Valve-Luthfi Aldianta

From ccitonlinewiki
Revision as of 12:54, 10 December 2020 by Luthfi Aldianta (talk | contribs)
Jump to: navigation, search

بِسْمِ اللهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيْمِ

السَّلاَمُ عَلَيْكُمْ وَرَحْمَةُ اللهِ وَبَرَكَاتُ

Luthfi Aldianta.Mahasiswa S1 Teknik Mesin.Fakultas Teknik Universitas Indonesia

BIODATA DIRI

Nama : Luthfi Aldianta

NPM : 1806181804

Program studi : Teknik Mesin

Tempat Tanggal Lahir : Medan 22 April 2000


Pertemuan Sistem Fluida 1 : 12 November 2020

Assalamualaikum Wr. Wb. Pada pertemuan hari ini Pak Dai memberikan materi mengenai teori dari software CFD SOF. CFD SOF menjadi salah satu tool dalam mensimulasikan aliran fluida yang akan diteliti, dimana untuk tingkat keakuratan hasilnya mendekati sesuai penilitian secara langsung. CFD SOF sendiri baik digunakan karena memiliki keuntungan berupa dapat digunakan pada berbagai macam bentuk benda dapat diatur jenis aliran dan parameter - parameter pendukung yang dapat meningkatkan pengetahuan serta keahlian dalam aplikasi benda pada fluida.


Hari ini dilakukan tutorial bersama mengenai contoh aliran fluida yang melewati valve terbuka penuh, dimana disediakan dua video tutorial untuk diikuto oleh masing - masing mahasiswa. Dalam penerapannya menggunakan tipe tipe gate valve, dimana jenis valve sendiri terdiri dari gate valve, ball valve, butterfly valve, dan beberapa jenis lainnya.


Penjelasan dari tutorial yang diberikan dimulai dengan memasukan geometri valve ke software CFD SOF, kemudian melakukan autosize dengan tujuan mendapatkan boundary sesuai dengan ukuran dari valve yang digunakan. Kemudian mengatur boundary dari valvenya berupa inlet, outlet, dan wall. Berikutnya melakukan running generate mesh dan check mesh. Hasil dari proses meshing tersebut, valve masuk pada tahap menentukan properti fluida, dimana fluida menggunakan aliran turbulence dengan tipe RANS. Kemudian mengatur kecepatan pada inlet, properto outlet, dan wall. Kemudian langkah selanjutnya mengatur running yang alan dilakukan, dimana dilakukan 3000 iterasi. Berikut lampiran untuk geometri sebelum melakukan run solver.


Berikut adalah lampiran dari grafik yang dihasilka oleh proses run solver. Berdasarkan grafik dengan perubahan momentum residual terhadap waktu dan grafik perubahan turbulence residual terhadap waktu.

Pressure Drop luthfi 1.png

Berikut adalah lampiran dari hasil mesh yang telah dilakukan kepada gate valve dan setelah disetting jumlah iterasi untuk selanjutnya dilakukan run solver.

Pressure Drop luthfi 2.png

Berikut adalah lampiran gate valve setelah dilakukan run solver. Diapply dengan menggunakan software Paraview, didapatkan beberapa propertis seperti tekanan dan kecepatan. Terlihat dari hasil simulasi, terdapat perbedaan warna pada daerah inlet, fully developed flow, dan outlet. Dimana hal tersebut menandakan terjadinya pressure drop pada gate valve.

Pressure Drop luthfi 3.png

Kemudian dalam menghitung pressure drop yang dihasilkan, dapat melakukan perhitungan untuk mencari pstatic, kemudian pdynamic, serta ptotal. Berikut hasil dari calculation dan didapatkan nilai pressure drop yaitu 0.00070948

Pressure Drop luthfi 4.png


Pada pertemuan hari ini pak Dai memberikan arahan untuk mahasiswa mencoba melakukan simulasi dengan jenis valve lain atau merubah variabel dari bukaan valve. Penulis melakukan simulasi dengan menggunakan ball valve dengan hasil lampiran sebagai berikut.


Berikut adalah lampiran dari grafik yang dihasilka oleh proses run solver. Berdasarkan grafik dengan perubahan momentum residual terhadap waktu dan grafik perubahan turbulence residual terhadap waktu.

Valve luthfi 1.png

Berikut adalah lampiran dari hasil mesh yang telah dilakukan kepada gate valve dan setelah disetting jumlah iterasi untuk selanjutnya dilakukan run solver.

Valve luthfi 2.png

Berikut adalah lampiran gate valve setelah dilakukan run solver. Diapply dengan menggunakan software Paraview, didapatkan beberapa propertis seperti tekanan dan kecepatan. Terlihat dari hasil simulasi, terdapat perbedaan warna pada daerah inlet, fully developed flow, dan outlet. Dimana hal tersebut menandakan terjadinya pressure drop pada gate valve.

Valve luthfi 3.png

Kemudian dalam menghitung pressure drop yang dihasilkan, dapat melakukan perhitungan untuk mencari pstatic, kemudian pdynamic, serta ptotal. Berikut hasil dari calculation dan didapatkan nilai pressure drop yaitu 0.00000790928

Valve luthfi 4.png

Demikian hasil pembelajaran pertemuan 1 mata kuliah sistem fluida. Terima kasih, Wassalamualaikum Wr. Wb.


Pertemuan Sistem Fluida 2 : 19 November 2020

Pada pertemuan hari ini, Pak Dai menjelaskan mengenai segitiga kecepatan, dimana dapat mengetahui head dan debit dari fluida. Segitiga kecepatan terdapat pada sudu turbin sebagai contohnya pada hub dan tip pada sudu turbin. Kemudian dijelaskan juga mengenai sistem fluida, dimana kita dapat menentukan apa yang menjadi sistem, contohnya seperti pompa sebagai sistem dan rotor, sudu, fluida yang mengalir menjadi sub sistem.


Selanjutnya dijelaskan oleh bang Abi, mahasiswa dari mata kuliah CFD. Sistem fluida pada penerapan di CFD SOF mengenai vertikal turbin. Vertikal turbin memiliki poros vertikal, kemudian airfoil dari sudu - sudu turbin dan beberapa parameter lainnya. Kemudian ditambahkan oleh bang Edo mengenai penggunaan CFD SOF dengan sistem fluida, dimana dapat mengetahui vortex yang dihasilkan dari fluida yang melewati suatu geometri, drag, dan lift, dan beberapa parameter lain.


Berikut adalah lampiran dari materi yang diberikan. Materi tersebut yaitu menjelaskan mengenai desain suatu turbin dimana, sebagai Insinyur perlu mengetahui head dan debit dari suatu sistem yang digunakan. Untuk setelahnya mengetahui pompa atau turbin yang digunakan, berikut adalah persamaan yang digunakan.


Kemudian dijelaskan mengenai jenis turbin, dimana terdapat dua jenis yaitu turbin impuls dan reaksi. Turbin impuls memanfaatkan perubahan momentum dari air yang mengenai turbin, contohnya adalah turbin pleton. Turbin reaksi adalah turbin yang mengubah energi berupa tekanan statik tinggi menjadi statik rendah dengan melewatkannya melalui sudu - sudu turbin. Contohnya adalah turbin Francis untuk arah aliran radial, sedangkan untuk turbin Kaplan untuk arah aksial.

Materi sisflu P2 luthfi 1.png

Kemudian berikut adalah lampiran dari hasil simulasi CFD SOF dan Paraview oleh bang Abi pada simulasi Vertical Axis Wind Turbine (VWAT). Berdasarkan hasil simulasi terlihat aliran vortex setelah melewati airfoil, terlihat kecepatan dan tekanan udara.

Materi sisflu P2 luthfi 2.png

Selanjutnya adalah Openmodelica digunakan dalam simulasi fluida, dimana dicontohkan melalui simulasi empty tanks yaitu perhitungan perpindahan aliran pipa dari suatu head tinggi ke head rendah.

Materi sisflu P2 luthfi 3.png

Pada pertemuan hari ini Pak Dai juga memberikan arahan untuk mempelajari software OpenModelica, dimana mempelajari materi yang berkaitan dengan fluida atau empty tanks. Berikut adalah hasil pembelajaran yang dilakukan.


Berikut adalah hasil belajar dari penulis dengan menggunakan metode yang dicontohkan oleh Pak Dai yaitu empty tanks, dengan penulis merubah parameter untuk aliran nya yaitu ketinggian tank adalah 3.1 dan cross area 3. Kemudian merubah letak dari pipa dan posisi alirnya. Penulis membuat kembali model dengan dua tank untuk tank 1 dengan level 3 m dan tank 2 juga 3 m. Penulis melakukan simulasi dengan iterasi hingga 100 s untuk nantinya melihat perubahan dari kedua tank tersebut.

Percobaan tank 1 luthfi.png

Kemudian berikut adalah hasil text view untuk perhitungan model yang digunakan. Terdapat 138 variabel dan equation juga 64 trivial equation. Terdapat juga variabel seperti level start, height, cross area, diameter pipe, panjang pipe, dan parameter lain. Penulis menggunakan referensi dari example untuk data pipe, kemudian penulis membuat dua simulasi untuk ketinggian tank yang berbeda. Simulasi pertama untuk ketinggian dengan level 1 m. dan untuk simulasi kedua dengan ketinggian tank 3 m.

Percobaan tank 2 luthfi.png

Kemudian berikut adalah hasil simulasi berupa plotting dari variabel yang terdapat pada parameter model empty tank. Dari hasil simulasi yang dilakukan terlihat perubahan ketinggian dari tank 1 dan tank 2. Tank 1 memiliki penurunan ketinggian karena aliran fluida yaitu air mengalir melewati pipa menuju tank 2, hal ini dikarenakan perbedaan head dari tank 1 dan tank 2. Perubahan dimulai dari posisi start yaitu detik 0 s hingga pada tank 1 berubah level air menjadi 0 dan tank berubah level air menjadi 3 m pada kisaran detik ke 80 s. Kemudian sebagai perbandingan penulis mensimulasikan untuk empty tank dengan level tank 1 m, terlihat bahwa perubahan ketinggian dan penurulan level air hanya mendekati 40 s.

Percobaan tank 3 luthfi.png
Percobaan tank 4 luthfi.png

Berikut adalah link openmodelica dari file yang disimulasikan oleh penulis.

https://drive.google.com/drive/folders/1n3ls2rP2WyfaHKOhpYndbqrOFymyJuNA

Sekian Pembelajaran pada pertemuan kedua mata kuliah sistem fluida dari penulis, kurang lebihnya mohon maaf, terima kasih. Wassalamualaikum Wr. Wb.


Pertemuan Sistem Fluida 3 : 26 November 2020

Assalamualaikum Wr. Wb. Pada hari ini Pak Dai memberikan penjelasan mengenai model sistem fluida, yaitu adalah memodelkan suatu sistem secara simplifikasi sehingga dari sebuah sistem aktual yang rinci dan detail atau karena skala yang besar sehingga menyulitkan untuk melakukan perhitungan secara langsung, maka dapat dilakukan dengan pemodelan. Contohnya seperti tempat yang tinggi, flow rate yang besar, dan beberapa contoh lain yang membuat pemodelan secara aktual sulit untuk dilakukan. Namun pemodelan dengan simplifikasi tentu tidak sama dengan kondisi aktual, tetapi keunggulannya kita dapat memodifikasi parameter dari suatu model sistem fluida sebagai bahan pembelajaran. Pemodelan dapat dilakukan dengan hukum - hukum fisika seperti hukum bernoulli dan lainnya, dan terdapat pemodelan dengan artificial intelligent berdasarkan data - data yang didapatkan untuk dilakukan pada software untuk perhitungan.


Kemudian pada pertemuan hari ini dilakukan simulasi oleh Pak Hariyotejo P. mengenai model sistem fluida yaitu two tanks. Dimana terdapat perbedaan volume dari duan tank, kemudian untuk simulasi adalah perbedaan level menyebabkan perbedaan tekanan dan menyebabkan perbedaan tekanan hidrostatis. Parameter yang digunakan adalah Tank 1: initial level = 0.9 m, T = 40°C Tank 2: initial level = 0.1 m, T = 20°C. Kemudian dari text view yang didapat digunakan sebagai parameter apa saja yang digunakan, dan kemudian check model dari data yang ada didapat 50 variabel dan 50 equation. Beriku adalah gambaran model yang terdapat pada percobaan two tanks.

Latihan pertemuan 3 luthfi 1.png

Pada simulasi tersebut dilakukan iterasi selama 1.5 s, pada tools di openmodelica kita dapat merubah waktu simulasi untuk lebih cepat atau lebih lama tergantung kebutuhan terhadap waktu yang kita butuhkan. Simulasi dilakukan dengan integrasi, yaitu integrasi persamaan pada model terhadap waktunya. Jika dilakukan dibawah 1.5 s maka plotting dari grafik belum setimbang untuk kedua tank. Tetapi pada saat iterasi melewati 1.5 s, maka grafik plotting untuk kedua tank sudah setimbang. Berikut adalah hasil plotting untuk two tanks dan dilihat dari variabel level 1, level 2, dan v_flow.

Latihan pertemuan 3 luthfi 2.png

Selanjutnya melihat parameter pada setiap sistem yang ada pada model seperti pada tank, yaitu terdapat beberapa variabel seperti.

- Atank

- Htank

- pAmbient

- Gravitasi

- To

- Level start/ Ketinggian awal


Pada komponen pipa terdapat beberapa variabel seperti.

- Geodetic height

- T pipe

- Simple friction : kondisi laminar dan aktual


Kasus selanjutnya adalah mengenai sistem fluida pada empty tanks. Pada simulasi yang dilakukan ini adalah berpindahnya aliran fluida berupa air dari suatu tank dengan level start 1 ke tank lain dengan level start 0. Kemudian check model untuk mengetahui variabel dan equation, dimana masing - masing adalah 138. Setelah itu mulai simulasi untuk mendapatkan hasil dari plotting. Berikut adalah model dari empty tanks, dimana terdapat dua tank dan berbedan head, kemudian level 1 yang memiliki head lebih tinggi dialirkan fluida darinya melewati pipe ke tank 2 yang memiliki head lebih kecil.

Latihan pertemuan 3 luthfi 1.1.png


Kemudian hasil plotting didapatkan untuk model empty tank, dimana variabel yang diamati adalah perubahan dt atau waktu dari volume tank 1 dan tank 2 tepatnya level tank 1 dan level tank 2. Level tank 1 mengalami perubahan ketinggian terhapat waktu karena mengalirnya flow fluida ke tank 2, begitu pun sebaliknya level tank 2 meningkat terhadap perubahan waktu (dt). Perubahan waktu stabil pada simulasi tersebut yaitu saat mendekati detik 35 s. Kemudian diberikan arahan untuk mencoba mengurangi durasi waktu atau melebihkannya, untuk lebih memahami waktu perubahan waktu dengan kondisi stabil dari model. Berikut adalah hasil plotting model empty tanks.

Latihan pertemuan 3 luthfi 1.2.png


Selanjutnya adalah diberikan penjelasan simulasi mengenai simple cooling, dimana pada awalnya terdapat ambient untuk tekanan, dan temperatur. Kemudian dialirkan menuju pump untuk mendorong fluida melewati pipe. Pada saat posisi di pipe, terdapat proses pendinginan, yaitu pada proses ini terdapat heat yang disalurkan terbagi ke thermal conductivity dan menuju ke convection. Sisi lain heat mengalir ke heat capacitor untuk di simpan panasnya. Pada tahap panas di convection dengan menggunakan hukum konveksi, dimana pipa dengan aliran yang bergerak dengan variabel kecepatan dan jenis aliran tertentu, berubah temperatur dan tekanannya. Sehingga akhirnya didapatkan temperatur baru dan tekanan baru pada ambient selanjutnya. Berikut adalah model simulasi untuk simple cooling.

Latihan pertemuan 3 luthfi 1.1a.png




Pada pertemuan hari ini Pak Hariyotejo memberikan exercise sebagai tugas untuk dikerjakan. Berikut adalah soal exercise yang diberikan.

Latihan soal luthfi 1.jpg

Terbagi menjadi 2 model simulasi untuk heating system dan three tanks. Berikut adalah penjabaran untuk heating system.

Heating System

Soal model 1 luthfi.jpg

1. Deskripsi dan uraian berdasarkan bagan yang ada

Berdasarkan bagan yang digunakan dari simulasi model heating system digunakan beberapa part seperti tank, dimana untuk menyimpan dan mengalirkan fluida berupa air, kemudian part pompa sebagai sistem kerja untuk mengalirkan fluida menuju sensor flow rate, part lain adalah pipe yang dimana terdapat sistem heat exchanger untuk merubah suhu dari fluida, part lain berupa sensor pengukur suhu sehingg didaptkan perubahan dari To yang diamati, part selanjutnya adalah valve sebagai penghenti dan pembuka aliran fluida pada sistem, dan beberapa part terakhir seperti radiator, kemudian Tambient yang memasuki radiator, dan terdapat di output berupa sensor temperatur return sebagai hasil dari takhir yang diamati oleh penguji.

2. Prosedur analisa pemodelan

Pada analisa prosedur pemodelan, pada tahap ini part tank karena terdapat level fluida tertentu dan juga head, menyebabkan aliran fluida mengalir, pompa sebagai sistem kerja/ mesin kerja mengalirkan fluida memasuki sensor flow rate. Perubahan temperatur terjadi ketika fluida melewati heat exchanger dimana To pada fluida akan memiliki kenaikan temperatur dan akan terukur pada sensor yang ada pada part setelahnya. Fluida terus dialirkan oleh pipe hingga menuju ke radiator, pada radiator terdapat tambient yang mempemgaruhi fluida dan kemudian fluida masuk ke sensor temperatur return sebagai hasil takhir.

3. Analisa dan interpretasi hasil pemodelan

Analisa dari hasil model dimana didapatkan hasil untuk variabel yaitu 538 dan equation dengan jumlah sama yaitu 538. Trivial equation yang didapatkan adalah 304 dari permodelan yang digunakan. Parameter pada model terdapat pada Pmin dan Pmax pada simulasi, terdapat juga Tmin dan Tmax sebagai interval dalam pengujian yang diamati oleh penguji dari heating system. Parameter lain yang terdapat pada simulasi tersebut adalah perubahan energi dan perubahan entalpi dari pipe sebagai contohnya. Terjadi karena gesekan antara fluida dengan permukaan pipe akibat kekasaran surface pipe.

Parameter lain yang digunakan pada pipe adalah panjang pipe, sehingga memengaruhi hasil daya yang akan digunakan oleh pompa, diameter pipe yang akan memengaruhi debit fluida yang mengalir, viskositas dari fluida yang digunakan, dan jumlah bilangan Re dari fluida karena akan memengaruhi jenis aliran apa yang digunakan, seperti laminar atau turbulen.

4.Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan

Konsep dari hukum fisika yang digunakan pada percobaan simulasi ini terdapat pada analisa yang telah dijelaskan mengenai interpretasi model, dimana terdapat konversi energi, sebagai contoh energi berubah pada aliran fluida yang mengenai permukaan dari pipe maka karena gesekan aliran fluida berubah tekanannya dan energinya menjadi heat. Kemudian perubahan phasa pada saat fluida melewai heat exchanger dimana phasa liquid dapat berubang menjadi gas. Hukum lainnya seperti konversi massa dan konversi momentum yang berperan pada sistem model tersebut.

Rumus konservasi luthfi.png

Kemudian hukum lain yaitu mengenai menentukan jenis aliran apa yang terjadi di aliran fluida apakah laminar atau turbulen, karena dalam heat transfer jenis aliran turbulen baik dalam merubah temperatur fluida. Kemudian viskositas juga berperan dalam mendapatkan bilangan Re dan tentunya jenis aliran nanti yang akan didapatkan dari fluida.

                                               Re = Inertia Force/Friction Force

5. Berikan hasil - hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh

Berikut adalah hasil pemodelan untuk heating system yang digunakan.

Heating system luthfi 1.png

Berikut adalah syntax dari heating system sebelum melakukan simulasi dan hasil check model yang didapatkan.

Heating system luthfi 2.png

Berikut adalah hasil salah satu plotting untuk variabel temperatur.



Three Tanks

Soal model luthfi 2.jpg

1. Deskripsi dan uraian berdasarkan bagan yang ada

Pada deskripsi bagan untuk three tanks, seperti yang telah dilakukan pada latihan oleh Pak Hariyotejo, dimana terdapat tanks dengan level fluida tertentu, kemudian terdapat head yang berbeda, memiliki sambungan berupa pipe dari tank satu ke yang lain. Pada simulasi three tanks ini akan disimulasikan aliran fluida pada perubahan waktu berapa sehingga aliran fluida dan level dari tiap tank menjadi stabil untuk seterusnya.

2. Prosedur analisa pemodelan

Pada prosedur dalam menjalankan model three tanks tentunya hal yang harus dilakukan adalah mensetting parameter yang akan digunakan, seperti height, diameter, cross area, level fluida, dan beberapa parameter lain. Kemudian pada bagian pipe diatur mengenai diamter pipe sehingga ini akan mempengaruhi berapa lama perubahan waktu yang terjadi pada tank yang berbeda levelnya. Pada pipe juga dapat diatur mengenai kekasaran, belokan yang ada, karena dapat memngaruhi pressure drop. Kemudian sebelum melakukan simulasi tentunya harus mengecek model untuk mengetahui variabel dan equation harus sama.

3. Analisa dan interpretasi hasil pemodelan

Hasil pemodelan dari model three tanks mendapatkan variabel dengan jumlah 261 dan jumlah yang sama untuk equation adalah 261. Trivial equation sendiri berjumlah 107. Parameter yang digunakan dari percobaan ini adalah tekanan dari tiap tank, kemudian temperatur yang digunakan, specific entalphy dan terdapat juga massa molar.

Kemudian parameter dari part yang utama adalah pipe, dimana parameter - parameternya memainkan peranan dalam mengubah atau menvariasikan hasil output yang dihasilkan pada simulasi nantinya. Beberapa diantaranya adalah length, dimana akan memengaruhi cepat atau lambatnya perubahan level tank terhadap waktu, kemudian diameter yang memengaruhi debit fluida yang mengalir, kekasaran permukaan pipe yang akan memngaruhi jenis aliran apa yang akan terjadi dan memengaruhi bilangan Re juga nantinya. Sehingga output perubahan waktu dari perubahan level fluida akan menjadi stabil untuk 3 tanks yang akan digunakan pada akhirnya, sebagai hasil dari parameter - parameter yang digunakan.

4.Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan

Berdasarkan hukum fisika yang terdapat pada model tersebut dapat dilihat dari head yang ada pada tank sehingga mengalirkan fluida, maka menggunakan hukum tekanan hidrostatis.

                                                            Ph = ρgh

Keterangan :

Ph : Tekanan Hidrostatis (N/m^2)

ρ : Massa jenis (Kg/m^3)

g : Gravitasi (m/s^2)

h : ketinggian permukaan fluida (m)

Kemudian didalam pipa dapat terjadi pressure drop yang akan merubah tekanan dari aliran fluida, dengan berikut persamaannya.

                                                      ΔP = f.1/2.l/D.ρ.V^2  

ΔP = Pressure drop (perbedaan tekanan) (Pa)

l = Panjang pipa pengukuran tekanan (m)

D = diameter pipa (m)

ρ = Densitas fluida (kg/m^3)

V = Kecepatan aliran fluida (m/s)

5. Berikan hasil - hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh

Berikut adalah hasil dari model yang terdapat pada three tanks dengan parameter didalamnya.

Three tanks luthfi 1.png

Berikut adalah syntax yang digunakan dalam model tersebur dengan parameter dan hasil check model yang didapatkan sebelum simulasi digunakan.

Three tanks luthfi 2.png

Kemudian didapatkan hasil plotting untuk parameter variabel level tank 1, level tank 2, dan level tank 3. Dimana untuk hasil stabil dari aliran fluida pada perubahan level terhadap perubahan waktu didapatkan waktu yang mendekati 150 s dan kestabilan dari level fluida mendekati 4 m.

Sekian hasil dari exercise untuk dua percobaan yang diberikan Pak Hariyotejo oleh penulis, beserta materi yang diberikan pada pertemuan hari ini, kurang lebihnya mohon maaf, terima kasih. Wassalamualaikum Wr. Wb.

Three tanks luthfi 3.png

Pertemuan Sistem Fluida 4 : 3 Desember 2020

Assalamualaikum Wr. Wb. pada pertemuan hari ini, materi diberikan oleh Pak Hariyotejo. Materi mengenai simulasi yang dilakukan di software Openmodelica. Simulasi dilakukan dengan menggunakan library dengan example berupa simulasi two tanks. Pada simulasi two tanks, tetapi berbeda dari pertemuan sebelumnya yang melakukan simulasi running langsung dari example, untuk pertemuan kali ini diajari untuk membuat sendiri simulasi berdasarkan referensi dari perhitungan, menginput sendiri untuk tools yang digunakan dimana pada simulasi two tanks menggunakan 2 tank dan 1 pipe. Kemudian dilakukan pembuatan alur dari outlet tank 1 ke inlet pipe kemudian dari outlet pipe ke inlet tank 2. Berikut gambaran model dari simulasi two tanks.

Twotanks luthfi 1.png

Kemudian dari model example two tanks, penulis membuat remodel dari model two tanks tersebut dengan membuat syntax baru di text view. Berdasarkan referensi example, untuk variabel tank 1 memiliki data yaitu Atank = 1 m2, To = 313.15 K, g = 10 m/s2, htank = 1 m, dan level = 0.9 m. Berikutnya untuk pipe sendiri memiliki parameter yaitu untuk To = 293.15, V_flowLaminar = 2, V_flowNominal = 4, dplaminar = 10 Pa, dan dpnominal = 30 Pa. Selanjutnya adalah tank 2 dengan parameter sebagai berikut. Atank = 1 m2, To = 293.15 K, g = 10 m/s2, htank = 1 m, dan level = 0.1 m.

Twotanks luthfi 2.png

Berikut adalah hasil dari simulasi yang dilakukan dengan parameter yang diamati adalah perubahan level tanks terhadap perubahan waktu (dt). Didapatkan bahwa perubahan volume air pada kedua tank mengalami nilai yang konstan dan stabil pada waktu 1.4 s.

Twotanks luthfi 3.png

Berikutnya Pak Hariyotejo memberikan penjelasan simulasi mengenai model example dari empty tank, dimana penulis membuat remodel dari example tersebut untuk disimulasikan kembali. Penulis memasukan variabel tank 1, pipe, dan tank 2. Tank 1 dibuat memiliki ketinggian yang lebih tinggi dari tank 2 dan karena perbedaan tinggi dan tekanan. Fluida berupa air mengalir melalui pipe dari tank 1 menuju tank 2.

Emptytanks luthfi 1.png

Selanjutnya sebelum melakukan simulasi, penulis memasukan syntax sebagai model perhitungan yang akan disimulasikan. Berdasarkan referensi, tank 1 memiliki parameter yaitu untuk crossArea = 1, height = 1.1, level_start = 1, nPorts = 1. Kemudian untuk tank 2 yaitu crossArea = 1, height = 1.1, level_start = 1.0e-10, nPorts = 1. Selanjutnya untuk pipe yaitu diameter = 0.1, height_ab = -1, length = 1

Emptytanks luthfi 2.png

Berikut adalah hasil plotting dari simulasi yang digunakan dengan parameter yang diamati adalah perubahan level dengan perubahan waktu. Didapatkan nilai konstan untuk perubahan level yaitu untuk tank 1 0 m, dan tank 2 1 m. Kemudian untuk waktu stabil adalah 34 s.

Emptytanks luthfi 3.png

Materi berikutnya adalah simulasi mengenai konservasi massa dari suatu aliran fluida, untuk persamaan konservasi massa yang diketahui adalah sebagai berikut.

                                                          dm/dt = ṁin - ṁout

Keterangan :

dm : perunbahan massa

dt : perubahan waktu

ṁin : mass flow rate masuk

ṁout : mass flow rate keluar

Conservationofmass luthfi 1.png

Berikutnya adalah menggunakan syntax untuk perhitungan dan parameter yang digunakan, yaitu parameter SpecificHeatCapacity R=287, V= 1e-3 T= 293, m_flow_in= 1e-3, m_flow_out= 0.01e-3. Dengan persamaan yang digunakan sebagai berikut.


der(m) = m_flow_in- m_flow_out

P*V = m*R*T


Didapatkan hasil dari simulasi untuk di plortting pada grafik, dimana parameter yang diamati adalah perubahan massa (dm) terhadap waktu (dt), perubahan yang terlihat adalah massa awal 0.0012 menjadi 0.0022 dalam waktu 1 s.


Conservationofmass luthfi 2.png Conservationofmass luthfi 3.png



Berikutnya adalah exercise yang diberikan oleh Pak Hariyotejo mengenai simulasi siklus kombinasi pembangkit daya. Berikut adalah model yang digunakan pada example di ThermoSysPro.

Thermosyspro luthfi 1.png

1. Analisa termodinamika (konservasi massa dan energi) pada sistem, dibuat skema analisisnya

• Berdasarkan analisa termodinamika, konservasi massa dan konservasi energi yang terjadi yaitu pada siklus Brayton,

Proses 1-2, Proses udara masuk akibat terhisap oleh kompresor. Udara dinaikan tekanannya. Udara ini yang nantinya akan digunakan untuk proses pembakaran pada ruang bakar. dengan naiknya tekanan udara, akan merubah nilai temperatur udara tersebut.

Proses 2-3, Proses ini adalah proses pembakaran di ruang bakar. Udara yang telah dikompresikan, dialirkan menuju ruang bakar, lalu bertemu dengan bahan bakar dan juga sumber panas, lalu terjadilah proses pembakaran gas. Sehingga timbulah gas panas dari proses ini. Pada diagram T-s, terlihat adanya kenaikan temperatur yang cukup tinggi.

Proses 3-4, Proses ini adalah proses ekspansi gas panas terhadap turbin melalui sudu-sudunya. Gas panas melakukan kerja terhadap turbin sehingga terjadilah perputaran. Apabila tersambung ke generator, maka generator pun akan ikut berputar dan bangkitlah energi listrik.

Proses 4-1, Secara teori, seharusnya gas panas yang telah digunakan masuk kembali ke kompresor sehingga nantinya akan kembali digunakan. Sehingga terjadilah sebuah siklus yang bernama Siklu brayton.

• Kemudian terdapat juga siklus Rankine,

Proses 1-2, Fluida kerja (misalnya air) dipompa dari tekanan rendah ke tekanan tinggi. Pada tahap ini fluida kerja berfase cair sehingga hanya membutuhkan energi yang relatif kecil untuk proses pemompaan.

Proses 2-3, Air bertekanan tinggi memasuki boiler untuk dipanaskan. Di sini air berubah fase menjadi uap jenuh. Proses ini berlangsung pada tekanan konstan.

Proses 3-4, Uap jenuh berekspansi pada turbin sehingga menghasilkan kerja berupa putaran turbin. Proses ini menyebabkan penurunan temperatur dan tekanan uap, sehingga pada suhu turbin tingkat akhir kondensasi titik air mulai terjadi.

Proses 4-1, Uap basah memasuki kondenser dan didinginkan sehingga semua uap berubah menjadi fase cair.

• Pembangkit listrik tenaga uap mendapatkan panas masukannya dari gas buang suhu tinggi dari pembangkit listrik turbin gas. Dengan demikian, uap yang dihasilkan dapat digunakan untuk menggerakkan turbin uap.

                               Skema luthfi 1.jpgSkema luthfi 2.jpg
Skema luthfi.png

2. Komponen yang digunakan beserta fungsi, serta penjelasan dari parameter yang digunakan

Kondenser : Kondensor merupakan salah satu peralatan penting dalam sebuah proses di power plant khususnya pada sistem PLTU. Fungsi utama kondensor adalah suatu alat yang digunakan untuk mengkondensasikan uap hasil pembuangan ekstraksi turbin menjadi titik-titik air (air kondensat) dan uap yang terkondensasi menjadi air ditampung pada Hotwell. Parameter yang digunakan Cavity volume, Cavity cross-sectional area, Fraction of initial water volume in the drum, Pipe internal diameter, Friction pressure loss coefficient, dan Number of pipes in parallel.

Drum : Steam drum berfungsi sebagai tempat penampungan air panas serta tempat terbentuknya uap. Drum ini menampung uap jenuh (saturated steam) beserta air dengan perbandingan antara 50% air dan 50% uap. Parameter yang digunakan diameter, cross area, height.

Generator : pada pembangkit fungsi utamanya adalah menghasilkan listrik dengan mengubah energi gerak menjadi listrik. Parameter yang digunakan adalah efisiensi.

Heat Exchanger : fungsi utamanya adalah mengubah temperature dari fluida, baik menaikan temperature atau menurunkan temperature. Parameter yang digunakan seperti Exchanger length, Numver of segments, Pipe internal diameter, dan Number of pipes in parallel.

Pipe : mengalirkan fluida dari outlet suatu komponen ke inlet komponen lain. Parameter yang digunakan seperti length, diameter, average fluid pressure.

Pump : sebagai penggerak fluida dengan menaikan tekanan. Parameter yang digunakan coeff. Pump, mass flow rate, volume flow rate, dan Fluid average pressure.

Steam turbine : untuk mengubah energi panas dari uap menjadi energi mekanik (putaran) sebagai penggerak generator untuk menghasilkan energi listrik. Parameter yang digunakan Nominal compression nominal rate, Compressor nominal efficiency, Turbine nominal expansion rate, Turbine nominal efficiency, Turbine reduced mass flow rate, Chamber pressure loss coefficient, dan Combustion chamber thermal losses.

Valve : alat yang digunakan untuk memberhentikan dan mengalirkan aliran fluida. Parameter yang digunakan max. CV, Fluid average pressure, dan Fluid specific enthalpy.


3. Medium fluida yang digunakan dan proses analisis perhitungan pemodelan

Pada fluida yang digunakan pada model tersebut yaitu gas(uap air) dan air, untuk uap sendiri digunakan pada steam turbin. Kemudian air didapatkan setelah memasuki proses pada kondenser untuk merubah uap air menjadi air. Medium berdasarkan model Combined Cycle Power Plant sendiri yaitu.

• Turbin Gas : berupa gas alam yang berubah menjadi fasa superheated dalam gas, sistem tersebut menghasilkan kerja kepada alternator.

• Turbin Uap : fluida berupa uap panas dan superheated gas, yang menghasilkan kerja dan dihubungkan ke alternator.

• Pompa Sentrifugal : Menggerakan fluida cair pada siklus combined cycle power plant, sistem tersebut membutuhkan kerja.

• Kompressor : mengubah temperatur dan tekanan pada fluida untuk dapat digunakan pada turbin yang membutuhkan fasa supercritical, sistem ini membutuhkan kerja.

Analisa perhitungan yang digunakan pada Combined Cycle Power Plant adalah sebagai berikut.

Luthfi persamaan tugas 4.1.png Luthfi persamaan tugas 4.2.png Luthfi persamaan tugas 4.3.png


Luthfi persamaan tugas 4.4.png


4. Penjelasan flow line pada warna hitam, merah, biru pada diagram

Flowline warna hitam pada sistem Combined Cycle Power Plant di aplikasi OpenModelica, menunjukkan gerak alur gas pada sistem tersebut. Jalur gas tersebut adalah jalur masuk dan keluarnya gas pada turbin gas.

Flowline warna biru pada sistem Combined Cycle Power Plant di aplikasi OpenModelica, menunjukkan gerak alur uap dengan temperatur yang rendah pada sistem.

Flowline warna merah pada sistem Combined Cycle Power Plant di aplikasi OpenModelica, menunjukkan gerak alur uap dengan temperatur yang tinggi pada sistem.

Sekian materi pada pertemuan 4 dari penulis, kurang lebihnya mohon maaf, terima kasih. Wassalamualaikum Wr. Wb.


Pertemuan Sistem Fluida 5 : 10 Desember 2020