Valve-Gandes Satria Pratama

BIODATA DIRI

Gandes Satria Pratama.S1 Teknik Mesin Ekstensi 2019.Universitas Indonesia

Assallammualaiakum Warrahmatullahi Wabarakatuh.

Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT Tuhan semesta alam dan sholawat beserta salam kepada Nabi Muhammad SAW.

Nama  : Gandes Satria Pratama

NPM  : 1906435492

Email  : Gandessatria@gmail.com / Gandes.Satria@ui.ac.id

No. Handphone  : 081220792803

Pertemuan 1 (12 November 2020)

Pada pertemuan ini pak DAI menjelaskan tentang valve, berikut pelajaran yang saya dapatkan pada pertemuan ini.

Katup/Valve merupakan suatu alat merupakan instrument yang paling sering ditemukan pada instalasi pabrik yang berhubungan dengan fluida. Berikut fungsi - fungsi dari katup:

1. Katup Pengrah (Directional Valve/Way Valve)

2. Katup non balik (non-return Valve)

3. Katup kontrol (Control Valve)

4. Katup penutup (Shutt-off Valve)

Dan ada beberapa valve yang sering ditemukan atau bahkan sering terdengar seperti valve berikut:

- butterfly valve

- ball valve

- check valve

- gate valve

- safety valve

- globe valve

- diaphragm valve

- pressure reducing valve

Lalu kita diberikan tugas untuk melakukan simulasi aliran untuk menemukan pressure drop pada aliran yang mengalir pada valve.

Tugas 1

---

1. Buka CFDSOF

2. Import File yang ingin disimulasikan.

3. Buat base mesh. Untuk base mesh usahakanbasemesh seimbang baik darisegi ukuran maupun segi kuantitas. Lalu pada geometry mesh perhalus mesh hingga 3 kali.

4. Masukan mesh location.Tempatkan titik kuning berada pada dalam gate valve.

5. Lalu generate mesh. Tunggu sampai iterasi selesai lalu check mesh.

6. Masuk ke model pilih formatan seperti gambar dibawah ini. Lalu apply dan akan muncul tab turbulences.

7. Pada tab turbulences pilih model SST k-ω

8. Pada tab boundary condition.

a. Pada inlet dengan boundary condition velocity inlet dan masukan kecepatan aliran comtoh 1 m/s

b. Pada outlet boundary condition flow.

c. Pada wall dan lainnya masukan wall

9. Masuk CFD-Solve dan runsolver

10. Atur start time dan number iteration of start time dan data writing control menjadi runtime sesuai dengan nomor iterasi pada start time.

11. Tunggu iterasi hingga selesai. Saat iterasi selesai masuk ke paraview.

12. Pada paraview masukan data tekanan static, kecepatan aliran, tekanan dinamik dan tekanan total dengan menggunakan kalkulator.

Pstatik = p * 1.225

magU = sqrt(U_X^2 + U_Y^2 + U_Z^2)

Pdynamic = 0.5 * 1.225 * magU

Ptotal = Pstatik + Pdynamic

Delta p = Pressure drop = Ptotal inlet - Ptotal outlet

13. Lalu extract block untuk inlet dan outlet untuk mendapatkan nilai tekanan total.

14. Lalu tekanan total inlet dikurangin tekanan total outlet maka kita akan mendapatkan pressure drop.

15. Pressure drop nya berjumlah 3.20656 Pa

16. Dan berikut kurva dan potongan dari simulasi ini.

Pertemuan 2 (19 November 2020)

Sistem fluida adalah suatu system yang terdiri dari beberapa komponen yang bertujuan untuk mengalirkan fluida dari suatu tempat ke tempat lain. Pada system fluida kita dapat menemukan berbagai macam hal seperti pressure drop,jenis pompa bahkan sampai spesifikasi pompa.Contoh kita untuk mengalirkan fluida ke tempat memerlukan tekanan yang cukup besar jadi kita bisa menghitung bagaimana kompoisi pemasangan pompad dan spesifikasi pompanya. Dengan CFD kita bisa mensimulasikan secara dinamik atau bisa melihat aliran fluida secara real time. Sedangkan secara teori kita biasanya mensimulasikan saat kondisi steady state.

Ada 3 metode dalammenganalisa fluida. 1. Experiment. Melakukan metode secara langsung. Metode ini memerlukan banyak waktu dan biaya. 2. Teori. Digunakan untuk memverifikasi data yang diambil.Contoh data experiment. 3. Numerik gabungan antara experiment dan teoritis. Semua metode ini saling melengkapi jadi tidak ada superior dalam penggunaan metode ini. Seperti kita tahu P = T* w kadang kita tidak tahu bagaimana torsi dan power yang dihasilkan secara transient. Oleh ebab itu CFD mempermudahkan untukmengetahui parameter tersebut. Pada turbin yang dijelakan abi,kenapa ada 3 blade agar lebih seimbang jika ingin ditambahkan maka harus ada yang seperti dimensi blade bahkan rpm juga mungkin harus diseuaikan juga. Olakan terjadi karena adanya separasi pada airfoil. Semakin besar separasi maka drag akan semakin besar juga. Oleh sebab itu karena ada perubahan angle of attack saat blade berputar sehingga olakan saat saat berputar juga akan berubah - berubah Tugasnya adalah membuat system dengan menggunakan openmodelica dengan memanfaatkan fasilitas fluida pada openmodelica. Tugas memahami waktu yang dibutuhkan untuk mengalirkan fluida dari tanki 1 ke tanki 2 menggunakan openmodelica. Perbedaan ketinggian 1m.

Tugas 2

---

Saya melakukan pembelajaran dan pelatihan openmodelica dengan menggunakan system fluid pada library. Saya memodifikasi example empty tank menjadi sistem seperti gambar dibawah ini.

Dengan coding seperti dibawah ini.

Dan ditemukan hasil seperti di grafik bawah ini bahwa tank diatas tank 1 dan open tank akan kosong dan semua air mengisi tank 2 selama 17,68 s

File dapat ditemukan di

[1]

Pertemuan 3 (26 November 2020)

• Permodelan adalah sebuah usaha untuk mempelajari sebuah system actual melalui sebuah system yang di simplifikasi.

• Sebuah model adalah sebuah system yang disederhanakan untuk merepresentasikan kondisi aktualnya

• Simplifikasi diperlukan untuk memudahkan system yang kompleks dan belum tentu linear. Dan juga permodelan bisa dalam skala kecil dengan biaya yang murah.

• Prinsip dari permodelan adalah sebuah usaha dalam membuat replica dari kondisi actual, Oleh sebba itu permodelan tidak akan pernah sama dengan aktualnya tapi kita bisa mengetahui konsekuensi pada system melalui permodelan

• Permodelan bisa dibagi menjadi beberapa hal

• Model Fisik adalah permodelan dalam skala kecil

• Model Komputasi memerlukan ilmu dasar untuk menunjang permodelan.

• Dalam permodelan menggunakan pendekatan hukum dasar fisika atau disebut law driven model

• Ada juga permodelan yang menggunakan artificial intelligent yang disebut data driven model yang berasal dari data – data yang dikumpulkan

Tugas 3

---

1. Fluida yang berada pada tangki dialiri ke sebuah system dengan cara dipompa. Lalu setelah keluar dari pompa air akan melewati mass flow meter untuk dihitung laju aliran massa sebelum memasuki heater. Air dipanaskan di heater oleh burner. Setelah melewati heater, ada sensor temperature untuk mengecek suhu setelah fluida melewati heater. Lalu melewati valve dan akan masuk ke radiator untuk di dinginkan. Lalu setelah ke radiator fluida akan dilairkan melewati sensor temperature lalu dialirkan Kembali ketangki.

A. Tank 1

• Ketinggian Tangki = height = 2 m

• Luas = crossArea = 0.01 m2

• Tinggi awal air = level_start = 1 m

• Diameter ports = diameter = 0.01 m

• Jumlah Ports yang digunakan = nPorts = 2

B. Pompa

• Inlet Pressure: 110.000 Pa

• Outflow Pressure = 130.000 Pa

• Mass Flow = 0.01 Kg/s

C. Mass Flow Sensor

D. Burner

Length = 2m • Diameter = 0.01 m

• Heat Flow rate = 1600 W

• Coefficiecnt of heat flow rate = -0.5

E. Sensor Temperature

F. Dynamic Pipe

• Length = 10 m

• Diameter = 0.01

• Port b – port a = 0m (horizontal)

G. Valve

• Pressure Drop = 10000 Pa

• Diameter 0.01 m

• Mass Flow rate = 0.01 Kg/s

• Initial start Ketika pressure drop = 18000 Pa anatara port a.p dan port b.p

H. Radiator

• Length = 10m

• Diameter = 0.01 m

• Horizontal tanpa perbedaan ketinggian.

• Thermal conductant = 80 W/K pendinginan dengan temperature ambient

I. Sensor Temperature

2. Prosedur Permodelan. a. Membuka OpenModelica.

b. Membuat File baru dengan specialization Model.

c. Memasukan equipment yang dibutuhkan.

i. Open tank (Modelica.Fluid.Vessels.OpenTank)

ii. Centrifugal Pump (Modelica.Fluid.Machines.ControlledPump)

iii. Mass Flow Rate (Modelica.Fluid.Sensors.MassFlowRate)

iv. Dynamic Pipe (Modelica.Fluid.Pipes.DynamicPipe)

v. Burner (Modelica.Thermal.HeatTransfer.Sources.FixedHeatFlow)

vi. Sensor Temperature(Modelica.Fluid.Sensors.Temperature)

vii. Valve (Modelica.Fluid.Valves.ValveIncompressible)

viii. Step signal for valve (Modelica.Blocks.Sources.Step)

ix. Thermal Conductor (Modelica.Thermal.HeatTransfer.Components.ThermalConductor)

x. Source Thermal Conductor(Modelica.Thermal.HeatTransfer.Sources.FixedTemperature)

d. Lalu masukan parameter sesuai dengan parameter yang ditentukan.

e. Hubungkan equipment sehingga menjadi system diatas.

f. Check system

g. Simulasikan jika check berhasil

3. Analisa Interpretasi hasil permodelan.

Karena saat disimulasikan error maka saya mencoba untuk menginterpretasikan model sendiri.

Air yang dipompa dari tangki akan mengalir ke sebuah system pemanas. Dimana setelah melewati centrifugal pump air akan diukur mass flowratenya, lalu dipanaskan di heater sepanjang 2m dengan heat flow rate sebesar 1600 W. Lalu setelah dipanaskan fluida akan diukur temperaturnya oleh sensor temperature. Lalu dialirkan sepanjang 10 m melewati valve. Pada valve akan ada pressure drop sebesar 10000 Pa. Lalu fluida akan didinginkan melalui radiator pada pipa sepanjang 10 m dengan thermal konduksi dari material radiator sebesar 80 W/K. Lalu diukur lagi dengan sensor temperature dan fluida Kembali kedalam tanki

4. Hukum yang berkaitan. Bernoilli, hukum kekekalan energi dan konduksi dan Hk. Kontinuitas.

5. Simulasi dari saya error dan saya belum menemukan masalahnya. Jadi saya tidak dapat menunjukan hasil dari simulasi system.

Tugas Nomor 2

1. 3 tangki berisikan air dan setiap tanki tersambung dengan pipa yang masing – masing tersambung di setiap port sehingga nantinya fluida pada tangki akan berpindah untuk mencapai posisi yang steady. Berikut parameter dari setiap equipmentnya.

• Tank 1

• Ketinggian Tangki = height = 12 m

• Luas = crossArea = 1 m2

• Tinggi awal air = level_start = 8 m

• Terhubung ke pipe1(port_b)

• Diameter ports = diameter = 0.1 m

• Jumlah Ports yang digunakan = nPorts = 1

• Tank 2

• Ketinggian Tangki = height = 12 m

• Luas = crossArea = 1 m2

• Tinggi awal air = level_start = 3m

• Terhubung ke pipe2(port_b)

• Diameter ports = diameter = 0.1m

• Jumlah Ports yang digunakan = nPorts = 1

• Tank 3

• Ketinggian Tangki = height = 12m

• Luas = crossArea = 1m2

• Tinggi awal air = level_start = 3m

• Terhubung ke pipe3(port_b)

• Diameter ports = diameter = 0.1m

• Jumlah Ports yang digunakan = nPorts = 1

• Pipa 1

• Panjang pipa = length = 2m

• ketinggian port_b – ketinggian port_a = height_ab = 2m

• Diameter pipa = diameter = 0.1m

• port_b sebagai inlet yang tersambung ke ports tank1, port_a sebagai outlet yang tersambung ke pipe2

• Pipa 2

• Panjang pipa = length = 2m

• ketinggian port_b – ketinggian port_a = height_ab = 2m

• Diameter pipa = diameter = 0.1m

• port_a sebagai inlet yang tersambung ke pipe1 dan pipe3, port_b sebagai outlet yang tersambung ke tank2

• Pipa 3

• Panjang pipaa = length 2m

• ketinggian port_b – ketinggian port_a = height_ab = -1m

• Diameter pipa = diameter = 0.1m

• port_a sebagai inlet yang tersambung ke pipe2, port_b sebagai outlet yang tersambung ke tank3

Tangki 1, tangka 2 dan tangka 3 memiliki diameter yang sama hanya saja diisi dengan volume air yang beda dimana tangki 1 memiliki ketinggian air 8m, tangki 2 ketinggian air 3m dan tangki 3 ketinggian air 3m hanya saja letak tangki 3 berada pada 1 meter dibawah tangki 1 dan 2.

2. Prosedur Analisa permodelan

• Membuka OpenModelica.

• Membuat File baru dengan specialization Model.

• Masukan model open tank (Modelica > Fluid > Vessels > Open Tank) sebanyak 3 equipment dan static pipe (Modelica > Fluid > System) sebanyak 3 equipment.

• Susun dahulu agar lebih rapih .

• Masukan parameter yang diinginkan dengan caa pada tampilan modelling klik 2 kali pada equipment lalu masukan parameter yang dinginkan.

• Hubungkan setiap komponen sesuai dengan modelling yang diinginkan.

• Cek rangkaian dalam modelling. Jika ada kesalahan maka akan ada informasi di message browser dan jika sudah ulangi lagi sampe check parameter berhasil.

• Simulasikan model saat berhasil. Lalu parameter simulasi akan ditampilkan.

3. Tangki 1 memiliki volume air yang paling banyak sedangkan tangki 2 dan tangki 3 memiliki volume air yang sama. Posisi tangki 1 dan tangki 2 sama tinggi sedangkan posisi tangki 3 lebih rendah 1 m dari tangki 1 dan tangki 2.

• Tangki 1 akan turun volumenya secara kontinu hingga mencapai titik seimbang karena mnegisi volume tangki 2 dan 3.

• Tangki 2 Akan mengalami penurunan volume terlebih dahulu untuk mengisi tangki 3 dan megalami sedikit kenaikan karena dapat volume dari tangki 1.

• Tangki 3 akan mengalami kenaikan yang signifikan karena mendapatkan aliran dari tangki 1 dan 2.

• Tangki 1 dan tangki 2 akan berada pada volume yang sama karena terletak pada posisi di ketinggian yang sama sedangkan tangki 3 memiliki volume lebih banyak karena pada posisi yang lebih rendah

4. Hukum hukum yang berkaitan dengan modelling ini adalah hukum Bernoulli dan hukum kekalan energi.

5. Dari hasil simulasi modelling diatas didapati kurva seperti gambar diatas Dimana hasilnya akan mengalami kesetimbangan pada detik > 139 s

• Tangki 3 pada ketinggian 6.67 m

• Tangki 1 dan 2 pada ketinggian 3.67 m

Pertemuan 4 (3 December 2020)

Pada hari ini kelas diisi oleh pak Hariyotejo. Materi kelasnya adalah remodeling dari examples pada open modelica.

1. Pertama menginput semua equipment pada modeling sheet.

2. Lalu menyusun dan menyambungkan equipment menjadi sistem

3. Lalu isi parameter di setiap equipment. Check modeling.

4. Simulasikan.

Berikut hasil remodelling dari example. Bagian kiri adalah example dan bagian kanan adalah remodelling.

Lalu remodeling empty tank dan perbandingan hasilnya seperti ini

Lalu melakukan permodelan konservasi massa pada control volume.

Berikut kodingnya

dan berikut hasilnya

Tugas 4

Berikut tugas yang diberikan.

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

Jawaban

Dalam system diatas terdapat 2 sistem yaitu system dengan gas turbine dan steam turbine. System gas turbine menggunakan persamaan siklus brayton dan steam turbine dengan siklus rankine. Berikut ilustrasi dari CCPP yang saya dapatkan dari google.

a)Gas turbine

Didalam gas turbine ada 3 komponen yaitu compressor, combustion chamber dan turbine.

Compressor : Meningkatkan tekanan udara dan temperature udara sebelum dialirkan menuju combustion chamber . Proses pada compressor adalah isentropic-adiabatik

Combusition Chamber: Tempat dimana udara yang sudah dinaikan pressure dan temperature di kompresor disatukan dengan bahan bakar menyebabkan temperature udara meningkat dengan kondisi isobaric. Udara panas hasil ruang bakar diteruskan ke turbine

Turbine : Gas panas yang memiliki temperature dan pressure tinggi diteruskan ke turbin untuk memutarkan turbin. Hasil dari turbin ada dua. Yaitu power yang nantinya akan diteruskan ke altenator generator dan udara panas hasil dari turbin gas yang akan diteruskan ke Heat Recovery Steam Generator.

b)Steam Turbine

Heat Recovery Steam Generator adalah equipment yang digunakan untuk menggunakan panas dari terusan turbin gas panas yang digunakan untuk memutarkan turbin multi stage dari HP, MP dan LP.

Panas turbin masuk HRSG dan dipanaskan kembali diteruskan ke turbin multi stage turbin dan memutarkan turbin. Semua turbin yang memutarkan shaft di searahkan di alternater agar menyelaraskan Gerakan shaft untuk memutarkan generator dan menghasilkan listrik. Pada LP turbine uap panas dimasukan ke condenser. Uap panas diubah menjadi liquid di condenser. Liquid dipompa kan lagi ke LP drum untuk di siklus ulang di HRSG.

Gas Turbine Engine menggunakan siklus braytone dan Steam turbine menggunakan siklus rankine.

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

Gas Turbine Engine memiliki fungsi menaikan tekanan dan temperature natural gas sehingga dapat memutarkan turbine dan shaft untuk memutarkan generator. Turbine berputar karena adanya konversi energi panas menjadi energi mekanik. Didalam parameter dapat diketahui bahwa efisiensi kompresor 87% dan efisiensi turbin 89%.

Steam Turbine

Steam turbine berputar akibart dari uap panas HRSG. Pada steam turbine ada 3 turbine multistage dimana turbine High Pressure, Medium Pressure dan Low Pressure yang sama sama menggerakan shaft untuk memutarkan generator. Berikut parameter dari steam turbine.

Dibawah ini adalah parameter turbine high pressure, medium pressure dan low pressure.

Generator: Hasil putaran drive tersambung pada generator. Sehingga generator berputar dan menghasilkan energi listrik (Konveksi energi mekanik ke energi listrik) deimana efisiensi nya adalah 99.8%.

Kondenser: Uap panas dari LP diteruskan ke condenser/cooling tower dimana nantinya uap panas akan didinginkan menjadi liquid. Berikut parameternya.

Centrifugal pump : Liquid yang di condenser akan dipompa ke drum untuk dijadikan media heat exchanger pada HRSG . Berikut parameter dari dari centrifugal pump.

Dan drum digunakan sebagai tempat penampungan sementara air untuk HRSG Berikut parameter drup dari drum high pressure, drum medium pressure dan drum low pressure.

Dalam siklus turbine uap panas dipanaskan kembali oleh HRSG dimana HRSG memiliki beberapa komponen seperti

Superheater: Super heater adalah komponen yang digunakan untuk memanaskan gas menjadi steam. Super heater pada sistem ini ada 3 yaitu superheater HP,MP dan LP.

Economiser

Evaporator

Selain itu ada pipe yang berguna sebagai penyaluran fluida di system.

Ada juga valve yang digunakan sebagai pengontrol laju aliran fluida yang berada pada system yaitu control valve

Mixer sebagai penyampur fluida di HRSG

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

Medium fluida kerja yang bekerja dalam proses tersebut sebagian besar adalah Mesin Fluida, yaitu:

-Turbin Gas (Menghasilkan kerja) dari Natural Gas ke Superheated gas

-Turbin Uap (Menghasilkan kerja) Uap panas dan superheated gas

-Pompa Sentrifugal (Membutuhkan kerja) Fluida cair

-Kompresor (Membutuhkan kerja) Natural gas

Pada Analisa perhitungannya menggunakan hukum konservasi energi dan konservasi massa

Pada kompresor,pompa,turbin dan HRSG mengalami proses adiabatic,yang dimana proses adiabatic adalah proses yang tidak terjadi pergantian kalor dari sistem kelingkungan ataupun sebaliknya.Pada

proses ini diasumsikan kondisi steady state dan energi kinetic potensial diabaikan.

Berdasarkan buku Moran didapatkan ilustrasi dari CCPP seperti pada gambar dibawah ini.

Lalu analisa perhitungannya seperti berikut

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

- Jalur hitam

Jalur hitam pada sistem terdapat setelah turbin ke generator. memiliki arti mentransfer kerja atau energi ke generator.

Sedangkan garis hitam tebal merupakan jalur buangan gas yang ujungnya gas akan dilepas ke lingkungan dengan temperature rendah.

-Jalur Merah

Jalur merah menunjukan alur fluida yang memiliki tekanan tinggi dan temperature tinggi. Biasanya buangan dari gas turbine dan aliran fluida di HRSG.

-Jalur Biru

Jalur biru menunjukan alur fluida tekanan rendah dan temperature rendah. Terdapat pada kondenser yang akan mengirimkan fluida ke drum pada HRSG.

Pertemuan 5 (10 December 2020)

Pada pertemuan ke 5, kita diajarkan melakukan remodel compressor. Pada remodel compressor kita diajarkan bagaimana memecah komponen compressor pada open modelica dan memasukan parameter yang dientukan.

Selanjutnya melakukan remodeling pada centrifugal pump pada open modelica.

Pertemuan 6 (17 December 2020)

Pada pertemuan ke 6 kita mengikuti kuliah tamu oleh Dr. Ir. Harun Al Rasyid terkait dengan Combine Cycled Power Plant. Dimana dijelaskan pada CCPP ada dua siklus yaitu siklus rankine untuk steam turbine dan brayton untuk gas turbine. Pada dasarnya, di indonesia lebih banyak menggunakan PLTU. Karena PLTU lebih mudah pendistribusian batu baranya sedangkan CCPP mengalami kesulitan dalam penyebaran gasnya. Dari sisi efisiensi pun CCPP lebih unggul daripada PLTU.

Selain itu kita juga diberi tahu tentang type type dari gas turbine engine steam turbine. Kapasitas turbin pada awal 1900an masih berkisar 27.000 kW hingga kemudian saat ini sudah mencapai 300.000 kW. Aplikasi turbin gas yang paling besar adalah pada pembangkit listrik dan yang paling sering adalah pada sistem pemompaan. Ketika turbin gas digunakan sebagai penggerak utama, maka dapat dibagi menjadi beberapa kelas yaitu :

• Sebagai sarana untuk meningkatkan kapasitas.

• Sebagai sumber energi listrik independen yang bersaing dengan penggerak lainnya.

• Sebagai unit beban puncak atau cadangan.

Terdapat dua tipe turbin gas, yaitu adalah turbin gas heavy duty dan turbin gas aeroderivative (yang digunakan pada mesin pesawat). Pemilihan turbin gas yang akan dipasang di combined cycle power plant harus proven, artinya adalah turbin gas tersebut minimal sudah pernah beroperasi selama 2 (dua) tahun sehingga layak digunakan dan sudah terbukti kualitasnya.