Valve - Raditya Aryaputra Adityawarman

Raditya Aryaputra

Biodata Diri

Nama: Raditya Aryaputra Adityawarman

NPM: 1806181691

Kelas: Sistem Fluida-03

Pertemuan 1: Kamis, 12 November 2020

Pada pertemuan ini kami mempelajari karakterisasi aliran dari valve dan memperkirakan pressure drop yang terjadi pada model valve.

Fungsi dari valve adalah membuka aliran/menghentikan aliran, mengatur/meregulasi jumlah aliran, dan mengarahkan aliran untuk menghindari backflow.

Tipe-tipe valve:

• butterfly valve
• check valve
• gate valve
• globe valve
• ball valve

Kemudian Ales menjelaskan tentang apa itu CFD. CFD (Computational Fluid Dynamics) adalah pengembangan ilmu menggunakan analisis numerik untuk memcahkan masalah yang melibatkan aliran fluida. Contohnya fenomena konduksi, konveksi, aliran, dan lain-lain. Selain itu CFD berguna untuk menghitung rumus dan visualisasi sehingga kita dapat memanfaatkan sistem fluida.

Lalu kami menjalankan simulasi dengan CFDSOF mengenai pressure drop pada aliran gate valve. Berikut urutan pengerjaan simulasinya:

Simulasi Pressure Drop Aliran Gate Valve

---

SET UP

1. Pertama, buka aplikasi dan buat file CFD
2. Kemudian masukkan geometri valve
3. Skalakan geometri valve jika diperlukan
4. Pada base mesh, tentukan boundary condition pada box mesh boundaries. Terdapat beberapa pilihan yaitu inlet, outlet, wall, symmetry, dan empty. Inlet dan outlet untuk keluar dan masuknya fluida, wall untuk permukaan kotak, dan empty jika tidak ingin dianalisis.
5. Pada generate mesh, pastikan titik mesh location di dalam kotak tersebut, karena kita menganalisis aliran internal
6. Kemudian masuk ke geometry mesh dan pilih surface refinement 3. Fungsinya agar mesh yang dibuat lebih banyak dan hasil simulasi lebih akurat
7. Klik generate mesh
8. Lalu check mesh, memastikan semua mesh sudah dibuat dengan baik
9. Pada simulation model, pilih turbulance-RANS dan apply model
10. Kemudian muncul tab turbulance. Pada tab itu pilih turbulance model sst-kω
11. Fluid properties sudah benar, maka biarkan saja
12. Pada boundary condition, inlet dengan tipe velocity inlet sebesar 1 m/s, outlet dengan tipe outflow, dan yang lain stationary wall.
13. Pada tab CFD-solve, run dengan 3000 iterasi/perhitungan
14. Tunggu hingga konvergen dan selesai

POST PROCESSING

1. Pada tab post-processing, masuk ke paraview
2. Apply model sehingga terlihat valvenya. Pastikan ada variabel tekanan, kecepatan, dan turbulen.
3. Kecepatan pada paraview merupakan kecepatan kinematik, yaitu kecepatan statik dibagi rho. Kita harus menghitung tekanan statik melalui kalkulator. pstatic=p.1.225
4. Buka kalkulator lagi untuk menghitung magnitude kecepatan untuk mencari p dinamik. magU=sqrt(U_X^2+U_Y^2+U_Z^2)
5. Hitung p dinamik. pdynamic=0.5*1.225*magU^2
6. Kemudian hitung p total dan klik apply. ptotal=pstatic+pdynamic
7. Lalu kita ekstrak surface yang diinginkan, yaitu inlet dan outlet dengan cara filters->alphabetical->extract block->pilih inlet1 dan outlet1
8. Kita lihat p total inlet dan outlet dengan integrate variable
9. Terakhir, kita menghitung pressure drop dengan cara dp = ptotal inlet- ptotal outlet dengan satuan Pascal.

Lampiran

Tugas Simulasi Valve

---

Pada tugas ini, saya mencoba simulasi valve dengan bentuk yang berbeda. Berikut model valve yang digunakan:

Kemudian saya melakukan meshing serta boundary condition.

Lalu dilakukan simulasi dengan iterasi sebanyak 2000 dengan v inlet 1 m/s.

Setelah dilakukan simulasi, buka paraview dan hitung p statik, p dinamik, dan p totalnya. Pressure drop dari simulasi ini adalah 0,00207598

Untuk mengetahui disribusi tekanan total pada sumbu x, maka kita perlu membuat grafik. Caranya yaitu:

1. Klik p total, lalu pilih plot overline
2. Pastikan garis melintang di sumbu x dan berada di tengah-tengah valve, lalu klik apply
3. Pilih variabel yang diplot. Pada simulasi ini yang dilihan tekanan total

Selanjutnya untuk visualisasi tekanan total dapat menggunakan slice, caranya:

1. Klik p total, lalu pilih slice
2. Pada slice, pilih plane pada normal z, dan klik apply

Dari situ kita bisa memilih kontur tekanan total, untuk variabel lain bisa juga dilihat.

Pertemuan 2: Kamis, 19 November 2020

Pada pertemuan ini, Pak Dai menjelsakan mengenai segitiga kecepatan pada sistem fluida. Segitiga kecepatan merupakan segitiga yang menunjukkan arah vektor kecepatan pada sistem fluida. Selain itu, Pak Dai menjelaskan tentang apa itu sistem fluida. Sistem fluida adalah panduan antar komponen-komponen atau sub-sistem yang salung bekerja sama dengan aturan tertentu untuk mencapai suatu tujuan masalah fluida. misalkan: tangki dan pompa yang merupakan suatu sistem yang saling kerja sama untuk memindahkan fluida dari suatu fluida dari suatu tempat ke tempat lain, dan terdiri dari elemen-elemen sub sistem untuk memindahkan energi mekanik menjadi energi fluida.

Kemudian bang Edo menjelaskan mengapa kita butuh CFD walaupun kita sudah mempelajari sistem fluida. Pada sistem fluida masih teoritis dan masih perlu adanya evaluasi dan validasi, dalam hal ini bisa diselesaikan dengan CFD. Contohnya untuk mendesain turbin air, kita simulasi dengan cfd untuk menentukan sudut sudu. Kita tidak bisa melihat pengaruh segitiga kecepatan hanya dengan teoritis saja karen CFD bisa simulasi secara dinamik atau real time. Selain fungsi visualisasi, kita bisa melihat plotting apakah analisis tepat atau tidak.

Lalu Pak Dai menjelaskan 3 metode analisa sistem fluida:

• eksperimen: metode ini hasilnya aktual atau secara real time, tapi memerlukan banyak resources baik waktu maupun ekonomis.
• teori: metode ini memberikan keyakinan kita untuk verifikasi data eksperimen betul atau tidak pada kondisi ideal, karena eksperimen ada kesalahan data.
• numerik atau CFD: bila perhitungan yang dilakukan sangat kompleks dan tidak bisa diselesaikan pada metode teoritis, maka bisa memakai CFD. kelebihannya tidak memerlukan resources yang banyak, namun kekurangannya tidak akurat seperti eksperimen dan tidak ideal seperti teoritis.

Ketiga metode tersebut saling melengkapi, maka dari itu kita harus mengenal ketiga metode ini untuk menyelesaikan masalah terkait sistem fluida.

Kemudian Pak Dai menjelaskan perbedaan antara turbin impuls dan turbin reaksi.

• turbin impuls : Turbin impuls mengubah energi fluida dalam bentuk tekanan dengan mengubah arah aliran fluida ketika terkena bilah rotor. Turbin ini memanfaatkan head yang tinggi, dedesain berbentuk mangkuk agar terjadi perubahan momentum.
• turbin reaksi : Turbin reaksi mengubah energi fluida dengan reaksi pada bilah rotor, ketika fluida mengalami perubahan momentum. Tekanan di bagian atas kecil sementara tekanan bagian bawah besar sehingga ada gaya lengan atau torsi.

Selanjutnya, Pak Dai menjelaskan kelebihan dari openmodelica kita tidak harus bisa coding, cukup dengan pemodelan saja sudah bisa dilakukan simulasi. Pak Dai juga menjelaskan contoh aplikasi sistem fluida pada openmodelica, yaitu empty tank. Simulasi ini menunjukkan perubahan volume tangki 1 dan 2 karena perbedaan ketinggian tangki. Pada hasil simulasi grafik volume pada tangki 1 menunjukkan penurunan, sementara grafik volume tangki 2 menunjukkan kenaikan.

Tugas Mempelajari OpenModelica untuk Mempelajari Sistem Fluida

---

Dalam mempelajari sistem fluida, saya melihat aliran pada threetanks. Pada contoh tersebut, variabel yang berbeda adalah ketinggian pipa dan tinggi air di dalam tangki. Keadaan pertama yaitu ketinggian pipa 1 = 2 m, pipa 2 = 2 m, dan pipa 3 = -1 m. Sementara ketinggian air di dalam tangki 1=8 m, tangki 2 = 3 m, dan tangki 3 = 3 m. Hasil dari simulasi tersebut menunjukkan volume pada tangki 1 yang berkurang dari 8 m hingga 4 m, mengisi tangki 2 dan 3. Volume tangki 2 awalnya berkurang karena mengisi tangki 3, namun karena mendapat air dari tangki 1 maka volume meningkat kembali. Sementara tangki 3 volumenya meningkat karena terisi oleh tangki 2 dan 3.