Steady Flow pada Perbesaran dan Penyempitan Pipa ~ Coffee For Deadline

Sunday, 29 April 2012

Steady Flow pada Perbesaran dan Penyempitan Pipa

06:49

ahmad faqih - DTM UI

No comments

Steady Flow pada Perbesaran dan Penyempitan Pipa secara Mendadak

Simulasi yang dilakukan kali ini bertujuan untuk mengetahui koefisien kerugian yang terjadi pada aliran di dalam pipa dengan perbesaran/pengecilan diameter secara mendadak (sudden expansion/reduction). Dengan demikian, kita dapat mengetahui seberapa besar kerugian tekanan yang terjadi, sehingga kita dapat menentukan berapa besar energi yang harus diberikan pada aliran tersebut agar sistem dapat bekerja sesuai dengan desain yang diharapkan.

Untuk mencari koefisien kerugian yang terjadi, fluida dialirkan dengan 2 variasi kondisi, yang pertama adalah kecepatan sebesar 5 m/s pada inlet-1 dan tekanan 0 Pa pada inlet-2. Kondisi kedua adalah kecepatan sebesar -8 m/s pada inlet-2 dan tekanan 0 Pa pada inlet-1. Dengan demikian, tekanan pada sisi masuk dan keluar pipa akan diketahui, sehingga perbedaan tekanan antara sisi masuk dan keluar fluida dapat dihitung untuk mencari koefisien kerugian yang terjadi.

Kerugian yang terjadi pada aliran fluida dalam pipa dapat dibagi menjadi major losses dan minor losses. Major losses disebabkan oleh gesekan yang terjadi antara fluida dengan dinding-dinding pipa, sedangkan minor losses disebabkan oleh adanya belokan, sambungan, peletakkan alat ukur, perbesaran/penyempitan diameter pipa pada aliran fluida, dsb.

Tipe aliran fluida di dalam pipa memiliki dapat digolongkan kedalam aliran laminar, aliran turbulen, dan aliran transisi. Faktor yang menentukan apakah aliran fluida bertipe laminar, turbulen, atau transisi adalah bilangan Reynolds yang merupakan perbandingan antara efek kecepatan fluida dengan pengaruh viskositas. Pada aliran laminar, efek viskositas mempunyai pengaruh yang lebih dominan dibanding dengan kecepatan aliran nya, sedangkan pada aliran turbulen pengaruh dari kecepatan aliran sangat dominan jika dibanding dengan viskositas nya.

Aliran laminar berada pada bilangan Reynolds (Re < 2300), aliran turbulen beradap pada bilangan Reynolds (Re > 4000), sedangkan untuk bilangan Reynolds ( 2300 < Re < 4000) tipe aliran merupakan aliran transisi.

Referensi :

Badrawada, I Gusti Gde., Koefisien Rugi-Rugi Sudden Expansion pada Aliran Fluida Cair. FTI, IST AKPRIND. Yogyakarta.

(http://repository.akprind.ac.id/sites/files/conference-paper/2008/badrawada_2092.pdf)

Berikut adalah langkah-langkah simulasi aliran yang dilakukan dengan menggunakan CFDSOF:

1. domain

domain yang akan digunakan dibuat seolah seperti pipa, dengan panjang 2 m dan tinggi 0,5 m. Jumlah cell yang diberikan pada arah-I sebanyak 70 cells dan pada arah-J sebanyak 49 cells

2. atur cell

Perbandingan besar diameter pipa yang akan disimulasikan adalah 0.25cm : 0.5 cm atau 25 cells : 49 cells dengan dua daerah inlet yang diberikan perbedaan tekanan pada masing-masing ujung nya.

3. bangun grid

untuk membuat hasil simulasi lebih teliti, maka domain dibagi menjadi 3 segmen dalam arah-X dan 3 segmen dalam arah-Y. Segmen kedua pada arah-X dibuat lebih rapat, sehingga kondisi pada daerah perubahan diameter dapat diamati dengan lebih baik. Pada arah-Y juga dibuat kerapatan cell yang lebih banyak pada daerah lapisan batas dengan diberikan faktor pemberat sebesar 2,5. Hasil akhir modifikasi grid dapat dilihat pada gambar berikut.

arah-X

arah-Y

bentuk akhir grid

4. kondisi sempadan

Untuk kondisi pertama, ditentukan besar kecepatan aliran masuk pada sisi inlet-1 sebesar 5 m/s dan memberikan tekanan vakum pada inlet-2, sehingga aliran fluida mengalir dari inlet-1 menuju inlet-2. Pada kondisi kedua, inlet-1 diberikan tekanan vakum dan inlet-2 diberikan kecepatan sebesar 8 m/s, sehingga fluida mengalir dari inlet-2 menuju inlet-1.

Berikut adalah pengaturan sempadan untuk kondisi pertama.