Valve-Mizan Eryandhika Guntorozi

Nama Saya Mizan, Mahasiswa Teknik Mesin S1 Paralel, Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Pendahuluan

بِسْمِ اللهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيْمِ

السَّلاَمُ عَلَيْكُمْ وَرَحْمَةُ اللهِ وَبَرَكَاتُهُ

Perkenalkan, nama saya Mizan Eryandhika Guntorozi atau yang biasa dipanggil Mizan, saya merupakan mahasiswa S1 Paralel Teknik Mesin Universitas Indonesia. Berikut adalah biodata diri saya dan juga catatan-catatan saya mengenai Perkuliahan Jarak Jauh(PJJ) mata kuliah Sistem Fluida sampai dengan Ujian Akhir Semester(UAS). Catatan tersebut meliputi tugas yang diberikan pada setiap pertemuan juga progress pembelajaran saya setiap diadakan pertemuan. Saya berharap page ini dapat memberikan manfaat bagi siapapun yang membaca. Terimakasih.

Pertemuan 1: 12 November 2020

Pertemuan pada hari ini hari kamis, 12 November 2020, diadakan bersamaan dengan mahasiswa CFDSOF, dimana dijelaskan fungsi valve dan mahasiswa diharapkan dapat mensimulasikan gate valve dengan menggunakan aplikasi CFDSOF melalui video tutorial di channel youtube CFDSOF dibawah ini:

1. https://www.youtube.com/watch?v=RANhtK5u5W0&ab_channel=CFDSOFSoftware

2. https://www.youtube.com/watch?v=qpumUG0veRs

Dalam mengikuti mata kuliah sistem fluida ini, mahasiswa diharapkan dapat menunjang ilmu fluida yang juga dibutuhkan pada jaman sekarang di industry 4.0, semua hal disimulasikan untuk menghemat waktu dan biaya, memaksimalkan teknologi dan software untuk bisa menghitung atau memecahkan masalah yang ada.

---

Pak Dai menyampaikan bahwa, belajar sistem fluida diharapkan bisa maksimal dengan menggunakan teknologi CFDSOF, ini juga bisa membantu kita untuk bisa memecahkan masalah yang ada, dimana aplikasi ini mem-breakdown melibatkan persamaan matematis dasar di setiap titik, karena di setiap titik hasilnya berbeda beda.

Penggunaan aplikasi CFDSOF juga bisa membantu dalam aspek matematisnya. HK konservasi massa, momentum dan energi dari rumus dasar tersebut dapat disimplifikasi menjadi persamaan-persamaan dasar di mata kuliah mekanika fluida. Kemudian rumus-rumus tadi di CFDSOF ini dapat memecah persamaan2 yang sudah ada, seperti contoh membuat mesh pada inlet dan outlet yang bisa disebut control volume, dari perkumpulan rumus tadi bisa diselesaikan menggunakan aplikasi CFDSOF dan di iterasikan menjadi hasil dapat terjadi distribusi kecepatan dan tekanan misalnya

---

Kemudian, Pak Dai memberikan Latihan Simulasi Gate Valve, berikut ini adalah hasil percobaan simulasi gate valve opened yang saya lakukan

---

Langkah pertama yang dilakukan adalah mengimport model valve dan menentukan lajur aliran serta penyesuaian ukuran valve yang akan di simulasi.

Menentukan titik tengah aliran pada gate valve

---

Langkah selanjutnya adalah menentukan surface refinement agar model yang disimulasikan sesuai kehendak apakah mau kasar atau halus, disini surface refinement level yang saya gunakan adalah level 3.

Menentukan data surface refinement

---

Kemudian setelah variabel-variabel dan data-data sudah sesuai, dilakukan iterasi atau simulasi untuk selanjutnya di lihat di aplikasi paraview, seperti gambar di bawah ini, berbeda dengan video tutorial yang ada di youtube, hasil iterasi valve saya sebanyak 1518 iterasi dan menunjukkan konvergen.

Melakukan iterasi

---

Setelah dilakukan iterasi, selanjutnya muncul pilihan untuk membuka model di aplikasi paraview, seperti pada gambar di bawah ini tampilan paraview nya.

Tampilan awal paraview

---

Kemudian tujuan saya adalah mencari pressure yang ada di inlet ataupun outlet juga pressure total. Rumus yang digunakan adalah:

-pstatic= p*densitas fluida
-magU= akar dari kecepatan aliran dalam dimensi xyz dikuadratkan
-pdynamic= 1/2*densitas fluida*magU^2
-ptotal= pstatic+pdynamic

Hasil distribusi pressure pada gate valve

Hasil distribusi pressure pada gate valve ini, tidak terlalu terlihat untuk bagian inlet dan outlet karena skala yang saya gunakan lumayan tinggi untuk bagian pressure dengan warna yang merah yaitu 1e+7. Kemudian setelah saya analisa lebih lanjut , pada bagian inlet dan outlet, tekanan yang lebih besar lebih terlihat pada bagian inlet untuk seluruh permukaannya, tetapi semakin berjalannya aliran ke arah outlet, pada bagian outlet mulai terlihat pressurenya tetapi terdistribusi hanya pada bagian tengahnya saja, tidak di sekeliling diameter outlet tersebut.

---

Setelah dilakukan perhitungan, saya dapatkan nilai pinlet dan poutlet yaitu sebesar 1666.24 dan 217.37 berurutan. Dimana dapat dihitung delta p nya adalah pinlet-poutlet = 1666.24-217.37 = 1448.87 seperti gambar di bawah ini:

pinlet = 1666.24

poutlet = 217.37

---

Setelah itu dapat dilakukan perlakuan untuk mempermudah penglihatan kita, yaitu membuat grafik ptotal dengan cara melakukan filters dan plot over line untuk menampilkan distribusi pressure pada gate valve dalam grafik seperti gambar di bawah ini:

Grafik p total pada gate valve

---

Kemudian, dapat pula dilakukan perpotongan pada gate valve dengan menggunakan opsi slice dan melakukannya pada sumbu z normal untuk bisa memotong gate valve tepat di tengah-tengah untuk mempermudah kita melihat distribusi aliran di dalam gate valve itu sendiri. Hasil yang saya dapat untuk pressure bagian inlet dan outlet tekanan yang lebih besar terlihat lebih pada di inlet untuk seluruh permukaannya, tetapi semakin berjalannya aliran ke arah outlet, pada bagian outlet mulai terlihat pressurenya tetapi terdistribusi hanya pada bagian tengahnya saja, tidak di sekeliling diameter outlet tersebut.

Hasil distribusi pressure di dalam gate valve

---

Lalu, untuk perbandingan, saya merubah tampilan yang tadinya pressure menjadi kecepatan atau magnitude U, hasilnya seperti gambar di bawah ini. Sekali lagi mungkin tidak terlalu terlihat karena range yang terlalu tinggi. Tetapi setelah saya analisa berbeda dengan pressure, pada simulasi kecepatan ini berbanding terbalik, pada bagian inlet awalnya tidak terlalu cepat distribusi kecepatan aliran yang terjadi, semakin ke arah outlet kecepatan semakin bertambah.

Hasil distribusi kecepatan di dalam gate valve

Dalam kasus ini dapat di tarik kesimpulan, bahwa pressure berbanding terbalik dengan kecepatan pada simulasi open gate valve yang saya lakukan ini.

---

Tugas 1 : Mensimulasikan bentuk geometri valve yang lain, contoh yang digunakan adalah open ball valve

Pertemuan 2: 19 November 2020

Pada pertemuan kali ini, Pak Dai menjelaskan tentang mendesain pompa, disini dijelaskan bahwa seorang insinyur harus mengetahui betul power untuk bisa merangkai atau mendesain suatu sistem yang baik. Pak Dai memberi gambaran mengenai pompa impeller, perlu dicatat juga bahwa perbedaan pompa dengan turbin hanya di arahnya saja. Power dapat diperoleh dengan rumus P= ρ.g.H.Q juga dapat dicari dengan segitiga kecepatan secara teoritis. Kecepatan juga penting dalam menghitung daya impeller, dapat didapatkan melalui teori atau matematis juga bisa didapatkan dengan aplikasi CFD. Ilmu fluida dapat diacu dalam 3 aspek utama yaitu metode teoritis, eksperimen dan juga numerik(CFD). Selanjutnya hasil diskusi pada hari ini dapat disimak seperti berikut ini.

---

1. Sistem Fluida. Sistem Fluida adalah sistem yang terdiri dari beberapa part dan saling bekerja sama dengan aturan tertentu yang tersusun untuk mengalirkan suatu fluida dari satu tempat ke tempat lain. Pengertian sistem itu sendiri gambarannya adalah di dunia semua hal adalah subsistem kecuali alam semesta. Sebuah sistem adalah gabungan dari elemen elemen yang saling bekerja sama untuk menjalankan satu tujuan. Contohnya pompa itu sendiri juga dapat diklasifikasikan sebagai suatu sistem karena dia terdiri dari elemen seperti sudu impeller tip dan lain lain yang bertujuan sama yaitu mengubah suatu energi mekanik menjadi energi kinetik (rotor ke fluida)

---

2. Hasil kerja simulasi kelas CFD. Bang Abi Rizky menjelaskan pekerjaan simulasinya yaitu vawt (vertical axis wind turbine). Simulasi dijalankan dengan CFDSOF dan Paraview. Simulasi ini menerapkan penglihatan angle of attack dari airfoil tampak atas, yang disimulasikan adalah untuk melihat kecepatan dan tekanan yang terjadi. Jika di dalam suatu sistem ada perputaran, maka akan terbentuk vortex. Ketika disimulasikan, airfoil yang bawah terjadi perubahan kecepatan dan perpindahan energi tetapi tidak se signifikan yang diatasnya. Arah gerak angin dari kiri ke kanan. Seperti gambar di bawah ini. Olakan besar terjadi karena separasi karena ada vektor kecepatan yang berlawanan dengan arah lain, untuk gambaran semakin besar angle of attacknya yang besar sehingga membuat separasi yang besar pula, sedangkan untuk angle of attack dapat berubah-ubah karena berputar. Separasi dapat diperkecil seperti belokan-belokan pada geometri seperti contoh bola golf dengan lekukan-lekukan yang ada bola dapat travel dengan jauh.

Hasil simulasi vawt

---

3. Pendekatan ilmu sistem fluida. Bang Edo menjelaskan bagaimana cara kita menerapkan ilmu fluida untuk bisa mendesain suatu sistem fluida dengan aplikasi CFD. Bang Edo menggambarkan bahwa pendekatan teoritis tidak cukup untuk kita bisa menguasai sistem fluida seperti contoh turbin crossflow. Tambahannya adalah pendekatan secara CFD kita bisa mensimulasikan secara realtime dan menggunakan variabel-variabel tertentu dan kondisi tertentu pula, berbeda dengan cara pendekatan teoritis seperti segitiga kecepatan, karena dapat dianalisa di suatu titik ataupun satu kondisi saja. Untuk itu diharapkan para mahasiswa dapat menguasai aplikasi CFD untuk bisa mendesain suatu sistem. Kita juga dapat mendapatkan torsi dan variabel-variabel lain dari aplikasi CFD ini.

Pendekatan teoritis dapat mengcrosscheck suatu pengaplikasian ilmu fluida yang telah di lakukan atau dieksperimenkan, untuk pendekatan ekperimen dapat menghitung yang teoritis tidak dapat hitung, sedangkan untuk pendekatan CFD murah dan dapat dilakukan di mana saja serta dapat melengkapi pendekatan teoritis. Sebenarnya 3 metode pendekatan ini tidak saling meniadakan tetapi saling melengkapi, masing-masing pendekatan mempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing. Seperti gambar di bawah ini.

Tiga metode pendekatan sistem fluida

---

4. Bedanya turbin impuls dan reaksi. Perbedaannya adalah pada impuls turbin, si fluida masuk lewat nozzle dan diantara blade biasanya untuk turbin air, pressure drop hanya terjadi di blade yang fixed, untuk sudunya sedikit yang kena, memanfaatkan head yang tinggi dan memanfaatkan energi yang lebih besar, menumbuk lebih optimal, impuls juga adanya perubahan momentum seperti gambar nomor 2 di bawah.

Turbin reaksi masuknya itu ada guide mechanism dan juga perputaran, pressure drop terjadi melewati turbin-turbinnya sesuai stagenya,head nya rendah dan kapasitasnya besar, terjadi akibat memanipulasi tekanan diatas yang besar sehingga tekanan dibawahnya kecil, sehingga terjadi gaya lengan dan terjadi momen atau torsi dan tidak ada perubahan arah seperti gambar nomor 1 di bawah.

Perbedaan turbin impuls dan reaksi

Tugas 2: Belajar sistem fluida dengan menggunakan aplikasi open modelica

Pada Tugas kali ini, saya menggunakan model three tanks agar dipelajari untuk melihat simulasi alir fluida dari tank satu ke tank lainnya sampai dengan tank 3. Berikut adalah properties yang saya gunakan:

T ambient: 20 derajat celsius
P ambient: 1.01325 bar
Properties pipa sama semua: diameter=0.1 m; panjang=2 m; tinggi pipa 1 dan 2 b-a= 2 m; tinggi pipa 3 b-a= -1 m
Properties tank: tinggi tank 1,2,3= 12 m; tinggi air tank 1= 8 m; tinggi air tank 2 dan 3= 3 m

Model yang digunakan adalah model three tanks seperti gambar di bawah ini:

Model three tanks

---

Kemudian, gambar berikut adalah settingan simulasi yang saya gunakan, yaitu waktu awal simulasi t1= 0s dan waktu akhir simulasi t2= 200s serta interval sebanyak 500.

Simulation settings

---

Dari simulasi yang saya lakukan, terlihat grafik seperti di bawah ini, awalnya volume pada tank 1 paling tinggi, seiring berjalannya waktu menurun sampai konstan karena mengisi tank 2 dan secara tidak langsung tank 3. Untuk volume pada tank 2, tidak terlalu banyak perubahan volume signifikan yang terjadi karena tank 2 hanya mengaliri ataupun meneruskan volume alir dari tank 1 ke tank 3, volume pada tank 2 awalnya menurun tetapi dengan tinggi air pada tank 1 menyebabkan tekanan terjadi atau meningkat sehingga kecepatan menurun dan seiring berjalannya waktu tekanannya menurun diikuti kecepatan alir volume yang meningkat sehingga tank 2 volumenya meningkat sedikit sampai konstan. Untuk tank 3 volumenya selalu meningkat sampai konstan karena mendapatkan laju alir fluida dari tank 1 dan tank 2. Berikut adalah grafik yang muncul saat setelah dilakukan simulasi.

Grafik laju volume alir fluida