Kania Amelia Safitri

Perkenalan Penulis

Nama  : Kania Amelia Safitri

NPM  : 1906324113

Prodi : Konversi Energi

Perkenalan penulis dengan komputasi teknik berawal dari kegiatan perkuliahan penulis saat menempuh gelar sarjana, penulis diajarkan bagaimana menggunakan beberapa software yang dapat membantu dalam menganalisis dan mengolah data, seperti matlab, minitab dan excel.

Pengetahuan Penulis tentang Komputasi Teknik

Pengetahuan komputasi teknik penulis didapatkan pada masa kuliah S1 di Teknik Mesin FTI ITS. Semasa kuliah komputasi teknik digunakan untuk menyelesaikan permasalahan optimasi dalam bidang keteknikan dengan menggunakan matlab, serta untuk mempermudah analisa numerik dari suatu sebaran data di dalam excel, selain itu aplikasi minitab juga digunakan untuk menganalisis nilai statistik dari sebaran data yang dimiliki.

Mathlab digunakan penulis untuk menunjukan nilai optimum dari suatu pemodelan matematika, dimana pemodelan matematika tersebut dirumuskan dari permasalahan yang ada di lapangan. Sebagai contoh, terdapat dua gudang penyimpanan kayu yang dapat dituliskan sebagai gudang A dan B dimana jarak gudang tersebut dengan tempat pemotongan masing-masing sejauh 10 km dan 8 km biaya pengantaran batang kayu perkilometer adalah $2, serta ongkos pemotongan kayu perbatang sebesar $12. Gudang A dapat menampung sekitar 200 batang kayu dan gudang B dapat menampung sekitar 125 batang kayu. Jika perhari hanya dapat dilakukan pemotongan sebanyak 300-310 batang kayu maka berapa biaya minimum yang harus dikeluarkan untuk mendapatkan hasil potongan kayu maksimum perbulannya? Persoalan seperti di atas dapat diselesaikan dengan pemodelan matematika, lalu dilanjutkan dengan penggunan aplikasi mathlab, meskipun dapat dilakukan perhitungan manual namun penggunaan mathlab dapat membantu menyelesaikan persoalan tersebut dengan cepat.

Penulis menggunakan excel dalam proses pencarian nilai statistik suatu data atau mencari nilai dari suatu persamaan melalui suatu proses iterasi, selain ini excel juga digunakan penulis untuk mengolah data baik eksperimen maupun noneksperimen untuk membantu penulis dalam melihat tren yang terjadi, dengan membuat grafik dan trendline dari sebaran data yang dimiliki. Sebagai contoh, penulis memiliki data eksperimen dari pompa sentrifugal, dimana penulis mendapatkan nilai head dari pompa pada sisisuction dan discharge, lalu didapatkan data kenaikan head pompa. Data eksperimen yang ada dibandingkan dengan data yang tertulis pada katalog pompa, dengan bantuan excel penulis dapat membandingkan kedua data tersebut dengan mudah.

Penggunaan minitab sangat membantu dalam proses analisa statistik, cukup banyak tools dalam aplikasi minitab yang dapat digunakan untuk melakukan analisa statistik dengan cukup mudah, sebagai contoh untuk membandingkan suatu proses pembuatan suatu barang dengan bahan yang sama namun proses yang berbeda kita dapat melakukan analisa statistik untuk melihat sejauh apa perbedaan dari hasil yang didapatkan dalam proses tersebut, dengan minitab kita juga dapat mengetahui besar data error yang terjadi dalam suatu sistem produksi, dengan mengetahui sebaran data dan reability pada suatu proses produksi.

Gambaran di atas merupakan pengetahuan yang penulis dapatkan mengenai komputasi teknik, namun dengan berjalannya waktu penulis perlu melakukan review kembali mengenai pelajaran yang telah didapatkan, agar penulis dengan mudah mengaplikasikan kembali ilmu yang telah didapatkan. Penulis menilai kemampuan penulis berada pada taraf cukup dalam bidang komputasi teknik, besar harapan dengan adanya pembelajaran lebih lanjut mengenai komputasi teknik, penulis dapat mengembangkan kemampuan penulis menjadi lebih baik dari sebelumnya.

Realisasi Penggunnaan Komputasi Teknik dalam Tugas Akhir

Data eksperimen yang ada diolah melalui excel untuk didapatkan persamaan matematis. Sebagai contoh untuk data-data eksperimen fitting di input ke dalam excel lalu dicari persamaan matematis melalui grafik yang terbentuk dimana sumbu ordinat menggambarkan coefficient losses dan sumbu axis menggabarkan Re (bilangan Reynolds) yang terjadi di dalam aliran. Setelah mendapatkan semua persamaan matematis dari berbagai fitting dan flowmeter maka dilakukan proses optimasi untuk masing-masing fitting, dimana nilai terkecil akan digunakan sebagai nilai optimum pada fitting dan nilai terbesar akan digunakan sebagai nilai optimum pada flowmeter, dengan mengetahui nilai optimum dari masing-masing persamaan maka dapat dibuatkan batas maksimum dan minimum flow yang dapat mengalir di dalam sistem.

Penerapan ini dapat digunakan untuk kebutuhan rumah tangga dan pabrik dalam menghemat penggunaan daya listrik, dengan mengetahui aspek-aspek mekanika ditambah dan variabel waktu diharapkan dapat menggunakan daya listrik seminimum mungkin.

Sinopsis Tugas Akhir

"STUDI EKSPERIMEN KARAKTERISTIK POMPA SENTRIFUGAL SINGLE STAGE DAN CUSSONS FRICTION LOSS APPARATUS"

Air menjadi salah satu kebutuhan primer bagi kehidupan manusia, karena kegunaannya yang amat penting maka dibangunlah suatu sistem untuk mendistribusikan air ke berbagai tempat. Dari beragam metode yang ada, pemanfaatan pompa dan instalasi perpipaan menjadi metode yang paling umum digunakan untuk mendistribusikan air. Dalam proses pendistribusian air menggunakan pompa dan instalasi perpipaan akan ditemukan fenomena rugi-rugi energi, untuk mengetahui fenomena ini maka dilakukanlah penelitian pada alat uji CUSSONS friction loss in pipe apparatus. Alat uji ini disusun dari dua macam material pipa yaitu PVC dan acrylic, dengan variasi diameter pipa sebesar 0.75 dan 1.0 inch. Pada instalasi ini terpasang flow meters berupa venturi dan orifice¸ fitting perpipaan berupa elbow 45°, long radius elbow 90°, short radius elbow 90°, dan ball valve. Untuk mengetahui pressure drop yang terjadi, maka digunakanlah pressure tap di sisi inlet dan outlet pada fitting, flow meters dan valve. Pressure tap ini dihubungkan dengan sebuah alat ukur berupa manometer raksa, sehingga besarnya pressure drop yang terjadi pada instalasi dinyatakan dalam selisih ketinggian pada manometer raksa. Pompa sentrifugal single stage terhubung dengan NEWMAN electric motor yang memiliki daya sebesar 1.5 hp dan putaran motor sebesar 2850 RPM. Pressure gauge digunakan untuk mengukur tekanan pada sisi suction dan discharge pompa. Debit aliran divariasikan antara 10-55 l/min dengan kenaikan debit sebesar 5 l/min untuk pengambilan data pada line I, instalasi fitting dan ball valve, sedangkan variasi debit aliran untuk flow meters adalah 10-30 l/min dengan kenaikan debit sebesar 2 l/min untuk orifice dan 4 l/min untuk venturi. Berdasarkan data hasil uji eksperimen didapatkan nilai loss coefficient untuk standar radius elbow 90° adalah 0.58, untuk elbow 45° sebesar 0.38, ball valve fully open sebesar 0.62, dan long radius elbow 90° sebesar 0.611. Kekasaran relatif (e/D) pada pipa line I sebesar 0.0043 dan pada line II sebesar 0.024. Nilai coefficient of discharge pada flow meter jenis venturi sebesar 0.91 dan orifice sebesar 0.72 pada debit maksimum. Efisiensi pompa maksimum sebesar 27.1% pada saat head pompa sebesar 18.79 m.

Analisis Tugas Akhir menggunakan Komputasi Teknik

Penggunaan komputasi teknik di dalam pengembangan analisis studi eksperimen karakteristik pompa sentrifugal single stage dan cussons friction loss apparatus, terfokus pada optimasi sistem yang digunakan melalui data eksperimen yang telah ada. Rencananya penulis akan menggunakan aplikasi mathlab untuk mencari nilai debit optimum yang harus dikeluarkan pompa untuk mengalirkan air keseluruh instalasi perpipaan dengan daya seminimal mungkin untuk mengurangi biaya listrik.

Gambaran Alur Pengerjaan TA dengan Komputasi Teknik

Berikut PPT Alur Kegiatan dalam Proses Komputasi Teknik

Proses Penggunaan Komputasi Teknik dalam Tugas Akhir

Berikut gambaran skema alat pompa sentrifugal dan cussons friction loss apparatus yang digunakan dalam uji coba eksperimen untuk mengetahui nilai-nilai dari losses yang terjadi disepanjang aliran.

Gambar 1. Ilustrasi instalasi alat uji CUSSONS friction loss in pipe apparatus

Keterangan gambar 1:

1. Rotameter Fisher 2000

2. Gate Valve

3. Orifice

4. Ball valve

5. Long Radius Elbow 90º

6. Standard Elbow 90°

7. Elbow 45º

8. Venturi meter

9. Sudden Contraction dan Sudden Enlargement

10. Gate valve discharge

11. Pressure gauge suction

12. Pressure gauge discharge

13. Gate valve bypass

14. Pressure tap

Dari ilustrasi di atas penulis membagi proses pengerjaan eksperimen menjadi 4 line, dimana;

Line I: Terdapat pipa dengan besar diameter pipa 1 inch, material pipa yang digunakan berupa PVC, dengan jarak antar pressure tap sebesar 2.2 meter.

Line II: Material pipa yang digunakan berupa PVC dan acrylic, dengan diameter pipa sebesar 0.75 inch dan jarak antar pressure tap sebesar 1.8 meter, serta terdapat instalasi orifice.

Line III: Diameter pipa yang digunakan pada line ini sebesar 0.75 inch, dengan material pipa yang digunakan berupa acrylic dan panjang pipa sebesar 3 meter, juga terdapat instalasi ball valve.

Line IV: Panjang pipa yang digunakan sebesar 3 meter dengan material pipa yang digunakan berupa PVC dengan diameter sebesar 0.75 inch dan terdapat beberapa jenis fitting perpipaan berupa 4 long radius elbow 90°, 2 standard radius elbow 90°, elbow 45°, venturi, sudden enlargement serta sudden contraction.

Setelah melakukan eksperimen data-data yang terkumpul diolah di dalam excel untuk mendapatkan persamaan matematis. Persamaan matematis didapatkan dengan menggunakan tools trendline yang tersedia di dalam excel. berikut persamaan-persamaan yang didapatkan dari hasil eksperimen yang telah dilakukan.

Line I:

Pipa 1 inch

Line II:

Pipa 0.75 inch

Orifice

Line III:

Ball valve

Line IV:

elbow 45

elbow 90

long radius elbow

venturi meter

Dari data eksperimen yang ada terlihat bahwa Re yang digunakan berkisar antara 10000-80000, dengan proses optimasi akan dicari Re optimum untuk mendapatkan daya terkecil yang dibutuhkan untuk mengalirkan air keseluruh instalasi.

Optimasi Kebutuhan Energi Manusia

Kebutuhan energi manusia setiap harinya berkisar antara 2000-2500 kilo kalori, pemenuhan kebutuhan ini diasup melalui makanan dan minuman yang dikonsumsi oleh manusia, dimana kandungan dari makanan dan minuman tersebut diubah melalui reaksi kimia di dalam tubuh menjadi energi.

Sejatinya setiap manusia memiliki kebutuhan kalori yang berbeda, bergantung pada kegiatan yang dilakukan sehari-hari dan berat badan yang dimiliki. Untuk daftar energi yang dikeluarkan dapat dilihat pada tebel berikut: