Video Presentasi CFD

Read More..

DRAG COEFFICIENT

Drag coefficient adalah besaran non dimensional yang digunakan dalam penentuan besarnya hambatan sebuah objek dalam lingkungan fluida. Objek yang memiliki drag coefficient kecil mengindikasikan bahwa objek tersebut memiliki tingkat aerodinamik maupun hidrodinamik yang rendah. Begitu pula sebaliknya.
Berikut ini adalah contoh drag coefficient dari beberapa objek:

Sumber: Introduction to Thermal System Engineering

Pada simulasi CFDSOF kali ini, penulis mencoba membandingkan antara CD hasil simulasi dengan CD menurut literatur di atas.

Kondisi I, l/D = 1
Pada kondisi ini, penulis membuat sebuah objek persegi dengan panjang dan tinggi 1m x 1m.
Untuk aliran laminar, maka :

Hasil simulasi dengan CFDSOF didapat gaya yang bekerja pada objek dengan arah-x adalah:

Kondisi II, l/D = 2
Pada kondisi ini, penulis membuat sebuah objek persegi dengan panjang dan tinggi 2m x 1m.
Untuk aliran laminar, maka :

Hasil simulasi dengan CFDSOF didapat gaya yang bekerja pada objek dengan arah-x adalah:

Maka drag coefficient:

Kondisi III, l/D = 0,5
Pada kondisi ini, penulis membuat sebuah objek persegi dengan panjang dan tinggi 1m x 1m.
Untuk aliran laminar, maka :











Hasil simulasi dengan CFDSOF didapat gaya yang bekerja pada objek dengan arah-x adalah:

Kesalahan literatur
- Untuk kondisi I, hasil simulasi memiliki kesalahan literatur sebesar 0%
- Untuk kondisi II, hasil simulasi memiliki kesalahan literatur sebesar 17,56%
- Untuk kondisi III, hasil simulasi memiliki kesalahan literatur sebesar 8%

Jadi hasil simulasi masih bisa diterima

Read More..

PRESSURE DROP PADA PIPA DATAR

Minyak dengan berat jenis 8900 N/m3, viskositas 0,10 Ns/m2 mengalir pada pipa berdiameter 23mm. Perbedaan tekanan pada jarak 0,5 m dari inlet adalah...

Langkah pertama, kita tentukan kecepatan aliran fluida pada pipa tersebut. Karena

Maka:

Reynold number yang digunakan adalah 2100, dengan asumsi aliran laminer memiliki kecepatan maksimum.

Dengan menggunakan moody diagram, kita dapat menemukan nilai dari f  yaitu 0,03.

Jika menggunakan simulasi CFD, maka dengan input data sama dengan di atas, didapat hasil:

Maka:

Pressure drop yang dihitung dengan CFDSOF dan dengan perhitungan manual tidak ada perbedaan yang berarti.

Read More..

Pembesaran Diameter Pipa

Sering kita jumpai di sekitar kita berbagai macam instalasi pipa. Baik itu pipa gas, pipa air ledeng, maupun pipa saluran pembuangan. Pada instalasi pipa tersebut tidak jarang juga dijumpai sambungan pipa yang diameternya berubah, baik membesar maupun mengecil, tiba-tiba maupun bertahap. Perubahan diameter ini tentu menimbulkan kerugian-kerugian yang terjadi pada aliran dalam pipa tersebut. Perlu dilakukan perhitungan khusus untuk mendapatkan konfigurasi terbaik dalam memilih bentuk yang tepat dengan kerugian terkecil.

Pada simulasi kali ini saya mencoba menggunakan pembesaran fluida secara tiba-tiba dan secara bertahap untuk membandingkan aliran dan kerugian yang terjadi pada aliran dalam pipa tersebut.

Simulasi ini menggunakan pipa dengan diameter kecil 0,2 meter, diameter besar 0,5 meter dan panjang 1 meter. Kemudian fluida dalam pipa dialirkan dengan kecepatan 10 m/s. hasil dari simulasi tersebut adalah sebagai berikut:

a. Pipa dengan perbesaran tiba-tiba

b. Pipa dengan perbesaran secara bertahap

*bersambung....

Read More..

OPTIMASI BENTUK LAMBUNG DENGAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS UNTUK MENGURANGI HAMBATAN GESEK PADA KAPAL SELAM TEMPUR

LATAR BELAKANG

Secara umum, kapal dikategorikan menjadi dua jenis, yaitu opened shelter deck vessel dan closed shelter deck vessel. Kapal selam adalah salah satu varian dari kapal jenis closed shelter deck vessel (CSDV), yaitu kapal yang seluruh geladak dan lambungnya tertutup secara kedap air sehingga tidak ada air yang dapat masuk ke dalam kompartemen kapal.

Sejak perang dunia pertama, kapal selam menjadi armada tempur favorit angkatan laut negara-negara barat karena dapat menyelam sampai kedalaman tertentu tanpa dapat dilihat secara langsung oleh lawan dari permukaan laut. Indonesia pernah memiliki armada kapal selam tempur kelas Whisky sebanyak 12 unit. Kapal selam ini sangat berperan pada operasi Mandala dalam rangka pembebaasan Irian Barat dari tangan Belanda. Kepemilikan Indonesia atas 12 kapal selam tempur tersebut membuat posisi Indonesia sangat diperhitungkan oleh negara-negara barat khususnya NATO, karena negara-negara tersebut tidak memiliki kapal selam yang dapat menandingi kemampuan kapal selam RI.

Kapal selam dirancang khusus untuk dapat menyelam sampai kedalaman tertentu. Dengan kemampuan ini, maka keenam sisi permukaan lambung kapal yang meliputi sisi depan, belakang, sisi kanan, sisi kiri, bawah dan atas bersentuhan langsung dengan air, yang dalam ilmu mekanika fluida biasa disebut bidang basah. Semakin besar luas bidang basah, semakin besar juga hambatan gesek kapal.

Kapal selam, terutama kapal selam tempur dituntut untuk memiliki kecepatan yang tinggi dan tidak mudah dideteksi oleh armada tempur lawan. Salah satu komponen yang harus diperhatikan dalam meningkatkan kecepatan operasi sebuah kapal adalah hambatan gesek pada lambung, karena 70% s.d. 90% hambatan kapal disebabkan oleh hambatan gesek. Untuk mendapatkan performa terbaik pada kapal selam tempur, salah satu hal yang harus dilakukan adalah mengurangi komponen hambatan gesek pada lambung kapal. Hambatan kapal selam ini berpengaruh terhadap kecepatan operasional kapal selam.

Identifikasi Masalah

1. Bagaimana pengaruh bentuk lambung terhadap hambatan kapal selam?

2. Bagaimanakah bentuk lambung terbaik untuk meminimalisir hambatan gesek?

Pembatasan Masalah

1. Penelitian hanya dilakukan dengan simulasi CFD.

2. Tidak dilakukan analisa stabilitas kapal

3. Dimensi awal yang digunakan adalah dimensi KRI Cakra dan KRI Nanggala milik TNI-AL

TUJUAN

1. Mengetahui pengaruh bentuk lambung kapal terhadap hambatan kapal

2. Mengoptimalkan bentuk lambung kapal selam guna mendapatkan hambatan gesek terkecil

Read More..

ALIRAN LAMINAR ANTARA DUA PELAT SEJAJAR

Aliran antara dua pelat sejajar adalah bentuk sederhana 2 dimensi dari aliran dalam sebuah pipa lurus. Pada simulasi CFD kali ini saya mencoba untuk mensimulasikan aliran dalam sebuah pipa dengan panjang 1 m dan diameter (atau jika 2D disebut lebar) 0,02 m. Dengan massa jenis fluida 1 kg/m³ dan viskositas 1 kg/ms.

Gambar 1. Ilustrasi Pelat Datar

Kedua ujung pipa terbuka, sehingga memungkinkan adanya aliran masuk dari kedua sisinya. Oleh karena itu, dalam simulasi ini kedua ujung pipa diibaratkan sebagai inlet. Pada sisi sebelah kiri (inlet 1), diberi perlakuan tekanan sebesar 5 Pa. Sedangkan pada sisi sebelah kanan (inlet 2) diberi perlakuan tekanan sebesar 1 Pa. Adanya perbedaan tekanan ini menyebabkan fluida mengalir dari tempat bertekanan tinggi ke tempat bertekanan rendah. Sehingga arah aliran adalah dari inlet 1 ke inlet 2. Hal ini bisa dilihat pada hasil simulasi dengan CFDSOF.

Gambar 2. Perbandingan Bentuk Aliran

Gambar di atas adalah gambar bagian awal dari pipa (inlet 1). Tampak arah aliran fluida secara umum ke arah kanan. Pada gambar tersebut tampak ada 2 kelompok aliran yaitu developed flow dan fully developed flow. Developed flow area adalah daerah di mana aliran fluida belum stabil dan berada pada daerah awal dari masuknya fluida ke dalam pipa atau pada daerah elbow. Sedangkan fully developed flow area merupakan daerah di mana aliran fluida sudah stabil, arah dan besar kecepatan sepanjang pipa relatif sama untuk suatu daerah berjarak y dari dinding.

Dari gambar tersebut tampak pula bahwa semakin mendekati dinding, kecepatan fluida semakin kecil. Hal ini disebabkan karena adanya sheer stress antara fluida berviskositas dengan dinding pipa. Pada suatu posisi x pada fully developed flow area, kecepatan terbesar terjadi pada bagian tengah atau sekitar titik pusat lingkaran penampang pipa. Untuk lebih jelasnya bisa dilihat pada gambar berikut ini.

Gambar 3. Distribusi Kecepatan Pada Pipa

Pada gambar di atas, kecepatan rendah digambarkan dengan warna biru dan kecepatan tinggi dogambarkan dengan warna merah. Semakin mendekati dinding, warna semakin mendekati biru. Begitu pula sebaliknya, semakin ke tengah warna semakin mendekati merah. Pola distribusi kecepatan aliran fluida untuk posisi i=1 s.d. 6 dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 4. Pola Distribusi Kecepatan pada i=1 s.d i=6

Garis merah merupakan pola distribusi kecepatan pada i=1 dan garis biru merupakan pola distribusi kecepatan pada i=6. Pada simulasi ini, developed flow area hanya terjadi sampai dengan i=6 karena pada posisi i=7 dan seterusnya, pola distribusi aliran relatif sama dengan pola distribusi aliran pada i=6. Garis yang tidak teratur pada i=1 terjadi karena pada awal aliran tersebut (inlet 1) terjadi vortex, yaitu pusaran air yang terjadi akibat adanya perubahan tekanan secara tiba-tiba dari tekanan rendah menjadi tekanan tinggi. Seperti terlihat pada gambar berikut.

Gambar 6. Tekanan Statis pada Inlet 1

*keterangan: untuk memperbesar dan memperjelas gambar, silahkan klik masing-masing gambar

Read More..

Latihan Simulasi CFD - Permasalahan Difusi [Part-2]

Latihan 4.2

Sebuah plat sangat lebar memiliki ketebalan L = 2 cm dengan konduktivitas termal konstan k = 0,5 Wm^-1K^-1 dan laju perpindahan kalor 100 kW/m³. Kedua sisi pelat diberi temperatur 100⁰C dan 200⁰C.

Pada kasus ini, pelat tersebut memiliki panjang dan lebar yang sangat besar, sehingga besaran tersebut dapat diabaikan. Kita ambil saja bagian kecil dari pelat tersebut. Kemudian dibagi menjadi lima bagian seperti tampak pada gambar berikut:

Kelima titik tersebut merupakan titik tengah dari sel internal. Jarak antar sel adalah sebesar dx, sedangkan jarak sel 1 ke dinding atau jarak sel 5 ke dinding adalah dx/2.

Setelah disimulasikan dengan menggunakan CFDSOF, didapat distribusi temperatur adalah sebagai berikut:

Grafik temperatur terhadap posisi sel dapat dilihat pada gambar berikut:

Nilai temperatur pada setiap sel, disebut alfa pada program CFD, adalah sebagai berikut:

Temperatur pelat pada C1 = 422 K, C2 = 489 K, C3 = 525 K, C4 = 529 K dan C5 = 502 K.

Jika dihitung menggunakan persamaan aljabar biasa, nilai C1 = 423 K, C2 = 491 K, C3 = 527 K, C4 = 531 K dan C5 = 503 K.

Dari kedua metode di atas tampak adanya perbedaan nilai, perbedaan tersebut disajikan dalam tabel berikut ini:

Perbedaan ini wajar karena dari grafik tampak bahwa persamaan hubungan antara x dan T bukanlah hubungan linear. Jika saat melakukan simulasi sel yang digunakan semakin banyak dan semakin kecil, maka tingkat kesalahan dapat diminimalisir.

Puskom FTUI

13 Maret 2012

Read More..