Talk:Mekanika Fluida 2019/2020 Jenizhar
بِسْمِ اللهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيْمِ
السَّلاَمُ عَلَيْكُمْ وَرَحْمَةُ اللهِ وَبَرَكَاتُ
BIODATA DIRI
.jpg)
Nama : Jenizhar Adivianto
NPM : 1806181810
Program Studi : S1 Teknik Mesin Pararel
PERTEMUAN 1 : 31 Maret 2020
Assalamualaikum Wr wb
Pada hari ini saya mendapatkan pembelajaran jarak jauh (PJJ) dari bang Edo melalui aplikasi zoom, yaitu asisten dosen dari pak Dai yang merupakan alumni Teknik Mesin UI 2014 dan sekarang sedang mengambil S2 atas bimbingan Pak Dai. Materi hari ini yang disampaikan ada 2 pembahasan. Pembahasan yang pertama merupakan sedikit ulasan teori mengenai viskositas fluida atau kekentalan fluida. Pembahasan yang kedua merupakan pembelajaran mengenai tutorial penggunaan software CFDsof.
Pada CFD soft kami diajarkan untuk membuat simulasi aliran laminar 2D dengan mengaplikasikan aliran viscous. Diawali dengan menentukan wall, inflow, outflow. Kemudian menentukan mesh dimana pada setiap dindingnya meshnya menjadi lebih detail. menentukan boundary dan akhirnya melakukan simulasi pada Solver dan dapat dilihat hasilnya pada paraview yang otomatis muncul. Pada paraview kita dapat melihat beberapa hasil yang bervariasi, dimulai dari tekanan, kecepatan, bahkan kurva dari hasil simulasi yang sudah dilakukan. berikut merupakan hasil dari pembuatan mesh yang diajarkan:
Dan berikut merupakan hasil kurva dan analisis kecepatan (V) yang terjadi pada aliran pipa 2D sesuai dengan arahan dari bang Edo:
dari pertemuan pada hari ini, bang Edo memberikan kami sedikit pertanyaan-pertanyaan terkait dengan materi yang disampaikan yaitu:
1. apa itu entrance region/aliran masuk?
2. apa itu aliran sempurna?
3. apa pengaruh viskositas? dan pengaruh pressure drop dalam pipa
4. gimana cara menghitung pressure drop suatu aliran dalam laminar/turbulen
5. apa itu entrance region dan fully developed flow, entrance length?
Jawab :
1. Entrance Region merupakan daerah dimana fluida baru masuk dan kecepatannya beragam. kecepatan fluida masih bergantung kepada jarak (x) dari pipa pada entrance region yang disebabkan oleh efek viskositas selama fluida masih ada pada boundary layer
2. Fully developed flow merupakan aliran pada daerah setelah Entrance region flow. pada aliran ini, fluida sudah keluar dari boundary layer dan sudah tidak dipengaruhi oleh efek viskositas
3. Viskositas sendiri dapat diartikan kepekatan fluida yang dapat menjelaskan besar kecil sentuhan dalam fluida. Dalam pipa semakin besar viskositas semakin sulit fluida dalam pipa untuk bergerak. Sebagai contoh jika fluida berupa air dan oli dialirkan dalam suatu pipa, maka air akan lebih cepat mengalir karena viskositas air lebih kecil dari oli dan molekul air yang bersentuhan dengan area pipa lebih cepat mengalir. Pressure drop dideskripsikan penurunan tekanan dari satu titik dalam sistem contohnya pipa ke titik lain yang memiliki tekanan lebih rendah. Dalam aplikasinya pada pipa pressure drop meningkat sebanding dengan gesekan dalam jaringan pipa, begitupun sebaliknya.
4. Bagaimana cara menghitung pressure drop suatu aliran dalam laminar/turbulen?
ΔP = f.1/2.l/D.ρ.V^2
f = 64/Re
Keterangan :
ΔP = Pressure drop (perbedaan tekanan) (Pa)
l = Panjang pipa pengukuran tekanan (m)
D = diameter pipa (m)
ρ = Densitas fluida (kg/m^3)
V = Kecepatan aliran fluida (m/s)
Re = Bilangan Reynold : Laminar (<2100) Turbulen (>2100
5. Karena entrance region dan fully developed flow sudah dijelaskan pada poin 1 dan 2, pada poin 5 saya hanya akan membahas tentang entrance lenght. Entrance lenght (le) merupakan panjang dari entrance region. Hal ini dipengaruhi oleh jenis aliran yaitu laminar atau turbulence. jenis-jenis aliran bergantung pada reynold number (Re) yang dapat dirumuskan dengan:
le/D = 0,06 Re untuk aliran laminar
le/D = 4,4 (Re)^1/6 untuk aliran turbulence
PERTEMUAN 2 : 1 April 2020
Assalamualaikum Wr. Wb
Pada pertemuan ini, Pak Dai dan Mas Edo memberikan materi tentang "hukum konservasi". Istilah konservasi sendiri adalah apabila suatu benda dapat bergerak dengan adanya suatu energi kinetik (Ek) dan energi potensial (Ep). Konsep konservasi tersebut diaplikasikan kepada massa, momentum, serta energi pada mekanika fluida yang dibagi menjadi 3 yaitu:
1. Hukum konservasi massa
dm/dt = 0
2. Hukum konservasi momentum
M. dV/dt = sigmaF
3. Hukum konservasi energi
dE/dt = W + Q
kemudian materi berikutnya yang disampaikan adalah penjelasan dari pertanyaan materi pada pertemuan 1 yaitu Entrance Region, Fully Developed Flow, dan Entrance lenght dimana penjelesan - penjelasan tentang istilah-istilah tersebut sudah saya paparkan pada jawaban di pertemuan 1. berikut merupakan ilustrasi dari istilah - istilah tersebut
Setelah penjelasan materi oleh pak Dai, ada soal latihan Cfdsof dari bang edo untuk dikerjakan dan disimulasikan. soal dapat dilihat seperti berikut
PERTEMUAN 3 : 7 April 2020
Assalamualaikum wr. wb
sebelum memasuki simulasi dengan bang edo, Pak Dai menjelaskan materi tentang persamaan matematis aliran fluida (governing equation) yang mengatur bagaimana aliran fluida. Dapat dilihat contohnya pada file dari pak Dai dibawah ini:
Selanjutnya Pak Dai membahas materi tentang gaya inersia. Bilangan reynolds mempengaruhi peranan gaya inersia. contohnya apabila bilangan reynolds tinggi, maka gaya inersia lebih mendominasi daripada gaya viskositas. contohnya gaya pada aliran fluida pada sayap pesawat. contoh apabila viskositas lebih dominan, yaitu lubricants dengan oli. dengna bilangan reynolds yang tinggi, maka aliran akan semakin turbulens begitu pula sebaliknya. Dapat dilihat rumus bilangan reynolds
Re = Inertia force/friction force (viskositas)
pada sisi masuk, kecepatan seragam atau sama. Sesaat setelah masuk, ada interaksi fluida dengan dinding yang menimbulkan adanya boundary layer. Daerah tersebut disebut dengan entrance region. Selanjutnya ada fully developed flow atau aliran berkembang penuh. Biasanya rummus - rumus empiris angka-angkanya dimasukkan setelah aliran mencapai fully developed flow.
Pengaruh viskositas terhadap entrance region yaitu apa bila viskositas rendah maka fully developed semakin lambat. jadi fluida yang lebih encer fully developednya semakin lambat begitu pula sebaliknya. hal ini juga berpengaruh dengan berubahnya inersia dengan hubungan yang sudah dijelaskan sebelumnya
dalam aliran yang ditinjau, ada tiga gaya yang berinteraksi yaitu gaya inersia, tekanan, dan gesekan.
Selanjutya Pak Dai memberikan soal 8.2 sebagai berikut:
pertama-tama bang Edo mencontohkan dengan membuat pipa 3d terlebih dahulu pada software Inventor atau SOlidworks dan memisahkan mana outlet, inlet, dan wall. kemudian file di save dengan format .STL agar bisa di import ke Cfdsof.
PERTEMUAN 4 : 8 April 2020
Assalamualaikum Wr.wb
Selamat siang
Pada pertemuan hari ini PJJ atau pembelajaran jarak jauh dibuka oleh Pak Dai sendiri dengan membahas soal 8.4 dari buku Munson. Pak Dai menyebutkan bahwa fluida merupakan zat yang terdeformasi secara terus menerus. Menyebabkan perubahan momentum dari lapisan ke lapisan. Untuk Reynold number yang rendah, lapisan akan bergerak secara ideal karena masih terpengaruh efek viskositas dengan besar. Tidak ada lapisan yang memotong lapisan lain atau disebut juga dengan Aliran Laminar. Untuk Re yang mulai membesar, lapisan mulai berosilasi (bisa saling memotong atau tidak) disebut dengan aliran Transisi. Untuk aliran turbulens memiliki Re yang sangat besar. Untuk kecepatan aliran pada aliran turbulens di titik masuk, kecepatan selalu berubah tiap mili-second sehingga disebut dengan rapid fluctuation
untuk mengetahui tegangan geser, harus mengetahui medan aliran untuk mengetahui kecepatan lokal di setiap titik (U). Pada aliran turbulens, sulit untuk menentukan U di setiap titik karena selalu berubah-ubah setiap saatnya. Untuk memperkirakan kecepatan lokal di titik A misalnya, harus menggunakan pendekatan statistik. Va (kecepatan rata-rata) tidak menggambarkan kecepatan aliran turbulens. Kita harus menguraikan menjadi kecepatan rata-rata dan kecepatan fluktuasi jadi:
Va = Vbar + V'
Rumus Vbar dapat dilihat pada Eq.25 bab 8 pada buku munson
pada aliran turbulens, terjadi pusaran-pusaran yang disebut dengan Eddies. Eddies pada setiap pusaran berbeda-beda pada aliran turbulens. longest fluctuation adalah waktu yang dibutuhkan untuk menjalani satu pusaran.
Kemudian, bang Edo menjelaskan tentang hasil simulasi antara aliran laminar dan turbulen. pada hasil simulasi aliran turbulen, efek viskositas atau daerah biru menjadi semakin tipis.
Juga dapat dilihat pada grafik, dapat dibandingkan bahwa kurva yang cokelat yaitu laminar dan yang biru adalah turbulen. Grafik biru menunjukkan bahwa pada titik dimana fluida mulai menjauhi dinding pipa, maka efek viskositas dan tegangan geser dinding semakin berkurang drastis sehingga yang dominan adalah tegangan geser turbulens.
Selanjutnya yaitu kurva disipasi energi pada fluida. Dapat dilihat dengan mendekatnya fluida ke dinding maka semakin besar juga disipasi energi karena efek viskositas. jadi energi seperti diserap oleh sub layer.
PERTEMUAN 6 : 15 April 2020
Assalamualaikum wr wb
Selamat siang
Pada hari ini pembelajaran jarak jauh (PJJ) dibuka oleh pak Dai pada jam 13.00. pertama-tama pak Dai menjelaskan bahwa Fundamental dari mekanika fluida harus dapat dikuasai terlebih dahulu sehingga pak Dai selalu menekankan konsep - konsep dan teori dari mekanika fluida. Selanjutnya Pak Dai membahas tentang daya (P) dan Tekanan (p). Rumus daya adalah
P = F . V
F = Gaya
V = Kecepatan
Selanjutnya pak Dai menjelaskan bahwa tegangan adalah energi per satuan volume. Salah satu hukum untuk fluida adalah hukum konservasi energi dengan rumus:
dE/dt = Q + W
e = u + 1/2v^2 + h
Persamaan bernoulli merupakan turunan dari hukum konservasi energi dengan rumus
P + 1/2pv^2 + ro(p).g.h = konstan (Ideal = no energy loss) incompressible, no viscosity
ro(p).g = gamma (specific gravity)
Perbedaan incompressible fluid dan incompresible flow. contohnya adalah udara. udara adalah compressible fluid tetapi jika kecepatan dibawah 100 m/s dan A < 0,3 maka menjadi incompressible flow. compressible flow adalah apabila terjadi perubahan density pada flownya. perubahan density tersebut biasa terjadi karena kecepatan yang sangat tinggi.
Persamaan energi aliran fluida real/viskos untuk incompressible dan steady state. Pada airan real, terjadi loss antara inlet dengan outlet. ada 2 loss yaitu major dan minor losses. pertama, Major losses disebabkan oleh gesekan dinding /viskositas. Energi berkurang karena disipasi energi. Untuk moinor losses yaitu gesekan yang terjadi bukan pada dinding. Salah satu metode yang sering dipakai adalah moody diagram.
RUmus bernoulli bisa dengan deltaP atau hl
DeltaP = f.L/D.ro(p).v^2 (major loss)
f = faktor gesek -> dapet dari reynolds number dan kekasaran pipa (Epsilon) semakin kasar pipa maka semakin tidak berpengaruh bilangan reynolds (didapatkan dari Moodys diagram). karena terdapat vortex-vortex yang semakin besar dan banyak pada aliran apabila pipanya semakin kasar.
L = panjang pipa
D = diameter
v = kecepatan
hl = Energi yang digunakan fluida untuk 1 N air untuk ketinggian 10 meter (Nm/N) (joule/berat)
f.L/D = K
K biasa digunakan untuk minor losses sedangkan f.L/D untuk major losses
Contohnya terdapat pada pompa, daya pompa yaitu:
Ppompa = Gamma.Q.h
Gamma = specific gravity
Q = debit
h = tinggi pipa
minor losses contohnya terjadi pada pembesaran pipa. Ada konsumsi energi, semakin besar perbandingan diameter maka semakin besar minor lossesnya. contoh lainnya yaitu pada pipa yang membelok, disitu terjadi vortex (secondary flow). Secondary flow ini yang menyebabkan minor losses.
selanjutnya pak Dai memberikan tugas untuk mensimulasikan aliran dengan membuktikan adanya secondary flow (vortex) untuk mengetahui adanya minor losses atau tidak. Boleh pembesaran pipa, pengecilan, atau pipa yang membelok. Bandingkan dengan yang dibuku.
