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 Mekanika 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.

Biodata diri

Nama: Mizan Eryandhika Guntorozi

NPM: 1806181823

Fakultas / Program Studi: Teknik / S1 Paralel Teknik Mesin

Pertemuan 1: Aliran Viskos

Pertemuan 1: Aliran Viskos ; Selasa, 31 Maret 2020

Pertemuan 1 dilaksanakan melalui aplikasi zoom pada hari tanggal Selasa, 31 Maret 2020 pada pukul 13.30 sampai dengan 15.20. Pertemuan 1 diisi oleh Pak Muhammad Hilman Gumelar Syafei atau yang akrab dipanggil Mas Edo selaku asisten dosen Pak Ahmad Indra Siswanto atau Pak DAI. Pertemuan 1 ini diawali dengan pemaparan materi "Aliran Viskos" dimana Mas Edo membahas Reynolds Number.

Reynolds Number adalah perbandingan suatu inersia fluida dengan dinding pipa yang menghasilkan suatu gesekan. Gesekan tadi menghambat laju aliran fluida di dalam pipa yang dapat pula disebut sebagai viskositas. Jadi Reynolds Number itu adalah perbandingan inersia atau badan fluida dengan viskositas pada pipa. Dimana, semakin besar Reynolds Number suatu fluida maka semakin Turbulen suatu Aliran Fluida, begitu pula jika semakin kecil Reynolds Number suatu fluida maka semakin Laminar suatu Aliran Fluida. Hal ini akan saya bahas berikutnya.

                                                                  Re = ρ v D / μ

Dengan catatan:

Re = Reynolds Number

ρ = Densitas fluida (g/cm^3 atau kg/m^3)

v = Kecepatan rata-rata fluida di dalam pipa (m/s atau cm/s)

D = Diameter dalam pipa (m atau cm)

μ = Viskositas (Pa)

Kemudian, dari pernyataan Reynolds Number tadi, kita dapat concern mengenai Jenis-jenis Aliran suatu fluida dimana Mas Edo juga membahas hal tersebut yaitu Aliran Laminar dan Aliran Turbulen.

Aliran Laminar adalah aliran fluida yang bergerak dengan kondisi lapisan-lapisan yang membentuk garis-garis alir dan tidak berpotongan satu sama lain. Alirannya relatief mempunyai kecepatan rendah dan fluidanya bergerak sejajar

Aliran Turbulen adalah aliran fluida yang partikel-partikelnya bergerak secara acak dan tidak stabil dengan kecepatan relatif tinggi yang saling interaksi satu sama lain. Akibat dari hal tersebut garis alir antar partikel fluidanya saling berpotongan.

Berikut adalah gambaran perbedaan Aliran Laminar dan Aliran Turbulen

Dengan catatan:

- Aliran Laminar terjadi apabila Reynolds Number kurang dari 2200 Re < 2200

- Aliran Transisi terjadi apabila Reynolds Number sama dengan 2200 Re = 2200

- Aliran Turbulent terjadi apabila Reynolds Number lebih dari 2200 Re > 2200

Lalu, dari hal-hal yang telah di bahas tadi, maka memicu pertanyaan seperti berikut:

Pertanyaan:

1. Apa itu entrance region/aliran masuk?

2. Apa itu fully developed flow/aliran berkembang sempurna?

3. Apa itu entrance length?

4. Apa pengaruh viskositas? dan pengaruh pressure drop dalam pipa?

5. Bagaimana cara menghitung pressure drop suatu aliran dalam laminar/turbulen?

Jawaban:

https://sbainvent.com/fluid-mechanics/fully-developed-flow/

1. Entrance Region atau aliran masuk adalah area pintu masuk saluran fluida sesuai pada gambar yang diberikan. Entrance Region adalah bagian saluran di mana kecepatan dan/atau suhu tidak sepenuhnya berkembang. Entrance Region juga hanya bergantung pada kondisi awal atau kondisi masuknya fluida ke dalam pipa di mana lapisan batas meningkat hingga mengisi seluruh bagian melintang pipa.

2. Fully Developed Flow atau aliran berkembang sempurna adalah fase setelah selesainya fluida melewati Entrance Region. Dimana aliran ini terjadi ketika efek viskos atau efek gesekan fluida dengan dinding pipa akibat tegangan geser, yang kemudian menciptakan profil kecepatan yang berkembang sepenuhnya. Fully Developed Flow ini terjadi ketika fluida berjalan melalui pipa yang penampangnya lurus. Selain itu, kecepatan fluida untuk Fully Developed Flow titik tercepatnya adalah di garis tengah pipa.

3. Entrance length adalah jarak yang ditempuh aliran fluida setelah memasuki pipa tepat sebelum aliran berkembang sepenuhnya atau dapat disebut juga jarak ketika aliran masuk Entrance Region sampai sebelum masuk ke Fully Developed Flow.

4. Semakin meningkat densitas dan viskositas maka rata-rata kecepatan fluida semakin rendah. Hal tersebut mengacu kepada Pressure Drop yang merupakan penurunan tekanan dari satu titik di dalam sistem. Semakin meningkat viskositas dan semakin menurun densitas maka kondisi Fully Developed Flow semakin cepat tercapai di dalam suatu pipa horizontal.

5. Untuk Aliran Laminar:

https://www.academia.edu/7753098/Pressure_Drop

Dengan Catatan:

Re = Reynolds Number

v = Kecepatan Aliran

D = Diameter Pipa

V = Kinematika Viskositas

λ = Koefisien Gesekan Pipa

Untuk Aliran Turbulen:

https://www.academia.edu/7753098/Pressure_Drop

Dengan Catatan:

Δp = Pressure Drop

λ = Koefisien Gesekan Pipa

L = Panjang Pipa

D = Diameter Pipa

p = Kepadatan

v = Kecepatan aliran

Pertemuan dilanjutkan dengan tutorial cara menggunakan aplikasi CFDSOF. CFDSOF ini merupakan aplikasi untuk melakukan simulasi aliran fluida dalam suatu media. Tutorial CFDSOF yang dipimpin oleh Mas Edo ini cukup jelas. Beliau menjelaskan cara menggunakan aplikasi ini dengan baik dan benar. Aplikasi CFDSOF ini juga cukup membantu para pengguna untuk menggambarkan simulasi aliran fluida serta membantu perhitungan untuk selanjutnya diaplikasikan di lapangan. CFDSOF ini juga cukup fleksibel apabila pengguna ingin membuat simulasi dalam bentuk box atau dalam bentuk cylinder dan kemudian dapat diatur dimensinya sesuai yang pengguna inginkan.

Pada CFDSOF kami diajarkan untuk membuat simulasi aliran laminar dengan mengaplikasikan aliran viscous pada CFDSOF. Pertama-tama, hal yang dilakukan adalah menentukan wall, inflow, outflow pada tampilan bidang xyz. Kemudian menentukan mesh pada bidang xyz, menentukan boundary dan terakhir melakukan simulasi dengan menekan tombol pada solver dan dapat dilihat hasilnya seperti pada Lampiran dibawah.

Lampiran

Berikut adalah residual monitor yang muncul

Berikut adalah grafik dan tampilan pada Paraview

Pertemuan 2: Hukum Konservasi dan Vektor Velocity Aliran

Pertemuan 2: Hukum Konservasi dan Vektor Velocity Aliran; Rabu, 1 April 2020

Pertemuan 2 dilaksanakan melalui aplikasi zoom pada hari tanggal Rabu, 1 April 2020 pada pukul 13.10 sampai dengan 15.02. Pertemuan 2 diisi oleh Pak Ahmad Indra Siswanto atau Pak DAI dan juga dilanjutkan oleh Pak Muhammad Hilman Gumelar Syafei atau Mas Edo selaku asisten dosen Pak Ahmad Indra Siswanto atau Pak DAI. Pertemuan 2 ini diawali dengan pemaparan materi dimana Pak DAI membahas tentang "Hukum Konservasi" yang dibagi menjadi tiga, yaitu Hukum Konservasi Massa, Konservasi Momentum dan Konservasi Energi seperti berikut:

1. Konservasi massa adalah apabila dalam suatu sistem massa total mengalami perubahan secara total artinya berubah terhadap jarak/ruang dan waktu, maka perubahan tersebut dapat diimplementasikan atau diasumsikan sama dengan 0.

                                                                    dm/dt = 0

2. Konservasi Momentum adalah apabila dalam suatu sistem kecepatan dan momentum berubah terhadap jarak/ruang dan waktu, maka perubahan tersebut dapat diimplementasikan dengan sigma F atau total gaya yang terjadi.

                                                                M. dV/dt = sigma

3. Konservasi Energi adalah apabila dalam suatu sistem energi total mengalami perubahan secara total artinya berubah terhadap jarak/ruang dan waktu, maka perubahan energi tersebut dapat diimplementasikan sebagai W atau kerja dan energi panas atau Q.

                                                                   dE/dt = W+Q

Dengan catatan:

d = differensial total

dho = differensial parsial

Pak DAI kemudian bertanya bahwa pada mata kuliah Mekanika Fluida concern yang ada adalah menganalisis gerakan fluida terhadap benda atau sebaliknya gerakan benda terhadap fluida?

Pertanyaan tersebut dapat dijawab sebagai berikut:

-Perhitungan Benda terhadap Fluida

Contoh Peritungan Benda terhadap Fluida adalah aerodinamika, kemudian muncul concern apa akibat yang terjadi jika mobil melewati angin?. Jawab, yang terjadi adalah pada akhirnya terjadi hambatan oleh angin yang menghambat laju dari mobil. Disini, yang kita amati adalah fluida di sekitar mobil yaitu (volume control disekitar mobil).

-Perhitungan Fluida terhadap Benda

Contoh Perhitungan Fluida terhadap Benda adalah kipas angin yang menggerakan fluida disekitarnya, kemudian muncul concern berapa daya yg diperlukan kipas angin untuk menggerakan fluida tersebut? Daya yang diperlukan kipas angin terjadi di dalam kipas angin tersebut dimana kipas angin merupakan suatu sistem.

                  Kemudian, Pak DAI menegaskan disitulah kenapa kita melakukan pendekatan volume bukan sistem.

Pada pertemuan-2 kali ini, juga dijelaskan kembali pertanyaan yang sudah di lempar sebelumnya di pertemuan-1, yaitu konsep entrance region, entrance length dan fully develop flow pada aliran pipa seperti pada gambar di bawah ini.

https://sbainvent.com/fluid-mechanics/fully-developed-flow/

Selanjutnya, pertemuan dilanjutkan oleh Mas Edo dengan lemparan pertanyaan oleh Pak DAI. Mas Edo di minta untuk menuntun mahasiswa untuk kembali menggunakan aplikasi CFDSOF untuk kemudian mempelajari vektor aliran atas pertanyaan berikut ini:

Pertanyaan yang mengacu pada pengerjaan CFDSOF

Hal pertama yang dilakukan adalah, mereview ulang teknik-teknik pengerjaan CFDSOF pada Pertemuan 1: Aliran Viskos, Lalu Mas Edo membantu kami mahasiswa/i untuk mengerjakan permasalahan tersebut.

Jawaban untuk bentuk vektor kecepatan yang terjadi pada persoalan diatas adalah sebagai berikut, dengan menggunakan persamaan:

                                                                  μ = 1/2.ρ.V^2

Dengan catatan:

ρ = Densitas fluida (g/cm^3 atau kg/m^3)

v = Kecepatan rata-rata fluida di dalam pipa (m/s atau cm/s)

μ = Viskositas (Pa)

Berikut ini, adalah grafik kecepatan dan tekanan yang didapatkan:

Jawaban untuk soal poin a1 dan b1 (V=0,01 m/s dan μ=4x10^-5)

Jawaban untuk soal poin a2 (V=0,01 m/s dan μ=10^-5)

Jawaban untuk soal poin b2 (V=0,04 m/s dan μ=4x10^-5)

Berikut ini, adalah perbandingan perubahan kecepatan yang terjadi:

Jawaban untuk soal poin a1 dan b1 (V=0,01 m/s dan μ=4x10^-5)

Jawaban untuk soal poin a2 (V=0,01 m/s dan μ=10^-5)

Jawaban untuk soal poin b2 (V=0,04 m/s dan μ=4x10^-5)

Pertemuan 3: Pengaruh Viskositas terhadap Fully Developed Flow

Pertemuan 3: Pengaruh Viskositas terhadap Fully Developed Flow ; Selasa, 7 April 2020

Dengan menggunakan asumsi aliran fluida yang steady state

Rumus Profil Kecepatan

Tegangan geser hanya horizontal ke arah x, tidak ada komponen kecepatan ke arah vertical penurunan rumus fungsi kecepatan ke arah y yg disebut dengan profil kecepatan sebenernya bisa dilakukan perbandingan dengan adanya boundary condition.

Governing equation dipecahkan dalam satu aplikasi yaitu cfdsof yang dapat menghasilkan medan aliran, persamaan itu tadi yang diklasifikasi dalam bentuk mesh di cfdsof jadi yang dihasilkan adalah angka2 dari tiap mesh. bukan dari panjang aliran

Governing equation adalah persamaan perilaku fluida bagaimana dia bergerak dan mengalir dapat ditranslasikan dari persamaan matematika, konsep soal tadi sangat penting untuk menentukan dinamika aliran, dinamika fluida adalah sebuah ilmu yg mempelajari tentang interaksi gaya gaya jadi harus pahan tentang konsep gaya gaya, gaya inersia, tegangan geser, gaya gesek dst. gaya inersia gambarannya bola pada tali.

Konsep soal tersebutu sangat penting untuk menentukan dinamika aliran.

Dinamika fluida adalah sebuah ilmu yg mempelajari tentang interaksi gaya-gaya jadi harus paham tentang konsep gaya-gaya, gaya inersia, tegangan geser, gaya gesek dst

 Bilangan inersia merupakan perbandingan antara gaya inersia dengan bilangan reynolds-nya(efek viskos); dimana, jika RE lebih tinggi maka aliran fluida lebih lembab daripada aliran viskos dan lebih mendekati aliran turbulen(tidak stabil); sebaliknya, jika RE lebih rendah dimana efek viskos lebih dominan dari inersia. Contoh aliran tersebut adalah pelumas(laminer dan stabil).

Sisi masuk sama, profil kecepatan cenderung sama. Kemudian, sesaat setelah masuk maka ada gesekan antar dinding dan partikel fluida akan ada disertasi atau gaya menahan pada aliran sehingga terbentuk apa yang disebut sebagai lapisan batas pada bagian bawah dan atas, lapisan batas ini akan berkembang hingga bertemu dan berkembang penuh.

Lapisan batas adalah dimana kecepatan dari 0 di dinding sampai kecepatan alirannya menyamai kecepatan aliran luar Vb=Va di titik b aliran bebas dimana di daerah viskos maka aliran diluar titik a yang tidak terganggu namanya inviscid maka itu yang disebut sebagai entrance region. Kemudian, titik b mendapat gaya momentum dari bagian atas fluida yang tidak terpengaruh pada tegangan gesek.

Grafik di atas, gambar di sebelah kiri viskositasnya lebih besar daripada yang gambar kanan. Fluida grafik di sebelah kiri lebih kentel daripada grafik di sebelah kanan. Karena, viskositasnya 4 kali lebih besar daripada grafik yang di sebelah kanan.

Grafik di atas, gambar di sebelah kiri memiliki kecepatan lebih lambat daripada gambar di sebelah kanan.

Fully developed flow terpengaruh pada efek viskos atau entrance region yang lebih cepat artinya kalo aliran fluida itu kental maka entrance region lebih pendek. Sedangkan, aliran fluida yang lebih encer maka aliran berkembang penuhnya akan lebih ke arah hilir yaitu 9H bukan 6H, artinya sifat fluida tadi menyebabkan efek gesekan pada aliran yg menyebabkan aliran berkembang penuh/fully developed flow akan lebih cepat atau entrance region lebih pendek

Pengertian aliran viskos itu sendiri adalah dimana terjadi geseran geseran di aliran fluidanya. Fully developed flow akan berubah perilakunya terhadap inersia. Jika, inersia lebih besar, maka fully developed flow-nya akan lebih lama. Dari semua ini maka kecepatan aliran tidak berubah.

Fully developed flow akan lebih lama terjadi jika kecepatannya juga lebih cepat, begitu pula sebaliknya fully developed flow akan lebih cepat kalo kecepatannya juga lebih lama.

Pertemuan 4: Konsep Aliran Turbulen

Pertemuan 4: Konsep Aliran Turbulen ; Selasa, 8 April 2020

Grafik Perbedaan Aliran Laminar dan Turbulen

Grafik diatas adalah perbandingan aliran laminar dengan aliran turbulen, dua duanya di running masing-masing dan disatukan menjadi satu view pada paraview, bagaimana perbedaan dari kontour warna dan lain sebagainya pada laminar banding turbulen. Pada aliran laminar, profil kecepatan atau gradien nya lebih terlihat. Pada aliran turbulen, efek viskos pada dinding lebih tipis pada aliran sublayer

Pada grafik diatas, perbedaan nya cukup signifikan di buku Munson. Sumbu x adalah diameter dari atas sampe bawah yang juga merupakan plot dari arah vertikal dari awal inlet pipa, dinding pipa, outlet pipa dari awal tegangan geser dinding pipa besar makin ke tengah kemudian bertransisi dengan tegangan turbulensi. Sedangkan, sumbu y adalah kecepatan yang mempengaruhi simulasi laminar dengan simulasi turbulen.

Komponen fluktuasi kecepatan u pada lokasi spesifik dalam medan aliran turbulen.

Aliran adalah deformasi fluida secara terus menerus (perubahan bentuk).

Aliran itu adalah benda diam kemudian mengalir. Kalo RE nya rendah maka efek viskositas besar hingga keteraturan aliran tetap terjaga,aliran laminar bergerak dengan berlapis-lapis, membuat aliran bergerak rendah yang kemudian menyebabkan geseran-geseran yang maksimal.

Kalo, RE=2200 maka aliran berosilasi hingga ada kemungkinan tidak memotong satu sama lain atau ada yang memotong.

Kalo RE besar, maka lapisan akan memotong satu sama lainnya maka itu disebut aliran turbulen. Jika digambarkan suatu titik di satu lapisan aliran, pada aliran turbulen terjadi rapid fluctuation karena titik tersebut gerak secara cepat sekali.

Lalu, diberikan soal 8.4 sebagai berikut:

Soal 8.4

Pembahasan:

a) Viscous sublayer, kita disuruh mencari ketebalan viscous sublayer yang menyebabkan geseran gesekan di aliran pipa.

Secara prinsip lapisan geser berada di dinding di daerah aliran. Dimana viskositas turbulen berada di dinding pipa, untuk menyelesaikan masalah ini, kita harus menentukan viskositas layer karena hal ini penting untuk menentukan pressure drop yang terjadi.

Apa efek aliran dalam pipa, aliran itu menyebabkan gesekan dan gesekan ini menghambat energi aliran maka aliran tersebut. Kemudian, dari situ kita tau untuk ditambahkan pompa karna ada geseran pada dinding-dindingnya.

Pada pertanyaan ini, kecepatan friksional, tegangan geser adalah tegangan yang kita cari, dari pressure drop kita bisa menentukan tegangan geser pada soal, dari tegangan geser kita bisa tau frictional velocity yg u aksen tadi nah dari situ kita bisa mendapatkan tebal sublayer atau lapisan.

b) Center line velocity

Masalah sublayer itu ketebalan tipisnya mempengaruhi gaya gesek pada satu aliran, bagaimana cara kita untuk mengurangi sublayer tersebut?

Jawab kita kembali ke rumusan dasar, kita lihat viskositas dan regangan, untuk mengurangi sublayer maka kita harus mengurangi regangan, artinya gradien pada sublayer tsb harus dikurangi.

Prinsip utamanya yaitu fisika fenomena, viskositas dan gradiennya yang harus dikendalikan (energi) biar tidak terjadi perubahan tegangan, tinggal bagaimana kita mengendalikan viskositas atau gradien kecepatan. Fenomenanya diidentifikasi dulu tekanan yang di analisis dulu yang berat atau mengalami masalah itu dimana, maka, di zona tertentu itu kita harus kendalikan untuk menekan rugi-rugi aliran.

c) Apa efek aliran fluida?

Aliran fluida menabrak dinding menyebabkan tegangan geser, kita juga harus tau medan aliran yaitu distribusi kecepatan (tau) sama dengan miu do u/do y, untuk itu kita bisa mendapatkan kecepatan lokal di setiap medan aliran yaitu u, u sulit untuk diprediksi karna u dapat berubah dalam setiap milisecond, bagaimana cara kita menentukannya, pertama melalui pendekatan statistik atau grafik yang bisa mewakili u, lalu dibuat fluktuasi ini dengan menentukan kecepatan rata2 pada grafik yang naik turun.

Setelah itu melakukan pendekatan lain yaitu mendekomposisi atau menguraikan kecepatan aliran tersebut dalam berupa kecepatan rata2 dan ditambah kecepatan fluktuasinya VA=VA+VA aksen dimana kecepatan rata rata interval waktu T adalah waktu yg diperlukan partikel fluida untuk mengalami pusaran yang besar atau large eddies.