Valve-Rasyid Indy Nur Sasongko

Pendahuluan

سْمِ اللهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيْمِ

السَّلاَمُ عَلَيْكُمْ وَرَحْمَةُ اللهِ وَبَرَكَاتُهُ

Nama : Rasyid Indy Nur Sasongko

NPM  : 1806181874

Perkenalkan, saya Rasyid Indy Nur Sasongko. Merupakan salah satu mahasiswa S1 paralel Teknik Mesin Univeristas Indonesia angkatan 2018. Di halaman saya ini, berisi biodata, tugas ataupun ringkasan dari mata kuliah Sistem Fluida. Semoga apa yang saya isi dan saya cantumkan bisa bermanfaat bagi kita semua.

Rasyid Indy Nur Sasongko.S1 Teknik Mesin 2018.Universitas Indonesia

Pertemuan Sistem Fluida ke-1 : Kamis, 12 November 2020

Assalamualaikum Wr. Wb. pada pertemuan kali ini Pak Dai memberikan materi tentang teori dari software CFD SOF. Software tersebut menjadi salah satu alat untuk mensimulasikan suatu aliran fluida yang akan diteliti. Untuk tingkat keakuratan hasilnya mendekati sesuai penelitian secara līangsung. CFD SOF juga digunakan karena memiliki keuntungan yang berupa dapat digunakan di berbagai macam bentuk benda dan dapat diatur jenis aliran, parameter-parameter pendukung yang dapat meningkatkan pengetahuan serta keahlian dalam aplikasi benda pada fluida.

Kemudian pada hari ini juga dilakukan tutorial mengenai contoh aliran fluida yang menggunakan valve terbuka penuh, dimana disediakan dua video tutorial untuk menjadi referensi bagi mahasiswa masing-masing. Dalam simulasinya, digunakan tipe-tipe gate valve. Dan tipe-tipe jenis valve sendiri terdiri dari gate valve, ball valve, butterfly valve, dan beberapa jenis lainnya.

Berikut referensi yang diberikan :

- https://www.youtube.com/watch?v=RANhtK5u5W0&ab_channel=CFDSOFSoftware

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

Dari penjelasan di tutorial tersebut, simulasi dimulai dengan memasukan geometri valve ke software CFD SOF. Kemudian melukakan autosize dengan tujuan mendapatkan boundary sesuai dengan ukuran dari valve yang digunakan. Lalu mengatur boundary dari valve, yang berupa inlet, outlet, dan wall. Kemudian melakukan running generate mesh dan check mesh. Dari hasil proses tersebut, valve masuk pada tahap menentukan properti fluida. Setelah itu mengatur kecepatan pada inlet, properti outlet, dan wall. Langkah selanjutnya, mengatur running yang akan dilakukan, dimana dilakukan 3000 iterasi.

Berikut ini lampiran dari grafik yang dihasilkan oleh proses run solver. Berdasarkan grafik dengan perubahan momentum residual terhadap waktu dan grafik perubahan turbulance residual terhadap waktu.

Berikut hasil mesh yang telah dilakukan kepada gate valve setelah di setting jumlah iterasi untuk selanjutnya dilakukan run solver

Berikut adalah lampiran gate valve setelah dilakukan run solver. Dengan mengapply dengan menggunakan software Paraview, didapat beberapa properties seperti tekanan dan kecepatan. Terlihat dari simulasi, terdapat perbedaan warna pada daerah inlet, fully developed flow, dan outlet. Yang berbeda warna itu menandakan terjadinya pressure drop pada gate valve.

Kemudian dalam penghitungan pressure drop yang dihasilkan, dapat melakukan perhitungan untuk mencari pstatic, kemudian pdynamic, serta ptotal. Berikut hasil dari kalkulasi dan didapat nilai pressure drop

untuk p total static :

untuk p total dynamic :

Berdasarkan perhitungan didapatkan tekanan pada inlet sebesar 0.000971577 dan tekanan pada outlet sebesar 0.000262097 Sehingga dapat dihitung pressure drop dengan mengurangi tekanan pada inlet dengan outlet yaitu 0.000709480

Tugas 1 : Simulasi Valve

Pada tugas ini saya mencoba untuk melakukan simulasi aliran pada valve dengan geometri berikut ini

Pertama-tama, saya mengimport bentuk valve yang saya akan gunakan. Lalu, saya melakukan scaling pada valve agar ukuran valve yang saya gunakan bisa mempunyai panjang kurang lebih 1 inci. Kemudian tahap selanjutnya adalah meshing dengan menentukan boundaries dari valve yang digunakan. Setelah itu, saya melakukan iterasi hingga 1000 untuk mendapatkan grafik residual dari valve yang saya gunakan.

Pertemuaan Sistem Fluida ke-2 : Kamis, 19 November 2020

Assalamualaikum Wr. Wb. pada pertemuan yang kedua ini Pak Dai membuka pertemuan kelas ini dengan memulai diskusi yang membahas tentang sistem fluida dari definisi hingga pengalaman mahasiswa yang sudah mengikuti mata kuliah sistem fluida. Kemudian setelah itu Pak Dai menjelaskan tentang segitiga kecepatan, dimana dari segitiga kecepatan kita dapat mengetahui head dan debit dari suatu fluida. Pada suatu sudu turbin terdapat segitiga kecepatan dan sebagai contohnya adalah pada hub dan tip di turbin. Pak Dai juga menjelaskan mengenai pompa impeller, yaitu perbedaan pompa dengan turbin hanya di arahnya saja. Lalu dijelaskan juga bahwa, ilmu fluida dapat diacu dalam 3 aspek utama yaitu metode teoritis, eksperimen, dan juga numerik.

Sistem Fluida

Dijelaskan bahwa sistem fluida adalah sistem yang berisi dari beberapa part dan saling bersinergi dengan aturan tertentu yang tersusun untuk mengalirkan suatu fluida dari satu tempat ke tempat yang lain. Contoh analogi dari sistem tersebut adalah susbsistem kecuali alam semesta. Sistem sendiri mempunyai definisi sebagai gabungan dari elemen-elemen yang saling bersinergi untuk mendapatkan tujuan yang sama. Kemudian contoh sistem fluida tersebut adalah sebuah pompa karena pompa itu terdiri dari dari elemen seperti impeller tip dan lain-lain. Elemen-elemen dalam pompa tersebut juga mempunyai tujuan yang sama yaitu mengubah suatu energi mekanik menjadi energi kinetik.

Simulasi dari kelas CFD

Simulasi dijalankan dengan menggunakan software CFDSOF dan Paraview. Simulasi ini menerapkan penglihatan angle of attack dari airfoil yang disimulasikan dan dipatkan hasilnya berupa kecepatan dan tekanan yang terjadi. Apabila terjadi perputaran dalam suatu sistem, maka akan terbentuk vortex. Kemudian airfoil bagian bawah terjadi perubahan kecepatan dan perubahan energi yang tidak terlalu signifikan. Pada simulasi tersebut juga terjadi olakan besar yang disebabkan oleh vektor kecepatan yang berlawanan dengan arah lain. Didalam simulasi itu juga terjadi separasi.

Pendekatan ilmu sistem fluida

Disini Bang Edo menjelaskan bagaimana cara menerapkan ilmu fluida untuk bisa mendesain sistem fluida dengan software CFDSOF. Pendekatan teoritis tidak cukup untuk kita bisa memahami sistem fluida pada turbin crossflow. Kemudian pendekatan CFD inilah yang kita bisa gunakan untuk mensimulasikan secara langsung dan menggunakan variabel-variabel yang berbeda dan disesuaikan dengan teoritis yang berlaku. Lalu setelah diterapkan hal tersebut, maka kita dapat menganalisa sistem fluida tersebut. Dan Bang Edo berharap bahwa mahasiswa dapat menguasai aplikasi CFD untuk bisa mendesain suatu sistem. Pada suatu pengaplikasian ilmu fluida ini kita dapat memeriksa melalui pendekatan secara teoritis. Kemudian untuk pendekatan eksperimen dapat menghitung yang teoritis tidak dapat dihitung, sedangkan untuk pendekatan CFD dapat dilakukan dimana saja serta dapat melengkapi pendekatan teoritis. Setiap pendekatan pasti juga memiliki kekurangannya masing-masing.

Tugas Sistem Fluida : Simulasi Sistem Fluida dengan Menggunakan Software OpenModelica melalui Fitur Example di Library Fluid

Pada pertemuan kali ini juga Pak Dai memberikan tugas untuk mempelajari library yang ada pada software OpenModelica. Kami ditugaskan untuk merekap hasil pembelajaran kita di air.eng.ui.ac.id. Melalui fitur-fitur tersebut, saya mempelajari example-example yang ada didalam library OpenModelica contohnya seperti ada simulasi aliran sampai sistem fluida. Berikut ini saya lampirkan hasil belajar dengan menggunakan metode yaitu empty tanks dan Tank with overflow.

Berikut ini example untuk empty tanks, dengan menggunakan parameter yang digunakan untuk aliran dirubah yaitu dengan ketinggian 4.1 dan cross area 4.

Berikut Ini example untuk Tank with overflow.

Kemudian setelah dicek terdapat 138 persamaan, 138 variabel dan 64 trivial equation untuk empty tanks

Kemudian setelah dicek terdapat 271 persamaan, 271 variabel dan 96 trivisl equation untuk tank with overflow.

Pertemuan Sistem Fluida ke-3 : Kamis, 26 November 2020

Assalamualaikum Wr. Wb. Pada pertemuan kali ini, Pak Dai mengundang kami untuk berlatih pemodelan sistem fluida bersama Pak Haryo. Sebelum mempraktikkannya, Pak Dai meminta kami untuk membahas apa itu pemodelan sistem fluida itu sendiri. Menurut saya pribadi, pemodelan sistem fluida adalah memodelkan kasus-kasus sistem fluida nyata dalam bentuk persamaan matematis sehingga dapat diselesaikan secara analitik dan numerik. Kemudian Pak Dai menyampaikan bahwa interpretasi pemodelan sistem fluida dimulai dengan prinsip pemodelan, yaitu upaya mempelajari sistem yang sebenarnya dengan menyederhanakan sistem. Artinya model merupakan sistem yang disederhanakan yang berusaha merepresentasikan model yang sebenarnya. Untuk mempelajari sistem yang sebenarnya, tidak mungkin menganalisis secara langsung fakta-fakta yang sebenarnya. Dengan kata lain, permodelan adalah upaya untuk membuat salinan dari sistem yang sebenarnya. Selanjutnya, Pak Haryo membantu kita dengan menerangkan tentang cara kerja OpenModelica.

Kasus pertama yang dibawa oleh Pak Haryo adalah tentang example Two Tanks. Berikut adalah model two tanks tersebut.

Kemudian setelah dilakukan pengecekan, dapat dilakukan plotting dan didapat plotting model yaitu

Kasus kedua yang disampaikan oleh Pak Haryo adalah tentang example Empty Tanks. Berikut adalah model dari empty tanks tersebut.

Lalu dilakukan pengecekan, dan selanjutnya dapat dilakukan plotting didapat juga plotting model yaitu

Kasus ketiga yang disampaikan oleh Pak Haryo adalah tentang simple cooling. Berikut adalah model dari simple cooling tersebut.

Tugas Sistem Fluida : Analisa Permodelan Sistem Dengan Tools OpenModelica

Pada tugas kali ini, mahasiswa diberi tugas yang berkaitan dengan aplikasi software OpenModelica. Kemudian Pak Haryo juga memberikan tugas untuk menganalisis permodelan dari suatu sistem dengan software OpenModelica. Untuk menganalisa sistem tersebut diberikan arahan sebagai berikut :

1.Deskripsi/uraian fisik berdasarkan bagan yang ada

2.Prosedur analisa permodelan

3.Analisa dan interpretasi hasil permodelan

4.Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam permodelan

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

Berikut gambar permodelan yang digunakan

1. Deskripsi/uraian fisik berdasarkan bagian yang ada

Gambar diatas menggambarkan heating system. Kemudian dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa sistem aliran tersebut adalah sistem aliran tertutup. Komponen-komponen yang terlibat pada sistem tersebut diantaranya adalah valve, pompa, sensor, heating dan pipa. Kemudian pada sistem ini juga terdapat controlling system. Kontrol system sederhana tertanam di setiap komponen, sehingga sistem pemanas dapat disesuaikan melalui katup: pompa mengontrol tekanan dan burner mengontrol suhu.

2.Prosedur analisa permodelan

• Membuka library Modelica.Examples.HeatingSystem, lalu periksa parameter setiap komponen. Atur parameter sesuai kebutuhan.

• Setelah mengatur parameter yang diperlukan, saya melanjutkan untuk mensimulasikan sistem ini selama 300 detik

• Kemudian muncul hasil simulasi, saya mulai menganalisis perubahan parameter masing-masing komponen dengan membandingkannya dengan hukum fisika yang berlaku. Hasil analisis yang sesuai dengan hukum-hukum fisika tersebut adalah suhu dan kecepatan berubah dalam pengaturan yang berbeda.

3.Analisa dan interpretasi hasil permodelan

Alirannya dimulai dari tangki penyimpanan, dengan asumsi tangki penyimpanan tidak terpengaruh oleh pengaruh luar. Pompa kemudian menarik cairan dari tangki ke sistem pemanas. Kemudian, fluida melewati sensor untuk menghitung laju perpindahan massa. Setelah mengalir melalui sensor, kemudian mengalir melalui pipa yang dipanaskan oleh heater (burner). Kemudian, temperatur aliran dihitung dengan sensor temperatur forward, kemudian masuk ke katup. Ketika fluida mengalir melalui pipa, terjadi perpindahan panas dan massa antara bagian dalam pipa dan lingkungan sekitarnya. Kemudian, fluida berhenti di katup yang dikontrol. Kemudian, aliran melalui katup kembali ke tangki. Dalam proses dari pemanasan ke tangki penyimpanan, panas dan massa ditransfer di sepanjang pipa.

4.Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam permodelan

• Hukum konservasi massa

• Hukum konservasi energi

• Hukum Termodinamika 1

• Hukum konservasi momentum

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

---

1.Deskripsi/uraian fisik berdasarkan bagian yang ada

Gambar berikut merupakan tiga sistem tangki penyimpanan yang sama memiliki ketinggian fluida awal yang berbeda. Ketiga pipa tersebut dihubungkan satu sama lain oleh model pipa tanpa perpindahan panas dan massa.

2.Prosedur analisa permodelan

• Membuka library Modelica.Examples.ThreeTanks, lalu periksa parameter setiap komponen. Atur parameter sesuai kebutuhan.

• Setelah mengatur parameter yang diperlukan, saya melanjutkan untuk mensimulasikan sistem ini selama 200 detik.

• Kemudian muncul hasil simulasi, saya mulai menganalisis perubahan parameter masing-masing komponen dengan membandingkannya dengan hukum fisika yang berlaku. Hasil analisis yang sesuai dengan hukum-hukum fisika tersebut adalah perubahan yang dialami oleh volume fluida di dalam tangki.

3.Analisa dan interpretasi hasil permodelan

Kondisi tangki air memiliki ketinggian air yang berbeda dan ketinggian tabung yang berbeda. Ketika jumlah air di tangki air berbeda, tekanan air juga berbeda. Oleh karena itu, volume air yang lebih tinggi akan berpindah ke volume yang lebih kecil. Hal ini terlihat dari aliran air dari tangki 1 ke tangki 2 dan 3 hingga tercapai kesetimbangan. Karena adanya penambahan air ke tangki air 3, volume tangki air 2 awalnya berkurang, tetapi karena mengambil air dari tangki air 1, volumenya meningkat lagi. Walaupun volume tangki air 3 bertambah karena tangki air 2 dan 3 terisi air.

4.Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam permodelan

• Mass Balanace Equation

• Hukum Tekanan hidrostatis

• Pressure Drop

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

Pertemuan Sistem Fluida ke-4 : Kamis, 3 Desember 2020

Assalamualaikum Wr.Wb. Pada hari ini pertemuan kelas sistem fluida ini dibimbing oleh Pak Hariyotejo. Informasi tentang simulasi yang dilakukan dalam software Openmodelica. Menggunakan library yang terdapat pada Openmodelica dengan dua contoh simulasi tangki air untuk simulasi. Pada simulasi dua tangki, namun berbeda dengan simulasi yang dijalankan secara langsung dari contoh pada pertemuan sebelumnya, pada pertemuan kali ini kita diajari untuk melakukan simulasi berdasarkan acuan perhitungan, masukan alat yang digunakan yaitu pada simulasi dua tangki. Gunakan 2 tangki air dan 1 pipa. Kemudian buat alur dari tangki keluar 1 ke pipa hisap, lalu dari pipa keluar ke tangki masuk 2. Berikut adalah deskripsi model dari kedua simulasi tangki tersebut.

Kemudian dari contoh model dua tangki, membentuk kembali kedua model tangki tersebut dengan membuat tata bahasa baru pada text view. Berdasarkan contoh referensi, untuk tangki penyimpanan variabel 1, datanya adalah Atank = 1 m2, To = 313.15 K, g = 10 m / s2, htank = 1 m, dan liquid level = 0.9 m. Selanjutnya pipeline itu sendiri memiliki parameter yaitu To = 293.15, V_flowLaminar = 2, V_flowNominal = 4, dplaminar = 10 Pa dan dpnominal = 30 Pa. Berikutnya adalah tangki penyimpanan 2 dengan parameter sebagai berikut. Atank = 1 m2, To = 293.15 K, g = 10 m / s2, htank = 1 m, liquid level = 0.1 m.

Berikut hasil parameter yang telah diamati

Selanjutnya Pak Hariyotejo menjelaskan model simulasi dari contoh empty tank, dimana kita dapat merombak contoh tersebut. kita dapat memasukkan variabel tangki air 1, pipa dan tangki air 2. Karena perbedaan ketinggian dan tekanan, maka ketinggian tangki air 1 lebih tinggi dari pada tangki air 2. Fluida berupa air mengalir dari tangki air 1 ke tangki air 2 melalui pipa.

Berikut hasil parameter yang telaha diamati

---

Tugas Sistem Fluida : Analisa Sistem pada Simulasi Kombinasi Pembangkit Daya

Pada pertemuan kali ini juga, Pak Haryo memberikan kami tugas yaitu menganalisa sebuah model Combined Cycle Power Plant yang ada pada Library ThermoSysPro 3.2. Berikut model yang akan dianalisa

Kemudian, kami diberikan arahan untuk menjawab beberapa pertanyaan berikut :

1. Bagaimana 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.

• Heat Exchanger : mempunyai fungsi merubah temperature dari fluida, bisa menaikan atau menurunkan temperature. Pada heat exchanger parameter yang digunakan adalah seperti Exchanger length, Number of segments, Number of pipes in parallel, dan Pipe internal diameter

• Pipe : mempunyai fungsi untuk mengalirkan fluida dari outlet suatu komponen ke inlet komponen lain. Pada pipe parameter yang digunakan adalah seperti length, diameter, average fluid pressure.

• Valve : mempunyai fungsi untuk memberhentikan suatu aliran dan mengalirkan aliran fluida. Pada valve parameter yang digunakan adalah seperti Fluid average pressure, Fluid specific enthalpy, dan max. CV

• Drum : mempunyai fungsi sebagai tempat penampungan air panas serta tempat terbentuknya uap. Pada drum parameter yang digunakan adalah seperti diameter, cross area, dan height.

• Steam Turbine : mempunyai fungsi untuk mengubah energy panas dari uap menjadi energy mekanik (putaran) sebagai penggerak generator untuk menghasilkan energy listrik. Pada steam turbine parameter yang digunakan adalah seperti nominal compression rate, compressor nominal efficiency, turbine nominal expansion rate, turbine nominal efficiency, turbine reduced mass flow, chamber pressure loss coefficient, dan combustion chamber heat loss.

• Kondenser : mempunyai fungsi untuk untuk melakukan kondensasi uap dari pembuangan turbin menjadi titik-titik air dan uap yang sudah terkondensasi menjadi air yang ditampung pada tangki penampung dibawah kondensor setelah perubahan gas menjadi titik-titik air tersebut yang biasa disebut hotwell. Pada kondenser parameter yang digunakan adalah seperti avity volume, cavity cross-sectional area, fraction of initial water volume in the drum, pipe internal diameter, friction pressure loss coefficient, dan number of pipes in parallel.

• Generator : mempunyai fungsi untuk menghasilkan listrik yang dimana listrik tersebut berasal dari energi gerak lalu menjadi energi listrik.

• Pump : mempunyai fungsi untuk menggerakan fluida dengan menaikkan tekanan pada fluida. Pada pump parameter yang digunakan adalah seperti coefficient pump, mass flow rate, volume flow rate, dan fluid average pressure.

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