SIMULASI 2D UNTUK STUDI EXPERIMENTAL YANG DILAKUKAN OLEH

DALOGLU

Studi Experimental Daloglu ini dilakukan dengan menggunakan dua buah

silinder yang dipasang secara tandem dengan D/d = 1, d = 12,5 mm, S/d = 2.

Menggunakan variasi bentuk body upstream 2 buah, variasi renold number ada 7 buah

dan variasi S/d diantara 1 dan 10. Body yang digunakan yaitu silinder dan balok.

Berikut gambar dari studi experimental yang dilakukan Daloglu.

Gambar 1. Studi Experimental Daloglu

Pada studi experimental ini difokuskan untuk melihat pressure drop yang terjadi

dibelakang bodi tersebut. Dengan posisi pitot static tube di 625 mm dan 1225 mm dari

entrance. Dari studi experimental yang dilakukan Daloglu diharapkan dapat mengetahui

properties yang berpengaruh pada pressure drop.

Pada kesempatan kali ini penulis akan melakukan studi Numerik paper Daloglu

yang dilakukan secara experimental, sehingga kita dapat membandingkan hasil yang

didapat dari experimental dan numerik. Pada kali ini penulis melakukan sedikit

modifikasi atau lebih tepatnya mempersempit variasi yang digunakan. Yakni variasi

bentuk bodi upstream dan variasi bilangan Renold 2 ( Re = 73700 dan Re = 90200 ).

1. Dasar teori

a. Pressure

Tekanan dalam hal ini ada 3. Tekanan dinamis, stagnasi dan tekanan

statis.

- Tekanan statis adalah tekanan yang dihitung pada saat kecepatan alat

ukur sama dengan kecepatan fluida.

- Tekanan stagnasi adalah tekanan yang dihitung pada saat fluida

diperlambat sampai dengan 0.

- Tekanan dinamis adalah tekanan selisih antara tekanan statis dan

stagnasi.

Berikut penjelasan melalui gambar pada pitot static tube

Gambar 2 Pitot tube

b. Pressure drop

Pressure drop yaitu perbedaan tekanan yang dihitung dari dua titik yang

berbeda. Hal ini dikarenakan banyak factor yang mempengaruhi perubahan

tekanan pada aliran tersebut.

Berikut beberapa hal yang mempengaruhi perubahan tekanan dalam

suatu aliran yaitu :

- Kecepatan fluida

- Gaya gesek

- Viskositas fluida

- Fitting perpipaan

2. Metodologi

2.1 Geometri

Dalam studi numerik ini digunakan Gambit 2.4.6 untuk membuat

geometri yang diinginkan. Berikut langkah-langkah yang dilakukan untuk

membuat geometri alat percobaan Daloglu. Dengan menggunakan metode

bottom up.

- Membuat titik

geometry command button >> vertex command button >>

create vertex >> masukkan titik koordinat yang diinginkan

>> klik apply

- Membuat garis

Geometry command button >> edge command button >>

create edge >> pilih titik yang ingin dihubungkan

>> klik apply

Jika ingin membuat arc yang di create edge diklik kanan dan diganti

>> masukkan data yang dibutuhkan

>> klik apply

- Membuat face

Geometry command button >> face command button >>

form face >> pilih garis yang berhubungan untuk dibuat menjadi

face

>> klik apply

2.2 Meshing

- Meshing garis

Mesh command button >> mesh edge >> masukkan data yang

diinginkan

Jika ingin membuat meshing yang berkembang (semakin besar) maka ratio

dapat diganti.

- Meshing face

Mesh command button >> mesh face

>> ganti data sesuai keinginan

Disini penulis menggunakan meshing quad map. Sehingga data yang

didapat lebih bagus. Dengan tingkat eror 0.5 dalam mesing (skewness).

Sebelum dilakukan pemilihan meshing yang dipakai penulis membuat

beberapa meshing yang berbeda jumlah meshingnya. Dari beberapa

meshing dijelaskan 2 meshing saja dalam laporan ini.

Meshing pertama dengan jumlah cell 5136. Diperoleh data pressure drop

= 10.3163 Pa

Meshing kedua dengan jumlah cell 4682. Diperoleh data pressure drop = 10.65049 Pa

Sehingga eror dapat dihitung = 10.65049−10.3163

10.3163 x 100 %= 3.24 %

Eror tersebut dirasa sudah cukup kecil. Sehingga penulis menggunakan

meshing kedua untuk processing selanjutnya.

2.3 Boundary condition

Sebelum file meshing diexport ke .msh boundary condition nya harus

didefinisikan sesuai dengan keadaan yang sebenarnya. Misal garis paling

depan didefinisikan sebagai inlet dengan input kecepatan maka garis

tersebut didefinisikan sebagai velocity inlet. Berikut langkah cara

mendefinisikan boundary condition

specify boundary types command button >> pilih garis yang

akan didefinisikan >> kemudian pilih boundary condition di type >> klik

apply

>> kemudian export file meshingan ke

file .msh

2.4 Processing

Sebelum dilakukan iterasi perlu dilakukan pengaturan pada fluent sehingga

dapat diperoleh data yang sesuai.

- Klik file >> read >> case >> pilih data yang ingin dibuka

- Kemudian dilakukan scale atau pendeskripsian ukuran 1 dalam file .msh

sebagai 1 m,1 cm,1 mm atau ukuran yang lain.

Klik grid >> scale

- Kemudian dilakukan pengaturan model

Define >> models >> viscous >> dengan mencontreng k-epsilon

- Setting kondisi operasi

Define >> operating conditions >> Dengan memperhitungkan pengaruh

gravitasi maka diatur percepatan gravitasi kearah y -9.81

- Setting boundary conditions

Define >> boundary conditions >> velocity inlet >> set

Dengan memasukkan kecepatan yang sudah dihitung dari Renold

number maka setting selesai >> klik ok

Dalam studi ini dilakukan variasi Renold number, sehingga dihitung

secara manual dan didapatkan nilai kecepatan yang akan diinput di fluent

- Setting penyelesaian yang digunakan

Solve >> controls >> solution

Digunakan second order upwind untuk tingkat penganbilan data yang

lebih presisi

- Setting initialize

Solve >> initialize >> initialize >> Klik compute from >> pilih velocity

inlet >> klik init >> apply >> close

- Untuk mempermudah pengamatan konvergensi pengambilan data maka

dilakukan monitor

Solve >> monitors >> residual >> setting yang dibutuhkan

Dengan melakukan pengaturan konvergensi di 10-4 penulias sudah

merasa cukup mendapatkan data yang bagus.

- Iterasi

Klik solve >> iterate >> setting berapa banyak iterasi yang diinginkan >> klik

iterate

2.5 Post processing

- Membuat point

Surface >> point >> setting koordinat titik yang ingin dicari >> ganti nama >>

klik create

- Menyimpan hasil yang didapat

Klik plot >> xy plot >>klik surface yang ingin ditampilkan >> klik write >> pilih

storage untuk menyimpan data

- Mengolah data

Data yang diperoleh dari fluent dicopy ke excel kemudian ditampilkan

dalam bentuk grafik.

3. Analisa data dan pembahasan

Data yang diperoleh dari fluentkemudian diplot menggunakan excel. Berikut

hasilnya

72000 74000 76000 78000 80000 82000 84000 86000 88000 90000 920000

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

kotak

Gambar 3 plot grafik body upstream kotak

72000 74000 76000 78000 80000 82000 84000 86000 88000 90000 920000

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

bola

Gambar 4 plot grafik body upstream bola

Dari hal diatas dapat kita simpulkan bahwa penurunan tekanan dengan body

upstream kotak lebih besar dari body upstream bola. Hal ini didukung oleh

perubahan kecepatan di upstream dan downstream.

Berikut adalah data yang didapat oleh daloglu berdasarkan studi

experimentalnya

Dari kedua grafik tersebut dapat diamati bahwa terjadi kemiripan antara data

studi experimental dan numerik pada kasus ini. Studi experimentalnya dilihat

grafik P = 2 dan pada Reynolds number 73700 dan 90200.

Mempunyai posisi titik yang hamper sama. Dalam kasus ini tidak bisa dicari

tingkat erornya dikarenakan pada paper tidak dicantumkan nilai pasti darimana

grafik tersebut dibuat. Sehigga yang dilihat hanya posisi dan tren yang hamper

sama.

4. Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat diambil dari studi numerik ini adalah

- Perbedaan body upstream mempengaruhi pressure drop yang terjadi

- Perbedaan reynold number juga mempengaruhi besarnya pressure drop

DAFTAR PUSTAKA

Daloglu, Alican. 2007. Pressure drop in a channel with cylinders in tandem

arrangement. Department of Mechanical Engineering, Karadeniz Technical University,

61080 Trabzon, Turkey.

Asisten mekflu 2. 2014. Modul praktikum mekflu 2. Mechanical Engineering.