Simulasi Aliran Fluida Pada Pompa Hidram Dengan Tinggi Air Jatuh 2,3 m Dengan Menggunakan Perangkat Lunak CFD

 1  57  113

dokumen informasi

SIMULASI ALIRAN FLUIDA PADA POMPA HIDRAM DENGAN TINGGI AIR JATUH 2.3 M DENGAN MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK CFD SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik HERTO MARISEIDE MARBUN NIM. 080401037 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013 Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmatnya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul “Simulasi Aliran Fluida Pada Pompa Hidram Dengan Tinggi Air Jatuh 2,3 m Dengan Menggunakan Perangkat Lunak CFD”. Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub bidang Konversi Energi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat nasehat, semangat, dan motivasi dari berbagai pihak, penulis dapat menyelesaikannya. Secara khusus penulis mengucapkan terima kasih yang sebanyak-banyaknya kepada : 1. Orang tua penulis D. Marbun dan N. Sianturi yang memberikan dukungan moral dan materi kepada penulis 2. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis. 3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Ir. Syahril Gultom, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara dan juga sekaligus menjadi dosen pembanding penulis. 4. Bapak Ir. Alfian, MSc selaku dosen wali. 5. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita selaku dosen CFD yang bersedia memberikan waktunya untuk berdiskusi. 6. Teman-teman penulis Franciscus sitompul dan Uccok sinaga yang sama-sama berusaha mengerjakan skripsi tentang pompa hidram. 7. Nehemia, Indra Purba dan Fadli Ryan Arikundo selaku teman asistensi yang sama-sama berjuang untuk menyelesaikan perbaikan skripsi. 8. Teman-teman mesin 2008 serta abang senior dan semua rekan mahasiswa teknik mesin yang membantu dalam penyelesaian skripsi ini. 9. Kepada pihak-pihak lain yang belum disebutkan namanya. Universitas Sumatera Utara Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis sangat membutuhkan saran dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca. Terima Kasih. Medan, 6 Juni 2013 Herto M. Marbun Universitas Sumatera Utara ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mensimulasikan aliran fluida pada pompa hidram dengan menggunakan perangkat lunak CFD, simulasi yang digunakan adalah untuk aliran stedi, inkompresibel, turbulen, dan tiga dimensi. Fluida air (water liquid) berakselerasi melalui pipa masuk dan masuk ke badan pompa, badan pompa mengalami kompresi dan akhirnya menekan air ke tabung udara dan kemudian menyalurkan air ke pipa keluaran. Simulasi diatur dengan mengkondisikan pada saat katup limbah tertutup dan pada saat katup penghantar tertutup. Simulasi terdiri dari sembilan rangkaian yaitu tiga bukaan (panjang langkah) katup limbah, tiga bukaan katup penghantar dan tiga perbedaan volume tabung udara. Hasil simulasi didapatkan dengan membandingkan hasil simulasi dengan hasil pengujian. Diperoleh penyimpangan terendah antara hasil simulasi dan hasil pengujian adalah 0,78 % dan penyimpangan tertinggi antara hasil simulasi dan hasil pengujian adalah 9,19 %. Kata kunci : Pompa Hidram, Perhitungan Dinamika Fluida (CFD) Universitas Sumatera Utara ABSTRACT This research aims to simulate a fluid flow for hydram pump using CFD software, The simulation is performed by steady flow, incompressible, turbulent and three-dimensional. Water fluid (water liquid) accelerates through the inlet pipe and entry into the pump body, pump body have a compression and then press the water into the air vessel and then draining the water into the outlet pipe. This simulate is set by conditioning when waste valve is closed and when delivery valve is closed. Simulation consist of nine series namely three waste valve opening (stride length), three delivery valve opening and three different volume of air vessel. Simulation result obtained by comparing simulation result and experiment result. Obtained the lowest deviation between simulation result and experiment result is 0,97 % and the highest deviation between simulation result and experiment result is 8,3 %. Keyword : Hydraulic Ram Pump, Computational Fluid Dynamic (CFD) Universitas Sumatera Utara DAFTAR ISI KATA PENGANTAR .i ABSTRAK .ii DAFTAR ISI .iv DAFTAR GAMBAR . vi DAFTAR TABEL . ix DAFTAR SIMBOL . x BAB I PENDAHULUAN . 1 1.1 Latar Belakang.1 1.2 Tujuan Penelitian .3 1.3 Batasan Masalah .3 1.4 Manfaat Penelitian .3 1.5 Sistematika Penulisan .4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA . 5 2.1 Klasifikasi aliran.5 2.1.1. Aliran kompresibel dan inkompresibel .5 2.1.2. Aliran laminar dan aliran turbulen .6 2.2 Bilangan Reynold .6 2.3 Pompa Hidram .7 2.3.1. Komponen utama pompa hidram dan fungsinya .8 2.4 Sistem operasi pompa hidram . 12 2.5 Computational Fluid Dynamic (CFD) . 14 2.5.1. Pengertian umum CFD . 14 2.5.2. Penggunaan CFD. 15 2.5.3. Manfaat CFD. 16 2.5.4. Proses simulasi CFD. 17 2.5.5. Metode Diskritisasi CFD . 18 2.6 Pengenalan software CFD . 18 2.6.1. Struktur program CFD. 19 2.6.2. Langkah penyelesaian masalahdan perencanaan analisis CFD . 19 2.6.3. Pendekatan numerik pada CFD. 22 2.6.4. Persamaan pembentuk aliran . 22 2.6.5. Diskritisasi (metode interpolasi) pada CFD. 26 2.7 Model Turbulensi (Turbulence modeling) . 28 2.7.1. Permodelan k-epsilon (k- ε) . 29 2.7.2. Permodelan k-omega (k- ω) . 30 BAB III METODOLOGI PENELITIAN . 31 3.1 Proses Pre-Processing . 31 3.1.1. Pembuatan model . 31 Universitas Sumatera Utara 3.1.2. Pembuatan mesh (grid generation) . 34 3.2 Menentukan solution solver . 37 3.2.1. Menentukan jenis aliran. 37 3.2.2. Menentukan kondisi batas (Boundary condition) . 39 3.2.3. Pengaturan simulasi. 42 3.3 Menjalankan simulasi (run). 42 BAB IV HASIL DAN ANALISA. 43 4.1 Simulasi pada saat katup penghantar tertutup . 43 4.2 Simulasi pada saat katup limbah tertutup. 47 4.3 Simulasi perbedaan volume tabung udara. 51 4.4 Hasil Simulasi. 55 4.5 Perbandingan terhadap hasil pengujian. 55 4.5.1. Kecepatan Pada Katup Limbah Pada Bukaan Katup 15,25 Derajat Atau Panjang Langkah 15 mm . 56 4.5.2. Kecepatan Pada Katup Limbah Pada Bukaan Katup 19,98 Derajat Atau Panjang Langkah 20 mm . 57 4.5.3. Kecepatan Pada Katup Limbah Pada Bukaan Katup 24,44 Derajat Atau Panjang Langkah 25 mm . 58 4.5.4. Tekanan Pada Badan Pompa Dengan Volume Tabung Udara 0,0061 m3. 59 4.5.5. Tekanan Pada Tabung Udara Dengan Volume 0,0061 m3 . 60 4.5.6. Tekanan Pada Badan Pompa Dengan Volume Tabung Udara 0,0082 m3. 61 4.5.7. Tekanan Pada Tabung Udara Dengan Volume 0,0082 m3 . 62 4.5.8. Tekanan Pada Badan Pompa Dengan Volume Tabung Udara 0,0102 m3. 63 4.5.9. Tekanan Pada Tabung Udara Dengan Volume 0,0102 m3 . 64 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN . 65 5.1 Kesimpulan. 65 5.2 Saran . 66 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN Universitas Sumatera Utara DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Daerah aliran laminar dan turbulen pada plat datar .6 Gambar 2.2. Perbandingan tinggi tekanan input dan tekanan output.7 Gambar 2.3. Korelasi antara debit input dan debit output pompa hidram.8 Gambar 2.4. Jenis-jenis Desain Katup Limbah .9 Gambar 2.5. Bagian – Bagian Katup Limbah.9 Gambar 2.6. Instalasi Pengujian Pompa Hidram . 12 Gambar 2.7 Siklus Pemompaan Pompa Hidram.13 Gambar 2.8 Alur penyelesaian masalah CFD (problem solving) . 21 Gambar 2.9. Hukum Kekekalan Massa pada Sebuah Elemen Fluida 3 Dimensi .23 Gambar 2.10 Hukum Kekekalan Momentum Arah Sumbu-x pada Sebuah Elemen Fluida 3 Dimensi.24 Gambar 2.11 Kerja yang Dikenakan pada Sebuah Elemen Arah Sumbu-x .25 Gambar 2.12 Fluks Panas yang Melintasi Permukaan Sebuah Elemen .25 Gambar 2.13 Volume control satu dimensi. 28 Gambar 3.1. Model pada saat katup penghantar tertutup dengan dengan panjang langkah 15 mm atau bukaan katup limbah 15.25 derajat . 31 Gambar 3.2. Model pada saat katup penghantar tertutup dengan dengan panjang langkah 20 mm atau bukaan katup limbah 19.98 derajat . 32 Gambar 3.3. Model pada saat katup penghantar tertutup dengan dengan panjang langkah 25 mm atau bukaan katup limbah 24.44 derajat . 32 Gambar 3.4. Model pada saat katup limbah tertutup dengan katup penghantar 1/3 terbuka. 32 Gambar 3.5. Model pada saat katup limbah tertutup dengan katup penghantar 2/3 terbuka. 33 Gambar 3.6. Model pada saat katup limbah tertutup dengan katup penghantar terbuka penuh dan model pompa dengan volume tabung 0,0061 m3. . 33 Universitas Sumatera Utara Gambar 3.7. Model pompa dengan volume tabung 0,0082 m3.33 Gambar 3.8. Model pompa dengan volume tabung 0,0102 m3.34 Gambar 3.9. Model yang telah di mesh saat katup penghantar tertutup dengan dengan panjang langkah 15 mm atau bukaan katup limbah 15.25 derajat .34 Gambar 3.10. model yang telah di mesh pada saat katup penghantar tertutup dengan dengan panjang langkah 20 mm atau bukaan katup limbah 19.98 derajat .35 Gambar 3.11. Model yang telah di mesh pada saat katup penghantar tertutup dengan dengan panjang langkah 25 mm atau bukaan katup limbah 24.44 derajat. 35 Gambar 3.12. Model yang telah di mesh pada saat katup limbah tertutup dengan katup penghantar 1/3 terbuka.35 Gambar 3.13. model yang telah di mesh pada saat katup limbah tertutup dengan katup penghantar 2/3 terbuka.36 Gambar 3.14. Model yang telah di mesh pada saat katup limbah tertutup dengan katup penghantar terbuka penuh dan model pompa dengan volume tabung 0,0061 m3. . 36 Gambar 3.15. Model yang telah di mesh dengan volume tabung 0,0082 m3 .36 Gambar 3.16. Model yang telah di mesh dengan volume tabung 0,0102 m3 .37 Gambar 3.17. Letak Kondisi Batas. . 39 Gambar 3.18. Keterangan Kondisi Batas bagian c yaitu pada keadaan katup bola dibuka 1/6 bukaan.40 Gambar 3.19. Letak Kondisi Batas.41 Gambar 4.1. Kontur kecepatan dengan panjang langkah 25 mm atau bukaan katup limbah 24,44 derajat.43 Gambar 4.2. Vektor kecepatan dengan panjang langkah 25 mm atau bukaan katup limbah 24,44 derajat.44 Gambar 4.3. Kontur kecepatan dengan panjang langkah 20 mm atau bukaan katup limbah 19,98 derajat.44 Gambar 4.4. Vektor kecepatan dengan panjang langkah 20 mm atau bukaan katup limbah 19,98 derajat.45 Universitas Sumatera Utara Gambar 4.5. Kontur kecepatan dengan panjang langkah 15 mm atau bukaan katup 15,25 derajat .45 Gambar 4.6. Vektor kecepatan dengan panjang langkah 15 mm atau bukaan katup 15,25 derajat .46 Gambar 4.7. Kontur kecepatan dengan katup 1/3 terbuka. 47 Gambar 4.8. Vektor kecepatan dengan katup 1/3 terbuka. 48 Gambar 4.9. Kontur kecepatan dengan katup 2/3 terbuka. 48 Gambar 4.10. Vektor kecepatan dengan katup 2/3 terbuka .49 Gambar 4.11. Kontur kecepatan dengan katup terbuka penuh . 49 Gambar 4.12. Vektor kecepatan dengan katup terbuka penuh. 50 Gambar 4.13. Kontur tekanan dengan volume tabung 0,0061 m3 .51 Gambar 4.14. Kontur tekanan dengan volume tabung 0,0082 m3 .52 Gambar 4.15. Kontur tekanan dengan volume tabung 0,0102 m3 .52 Gambar 4.16. kontur tekanan dengan volume tabung 0,0061 m3 pada saat katup penghantar tertutup penuh.53 Gambar 4.17. kontur tekanan dengan volume tabung 0,0082 m3 pada saat katup penghantar tertutup penuh.54 Gambar 4.18. kontur tekanan dengan volume tabung 0,0102 m3 pada saat katup penghantar tertutup penuh.54 menghasilkan daya yang bermanfaat pada berbagai kecepatan rotor. Generator induksi secara mekanis dan elektrik lebih sederhana daripada jenis generator lainnya. Generator induksi tidak memiliki exiter seperti pada generator sinkron, artinya generator ini memerlukan pasokan listrik eksternal untuk menghasilkan fluks magnetik yang berputar. Pasokan listrik eksternal ini dapat diperoleh dari jaringan listrik lain ataupun dari generator itu sendiri setelah mulai menghasilkan daya. Fluks magnet berputar dari stator menginduksi arus pada rotor, yang juga menghasilkan medan magnet. Jika rotor ternyata lebih lambat dari laju fluks berputar, mesin bertindak seperti motor induksi. Jika rotor diputar lebih cepat, akan bertindak seperti generator, menghasilkan daya pada frekuensi sinkron. Penggunaan Motor Induksi Sebagai Generator (MISG) telah diterapkan secara luas pada PLTMH dan diakui keandalannya. Meskipun dari segi effisiensi, khususnya pada beban tidak penuh (part load), MISG tidak sebaik generator sinkron, tetapi karena motor induksi banyak tersedia dipasaran dengan range daya yang luas dan konstruksi motor induksi jauh lebih sederhana dibanding generator sinkron sehingga lebih handal terhadap run away speed serta lebih mudah perawatannya. Maka MISG dapat dipakai sebagai alternatif dari generator sinkron untuk pembangkit mikro hidro. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Prinsip kerja MISG secara sederhana akan lebih mudah dipahami dari prinsip kerja motor induksi. Apabila motor induksi dihubungkan dengan tegangan tiga fasa, pada kumparan statornya akan timbul medan magnet putar. Kecepatan medan magnet putar (kecepatan sinkron) tergantung dari frekuensi tegangan listrik yang dihubungkan dan jumlah kutub statornya. Medan magnet putar pada kumparan stator akan memotong batang konduktor pada kumparan rotor, akibatnya pada kumparan akan dibangkitkan tegangan induksi. Pada kumparan rotor, karena batang konduktor (umumnya berupa slot alumunium yang dihubungsingkatkan pada kedua ujungnya) merupakan rangkaian yang tertutup, tegangan induksi pada rotor yang disebabkan oleh medan magnet putar stator akan menghasilkan arus listrik. Interaksi antara medan magnet putar pada stator pada arus rotor akan menimbulkan kopel yang akan memutar rotor searah dengan medan magnet putar pada stator. Seperti yang telah diterangkan di atas, tegangan induksi pada rotor timbul karena terpotongnya batang konduktor pada rotor oleh medan magnet putar, agar tegangan induksi selalu dapat dibangkitkan pada rotor, diperlukan perbedaan relatif antara kecepatan medan magnet putar dengan kecepatan rotor yang biasa disebut sebagai slip. Pada saat beroperasi sebagai motor, motor induksi akan mempunyai slip positif, artinya kecepatan medan magnet putar akan selalu lebih besar daripada kecepatan rotor. Proses yang sebaliknya akan terjadi apabila motor induksi digunakan sebagai generator. Kopel pada rotor digerakan oleh turbin, adanya magnetisasi sisa (remannent magnetism) pada rotor umumnya cukup untuk membangkitkan tegangan awal, seperti halnya prinsip kerja sebagai motor. Agar pada kumparan stator dapat dibangkitkan tegangan listrik diperlukan daya reaktif untuk membangkitkan medan magnet putar. Pada kasus MISG beroperasi sendiri (Isolated Grid) daya reaktif tersebut harus disuplai lewat kapasitor eksitasi. Pada kasus MISG dikoneksikan dengan jaringan listrik lain (Grid Connected) daya reaktif disuplai lewat jaringan tersebut. Kebalikan dari proses sebagai motor, sebagai generator slip yang terjadi haruslah negatif, artinya kecepatan rotor harus selalu lebih besar dari kecepatan medan magnet putarnya. Tidak semua motor induksi cocok digunakan sebagai MISG. Jenis motor yang cocok digunakan untuk MISG adalah jenis sangkar tupai (Squirel Cage Motor). Kelebihan dari MISG daripada generator sinkron adalah sebagai berikut: UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 1. Lebih murah daripada menggunakan generator sinkron terutama untuk keperluan daya yang rendah seperti pada PLTMH karena dapat digunakan motor bekas. 2. Generator ini tidak akan bermasalah apabila kelebihan beban (overload), apabila terjadi kelebihan beban generator ini hanya akan berhenti menghasilkan listrik, apabila beban berlebih dilepaskan maka generator akan bekerja seperti semula. 3. Mudah dibuat dari motor induksi, hanya dengan menyambungkan kapasitor secara paralel ke motor dan dijalankan pada kecepatan lebih tinggi dari rpm yang tertera. Kekurangan MISG dari generator sinkron adalah sebagai berikut : 1. Generator sinkron dapat dibeli dan langsung digunakan, sedangkan MISG memerlukan perhitungan nilai kapasitor sesuai yang akan dipasangkan pada motor. 2. Generator tidak dapat di-start jika dipasangkan beban, generator tidak boleh dipasangkan beban sebelum mencapai kecepatan kerja. 3. Generator ini tidak boleh digunakan untuk mengerakkan motor induksi, karena induktansi tambahan dari motor akan membatalkan reaktansi dari kapasitor dan menyebabkan generator berhenti menghasilkan listrik. Pada penelitian ini, tidak digunakan MISG karena alasan berikut ini: 1. Sudah ada generator dari Laboratorium Mekanika Fluida sehingga dapat menghemat biaya. 2. Tidak ada motor induksi bekas yang dapat dipakai, sehingga akan lebih 3. mahal jika dibeli motor induksi yang baru. 4. Untuk pengujian MISG kurang effisien untuk digunakan karena untuk putaran rendah tidak dapat menghasilkan listrik. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Gambar 2.13 Generator AC 2.3 Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Mikrohidro merupakan sebuah istilah yang terdiri dari kata mikro yang berarti kecil dan hidro yang berarti air. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) adalah suatu pembangkit listrik skala kecil yang menggunakan tenaga air sebagai tenaga penggeraknya seperti saluran irigasi, sungai atau air terjun alam dengan cara memanfaatkan tinggi terjunan dan jumlah debit air. 2.3.1 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Secara teknis PLTMH memiliki 3 komponen utama yaitu Air (sumber energi), Turbin Air (pada penelitian ini menggunakan Pompa Sentrifugal sebagai turbin) dan generator. PLTMH mendapatkan energi dari aliran air yang memiliki perbedaan ketinggian tertentu. Pada dasarnya, PLTMH memanfaatkan energi potensial jatuhan air. Semakin tinggi jatuhan air maka semakin besar energi potensial air yang dapat diubah menjadi energi listrik. Air dialirkan (dijatuhkan) melalui sebuah pipa ke dalam pompa untuk menggerakkan impeller yang ada di dalamnya. Energi mekanik yang berasal dari putaran impeller pompa akan diteruskan dan diubah menjadi energi listrik oleh sebuah generator. Perbedaan antara Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) dengan PLTMH adalah terutama pada besarnya tenaga listrik yang dihasilkan, PLTA dibawah ukuran UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 200 kW digolongkan sebagai mikrohidro. Dengan demikian, sistem pembangkit mikrohidro cocok untuk menjangkau ketersediaan jaringan energi listrik di daerah – daerah terpencil dan pedesaan. Gambar. 2.14 Pompa sentrifugal 4 inch Gambar 2.15 Instalasi PLTMH UNIVERSITAS SUMATERA UTARA (Sumber : Bahan Ajar Pompa dan Kompresor, Sri Utami, MT, hal : 35) Gambar 2.16 Aliran Fluida Dalam Pompa Sentrifugal Debit aliran pada pompa dapat dihitung denganpersamaan: Q=v×A Keterangan: Q = Debit aliran (m3/s) v = Kecepatan Air Masuk Turbin (m/s) A = luas penampang pipa (m2) Maka, dengan data – data diatas dilakukan simulasi dengan menggunakan perangkat lunak CFD untuk mendapatkan data simulasi kondisi kerja berupa data tekanan dan temperatur kerja pompa sebagai turbin. 2.4 Computational Fluid Dinamycs (CFD) Dalam aplikasinya, aliran fluida baik cair maupun gas adalah suatu zat yang sangat kentara dengan kehidupan sehari – hari. Misalnya pengondisian udara bagi bangunan dan mobil, pembakaran di motor bakar dan sistem propulsi, interaksi berbagai UNIVERSITAS SUMATERA UTARA objek dengan udara atau air, aliran kompleks pada penukar panas dan reactor kimia, dan lain sebagainya, yang mana cukup menarik untuk diteliti, diselidiki dan dianalisis. Untuk kebutuhan penelitian tersebut bahkan sampai dengan tingkat desain, perlu dibutuhkan suatu alat yang mampu menganalisis atau memprediksi dengan cepat dan akurat. Maka berkembanglah suatu ilmu yang dinamakan Computational Fluid Dynamics (CFD) yang dalam bahasa Indonesia dikenal dengan Komputasi Aliran Fluida Dinamik. 2.4.1 Pengertian Umum CFD Secara umum CFD terdiri dari dua kata yaitu sebagai berikut : - Computational : segala sesuatu yang berhubungan dengan matematika dan metode numerik atau komputasi - Fluid Dynamics : dinamika dari segala sesuatu yang mengalir. Ditinjau dari istilah di atas, maka CFD bisa berarti suatu teknologi komputasi yang memungkinkan untuk mempelajari dinamika dari benda – benda atau zat yang mengalir. Maka secara definisi, CFD adalah ilmu yang mempelajari cara memprediksi aliran fluida, perpindahan panas, reaksi kimia, dan fenomena lainnya dengan menyelesaikan persamaan – persamaan matematika (model ditemukan adanya garis kontur (countour line) melingkar yang memiliki harga tekanan statik yang lebih besar dari tekanan statik di sekitarnya. Hal tersebut menunjukkan adanya fenomena seolah-olah di daerah ini aliran dihentikan secara mendadak, kemudian terbentuk tekanan statik lokal (local stagnation pressure). Walaupun sedikit, setidaknya ini kemudian akan menjadi pemicu kurangnya efisiensi dari kompresor. Pada daerah antara dua sudu yaitu pressure side dan suction side sudu di bawahnya terdapat perbedaan tekanan. Ini memungkinkan adanya aliran yang mengarah dari pressure side sudu atas menuju suction side sudu bawah. Di daerah sekitar suction edge masih terlihat pola kontur isobar bertekanan rendah, Universitas Sumatera Utara 92 sedangkan pada daerah pressure edge nya terbentuk area bertekanan tinggi. Akibatnya adalah terjadi aliran memutari trailing edge. Fenomena ini merupakan kejadian yang bisa menjelaskan terjadinya curl flow. 7.3 Perbandingan koefisien lift (Cl) dan koefisien drag (Cd) Salah satu parameter untuk mengetahui besarnya gaya-gaya yang bekerja pada sudu akibat gerakan fluida adalah nilai koefisien lift (Cl) atau gaya angkat dan koefisien drag (Cd) atau gaya hambat. Besarnya Cl dan Cd pada masingmasing sudu, dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 7.1 Komparasi Nilai Cl dan Cd pada profil sudu gerak Nama Cl Cd CFD Fluent 0,604 0,050 Analisis Manual 0,647 0,041 Gambar 7. 5 Grafik Cd pada sudu gerak (pembacaan hasil Cl ×10-6) Ada sedikit perbedaan pada hasil perhitungan dengan hasil yang diperoleh dari hasil bantuan simulasi CFD Fluent. Hal ini wajar mengingat perbedaan tersebut hanya pada konstanta dan angka posisi perseratus koefisien. Universitas Sumatera Utara 93 Gambar 7.6 Grafik Cl pada sudu gerak (pembacaan hasil Cd × 10-6) Dari hasil tersebut, dapat dilihat bahwa sudu memiliki efisiensi yang tinggi, hal ini memungkinkan bahwa aliran udara yang mengalir dari sudu gerak menuju sudu pengarah memiliki hambatan yang kecil. Adapun nilai Cl dari sudu gerak pengarah (stator) memiliki nilai positif dan secara umum dari konsep desain aerodinamika sudah sesuai berdasarkan kaedah aliran pada kompresor untuk meningkatkan tekanan udara. Universitas Sumatera Utara 94 1. DAFTAR PUSTAKA Cohen.H, G.F.C. Roger, H.I.H.Sravanomoto, Gas Turbine Theory, 3 th Edition, Jhon Willey And Sons, New York, 1989. 2. Arismunandar.W, Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi, Dirjen Dikti Depdiknas, 2002. 3. Harman, Richard. T.C, Gas Turbine Engineering Aplication Cycles And Characteristics, 1 st Edition, London 1981. 4. P.Boyce. Maherwan, Gas Turbine Engineering Hand book, Gulf Listing Co. Houston – Texas, 1987. 5. Yunus A. Cengel dan Michael A. Boles. 1998. Thermodynnamics and Engineering Approach. Four Edition United of Amerika: The McGraw-Hill companies. Inc. 6. Sawyer’s. 1982. Gas Turbine Engineering Handbook. USA: Gas Turbine Publications Inc. 7. Dietzel.F, D. Sriyono, Turbin Pompa Dan Kompresor, Cetakan Ke-empat, Erlangga, Jakarta,1993. 8. Siemens, Gas Turbine Design Manual Part 1.1.0, Siemens AG Power Generator Group, 1990. 9. Incropera Frank P. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. Second Edition: John Wiley & Sons, 1985 10. Dixon. S.L. Worked Examples in Tubomachinery ( Fluid Mechanics and Thermodynamics ) : Pergamon Press, 1975 11. Tuakia. Firman, Dasar-dasar CFD Menggunakan Fluent, Informatika, Bandung, 2008. 12. http://www.esteco.com/home/by_esteco/esteco_applications/by_industry/tur bomachinery/axial.html Universitas Sumatera Utara 95 Lampiran 1. Table Ideal-gas properties of air. Sumber : Yunus A. Cengel dan Michael A. Boles. 1998. Mc. Graw Hill, Thermodinamic 4th Edition T (K) 200 210 220 230 240 250 260 270 280 285 290 295 300 305 310 315 320 325 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 h (kJ/kg) 199,97 209,97 219,97 230,02 240,02 250,05 260,09 270,11 280,13 285,14 290,16 295,17 300,19 305,22 310,24 315,27 320,29 325,31 330,34 340,42 350,49 360,58 370,67 380,77 390,88 400,98 411,12 421,26 431,43 441,61 451,8 462,02 472,24 482,49 492,74 503,02 513,32 523,63 533,98 Pr 0,3363 0,3987 0,469 0,5477 0,6355 0,7329 0,8405 0,959 10,889 11,584 12,311 13,068 1,386 14,686 15,546 16,442 17,375 18,345 19,352 2,149 2,379 2,626 2,892 3,176 3,481 3,806 4,153 4,522 4,915 5,332 5,775 6,245 6,742 7,268 7,824 8,411 9,031 9,684 10,37 U (kJ/kg) 142,56 149,69 156,82 164 171,13 178,28 185,45 192,6 199,75 203,33 206,91 210,49 214,07 217,67 221,25 224,85 228,42 232,02 235,61 242,82 250,02 257,24 264,46 271,69 278,93 286,16 293,43 300,69 307,99 315,3 322,62 329,97 337,32 344,7 352,08 359,49 366,92 374,36 381,84 S° (kJ/kg.K) Vr 1707 1512 1346 1205 1084 979 887,8 808 738 706,1 676,1 647,9 621,2 596 572,3 549,8 528,6 508,4 489,4 454,1 422,2 393,4 367,2 343,4 321,5 301,6 283,3 266,6 251,1 236,8 223,6 211,4 200,1 189,5 179,7 170,6 162,1 154,1 146,7 129,559 134,444 139,105 143,557 147,824 151,917 1 ,55848 159,634 163,279 165,055 166,802 168,515 170,203 171,865 173,498 175,106 17,669 178,249 179,783 18,279 185,708 188,543 191,313 194,001 196,633 199,194 201,699 204,142 206,533 20,887 211,161 213,407 215,604 21,776 219,876 221,952 223,993 225,997 227,967 Universitas Sumatera Utara 96 T (K) 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730 740 750 760 780 800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 1000 1020 1040 1060 1080 1100 h (kJ/kg) 544,35 555,74 565,17 575,59 586,04 596,52 607,02 617,53 628,07 683,63 649,22 659,84 670,47 681,14 691,82 702,52 713,27 724,04 734,82 745,62 756,44 767,29 778,18 800,03 821,95 843,98 866,08 888,27 910,56 932,93 955,38 977,92 1000,55 1023,25 1046,G4 1068,89 1091,85 1114,86 1137,89 1161,07 Pr 11,1 11,86 12,66 13,5 14,38 15,31 16,28 17,3 18,36 19,84 20,64 21,86 23,13 24,46 25,85 27,29 28,8 30,38 32,02 33,72 35,5 37,35 37,27 43,35 47,75 52,59 57,6 63,09 68,98 75,29 82,05 89,28 97 105,2 114 123,4 133,3 143,9 155,2 167,1 U (kJ/kg) 389,34 396,86 404,42 411,97 419,55 427,15 434,78 442,42 450,09 457,78 465,5 473,25 481,01 488,81 496,62 504,45 512,33 520,23 528,14 536,07 544,02 551,99 560,01 576,12 592,3 608,59 624,95 641,4 657,95 674,58 691,28 708,08 725,02 741,98 758,94 776,1 793,36 810,62 827,88 845,33 S° (kJ/kg.K) Vr 139,7 133,1 127 121,2 115,7 110,6 105,8 101,2 96,92 92,84 88,99 85,34 81,89 78,61 75,5 72,56 69,76 67,07 64,53 62,13 59,82 57,63 55,54 51,64 48,08 44,84 41,85 39,12 36,61 34,31 32,18 30,22 28,4 26,73 25,17 23,72 23,29 21,14 19,98 18,896 229,906 231,809 233,685 235,531 237,348 23,914 240,902 242,644 244,356 246,048 247,716 249,364 250,985 252,589 254,175 255,731 257,277 25,881 260,319 261,803 26,328 264,737 266,176 269,013 271,787 274,504 27,717 279,783 282,344 284,856 287,324 289,748 292,128 294,468 29,677 299,034 30,126 303,449 305,608 307,732 Universitas Sumatera Utara 97 T (K) h (kJ/kg) Pr U (kJ/kg) S°(kJ/kg.K) Vr 1120 1140 1160 1184,28 1207,57 1230,92 179,7 193,1 207,2 862,79 880,35 897,91 17,886 16,946 16,064 309,825 311,883 313,916 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320 1340 1360 1380 1400 1420 1440 1460 1480 1500 1520 1540 1560 1580 1600 1620 1640 1660 1680 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250 1254,34 1277,79 1301,31 1324,93 1348,55 1372,24 1395,97 1419,76 1443,6 1467,49 1491,44 1515,42 1539,44 1563,51 1587,63 1611,79 1635,97 1660,23 1684,51 1708,82 1733,17 1757,57 1782 1806,46 1830,96 1855,5 1880,1 1941,6 2003,3 2065,3 2127,4 2189,7 2252,1 2314,6 2377,7 2440,3 2503,2 2566,4 222,2 238 254,7 272,3 290,8 310,4 330,9 352,5 375,3 399,1 424,2 450,5 478 506,9 537,1 568,8 601,9 636,5 672,8 710,5 750 791,2 834,1 878,9 925,6 974,2 1025 1161 1310 1475 1655 1852 2068 2303 2559 2837 3138 3464 915,57 933,33 951,09 968,95 986,9 1004,76 1022,82 1040,88 1058,94 1077,1 1095,26 1113,52 1131,77 1150,13 1168,49 1186,95 1205,41 1223,87 1242,43 1260,99 1279,65 1298,3 1316,96 1335,72 1354,48 1373,24 1392,7 1439,8 1487,2 1534,9 1582,6 1630,6 1678,7 1726,8 1775,3 1823,8 1872,4 1921,3 15,241 14,47 13,747 13,069 12,435 11,835 11,275 10,747 10,247 9,78 9,337 8,919 8,526 8,153 7,801 7,468 7,152 6,854 6,569 6,301 6,046 5,804 5,574 5,355 5,147 4,949 4,761 4,328 3,994 3,601 3,295 3,022 2,776 2,555 2,356 2,175 2,012 1,864 315,916 317,888 319,834 321,751 323,638 32,551 327,345 32,916 330,959 332,724 334,474 3,362 337,901 339,586 341,247 342,892 344,516 34,612 347,712 349,276 350,829 352,364 353,879 355,381 356,867 358,335 35,979 36,336 36,684 37,023 37,354 37,677 37,994 38,303 38,605 38,901 39,191 39,474 Universitas Sumatera Utara 98 Lampiran 2. Validasi Pada kasus yang sama. 1. Jurnal of Power and Energy System, Vol 4, No 1, 2010. Jepang. (source : http://www.jstage.jst.go.jp/article/jpes/4/1/4_150/_article 2. JURNAL TEKNIK MESIN Vol. 7, No. 2, Oktober 2005: 69 –7. Universitas Kristen Petra. Indonesia ( source http://debian.petra.ac.id /journals/pdf. ID=MES05070204) Pada trailing edge juga terdapat aliran memutar (curl flow). Identik dengan gambar 7.2. Universitas Sumatera Utara
Simulasi Aliran Fluida Pada Pompa Hidram Dengan Tinggi Air Jatuh 2,3 m Dengan Menggunakan Perangkat Lunak CFD Simulasi Aliran Fluida Pada Pompa Hidram Dengan Tinggi Air Jatuh 2 3 M Dengan Menggunakan Perangkat Lunak Cfd

Penulis

Bergabung : 2016-09-17

Dokumen serupa

1 / 113

Simulasi Aliran Fluida Pada Pompa Hidram Dengan Tinggi Air Jatuh 2,3 m Dengan Menggunakan Perangkat Lunak CFD

Bebas