Valve-Iza Azmar Aminudin

Assalamu'alaikum Wr. Wb

Salam Sejahtera untuk kita semua

Perkenalkan saya:

Nama  : Iza Azmar Aminudin

NPM  : 1806233316

Kelas  : Sistem Fluida-03

Pada Kesempatan kali ini, saya akan berbagi dengan teman-teman sekailan perihal pembelajaran Sistem Fulida di kelas Sistem Fluida-03. Selamat membaca dan mohon masukannya.

Pembelajaran Sistem Fluida 1 | Kamis 12 November 2020

Pada kesempatan kali ini, kami mempelajari aliran fluida dalam valve. Kami menggunakan bantun aplikasi CFDSOF untuk menghitung losses yang terjadi pada aliran fluida dalam valve.Kami membahas mengenai opened gate valve dan simulasi aliran fluida yang sebelumnya sudah dijelaskan melalui dua part video tutorial simulasi di platform YouTube. Maka, setelah kelas pertama telah usai kami ditugaskan untuk melakukan hal yang sama kemudian ditambah simulasi tambahan satu gate valve.

Melalui laman ini, saya akan menjelaskan proses yang telah saya lakukan dalam menjalankan simulasi aliran fluida pada gate valve. Simulasi yang saya lakukan adalah dua kali dengan gate valve yang sudah disediakan oleh Bang Edo kelas Sisflu 03 dan gate valve dari sumber lainnya.

Tugas 1: Simulasi Aliran dalam Valve menggunakan CFDSOF

T Valve

Valve ini sudah disediakan dalam bentuk .stl sehingga kita cukup melakukan simulasi saja. Berikut adalah hasil tangkapan layar dari proses simulasi yang telah dilakukan beserta penjelasannya.

Berikut adalah hasil simulsi yang telah saya lakukan.

Tampilan CFD SOF

Tampilan CFD SOF

Tampilan di Paraview

Gate Water Valve

Untuk simulasi objek kedua ini, perangkat lunak yang digunakan masih sama. Pada simulasi ini masih terjadi kendala dan hambatan yang serupa. Berikut penjelasan lebih lengkapnya.

Simulasi pada perangkat lunak CFDSOF-NG menjalankan proses meshing dengan hasil yang baik. Gambar di atas adalah proses saat menjalankan proses iterasi.

Sama seperti kendala sebelumnya, hasil simulasi pada CFDSOF-NG belum memberikan perbedaan distribusi tekanan pada valve saat di-import ke perangkat lunak Paraview dan hanya memberikan warna biru secara keseluruhan. Hal tersebut membuat distribusi tekanan dan pressure drop tidak dapat diamati. Untuk kedepannya, akan dilakukan perbaikan dimulai dari perbaikan perangkat lunak yang digunakan.

Pembelajaran Sistem Fluida 2 | Kamis 19 November 2020

Pada hari ini kami mempelajari bagaimana menggunakan modelica untuk menyelesaikan permasalahan yang ada di modelica.

Tampilan Modelica

Tampilan Modelica

kami membahas juga mengenai sistem fluida itu sendiri, dimulai dari definisinya hingga pembahasan mengenai peran dari segitiga kecepatan pada blade mesin fluida.

pembahasan di kelas

Sketsa tersebut menggambarkan juga tentang bagian-bagian dari blade, diantaranya hub dan tip. Kedua komponen tersebut menyusun cara untuk menghitung spesifikasi dari mesin fluida terkait. Disampaikan juga bahwa analisis tersebut dapat menggunakan tiga metode, yaitu eksperimental, CFD (Computational Fluid Dynamics), dan teoritis. Ketiga metode tersebut saling melengkapi dan memiliki keuntungan-kerugiannya masing-masing. Eksperimental memiliki reliability paling tinggi karena secara real dilaksanakan sebuah penelitian terkait sebuah simulasi. Metode teoritis tidak lebih real daripada eksperimental, tetapi cukup efisien karena hanya memerlukan perhitungan (tidak perlu melakukan eksperimen), serta hanya bisa untuk sebuah kasus. Sementara itu, metode CFD adalah cara yang paling praktis untuk digunakan dan dapat dipraktekkan pada kondisi yang berubah-ubah, misal simulasi berputarnya sebuah turbin. Namun, CFD belum divalidasi secara langsung seperti kedua metode sebelumnya.

pembahasan di kelas

Sesi kelas dilanjutkan dengan berdiskusi terkait perbedaan turbin impuls dan turbin reaksi. Kami juga berdiskusi terkait perbedaan mendasarnya, serta perbedaan bentuk dasar geometri blade-nya, dimana blade turbin impuls lebih cekung.

Tugas 2: Mencoba Example dari Library OpenModelica

Tugas ketiga yang diberikan kepada kelas Sistem Fluida 03 adalah mengkaji dan mempelajari simulasi permodelan sistem fluida pada aplikasi OpenModelica, lebih spesifiknya adalah menggunakan fitur Examples di bagian Fluid Library. Kami ditugaskan untuk merekap hasil pembelajaran kita di air.eng.ui.ac.id seperti biasa.

Melalui fitur yang ada di OpenModelica tersebut, contohnya Example (fluid library), sepertinya kita dapat melakukan simulasi aliran hingga sistem fluida (perpipaan).

Gambar di atas adalah subfitur dari fitur Example yang terdapat di Library Fluid. Hasil pelajaran yang saya dapatkan adalah fitur-fitur tersebut dapat digunakan untuk menjalankan simulasi aliran sistem fluida. Kendati demikian, saya belum menemukan cara untuk dapat melakukan simulasi menggunakan aplikasi ini, proses tersebut masih saya lakukan dengan mencari referensi dan video di YouTube. Sejauh ini, saya menggunakan referensi modul OpenModelica, tayangan YouTube mengenai OpenModelica, dan bertanya kepada sesama rekan sekelas, dimana proses tersebut masih berlanjut hingga tulisan ini dibuat.

Lebih dari itu, kita juga sudah dapat melakukan simulasi sistem fluida karena OpenModelica telah menyediakan template simulasi sistem fluida. Template tersebut dapat dilakukan dengan cara mengklik PumpingSystem pada fitur Examples. Berikut adalah template simulasi aliran fluida tersebut.

Simulasi aliran sistem fluida dari aplikasi OpenModelica

Selain itu, ada pula fitur yang lain mengenai tank dengan masih melalui fitur Examples. Saya mencoba untuk input EmptyTank dan TankWithOverflow pada fitur tersebut, kemudian akan ditampilkan mengenai sketsa simulasi beserta metoda numerik atau coding-nya.

Fitur EmptyTanks

Fitur TanksWithOverflow

Kemudian, saya mencoba untuk melakukan simulate pada TankWithOverFlow yang sudah tersedia. Maka, saya memperoleh besaran angka mengenai tekanan dan properti lainnya. Di bawah ini adalah gambaran dari hasil perhitungan atau hasil simulate yang dilakukan.

but juga didapatkan besaran dari data yang telah disebutkan, seperti tekanan (1.589 bar), temperatur (20 degC), mass flow (2 kg/s), dan lain-lain

Pembelajaran Sistem Fluida 3 | Kamis 26 November 2020

Pertemuan hari ini dibuka Pak Dai dengan memperkenalkan Pak Hariyo yang akan berbagi ilmu dengan kami terkait simulasi di open moelica. Selain itu, Pak Dai mengajak berdiskusi mahasiswa yang ada di kelas tentang definisi pemodelan sistem fluida. Lalu, yang saya dapat mengenai pemodelan sistem fluida dari penjelasan Pak Dai adalah sebagai berikut :

Pemodelan fluida adalah usaha untuk mempelajari sistem aktual melalui suatu sistem yang disimplifikasi. Model tersebut adalah sistem yang disederhanakan yang bertujuan untuk mempresentasikan kondisi aktualnya. Permodelan itu sangat diperlukan karena bisa mempersulit proses saat menghadapi kondisi yang aktual yang komplek seperti skala yang besar, temperatur yang tidak tentu, dan semacamnya.

Dari hal tersebut diperlukan pembuatan sistem untuk replika dari kondisi aktual tersebut. Sistem yang dibuat juga akan mempermudah dalam mempelajari mata kuliah terkait, yaitu Sistem Fluida dalam perubahan-perubahan variabel pada model dari sistem.

Model dibagi menjadi 2, yaitu Model Fisik dan Model Virtual.

Model Fisik merupakan pembuatan pemodelan dari alat tersebut. Sementara, Model Virtual adalah pembuatam pemodelan dengan cara menggunakan komputer atau komputasi yang memerlukan sistem fisika atau ilmu dasar, seperti prinsip fluida.

Selain diskusi tersbut, Pak Hariyo memberikan arahan untuk simulasi menggunakan aplikasi OpenModelica mengenai Two Tanks, yaitu sebuah sistem fluida yang berbentuk horizontal & Empty Tank yang berbentuk vertikal.

Analisa Two Tanks

Pada deskripsi pada kolom di samping kanan. Terdapat penjelasan atau deskripsi singkat mengenai sistem example tersebut. Dikatakan bahwa terdapat dua pipa dengan ketinggian fluida pada tank satu dan dua berturut-turut adalah 0.9 dan 0.2 m beserta temperaturenya. Kemudain juga tertulis bahwa aliran akan mengalami titik equilibrium pada waktu 1.5 s dimana setelah itu tidak akan ada perubahan volume atau ketinggian air relative terhadap waktu. Dalam mencapai waktu 1.5 maka air akan mengalami perubahan yaitu penurunan volume pada tank 1 dan kenaikan pada tank 2 seiring terjadi perpindahan fluida dari tank 1 menuju tank 2 sampai tidak terjadi aliran kembali pada saat ketinggian fluida pada tank mencapa 0.5 m.

Berikut ini adalah laman coding dari pemodelan yang hendak disimulasikan.

Nomor 1 adalah maximum waktu dimana simulasi akan berhenti secara otomatis pada waktu 1.5 dan klik ok untuk melaksanakan simulasi.

Foto berikut adalah parameter atau dimensi pada tank. Baik tank satu dan dua memiliki area yang sama namun yang membedakan adalah ketinggian fluida pada masing-masing tangki.

Foto berikut adalah parameter atau dimensi pada pipa. Tentunya untuk dimensi dapat kita atur atau setting sedemikian rupa sesuai dengan kehendak dan kebutuhan kita dalam mensimulasikan suatu aliran fluida.

Jadi skema yang saya pikirkan adalah: Karena terdapat perbedaan ketinggian fluida pada tank satu dan dua sehingga sesuai dengan hukum aliran fluida, air akan mengalir dari daerah yang lebih tinggi menuju reservoir atau posisi yang lebih rendah. Maka pada simulasi ini tank 1 akan mengalami pengurangan volume dan tank dua akan mengalami kenaikan seiring adanya aliran fluida melalui pipa sampa pada titik equilibrium pada waktu 1.5 s dan ketinggian kedua tank adalah 0.5 m

Analisis Empty Tanks

Pada simulasi kedua ini, Pak Hariyo mencoba menggunakan fitur empty tanks yang dapat diakses dari libraries, yaitu: Modelica -> FLuid -> Examples -> Tanks -> Empty Tanks. Pada fitur ini dapat kita lihat pada default settingsnya terdapat dua tank yang dihubungkan oleh suatu pipa. Adapun fitur tersebut adalah empty tanks dimana pada simulasi ini terdapat dua tanki yang dihubungkan oleh satu pipa antara satu dengan lainnya. Berikut ini adalah penampang gambar fitur empty tanks:

Berikut ini adalah pemodelan dari dua buah tank (tank satu dan tank dua) yang dihubungkan melalui suatu pipa beserta asumsi gravitasional pada pojok kanan atas.

Berikut ini adalah bentuk coding dari pemodelan empty tanks.

Kemudian apabila kita mengklik pada tank maka akanterdapat settingan untuk mengatur parameter tank tersebut. Pada pemodelan ini cross section dan tinggi tank satu dan dua adalah sama (Volume sama juga). Namun yang membedakan adalah tinggi ataupun volume dari fluida yang terdapat di dalam tank. dimana pada tank satu sebesar 1 m^3 dan tank dua sebesar 10^-6 m^3.

Berikut ini adalah gambar parameter dari pipa yang menghubungkan tank satu dan dua.

Sebelum dilakukan simulasi, dilakukan terlebih dahulu setup simulasi dengan menentukan time start/stop. Pada simulasi ini time terset selama 50 detik. Setelah itu dapat mengklik 'Ok' untuk memulai simulasi.

Setelah dilakukan simulasi akan muncul fitur plotting secara otomatis pada layar. Dengan mencentang parameter volume pada tank satu dan dua, kita dapat melihat grafik perubahan volume pada pipa satu dan dua. Dimana volume pada tank satu berkurang sementara volume pada tank dua menunjukan kenaikan seiring terjadinya aliran fluida dari tank satu menuju tank dua melalui pipa. Sampai pada posisi pipa satu kosong dan pipa dua terisi sebanyak volume pipa satu yaitu sebanyak 1 m^3

Tugas 3: Analisis Pemodelan Sistem Dengan Tools Openmodellica

Open Modelica Heating System

Heating System

1. Deskripsi Uraian Fisik Pada model sistem fluida Heating System, tujuan dari sistemnya adalah untuk memanaskan fluida melalui sebuah skema sistem fluida dan dipanaskan dengan suatu sistem pemanasan. Nemun, di situ juga terdapat keterlibatan dari komponen-komponen controlling system. Komponen tersebut berfungsi untuk memberikan feedback dan menyesuaikannya dengan temperatur fluida yang diinginkan.

2. Prosedur analisa pemodelan

3. Analisis dan Intepretasi Hasil Pemodelan

4. Konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan 5. Hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh

Open Modelica Three Tanks

Three Tanks

1. Deskripsi Uraian Fisik Pada model sistem fluida Three Tanks menunjukkan adanya 3 buah tanki yang berisi fulida(air), disetiap tanki memiliki volume air yang berbeda, yaitu pada tanki pertama berisi air dengan volume 8 m^3,serta tangki kedua dan ketiga terisi air dengan volume 3 m^3 .

2. Prosedur analisa pemodelan Dalam melakukan permodelan analisa three-tank di openmodelika, kita dapat dilakukan dengan langkah-langkah berikut:

a.Membuka aplikasi openmodelica

b.Membuka library openmodelica dengan memilih file Three Tank yang dapat ditemukan memalui cara berikut: (Modelica - >Fluid ->Example -> Tanks => Three Tanks)

c.Cek gambar permodelan yang akan di analisis, jika sesuai maka check kodingan dengan mengklik symbol checklist berwarna hijau.

d.Jika semua variable sudah sesuai, maka lakukan simulasi dengan meng klik symbol (->) berwarna hijau dan tunggu beberapa saat untuk mengatahui hasil simulasinya. == Pembelajaran Sistem Fluida 3 | Kamis 26 November 2020 ==klik ploting yang terdapat di pojok kanan bawah sebelah model sehingga kita dapat melihat hasil simulasi dan dapat di replesentasikan dalam bentuk grafik dengan mencentang variable yang ingin dibandingkan.

f.Jika ingin mensimulasikan pada interval waktu tertentu maka, kit abs klik symbol S pada bagian model dan mengubah stop time sesuai dengan interval waktu yang kita butuhkan

3. Analisis dan Intepretasi Hasil Pemodelan

4. Konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan

5. Hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh

Pembelajaran Sistem Fluida 4 | Kamis 3 Desember 2020

Pada pembelajaran kali ini, kami mempelajari simulasi di perangkat lunak OpenModelica. 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: Pemodelan Sistem Fluida dengan OpenModelica

Perhatikan gambar sistem fluida di dalam suatu Siklus Kombinasi Pembangkit Daya (Combined Cycle Power Plant) seperti diberikan dalam gambar, dan berilah uraian penjelasan pertanyaan berikut :

ThermoSysPro.Examples.CombinedCyclePowerPlant.CombinedCycle_Load_100_50

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

Model Combined Cycle Power Plant digunakan untuk mensimulasikan reduksi beban berlangkah pada power generator dari 100% menjadi 50% dalam waktu 800 detik. Terdapat 2 sistem dalam simulasi ini, yaitu sistem dengan gas turbine dan steam turbine. Berikut adalah keterangan mengenai sistem gas turbine dan steam turbine.

a. Gas Turbine

Gas Turbine dalam simulasi

Komponen:

(-) 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.

Sistem:

Gas Turbine yang berputar akibat dari panas yang di hasilkan pada combustiom chamber yang di aliri oleh nozzle menuju turbin. Siklus yang terjadi dalam gas turbine adalah siklus rankine.

Siklus Rankine

b. Steam Turbine

Gas Turbine dalam simulasi

Komponen:

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

Sistem : 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.

Bryton Cycle

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

Bagian 1: Turbin Gas

• Rangkaian Gas Turbine

Rangkaian Gas Turbine

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

Compressor

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

Gas Turbine

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

Combustion Chamber(1)

Combustion Chamber(2)

Combustion Chamber(3)

Bagian 2: HRSG (Steam Generator)

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

condenser

• Drum: Tempat penampungan air panas dan tempat terbentuknya uap

Drum

• 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. Terdiri dari 3 komponen yaitu 3 yaitu superheater HP,MP dan LP.

• Evaporator Heat Exchanger

Evaporator

• Economiser Heat Exchanger

Economiser

• Pipe:sebagai penyaluran fluida di system.

Pipe

• Pump: untuk menggerakan fluida dengan menaikkan tekanan pada fluida

Pump

• Steam Turbine

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

Steam Turbine

• Control Valve : valve yang digunakan sebagai pengontrol laju aliran fluida yang berada pada system yaitu control valve

Control Valve

• Water Mixer:sebagai penyampur fluida di HRSG

Water Mixer

Water Mixer

• Water Splitter

Water Splitter

Water Splitter

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 adiabatik di mana proses adiabatik 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 hitam

Jalur koneksi warna hitam yang tebal pada sistem Combined Cycle Power Plant menunjukkan alur gas yang terjadi pada sistem tersebut. Pada sistem tersebut, jalur gas tersebut adalah jalur suplai udara pada Gas Turbine dan jalur exhaust dari Gas Turbine

- Jalur merah

Jalur koneksi warna merah pada sistem Combined Cycle Power Plant menunjukkan alur uap temperatur tinggi pada sistem. Jalur uap tersebut melalui bagian Heat Exchanger, dan menyuplai uap untuk menggerakkan Turbin Uap Stodola.

- Jalur biru

Jalur koneksi warna biru pada sistem Combined Cycle Power Plant menunjukkan alur uap temperatur rendah pada sistem. Jalur ini terdapat di proses Heat Exchanger terutama pada bagian economizer, dan tangki penyimpanan.

Pembelajaran Sistem Fluida 5 | Kamis 10 Desember 2020

Pada pembelajaran sistem fluida hari ini, Pak Hariyo membahas kembali mengenai pemodelan sistem fluida. Salah satu pemodelan sistem yang dianalisa adalah model kompresor yang terdapat di dalam library ThermoSysPro.

Kemudian kami diminta untuk melakukan remodelling dari kompresor. Pertama kita harus mengidentifikasi komponen-komponen yang terdapat pada model kompresor. Pada model kompresor, terdapat kompresor, pipa, dan sumber kondisi batas, dan pembuangan (sink).

Pada komponen-komponen pada model kompresor, terdapat parameter-parameter yang dapat diubah. Seperti contoh pada komponen kompresor, terdapat parameter Compression Factor, Isentropic Efficiency, dan Power Losses due to hydrodynamic friction.

OpenModelica menyediakan fitur skema kompresor yang dapat diakses dari librarynya dalam ThermoSysPro--> Examples--> SimpleExamples--> TestCompressor, dimana skemanya menapilkan gambaran seperti gambar berikut.

Diagram Test Compressor dari OpenModelica

Berangkat dari hal tersebut, kami diminta untuk mensimulasikan permodelan kompresor yang sama, hanya saja susunan komponen sistem fluidanya kami yang menyusun secara manual. Kemudian dari hal tersebut, kami diminta untuk membandingkan hasil simulasi template dari OpenModelica dengan hasil dari yang kami buat.

Gambaran dari komponen kompressor tersebut dapat diakses dengan Machines--> Components--> Compressor, dan tampilannya sebagai berikut.

Element kompresor dari environtment openmodelica

setelah itu kami melakukan remodelling dari contoh sistem kompresor tersebut. Kemudian di akhir pertemuan pak Hariyo memberikan kami Tugas Besar

Pembelajaran Sistem Fluida 6 | Kamis 17 Desember 2020

Pada minggu ini, kelas sistem fluida diisi oleh kuliah tamu yag diisi oleh Pak Dr. Harun alumni S3 DTM yg juga berkecimpung di sektor industri pembangkit tenaga listrik bersedia untuk memberikan materi. Beliau adalah CEO PT Indopower Internasional.

Kuliah kali ini membahas mengenai Combined-Cycled Power Plant (CCPP) yang digunakan dalam industri untuk membangkitkan listrik menggunakan combined cycle.

Evaluasi dari combined cycle salah satunya adalah efisiensi, harga, yang mnejadi patokan pemilihan tander.

Sebelum membahas mengenai CCPP, pak Harun memberikan sedikit pengenalan mengenai turbin gas. Di awal tahun 1950, sekitar 224 turbin gas mulai beroperasi di seluruh dunia. Kapasista turbin gas pada saat itu berkisar sekitar 27.000kW. Turbin gas merupakan combustion turbine yang memiliki beberapa konfigurasi seperti turbojet, turboprop, turboshaft, high-bypass turbofan, low bypass afterburning turbofan. Sekedar pengetahuan, turboprop biasanya dipasang di pesawat karena paling hemat bahan bakar dibanding gas turbin lainnya. 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). Secara garis besar digambarkan oleh flow berikut:

Flow diagram sederhana dari Combined Cycle Power Plant

Dengan memanfaatkan energi sisa dari turbin gas untuk menggerakkan turbin uap, maka efisiensi dari pembangkit listrik jenis ini tinggi.

Sinopsis Tugas Besar

Pada tugas besar kali ini saya akan mensimulasikan suatu sistem fluida untuk pembangkitan daya listrik menggunakan mesin-mesin fluida. Kali ini, saya akan melakukan suatu simulasi pada drum boiler menggunakan perangkat openmodelica. Steam Drum atau drum boiler adalah salah satu komponen pada boiler pipa air yang berfungsi sebagai reservoir campuran air dan uap air, dan juga berfungsi untuk memisahkan uap air dengan air pada proses pembentukan uap superheater. Namun tidak semua boiler pipa air (water tube) yang menggunakan steam drum ini. Boiler supercritical beroperasi pada tekanan sangat tinggi di atas tekanan kritis, sehingga tidak dimungkinkan terbentuk gelembung-gelembung uap air, karena itulah boiler supercritical tidak memerlukan steam drum untuk memisahkan air dengan uap air.

Ilustrasi Boiler Drum Source: https://www.eurotherm.com/process-control-applications/boiler-drum-level-control/

Tugas Besar

Judul: Pemodelan Drum Boiler untuk keperluan PLTU dengan Menggunakan Perangkat OpenModelica

Oleh: Iza Azmar Aminudin (1806233316)

Pendahuluan

Kebutuhan energi di Indonesia yang semakin sehari akan semakin meningkat seiring dengan semakin banyaknya pertumbuhan manusia dan juga mobilitas manusia modern yang sangat tinggi dan oerlu ditunjang oleh energi yang cukup. Salah satu sumber energi yang sering dimanfaatkan di Indoensia adalah listrik dari PLTU. Di sisi lain, Pembangkit uap atau boiler adalah satu komponen penting dalam PLTU, dimana bolier berperan merubah panas dari sumber energi menjadi ke fluida pendingin primer ke pendingin sekunder yang menghasilkan uap untuk menggerakkan turbin, kualitas uap yang dihasilkan berpengaruh terhadap keluaran daya listrik PLTU. Salah satu komponen pada boiler adalah Steam Drum yang berfungsi menampung air umpan sistem dalam pembuatan uap yang temperaturnya cukup tinggi dan memisahkan fluida antara fase gas dan fase cair.

Pembangkit uap merupakan adalah proses yang kompleks dan rumit dan berperilaku nonlinier (Adam, 1999). Model matematika lengkap biasanya menggabungkan beberapa aspek. Untuk pemodelan boiler untuk skala besar biasa dilakukan dengan menggunakan software besar dan berbasar seperti RELAP, TRAC dan Reyes walau demikian software ini mahal dan rumit. Sedangkan model sederhana lebih cocok untuk digunakan dalam pemodelan sistem dan untuk dikembangkan dalam penelitan bidang kendali pada suatu universitas. Untuk itu, pada kesempatan ini, penulis akan membuat suatu pemudelan sederhana dengan menggunakan software open modelica sebagai perangkat untuk mensimulasikan salah satu aplikasi sistem fluida yaitu drum boiler.

Tugas besar sistem fluida dilaksanakan untuk dapat membantu kami memahami aplikasi mata kuliah sistem fluida (perpipaan beserta mesin fluidanya) pada suatu sistem. Tugas besar berbentuk suatu simulasi yang dilakukan dengan mengaplikasian perangkat lunak OpenModelica karena kondisi secara ril dapat ditinjau dengan metode tersebut. Dengan menggunakan aplikasi ini, kami juga dapat mendapatkan gambaran dengan mudah terkait berbagai aspek pada waktu yang sesungguhnya sesuai dengan parameter dan variabel yang kita tentukam secara real time.

Terdapat tiga proses perhitungan dalam sistem fluida, seperti yang pernah disebutkan di kelas, yaitu secara eksperimental, simulasi, dan perhitungan manual (teoritis) untuk validasi. Selain itu, apabila kami melakukan simulasi secara nyata dengan miniatur atau prototipe komponen, hal tersebut tidak memungkinkan. Jika melakukan perhitungan dengan teoritis, maka hal tersebut perlu dilatih pada saat kami berkuliah dan perhitungan manual akan melibatkan perhitungan yang rumit dan banyak faktor faktor yang diabaikan seperti kondisi yang dianggap steady state. Dengan begitu, kami melakukan simulasi ini akan dirasa paling cocok apabila menggunakan metode CFD (komputasi).

Dasar Teori

Boiler adalah bejana tertutup yang menyediakan sarana untuk mengkonversi air menjadi uap. Uap di bawah tekanan kemudian digunakan untuk mentransfer panas untuk selanjutnya menajadi uap. Boiler atau pembangkit uap uap adalah suatu sistem atau peralatan yang mengubah energi seperti energi kimia dari bahan bakar seperti batubara, minyak, gas atau energi nuklir menjadi energi panas dan menggunakan untuk memanaskan air menjadi uap air. Uap air yang dihasilkan kemudian digunakan untuk memanaskan bahan atau melakukan kerja mekanik melalui sebuah mesin berputar seperti turbin. Pada pembangkit lisrik maka turbin akan menggerakan generator penghasil arus listri. Secara umum, boiler ap memiliki dua subsistem utama. Subsistem pertama adalah tungku boiler dimana bahan bakar dan udara dicampur dan dibakar untuk menghasilkan gas panas buang. Sedangkan subsistem kedua adalah subsistem transfer panas yang biasanya terdiri steam drum. Steam Drum adalah suatu alat pada boiler yang berfungsi menampung air dari feedwater sistem dalam pembuatan uap yang temperaturnya cukup tinggi dan memisahkan fluida antara fase gas dan fase cair (steam).

Besar/kualitas steam yang dihasilkan baik itu suhu, tekanan maupun laju aliran steam sangat dipengaruhi oleh aliran gas buang panas yang dihasilkan dari pembakaran di dalam turbin gas. Di samping itu, steam yang dihasilkan juga dipengaruhi oleh level dari drum itu sendiri. Untuk bisa dihasilkan steam dengan kualitas yang baik tersebut, maka berbagai parameter di dalamnya harus dapat dikontrol dengan baik, mengingat karakteristik dinamiknya yang sering berubah menyesuaikan beban proses yang ada. Salah satu komponen kontrol yang penting adalah High Pressure Steam Drum (HP Drum). Parameter kontrol yang harus dijaga dengan baik adalah level air pada steam drum tersebut yang harus selalu dijaga pada ketinggian tertentu. Apabila terlalu tinggi, maka steam akan basah sehingga berpotensi merusak peralatan-peralatan yang menggunakan steam tersebut, seperti steam turbine dan lain-lainnya. Sebaliknya apabila terlalu rendah, maka tube-tube dari boiler yang bersangkutan akan menjadi over heated sehingga umur boiler menjadi singkat.

Sistem boiler merupakan sistem pembangkit uap panas (steam generator) yang memanfaatkan energi perpindahan panas dari hasil pembakaran untuk mengubah air menjadi produk utama berupa steam. Dua jenis pembangkit daya yaitu berupa turbin gas, dan turbin steam atau dikenal sebagai Combined Cycle (CC), maupun Combined Heat Power (CHP) menghasilkan energi listrik dan panas. Oleh sebab itu boiler dibedakan dalam dua tipe, yaitu:

1. Boiler dengan pembakar (fired boiler) yang digunakan pada sistem pembangkit daya dengan turbin steam;

2. Boiler tanpa pembakar (unfired boiler atau Heat Recovery Steam Generation/HRSG) yang berfungsi sebagai penukar panas (heat exchanger) untuk mengubah gas panas dan air menjadi steam.

Karakteristik serta sirkulasi operasi kedua jenis boiler tersebut pada prinsipnya sama yaitu menghasilkan steam dari air dengan memanfaatkan energi panas. Keduanya mempunyai kehandalan (reliability) operasi serta perpindahan panas maksimum yang memegang peranan penting, dan sifatnya kritis terhadap perubahan suhu gas. Salah satu parameter operasi boiler yang harus dijaga dengan baik adalah level/ ketinggian permukaan air dalam HP drum. Untuk boiler dengan kapasitas besar, pengontrolan level steam drum dikenal dengan istilah tiga (three) elemen dan satu (single) elemen level control. Single element level control akan difungsikan pada saat produksi steam masih di bawah 30%, dan begitu lebih besar daripada 30%, maka sistem kontrol level secara otomatis pindah ke three elemen level control. Pada single element, level semata-mata dikontrol oleh level air pada steam drum, sedang pada three element, di mana parameter proses dikontrol adalah kombinasi dari level air pada steam drum, laju aliran steam yang dihasilkan, dan tekanan steam yang dihasilkan.

Skema Steam Drum untuk produksi uap ditunjukkan pada Gambar berikut ini. dimana diperlihatkan produksi uap menggunakan unit drum-boiler. Air umpan disalurkan oleh pompa feedwater ke dalam steam drum. Karena gravitasi, air mengalir turun melalui downcomer-riser lingkaran tertutup menghasilkan uap jenuh, yang mengalir di sepanjang tabung riser sebelum dikumpulkan dan dimasukkan kembali ke dalam drum, uap jenuh mengalir melalui permukaan air sampai keluar setelah mencapai outlet Steam Drum untuk selanjutnya disalurkan ke turbin uap.

Ilustrasi Boiler Drum Source: https://www.eurotherm.com/process-control-applications/boiler-drum-level-control/

Tujuan Penelitian

Tujuan dari tugas besar ini adalah untuk mengembangkan model sistem Steam Drum pada sistem boiler sederhana yang akan digunakan pada penelitian lanjutan sebagai pengembangan algoritma kendali pada model sistem. Pengembangan yang dilakuan mengacu pada prisip-prinsip sistem fluida.

Metodologi

Variabel yang alan dianalisa dalam Steam Drum boiler adalah sebagai berikut:

1. tekanan uap air;

2. temperatur uap air;

3. dan laju masa air dalam sistem

Pengukuran tekanan air dan temperatur uap pada Steam Drum adalah hal yang sangat penting untuk safety dan efisiensi operasional dari boiler. Dapat dikatakan bahwa Steam Drum adalah jantung dari sebuah boiler. Oleh karenanya dalam merancang dan menganalisa sistem kendali pada bolier diperlukan suatu model Steam Drum yang sederhana ringkas namun mampu digunakan sebagai model sistem yang akan di uji. Varibel yang akan diuji adalah tekanan air normal, suhu air dan uap dalam sistem, dan laju massa air yang mengalir melewati sistem dari pump dan keberadaanya untuk menjadi uap adalah dalam waktunya antara 0 dan 500 detik. Steam Drum adalah sistem proses atau plant yang bersifat non-linear dan kompleks karena banyaknya interaksi dari variabel variable input dan output sistem. Oleh karenanya untuk menurunkan model matematika, struktur internal dan fungsi subsistem dari boiler harus dipelajari. Model matematika dari boiler ini diturunkan dari kesetimbangan massa dan energi.

Dengan memenuhi kaidah gerak jatuh bebas maka debit fluida yang keluar dari Steam Drum akan setara akar dari dengan ketinggian fluida dalam Steam Drum dan dikalikan dengan faktor bukan kran/valve out.

Kesetimbangan energi dapat dituliskan sebagai berikut

*Keterangan

keterangan rumus

Untuk membangun model boiler maka persamaan matematika sistem Steam Drum boiler kemudian di aplikasikan dengan menggunakan paket program Matlabsimulink. Simulink adalah paket program yang sering digunakan untuk pemodelan, dan menganalisa sistem dinamik. Program ini mendukung sistem linier dan non linier dengan pemodelan berbasis waktu. Untuk melakukan ini sejumlah komponen model di pasang bersamaan untuk mensimulasi kelakuan boiler yang lengkap. Sistem yang dibangun adalah sistem multi input multi output (MIMO) dengan 2 masukan yaitu flow input (Fin) dan Kalor (Q) dan keluaran adalah level air (h) dan Suhu (T).

Secara garis besar berikut adalah Langkah-langkah dalam pelaksanaan tugas besar.

Pemodelan Sistem Fluida

Pembuatan model drum boiler menggunakan perangkat lunak openmodelica. Model ini menggunakan referensi dari sistem library yang ada dalam perangkat openmodelica. Berikut adalah pembahasan komponen yang digunakan dalam sistem ini.

Komponen

Simbol	Parameter	Fungsi
Pump		Pompa yang digunakan adalah pompa sentrifugal. Ketika pompa ini bekerja, maka tekanan fluida akan meningkat dari inlet pompa menuju ke outletnya. Perubahan tekanan akan mendorong cairan ke seluruh sistem.
Evaporator		Evaporator merupakan suatu alat yang memiliki fungsi untuk mengubah keseluruhan atau sebagian suatu pelarut dari sebuah larutan berbentuk cair menjadi uap sehingga hanya menyisakan larutan yang lebih padat atau kental, proses yang terjadi di dalam evaporator disebut dengan evaporasi.
Steam		berfungsi sebagai reservoir campuran air dan uap air, dan juga berfungsi untuk memisahkan uap air dengan air pada proses pembentukan uap superheater. Namun tidak semua boiler pipa air (water tube) yang menggunakan steam drum ini.
Sink		Befungsi sebagai pembuang panas adalah penukar panas pasif yang memindahkan panas yang dihasilkan oleh alat elektronik atau mekanik ke sebuah medium fluida yang sering kali berupa pendingin udara atau cair, dan lalu panas akan dikeluarkan dari alatnya dan suhu alat akan tetap terjaga pada suhu yang optimal.
Furnace		Bagian ini merupakan tempat terjadinya pembakaran bahan bakar yang akan menjadi sumber panas, proses penerimaan panas oleh media air dilakukan melalui pipa yang telah dialiri air, pipa tersebut menempel pada dinding tungku pembakaran.

Sensor

Simbol	Parameter
Sensor Suhu
Sensor Tekanan Fluida
Sensor Laju Massa Fluida

Ambient

Simbol	Parameter
Ambient

Dan berikut adalah model drum boiler yaitu hasil rangkaian dari komponen-komponen yang telah ditentukan sebelumnya dengan asumsi serta karakteristik yang sudah disesuaikan dengan kebutuhan penelitian.

Rangkaian Drum Boiler dalam openmodelica

.

Hasil dan Pembahasan Simulasi

Mula-mula, dilakuakn checking terhadap model yang sudah disusun beserta variabel serta asumsi yang hendak dicapai

hasil perhitungan

Dengan menggunakan perangkat openmodelica. Dilakukanlah suatu simulasi dengan rincian perhitungan tekanan air normal, suhu air dan uap dalam sistem, dan laju massa air yang mengalir melewati sistem dari pump dan keberadaanya untuk menjadi uap adalah dalam waktunya antara 0 dan 500 detik. Berikut adalah grafik hasil perhitungannya.

Grafik Hasil Simulasi

Dari hasil ini terlihat bahwa tekanan uap akan cenderung meningkat selama kurun waktu internal simulasi. Selain itu, karena adanya evaporator menyebabkan suhu air naik dan menyebabkan terjadinya boiling pada air sehingga beruha fasa menjadi uap air. Di sisi lain, sistem ini juga mempengaruhi laju aliran fluida di mana laju air justru terus meningkat sepanjang waktu interval simulasi karena terjadi perubahan tekanan pada sistem.

Kesimpulan

1. Dalam drum boiler, tekanan fluida (air) yang berbentuk cair berubah fasa menjadi akan cenderung meningkat selama kurun waktu internal simulasi hal ini berbanding lurus dengan kenaikan suhu yang terjadi pada fluida akibat dari adanya evaporator dan furnace.

2. Sistem drum boiler akan mempengaruhi laju aliran karena perubahan suhu dan perubahan fasa yang terjadi pada fluida kaan meningkatkan kecepatan alir fluida yang menyebabkan laju aliran massanya pun akan meningkat.

3. Dengan menggunakan perangkat openmodelica, kita bisa memodelkan suatu sistem fluida dalam drum boiler yang dapat digunakan untuk lebih memahami sistem fluida lebih dalam lagi dengan sederhana dan praktis.

Referensi

• Åhlander, Alexander. 2017. Maintaining Source Origin in a Modelica Compiler. Department of Computer Science Faculty of Engineering LTH. Lund University. ISSN 1650-2884 L

• E. Adam and J. Marchetti, "Dynamic simulation of large boilers with natural recirculation," Computers & chemical engineering, vol. 23, pp. 1031-1040, 1999.

• Prof. Dr. Ir. Harinaldi, M.Eng., Prof. Dr. Ir. Budiarso, M.Eng. ; editor, Ade M. Drajat, ST. Ade M. Drajat, (editor). Sistem fluida : prinsip dasar dan penerapan mesin fluida, sistem hidrolik, dan sistem pneumatik / Jakarta :; © 2015: Erlangga,, 2015

• U.S.NRC, "TRAC-M Version 3.0 Theory Manual" https://www.nrc.gov/readingrm/doc-collections/nuregs/contract/ December 2015].

• J. N. Reyes Jr, "Governing equations in two-phase fluid natural circulation flows," Natural Circulation in Water Cooled Nuclear Power Plants, Annex, vol. 6, 2005.

• K. J. Åström and K. Eklund, "A simplified non-linear model of a drum boiler-turbine unit," International Journal of Control, vol. 16, pp. 145-169, 1972.

Analisis Pemodelan Sistem Fluida Pneumatik dan Hidraulik

Proses-proses yang ada di industri pada umumnya membutuhkan benda atau zat untuk dipindahkan dari satu lokasi ke lokasi lain, atau kekuatan yang diterapkan untuk menahan, membentuk atau memampatkan suatu produk. Di banyak lokasi, semua penggerak utama adalah listrik. Gerakan rotasi dapat dilakukan dengan motor sederhana, dan gerakan linier dapat diperoleh dari gerakan berputar dengan perangkat seperti jack sekrup atau rak dan pinion. Namun, perangkat listrik bukanlah satu-satunya cara untuk menyediakan penggerak utama. Fluida tertutup (baik cairan maupun gas) juga dapat digunakan untuk mengalirkan energi dari satu lokasi ke lokasi lain dan, akibatnya, menghasilkan gerakan berputar atau linier atau menerapkan gaya. Sistem berbasis fluida yang menggunakan fluida sebagai media transmisi disebut sistem hidrolik. Sistem berbasis gas disebut sistem Pneumatik.

1. Pneumatic

Sistem pneumatik adalah sebuah sistem fluida yang memanfaatkan udara terkompresi untuk menghasilkan efek gerakan mekanis. Secara istilah pneumatik mengacu pada mekanisme yang menggunakan tekanan udara untuk memberikan gaya mekanis dan kerja. Semua sistem yang menggunakan tenaga yang disimpan dalam bentuk udara yang dimampatkan untuk menghasilkan suatu kerja disebut dengan sistem Pneumatik.

Hukum Dasar Sistem Pneumatic

Hukum Pascal:

“Jika tekanan eksternal diberikan pada sistem tertutup, tekanan pada setiap titik pada fluida tersebut akan meningkat sebanding dengan tekanan eksternal yang diberikan.”

dimana:

P = Pressure (Pa)

F = Force (N)

A = Area (m²)

Hukum Boyle:

“Pada suhu tetap, tekanan gas didalam suatu ruang tertutup berbanding terbalik dengan volumenya”

dimana:

P = Pressure (Pa)

V = Volume (M³)

T = Temperature (K)

Komponen Pada Sistem Pneumatik

Berikut adalah komponen-komponen umum pada sistem pneumatik:

• Kompresor

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.

• Regulator & Gauge

Regulator adalah 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.

• Check Valve

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.

• Tanki Akumulator

Tanki 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.

• Saluran Pipa

Pipa-pipa 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.

• 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.

• I/P Controller (Current to Pressure Controller)

Pada aktuator pneumatik yang kerjanya dapat bermodulasi diperlukan satu alat kontrol supply udara bertekanan yang khusus bernama I/P Controller. I/P Controller ini mengubah perintah kontrol dari sistem kontrol yang berupa sinyal arus, menjadi besar tekanan udara yang harus disupply ke aktuator.

• 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.

Contoh Sistem Pneumatic dalam OpenModelica

Berikut adalah contoh simulasi sistem Pneumatic dalam OpenModelica

Sistem Pneumatic dalam Openmodelica

2. Hydraulic

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.

Hukum Dasar Sistem Hydraulic

Hukum Pascal:

“Jika tekanan eksternal diberikan pada sistem tertutup, tekanan pada setiap titik pada fluida tersebut akan meningkat sebanding dengan tekanan eksternal yang diberikan.”

dimana:

P = Pressure (Pa)

F = Force (N)

A = Area (m²)

Hukum Hidrostatik

“Tekanan hidrostatika tidak bergantung pada berat dari suatu fluida, tetapi sangat berhubungan dengan perbedaan ketinggian fluida tersebut”

Komponen Pada Sistem Hidrolik

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

merupakan 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.

Contoh Sistem Hidraulik dalam OpenModelica

Salah satu contih sistem hidraulik yang ada dalam library openmodelica diantaranya adalah 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 aktuator bekerja, 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. Setelah itu, fluida diruang A akan kembali ke tangki.

Contoh Sistem Hidraulik dalam Openmodelica

Ujian Akhir Semester (UAS)

                                                               بِسْمِ اللّهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيْمِ

Ujian Akhir Semester Sistem Fluida

Nama  : Iza Azamr Aminudin

NPM  : 1806233316

Kelas  : Sisflu-03

Pada hari Kamis, 14 Januari 2020, kami kelas Sistem Fluida-03 melaksanakan Ujian Akhir Semester bersama pa Dai. Pada laman ini, saya akan menyampaikan soal dan jawaban yang saya jawab dalam UAS tersebut. Selamat membaca dan mohon koreksinya.

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

Berikut adalah langkah-langkah yang dapat dilakukan dalam merancang suatu sistem fluida.

Dokumentasi Jawaban

2. Buat dan jelaskan Process Flow Diagram sistem fluida yang melibatkan:

a. Mesin Kerja

yaitu mesin yang berfungsi mengubah energi mekanis poros menjadi energi fluida ( energi potensial dan energi kinetik ).

Contoh : pompa, kompresor, kipas (fan), propeler.

Flow Chart:

b. Mesin Tenaga

Mesin Kerja adalah mesin fluida yang berfungsi mengubah energi fluida (energi potensial dan energi kinetik) menjadi energi mekanis poros atau energi mekanik lainnya.

Contoh : turbin, kincir air, dan kincir angin.

Flow Chart:

c. Mesin Kerja dan Mesin Tenaga

Sistem dengan kombinasi sistem ini memungkinkan untuk menghasilkan 2 siklus yang saling melengkapi, mesin kerja menggerakan fluida atau menambah energi nya yang nantinya energi fluida tersebut akan diserap oleh turbin. sedangkan pada turbin sendiri karena adanya energi fluida turbin akan menghasilkan energi listrik yang nantinya dapat dimanfaatkan oleh mesin kerja sebagai sumber energi mekaniknya.

Flow Chart:

Dokumentasi Jawaban

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

Pada tugas besar kali ini, saya menganalisis bagaimana sistem fluida dalam boiler dalam PLTU dapat bekerja. Tujuan dari tugas besar ini adalah mencari nilai debit air yang dihasilkan oleh sistem. Berikut adalah persamaan yang digunakan dalam perhitungan tugas besar saya.

• Keterangan

Dokumentasi Jawaban

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

Pada tugas besar kali ini, saya menganalisis bagaimana sistem fluida dalam boiler dapat bekerja. Tujuan dari tugas besar ini adalah mencari nilai debit air yang dihasilkan oleh sistem.

Berikut adalah Properti dan Asumsi yang digunakan dalam perhitungan

Berikut adalah persamaan yang digunakan dalam perhitungan tugas besar saya.

• Keterangan

Tujuan dari tugas besar ini adalah mencari nilai debit air yang dihasilkan oleh sistem.

Dengan mengimplementasikan persamaan yang ada kedalam propert dengan batasan asumsi yang ada. Dengan menggunakan perangkat microsoft excel, berikut adalah hasilnya

Sebagai perbandingan, berikut adalah hasilyang dihasilkan dari percobaan

Setelah membandingkan kedua hasil tersebut, dapat disimpulkan bahwa terdapat perbadaan antara hasil simulasi debit fluida yang dihasilkan dengan menggunakan perangkat openmodelica dengan menggunakan excel yaitu sebesar +/- 3 m³. Hal ini disebabkan karena adanya error sangat perhitungan dan masalah floating dalam simulasi. Untuk itu, perlu dilakukan validasi dan verifikasi Kembali setiap melakukan suatu pemodelan sistem fluida.

Dokumentasi Jawaban

                                                               -Terima Kasih-