Valve - Iqbal Reza Alfikri

Iqbal Reza Alfikri

1706104243

Sistem Fluida 03 2020/2021

Tugas 1 Simulasi Stop Valve menggunakan CFDSOF

1. Menconvert model menjadi stl

2. Proses simulasi di CFDSOF

3. Post Processing di paraview

4. Didapatkan hasil pressure drop sebagai berikut

5. Grafik pTotal

6. Kontur

Pertemuan 2

Ada 3 metode untuk menganalsisa fluida yaitu :

1. Eksperimen : Hasil aktual namun memerlukan banyak waktu dan biaya

2. Teori : Untuk memverifikasi data eksperimen apakah benar atau tidak pada suatu kondisi ideal

3. Numerik atau CFD : Digunakan ketika perhitungan atau model sangat kompleks dan tidak dapat diselesaikan dengan metode teoritis ataupun eksperimen.

tidak ada metode yang superior dan semua metode saling melengkapi satu sama lain.

Perbedaan turbin impuls dan turbin reaksi yaitu :

1. Turbin Impuls : memanfaatkan head yang tinggi, air bertekanan tinggi akan diarahkan ke ujung blade yang berbentuk seperti mangkuk. Biasa digunakan di tempat yang memiliki perbedaan ketinggian yang cukup besar.

2. Turbin Reaksi : memanfaatkan volume yang besar, air dengan volume besar akan memutar turbin dengan mendorong blade. Biasa digunakan di tempat yang memiliki aliran dengan volume besar namun tidak ada perbedaan ketinggian yang berarti.

Tugas 2

Berikut ini adalah contoh yang saya telah pelajari dalam openmodelica. Yaitu melihat perbedaan yang terjadi pada aliran pada 2 jenis pipa yang berbeda.

2 Jenis pipa yang digunakan disini yaitu pipa biasa/circular dan pipa annulus/ring.

Pada diagram diatas, pipa atas yaitu pipa circular dengan diameter 10 mm, dan pipa bawah yaitu pipa annulus dengan diameter dalam 5 mm dan diameter luar 15mm. Kedua pipa memiliki panjang yang sama yaitu 100m

Kedua pipa memiliki ujung terbuka

Setelah disimulasikan, terlihat adanya perbedaan pada kecepatan dan tekanan pada kedua pipa dikarenakan adanya perbedaan cross section. Circular pipe memiliki V yang lebih tinggi namun p yang lebih rendah dikarenakan circular pipe memiliki luasan yang lebih kecil apabila dibandingkan dengan annulus pipe.

Berikut ini adalah link file case nya https://drive.google.com/file/d/1vOL3OEPoHUxhrt5UrJDrfeH-6VLJzy-O/view?usp=sharing

Pertemuan 3

Pemodelan sistem fluida dengan OpenModelica

pemodelan adalah sebuah usaha untuk mempelajari sebuah sistem aktual melalui sistem yang disimplifikasi model adalah sebuah sistem yang disederhanakan yang digunakan untuk merepresentasikan kondisi awalnya. karena kita akan sulit mempelajari kondisi aktual. karena kondisi aktual cukup kompleks, banyak sekali variablenya. kemudian untuk skalar yang sangat besar kan kesulitan juga. plta pltu merupakan sistem fluida besar, akan sangat sulit melakukan pengukuran di equipment yang sangat besar. secara geometri disederhanakan, variabel variable disimplifikasi dng tidak mengurangi keakuratan. pemodelan sebuah usaha untuk membuat replika. pemodelan tidak akan pernah 100% sama dengan kondisi aktualnya. model bisa jadi sebuah model fisik yaitu alat, namun yang banyak dilakukan oleh engineer biasanya melkukan pemodelan secara virtual/komputasi, memerlukan ilmu dasar/basic pengetahuan untuk ilmu fluida.

law driven model = sebuah model berdasarkan hukum hukum fisika

(Data driven model) pemodelan menggunakan AI

umumnya aplikasi pemodelan gabungan dari kedua itu.

penjelasan openmodelica. example fluid empty tank dan example heat transfer two tanks dan heat transfer simple cooling

Tugas 3

Heating System Example

1. Deskripsi dan Uraian fisik

Ini merupakan gambaran dari system pemanas closed flow, artinya aliran akan selalu mengalir dalam system tanpa adanya tambahan fluida dari luar system. Fluida yang digunakan dalam case ini adalah air. Air dipompa oleh pump yang tugasnya mengatur tekanan, lalu melewati mass flow meter untuk mengecek laju massa air. Setelah itu air akan masuk kedalam heater yang terhubung dengan burner, burner yang akan mengatur seberapa banyak panas yang masuk ke sistem sehingga temperatur dapat diatur. Kemudiann air mengalir melalui sensor temperatur dan menuju valve yang mana valve ini yang akan mengatur laju massa air. Air kemudian mengalir kedalam radiator yang berfungsi untuk melepaskan panas ke lingkungan sekitar. Temperatur diukur kembali. Kemudian air mengalir kembali ke tank, lalu kembali ke pompa. Informasi dari 2 sensor temperatur yang berada sesudah heater dan sebelum tank, dan 1 sensor laju massa air, akan digunakan sebagai feedback untuk mengatur panas yang akan diberikan oleh burner sehingga temperatur air dapat stabil pada set-point yang diinginkan.

Tangki

max ketinggian = 2m

luas = 0.01m2

ketinggian awal = 1m

Pompa

p inlet = 110000 Pa

p outlet = 130000 Pa

N = 1500 rpm

Heater

panjang pipa = 2m

diameter pipa = 0.01m

Heat flow rate = 1600 W

Pipa

panjang pipa = 10m

diameter pipa = 0.01m

Valve

Pressure drop = 10000 Pa

Mass flow rate = 0.01 kg/s

Radiator

Konduktivitas thermal = 80 W/K

2. Prosedur analisa pemodelan

1. Buka openmodelica

2. Dibawah library browser, buka Modelica -> Fluid -> Examples -> double click pada Heating System

3. Karena ini adalah example maka parameter tidak ada yang bisa dirubah begitupun dengan code nya

4. simulasikan dengan menekan tombol simulate

3. Analisa dan interpretasi hasil pemodelan

Hasil simulasi error maka tidak dapat dianalisa. Untuk cara kerja dari system sudah dijelaskan pada poin 1. terdapat pompa yang berguna untuk mengatur tekanan, valve untuk menngatur mass flow, heater untuk mengatur temperatur, radiator untuk melepaskan panas dari system ke lingkungan sekitar, 2 sensor temperatur dan 1 sensor flow sebagai feedback untuk mengatur panas yang diberikan oleh heater.

4. Hukum Fisika yang diimplementasikan

- konservasi massa

- konservasi energi

- perpindahan panas

5. Hasil simulasi

Three Tanks Example

1. Deskripsi dan uraian fisik

Pada simulasi ini, terdapat 2 tank yang berada di ketinggian yang sama dan 1 tank berada di ketinggian yang lebih rendah, ketiga tank memiliki ketinggian air yang berbeda-beda. Ketika simulasi dijalankan, 3 tank tersebut akan memiliki ketinggian yang sama karena sifat air yang akan selalu memiliki tinggi sama dengan catatan tank dalam keadaan open/terbuka dgn tekanan atmosphere.

Tank 1

Posisi = 2m dari titik absolut 0

Ketinggian air awal = 8m

Tinggi tank = 12m

Tank 2

Posisi = 2m dari titik absolut 0

Ketinggian air awal = 3m

Tinggi tank = 12m

Tank 3

Posisi = -1m dari titik absolut 0

Ketinggian air awal = 3m

Tinggi tank = 12m

2. Prosedur analisa pemodelan

1. Buka openmodelica

2. Dibawah library browser, buka Modelica -> Fluid -> Examples -> Tanks -> double click pada Three Tanks

3. Karena ini adalah example maka parameter tidak ada yang bisa dirubah begitupun dengan code nya

4. simulasikan dengan menekan tombol simulate

3. Analisa hasil dan interpretasi hasil pemodelan

Setelah disimulasikan, air yang berada di tank 1, tank 2 dan tank 3 akan memiliki ketinggian yang sama. Karena posisi tank 3 lebih rendah maka tank 3 memiliki level air lebih tinggi di dalam tank dibandingkan tank 1 dan tank 2. Posisi tank 1 dan 2 berada 2m diatas titik 0 sedangkan posisi tank 3 berada di -1 dibawah titik 0, maka selisih dari tank 1/tank 2 dengan tank 3 yaitu sebesar 3m.

4. Hukum Fisika yang diimplementasikan

1. Tekanan hidrostatis

5. Hasil Simulasi

Seperti pada dijelaskan di poin 3. Level air pada tank 1 dan tank 2 akan sama yaitu 3,66m karena kedua tank berada pada ketinggian yang sama. Karena posisi tank 3 berada -1m dibawah titik 0 maka akan ada selisih 3m dalam level air dan dapat dilihat pada hasil simulasi diatas tank 3 memiliki level air 6,66m. Hal ini dikarenakan tekanan pada dasar (dalam kasus ini yang berada paling bawah adalah pipanya) harus sama antara 3 tank yang terhubung. Waktu yang dibutuhkan untuk ketiga tank memiliki ketinggian yang sama adalah sekitar 140 detik.

TUGAS 4

1. Sistem diatas merupakan diagram dari pembangkit listrik gabungan/Combined power plant dari turbin gas dan turbin uap.

a. Turbin gas

turbin gas pada umumnya menggunakan siklus brayton yaitu dengan mengkompresi udara dgn proses isentropik lalu menambahkan bahan bakar kemudian melakukan ekspansi isentropik.

b. Turbin Uap

Turbin uap yang digunakan pada sistem yaitu turbin uap multistage dengan menggunakan siklus rankine.

2. Identifikasi komponen utama pada sistem

a. Gas Turbine

Terdiri dari compressor, ruang bakar, dan turbin. Berfungsi sebagai penggerak shaft yang tersambung ke generator dan udara panas buangan dari gas turbine akan digunakan untuk memanaskan uap pada turbin uap atau dalam case ini disebut Heat Recovery Steam Generator. Shaft yang digunakan pada sistem combined power plant ini hanya 1 namun memiliki banyak turbin, semua turbin terhubung ke 1 shaft yang diujungnya terdapat generator untuk menghasilkan listrik.

b. Steam turbine

Steam turbine disini menggunakan multi stage turbine yang terdiri dari HP turbine, MP turbine, and LP turbine. Uap panas yang melewati turbin HP akan dimasukkan kembali kedalam boiler yang dipanaskan oleh udara buang panas dari gas turbine kemudian masuk kembali ke turbin stage selanjutnya yaitu turbin MP, dan proses yang sama terjadi pada uap yang akan masuk kedalam turbin LP.

c. Heat exchanger

Heat exchanger pada gambar ini memiliki jumlah tube yang berbeda-beda. fungsinya dalah untuk menangkap panas dari gas buang dan mengubah fasa air menjadi uap.

d. Generator

Generator, berfungsi sebagai penghasil listrik. Shaft generator terhubung ke 4 turbin yaitu turbin gas, dan 3 turbin uap.

e. Condenser

Condenser, berfungsi untuk merubah fasa uap menjadi liquid.

d. Pump

Pump berfungsi untuk memberikan tekanan pada air yang keluar dari condenser.

e. Boiler

Boiler boiler disini berfungsi untuk mengubah fasa cair menjadi uap dengan menggunakan panas yang ditangkap oleh heat exchanger

3. Medium yang digunakan disini adalah udara, air, dan uap.

Udara panas dari buangan turbin uap, akan ditangkap oleh heat exchanger sehingga Q dapat dihitung dengan menggunakan persamaan perpindahan panas konveksi.

4. Flow Line

a. jalur merah menandakan fluida dalam bentuk uap

b. jalur biru menandakan fluida dalam bentuk cair

c. jalur hitam menandakan fluida dalam bentuk fraksi uap.

d. ada 2 jalur hitam, jalur hitam yang lainnya menunjukkan bahwa kedua equipment terhubung atau adanya transfer energi.

e. jalur hitam tebal yang keluar dari turbin gas adalah exhaust dari turbin gas.