Muhammad Aditya Atmadja

Profil

Nama : Muhammad Aditya Atmadja

NPM : 1806181786

Program Studi : Teknik Mesin

Pertemuan 1 Mekanika Fluida Dasar

Pada pertemuan pertama mekanika fluida dasar hari selasa tanggal 31 Maret 2020 kami mempelajari tentang Viscous pada pipa yang diajari oleh asisten Pak Dai yaitu Bang Edo. Pertemuan ini diawali dengan perkenalan asisten dosen yang dilanjutkan dengan materi tentang pengertian dan istilah yang akan digunakan. Beberapa istilah tersebut adalah :

Viskositas = gesekan resistensi antara partikel dengan penampangnya. Dapat diartikan juga dengan ketahanan sebuah fluida dengan perubahan bentuk

Reynold number (Bilangan Reynold) = rasio antara gaya inersia (vsρ) terhadap gaya viskos (μ/L) yang mengkuantifikasikan hubungan kedua gaya tersebut dengan suatu kondisi aliran tertentu. Reynold number berbanding lurus dengan kecepatan rata rata fluida, diameter dalam pipa, dan massa jenis fluida dan berbanding terbalik dengan viskositas. Rumusnya dapat dinyatakan

Re = V.D.ρ / µ

Dimana :

Re = Reynold Number

V = Kecepatan rata-rata fluida yang mengalir (m/s)

D = diameter dalam pipa (m)

ρ = massa jenis fluida (kg/m³)

μ = viskositas dinamik fluida (kg/m.s)

Dengan Reynold number kita dapat menyatakan sebuah aliran fluida. Untuk aliran laminer Re<2100 sedangkan untuk aliran turbulen Re>4000.

Selain mempelajari dasar tersebut, kami diajarkan cara menggunakan simulasi aliran fluida menggunakan software CFDSOF.

Pertanyaan

1. Apa yang dimaksud dengan entrance region?

suatu wilayah yang dialiri fluida setelah memasuki pipa sebelum mencapai kondisi fully developed atau mengembang sempurna.

2. Apa yang dimaksud dengan fully developed flow?

kondisi fluida saat profil kecepatan tidak berubah lagi.

3. Apa yang dimaksud dengan entrance length?

jarak antara entrance region atau aliran masuk dengan fully developed flow atau aliran mengembang sempurna.

4. Apa pengaruh viscositas dan pressure drop pada suatu aliran fluida dalam sebuah pipa?

suatu kondisi penurunan tekanan yang diakibatkan oleh gesekan pada fluida yang mengalir. Pressure drop ini akan menjadi semakin besar apabila viskositas suatu fluida juga tinggi nilainya.

5. Bagaimana cara menghitung pressure drop pada suatu aliran laminar atau turbulen?

Ptot = Ps + Pd

keterangan :

Ptot : Tekanan total

Ps  : Tekanan statis

Pd  : Tekanan dinamik

Pd = 1/2 x p x V^2

Pertemuan 2 Mekanika Fluida Dasar

Pada pertemuan kedua menggunakan Zoom, kami mempelajari tentang 3 hukum dasar dalan mekanika fluida yaitu:

1. Hukum konservasi energi

dE/dt = W + Q

2. Hukum konservasi momentum

m dV/dt = ΣF

3. Hukum konservasi massa

dm/dt = 0

Setelah itu, kami juga dijelaskan kembali mengenai entrance region, entrance length dan fully developed flow

Entrance region

Suatu jarak dari saluran masuk hingga profil aliran tidak berubah dalam suatu aliran fluida

Fully developed flow

Suatu daerah setelah melewati entrance region, dimana kecepatan aliran konstan

Entrance length

Suatu area yang mengikuti jalur masuk pipa dimana efek dari dinding interior berpengaruh pada aliran sebagai boundary layer yang semakin meluas

Pressure Drop

Suatu perbedaan tekanan yang terjadi dalam aliran fluida saat memasuki entrance region

Lalu Bang Edo menjelaskan penggunaan paraView untuk mencari tekanan pada case yang dibuat

Pertemuan 3

Pada pertemuan ini, membahas mengenai analytic solution for laminar flow.

Selain itu, kami juga membahas mengenai Governing Equation. Governing Equation adalah persamaan yang mengatur gerak laku fluida. Contoh dari governing equation ada pada soal yaitu:

δu/δt + u δu/δx + v δu/δy = -1 δp/ρδx + v δ^2p/δx^2 + νδ^2u/δy^2

Kami juga membahas mengenai pengaruh dari viskositas dan inersia terhadap fully developed flow dan entrance length. Semakin viscous suatu aliran maka fully developednya lebih cepat dan entrance length lebih pendek dan sebaliknya. semakin besar inersia maka lebih lambat terbentuk fully developed, dan semakin kecil inersia maka lebih cepat terbentuk fully developed.

Pertemuan 4

Pada pertemuan ini Pak Dai memberikan menjelaskan mengenai pembahasan soal dari 8.4 dari buku munson. soal ini menjelaskan tentang aliran dan pengaruh Reynolds number terhadap jenis aliran fluida. Pada reynolds number dibawah 2100, gerakan partikel fluida akan lebih teratur dan tidak saling bergesekan satu sama , pada bilangan reynolds ini aliran fluidanya adalah laminer

Pada reynolds number 2100-4000, gerakan fluida mulai berosilasi secara teratur dengan kecepatan berubah setiap waktunya , pada bilangan reynolds ini aliran fluidanya adalah turbulen

Pada bilangan reynolds yang >4000, alirannya akan bergerak secara tidak teratur serta terjadi perubahan kecepatannya akan berubah secara cepat, pada bilangan reynolds ini aliran fluidanya adalah turbulen

Pertemuan 5

Pada pertemuan ini, Quiz dilakukan

1.Fluida dengan Governing Equation Soal ini menggunakan sebuah konsep governing equation. Governing Equation adalah persamaan gerak dari fluida atau persamaan atur. Dalam fluida, memiliki 3 governing equation, yaitu: Hukum Konservasi Energi (de/dt = W + Q) => energi yang masuk pada sistem akan sama dengan yang keluar. Energi yang keluar bisa merupakan panas atau kerja. Hukum Konservasi Massa (dm/dt = 0) => massa yang masuk pada sistem akan sama dengan massa yang keluar. Tidak ada perubahan massa terhadap waktu. 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 darri governing equation adalah dasar dalam perhitungan mekanika fluida.

2.Kecepatan Inlet dan Viskositas Fluida pada Aliran Pada soal ini menggunakan konsep mekanika fluida dimana jika kecepatan pada inlet dinaikan maka, aliran pada pipa akan cenderung lebih turbulen yang mengakibatkan panjang entrance region lebih panjang. Jika viskositas fluida yang dinaikan maka aliran akan cenderung lebih laminar sehingga entrance region lebih pendek. Sehingga ini berhubungan dengan bilangan Reynold dengan rumus Re = V.D.ρ/μ Hal ini juga berhubungan dengan kerugian energi serta pressure drop pada aliran yang mana jika aliran lebih turbulen maka kerugian energi dan pressure drop juga semakin besar. Aplikasinya adalah pada pemasangan pompa, kita dapat mengatur kerugian energi serta pressure drop akibat gesekan antar fluida dengan mengatur besarnya viskositas fluida maupun kecepatan inlet.

3.Menentukan Jenis Aliran Fluida Soal ini membahas tentang jenis aliran fluida. Aliran pada fluida dibagi menjadi 3, yaitu: Aliran Laminer => merupakan aliran yang setiap partikelnya bergerak secara teratur atau tidak saling bergesekan. Aliran Transisi => merupakan aliran yang gerakan partikelnya semi teratur atau sebagian partikel fluidanya bergerak secara teratur dan sebagiannya lagi bergerak secara tidak teratur atau bergesekan. Aliran Turbulen => merupakan aliran yang pergerakan seluruh partikelnya tidak teratur atau saling bergesekan. Jenis aliran fluida dapat ditentukan dengan bilangan Reynolds dengan rumus Re = V.D.ρ/μ atau Re = V.dv/v Jika nilai bilangan reynold <2100, aliran tersebut laminar. Jika bernilai >4000, aliran tersebut turbulen , dan jika diantara 2100 – 4000 maka aliran tersebut transisi.

Aplikasi dari konsep ini adalah untuk mengurangi sifat turbulen pada aliran di pipa agar mengurangi kerusakan pipa akibat kerugian energi yang akan menimbulkan panas serta pressure drop yang lebih besar.

4.Pengaruh Kemiringan Pipa terhadap Pressure Drop Pada Pipa Konsep yang digunakan pada soal ini adalah tentang pengaruh kemiringan pipa terhadap pressure drop dalam aliran pada pipa. Pressure drop merupakan sebuah peristiwa turunnya tekanan pada aliran fluida dari satu titik ke titik yang lain akibat beberapa faktor. 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. 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 pada saat perancangan pipa, bila pressure drop di dalam pipa tinggi maka pipanya terlalu kecil untuk aliran fluida tersebut, atau kita bisa mengatur sudut kemiringan pipa

5. Sub-Layer Viskos Terhadap Aliran Pipa 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. 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 bisa digunakan pada saat merancang pipa, kita dapat mengukur ketebalan dari sub-layer viskos untuk mengurangi kerugian yang terjadi karena adanya tegangan turbulen.

6.Hubungan Aliran Laminer dan Turbulen terhadap Pressure Drop Konsep yang digunakan pada soal ini adalah pengaruh dari aliran laminer dan turbulen terhadap pressure drop. Aliran laminer merupakan aliran teratur yang mana setiap partikel fluidanya tidak terjadi gesekan sehingga tegangan yang ditimbulkan hanya diakibatkan oleh viskositasnya. Sedangkan aliran turbulen merupakan aliran yang tidak teratur yang mana setiap partikel fluidanya saling bergesekan sehingga tegangan yang terjadi pada aliran ini ditimbulkan selain oleh viskositasnya, diakibatkan juga akibat gesekan antar partikelnya. Pada fluida sendiri terdapat 3 jenis tekanan, 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 pernyataan-pernyataan di atas dapat kita simpulkan bahwa pressure drop pada aliran turbulen akan lebih besar dibandingkan dengan pada aliran laminer. Hal ini dapat kita lihat dari tegangan yang terjadi pada kedua aliran tersebut. Pada aliran laminer hanya terjadi tegangan viskos, sedangkan pada aliran turbulen terjadi tegangan viskos dan tegangan gesek partikel sehingga tegangan yang terjadi pada aliran turbulen akan lebih besar dibanding tegangan pada aliran laminer. Tegangan pada kedua aliran tersebut dapat menyebabkan penurunan kecepan dari partikelnya sehingga tekanan dinamis pada aliran fluidanya akan turun dam penurunan tekanan dinamis ini akan lebih besar terjadi pada aliran turbulen.

Aplikasi dari konsep ini adalah, dalam perancangan pemasangan pipa kita dapat memprediksi aliran didalam sebuah pipa dengan menurunkan turbulensinya sehingga kerja pompa lebih optimal.

Pertemuan 6

Pada pertemuan ini, Pak Dai menjelaskan tentang loss pada aliran pipa. aliran ini dapat dibagi menjadi dua macam, yaitu:

Major Losses = merupakan loss yang umum terjadi pada pipa lurus maupun tidak yang diakibatkan oleh viskositas fluida terhadap dinding pipa yang menimbulkan hambatan pada aliran.

Minor Losses = merupakan loss yang diakibatkan oleh perubahan konfigurasi dari pipa, seperti valves, bends, tees, serta pipa divergen ataupun konvergen. Kita bisa menentukan berapa besarnya head loss(hl) dan pressure drop(Δp) dengan menghitung loss coefficient(Kl).

Pertemuan 7

Pada pertemuan ini, Bang Agil mempresentasikan hasil risetnya tentang perubahan energi air menjadi energi mekanik pada roda air.

Pertemuan 8

Pada pertemuan kali ini pak dai meminta mahasiswa untuk menjelaskan materi yang telah dimengerti.

Pertemuan 9

Pada pertemuan kali ini pak dai meminta mahasiswa untuk menjelaskan materi yang telah dimengerti. Pada akhir sesi kelas pertemuan ini, Pak Dai menjelaskan tentang external flow.

Pertemuan 10

Pertemuan ini pak Dai menjelaskan mengenai flow over immersed body seperti 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.

Setelah Pak Dai menjelaskan, bang Edo memberikan materi simulasi menggunakan CFDSOF mengenai streamline pada external flow. Untuk simulasi kali ini, model yang digunakan adalah mobil.

Model mobilnya adalah seperti gambar berikut

Tentukan juga boundary nya. Pada x- yaitu inlet, x+ outlet, y- wall, y+ boundary, dan sumbu z empty. Z empty karena tidak kita mensimulasikan 2 dimensi

Setelah itu generate mesh dan check mesh. setelah ok, kita apply simulation model lalu menentukan fluid properties.

Lalu run solver dengan runtime 20 detik. hasilnya kita lihat dengan paraview.

Tugas Besar: Pengaruh Slipstream pada Motorsport

Penggunaan teknik slipstream pada motorsport seperti nascar dilakukan oleh pembalap untuk menyalip lawan pada track lurus. Dengan bentuk kendaraan yang sama maka sulit untuk melakukan overtake dikarenakan memiliki spesifikasi yang identical, contohnya pada bentuk yang sama. Bentuk dari kendaraan mempengaruhi flow angin. Keunggulan slipstream adalah kendaraan tidak mendapat drag dari downforce sehingga kendaraan dapat melaju lebih kencang sehingga dapat menyusul kendaraan lawan.

Pada tugas besar ini saya akan membandingkan coefficient drag antara mobil dengan slipstream dengan yang tidak dengan slipstream