Obie

Obie Dharmawan.S1 Teknik Mesin Ekstensi 2019.Universitas Indonesia

BIODATA DIRI

Nama : Obie Dharmawan

TTL  : Kediri, 02-10-1996

NPM  : 1906435542

Program Studi : Teknik Mesin

Pendidikan Terakhir : Diploma III

Email : dharmawanobie@gmail.com

Pertemuan Ke-1 Minggu Ke-9 Mekanika Fluida-02 (31-03-20)

Pada pertemuan ini membahas mengenai Bab 8 yaitu Aliran Viskos & Simulasi aliran menggunakan aplikasi CFDSOF

Aliran Viskos

Aliran viskositas adalah aliran zat cair yang mempunyai kekentalan (viskositas). Kekentalan adalah sifat fluida yanng dapat menyebabkan terjadinya tegangan geser terhadap waktu. Aliran viskos dapat dibedakan menjadi 3 macam. Apabila pengaruh kekentalan (viskositas) adalah cukup dominan sehingga partikel-partikel suatu zat bergerak secara teratur menuut lintasan lurus maka aliran disebut laminar. Aliran Laminer (Re<2100) terjadi apabila kekentalan bernilai besar dan kecepatan aliran bernilai kecil. Dengan berkurangnyna pengaruh kekentalan atau bertambahnya kecepatan maka aliran akan berubah dari laminar menjadi turbulen. Pada aliran turbulen (Re > 4200) partikel-partikel fluida bergerak secara tidak teratur.Aliran Transisi,aliran fluida dengan kecepatan diantara kecepatan linear dan kecepatan turbulen. Aliran berbentuk laminar atau turbulen sangat tergantung oleh pipa dan perlengkapannya. Reynold menunjukkan bahwa untuk aliran transisi berlaku hubungan Bilangan Reynold, 2100 < NRe < 4200. Jadi Reynold's number (Re) adalah perbandingan ratio antara gaya inersia terhadap viskosnya pada fluida tersebut.

                                                               Re =  VD ρ/µ 

Dimana :

V kecepatan (rata-rata) fluida yang mengalir (m/s)

D adalah diameter dalam pipa (m)

ρ adalah masa jenis fluida (kg/m3)

µ adalah viskositas dinamik fluida (kg/m.s) atau (N. det/ m2)

CFDSOF

Merupakan suatu aplikasi simulasi untuk mengetahui /menganalisis aliran fluida di suatu benda dengan menentuan base mesh, generate mesh, check mesh, simulation model, fluid properties , dan boundary condition. sehingga pada hasil akhirnya kita dapat melihat dan mengidentifikasi jenis aliran fluida hingga spesifik geometri dari fluida tersebut seperti besaran area dari nilai U yang merata di sepanjang area. Berikut simulasi CFDnya :

Pada tab Base Mesh, Min koordinat x,y,z bernilai 0,0,-0.01. Untuk Max koordinat x,y,z bernilai 1,0.1,0.01. dan seterusnya diisi seperti tampak pada gambar

Pada tab Generate Mesh, Output Format dipilih Binary, untuk Mesh Location x,y,z bernilai 0.5,0.05, 0. Setelah itu klik tombol kuning dan klik tombol generate mesh

Pada tab Simulation Model ditunjukkan seperti pada gambar

Selanjutnya pada tab Fluid Properties, disesuaikan dengan properties fluida yang masuk

Pada tab Boundary Condition, Face name : wall1, Boundary Type: Stationary wall, Type : No Slip Condition, Face Name : Inlet1, Boundary Type: Velocity inlet, Type : Surface Normal Fixed Value, Face Name : Outlet1, Boundary Type: Outflow, Type : Zero Gradient

Pada tab CFD-Solve, disesuaikan seperti gambar berikut dan klik run solve

Dan didapat Grafik seperti berikut ini

TUGAS

1. Apa yang dimaksud dengan Entrance Region?

Entrance Region adalah suatu wilayah atau daerah yang berada didekat dengan tempat masuknya fluida ke pipa. Atau bagian awal dari suatu empat aliran yang masuk dari suatu sumber.

2. Apa yang dimaksud dengan Entrance Length?

Entrance Length adalah panjang suatu aliran dari awal masuk pipa hingga mencapai kondisi dimana fully developed flow atau aliran yang berkembang sempurna.

3. Apa yang dimaksud dengan Fully Developed Flow?

Mengimplikasikan bahwa profil kecepatan suatu fluida tidak berubah pada arah aliran fluida, sehingga menyebabkan momentum juga tidak berubah pada arah fluida. Dalam kasus ini, tekanan pada arah ini akan sama besar (mengimbangi) gaya geser di dekat dinding.

4. Apa yang dimaksud dengan Pressure Drop?

Pressure drop didefinisikan sebagai penurunan tekanan yang terjadi karena adanya gesekan pada fluida yang mengalir. Pressure drop akan semakin tinggi dan berbanding lurus dengan gesekan pada fluida. Sedangkan besarnya gesekan dipengaruhi oleh viskositas dari suatu fluida.

5. Apa pengaruh viskositas pada fluida?

-.Semakin besar densitas fluida maka semakin jauh posisi fluida untuk mencapai kondisi berkembang penuh

-.Semakin besar nilai viskositas maka semakin cepat fluida mengalami kondisi berkembang penuh

-.Semakin besar densitas dan viskositas maka rata-rata kecepatan fluida semakin rendah dan kondisi berkembang penuh tidak pernah tercapai dalam jarak 10 m.

-.Semakin menurun viskositas dan semakin meningkat densitas maka kecepatan konstan tidak pernah tercapai dalam jarak 10 m

-.Semakin meningkat viskositas dan semakin menurun densitas maka kondisi berkembang penuh semakin cepat tercapai dalam jarak 10 m

Pertemuan Ke-2 Minggu Ke-9 Mekanika Fluida-02 (1-04-20)

Pada pertemuan kali ini review materi terkait 3 rumusan dasar mekanika fluida, yaitu konservasi energi, konservasi massa dan konservasi momentum. Berikut rumus konservasi tersebut

Setelah itu membahas tentang entrance region, fully developed flow, pressure drop dam tekanan-tekanan. Entrance region adalah jarak masuk fluida dari saluran masuk hingga profil aliran tidak berubah. Fully developed flow adalah daerah setelah aliran masuk saat kecepatannya tetap. Kemudian pressure drop sendiri adalah perbedaan tekanan (dalam hal ini tekanan dinamik). tekanan sendiri pada dasarnya adalah energi, sedangkan energi tidak dapat hilang atau dibentuk, dalam artian pressure drop sendiri bukanlah perbedaan tekanan yang hilang, namun energi dalam bentuk tekanan tersebut berubah menjadi energi panas dikarenakan gesekan dengan dinding aliran.

Selanjutnya adalah diberikan persoalan dengan data-data yang berikut :

Pada umumnya bentuk vektor kecepatan searah sumbu x yang terjadi sebagai berikut:

Pada point a bagian 1 berdasarkan data-data yang ada dengan inlet velocity adalah 0,01 m/s dengan viskositas dinamik 0,00004 kg/m.s diperoleh Reynold numbers sebesar 30 dan entrance length adalah 0,18 m. Berikut adalah hasil grafik kecepatan dan tekanan yang diperoleh :

Kemudian titik searah sumbu x yang digunakan untuk mengetahui perubahan kecepatan yang diperoleh adalah 0,02 m, 0,6 m dan 0,9 m adalah sebagai berikut :

Dari hasil simulasi perubahan kecepatan pada entrance region lebih besar jika dibandingkan dengan perubahan kecepatan setelah entrance region yang mana perubahan kecepatan jauh lebih kecil. Hal ini menguatkan teori bahwa perhitungan kecepatan pada daerah entrance region jauh lebih kompleks daripada perubahan kecepatan pada fully developed region yang mana perubahan kecepatan sangat kecil.

Pertemuan Ke-3 Minggu Ke-10 Mekanika Fluida-02 (7-04-20)

Pertemuan kali ini membahas mengenai peranan Reynolds number gaya inersia dan viskos. Pengaruh Reynold number terhadap gaya inersia dan viskos adalah semakin tinggi Semakin tinggi Reynolds number maka gaya inersia semakin lebih dominan dibandingkan gaya viskosnya dan semakin rendah nilai Reynolds number maka efek viskos semakin lebih dominan dibandingkan gaya inersianya. Sehingga perbedaan nilai viskositas fluida akan mempengaruhi Reynolds numbernya. Selain itu dijelaskan juga lapisan batas, lapisan batas adalah Lapisan batas adalah lapisan dimana mulai adanya kontak antara fluida dengan dinding. Ketika lapisan batas atas dan bawah mulai berkembang bertemu pada suatu titik maka dapat disimpulkan fluida tersebut telah memasuki fully developed region sehingga kecepatannya cenderung lebih stabil dibandingkan dengan sebelum memasuki fully developed region . Setelah itu dijelaskan pengaruh viskositas dan kecepatan fluida terhadap pembentukan entrance region dan fully developed region. Semakin tinggi nilai viskositas maka pembentukan fully developed region akan semakin cepat sebagai gantinya entrance region lebih cenderung kearah hulu sehingga terlihat lebih pendek dan sebaliknya jika Semakin rendah nilai viskositas maka pembentukan fully developed region akan semakin lambat dan entrance region lebih cenderung kearah hilir sehingga terlihat lebih panjang. Kemudian semakin tinggi kecepatan fluida tersebut maka pembentukan fully developed region akan semakin lambat dan lebih cenderung kearah hilir sehingga terlihat lebih pendek, sebaliknya jika semakin rendah nilai kecepatan fluida maka pembentukan fully developed region akan semakin cepat dan lebih cenderung kearah hulu sehingga terlihat lebih panjang.

Pertemuan Ke-4 Minggu Ke-10 Mekanika Fluida-02 (8-04-20)

Pada pertemuan kali ini materi mengenai tentang macam-macam aliran fluida berdasarkan nilai Reynolds numbernya.Reynolds Number digunakan dalam menentukan jenis aliran fluida. Reynolds number adalah perbandingan dari gaya inersia suatu fluida terhadap gaya viskos fluida tersebut. Ada 3 jenis aliran, yaitu aliran laminer, transisi, dan turbulen. Aliran laminer memiliki nilai Reynolds number yang kecil (Re<2200) menggambarkan tentang garis-garis aliran yang bergerak secara ideal dan sangat teratur. Aliran transisi memiliki Nilai Reynolds number lebih dari 2200 namun kurang dari 4000, menggambarkan aliran mulai berfluktuasi (bergelombang) secara teratur. Aliran turbulen memiliki Nilai Reynolds number yang lebih besar dari aliran transisi menggambarkan garis-garis aliran yang berfluktuasi hingga terjadinya tumbukan antar garisnya atau biasa disebut dengan rapid fluctuation.

Pertemuan Ke-5 Minggu Ke-11 Mekanika Fluida-02 (14-04-20)

Pertemuan kali ini diberikan quiz untuk membuat artikel pada setiap soal di air.eng.

Soal 1 ARTIKEL : Rumusan Utama untuk Penyelesaian Mechanical Fluida Rumusan utama untuk menyelesaikan masalah mechanical fluida adalah dengan menggunakan 3 hukum konservasi. Berikut 3 hukum konservasi tersebut :

Soal 2 ARTIKEL : Pengaruh Fully Developed pada Aliran Laminar Fully Developed adalah dimana kondisi kecepatan fluida tetap besarnya. Aliran laminar merupakan aliran yang stabil dan mempunya bilangan Reynold kurang dari 2000. Jika bilangan Reynold kurang dari 2000, maka kondisi Fully Developed cepat terjadi. Selain itu hal yang mempengaruhi cepat Fully Developed adalah Entrance Region semakin kecil. Karena rumusnya adalah LE = 0,06 x RE x D. Jadi cepat/lambatnya terjadinya Fully Developed dipengaruhi oleh bilangan Reynold (RE) dan Entrance Region (LE)

Soal 3 ARTIKEL : Tegangan Geser pada Aliran Turbulen Tegangan gesek terjadi karena adanya gesekan fluida pada dinding pipa. Untuk mengetahui seberapa besar gesekan yang terjadi, maka harus mengetahui terlebih dahulu perubahan kecepatan. Perubahan kecepatan yang terjadi kecepatan rata-rata ditambah dengan kecepatan fluktuatif. Di daerah sublapisan viskos, tegangan geser laminar mendominasi. Menjauh dari dari dinding porsi aliran turbulen dari tegangan geser turbulen mendominasi. Transisi antara kedua daerah ini terjadi dilapisan overlap layer.

Soal 4 ARTIKEL : Membahas soal 8.2 mengenai Proses penurunan tekanan/pressure drop pada aliran laminar Point A ini aliran yang berlaku adalah aliran yang bersifat laminar. Ditanyakan adalah penurunan tekanan pada pipa yang berjarak 10m. Dengan menggunakan rumus berikut ∆p=p1-p2= 128μQ/(πD⁴) setelah itu didapatkan pressure dropnya. Point B Brp kemiringan yg dibutuhkan agar tidak turun, secara angka bisa dihasilkan dengan rumus sin⁡〖θ= 128μQ/(πρgD⁴)〗 akan tetapi secara teori hal itu tdk dapat terjadi karena θ tidak dapat lebih besar dari 1. (Interval sudut -1 s/d 1). Untuk itu agar sesuai dengan teori maka cara yang dilakukan adalah dengan memperbesar diameter. pada Point c, kondisi yang dipakai adalah kondisi pada point b. Perubahan energi potensial pada aliran terjadi karena adanya kemiringan pipa. Maka proses penyelesaian P1=P3 pada titik1=5.

Soal 5 ARTIKEL : Membahas soal 8.4 yaitu pengaruh sublapisan pada aliran turbulen Aliran fluida air yang melewati pipa horizontal. Viskos sublapisan adalah lapisan tipis dekat dinding kontak langsung dengan dinding aliran fluida pada aliran turbulen dengan turbulensi minimal yang nantinya energi turbulen itu diubah menjadi energi panas. Point A ditanyakan ketebalan sublapisan viskos. Ketebalan sublapisan viskos dapat diperoleh dari rumus δx=5 v/(u*). Sementara itu tegangan geser dinding diperoleh dari rumus τw= D∆p/4l. Rumus ini berlaku untuk aliran laminer ataupun turbulen. Setelah itu dimasukan ke dalam rumus u*=(τw/p)^(1/2). Sublapisan viskos yang dihasilkan sangat tipis. Ketidak sempurnaan kecil pada dinding pipa akan menonjol keluar sublapisan ini dan akan mempengaruhi tegangan geser dinding dan penurunan tekanan. Point B ditanyakan perkiraan kecepatan di sumbu tengah. Kecepatan di sumbu tengah dapat diperoleh dari kecepatan rata-rata dan asumsi profil kecepatan dengan menggunakan rumus V= Q/A . Setelah itu didapat bilangan reynolds number dengan rumus Re= VD/v . didapat Re nya lebih dari 4000, maka aliran tersebut bisa dikatakan aliran turbulen. Untuk menentukan kecepatan di sumbu tengah, Vc, harus mengetahui terlebih dahulu hubungan antara V dan Vc . Hal ini dapat diperoleh dengan mengintegralkan profil kecepatan berikut Q=AV=∫▒〖ū dA=Vc ∫_(r=0)^(r=R)▒〖(1-r/R)〗^(1/n) 〗 (2πr)dr. Yang dapat dintegralkan menjadi Q=2πR²Vc n²/((n+1)(2n+1)). Maka didapatkan kecepatan di sumbu tengah Vc. Point C ditanyakan rasio antara tegangan geser turbulen terhadap laminer. Hasil perhitungan dari point C ini adalah perbandingan tegangan geser turbulen terhadap tegangan geser laminar di titik tengah antara garis pusat pipa dengan dinding pipa. Karena hasilnya didapat lebih besar daripada 1 maka tegangan geser turbulen lebih besar daripada tegangan geser laminar. Sebagaimana yang diperkirakan kebanyakan tegangan geser di lokasi dalam aliran turbulen ini disebabkan oleh tegangan gesesr turbulen.

Soal 6 ARTIKEL : Perbandingan pressure drop antara aliran Laminar dan turbulen Perbedaan pada bilangan Reynold pada masing-masing aliran akan mempengaruhi pressure drop. Semakin besar bilangan Reynold maka viskositasnya semakin besar. Begitu pun sebaliknya, semakin kecil bilangan Reynold maka semakin kecil viskositasnya. Viskositas besar/kecil akan mempengaruhi cepat/lambat terjadinya Fully Developed. Maka semakin cepat/lambat Fully Developed akan mempengaruhi besar atau kecilnya Pressure Drop.

Pertemuan Ke-6 Minggu Ke-11 Mekanika Fluida-02 (15-04-20)

Pada pertemuan ini membahas tentang tekanan dan minor loss. Tekanan adalah energi per satuan volume, sehingga jika kita ingin memperkecil pressure drop yang terjadi adalah dengan mengurangi nilai volume tersebut. Minor losses adalah sebuah kerugian pada suatu desain aliran yang mana disebabkan oleh adanya perubahan penampang ataupun adanya elbow.

Pertemuan Ke-7 Minggu Ke-12 Mekanika Fluida-02 (21-04-20)

Pada pertemuan ke-7 ini, Agil dari M'16 mempresentasikan mengenai penelitiannya. Penelitian tersebut mengenai studi kasus tentang konservasi energi pada kincir air dan ia mempresentasikan mengenai bahwa kincir air berputar akibat energi kinetik dari air. Sehingga menyebabkan terjadinya momentum untuk memutar kincir. Akibat kincir air yang menahan laju aliran air, ada perbedaan ketinggian saat saat sebelum dan sesudah memutarkan kincir air. Hal ini menimbulkan energi potensial akibat perbedaan ketinggian tersebut. Sesuai dengan hukum Newton II, persamaan gaya adalah : massa x percepatan atau mass flowrate x perubahan momentum. karena adanya peruabahan momentum maka akan ada peruabahan energi kinetik dikarenakan perubahan kecepatan aliran saat masuk dan keluar menimbulkan perbedaan ketinggian. Perbedaan ketinggian ini yang menyebabkan adanya energi potensial yang terjadi karena adanya perbedaan ketinggian aliran fluida saat memutar turbin air.

Pertemuan Ke-8 Minggu Ke-12 Mekanika Fluida-02 (22-04-20)

Pertemuan kali ini Pak DAI memberikan kesempatan kepada mahasiswa untuk mempresentasikan & menjelaskan kontribusinya selama ini pada mata kuliah mekanika fluida. Selain itu ada Pak DAI menjelaskan sedikit tentang Bab 9 mengenai Eksternal Flow. Eksternal Flow adalah aliran fluida yang tidak dibatasi oleh permukaan benda, namun seakan-akan permukaan benda lah yang dibatasi oleh aliran fluida tersebut. Dengan tidak dibatasi tersebut, aliran fluida dapat bergerak lurus tanpa terhalangi oleh permukaan benda.

Pertemuan Ke-9 Minggu Ke-13 Mekanika Fluida-02 (28-04-20)

Pertemuan kali ini menjelaskan lebih lanjut mengenai eksternal flow. Eksternal Flow adalah aliran fluida yang tidak dibatasi oleh permukaan benda, namun seakan-akan permukaan benda lah yang dibatasi oleh aliran fluida tersebut. Dengan tidak dibatasi tersebut, aliran fluida dapat bergerak lurus tanpa terhalangi oleh permukaan benda. Hal ini berkebalikan dengan yang terjadi pada Internal Flow Aplikasi dari external flow sangat banyak ditemukan dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya pada mobil yang sedang melaju dengan udara sekitar mobil tersebut, contoh lain dari External Flow adalah gerakan fluida melewati plat datar dan aliran atas permukaan melengkung seperti bola, silinder, atau turbin dan pada sayap pesawat.

Pertemuan Ke-10 Minggu Ke-13 Mekanika Fluida-02 (29-04-20)

Pada pertemuan kali ini mengaplikasin eksternal flow ke dalam aplikasi CFD-SOF.

Tugas Besar

Perbandingan Pressure Drop Pada Increaser Pipa Yang Mengalir Dari Tandon Air Menuju Gas Water Heater Kamar Mandi

Pemanas air atau water heater banyak digunakan dirumah-rumah sekarang ini. Water heater berfungsi mengubah air dingin menjadi air hangat hanya dengan memutar kran air. Tidak perlu repot-repot untuk memasak air di atas kompor terlebih dahulu. Hal ini pun bisa menghemat waktu jika dibandingkan dengan memasak di atas kompor. Pemanas air memiliki berbagai macam sistem kerja dan salah satunya adalah dengan memakai gas/ water heater gas. Cara kerja dari water heater ini cukup sederhana, air dingin yang berasal dari tandon air dimasukkan kedalam mesin dan terdeteksi oleh sensor flow. Sensor flow tersebut terhubung dengan panel sirkuit yang memiliki fungsi otomatis pemantik api untuk sistem pembakaran. Setelah api hidup lebih besar maka api ini memanaskan rangkaian pipa air panas. Sehingga air dingin berada pada rangkaian pipa tersebut menjadi panas juga. Setelah itu air panas yang keluar dari mesin water heater dialirkan ke dalam bak mandi bathtub dan shower. Akan tetapi water heater gas ini memiliki masalah. Salah satunya adalah kurangnya tekanan air yang masuk kedalam mesin water heater menyebabkan mesin water heater ini tidak berfungsi atau tidak dapat menyalakan api. Hal ini bisa diatasi dengan memperbesar diameter pipa yang berasal dari tandon air menuju ke water heater tersebut guna menambah tekanan air.

Pertemuan Ke-11 Minggu Ke-14 Mekanika Fluida-02 (5-05-20)

Pertemuan kali ini ada pertanyaan dari mahasiswa, yaitu ; Mengapa jika diameter pipa semakin besar, pressure drop yang didapatkan justru semakin kecil? Terkait dengan pertanyaan itu, pak Dai membuka forum diskusi bagi mahasiswa untuk memberikan jawabannya masing-masing. Berikut adalah jawaban saya ; Pertanyaan : Mengapa saat diameter pipa membesar, maka pressure drop akan berkurang? Pendapat : Memperkecil diameter pipa akan menurunkan tekanan air dan ditambah dengan kecepatan air yang meningkat akan menyebabkan gaya gesek air pada pipa meningkat. Hal ini akan menyebabkan tekanan total air pada pipa akan berkurang. Begitu juga dengan sebaliknya, memperbesar diameter pipa akan memperkecil tekanan air.

Pertemuan Ke-12 Minggu Ke-14 Mekanika Fluida-02 (6-05-20)

Pada pertemuan ini pak Dai memberikan tugas kepada kami untuk menjawab pertanyaan yang sama pada pertemuan sebelumnya, yaitu "Mengapa saat diameter pipa membesar, maka pressure drop akan berkurang" dengan konsep konservasi massa, momentum dan energi. Jika diameter dikaitkan dengan hukum konservasi massa, dimana debit fluida yang masuk sama dengan debit fluida yang keluar. Dengan rumus A1 . V1 = A2 . V2 . Sehingga dapat dikaitkan semakin besar luas penampang (A) maka nilai kecepatan (V) semakin kecil, dan semakin kecil luas penampang (A) maka nilai keceptan (V) semakin besar. Diameter kecil memiliki arus yang kuat. Hal ini mengakibatkan gradien kecepatan di diameter besar lebih kecil dibanding dengan diameter kecil. Gradien kecepatan mempengaruhi tegangan geser yang mempengaruhi pressure drop. Jika besar kecilnya diameter dikaitkan dengan hukum konservasi momentum, Kecepatan aliran fluida bagian tengah pipa merupakan paling tinggi. Perubahan kecepatan fluida secara radial, semakin mendekati dinding maka kecepatan aliran fluida berangsur-angsur menurun dan kecepatan aliran pada dinding pipa adalah 0. Jika diameter dikaitkan dengan hukum konservasi energi, dimana pada fase kasus ini merupkan energi kinetik. Energi kinetik yang berada pada dinding pipa akan berubah menjadi energi panas karena adanya gaya gesek. Jika didalam pipa terdapat aliran fluida yang mengalir cepat, maka semakin cepat pula gesekan yang terjadi antara fluida dengan dinding pipa sehingga menghasilkan panas. Karena panas tersebut maka aliran fluida mengalami penurunan tekanan. Jika panas yang dihasilkan dari gesekan fluida dengan dinding pipa semakin besar maka pressure drop akan semakin tinggi.