BAB I
PRE-PROCESSING
- Wizard
- Fluid Subdomain
- Boundary Condition
- Goal
- Cut Plot
- Flow Trajectories
- Velocity
- Pressure
- Temperature
- Density
Sebuah saluran
pipa dapat dianalisa fluida yang mengalir di dalamnya maupun diluar dari pipa
tersebut. Dalam percobaan kali ini, akan dicontohkan analisa pipa berbentuk K yang diberikan
aliran fluida pada bagian dalam pipa dan fluida yang dialirkan adalah Propane (liquids). Pada bagian dalam aliran pipa nantinya dapat dilihat
bagaimana fluida yang bergerak di dalam pipa dengan tekanan, temperatur pipa
dan juga fluida yang dialirkan, lalu dapat juga dilihat bagaimana viskositas
dari fluida yang dialirkan. Semua hal tersebut diperuntukan agar simulasi pada
pipa sesungguhnya dapat dilakukan dengan baik tanpa adanya kekurangan, karena
apabila simulasi tersebut dilakukan pada software
khususnya solidworks, maka simulasi dapat dilakukan tanpa harus menguji
kepada benda kerja atau aliran fluida sesungguhnya, karena akan mengeluarkan cost yang cukup besar.
Langkah-langkah yang akan dilakukan adalah sebagai berikut
:
- Buat pipa berbentuk K, atau dapat juga membuka file yang sebelumnya telah
dibuat. Setelah file dibuka, maka akan muncul seperti gambar di atas.
- Setelah pipa tampak pada lembar kerja, lalu klik section view untuk memotong benda tersebut menjadi 2 searah
dengan aliran yang nantinya akan dialirkan.
- Setelah section view diklik, maka akan muncul kotak dialog pada
bagian kiri layar, lalu tapilan benda kerja akan berubah muncul kotak yang
membelah benda kerja pada bagian pipa tersebut. Lalu pada kotak dialog
tersebut, pilih front plane, lalu klik ceklis pada bagian atas kotak
dialog tadi.
- Setelah perintah sebelumnya dilakukan, maka otomatis bagian pipa akan
terbelah menjadi 2 sesuai dengan bagian front plane pada perintah
sebelumnya.
Pipa dipotong
menjadi dua bagian dimaksudkan agar nantinya pada bagian dalam dari pipa,
aliran fluida atau hasil dari analisis dapat terlihat dengan jelas
bagian-bagian mana saja yang mengalami perubahan dan bagaimana nantinya hasil
dari simulasi aliran fluida tersebut mengalir di dalam pipa.
Setelah benda
kerja terbelah mengikuti aliran dari fluida yang akan dimasukinya, lalu langkah
selanjutnya adalah :
1.
Klik wizard pada
ikon toolbar seperti tampak pada
gambar di atas.
2.
Setelah ikon wizard
diklik maka nantinya akan muncul kotak dialog seperti pada tampak gambar di
atas. Kotak dialog yang pertama muncul kotak yang bertuliskan project name, comment, dll. Pada bagian
kotak dialog di atas, isi bagian
project name untuk menamai bagian projek yang akan dibuat.
3.
Selanjutnya akan muncul kotak dialog unit system, pada
unit system ini kita dapat memilih satuan-satuan untuk nantinya simulasi yang
akan dilakukan. Pada unit system ini kita mengubah bagian temperature, yang
tadinya memiliki satuan K (Kelvin) menjadi °C (Celcius) karena di sini menggunakan satuan SI.
4.
Setelah unit system, selanjutnya
masuk ke kotak dialog analysis type.
Pada kotak dialog ini pilih bagian yang bertuliskan internal, dan juga ceklis
bagian exclude cavities without flow conditions. Pemilihan
internal pada analysis type dipilih karena aliran yang dianilisis adalah aliran
dalam yang berada dalam pipa, apabila yang ingin dianalisis adalah aliran luar
dari benda kerja maka pilih external. Lalu untuk pilihan exclude cavities without flow
conditions adalah supaya aliran di dalam pipa tidak mengalami kavitasi,
karena apabila mengalami kavitasi, nantinya aliran di dalam pipa hasil
analisanya akan berubah dari yang seharusnya.
5.
Lalu selanjutnya ke kotak dialog default fluid. Pada kotak
pertama pilihlah fluida yang akan dianlisa pada bagian dalam dari pipa. Fluida
yang tersedia bermacam-macam mulai dari newtonian, non-newtonian, dll. Pada
anilsa kali ini karena yang akan dianalisa adalah fluid nitrogen maka pilihlah
fluida yang bertuliskan propane (liquids) lalu klik add.
Lalu setelah pemilihan fluida, selanjutnya pilih
flow type dengan nilainya yaitu laminar
only. Pemilihan ini juga hampir sama dengan perintah sebelumnya karena
aliran di dalam pipa tersebut terdapat aliran laminer. Lalu setelah itu klik next untuk menuju ke kotak dialog
selanjutnya.
6.
Lalu muncul kotak dialog wall condition untuk mengetahui kondisi dari permukaan luar pipa.
Pada bagian ini tidak ada bagian yang perlu dirubah. Lalu klik next.
7.
Kotak dialog yang berikutnya adalah initial condition. Pada bagian ini ubah bagian temperatur dimana termperature tersebut merupakan temperature
ruangan yang ada, karena simulasi akan dilakukan dengan kondisi lingkungan
Indonesia, maka temperature diubah
menjadi sebesar 30°C. Untuk pressure
tidak perlu dirubah, karena tekanan sebesar 101325 Pa merupakan tekanan 1 atm,
yaitu tekanan pada permukaan bumi, apabila tekanan tersebut dirubah, maka dapat
dikatakan bahwa simulasi tidak dilakukan dipermukaan bumi.
8.
Selanjutnya adalah kotak dialog result and geometry resolution. Pada kotak dialog ini tidak ada
yang perlu dirubah. Lalu klik finish.
Selanjutnya setelah
langkah keja wizard terselesaikan,
masuk ke tahap fluid subdomain yang
berfungsi untuk menentukan bagian pipa mana yang nantinya menjadi titik awal
fluida mengalir. Langkah yang dilakukan adalah :
- Pada bagian kiri
layar, muncul Input data yang
terdiri dari computational domain,
fluid subdomain, boundary condition, dan juga goal. Klik kanan pada fluid
subdomain, lalu pilih insert
fluid subdomain.
- Lalu setelah
itu, muncul kotak dialog pada sebelah kiri layar, lalu pada kotak dialog ada
yang bertuliskan selection, pada bagian tersebut, pilihlah bagian mana
yang nantinya akan menjadi titik awal aliran fluida masuk. Klik pada
bagian yang telah ditentukan seperti yang ditunjukan pada gambar di atas.
Pada gambar tersebut, bagian dalam pipa yang dipilih karena aliran fluida
mengalir dari bagian dalam satu ke bagian dalam pipa kedua.
- Setelah selection dipilih, lalu pada gambar
bagian pipa, akan muncul aliran fluida yang berwarna biru, sesuai dengan
bentuk dari pipa tersebut, karena pipa berbentuk huruf K maka aliran
juga mengikuti dari bentuk pipa tersebut.
- Lalu klik ceklis
pada bagian atas kotak dialog tadi.
Setelah
fluid subdomain ditentukan, langkah selanjutnya adalah penentuan boundary condition atau penentuan
kondisi batas dari pipa tersebut. Langkah yang dilakukan adalah :
- Klik kanan pada boundary
condition, lalu pilih insert
boundary condition.
- Lalu muncul kotak dialog seperti langkah sebelumnya di fluid subdomain. Lalu seperti
langkah sebelumnya, pilih bagian dalam dari pipa sebagai batas awal dari
aliran pipa fluida masuk. Pemilihan bagian dalam pipa dapat dilihat
seperti tampak pada gambar di atas.
- Selanjutnya pada type,
pilih inlet velocity.
- Setelah inlet velocity
dipilih, maka akan muncul flow
parameter pada kotak dialog tersebut pada bagian kotak dialog paling
bawah. Kemudian isi kecepatan pada kotak V (velocity) sebesar nilai yang ditentukan untuk dianalisa. Pada
percobaan kali ini nilai yang ditentukan adalah sebesar 24 m/s.
- Setelah nilai kecepatan dimasukan, lalu klik tanda ceklis pada bagian
atas kotak dialog boundary
condition.
Setelah
boundary condition pertama telah
ditentukan, masuk ke tahap pemilihan batas kedua, yaitu batas yang berada pada
tutup pipa. Batas-batas ini merupakan sebagai pembatasan nilai yang dianalisa
pada software solidwoks, karena
apabila nilai dari batas tidak ditentukan, maka nantinya software akan eror, karena tidak ada batas nilai yang harus
dipenuhi, atau dengan kata lain, pada analisa pipa ini, diperlukan batas masuk
dan juga keluar fluida untuk menentukan nilai analisa yang diinginkan. Langkah
yang dilakukan adalah sebagi berikut :
- Seperti langkah pada boundary
condition sebelumnya, klik kanan pada boundary condition, lalu klik insert boundary condition.
- Lalu berbeda dengan pemilihan boundary condition sebelumnya,
kali ini pilih bagian dalam dari pipa, tapi pada ujung pipa pada bagian
lain sebagai batas penutup dari pipa, seperti yang terlihat pada gambar di
atas.
- Lalu langkah selanjutnya adalah klik kota dengan simbol yang
berbentuk lingkaran pada kotak dialog type.
Lalu akan muncul environment
pressure, static pressure, dan total
pressure. Lalu pilih environment
pressure.
- Setelah langkah tadi telah dilakukan, klik ceklis pada bagian atas
kotak dialog.
Setelah
boundary condition ditentukan
masing-masing dari nilai yang ditentukan, maka dapat langsung menjalankan
simulasi pada data yang telah dimasukan. Langkahnya adalah sebagai berikut :
- Lalu klik run pada toolbar seperti tampak pada gambar
di atas.
- Setelah itu muncul kotak dialog run,
kemudia klik run.
- Setelah langkah sebelumnya dilakukan, tunggu loading dari solver yang sedang mengkalkulasi
data.
- Loading solver selesai.
BAB III
POST PROCESSING
Setelah langkah run telah dilakukan, maka pada kotak dialog di sebelah kiri,
nantinya akan muncul result yang
berfungsi sebagai hasil dari analisa data fluida yang pada langkah-langkah
sebelumnya telah dimasukan. Data yang sebelumnya dimasukan telah diolah oleh software solidworks dan didapatkan
hasilnya pada kotak dialog result.
Pada pilihan result apabila di -expand,
maka nantinya akan ada mesh, cut plot,
surface plot, dll. Langkah yang dilakukan untuk mengetahui hasil dari
analisa fluida pada pipa berbentuk K ini adalah :
1.
Klik
kanan pada pilihan cut plots, kemudia
pilih insert.
2.
Lalu
muncul kotak dialog cut plots pada
sebelah kiri layar, lalu setelah langkah sebelumnya dilakukan, klik pada bagian
dalam pipa pada bagian yang akan mengaliri fluida atau awal fluida akan
mengalir.
3.
Setelah
itu klik ceklis pada kotak dialog cut
plots.
4.
Dapat
dilihat hasil analisa fluida pada gambar benda kerja di layar.
Setelah langkah cut plots telah dilakukan, maka nantinya tampilan dari benda kerja
yang dianalisa akan berubah warnanya. Hasil dari analisa fluida ini dapat
dipilih mulai dari pressure, velocity,
density, temperature, dll. Hasil dari cut
plots selengkapnya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Hasil
dari pressure
Hasil dari pressure di atas merupakan hasil yang terjadi
pada saat simulasi dijalankan, warna merah menunjukan bagian fluida yang
mengalami tekanan tinggi, pada keterangan warna gambar di sampingnya,
dinyatakan bahwa tekanan paling tinggi dari fluida tersebut adalah 195587.07
Pa.. Nilai tekanan paling kecil berada pada ujung dari saluran keluar pipa
tersebut. Aliran fluida yang menabrak dinding-dinding pipa akan mengurangi
kecepatan fluida dan juga akan mengurangi tekanan fluida tersebut, karena hal
itu lah yang menyebabkan tekanan dari fluida mengalami penurunan.
Hasil
dari temperature
Suhu normal dari fluida tersebut adalah sekita 29-30 ºC,
pada aliran pertama fluida, suhu dari oksigen cair yang dialirkan pada pipa
tersebut berada pada keadaan normal, lalu pada persimpangan pipa K pertama, fluida menabrak
dinding-dinding pipa sehingga gesekan antara fluida dan juga dinding dalam pipa
menyebabkan kenaikan suhu pada fluida yang dialirkan. Tetapi untuk temperatur
ini merupakan gabungan dari temperatur fluida dan juga temperatur dari dinding
pipa tersebut, jadi apabila fluida terkena gesekan dengan dinding pipa dapat
juga menyebabkan kenaikan suhu.
Hasil dari velocity
Pada bagian awal persimpangan pada gambar di atas,
kecepatan fluida pada simpangan pipa bagian luar mengalami penurunan kecepatan
yang drastis, hal itu disebabkan fluida oksigen yang saling bertabrakan dengan
fluida lainnya saat mencapai kelokan, tetapi pada kelokan pertama bagian dalam
pipa, mengalami penurunan kecepatan yang dratis, dari 24.175 m/s menuju 5.372
m/s pada simpangan yang mengarah ke bawah. Jadi dapat disimpulkan bahwa kelokan
yang terlalu banyak menyebaban kerugian kecepatan dari fluida, dan bagian dalam
dari kelokan fluida mengalami penurunan kecepatan fluida yang tidak begitu
drastis. Kecepatan akhir dari fluida ini adalah sekitar 24.175 m/s.
Hasil dari temperature fluid
Hampir sama dengan
temperatur, temperatur fluida menunjukan hasil dari temperatur fluida yang
telah dilakukan simulasi dengan data-data yang telah ditentukan. Temperatur
awal dari fluida merupakan 30 ºC. Pada kelokan pertama bagian luar, fluida
mengalami sedikit peningkatan hingga sebesar 30,05 ºC, hal tersebut dikarenakan
pada fluida yang bertabrakan dengan kelokan dinding pipa bagian luar, akan
memberikan gesekan antara fluida itu sendiri dan juga antar fluida dengan
dinding pipa, oleh karena itu nilai temperatur pada kelokan tersebut sedikit mengalami
peningkatan. Pada kelokan bagian dalam
pipa tidak begitu mengalami perubaha suhu yang signifikan dikarenakan,
kecepatan fluida pada bagian tersebut cukup cepat jika mengacu kepada hasil
kecepatan fluida. Jadi pada temperatur fluida ini didapatkan bahwa, apabila
fluida terkena kelokan dinding pipa bagian luar, maka nantinya temperaturnya
akan sedikit mengalami kenaikan, tetapi jika terkena kelokan dinding bagian
dalam, fluida tidak begitu berpengaruh signifikan terhadap kenaikan suhu. Suhu
akhir fluida sekita 29,99 ºC.
Hasil dari density
Setelah langkah cut plots terselesaikan, lanjut ke tahap
flow trajectories. Flow trajectories ini merupakan langkah
untuk melakukan simulasi aliran yang seperti aliran pada tampak aslinya. Jadi
nantinya dapat terlihat aliran dari fluida yang mengarah kemana saja dan juga
masing- masing dari aliran dapat dilihat analisanya, jadi bagaimana tekanan,
kecepatan aliran, suhu aliran dan lain-lainnya dapat terlihat, misalkan pada
bagian kelokan pipa terjadi kenaikan suhu aliran dari fluida. Nantinya hal-hal
tersebut dapat dilihat pada simulasi ini.
Langkah
yang dilakukan untuk melakukan langkah flow
trajectories adalah sebagai berikut :
- Klik kanan pada
kotak dialog yang muncul pada sebelah kiri layar yang bertuliskan flow trajectories, lalu klik insert.
- Lalu akan
muncul kotak dialog starting points
yang akan kita isi untuk menetukan simulasi aliran fluidanya. Pertama-tama
klik bagian awal dari pipa yang akan menjadi awal aliran dari simulasi
fluida nantinya. Pada gambar di atas, bagian yang dipilih merupakan bagian
dalam dari pipa pada sebelah kanan atas.
- Lalu otomatis
pada kotak dialog akan muncul tulisan face<1>
yang berarti permukaan yang telah dipilih untuk menjadi awal aliran
simulasi fluida.
- Setelah itu,
ganti angka yang terletak di bawah tulisan in plane, isi angka tersebut untuk menentukan jumlah dari
aliran yang akan terbentuk pada simulasi, pada contoh gambar di atas
dicontohkan angka sebesar 200, karena yang diinginkan dengan jumlah aliran
yang terlihat jelas, apabila semakin kecil angka yang dimasukan, maka
garis-garis simulasi aliran akan semakin sedikit dan kurang jelas,
sebaliknya, semakin banyak angka yang dimasukan pada kotak tersebut diisi,
maka jumlah garis-garis simulasi aliran fluida makin banyak dan semakin
jelas untuk simulasi.
- Lalu klik tanda
centang pada kotak dialog tersebut. Nantinya akan diproses simulasi yang
diinginkan. Setelah proses selesai, nantinya gambar akan berubah menjadi
garis-garis menyerupai sedotan yang mengalir pada bagian dalam pipa
tersebut, itulah aliran yang dialirkan pada keadaan sesungguhnya.
