User:Luthfi Aldianta

Luthfi Aldianta.Mahasiswa S1 Teknik Mesin.Fakultas Teknik Universitas Indonesia

بِسْمِ اللهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيْمِ

السَّلاَمُ عَلَيْكُمْ وَرَحْمَةُ اللهِ وَبَرَكَاتُ

BIODATA DIRI

Nama : Luthfi Aldianta

NPM : 1806181804

Program studi : Teknik Mesin

Tempat Tanggal Lahir : Medan 22 April 2000

Pertemuan Mekanika Fluida 1 : 31 Maret 2020

Assalamualaikum Wr. Wb. pada pertemuan mekanika fluida hari ini di berikan materi aliran viskositas dan simulasi aliran tersebut dari software CFD. Materi aliran viskositas divisualisasikan persamaan dan aliran viskositas memiliki aliran di mana kekentalan diperhitungkan. Keadaan ini menyebabkan timbulnya tegangan geser antara patikel zat cair yang bergerak dengan kecepatan berbeda. Dalam materi aliran viskositas juga terdapat bilang reynold yaitu rasio inersia fluida berbanding gaya viskositas.

                                                 F = η x A x v / L

Pejelasannya:

F = Gaya (N)

A = Luas Keping yang berkaitan dengan Fluida (m²)

v = Kelajuan Fluida

L = Jarak antar Keping

η = Koefisien Viskositas (Kg)

dan nilai dari bilangan Reynold untuk beberapa aliran.

- Aliran laminer terjadi bila bilangan Reynold ( Re ) < 2200

- Aliran transisi terjadi bila bilangan Reynold ( Re ) adalah = 2200

- Aliran turbulent terjadi bila bilangan Reynold ( Re ) > 2200

Berikut merupakan summary dari pertemuan hari ini dan dokumentasi dari simulasi CFD-SOF.

Simulasi CFD-SOF

Dalam simulasi dibuat geometri berbentuk box dan ukuran dimensi yang menggunakan sumbu x,y,z. Simulasi tersebut terbagi atas penentuan base mesh, generate mesh, check mesh, simulation model, fluid properties , dan boundary condition.

Gambar geometri "box" dari CFD-SOF

Tahap berikutnya yaitu dengan aplikasi Paraview bagian dari CFD-SOF untuk penentuan nilai p pada area geometri, dimana pada hasil simulasi terdapat sebaran area yang berubah dari besar - kecil. Area inlet mendapat pressure terbesar dan berangsur mengecil sampai outlet. Hal tersebut karena pengaruh inlet sebagai daerah entrance region dan berangsur berkurang pressurenya karena menuju outelet terjadi pressure drop.

Gambar area hasil simulasi untuk referensi p

Grafik dari hasil simulasi dengan hubungan momentum residual vs waktu, dengan 65 iterasi yang dihasilkan. Run time dibuat mengikuti number of iterations yaitu 1000.

Gambar area hasil simulasi untuk referensi U

Kemudian hasil simulasi dalam penentuan besaran area dari nilai p menjadi U dengan hasil relatif konstan sepanjang area.

Gambar grafik aliran viskositas simulasi CFD-SOF

Materi Tambahan Aliran Viskositas

Pertemuan hari ini terdapat beberapa pertanyaan tambahan mengenai aliran viskos yang diberikan sebagai 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

1. Apa itu entrance region/aliran masuk?

Area pintu masuk saluran mikro sesuai dengan bagian saluran di mana kecepatan dan atau suhu tidak sepenuhnya berkembang. Hal ini bergantung pada kondisi di pintu masuk dan di mana lapisan batas meningkat hingga mengisi seluruh bagian melintang pipa.

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

Aliran yang berkembang sempurna terjadi ketika efek viskos akibat tegangan geser antara partikel fluida dan dinding pipa menciptakan profil kecepatan yang berkembang sepenuhnya. Agar hal ini terjadi, fluida harus berjalan melalui pipa lurus. Selain itu, kecepatan fluida untuk aliran yang berkembang penuh akan berada pada titik tercepat di garis tengah pipa (persamaan 1 aliran laminar)

3. Apa itu entrance length?

Entrance length adalah jarak yang ditempuh aliran setelah memasuki pipa sebelum aliran berkembang sepenuhnya, untuk mencapai kecepatan maksimum bagian penampang 99% dari besaran yang dikembangkan sepenuhnya ketika aliran yang masuk seragam.

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

- Viskositas sendiri dapat diartikan kepekatan fluida yang dapat menjelaskan besar kecil sentuhan dalam fluida. Dalam pipa semakin besar viskositas semakin sulit fluida dalam pipa untuk bergerak.

- Sebagai contoh jika fluida berupa air dan oli dialirkan dalam suatu pipa, maka air akan lebih cepat mengalir karena viskositas air lebih kecil dari oli dan molekul air yang bersentuhan dengan area pipa lebih cepat mengalir.

- Pressure drop dideskripsikan penurunan tekanan dari satu titik dalam sistem contohnya pipa ke titik lain yang memiliki tekanan lebih rendah. Dalam aplikasinya pada pipa pressure drop meningkat sebanding dengan gesekan dalam jaringan pipa, begitupun sebaliknya.

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

                                                     ΔP = f.1/2.l/D.ρ.V^2  

                                                           f = 64/Re

                                                        ΔP = λ l/2D ρV^2

Keterangan :

ΔP = Pressure drop (perbedaan tekanan) (Pa)

l = Panjang pipa pengukuran tekanan (m)

D = diameter pipa (m)

ρ = Densitas fluida (kg/m^3)

V = Kecepatan aliran fluida (m/s)

Re = Bilangan Reynold : Laminar (<2100) Turbulen (>2100)

Pertemuan Mekanika Fluida 2 : 1 April 2020

Assalamualaikum Wr. Wb. pada pertemuan hari ini Pak Dai memberikan materi mengenai konservasi apa saja yang terdapat pada mekanika fluida diantaranya konservasi massa, konservasi momentum, dan konservasi energi. Istilah konservasi sendiri adalah apabila suatu benda dapat bergerak dengan adanya suatu energi kinetik (Ek) dan energi potensial (Ep). Konsep konservasi tersebut diaplikasikan kepada massa, momentum, serta energi pada mekanika fluida. berikut persamaan untuk konservasi - konservasi tersebut.

dari persamaan tersebut dapat diturunkan untuk mendapatkan persamaan naviar stoke, persamaa naviar stoke sendiri dapat diaplikasikan pada aliran laminar sebagai contohnya. Materi hari ini Pak Dai juga menjelaskan mengenai entrance region yaitu aliran masuk fluida tetapi belum sepenuhnya berkembang, kemudian fully developed flow yaitu aliran fluida yang telah memiliki kecepatan berkembang sepenuhnya pada pipa sebagai contoh, entrance length yaitu jarak yang ditempuh suatu fluida setelah memasuki inlet sebelum berkembang sepenuhnya. Berikut skema pada suatu aliran fluida.

Hari ini bang Edo juga memberikan tutorial pada Paraview untuk menghasilkan grafik yang lebih halus pada hasil simulasi aliran pipa, dengan cara memperbanyak grid pada bagian base mesh. Pada bagian geometri tetap sama seperti simulasi yang sebelumnya sudah dilakukan, tetapi pada bagian divisi dirubah dari sebelumnya 10 menjadi 100. Dimana terlihat grid – grid pada permukaan geometri bentuk tersebut lebih banyak dan rapat.

Setelah dilakukan run solver maka tahap selanjutnya beralih ke Paraview dan didapati untuk pressure dan velocity tidak berbeda dari sebaran area yang terdampak dari 10 divisi. Tapi terdapat perubahan grafik pada plot over line dimana grafik menjadi bentuk parabola yang lebih halus dan tidak terdapat sudut pada grafik.

Hari ini bang Edo juga memberikan materi bagaimana simulasi pressure drop menggunakan CFD – S0F. Data dari simulasi yang telah ada digunakan kembali melalui software Paraview, dengan menggunakan tools calculator di hitung p static, p dynamic, dan p total pada area dari plat yang digunakan. Dari hasil perhitungan calculator, tahap selanjutnya adalah menentukan slice dari area plat. Digunakan area pada jarak 0,5 dan 0,3 pada area plat. Setelah melakukan slice dilakukan integrate variable dalam menentukan hasil pressure drop masing – masing area yang di slice.

Hasil dari selisih p total menjadi nilai dari pressure drop pada dua bagian yang di slice, terjadi perubahan p total dari 0,0063 menjadi 0,0062 dengan begitu terjadi pressure drop sebesar 0,0001 pada plat dengan area slice tersebut.

Selain itu Pak Dai juga memberikan latihan mengenai kasus aliran incompressible laminar flow untuk disimulasikan pada CFD-SOF dengan gambaran kasus sebagai berikut.

Berikut merupakan hasil jawaban dari soal yang diberikan.

                                    Pada kondisi kecepatan 0.01 m/s dan viskositas dinamik 4.10^-5 kg/m^3

                                    Pada kondisi kecepatan 0.01 m/s dan viskositas dinamik 10^-5 kg/m^3

                                    Pada kondisi kecepatan 0.04 m/s dan viskositas dinamik 4.10^-5 kg/m^3

Pertemuan Mekanika Fluida 3 : 7 April 2020

Assalamualaikum Wr. Wb. Mata kuliah hari ini diberikan materi oleh Pak Dai yaitu mengenai analytic solution for laminar flow. Dalam materi ini dijelaskan persamaan - persamaan dalam menjawab persoalan dan konsep mengenai aliran laminar. Berikut adalah penjabarannya.

Dalam pembahasan materi hari ini Pak Dai juga menjelaskan mengenai pengaruh dari viskositas dan kecepatan aliran dalam memengaruhi atau merubah nilai dari fully developed flow dan entrance length. Hari ini Pak Dai juga menjelaskan mengenai bilangan Reynold, ialah perbandingan antara inertia force dan friction force, serta bilangan Reynold mempengaruhi bentuk aliran, dimana bilangan Reynold yang kecil cenderung mengarah ke aliran laminar begitupun sebaliknya mengarah ke aliran turbulen.

                                                     Re = Inertia Force/Friction Force

Berikut adalah lampiran soal untuk dikerjakan dalam simulasi CFD-SOF dan solusi analytic yang telah disampaikan dan didiskusikan Bersama dalam kelas hari ini.

Pertemuan Mekanika Fluida 4 : 8 April 2020

Assalamualaikum Wr. Wb. pertemuan hari ini Pak Dai memberikan materi mengenai pembahasan soal - soal dari buku munson dan didiskusikan pembahasannya. Pak Dai sebelumnya membahas mengenai bilangan Reynold yang menyebabkan terdapat aliran laminar dan turbulen, aliran laminar memiliki karakteristik kecepatan sama dan arah aliran teratur, sedangkan pada aliran turbulen arah tidak teratur. Contoh dari aliran turbulen yaitu pada sayap pesawat dimana pressure berubah secara tiba - tiba.

Pada soal 8.4, dimana terdapat lapisan - lapisan pada viskositas pada aliran. Dalam soal tersebut dimana terdapat pertanyaan a yang menerangkan mengenai ketebalan wall shear stress pada suatu aliran, dimana dalam mencarinya menggunakan pressure drop dan persaman pada buku munson Eq. 8.5. Kemudian pertanyaan b yaitu menentukan kecepatan pada centerline, dalam persoalan berikut aliran terkait dengan shear stress pada area pipa. Pada bagian area alira dekat dinding, maka shear stress akan menjadi besar sehingga mengurangi kecepatan aliran, maka pada centerline shear stress kecil sehingga kecepatan lebih besar. Selanjutnya pertanyaan c yaitu menghitung rasio dari aliran laminar dan turbulen pada aliran fluida. Berikut pembahasan secara perhitungan.

Pertemuan Mekanika Fluida 5 : 14 April 2020

Pada pertemuan hari ini Pak Dai memberika quiz 1, dimana quiz tersebut membuat artikel berdasarkan soal - jawab yang telah tersedia di main page. Artikel tersebut berjumlah enam dan hasilnya sebagai berikut.

Artikel 1 : Aliran Laminar dan Pengaruh terhadap Wind Tunnel

Aliran laminar adalah aliran fluida dimana fluida melewati saluran secara teratur atau lancar. Hal ini berbeda dengan aliran turbulen, di mana cairan melewati pencampuran dan fluktuasi yang tidak teratur. Tekanan, kecepatan dan properti lainnya dalam fluida tetap konstan dalam aliran laminar. Pada permukaan horizontal, aliran laminar dengan simulasi CFD – SOF memiliki karakteristik arah aliran sejajar dengan dinding dari benda yang dialiri.

Pada kecepatan rendah, cairan cenderung mengalir tanpa lateral yang pencampuran, tidak ada cross-arus tegak lurus terhadap arah aliran, atau pusaran atau gumpalan cairan. Dalam aliran laminar, gerakan partikel cairan yang sangat teratur dengan semua partikel bergerak dalam garis lurus sejajar dengan dinding pipa . aliran laminar sendiri memiliki karakteriskin kecepatan yang rendah dibandingkan aliran turbulen yang lebih bergejolak.

Wind tunnel alat yang digunakan dalam penelitian aerodinamika penelitian untuk mempelajari efek dari udara yang bergerak melewati benda padat. Sebuah terowongan angin terdiri atas bagian tubular dengan objek yang diuji dipasang di tengah.

Udara digerakkan melewati objek dengan sistem kipas atau sistem lain yang kuat. Objek uji, sering disebut terowongan angin, diiinstrumentasikan dengan sensor-sensor yang cocok untuk mengukur gaya-gaya aerodinamika, distribusi tekanan, atau karakteristik-karakteristik lainnya yang berkaitan dengan aerodinamik

Aliran laminar yang dikenakan pada objek di wind tunnel akan memberikan gambaran aerodinamis dari aliran fluida.

Artikel 2 : Perbedaan Jenis Viskositas Dinamik dan Pengaruhnya terhadap Entrance Length serta Kecepatan Fluida

Pada aliran suatu aliran fluida baik cairan atau gas terdapat berbagai jenis, hal tersebut mempengaruhi viskositas tentunya. Viskositas sendiri pada fluida cair dihasilkan oleh gaya kohesi antar molekul zat cair. Sedangkan dalam gas, viskositas muncul sebagai akibat tumbukan antar molekul gas. Viskositas dinamik berarti fluida tersebut dialirkan dalam suatu area yang dimana satu jenis viskositas dan viskositas lain memiliki properti dan karakteristik berbeda ketika dialirkan. Dalam teorinya persamaan dalam menghitung viskositas seperti berikut.

                                                         F = η A x v / L

Keterangan:

F = Gaya (N)

A = Luas Keping yang bersentuhan dengan Fluida (m²)

v = Kelajuan Fluida

L = Jarak antar Keping

η = Koefisien Viskositas (Kg)

Pada persamaan tersebut terlihat hubungan antara jenis viskositas yang digunakan mempengaruhi kecepatan dari aliran fluida, lebih tepatnya berbanding terbalik. Dalam pengaplikasian pada kehidupan sehari – hari seperti cairan berupa air dan raksa. Air memiliki viskositas 1 x 10^-3 N/m^2 sedangkan raksa 1.59 x 10^-3 N/m^2. Viskositas raksa lebih besar dari viskositas air, maka raksa akan mendapatkan kecepatan aliran fluida lebih kecil dari air sesuai persamaan diatas jika asumsi semua variable lain sama.

Dalam pengertian lain viskositas adalah kekentalan dari fluida dimana hal tersebut menyebabkan tegangan geser saat fluida dialirkan. Tegangan geser ini sebanding dengan besarnya viskositas fluida, dampak dari semakin bertambahnya tegangan geser akan mempengaruhi kecepatan dari fluida itu sendiri. Kemudian hubungannya dengan entrance length adalah jarak untuk suatu aliran fully developed semakin panjang karena kecepatan fluida tidak dapat mengalir sesuai tekanan atau gaya yang diberikan karena terpengaruh tegangan geser.

Artikel 3 : Pengaruh Aliran Turbulen dalam Transport Massa

Aliran turbulen adalah aliran fluida yang partikel-partikelnya bergerak secara acak dan tidak stabil dengan kecepatan berfluktuasi yang saling interaksi. Akibat dari hal tersebut garis alir antar partikel fluidanya saling berpotongan. Turbulen mentransport partikel-partikel dengan dua cara:

- Dengan penambahan gaya fluida

- Penurunuan tekanan lokal ketika pusaran turbulen bekerja pada suatu area

Dalam aliran turbulen, mekanisme konduksi diubah dan dibantu oleh banyak sekali pusaran-pusaran (eddies) yang membawa gumpalan- gumpalan fluida melintasi garis aliran. Partikel-partikel ini berperan sebagai pembawa energi atau massa dan memindahkan dengan cara bercampur dengan partikel fluida tersebut. Ketika aliran turbulen, partikel menunjukkan gerakan melintang tambahan yang meningkatkan laju pertukaran energi dan momentum di antara mereka sehingga meningkatkan perpindahan panas dan koefisien gesekan .

Penerapan dari transport massa tersebut seperti pada penggerusan pasir di sungai, hal tersebut disebabkan karena karakteristik dari aliran turbulen yang memiliki beragam kecepatan dan terjadi gesekan dengan kekasaran permukaan bawah sungai.

Pertemuan Mekanika Fluida 6 : 15 April 2020

Pada pertemuan hari ini Pak Dai memberikan materi mengenai minor losses, minor losses dapat terjadi pada valve, bends , tees, dan lainnya. Minor losses dapat disebabkan karena adanya perubahan geometri dari benda yang dialiri fluida. Minor losses juga berhubungan dengan pressure drop dimana pressure drop adalah indikasi hal tersebut. Metode atau persamaan yang digunakan dalam menentukan pressure drop yaitu dengan loss coefficient dan perhitungan dalam mencari head loss. Head loss sendiri adalah penurunan tekanan pada fluida yang mengalir, dengan persamaan sebagai berikut.

Pak Dai juga menjelaskan mengenai peristiwa separated flow yang terjadi pada aliran fluida dimana peristiwa tersebut menyebabkan aliran fluida mengendap dan akibatnya terdapat volume fluida yang terbagi - bagi pada aliran. Kemudian dengan menggunakan guide vanes sebagai solusi dalam mencegah terjadinya seperated flow, berikut merupakan ilustrasi dari peristiwa tersebut.

Dimana dapat dilihat nilai loss coefficient berubah dari 1,1 menjadi 0,2

Pertemuan hari ini Pak Dai memberikan konsep mengenai daya dengan persamaan.

                                                            P = F . V

kemudian rumusan mengenai konversi energi.

                                                          dE/dt = Q + W

Persamaan bernoulli dan diturunkan untuk mendapatkan persamaan tekanan statis, tekanan dinamis, dan head pressure.

                                                    P + 1/2pv^2 + ρ.g.h = konstan

dan Pak Dai memberikan beberapa tugas untuk berdiskudi mengenai materi minor losses dan soal - jawab 8.6 sebagai berikut.

Kemudian membuat hasil simulasi dengan CFD - SOF mengenai secondary flow di fittings (bebas: reducer, elbow, Valve dll)