Valve Anbia Maulana

Pertemuan Sistem Fluida

Pendahuluan

بِسْمِ اللهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيْمِ

السَّلاَمُ عَلَيْكُمْ وَرَحْمَةُ اللهِ وَبَرَكَاتُهُ

Nama : Anbia Maulana Pujiantoro

NPM: 1806181842

Pertemuan 1: Mengenai Valve

Pak Dai memjelaskan tentang penggunaan CDFSOF dengan melakukan praktik langsung berupa Valve.

Valve atau yang biasa disebut katup adalah sebuah perangkat yang mengatur, mengarahkan atau mengontrol aliran dari suatu cairan (gas, cairan, padatan terfluidisasi) dengan membuka, menutup, atau menutup sebagian dari jalan alirannya

katup memainkan peran penting dalam aplikasi industri mulai dari transportasi air minum juga untuk mengontrol pengapian di mesin roket.

Valve/Katup dapat dioperasikan secara manual, baik oleh pegangan , tuas pedal dan lain-lain. Selain dapat dioperasikan secara manual katup juga dapat dioperasikan secara otomatis dengan menggunakan prinsip perubahan aliran tekanan, suhu dll. Perubahan2 ini dapat mempengaruhi diafragma, pegas atau piston yang pada gilirannya mengaktifkan katup secara otomatis.

Valve memiliki fungsi :

1. Start / Stop sebuah aliran

2. Meregulasi sebuah aliran

3. Menghindari backflow aliran ( Aliran bergerak 1 Arah )

Kemudian Bang Ales menjelaskan tentang ilmu yang beliau jelaskan tentang materi sebelum UTS. CFD (Computational Fluid Dynamics) adalah Software analisis untuk melakukan simulasi saat sebuah benda diberikan gaya fluida. Disana dapat dihasilkan sebuah grafik / analisa beruba pressure drop, kecepatan aliran dan lain sebagainya.

Contohnya fenomena konduksi, konveksi, aliran, dan lain-lain. Selain itu CFD berguna untuk menghitung rumus dan visualisasi sehingga kita dapat memanfaatkan sistem fluida.

Ada 3 jenis gate valve:

1. Rising Stem Gate Valve, jika dioperasikan handwheel naik dan stem juga naik

2. Non Rising Stem Gate Valve, jika di opersikan handwheel tetap dan stem juga tetap.

3. Outside Screw & Yoke Gate Valve, jika di operasikan handwheel tetap tapi stemnya naik.

Rising Stem & NonRising Stem digunakan untuk tekanan yang tidak terlalu tinggi, dan tidak cocok untuk getaran. Outside Screw & Yoke Gate Valve amat cocok digunakan untuk high pressure. Biasanya OS & Y banyak di gunakan di lapangan minyak, medan yang tinggi, temperature tinggi. Karena pada OS & Y stem naik atau turun bisa dijadikan sebagai penanda. Contoh, apabila stem tinggi itu menandakan posisi valve sedang buka penuh. Pada dasarnya body & bonet pada gate terbuat dari bahan yang sama.

Tugas 1 : Melakukan Simulasi berbentuk Valve

Assalamualaikum Pak Dai, mohon maaf berhubung di rumah saya pengguna Apple semua dan memakai OS MAC, saya tidak dapat mendownload CFDSOF. Namun, saya mendapatkan aplikasi serupa, dengan harapan saya dapat ikut mempelajari dan memahami konsep yang bapak berikan.

Apps tersebut bernama SimScale dimana merupakan CFD Software berbasis web ataupun cloud.

Saya mempelajari berdasarkan Youtube : https://www.youtube.com/watch?v=tc5VBS8V1jo

Berikut Step-step yang saya lakukan

1. Saya menemukan sumber bentuk Valve di internet sebagai berikut :

Dengan melakukan simulasi berupa Incompressible and steady state condition. Disini saya akan mencoba melakukan simulasi menggunakan Water

Boundary condition disini saya menggunakan Pressure Inlet 1 lbf/in^2

Dan pressure outlet sebesar 0 lbf/in^2

Saya menambahkan boundary layer dimana dinding-dinding diasumsikan free slip

Melakukan simulation control

Dilakukan run test, namun waktunya cukup lama sehingga saya taruh proses & bukti terlebih dahulu

Dihasilkan

Pertemuan 2: Aliran Multiphase ( Air dan Solid )

Ada 3 metode untuk menganalisa Sistem Fluida - CFD ( tidak membutuhkan peralatan, uang)

Melengkapi untuk virtual condition

- Experiment (actual)

-Theorytical - memberikan verifikasi data experiment apakah valid saat kondisi ideal dan dapat terjadi kesalah data

pertimbangan experiment adalah berupa waktu, tenaga dan uang

Simulasi untuk Multiphase economizer CFD pembangkit listrik PLN PLTU

Peran CFD dalam kehidupan pekerjaan : - Teoritis perlu diadakan evaluasi

eksperimen: Hasil yang di tampilkan berupa real dan aktual namun terdapat contraint yaitu waktu, biaya dan keterbatasan tenaga

teori: metode ini memberikan keyakinan kita untuk verifikasi data eksperimen betul atau tidak pada kondisi ideal, karena eksperimen ada kesalahan data.

numerik atau CFD: bila perhitungan yang dilakukan sangat kompleks dan tidak bisa diselesaikan pada metode teoritis, maka bisa memakai CFD. kelebihannya tidak memerlukan resources yang banyak, namun kekurangannya tidak akurat seperti eksperimen dan tidak ideal seperti teoritis.

Ketiga metode tersebut saling melengkapi, maka dari itu kita harus mengenal ketiga metode ini untuk menyelesaikan masalah terkait sistem fluida.

turbin impuls : Turbin impuls mengubah energi fluida dalam bentuk tekanan dengan mengubah arah aliran fluida ketika terkena bilah rotor. Turbin ini memanfaatkan head yang tinggi, dedesain berbentuk mangkuk agar terjadi perubahan momentum.

turbin reaksi : Turbin reaksi mengubah energi fluida dengan reaksi pada bilah rotor, ketika fluida mengalami perubahan momentum. Tekanan di bagian atas kecil sementara tekanan bagian bawah besar sehingga ada gaya lengan atau torsi.

Pak Dai menjelaskan tentang Hub dan Tip pada sudu / impeller

Tugas 2 : Melakukan simulation menggunakan sistem tangki

Berikut adalah tugas saya, saya mencari di google dengan keyword "Tank OpenModellica"

Terdapat 2 tanki, Tanki 1 Memiliki level 2 M dengan disambungkan ke tanki 2 dengan level 1.0e-10m

berikut adalah hasilnya

berikut hasil setelah dilakukan simlasi

Dan berikut adalah hasil syntaxnya

Berikut adalah filenya dengan format.mo

https://drive.google.com/file/d/1gTXZ-IjdoLU4RK-fZq8oYC_DB65Lz8Gn/view?usp=sharing

Pertemuan 3

Filososi permodelan = sebuah usaha untuk mempelajari sebuah sistem aktual melalui sebuah sistem yang di simplify, berusaha merepresentasikan kondisi aktual.

Kita sulit mempelajri kondisi aktual, terdapat variabel2 complex sehingga banyak yang tidak beririsan.

PLTA PLTU merupakan contoh sistem fluida secara besar, kalau dianalisa sangat sulit untuk studi aktual karena terdapat constraint2 tertentu

Variabel, geometri di simplfikasi tidak mengurangi keakuratan

dengan prinsip tersebut, permodelan

permodelan tidak akan pernah sama dengan aktual, namun daat dipelajari berbagai hal, dapat mepelajari tekanan, input flowrate, implikasi terhadap sistem dapat dipaelajari

model berupa fisik (permipaan,

Permodelan secara virtual / computational memiliki ilmu-ilmu dasar permodelan fluida, kita harus confidence yang kuat untuk memahami perhitungan / kalkulasi dari perhitungan tersebut

Variabel-variabel di lakukan analisis komprehensif dengan menggabukan beberapa prinsip supaya mendapatkan pendekatan yang akurat

pendekatan hukum fisika, law driven physics model.

permodelan artifial intelligence, untuk merumskan hubungan variabel. Data driven model

mengkombinasikan kedua hukum tersebut

Tugas 3

Untuk tugas 3, diberikan 2 soal yaitu soal dan pembahasan akan ditulis dibawah

Soal :

ANALISA PEMODELAN SISTEM DENGAN TOOLS 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

Jawaban

1.Sistem pemanasan Fluida dalam tangki.

a. Fluida di dalam tangki dipindahkan dengan pompa dan didorong ke sebuah pemanasan / Heater hingga suhu tertentu

b. Suhu fluida di ukur menggunakan alat ukur temperature untuk mengetahui temperature pada fluida tersebut c. melewati valve yang berfungsi untuk mengatur seberapa besar debit yang akan masuk ke radiator dengan tujuan n menurunkan temperature fluida dengan menggunakan perpindahan panas memanfaatkan perbedaan antara temperature fluida dengan temperature ambient, D. setelah itu temperature fluida diukur kembali sebelum memasuki tangki awal.

Parameter-parameter pada sistem three tanks ini adalah sebagai berikut :

Tangki

• Ketinggian Tangki = 2 m

• Cross Area = 0.01 m^2

• Level Start = 1 m

Pompa

• Tekanan Input = 110000 Pa

• Tekanan Output = 130000 Pa

• Rotational Speed = 1500 Rev/min

Heater

• Panjang pipa = 2 m

• Diameter pipa = 0.01 m

• Tekanan awal = 130000 Pa

Burner

• Kalor = 1600 Watt

• Temperatur Reference = 70

• Alpha = -0.5 1/K

Pipa

• Panjang pipa = length = 10 m

• Tekanan awal = 130000 Pa

• Diameter pipa = 0.1 m

Valve

• Pressure drop = 10000 Pa

• Mass flow rate = 0.01 kg/s

Radiator

• Panjang pipa = 10 m

• Diameter pipa = 0.01 m

• Tekanan awal = 110000 Pa

• Temperatur awal = 50 C

Wall

• Thermal Conductance = 80 W/K

2. Prosedur analisa pemodelan

Dalam melakukan permodelan analisa heating system di openmodelica, kita dapat dilakukan dengan langkah-langkah berikut:

1. Membuka library openmodelica lalu memilih file heating system yang dapat ditemukan memalui cara berikut: (Modelica -> Fluid -> Example -> Heating system)

2. permodelan yang akan di analisis pada diagram view, Apabila sudah benar lanjut ke step berikutnya

3. tentukan variabel lalu dilakukan simulasi dengan menekan tombol ->

4. Menu ploting yang terdapat di pojok kanan bawah sebelah model sehinggaasil untuk melihat simulasi dan dapat translasikan dalam bentuk grafik dengan menceklis variable.

5. Dapat memilih variable apa yang ingin di analisa

6.Apabila ingin melakukan interval waktu, dapat mengklik symbol S pada model

3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan

Permodelan heating system untuk memanaskan fluida didalam tangki, dengan dipompa terlebih dahulu lalu dipanaskan heater dengan sumber dari burner.

Fluida yang telah melewati burner tersebut akan mengalami kenaikan temperatur.

Kontrol sederhana dipasangkan ke masing-masing komponensehingga sistem pemanas dapat diatur dengan katup, pompa mengontrol tekanan, burner mengontrol temperatur.

OLeh karena itu kita dapat mengetahui temperatur pada fluida dengan berbagai macam pengaturan parameter pada sistem melalui bantuan open modelica. Tetapi saat model sudah di check dan dilakukan simulasi, aplikasi mengalami error sehingga tidak bisa mengeluarkan hasil.

4. Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan

Hukum Fisika

1.Hukum kekekalan energi pada pompa dan hukum mengenai perpindahan panas dari heater dan radiator ke fluida. 2. Heat Transfer.

Energi yang diterima oleh fluida akan digunakan untuk menaikkan tekanan dan mengatasi gesekan pada pipa dan fitting yang terdapat pada sistem yang dilalui. Hukum tentang perpindahan panas digunakan untuk mengetahui temperatur pada fluida setelah mengalami perpindahan panas dari heater ke fluida dan digunakan untuk menghitung seberapa besar panas yang terbuang ketika fluida melewati suatu radiator.

5. Berikan hasil-hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh

Saya sedang mencoba terus, aplikasi crash terus

Soal Three Tanks

1. A. Tanki

1. A. Tanki dengan Level air 8m B. Pipa 1 dengan

Pada Tangki 1

a.Tinggian Tangki (height) = 12 m

b.Cross Area = 1 m^2

c.Terhubung ke pipe1 (port_b)

d.Diameter ports = 0.1 m

e.nPorts = 1

Pada Tangki 2

a.Tinggian Tangki (height) = 12 m

b.Cross Area = 1 m^3

c.Terhubung ke pipe1 (port_b)

d.Diameter ports = 0.1 m

e.nPorts = 1

Pada Tangki 3

a.Tinggian Tangki (height) = 12 m

b.Cross Area = 1 m^2

c.Terhubung ke pipe1 (port_b)

d.Diameter ports = 0.1 m

e.nPorts = 1

Pada Pipe1

a.Panjang pipa = 2

b.ketinggian port_b – port_a (height_ab)= 2

c.Diameter pipa = 0.1

Pada Pipe2

a.Panjang pipa = length = 2

b.ketinggian port_b – port_a (height_ab)= 2

c.Diameter pipa = 0.1

Pada Pipe 3

a.Panjang pipaa = length 2

b.ketinggian port_b – port_a (height_ab)= -1

c.Diameter pipa = 0.1

3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan

menggunakan 3 tangki dengan ukuran yang sama, dengan kondisi awal (t=0) yaitu posisi tangki dan level air pada tangki berbeda.

Seiring berjalan nya waktu, level air dari ketiga tangki ini akan mengalami kesetimbangan (tinggi permukaan air akan sama).

Level air dan volume pada tangki 1 dan tangki 2 akan menurun dan level air dan volume pada tangki 3 akan meningkat.

4. Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan

1. Asas Kontinuitas ( menghitung waktu agar ketiga tangki dalam kondisi setimbang)

2. Bernoulli (menentukan ketinggian permukaan air pada ketiga tangki tersebut pada kondisi tekanan, massa jenis, dan kecepatan aliran yang sama)

5. Untuk hasil melakukan simulasi

Didapatkan hasil level Tank1 dan Tank2 adalah 3,6667 meter dan Tank3 sebesar 6.6667 meter.

Pertemuan 4

Melakukan permodelan open 2 tanki

Tugas Pertemuan 4

Combined Cycle Power Plant

Tanalisis sistem fluida di dalam suatu Siklus Kombinasi Pembangkit Daya (Combined Cycle Power Plant) seperti diberikan dalam gambar dibawah ini :

Dengan file ThermoSysPro.Examples.CombinedCyclePowerPlant.CombinedCycle_Load_100_50

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

Combined cycle power plant adalah sebuah assembly dari heat engine yang bekerja bersamaan untuk menghasilkan gerak generator yang akan diubah menjadi listrik.

Terdapat 2 bagian besar yang dapat dilakukan Analisa termodinamika (konservasi energi dan massa).

Yang berada di darat disebut combined cycle gas turbin (CCGT) dan yang sebagai tenaga penggerak air laut adalah combined gas and stream (CCOGAS).

Turbin Gas Generator umumnya mengalami perubahan beban untuk memenuhi kebutuhan daya listrik yang berubah sewaktu-waktu, sesuai dengan permintaan konsumen. Beban dari turbin gas yang berubah-ubah akan berpengaruh terhadap kinerja dari tiap-tiap komponennya antara lain kompresor, combustion chamber, dan turbin gas. Dalam merespon perubahan beban yang terjadi, maka suplai bahan bakar, udara pembakaran, serta gas buang yang akan di proses di HRSG untuk mengoperasikan turbin uap ikut berubah pula.

Hal tersebut akan berpengaruh pada kinerja dan efisiensi dari gas turbin tersebut. Dengan mengetahui efisiensi siklus pada tiap beban maka diperoleh grafik efisiensi siklus pada turbin gas generator sehingga diketahui perbedaan nilai efisiensi siklus pada tiap variasi pembebanan.

a) Combined Cycle Gas Turbin (CCGT)

Menggunakan siklus Braytone, siklus dimana dengan pola 1-2-3-4-1. Siklus Brayton ini terdiri dari proses kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan panas pada tekanan konstan.

Pada siklus Bryton tiap-tiap keadaan proses dapat dianalisis secara berikut:

Siklus brayton terdiri dari proses: 1-2 : Proses kompresi isentropik yang terjadi didalam kompresor

2-3 : Proses pemasukan kalor pada tekanan konstan ( isobar ) terjadi didalam ruang bakar atau alat pemindah kalor ( pemanas )

3-4 : Proses ekspansi isentropik terjadi didalam turbin

4-1 : Proses pembuangan kalor pada tekanan tetap terjadi didalam alat pemindah kalor (pendingin), proses ini terjadi pada sistem tertutup.

b) Combined Gas and Stream (COGAS)

Siklus dari turbin uap menggunakan siklus Rankine digambarkan sebagai berikut :

- Proses 1-2 melalui proses kompreesi isentropic dipompa dari tekanan rendah ke tinggi. Pada proses membutuhkan sedikit input energi (isentropic) dan tidak terjadi perubahan enthalpy.

- Proses 2-3 liquid HP memasuki boiler, dimana saat dipanaskan tekanan constant dan kalor masuk. Liquid dipanaskan hingga menjadi dry saturated vapor.

- Proses 3-4 dry saturated vapour mengalami ekspansi karena melewati turbin sehingga tekanan dan temperature berkuran, dan juga terjadi sedikit kondensasi. Pada proses ini terjadi secara isentropic sehingga tidak terjadi perubahan enthalpy, tetapi ada tambahan hasil kondensasi yang menyebabkan terjadinya perubahan enthalpy.

- Proses 4-1 ketika wet vapour memasuki kondensor dimana kondensat berubah pada kondisi konstan pressure menjadi saturated liquid.

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

a) Turbin gas

Adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari arus gas pembakaran. Energi ditambahkan di arus gas di pembakar, di mana udara dicampur dengan bahan bakar dan dinyalakan. Pembakaran meningkatkan suhu, kecepatan dan volume dari aliran gas. Kemudian diarahkan melalui sebuah penyebar (nozzle) melalui baling-baling turbin, memutar turbin dan mentenagai kompresor.

Parameter :

- Efisiensi compressor  : 87%

- Compression rate : 14,02

- Sumber fuel : Fuel source with fixed pressure and mass flow rate, memiliki density 0.838 kg/m^3 . dengan temperature 185 C dan tekananconstant 1 bar.

- Sumber air memiliki tekanan dan mass flow rate constant/fix. Mass flow rate 13.44 kg/s.

- Fuel gas source dengan tekanan dan mass flow rate constant sebesar 1.013 bar dan mass flow rate 600 kg/s. Dengan temperature 29.4 C.

- Humidity = 97%

b) Dynamic exchanger digunakan untuk pemanasan atau pendinginan dengan viskositas tinggi produk, proses kristalisasi, penguapan tinggi dan fouling aplikasi.

Parameter :

- L = 20.4 & 20.72 m

- Jumlah component parallel = 246

- Diameter internal = 32.8e-3

Efisiensi isentropik diatas menunjukkan tidak ada kalor yang masuk dan keluar dari sistem serta tidak ada energi yang hilang akibat gesekan pada saat sistem berlangsung.

c) Generator Hasil putaran pada shaft memungkinkan perubahan energi mekanik menjadi energi listrik di generator

d) Control Valve : mengtur tekanan

e) Stodola / steam turbin : merupakan suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial uap menjadi energi kinetik dan selanjutnya diubah menjadi energi mekanis dalam

bentuk putaran poros turbin. Maximal mass flow through the turbin : 140 & 150 kg/s.

f) Condensor : Kondensor berfungsi untuk merubah fasa uap panas menjadi liquid.

- Cavity volume : 1000 m^3

- Cavity cross-sectional cavity : 100 m^2

- Pipe internal diameter : 0.018

- Fraction of initial water volume in the drum 0.15

g) Generator : Menghasilkan tenaga / Daya.

3. Medium fluida kerja apa saja yang terjadi dalam proses siklus tersebut, dan bagaimanakah proses analisis perhitungan dalam pemodelan.

Dalam sistem ini diasumsikan dalam kondisi steady state dan energi kinetic diabaikan. Pada sistem ini mesin yang bekerja adalah :

a) Gas turbin

media fluida yang bekerja adalah udara yang di compress menjadi gas panas bertekanan tinggi setelah itu dicampur dengan bahan bakar dan menghasilkan udara panas yang diarahkan sehingga menjadi energi kinetic. Perhitungan-perhitungan yang digunakan :

- Kerja yang dibutuhkan Kompressor : Wc= ma (h2-h1),

- Kalor yang dihasilkan proses combustion : Qa = (ma + mf) (h3 - h4)

- Daya yang dibutuhkan turbin : WT = (ma + mf) (h3-h4).

- Kalor yang dilepas : QR = (ma + mf) (h4 – h1).

b) Turbin Uap

Media fluida yang bekerja adalah liquid yang dikompresi menjadi tekanan tinggi. Setelah iu dipanaskan menjadi dry saturated vapor. Setelah itu mengalami ekspansi dan menjadi wet vapour.

Perhitungan rankine cycle sebagai berikut :

Secara general perhitungan efisiensi rankine cycle sebagai berikut :

Masing-masing dari empat persamaan berikutnya diturunkan dari keseimbangan energi dan massa untuk volume control. Efisiensi thermal mendefinisikan efisiensi termodinamika dari siklus sebagai rasio keluaran daya bersih terhadap masukan panas.

Saat menangani efisiensi turbin dan pompa, penyesuaian persyaratan kerja harus dilakukan:

4. Jelaskan flow line (jalur koneksi) masing-masing yang diberi warna hitam, merah

- Jalur hitam = merupakan jalur penerusan energi kinetic dari turbin dan masuk ke dalam generator untuk diubah menjadi energi lain.

- Jalur biru = menunjukan fluida hasil ekspansi tekanan rendah dan temperature rendah.

- Jalur merah = menunjukan aliran fluida tekanan tinggi temperature tinggi hasil kompresi.