Virsya Pramesti Salsabila

بِسْمِ اللهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيْمِ

السَّلاَمُ عَلَيْكُمْ وَرَحْمَةُ اللهِ وَبَرَكَاتُ

Biodata

Nama : Virsya Pramesti Salsabila

NPM : 1806181760

Fakultas/Jurusan : Teknik/Teknik Mesin

Tempat/Tanggal Lahir : Banjarmasin, 21 September 2001

Kelas Mekanika Fluida-02

Pertemuan 1 (31 Maret 2020)

Pertemuan pertama dari Perkuliahan Jarak Jauh (PJJ) dilakukan dengan video call melalui aplikasi Zoom.us oleh Asisten Dosen dari Pak DAI yaitu Bang Edo. Perkuliahan dimulai dengan sedikit review materi mengenai viskositas fluida. Setelah perkuliahan berjalan sekitar 30 menit pembahasan materi disudahi dan dilanjutkan dengan pengenalan awal penggunaan Software CFDSOF v1.5.

CFDSOF merupakan software simulasi analisis rekayasa berbasis Computational Fluid Dynamics (CFD). Pada pertemuan hari ini kami mempelajari cara membuat simulasi aliran laminar pada pipa 2D.

Kemudian dilakukan pula simulasi menggunakan software lain yaitu ParaView. Berikut merupakan bentuk simulasi pada ParaView beserta grafik yang dihasilkan

Pada pertemuan hari ini kami juga diberikan beberapa pertanyaan, yaitu :

1. Apa itu Entrance Region?
2. Apa itu Aliran Berkembang Sempurna (Fully Developed Flow)?
3. Apa itu Entrance Length?
4. Apakah pengaruh viskositas dan Pressure Drop pada aliran pipa?
5. Bagaimana cara menghitung Pressure Drop pada suatu aliran?

Jawaban :

1. Entrance Region adalah daerah atau bagian pada pipa yang dilalui oleh aliran hingga mencapai kondisi kecepatan aliran fluida yang seragam
2. Aliran Berkembang Sempurna (Fully Developed Flow) adalah kondisi ketika profil kecepatan aliran fluida sudah seragam
3. Entrance Lenght adalah jarak yang dilalui aliran dari awal masuknya fluida hingga titik awal aliran mencapai kondisi aliran berkembang sempurna (Fully Developed Flow)
4. Pengaruh viskositas pada pipa adalah semakin besar viskositas maka semakin sulit fluida untuk bergerak didalam pipa. Sementara itu pengaruh Pressure Drop pada pipa adalah nilainya akan meningkat sebanding dengan gesekan dalam jaringan pipa dan begitu pula sebaliknya
5. Pada Aliran Laminar

Pada Aliran Turbulen

Pertemuan 2 (1 April 2020)

Pertemuan kedua ini dimulai dengan penjelasan materi oleh Pak DAI serta dilanjutkan dengan tutorial cara menghitung Pressure Drop pada pipa oleh Bang Edo.

Materi yang dibahas oleh Pak DAI merupakan mengenai rumus dasar pada Mekanika Fluida, yaitu :

1. Konservasi Energi

   

2. Konservasi Massa

   

3. Konservasi Momentum

   

Setelah itu diberi juga penjelasan mengenai pertanyaan yang diberikan pada pertemuan sebelumnya yaitu mengenai Entrance Region, Fully Developed Flow, dan Entrance Lenght. Berikut merupakan skema dari istilah diatas :

Kami juga diberikan suatu contoh kasus Incompressible Laminar Flow untuk disimulasikan pada CFDSOF. Berikut merupakan soal yang ditugaskan:

(a) Berikut merupakan hasil simulasi menggunakan CFDSOF dengan inlet velocity sebesar 0.01 m/s dan dynamic viscosity sebesar 4x10^-5 kg/m.s

Berikut merupakan bentuk simulasi pada ParaView beserta grafik yang dihasilkan

Berikut merupakan hasil simulasi menggunakan CFDSOF dengan inlet velocity sebesar 0.01 m/s dan dynamic viscosity sebesar 10^-5 kg/m.s

Berikut merupakan bentuk simulasi pada ParaView beserta grafik yang dihasilkan

(b) Berikut merupakan hasil simulasi menggunakan CFDSOF dengan dynamic viscosity sebesar 4x10^-5 kg/m.s dan inlet velocity sebesar 0.01 m/s

Berikut merupakan bentuk simulasi pada ParaView beserta grafik yang dihasilkan

Berikut merupakan hasil simulasi menggunakan CFDSOF dengan dynamic viscosity sebesar 4x10^-5 kg/m.s dan inlet velocity sebesar 0.04 m/s

Berikut merupakan bentuk simulasi pada ParaView beserta grafik yang dihasilkan

Pertemuan 3 (7 April 2020)

Pada pertemuan ketiga ini perkuliahan kembali dimulai dengan pembahasan materi dari Pak DAI dan juga latihan simulasi dari Bang Edo.

Pak DAI memulai dengan mengulang kembali materi-materi perkuliahan sebelumnya, kemudian membahas mengenai Governing Equation pada rumus dasar Mekanika Fluida yang dibahas pada pertemuan kedua. Governing Equation yang dimaksud dapat dilihat dari gambar dibawah ini.

Setelah itu Pak DAI membahas mengenai hubungan gaya inersia dengan Bilangan Reynold. Bilangan Reynold merupakan perbandingan antara inertia force dengan friction force, seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini.

Pak DAI juga menjelaskan mengenai pengaruh viskositas fluida pada Entrance Region dan Fully Developed Flow. Semakin kental fluida, maka fluida akan mencapai Fully Developed Flow lebih cepat dan pembentukan Entrance Region. Begitu pula sebaliknya.

Kemudian kami juga diberikan soal dibawah ini oleh Pak DAI untuk dipelajari dan juga didiskusikan bersama

Latihan simulasi dari Bang Edo kali ini dimulai dengan membuat model pipa pada software SolidWorks. Kemudian, bagian model pipa tersebut di save sebagai file .stl secara terpisah untuk membedakan bagian inlet, outlet, dan wall. Setelah itu dilanjutkan kembali menggunakan CFDSOF untuk melakukan simulasi pada fluida tersebut.

Pertemuan 4 (8 April 2020)

Pertemuan kali ini Pak DAI membahas mengenai pengaruh Bilangan Reynold terhadap suatu aliran, terutama aliran turbulen. Pada Bilangan Reynold rendah, lapisan bergerak dengan ideal karena masih terpengaruh dengan efek viskositas yang besar. Aliran dengan Re rendah ini disebut juga dengan Aliran Laminar. Sementara itu pada Aliran Turbulen yang memiliki Re tinggi, kecepatan aliran akan terus berubah-ubah setiap saat (rapid fluctuation). Gambar dibawah ini merupakan grafik kecepatan Aliran Turbulen terhadap waktu pada suatu titik.

Dari grafik tersebut kita dapat menentukan kecepatan rata-rata dengan rumus dibawah ini.

Dengan v bar adalah kecepatan rata-rata dan v' merupakan kecepatan fluktuasi.

Kami juga membahas contoh soal dibawah ini

Pertemuan 5 (14 April 2020)

Pada pertemuan kelima ini, Pak DAI mengadakan Quiz 1 dimana kami harus membuat artikel yang topiknya berhubungan dengan Soal-Jawab Mekanika Fluida nomor 1 hingga 6. Dibawah ini merupakan artikel yang saya buat untuk quiz ini:

1. Analytical Solution of Laminar Flow Through the Parallel-Plate

   Persamaan pada Mekanika Fluida

   Pada mekanika fluida terdapat 3 rumus dasar, yaitu Hukum Konservasi Energi, Hukum Konservasi Massa, dan Hukum Konservasi Momentum.

   

   Governing Equation merupakan persamaan yang menjelaskan baagaimana nilai dari variabel yang tidak diketahui (dependent) ketika variabel yang diketahui (independent) berubah. Pada pembahasan Example 3.4 ini dapat dilihat bahwa solusi ini merupakan Governing Equation yang didapatkan dari menurunkan Hukum Kekekalan Massa dan Hukum Kekekalan Energi.

   Apabila terdapat detail viskositas, jarak plat, dan sebagainya kita dapat memprediksi solusi yang ada pada pembahasan menggunakan Navier-Stokes Equation. Persamaan ini menjelaskan bagaimana hubungan kecepatan, tekanan, temperatur, dan massa jenis fluida bergerak

2. Laminar Parallel Plate Flow - CFD Simulation

   Pengaruh Reynold Number pada Suatu Aliran Laminar

   Bilangan Reynold merupakan perbandingan antara inertia force dengan friction force. Apabila Re bernilai kecil (<2100) maka inertia force tidak mendominasi friction force, sehingga aliran tersebut bersifat laminar.

   Ditanyakan profil kencepatan antara inlet dengan hydrodynamic entrance length, yaitu jarak yang dilalui aliran dari awal masuknya fluida hingga titik awal aliran mencapai kondisi aliran berkembang sempurna.

   Dari solusi profil kecepatan yang tersedia dapat terlihat pengaruh viskositas dan kecepatan fluida terhadap pembentukan aliran berkembang sempurna. Semakin rendah nilai Re, maka semakin cepat terbentuknya aliran fluida berkembang sempurna. Hal ini menyebabkan Entrance Length yang lebih pendek.

3. Turbulent Parallel Plate Flow - CFD Simulation Case Study

   Pengaruh Reynold Number pada Suatu Aliran Turbulen

   Apabila Re bernilai besar (>4000) maka inertia force mendominasi friction force, sehingga aliran tersebut bersifat turbulen. Aliran turbulen mengalami perubahan kecepatan secara rapid setiap saat (fluktuasi). Oleh karena itu dibutuhkan rumus untuk memperhitungkan kecepatannya.

   

   Dengan nilai re yang besar maka mencapi aliran berkembang sempurna juga lebih lama, sehingga memiliki entrance length yang lebih panjang.

4. Soal Jawab Mekanika Fluida, Munson, Example 8.2 Laminar Pipe Flow

   Pressure Drop pada Aliran dalam Pipa

   Pressure Drop adalah penurunan tekanan dari satu titik dalam pipa atau tabung ke hilir titik. Pressure drop pada pipa nilainya akan meningkat sebanding dengan gesekan dalam jaringan pipa dan begitu pula sebaliknya. Pada aliran laminar pressure drop dapat dihitung dengan rumus dibawah ini:

   

   Pada aliran turbulen:

   

   Pressure drop pada pipa juga dipengaruhi oleh tingkat kemiringan pipa. Hal ini disebabkan oleh adanya tekanan hidrostatik, yaitu tekanan yang ada karena ketinggian fluida dari fluida terhadap titik steady statenya.

5. Turbulent Pipe Flow Properties, Example 8.4, FFM, Munson Et. Al

   [http://air.eng.ui.ac.id/index.php?title=Turbulent_Pipe_Flow_Properties,_Example_8.4,_FFM,_Munson_et._al#Artikel_9:_Pembentukan_Viscous_Sub-Layer_pada_Aliran_Turbulen_dalam_Pipa Pembentukan Viscous Sub-Layer pada Aliran Turbulen dalam Pipa

   

   Pada suatu aliran pipa terdapat viscous sublayer yang merupakan lapisan yang berada pada pinggir pipa. Dilihat pada gambar diatas kita dapat melihat bagaimana shear stress dan kecepatan fluida dapat dipengaruhi oleh reynold's number. Kecepatan fluida pada pinggiran dari boundary layer lebih seragam dan kecepatan tinggi ini lebih ditemukan dekat pada wall dibandingkan dengan pada aliran laminar. Hal ini menyebabkan gradien yang sangat curam di posisi dekat pada wall dan memiliki shear stress yang tinggi. Shear stress dan pressure drop yang lebih tinggi pada aliran turbulen ini disebabkan oleh tebalnya viscous sublayer.

6. Comparison of Laminar or Turbulent Pressure Drop

   [http://air.eng.ui.ac.id/index.php?title=Comparison_of_Laminar_or_Turbulent_Pressure_Drop#Artikel_10_hasil_diskusi:_Perbandingan_Pressure_Drop_pada_Aliran_Laminar_dan_Turbulen Perbandingan Pressure Drop pada Aliran Laminar dan Turbulen

   Pressure drop pada aliran turbulen lebih besar dibandingkan pada aliran laminar. Nilai pressure drop ini dikarenakan aliran turbulen memiliki tegangan gesek dan viscous, sementara pada aliran laminar hanya didominasi oleh tegangan viscous. Selain itu dipengaruhi juga oleh friction factornya, dimana pada aliran laminar menggunakan rumus yang dipengaruhi oleh Re saja dan pada aliran turbulen friction factor ditentukan berdasarkan formula ColeBrook