Analisa Aliran dalam Sebuah Sistem PemipaanPENDAHULUANPermasalahan Fisik : Menghitung dan menge-plot distribusi kecepatan dalam sistem pemipaan melalui gambar. Kasus yang dianalisa aliran air dalam sistem pemipaan. Penjelasan Permasalahan : Bentuk dari grid pipa ditunjukkan dalam gambar. Tiap titik tinjauan berjarak 0.33m dengan tujuan untuk menge-plot profil kecepatan dalam pipa untuk menggambarkan variasi kecepatan keluar pada pipa bawah

Fluida Kecepatan saluran masuk 1 Kecepatan saluran masuk 2 Densitas

: Air : 0.5 m/s : 1 m/s : 1000kg/m3

Viskositas

: 1 kg/m.s

Program ANSYS PRE-PROCESSORMen-setting Work Plane workplane >> wp settings Pilih tombol cartesian and grid only, masukkan nilainya seperti pd Gb 3 Cartesian : Menggunakan system koordinat cartesius Grid Only : Hanya menampilkan grid (petak-petak) Enable Snap : Mengaktifkan snap ( fasilitas untuk memudahkan mencari titik yg d kehendaki ) Snap Incremental : Kenaikan / perbedaan jarak snap Spacing : beda jarak pada grid Minimum : koordinat minimal Maximum : koordinat maksimal Tolerance : toleransi grid

- Jika cartesian grid nya belum muncul workplane >> display working plane

Tampilan grid workplane setelah kita masukkan parameter pada saat men-setting. Pada perpotongan garis itu tempat kita nantinya membuat keypoint (KP). Dengan fasilitas snap kita bisa membuat KP tepat pada perpotongan garis itu. Membuat Key Point (KP) - Preprocessor >> modeling >> create >> keypionts >> in active cs / on working plane In active coordinat system On working plane pakai ) : membuat KP dengan menuliskan nomor dan koordinat : membuat KP dengan menunjuk langsung pada bidang koordinat (yg kita

Cara membuat KP dengan fasilitas On Working Plane (WP) adalah : Meng-klik salah satu titik pada grid, sehingga muncul kotak kuning kecil pada titik tersebut. Kemudian muncul box / window Create KPs on WP. Count WP X WP Y : jumlah titik yang d pilih / d klik untuk d jadikan KP : posisi terhadap sumbu X pada WP : posisi terhadap sumbu Y pada WP

Kemudian d klik apply / OK sehingga titik yang tadi ada kotak kuning nya tanda nya berubah menjadi angka 1. Maksudnya titik tersebut sekarang menjadi KP nomor 1. Untuk KP yang lain cara nya sama. Semua KP dibuat hingga terbentuk KP untuk kerangka luasan / area yang dibutuhkan.

Membuat Area - Preprocessor >> modeling >> create >> areas >>arbitrary >> Through KPs Menggunakan key point untuk membuat area / luasan.

Pilih KP pembentuk area yang telah dibuat sebelumnya dengan cara meng klik KP tersebut. Pada KP yang di pilih akan terdapat kotak kuning. Klik semua KP satu kali saja. Sehingga Count nya menjadi 18 sama dengan jumlah total KP yaitu 18. ( Minimum KP yang d pilih untuk membuat area adalah 3 ) Setelah itu klik OK.

Properti Elemen - Preprocessor >> tipe elemen >> add/edit/delete. Pada jendela 'element type'. Klik add

- Ketik 1 pada element type reference number - Klik flotran cfd dan pilih 2d flotran 141. klik ok. tutup jendela element type - Jadi kita sudah memilih elemen tipe 1 sebagai elemen flotran. Sekarang komponen tersebut akan digunakan sebagai model menggunakan prinsip dinamika fluida. Properti Fluida - preprocessor >> flotran set up >> fluid properties density >> constant viscisity >> constant Klik OK

CFD Flow Properties density >> 1000 viscosity >> 1

Material Properties - preprocessor >> material properties >> material models cfd >> density >> dens 1000

cfd >> viscosity >> visc 1

Meshing - Membagi area kedalam element preprocessor >> meshing >> size cntrl >> manual size >> global >> size SIZE >> 0.025 NDIV >> 0

- preprocessor >> meshing >> mesh >> areas >> free >> pick all

Kondisi Batas - preprocessor >> loads >> define loads >> aplly >> fluid cfd >> velovity >> on lines Pilih sebuah garis tepi kiri. VX >> 0.5

Ulangi perintah d atas untuk saluran masuk ke dua ( bagian atas ) Pilih sebuah garis tepi vertikal di sebelah kanan atas. Kemudian klik OK VX >> -1 ( negative direction )

Ulangi perintah d atas untuk semua dinding pipa Pilih seluruh garis yang menjadi dinding saluran. Kemudian klik OK - Menge-set kecepatan menjadi 0 ( Nol ) untuk semua dinding pipa. Hal ini karena No Slip Condition (VX = VY = 0 untuk semua sisi / dinding saluran )

- preprocessor >> loads >> define loads >> apply >> fluid cfd >> pressure dof >>

Pilih saluran keluar (pipa bawah sebelah kanan). Klik OK Aplly PRES on lines as a >> Constant value Aplly to end points >> yes

SOLUTION- solution >> flotran set up >> execution control EXEC >> 50 Klik OK

- solution >> run flotran Tunggu sampai proses nya selesai. Klik OK

POST-PROCESSING Menampilkan distrbusi kecepatan fluida pada saluran pipa - general postproc >> read result >> last set Membaca hasil penghitungan yang terakhir dari iterasi. - general postproc >> plot result >> countur plot >> nodal solution nodal solution >> dof solution >> fluid velocity

Pada DOF solution terdapat beberapa parameter yang bisa dilihat plot contour-nya. Seperti : Pressure, Fluid Velocity, Turbulent Kinetic Energy, Turbulent Energy Dissipation.

Pada gambar tampak area mana saja yang memiliki kecepatan yang seragam. Tinggi rendahnya kecepatan ditunjukkan dengan indeks / skala warna yang dilengkapi dengan nilai kecepatan - general postproc >> plot result >> vector plot >> predefined Pilih ok untuk default setting nya

Tampilan vector kecepatan pada saluran saluran. Hampir sama dengan yang plot contour namun ini ditunjukkan dengan vektor.

Distribusi Temperatur pada Sebuah PlatPENDAHULUANDalam latihan ini, kita akan mempelajari tentang konduksi panas 2D menggunakan ANSYS 10 ED. Permasalahan / Persoalan diambil dari buku Introduction to Heat Transfer yang d tulis oleh Frank Incropera dan David P. Dewitt. Plat yang akan digunakan mempunyai dimensi tertentu d beri temperatur pada pada tepi2 nya. Konduktifitas termal plat, KXX=401 W/(m-K)

Program ANSYS PRE-PROCESSORTipe elemen - preprocessor >> element type >> add/edit/delete. Pada jendela 'element type'. klik add

33

Ketik 1 pada element type reference number Klik thermal mass solid dan pilih quad 4node 55. klik ok. Tutup jendela element type Jadi kita sudah memilih elemen tipe 1 sebagai elemen thermal.

Properti Material - preprocessor >> material properties >> material models thermal >> conductivity >> isotropic KXX 401. Klik OK

34

Membuat Area -preprocessor >> modelling >> create >> areas >> rectangle >> by dimension (X1,Y1) adalah (0,0) dan (X2,Y2) adalah (10,20)

Tampilan rectangle yang dibuat dengan ukuran panjang pada sumbu X sebesar 10 dan pada sumbu Y sebesar 20. Untuk membuat rectangle tidak harus dengan menggunakan cara itu, ada cara lain yang bisa digunakan.

Meshing Membagi garis menjadi beberapa elemen - preprocessor >> meshing >> size cntrl >> manual size >> lines >> picked lines Pilih 2 garis horizontal. Klik OK NDIV 6 untuk sisi horizontal. Klik OK ( Untuk sisi vertikal, langkah-langkah nya sama tp NDIV nya d isi 12 )

35

Melakukan meshing pada area - preprocessor >> meshing >> mesh >> areas >> mapped >> 3 or 4 sided >> pick all

Kondisi Batas - preprocessor >> define loads >> aplly >> thermal >> temperature >> on lines

DOFs to be constrained Garis Vertikal Kiri + Kanan Garis Horizontal Bawah Garis Horizontal Atas TEMP TEMP TEMP

Value TEMP 100 100 200

Apply TEMP to EndPoints NO YES NO

36

- preprocessor >> define loads >> aplly >> thermal >> temperature >> on KPs Terdapat 4 KP pada model, masing2 satu d sudut2 area tersebut. Pilih 2 sudut yang sebelah atas DOFs to be constrained >> TEMP Value temp 150, Apply TEMP to endpoints NO

37

SOLUTION- solution >> solve >> current LS Klik OK. Tunggu sampai proses nya selesai. Klik Close POST-PROCESSING - plot distribusi temperatur - general postproc >> plot result >> countur plot >> nodal solution nodal solution >> dof solution >> temperature

38

Thermal - Mixed Boundary Example (Conduction / Convection / Insulated)PENDAHULUANPada tutorial ini akan menjelaskan cara menyelesaikan permasalahan distribusi panas. Analisa dari sebuah konduksi sederhana sama halnya dengan gabungan permasalahan konduksi / konveksi / isolasi akan dipraktekkan dalam tutorial ini.

Program ANSYS PRE-PROCESSORTipe elemen - preprocessor >> element type >> add/edit/delete.

-element type reference number 1 -thermal mass solid >>quad 4node 55

Dalam permasalahan konduksi, kita akan menggunakan PLANE55 (Thermal Solid, Quad 4node 55). Elemen ini memiliki 4 node dan sebuah 1 DOF (degree of freedom) temperature pada tiap node. PLANE55 hanya dapat digunakan untuk kondisi steady 2 dimensi atau analisa thermal transien. Properti Material -preprocessor >> material properties >> material models -thermal >> conductivity >> isotropic KXX 10. Klik OK

Membuat Area -preprocessor >> modeling >> create >> areas >> rectangle >> by 2 Corners >> X=0, Y=0, Width=1, Height=1

Meshing Membagi garis menjadi beberapa elemen -preprocessor >> meshing >> size cntrls >> manual size >> areas >> all areas >> 0.05

Melakukan meshing pada area -preprocessor >> meshing > > mesh >> areas >> free > pick all

Kondisi Batas -solution >> define loads >> apply >> thermal >> temperature >> on lines DOFs to be constrained Garis Vertikal Kiri Garis Horizontal Atas TEMP TEMP Value TEMP 100 500 Apply TEMP to EndPoints No No

-solution >> define loads >> apply >> thermal >> convection >> on lines Koefisien Perpindahan Panas Konveksi 10 W/m2*C Temperartur Lingkungan 100o C VALJ dan VAL2J tdk perlu d isi karena tjd konveksi uniform d sepanjang garis Film Coefficient Garis Vertikal Kanan Garis Horizontal Bawah 10 0 Bulk temperatur 100 -

SOLUTION- solution >> solve >> current LS Klik OK. Tunggu sampai proses nya selesai. Klik Close

POST-PROCESSING - plot distribusi temperatur - general postproc >> plot result >> countur plot >> nodal solution nodal solution >> dof solution >> temperature

Distribusi Temperature pada sebuah Sirip Pendingin Komponen Elektronik

PENDAHULUANPermasalahan Fisik : Semua alat elektronik membangkitkan panas selama dalam kondisi operasi. Untuk menghasilkan kerja optimal dari komponen tersebut, panas yang dibangkitkan perlu untuk d pindahkan sehingga pada akhirnya komponen tersebut dapat didinginkan. Hal ini bisa dilakukan dengan menambahkan sirip pada alat tersebut yang bertujuam untuk mempercepat pembuangan panas ke lingkungan sekitar. Penjelasan Permasalahan : Untuk menyederhanakan kita mengasusmsikan papan circuit terbuat dari tembaga dengan kondukstifitas termal 386 W/m K. Tembaga tersebut membangkitkan panas sebesar 10e6 W. Material yang menutupi / mengelilinginya terbuat dari baja dengan konduktifitas termal 20 W/m K. Sirip terbuat dari aluminium dengan konduktifitas termal 180 W/m K. Satuan yang digunakan dalam permasalahan ini adalah SI Kondisi batas :Terdapat konveksi sepanjang tepi / batas system kecuali d sisi bawah, yang akan d isolasi. Koefisien lapisan film 50 W/m2 K dan temperature sekitar 20oC. Objective: Untuk menentukan distribusi temperature dan untuk mengetahui temperature maksimum pada komponen tersebut.

39

Program ANSYS PRE-PROCESSORMen-setting Work Plane - Pilih ansys utility menu >> workplane >> wp settings

Pilih tombol cartesian and grid only, masukkan nilainya seperti pd Gb 3 Cartesian : Menggunakan system koordinat cartesius Grid Only : Hanya menampilkan grid (petak-petak) Enable Snap : Mengaktifkan snap ( fasilitas untuk memudahkan mencari titik yg d kehendaki ) Snap Incremental : Kenaikan / perbedaan jarak snap Spacing : beda jarak pada grid Minimum : koordinat minimal Maximum : koordinat maksimal Tolerance : toleransi grid

Pada WP setting besarnya spacing adalah 0.01. Ini maksudnya tiap petak pada grid sebesar 0.01 m ( 1 cm ).

- Jika cartesian grid nya belum muncul - workplane >> display working plane

40

Membuat Area -preprocessor >> modeling >> create >> areas >> rectangle >> 2 corners

Untuk membuat rectangle dengan ukuran lebar 5 cm dan tinggi 3 cm (geometri besi), maka diperlukan 5 petak arah horizontal dan 3 petak vertikal. Pilih salah satu titik pada grid sebagai salah satu sudut dari rectangle 5x3. Setelah itu pilih titik lain pada grid sebagai sudut lain yang bersebarangan dari sudut sebelumnya. Untuk membuat geometri lain yaitu tembaga dan aluminium caranya sama. Membuat rectangle 1x1untuk material tembaga Membuat rectangle 5x2 untuk material aluminium sebagai fin. Kemudian membuat 2 rectangle 1x1 yang nantinya akan d potongkan pada rectangle 5x2 untuk membentuk fin tersebut.

-prerocessor >> modeling >> operate >> Boolean >> overlap >> areas. Pilih material baja kemudian pilih material tembaga. Klik OK -preprocessor >> modeling >> operate >> Boolean >> glue >> areas. Pilih material baja kemudian pilih material aluminium. Klik OK Alasan mengapa kita tidak melalukan operasi Glue pada tembaga dan baja, karena telah dilakukan overlap. Sedangkan pada material baja dan aluminium harus dilakukan operasi Glue. 41

Properti Elemen - Preprocessor >> tipe elemen >> add/edit/delete. Pada jendela element type. Klik add

- Ketik 1 pada element type reference number - Klik thermal mass solid dan pilih quad 8node 77. Klik OK. Tutup jendela element type - Jadi kita sudah memilih elemen tipe 1 sebagai elemen termal. Material Properties - preprocessor >> material properties >> material models - thermal >> conductivity >> isotropic ( pada window Define Material Model Behavior : material >> new model >> define material id Material Number 1 Steel KXX (Thermal Conductivity) 20 Material Number 2 Alumunium 180 Material Number 3 Copper 386 42

Meshing - Membagi area kedalam element - preprocessor >> meshing >> size controls >> manual size >> lines >> all lines

43

- preprocessor >> meshing >> mesh attributes >> default attributes -Material Number 1. Klik OK - preprocessor >> meshing >> mesh >> areas >> free >> - pilih geometri material besi. Klik OK

Untuk material 2 - preprocessor >> meshing >> mesh attributes >> default attributes -Material Number 2. Klik OK - preprocessor >> meshing >> mesh >> areas >> free >> - pilih geometri material aluminium. Klik OK

Untuk material 3 - preprocessor >> meshing >> mesh attributes >> default attributes -Material Number 3. Klik OK - preprocessor >> meshing >> mesh >> areas >> free >> - pilih geometri material tembaga. Klik OK

Catatan : Jadi sebelum melakukan mesh pada geometri tersebut, harus disesuaikan dengan material numbernya dahulu.

44

Kondisi Batas - preprocessor >> loads >> define loads >> apply >> thermal >> heat generate >> on keypoints. Pilih sudut2 dari geometri tembaga HGEN 10e6

- preprocessor >> loads >> define loads >> apply >> thermal >> convection >> on lines. Pilih semua garis tepi kecuali yang bagian bawah. Klik OK Film Coefficient 50 Bulk Temperature 20. Klik OK.

45

SOLUTION- solution >> solve >> current LS. POST-PROCESSING - general postproc >> plot result >> Contour plot >> nodal solution nodal solution >> dof solution >> Nodal Temperature

46

Perpindahan Panas Kondisi Transient pada Satu Dimensi menggunakan ANSYS 10 ED.

PENDAHULUANDalam latihan ini, kita akan mempelajari tentang konduksi panas 2D menggunakan ANSYS 10 ED. Plat yang akan digunakan mempunyai dimensi tertentu d beri temperatur pada pada tepi-tepinya. Analisa yang digunakan dalam kondisi transient.

Program ANSYS PRE-PROCESSORTipe elemen - preprocessor >> element type >> add/edit/delete. Pada jendela 'element type'. klik add

Properti Material - preprocessor >> material properties >> material models (add)

thermal >> conductivity >> isotropic KXX 1. Klik OK

thermal >> specific heat C 3. Klik OK

thermal >> density DENS 10. Klik OK

Membuat Area -preprocessor >> modelling >> create >> areas >> rectangle >> by dimension koordinat (X1,Y1) adalah (0,0) koordinat (X2,Y2) adalah (10,20)

Meshing - preprocessor >> meshing >> size cntrl >> manual size >> lines >> picked lines Pilih 2 garis vertikal. Klik OK

NDIV >> 4 Untuk sisi horizontal, langkah-langkah nya sama tp NDIV 20

Melakukan meshing pada area - preprocessor >> meshing >> mesh >> areas >> mapped >> 3 or 4 sided >> pick all

Mesh >> Area Shape >> Quad, Mapped

3 or 4 sided

Solution- solution >> analysis type >> new analysis

ANTYPE >> Transient

TRNOPT >> Full

Kondisi Batas - solution >> define loads >> aplly >> thermal >> temperature >> on nodes Select >> Pick Select >> Box drag area klik OK

Pick node drag area

Loads on node

DOFs to be constrained Node d tepi Verikal kiri Node d tepi Verikal kanan TEMP TEMP

Value TEMP 100 0

- solution >> define loads > apply >> initial condit'n >> define (pick all) Lab >> TEMP VALUE >> 0

- solution >> load step opts >> time/frequenc >> time time step

TIME >> 5 DELTIM >> 5/100 Klik OK

- solution >> load step opts >> output ctrls > DB/results file

FREQ >> Every substep

- solution >> solve >> current LS

Klik OK. Tunggu sampai proses nya selesai. Klik Close

POST-PROCESSING - general postproc >> read results >> first set (detik 0.05) - general postproc >> plot results >> contour plot >> nodal solution nodal solution >> dof solution >> temperature

- general postproc >> read results >> next set (0.1 detik)

- general postproc >> read results >> by time (0.5 detik)

TIME >> 0.5

- general postproc >> read results >> last set (5 detik)

- general postproc >> plot results >> vector plot >> predefined (5 detik)

- plot ctrls >> numbering NODE >> ON

- plot >> elements

- general postproc >> path operations >> define path >> by nodes Pick Node No 47 and 24 Name >> y025

- general postproc >> path operations >> plot path

- general postproc >> path operations >> map onto path Lab >> t025

- general postproc >> path operations >> plot path item >> on graph Lab >> T025

- general postproc >> path operations >> map onto path

- general postproc >> path operations >> plot path item >> on graph

- general postproc >> path operations >> plot path item >> on geometry

DAFTAR PUSTAKA Internet Handbook