Valve-Christian Emanuel Kefi
Contents
BIODATA DIRI
Nama : Christian Emanuel Kefi
NPM : 1906435460
Pendidikan Terakhir : Diploma III
Pertemuan Sistem Fluida-03
Pertemuan 1 : Kamis,12 November 2020
Pada pertemuan ini membahas tentang valve, fungsi utama valve adalah mengatur aliran fluida.
Fungsi dari valve :
1. membuka atau menutup aliran,
2. sebagai pengatur jumlah aliran/regulator
3. mengarahkan aliran menjadi satu arah/ tidak ada aliran balik
Valve memiliki beberapa jenis berdasarkan bentuknya, antara lain : Gate valve, Globe valve, Ball valve, butterfly valve, check valve.
buterfly valve yang umum digunakan, globe valve sering digunakan untuk mereduksi.
Dalam pertemuan ini juga dilakukan simulasi aliran fluida dalam gate valve menggunakan aplikasi CFD. Tujuan dari simulasi ini adalah mencari berapa pressure drop yang melewati gate valve tersebut. Dalam melakukan simulasi, valve dianggap terbuka penuh dengan diameter valve 1 inch. Pada bagian kiri dianggap inlet, kanan sebagai outlet, dan bagian atas dianggap stationary wall. Karena akan mensimulasikan thermal flow maka mesh location terletak dibagian tengah dalam valve, dan untuk mendapatkan hasil meshing yang tidak terlalu kasar maka surface refinement disetting max 2, dan didapatkan hasil sebagai berikut:
Selanjutnya simulasi dilakukan dengan menggunakan aliran udara turbolen (RANS), SST k-w. Aliran kecepatan udara pada sisi inlet 1 m/s.
Menghitung pressure drop berarti menghitung perbedaan tekanan total pada inlet maupun outlet. Pada paraview terdapat beberapa variabel salah satunya variabel kecepatan (U). kecepatan pada CFD-Soft merupakan kecepatan kinematik = kec. statik x rho.
Langkah-langkah untuk menghitung pressure drop adalah dengan menghitung P.static menggunakan calculator. P.static = P x rho
-Setelah itu menghitung magnitude kecepatan. magU = sqrt(U_X^2 + U_Y^2 + U_Z^2) . Magnitue kecepatan adalah besaran kecepatan ke segala arah yang nantinya akan digunakan untuk menghitung tekanan dinamik.
- Setelah itu P.dynamic = 0.5 * rho * magU^2
- P.total = P.Static + P.dynamic.
Untuk menampilkan nilai P.total pada bagian inlet dan outlet, didata gate valve/yang paling atas di cek apakah mesh region harus di checklist semua. setelah itu alphabetical - extract block - centang inlet1. lakukan hal yang sama untuk memanggil outlet.
selanjutnya klik data inlet1/outlet1 - integrate variable - checklist cell data by value - apply. dan akan muncul seperti gambar dibawah ini :
delta P.total yang didapatkan merupaka pressure drop yang terjadi pada gate valve tersebut, yaitu sebesar 7,095 x 10^-4
Distribusi tekanan total sepanjang sumbu-x dari gate valve sebagai berikut:
Tugas 1
Tugas 1 melakukan simulasi yang tahapannya sama dengan simulasi pada pertemuan pertama. Pada tugas ini digunakan model valve yang berbeda. Ditugas ini saya akan mensimulasikan butterfly valve yang tidak terbuka penuh, melainkan hanya terbuka 45 derajat atau terbuka setengah. Berikut model yang digunakan.
Selanjutnya simulasi dilakukan dengan menggunakan aliran udara turbolen (RANS), SST k-w. Aliran kecepatan udara pada sisi inlet 2 m/s.
Pada aplikasi Paraview, untuk menghitung pressure drop dari valve ini dilakukan langkah-langkah sebagai berikut:
menghitung P.static menggunakan calculator. P.static = P x rho
-Setelah itu menghitung magnitude kecepatan. magU = sqrt(U_X^2 + U_Y^2 + U_Z^2) . Magnitue kecepatan adalah besaran kecepatan ke segala arah yang nantinya akan digunakan untuk menghitung tekanan dinamik.
- Setelah itu P.dynamic = 0.5 * rho * magU^2
- P.total = P.Static + P.dynamic.
dan setelah di plot dalam bentuk point data didapatkan hasil pressure drop dari selisih Ptotal inlet dan outlet sebagai berikut :
Untuk mengetahui penyebaran tekanan sepanjang sumbu-x ditampilkan dari grafik dan slice pada gambar dibawah.
Gambar (a) menunjukan grafik plot over line tepat di sumbu-x sehingga dapat dilihat grafik tekanan total terputus, hal itu diakibatkan karena aliran tidak melalui titik itu karena adanya penghalang. Sementara gambar (b) menunjukan grafik plot over line dan slice pada garis yang di ofset sejajar dengan sumbu-x untuk mengetahui penyebaran aliran yang melewati bagian samping katup valve yang terbuka sebagian.
Berikut adalah gambar Magnitude kecepataN, atau penyebaran kecepatan dilihat dari atas dengan potongan sejajar z axis.
Pertemuan 2 : Kamis, 19 November
Sistem adalah komponen-komponen yang bekerja dengan syarat teertentu untuk mencapai suatu tujuan. Dalam konteks ini Sistem Fluida berarti kumpulan komponen/elemen yang melakukan kerja yang berhubungan dengan fluida, baik untuk mengalirkan fluida maupun aliran fluida digunakan untuk menggerakan suatu elemen.
Pompa dikatakan suatu sistem karena memiliki komponen-komponen yang bekerja untuk tujuan yang sama yaitu mengalirkan fluida.
Rumus yang biasa digunakan adalah P = rho x g x H x Q digunakan persamaan pompa dengan tujuan menyetahui properti dan sifat aliran.
ada 3 metode yang digunakan dalam pembelajaran sistem fluida :
1) Eksperimen = metode ini merupanak metode yang paling real time karena mengukur langsung dari suatu sistemnya. tetapi metode ini memiliki kekurangan yaitu membutuhkan waktu dan alat, sehingga biaya penelitian bisa lebih mahal.
2) Teoritis = Metode ini digunakan untuk verifikasi metode eksperimen, karena teoritis menunjukan hasil dari suatu kondisi yang ideal, sehingga bisa mengkoreksi data dari metode eksperimen yang bisa jadi salah dalam pengukuran. Metode ini dilakukan dengan menggunakan perhitungan rumus/teori yang ada, metode ini cukup sulit dilakukan jika perhitungan membutuhkan waktu yang tidak sebentar dan sulit digunakan untuk menghitung suatu perhitungan yang kompleks.
3) CFD = Metode ini digunakan ketika perhitungan yang dilakukan sangat kompleks dan tidak mungkin dilakukan oleh metode teoritis. selain itu metode teoritis juga hanya merupakan pendekatan sehingga dibutuhkan CFD untuk validasi. Kelemahan metode ini adalah tidak aktual dan tidak se ideal teoritis.
Ketiga metode ini saling melengkapi satu sama lain sehingga ketiganya penting untuk dipelajari.
Turbin Impuls = memanfaatkan head yang tinggi, di desing berbentuk seperti mangkuk agar terjadi perubahan momentum yang besar.
Turbin Reaksi = head rendah kapasitas besar. Tekanan di bagian atas kecil sementara tekanan bagian bawah besar sehingga ada gaya lengan atau torsi.
Dalam gambar, kecepatan aliran udara bergerak dari kiri ke kanan. Setelah disimulasikan bagian poros bagian atas dan bawah mengalami kecepatan yang tinggi, sementara kiri dan kanan mengalami kecepatan yang rendah, serta dibagian kanan terdapat vortex. Vortex sendiri diakibatkan oleh kecepatan sudut (w) dari turbin yang berputar.
Sementara jumlah blade hanya mempengaruhi efisiensi.
Tugas 2
Tugas 2 kali ini diminta untuk mempelajari library fluid dari aplikasi openmodelica. Kali ini saya mempelajari dari empty tank dimana ada 2 tangki yang berbeda ketinggian dihubungkan menggunakan pipa. Dari contoh sederhana tersebut saya mendapatkan bahwa dalam proses coding jika kita memasukan gambar dari library tidak langsung dapat di simulasi. Diharuskan memasukan inputan parameter perlakuan dan karakteristik aliran yang mengalir dalam komponen tersebut.
Seperti contoh dibawah ini parameter yang di inputkan dalam diagram view akan dijabarkan dalam bentuk code pada text view ini. inputan tersebut dapat diubah/ditambahkan pada halaman ini. dalam Halaman ini saya juga meredeclare ulang medium dalam sistem ini. medium yang digunakan adalah Air.
dengan hasil sebagai berikut. tinggi air dari tangki 2 mula-mula 2 meter, dan terus bertambah karena aliran dari tangki 1 yang posisinya diatas. sementara tinggi air dalam tangki 1 terus berkuang yang mula-mula 2 meter berkurang sampai habis.
Pertemuan 3 : Kamis, 26 November
Tugas 3
Tugas ini diberikan oleh pak Hari sebagai bahan pembelajaran. Tugas yang diberikan adalah sebagai berikut :
Dari sistem fluida yang diberikan dalam gambar-gambar berikut, buatlah analisa pemodelannya sbb :
1. Deskripsi/uraian fisik berdasarkan bagan yang ada
2. Prosedur analisa pemodelan
3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan
4. Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan
5. Berikan hasil-hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh
1. Deskripsi/uraian fisik berdasarkan bagan yang ada
Bagan diatas menjelaskan tentang kondisi 3 tangki dengan ketinggian tangki 12 m dan luas area cross sectional semua tangki sebesar 1 m2. pada tangki 1 ketinggian air mula-mula 8 m, tangki 2 dan tangki 3 = 3 meter, diameter ports yang digunakan 1 untuk masing-masing tanki dan diameter ports 0.1 m.
untuk pipa 1,2, dan 3 masing masing memiliki panjang 2 meter dan diameter 0.1. dan ketiga port tersambung satu sama lain.(port pada tangk dapat berfungsi sebagai inlet dan oulet)
2. Prosedur analisa pemodelan
- dalam contoh diagram diatas didapatkan pada menu example fluid open modelica.
-Cara mencarinya pada Modelica bagian fluid, dan di expand, lalu pilih bagian tanks, dan double klik pada bagian three tanks.
-pada bagian text lakukan check lalu simulasi, dan hasil akan keluar
-checklis V pada ketiga tanki dan amati perubahan voluume setiap waktu.
3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan
Geometri dan ukuran tanki ini sama semua dan pada awalnya ketinggian tanki 1 setinggi 8 m ddan yang lainnya 3 meter. setelah waktu dimulai air mengalir dari tempat tinggi hingga kondisi setimbang. pada grafik, Volume dari tanki 3 tidak bergerak ke arah yang sama seperti tangki 1 dan 2. volume tangki 3 cenderung naik. hal ini dikarenakan air dari tangki 1 dan 2 masuk sebagai input semua.
4. Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan
5. Berikan hasil-hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh
Pertemuan 4 : Kamis, 3 Desember 2020
Tugas 4 Combined Cycle Power Plant
Tugas yang di berikan berupa analisis sistem fluida di dalam suatu Siklus Kombinasi Pembangkit Daya (Combined Cycle Power Plant) seperti diberikan dalam gambar dibawah ini :
ThermoSysPro.Examples.CombinedCyclePowerPlant.CombinedCycle_Load_100_50
1. Bagaimanakah analisa termodinamika (konservasi massa dan energi) pada sistem tersebut, buat skematik analisisnya.
Humidity 97%
2. Lakukan identifikasi komponen-komponen utama pada sistem serta berilah deskripsi fungsi kerjanya dalam sistem dan penjelasan analisis parameter yang digunakan.
- Turbin gas
Adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari arus gas pembakaran. Energi ditambahkan di arus gas di pembakar, di mana udara dicampur dengan bahan bakar dan dinyalakan. Pembakaran meningkatkan suhu, kecepatan dan volume dari aliran gas. Kemudian diarahkan melalui sebuah penyebar (nozzle) melalui baling-baling turbin, memutar turbin dan mentenagai kompresor.
Parameter :
o Efisiensi compressor : 87%
o Compression rate : 14,02
o Sumber fuel : Fuel source with fixed pressure and mass flow rate, memiliki density 0.838 kg/m^3 . dengan temperature 185 C dan tekananconstant 1 bar.
o Sumber air memiliki tekanan dan mass flow rate constant/fix. Mass flow rate 13.44 kg/s.
o Fuel gas source dengan tekanan dan mass flow rate constant sebesar 1.013 bar dan mass flow rate 600 kg/s. Dengan temperature 29.4 C.
o Humidity = 97%
- Dynamic exchanger digunakan untuk pemanasan atau pendinginan dengan viskositas tinggi produk, proses kristalisasi, penguapan tinggi dan fouling aplikasi.
Parameter :
o L = 20.4 & 20.72 m
o Jumlah component parallel = 246
o Diameter internal = 32.8e-3
- Dynamic drum = Horizontal cylinder dengan radius drum 1.05 m dan panjang 16.25 m, heat exchang coefficient antara dinding dan link 5 W/m^2.K . dan wall temperature 600 K.
- Control Valve : mengtur tekanan
- Stodola / steam turbin : merupakan suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial uap menjadi energi kinetik dan selanjutnya diubah menjadi energi mekanis dalam
bentuk putaran poros turbin. Maximal mass flow through the turbin : 140 & 150 kg/s.
- Condensor : mengubah uap/ gas menjadi cair. Parameter :
o Cavity volume : 1000 m^3
o Cavity cross-sectional cavity : 100 m^2
o Pipe internal diameter : 0.018
o Fraction of initial water volume in the drum 0.15
- Generator : Menghasilkan tenaga / Daya.
3. Medium fluida kerja apa saja yang terjadi dalam proses siklus tersebut, dan bagaimanakah proses analisis perhitungan dalam pemodelan.
4. Jelaskan flow line (jalur koneksi) masing-masing yang diberi warna hitam, merah
