Iza azmar aminudin

بِسْمِ اللهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيْمِ

السَّلاَمُ عَلَيْكُمْ وَرَحْمَةُ اللهِ وَبَرَكَاتُ

Biodata Diri

Iza Azmar Aminudin

Nama  : Iza Azmar Aminudin

NPM  : 1806233316

Prodi  : Teknik Mesin Universitas kelas paralel

Kelas Mekanika Fluida 02-2020

---

---

Pertemuan 1: 31 Maret 2020

---

Analisis Aliran Fluida dalam pipa menggunakan software CFDSOF-NG

Kelas ini dijalankan secara online dan diampu oleh Bang Edo Syafei sebagai Asisten Dosen.

Konsep Dasar

Bilangan Reynold

Bilangan Reynold adalah sebuaah kombinasi tak-berdimensi dari variabel-variabel yang penting dalam kajian aliran viskos. Bilangan ini digunakan untuk mengidentikasikan jenis aliran yang berbeda, misalnya laminar dan turbulen.

Persamaan bilangan Reynold yaitu,

                                                               Re = V.D.ρ/μ

Dimana :

V kecepatan (rata-rata) fluida yang mengalir (m/s)

D adalah diameter dalam pipa (m)

ρ adalah masa jenis fluida (kg/m3)

µ adalah viskositas dinamik fluida (kg/m.s) atau (N. det/ m2)

Analisis Fluida Dengan Aplikasi CFDSOF-NG

Analisis fluida yang dilakukan pada CFDSOF kali ini adalah analisis kecepatan(u) dan tekanan(p) fluida pada pipa sepanjang 1 meter. Pada analisis kali ini, diasumsikan bahwa fluida mengalami aliran laminar. Berikut adalah asumsi properti fluida yang digunakan dalam menganalisis fluida. Kecepatan awal fluida  : 0,01 m/s

Dynamic VIscosity  : 0,000018 kg/m.s

Rho  : 1,225kg/m3

Kinematic Viscosity  : 1,47 x 10^-5

Diameter  : 0,1 m

maka didapatlah nilai bilangan Reynold sebesar 0,889

Untuk aliran Laminar, bilangan Reynoldnya harus <2100, dengan demikian asumsi ini dapat digunakan untuk analisis aliran fluida.

tampilan Excel asumsi Fluida

Masuk ke dalam software CFDSOf, awalnya kita diberikan suatu analisis untuk bentuk box, karena analisis akan dilakukan dengan tinjauan dua dimensi. Selanjutnya adalah menentukan dimensi dan divisi (grid) untuk menganalisis aliran fluida dalam pipa. Sumbu Z diabaikan karena analisis ini hanya untuk 2 Dimensi.

tampilan dalam software CFD-NG

Lalu, analisis dilanjutkan dengan menentukkan properti fluida sesuai dengan yang diinginkan. Pada kasus ini, properti fluida dan aliran fluida disesuaikan dengan asumsi awal yang akan telah dilakukan untuk aliran lamiran. Selain itu, fluida diasumsikan Inviscid , Incompressible, Steady-State, Laminar serta Subsonic.

asumsi fluida pada software CFDSOF

Selanjutnya kita perlu untuk menjalankan CFD Solver. Setelah dijalankan, akan muncul grafik momentum residual terhadap waktu. Pada kasus ini diperolah iterasi sebanyak 65 kali.

alt text

Untuk visualisasi yang lebih jelas, gunakan software Paraview untuk melihat distribusi kecepatan(u) dan tekanan(p) sepanjang pipa.

Terlihat Kecepatan fluida yang mengalir pada pipa secara umum homogen disepanjang pipa.Kecepatan maksimal berada pada sumbu dari pipa dan bernilai nol pada fluida yang bersentuhan dengan permukaan pipa.Namun terdapat perbedaan pada Inlet dikarenakan Profile belum terbentuk sempurna pada Entrance Region.

Distribusi kecepatan fluida pada pipa

Pada distribusi tekanan terlihat bahwa semakin jauh dari titik inletnya,maka tekanan akan semakin berkurang. Hal ini disebabkan oleh terjadinya head loss atau penurunan tekanan fluida karena adanya gesekan antara permukaan pipa dengan fluida.

distribusi tekanan sepanjang pipa

Untuk mengetahui bentuk profil didapatkan dengan cara melakukan plot pada aliran yang telah sempurna terbentuk (Fully Develop) yaitu berada pada x=0,8 m dari titik (0,0,0). Angka ini didapatkan dari perhitungan Enterance Length yang menunjukkan pada jarak ke berapa profil sudah terbentuk dengan sempurna(Fully Developed).

profil kecepatan dan tekanan aliran fluida

Selanjutnya, terdapat beberapa pertanyaan terkait materi ini yaitu sebagai berikut.

Pada pertemuan ini, Mas Edo sebagai pengajar serta memberi beberapa pertanyaan:

Apa itu entrance region/aliran masuk?

Apa itu fully developed flow/aliran berkembang sempurna?

Apa itu entrance length?

Apa pengaruh viskositas? dan pengaruh pressure drop dalam pipa?

Bagaimana cara menghitung pressure drop suatu aliran dalam laminar/turbulen?

Referensi

Munson, Bruce R. 2004. Mekanika Fluida Edisi keempat jilid 1. Iowa State University, Iowa, USA.

---

Pertemuan 2: 1 April 2020

---

                                                            بِسْمِ اللَّهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيمِ 

Pada pertemuan kali ini, kami menggunakan media Zoom untuk media pembelajaran kami dengan sistem PJJ (Pembelajaran Jarak Jauh). Pertemuan kali ini diampu oleh Bapak Dr. Ir. Ahmad Indra Siswantara dan Bang Edo. Berikut adalah beberpa pelajaran yang saya dapatkan.

A. Konsep Dasar Dalam Mengerjakan Soal Mekanika Fluida

Dalam mata kuliah Mekanika Fluida ada beberapa prinsip yang mendasari berbagai macam konsep dan persamaan yang ada di dalam mata kuliah ini. Diantaranya adalah sebagai berikut.

1) Hukum Konservasi Massa Hukum Kekekalan Massa adalah suatu hukum yang menyatakan massa dari suatu sistem tertutup akan konstan meskipun terjadi berbagai macam proses di dalam sistem tersebut (dalam sistem tertutup Massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama (tetap/konstan). Hukum ini dapat dinyatakan kedalam bentuk persamaan yaitu.

                                                                   dm/dt=0

2) Hukum Konservasi Momentum Hukum kekekalan momentum menyatakan bahwa “jika tidak ada gaya luar yang bekerja pada sistem, maka momentum total sesaat sebelum sama dengan momentum total sesudah tumbukan”. Hukum ini juga merupakan turunan dari hukum Newton kedua untuk gerak. Persamaan dari hukum ini dapat dinyatakan sebagai berikut.

                                                                  dv/dt~∑F

3) Hukum Konservasi Energi hukum kekekalan energi menyatakan bahwa jumlah energi dari sebuah sistem tertutup itu tidak berubah—ia akan tetap sama. Energi tersebut tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan; namun ia dapat berubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi lain. Hukum ini sama seperti yang disampaikan dalam hukum Termodinamika I. Persamaan dari hukum kekekalan energi dalam mekanika fluida dapat dinyatakan sebagai.

                                                                 dE/dt=W+Q

B. Konsep entrance region, entrance length dan fully develop flow

Iliustrasi aliran dalam suatu pipa

Terdapat beberapa konsep terkait aliran dalam suatu pipa. Berikut adalah beberapa definisi dari konsep-konsep tersebut.

1) Entrance Region adalah suatu wilayah atau daerah yang berada didekat dengan tempat masuknya fluida ke pipa. Atau bagian awal dari suatu empat aliran yang masuk dari suatu sumber.

2) Entrance Length adalah panjang suatu aliran dari awal masuk pipa hingga mencapai kondisi dimana fully developed flow atau aliran yang berkembang sempurna.

Sumber: Book of “Fundamental fluid Dynamics By Munson

3) Fully Develeoped Flow adalah kondisi dimana profil kecepatan fluida tidak lagi berubah terhadap koordinat.

C. Pressure Drop

Pressure Drop didefinisikan sebagai penurunan tekanan yang terjadi karena adanya gesekan pada fluida yang mengalir. Pressure drop akan semakin tinggi dan berbanding lurus dengan gesekan pada fluida. Sedangkan besarnya gesekan dipengaruhi oleh viskositas dari suatu fluida.

Cara menghitung Pressure Drop salah satunya dapat menggunakan persamaan berikut ini.

Rumus cara menghitung Pressure Drop

D. Latihan Soal

Latihan Soal menghitung Pressure Drop

Selanjutnya adalah latihan visualisasi vektor kecepatan pada aliran dalam pipa menggunakan software CFDSOF_NG dan cara menghitung dan memvisualisasikan pressure drop dalam grafik menggunkan software ini.

Jawaban

Dengan asumsi aliran yang mengalir adalah aliran laminar, subsonic, tunak dan incompressible dan dengan parameter-parameter sebagai berikut.

Parameter Aliran

Rumus dalam parameter aliran

Untuk memahami dan memvisualisasikan properti aliran pada soal, gunakan CFDSOF-NG, lalu buatlah mesh dan masukan parameter yang ada ke CFDsof lalu apply.

setelah itu, hasil simulasi CFD menggunakan paraview. Gunakan fungsi Calculator untuk menghitung pressure drop.

Calculator 1: p_static = p*1.2 lalu pilih cell data pada attribute mode Calculator 2: p_dynamic = 0.5*1.2*((U_X^2+U_Y^2)^0.5)^2 lalu pilih cell data pada attribute mode Calculator 3: p_total = p_static+p_dynamic lalu pilih cell data pada attribute mode Setelah itu, lakukan slice. Lakukan slice pada 3 tempat yaitu pada saat sebelum mencapai entrance length, tepat di entrance length dan setelah entrance length.

Setiap melakukan slice pada setiap titik, lakukan integrated variable dengan cara:

Filter --> Alphabetical -> Integrated Variable -> Apply

Lalu tampilkan masing - masing integrated variable di setiap titik slice.

Pada Integrated variabel pilih cell data. Maka akan didapatkan hasil seperti berikut.

a1 (uin=0,01 m/s; μ1=0,00004 kg/m)

Slice 1: 0.05; Slice 2: 0.18; Slice 3: 0.8

a2 (uin=0,01 m/s; μ1=0,00001 kg/m)

Slice 1: 0.05; Slice 2: 0.72; Slice 3: 0.9

b1 (uin=0,01 m/s; μ1=0,00004 kg/m)

Slice 1: 0.02; Slice 2: 0.5; Slice 3: 0.9

b2 (uin=0,04 m/s; μ1=0,00004 kg/m)

Slice 1: 0.05; Slice 2: 0.72; Slice 3: 0.9

Untuk melihat profil kecepatan dengan perbedaan warna pada aliran dan dalam grafik, apply fitur plot over line pada setiap soal.

a1 (uin=0,01 m/s; μ1=0,00004 kg/m)

Slice 1: 0.05; Slice 2: 0.18; Slice 3: 0.8

a2 (uin=0,01 m/s; μ1=0,00001 kg/m)

Slice 1: 0.05; Slice 2: 0.72; Slice 3: 0.9

b1 (uin=0,01 m/s; μ1=0,00004 kg/m)

Slice 1: 0.02; Slice 2: 0.5; Slice 3: 0.9

b2 (uin=0,04 m/s; μ1=0,00004 kg/m)

Slice 1: 0.05; Slice 2: 0.72; Slice 3: 0.9

Kesimpulan dari Hasil Simulasi

Untuk soal a, aliran dengan fluida yang viskositas dinaminya lebih besar (0,00004 kg/m) menghasilkan entrance region yang lebih pendek dibandingan dengan aliran yang memiliki viskositas yang lebih kecil (0,00001 kg/m). Hal ini menandakan bahwa semakin besar viskositas dinamik suatu fluida dalam aliran maka aliran tersebut akan semakin cepat atau jaraknya semakin pencdek untuk mencapai aliran berkembang penuh. Sementara untuk soal b, aloran dengan kecepatan awal yang lebih besar akan menimbulkan entrance region yang lebih pendek sehingga aliran akan berkembang penuh dengan jarak yang lebih pendek. Rugi tekanan yang terjadi aliran yang mengalir seperti di dalam soal akan cenderung semakin besar seiring jaraknya yang bertambah dari sumber aliran.

Analisis Pengaruh Penggunaan Rear Wing untuk mereduksi Drag akibat External Flow pada mobil F1

Dalam kajian Mekanika Fluida dalam external flow, kita mengenal suatu istilah yang dinamakan sebagai Drag. Drag adalah suatu gaya netto dalam arah aliran karena tekanan dan gaya geser pada permukaan benda. Salah satu bidang yang dipengaruhi oleh adanya drag secara signifikan adalah pada balapan mobil F1. Adanya drag dapat mengganggu kecepatan mobil terutama pada kecepatan yang tinggi serta mempersulit pengendara untuk bermanuver.Untuk itu diperlukan suatu teknologi yang dapat digunakan pada mobil F1 untuk mengurangi drag.

Ilustratsi Desain Mobil F1 (sumber: https://felixdicit.com/make-2017-formula-1-livery-template/)

Mobil F1 memiliki bagian belakang yang menukik ke bawah dengan sudut tertentu. udara yang mengalir Melalui Lalu bagian belakang ini dengan kecepatan yang lebih tinggi, mengakibatkan flow seperation. Aliran udara menjadi turbulen dan zona bertekanan rendah terbentuk, hal ini meningkatkan drag. dengan adanya rear wing pada mobil F1 dapat mengurangi pemisahan aliran yang mengakibatkan berkurangnya Drag pada mobil F1.