Valve-Muhammad Fairuz Daffa

Nama: Muhammad Fairuz Daffa

NPM: 1806181716

Pada pertemuan pertama dalam mata kuliah sisflu dengan pak DAI, kita membahas tentang valve

Simulasi Gate Valve Terbuka

Saya melakukan simulasi CFDSOF untuk gate valve dalam kondisi terbuka.

1. Saya mengimport file 3D model dari gate valve ke CFDSOF

2. Lalu saya melakukan meshing, dan menegcek model dari valve tersebut. Berikut adalah hasilnya

3. Setelah tertulis mesh OK, saya mulai memasukkan karakteristik fluida yang akan melewati valve tersebut. Udara masuk dengan kecepatan 1 m/s.

4. Lalu saya menentukan jumlah iterasi dan timestep yang akan saya gunakan.

5. Setelah saya melakukan simulasi, saya langsung melakukan post processing, menggunakan software paraview

6. Saya menghitung p static, magnitude U, p dynamic, dan p total

7. Lalu saya mendapat hasil dari p total sebesar 0.0009 Pa

Pertemuan 2, Tanggal 19 November 2020

Pada pertemuan ini pak DAI menjelaskan tentang 3 metode analisis fluida yaitu:

1. Eksperimen : Hasilnya aktual namun diperlukan effort, waktu dan resource yang cukup besar

2. Teori : Untuk memverifikasi data perhitungan dalam kondisi ideal, karena eksperimen ada kesalahan data.

3. Numerik (CFD) : Memudahkan praktikan untuk menganalisis fluida, sesuatu yang rumit bisa di simplifikasi dengan simulasi menggunakan software (CFD) tanpa harus praktik langsung ke lapangan.

Lalu mahasiswa dari mata kuliah alplikasi CFD menceritakan pengalaman mereka bagaimana software CFD dapat mempermudah atau menambah efisiensi kerja, yang tadinya kita harus turun ke lapangan, membuat modelnya terlebih dahulu, mensimulasikan keadaan yang dialami objek, dengan CFD kita hanya bisa dengan mudah melakukan simulasi tanpa membutuhkan resource yang banyak, walaupun harus mengorbankan waktu sedikit untuk mempelajari software CFD.

Lalu pak DAI menjelaskan perbedaan antara tubrin impuls dan turbin reaksi. Turbin impuls mengubah energi fluida dalam bentuk tekanan dengan mengubah arah aliran fluida ketika terkena bilah rotor. Sedanngkan turbin reaksi mengubah energi fluida dengan reaksi pada bilah rotor, ketika fluida mengalami perubahan momentum.

Kemudian pak DAI menjelaskan bahwa pada software openmodelica selain melakukan coding, kita juga bisa melakukan simulasi yang berkaitan dengan fluida. Jadi codingan pada class bisa diganti dengan diagram block yang merupakan salah satu fitur pada software openmodelica. Lalu pak DAI memberikan tugas untuk mempelajari examples pada subbagian fluid di openmodelica dan membuat simulasi sendiri terkait dengan open tank.

TUGAS 2

---

1. Pertama - tama saya membuat sistem sebagai berikut

2. Lalu saya membuat parameter dari semua tank sebagai berikut

tank paling kiri

tank tengah dan kanan

3. Lalu saya membuat initial condition dari setiap tank

tank paling kiri

tank tengah dan kanan

4. Lalu saya menentukan parameter dari pipa sebagai berikut

pipa paling kiri dan tengah

pipa paling kanan

5. Lalu hasil simulasi yang saya dapat adalah sebagai berikut

File openmodelica(.mo) dapat diakses dan diunduh melalui link dibawah ini

https://drive.google.com/file/d/1aLhrqXzcMd56Fk3Gfrt_sCtQzEMu0hmj/view?usp=sharing

Tugas 3

ANALISA PEMODELAN SISTEM DENGAN TOOLS OPENMODELICA

Dari sistem fluida yang diberikan dalam gambar-gambar berikut, buatlah analisa pemodelannya sbb :

1. Deskripsi/uraian fisik berdasarkan bagan yang ada

2. Prosedur analisa pemodelan

3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan

4. Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan

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

Soal 1

---

1. Deskripsi/uraian fisik berdasarkan bagan yang ada

Ini adalah sebuah sistem pemanas dimana, fluida dalam tank dialirkan menggunakan pompa yang terhubung ke sensor mass flow, ke sebuah pipa yang dipasang burner. Setelah melalui proses pembakaran suhu dari fluida dihitung oleh thermometer. Setelah 2000 detik valve yang berada setelah pipa yang dipasang burner akan terbuka, fluida akan mengalir ke pipa yang tidak dipasang burner. Lalu pipa diujung valve dipasang thermo meter untuk mengukur suhu dari fluida setelah melewati valve.

2. Prosedur analisa pemodelan

• Pertama saya membuka openmodelica dan membuka Modelica -> Fluid -> Examples -> Heating system

• Setelah saya membuka Heating system, saya mengecek parameter dan kondisi awal dari setiap tank

• Lalu saya mengecek model tersebut. Sistem tersebut memiliki 538 persamaan dan 538 variabel

• Setelah itu saya langung menjalankan simulasi

• Namun pada tahap simulasi mengalami error

3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan

• Pertama, karena adanya pompa, maka fluida akan memiliki kecepatan dan debit pada saat memasuki pipa yang dipasang burnewr

• Kedua, pemasangan burner pada pipa setelah pompa, akan menyebabkan naiknya suhu fluida, kenaikan ini bisa dilihat dari pengukuran menggunakan thermometer yang sudah terpasang juga.

• Ketiga, setelah 2000 detik valve akan terbuka, yang berarti fluida yang tadinya diam terhambat valve, akan kembali memiliki kecepatan dan debit.

• Keempat, karena setelah valve pipa tidak dipasang burner, maka suhu fluida akan menurun. Penurunannya bisa dilihat dari thermometer yang juga terpasang pada pipa.

4. Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan

• Hukum Bernouli

∆P = (1/2)ρ(v2^2−v1^2)

dP = perbedaan tekanan masuk dan keluar fluida pada pompa (Pa) | ρ = massa jenis fluida (kg/m^3) | v1 = kecepatan fluida masuk (m/s) | v2 = kecepatan fluida keluar (m/s)

• Mass Flow Rate

Q = A.v

Q = flow (m^3/s) | A = luas permukaan pipa (m^2/s) | v = kecepatan cairan di dalam pipa (m/s)

• Perpindahan panas secara konveksi

Q = h.A.∆T

Q = perpindahan panas (J) | h = koefisien perpindahan panas (W/(m^2.K)) | A = luas permukaan perpindahan panas (m^2) | ∆T = perbedaan temperatur (K)

• Perpindahan panas secara konduksi

Q.∆t = H = k.A.∆T

Q = perpindahan panas (J) | H = Jumlah kalor merambat setiap detik (J/s) | k = Koefisien konduksi termal (J/msK) | A = luas penampang pada batang (m) | ∆T = perbedaan suhu di kedua ujung batang (K)

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

Pada saat saya melakukan simulasi terjadi error, sehingga hasil simulasi tidak bisa dilihat.

Soal 2

---

1. Deskripsi/uraian fisik berdasarkan bagan yang ada

Pada bagan tersebut, di informasikan bahwa terdapat 3 tangki dengan volume yang identik, namun dengan ketinggian fluida yang berbeda - beda, dan dengan tangki paling kanan berada lebih rendah dibanding yang tengan dan paling kanan. Ketiga tangki tersebut kemudian dihubungkan dengan pipa.

tank paling kiri

tank tengah dan paling kanan

2. Prosedur analisa pemodelan

• Pertama saya membuka openmodelica dan membuka Modelica -> Fluid -> Examples -> Tanks -> ThreeTanks

• Setelah saya membuka three tanks, saya mengecek parameter dan kondisi awal dari setiap tank

• Lalu saya mengecek model tersebut. Sistem tersebut memiliki 261 persamaan dan 261 variabel

• Setelah itu saya langung menjalankan simulasi

• Lalu setelah itu hasil simulasi bisa terlihat

3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan

Volume dan ketinggian fluida dari setiap tank akan berubah sesuai dengan posisi dan ketinggian awal dari fluida pada masing - masing tank.

4. Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan

Konsep fisika yang digunakan adalah:

Phidrostatis = ρ x g x h

Dengan:

ρ = massa jenis g = percepatan gravitasi h = ketinggian fluida

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

Pertemuan 4: Kamis, 3 Desember 2020

Tugas 4

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

CCPP mengunakan gas dan turbin uap untuk menghasilkan daya, cara kerja combined cycle power plant adalah sebagai berikut:

1. Turbin gas membakar bahan bakar: Turbin gas mengkompres udara dan bahan bakar lalu dipanaskan. Campuran berggerak kearah turbin gas. Putaran turbin gas menggerakkan generator dan mengubah energi putaran menjadi energi listrik.

2. Panas ditangkap heat recovery system: Heat recovery system menangkap panas yang dihasilkan dari turbin dan mengeluarkannya dalam bentuk steam yang akan di alirkan ke turbin steam.

3. Turbin steam menghasilkan listrik tambahan: Turbin steam berputar. Putaran menggerakan generator dan generator mengubah energi putaran menjadi energi listrik.

Pada turbin gas menggunakan siklus brayton dan pada turbin steam mengunakan siklus rankine.

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

Bagian 1: HRSG (Steam Generator)

• Condenser: Untuk mengkondensasikan uap hasil pembuangan ekstraksi turbin menjadi titik-titik air (air kondensat)

• Drum: Tempat penampungan air panas dan tempat terbentuknya uap

• Generator: Pembangkit listrik dengan mengubah energi mekanik menjadi energi listrik

• Superheater Heat Exchanger: untuk memanaskan uap jenuh yang keluar dari steam drum, dengan memanfaatkan gas panas hasil pembakaran

• Evaporator Heat Exchanger

• Economiser Heat Exchanger

• Pipe

• Pump: untuk menggerakan fluida dengan menaikkan tekanan pada fluida

• Steam Turbine: Stodola Turbine: mengubah energi potensial uap menjadi energi kinetik dan selanjutnya diubah menjadi energi mekanis dalam bentuk putaran poros turbin

• Control Valve

• Water Mixer

• Water Splitter

Bagian 2: Turbin Gas

• Rangkaian Gas Turbine

• Compressor

• Gas Turbine: untuk mengubah energi dari tekanan pada suatu fluida menjadi energi kinetik yang nantinya digunakan untuk memutar generator.

• Combustion Chamber: Ruang pembakaran/bertemunya bahan bakar dan udara untuk menghasilkan energi panas

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)

• Turbin Uap (Menghasilkan kerja)

• Pompa Sentrifugal (Membutuhkan kerja)

• Kompresor (Membutuhkan kerja)

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.

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

- Jalur berwana hitam (tebal), sebagai jalur gas buang dari turbine yang tersambung pada Heat Recovery Steam Generator yang nantinya uap panas akan diputar kembali agar mengefisiensikan kerja sistem.

- Jalur berwarna merah, sebagai jalur fluida panas (Uap) yang terjadi pada sistem yang digunakan untuk menggerakkan Turbin Uap. Uap panas yang diambil dari hasil kerja Turbin Gas dialirkan ke Turbin Uap melalui Heat Recovery Steam Generator.

- Jalur berwarna biru, sebagai jalur fluida dingin (air) yang terjadi pada sistem. Setelah fluida uap diubah menjadi fluida cair pada kondensor fluida dialirkan menuju drum penyimpanan oleh pompa.

Pertemuan 5: Kamis, 10 Desember 2020

Pada pertemuan ini, asisten dari Pak DAI yaitu pak Hario menjelaskan tentang test compressor.

Pertemuan 6: Kamis, 17 Desember 2020

Pada pertemuan ini, kelas diisi oleh Dr. Ir. Harun Al Rosyid, CEO dari PT.Indopower. Beliau menjelaskan tentang Combbined Cycle Power Plant (CCPP). Sebelum membahas mengenai CCPP, pak Harun memberikan sedikit pengenalan mengenai turbin gas.Turbin gas terdiri dari 2 tipe: 1.) Heavy Duty; 2.) Aeroderivative. Untuk siklus gas turbin yang digunakan adalah siklus Brayton. Terdapat beberapa pertimbangan dalam memilih turbin gas, beberapa pertimbangan tersebut adalah tahun dibuat produknya, efisiensi site, heat rate, dan fuel consumption CCPP merupakan pembangkit listrik yang menggunakan 2 siklus yaitu siklus dari turbin gas (Brayton Cycle) dan siklus dari turbin uap (Rankine Cycle). 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.

Tugas Besar

SINOPSIS

---

Pada tugas besar ini saya akan menganalisis fluida pada suatu sitem perpipaan menggunakan software openmodelica dan juga software CFDSOF. Sistem perpipaan sendiri memiliki beberapa komponen seperti valve, pipa, joints dan lain sebagainya. Penambahan komponen bisa mengakibatkan perubahan pada fluida yang mengalir, lebih tepatnya perubahan kecepatan dan tekanan. Software digunakan agar hasil yang di dapat bisa akurat, presisi dan juga menghemat waktu dan biaya. Kedua software tersebut sudah diajarkan pada pertemuan - pertemuan sebelumnya oleh pak DAI, pak Hario dan juga beberapa mahasiswa dari kelas aplikasi CFD, sehingga saya sudah mengerti tentang beberapa fungsi dari software tersebut dan akan coba saya terapkan pada tugas besar ini.

Pada tugas besar ini saya akan mengnalisis sistem fluida yang terdapat pada rumah saya. Bagian yang akan saya analisis adalah mass flow di tiap outlet baik di keran, wastafel maupun kamar mandi. Saya akan menganalisis aliran fluida dari sumur, dipompa ke toren air, yang kemudian disebarkan ke seluruh penjuru rumah.

Metodologi

---

1. Melakukan observasi lapangan untuk mendapatkan data yang dibutuhkan

2. Membuat model simulasi dan kemudian menjalankan model simulasinya

3. Memvariasikan data agar tidak mengalami error atau agar simulasi bisa dijalankan

4. Didapatkan hasil

Analisis

---

Saya melakukan analisis menggunakan software openmodelica dengan susunan sebagai berikut:

Dengan parameter komponen sebagai berikut:

Keterangan gambar:

Pada simulasi saya memakai sources sebagai sumber air tanah atau sumur yang memiliki kedalaman 10 meter yang kemudian diangkat oleh pompa menuju ke toren air yang berada di atap rumah saya. Toren air bervolume 5000 liter. Lalu air dialirkan menggunakan pipa ke kamar mandi, wastafel, keran dan lain sebagainya di seluruh penjuru rumah.

Hasil

---

Saya sempat beberapa kali mengalami error, jadi saya melakukan pemilihan pompa yang berbeda. Lalu hasil yang saya dapatkan adalah sebagai berikut:

Kesimpulan

---

Kesimpulan dari tugas besar ini adalah, didapatnya massflow pada setiap output sistem perpipaan sesuai hasil simulasi oleh software openmodelica. Hasil yang didapat cukup besar dan sekiranya cukup untuk tiap - tiap output menjalankan fungsinya masing masing.

Pneumatics and Hydraulics

Pneumatics

---

Pneumatik adalah sebuah sistem yang memanfaatkan tekanan udara (udara terkompresi) untuk menghasilkan gerakan mekanis. Aplikasi sistem ini menggunakan tenaga fluida, dalam hal ini penggunaan media gas di bawah tekanan untuk menghasilkan, mengirimkan dan mengontrol tenaga; biasanya menggunakan gas terkompresi seperti udara pada tekanan 60 hingga 120 pounds per inci persegi (PSI).

Contoh dari mesin pneumatik adalah sebagai berikut:

• Air compressor

• Air brakes

• Air suspension

• Pneumatic drill

Komponen dari sistem pneumatik adalah sebagai berikut:

• Kompresor udara: biasanya berfungsi berdasarkan motor atau mesin yang digerakkan. Perangkat mengubah energi mekanik yang disediakan oleh penggerak utama ini menjadi energi potensial yang ada di udara terkompresi.

• Tangki Udara Terkompresi: menyimpan udara dengan tank dari hasil kompresi udara.

• Air Service Units: Modul FRL, seperti yang sering dikenal, umumnya dipasang setelah kompresor di sirkuit pneumatik. Komponen ini dirancang untuk menghilangkan partikel debu dan kelembapan serta kelembaban sekaligus memberikan pelumasan, yang dapat membantu menjaga alat penggerak udara terkompresi yang digunakan tetap bergerak dengan baik bahkan jika mulai sedikit haus akan minyak.

• Pneumatic Pipes: Pipa udara diperlukan untuk mengirimkan udara bertekanan dari kompresor atau tangki penyimpanan ke hampir semua jenis perangkat lain yang mungkin dipasang ke sirkuit pneumatik.

• Valves: katup digunakan untuk mengontrol aliran arah udara melalui suatu sirkuit. Pada dasarnya, ada dua jenis katup. Pengontrol arah adalah padanan pneumatik dari sakelar, dan oleh karena itu, biasanya digunakan untuk mengontrol berbagai jenis aktuator.

• Actuators: aktuator mengalami gerakan linier, berputar atau bolak-balik. Terdapat dua silinder di aktuator, yaitu Silinder kerja tunggal memiliki satu titik masuk untuk udara terkompresi dan pegas yang berlawanan di sisi lain. Kemudian, Silinder kerja pengganda, di sisi lain, memiliki dua saluran masuk udara terpisah untuk udara terkompresi. Ini terletak di kedua ujung ruangan.

Hydraulics

---

Sistem hidrolik adalah suatu sistem yang memanfaatkan tekanan fluida sebagai power (sumber tenaga) pada sebuah mekanisme, sehingga hidrolik digunakan untuk mengontrol, mengirimkan dan memanfaatkan tenaga dengan menggunakan tekanan fluida tersebut.

Contoh aplikasi dari sistem hidrolik adalah:

• Hydraulic brakes

• Shock absorber

• Hydraulic ram

Komponen dari sistem hidrolik adalah:

• Reservoir: tujuan dari reservoir hidrolik adalah untuk menahan volume fluida, mentransfer panas dari sistem, memungkinkan kontaminan padat mengendap dan memfasilitasi pelepasan udara dan kelembaban dari fluida.

• Pump: pompa hidrolik mentransmisikan energi mekanik menjadi energi hidrolik. Hal ini dilakukan oleh pergerakan fluida yang merupakan media transmisi. Ada beberapa jenis pompa hidrolik diantaranya gir, vane dan piston. Semua pompa ini memiliki subtipe berbeda yang ditujukan untuk aplikasi khusus seperti pompa piston sumbu bengkok atau pompa baling-baling kapasitas variabel. Semua pompa hidrolik bekerja dengan prinsip yang sama, yaitu memindahkan volume fluida terhadap beban atau tekanan yang resisten.

• Valves: katup hidrolik digunakan dalam sistem untuk memulai, menghentikan dan mengarahkan aliran fluida. Katup hidrolik terdiri dari poppet atau gulungan dan dapat digerakkan dengan alat pneumatik, hidrolik, listrik, manual atau mekanis.

• Actuators: aktuator hidrolik adalah hasil akhir dari hukum Pascal. Di sinilah energi hidrolik diubah kembali menjadi energi mekanik. Hal ini dapat dilakukan melalui penggunaan silinder hidrolik yang mengubah energi hidrolik menjadi gerak dan kerja linier, atau motor hidrolik yang mengubah energi hidrolik menjadi gerak dan kerja berputar. Seperti pompa hidrolik, silinder hidrolik dan motor hidrolik memiliki beberapa subtipe berbeda, masing-masing ditujukan untuk aplikasi desain tertentu.

Jawaban UAS Sistem Fluida