Favian Adyatma
Contents
- 1 Biodata
- 2 Pertemuan 1 (31/3/2020) : Penggambaran dan Analisis Fluid Flow dengan Aplikasi CFDSOF
- 3 Pertemuan 2 (7/4/2020): Menjawab Soal dengan Simulasi Flow melalui Aplikasi CFDSOF
- 4 Pertemuan 3
- 5 Pertemuan 4
- 6 Pertemuan 5: Kuis
- 7 Pertemuan 6: Simulasi Minor Losses
- 8 Pertemuan 7 (21/4/2020):
- 9 Pertemuan 8 (22/4/2020):
- 10 Sinopsis Tugas Besar: Perbandingan Bentuk Lokomotif CC201 dan KTX terhadap Drag (External Flow) oleh Fluida Angin pada Kecepatan yang Sama
Biodata
Nama: Favian Adyatma
NPM: 1806181773
Tempat, tanggal lahir: Jakarta, 17 Juni 2000
Saya adalah Teknik Mesin Universitas Indonesia yang berdomisili di Jakarta Selatan. Saya tengah menjalani kuliah semester empat atau tahun kedua hingga kini. Harapan saya semoga dapat lulus tepat waktu atau delapan semester di dunia perkuliahan ini. Dengan tekad dan usaha yang masih terus berjalan saya berharap cita-cita tersebut dapat terwujud untuk mewujudkan cita-cita selanjutnya. Selain itu, saya harap Departemen Teknik Mesin tetap menjadi tempat yang tepat untuk mewadahi usaha perwujudan cita-cita saya.
Pertemuan 1 (31/3/2020) : Penggambaran dan Analisis Fluid Flow dengan Aplikasi CFDSOF
Kuliah online mengenai mekanika fluida kali ini membahas tentang fluida itu sendiri yang dibagi menjadi aliran laminar dan turbulen. Kali ini dibahas tentang penggambaran aliran fluida ini, terutama saat dipengaruhi dinding pipa, digambarkan pada aplikasi, CFDSOF. Pelaksanaan kuliah berjalan lancar serta dijelaskan dengan jelas oleh Bang Hilman Syafei. Saya menjalani arahan hingga dapat membuat gambaran aliran fluida pada aplikasi CFDSOF.
Berikut Gambar Pengoperasian Aplikasi
Pengayaan Tambahan
Pada akhir pertemuan, asisten dosen, Bang Edo, memberikan pertanyaan berkaitan tentang materi yakni: apa itu entrance region dan kaitannya dengan yang dipraktekkan, serta perngertian dari entrance length.
Entrance region sendiri didefinisikan sebagai wilayah dari aliran yang berdekatan dengan inlet (tempat masuknya aliran). Profil kecepatan masih belum menjadi berkembang penuh (fully developed flow), dimana itu disebut dengan entrance length. Kemudian aliran fully developed flow sendiri adalah kondisi saat aliran fluida sudah mendapatkan profil kecepatan yang stabil.
Pertemuan 2 (7/4/2020): Menjawab Soal dengan Simulasi Flow melalui Aplikasi CFDSOF
Pada pertemuan kedua, kami mendapatkan tugas berupa pertanyaan yang dijawab dengan penggambaran melalui aplikasi CFDSOF-NG. Pertanyaan yang diberikan adalah sebagai berikut.
Jawaban dari persoalan diatas adalah sebagai berikut.
Pertemuan 3
Pertemuan 3 membahas tentang aliran laminar (Re<2100) pada sebuah pipa, dimana di sini pipanya berupa pipa datar. Kemudian pressure drop (tekanan jatuh) akan terjadi karena bentangan pipa itu sendiri, disimbolkan dengan delta p (p2-p1). Lebih jelasnya didefinisikan oleh rumus berikut.
dapat dilihat bagaimana viskositas, panjang pipa, diameter pipa, dan debit mempengaruhi pressure drop yang terjadi pada pipa tempat fluida mengalir. Melalui konsep yang sama pula, kita dapat berapa sudut yang dapat dibentuk agar fluida tetap mengalir dengan p1=p1 (tanpa pressure drop) yang dimanifestasikan dengan rumus:
Lalu melalui solusi dari soal di atas, kita mempelajari bahwa tekanan pada tengah panjang pipa adalah 0.1kPa, erbeda dengan hasil perhitungan pada soal yaitu 200kPa.
Pertemuan 4
Pertemuan 5: Kuis
Pertemuan kelima merupakan agenda untuk melakukan kuis. Kuis yang diberikan oleh Pak Ahmad Indra ini membahas ulang tentang soal yang sudah tersedia sebelumnya pada situs pembelajaran mekanika fluida dan dikerjakan berkelompok. Setelah hasil diskusi dengan kelompok masing-masing dikumpulkan, Pak Indra meminta hasil tersebut diunggah ke laman wikipage ini.
1. Analisis aliran laminar melalui pelat parallel
Jawab:
Aliran laminar (Re<2100) adalah aliran dimana fluida yang bergerak memiliki alur yang sejajar dan membentuk garis-garis aliran. Steady adalah sifat yang menunjukkan bahwa di seluruh aliran air debitnya tidak berubah terhadap waktu. Konsep pada soal nomor 1 menyebutkan bahwa kecepatan aliran (u) hanya berubah terhadap jarak (x) dan tidak berubah terhadap waktu yang mana memenuhi syarat untuk aliran steady. Aliran laminar yang steady mengalir pada pelat paralel dapat dihitung dengan persamaan Navier-Stokes. Apabila diketahui gradien tekanan, viskositas, dan spasi pelat, maka profil kecepatan dapat ditentukan. Profil kecepatan yang ditimbulkan biasanya membentuk kurva parabola. Persamaan yang dijelaskan melalui konsep ini dapat diaplikasikan pada industri minyak dan gas. Transportasi pengiriman gas dan minyak yang dibor dari lepas pantai harus dibawa ke daratan untuk memasuki proses downstream. Pada praktiknya insinyur di industri tersebut harus mampu menghitung kecepatan aliran awal agar suatu zat (minyak atau gas) dapat sampai hingga tujuan, dimana hal tersebut juga akan menghitung ketebalan pipa dan berujung pada ongkos yang dibutuhkan.
2. Aliran laminar pelat paralel – Simulasi CFD
Jawab:
Aplikasi CFDSOF membantu kita untuk mensimulasikan sebuah aliran apabila diterapkan pada sebuah pipa dan dampak terhadapnya. Data-data yang ada, seperti massa jenis, viskositas dinamik, identitas pipanya, kecepatan aliran, dan lain-lain dimasukkan ke dalam aplikasi tersebut, kemudian operator dapat melakukan running solver. Hasil akan muncul pada tampilan layar, kemudian dibuka pada aplikasi Paraview untuk dapat dilihat distribusinya melalui grafik. Sebelum melakukan simulasi, kita dapat menghitung di luar aplikasi kaitannya dengan Reynolds number untuk memastikan bahwa aliran yang ingin diaplikasikan adalah aliran laminar. Kita harus teliti dalam melakukan pemasukkan data di aplikasi CFD karena akan memengaruhi hasil laporan. Pada aplikasi paraview pun kita masih harus menentukan posisi dimana aliran dalam pipa tersebut akan diukur, mengingat grafik distribusi akan berbeda jika diukur dekat inlet dan di dekat outflow. 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. Viskositas dan kecepatan fluida memiliki pengaruh terhadap fully developed flow (aliran terkembang penuh). Fluida yang memiliki viskositas rendah menyebabkan aliran berkembang penuh akan terjadi lebih lambat. Sebaliknya, pada fluida yang lebih viskos maka berkembang penuh akan terjadi lebih cepat dan mendekati hulu.
3. Aliran turbulen pelat paralel – Simulasi CFD
Jawab:
Reynold Number menunjukkan pengaruh gaya inersia terhadap gaya viscous. Bilangan Inersia adalah rasio antara gaya inersia dengan gaya viscous. Pada realitanya, aliran turbulen harus memenuhi syarat angka Reynold. Pada aplikasi CFDSOF perbedaan distribusi juga terlihat jelas antara aliran laminar dan aliran turbulen. Kurva yang terbentuk saat dilihat melalui apliasi Paraview, aliran laminar akan menunjukkan kurva yang lebih landai dan konsisten, sedangkan untuk aliran turbulen distribusi akan tampak lebih bergejolak dan banyak lekukan didalamnya. Selain distribusi pada gambar di atas, ada juga distribusi energi kinetik dan disipasi.
Pada distribusi energi kinetik akan ditemukan bahwa distribusinya tinggi pada daerah tepian kemudian rendah pada daerah tengah pipa. Hal tersebut terjadi karena memang energi kinetik pada daerah dekat pelat akan lebih tinggi. Sama halnya dengan distribusi tingkat dissipasi pada pipa yang menunjukkan grafik menjulang pada daerah dekat pelat.
Pada aplikasi di industri, distribusi energi dan kecepatan dapat dimasukkan ke perhitungan untuk memperkirakan usia material pipa. Kerapkali ada kebocoran pada pipa pengalir gas bawah laut, hal tersebut menjadi bukti betapa pentingnya distribusi energi dimasukkan ke dalam perhitungan. Sebab semakin sering pipa tersebut mengaliri fluida, semakin sering juga dinding pipa tersebut terkikis oleh energi yang diberikan dari fluida.
4. Soal aliran fluida laminar pada pipa (soal 8.2)
Jawab:
Soal 8.2 membahas tentang peristiwa saat aliran fluida laminar melalui sebuah pipa. Sesuai dengan teori aliran, pada keadaan tersebut terjadi tekanan jatuh (pressure drop), disimbolkan dengan (delta)p, dihitung dengan rumus:
Melalui rumus di atas, kita dapat menemukan jawaban untuk soal berikutnya tentang sudut inklinasi yang dapat terbentuk agar tekanan jatuh sama dengan 0. Sudut tersebut dapat ditentukan melalui rumus:
Pada proses menjawab pertanyaan c), solusi manual meninjau bahwa pada aliran pipa tersebut memiliki tekanan yang sama, atau dengan kata lain pressure drop (delta p) sepanjang aliran dianggap 0. Maka ditemukan bahwa p di suatu titik akan sama dengan suatu titik lainnya.
5. Soal aliran fluida turbulen pada pipa (soal 8.4)
Jawab:
Soal 8.4 membahas tentang peristiwa saat aliran fluida turbulen melalui sebuah pipa. Ketika Reynold number, perbandingan gaya inersia dengan gaya viskos fluida, menunjukkan angka yang cukup tinggi, maka sebuah aliran akan semakin tidak beraturan atau turbulen. Kemudian pada soal tersebut kita dibawa ke konsep baru tentang sublapisan pada aliran yang dihitung dengan suatu rumus. Untuk dapat menghitung ketebalan itu, kita juga dibawa kepada perhitungan baru, yaitu perhitungan kecepatan friksional, u*. Kemudian tahap berikut penjawaban soal adalah menghitung Vc atau kecepatan pada garis tengah. Untuk dapat angka kecepatan tersebut, kita harus mengetahui kecepatan aliran yang dihitung melalui rumus debit, V=Q/A. Dengan mengetahui n=8,4, kita dapat mencari perbandingan V/Vc hingga akhirnya akan ditemukan nilai Vc. Konsep baru kembali dipelajari untuk menjawab angka perbandingan tegangan geser antara aliran turbulen dan aliran laminar. Diawali dengan mancari tegangan geser dengan persamaan yang valid untuk turbulen dan laminar, dinyatakan dengan 𝜏 = 2𝜏𝑟/𝐷 , dan harus diingan bahwa 𝜏 = 𝜏(𝑡𝑢𝑟𝑏𝑢𝑙𝑒𝑛) + 𝜏(𝑙𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑟). Dengan penurunan kecepatan terhadap jari-jari, akan didapatkan suatu angka per satuan waktu (sekon). Apabila dikalikan dengan nilai negatif viskositas, maka akan didapatkan tegangan geser laminar. Dengan adanya nilai tegangan laminar, maka sudah dapat dihitung perbandingan tegangan geser turbulen dengan tegangan geser laminar.
6. Perbandingan tekanan jatuh laminar dan turbulen.
Jawab:
Berdasarkan pembahasan sejauh ini di kegiatan kelas, pressure drop dipengaruhi oleh gaya inersia. Ini juga yang telah dibahas pada nomor sebelumnya, dimana distribusi energi kinetik nampak tinggi pada dinding pipa. Kembali pada konsep pengaruh gaya inersia pada pressure drop, pada rumus perhitungan Reynold number, tergambar bahwa bilangan Reynold sendiri adalah perbandingan gaya inersia terhadap gaya viskos fluida. Bisa diartikan bahwa semakin besar gaya inersia yang dialami oleh fluida, maka semakin besar pula bilangan reynold sebagai hasil perhitungan. Kemudian tekanan jatuh terjadi karena gesekan fluida dengan dinding-dinding pipa sehingga energi yang ada akan terserap oleh dinding. Pressure drop adalah akibat dari gesekan antara fluida dengan dinding pipa yang menimbulkan gaya hambat/gaya inersia yang mengganggu keseragaman vektor kecepatan aliran. Menjadi bukti juga bahwa gaya inersia berperan dalam perhitungan ini.
Pertemuan 6: Simulasi Minor Losses
Pertemuan ke 6 menjelaskan tetang Minor Losses atau kerugian kecil pada suatu aliran. Menurut video paparan dari Bang Edo, dijelaskan bahwa pipa datar memiliki tiga tekanan, yaitu tekanan statis, tekanan dinamis, dan tekanan stagnasi. Ketika dijumlahkan maka akan menjadi tekanan total, dimana tekanan tersebut akan berubah atau mengalami penurunan dari suatu titik di dekat inlet dan titik di dekat outlet, itulah yang disebut dengan head loss. Head loss ini dibagi menjadi major head loss dan minor head loss.
Major head loss sendiri disebabkan oleh viskositas (kekentalan) fluida yang mengalir, sedangkan minor head loss terjadi karena bentuk pipa pengalir itu sendiri. Bentuk pipa dapat beragam, seperti tercantum pada gambar berikut.
Keadaan-keadaan di atas tentu memiliki dampak, yakni minor losses, terhadap aliran yang mengalir pada pipa. Oleh karena itu, mekanika fluida membahas terkait minor losses tersebut.
Simulasi juga dilakukan agar teori yang kami dapatkan melalui pembelajaran di kelas lebih tergambar lebih nyata. Simulasi dilakukan seperti biasa melalui aplikasi CFDSOF-NG, berikut hasilnya.
Proses simulasi diawali dengan membuat model pipa di Solidworks atau Inventor. Kemudian benda yang sudah dikerjakan melalui software tersebut dimasukkan (di-import) ke dalam aplikasi CFDSOF lalu dilakukan proses seperti biasanya dan meng-input kecepatan aliran pada awal memasuki inlet. Setelah dilakukan proses pada CFDSOF, maka tahap berikutnya adalah melakukan proses simulasi di paraview.
Tahap berikutnya adalah mengukur pressure saat aliran baru masuk ke dalam pipa.
Kemudian akan dilakukan pengukuran tekanan sesaat setelah pengecilan aliran terjadi. Dari kedua tekanan tersebut, maka head loss akan dapat dihitung melalui selisih antara keduanya.
Pertemuan 7 (21/4/2020):
Pertemuan ini merupakan kesempatan bagi Bang Agil dan kami untuk saling bertukar ilmu. Pada kesempatan ini, Bang Agil (Teknik Mesin 2016) memaparkan proyek dari skripsinya yang masih berkaitan dengan mekanika fluida, mata kuliah yang kami sedang pelajari. Kemudian ketika kesempatan menjelaskan datang, Bang Agil memberikan pemahaman terkait konsep aliran fluida pada sudu kincir air, dimana pada dasarnya menerapkan konsep konversi energi. Dijelaskan bahwa energi kinetik pada aliran yang memiliki kecepatan akan meneruskan energinya pada sudu kincir air. Penjelasan pada kelas tersebut dapat digambarkan dengan ilustrasi berikut.
Pertemuan 8 (22/4/2020):
Sesuai penjelasan di pertemuan sebelumnya, pertemuan kedelapan akan diadakan tanya jawab oleh Pak Indra satu per satu mengenai perkembangan kontribusi kami di situs air.eng.ui.ac.id. Sebelum-sebelumnya kerap kali terjadi diskusi pada situs ini mengenai soal yang diberikan pada kelas mekanika fluida ini. Berangkat dari diskusi tersebut, kami diminta untuk menjelaskan atas kontribusi kami pada proses diskusi tersebut. Pada setiap orang diminta untuk membawa satu konsep yang dijelaskan.
Berangkat dari jawaban saya pada diskusi tentang keuntungan menggunakan pipa datar pada industri, saya sendiri menjelaskan tentang konsep pipa datar. Saya menjelaskan tiga tekanan, yakni tekanan stagnasi, tekanan statis, dan tekanan dinamis. Penjelasannya sendiri saya jabarkan melalui artikel yang sudah saya buat.
Sinopsis Tugas Besar: Perbandingan Bentuk Lokomotif CC201 dan KTX terhadap Drag (External Flow) oleh Fluida Angin pada Kecepatan yang Sama
Rancangan desain kendaraan, seperti mobil, pesawat, kereta, dan lain-lain mengalami perkembangan menyesuaikan kebutuhan. Selama sarana transportasi tersebut bergerak, maka selalu akan memiliki kecepatan, dimana kecepatan tersebut bertambah seiring semakin canggihnya mesin penggerak yang digunakan oleh kendaraan. Peningkatan efisiensi juga harus dilakukan untuk men-support peningkatan kecepatan kendaraan.
Jenis-jenis kendaraan, dalam hal ini terkhusus kereta, yang lebih canggih pun diciptakan, seperti kereta cepat KLX yang digunakan di negeri Korea Selatan. Kepala kereta atau disebut lokomotif ini memiliki bentuk yang lebih aerodinamis karena disesuaikan dengan kecepatannya agar dapat mengurangi drag dari fluida (angin). Kecepatan lokomotif itu sendiri dapat mencapai angka 300 km/jam atau setara dengan 83,33 m/s. Berikut desain dari lokomotif KTX di Korea Selatan.
Desain kereta tersebut tentu jelas berbeda dengan kereta CC201 yang hingga kini masih sering digunakan di negeri Indonesia. Perlu diingat bahwa rangkaian gerbong kereta dengan lokomotif CC201 ini dibatasi kecepatannya hanya sampai 80 km/jam atau setara dengan 22,2 m/s saja. Tampilan desain dari kereta tersebut seperti dibawah ini.
Perbedaan signifikan tersebut tentunya akan mempengaruhi drag yang terjadi jika keduanya berjalan pada kecepatan yang sama. Maka, melalui simulasi yang mungkin dilakukan, bagaimanakah gambaran perbedaan drag yang akan terjadi dari kedua lokomotif tersebut.
