Valve-Bagus Rangin

Halaman ini merupakan pindahan dari halaman Sisflu03-Bagus Rangin penamaan yang berbeda dengan ketentuan.

---

NAMA : Bagus Rangin

NPM: 1806233291

Page ini akan menjadi media pembelajaran untuk menuliskan proses belajar Sistem Fluida

---

Pertemuan 01 | Kamis 12 November 2020

---

Pada pertemuan pertama kelas sistem fluida dengan Pak Dai hari kamis kemarin, saya pribadi berhalangan hadir untuk mengikuti kelasnya karena suatu hal, maka dari itu saya berusaha mempelajari pertemuan kemarin dari wikipage teman-teman sistem fluida yang lain dan saya berusaha rangkum dibawah ini.

Pada pertemuan 1 kemarin, Pak dai membahas tentang karakteristik aliran dari valve dengan tujuan untuk mengetahui pressure drop yang terjadi pada masing-masing mode; valve.

Valve yang biasanya digunakan dalam instalasi sistem fluida berfungsi untuk mengatur atau mengontrol aliran fluida/debit dari sistem tersebut. valve juga berfungsi untuk menghubungkan atau memutus aliran fluida tersebut. satu hal yang perlu diperhatikan dari valve adalah adanya pressure drop yang terjadi dari valve tersebut. sebelum membahas pressure drop, berikut beberapa tipe-tipe valve yang ada dan biasa digunakan:

- butterfly valve

- check valve

- gate valve

- globe valve

- ball valve

- needle valve

- diaphragm valve

- check valve

- safety valve

- pressure reducing valve

- trap valve.

setelah itu pak Dai membahas tentang opened gate valve yang kemudian disimulasikan. simulasi aliranvalve nya saya lihat dari youtube berisi 2 part yang telah saya tonton. simulasi tersebut berisi tentang tutorial simulasi fluida dari valve. Setelah kelas usai kami ditugaskan untuk membuat simulasi serupa dengan jenis valve yang berbeda.

tugas tersebut berisi simulasi yang harus dilakukan dengan model valve yang disediakan asisten dan satu valve pilihan sendiri.

Lalu ada sesi penjelasan mengenai CFD oleh bang Ales. CFD atau Computational Fluid Dynamic adalah simulasi computasi mengenai aliran fluida dan dan karakteristik2. Perhitungan CFD ini dilakukan secara numerik.

CFD ini memanfaatakan persamaan Navier-Stokes. Persamaan ini menyelesaikan masalah dengan menganalisis masalah yang melibatkan fluida. contohnya fenomena konveksi, pressure drop, dan lain nya.

untuk melakukan simulasi nya saya sudah terlebih dahulu menonton tutorial dari youtube nya, disini dijelaskan dulu cara meng-import file geometri dari valve yang bisa didapatkan secara opensource dari internet.

Diatas adalah proses pembuata mesh untuk valve tersebut, geometry awalnya diimport lalu dibikin meshnya dengan scale 1 inci. darisitu baru dilakukan definisi boundaries nya. dimana bagian inlet, outlet, wall atau boundary biasa.

Tugas Simulasi valve

---

Pertemuan 2 : 19 November 2020

---

Pada pertemuan kedua ini, dengan disatukan nya dengan kelas CFD bang Aby sharing terkait dengan simulasi vertikal wind turbine nya dan mengaitkan nya dengan teori-teori yang ada di sistem fluida. bang aby menjelaskan bahwa kita bisa melakukan perhitungan nya. bang aby pun sharing terkait analisis propeller dari wind turbine nya dan diperlihatkan hasil paraview nya.

Setelah itu ada sharing dari bang edo yang menjelaskan mengapa kita perlu mempelajari juga CFD walaupun kita sudah belajar materi-materi sistem fluida. Bang edo memberitahu walaupun sudah dapat menghitung secara teoritis dengan yang telah dipelajari di sistem fluida. namun dengan simulasi maka dapat melakukan perhitungan dengan lebih akurat. contohnya saat skripsi bang edo menganalisis turbin air dengan bantuan CFD.

Selain itu juga mahasiswa kelas CFD seperti bang Aby, bang Bintang dan yang lainya mempresentasikan hasil modelling turbin angin vertikal nya. mereka menjelaskan bahwa dalam CFD dapat dianalisis perubahan energi, bagaimana angin dapat menggerakan turbin tersebut, serta simulasi aliran udara setelah menabrak sudu-sudu nya. Saya sendiri mengajukan beberapa pertanyaan mengenai apakah jika blade baling2 tersebut berjumlah 4 maka turbin tersebut tidak dapat berputar? karena yang saya amati adalah aliran tersebut jika menabrak sudu yang simetris terhadapa arah datang angin maka torsi nya akan cancel out. namun bang bintang menjelaskan bahwa hal tersebut tidak akan terjadi karena blade berbentuk airfoil sehingga perhitunganya berbeda. setelah itu saya menanyakan bagaimana cara menghitung besarnya daya yang dihasilkan dari turbintersebut. dan pak dai menjelaskan untuk menghitung daya yang dihasilkan maka kita harus menghitung besarnya torsi yang dimana kita harus mengetahui dulu drag force dan lift force nya. pemodelan CFD dapat membantu kita menghitung besarnya kedua variabel tersebut untuk keadaan yang transien. sehingga kita pula dapat menghitung besarnya daya dari bantuan calculator yang ada pada platform Paraview.

---

Mempelajari Sistem fluida dari library fluid example yang ada di Modelica

---

Dari tugas pak Dai, kami diarahkan untuk mempelajari sistem fluida dari contoh example library yang ada pada modelica. Untuk membantu proses belajar pun saya mencoba melihat referensi2 dari website seperti https://build.openmodelica.org/Documentation/Modelica.Fluid.Examples.IncompressibleFluidNetwork.html untuk membantu saya memahami library examples ini.

List Example fluid yang ada pada library adalah berisi pemrograman yang sudah ada sebelumnya mengenai pemodelan fluida namun hanya satu dimensi. dari library tersebut saya dapat melihat visualisasi model nya beserta equation2

dari ilustrasi tersebut dapat dilihat bahwa sistem tersebut berisi pengosongan tangki 1 yang airnya akan mengalir melalui pipa dengan kecepatan tertentu dan akan mengisi tangki 2 yang ada dibawahnya. dari persamaan pada writable modeling dapat dilihat prosesnya adalah dengan mendeclare variable2 nya seperti level tangki, cross section, ketinggian tangki, diameter port, diameter pipa, properties air, udara, gravitasi, dan lain2 nya. dan pada bagian equation dilakukan perhitungan terhada variable2 tersebut dengan perhitungan2 fluida. hal ini akan memudahkan kita sebagai pelaku modelling dimana kita hanya harus mengganti variable2 yang ada. dan saat dilakukan proses running, hasilnya akan seperti ini...

dari gambar tersebut dapat kita lihat bahwa variable variable yang kita cari dapat diketahui setelah kita melakukan plotting modelnya. pada library example , modelling sudah jadi sehingga kita hanya melakukan proses running dan melihat hasil2 nya..

saya mencoba sendiri membuat model seperti ini dengan cara mengcopas modelling nya dan mengganti nilai2 variable nya dengan contoh saya sendiri, seperti mengganti tank height, pipe diameter, cross area dll. setelah saya melakukan proses model checking semuanya aman saja namun saat saya melakukan proses running entah mengapa compilation nya failed. sehingga saya belum bisa mendapatkan hasil dari modelingnya.

---

Pertemuan 3: 26/11/2020

---

Pada pertemuan ini pak Dai bertanya tentang apa filosofi dari "pemodelan sistem fluida" beberapa teman-teman melempar pendapatnya seperti Gandes,Elita,Saya,Laksita. kebanyakan berpendapat pemodelan sistem fluida adalah media simplifikasi penerapan dari fenomena yang ada secara aktual. setelah itu pak dai menjelaskan filosofi dari sistem fluida nya.

selain itu, ada tambahan dari Pak Hariyotejo untuk menjelaskan tentang pemodelan sistem fluida.

Pada sesi pertama pak Hariyo menjelaskan analisis pemodelan dari dua tangki terbuka yang terhubung dengan initial height masing2 T1=0.9m dan T2=0.1m yang akan sama pada waktu 1.5 second. dari plotting terlihat berapa besar v flow nya untuk tiap waktu nya. untuk merubah keadaan parameter tiap waktu tinggal merubah besaran waktu pada simbol R.

setelah itu pak hari menjelaskan tentang library example pada empty tanks di modelica. problem fisiknya adalah berupa dua tangki dengan ketinggian berbeda. dengan level isi fluida masing masing dan disambung oleh pipa vertikal. karena adanya perbedaan ketinggian, maka fluida pada tangki 1 mengalir ke tangki 2 yang initial volume nya = 0. case nya hampir ssama pada sesi pertama namun ini tangkinya vertikal dan tidak ada perpindahan termal dari fluida nya. dari sini kita dapat melihat perubahan ketinggian fluida berdasarkan waktu.

terakhir, sebelum kelas berakhir pak Hariyo menjelaskan skema pemodelan dari proses simple cooling. dimana keat flow yang membawa heat dan heat tersebut mengalir pada pipa yang dialiri oleh udara ambient. proses perpindahan panas yang terjadi secara konveksi. Parameter juga sudah ditentukan dari awal seperti besar koefisien konfeksi dan koefisien konduksi. besarnya nya juga kecepatan fluida dan properties fluida nya. ditetntukan dari awal.

---

Tugas 3 : Analisa Pemodelan Dengan Tools OPENMODELICA

---

Pada pertemuan sebelumnya dengan pak Hariyo tentang penjelasan tools-tools yang ada pada modelica contohnya examples. pada akhir pertemuan kami diberikan tugas dengan soal sebagai berikut:

Dari soal tersebut kami diberi petunjuk untuk memahami 2 model examples yang ada pada Openmodelica. yang pertama adalah example dari Heating System dan ThreeTanks. kita harus menganalisis model tersebut dan menjelaskanya menjadi beberapa poin. berikut jawaban saya untuk tugas tersebut.

A. Heating System

1. Deskripsi atau uraian fisik yang ada

System ini menggambarkan sebuah sistem pemanas dengan tipe closed flow cycle yang dihubungkan dengan pipa dan diatur dengan valve yang ada. Flow berjalan dalam sistem ini karena didorong oleh pressure oleh pompa, setelah itu flow fluida melalui burner sehingga temperaturnya naik dan dihubungkan dengan pipa lagi melewati sebuah valve dan kembali lagi ke tanki. dalam sistem ini ada beberapa komponen yaitu burner untuk mengatur temperatur dari air dan ada pompa yang mengatur tekanan dari aliran air tersebut. Terdapat juga flowmeter yang dapat mengukur besar dari flow tersebut. selain itu ada juga sensor untuk mengatur temperatur dari air setelah melewati pipa yang melalui valve. total ada 3 pipa yang menghubungkan part-part tersebut.

beberapa parameter fisiknya adalah:

a. Tanki

tangki memiliki tinggi 2 meter dan cross area 0.01 m. initial level air nya adalah 1 m.

b. Pompa

Inlet pressure: 110.000, outlet pressure: 130.000 dengan mass flowrate 0.01 m^2 dan putaran 1500 rpm.

c. Pipe 1 ( tank,pump to burner)

Pipa tunggal dengan panjang 2 m dan diameter 0.01 m

dan beberapa parts lainya beserta parameter-parameter bawaan nya.

2. Prosedur analisa pemodelan

Untuk mengetahui hasil dari pemodelan dengan parameter-parameter tersebut, berikut adalah langkah serta prosedurnya:

1. Membuka aplikasi openmodelica dan membuka page modelling

2. Membuka library examples dengan cara ( Library-> Modelica -> Fluid -> Examples -> Heatingsystem)

3. Melakukan model checking dengan menekan ceklis hijau pada kolom tools, apabila model sudah oke maka dapat dilanjutkan ke tahap selanjutnya

4. Melakukan proses running dengan menekan tombol panah kanan hijau pada kolom yang sama pada model checking, proses akan membutuhkan beberapa waktu. perlu diingat saat proses modelling, parameter tidak bisa dirubah karena merupakan bawaan dari library OpenModelica.

5. Melakukan proses analisa hasil pada bagian plotting, akan terlihat hasil dari parameter-parameter nya. apabila membutuhkan hasil dalam interval waktu dapat menggunakan tombol play yang ada dengan mengklik tombol play. dan hasil dapat dilihat menjadi grafik.

3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan

Pada proses ini, saya mendapatkan kesulitan karena setelah dilakukan beberapa kali running, proses tetap tidak bisa dikarenakan running gagal. dalam hal ini saya tidak merubah parameter apapun namun hasilnya tetap tidak dapat dilihat walaupun pada proses model checking sudah oke.

sehingga proses analisa hasilnya tidak dapat dilakukan. namun dari proses pemodelan ini hasil diekspektasikan adalah perubahan panas pada aliran fluida dengan pompa yang ada, kenaikan T pada fluida yang ada dalam tangki, dan lainya.

4. Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan

Dalam proses pemodelan ini beberapa hukum fisika yang digunakan adalah:

a. hukum kekekalan massa

b. hukum kekekalan energi

c. hukum perpindahan panas

5. Kesimpulan dan hasil-hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh

Proses simulasi yang saya lakukan tidak dapat dijalankan sehingga tidak dapat diambil kesimpulan dari percobaan ini.

B Three Tanks

1. Deskripsi atau uraian fisik yang ada

Pada pemodelan kali ini , pemodelan bernama Three tanks. sesuai namanya, model ini berisi 3 tangki dengan height yang sama yaitu 12 m dan dihubungkan dengan masing2 pipa vertikal dengan pipa pada bagian bawahnya. namun ada perbedaan mendasar pada ketiga tangki ini yaitu memiliki water level yang berbeda pada saat awal nya. pada pemodelan ini, saat t mulai berjalan maka air pada ketiga tangki tersbut akan sama-sama mengalir terhubung secara paralel. dan menurut pengamatan saya .

setiap tangki dan pipa nya memiliki parameter nya masing-masing. perlu dicatat bahwa fitur library example ini memiliki parameter yang tetap dan tidak dapat dirubah. berikut Parameter dari model ini:

Tank 1

• Height : 12 m

• Cross Area: 1 m^2

• Level Start: 8 m

• Diameter Port: 0.1 m

Tank 2

• Height : 12 m

• Cross Area: 1 m^2

• Level Start: 3 m

• Diameter Port: 0.1 m

Tank 3

• Height : 12 m

• Cross Area: 1 m^2

• Level Start: 3 m

• Diameter Port: 0.1 m

Pipa mempunyai panjang 2 m dengan level ketinggian berbeda. pipa dalam sistem ini menghubungkan port dari tangki kepada port penghubung utama.

Pipe 1

Panjang : 2 meter

Diameter : 0.1

roughness : 0.025

height port : 2 m

Pipe 2

Panjang : 2 meter

Diameter : 0.1

roughness : 0.025

height port : 2 m

Pipe 3

Panjang : 2 meter

Diameter : 0.1

roughness : 0.025

height port : -1 m

2. Prosedur analisa pemodelan

1. Membuka OpenModelica dan membuat Class Model. Memberi nama sesuai dengan percobaan kita.

2. Membuat pemodelan dengan membuka pemodelan library dengan instruksi seperti berikut ( library -> Modelica -> Fluid -> Examples -> Tanks -> ThreeTanks.)

3. Karena ini model library, sehingga parameternya bisa dirubah, namun kita bisa mengetahui parameter-parameternya dengan mengklik ilustrasi tanki atau pipa nya dan akan terlihat informasi-informasi parameternya seperti yang sudah dijabarkan sebelumnya

4. melakukan model checking dengan menekan tombol ceklis hijau pada kolom tools.

5. melakukan proses running apabila model checking sudah oke dengan menekan gambar panah kanan hijau polos.

6. mengamati dan mencatat hasil percobaanya dalam interval waktu pada kolom plotting untuk memulai simulasi,

bukti langkah gambar diampirkan dibawah:

3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan

Pada bagian plotting akan terlihat grafik ketinggian level air pada tiap tangki yang transien terhadap waktu. dari sana kita dapat menganalisa keadaan yang terjadi pada sistem tersebut pada satuan waktu.

pada hasil dapat terlihat bahwa Tank 1 (merah) sebagai level dan height tertinggi konstan menurun dengan grafik kuadratis, Tank 3 (hijau) konstan naik dengan grafik kuadratis sebagai tanki dengan level dan height paling rendah. sedangkan tangki 2 dengan lebel yang sama dengan tangki 3 namun height yang lebih tinggi pada awalnya turun untuk mengisi tangki 3 dan pada sekitar t=30 level naik kembali sampai dengan konstan.

Level tangki rata rata konstan pada t=130 sekon

4. Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan

konsep hukum fisika yang digunakan pada pemodelan ini adalah:

1. hukum Bernoulli

5.hasil-hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh

Coding

Hasil Plotting

---

Pertemuan 4: 03/12/2020

---

Pada pertemuan kali ini, sistem fluida dibimbing oeh Pak Hariyo. kami belajar membuat model TwoTanks dengan disambungkan oleh pipa

---

Tugas Pertemuan 4

---

Pada pertemuan kali ini, pak hariyo memmberikan kita tugas untuk menelisik dan menganalisis sebuah sistem turbin uap yang ada pada modelica. pak hariyo memberikan juga beberapa pertanyaan yang harus kita jawab dalam analisis sistem tersebut. berikut soal yang diberikan oleh pak hariyo dan pertanyaan2 nya.

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

Dari gambar soal tersebut, turbin terdiri dari turbin gas dan turbin uap. namun perbedaanya, pada turbin gas menggunakan siklus Brayton sedangkan pada turbin uap menggunakan siklus rankine. secara general beberapa langkah cara kerja dari sistem ini adalah sebagai berikut. pada turbin gas, bahan bakar dimampatkan dan dilakukan proses combution sehingga udara panas mengalir dan memutar sudu-sudu dan memutar turbin gas tersebut. generator yang berputar mengubah energi kinetik menjadi energi listrik. setelah itu, udara panas dimanfaatkan oleh sebuah sistem yang bernama HRSG (Heat Recovery Steam Generator) yang menangkap panas dari udara yang keluar tadi dihantarkan ke steam turbine. disini udara masuk ke turbin multi stage. Setelah udara panas dihantarkan oleh HRSG, makan mulai masuk kepada turbin steam untuk mentransformasi energi yang masih ada didalam fluida menjadi energi listrik tambahan. sehingga efisiensi dari turbin jenis ini lebih biasa daripada turbin satu stage saja.

Berikut gambaran siklus Brayton dan Siklus Rankine yang digunakan pada kedua jenis turbin tersebut:

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

Bagian A. Turbin Gas

pada turbin, udara mengalami peningkatan tekanan serta temperatur yang membuat turbin berputar dan menghasilkan listrik. pada gambar diatas adalah nilai-nilai parameter yang ada pada turbin tersebut. seperti efisiensi compression dan lainya.

Bagian B. Turbin Uap

merubah energi dari udara yang keluar dari turbin gas untuk dijadikan energi listrik. udara dihantarkan oleh sistem HRSG. Dilihat dari parameter tersebut, diasumsikan bahwa tidak ada energi yang hilang dari gesekan dan lainya.

Bagian C. Generator

Pada generator, energi mekanik dirubah menjadi energi listrik. parameter menunjukan efisiensi 99.8%. menunjukkan kecilnya energi yang hilang selama proses produksi listrik didalam generator (bukan didalam sistem)

Bagian D. Valve

valve berfungsi untuk mengatur laju aliran keluaran fluida, baik output dari pipa maupun dari komponen lainya. dari gambar tersebut, dapat dilihat bahwa openmodelica memfasilitasi perhitungan sistem dengan sifat transien

Bagian E. Pipa

Pipa mengalirkan fluida bertekanan dan bertemperatur, dari parameter terjadi losses2 yang diakibatkan gaya gesek dalam pipa. dalam sistem, pipa-pipa ini memiliki panjang yang berbeda2 serta elbow yang berbeda pula.

Bagian F. Pompa

Pompa berfungsi untuk menaikan head atau tekanan dari fluida sehingga dapat mengalir. dari parameter openmodelica terdapat putaran pompa,efisiensi dan konstanta2 lainya.

Bagian G. Condenser

kondenser berfungsi untuk merubah fasa uap menjadi liquid. fluida yang usdah berubah fasa menjadi steam digunakan kembali dengan dirubah menjadi liquid atau air. parameter-parameter berisi cavity( volume kapasitas), koefisien kondensasi, evaporasi, dan lain2 nya

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

Medium fluida kerja yang terjadi dalam siklus tersebut adalah Turbin Gas,Turbin Uap,Kompressor dan pompa. dimana turbin gas dan turbin uap menghasilkan kerja dan pompa serta kompresor membutuhkan kerja. kerja atau energi yang dihasilkan turbin jauh lebih besar dibandingkan kompresor atau pompa.

Proses analisis dan perhitungan energinya menggunakan konservasi massa dan energi. perhitunganya dilakukan oleh modelica dengan sistem dan parameter yang sudah diinput. kebanyakan proses terjadi adiabatic dimana tidak ada kalor yang keluar ataupun masuk dari sistem dan lingkungan.

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

1. Jalur hitam : jalur aliran gas pada sistem, contohnya turbin ke kompressor.

2. jalur merah : jalur aliran udara bertemperatur tinggi. buangan dari gas turbin dan HRSG

3. Jalur biru : jalur aliran udara bertemperatur rendah. udara yang masuk ke kondenser

---

Pertemuan 5: 10/12/2020

---

Pada pertemuan Sistem Fluida pada kali ini diampu kembali oleh pak hariyo seperti pada minggu kemarin. pada kali ini pak hariyo menjelaskan tentang simulasi Thermosyspro dari testcompressor.

---

Pertemuan 6

---

pada pertemuan 6 ini, kami berkesempatan untuk mendapatkan ilmu dari seorang praktisi langsung. seorang ahli dibidang pembangkitan listrik khususnya pemanfaatan yang dilihat dari segi fluida nya. materi ini diisi oleh pak Dr. Ir Harun Al Rosyid. CEO PT. Indopower International. pada pertemuan ini secara gris besar beliau memberikan penjelasan mengenai turbin, power plant, serta combined cycle power plant. dijelaskan jenis-jenis turbin yang biasanya digunakan di lapangan, cara kerja power plant dan combined cycle power plant. Turbin gas merupakan combustion turbin yang memiliki beberapa konfigurasi seperti turbojet , turboprop, high bypass turbofan, low bypass afterburning turbofan. turboprop biasanya dipasang pada mesin pesawat jet karena paling hemat bahan bakar dibanding jenis turbin lainya.

Turbin gas terdiri dari 2 tipe:

1. Heavy Duty

2. Aeroderivatibe. untuk siklus gas turbin yang digunakan adalah Brayton

Terdapat beberapa pertimbangan dalam memilih turbin gas, beberapa pertimbangan tersebut adalah tahun dibuat produknya, efisiensi dan lain2.

---

Progres Tugas Besar

---