Valve-Ikhsanul Fikri Fakhrurrozi

Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT dan sholawat serta salam kepada Nabi Muhammad SAW, Perkenalkan nama saya Fikri, informasi singkat saya dapat dilihat sebagai berikut :

Nama : Ikhsanul Fikri Fakhrurrozi

Email : ifikrifakhrurrozi97@gmail.com

Pertemuan Pasca UTS

Pertemuan Pertama

---

Hari, Tanggal : Kamis, 12 November 2020 Oleh : Dr. Ahmad Indra

Pada pertemuan ini pak Dai memberikan pemaparan terkait dengan valve beserta simulasi valve pada CFDSOF. Valve adalah suatu perangkat yang berfungsi untuk mengatur dan mengarahkan aliran fluida dengan cara membuka atau menutup baik secara full atau sebagian. Berbagai jenis valve diantaranya adalah :

1. Gate Valve

2. Globe Valve

3. Ball Valve

4. Butterfly Valve

5. Check Valve

Sedangkan menurut fungsinya valve dibagi menjadi empat (dalam DIN 24300), yaitu katup pengarah, katup non-balik, katup kontrol dan katup penutup.

Kemudian pada pertemuan tersebut pak Dai memberikan tugas kepada mahasiswa terkait dengan analisa aliran fluida di dalam valve dengan menggunakan bantuan software CFDSOF dan Paraview sebagai pendukungnya. berikut adalah desain gate valve yang saya pilih untuk simulasi alirannya.

Gate Valve

kemudian saya melakukan simulasi dengan menggunakan asumsi berikut :

1. kecepatan inlet = 1 m/s

2. fluida air pada suhu 25 derajat. (rho = 1000kg/m3, viskositas dinamik = 8.9 x 10^-4)

3. diameter dalam gate valve adalah 1 inch

Dan dihasilkan grafik residual sebagai berikut :

kemudian saya melakukan perhitungan pressure drop dengan membandingkan tekanan di inlet dan outlet valve. Hasil dari perhitungannya adalah sebagai berikut :

Perhitungan tersebut memberikan gambaran bahwa tekanan di inlet jauh lebih besar dibandingkan tekanan bagian outlet dikarenakan terjadi rugi-rugi tekanan sepanjang aliran didalam valve yang dapat disebabkan oleh hal-hal seperti perubahan penampang pada gate valve tersebut. Sebaliknya kecepatannya cenderung mengalami peningkatan di bagian entrance dan mengalami kesetimbangan setelah memasuki entrance region tersebut. grafik tekanan dan kecepatan dari simulasi tersebut adalah sebagai berikut :

grafik tekanan total

grafik kecepatan

Pertemuan Kedua

---

Hari, Tanggal : Kamis, 19 November 2020 Oleh : Dr. Ahmad Indra

Sistem fluida adalah suatu sistem yang berisi komponen-komponen yang digunakan untuk mengalirkan atau memindahkan fluida. Salah satu komponen-komponen tersebut adalah pompa yang merupakan sub-sistem dari suatu sistem fluida. Namun suatu pompa dapat dikatakan suatu sistem dikarenakan suatu pompa terdiri dari komponen-komponen yang merupakan sub-sistem dari pompa tersebut seperti casing, impeller, dll. Dalam mempelajari sistem fluida terdapat 3 metode dalam mempelajari sistem fluida, yaitu adalah :

1. secara teoritis

2. aplikasi CFD

3. real (eksperimen).

Teori-teori yang ada dalam mempelajari sistem fluida bersifat ideal yang artinya masih terdapat batasan-batasan tertentu dalam menganalisis suatu sistem fluida seperti hasil analisis yang dilakukan sifatnya steady state. Namun teori-teori tersebut digunakan sebagai landasan dalam metode pembelajaran dengan metode CFD dan eksperimen. Aplikasi CFD digunakan untuk untuk memudahkan analisis sistem fluida untuk melengkapi teori yang ada sehingga hasil analisis yang dilakukan akan lebih confident dikarenakan metode CFD dapat digunakan untuk menganalisis sistem fluida secara transient. Kemudian eksperimen yang dilakukan untuk menganalisis sistem fluida digunakan untuk memperkuat teori dan aplikasi cfd yang ada sehingga hasil analisis akan lebih reliable karena analisis bersifat lebih aktual. Namun bukan berarti metode dengan eksperimen lebih vaik dari kedua metode sebelumnya. Masing-masing metode tersebut saling melengkapi metode yang lain. Hasil metode eksperimen tidak selalu menjadi tolok ukur ketepatan analisis sistem fluida. Apabila metode analisis metode eksperimen tersebut dibandingkan dengan metode teoritis kemudian terdapat perbedaan analisis yang tidak reliable, maka terdapat kemungkinan metode eksperimen tersebut terdapat kekeliruan dikarenakan perbedaan analisis yang tidak reliable tersebut.

PR Tanki Sistem Fluida

Pada pertemuan sebelumnya pak Dai memberikan PR untuk mempelajari aplikasi sistem fluida pada openmodelica. Berikut adalah model yang saya pelajari :

Pada pemodelan tersebut pipa mengalirkan air dari tangki 1 ke tengki 2, kemudian air di tangki 2 dialirkan menuju tangki 3 dengan pipa 2. Berikut saya lampirkan kode numeriknya yang berisi terkait dengan properties dari masing-masing komponen,

Saya mempelajari model tersebut dari example empty tank yang kemudian saya memberikan tambahan tank dan pipe pada model tersebut. Tulisan "redeclare package Medium =Modelica.Media.Water.ConstantPropertyLiquidWater" menunjukkan bahwa fluida yang kita input adalah air. Pada pemodelan yang saya pelajari tersebut masih terdapat error bagian matriks singular namun sampai sekarang saya masih belum mengetahui bagaimana cara menyelesaikannya.

Berikut saya lampirkan file hasil belajar saya,

Triple Empty Tanks

Pertemuan Ketiga

---

Hari, Tanggal : Kamis, 26 November 2020 Oleh : Dr. Ahmad Indra

Pada pertemuan hari ini pak Dai membahas tentang pemodelan sistem fluida. Pemodelan sendiri adalah suatu cara untuk mempelajari sebuah sistem yang aktual melalui sebuah sistem tersimplifikasi. sebuah model adalah sebuah sistem yang merepresentasikan kondisi aktual dari sistem tersebut. Pemodelan memungkinkan kita dalam melakukan sebuah penelitian atau studi terhadap kondisi aktual pada sistem tersimplifikasi tanpa mengurangi keakuratan dalam studi. Meskipun pemodelan berbeda dengan kondisi aktual namun kita dapat dengan mudah mempelajari suatu sistem aktual dengan perubahan parameter dari aplikasi pemodelan tersebut. Terdapat beberapa jenis pemodelan, yaitu law driven model, yang menggunakan pendekatan hukum dasar fisika dan data driven model, yang menggunakan artificial intelligent.

Kemudian pak Dai mengarahkan kami untuk mempelajari openmodelica yang dibantu oleh pak Hariyo. Kami melakukan simulasi terkait two tanks, empty tanks dan juga simple cooling yang bisa kita dapat modelnya di library example openmodelica.

Two tanks sendiri melakukan pemodelan terkait air pada tangki 1 dengan ketinggian fluida 0.9 m yang mengalir melalui pipa horizontal ke tangki 2 yang pada awalnya sudah berisi air 0.1 m. Kemudian kedua tangki tersebut mencapai kondisi setimbang dimana jumlah fluida dikedua tangki tersebut sama pada t = 1.5 s. Berikut adalah pemodelannya dan grafiknya,

Yang kedua adalah simulasi terkait empty tank. Pada pemodelan ini tangki 1 terdapat fluida dengan 1 m3 yang kemudian mengalir melalui sebuah pipa vertikal menuju tangki 2 (tangki kosong) hingga fluida pada tangki 1 habis pada t sekitar 35 s. Berikut adalah pemodelan dan grafiknya,

Yang terakhir adalah pemodelan simple cooling.

PR 3 Sistem Fluida

HEAT SYSTEM

1. Deskripsi

Sistem diatas merupakan simple heat system dengan siklus aliran tertutup. Pada sistem tersebut terdapat kontroler sederhana yang berfungsi untuk mengatur komponen-komponen yang ada pada sistem tersebut sehingga heat system dapat dikontrol melalui valve yaitu adalah sebagai berikut; pump mengatur tekanan dan burner mengatur temperatur. Berikut adalah parameter-parameter yang diketahui dari pemodelan tersebut :

     •	Tangki : 
       
       Cross Area = 0.01 m^2, 
                 
       Height = 2 m

     •	Pump

       Tekanan Input = 110000 Pa

       Tekanan output = 130000 Pa

     •	Heater

       length = 2 m

       diameter = 0.01 m

     •	Pipe

       length = 10 m

       diameter = 0.01 m

     •	RAdiator

       length = 10 m

       diameter = 0.01 m

2. Prosedur Analisa Pemodelan

     •	Membuka file heat system di library openmodelica Modelica => Fluid => Example => heat system.

     •	Checklist gambar Check berwarna hijau, kemudian lakukan simulasi dengan mengklik panah kanan berwarna hijau.

     •	Masuk bagian plotting terdapat berbagai parameter akhir setelah fluida pada tangki-tangki dalam keadaan setimbang.

     •	Jika ingin melihat perubahan parameter-parameter tersebut dalam waktu yang spesifik, maka kembali ke bagian modeling lalu klik   huruf S di kiri tombol simulasi tadi. Tombol S disini merupakan simulation setup yang mana kita dapat mengubah waktu simulasi sehingga kita bisa mengetahui perubahan-perubahan parameter pada t=0 hingga t yang diinginkan.

3. Analisa Pemodelan

Sistem diatas merupakan simple heat system dengan siklus aliran tertutup. Pada sistem tersebut terdapat kontroler sederhana yang berfungsi untuk mengatur komponen-komponen yang ada pada sistem tersebut sehingga heat system dapat dikontrol melalui valve yaitu adalah sebagai berikut; pump mengatur tekanan dan burner mengatur temperatur. Kemudian kita dapat mengetahui perbedaan temperatur pada setiap waktu (t) dengan melakukan simulasi di openmodelica.

4. Hukum Fisika

   • Hukum Perpindahan panas, Hukum perpindahan panas digunakan untuk menghitung temperatur fluida saat mengalami peningkatan temperatur dari heater dan penurunan temperatur setelah melewati radiator.

   • Hukum Kekekalan Energi, Hukum kekekalan energi digunakan untuk mengubah energi mekanik motor mejadi energi fluida yang digunakan untuk menaikkan nilai tekanan.

5. Hasil Simulasi untuk Mendukung Kesimpulan

Pada sistem diatas, fluida dipompa untuk memasuki heater sehingga didalam heater tersebut fluida mengalami peningkatan temperatur. Kemudian fluida tersebut mengalir melewati valve kemudian menuju radiator. Didalam radiator ini fluida mengalami penurunan temperatur.

THREE TANKS

1. Deskripsi

  Gambar diatas menunjukkan bahwa terdapat air pada setiap tangki. Tangki pertama terisi air dengan volume 8 m^3, tangki kedua terisi    air dengan volume 3 m^3 dan tangki ketiga berisi air sebanyak 3 m^3. Parameter-parameter lain pada sistem tangki adalah sebagai berikut :

     Tangki 1

     • Tinggian Tangki = height = 12 m

     • Cross Area = 1 m^2

     • Terhubung ke pipe1 (port_b)

     • Diameter ports = 0.1 m

     • Jumlah Ports yang digunakan = nPorts = 1

    Tangki 2

     • Tinggian Tangki = height = 12 m

     •	Cross Area = 1 m^2

     •	Terhubung ke pipe1 (port_b)

     •	Diameter ports = 0.1 m

     •	Jumlah Ports yang digunakan = nPorts =  1

    Tangki 3

     •	Tinggian Tangki = height = 12 m

     •	Cross Area = 1 m^2

     •	Terhubung ke pipe1 (port_b)

     •	Diameter ports = 0.1 m

     •	Jumlah Ports yang digunakan = nPorts = 1

    Pipe1

     •	Panjang pipa = 2

     •	ketinggian port_b – ketinggian port_a = height_ab = 2

     •	Diameter pipa  = 0.1

    Pipe2

     •	Panjang pipa = length = 2

     •	ketinggian port_b – ketinggian port_a = height_ab = 2

     •	Diameter pipa = 0.1

    Pipe3

     •	Panjang pipaa = length 2

     •	ketinggian port_b – ketinggian port_a = height_ab = -1

     •	Diameter pipa = 0.1

2. Prosedur Analisa Pemodelan

     •	Membuka file three tanks di library openmodelica Modelica => Fluid => Example => Tanks => Three Tanks.

     •	Checklist gambar Check berwarna hijau, kemudian lakukan simulasi dengan mengklik panah kanan berwarna hijau.

     •	Masuk bagian plotting terdapat berbagai parameter akhir setelah fluida pada tangki-tangki dalam keadaan setimbang.

     •	Jika ingin melihat perubahan parameter-parameter tersebut dalam waktu yang spesifik, maka kembali ke bagian modeling lalu klik   huruf S di kiri tombol simulasi tadi. Tombol S disini merupakan simulation setup yang mana kita dapat mengubah waktu simulasi sehingga kita bisa mengetahui perubahan-perubahan parameter pada t=0 hingga t yang diinginkan.

3. Analisa Pemodelan

  Nilai volume awal pada masing-masing tangki adalah 8 m^3 untuk tangki 1 dan 3 m^3 untuk tangki 2 dan 3. Kemudian nilai volume akhir dari masing-masing tangki adalah 3.67 m^3 untuk tangki 1 dan 2 dan 6.67 m^3 untuk tangki 3. Perbedaan volume akhir pada tangki 1,2 dan tangki 3 disebabkan karena perbedaan height_ab pada pipe yang tersambung pada setiap tangki. pipe 1 dan pipe 2 memiliki height_ab sama, yaitu 2 m sehingga posisi tangki 1 dan tangki 2 sejajar. pipe 3 memiliki height_ab = -1 m sehingga kedudukan tangki 3 lebih rendah dibandingkan tangki 1 dan 2. Rangkaian sistem ini berlangsung selama 200 detik hingga fluida pada setiap tangki mengalami kesetimbangan akhir.

4. Hukum Fisika

   • Hukum Bernoulli, Hukum bernoulli digunakan untuk menghitung berapa volume akhir ketiga tangki tersebut dalam kondisi setimbangnya.

   • Hukum KOntinuitas, Hukum kontinuitas digunakan untuk menghitung pada t berapa ketiga tangki tersebut dalam kondisi setimbang.

5. Hasil Simulasi untuk Mendukung Kesimpulan

Grafik diatas menunjukkan perbedaan volume air pada tiap tangki sepanjang waktu dari t = 0 sampai t = 200 s.

Pertemuan Keempat

---

Hari, Tanggal : Kamis, 3 Desember 2020 Oleh : Dr. Ahmad Indra dan Pak Hariyo

Pada hari ini kami melakukan remodeling model yang sudah ada di library openmodelica. Berikut adalah remodeling yang dibuat :

1. Remodeling Empty Tanks

2. Remodeling Two tanks

Kemudian kami melakukan coding terkait materi konservasi massa pada kontrol volume.

PR Conservation Mass & Energy

Pertanyaan & Jawaban :

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

Pada power plant tersebut terdapat turbin gas dan turbin uap. Turbin gas pada sistem tersebut memanfaatkan siklus brayton sedangkan pada turbin uap memanfaatkan siklus rankine. Siklus di Turbin Gas Kompresor pada sistem ini menaikkan nilai tekanan pada udara secara isentorpic-adiabatic yang nantinya akan mengalami peningkatan temperatur di bagian combustion chamber secara isobarik. Kemudian udara dengan temperatur tinggi tersebut diteruskan ke turbin. Turbin digerakkan oleh udara panas tersebut yang mana merupakan masukan yang menggerakkan turbin tersebut. Kemudian output dari turbin tersebut adalah energi listrik pada generator dan udara panas yang akan diteruskan di HRSG (Heat Recovery Steam Generator) yang merupakan alat untuk meneruskan udara panas untuk menggerakkan turbin multi stage. Siklus di Turbin Uap Udara panas pada HRSG diteruskan ke turbin multi stage untuk menggerakkan turbin. Turbin bergerak untuk menghasilkan energi listrik di generator. Uap panas yang ada kemudian akan ditransfer menuju kondensor untuk diubah fasanya menjadi liquid kemudian liquid tersebut akan dipompa lagi untuk melakukan siklus yang sama di HRSG.

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

a. Turbin Gas

Udara di turbin gas mengalami peningkatan tekanan dan temperatur akibat proses pembakaran yang terjadi. Udara panas tersebut kemudian digunakan untuk menggerakkan turbin gas tersebut.

Efisiensi turbin dan kompresor diatas digunakan untuk mendapatkan efisiensi total.

b. Turbin Uap

Pada sistem turbin uap terdapat tiga jenis turbin yaitu turbin dengan tekanan rendah, sedang dan tinggi.

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. Kondensor

Kondensor berfungsi untuk merubah fasa uap panas menjadi liquid.

e. Pump

Pump berfungsi untuk memompa liquid untuk diteruskan ke HRSG sebagai media heat exchanger pada HRSG

f. Pipe

Pipe digunakan untuk mengalirkan fluida, dalam hal ini adalah fluida gas dann liquid

g. Valve

Valve digunakan untuk mengatur laju aliran fluida.

3. Medium fluida kerja apa saja yang terjadi dalam proses siklus tersebut, dan bagaimanakah proses analisis perhitungan dalam pemodelan. Medium kerja yang ada pada sistem tersebut adalah turbin gas, turbin uap, pompa dan kompresor. Berikut proses analisis perhitungannya :

4.Jelaskan flow line (jalur koneksi) masing-masing yang diberi warna hitam, merah, dan biru sesuai dengan interkoneksi yang diberikan dalam diagram tersebut!

a.Hitam

Jalur Hitam menunjukkan alur aliran gas pada sistem tersebut yaitu adalah gas keluar dari turbin masuk ke kompresor

b.Merah

Jalur merah menunjukkan udara dengan temperatur tinggi yang masuk melalui heat exchanger kemudian menggerakkan turbin uap pada sistem tersebut.

c.Biru

Jalur biru menunjukkan udara dengan temperatur rendah yang dipompa dari kondensor.

Pertemuan Kelima

---

Hari, Tanggal : Kamis, 10 Desember 2020 Oleh : Dr. Ahmad Indra dan Pak Hariyo

Pada pertemuan hari ini kami melakukan remodeling test compressor yang terdiri dari compressor, lumpped straight pipe, source PQ dan sink. Berikut adalah remodel yang saya kerjakan.

Dan hasilnya dengan pemodelan Test Compressor yang ada di openmodelica kurang lebih sama.

Kemudian pak Hariyo menyuruh kami umtuk mencoba melakukan remodel pada thermoSysPro -> Examples -> SympleExamples -> TestDynamicCentrifugalPump1. Kemudian saya melakukan simulasi remodel dan hasilnya kurang lebih juga sama.