Valve-Muhammad Ridhwan Sunandar
Contents
PENDAHULUAN
بِسْمِ اللهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيْمِ
السَّلاَمُ عَلَيْكُمْ وَرَحْمَةُ اللهِ وَبَرَكَاتُهُ
Perkenalkan, saya Muhammad Ridhwan Sunandar dengan NPM 1806181861. Merupakan salah satu mahasiswa S1 Paralel Teknik Mesin Universitas Indonesia angkatan 2018. Di halaman ini saya cantumkan biodata saya beserta tugas ataupun ringkasan sesuai dengan dosen dari mata kuliah Sisflu03 yang dicantumkan. Semoga apa yang saya tulis disini bisa berkah dan bermanfaat bagi kita semua.
BIODATA DIRI
NAMA : Muhammad Ridhwan Sunandar
NPM : 1806181861
JURUSAN : Teknik Mesin
ANGKATAN : 2018
Sistem Fluida: PJJ Pertemuan ke-1 (12 November 2020)
Assalamu'alaikum wr.wb. Pada pertemuan pertama ini diadakan kelas online, Pak Dai menjelaskan tentang software CFD-SOF serta menjelaskan bahwa software CFD-SOF ini merupakan salah satu tools dalam pembelajaran Sistem Fluida. Pak Dai juga menganjurkan mahasiswa yang ada di kelas tersebut untuk melakukan simulasi sesuai dengan referensi di youtube yang di berikan.
Tugas 1: Simulasi Opened Gate Valve
Assalamu'alaikum. Berikut adalah hasil simulasi yang saya lakukan untuk tugas 1 :
Berikut adalah tampilan dari grafik yang dihasilkan oleh proses run solver. Berdasarkan grafik tersebut, perubahan momentum residual terhadap waktu serta grafik perubahan turbulence residual terhadap waktu :
Lalu, gambar dibawah adalah lampiran gate valve setelah tahap run solver. Dengan menggunakan software Paraview, dapat ditampilkan beberapa satuan seperti kecepatan dan tekanan. Dari hasil simulasi berikut, terlihat ada perbedaan warna pada daerah inlet, outlet, dan fully developed flow. Hal tersebut dapat menandakan terjadinya pressure drop pada gate valve.
Berikut adalah hasil perhitungan untuk pinlet dikurangi dengan poutlet yang merupakan hasil dari pressure drop :
Sistem Fluida: PJJ Pertemuan ke-2 (19 November 2020)
Assalamu'alaikum wr.wb. Pada pertemuan kedua ini Pak Dai membuka diskusi dengan pembahasan tentang Sistem Fluida mulai dari definisi hingga pengalaman mahasiswa yang sudah pernah mengikuti mata kuliah Sistem Fluida. Di pertemuan ini juga dibahas mengenai diskusi sistem fluida lebih lanjut. Pak Dai menjelaskan mulai dari segitiga kecepatan, dimana dapat mengetahui head dan debit dari fluida. Segitiga kecepatan terdapat pada sudu turbin sebagai contohnya pada hub dan tip pada sudu turbin.
Pembahasan dilanjutkan dengan penjelasan oleh beberapa mahasiswa yang telah mengambil mata kuliah Sistem Fluida sebelumnya dan mahasiswa dari mata kuliah CFD. Ditampilkan juga simulasi CFDSOF dan Paraview oleh salah satu mahasiswa yang sudah mengambil mata kuliah terkait bernama bang Abi pada simulasi Vertical Axis Wind Turbine (VWAT). Lalu, penerapan mata kuliah Sistem fluida pada CFD SOF mengenai vertikal turbin. Vertikal turbin tersebut mempunyai poros vertikal, kemudian airfoil dari sudu - sudu turbin dan beberapa parameter lainnya. Lalu, dilanjutkan oleh bang Edo yang menjelaskan penggunaan CFD SOF dengan sistem fluida, yang dapat mengetahui vortex yang dihasilkan dari fluida yang melewati sesuatu antara geometri, drag, dan lift, dan beberapa parameter lain.
Lalu, dicontohkan penggunakan Openmodelica dalam simulasi fluida yang dicontohkan melalui simulasi empty tanks dengan perhitungan perpindahan aliran pipa dari head yang tinggi menuju head rendah. Saya menggunakan fitur yang ada di OpenModelica berupa Example (fluida library) lalu menggunakan template Empty Tanks. Berikut adalah tampilannya :
Tugas 2: Pembelajaran Sistem Fluida menggunakan Aplikasi OpenModelica
Assalamu'alaikum. Di pertemuan ini juga Pak Dai memberikan arahan kepada mahasiswa untuk mempelajari software OpenModelica, yaitu mempelajari salah satu materi penerapan Sistem Fluida pada Software OpenModelica yang berkaitan dengan fluida atau empty tanks. Hasil belajar yang saya lakukan dengan menggunakan metode yang ditampilkan oleh Pak Dai, saya menggunakan salahs atu Example yang ada di fluid library dan menggunakan template yang ada berupa Controlled Tanks. Berikut adalah tampilan dari hal tersebut :
Lalu, di cek untuk bagian teks view untuk mengubah parameter jika diperlukan dan mengecek variabel yang ada hingga muncul tampilan sebagai berikut :
Setelah itu, dapat disimulasikan dan mempunculkan variabel yang kita ingingkan, seperti pada variabel berikut yang dapat ditampilkan berdasarkan apa yang diperlukan untuk membuat grafik tersebut :
Dari yang saya munculkan di atas adalah contoh dari dua variabel T dan p dan dapat diganti sesuai dengan kebutuhan pada grafik terkait. Hal-hal tersebut dapat disesuaikan dengan parameter-parameter yang disesuaikan dengan kebutuhan.
Sistem Fluida: PJJ Pertemuan ke-3 (26 November 2020)
Assalamu'alaikum wr.wb. Pertemuan hari ini dibuka Pak Dai dengan ditemani Asisten, yaitu Pak Hariyo. Selain itu, Pak Dai mengajak berdiskusi mahasiswa yang ada di kelas tentang definisi pemodelan sistem fluida. Lalu, yang saya dapat mengenai pemodelan sistem fluida dari penjelasan Pak Dai adalah sebagai berikut :
Pemodelan fluida adalah usaha untuk mempelajari sistem aktual melalui suatu sistem yang disimplifikasi. Model tersebut adalah sistem yang disederhanakan yang bertujuan untuk mempresentasikan kondisi aktualnya. Permodelan itu sangat diperlukan karena bisa mempersulit proses saat menghadapi kondisi yang aktual yang komplek seperti skala yang besar, temperatur yang tidak tentu, dan semacamnya.
Dari hal tersebut diperlukan pembuatan sistem untuk replika dari kondisi aktual tersebut. Sistem yang dibuat juga akan mempermudah dalam mempelajari mata kuliah terkait, yaitu Sistem Fluida dalam perubahan-perubahan variabel pada model dari sistem.
Model dibagi menjadi 2, yaitu Model Fisik dan Model Virtual.
Model Fisik merupakan pembuatan pemodelan dari alat tersebut. Sementara, Model Virtual adalah pembuatam pemodelan dengan cara menggunakan komputer atau komputasi yang memerlukan sistem fisika atau ilmu dasar, seperti prinsip fluida.
Selain diskusi tersbut, Pak Hariyo memberikan arahan untuk simulasi menggunakan aplikasi OpenModelica mengenai Two Tanks, yaitu sebuah sistem fluida yang berbentuk horizontal & Empty Tank yang berbentuk vertikal. Berikut adalah beberapa dokumentasi dari yang diberikan Pak Hariyo :
Tugas 3: Analisa Sistem pada Aplikasi OpenModelica
Assalamu'alaikum wr.wb. Pada tugas ketiga ini, mahasiswa diberi tugas yang berkaitan dengan aplikasi software OpenModelica. Selain itu, Pak Hario juga memberikan tugas untuk menganalisa pemodelan sistem dengan software OpenModelica. Mahasiswa diberi arahan untuk analisa pemodelan sebagai berikut :
1. Deskripsi/uraian fisik berdasarkan bagan yang ada
2. Prosedur analisa pemodelan
3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan
4. Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan
5. Berikan hasil-hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh
Poin-poin tersebut diberikan dengan dukungan gambar seperti berikut :
Model Sistem 1: Heating System
1. Deskripsi/uraian fisik berdasarkan bagan yang ada
Dari bagan yang terdapat pada model heating system pada software OpenModelica, dapat dilihat terdapat beberapa part seperti tank (berguna untuk penyimpanan serta penyaluran fluida), pompa (berguna untuk memompa fluida agar mengalir ke arah sensor flow rate), heater (berguna untuk mengubah suhu fluida yang mengalir sesuai kebutuhan), pipe (berguna sebagai sistem pengaliran fluida), sensor pengukur suhu (untuk mengetahui suhu fluida yang mengalir), valve (berfungsi seperti pintu untuk pembuka ataupun penutup aliran fluida), lalu ada radiator serta ada aliran ujung yang didapat dari sensor sebagai temperatur yang berlaku sebagai output dari sistem tersebut.
2. Prosedur analisa pemodelan
Langkah awal untuk melakukan analisa pemodelan adalah dengan melihat model ataupun kodingan pada software tersebut apakah sudah sesuai dengan apa yang dibutuhkan ataupun sesuai dengan prinsip dasar dan hukum fisika yang sesuai. Pada model ini, yang dilakukan adalah menggunakan model example di libraries pada group sebelah kiri dengan klik Modelica, lalu Fluids, Examples, dan Heating System. Tahap selanjutnya dilakukan check model dengan tujuan untuk memastikan apakah kodingan ataupun sistem yang dibuat sudah sesuai. Lalu, dilakukan simulasi dengan tujuan didapatkan hasil atau tools berupa grafik yang dapat dianalisa sesuai dengan variabel yang diinginkan sehingga di dapat output yang sesuai dengan tujuan dibuatnya model tersebut.
3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan
Dari model terkait, dilakukan analisa yang diawali dengan pengecekan model didapat 538 equation dan 538 variable. Serta terdapat 317 trivial equation. Terdapat beberapa parameter di model tersebut, seperti Tmin dan Tmax & Pmin dan Pmax. Parameter yang terdapat pada pipe adalah panjang yang berpengaruh pada pompa, diameter yang mempengaruhi debit dari fluida, serta viskositas yang terdapat pada fluida tersebut. Di analisa ini akan digunakan parameter Tmin dan Tmax sebagai variabel yang akan diuji pada hasil simulasi.
4. Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan
Pemodelan terkait mempunyai konsep utama hukum fisika yang dapat diimplementasikan, dalam hal ini hukum fisika yang terkait adalah :
1. Hukum Konservasi Massa (dm/dt = 0)
2. Hukum Konservasi Energi (dE/dt = W+Q)
3. Hukum Konservasi Momentum (M x dv/dt)
Terdapat hukum fisika yang lainnya, dikarenakan adanya perubahan jenis aliran. Jenis aliran yang berubah tersebut dapat berpengaruh pada temperatur pada fluida. Lalu, viskositas juga berpengaruh terhadap Re untuk menentukan jenis aliran pada sistem tersebut. Persamaan terkait hal tersebut adalah :
Re = Gaya Inersia/Gaya Gesek = ρ v D / μ
5. Berikan hasil-hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh
Tampilan saat proses simulasi parameter seperti yang digambarkan pada gambar-gambar dibawah, gambar berikut adalah saat pemilihan model yang disediakan pada example :
Saat melakukan simulasi, terdapat error yang terjadi pada prosesnya. Tampilan yang muncul adalah sebagai berikut :
Namun, keluar grafik seperti gambar dibawah yang sudah saya sesuaikan untuk variabel terkait sistemnya yaitu mengenai temperatur yang dianalisa. Namun, hal ini masih dipertimbangkan dikarenakan terjadinya error pada proses simulasi.
Model Sistem 2: ThreeTanks
1. Deskripsi/uraian fisik berdasarkan bagan yang ada
Model simulasi three tanks ini terdapat 3 tangki yang mempunyai level fluida masing-masing. Selain itu, mempunyai head berbeda satu sama lain, dan pipe berupa sambungan dari tangki satu ke tangki yang lainnya. Simulasi yang dilakukan pada model ini dilakukan dengan analisa aliran fluida terkait level dari setiap tangki menjadi stabil terhadap perubahan waktu.
2. Prosedur analisa pemodelan
Langkah awal untuk melakukan analisa pemodelan adalah dengan melihat model ataupun kodingan pada software tersebut apakah sudah sesuai dengan apa yang dibutuhkan ataupun sesuai dengan prinsip dasar dan hukum fisika yang sesuai. Pada model ini, yang dilakukan adalah menggunakan model example di libraries pada group sebelah kiri dengan klik Modelica, lalu Fluids, Examples, Tanks dan ThreeTanks. Tahap selanjutnya dilakukan check model dengan tujuan untuk memastikan apakah kodingan ataupun sistem yang dibuat sudah sesuai. Lalu, dilakukan simulasi dengan tujuan didapatkan hasil atau tools berupa grafik yang dapat dianalisa sesuai dengan variabel yang diinginkan sehingga di dapat output yang sesuai dengan tujuan dibuatnya model tersebut.
3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan
Dari model terkait, dilakukan analisa yang diawali dengan pengecekan model didapat 261 equation dan 261 variable. Serta terdapat 107 trivial equation. Terdapat beberapa parameter di model tersebut, seperti tekanan, temperatur, entalpi, serta massa molar dari setiap tangki. Parameter tersebut memiliki peran dalam mengubah hasil output pada simulasi. Dalam hal ini salah satunya adalah pipe, hal tersebut dapat mempengaruhi cepatnya perubahan level setiap tangki. Selain itu, ada diameter nya yang mempengaruhi debit fluida serta permukaan pipe yang dapat mempengaruhi jenis aliran yang berpengaruh pada bilangan Re. Dari simulasi yang diujikan dapat dilihat perubahan level setiap tangki nya terhadap waktu sebagai parameter yang digunakan.
4. Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan
Pada pemodelan terkait, hukum fisika yang diimplementasikan dapat dilihat pada head tangki mengalirkan fluida. Hal tersebut dapat mengarah pada penggunaan hukum tekanan hidrostatis sebagai berikut :
Ph = ρgh
Keterangan :
Ph : Tekanan Hidrostatis (N/m2 atau Pa dengan 1atm=1Pa)
ρ : Massa jenis (Kg/m3)
g : Gaya Gravitasi (m/s2)
h : Ketinggian permukaan zat cair (m)
Lalu, terdapat pressure drop yang terjadi dialam pipa yang berpengaruh terhadap tekanan aliran, hal tersebut dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut :
ΔP = f.1/2.l/D.ρ.V^2
Keterangan :
ΔP = Pressure drop (selisih tekanan) (Pa)
l = Panjang pipa (m)
D = Diameter pipa (m)
ρ = Densitas fluida (kg/m3)
V = Kecepatan aliran fluida (m/s)
5. Berikan hasil-hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh
Tampilan saat proses simulasi parameter seperti yang digambarkan pada gambar-gambar dibawah, gambar berikut adalah saat pemilihan model yang disediakan pada example :
Lalu, hasil simulasi setelah melalui tahap check model dan hasil nya adalah sebagai berikut :
Dari simulasi tersebut dapat dilihat grafik pada variabel yang ada di dalam model pada sistem tersebut. Perpindahan air pada tanki satu ke yang lain merupakan hal yang ditinjau pada analisa ini, maka variabel yang dipilih untuk memenuhi kebutuhan analisa adalah level pada setiap tangki nya. Setelah didapatkan grafik, terlihat bahwa grafik tersebut menunjukkan variabel level yang menghasilkan grafik ketinggian air terhadap waktu dari ketiga tangki. Dari grafik dapat terlihat bahwa tangki pertama mengalami penurunan drastis, sementara pada tangki kedua mengalami penurunan dilanjutkan kenaikan, dan tangki ketiga terus mengalami kenaikan. Hal ini disebabkan pada tangki pertama air terus mengalir untuk mengisi tangki kedua dan tangki ketiga. Pada tangki ketiga tidak mengalami penurunan grafik dikarenakan terus menerima air dari tangki pertama dan tangki kedua. Kesimpulan dari model tersebut dengan aktual nya adalah software OpenModelica dapat menampilkan model yang bisa dibilang relatif sesuai dengan kondisi aktual dan dapat digunakan untuk perhitungan yang dibutuhkan pada sesuatu hal, seperti proyek yang aktual.
Sistem Fluida: PJJ Pertemuan ke-4 (3 Desember 2020)
Assalamu'alaikum wr.wb. Pertemuan hari ini dibuka dengan Pak Hariyo dengan pembelajaran simulasi dengan software OpenModelica. Simulasi yang diberikan terkait dengan penggunaan library dengan example simulasi two tanks. Pada simulasi ini, berbeda dengan pertemuan sebelumnya yang melakukan simulasi langsung dari example. Tetapi, pertemuan ini mahasiswa dihimbau untuk membuat ataupun memoidifikasi simulasi berdasarkan referensi perhitungan, lalu input untuk tools yang akan digunakan pada simulasi two tanks menggunakan 2 tank serta 1 pipe. Berikut adalah dokumentasi dari pertemuan tersebut :
Tugas 4: Analisa Sistem pada Simulasi Kombinasi Pembangkit Daya
Pada tugas 4 ini, kami diberikan tugas mengenai simulasi pada siklus kombinasi pembangkit daya. Model yang digunakan untuk simulasi adalah sebagai berikut :
Lalu, kami diberikan arahan untuk menjawab beberapa pertanyaan berikut :
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.
- Generator : mempunyai fungsi untuk menghasilkan listrik yang berasal dari energi gerak lalu menjadi energi listrik.
- Pipe : mempunyai fungsi untuk mengalirkan fluida dari satu komponen ke komponen lainnya. Parameter pada pipe adalah diameter, panjang, exchanger length, number of pipes in parallel serta segments.
- Valve : mempunyai fungsi untuk menghentikan ataupun mengalirkan aliran suatu fluida. Parameter pada valve adalah fluid average pressure, max. CV, dan fluida specific enthalpy.
- Steam turbine : mempunyai fungsi untuk mengubah energi panas yang berasal dari uap menjadi energi mekanik untuk menggerakkan generator yang menghasilkan litrik. Parameter pada steam turbine adalah nominal compression nominal rate, compressor nominal efficiency, turbine nominal expansion rate, turbine nominal efficiency, turbine reduced mass flow rate, thamber pressure loss coefficient, dan combustion chamber thermal losses.
- Kondensor : mempunyai fungsi 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. Parameter pada kondensor adalah cavity 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.
- Drum : mempunyai fungsi sebagai tempat penampungan air panas dan terbentuknya uap. Alat ini menampung uap jenuh beserta air dengan perbandingan yang sama.
- Heat exchanger : mempunyai fungsi sebagai perubah temperatur pada fluida. Parameter pada heat exchanger adalah exchanger length, number of segments, pipe internal diameter, dan numper of pipes in parallel.
- Pump : mempunyai fungsi sebagai penggerak fluida dengan menaikkan tekanan. Parameter pada pump adalah coeff. pump, mass flow rate, volume flow rate, dan fluida average pressure.
3. Medium fluida kerja apa saja yang terjadi dalam proses siklus tersebut, dan bagaimanakah proses analisis perhitungan dalam pemodelan.
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 : merupakan jalur koneksi yang tebal pada sistem, menunjukkan alur gas yang terjadi. Jalur gas pada sistem tersebut adalah jalur suplai udara gas turbine dan jalur exhaust gas turbine.
- Jalur merah : merupakan jalur koneksi pada sistem yang menunjukkan alur uap temperatur tinggi. Jalur tersebut melalui bagian heat exchanger dan menggerakkan turbin uap stodola dengan suplai uap yang dihasilkan.
- Jalur biru : merpakan jalur koneksi yang menunjukkan alur uap temperatur rendah. Jalur tersebut berada di proses heat exchanger yang terdapat pada bagian economizer serta tangki penyimpanan pada proses tersebut.
