Valve - Virsya Pramesti Salsabila

بِسْمِ اللهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيْمِ

السَّلاَمُ عَلَيْكُمْ وَرَحْمَةُ اللهِ وَبَرَكَاتُ

Biodata

Nama : Virsya Pramesti Salsabila

NPM : 1806181760

Fakultas/Jurusan : Teknik/Teknik Mesin

Tempat/Tanggal Lahir : Banjarmasin, 21 September 2001

Kelas Sistem Fluida-03

Pertemuan 1 (12 November 2020)

Pada pertemuan pertama ini Pak DAI membuka kelas dengan menjelaskan valve. Valve merupakan alat yang digunakan untuk mengontrol aliran fluida, selain itu valve dapat digunakan untuk mengihandari aliran backflow. Terdapat beberapa jenis valve, yaitu Check Valve, Ball Valve, Butterfly Valve, dan Globe Valve.

Kemudian kami mencoba melakukan simulasi aliran pada valve dengan bantuan video tutorial yang sudah disediakan melalui platform Youtube (CFDSOF Tutorial - Simulasi Gate Valve (Part 1) dan CFDSOF Tutorial - Simulasi Gate Valve (Part 2)). Part yang digunakan dalam simulasi ini didapatkan dari link yang sudah disediakan di kolom deskripsi. Dibawah ini merupakan hasil simulasi yang saya dapatkan dengan bantuan software CFDSOF.

Setelah itu dilakukan perhitungan untuk mencari pressure drop dengan bantuan software Paraview.

Berdasarkan perhitungan didapatkan tekanan pada inlet sebesar 0.0010025 dan tekanan pada outlet sebesar 0.000286522. Sehingga dapat dihitung pressure drop dengan mengurangi tekanan pada inlet dengan outlet yaitu 0.000715978

Tugas Simulasi Valve

Pada tugas ini saya mencoba untuk melakukan simulasi aliran pada ball valve dengan geometri sebagai berikut

Kemudian saya melakukan simulasi aliran turbulen dengan kecepatan 1m/s pada CFDSOF dan didapat hasil meshing serta grafik residual sebagai berikut

Setelah itu dilakukan perhitungan pressure drop dengan bantuan software ParaView, didapatkan tekanan pada inlet sebesar 0.000356914 dan tekanan pada outlet sebesar 0.000112982. Sehingga dapat dihitung pressure drop dengan mengurangi tekanan pada inlet dengan outlet yaitu 0.000243932. Berikut grafik p total pada valve yang saya gunakan

Berikut disertakan pula hasil slice pada valve

Hasil Slice (p total) pada Valve

Hasil Slice (U) pada Valve

Pertemuan 2 (19 November 2020)

Pada pertemuan ini dibuka dengan diskusi mengenai apa itu sistem fluida dan segitiga kecepatan. Sistem fluida adalah suatu sistem yang terdiri dari berbagai komponen yang bertujuan untuk mengalirkan fluida. Terdapat 3 metode dalam analisa fluida, yaitu eksperimen, teori, dan numerik.

Kemudian terdapat beberapa presentasi simulasi fluida dari senior pada kelas CFD. Diakhir kelas Pak Dai menunjukkan contoh simulasi aliran fluida yang tersedia pada OpenModelica, kami juga ditugaskan untuk mencoba contoh yang tersedia pada OpenModelica.

Tugas Mempelajari Sistem Fluida dengan OpenModelica

Pada tugas ini saya memilih contoh model yang tersedia, yaitu Tanks with Overflow. Simulasi ini menggambarkan 2 tangki berisi fluida, dimana fluida tersebut melebihi kapasitas tangki atas sehingga mengalami overflow ke tangki bawah. Setelah itu terdeteksi tekanan dan output tersebut akan mempengaruhi input pada switch.

Berikut merupakan file model yang saya gunakan:

File OpenModelica Tanks with Overflow.mo

Berikut merupakan model yang dimaksud dan grafik hasil simulasi yang dihasilkan.

Pertemuan 3 (26 November 2020)

Pada pertemuan ketiga ini Pak Dai dibantu oleh Pak Hariyotejo Pujowidodo untuk membahas mengenai simulasi pada OpenModelica. Disini kami membuat suatu simulasi dari example yang tersedia pada OpenModelica yaitu Two Tanks.

Berikut hasil simulasi yang saya lakukan dengan waktu simulasi yang berbeda-beda

t = 0.5

t = 1

t = 1.5

Tugas Mandiri Sistem Fluida (Inkompresibel) menggunakan OpenModelica

Modelica.Fluid.Examples.HeatingSystem

1. Deskripsi/uraian fisik berdasarkan bagan yang ada

   Sebuah closed system pemanas sederhana. Sistem pemanas diregulasikan dengan valve, pompa mengatur tekanan, dan burner mengatur temperaturnya.

2. Prosedur analisa pemodelan

   Pertama-tama membuka example yang tersedia pada OpenModelica dan pilih HeatingSystem, setelah menentukan paramter dari sistem tersebut kita dapat mengecek jumlah variabel yang ada dan menjalankan simulasi.

3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan

   Fluida mengalir dari tangki melewati pompa dan sensor laju. Setelah itu fluida dipanaskan dengan burner dan diukur menggunakan sensor temperatur. Kemudian aliran melewati valve, radiator, dan juga sensor suhu sebelum kembali ke tangki air.

4. Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan

   Hukum fisika yang diimplementasikan dalam permodelan ini adalah hukum konservasi massa, energi, dan momentum

   

   

   

5. Berikan hasil-hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh

Pada simulasi ini tercapai maksimum iterasi namun belum ditemukan hasilnya

Modelica.Fluid.Examples.Tanks.ThreeTanks

1. Deskripsi/uraian fisik berdasarkan bagan yang ada

   Terdapat 3 tangki dengan ketinggian fluida & tangki yang berbeda-beda dan terhubung oleh pipa

2. Prosedur analisa pemodelan

   Pertama-tama membuka example yang tersedia pada OpenModelica dan pilih ThreeTanks, setelah menentukan parameter dari sistem tersebut kita dapat mengecek jumlah variabel yang ada, menentukan durasi simulasi, dan menjalankan simulasi.

3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan

   Tangki memiliki ketinggian dan tinggi fluida yang berbeda-beda, hal ini menyebabkan perbadaan tekanan. Tangki dengan volume yang lebih tinggi akan berpindah ke tangki dengan volume yang lebih keceil hingga mencapai kondisi setimbang.

4. Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan

   Konsep utama yang diimplementasikan adalah hukum head/pressure drop dan juga tekanan hidrostatis

5. Berikan hasil-hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh

grafik heat transfer level setiap tangki

Pertemuan 4 (3 Desember 2020)

Pada pertemuan ini Pak Hariyotejo membawakan materi mengenai komponen sistem pada OpenModelica, serta menunjukkan kepada kami cara membuat suatu sistem dengan membuat suatu remodel dari examples yang tersedia pada library OpenModelica.

Tugas 4 Permodelan Sistem dengan OpenModelica

Pada tugas ini kami diminta untuk menganalisa suatu sistem yang tersedia pada example OpenModelica, yaitu Siklus Kombinasi Pembangkit Daya (Combined Cycle Power Plant)

Berikut merupakan file model yang saya gunakan:

File OpenModelica CombinedCycle_Load_100_50.mo

1. Bagaimanakah analisa termodinamika (konservasi massa dan energi) pada sistem tersebut, buat skematik analisisnya.

Berdasarkan analisa termodinamika (konservasi massa dan energi), sistem ini menggunakan siklus Brayton dan Rankine. Siklus Brayton terjadi pada Steam Turbine dan Siklus Rankine terjadi pada Gas Turbine, untuk lebih jelasnya dapat dilihat dari skematik dibawah ini.

2. Lakukan identifikasi komponen-komponen utama pada sistem serta berilah deskripsi fungsi kerjanya dalam sistem dan penjelasan analisis parameter yang digunakan.

1. Valve

   Alat yang digunakan untuk mengatur keluar dan masuknya aliran fluida.

   Parameter: Max. CV, Fluid Average Pressure, dan Fluid Specific Enthalpy.

2. Drum

   Tempat terbentuknya uap panas dan menampung air & uap jenuh dengan perbandingan 1 : 1.

   Parameter: Diameter, Cross Area, dan Height.

3. Generator

   Menghaslkan energi listrik dengan merubah energi kinetik menjadi energi listrik.

   Parameter: Efficiency.

4. Pipe

   Mengalirkan fluida dari satu kompenen ke komponen lainnya.

   Parameter: Length, Diameter, dan Average Fluid Pressure.

5. Pump

   Menggerakkan suatu fluida dengan mengatur tekanan dari fluida tersebut.

   Parameter: Coeff. Pump, Mass Flow Rate, Volume Flow Rate, dan Fluid Average Pressure.

6. Condenser

   Mengubah uap hasil pembuangan ekstraksi turbin menjadi air kondensat.

   Parameter: Cavity Volume, Cavity Cross-Sectional Area, Fraction of Initial Water Volume in the Drum, Pipe Internal Diameter, Friction Pressure Loss Coefficient, dan Number of Pipes in Parallel.

7. Heat Exchanger

   Mengubah temperatur suatu fluida.

   Parameter: Exchanger Length, Number of Segments, Pipe Internal Diameter, dan Number of Pipes in Parallel.

8. Steam Turbine

   Mengubah energi panas dari uap menjadi energi penggerak generator untuk menghasilkan listrik.

   Parameter: Stodola's Ellipse Coefficient, Power Losses due to Hydrodynamic Friction, Efficiency, Maximum Mass Flow, Nominal Isntropic Efficiency, Minimum Isentropic Efficiency, Isentropic Efficiency, Inlet Pressure, dan Outlet Pressure

9. Gas Turbine

   Gas menggerakkan turbin, dimana energi kinetik dari turbin tersebut dapat diubah menjadi energi listrik.

   Parameter: Nominal Compression Nominal Rate, Compressor Nominal Efficiency, Turbine Nominal Expansion Rate, Turbine Nominal Efficiency, Turbine Reduced Mass Flow Rate, Chamber Pressure Loss Coefficient, dan Combustion Chamber Thermal Losses.

3. Medium fluida kerja apa saja yang terjadi dalam proses siklus tersebut, dan bagaimanakah proses analisis perhitungan dalam pemodelan.

Medium fluida kerja yang terdapat pada siklus ini adalah:

1. Turbin Uap (menghasilkan kerja)
2. Turbin Gas (menghasilkan kerja)
3. Kompressor (membutuhkan kerja)
4. Pompa Sentrifugal (membutuhkan kerja)

Analisis Perhitungan Permodelan

Pada Siklus Kombinasi Pembangkit Daya ini terjadi siklus adiabatik, dimana proses terjadi tanpa perpindahan panas & massa antara sistem dengan lingkungan.

4. Jelaskan flow line (jalur koneksi) masing-masing yang diberi warna hitam, merah, dan biru sesuai dengan interkoneksi yang diberikan dalam diagram tersebut.

• Jalur Koneksi Hitam

  Jalur ini menunjukkan alur keluar dan masuknya gas pada sistem

• Jalur Koneksi Merah

  Jalur ini menunjukkan alur uap dengan temperatur tinggi pada sistem

• Jalur Koneksi Biru

  Jalur ini menunjukkan alur uap dengan temperatur rendah pada sistem

Pertemuan 5 (10 Desember 2020)

Pada pertemuan ini kami kembali mempelajari OpenModelica dengan melakukan remodel dari example yang tersedia dengan bantuan Pak Hariyotejo. Berikut merupakan remodel yang dilakukan

Pertemuan 6 (17 Desember 2020)

Pertemuan keenam ini kami mengikuti kuliah oleh dosen tamu Pak Harun Al Rasyid, CEO PT. Indopower International. Pertama-tama beliau menjelaskan mengenai sejarah perkembangan Combined Cycle Power Plant (CCPP) semenjak tahun 1950. Pada tahun 1950, 224 turbin gas telah beroperasi diseluruh dunia, dimana 101 turbin tersebut digunakan untuk pembangkit listrik dan sisanya digunakan untuk aplikasi industri (penggerak pesawat, dll). Pada tahun tersebut kapasitas daya turbin yang dimiliki adalah 27.000 kW, sementara pada tahun ini kapasitasnya sekitar 300.000 kW

CCPP ini sering digunakan untuk meningkatkan kapasitas, sumber listrik yang independen, dan sebagai pengisi beban terutama untuk malam hari. Berikut merupakan beberapa konfigurasi Combustion Engine:

• Turbo Jet
• Turbo Prop
• Turbo Shaft
• High Bypass
• Low Bypass

Terdapat pula 2 tipe turbin gas, yaitu:

1. Heavy Duty
2. Aeroderivative

Tugas Besar

Pada tugas besar ini saya akan mensimulasikan suatu sistem fluida sederhana yang terdapat pada kehidupan sehari-hari, yaitu flush pada toilet.

Latar Belakang

Tugas besar ini dibuat untuk memahami lebih lanjut mengenai sistem fluida dengan bantuan ‘’software’’ seperti OpenModelica, CFDSOF, Ansys, dan lain lain. Hal ini dilakukan karena sulitnya melakukan pengamatan dan perhitungan langsung mengenai sistem fluida. Dengan adanya ‘’software’’ tersebut kita dapat mensimulasikan sistem dari rumah masing-masing.

Pada kehidupan sehari-hari terdapat berbagai macam sistem fluida yang kita temukan. Dalam tugas besar ini saya akan membahas mengenai salah satu sistem fluida yang selalu kita gunakan yaitu sistem ‘’flush’’ pada toilet. Dengan melakukan permodelan sistem toilet ini menggunakan OpenModelica, penulis dapat mengetahui dengan detail bagaimana air pada lubang toilet selalu pada ketinggian yang sama, cara pengisian ulang tangka, dan masih banyak lagi.

Tujuan

1. Melatih pemahaman akan sistem fluida dengan melakukan permodelan dengan OpenModelica
2. Mempelajari cara kerja fluida pada sistem flush pada toilet
3. Mengetahui parameter yang mempengaruhi ketika melakukan flush pada toilet

Metodologi

Berikut merupakan flowchart yang menggambarkan tahapan pengerjaan dari tugas besar ini.

Pembahasan Model

Pada model ini, pertama-tama saya membuat 3 model terpisah terlebih dahulu, yaitu tangki, pipa, dan lubang toilet. Berikut merupakan model yang digunakan

Tangki Toilet

Tangki ini diposisikan lebih tinggi dari lubang toilet dengan sistem pengisian otomatis. Ketika dilakukan flush valve terbuka dan air keluar dari tangki. Setelah ketinggian air pada tangki berkurang secara signifikan, valve pada pipa pengisian akan terbuka untuk mengisi kembali tangki tersebut.

Disini saya menggunakan parameter ketinggian tangki 0.63 m dari permukaan dengan ketinggian fluida 0.88 m. Pada 'floatvalve', valve akan terbuka dan mengalirkan air pada tangki apabila ketinggian fluida kurang dari 0.88 m. Pada model ini 'flushvalve' diatur sehingga dapat terbuka selama 5 detik setiap 15 detik, dimana selama 5 detik itu air dari tangki akan keluar menuju lubang toilet (flush).

Pipa Toilet

Toilet pada umumnya memiliki pipa penghubung dengan derajat belok pipa 90 derajat antara tangki dengan lubang toilet.

Pipa ini akan menghubungkan air dari tangki yang masuk melalui 'inletpipa' menuju 'outletpipa' yang akan terhubung pada tangki lubang toilet.

Lubang Toilet

Lubang toilet disini digambarkan sebagai tangki air yang memiliki pipa penghubung keluar ke External Pressure Boundary.

Pada model ini, air dari pipa tangki masuk melalui 'inletlubang' menuju lubang toilet. Dari lubang toilet, air tersebut dapat keluar melalui pipa yang kemudian terhubung pada External Pressure Boundary

Model Gabungan Akhir

Dibawah ini merupakan gabungan dari 3 model yang sudah dibuat dengan menyambungkan tangki, pipa tangki, dan lubang toilet. Model dibawah ini menggambarkan cara kerja toilet pada umumnya dengan parameter fluida yang digunakan adalah air.

Kesimpulan

1. Parameter yang mempengaruhi adalah diameter inlet, diameter outlet, diameter pipa, sudut belok pipa tangki, tingkat ketinggian tangki dari lubang toilet, dan tingkat ketinggian air pada tangki serta lubang toilet.
2. Dengan adanya perbedaan ketinggian, terdapat pula perbedaan tekanan. Ketika air pada lubang toilet keluar, tekanan pada tangki lubang toilet tersebut lebih tinggi dari tekanan pada External Pressure Boundary
3. Ketika 'flushvalve' dibuka, tangki lubang toilet tidak akan mengalami overflow karena terdapat suatu equilibrium dimana kecepatan masuk dan keluarnya air memiliki nilai yang mirip

Referensi

• https://build.openmodelica.org/Documentation/Modelica.Fluid.System.html
• https://simulationresearch.lbl.gov/modelica/userGuide/bestPractice.html
• https://ep.liu.se/ecp/063/050/ecp11063050.pdf

UAS Sistem Fluida-03

Nomor 1

Nomor 2

Nomor 3

Nomor 4