Valve-Gandes Satria Pratama

BIODATA DIRI

Gandes Satria Pratama.S1 Teknik Mesin Ekstensi 2019.Universitas Indonesia

Assallammualaiakum Warrahmatullahi Wabarakatuh.

Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT Tuhan semesta alam dan sholawat beserta salam kepada Nabi Muhammad SAW.

Nama  : Gandes Satria Pratama

NPM  : 1906435492

Email  : Gandessatria@gmail.com / Gandes.Satria@ui.ac.id

No. Handphone  : 081220792803

Pertemuan 1 (12 November 2020)

Pada pertemuan ini pak DAI menjelaskan tentang valve, berikut pelajaran yang saya dapatkan pada pertemuan ini.

Katup/Valve merupakan suatu alat merupakan instrument yang paling sering ditemukan pada instalasi pabrik yang berhubungan dengan fluida. Berikut fungsi - fungsi dari katup:

1. Katup Pengrah (Directional Valve/Way Valve)

2. Katup non balik (non-return Valve)

3. Katup kontrol (Control Valve)

4. Katup penutup (Shutt-off Valve)

Dan ada beberapa valve yang sering ditemukan atau bahkan sering terdengar seperti valve berikut:

- butterfly valve

- ball valve

- check valve

- gate valve

- safety valve

- globe valve

- diaphragm valve

- pressure reducing valve

Lalu kita diberikan tugas untuk melakukan simulasi aliran untuk menemukan pressure drop pada aliran yang mengalir pada valve.

Tugas 1

---

1. Buka CFDSOF

2. Import File yang ingin disimulasikan.

3. Buat base mesh. Untuk base mesh usahakanbasemesh seimbang baik darisegi ukuran maupun segi kuantitas. Lalu pada geometry mesh perhalus mesh hingga 3 kali.

4. Masukan mesh location.Tempatkan titik kuning berada pada dalam gate valve.

5. Lalu generate mesh. Tunggu sampai iterasi selesai lalu check mesh.

6. Masuk ke model pilih formatan seperti gambar dibawah ini. Lalu apply dan akan muncul tab turbulences.

7. Pada tab turbulences pilih model SST k-ω

8. Pada tab boundary condition.

a. Pada inlet dengan boundary condition velocity inlet dan masukan kecepatan aliran comtoh 1 m/s

b. Pada outlet boundary condition flow.

c. Pada wall dan lainnya masukan wall

9. Masuk CFD-Solve dan runsolver

10. Atur start time dan number iteration of start time dan data writing control menjadi runtime sesuai dengan nomor iterasi pada start time.

11. Tunggu iterasi hingga selesai. Saat iterasi selesai masuk ke paraview.

12. Pada paraview masukan data tekanan static, kecepatan aliran, tekanan dinamik dan tekanan total dengan menggunakan kalkulator.

Pstatik = p * 1.225

magU = sqrt(U_X^2 + U_Y^2 + U_Z^2)

Pdynamic = 0.5 * 1.225 * magU

Ptotal = Pstatik + Pdynamic

Delta p = Pressure drop = Ptotal inlet - Ptotal outlet

13. Lalu extract block untuk inlet dan outlet untuk mendapatkan nilai tekanan total.

14. Lalu tekanan total inlet dikurangin tekanan total outlet maka kita akan mendapatkan pressure drop.

15. Pressure drop nya berjumlah 3.20656 Pa

16. Dan berikut kurva dan potongan dari simulasi ini.

Pertemuan 2 (19 November 2020)

Sistem fluida adalah suatu system yang terdiri dari beberapa komponen yang bertujuan untuk mengalirkan fluida dari suatu tempat ke tempat lain. Pada system fluida kita dapat menemukan berbagai macam hal seperti pressure drop,jenis pompa bahkan sampai spesifikasi pompa.Contoh kita untuk mengalirkan fluida ke tempat memerlukan tekanan yang cukup besar jadi kita bisa menghitung bagaimana kompoisi pemasangan pompad dan spesifikasi pompanya. Dengan CFD kita bisa mensimulasikan secara dinamik atau bisa melihat aliran fluida secara real time. Sedangkan secara teori kita biasanya mensimulasikan saat kondisi steady state.

Ada 3 metode dalammenganalisa fluida. 1. Experiment. Melakukan metode secara langsung. Metode ini memerlukan banyak waktu dan biaya. 2. Teori. Digunakan untuk memverifikasi data yang diambil.Contoh data experiment. 3. Numerik gabungan antara experiment dan teoritis. Semua metode ini saling melengkapi jadi tidak ada superior dalam penggunaan metode ini. Seperti kita tahu P = T* w kadang kita tidak tahu bagaimana torsi dan power yang dihasilkan secara transient. Oleh ebab itu CFD mempermudahkan untukmengetahui parameter tersebut. Pada turbin yang dijelakan abi,kenapa ada 3 blade agar lebih seimbang jika ingin ditambahkan maka harus ada yang seperti dimensi blade bahkan rpm juga mungkin harus diseuaikan juga. Olakan terjadi karena adanya separasi pada airfoil. Semakin besar separasi maka drag akan semakin besar juga. Oleh sebab itu karena ada perubahan angle of attack saat blade berputar sehingga olakan saat saat berputar juga akan berubah - berubah Tugasnya adalah membuat system dengan menggunakan openmodelica dengan memanfaatkan fasilitas fluida pada openmodelica. Tugas memahami waktu yang dibutuhkan untuk mengalirkan fluida dari tanki 1 ke tanki 2 menggunakan openmodelica. Perbedaan ketinggian 1m.

Tugas 2

---

Saya melakukan pembelajaran dan pelatihan openmodelica dengan menggunakan system fluid pada library. Saya memodifikasi example empty tank menjadi sistem seperti gambar dibawah ini.

Dengan coding seperti dibawah ini.

Dan ditemukan hasil seperti di grafik bawah ini bahwa tank diatas tank 1 dan open tank akan kosong dan semua air mengisi tank 2 selama 17,68 s

File dapat ditemukan di

[1]

Pertemuan 3 (26 November 2020)

• Permodelan adalah sebuah usaha untuk mempelajari sebuah system actual melalui sebuah system yang di simplifikasi.

• Sebuah model adalah sebuah system yang disederhanakan untuk merepresentasikan kondisi aktualnya

• Simplifikasi diperlukan untuk memudahkan system yang kompleks dan belum tentu linear. Dan juga permodelan bisa dalam skala kecil dengan biaya yang murah.

• Prinsip dari permodelan adalah sebuah usaha dalam membuat replica dari kondisi actual, Oleh sebba itu permodelan tidak akan pernah sama dengan aktualnya tapi kita bisa mengetahui konsekuensi pada system melalui permodelan

• Permodelan bisa dibagi menjadi beberapa hal

• Model Fisik adalah permodelan dalam skala kecil

• Model Komputasi memerlukan ilmu dasar untuk menunjang permodelan.

• Dalam permodelan menggunakan pendekatan hukum dasar fisika atau disebut law driven model

• Ada juga permodelan yang menggunakan artificial intelligent yang disebut data driven model yang berasal dari data – data yang dikumpulkan

Tugas 3

---

1. Fluida yang berada pada tangki dialiri ke sebuah system dengan cara dipompa. Lalu setelah keluar dari pompa air akan melewati mass flow meter untuk dihitung laju aliran massa sebelum memasuki heater. Air dipanaskan di heater oleh burner. Setelah melewati heater, ada sensor temperature untuk mengecek suhu setelah fluida melewati heater. Lalu melewati valve dan akan masuk ke radiator untuk di dinginkan. Lalu setelah ke radiator fluida akan dilairkan melewati sensor temperature lalu dialirkan Kembali ketangki.

A. Tank 1

• Ketinggian Tangki = height = 2 m

• Luas = crossArea = 0.01 m2

• Tinggi awal air = level_start = 1 m

• Diameter ports = diameter = 0.01 m

• Jumlah Ports yang digunakan = nPorts = 2

B. Pompa

• Inlet Pressure: 110.000 Pa

• Outflow Pressure = 130.000 Pa

• Mass Flow = 0.01 Kg/s

C. Mass Flow Sensor

D. Burner

Length = 2m • Diameter = 0.01 m

• Heat Flow rate = 1600 W

• Coefficiecnt of heat flow rate = -0.5

E. Sensor Temperature

F. Dynamic Pipe

• Length = 10 m

• Diameter = 0.01

• Port b – port a = 0m (horizontal)

G. Valve

• Pressure Drop = 10000 Pa

• Diameter 0.01 m

• Mass Flow rate = 0.01 Kg/s

• Initial start Ketika pressure drop = 18000 Pa anatara port a.p dan port b.p

H. Radiator

• Length = 10m

• Diameter = 0.01 m

• Horizontal tanpa perbedaan ketinggian.

• Thermal conductant = 80 W/K pendinginan dengan temperature ambient

I. Sensor Temperature

2. Prosedur Permodelan. a. Membuka OpenModelica.

b. Membuat File baru dengan specialization Model.

c. Memasukan equipment yang dibutuhkan.

i. Open tank (Modelica.Fluid.Vessels.OpenTank)

ii. Centrifugal Pump (Modelica.Fluid.Machines.ControlledPump)

iii. Mass Flow Rate (Modelica.Fluid.Sensors.MassFlowRate)

iv. Dynamic Pipe (Modelica.Fluid.Pipes.DynamicPipe)

v. Burner (Modelica.Thermal.HeatTransfer.Sources.FixedHeatFlow)

vi. Sensor Temperature(Modelica.Fluid.Sensors.Temperature)

vii. Valve (Modelica.Fluid.Valves.ValveIncompressible)

viii. Step signal for valve (Modelica.Blocks.Sources.Step)

ix. Thermal Conductor (Modelica.Thermal.HeatTransfer.Components.ThermalConductor)

x. Source Thermal Conductor(Modelica.Thermal.HeatTransfer.Sources.FixedTemperature)

d. Lalu masukan parameter sesuai dengan parameter yang ditentukan.

e. Hubungkan equipment sehingga menjadi system diatas.

f. Check system

g. Simulasikan jika check berhasil

3. Analisa Interpretasi hasil permodelan.

Karena saat disimulasikan error maka saya mencoba untuk menginterpretasikan model sendiri.

Air yang dipompa dari tangki akan mengalir ke sebuah system pemanas. Dimana setelah melewati centrifugal pump air akan diukur mass flowratenya, lalu dipanaskan di heater sepanjang 2m dengan heat flow rate sebesar 1600 W. Lalu setelah dipanaskan fluida akan diukur temperaturnya oleh sensor temperature. Lalu dialirkan sepanjang 10 m melewati valve. Pada valve akan ada pressure drop sebesar 10000 Pa. Lalu fluida akan didinginkan melalui radiator pada pipa sepanjang 10 m dengan thermal konduksi dari material radiator sebesar 80 W/K. Lalu diukur lagi dengan sensor temperature dan fluida Kembali kedalam tanki

4. Hukum yang berkaitan. Bernoilli, hukum kekekalan energi dan konduksi dan Hk. Kontinuitas.

5. Simulasi dari saya error dan saya belum menemukan masalahnya. Jadi saya tidak dapat menunjukan hasil dari simulasi system.

Tugas Nomor 2

1. 3 tangki berisikan air dan setiap tanki tersambung dengan pipa yang masing – masing tersambung di setiap port sehingga nantinya fluida pada tangki akan berpindah untuk mencapai posisi yang steady. Berikut parameter dari setiap equipmentnya.

• Tank 1

• Ketinggian Tangki = height = 12 m

• Luas = crossArea = 1 m2

• Tinggi awal air = level_start = 8 m

• Terhubung ke pipe1(port_b)

• Diameter ports = diameter = 0.1 m

• Jumlah Ports yang digunakan = nPorts = 1

• Tank 2

• Ketinggian Tangki = height = 12 m

• Luas = crossArea = 1 m2

• Tinggi awal air = level_start = 3m

• Terhubung ke pipe2(port_b)

• Diameter ports = diameter = 0.1m

• Jumlah Ports yang digunakan = nPorts = 1

• Tank 3

• Ketinggian Tangki = height = 12m

• Luas = crossArea = 1m2

• Tinggi awal air = level_start = 3m

• Terhubung ke pipe3(port_b)

• Diameter ports = diameter = 0.1m

• Jumlah Ports yang digunakan = nPorts = 1

• Pipa 1

• Panjang pipa = length = 2m

• ketinggian port_b – ketinggian port_a = height_ab = 2m

• Diameter pipa = diameter = 0.1m

• port_b sebagai inlet yang tersambung ke ports tank1, port_a sebagai outlet yang tersambung ke pipe2

• Pipa 2

• Panjang pipa = length = 2m

• ketinggian port_b – ketinggian port_a = height_ab = 2m

• Diameter pipa = diameter = 0.1m

• port_a sebagai inlet yang tersambung ke pipe1 dan pipe3, port_b sebagai outlet yang tersambung ke tank2

• Pipa 3

• Panjang pipaa = length 2m

• ketinggian port_b – ketinggian port_a = height_ab = -1m

• Diameter pipa = diameter = 0.1m

• port_a sebagai inlet yang tersambung ke pipe2, port_b sebagai outlet yang tersambung ke tank3

Tangki 1, tangka 2 dan tangka 3 memiliki diameter yang sama hanya saja diisi dengan volume air yang beda dimana tangki 1 memiliki ketinggian air 8m, tangki 2 ketinggian air 3m dan tangki 3 ketinggian air 3m hanya saja letak tangki 3 berada pada 1 meter dibawah tangki 1 dan 2.

2. Prosedur Analisa permodelan

• Membuka OpenModelica.

• Membuat File baru dengan specialization Model.

• Masukan model open tank (Modelica > Fluid > Vessels > Open Tank) sebanyak 3 equipment dan static pipe (Modelica > Fluid > System) sebanyak 3 equipment.

• Susun dahulu agar lebih rapih .

• Masukan parameter yang diinginkan dengan caa pada tampilan modelling klik 2 kali pada equipment lalu masukan parameter yang dinginkan.

• Hubungkan setiap komponen sesuai dengan modelling yang diinginkan.

• Cek rangkaian dalam modelling. Jika ada kesalahan maka akan ada informasi di message browser dan jika sudah ulangi lagi sampe check parameter berhasil.

• Simulasikan model saat berhasil. Lalu parameter simulasi akan ditampilkan.

3. Tangki 1 memiliki volume air yang paling banyak sedangkan tangki 2 dan tangki 3 memiliki volume air yang sama. Posisi tangki 1 dan tangki 2 sama tinggi sedangkan posisi tangki 3 lebih rendah 1 m dari tangki 1 dan tangki 2.

• Tangki 1 akan turun volumenya secara kontinu hingga mencapai titik seimbang karena mnegisi volume tangki 2 dan 3.

• Tangki 2 Akan mengalami penurunan volume terlebih dahulu untuk mengisi tangki 3 dan megalami sedikit kenaikan karena dapat volume dari tangki 1.

• Tangki 3 akan mengalami kenaikan yang signifikan karena mendapatkan aliran dari tangki 1 dan 2.

• Tangki 1 dan tangki 2 akan berada pada volume yang sama karena terletak pada posisi di ketinggian yang sama sedangkan tangki 3 memiliki volume lebih banyak karena pada posisi yang lebih rendah

4. Hukum hukum yang berkaitan dengan modelling ini adalah hukum Bernoulli dan hukum kekalan energi.

5. Dari hasil simulasi modelling diatas didapati kurva seperti gambar diatas Dimana hasilnya akan mengalami kesetimbangan pada detik > 139 s

• Tangki 3 pada ketinggian 6.67 m

• Tangki 1 dan 2 pada ketinggian 3.67 m

Pertemuan 4 (3 December 2020)

Pada hari ini kelas diisi oleh pak Hariyotejo. Materi kelasnya adalah remodeling dari examples pada open modelica.

1. Pertama menginput semua equipment pada modeling sheet.

2. Lalu menyusun dan menyambungkan equipment menjadi sistem

3. Lalu isi parameter di setiap equipment. Check modeling.

4. Simulasikan.

Berikut hasil remodelling dari example. Bagian kiri adalah example dan bagian kanan adalah remodelling.

Lalu remodeling empty tank dan perbandingan hasilnya seperti ini

Lalu melakukan permodelan konservasi massa pada control volume.

Berikut kodingnya

dan berikut hasilnya

Tugas 4

Berikut tugas yang diberikan.

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

Jawaban

Dalam system diatas terdapat 2 sistem yaitu system dengan gas turbine dan steam turbine. System gas turbine menggunakan persamaan siklus brayton dan steam turbine dengan siklus rankine. Berikut ilustrasi dari CCPP yang saya dapatkan dari google.

a)Gas turbine

Didalam gas turbine ada 3 komponen yaitu compressor, combustion chamber dan turbine.

Compressor : Meningkatkan tekanan udara dan temperature udara sebelum dialirkan menuju combustion chamber . Proses pada compressor adalah isentropic-adiabatik

Combusition Chamber: Tempat dimana udara yang sudah dinaikan pressure dan temperature di kompresor disatukan dengan bahan bakar menyebabkan temperature udara meningkat dengan kondisi isobaric. Udara panas hasil ruang bakar diteruskan ke turbine

Turbine : Gas panas yang memiliki temperature dan pressure tinggi diteruskan ke turbin untuk memutarkan turbin. Hasil dari turbin ada dua. Yaitu power yang nantinya akan diteruskan ke altenator generator dan udara panas hasil dari turbin gas yang akan diteruskan ke Heat Recovery Steam Generator.

b)Steam Turbine

Heat Recovery Steam Generator adalah equipment yang digunakan untuk menggunakan panas dari terusan turbin gas panas yang digunakan untuk memutarkan turbin multi stage dari HP, MP dan LP.

Panas turbin masuk HRSG dan dipanaskan kembali diteruskan ke turbin multi stage turbin dan memutarkan turbin. Semua turbin yang memutarkan shaft di searahkan di alternater agar menyelaraskan Gerakan shaft untuk memutarkan generator dan menghasilkan listrik. Pada LP turbine uap panas dimasukan ke condenser. Uap panas diubah menjadi liquid di condenser. Liquid dipompa kan lagi ke LP drum untuk di siklus ulang di HRSG.

Gas Turbine Engine menggunakan siklus braytone dan Steam turbine menggunakan siklus rankine.

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

Gas Turbine Engine memiliki fungsi menaikan tekanan dan temperature natural gas sehingga dapat memutarkan turbine dan shaft untuk memutarkan generator. Turbine berputar karena adanya konversi energi panas menjadi energi mekanik. Didalam parameter dapat diketahui bahwa efisiensi kompresor 87% dan efisiensi turbin 89%.

Steam Turbine

Steam turbine berputar akibart dari uap panas HRSG. Pada steam turbine ada 3 turbine multistage dimana turbine High Pressure, Medium Pressure dan Low Pressure yang sama sama menggerakan shaft untuk memutarkan generator. Berikut parameter dari steam turbine.

Dibawah ini adalah parameter turbine high pressure, medium pressure dan low pressure.

Generator: Hasil putaran drive tersambung pada generator. Sehingga generator berputar dan menghasilkan energi listrik (Konveksi energi mekanik ke energi listrik) deimana efisiensi nya adalah 99.8%.

Kondenser: Uap panas dari LP diteruskan ke condenser/cooling tower dimana nantinya uap panas akan didinginkan menjadi liquid. Berikut parameternya.

Centrifugal pump : Liquid yang di condenser akan dipompa ke drum untuk dijadikan media heat exchanger pada HRSG . Berikut parameter dari dari centrifugal pump.

Dan drum digunakan sebagai tempat penampungan sementara air untuk HRSG Berikut parameter drup dari drum high pressure, drum medium pressure dan drum low pressure.

Dalam siklus turbine uap panas dipanaskan kembali oleh HRSG dimana HRSG memiliki beberapa komponen seperti

Superheater: Super heater adalah komponen yang digunakan untuk memanaskan gas menjadi steam. Super heater pada sistem ini ada 3 yaitu superheater HP,MP dan LP.

Economiser

Evaporator

Selain itu ada pipe yang berguna sebagai penyaluran fluida di system.

Ada juga valve yang digunakan sebagai pengontrol laju aliran fluida yang berada pada system yaitu control valve

Mixer sebagai penyampur fluida di HRSG

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

Medium fluida kerja yang bekerja dalam proses tersebut sebagian besar adalah Mesin Fluida, yaitu:

-Turbin Gas (Menghasilkan kerja) dari Natural Gas ke Superheated gas

-Turbin Uap (Menghasilkan kerja) Uap panas dan superheated gas

-Pompa Sentrifugal (Membutuhkan kerja) Fluida cair

-Kompresor (Membutuhkan kerja) Natural gas

Pada Analisa perhitungannya menggunakan hukum konservasi energi dan konservasi massa

Pada kompresor,pompa,turbin dan HRSG mengalami proses adiabatic,yang dimana proses adiabatic adalah proses yang tidak terjadi pergantian kalor dari sistem kelingkungan ataupun sebaliknya.Pada

proses ini diasumsikan kondisi steady state dan energi kinetic potensial diabaikan.

Berdasarkan buku Moran didapatkan ilustrasi dari CCPP seperti pada gambar dibawah ini.

Lalu analisa perhitungannya seperti berikut

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

- Jalur hitam

Jalur hitam pada sistem terdapat setelah turbin ke generator. memiliki arti mentransfer kerja atau energi ke generator.

Sedangkan garis hitam tebal merupakan jalur buangan gas yang ujungnya gas akan dilepas ke lingkungan dengan temperature rendah.

-Jalur Merah

Jalur merah menunjukan alur fluida yang memiliki tekanan tinggi dan temperature tinggi. Biasanya buangan dari gas turbine dan aliran fluida di HRSG.

-Jalur Biru

Jalur biru menunjukan alur fluida tekanan rendah dan temperature rendah. Terdapat pada kondenser yang akan mengirimkan fluida ke drum pada HRSG.

Pertemuan 5 (10 December 2020)

Pada pertemuan ke 5, kita diajarkan melakukan remodel compressor. Pada remodel compressor kita diajarkan bagaimana memecah komponen compressor pada open modelica dan memasukan parameter yang dientukan.

Selanjutnya melakukan remodeling pada centrifugal pump pada open modelica.

Pertemuan 6 (17 December 2020)

Pada pertemuan ke 6 kita mengikuti kuliah tamu oleh Dr. Ir. Harun Al Rasyid terkait dengan Combine Cycled Power Plant. Dimana dijelaskan pada CCPP ada dua siklus yaitu siklus rankine untuk steam turbine dan brayton untuk gas turbine. Pada dasarnya, di indonesia lebih banyak menggunakan PLTU. Karena PLTU lebih mudah pendistribusian batu baranya sedangkan CCPP mengalami kesulitan dalam penyebaran gasnya. Dari sisi efisiensi pun CCPP lebih unggul daripada PLTU.

Selain itu kita juga diberi tahu tentang type type dari gas turbine engine steam turbine. Kapasitas turbin pada awal 1900an masih berkisar 27.000 kW hingga kemudian saat ini sudah mencapai 300.000 kW. Aplikasi turbin gas yang paling besar adalah pada pembangkit listrik dan yang paling sering adalah pada sistem pemompaan. Ketika turbin gas digunakan sebagai penggerak utama, maka dapat dibagi menjadi beberapa kelas yaitu :

• Sebagai sarana untuk meningkatkan kapasitas.

• Sebagai sumber energi listrik independen yang bersaing dengan penggerak lainnya.

• Sebagai unit beban puncak atau cadangan.

Terdapat dua tipe turbin gas, yaitu adalah turbin gas heavy duty dan turbin gas aeroderivative (yang digunakan pada mesin pesawat). Pemilihan turbin gas yang akan dipasang di combined cycle power plant harus proven, artinya adalah turbin gas tersebut minimal sudah pernah beroperasi selama 2 (dua) tahun sehingga layak digunakan dan sudah terbukti kualitasnya.

Pertemuan 7 (24 December 2020)

Tugas Besar

Latar Belakang

---

Sistem fluida pada dasarnya sangat sering ditemukan di sekitar kita, dimulai dari sistem yang kecil, sampai dengan yang besar. Selain itu sistem fluida dapat kita liat dirumah sampai diperusahaan - perusahaan. Sistem fluida adalah sebuah sistem yang bertujuan untuk mengetahui parameter - parameter yang dibutuhkan agar saat membuat tidak mengalami kekurangan atau kelebihan yang dapat merugikan.

Tugas besar ini mengambil sistem torent air pada rumah. Tugas besar ini dilakukan untuk dapat membantu kami memahami sistem fluida (perpipaan beserta mesin fluidanya) pada suatu sistem. Simulasi ini dilakukan dengan pengaplikasian OpenModelica karena kondisi secara riil dapat ditinjau dengan metode tersebut. Aplikasi ini kami juga dapat mendapatkan gambaran dengan mudah pada berbagai aspek pada waktu yang sesungguhnya sesuai dengan parameter dan variabel yang kita inginkan secara real time. Dan diharapkan dengan adanya open modelica, dapat membantu menganalisa sistem fluida secara simulasi dan numerik.

Tujuan

---

1. Memahami penggunaan aplikasi OpenModelica dalam sistem fluida 2. Mempelajari cara kerja fluida pada sistem torent air dirumah 3. Mengetahui parameter yang mempengaruhi ketika melakukan distribusi air pada sistem torents

Metodologi

---

1. Menentukan objek

2. Mempelajari Komponen objek pada sistemnya

3. Membuat modeling pada OpenModelica

4. Menentukan input parameter

5. Melakukan Simulasi

6. Pembahasan

Pembahasan

---

Berikut adalah permodelan dari sistem torent air. Dimana untuk mengisi torents lalu mengalirkannya tank dibawahnya untuk mendapatkan hasil steady state dalam waktu kurang lebih 54 detik.

Hanya saja simulasi ini masih perlu diperbaiki dengan menambahkan sistem valve. Pada awalnya penulis sudah menambahkan sistem valve akan tetapi saat simulasikan error. Oleh sebab itu penulis masih perlu memperbaiki sistemnya agar parameter lain terpenuhi.

Dan berikut script codingnya

model Torrent

 inner Modelica.Fluid.System system(p_ambient(displayUnit = "Pa")) annotation(
   Placement(visible = true, transformation(origin = {86, 84}, extent = {{-10, -10}, {10, 10}}, rotation = 0)));
 Modelica.Fluid.Vessels.OpenTank Torent_Air(redeclare package Medium = Modelica.Media.Water.ConstantPropertyLiquidWater, crossArea = 1.04, height = 1.6, level_start = 1, nPorts = 3, portsData = {Modelica.Fluid.Vessels.BaseClasses.VesselPortsData(diameter = 0.0254), Modelica.Fluid.Vessels.BaseClasses.VesselPortsData(diameter = 0.0254), Modelica.Fluid.Vessels.BaseClasses.VesselPortsData(diameter = 0.0254)}, use_portsData = true) annotation(
   Placement(visible = true, transformation(origin = {-70, 76}, extent = {{-14, -14}, {14, 14}}, rotation = 0)));
 Modelica.Fluid.Vessels.OpenTank Sumber(redeclare package Medium = Modelica.Media.Water.ConstantPropertyLiquidWater, crossArea = 20, height = 4, level_start = 1.5, nPorts = 1, portsData = {Modelica.Fluid.Vessels.BaseClasses.VesselPortsData(diameter = 0.03175)}) annotation(
   Placement(visible = true, transformation(origin = {-168, -58}, extent = {{-20, -20}, {20, 20}}, rotation = 0)));
 Modelica.Fluid.Pipes.StaticPipe pipe(redeclare package Medium = Modelica.Media.Water.ConstantPropertyLiquidWater, diameter = 0.03175, length = 3, roughness(displayUnit = "m") = 5e-06) annotation(
   Placement(visible = true, transformation(origin = {-118, -70}, extent = {{-10, -10}, {10, 10}}, rotation = 0)));
 Modelica.Fluid.Pipes.StaticPipe pipe1(redeclare package Medium = Modelica.Media.Water.ConstantPropertyLiquidWater, diameter = 0.0254, height_ab = 10, length = 10, roughness(displayUnit = "m") = 5e-06) annotation(
   Placement(visible = true, transformation(origin = {-66, -4}, extent = {{-10, -10}, {10, 10}}, rotation = 90)));
 Modelica.Fluid.Pipes.StaticPipe pipe2(redeclare package Medium = Modelica.Media.Water.ConstantPropertyLiquidWater, diameter = 0.0254, length = 3, roughness(displayUnit = "m") = 5e-06) annotation(
   Placement(visible = true, transformation(origin = {-26, 34}, extent = {{-10, -10}, {10, 10}}, rotation = 0)));
 Modelica.Fluid.Pipes.StaticPipe pipe3(redeclare package Medium = Modelica.Media.Water.ConstantPropertyLiquidWater, diameter = 0.0254, length = 7, roughness(displayUnit = "m") = 5e-6) annotation(
   Placement(visible = true, transformation(origin = {2, 54}, extent = {{-10, -10}, {10, 10}}, rotation = 0)));
 Modelica.Fluid.Pipes.StaticPipe pipe4(redeclare package Medium = Modelica.Media.Water.ConstantPropertyLiquidWater, diameter = 0.0254, height_ab = -14, length = 14, roughness(displayUnit = "m") = 5e-6) annotation(
   Placement(visible = true, transformation(origin = {-2, -4}, extent = {{-10, -10}, {10, 10}}, rotation = -90)));
 Modelica.Fluid.Pipes.StaticPipe staticPipe(redeclare package Medium = Modelica.Media.Water.ConstantPropertyLiquidWater, diameter = 0.0254, height_ab = -14, length = 14, roughness(displayUnit = "m") = 5e-6) annotation(
   Placement(visible = true, transformation(origin = {58, -4}, extent = {{-10, -10}, {10, 10}}, rotation = -90)));
 Modelica.Fluid.Vessels.OpenTank tank1(redeclare package Medium = Modelica.Media.Water.ConstantPropertyLiquidWater, crossArea = 0.25, height = 0.5, level_start = 1e-10, nPorts = 1, portsData = {Modelica.Fluid.Vessels.BaseClasses.VesselPortsData(diameter = 0.0254)}) annotation(
   Placement(visible = true, transformation(origin = {24, -62}, extent = {{-20, -20}, {20, 20}}, rotation = 0)));
 Modelica.Fluid.Vessels.OpenTank tank2(redeclare package Medium = Modelica.Media.Water.ConstantPropertyLiquidWater, crossArea = 0.5, height = 0.5, level_start = 1e-10, nPorts = 1, portsData = {Modelica.Fluid.Vessels.BaseClasses.VesselPortsData(diameter = 0.0254)}) annotation(
   Placement(visible = true, transformation(origin = {96, -60}, extent = {{-20, -20}, {20, 20}}, rotation = 0)));
 Modelica.Fluid.Machines.ControlledPump pump(redeclare package Medium = Modelica.Media.Water.ConstantPropertyLiquidWater,N(start = 2900), N_nominal = 1800, V_flow_single(start = 0.000416), m_flow_nominal = 0.416, p_a_nominal = 101325, p_a_start = 101325, p_b_nominal = 600000, p_b_start = 450000)  annotation(
   Placement(visible = true, transformation(origin = {-68, -70}, extent = {{-10, -10}, {10, 10}}, rotation = 0)));

equation

 connect(Sumber.ports[1], pipe.port_a) annotation(
   Line(points = {{-168, -78}, {-162, -78}, {-162, -96}, {-136, -96}, {-136, -70}, {-128, -70}}, color = {0, 127, 255}));
 connect(Torent_Air.ports[1], pipe2.port_a) annotation(
   Line(points = {{-70, 62}, {-74, 62}, {-74, 34}, {-36, 34}}, color = {0, 127, 255}));
 connect(Torent_Air.ports[2], pipe3.port_a) annotation(
   Line(points = {{-70, 62}, {-66, 62}, {-66, 54}, {-8, 54}}, color = {0, 127, 255}));
 connect(pipe2.port_b, pipe4.port_a) annotation(
   Line(points = {{-16, 34}, {-2, 34}, {-2, 6}}, color = {0, 127, 255}));
 connect(pipe3.port_b, staticPipe.port_a) annotation(
   Line(points = {{12, 54}, {58, 54}, {58, 6}}, color = {0, 127, 255}));
 connect(pipe4.port_b, tank1.ports[1]) annotation(
   Line(points = {{-2, -14}, {-2, -92}, {24, -92}, {24, -82}}, color = {0, 127, 255}));
 connect(staticPipe.port_b, tank2.ports[1]) annotation(
   Line(points = {{58, -14}, {58, -90}, {96, -90}, {96, -80}}, color = {0, 127, 255}));
 connect(pipe1.port_b, Torent_Air.ports[3]) annotation(
   Line(points = {{-66, 6}, {-70, 6}, {-70, 62}}, color = {0, 127, 255}));
 connect(pipe.port_b, pump.port_a) annotation(
   Line(points = {{-108, -70}, {-78, -70}}, color = {0, 127, 255}));
 connect(pump.port_b, pipe1.port_a) annotation(
   Line(points = {{-58, -70}, {-58, -30}, {-66, -30}, {-66, -14}}, color = {0, 127, 255}));
 annotation(
   uses(Modelica(version = "3.2.3")));

end Torrent;

Pnuematics dan Hydraulic

Pneumatik

---

Pneumatik adalah pengembangan dari sistem fluida yang menggunakan teknologi yang memanfaatkan udara terkompresi untuk menghasilkan efek gerakan mekanis. Pada umumnya, sistem penuematik memiliki prinsip kerja yang sama dengan hidrolik. Perbedaan paling mendasar dari pneumatik dan hdrolik adalah fluida kerjanya dan tekanan kerja.

Kelebihan dari sistem pneumatic adalah sebagai berikut:

1. Sistem pneumatik memiliki desain sistem dan kontrol yang sederhana. Komponen umumnya sangat mudah penginstallannya dan sistem kontrolnya sederhana seperti halnya kontrol ON dan OFF.

2. Memiliki reliabilitas tinggi karena sistem hidrolik berumur panjang dan budget perawatan yang rendah. Selain itu karena sifat gas yang kompresibel, maka ia tidak mudah rusak akibat beban kejut. Gas akan menyerap gaya kejut tersebut, berbeda dengan fluida hidrolik yang secara langsung akan mentransfer gaya kejut tersebut.

3. Gas terkompresi dapat disimpan untuk jangka waktu tertentu, sehingga dapat menggunakan mesin pneumatik untuk jangka waktu tertentu sekalipun supply listrik terputus.

4.Lebih aman karena tidak mudah terbakar seperti sistem hidrolik.

Pneumatik biasanya digunakan sebagai berikut:

1. Pencekaman, pemindahan,pengaturan posisi dan pengaturan arah benda kerja.

2. Packaging suatu benda

3. Buka tutup pintu otomatis

4. Penekanan benda.

5. Pengangkatan benda dan lainnya

Berikut komponen - komponen pada sistem pneumatic:

1. Kompresor adalah suatu alat mekanikal yang bertujuan untuk menaikkan tekanan suatu gas dengan cara menurunkan volumenya. Komponen inilah yabg mensupply udara bertekanan untuk sistem pneumatik, serta menjaga tekanan sistem agar tetap berada pada tekanan kerjanya.

2. Regulatoradalah komponen yang berfungsi untuk mengatur supply udara terkompresi masuk ke sisptem pneumatik. Sedangkan gauge berfungsi sebagai penunjuk besar tekanan udara di dalam sistem. Keduanya dapat berupa sistem mekanis maupun elektrik.

3. Check Valve adalah valve atau katup yang berfungsi untuk mencegah adanya aliran balik dari fluida kerja, dalam hal ini udara terkompresi. Terutama adalah apabila pada sebuah sistem pneumatik tersebut dipergunakan tanki akumulator udara, sehingga Check Valve tersebut mencegah adanya udara dari akumulator untuk kembali menuju kompresor namun tetap mengalirkan udara bertekanan dari kompresor untuk masuk ke dalam akumulator.

4. Tangki Akumulator atau juga disebut buffer tank berfungsi sebagai cadangan (storage) tekanan udara terkompresi yang digunakan untuk penggerak aktuator. Selain itu tanki ini juga berfungsi untuk mencegah ketidakstabilan supply udara ke aktuator, lebih menstabilkan kerja kompresor agar tidak terlalu sering mematikan dan menyalakannya lagi, serta lebih memudahkan desain sistem dalam menempatkan kompresor jika diharusakan penempatan aktuator pneumatik lebih jauh dengan kompresor.

5. Pipa Fluida digunakan untuk mendistribusikan udara terkompresi dari kompresor atau tanki akumulator ke berbagai sistem aktuator. Diameter pipa yang digunakan pun bermacam-macam tergantung dari desain dan tujuan penggunaan sistem pneumatik tersebut. Pada sebuah sistem pneumatik besar (menggunakan lebih dari dua aktuator), untuk area sistem supply (area kompresor dan tanki) digunakan pipa berdiameter lebih besar daripada yang digunakan pada area aktuator. Namun jika sistem pneumatik yang ada kecil, misal hanya untuk menggerakkan satu saja aktuator, maka diameter pipa yang digunakan pun akan seragam di semua bagian.

6. Directional Valve Directional valve atau katub pengatur arah yang instalasinya berada tepat sebelum aktuator, adalah berfungsi untuk mengatur kerja aktuator dengan cara mengatur arah udara terkompresi yang masuk atau keluar dari aktuator. Satu valve ini didesain untuk dapat mengatur arah aliran fluida kerja di dua atau bahkan lebih arah aliran. Ia bekerja secara mekanis atau elektrik tergantung dari desain yang ada.

7. Aktuator Pneumatik aktuator adalah alat yang melakukan kerja pada sistem pneumatik. Ada berbagai macam jenis pneumatik aktuator sesuai dengan penggunaannya. Antara lain adalah silinder pneumatik, diafragma aktuator, serta pneumatik motor.

Hukum fisika yang digunakan pada sistem pneumatik adalah Hukum Boyle, Hukum Charles, Hukum Pascal.

Hidrolik

---

Sistem hidrolik merupakan suatu bentuk pemindahan daya dengan menggunakan media penghantar berupa fluida cair untuk memperoleh daya yang lebih besar dari daya awal yang dikeluarkan. Dimana fluida penghantar ini dinaikan tekanannya oleh pompa pembangkit tekanan kemudian diteruskan ke silinder kerja melalui pipa-pipa saluran dan katup-katup. Gerakan translasi batang piston dari silinder kerja yang diakibatkan oleh tekanan fluida pada ruang silinder dimanfaatkan untuk gerak maju dan mundur.

Berikut Keuntungan menggunakan sistem hidrolik

1.Fluida liquid pada sistem hidrolik tidak menyerap gaya apapun yang dikenakan padanya.

2. Sifatnya yang inkompresibel menyebabkan penggunaan pada beban kerja yang lebih besar dan bekerja pada gaya yang lebih besar pula.

3. Fluida hidrolik yang inkompresibel juga meminimalisir gaya spring. Saat sistem hidrolik berhenti, tidak diperlukan proses pelepasan tekanan fluida karena saat sistem berhenti tekanan fluida pun juga sekaligus hilang, kecuali adanya penggunaan akumulator pada sistem.

4. Tenaga besar, dimensi peralatan yang kecil

5. Kecepatan gerak yang dapat diatur (bervariasi)

6. Mudah diubah arah gerakannya

7. Pencegahan beban lebih yang sederhana konstruksinya (reliev valve)

8.Mudah dihentikan tanpa merusak

Penggunaan sistem hidrolik sangatlah banyak. Berikut sistem hidrolik digunakan pada:

1. Alat press

2. Mesin pencetak plastik

3. Mesin pencetak logam

4. Pesawat angkat (lift, katrol)

5. Traktor

6. Car lift

7. Dongkrak hidrolik

8. Dump truck

9. komponen-komponen kendaraan ( power steering, rem )

10. Landing Gear pesawat, sistem kontrol terbang pesawat dan lainnya

Komponen - komponen dari sistem hidrolik

1.Pompa Hidrolik dalam sistem hidrolik, pompa merupakan suatu alat untuk menimbulkan atau membangkitkan aliran fluida (untuk memindahkan sejumlah volume fluida) dan untuk memberikan daya sebagaimana diperlukan.

2. Relief Valve Katup pengatur tekanan digunakan untuk melindungi pompapompa dan katup-katup pengontrol dari kelebihan tekanan dan untuk mempertahankan tekanan tetap dalam sirkuit hidrolik minyak. Cara kerja katup ini adalah berdasarkan kesetimbangan antara gaya pegas dengan gaya tekan fluida. Dalam kerjanya katup ini akan membuka apabila tekanan fluida dalam suatu ruang lebih besar dari tekanan katupnya, dan katup akan menutup kembali setelah tekanan fluida turun sampai lebih kecil dari tekanan pegas katup.

3. Check Valveadalah alat yang digunakan untuk membuat aliran fluida hanya mengalir ke satu arah saja atau agar tidak terjadi reversed flow/back flow. untuk mengalirkan fluida hanya ke satu arah dan mencegah aliran ke arah sebaliknya. tidak menggunakan handel untuk mengatur aliran, tapi menggunakan gravitasi dan tekanan dari aliran fluida itu sendiri. Karena fungsinya yang dapat mencegah aliran balik (backflow) Check Valve sering digunakan sebagai pengaman dari sebuah equipment dalam sistem perpipaan.

4. Aktuator ilinder kerja hidrolik merupakan komponen utama yang berfungsi untuk merubah dan meneruskan daya dari tekanan fluida, dimana fluida akan mendesak piston yang merupakan satu-satunya komponen yang ikut bergerak untuk melakukan gerak translasi yang kemudian gerak ini diteruskan ke bagian mesin melalui batang piston. Silinder kerja penggerak tunggal (single Acting) Silinder kerja jenis ini hanya memiliki satu buah ruang fluida kerja didalamnya, yaitu ruang silinder di atas atau di bawah piston. Kondisi ini mengakibatkan silinder kerja hanya bisa melakukan satu buah gerakan, yaitu gerakan tekan. Sedangkan untuk kembali ke posisi semula, ujung batang piston didesak oleh gravitasi atau tenaga dari luar. Silinder kerja penggerak ganda (double Acting) Silinder kerja ini merupakan silinder kerja yang memiliki dua buah ruang fluida didalam silinder yaitu ruang silinder di atas piston dan di bawah piston, hanya saja ruang di atas piston ini lebih kecil bila dibandingkan dengan yang di bawah piston karena sebagian ruangnya tersita oleh batang piston. Dengan konstruksi tersebut silinder kerja memungkinkan untuk dapat melakukan gerakan bolakbalik atau maju-mundur.

5. Filter Filter berfungsi menyaring kotoran-kotoran dari minyak hidrolik agar tidak terbawa pada proses sistem silinder hidrolik. Filter ditempatkan di dalam tangki pada saluran masuk yang akan menuju ke pompa. Dengan adanya filter, diharapkan efisiensi peralatan hidrolik dapat ditingkatkan dan umur pemakaian lebih lama.

6. Selang Fluida Selang merupakan salah satu komponen penting dalam sebuah sistem hidrolik yang berfungsi untuk meneruskan fluida kerja yang bertekanan dari pompa pembangkit ke silinder kerja. Mengingat kapasitas yang mampu dibangkitkan oleh silinder kerja, maka agar maksimal dalam penerusan fluida kerja bertekanan

Hukum - hukum fisika pada hidrolik adalah sebagai berikut:

1. Hukum pascal menyatakan bahwa “Tekanan yang diberikan pada fluida dalam sebuah wadah tertutup maka tekanannya akan diteruskan sama besar dan merata kesemua arah ”

2. Hukum Hidrostatik berbunyi: “Tekanan hidrostatik pada sembarang titik yang terletak pada bidang mendatar di dalam wadah suatu jenis zat cair sejenis dalam keadaan seimbang adalah sama.

Sistem Hidrolik OpenModelica

Pada open modelica, saya meencoba menggunakan sistem double acting cylinder test. Sistem ini memiliki tujuan untuk mengetest doule acting actuator. Pada sistem ini, motor menggerakan pompa sehingga menghasilkan tekanan untuk megalirkan fluida dari tangki. Jika kita ingin actuato maju, maka fluida akan mengalir dari tangki mengisi ruang A. Lalu fluida di ruang B akan keluar dan kembali ke tangki fluida hidrolik. Jika kita ingin memundurkan aktuator, maka fluida akan masuk ke ruang B, sehingga fluida mendorong actuator bergerak mundur. Dan fluida diruang A akan kembali ke tangki.

Berikut Hasil dari simulasinya dimana tekanan pada sistem ini bisa maksimal hingga 3000 bar.

Jawaban UAS Sistem Fluida

Nomor 1

---

1. Jelaskan Urutan langkah-langkah dalam merancang sebuah Sistem Fluida?

Jawaban

---

Pada jawaban ini saya menuliskan urutan langkah - langkah dalam merancang sistem fluida.

Nomor 2

---

Buat dan jelaskan Process Flow Diagram sistem fluida yang melibatkan:

a. Mesin Kerja

b. Mesin Tenaga

c. Mesin Kerja dan Mesin Tenaga

Jawaban

---

Pada mesin kerja saya membuat flow process yang ada hubungannya dengan pompa. Pada mesin tenaga saya membuat flow process yang berhubungan dengan turbin. Pada kombinasi keduanya saya mencoba menggunakan konsep gas turbin engine

Nomor 3

---

Jelaskan urutan langkah perhitungan-perhitungan (berikut formula/rumus yang dipakai) aliran fluida dalam kasus yang anda bahas didalam tugas besar anda masing-masing?

Jawaban

---

Nomor 4

---

Gunakan tool aplikasi MS Excel untuk mengitung sistem fluida kasus tugas besar anda dan bandingkan hasilnya dengan perhitungan yang telah anda buat dengan tool aplikasi openmodelica serta jelaskan hasilnya.

Jawaban

---