Iza azmar aminudin

بِسْمِ اللهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيْمِ

السَّلاَمُ عَلَيْكُمْ وَرَحْمَةُ اللهِ وَبَرَكَاتُ

Biodata Diri

Iza Azmar Aminudin

Nama  : Iza Azmar Aminudin

NPM  : 1806233316

Prodi  : Teknik Mesin Universitas kelas paralel

Kelas Mekanika Fluida 02-2020

---

---

Pertemuan 1 (31 Maret 2020) : Analisis Laminar Flow menggunakan CFDSOF

---

Analisis Aliran Fluida dalam pipa menggunakan software CFDSOF-NG

Kelas ini dijalankan secara online dan diampu oleh Bang Edo Syafei sebagai Asisten Dosen.

Konsep Dasar

Bilangan Reynold

Bilangan Reynold adalah sebuaah kombinasi tak-berdimensi dari variabel-variabel yang penting dalam kajian aliran viskos. Bilangan ini digunakan untuk mengidentikasikan jenis aliran yang berbeda, misalnya laminar dan turbulen.

Persamaan bilangan Reynold yaitu,

                                                               Re = V.D.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)

Analisis Fluida Dengan Aplikasi CFDSOF-NG

Analisis fluida yang dilakukan pada CFDSOF kali ini adalah analisis kecepatan(u) dan tekanan(p) fluida pada pipa sepanjang 1 meter. Pada analisis kali ini, diasumsikan bahwa fluida mengalami aliran laminar. Berikut adalah asumsi properti fluida yang digunakan dalam menganalisis fluida. Kecepatan awal fluida  : 0,01 m/s

Dynamic VIscosity  : 0,000018 kg/m.s

Rho  : 1,225kg/m3

Kinematic Viscosity  : 1,47 x 10^-5

Diameter  : 0,1 m

maka didapatlah nilai bilangan Reynold sebesar 0,889

Untuk aliran Laminar, bilangan Reynoldnya harus <2100, dengan demikian asumsi ini dapat digunakan untuk analisis aliran fluida.

tampilan Excel asumsi Fluida

Masuk ke dalam software CFDSOf, awalnya kita diberikan suatu analisis untuk bentuk box, karena analisis akan dilakukan dengan tinjauan dua dimensi. Selanjutnya adalah menentukan dimensi dan divisi (grid) untuk menganalisis aliran fluida dalam pipa. Sumbu Z diabaikan karena analisis ini hanya untuk 2 Dimensi.

tampilan dalam software CFD-NG

Lalu, analisis dilanjutkan dengan menentukkan properti fluida sesuai dengan yang diinginkan. Pada kasus ini, properti fluida dan aliran fluida disesuaikan dengan asumsi awal yang akan telah dilakukan untuk aliran lamiran. Selain itu, fluida diasumsikan Inviscid , Incompressible, Steady-State, Laminar serta Subsonic.

asumsi fluida pada software CFDSOF

Selanjutnya kita perlu untuk menjalankan CFD Solver. Setelah dijalankan, akan muncul grafik momentum residual terhadap waktu. Pada kasus ini diperolah iterasi sebanyak 65 kali.

alt text

Untuk visualisasi yang lebih jelas, gunakan software Paraview untuk melihat distribusi kecepatan(u) dan tekanan(p) sepanjang pipa.

Terlihat Kecepatan fluida yang mengalir pada pipa secara umum homogen disepanjang pipa.Kecepatan maksimal berada pada sumbu dari pipa dan bernilai nol pada fluida yang bersentuhan dengan permukaan pipa.Namun terdapat perbedaan pada Inlet dikarenakan Profile belum terbentuk sempurna pada Entrance Region.

Distribusi kecepatan fluida pada pipa

Pada distribusi tekanan terlihat bahwa semakin jauh dari titik inletnya,maka tekanan akan semakin berkurang. Hal ini disebabkan oleh terjadinya head loss atau penurunan tekanan fluida karena adanya gesekan antara permukaan pipa dengan fluida.

distribusi tekanan sepanjang pipa

Untuk mengetahui bentuk profil didapatkan dengan cara melakukan plot pada aliran yang telah sempurna terbentuk (Fully Develop) yaitu berada pada x=0,8 m dari titik (0,0,0). Angka ini didapatkan dari perhitungan Enterance Length yang menunjukkan pada jarak ke berapa profil sudah terbentuk dengan sempurna(Fully Developed).

profil kecepatan dan tekanan aliran fluida

Selanjutnya, terdapat beberapa pertanyaan terkait materi ini yaitu sebagai berikut.

Pada pertemuan ini, Mas Edo sebagai pengajar serta memberi beberapa pertanyaan:

Apa itu entrance region/aliran masuk?

Apa itu fully developed flow/aliran berkembang sempurna?

Apa itu entrance length?

Apa pengaruh viskositas? dan pengaruh pressure drop dalam pipa?

Bagaimana cara menghitung pressure drop suatu aliran dalam laminar/turbulen?

Referensi

Munson, Bruce R. 2004. Mekanika Fluida Edisi keempat jilid 1. Iowa State University, Iowa, USA.

---

Pertemuan 2: 1 April 2020

---

                                                            بِسْمِ اللَّهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيمِ 

Pada pertemuan kali ini, kami menggunakan media Zoom untuk media pembelajaran kami dengan sistem PJJ (Pembelajaran Jarak Jauh). Pertemuan kali ini diampu oleh Bapak Dr. Ir. Ahmad Indra Siswantara dan Bang Edo. Berikut adalah beberpa pelajaran yang saya dapatkan.

A. Konsep Dasar Dalam Mengerjakan Soal Mekanika Fluida

Dalam mata kuliah Mekanika Fluida ada beberapa prinsip yang mendasari berbagai macam konsep dan persamaan yang ada di dalam mata kuliah ini. Diantaranya adalah sebagai berikut.

1) Hukum Konservasi Massa Hukum Kekekalan Massa adalah suatu hukum yang menyatakan massa dari suatu sistem tertutup akan konstan meskipun terjadi berbagai macam proses di dalam sistem tersebut (dalam sistem tertutup Massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama (tetap/konstan). Hukum ini dapat dinyatakan kedalam bentuk persamaan yaitu.

                                                                   dm/dt=0

2) Hukum Konservasi Momentum Hukum kekekalan momentum menyatakan bahwa “jika tidak ada gaya luar yang bekerja pada sistem, maka momentum total sesaat sebelum sama dengan momentum total sesudah tumbukan”. Hukum ini juga merupakan turunan dari hukum Newton kedua untuk gerak. Persamaan dari hukum ini dapat dinyatakan sebagai berikut.

                                                                  dv/dt~∑F

3) Hukum Konservasi Energi hukum kekekalan energi menyatakan bahwa jumlah energi dari sebuah sistem tertutup itu tidak berubah—ia akan tetap sama. Energi tersebut tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan; namun ia dapat berubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi lain. Hukum ini sama seperti yang disampaikan dalam hukum Termodinamika I. Persamaan dari hukum kekekalan energi dalam mekanika fluida dapat dinyatakan sebagai.

                                                                 dE/dt=W+Q

B. Konsep entrance region, entrance length dan fully develop flow

Iliustrasi aliran dalam suatu pipa

Terdapat beberapa konsep terkait aliran dalam suatu pipa. Berikut adalah beberapa definisi dari konsep-konsep tersebut.

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

Sumber: Book of “Fundamental fluid Dynamics By Munson

3) Fully Develeoped Flow adalah kondisi dimana profil kecepatan fluida tidak lagi berubah terhadap koordinat.

C. 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.

Cara menghitung Pressure Drop salah satunya dapat menggunakan persamaan berikut ini.

Rumus cara menghitung Pressure Drop

D. Latihan Soal

Latihan Soal menghitung Pressure Drop

Selanjutnya adalah latihan visualisasi vektor kecepatan pada aliran dalam pipa menggunakan software CFDSOF_NG dan cara menghitung dan memvisualisasikan pressure drop dalam grafik menggunkan software ini.

Jawaban

Dengan asumsi aliran yang mengalir adalah aliran laminar, subsonic, tunak dan incompressible dan dengan parameter-parameter sebagai berikut.

Parameter Aliran

Rumus dalam parameter aliran

Untuk memahami dan memvisualisasikan properti aliran pada soal, gunakan CFDSOF-NG, lalu buatlah mesh dan masukan parameter yang ada ke CFDsof lalu apply.

setelah itu, hasil simulasi CFD menggunakan paraview. Gunakan fungsi Calculator untuk menghitung pressure drop.

Calculator 1: p_static = p*1.2 lalu pilih cell data pada attribute mode Calculator 2: p_dynamic = 0.5*1.2*((U_X^2+U_Y^2)^0.5)^2 lalu pilih cell data pada attribute mode Calculator 3: p_total = p_static+p_dynamic lalu pilih cell data pada attribute mode Setelah itu, lakukan slice. Lakukan slice pada 3 tempat yaitu pada saat sebelum mencapai entrance length, tepat di entrance length dan setelah entrance length.

Setiap melakukan slice pada setiap titik, lakukan integrated variable dengan cara:

Filter --> Alphabetical -> Integrated Variable -> Apply

Lalu tampilkan masing - masing integrated variable di setiap titik slice.

Pada Integrated variabel pilih cell data. Maka akan didapatkan hasil seperti berikut.

a1 (uin=0,01 m/s; μ1=0,00004 kg/m)

Slice 1: 0.05; Slice 2: 0.18; Slice 3: 0.8

a2 (uin=0,01 m/s; μ1=0,00001 kg/m)

Slice 1: 0.05; Slice 2: 0.72; Slice 3: 0.9

b1 (uin=0,01 m/s; μ1=0,00004 kg/m)

Slice 1: 0.02; Slice 2: 0.5; Slice 3: 0.9

b2 (uin=0,04 m/s; μ1=0,00004 kg/m)

Slice 1: 0.05; Slice 2: 0.72; Slice 3: 0.9

Untuk melihat profil kecepatan dengan perbedaan warna pada aliran dan dalam grafik, apply fitur plot over line pada setiap soal.

a1 (uin=0,01 m/s; μ1=0,00004 kg/m)

Slice 1: 0.05; Slice 2: 0.18; Slice 3: 0.8

a2 (uin=0,01 m/s; μ1=0,00001 kg/m)

Slice 1: 0.05; Slice 2: 0.72; Slice 3: 0.9

b1 (uin=0,01 m/s; μ1=0,00004 kg/m)

Slice 1: 0.02; Slice 2: 0.5; Slice 3: 0.9

b2 (uin=0,04 m/s; μ1=0,00004 kg/m)

Slice 1: 0.05; Slice 2: 0.72; Slice 3: 0.9

Kesimpulan dari Hasil Simulasi

Untuk soal a, aliran dengan fluida yang viskositas dinaminya lebih besar (0,00004 kg/m) menghasilkan entrance region yang lebih pendek dibandingan dengan aliran yang memiliki viskositas yang lebih kecil (0,00001 kg/m). Hal ini menandakan bahwa semakin besar viskositas dinamik suatu fluida dalam aliran maka aliran tersebut akan semakin cepat atau jaraknya semakin pencdek untuk mencapai aliran berkembang penuh. Sementara untuk soal b, aloran dengan kecepatan awal yang lebih besar akan menimbulkan entrance region yang lebih pendek sehingga aliran akan berkembang penuh dengan jarak yang lebih pendek. Rugi tekanan yang terjadi aliran yang mengalir seperti di dalam soal akan cenderung semakin besar seiring jaraknya yang bertambah dari sumber aliran.

Pertemuan 3 (07/04/2020): Penjelasan tentang RN, lapisan batas,dan Region pada aliran

Oleh : Dr. Ahmad Indra dan Bang Edo

Pada pertemuan ini pak Dai memberikan penjelasan tentang Reynolds number dan pembahasan PR minggu lalu. Reynolds number menjelaskan tentang bagaimana peranan gaya inersia terhadap gaya lain (dalam hal ini gaya viskos). 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.

Kemudian pak Dai juga menjelaskan tentang apa itu lapisan batas. 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.

Kemudian pak Dai juga memberikan tentang 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.

Setelah materi disampaikan, bang Edo memberikan simulasi terkait PR yang akan dikerjakan dengan software solidworks, CFDSOF dan paraview.

Pertemuan 4 (08/04/2020): Penjelasan tentang viscous sub-layer dan perbedaan profil kecepatan pada aliran laminar dan turbulen

Oleh : Dr. Ahmad Indra dan Bang Edo

Pada pertemuan ini pak Dai menyampaikan materi tentang macam-macam aliran fluida berdasarkan nilai Reynolds numbernya dan lebih banyak membahas tentang aliran turbulen. Pada dasarnya aliran adalah sebuah fenomena dimana suatu fluida mengalami deformasi secara terus menerus. Dalam menentukan jenis aliran fluida kita bisa menggunakan Reynolds Number. Reynolds number adalah perbandingan dari gaya inersia suatu fluida terhadap gaya viskos fluida tersebut. Nilai Reynolds number yang kecil (Re<2200) menggambarkan tentang garis-garis aliran yang bergerak secara ideal dan sangat teratur. Jenis aliran ini adalah aliran laminer. Nilai Reynolds number lebih dari 2200 namun kurang dari 4000, menggambarkan aliran mulai berfluktuasi (bergelombang) secara teratur. Jenis aliran ini adalah aliran transisi. 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. Jenis aliran ini adalah aliran turbulen.

Pada aliran turbulen persoalan yang terjadi adalah bagaimana kita memperkirakan kecepatan lokal pada medan kecepatan untuk mengetahui pergeseran karena gesekan yang disebabkan oleh aliran turbulen tersebut. Kita dapat mengetahuinya dengan menggunakan statistik untuk memperkirakan kecepatan lokal di suatu titik (misalnya titik A). Kemudian dibuatlah fluktuasi pada kecepatan yang disebut dengan kecepatan rata-rata. Pada dasarnya kecepatan rata-rata tidak menggambarkan kecepatan aliran turbulen, namun kecepatan rata-rata tersebut digunakan untuk mencari kecepatan aliran turbulen yang riil. Rumus kecepatan turbulen adalah kecepatan rata-rata ditambah dengan kecepatan fluktuasi pada aliran tersebut. Kecepatan fluktuasi adalah selisih kecepatan rata-rata dengan kecepatan sesaatnya.

Pada soal di buku Munson nomor 8.4 bagian a menyinggung tentang viskos sub-layer. Viskos sub-layer adalah suatu lapisan tipis dekat dinding aliran turbulen yang memiliki gaya turbulen kecil yang nantinya energi turbulen tersebut diubah menjadi energi panas.

Kemudian bang Edo memberikan tentang gambaran profil kecepatan antara aliran laminer dan aliran turbulen sebagai berikut:

Grafik tersebut sudah dilakukan normalisasi dengan cara membagi masing-masing kecepatan pada setiap titik dengan kecepatan aliran masuk agar grafik aliran laminer terlihat lebih jelas dikarenakan selisih nilai kecepatan aliran laminer dan turbulen terlampau sangat jauh. Maka dari itu agar kita dapat melihat dengan jelas profil kecepatan masing-masing aliran dilakukan normalisasi pada kecepatan aliran-aliran tersebut pada setiap titik.

Pertemuan 5 (14/04/2020): QUIZ 1

Nama : Iza Azmar Aminudin NPM : 1806233316 Mekanika fluida -02 بِسْمِ اللهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيْمِ

                                    Artikerl 1: Governing Equation dalam aliran laminar fluida dalam pipa

Dari Soal Jawab : Analytical solution of laminar flow through the parallel- plate Kecepatan aliran laminar yang mengalir dalam suatu pipa dapat ditentukan (govern) oleh suatu persamaan yang dinamakan persamaan Navier-Stokes. Persamaan ini dapat dioperasikan bilamana nilai properti gradien tekanan, viskositas, dan jarak antar pipa diketahui. Dalam kasus ini, kecepatan u dalam suatu profil aliran fluida merupakan fungsi dari jaraknya terhadap pipa y. Konsep dasar yang mendasari governing equation ini adalah dari hukum konservasi momentum (m dv/dt = ∑ F) yang mengacu pada hukum Newton 2 untuk gerak. Untuk aliran laminar, jika kita tinjau dari arah vertical, komponen kecepatannya=0 atau tidak ada vector keceptan yang searah sumbu vertikal. Sementara untuk sumbu horizontal, kecepatan jika kita menggunakan persamaan navier stokes dan hukum konservasi momentum dan mengaplikasikan boundary condition yang ada, akan didapatkan bahwa kecepatan suatu aliran fluida bergantung pada jaraknya terhadap plat (y) dan juga gradien kecepatan. Sementara dalam persamaan tersebut, kecepatan yang ada berbanding lurus dengan kuadrat jarak fluida dengan plat pipa (y2). Hal ini menandakan bahwa profile kecepatan akan berbentuk parabolic di suatu satuan Panjang pipa (x) karena persamaan profil kecepatan tersebut adalah fungsi kuadrat yang berbentuk parabola dengan puncaknya terdapagt di H/2 (titik tengah aliran) dan kecepatan aliran akan sama dengan 0 saat tepat berada dinding pipa.

                Artikel 2: Hukum Konservasi Momentum Pada aliran fluida yang melewati Pipa sebelum memasuki fase Fully Developed Flow

Dari soal Jawab : Laminar Parallel Plate Flow - CFD Simulation Saat suatu aliran memasuki pipa, aliran ini akan melewati Entrance Region. Seperti kita ketahui bahwa dalam menganalisis suatu permasalahan dalam mekanika fluida, kita perlu menerapkan konsep dasar yang salah satunya adalah hukum konservasi momentum. Lalu jika dihubungkan dengan hukum konservasi momentum, Apa sebenarnya yang terjadi pada aliran tersebut saat memasuki entrance region? Pada dasarnya, terdapat tiga gaya yang mempengaruhi pergerakan aliran yaitu yang berasal dari tekanan fluida, viskositas yang mempengaruhi tegangan geser, dan juga inersia. Menurut hukum konservasi momentum terjadi kesetimbangan antara ketiga gaya tersebut yang dapat dirumuskan sebagai berikut.

Dan pada saat memasuki entrance region, antara tekanan dan gaya viskositas teruslah berubah sepanjang pipa dalam kurun entrance region. Pada saat ini, Pressure drop yang terjadi pada aliran akan lebih besar dibandingkan ketika saat sudah memasuki fase fully developed flow. Hal ini diakibatkan karena gradien tekanan yang lebih besar dan tidak konstan karena adanya percepatan atau perlambatan pada aliran. Hal ini sesuai dengan yang diungkapkan sebelumnya mengenai konservasi momentum serta keseimbangan antara gaya tekan dan gaya viskos.

                                             Artikel 3: Perbedaan profil kecepatan aliran turbulen dan laminar

Dari Turbulent Parallel Plate Flow - CFD Simulation Case study Dengan menggunakan CFDsof untuk memvisualisasikan perbedaan antara aliran laminar dan turbulen, sebelumnya perlu diketahui bahwa secara matematis, perbedaan antara aliran aliran dan turbulen terdapat pada bilangan Reynolds-nya di mana pada aliran turbulen yang memiliki bilangan Reynolds yang lebih besar, gaya inersia lebih dominan pada aliran ini. Saat sudah mencapai fully developed flow, profil kecepatan pada aliran laminar lebih rapih membentuk suatu parabola dengan puncaknya terdapat pada titik terjauh dari plat pipa. Untuk aliran turbulen, pada bagian tengah aliran, profil kecepatannya terlihat sedikit lebih mendatar dibandingkan dengan aliran laminar yang lebih seragam. Pada bagian dekat dengan dinding pipa, energi kinetik pada fluida tinggi namun tidak setinggi disipasinya sehingga profil keceptan aliran bisa sangatlah kecil hingga=0. Untuk bagian tengah pipa, energi kinetic dari aliran lebih besar dibandingkan dengan dissipasinya, sehingga profil kecepatan pada titik ini terlihat lebih besar.

                              Artikel 4: Pengaruh sudut kemiringan pipa terhadap Rugi Tekanan untuk Aliran Laminar

Soal jawab mekanika fluida, munson, example 8.2 laminar pipe flow Dari soal-jawab ini, saya mendapatkan informasi terkait nilai dari pressure drop dapat dipengaruhi juga oleh adanya kemiringan dari yang mengakibatkan adanya ‘pergantian’ energi yang hilang akibat adanya gesekan antara fluida dengan pipa yang menyebabkan rugi tekanan. Hal ini dapat terjadi akibat dari perbedaan potensial (ketinggian) dari masing2 posisi fluida sepanjang sumbu x, yang mana adanya perbedaan potensial (ketinggian) inilah yang memberikan energi dari gravitasi terhadap fluida yang dapat menambal energi yang hilang akibat adanya gesekan antara fluida dengan dinding pipa. Ini berarti, pada untuk mendesain suatu aliran yang melewati pipa dengan posisi memilii sudut kemiringan terhadap sumbu horizontal, kemiringannya perlu untuk dijadikan parameter dalam perhitungan karena dapat mempengaruhi rugi tekanan dan energi dalam aliran. Hubungan Ketebalan Viskos Sub-layer dengan rugi tekanan Dari Soal Jawab Turbulent Pipe Flow Properties, Example 8.4, FFM, Munson et. al Konsep pressure drop (jatuh tekanan) adalah adanya energi yang hilang akibat dari tegangan geser fluida dengan permukaan pipa yang ditimbulkan oleh gaya viskositas. Adanya viscous sublayer dipengaruhi oleh gradien kecepatan dan adanya gradien kecepatan dipengaruhi oleh adanya gaya viskositas yang juga menimbulkan tegangan geser. Sehingga didapatlah hubungan antara viscous sublayer dengan pressure drop. Aliran turbulen fully developed dapat dibagi menjadi 3 daerah yang dibedakan berdasarkan jarak daerah tersebut dari dinding pipa: daerah viscous sublayer (sublapisan viskos) yang sangat dekat dengan dinding pipa, daerah overlap (tumpang tindih), dan daerah turbulent layer (lapisan turbulen) sepanjang bagian pusat aliran. Pada sublapisan viskos, viscous shear stress (tegangan geser viskos) lebih dominan daripada tegangan Reynolds (tegangan turbulen) dan tidak ada fenomena pusaran-pusaran pada aliran. Kebalikannya di daerah lapisan turbulen, tegangan Reynolds lebih dominan dan bisa terjadi fenomena pusaran-pusaran pada aliran.

                                             Artikel 5: Konsep Rugi Tekanan Dalam Aliran Laminar dan Turbulen

Dari Soal Jawab Comparison of Laminar or Turbulent Pressure Drop Pressure drop merupakan rugi tekanan yang diakibatkan adanya gesekan fluida dengan dinding-dinding pipa sehingga energi yang dihasilkan oleh tekanan masuk akan diserap oleh dinding pipa menjadi energi panas. Pressure drop ini sangat penting untuk mendesain pipa-pipa pada gas untuk merancang seberapa besar tekanan yang harus diberikan saat masuk agar sampai pada tempat yang diinginkan. Pada pressure drop ini erat kaitannya dengan gaya inersia. Bilangan reynold adalah perbandingan antara gaya inersia terhadap gaya viscous pada fluida, semakin besar gaya inersia yang dialami oleh fluida maka akan semakin besar bilangan reynold yang dihasilkan. Pada aliran laminar gaya inersia yang dialami lebih kecil dibandingkan pada aliran turbulen. Di sisi lain, adanya pressure drop adalah akibat dari gesekan antara fluida dengan dinding pipa yang menimbulkan gaya hambat/gaya inersia yang 'mengganggu' keseragaman vektor kecepatan aliran. Sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwa gaya inersia disini mengambil peranan penting terhadap rugi tekanan yang terjadi. Apabila bilangan reynold nya besar, gaya inersia nya besar, maka pressure drop yang dialami oleh aliran juga semakin besar diakibatkan gaya gesek fluida dengan dinding yang besar.

Pertemuan 6 (15/04/2020) : Minor Head Losses

Pada pertemuan ini, pak Dai memberikan penjelasan mengenai loss antara inlet dan outlet. Ada dua losses yaitu major losses dan minor losses. Major losses disebabkan oleh gesekan wall dan viskositas. Energi berkurang akibat adanya disipasi energi. Major losses ini bisa dihitung dengan friction factor yang didapatkan dari Moody chart atau the Colebrook equation.

Berbeda dengan major losses yang terjadi pada pipa lurus, minor losses dapat terjadi pada bagian pipa yang tidak lurus, seperti valves, bends, tees, dan lain-lain. Contoh lainnya yaitu pada pipa divergen ataupun konvergen. Kita bisa menentukan berapa besarnya head loss(hl) dan pressure drop(Δp) dengan menghitung loss coefficient(Kl). Head loss adalah penurunan tekanan pada fluida mengalir. Rumusnya adalah:

Selanjutnya kami diberikan tugas dari pak Dai mengenai simulasi aliran dengan membuktikan adanya minor losses. Pipa yang dipilih bebas, boleh diperbesar, diperkecil, sudden, ataupun gradual.

Analisis Minor Losses dengan CFDSOF

---

Berikut adalah model pipa sepanjang 200 mm dengan diameter 1 30 mm dan diameter 2 20 mm:

Berikut adalah hasil simulasi pada inlet, dengan slice pada jarak 0.001 m

Slice 2 dilakukan pada perbedaan diameter yaitu 0.1 m

Slice 3 pada outlet, dengan slice pada jarak 0.199 m

Berikut tekanan tiap slice:

Pertemuan 7 (21/04/2020) : Perubahan energi kinetik air menjadi energi potensial pada sudu Turbin air

Pada pertemuan ini pak Dai mempersilahkan bang Agil M'16 untuk mempresentasikan hasil risetnya yang membahas mengenai perubahan energi kinetik pada air menjadi energi mekanik pada roda air.

Pertemuan 8 (22/04/2020)

Pada pertemuan ini tiap mahasiswa dipersilahkan menunjukkan kontribusinya di wikipage air.eng.ui.ac.id ini dan mempresentasikan salah satu materi yang palik menarik dan paling dipahami. Urutan presentasi ini sesuai abjad, dimulai dari A hingga terakhir E untuk pertemuan ini, karena waktunya sudah habis.

Pak Dai juga memberikan ringkasan mengenai materi pasca UTS, yaitu flow dynamics. Flow dynamics dibagi dua, internal flow dan external flow.

Internal flow adalah aliran yang dibatasi dinding

External flow adalah aliran yang boundarynya tidak dibatasi benda padat atau dinding.

Pak Dai juga memberi tugas besar yaitu melakukan simulasi internal flow atau external flow tentang medan aliran fluida untuk aplikasi di bidang engineering. Output tugas ini adalah membuat makalah dengan deadline satu minggu sebelum UAS.

Pertemuan 9 (28/04/2020)

Pertemuan ini melanjutkan presentasi tiap mahasiswa dalam kontribusi di wikipage dan salah satu materi yang paling dimengerti. Saya menjelaskan mengenai Governing Equation dimana persamaan ini biasa juga dikenal dengan Hukum Konservasi Massa.

Persamaan diatas (3.13) adalah governing equation atau Hukum konservasi massa dimana total massa fluida yang masuk pada Pipa (Inlet) = total massa fluida yang keluar Pipa (Outlet) .Dimana kecepatan pada pipa (u) hanhya bergantung pada komponen x dan tidak bergantung pada komponen y atau dengan kata lain tidak terjadi perubahan kecepatan fluida pada sumbu y .Hal ini sejalan dengan hukum kontinuitas dari fluida. Pada persamaan (3.24) adalah hukum konservasi momentum dimana du/dt = 0 menunjukkan bahwa fluida tidak berubah terhadap waktu (Steady).du/dx=0 menunjukkan tidak ada gradien kecepatan terhadap x atau dengan kata lain kecepatan fluida sepanjang sumbu x tidak berubah. Sebaliknya du/dy memiliki nilai karena kecepepatan fluida berubah terhadap sumbu y akibat adanya gesekan antara fluida dan permukaan pipa. V bernilai nol karena tidak ada kecepatan fluida di sumbu y. dengan mengeleminasi besaran yang bernilai nol maka diperoleh persamaan profil kecepatan U dalam arah y seperti persamaan (3.4-A)

Pertemuan 10 (29/04/2020)

Pada pertemuan ini pak Dai menjelaskan mengenai flow over immersed body. Contohnya yaitu aliran angin pada motor, mobil, dan bangunan. Contoh lainnya adalah pada airfoil pesawat. Pada airfoil pesawat, terdapat dua tegangan, yaitu:

- tegangan normal : aliran akan memberikan gaya karena distribusi tekanan dan menyebabkan lift pada pesawat.

- tegangan geser : dimana gaya tersebut akan menimbulkan hambatan bagi benda yang dilalui atau drag.

Kemudian bang Edo memberikan materi simulasi pada CFDSOF mengenai streamline pada external flow. Untuk simulasi kali ini, model yang digunakan adalah mobil. Pertama-tama masukkan model mobil tersebut ke dalam CFDSOF.

Kemudian buat mesh sehingga mobil berada di tengah mesh tersebut. Tentukan juga boundary nya. Pada x- yaitu inlet, x+ outlet, y- wall, y+ boundary, dan sumbu z empty karena kita simulasi pada 2 dimensi saja.

Buat box dengan refinment pada sekitar mobil. Refinement berfungsi untuk merapatkan mesh sehingga hasil simulasi yang didapatkan pada wilayah ini hasilnya lebih detail.

Setelah itu ubah fluid properties berdasarkan hasil perhitungan dari excel.

Jalankan simulasi di run solver dengan runtime 10 detik tiap 0,1 detik. Tunggu sampai selesai dan pindah ke paraview. Di paraview pilih surface LIC untuk melihat vortex di bagian belakang mobil.

Pada hasil streamline tersebut terlihat vortex yang dihasilkan. Besarnya vortex ini tergantung dari Reynolds Numbernya. Semakin besar reynolds numbernya semakin banyak pula vortex yang dihasilkan. Selain itu vortex juga dipengaruhi oleh bentuk modelnya.

Jawaban :

Pressure drop adalah penurunan tekanan pada fluida di dalam pipa yang diakibatkan oleh Gasa gesek(viskos) yang terjadi antara fluida dan dinding pipa. Rumus pressure drop yang biasa kita kenal, berasal dari penurunan besarnya tegangan geser yang terjadi pada dinding pipa

Jika kita bandingkan Aliran A dan B misalnya yang memiliki properties fluida, kecepatan aliran, serta panjang pipa yang sama namun memiliki diameter yang berbeda. Maka Aliran A yang memiliki diameter yang besar akan mengalami penurunan tekanan yang kecil. Hal ini dikarenakan pada diameter yang besar,Luas penampangnya juga besar yang berakibat pada gaya gesek menjadi lebih kecil(terdistribusi pada daerah yang lebih luas). Akibat gaya gesek per satuan luas nya menjadi kecil, pressure dropnya pun menjadi kecil.sebaliknya pada Aliran B yang memiliki diameter kecil memiliki pressure drop yang besar dikarenakan tegangan geser per satuan luasnya lebih besar akibat dari penampang yang kecil.

Mohon untuk dikoreksi apabila ada yang salah terima kasih

Pertemuan 11 (05/05/2020)

Terdapat 3 komponen penilaian untuk Evaluasi Tugas Belajar yaitu :

1.Softskill : meliputi Value yang dipegang seperti kerajinan,Attitude dan kesungguhan dalam belajar mekflu 2.Understanding : meliputi konsep yang dimengerti oleh setiap individu 3. Analytical skill : meliputi kemampuan menganalisis sebuah konsep seperti penurunan rumus dari sebuah konsep kepada konsep lain.

Pada pertemuan kali ini juga terdapat perdebatan dan pertanyaan yang perlu dijawab yaitu Mengapa besarnya pressure drop berbanding terbalik dengan Diameter Pipa?

Jawaban :

Pressure drop adalah penurunan tekanan pada fluida di dalam pipa yang diakibatkan oleh Gasa gesek(viskos) yang terjadi antara fluida dan dinding pipa. Rumus pressure drop yang biasa kita kenal, berasal dari penurunan besarnya tegangan geser yang terjadi pada dinding pipa

Jika kita bandingkan Aliran A dan B misalnya yang memiliki properties fluida, kecepatan aliran, serta panjang pipa yang sama namun memiliki diameter yang berbeda. Maka Aliran A yang memiliki diameter yang besar akan mengalami penurunan tekanan yang kecil. Hal ini dikarenakan pada diameter yang besar,Luas penampangnya juga besar yang berakibat pada gaya gesek menjadi lebih kecil(terdistribusi pada daerah yang lebih luas). Akibat gaya gesek per satuan luas nya menjadi kecil, pressure dropnya pun menjadi kecil.sebaliknya pada Aliran B yang memiliki diameter kecil memiliki pressure drop yang besar dikarenakan tegangan geser per satuan luasnya lebih besar akibat dari penampang yang kecil.

Mohon untuk dikoreksi apabila ada yang salah terima kasih

Pertemuan 12 (12/05/2020)

Pada pertemuan kali ini, pak Dai menjelaskan tentang Drag Force yang terjadi pada Airfoil. Selain itu dari pertemuan kali ini juga muncul pertanyaan

"Mengapa daerah atas airfoil alirannya lebih cepat dibanding daerah di bawahnya?"

Assalamu’alaikum Wr. Wb

Untuk aliran eksternal, geometri benda yg melewati fluida akan mempengaruhi karakteristik aliran fluida tersebut. Dalam hal ini, benda yg dikaji adalah airfoil yg dimaksudkan untuk dapat mengambang dan hal ini juga dapat diartikan bahwa tekanan fluida yang mengangkat air foil lebih besar dari tekanan di upstream airfoil. Untuk memahami konsep ini, kita dapat menggunakan visualisasi dengan streamline. Mula-mula, kita perlu membayangkan bahwa aliran yang mengalir melalui airfoil berada diantara dua garis maya yang jaraknya sama seperti pada gambar yang dikirim oleh pa Dai. Bagian atas airfoil dengan geometri tertentu terlihat diameter/luas penampangnya akan mengalami perubahan yaitu dari yang diperkecil hingga lebih besar. Untuk daerah dengan luas penampang yang lebih kecil, gradien streamlinenya terlihat lebih rapat ke arah sumbu-y, dengan demikian gradien streamline pada arah y lebih besar. Di sisi lain, gradien streamline adalah kecepatan aliran fluida, maka untuk daerah dengan streamline yang lebih rapat, maka kecepatannya akan lebih besar pula dan aliran fluida akan mengalami percepatan. Hal ini merupakan konsekuensi dari hukum konservasi massa V1A1=V2A2. Jika kita menggunakan hukum konservasi energi, daerah yang memiliki energi kinetik yang lebih besar, maka tekanannya akan diperkecil seiring dengan hukum konservasi energi. Sementara di daerah downstream, tekanan fluida akan tetap karena luas penampangnya yang tetap dari awal dan energi kinetiknya tidak berubah (kerapatan streamline di bawah airfoil terlihat tidak terjadi perubahan yang signifikan). Dengan asumsi aliran inviscid, aliran masuk mendekati airfoil kemudian akibat retardasi oleh dinding dari air foil akan membentuk adanya boundary layer dan terbentuklah profil kecepatan akibat adanya efek viskositas. Sementara untuk bagian atas airfoil, energi kinetik pada daerah kontak sampai ke ‘puncak’ air foil akan meningkat sementara dari puncak ketinggian air foil hingga ke bagian ujung airfoil energi kinetik akan berkurang seiring dengan luas penampang yang seolah-olah membesar, aliran fluida diperlambat, dan tekanan juga membesar. Nantinya ada suatu titik di mana energi kinetik tidak dapat menahan tekanan fluida dan di titik berikutnya, pola alirannya akan berubah. Titik ini disebut sebagai separation point. Nantinya pada titik ini karena terjadi pemisahan akan terbentuk vortex. Hal ini terjadi akibat tekanan di downstream lebih besar dari tekanan di depannya. Hal ini mengakibatkan adanya drag yang disebabkan oleh adanya vortex.

Iza Azmar Aminudin 1806233316

Analisis Pengaruh Penggunaan Rear Wing untuk mereduksi Drag akibat External Flow pada mobil F1

Dalam kajian Mekanika Fluida dalam external flow, kita mengenal suatu istilah yang dinamakan sebagai Drag. Drag adalah suatu gaya netto dalam arah aliran karena tekanan dan gaya geser pada permukaan benda. Salah satu bidang yang dipengaruhi oleh adanya drag secara signifikan adalah pada balapan mobil F1. Adanya drag dapat mengganggu kecepatan mobil terutama pada kecepatan yang tinggi serta mempersulit pengendara untuk bermanuver.Untuk itu diperlukan suatu teknologi yang dapat digunakan pada mobil F1 untuk mengurangi drag.

Ilustratsi Desain Mobil F1 (sumber: https://felixdicit.com/make-2017-formula-1-livery-template/)

Mobil F1 memiliki bagian belakang yang menukik ke bawah dengan sudut tertentu. udara yang mengalir Melalui Lalu bagian belakang ini dengan kecepatan yang lebih tinggi, mengakibatkan flow seperation. Aliran udara menjadi turbulen dan zona bertekanan rendah terbentuk, hal ini meningkatkan drag. dengan adanya rear wing pada mobil F1 dapat mengurangi pemisahan aliran yang mengakibatkan berkurangnya Drag pada mobil F1.