Christian Emanuel Kefi
Contents
BIODATA DIRI
Nama :Christian Emanuel Kefi
NPM :1906435460
Pendidikan terakhir : Diploma III
Pertemuan Mekanika Fluida-02
Pertemuan 1 : Selasa, 31 maret 2020
Pertemuan pertama setelah UTS ini menggunakan software Zoom untuk melakukan proses pembelajaran. Proses pembelajaran ini dipandu oleh Bang Edo Syafei sebagai asisten dosen Mekanik Fluida.
Pertemuan pertama ini membahas tentang materi Aliran Viskos dalam pipa dan simulasi menggunakan CFD-SOF.
Bilangan Reynolds
Bilangan Reynolds, yaitu perbandingan antara gaya inersia fluida (gaya badan fluid) terhadap gaya viskosnya (gaya geseknya).
dengan rumus yang diberikan :
dimana,
v = kecepatan [m/s]
D = Diameter [m]
ρ = Density
µ = Viskositas dinamik
u = Viskositas kinematik
Bilangan Reynolds dapat menentukan jenis aliran fluida. Berikut ini adalah contoh aliran yang berada pada pipa. Ada 3 Jenis aliran fluida, yaitu :
1) Aliran Laminar = aliran yang memiliki bilangan Reynold (Re) kurang dari 2100. Sehingga aliran laminar memenuhi hukum viskositas Newton yaitu :
τ = µ du/dy
2) Aliran Transien = aliran peralihan dari aliran laminar ke aliran turbulen.Memiliki Re: 2100-4000
3) Aliran Transien = Aliran dimana pergerakan dari partikel – partikel fluida sangat acarak dan tidak beraturan karena mengalami percampuran serta putaran partikel antar lapisan, yang mengakibatkan saling tukar momentum dari satu bagian fluida kebagian fluida yang lain dalam skala yang besar. Dalam keadaan aliran turbulen maka turbulensi yang terjadi membangkitkan tegangan geser yang merata diseluruh fluida sehingga menghasilkan kerugian – kerugian aliran. Pada Aliran ini biasanya memiliki Re > 4000
Tutorial dalam menggunakan simulasi CFD-SOF sebagai berikut :
Simulasi CFD-SOF
Tahap pertama, membuat box pada sumbu x,y,z dan mengatur base mesh, generate mesh, check mesh, simulation model, fluid properties , dan boundary condition.
tahap selanjutnya adalah penentuan nilai p, dimana hasil menunjukan pada ujung inlet yang dekat dengan dinding menunjukan p aling tinggi dan pada bagian outlet menunjukan p paling rendah. seperti yang ditunjukan gambar berikut :
Grafik dari hasil simulasi dengan hubungan momentum residual vs waktu, dengan 65 iterasi yang dihasilkan. Run time dibuat dengan 1000 unit.
kemudian didapatkan hasil nilai U pada software paraview, hasil yang menunjukan nilai U merata sepanjang area
dan grafik ditunjukan sebagai berikut:
Pertanyaan:
1. Apa pengaruh viskositas dan pengaruh pressure drop dalam pipa?
Pressure drop adalah penurunan tekanan fluida akibat gesekan fluida pada dinding pipa. sementara viskositas berpengaruh pada gesekan pada pipa.
2. Apa yang dimaksud dengan entrance region?
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. Contohnya Furnace
3. Jelaskan apa yang dimaksud entrance length?
panjang suatu aliran dari awal masuk pipa hingga mencapai kondisi dimana fully developed flow atau aliran yang berkembang sempurna.
4. Apa itu fully developed flow?
kondisi dimana profil kecepatan fluida akan menjadi tetap besarnya.
Pertemuan 2 : Rabu, 1 April 2020
Pada pertemuan kedua membahas tentang teori yang harus dipahami dalam pengaplikasian mekanika fluida. yaitu : konservasi masa, konservasi energi, dan konservasi momentum.
kemudian dibahas juga tentang enterance region, fully developed flow, dan pressure drop yang merupakan penurunan tekanan karena adanya gaya gesek dari fluida.
kemudian diberikan soal latihan :
a.1) 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. Kemudian titik searah sumbu x yang digunakan untuk mengetahui perubahan kecepatan yang diperoleh adalah 0,01 m, 0,18 m(entrance length), 0,5 m dan 0,9 m dan Berikut adalah hasil grafik kecepatan dan tekanan yang diperoleh :
a.2) Pada point a bagian 2 berdasarkan data-data yang ada dengan inlet velocity adalah 0,01 m/s dengan viskositas dinamik 0,00001 kg/m.s diperoleh Reynold numbers sebesar 120 dan entrance length adalah 0,72 m. Kemudian titik searah sumbu x yang digunakan untuk mengetahui perubahan kecepatan yang diperoleh adalah 0,01 m, 0,72 m(entrance length), dan 0,95 m Berikut adalah hasil grafik kecepatan dan tekanan yang diperoleh :
Dari hasil simulasi CFDSOF yang disupport oleh software paraview pada point a bagian 1 dan 2, 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 sehingga perhitungannya pun jauh lebih simpel.
Kemudian grafik tekanan dan kecepatan yang menggambarkan pengaruh viskositas pada suatu aliran fluida pada poin a adalah sebagai berikut :
b.1) untuk kasus ini sama dengan kasus pada a point 1
b.2) Pada point b bagian 2 berdasarkan data-data yang ada dengan inlet velocity adalah 0,04 m/s dengan viskositas dinamik 0,00004 kg/m.s diperoleh Reynold numbers sebesar 120 dan entrance length adalah 0,72 m. Kemudian titik searah sumbu x yang digunakan untuk mengetahui perubahan kecepatan yang diperoleh adalah 0,01 m, 0,72 m(entrance length), dan 0,95 m Berikut adalah hasil grafik kecepatan dan tekanan yang diperoleh :
Dari hasil simulasi CFDSOF yang disupport oleh software paraview pada point b bagian 1 dan 2, 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 sehingga perhitungannya pun jauh lebih simpel.
Kemudian grafik tekanan dan kecepatan yang menggambarkan pengaruh viskositas pada suatu aliran fluida pada poin b adalah sebagai berikut :
Pertemuan 3 : Selasa, 7 April 2020
Pertemuan 4 : Rabu, 8 April 2020
Pada pertemuan kali ini membahas tentang hubungan lapisan aliran fluida terhadap Reynold number. Jika menggunakan persamaan Re = inersia force/friction force, maka didapatkan bahwa semakin besar inersia maka semakin besar juga Rynold number yang didapatkan, sehingga semakin lama untuk mencapai keadaan fully development. Berkebalikan dengan itu, semakin besar viskositas maka semakin kecil bilangan Reynold dan semakin cepat mencapai keadaan aliran berkembang sempurna. dan hubungannya dengan jenis- jenis aliran adalah sebagai berikut :
-Laminar = Memiliki lapisan fluida berlapis-lapis yang tersusun secara parallel dan tidak bertabrakan satu sama lain (tidak terjadi perpotongan antar lapisan fluida).
-Transisi = Memiliki bentuk lapisan menyerupai osilasi dan terkadang terdapat perpotongan antar lapisan fluida akbat ketidakstabilan aliran. Aliran ini merupakan pembatas antara aliran laminar dan aliran turbolen.
-Turbolen = Terjadi ketidakteraturan pada aliran lapisan fluida yang mengakibatkan terjadi perpotongan antar lapisan.
Hubungan antara Reynold number (Re) dengan jenis aliran adalah, jika menggunakan fluida yang sama kecepatan aliran pada aliran turbolen akan lebih cepat dibandingkan dengan aliran laminar karena Reynold number pada aliran turbolen lebih besar. Pengaruh lain jenis aliran adalah gaya gesek pada turbolen lebih kecil karena viskos tidak terlalu berpengaruh karena peranannya dibanding dengan inersia, sehingga mengakibatkan Reynold number semakin besar.
Gambar disamping point (a) menunjukan bagaimana kondisi kecepatan aliran disuatu titik dalam satuan waktu pada aliran laminar. Kecepatan pada aliran laminar disuatu titik tidak mengalami perubahan magnitude terhadap waktu dan arah. Pada point (b) menunjukan bagaimana kondisi kecepatan aliran disuatu titik dalam satuan waktu pada aliran turbolen. Dalam aliran turbolen kecepatan berfluktuasi secara cepat atau rapid.
ada 3 komponen yang mempengarugi velocity yaitu tekanan, gaya gesek, dan temperatur. Dalam aliran turbolen kecepatan berfluktuasi secara cepat dan acak terhadap waktu hal ini menyebabkan kerumitan dalam menyelesaikan persoalan secara analistik. Kecepatan pada aliran turbolen sangat bergantung pada tegangan geser. Untuk menemukan tegangan geser diperlukan besar gesekan yang terjadi pada fluida dan dinding, untuk mendapatkan besar gesekan terlebih dahulu harus mengetahui distribusi perubahan kecepatan, karena itu kita harus mempertimbangkan gesekan untuk mengetahui tegangan gesernya. Untuk mendapatkan tegangan geser harus mendapatkan keceatan lokal atau kecepatan sesaat (Va) terlebih dahulu. Kecepatan lokal memiliki rumus, Va= Vbar + V' , dimana Vbar adalah kecepatan rata-rata dan V' adalah kecepatan fluktuasi.
Dimana interval waktu, T, jauh lebih lama dari periode fluktuasi terpanjang, tetapi jauh lebih pendek dari ketidakstabilan kecepatan rata-rata.
