Wildan Firdaus

بِسْمِ اللهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيْمِ

السَّلاَمُ عَلَيْكُمْ وَرَحْمَةُ اللهِ وَبَرَكَاتُ

BIODATA DIRI

Nama : Wildan Firdaus

NPM  : 1906435574

Fakultas/ Jurusan : Teknik/ Teknik Mesin

Kelas Mekanika Fluida 02

Pertemuan Mekanika Fluida 1 : 31 Maret 2020

Pertemuan pertama pada hari ini dimulai dengan pemberian materi oleh Bang Muhammad Hilman Gumelar atau akrab disapa Bang Edo. Materi tersebut berisi tentang penjelasan aliran viskos di dalam pipa, pressure lost, hubungan dari jenis aliran viskos dengan pressure lost dan simulasi aliran didalam pipa menggunakan software CFDSOF.

Aliran viskos adalah aliran di mana kekentalan nya diperhitungkan. Jenis aliran viskos dalam pipa ditentukan dari bilangan Reynold nya. Bilangan reynold adalah rasio gaya inersia suatu fluida terhadap gaya viskos fluida tersebut.

  Re = (ρ * v * D)/μ

  dimana :

  v = Kecepatan aliran 

  D = Diameter pipa 

  ρ = Massa jenis 

  μ = Viskositas dinamik 

Nilai Re kurang dari 2100 maka aliran tersebut laminer dan jika Re nya lebih dari 4000 maka aliran tersebut turbulen.

Pada pertemuan ini bang Edo juga memberikan simulasi terkait penggunaan aplikasi CFD yang mana akan digunakan untuk mensimulasikan rangkaian aliran.Berikut hasil latihan dari penggunaan software CFDSOF

Gambar dan Grafik Hasil Analisa CFDSOF

Kemudian menjelang akhir pertemuan, bang Edo memberikan tugas kepada mahasiswa berupa beberapa pertanyaan yaitu

1. Apa yang dimaksud dengan entrance region ?

2. Apa yang dimaksud dengan aliran berkembang sempurna ?

3. Bagaimana cara menghitung pressure drop ?

4. Apa pengaruh viskositas terhadap aliran ?

Jawab :

1. Entrance region adalah daerah atau bagian pada pipa yang dilalui oleh aliran hingga mencapai kondisi kecepatan aliran fluida yang seragam

2. Aliran berkembang sempurna adalah kondisi ketika profil kecepatan aliran fluida sudah seragam

3. Pressure drop untuk aliran laminer

  ∆p = f * 1/2 * 1/D * ρ * V^2      dimana f = 64/Re

Presssure drop untuk aliran turbulen

  ∆p = λ * L/D * ρ/2 * w^-2

4. Pengaruh viskositas terhadap aliran ialah jika pada aliran di suatu pipa viskositas nya di pertimbangkan maka aliran yang ada didekat dengan dinding pipa terjadi suatu gaya gesek dan menghasilkan suatu head loss

Pertemuan Mekanika Fluida 2 : 1 April 2020

Pertemuan kedua dimulai dengan pemberian materi mengenai 3 hukum dasar yang digunakan pada mekanika fluida oleh Pak DAI. Ketiga hukum tersebut yaitu :

  1. Konservasi massa

     dM/dt = 0

  2. Konservasi energi

     dE/dt = W + Q

  3. Konservasi momentum 

     m * (dV/dt) = ∑F

Kemudian setelah itu Pak DAI membahas tentang entrance region, entrance length, fully developed flow, pressure drop ( dalam hal ini tekanan dinamik ). Berikut adalah skema nya

Setelah Pak DAI memberikan materi kami diberikan persoalan untuk dikerjakan menggunakan software CFDSOF dengan arahan dari Bang Edo

Dari data data yang diberikan di soal yaitu ukuran channel flow dan fluid properties yang diberikan, umum nya akan menghasilkan vektor kecepatan sebagai berikut :

Vektor Kecepatan Pada Input Channel Flow

Vektor Kecepatan Pada Center Channel Flow

Vektor Kecepatan Pada Output Channel Flow

Setelah itu, yang harus dilakukan adalah menghitung bilangan reynold dan entrance length yang nantinya akan di input kedalam CFDSOF melalui fitur slice. Hal ini dilakukan untuk melakukan pembuktian benar atau tidak nya lokasi entrance length jika di analisa menggunakan software. Benar tidak nya entrance length nantinya akan diketahui lewat data kecepatan di beberapa titik.

Hasil perhitungan nya adalah sebagai berikut :

Pada soal a bagian 1 berdasarkan data-data yang ada dengan inlet velocity adalah 0,01 m/s dengan viskositas dinamik 0,00004 kg/m.s diperoleh Reynold numbers sebesar 30 dan entrance length adalah 0,18 m. Kemudian diambil sampel beberapa titik searah sumbu x yang digunakan untuk mengetahui perubahan kecepatan yang diperoleh adalah 0,01 m, 0,18 m(entrance length), 0,5 m dan 0,9 m. Perubahan kecepatan nya dapat dilihat sebagai berikut :

Pada soal a bagian 2 berdasarkan data-data yang ada dengan inlet velocity adalah 0,01 m/s dengan viskositas dinamik 0,00001 kg/m.s diperoleh Reynold numbers sebesar 120 dan entrance length adalah 0,72 m. Kemudian diambil sampel beberapa titik searah sumbu x yang digunakan untuk mengetahui perubahan kecepatan yang diperoleh adalah 0,01 m, 0,72 m(entrance length), 0,8 m dan 0,99 m. Perubahan kecepatan nya dapat dilihat sebagai berikut :

Pada soal b bagian 1 berdasarkan data-data yang ada dengan inlet velocity adalah 0,01 m/s dengan viskositas dinamik 0,00004 kg/m.s diperoleh Reynold numbers sebesar 30 dan entrance length adalah 0,18 m. Kemudian diambil sampel beberapa titik searah sumbu x yang digunakan untuk mengetahui perubahan kecepatan yang diperoleh adalah 0,01 m, 0,18 m(entrance length), 0,5 m dan 0,9 m. Perubahan kecepatan nya dapat dilihat sebagai berikut :

Pada soal b bagian 2 berdasarkan data-data yang ada dengan inlet velocity adalah 0,04 m/s dengan viskositas dinamik 0,00004 kg/m.s diperoleh Reynold numbers sebesar 120 dan entrance length adalah 0,72 m. Kemudian diambil sampel beberapa titik searah sumbu x yang digunakan untuk mengetahui perubahan kecepatan yang diperoleh adalah 0,01 m, 0,72 m(entrance length), dan 0,9 m. Perubahan kecepatan nya dapat dilihat sebagai berikut :

Dari hasil analisa menggunakan software dapat diketahui kecepatan dititik setelah entrance length kecepatan nya tidak berubah. Hal ini menandakan aliran tersebut sudah berada dalam kondisi berkembang sempurna.

Pertemuan Mekanika Fluida 3 : 7 April 2020

Pada pertemuan ini pak DAI memberikan penjelasan dengan bilangan reynold dan membahas tentang pekerjaan rumah mengenai aliran turbulen. Bilangan reynold adalah bilangan yang menunjukan perbandingan antara gaya inersia dengan gaya viskos. Semakin tinggi nilai bilangan reynold maka semakin tinggi gaya inersianya. Hal ini disebabkan karena suatu fluida tersebut mempunyai nilai kecepatan yang lebih tinggi.

Setelah itu juga menjelaskan mengenai lapisan batas. Lapisan batas adalah daerah lapisan tipis yang lokasinya terdapat di sekitar permukaan dimana aliran diperlambat oleh pengaruh gesekan antara permukaan dengan aliran fluida. Ketika lapisan bagian atas dan bagian bawah mulai berkembang dan bertemu pada suatu titik. Maka kondisi tersebut disebut telah memasuki daerah entrance region dan nantinya kecepatan fluida tersebut akan konstan.

Terakhir pak DAI memberikan penjelasan tentang pengaruh viskositas suatu fluida terhadap pembentukan posisi entrance length dan entrance region. Dimana jika viskositas suatu fluida semakin besar maka entrance length nya akan semakin pendek. Hal ini dikarenakan jika nilai viskositas suatu fluida semakin besar maka nilai bilangan reynold nya akan semakin kecil. Oleh karena bilangan reynoldnya kecil, sehingga akan berakibat kepada panjang entrance length dan begitupun berlaku sebaliknya.

Setelah materi disampaikan, bang Edo memberikan simulasi terkait PR yang akan dikerjakan dengan software solidworks, CFDSOF dan paraview.

Pertemuan Mekanika Fluida 4 : 8 April 2020

Pada pertemuan kali ini Pak DAI membahas tentang aliran aliran yang ada di dalam pipa yaitu terdapat aliran laminar, transisi dan turbulen. Tetapi pada kali lebih memfokuskan pembahasan nya terhadap aliran turbulen. Aliran turbulen adalah aliran yang partikel partikel nya bergerak secara acak, saling berpotongan dengan kecepatan yang tidak stabil di setiap titik nya. Cara untuk menghitung kecepatan aliran turbulen tidak bisa disamakan dengan cara menghitung kecepatan aliran laminar. Jika aliran laminar kita hanya perlu menghitung kecepatan rata rata u ̅ nya saja dan dianggap semua titik memiliki kecepatan yang sama dengan kecepatan rata rata. Sedangkan untuk aliran turbulen kita harus mencari kecepatan rata rata u ̅ dan kecepatan fluktuasi di titik tertentu u’.

Sehingga ketika ingin menentukan kecepatan di titik A persamaan nya menjadi

  u total A = u ̅ A + u’A

Nilai kecepatan pada aliran turbulen jauh lebih besar jika dibandingkan dengan dengan kecepatan aliran laminar. Hal ini dikarenakan gaya inersia nya besa, bisa dilihat dari bilangan Reynold nya yang lebih besar dari 4200 (Re= gaya inersia / gaya friksi). Besarnya kecepatan pada aliran turbulen menyebabkan energi kinetiknya juga semakin besar yang nantinya akan menyebabkan sublapisan viskos semakin tebal.

Pertemuan Mekanika Fluida 5 : 14 April 2020

Pada pertemuan ini pak Dai memberikan quiz untuk membuat sebuah artikel untuk setiap soal di wikipage. Artikel-artikelnya adalah sebagai berikut :

Soal No 1 Kecepatan Aliran Laminar Arah Sumbu X Pada Plat Parallel Didalam mempelajari mekanika fluida kita mempelajari 3 hukum dasar yaitu Hukum konservasi energi Hukum konservasi massa Hukum konservasi momentum Pada persoalan no 1 digunakan hukum konservasi momentum dengan menggunakan persamaan x – momentum. Hal ini dikarenakan kecepatan yang akan dicari hanya terfokus ke arah sumbu x. Dengan asumsi kecepatan arah y disetiap titik dianggap nol dan dengan boundary condition u = 0 pada saat H/2 dan ∂u/∂y = 0 pada saat y = 0 didapatkan nilai u ̅ = H^2/12μ x ∆p/l

Soal No 2 Pengaruh Entrance Length Terhadap Kecepatan Aliran Laminer Pada Plat Parallel Aliran diantara pelat parallel terdapat beberapa jenis, satah satunya adalah aliran laminar. Aliran laminar adalah aliran yang teratur tidak berpotongan satu sama lain dengan kecepatan yang rendah dengan nilai bilangan Reynold dibawah 2100. Untuk menentukan jenis aliran dapat ditentukan dengan menentukan nilai bilangan reynoldnya dengan persamaan

  Re=(ρ*V*D)/μ

Jika kecepatan dari aliran tersebut ditinjau searah sumbu X nilainya tergantung kepada jarak titik tertentu dari inlet pipa. Mulai inlet hingga memasuki entrance region kecepatan aliran tersebut akan berubah, sedangkan ketika aliran memasuki entrance region kecepatanya akan konstan. Posisi entrance region dapat ditentukan dengan menghitung jarak entrance length dengan persamaan

  Le=0.06*Re*D

Sedangkan jika ditinjau searah sumbu Y nilai kecepatan nya tergantung kepada jarak suatu titik dari dinding pipa yang diakibatkan tegangan geser aliran tersebut. Semakin jauh titik tersebut dari dinding pipa makan kecepatan nya juga akan semakin besar karena di dinding pipa terdapat tegangan geser sehingga menyebabkan kecepatan pada dinding pipa sama dengan nol. Sehingga jika dilihat profil kecepatan nya akan terbentuk sebagai berikut.

Dapat dilihat dari grafik nilai Le=1.5H. Kececepatan pada posisi L = 0.5H dan L = H lebih kecil dibandingkan kecepatan aliran pada saat L = Le. Sedangkan kecepatan pada L = 6H nilainya sama dengan kecepatan pada L = Le karena posisi tersebut sudah masuk kedalam entrance region.

Soal No 3 Kecepatan Aliran Turbulen Aliran turbulen adalah aliran yang partikel partikel nya bergerak secara acak, saling berpotongan dengan kecepatan yang tidak stabil di setiap titik nya. Cara untuk menghitung kecepatan aliran turbulen tidak bisa disamakan dengan cara menghitung kecepatan aliran laminar. Jika aliran laminar kita hanya perlu menghitung kecepatan rata rata u ̅ nya saja dan dianggap semua titik memiliki kecepatan yang sama dengan kecepatan rata rata. Sedangkan untuk aliran turbulen kita harus mencari kecepatan rata rata u ̅ dan kecepatan fluktuasi di titik tertentu u’.

Sehingga ketika ingin menentukan kecepatan di titik A persamaan nya menjadi

  u total A = u ̅ A + u’A

Nilai kecepatan pada aliran turbulen jauh lebih besar jika dibandingkan dengan dengan kecepatan aliran laminar. Hal ini dikarenakan gaya inersia nya besa, bisa dilihat dari bilangan Reynold nya yang lebih besar dari 4200 (Re= gaya inersia / gaya friksi). Besarnya kecepatan pada aliran turbulen menyebabkan energi kinetiknya juga semakin besar yang nantinya akan menyebabkan sublapisan viskos semakin tebal.

Soal No 4 Pressure Drop Pada Aliran Laminar Pressure drop adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan penurunan tekanan di suatu titik terhadap titik awal. Hal ini bisa terjadi karena adanya gaya gesek pada aliran yang terdapat pada daerah dinding pipa. Pressure drop pada aliran laminar besarnya berbanding lurus dengan viskositas aliran, panjang lintasan pipa yang dilewati aliran, dan debit aliran tersebut dan berbanding terbalik dengan pangkat empat diameter pipa yang dilewati aliran. Jika dibuat ke dalam persamaan akan menjadi sebagai berikut

  ∆p=p1-p2= 128μlQ/(πD^4 )

Soal No 5 Pressure Drop Pada Aliran Turbulen Aliran turbulen didalam sebuah pipa terdapat suatu lapisan yang dinamakan sublapis viskos. Sublapisan viskos ini lah yang nantinya akan menimbulkan pressure drop. Sublapisan viskos besarnya di tentukan oleh besarnya besarnya viskositas dan tegangan geser pada dinding pipa. Tegangan geser pada aliran turbulen nilainya jauh lebih besar dibanding tegangan geser aliran laminar. Semakin besar viskositas suatu aliran dan tegangan geser pada permukaan pipa maka semakin besar pula sub lapisan viskos nya. Inilah hal yang nantinya akan membuat pressure drop pada aliran turbulen akan semakin besar.

Soal No 6 Perbandingan Pressure Drop Aliran Laminar dan Aliran Turbulen Perhitungan pressure drop pada aliran turbulen dan aliran laminar dapat digunakan dengan cara menentukan friction factor. Untuk aliran laminar nilai friction factornya adalalah f= 64/Re. Sedangkan untuk aliran turbulen nilai friction factornya dapat dilihat dalam diagram moody menentukan nilai Re dan perbandingan antara kekasaran ekuivalen terhadap diameter pipa (ε/D).

Jika pada soal no 6 friction factor yang digunakan menggunakan rumus friction factor aliran laminar nilainya akan jauh lebih kecil jika dibanding menggunakan friction factor aliran turbulen ( 0.179 kPa disbanding dengan 1076 kPa) . Oleh karena itu jika aliran bisa dipertahankan pada kondisi laminar, ini akan sangat menguntungkan meskipun hal ini sulit untuk dilakukan.

Pertemuan Mekanika Fluida 6 : 15 April 2020

Pada pertemuan kali ini pak DAI memberikan penjelasan tetntang losses. Losses dibagi menjadi menjadi 2 yaitu mayor dan minor, tetatapi pada pertemuan kali ini hanya memfokuskan kepada minor losses. Minor losses adalah losses atau kerugian yang terjadi pada suatu aliran yang disebabkan oleh kehilangan energi dari fluida tersebut disebabkan karena perubahan ben kolaborasi kelas tuk lokasi saluran (fitting pipa). Kemudian pak DAI memberikan PR untuk kolaborasi kelas dan setiap mahasiswa menganalisa secondary flow yang terjadi pada salah satu fitting pipa menggunakana software CFDSOF. Berikut adalah hasil simulasi yang saya lakukan pada sudden diffuser berukuran 2" x 4" dengan panjang total 200 mm atau 0.2 m

Slice 1 dilakukan pada jarak 0.03 m

Slice 2 dilakukan pada jarak perbedaan diameter difusser yaitu 0.1 m

Slice 3 dilakukan pada jarak 0.19 m

Dan berikut tekanan disetiap slice tersebut

Pertemuan Mekanika Fluida 7 : 21 April 2020

Pada pertemuan kali ini Pak Dai memberikan kesempatan bagi bang Agil m'16 untuk mempresentasikan materi dari skripsi beliau mengenai konversi energi kinetik ke energi mekanik. Konsep tersebut adalah gaya yang ditimbulkan oleh kecepatan aliran air menyebabkan gerakan blade turbin air akibat perubahan momentum.

Pertemuan Mekanika Fluida 8 : 22 April 2020

Pada pertemuan kali ini pak Dai memberikan kesempatan untuk setiap mahasiswa menunjukan kontribusi nya di halaman wiki masing masing dan setiap mahasiswa diwajibkan untuk memilih salah satu konsep mengenai mekanika fluida yang paling dipaham untuk dijelaskan di kelas. Di akhir pertemuan, Pak Dai memberikan Tugas Besar berupa pembuatan makalah dengan deadline H-7 sebelum UAS yang bertema aplikasi ilmu mekanika fluida pada desain dan analisis engineering dengan aliran fluida internal atau external flow.

Pertemuan Mekanika Fluida 9 : 28 April 2020

Pada pertemuan kali ini pak Dai melanjutkan diskusi pada pertemuan sebelumnya, kemudian beliau memberikan pengantar mengenai bab 9 yaitu masalah external flow. Aplikasi external flow sendiri sangat banyak terjadi pada kehidupan sehari-hari seperti mobil yang melaju dengan suatu kecepatan kearah hulu yang mana terjadi gesekan antara bodi mobil dengan udara sekitar yang akan menyebabkan adanya suatu boundary layer yang mana efek viskosnya adalah sangat penting.

Pertemuan Mekanika Fluida 10 : 29 April 2020

Pada pertemuan kali mahasiswa diberikan kesempatan untuk simulasi aliran external flow pada mobil dengan arahan dari Bang Edo. Tujuan dari simulasi ini adalah untuk melakukan visualisasi terjadinya wake region. Wake region adalah daerah aliran yang bergejolak karena fluida lepas lepas dari surface objek sehingga akibat adanya tegangan geser antara fluida dan objek. Fluida yang lepas ini menganggu aliran lain dan membentuk olakan. Berikut adalah data awal untuk melakukan simulasi

Setelah kita mempunyai data, kita import objek yang akan disimulasi dari software Solidwork. Objek tersebut berbentuk mobil engan panjang 3.5 m mobil dianggap diam yang dimasukkan wind tunnel dengan kecepatan udara 0.1 m/s. Dan dilakukan meshing pada objek tersebut dengan catatan mesh disekitaran objek lebih di fokuskan agar fenomena external flow pada sekitaran objek dapat terlihat lebih jelas.

Dan berikut merupakan hasil simulasinya

Pertemuan Mekanika Fluida 11 : 5 Mei 2020

Pada pertemuan kali ini pak Dai melanjutkan diskusi pada pertemuan sebelumnya mengenai progress di wikipage masing masing, ketika teman kita Rizza sedang presentasi dia memberikan pertanyaan yaitu "mengapa jika diameter semakin besar pressure drop yang dihasilkan justru semakin kecil?". Dari pertanyaan tersebut, kami semua diberikan tugas untuk mengklarifikasi, memberi solusi dan mengutarakan pendapat. Berikut ini adalah solusi dan pendapat saya.

Pertanyaan: Kenapa saat diameter pipa membesar, maka pressure drop berkurang?

Pendapat saya : Pressure drop adalah penurunan tekanan yang diaebabkan oleh adanya gesekan antara pipa dengan aliran fluida akibat tegangan geser τ = μ(du/dy). Semakin besar gesekan nya maka semakin besar pula pressure drop yang terjadi pada aliran.

Dengan asumsi debit aliran di dalam pipa bernilai tetap maka jika diameter pipa membesar akan menyebabkan kecepatan nya berkurang ( persamaan kontinuitas) sehingga meyebabkan tegangan geser nya menurun, dan akhirnya gesekan nya juga berkhrang. Hal ini lah yang memperkecil nilai pressure drop.

Pertemuan Mekanika Fluida 12 : 6 Mei 2020

Pada pertemuan kali ini pak Dai melanjutkan diskusi pada pertemuan sebelumnya mengenai progress di wikipage masing masing, dan saya mendapatkan kesempatan untuk mempresentasikan mengenai materi hubungan bilangan reynold yang terlalu besar pada internal flow dengan pressure drop. Pada buku mekanika fluida jilid 2 halaman 47 by munson dituliskan bahwa sebisa mungkin sifat aliran harus dipertahankan didalam kondisi laminar atau dengan kata lain bilngan reynlod nya dibawah 2100. Hal ini disebabkan karena jika aliran tersebut turbulen atau dengan kata lain bilangan reynold nya semakin besar akan menyebabkan nilai pressure drop nya akan bertambah pula. Hal ini bisa dibuktikan, jika aliran tersebut turbulen menandakan aliran tersebut mempunyai kecepatan yang tinggi, hal ini akan menyebabkan gaya gesek di permukaan pipa akan semakin tinggi. Jika gesekan nya semakin tinggi akan menyebabkan energi dari aliran tersebut berkurang. Hal ini lah yang menyebabkan nilai pressure drop bertambah.

Sinopsis Tugas Besar - Analisa Perbandingan Pressure Drop Untuk Jenis Aliran Yang Sama Dengan Material Pipa Yang Berbeda

Sand Filter adalah salah satu alat pengolah limbah berbentuk pressure vessel atau tangki yang didalam nya terdapat media pasir yang berfungsi menyaring kotoran pada air limbah yang telah diinput. Untuk mengalirkan air limbah sisa produksi dari dalam plan production ke dalam sand filter yang berada di plan wwtp (waste water treatment plant) dibutuhkan sistem perpipaan dengan jarak yang cukup jauh yang nantinya akan menyebabkan losses pada saat menyalurkan fluida. Padahal untuk pembersihan yang optimal dibutuhkan debit dan pressure yang cukup untuk mendorong air agar bisa tersaring media tersebut.

Di lain hal, material pipa untuk mengalirkan air limbah ini terdapat beberapa pilihan, tetapi yang paling sering digunakan adalah penggunaan material pipa yang terbuat dari carbon steel lalu di lapisi menggunakan galvanize. Padahal di satu sisi ada pipa yang terbuat dari material polyvinyl chloride (pvc) dengan standar tertentu yang bisa juga mengalirkan fluida tersebut, misalnya material pvc JIS K 6742 yang mampu menahan tekanan hingga 10 Bar tetapi dengan nilai rough surface yang lebih kecil.

Pada kesempatan ini saya akan membahas mengenai losses aliran jika melewati sistem perpipaan dengan 2 material yang berbeda. Analisa yang dilakukan akan berupa perhitungan dan mencocokan nya mnggunakan analisa grafis untuk satu bagian sistem perpipaan yang ada di suatu perusahaan yang memproduksi kawat ban yang berada di kawasan industri Karawang Timur. Sehingga nanti nya kita akan mengetahui material mana yang paling baik untuk mengalirkan fluida tersebut jika di nilai dari sisi pressure drop yang terjadi. Sehingga nanti nya pemilihan pompa akan lebih efisien dari segi kapasitas yang nantinya akan berdampak ke segi finansial.