Valve-Muhammad Aditya Atmadja

Biodata

Nama : Muhammad Aditya Atmadja

NPM : 1806181786

Kelas : Sistem fluida 03

Pertemuan Pertama

Pada pertemuan pertama setelah uts, kami belajar mengenai valve dan memperkirakan pressure drop yang terjadi pada valve Tipe-tipe valve:

Butterfly valve
Check valve
Gate valve
Globe valve
Ball valve

Kemuadian Bang Ales menjelaskan mengenai CFD, CFD (Computational Fluid Dynamics) adalah ilmu analisis numerik untuk memcahkan masalah pada aliran fluida. Pada kesempatan kali ini, kita menggunakan software CFD Bernama CFDSOF

Kami mencoba simulasi valve menggunakan software bernama CFDSOF mengikuti tutorial dari tautan berikut:

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

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

Langkah langkah yang saya kerjakan adalah:

1. Memasukan model 3D dari link https://drive.google.com/file/d/1Av131b__mmSZEavW_WjNPOj0pUiF44kt/view

2. Setelah itu saya melakukan scaling dari 3D model tersebut, meshing dengan surface refinement max 3 dan box mesh boundries seperti gambar dibawah

3. Setelah mesh tersebut tidak bermasalah, saya mengsimulasikan model seperti gambar ini

4. Lalu, saya memasukan kecepatan bada inlet dengan kecepatan 1 m/s, outlet sebagai outflow

5. Saya masukan jumlah iterasi sejumlah 3000 dan write control menggunakan time step sebanyak 3000. Setelah di solve, menghasilkan grafik

6. Setelah itu saya buka dengan ParaView, dan memasukan p static, magnitude u, p dynamic, p total dengan calculator pada ParaView.

7. Setelah dihitung dan memasukan Extract block dengan properties inlet dan outlet saya mendapatkan hasil

8. Lalu dapat dihitung Pressure Drop dengan rumus dp = ptotalinlet-ptotaloutlet

Tugas Simulasi Valve

Pada tugas ini saya menggunakan gate valve dengan model sebagai berikut

setelah saya melakukan meshing didapat model seperti ini

Hasil tersebut didapatkan dengan cara memasukan surface refinement max sebesar 3 dan setelah di check mesh, tidak terdapat error

Lalu saya lanjutkan dengan memasukan pada simulation model, pilih turbulance-RANS dan apply model dan pada tab turbulance saya pilih turbulance model sst-kω. Selanjutnya saya memasukan velocity pada inlet sebesar 1 m/s, outlet dengan tipe outflow. setelah itu, pada CFD-solve tab run solve, saya memasukan Number of Iteration sebanyak 300 dengan write control tipe time step sebesar 3000. Hasil grafiknya adalah sebagai berikut

Selanjutnya kita masuk ke tahap post processing dengan menggunakan ParaView. Model kita apply, dan memasukan rumus pstatic, magnitudeU, pDynamic, dan pTotal

Lalu membuat extract block pada inlet dan outlet

Hasilnya pada inlet menunjukan

Dan Outlet

Dari hasil tersebut kita mendapatkan pTotal pada tiap inlet dan outlet. Dari data tersebut kita bisa mencari besar pressure drop dengan rumus

dp = ptotalinlet - ptotaloutlet

Kita masukan ke dalam excel dan hasil pressure drop sebesar 0,0096161

Selain kita bisa mendapatkan besar pressure drop, dengan video tutorial ketiga pada link berikut https://www.youtube.com/watch?v=54OqQL1BIY0&feature=youtu.be kita bisa mendapatkan distribusi ptotal dengan menggunakan ParaView, yaitu dengan menggunakan Plot Over Line yang terdapat pada opsi filter lalu data analysis. Hasilnya sebagai berikut

Pertemuan kedua

Pada pertemuan kali ini, kami berawal berdiskusi mengenai sistem fluida. Pak Dai mengibaratkan sistem fluida itu mirip dengan alam semesta. Sistem fluida adalah paduan antara komponen atau subsistem yang bekerja dengan aturan tertentu untuk satu tujuan masalah fluida. Setelah itu Pak Dai meminta kepada Abi dari kelas CFD menjelaskan apa itu sistem fluida. Ia menjelaskannya menggunakan hasil simulasi yang ia lakukan.

Lalu dijelsakan oleh Bang Edo mengenai mengapa kita membutuhkan CFD walaupun kita telah mempelajari sistem fluida. Sistem fluida masih teoritis dan perlu dikaji ulang dengan cara validasi dan lalu di evaluasi, salah satunya dengan menggunakan CFD. Lalu Pak Dai menjelaskan metode sistem fluida:

  Metode ekperimen : Metode yang hasilnya aktual tapi perlu resource baik, waktu yang banyak dan tidak ekonomis 
  Metode Teori     : Metode ini memberikan keyakinan kita untuk verifikasi data eksperimen
  Metode numerik atau CFD  :  Bila perhitungan yang dilakukan sangat kompleks dan tidak bisa diselesaikan pada metode teoritis, maka bisa memakai CFD.

Kemudian juga terdapat pemaparan materi berdasarkan simulasi yang dilakukan oleh senior, dalam melaksanakan pembelajaran aplikasi CFD. Adapun experimen tersebut adalah simulasi pergerakan turbin udara yang di jalankan melalui aplikasi CFDSOF. Sehingga dapat tervisualisasikan bagaimana laju aliran fluida (udara) pada saat sudu/impeller pada turbin berputar. Pada sekitar sudu dalam bentuk airfoil, terdapat komponen aliran fluida seperti laju kecepatan, pressure, olakan dll.

Pak Dai lalu menjelaskan contoh aplikasi sistem fluida pada openmodelica, yaitu empty tank. Simulasi ini menunjukkan perubahan volume tangki 1 dan 2 karena perbedaan ketinggian tangki. Pada hasil simulasi grafik volume pada tangki 1 menunjukkan penurunan, sementara grafik volume tangki 2 menunjukkan kenaikan.

Tugas 2

Pada tugas ini kami melakukan simulasi sistem fluida menggunakan OpenModelica dan kami diarahkan pada tugas ini untuk mempelajari permodelan dari contoh yang sudah ada. Pada kali ini saya menggunakan contoh ThreeTanks.

Pada sistem ini kita dapat mengganti parameter pada tangki dengan cara klik kiri 2 kali pada tangki lalu muncul parameter.Kita dapat mengubah ketinggian tangki pada bagian height dan luas permukaan tangki pada CrossArea

Dan juga kita dapat mengatur ketinggian air pada tab initialization di kolom level start

Selain mengganti parameter pada tangki, kita juga dapat set panjang pipa pada kolom length dan set ketinggian pipa pada height_ab dengan cara klik kiri 2 kali pada pipa lalu muncul parameter.

Pada model ini saya atur tinggi tangki air semuanya sama yaitu 12 meter, panjang pipa sama semua yaitu 2 meter, tinggi air pada tangki tank1 = 10 m, tank2 = 3 m, dan tank 3 = 1 m. Lalu tinggi pipa 1 dan 2 sama yaitu 2 meter sedangkan pipa 3 yaitu -1 m. Saya simulasikan selama 200 detik. Hasil simulasi menghasilkan grafik volume terhadap waktu.

Pada grafik menunjukkan volume tangki pada tangki 1 menurun hingga waktu pada detik 134. Setelah detik itu, volume tangki konstan. Sedangkan pada tangki tiga volume air pada tangki naik hingga pada detik 134 lalu konstan volumenya. Namun pada tangki dua volume menurun terlebih dahulu hindda pada detik 27,2 lalu naik setelah detik itu hingga pada detik 134, setelah detik 134 volume air konstan.

File dapat diunduh dari link berikut:

https://drive.google.com/file/d/1u2eARZgGcA-oGBkESGp61VJmINWKQIaU/view?usp=sharing

Tugas Analisa Permodelan

Pada tugas ini kami menganalisa permodelan sistem menggunakan OpenModelica

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

1. Deskripsi/uraian fisik berdasarkan bagan yang ada
2. Prosedur analisa pemodelan
3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan
4. Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan
5. Berikan hasil-hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh

Heating System

1. Deskripsi/uraian fisik

Sistem ini adalaha sebuah sistem pemanas simpel dengan aliran tertutup. Fluida yang ada di tangki dipompa menuju pipa yang tersambung dengan burner. Pada bagian setelah pompa terdapat sensor mass flow yang berfungsi untuk menghitung massa aliran yang keluar dari pompa. Fluida kemudian diukur dengan sensor suhu setelah menuju burner. apabila melewati 2000 detik, valve membuka aliran sehingga fluida dapat mengalir sepenuhnya menuju pipa tanpa pemanas. Pada pipa ini terdapat dua perpindahan panas, yaitu konveksi antara fluida dengan dinding pipa dan konduksi antara dinding pipa dengan lingkungan. Setelah itu, suhu fluida diukut kembali dengan sensor suhu dan kembali menuju tangki.

• pompa = mengalirkan fluida dari tangki ke pipa
• tangki yang berisi fluida.Tangki ini terisolasi dari temperatur lingkungan
• sensor mass flow = mengukur massa aliran yang keluar dari pompa
• sensor suhu = pengukur suhu fluida dalam pipa
• pipa dengan burner = pemanas fluida dalam pipa
• valve = penghambat dan mengalirkan fluida
• pipa tanpa pemanas = melakukan perpindahan panas dari fluida ke lingkungan

2. Prosedur analisa pemodelan

• Buka file example
• Cek dan atur parameter dari masing-masing komponen.
• Simulasikan sistem ini selama 200 detik.
• Analisa masing-masing perubahan parameter dari tiap komponen.

3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan

4. Konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan

5. Hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh

Hasil simulasi tidak dapat ditampilkan karena pada saat saya melakukan simulasi terjadi error

Three Tanks

1. Deskripsi/uraian fisik

Pada bagian tank kita dapat mengubah ketinggian tangki pada bagian height dan luas permukaan tangki pada CrossArea

Dan juga kita dapat mengatur ketinggian air pada tab initialization di kolom level start

• Tank1

Ketinggian Tangki/height = 12 [m]

Luas/crossArea = 1 [m2]

Tinggi awal air/level_start = 8 [m]

Diameter ports/diameter = 0.1 [m]

• Tank2

Ketinggian Tangki/height = 12 [m]

Luas/crossArea = 1 [m2]

Tinggi awal air/level_start = 3 [m]

Diameter ports/diameter = 0.1 [m]

• Tank3

Ketinggian Tangki/height = 12 [m]

Luas/crossArea = 1 [m2]

Tinggi awal air/level_start = 3 [m]

Diameter ports/diameter = 0.1 [m]

Pada bagian pipa kita dapat ubah panjang pipa pada kolom length, set diameter pipa, dan set ketinggian pipa pada height_ab.

• Pipe1

Panjang pipa/length = 2 [m]

ketinggian pipa/height_ab = 2 [m]

Diameter pipa/diameter = 0.1 [m]

• Pipe2

Panjang pipa/length = 2 [m]

ketinggian pipa/height_ab = 2 [m]

Diameter pipa/diameter = 0.1 [m]

• Pipe3

Panjang pipa/length = 2 [m]

ketinggian pipa/height_ab = -1 [m]

Diameter pipa/diameter = 0.1 [m]

2. Prosedur analisa pemodelan

• Buka file example
• Cek dan atur parameter dari masing-masing komponen.
• Simulasikan sistem ini selama 200 detik.
• Analisa masing-masing perubahan parameter dari tiap komponen dengan cara membandingkannya dengan hukum fisika yang berlaku.
• Grafik yang dihasilkan merupakan volume air dalam tiap tangki.

3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan

Pada grafik menunjukkan volume tangki pada tangki 1 menurun hingga waktu pada detik 138. Setelah detik itu, volume tangki konstan. Sedangkan pada tangki tiga volume air pada tangki naik hingga pada detik 138 lalu konstan volumenya. Namun pada tangki dua volume menurun terlebih dahulu hingga pada detik 27,6 lalu naik setelah detik itu hingga pada detik 138, setelah detik 138 volume air konstan.

4. Konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan

Hukum fisika yang digunakan dalam menganalisa model ini adalah hukum tekanan hidrostatis yang dapat dirumuskan sebagai berikut:

Ph = ρgh

dimana

Ph = Tekanan Hidrostatis (N/m2 atau Pa) >> 1 atm = 1 Pa

ρ = Massa jenis (km/m3)

g = Gaya gravitasi (m/s2)

h = Kedalaman suatu benda dari permukaan zat cair (m)

Ph = ρgh + P

P = Tekanan udara luar (1 atm atau 76 cm Hg)

5. Hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh