Kevan Jeremy Igorio

BIODATA DIRI

Foto Diri

Nama : Kevan Jeremy Igorio

NPM : 1806233266

Program Studi : S1 Teknik Mesin Pararel Universitas Indonesia

Pertemuan 1 (31 Maret 2020)

Pada pertemuan Mekanika Fluida pertama, Kelas dipimpin oleh Bpk. Muhammad Hilman selaku asisten dari Bpk. Dr. Ir. Ahmad Indra Siswantara. Pertemuan pertama kali ini membahas mengenai konsep dasar dari aliran viscous dan simulasi analisis laminar flow menggunakan software CFDSOF.

Konsep Dasar

Aliran Fluida berdsarkan kekentalannya dapat diabgi menjadi dua jenis yaitu Aliran Inviscid dan Aliran Viscous.

- Aliran Inviscid adalah aliran yang fluidanya tidak mengalami perubahan viskositas. Jika fluida mengalir dalam pipa maka tangential stress atau shear stress pada fluida sama dengan nol. Aliran fluida ini sering disebut juga dengan fluida ideal. Namun dalam kenyataan kondisi ini tidak dapat ditemukan dalam fluida apapun.

- Aliran viscous adalah aliran yang memiliki shear stress atau tegangan geser.Hal ini disebabkan karena pada aliran viscous, Viskositas aliran tidak diabaikan sehingga aliran ini disebut juga sebagai aliran real.

Aliran Viscous

Aliran viscous dapat dibedakan menjadi tiga macam yaitu Aliran Laminer, Aliran Turbulen, dan Aliran Transisi.Pada pertemuan kali ini fokus pembelajaran akan lebih fokus kepada aliran laminer atau laminar flow. Secara sederhana, ketiga aliran tersebut dibedakan oleh besarnya nilai Reynolds Number dari tiap aliran. Berikut pengertian dan perbedaan dari 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 fluida mengalir dengan bentuk garis lurus dan sejajar. Aliran laminer mempunyai Reynold Number lebih kecil dari 2300.aliran laminar memenuhi hukum viskositas Newton yaitu : τ = µ dy/du.

- Aliran Turbulen adalah aliran fluida yang partikel-partikelnya bergerak secara acak dan tidak stabil. Akibat dari hal tersebut garis alir antar partikel fluidanya saling berpotongan. Aliran turbulen mempunyai bilangan reynold yang lebih besar dari 4000.

-Aliran transisi adalah aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen. Reynold Number dari aliran transisi berkisar antar 2300 - 4000

Bilangan Reynolds

bilangan Reynolds adalah rasio antara gaya inersia (vsρ) terhadap gaya viskos (μ/L) yang mengkuantifikasikan hubungan kedua gaya tersebut dengan suatu kondisi aliran tertentu. Bilangan ini digunakan untuk mengidentikasikan jenis aliran yang berbeda, misalnya laminar , turbulen atau transisi. Rumus bilangan Reynolds umumnya adalah sebagai berikut:

Re = (μvd) / U = Gaya Inersia / viskositas

Dimana:

Re–bilangan renolds

U – kecepatan fluida,

d – diameter pipa,

μ – viskositas absolut fluida dinamis,

ν – viskositas kinematik fluida: ν = μ / ρ,

ρ – kerapatan (densitas) fluida.

Analisis Laminar Flow Menggunakan Software CFDSOF

Pertama, Menentukan kecepatan fluida agar didapat aliran yang laminar. Kecepatan diubah sedemikian rupa hingga Reynolds Number dibawah 2100 atau yang berarti aliran tersebut merupakan aliran laminar. Pada simulasi kali ini kecepatan fluida (U) diasumsikan sebesar o,01 m/s. Pada kecepatan tersebut Reynolds Number yang didapat sebesar 68,056.

Kedua, Membuat Domain Fluida

Ketiga, Mengatur jumlah meshing (grid) dan Box Mesh Boundaries

Keempat, Membuat Titik acuan lalu Generate Mash

Kelima, Check Mesh

Keenam, Melakukan Simulation Model

Ketujuh, Masuk ke pilihan Fluid Properties.

Kedelapan, Tentukan Boundary Condition

Kesembilan, Run Solver

Kesepuluh, Post Processing with Third Party Tools

Gambar diatas menampilkan distribusi tekanan. Warna merah mewakili tekanan tinggi dan warna biru mewakili tekanan rendah. Tekanan semakin rendah menuju outlet karena ada pressure drop yang menyebabkan tekanan loss (kerugian tekanan).

Kesebelas, Mengubah tekanan menjadi kecepatan (p menjadi U)

Daerah outlet profil kecepatan relative konstan sedangkan daerah di dekat inlet relatif tidak konstan. Hal ini berkaitan dengan entrance region.

Keduabelas, Klik Plot Over Line dalam arah Y. Plot setelah fully develop yaitu setelah melewati entrance length.

Ketigabelas, Klik Apply dan akan muncul grafik parabola.

Grafik menunjukkan bahwa kecepatan di dekat dinding adalah 0.

Pertanyaan

1. Apa itu entrance region/aliran masuk?

Entrance region adalah daerah atau bagian pada pipa yang dilalui oleh aliran sampai aliran tersebut mencapai kondisi aliran berkembang sempurna atau Fully develop flow.

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

Fully developed flow adalah kondisi ketika profil kecepatan aliran akan menjadi tetap besarnya.

3. Apa itu entrance length?

Entrance length adalah jarak yang dilalui aliran setelah memasuki pipa sampai aliran mencapai kondisi aliran berkembang sempurna atau Fully develop flow.

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

Penurunan tekanan (pressure drop) adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan penurunan tekanan dari satu titik dalam pipa ke hilir titik. Penurunan tekanan merupakan hasil dari gaya gesek pada fluida ketika mengalir melalui pipa yang disebabkan oleh resistensi terhadap aliran. Semakin besar gaya gesek pada fluida maka akan menghsilkan penurunan tekanan (pressure drop) yang besar juga. Salah satu penentu utama resistensi terhadap aliran fluida adalah viskositas fluida.

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

Pertemuan 2 (1 April 2020)

Pada pertemuan kedua Mekanika Fluida, materi yang dibahas adalah konservasi yang digunakan sebagai dasar bagi rumus Mekanika Fluida. Konservasi yang dimaksud adalah konservasi massa, konservasi momentum, dan konservasi energi.

1. Konservasi Massa

2. Konservasi Momentum

3. Konservasi Energi

Selain membahas mengenai konservasi, pertemuan kedua juga membahas pertanyaan - pertanyaan pada pertemuan 1, yaitu Entrance Region, Entrance Length, dan Fully Develop Flow. Gambar dibawah menunjukkan ketiga daerah tersebut. Pada pertemuan kedua juga membahas mengenai profile kecepatan aliran laminar pada pipa. Pada bagian dinding didapat kecepatan aliran adalah 0. Hal ini disebabkan oleh adanya gaya tangensial yang disebabkan oleh viskositas aliran dan menyebabkan adanya pressure drop atau penurunan tekanan.

Tugas 1 April 2020

Pertanyaan

1. Melakukan perhitungan pressure drop atau penurunan tekanan menggunakan CFDSOF pada latihan soal dibawah ini.

Pertemuan 3 (7 April 2020)

Governing Eq adalah Persamaan yang mengatur gerak laku fluida dengan pendekatan hukum hukum konservasi yang dituangkan dalam persamaan matematis. Persamaan 1 merupakan sebuah Governing Eq yang diturunkan dari Hukum kekekalan massa kemudian persamaan 2 merupakan persamaan momentum. Pada persamaan 2 diketahui bahwa tegangan geser hanya pada arah horizontal atau tidak ada profil kecepatan pada arah vertikal. Sehingga didapat fungsi kecepatan atau profil kecepatan terhadap Y atau u(Y).

Reynold Number menunjukkan peranan gaya inersia terhadap gaya viscous. Bilangan Inersia adalah rasio antara gaya inersia dengan gaya viscous. Bila Reynold Numbers besar berarti Gaya Inersia lebih dominan dibandingkan Gaya viscous maka aliran tersebut bersifat lebih lembam. Contohnya adalah aliran udara, aliran di sekitar sayap pesawat, dan aliran aerodinamika. Jika sebaliknya, Reynold Numbers yang kecil berarti bahwa gaya inersia tidak dominan terhadap gaya viscous. Contohnya adalah pada pelumasan atau lumbrikasi. Reynold Numbers yang tinggi cenderung menyebabkan aliran fluida menjadi turbulent. Jika Reynold Numbers rendah maka Aliran fluida cenderung laminer karena gaya inersia terabsorb oleh gaya viscous.

Lapisan batas pada aliran fluida terjadi karena adanya interaksi antara dinding dengan partikel fluida menyebabkan timbulnya gaya yang menahan aliran. Lapisan batas merupakan sebuah tebal dari titik 0 pada dinding sampai dengan kecepatan pada lapisannya menyamai kecepatan aliran diluar. Daerah dari titik 0 hingga lapisan atas dan lapisan bawah bertemu disebut entrance region.

(Governor Eq yang sudah disederhanakan untuk kasus aliran dua dimensi, steady flow, incompressible flow. Tidak ada perubahan massa jenis, kecepatan pada setiap titik, dan tidak ada aliran yang memotong tegak lurus.)

Pada aliran kita meninjau tiga gaya, yaitu : Gaya inersia, Gaya tekanan, dan Gaya gesekan.

Pengaruh Viskositas dan Kecepatan Fluida terhadap Fully Develop Flow

- Fluida yang lebih encer menyebabkan fully develop akan terjadi lebih lambat atau lebih mendekati hilir. Dengan kata lain, pada fluida yang lebih kental maka fully develop akan terjadi lebih cepat atau mendekati hulu. Aliran viscous adalah aliran yang terjadi geseran pada lapisan lapisan fluidanya. Pada aliran belum berkembang penuh terdapat viscous dan inviscid. Namun, pada fully develop flow hanya terdapat aliran viscous.

- Kecepatan aliran dan Inersia yang tinggi menyebabkan daerah fully develop flow akan lebih dekat ke hilir. Kecepatan aliran dan Inersia yang rendah menyebabkan daerah fully develop flow akan lebih cepat terbentuk.

Pertemuan 4 (8 April 2020)

Nilai Reynolds <2200 adalah aliran laminer.

Nilai Reynolds number antara 2200 sampai dengan 4000 adalah aliran transisi.

Nilai Reynolds number >4000 adalah aliran turbulen.

Pada aliran turbulen kecepatan pada suatu titik dalam aliran akan berubah – rubah dalam arah maupun besarannya. Grafik dibawah ini merupakan grafik kecepatan pada suatu titik terhadap waktu. Grafik dibawah menegaskan kembali bahwa kecepatan pada suatu titik dalam aliran turbulent berubah – rubah.

Untuk memperkirakan kecepatan lokal pada suatu titik, kita menggunakan pendekatan statistik. Membuat fluktuasi dalam sebuah kecepatan yang disebut dengan kecepatan rata-rata. Kecepatan rata-rata tidak menggambarkan kecepatan aliran turbulen, namun menggamnbarkan kecepatan aliran rata-rata. Kecepatan rata – rata dicari untuk memperkirakan kecepatan aliran turbulent yaitu dengan kecepatan aliran turbulent didekomposisi menjadi kecepatan rata – rata dan kecepatan fluktuasi. Sehingga kecepataan sesaat pada suatu titik adalah Kecepatan rata – rata ditambah Kecepatan Fluktuasi. Dengan kata lain, Kecepatan Fluktuasi adalah selisih kecepatan rata – rata dengan kecepatan sesaatnya.

Pertemuan 5 (14 April 2020)

QUIZ

---

Artikel Soal 1 Hasil Diskusi : GOVERNING Eq

Persamaan 1 merupakan sebuah Governing Eq yang diturunkan dari Hukum kekekalan massa. Merupakan persamaan differensial yang mengatur bagaimana dalam sebuah sistem massa tetap.

Persamaan 2 merupakan persamaan momentum. Ini merupakan sebuah Governing yang sudah disederhanakan karena tidak ada dimensi ke arah z. Persamaan yang bisa memprediksi untuk aliran dua dimensi.

Pada persamaan 2 (momentum) ada gaya karena inersia, gaya karena tekanan, dan gaya karena gesekan. Melakukan subtitusi dengan menganggap aliran dalam pelat datar itu steady. Jadi tidak ada variasi variable terhadap waktu.

Tegangan geser hanya terjadi pada arah horizontal atau x. Jadi tidak ada perubahan gradient dalam arah x atau tidak ada komponen kecepatan dalam arah verikal. Sehingga = 0.

Sehingga didapat dua persamaan kemudian dilakukan integral. Pada persamaan terbawah didapat fungsi kecepatan atau profil kecepatan terhadap Y atau u(Y).

Kemudian dimasukkan Boundary Condition. Di dinding kecepatan = 0.

Sehingga didapat fungsi u(y). Software menghitung persamaan ini. Persamaan ini diintegrasikan untuk setiap mesh atau control volume. Sehingga di dapat nilai untuk setiap cell.

Governing Eq atau Navier-stokes adalah Persamaan yang mengatur gerak laku fluida dengan pendekatan hukum hukum konservasi yang dituangkan dalam persamaan matematis

Oleh : Kevan Jeremy Igorio - 1806233266

Artikel 22 hasil diskusi : PENGARUH VISKOSITAS DAN KECEPATAN TERHADAP FULLY DEVELOP FLOW

Bila Reynold Numbers besar berarti Gaya Inersia lebih dominan dibandingkan Gaya viscous maka aliran tersebut bersifat lebih lembam atau turbulent. Contohnya adalah aliran udara, aliran di sekitar sayap pesawat, dan aliran aerodinamika. Jika sebaliknya, Reynold Numbers yang kecil berarti bahwa gaya inersia tidak dominan terhadap gaya viscous. Contohnya adalah pada pelumasan atau lumbrikasi. Reynold Numbers yang tinggi cenderung menyebabkan aliran fluida menjadi turbulent. Jika Reynold Numbers rendah maka Aliran fluida cenderung laminer karena gaya inersia terabsorb oleh gaya viscous.

Pengaruh Viskositas dan Kecepatan Fluida terhadap Fully Develop Flow

- Fluida yang lebih encer menyebabkan fully develop akan terjadi lebih lambat atau lebih mendekati hilir. Dengan kata lain, pada fluida yang lebih kental maka fully develop akan terjadi lebih cepat atau mendekati hulu. Aliran viscous adalah aliran yang terjadi geseran pada lapisan lapisan fluidanya. Pada aliran belum berkembang penuh terdapat viscous dan inviscid. Namun, pada fully develop flow hanya terdapat aliran viscous. Semakin besar nilai viskositas maka akan semakin besar pula gaya frictional yang akan menghambat momentum fluida.

- Kecepatan aliran dan Inersia yang tinggi menyebabkan daerah fully develop flow akan lebih dekat ke hilir. Kecepatan aliran dan Inersia yang rendah menyebabkan daerah fully develop flow akan lebih cepat terbentuk.

Oleh: Kevan Jeremy Igorio - 1806233266