini adalah hasilnya.

Untuk soal a1

μ = 4E-5; u = 0.01; Slice1: 0.05; Slice2: 0.18; Slice3: 0.8

Untuk soal a2

μ = 1E-5; u = 0.01; Slice1: 0.05; Slice2: 0.72; Slice3: 0.9

Untuk soal b1

μ = 4E-5; u = 0.01; Slice1: 0.02; Slice2: 0.5; Slice3: 0.9

untuk soal b2

μ = 4E-5; u = 0.04; Slice1: 0.05; Slice2: 0.72; Slice3: 0.9

Kesimpulan

Semakin jauh dari inlet maka akan semakin besar tekanan yang hilang atau head lost atau pressure drop. Yang paling signifikan yang menyebabkan head lost/ pressure drop adalah static pressure atau tekanan static. Karena tekanan dinamik tidak akan berubah secara signifikan, hal ini dikarenakan kecepatan setelah fully develop flow cenderung stabil dan sama. Hal ini dibuktikan dari profil kecepatan yang menunjukan grafik hampir sepenuhnya berimpit setelah fully develop flow. Oleh sebab itu jika dilihat pada dunia nyata atau dunia perindustrian, penyaluran suatu fluida dipipa yang sangat panjang maka disetiap titik akan ditambahkan pompa agar menstabilkan tekanan, agar fluida dapat mengalir secara kontinu.

Pertemuan 3 (07/04/2020): Penjelasan tentang RN, lapisan batas,dan Region pada aliran

Oleh : Dr. Ahmad Indra dan Bang Edo

Pada pertemuan ini pak Dai memberikan penjelasan tentang Reynolds number dan pembahasan PR minggu lalu. Reynolds number menjelaskan tentang bagaimana peranan gaya inersia terhadap gaya lain (dalam hal ini gaya viskos). 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.

Kemudian pak Dai juga menjelaskan tentang apa itu lapisan batas. 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.

Kemudian pak Dai juga memberikan tentang 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.

Setelah materi disampaikan, bang Edo memberikan simulasi terkait PR yang akan dikerjakan dengan software solidworks, CFDSOF dan paraview.

Pertemuan 4 (08/04/2020): Penjelasan tentang viscous sub-layer dan perbedaan profil kecepatan pada aliran laminar dan turbulen

Oleh : Dr. Ahmad Indra dan Bang Edo

Pada pertemuan ini pak Dai menyampaikan materi tentang macam-macam aliran fluida berdasarkan nilai Reynolds numbernya dan lebih banyak membahas tentang aliran turbulen. Pada dasarnya aliran adalah sebuah fenomena dimana suatu fluida mengalami deformasi secara terus menerus. Dalam menentukan jenis aliran fluida kita bisa menggunakan Reynolds Number. Reynolds number adalah perbandingan dari gaya inersia suatu fluida terhadap gaya viskos fluida tersebut. Nilai Reynolds number yang kecil (Re<2200) menggambarkan tentang garis-garis aliran yang bergerak secara ideal dan sangat teratur. Jenis aliran ini adalah aliran laminer. Nilai Reynolds number lebih dari 2200 namun kurang dari 4000, menggambarkan aliran mulai berfluktuasi (bergelombang) secara teratur. Jenis aliran ini adalah aliran transisi. 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. Jenis aliran ini adalah aliran turbulen.

Pada aliran turbulen persoalan yang terjadi adalah bagaimana kita memperkirakan kecepatan lokal pada medan kecepatan untuk mengetahui pergeseran karena gesekan yang disebabkan oleh aliran turbulen tersebut. Kita dapat mengetahuinya dengan menggunakan statistik untuk memperkirakan kecepatan lokal di suatu titik (misalnya titik A). Kemudian dibuatlah fluktuasi pada kecepatan yang disebut dengan kecepatan rata-rata. Pada dasarnya kecepatan rata-rata tidak menggambarkan kecepatan aliran turbulen, namun kecepatan rata-rata tersebut digunakan untuk mencari kecepatan aliran turbulen yang riil. Rumus kecepatan turbulen adalah kecepatan rata-rata ditambah dengan kecepatan fluktuasi pada aliran tersebut. Kecepatan fluktuasi adalah selisih kecepatan rata-rata dengan kecepatan sesaatnya.

Pada soal di buku Munson nomor 8.4 bagian a menyinggung tentang viskos sub-layer. Viskos sub-layer adalah suatu lapisan tipis dekat dinding aliran turbulen yang memiliki gaya turbulen kecil yang nantinya energi turbulen tersebut diubah menjadi energi panas.

Kemudian bang Edo memberikan tentang gambaran profil kecepatan antara aliran laminer dan aliran turbulen sebagai berikut:

Grafik tersebut sudah dilakukan normalisasi dengan cara membagi masing-masing kecepatan pada setiap titik dengan kecepatan aliran masuk agar grafik aliran laminer terlihat lebih jelas dikarenakan selisih nilai kecepatan aliran laminer dan turbulen terlampau sangat jauh. Maka dari itu agar kita dapat melihat dengan jelas profil kecepatan masing-masing aliran dilakukan normalisasi pada kecepatan aliran-aliran tersebut pada setiap titik.

Pertemuan 5 (14/04/2020): QUIZ 1

                                                  Artikel 1 : Governing Equation

Konsep mekanika fluida pada soal ini adalah tentang governing equation. Gover Equation adalah sebuah persamaan yang mengatur gerak laku dari fluida atau persamaan atur. Ada 3 governing equation pada fluida, yaitu:
● Hukum Konservasi Energi (de/dt = W + Q) => energi yang masuk pada sistem akan sama dengan yang keluar, dengan energi yang keluar dapat berupa kerja atau panas.
● Hukum Konservasi Massa (dm/dt = 0) => massa yang masuk pada sistem akan sama dengan massa yang keluar atau tidak adanya perubahan massa terhadap waktu. Konsep utama dalam hal ini adalah bahwa kenaikan laju aliran massa pada volume kontrol adalah sama dengan laju aliran massa netto yang melewati pada bagian saluran masuk dan saluran keluar. dalam hal ini M adalah massa yang tersimpan didalam elemen fluida dan ṁ adalah laju aliran massa yang melewati permukaan dari elemen tersebut.
● Hukum Konservasi Momentum (m dv/dt = ∑ F) => jika pada sistem diberikan sebuah gaya, maka akan terjadi perubahan kecepatan partikelnya terhadap waktu atau dapat menimbulkan percepatan.
Aplikasinya ketiga rumus tersebut adalah, dapat dijadikan acuan dasar dalam perhitungan mekanika fluida.

                                              Artikel 2 : Laminar Parallel plate flow

Aliran Viskos adalah aliran yang mempertimbangkan kekentalan dalam pertimbangannya. Pada aliran ini timbul tegangan geser pada aliran sehingga terjadi profil kecepatan yang berbeda pada setiap titiknya Karena adanya tegangan geser ini pun,pada saat aliran awal masuk ke saluran, kecepatan masih belum konstan atau belum terbentuk secara menyeluruh(belum Fully-developed) hingga pada suatu titik,kecepatan mulai konstan dan pada saat inilah aliran sudah memasuki fase fully developed. Pada kasus ini dapat diaplikasikan hokum Reynolds dimana hokum ini membandingkan gaya inersia dengan viskositas fluida sehingg akan dihasilkan satuan berupa Reynolds Number.Dari sana dapat dikembangkan untuk mengetahui berapa panjang hydrodynamic entry length. Pada saat aliran awal memasuki inlet. Kecepatan di semua titik ketinggiannya sama,dan profil mulai berubah di area developing flow .Ini terjadi karena aliran mulai dipengaruhi oleh gaya geser dari dinding. Saat sudah memasuki area fully developed,profil kecepatan akan tetap sepanjang pipa.

                               Artikel 3 = Pengaruh sudut kemiringan pipa terhadap Rugi Tekanan

Pressure drop merupakan sebuah peristiwa turunnya tekanan pada aliran fluida dari satu titik ke titik yang lain akibat beberapa faktor. Dari soal-jawab ini, saya mendapatkan informasi terkait nilai dari pressure drop dapat dipengaruhi juga oleh adanya kemiringan dari yang mengakibatkan adanya ‘pergantian’ energi yang hilang akibat adanya gesekan antara fluida dengan pipa yang menyebabkan rugi tekanan. Hal ini dapat terjadi akibat dari perbedaan potensial (ketinggian) dari masing2 posisi fluida sepanjang sumbu x, yang mana adanya perbedaan potensial (ketinggian) inilah yang memberikan energi dari gravitasi terhadap fluida yang dapat menambal energi yang hilang akibat adanya gesekan antara fluida dengan dinding pipa. Ini berarti, pada untuk mendesain suatu aliran yang melewati pipa dengan posisi memilii sudut kemiringan terhadap sumbu horizontal, kemiringannya perlu untuk dijadikan parameter dalam perhitungan karena dapat mempengaruhi rugi tekanan dan energi dalam aliran. Tekanan pada aliran fluida sendiri dapat dibedakan menjadi 3, yaitu:
●Tekanan Statik => tekanan yang diberikan oleh partikel fluida saat dalam kondisi diam atau statis ke segala arah.
●Tekanan Dinamis => tekanan yang diakibatkan oleh pergerakan dari partikel fluida yang dipengaruhi oleh kecepatan dari partikel fluida itu sendiri.
●Tekanan Hydrostatik => tekanan yang diakibatkan dari ketinggian fluida dari fluida terhadap titik steady statenya.

Dari ketiga hal ini dapat kita simpulkan bahwa peristiwa pressure drop dapat diakibatkan dari penurunan kecepatan partikel fluida serta perubahan ketinggiannya. Penurunan kecepatan pada partikel fluida dapat diakibatkan oleh perlambatan akibat adanya tegangan-tegangan pada partikel dari fluida tersebut akibat viskositas dan turbulensinya. Perubahan ketinggian pada fluida dapat mempengaruhi nilai tekanan hidrostatik sehingga jika pipa aliran fluida diberikan kemiringan ke atas maka arah kecepatan partikel fluida akan melawan gravitasi sehingga terjadilah penurunan kecepatan yang akan menurunkan tekanan, sementara jika diberikan kemiringan ke bawah akan membuat kecepatan partikel searah dengan gravitasi sehingga kecepan akan bertambah dan akan menaikan tekanannya.

Aplikasi dari konsep ini adalah, dalam melakukan perancangan pada pipa kita dapat merekayasa pressure drop yang terjadi pada pipa dengan mengatur kemiringan dari pipa yang dapat menutupi energi yang hilang akibat tegangan pada fluida.

                                        Artikel 4 = Perbedaan aliran turbulen dan laminar 

Dengan menggunakan CFDsof untuk memvisualisasikan perbedaan antara aliran laminar dan turbulen, sebelumnya perlu diketahui bahwa secara matematis, perbedaan antara aliran aliran dan turbulen terdapat pada bilangan Reynolds-nya di mana pada aliran turbulen yang memiliki bilangan Reynolds yang lebih besar, gaya inersia lebih dominan pada aliran ini. Saat sudah mencapai fully developed flow, profil kecepatan pada aliran laminar lebih rapih membentuk suatu parabola dengan puncaknya terdapat pada titik terjauh dari plat pipa. Untuk aliran turbulen, pada bagian tengah aliran, profil kecepatannya terlihat sedikit lebih mendatar dibandingkan dengan aliran laminar yang lebih seragam. Pada bagian dekat dengan dinding pipa, energi kinetik pada fluida tinggi namun tidak setinggi disipasinya sehingga profil keceptan aliran bisa sangatlah kecil hingga=0. Untuk bagian tengah pipa, energi kinetic dari aliran lebih besar dibandingkan dengan dissipasinya, sehingga profil kecepatan pada titik ini terlihat lebih besar.

                                Artikel 5 = Pengaruh Sub-layer viskos terhadap aliran pada pipa

Viskos sub-layer adalah lapisan tipis yang menempel pada dinding saluran.Pada aliran turbulen,sub-layer inilah yang menghasilkan gaya gesek(juga dipengaruhi oleh koefisien gesek dinding) danpada kasus ini energi turbulen ini bertransformasimenjadi energi panas. Konsep mekanika fluida yang digunakan dalam soal ini adalah tentang sub-lapisan viskos. Sub-lapisan viskos sendiri merupakan sebuah lapisan tipis pada aliran yang lebih didominasi oleh tegangan laminer dibanding tegangan turbulen. Dari pernyataan tersebut dapat diasumsikan bahwa sub-lapisan viskos ini merupakan lapisan dengan tegangan turbulen sangat kecil yang mana tegangan turbulen nantinya akan menimbulkan panas dan pressure drop yang tinggi yang bersifat merugikan. Aplikasi dari konsep ini adalah pada saat mendesain pipa, kita dapat merekayasa ketebalan dari sub-layer viskos ini untuk mengurangi kerugian yang ditimbulkan oleh tegangan turbulen.

                         Artikel 6 = Pengaruh Gaya inersia dan gaya gesek dinding terhadap pressure drop 

Pressure drop merupakan rugi tekanan yang diakibatkan adanya gesekan fluida dengan dinding-dinding pipa sehingga energi yang dihasilkan oleh tekanan masuk akan diserap oleh dinding pipa menjadi energi panas. Pressure drop ini sangat penting untuk mendesain pipa-pipa pada gas untuk merancang seberapa besar tekanan yang harus diberikan saat masuk agar sampai pada tempat yang diinginkan. Pada pressure drop ini erat kaitannya dengan gaya inersia. Bilangan reynold adalah perbandingan antara gaya inersia terhadap gaya viscous pada fluida, semakin besar gaya inersia yang dialami oleh fluida maka akan semakin besar bilangan reynold yang dihasilkan. Pada aliran laminar gaya inersia yang dialami lebih kecil dibandingkan pada aliran turbulen. Di sisi lain, adanya pressure drop adalah akibat dari gesekan antara fluida dengan dinding pipa yang menimbulkan gaya hambat/gaya inersia yang 'mengganggu' keseragaman vektor kecepatan aliran. Sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwa gaya inersia disini mengambil peranan penting terhadap rugi tekanan yang terjadi. Apabila bilangan reynold nya besar, gaya inersia nya besar, maka pressure drop yang dialami oleh aliran juga semakin besar diakibatkan gaya gesek fluida dengan dinding yang besar.

Pertemuan 6 (15/04/2020) : Minor Head Losses

Pada pertemuan ini, pak Dai memberikan penjelasan mengenai loss antara inlet dan outlet. Ada dua losses yaitu major losses dan minor losses. Major losses disebabkan oleh gesekan wall dan viskositas. Energi berkurang akibat adanya disipasi energi. Major losses ini bisa dihitung dengan friction factor yang didapatkan dari Moody chart atau the Colebrook equation.

Berbeda dengan major losses yang terjadi pada pipa lurus, minor losses dapat terjadi pada bagian pipa yang tidak lurus, seperti valves, bends, tees, dan lain-lain. Contoh lainnya yaitu pada pipa divergen ataupun konvergen. Kita bisa menentukan berapa besarnya head loss(hl) dan pressure drop(Δp) dengan menghitung loss coefficient(Kl). Head loss adalah penurunan tekanan pada fluida mengalir. Rumusnya adalah:

Selanjutnya kami diberikan tugas dari pak Dai mengenai simulasi aliran dengan membuktikan adanya minor losses. Pipa yang dipilih bebas, boleh diperbesar, diperkecil, sudden, ataupun gradual.

Analisis Minor Losses dengan CFDSOF

---

Berikut adalah model pipa sepanjang 200 mm dengan diameter 1 30 mm dan diameter 2 20 mm:

Berikut adalah hasil simulasi pada inlet, dengan slice pada jarak 0.001 m

Slice 2 dilakukan pada perbedaan diameter yaitu 0.1 m

Slice 3 pada outlet, dengan slice pada jarak 0.199 m

Berikut tekanan tiap slice:

Pertemuan 7 (21/04/2020) : Perubahan energi kinetik air menjadi energi potensial pada sudu Turbin air

Pada pertemuan ini pak Dai mempersilahkan bang Agil M'16 untuk mempresentasikan hasil risetnya yang membahas mengenai perubahan energi kinetik pada air menjadi energi mekanik pada roda air.

Pertemuan 8 (22/04/2020)

Pada pertemuan ini tiap mahasiswa dipersilahkan menunjukkan kontribusinya di wikipage air.eng.ui.ac.id ini dan mempresentasikan salah satu materi yang palik menarik dan paling dipahami. Urutan presentasi ini sesuai abjad, dimulai dari A hingga terakhir E untuk pertemuan ini, karena waktunya sudah habis.

Pak Dai juga memberikan ringkasan mengenai materi pasca UTS, yaitu flow dynamics. Flow dynamics dibagi dua, internal flow dan external flow.

Internal flow adalah aliran yang dibatasi dinding

External flow adalah aliran yang boundarynya tidak dibatasi benda padat atau dinding.

Pak Dai juga memberi tugas besar yaitu melakukan simulasi internal flow atau external flow tentang medan aliran fluida untuk aplikasi di bidang engineering. Output tugas ini adalah membuat makalah dengan deadline satu minggu sebelum UAS.

Pertemuan 9 (28/04/2020)

Pertemuan ini melanjutkan presentasi tiap mahasiswa dalam kontribusi di wikipage dan salah satu materi yang paling dimengerti. Saya menjelaskan mengenai Governing Equation dimana persamaan ini biasa juga dikenal dengan Hukum Konservasi Massa.

Persamaan diatas (3.13) adalah governing equation atau Hukum konservasi massa dimana total massa fluida yang masuk pada Pipa (Inlet) = total massa fluida yang keluar Pipa (Outlet) .Dimana kecepatan pada pipa (u) hanhya bergantung pada komponen x dan tidak bergantung pada komponen y atau dengan kata lain tidak terjadi perubahan kecepatan fluida pada sumbu y .Hal ini sejalan dengan hukum kontinuitas dari fluida. Pada persamaan (3.24) adalah hukum konservasi momentum dimana du/dt = 0 menunjukkan bahwa fluida tidak berubah terhadap waktu (Steady).du/dx=0 menunjukkan tidak ada gradien kecepatan terhadap x atau dengan kata lain kecepatan fluida sepanjang sumbu x tidak berubah. Sebaliknya du/dy memiliki nilai karena kecepepatan fluida berubah terhadap sumbu y akibat adanya gesekan antara fluida dan permukaan pipa. V bernilai nol karena tidak ada kecepatan fluida di sumbu y. dengan mengeleminasi besaran yang bernilai nol maka diperoleh persamaan profil kecepatan U dalam arah y seperti persamaan (3.4-A)

Pertemuan 10 (29/04/2020)

Pada pertemuan ini pak Dai menjelaskan mengenai flow over immersed body. Contohnya yaitu aliran angin pada motor, mobil, dan bangunan. Contoh lainnya adalah pada airfoil pesawat. Pada airfoil pesawat, terdapat dua tegangan, yaitu:

- tegangan normal : aliran akan memberikan gaya karena distribusi tekanan dan menyebabkan lift pada pesawat.

- tegangan geser : dimana gaya tersebut akan menimbulkan hambatan bagi benda yang dilalui atau drag.

Kemudian bang Edo memberikan materi simulasi pada CFDSOF mengenai streamline pada external flow. Untuk simulasi kali ini, model yang digunakan adalah mobil. Pertama-tama masukkan model mobil tersebut ke dalam CFDSOF.

Kemudian buat mesh sehingga mobil berada di tengah mesh tersebut. Tentukan juga boundary nya. Pada x- yaitu inlet, x+ outlet, y- wall, y+ boundary, dan sumbu z empty karena kita simulasi pada 2 dimensi saja.

Buat box dengan refinment pada sekitar mobil. Refinement berfungsi untuk merapatkan mesh sehingga hasil simulasi yang didapatkan pada wilayah ini hasilnya lebih detail.

Setelah itu ubah fluid properties berdasarkan hasil perhitungan dari excel.

Jalankan simulasi di run solver dengan runtime 10 detik tiap 0,1 detik. Tunggu sampai selesai dan pindah ke paraview. Di paraview pilih surface LIC untuk melihat vortex di bagian belakang mobil.

Pada hasil streamline tersebut terlihat vortex yang dihasilkan. Besarnya vortex ini tergantung dari Reynolds Numbernya. Semakin besar reynolds numbernya semakin banyak pula vortex yang dihasilkan. Selain itu vortex juga dipengaruhi oleh bentuk modelnya.

Sinopsis Tugas Besar : PENGARUH BILANGAN REYNOLD PADA PENGUJIAN MODEL KAPAL SELAM STANDAR DI TEROWONGAN ANGIN

Dalam pengujian di terowongan angin salah satu parameter yang perlu diperhatikan adalah bilangan Reynold (Reynolds Number). Dalam mekanika fluida, bilangan Reynolds adalah rasio antara gaya inersia (v sp ) terhadap gaya viskos (μ L) yang mengkuantifikasikan hubungan kedua gaya tersebut dengan suatu kondisi aliran tertentu. Bilangan ini digunakan untuk mengidentikasikan jenis aliran yang berbeda, misalnya laminar, turbulen atau transisi. Bilangan Reynold dalam bidang aerodinamika menjadi satu hal yang sangat penting baik dalam pengujian maupun desain suatu model. Pengaruh bilangan Reynold khususnya dalam pengujian di dalam terowongan angin dapat mengakibatkan perbedaan koefisien gaya-gaya aerodinamik. Penentuan bilangan Reynold di dalam terowongan angin secara tepat dapat memberikan hasil pengujian yang mendekati model sebenarnya. Terowongan Angin dipilih sebagai pengujian karena sifat fluida lebih stabil dibandingkan kondisi sebenarnya pada kedalaman air laut.Dengan kestabilan properties fluida pada terowongan angin dapat menjadi model untuk kondisi sebenarnya pada kedalaman laut. Oleh karena itu perlu dilakukan perhitungan secara matematis dan pengujian dengan menggunakan terowongan angin untuk mengetahui seberapa besar pengaruh bilangan Reynold khususnya pada model uji kapal selam standar.Pengujian dilakukan menggunakan terowongan angin yaitu Indonesia Low Speed Wind Tunnel (ILST). ILST memiliki ukuran seksi uji 4 m 3 m 10 m dengan kecepatan maksimum 110 m/s.Pengujian dilakukan pada kecepatan angin 40 m/s, 50 m/s, dan 60 m/s untuk ukuran model kapal selam sebesar 2,275 m. Berikut adalah model kapal selam yang dianalisis:

Pertemuan 11 (05/05/2020)

Terdapat 3 komponen penilaian untuk Evaluasi Tugas Belajar yaitu :

1.Softskill : meliputi Value yang dipegang seperti kerajinan,Attitude dan kesungguhan dalam belajar mekflu 2.Understanding : meliputi konsep yang dimengerti oleh setiap individu 3. Analytical skill : meliputi kemampuan menganalisis sebuah konsep seperti penurunan rumus dari sebuah konsep kepada konsep lain.

Pada pertemuan kali ini juga terdapat perdebatan dan pertanyaan yang perlu dijawab yaitu Mengapa besarnya pressure drop berbanding terbalik dengan Diameter Pipa?

Rizki Ramadhan S/1806233240:

Jawaban :

Pressure drop adalah penurunan tekanan pada fluida di dalam pipa yang diakibatkan oleh Gasa gesek(viskos) yang terjadi antara fluida dan dinding pipa. Rumus pressure drop yang biasa kita kenal, berasal dari penurunan besarnya tegangan geser yang terjadi pada dinding pipa

Jika kita bandingkan Aliran A dan B misalnya yang memiliki properties fluida, kecepatan aliran, serta panjang pipa yang sama namun memiliki diameter yang berbeda. Maka Aliran A yang memiliki diameter yang besar akan mengalami penurunan tekanan yang kecil. Hal ini dikarenakan pada diameter yang besar,Luas penampangnya juga besar yang berakibat pada gaya gesek menjadi lebih kecil(terdistribusi pada daerah yang lebih luas). Akibat gaya gesek per satuan luas nya menjadi kecil, pressure dropnya pun menjadi kecil.sebaliknya pada Aliran B yang memiliki diameter kecil memiliki pressure drop yang besar dikarenakan tegangan geser per satuan luasnya lebih besar akibat dari penampang yang kecil.

Mohon untuk dikoreksi apabila ada yang salah terima kasih

Pertemuan 12 (12/05/2020)

Pada pertemuan kali ini, pak Dai menjelaskan tentang Drag Force yang terjadi pada Airfoil. Selain itu dari pertemuan kali ini juga muncul pertanyaan

"Mengapa daerah atas airfoil alirannya lebih cepat dibanding daerah di bawahnya?"

Menurut hemat saya, hal ini terjadi karena pada bagian atas airfoil terjadi hambatan pada streamline dari fluida sedemikian rupa sehingga membuat jarak tempuh fluida yang melewati bagian atas airfoil menjadi lebih jauh.Dengan konsekuensi ini, maka fluida pada bagian atas airfoil harus lebih cepat dibanding dengan yang bawah.Hal ini disebabkan oleh hukum kontinuitas yaitu A1.V1=A2.V2 dimana sepanjang streamline yang sama pada titik yang berbeda debitnya akan selalu sama.Pada streamline bagian atas airfoil, seolah-olah terjadi perubahan luas penampang yang dialiri fluida dimana sebelum Leading Edge luas penampangnhya lebih besar dibandingkan setelah leading edge.Hal ini berpengaruh pada Besarnya kecepatan fluida setelah leading edge karena Luas penampang yang mengecil. Konsekuensi dari kecepatan fluida ini lah yang menyebabkan Perbedaan Energi kinetik fluida yang menjadikan pula perbedaan tekanan pada sisi-sisi airfoil.Dimana menurut hukum Bernoulli,P+ρgh+1/2 ρv^2=Konstan. Akibat dari konsekuensi kecepatan tadi,maka timbul perbedaan tekanan pada aliran sebelum leading edge dan sesudah. Dimana pada daerah sekitar leading edge Tekanannya besar namun pada fluida sepanjang bagian atas airfoil menjadi bertekanan rendah.Pada bagian bawah justru berkebalikan, Kecepatan fluida pada bagian bawah setelah leading edge justru lebih kecil yang mengakibatkan tekanannya menjadi lebih besar(dibanding bagian atas). Hal inilah yang kemudian dimanfaatkan untuk menciptakan daya angkat pesawat atau menciptakan perputaran pada sudu turbin. Sekian pendapat dari saya.Mohon dikoreksi apabila ada kekurangan.

Rizki Ramadhan S 1806233240