Valve-Edward Joshua
Contents
Biodata Diri
Nama: Edward Joshua P M
NPM: 1806233354
Sisflu-03
Pertemuan 1 | Kamis, 12 November 2020
Pada pertemuan pertama kelas Sistem Fluida dengan Pak Dai, kami mempelajari tentang karakterisasi aliran dari valve dan memperkirakan pressure drop yang terjadi pada model valve.
Valve atau yang biasa disebut katup adalah sebuah perangkat yang mengatur, mengarahkan atau mengontrol aliran dari suatu fluida dengan membuka, menutup, atau menutup sebagian dari jalan alirannya.
Tipe-tipe valve:
- 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, bang Ales dari kelas CFD menjelaskan tentang apa itu CFD. CFD atau Computational Fluid Dynamics CFD adalah simulasi komputer untuk mengetahui pola aliran fluida. Perhitungan CFD didasarkan pada persamaan Navier-Stokes yang diselesaikan secara numerik.
Persamaan Navier-Stokes ini secara matematis menunjukkan hubungan antara konservasi momentum, massa, dan energi pada fluida.
Penggunaan CFD ini memudahkan kita untuk menganalisis masalah yang melibatkan fluida. Contohnya fenomena konduksi, konveksi, aliran fluida, dan lain-lain. CFD diperlukan di berbagai bidang seperti Aerodinamika, HVAC, dsb.
Lalu masing-masing dari kami menjalankan simulasi dengan CFDSOF mengenai pressure drop pada aliran gate valve.
PR Simulasi Valve
PR yang diberikan oleh Pak Dai setelah pertemuan pertama adalah melakukan simulasi aliran pada jenis valve yang lain. Valve yang saya gunakan untuk simulasi ini adalah globe valve.
Berikut adalah geometry valve yang akan saya gunakan pada simulasi ini:
Setelah menemukan geometry valve, dilakukan meshing terhadap geometry valve. Berikut hasil meshing yang didapatkan:
Kemudian, model simulasi ditetapkan sesuai dengan video tutorial yang telah diberikan oleh Pak Dai. Setelah menetapkan model simulasi, dilakukan tahap processing. Berikut adalah residual yang dihasilkan pada tahap ini.
Setelah melakukan tahap processing, dilakukan tahap post-processing. Tahap ini menggunakan perangkat lunak lain yaitu ParaView untuk memvisualisasikan hasil perhitungan yang sudah dilakukan oleh CFDSOF. Dilakukan proses kalkulasi di paraview untuk mendapatkan nilai tekanan statik, tekanan dinamik, dan tekanan total. Berikut adalah visual yang dihasilkan dari kalkulasi di ParaView.
Berikut juga hasil kalkulasi tekanan statik, tekanan dinamik, dan tekanan total
Pressure drop yang dihasilkan antara inlet dan outlet dari globe valve didapatkan dengan mencari selisih tekanan total antara inlet dan outlet globe valve. Hasil tersebut adalah
Pertemuan 2 | Kamis, 19 November 2020
Pada pertemuan ini, Pak Dai menjelsakan mengenai segitiga kecepatan pada sistem fluida. Segitiga kecepatan merupakan segitiga yang menunjukkan arah vektor kecepatan pada sebuah mesin fluida.
Pada sistem fluida masih teoritis dan masih perlu adanya evaluasi dan validasi, dalam hal ini bisa diselesaikan dengan CFD. Contohnya untuk mendesain turbin air, kita simulasi dengan cfd untuk menentukan sudut sudu. Kita tidak bisa melihat pengaruh segitiga kecepatan hanya dengan teoritis saja karen CFD bisa simulasi secara dinamik atau real time. Selain fungsi visualisasi, kita bisa melihat plotting apakah analisis tepat atau tidak.
Terdapat 3 metode analisa sistem fluida:
eksperimen-> metode ini menggunakan sistem sesungguhnya dan hasilnya aktual, namun tidak praktis dan ekonomis. teori -> metode ini memberikan keyakinan kita untuk verifikasi data eksperimen betul atau tidak pada kondisi ideal, namun terdapat error karena terdapat batasan-batasan dan asumsi. numerik atau CFD: jika secara teori/analitik sulit dilakukan, maka bisa memakai CFD.Tidak memerlukan resources yang banyak, namun masih tidak akurat dan diperlukan iterasi yang sangat banyak agar hasil meyakinkan
Selanjutnya, Pak Dai menjelaskan kelebihan dari openmodelica kita tidak harus bisa coding, cukup dengan pemodelan saja sudah bisa dilakukan simulasi. Pak Dai juga menjelaskan contoh aplikasi sistem fluida pada openmodelica, yaitu empty tank. Simulasi ini menunjukkan perubahan volume tangki 1 dan 2 karena perbedaan ketinggian tangki. Pada hasil simulasi grafik volume pada tangki 1 menunjukkan penurunan, sementara grafik volume tangki 2 menunjukkan kenaikan.
Tugas Sistem Fluida
Setelah selesai kelas, Pak Dai memberikan tugas kepada kami untuk mempelajari Library yang ada pada OpenModelica. Saya mempelajari example-example yang ada di dalam library Modelica. Salah satu example tersebut adalah Tank with Overflow
Sistem ini menggambarkan perilaku tangki ketika kelebihan isi sehingga terjadi overflow. Ketika isi tersebut melebihi ketinggian yang telah diatur, maka cairan akan berpindah dari tangki atas ke tangki bawah.
Berikut adalah model sistem yang ada pada example tersebut.
Setelah mengecek model, kemudian dilakukan simulasi dan plotting. berikut adalah hasil plotting model tersebut.
File modelica dapat diakses di tautan berikut:
https://drive.google.com/drive/folders/1AZNOmiu8AKEh_fSbNz-nKU_l0ihrV0cL?usp=sharing
Pertemuan 3 | Kamis, 26 November 2020
Pada pertemuan 3 kali ini, pak Dai mengajak kami untuk melakukan praktek mengenai Pemodelan Sistem Fluida bersama dengan pak Haryo. Namun sebelum beranjak ke praktek, Pak Dai mengajak kami diskusi mengenai apa itu Pemodelan Sistem Fluida itu sendiri. Menurut saya pribadi, pemodelan sistem fluida adalah memodelkan suatu kasus sistem fluida yang nyata dalam bentuk persamaan matematika agar dapat diselesaikan baik secara analitik maupun numerik.
Kalau menurut pak Dai, Penjelasan mengenai pemodelan sistem fluida dimulai dari filosofi pemodelan, yaitu sebuah usaha untuk mempelajari sebuah sistem aktual melalui sistem-sistem yang disimplifikasi. Artinya sebuah model adalah sistem yang disederhanakan yang berusaha merepresentasikan model yang sebenarnya. Untuk melakukan studi sistem aktual, tidak mungkin menganalisa langsung secara aktual. Dalam arti lain, sebuah pemodelan adalah sebuah usaha untuk membuat replika dari suatu sistem aktual. Pemodelan tidak akan sama dengan sistem aktual. Untuk dapat melakukan pemodelan Sistem Fluida, diperlukan pengetahuan basic mengenai Sistem Fluida
Lalu Pak Haryo menerangkan cara kerja OpenModelica
Kasus pertaman membahas tentang example Two Tanks. example ini dapat diambil dari library modelica yang ada di dalam software OpenModelica. Berikut adalah model dari two tanks tersebut.
Setelah melakukan simulasi, kami kemudian melakukan plotting untuk hasil simulasi. Berikut adalah hasil plotting dari simulasi tersebut:
dapat dilihat bahwa dalam waktu 1.5s, kedua tangki mencapai titik setimbang dimana ketinggian fluida di kedua tangki sama.
Kasus kedua membahas tentang example Empty Tank. Model ini menggambarkan pengosongan fluida 1 tangki ke 1 tangki lainnya. Berikut adalah model dari empty tanks tersebut.
Lalu setelah simulasi, dilakukan plotting. Saya menggunakan plotting volume untuk menganalisa sistem empty tank ini. berikut adalah hasil plot tersebut
garis biru merepresentasikan volume fluida pada tangki 2 sedangkan garis merah merepresntasikan volume fluida pada tangki 1. Dapat dilihat bahwa seiring berjalannya waktu, fluida pada tangki 1 berpindah menuju tangki 2. Sehingga pada waktu sekitar 33 detik, Volume fluida pada tangki 1 = 0
- Praktek mengenai Two Tank Flow
Tugas
Setelah kelas sistem fluida, pak Haryo memberikan tugas kepada kami yaitu menganalisa pemodelan sistem Three Tanks dan Heating System pada library OpenModelica
Analisa pemodelan sebagai berikut:
1. Deskripsi/uraian fisik berdasarkan bagan yang ada
Sistem pemanas dengan siklus aliran tertutup. Setelah 2000-an waktu simulasi, katup terbuka penuh. Komponen yang terpasang pada sistem tersebut adalah: pipa, pompa, sensor mass flowrate, pemanas, sensor temperatur, katup, dan tangki
Kontrol sederhana dipasang pada sistem tersebut sehingga sistem pemanas dapat diatur dengan katup. Pompa mengatur tekanan, dan pemanas mengatur temperatur.
2. Prosedur analisa pemodelan
- Membuka Library Modelica.Examples.HeatingSystem, lalu mengecek parameter dari masing-masing komponen. Mengatur parameter jika diperlukan.
- Setelah mengatur parameter masing-masing komponen, saya mensimulasikan sistem ini selama 200 detik.
- Setelah muncul hasil simulasi, saya mulai menganalisa masing-masing perubahan parameter dari tiap komponen dengan cara membandingkannya dengan hukum fisika yang berlaku. Hasil yang saya analisa adalah perubahan Temperatur dan laju untuk pengaturan berbeda-beda.
3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan
Aliran berawal dari tangki yang diasumsikan terisolasi dari pengaruh luar. Lalu pompa menarik fluida dari tangki menuju sistem pemanas. Aliran lalu melewati sensor untuk menghitung laju perpindahan massa. Setelah melewati sensor, aliran melewati pipa yang dipanaskan oleh pemanas (burner). Temperatur aliran lalu dihitung oleh sensor temperatur forward dan menuju ke katup. Saat aliran melaju melewati pipa terjadi perpindahan kalor dan massa antara dalam pipa dan ambient. Fluida alira lalu terhentikan di valve yang dikontrol. Lalu aliran yang melalui valve, melaju kembali menuju tangki. Selama proses dari pemanas hingga mencapai tangki, terjadi perpindahan kalor dan massa sepanjang pipa.
4. Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan
Karena melibatkan pergerakan fluida, konsep utama hukum yang digunakan dalam pemodelan adalah:
- Hukum konservasi energi
- Hukum konservasi massa
- Hukum konservasi momentum
- Hukum Termodinamika 1
5. Berikan hasil-hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh
Untuk simulasi Heating Systems saya masih belum bisa melakukannya karena terdapat kendala yang saya masih belum pahami itu apa.
1. Deskripsi/uraian fisik berdasarkan bagan yang ada
Sistem 3 tangki identik dengan ketinggian awal fluida yang berbeda-beda. Ketiga pipa saling tersambung oleh model pipa tanpa perpindahan kalor dan massa
2. Prosedur analisa pemodelan
- Membuka Library Modelica.Examples.ThreeTanks, lalu mengecek parameter dari masing-masing komponen. Mengatur parameter jika diperlukan.
- Setelah mengatur parameter masing-masing komponen, saya mensimulasikan sistem ini selama 200 detik.
- Setelah muncul hasil simulasi, saya mulai menganalisa masing-masing perubahan parameter dari tiap komponen dengan cara membandingkannya dengan hukum fisika yang berlaku. Hasil yang saya analisa adalah perubahan Volume fluida dalam tangki.
3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan
Kondisi awal tangki menunjukkan bahwa ketinggian fluida di dalam ketiga tangki berbeda-beda. Lalu karena terdapat ketidakseimbangan volume pada ketiga tangki, maka terdapat perbedaan tekanan pada tiap tangki. Tangki dengan volume lebih banyak memiliki tekanan yang lebih tinggi karena massa fluida juga banyak. Akibatnya, tangki dengan volume tinggi ini akan berpindah ke tangki yang memiliki volume yang lebih sedikit. Fluida ini akan terus berpindah hingga ketiga tangki mencapai titik setimbang dimana volume fluida pada ketiga tangki sama
4. Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan
- Hukum II Newton -> dikembangkan menjadi persamaan pressure drop
- Mass balance equation
5. Berikan hasil-hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh
Pertemuan 4
Pada pertemuan kali ini, pak Haryo memberikan kepada kami tugas yaitu menganalisa sebuah model Combined Cycle Power Plant yang ada di dalam Library ThermoSysPro 3.2 seperti berikut
1. Bagaimanakah analisa termodinamika (konservasi massa dan energi) pada sistem tersebut, buat skematik analisisnya.
Model Combined Cycle Power Plant diatas digunakan untuk mensimulasikan reduksi beban berlangkah pada power generator dari 100% menjadi 50% dalam waktu 800 detik.
Sederhananya, berikut adalah process flow diagram dari sebuah Combined Cycle Power Plant
Sistem ini terdiri dari beberapa proses, yaitu:
1. Gas Turbine • Air compressor Berguna untuk menghisap udara dari luar untuk menaikan tekanan udara yang di alirkan menuju combustion chamber • Combustion Chamber Tempat dimana bahan bakar dan udara Bersatu untuk menciptakan suatu energi yaitu udara panas yang dialirkan menuju turbin melalui nozzle,dimana pada alat ini tekanan dianggap konstan (Isobarik). • Gas turbin berfungsi untuk memutar generator untuk menghasilkan suatu energi. Gas Turbine yang berputar akibat dari panas yang di hasilkan pada combustiom chamber yang di aliri oleh nozzle menuju turbin . Diatas merupakan sistem dari gas turbin.Panas yang ada di gas turbin di alirkan menuju Heat recovery Steam generator.Berikut penjelasannya
2. Steam Turbine • Heat Recovery Steam Generator menangkap gas buangan • HRSG menangkap gas buangan dari Gas Turbine yang jika tidak dipasang, dapat keluar melalui saluran pembuangan.HRSG berguna untuk memanaskan Kembali uap pembuangan dari gas turbine untuk dialiri ke turbin,yang dimana turbin 2 bertugas memutar generator untuk menghasilkan suatu energi • Aliran steam ini kemudian melewati Steam Turbine, sehingga membuat Steam Turbine berputar dan menggerakkan generator drive shaft. Generator drive shaft ini kemudian mengubah sisa energi buangan Hasil buangan dari turbin dialirkan menuju kondesor untuk merubah sifat dari uap menjadi cair agar dapat didorong oleh pompa menuju HRSG untuk dipanaskan Kembali.
2. Lakukan identifikasi komponen-komponen utama pada sistem serta berilah deskripsi fungsi kerjanya dalam sistem dan penjelasan analisis parameter yang digunakan.
Karena sistem diatas merupakan sistem Combined Cycle Power Plant, maka terdapat 2 bagian utama dalam sistem pembangkit ini, yaitu Steam Generator (HRSG), dan Gas Turbine (GT)
HRSG
Komponen di dalam HRSG adalah sebagai berikut:
| HRSG | |
| Condenser | |
| Drum | |
| Generator | |
| Heat Exchanger | • Superheater
• Evaporator • Economiser |
| Pipe
Pipe yang digunakan adalah Lumped Straight Pipe |
|
| Pump
Pompa yang digunakan adalah pompa sentrifugal |
|
| Steam Turbine
Turbin yang digunakan adalah Turbin Uap Stodola |
|
| Valve | |
| Water Mixer
Water mixer pada model ini adalah sebuah junction yang menghubungkan beberapa inlet dan menggabungkannya menjadi kurang dari atau sama dengan jumlah inlet. |
• Volume B
• Volume C |
| Water Splitter
Water splitter pada model ini berkebalikan dengan water mixer, yaitu sebuah junction yang menghubungkan 1 atau 2 inlet dan memecahnya menjadi lebih dari atau sama dengan jumlah inlet pada outlet. |
• Volume B
• Volume C |
| GT | |
| Kompresor | |
| Gas Turbin | |
| Combustion Chamber | |
3. Medium fluida kerja apa saja yang terjadi dalam proses siklus tersebut, dan bagaimanakah proses analisis perhitungan dalam pemodelan.
Medium fluida kerja yang bekerja dalam proses tersebut sebagian besar adalah Mesin Fluida, yaitu:
- Turbin Gas (Menghasilkan kerja)
- Turbin Uap (Menghasilkan kerja)
- Pompa Sentrifugal (Membutuhkan kerja)
- Kompresor (Membutuhkan kerja)
- Pada Analisa perhitungannya menggunakan hukum konservasi energi dan konservasi massa,
- Pada kompresor,pompa,turbin dan HRSG mengalami proses adiabatik,yang dimana proses adiabatic adalah proses yang tidak terjadi pergantian kalor dari sistem kelingkungan ataupun sebaliknya.
- proses ini diasumsikan kondisi steady state dan energi kinetic potensial diabaikan.
4. Jelaskan flow line (jalur koneksi) masing-masing yang diberi warna hitam, merah, dan biru sesuai dengan interkoneksi yang diberikan dalam diagram tersebut
- Jalur hitam
Jalur koneksi warna hitam yang tebal pada sistem Combined Cycle Power Plant menunjukkan alur gas yang terjadi pada sistem tersebut. Pada sistem tersebut, jalur gas tersebut adalah jalur suplai udara pada Gas Turbine dan jalur exhaust dari Gas Turbine
- Jalur merah
Jalur koneksi warna merah pada sistem Combined Cycle Power Plant menunjukkan alur uap temperatur tinggi pada sistem. Jalur uap tersebut melalui bagian Heat Exchanger, dan menyuplai uap untuk menggerakkan Turbin Uap Stodola.
- Jalur biru
Jalur koneksi warna biru pada sistem Combined Cycle Power Plant menunjukkan alur uap temperatur rendah pada sistem. Jalur ini terdapat di proses Heat Exchanger terutama pada bagian economizer, dan tangki penyimpanan.
