Valve-Laksita Aji Safitri

LAKSITA AJI SAFITRI.S1 Teknik Mesin-Ekstensi 2019.Universitas Indonesia

ASSALAMU'ALAIKUM WR.WB

BIODATA DIRI

Nama  : LAKSITA AJI SAFITRI

NPM  : 1906435523

Agama  : Islam

Pendidikan Terakhir: Diploma III

Program studi  : S1-Teknik Mesin

Pertemuan 1 Sistem Fluida (Kamis,12 November 2020)

PRESSURE DROP PADA VALVE

1.1 Valve

Katup/Valve merupakan suatu alat yang berfungsi untuk membuka/menutup aliran,menghinndari blackflow, mengontrol laju aliran, arah aliran dan tekanan dari suatu materialproduksi. Dalam DIN 24300,Mengikuti rekomendasi CETOP (Comite Europeen des Transmissions Oleohydrauliques et Pneumatiques) dan ISO/R 1219-1970 Katup dibagi menjadi 4 kelompok menurut fungsinya, yaitu:

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)

Katup kontrol adalah alat yang digunakan untuk memodifikasi airan fluida atau laju tekanan pada sebuah sistem proses dengan menggunakan daya untuk operasinya.katup ini digunkan oleh industri dalam banyak aplikasi/ suatu proses.pada suatu loop proses, hanya variabel tekanan yang dikontrol, sedangkan variabel tersebut akan berubah-ubah karena perubahan aliran pada sistem atau karena lapisan pipa dan permukaan dinding peralatan. Variasi variabel ini tidak diinginkan dan harus dikompensasi dengan menggunakan katup kontrol.Proses pengontrolan variable tekanan tersebut oleh katup kontrol akan menimbulkan pressure drop. Pressure drop merupakan penurunan tekanan yang terjadi pada suatu aliran fluida.

sesuai dengan proses bukaan dan penutupan katup kontrol,jenis katup kontrol yang ada dalam sistem instrumentasi adalah

1. Sliding stem =dikenal karena gerakan (buka-tutup) steam secara linier. Contoh: Control Valve jenis globe

2. Rotary = dikenal karena gerakan (buka-tutup)steam memuntir 90 derajat.Contoh: Control valve jenis ball dan butterfly

dibantu dengan menggunakan aplikasi CFD-SOF akan tampak secara visual keadaan aliran yang terjadi pada salah satu valve, yang mana pada aplikasi ini kita dapat menghitung pula pressure drop dari bagian Valve Inlet hingga Outet. dengan menghitung Pstatik,Pdinamik,Magnitude U,Ptotal pada bagian inlet dan outlet dan mencari selisihnya, maka kita akan menemukan Pressure drop pada aliran yang melewati bagian input - output.

1.2 CFD-SOF

Untuk tatacara pengaplikasiannya akan dijelaskan pada penjelasan dibawah ini:

1. Buka Apps CFD-SOF ,kemudian import geometri yang dipilih klik Autosize dimension untuk melihat boundary geometrinya dan tentukan boundary name pada box mesh

   dimension, 
  
  X- = Inlet, X+ = Outlet, Y+ = Wall 

2. Tentukan mesh location pada Generate mesh dengan x=0,03 ; y= 0,02 ; z= 0,03 klik generate mesh dan check mesh

3. klik simulation model dengan mengganti Turbulance (RANS) dan pada turbulance model pilih STTK-w dan atur boundary properties di boundary condition

  inlet = Velocity Inlet dengan kecepatan 1 m/s ; outlet = outflow ; wall = wall

4. lakukan run solver pada number literation 3000 dan run time 3000

5.Menghasilkan Residual Monitor

6. klik paraview dan apply file yang digunakan sebelumnya

7. hitung Pstatik,Pdinamik,Magnitude U,Ptotal pada inlet dan outlet flow, yaitu menggunakan rumus:

  - Pstatik = P * 1,225

  - MagU= sqrt(U_x^2+U_y^2+U_z^2)

  - Pdinamik = 0,5*1,225*MagU^2

  - Ptot = Pstatic+Pdinamik

8.klik Ptot dan lakukan ekstrak blok inlet dan outlet dengan cara klik Filters-Alphabetical-Ekstrak Blok

9.Lakukan integrasi variabel inlet dengan klik Filters-Alphabetical-integrasi variabel untuk melihat nilai dari Pstatik,Pdinamik,Magnitude U,Ptotal yang terhitung

10.Lakukan integrasi variabel Outlet dengan klik Filters-Alphabetical-integrasi variabel untuk melihat nilai dari Pstatik,Pdinamik,Magnitude U,Ptotal yang terhitung

Dari nilai tersebut ditentukan diperoleh nilai Ptotal inlet dan Ptotal Outlet, sehingga Pressure drop yang dihasilkan oleh aliran pada valve adalah

delta P = Ptot Inlet - Ptot Outlet

delta P = 0,000807999 - 0,0001551816

delta P = 0,000652813

Grafik Pressure drop

Grafik MagU

Note:

link pembelajaran

https://www.youtube.com/watch?v=RANhtK5u5W0 dengan file https://drive.google.com/file/d/1Av131b__mmSZEavW_WjNPOj0pUiF44kt/view

https://www.youtube.com/watch?v=qpumUG0veRs

https://www.youtube.com/watch?v=54OqQL1BIY0

Pertemuan 2 Sistem Fluida (Kamis,19 November 2020)

Sistem fluida merupakan sistem yang terdiri dari beberapa komponen yang bekerjasama untuk mengerjakan satu tujuan tertentu misalnya untuk mengalirkan fluida maupun memindahkan fluida dari suatu tempat ketempat lainnya atau dapat dikatakan bahwa sistem fluida merupakan sistem yang berhubungan dengan fluida yaitu dengan menghasilkan kecepatan fluida maupun dr fluida menghasilkan energi. Dalam mempelajari penerapan dari sistem fluida, kita dapat mempelajarinya melalui beberapa cara, yaitu:

- Eksperimen : dimana nilai yang hasilkan berasal dari beberapa percobaan sehingga menghasilkan nilai yang real

- Teori (Eksak) : dimana persoalan diselesaikan secara eksak /perhitungan dengan berbagai rumus

- CFD-SOF : dengan mensimulasikan beberapa fenomena yang terjadi pada sistem tersebut, dimana cara ini dpat digunakan jika cara eksak tidak dimungkinkan, lebih murah dijaankan dari pada eksperimen namun tidak nyata (hanya bergambar simulasi)

dengan ketiga cara tersebut kita dapat lebih memahami dan mengerti tentang fluida. yang mana ada beberapa kekurangan pada 1 metode dan bisa dibantu dengan metode yang lain, salah satunya dengan menggunakan CFD-sof maupun openmodelica, yang mana dalam aplikasi ini tidak hanya mempelajari tentang fluida saja.

Tugas mempelajari sistem fluida di OpenModelica

1. sistem fluida menggunakan 2 tank dan 1 pipe

pada sistem ini fluida mengalir melalui tank1 ke tank 2 dengan menggunakan pipe, dimana rangkaiannya seperti pada gambar dibawah ini:

dari sistem yang ada di gambar diatas, kita dapat membuat koding seperti gambar dibawah ini:

2. sistem fluida menggunakan 2 tank dan 2 pipe

pada sistem ini fluida mengalir dari Tank 1 ke Tank 2 melalui 2 pipe yang berbeda arahnya

dari sistem yang ada di gambar diatas, kita dapat membuat koding seperti gambar dibawah ini:

https://drive.google.com/drive/u/0/folders/1pXJGEt3Vlq6JkW7RxVKgBeVe-WmAImmv

Pertemuan 3 Sistem Fluida (Kamis,26 November 2020)

Model sistem fluida merupakan sebuah sistem yang disederhanakan untuk mempresentasikan kodisi aktualnya, dalam hal ini dipergunakan untuk mempermudah sistem yang kompleks dan belum tentu linier menjadilebih sederhana pada permaalahan sistem fluida. Pemodelan yang akan kita lakukan merupakan bentuk usaha untuk mempelajari sebuah sistem aktual melalui sebuah sistem yang di simplifikasi / sistem yang disederhanakan untuk mempresentasikan/membuat replika dari aktualnya,model sistem fluida ini dibuat karena sulitnya mempelajari aktual dari fenomena yang akan terjadi misal dengan object skala yang besar dan pemodelan ini tidak memerlukan biaya yang besar.Pemodelan ini dibagi menajdi beberapa hal, seperti:

- Model Fisik : permodelan yang digunakan dalam skala kecil

- Model Komputasi : permodelan ini dapat digunakan untuk system yang kompleks dengan diimbangi dengan ilmu dasar untuk menunjang pemahaman pada model yang dikomputasikan.sehingga kita dapat mengukur jug letak erroe yang di hasilkan dari model komputasi yang dijalankan.

dalam permodelan ini kita menggunakan pendekatan hukum fisika dasar atau law driven model seperti bernouly,continuitas dll. ada juga yang menggunakan artificial intelligent dengan menggunakna data-data yang dikumpulkan dari hasil eksperimen untuk menentukan nilai yang riil/aktual.

dalam pertemuan kali ini, kami membahsa tentang beberapa example yang ada di open modelica, diantaranya two tank, emty tank dan simple cooling. Pembelajaran ini seperti pada gambar dibawah ini:

1. Two tank : dalam simulasi ini terdapat 2 tank yang sejajar dengan ukuran yang sama namun volume yang berbeda.diantara kedua tank tersebut dihubungan dengan pipe horisontal. pada percobaan berikut kita akan mengetahui apakah ketinggian air pada kedua tank dalam waktu 1,5 detik akan setara? , maka disini kami menyimulasikan kerja dari two tank tersebut.

Permodelan two tank

Koding yang digunakan

hasil simulasi

2. Emty tank : dalam simulasi ini terdapat 2 tank yang yang dhubungkan dengan pipe vertikal dengan ketinggian antar tank berbeda sejauh 1m. pada simulais ini kami menghitung lama watu yang dibutuhkan untuk membuat air dalam tank1 habis atau tank2 terisi penuh

Permodelan emty tank

Koding yang digunakan

hasil simulasi

3. Simple Cooling: dalam simulasi ini terdapat sistem cooling sederhana dengan proses konveksi , dengan rangkaian seperti gambar berikut:

Permodelan emty tank

Koding yang digunakan

PR 3 Sistem Fluida

A. HEATING SYSTEM

1. Deskripsi

Pada pemodelan Heating System ini, terapat beberapa komponen seperti Tank, Pump, burner,pipe,valve dan radiator hingga beberapa sensor seperti temperature dan flow meter Pada system kerjanya yaitu: fluida pada tank di dorong oleh pompa dari tanki dengan pengukuran flow menggunakan flowmeter menuju heater dan diukur temperaturnya, lau fluida dialirkan melakui pipe menuju Gate Valve untuk untuk mengatur besarnya debit fluida menuju radiator. Adapun spesifikasi komponen akan dijelaskan pada gambar dibawah ini:

Tank ‘’’

a.Ketinggian Tank (height)= 2 m.

b.Luas crossArea = 0.01 m^2.

c.Tinggi awal air ( level_start) = 1 m.

d.Terhubung ke pump 1 (port_b)

e.Diameter ports = Diameter = 0.01 m.

f.nPorts = 1

Pompa

a.Port a start = 110000 Pa

b.Port b start = 130000 Pa

c.Port a nominal = 110000 Pa

d.Port b nominal = 110000 Pa

e.Mass flow rate start = 0.01 m^3/s

f.Mass flow rate nomina = 0.01 m^3/s.

g.Sensor m_flow, alat ukur mass flow rate yang terdiri dari input dan output Heater.

h.Panjang Pipa = 2m.

i.Diameter pipa = 0.01 m.

j.Tekanan awal = 130000 Pa.

Burner

a.Kalor = 1600 Watt

b.Reference Temperature = 70

c.Alpha = -0.5 1/K

Pipa

a.Panjang pipa (length) 10 m

b.Tekanan awal = 130000 Pa

Valve

a.Pressure drop = 10000 Pa

b.Mass flow rate = 0.01 kg/s

Radiator

a.Panjang pipa = 10 m

b.Diameter pipa = 0.01 m

c.Tekanan awal = 110000 Pa

d.Temperatur Awal = 50 C

2. Prosedur analisis pemodelan

Dalam melakukan permodelan analisa Heating System di openmodelika, kita dapat dilakukan dengan langkah-langkah berikut:

a.Membuka aplikasi openmodelica

b.Membuka library openmodelica dengan memilih file Heating System yang dapat ditemukan memalui cara berikut: (Modelica - >Fluid ->Example -> Heating System)

c.Cek gambar permodelan yang akan di analisis, jika sesuai maka check kodingan dengan mengklik symbol checklist berwarna hijau.

d.Jika semua variable sudah sesuai, maka lakukan simulasi dengan meng klik symbol (->) berwarna hijau dan tunggu beberapa saat untuk mengatahui hasil simulasinya.

e.Untuk melihat hasil simulasi maka, klik ploting yang terdapat di pojok kanan bawah sebelah model sehingga kita dapat melihat hasil simulasi dan dapat di replesentasikan dalam bentuk grafik dengan mencentang variable yang ingin dibandingkan.

f.Jika ingin mensimulasikan pada interval waktu tertentu maka, kit abs klik symbol S pada bagian model dan mengubah stop time sesuai dengan interval waktu yang kita butuhkan

3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan

4. Hukum Fisika

Hukum fisika yang dapat diterapkan pada pemodelan ini adalah Hukum Kekekalan Energi

5. Hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh

B. THREE TANKS

1. Deskripsi

Pada model system fluida diatas menunjukkan adanya 3 buah tanki yang berisi fulida(air), disetiap tanki memiliki volume air yang berbeda, yaitu pada tanki pertama berisi air dengan volume 8 m^3,serta tangki kedua dan ketiga terisi air dengan volume 3 m^3 . Adapun Parameter yang digunakan pada system 3 tanki (Tanki dan pipe). Yaitu:

Pada Tangki 1

a.Tinggian Tangki (height) = 12 m

b.Cross Area = 1 m^2

c.Terhubung ke pipe1 (port_b)

d.Diameter ports = 0.1 m

e.nPorts = 1

Pada Tangki 2

a.Tinggian Tangki (height) = 12 m

b.Cross Area = 1 m^3

c.Terhubung ke pipe1 (port_b)

d.Diameter ports = 0.1 m

e.nPorts = 1

Pada Tangki 3

a.Tinggian Tangki (height) = 12 m

b.Cross Area = 1 m^2

c.Terhubung ke pipe1 (port_b)

d.Diameter ports = 0.1 m

e.nPorts = 1

Pada Pipe1

a.Panjang pipa = 2

b.ketinggian port_b – port_a (height_ab)= 2

c.Diameter pipa = 0.1

Pada Pipe2

a.Panjang pipa = length = 2

b.ketinggian port_b – port_a (height_ab)= 2

c.Diameter pipa = 0.1

Pada Pipe3

a.Panjang pipaa = length 2

b.ketinggian port_b – port_a (height_ab)= -1

c.Diameter pipa = 0.1

2. Prosedur Analisa Pemodelan

Dalam melakukan permodelan analisa three-tank di openmodelika, kita dapat dilakukan dengan langkah-langkah berikut:

a.Membuka aplikasi openmodelica

b.Membuka library openmodelica dengan memilih file three tank yang dapat ditemukan memalui cara berikut: (Modelica - >Fluid ->Example -> Tanks => Three Tanks)

c.Cek gambar permodelan yang akan di analisis, jika sesuai maka check kodingan dengan mengklik symbol checklist berwarna hijau.

d.Jika semua variable sudah sesuai, maka lakukan simulasi dengan meng klik symbol (->) berwarna hijau dan tunggu beberapa saat untuk mengatahui hasil simulasinya.

e.Untuk melihat hasil simulasi maka, klik ploting yang terdapat di pojok kanan bawah sebelah model sehingga kita dapat melihat hasil simulasi dan dapat di replesentasikan dalam bentuk grafik dengan mencentang variable yang ingin dibandingkan.

f.Jika ingin mensimulasikan pada interval waktu tertentu maka, kit abs klik symbol S pada bagian model dan mengubah stop time sesuai dengan interval waktu yang kita butuhkan

3. Analisa Pemodelan

Terjadi perubahan volume pada setiap tanki yaitu pada tanki 1 dari volume 8 m^3 menjadi 3.667 m^3 (terdapat penurunan volume) , pada tanki 2 dari volume 3 m^3 menjadi 3.667 m^3 (terdapat kenaikan volume) dan pada tanki 3 dari volume 3 m^3 menjadi 6.667 m^3 (terdapat kenaikan volume). Hal ini dapat disebaban karena adanya perbedaan ketinggian port_b – port_a (height_ab) dan perubahan volume ini konstan pada waktu 135secon, dan dapat dikatakan bahwa setiap tangka telah seimbang

4. Hukum Fisika

Hukum fisika yang dapat diterapkan pada pemodelan tersebut adalah persamaan continuitas atau menggunakan hukum bernoulli.

5. Hasil Simulasi untuk Mendukung Kesimpulan

Pertemuan 4 Sistem Fluida (Kamis,3 Desember 2020)

1.Remodel- Two tank

2.Remodel- Empty Tank

3.Conservasi of Mass in Control Volume

Tugas 4 (Combined Cycle Power Plan)

Pertanyaan:

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

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

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

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

Jawab :

1. Pada sistem Power plan ini terdapat beberapa bagian utama untuk menyusun suatu combined cycle. Yang mana pada komponennya melibatkan Turbin gas,turbin uap, Steam drum,kondensor serta generator. 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 sehingga akan mengalami peningkatan temperatur di bagian combustion chamber secara isobarik. Peningkatan udara ini dimanfaatkan untuk menggerakkan blade turbin yang terpasang juga dengan generator,sehingga pada akhir siklus ini pergerakan geenrator atau HRSG (Heat Recovery Steam Generator)akan menghasilkan listrik dengan mengingkatkan kapasitas energi listrik menggunakan trafo selanjutnya akan di distribusikan melalui sutet, dimaan tegangan sudah di bagi sehingga aman untuk digunakan pada perkantoran atau perumahan

2 Komponen pada Combined Cycle yaitu

a. Turbin Gas

b. Turbin Uap

c. Generator

d. Kondenser

e. Pump

f. Pipe

g. Valve

3. Terdapat beberapa medium yang bekerja dalam sistem ini, yaitu turbin gas,Turbin Uap,Kondenser,Generator,pipe dan beberapa contor valve untuk menjadikan sistem pada combinecycle ini berjalan dengan aman. Adapun Turbin Gas dan Turbin Uap difungsikan untuk Menghasilkan kerja sedangkan Pompa Sentrifugal dan kompresor Membutuhkan kerja). Pada Analisa perhitungannya menggunakan hukum konservasi energi dan konservasi massa. Pada kompresor,pompa,turbin dan Generator atau HRSG terjadi proses adiabatic atau tidak terjadi perpindahan kalor dari sistem kelingkungan ataupun sebaliknya

4. Berdasarkan Warna line pada model siklus diatas, menunjukan bahawa:

- Pada line Hitam menunjukkan hasil dari kondensasi di bagian turbin, yang mana kondensasi ini di hasilkan dari perubahan fase gas ke cair pada turbin. Hasil dari air yang berada di kondeser akan di gunakan lagi untuk memutar turbin memalui beberapa proses melalui bantuan kompressor untuk memprosesnya.

-Pada line Merah menunjukan gas yang memiliki temperatur tinggi setelah di proses di bagain boiler(heat exchanger) untuk memberikan pressure agar turbin uap dapat berputar untuk menggerakan generator.

-Pada line biru menunjukan gas dalam temperatur rendah dan perlu di lakukan beberapa proses heat exchanger untuk dapat membantu memutar turbin uap. Ini juga merupakan hasil dari kondensasi di kondenser

Pertemuan 5 Sistem Fluida (Kamis,10 Desember 2020)

Pada pertemuan kali ini kami diajarkan tentang remodel test kompresor, yang mana remodel ini menghasilkan hasil yang hampir sama dengan dengan contoh example pada modelica. kegiatan ini tergambar pada aktivitas dibawah ini

Tugas 5.1 (Remodel)

Pertemuan 6 Sistem Fluida (Kamis,17 Desember 2020)

Pada hari ini kami menghadiri kuliah tamu dengan Bapak Dr. Ir. Harun Al Rosyid sebagai CEO PT. Indopower International. Dalam pertemuan ini membahas tentang Combined-Cycle Power Plant di Indonesia. Pak Harun membahas banyak hal mulai dari apa itu combined-cycle power plant hingga memilih turbin yang digunakan pada power plant tersebut.

Tugas Besar

Membuat konfigurasi sistem pemipaan dan dijelakan komponen serta analisis kharakteristik dari permodelan. sistem yang terkait merupakan dalam proses pengolahan bahan bakar. dengan parameter yang akan diberikan. -kapasitas kompresor? -belokan mempengaruhi apa?