BAB II DASAR TEORI
2.1 PRO/Engineer PRO/Engi neer Wildfire
Pro/Engineer Pro/Engineer Wildfire Wildfire mer merup upak akan an software yang yang dibu dibuat at oleh oleh PTC PTC ( Parametric Technol Technology ogy
Corporation Corporation))
untu untuk k
memp memperm ermud udah ah
pemb pembua uata tan n
mode model-m l-mod odel el,,
perak perakita itan n
komponen, pembuatan gambar teknik lengkap dengan BOM ( Bill ( Bill Of Material ), ), Optimasi design, design, simula simulasi si geraka gerakan n pada pada assembly, assembly, simulasi struktur struktur dan thermal dan dan simulasi proses manufacturnya !ecara umum software umum software ini ini terdiri dari tiga bagian, yaitu" •
C#$ (Computer (Computer Aided esign) esign) Pada Pada bagi bagian an ini ini mode model-m l-mod odel el dibu dibuat at dala dalam m bent bentuk uk %$ deng dengan an Tools ols yang yang telah telah disediakan dan dari gambar %$ tersebut dapat dibuat gambar teknik lengkap dengan Bill Of Material -nya -nya Peraki Perakitan tan ( Assembly) Assembly) pada pada bagi bagian an ini ini bersi bersifa fatt tetap tetap (tanp (tanpaa pergerakan)
•
C#& (Computer (Computer Aided Engineering ) Model-model yang telah dibuat dianalisis pada bagian ini untuk melihat kekuatan struktu strukturr dan simulasi simulasi Thermal -nya -nya $ari hasil analisis yang diperoleh dapat dibuat beberapa bentuk baru yang lebih optimal optimal
•
C#M (Computer (Computer Aided Manufacturing ) !imulasi proses manufaktur dilakukan pada bagian ini Model-model dapat langsung diproduksi pada mesin-mesin C'C yang compatible dengan compatible dengan software software ini ini
•
C$ (Computational (Computational !luid ynamics) ynamics ) Meto Metode de perh perhit itun unga gan n deng dengan an sebua sebuah h kont kontro roll dimensi, dimensi, luas luas dan dan olu olume me deng dengan an memanfaatkan bantuan komputasi komputer untuk melakukan perhitungan pada tiaptiap elemen pembaginya
3
4
2.2 CFD
Prinsi Prinsipny pnyaa adalah adalah suatu ruang ruang yang yang berisi berisi fluida fluida yang akan dilakukan penghitungan dibagi dibagi men*adi men*adi beberapa beberapa bagian, bagian, hal ini sering disebut dengan sel dan prosesnya prosesnya dinamakan dinamakan meshing Bagian-bagian yang terbagi tersebut merupakan sebuah kontrol penghitungan yang akan akan dila dilaku kuka kan n adala adalah h apli"asi apli"asi +ontrol-ko +ontrol-kontrol ntrol penghitung penghitungan an ini beserta kontrol-ko kontrol-kontrol ntrol penghitungan lainnya merupakan pembagian ruang yang disebut tadi atau meshing 'antinya, pada setiap titik kontrol penghitungan akan dilakukan penghitungan oleh apli"asi apli"asi dengan batasan domain domain dan boundary boundary condition condition yang telah ditentukan Prinsip inilah yang banyak dipaka dipakaii pada pada proses proses penghi penghitun tungan gan dengan dengan menggu menggunak nakan an bantua bantuan n komput komputasi asi komput komputer er Contoh Contoh lain penerap penerapan an prinsi prinsip p ini adalah !inite Element Analysis (&#) yang digunakan untuk menghitung tegangan yang ter*adi pada benda solid !e*ar !e*arah ah C$ C$ bera beraal al pada pada tahu tahun n .-a .-an n dan dan terk terken enal al pada pada tahu tahun n /.-an /.-an #alny alnyaa pemakaian konsep C$ hanya digunakan untuk aliran alira n fluida dan fluida dan reaksi kimia, namun seiring dengan dengan perkembangan perkembangannya nya industri industri ditahun ditahun 0.-an membuat C$ makin dibutuhkan dibutuhkan pada berbagai apli"asi lain lain Cont Contoh oh seka sekaran rang g ini ini bany banyak ak sekali sekali pake paket-p t-pak aket et software C#$ menyertakan menyertakan konsep C$ yang dipakai dipakai untuk untuk menganalisis menganalisis stress yang ter*adi pada desain yang dibuat Pemakaian C$ secara umum dipakai untuk memprediksi "
1 #lir #liran an dan dan pan panas as 2 Transfer massa massa % Peruba Perubahan han fase seperti seperti pada pada pros proses es melting , pengembunan dan pendidihan 3 4eaksi 4eaksi kimia kimia sepe seperti rti pembak pembakaran aran 5 6erakan 6erakan mekani mekaniss sepert sepertii pisto piston n dan dan fan Tegang egangan an dan dan tumpua tumpuan n pada pada benda benda solid solid / 6elemb 6elembung ung elektro elektromag magnet netik ik
4
2.2 CFD
Prinsi Prinsipny pnyaa adalah adalah suatu ruang ruang yang yang berisi berisi fluida fluida yang akan dilakukan penghitungan dibagi dibagi men*adi men*adi beberapa beberapa bagian, bagian, hal ini sering disebut dengan sel dan prosesnya prosesnya dinamakan dinamakan meshing Bagian-bagian yang terbagi tersebut merupakan sebuah kontrol penghitungan yang akan akan dila dilaku kuka kan n adala adalah h apli"asi apli"asi +ontrol-ko +ontrol-kontrol ntrol penghitung penghitungan an ini beserta kontrol-ko kontrol-kontrol ntrol penghitungan lainnya merupakan pembagian ruang yang disebut tadi atau meshing 'antinya, pada setiap titik kontrol penghitungan akan dilakukan penghitungan oleh apli"asi apli"asi dengan batasan domain domain dan boundary boundary condition condition yang telah ditentukan Prinsip inilah yang banyak dipaka dipakaii pada pada proses proses penghi penghitun tungan gan dengan dengan menggu menggunak nakan an bantua bantuan n komput komputasi asi komput komputer er Contoh Contoh lain penerap penerapan an prinsi prinsip p ini adalah !inite Element Analysis (&#) yang digunakan untuk menghitung tegangan yang ter*adi pada benda solid !e*ar !e*arah ah C$ C$ bera beraal al pada pada tahu tahun n .-a .-an n dan dan terk terken enal al pada pada tahu tahun n /.-an /.-an #alny alnyaa pemakaian konsep C$ hanya digunakan untuk aliran alira n fluida dan fluida dan reaksi kimia, namun seiring dengan dengan perkembangan perkembangannya nya industri industri ditahun ditahun 0.-an membuat C$ makin dibutuhkan dibutuhkan pada berbagai apli"asi lain lain Cont Contoh oh seka sekaran rang g ini ini bany banyak ak sekali sekali pake paket-p t-pak aket et software C#$ menyertakan menyertakan konsep C$ yang dipakai dipakai untuk untuk menganalisis menganalisis stress yang ter*adi pada desain yang dibuat Pemakaian C$ secara umum dipakai untuk memprediksi "
1 #lir #liran an dan dan pan panas as 2 Transfer massa massa % Peruba Perubahan han fase seperti seperti pada pada pros proses es melting , pengembunan dan pendidihan 3 4eaksi 4eaksi kimia kimia sepe seperti rti pembak pembakaran aran 5 6erakan 6erakan mekani mekaniss sepert sepertii pisto piston n dan dan fan Tegang egangan an dan dan tumpua tumpuan n pada pada benda benda solid solid / 6elemb 6elembung ung elektro elektromag magnet netik ik
5
Gambar 2.1 Analisa #a$u !luida
C$ adalah penghitungan yang mengkhususkan pada fluida Mulai dari aliran fluida, heat transfer dan reaksi kimia yang ter*adi pada fluida #tas prinsip-prinsip dasar mekanika fluida, konser konserasi asi energi energi,, moment momentum, um, massa, massa, serta serta species, species, penghi penghitun tungan gan dengan dengan C$ dapat dapat dilakukan dilakukan !ecara sederhana sederhana proses penghitun penghitungan gan yang dilakukan dilakukan oleh apli"asi C$ apli"asi C$ adalah dengan dengan kontro kontrol-k l-kont ontrol rol penghi penghitun tungan gan yang yang telah telah dilaku dilakukan kan maka maka kontro kontroll penghi penghitun tungan gan tersebu tersebutt akan akan meliba melibatka tkan n dengan dengan memanfa memanfaatk atkan an persam persamaan aan-pe -persam rsamaan aan yang yang terlibat terlibat Persama Persaman-p n-persa ersamaa maan n ini adalah adalah persam persamaan aan yang yang memban membangki gkitka tkan n dengan dengan memasu memasukan kan parameter apa sa*a yang terlibat dalam domain Misalnya ketika suatu model yang akan dianalisis melibatkan temperatur berarti model tersebut melibatkan persamaan energi atau konserasi dari energi tersebut %nisialisasi tersebut %nisialisasi aal aal dari persamaan adalah boundary condition condition Boundary condition adalah kondisi di mana kontrol-kontrol perhitungan didefinisikan sebagai defi defini nisi si aal aal yang yang akan akan dili diliba batk tkan an keko kekont ntrol rol-k -kon ontro troll peng penghi hitu tung ngan an yang yang berd berdek ekata atan n dengannya melalui persaman-persamaan yang terlibat
!ecara umum proses penghitungan C$ terdiri atas tiga bagian utama " 1 Prepocessor 1 Prepocessor 2 Processor 2 Processor % Post % Post processor Prepocessor adalah tahap dimana data diinput mulai dari pendefinisian domain serta pendefinisian kondisi batas atau boundary condition condition $itahap ini *uga sebuah benda atau ruangan yang akan dianalisis dibagi-bagi dengan *umlah grid tertentu atau sering *uga disebut
6
den dengan gan meshing Tahap hap selan selan*u *utn tnya ya adal adalah ah processor , pada pada taha tahap p ini ini dilak dilakuk ukan an prose prosess penghitungan data-data input deng dengan an pers persam amaa aan n yang ang terl terlib ibat at seca secara ra iteratif #rtiny #rtinyaa penghitungan dilakukan hingga hasil menu*u error terkecil terkecil atau hingga mencapai nilai yang "on&ergen "on&ergen Penghi Penghitun tungan gan dilaku dilakukan kan secara secara menyel menyeluru uruh h terhada terhadap p olume olume kontro kontroll dengan dengan proses integrasi persamaan integrasi persamaan dis"rit Tahap Tahap akhir merupakan tahap post tahap post processor di mana hasil perhitungan diinterpretasi"an diinterpretasi"an ke ke dalam gambar, grafik bahkan animasi dengan pola arna tertentu 7al yang paling mendasar mengapa konsep C$ ( software ( software C$) banyak sekali digunakan dalam dunia industri adalah dengan C$ dapat dilakukan analisis terhadap suatu sistem dengan mengurangi biaya eksperimen dan tentunya aktu yang pan*ang dalam melakukan eksperim eksperimen en tersebu tersebut t #tau #tau dalam dalam proses proses design design enggin enggineeri eering ng tahap yang harus dilakukan men*adi lebih pendek 7al ini yang mendasari pemakaian konsep C$ adalah pemahaman lebih dalam akan suatu masalah masalah yang akan diselesaikan diselesaikan atau dalam hal ini pemahaman lebih dalam mengenai karakterisrik aliran fluida dengan melihat hasil berupa grafik, ektor, kontur dan bahkan animasi Tata Cara en!alan"an Pr#gram Cfde$ign%.1&
# Membuka Membuka Program Program C$esign8 C$esign81. Cfdesign'()* melalui es"top es"top +omputer +omputer anda 1. 9angkah pertama buka program Cfdesign'()* melalui klik:enter klik:enter progam progam C$esign8 C$esign81., #tau bisa melalui klik start, all programs, CFdesign 10.0, klik program CFDesign 10.0
Gambar 2.2 Membu"a Program C! esign '()*
2 9angkah 9angkah kedua kedua dapat dapat secara langsung langsung melalui melalui program program P4O-&, P4O-&, perhatikan perhatikan gambar gambar di baah ini,
7
Gambar 2.' Membu"a Program C! esign '()* melalui P+O,E
B Men*alankan progam C$esign81. !etelah progam C$ terbuka,
Gambar 2.( Proses Men$alan"an C! esign '()* Cara navigasi mengg)na"an mouse
Gambar 2.* -a&igasi mengguna"an Mouse
8
Perinta+ CFDe$ign %.1& Perinta+
.croll ke baah pada roda tengah mouse tepat pada benda ker*a .croll ke atas pada roda tengah mouse tepat pada benda ker*a Tekan Ctrl ; Tekan scroll mouse kemudian digerakan
,eg)naan
Perbesar gambar
Perkecil gambar
+otasi benda ker*a
Tekan Ctrl ; Tekan kanan Mouse lalu digerakan
Memindahkan posisi benda ker*a
+lik kanan Mouse pada benda ker*a
Menghilangkan bagian dari benda ker*a
+lik kanan Mouse di luar benda ker*a
Mengembalikan bagian dari benda ker*a
Tekan .hift ; Tekan scroll mouse kemudian
Memutar benda ker*a searah pada satu
digerakan
sumbu
+lik kiri pada benda ker*a
Tabel 2.1 Perintah dan egunaan C! esign '()*
2.' -a!) Aliran Fl)ida Fl)ida
luida adalah =at yang dapat mengalir +ata luida mencakup =at car, air dan gas karena kedua =at ini dapat mengalir, sebaliknya batu dan benda-benda keras atau seluruh =at padat tidak digolongkan kedalam fluida karena tidak bisa mengalir !usu, minyak pelumas, dan air merupakan contoh =at cair dan !emua =at cair itu dapat dikelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu tempat ke tempat yang lain !elain =at cair, =at gas *uga termasuk fluida >at gas *uga dapat mengalir dari satu satu tempat ke tempat lain 7embusan angin merupakan contoh udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain luida merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan sehari-hari !etiap hari manusia menghirupnya, meminumnya, terapung atau tenggelam di dalamnya !etiap hari pesaat udara terbang melaluinya dan kapal laut mengapung di atasnya $emikian *uga kapal
9
selam dapat mengapung atau melayang di dalamnya #ir yang diminum dan udara yang dihirup *uga bersirkulasi di dalam tubuh manusia setiap saat meskipun sering tidak disadari eni$ eni$ Fl)ida
luida dibagi men*adi dua, yaitu " 1. Fl)ida Stati$
luida !tatis adalah fluida yang berada dalam fase tidak bergerak (diam) atau fluida dalam keadaan bergerak tetapi tak ada perbedaan kecepatan antar partikel fluida tersebut atau bisa dikatakan baha partikel-partikel fluida tersebut bergerak dengan kecepatan seragam sehingga tidak memiliki gaya geser Contoh fenomena fluida statis dapat dibagi men*adi statis sederhana dan tidak sederhana Contoh fluida yang diam secara sederhana adalah air di bak yang tidak dikenai gaya oleh gaya apapun, seperti gaya angin, panas, dan lain-lain yang mengakibatkan air tersebut bergerak Contoh fluida statis yang tidak sederhana adalah air sungai yang memiliki kecepatan seragam pada tiap partikel di berbagai lapisan dari permukaan sampai dasar sungai Cairan yang berada dalam be*ana mengalami gaya-gaya yang seimbang sehingga cairan itu tidak mengalir 6aya dari sebelah kiri diimbangi dengan gaya dari sebelah kanan, gaya dari atas ditahan dari baah Cairan yang massanya M menekan dasar be*ana dengan gaya sebesar Mg 6aya ini tersebar merata pada seluruh permukaan dasar be*ana !elama cairan itu tidak mengalir (dalam keadaan statis), pada cairan tidak ada gaya geseran sehingga hanya melakukan gaya ke baah oleh akibat berat cairan dalam kolom tersebut 2. Fl)ida dinami$
luida dinamis adalah fluida (bisa berupa =at cair, gas) yang bergerak
0)")m Bern#)li
Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang menyatakan baha pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut Prinsip ini sebenarnya merupakan penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang menyatakan baha *umlah energi pada suatu titik di dalam suatu
10
aliran tertutup sama besarnya dengan *umlah energi di titik lain pada *alur aliran yang sama Prinsip ini diambil dari nama ilmuan Belanda:!iss yang bernama $aniel Bernoulli $alam bentuknya yang sudah disederhanakan, secara umum terdapat dua bentuk persamaan Bernoulli? yang pertama berlaku untuk aliran tak-termampatkan (incompressible flo), dan yang lain adalah untuk fluida termampatkan (compressible flo) Terdapat beberapa #sumsi 7ukum Bernoulli diantaranya" o
luida tidak dapat dimampatkan (incompressible) dan noniscous
o
Tidak ada kehilangan energi akibat gesekan antara fluida dan dinding pipa
o
Tidak ada energi panas yang ditransfer melintasi batas-batas pipa untuk cairan baik sebagai keuntungan atau kerugian panas
o
Tidak ada pompa di bagian pipa
o
#liran fluida laminar (bersifat tetap)
Aliran Ta" Termamat"an
#liran tak-termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan tidak berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepan*ang aliran tersebut Contoh fluida taktermampatkan adalah" air, berbagai *enis minyak, emulsi, dll Bentuk Persamaan Bernoulli untuk aliran tak termampatkan adalah sebagai berikut "
$imana " @ kecepatan fluida g @ percepatan graitasi bumi h @ ketinggian relatif terhadapa suatu referensi p @ tekanan fluida A @ densitas fluida Persamaan di atas berlaku untuk aliran tak-termampatkan dengan asumsi asumsi sebagai berikut " #liran bersifat tunak (steady state)
11
Tidak terdapat gesekan Aliran Termamat"an
#liran termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepan*ang aliran tersebut Contoh fluida termampatkan adalah" udara, gas alam, dll Persamaan Bernoulli untuk aliran termampatkan adalah sebagai berikut "
7ukum Bernoulli menyatakan baha *umlah dari tekanan ( p ), energi kinetik per satuan olum (1:2 P8 D2 ), dan energi potensial per satuan olume (Agh) memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepan*ang suatu garis arus $alam bagian ini kita hanya akan mendiskusikan bagaimana cara berfikir Bernoulli sampai menemukan persamaannya, kemudian menuliskan persamaan ini #kan tetapi kita tidak akan menurunkan persamaan Bernoulli secara matematis +ita disini dapat melihat sebuah pipa yang pada kedua u*ungnya berbeda dimana u*ung pipa pertama lebih besar dari pada u*ung pipa kedua Peneraan 0)")m Bern#)lli a. Te#rema T#rrieli
!alah satu penggunaan persamaan Bernoulli adalah menghitung kecepatan =at cair yang keluar dari dasar sebuah adah
Gambar 2.3 Apli"asi Bernoulli Pada Wadah
+ita terapkan persamaan Bernoulli pada titik 1 (permukaan adah) dan titik 2 (permukaan lubang) +arena diameter kran:lubang pada dasar adah *auh lebih kecil dari diameter adah, maka kecepatan =at cair di permukaan adah dianggap nol (1 @ .) Permukaan adah dan permukaan lubang:kran terbuka sehingga tekanannya sama dengan tekanan atmosfir (P1 @ P2) $engan demikian, persamaan Bernoulli untuk kasus ini adalah
12
Eika kita ingin menghitung kecepatan aliran =at cair pada lubang di dasar adah, maka persamaan ini kita oprek lagi men*adi "
Berdasarkan persamaan ini, tampak baha la*u aliran air pada lubang yang ber*arak h dari permukaan adah sama dengan la*u aliran air yang *atuh bebas se*auh h (bandingkan 6erak *atuh Bebas) Fni dikenal dengan Teorema Torricceli Teorema ini ditemukan oleh Torricelli, murid 6allileo, satu abad sebelum Bernoulli menemukan persamaannya
2.( Perinda+an ,al#r
Perpindahan panas merupakan ilmu untuk meramalkan perpindahan energi dalam bentuk panas yang ter*adi karena adanya perbedaan suhu di antara benda atau material $alam proses perpindahan energi tersebut tentu ada kecepatan perpindahan panas yang ter*adi, atau yang lebih dikenal dengan la*u perpindahan panas Ma ka ilmu perpindahan panas *uga merupakan ilmu untuk meramalkan la*u perpindahan panas yang ter*adi pada kondisi-kondisi
tertentu Perpindahan kalor dapat
didefinisikan sebagai suatu proses
berpindahnya suatu energi (kalor) dari satu daerah ke daerah lain akibat adanya perbedaan temperatur pada daerah tersebut #da tiga bentuk mekanisme perpindahan panas yang diketahui, yaitu konduksi, koneksi, dan radiasi Perinda+an ,al#r $eara ,#nd)"$i
Perpindahan kalor secara konduksi adalah proses perpindahan kalor dimana kalor mengalir dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur rendah dalam
13
suatu medium (padat, cair atau gas) atau antara medium-medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung sehingga ter*adi pertukaran energi dan momentum Persamaan $asar +onduksi "
+eterangan " G
@ 9a*u Perpindahan Panas (k* : det,H)
k @ +onduktifitas Termal (H:mIC) # @ 9uas Penampang (mJ) dT @ Perbedaan Temperatur ( IC, I ) dK @ Perbedaan Earak (m : det) LT @ Perubahan !uhu ( IC, I ) Perinda+an ,al#r $eara ,#n4e"$i
+oneksi adalah perpindahan panas karena adanya gerakan: aliran: pencampuran dari bagian panas ke bagian yang dingin Contohnya adalah kehilangan panas dari radiator mobil, pendinginan dari secangkir kopi dll Menurut cara menggerakkan alirannya, perpindahan panas koneksi diklasifikasikan men*adi dua, yakni koneksi bebas (free conection) dan koneksi paksa ( forced con&ection) Bila gerakan fluida disebabkan karena
adanya
perbedaan kerapatan karena perbedaan suhu, maka perpindahan panasnya disebut sebagai koneksi bebas ( free / natural con&ection) Bila gerakan fluida disebabkan oleh gaya pemaksa : eksitasi dari luar, misalkan dengan pompa atau kipas yang menggerakkan fluida sehingga fluida mengalir di atas permukaan, maka perpindahan panasnya disebut sebagai koneksi paksa ( forced con&ection) Proses pemanasan atau pendinginan fluida yang mengalir didalam saluran tertutup seperti pada gambar 22 merupakan contoh proses perpindahan panas 9a*u perpindahan panas pada beda suhu tertentu dapat dihitung dengan persamaan
+eterangan "
@ 9a*u Perpindahan Panas ( k*:det atau H )
h
@ +oefisien perpindahan Panas +oneksi ( H : m C )
#
@ 9uas Bidang Permukaan Perpindahaan Panas ( ft , m )
2o
2
2
14
o
T
@ Temperature $inding ( C , + )
TN
@ Temperatur !ekeliling ( C , + )
o
,la$ifi"a$i Pen)"ar ,al#r Berda$ar"an S)$)nan Aliran Fl)ida
ang dimaksud dengan susunan aliran fluida di sini adalah berapa kali fluida mengalir sepan*ang penukar kalor se*ak saat masuk hingga meninggalkannya serta bagaimana arah aliran relatif antara kedua fluida (apakah se*a*ar:parallel, berlaanan arah:counter atau bersilangan:cross) a5 Pert)"aran ana$ dengan aliran $eara+ 6co-current/parallel flow5
aitu apabila arah aliran dari kedua fluida di dalam penukar kalor adalah se*a*ar #rtinya kedua fluida masuk pada sisi yang satu dan keluar dari sisi yang lain mengalir dengan arah yang sama +arakter penukar panas *enis ini temperatur fluida yang memberikan energi akan selalu lebih tinggi dibanding yang menerima energi se*ak mulai memasuki penukar kalor hingga keluar
Gambar 2.7 Aliran Parallel !low an Profil Temperatur
$imana" G @ la*u perpindahan panas ( watt ) @ la*u alir massa fluida ( kg:s ) .
c @ kapasitas kalor spesifik ( *:kg C )
15
.
T @ suhu fluida ( C )
b5 Pert)"aran ana$ dengan aliran berla8anan ara+ 6counter current / flow)
aitu bila kedua fluida mengalir dengan arah yang saling berlaanan dan keluar pada sisi yang berlaanan Pada tipe ini masih mungkin ter*adi baha temperatur fluida yang menerima panas (temperatur fluida dingin) saat keluar penukar kalor (T3) lebih tinggi dibanding temperatur fluida yang memberikan kalor (temperatur fluida panas) saat meninggalkan penukar kalor
Gambar 2.9 Aliran Counter !low an Profil Temperatur
$ari gambar diatas, la*u perpindahan panasnya dapat dinyatakan sebagai berikut $imana " G @ la*u perpindahan panas ( watt ) @ la*u alir massa fluida ( kg:s ) .
.
C @ kapasitas kalor spesifik ( *:kg C ) T @ suhu fluida ( C ) 5 Pert)"aran ana$ dengan aliran $ilang 6 r#$$ fl#8 5
16
#rtinya arah aliran kedua fluida saling bersilangan Contoh yang sering kita lihat adalah radiator mobil dimana arah aliran air pendingin mesin yang memberikan energinya ke udara saling bersilangan #pabila ditin*au dari efektiitas pertukaran energi, penukar kalor *enis ini berada diantara kedua *enis di atas $alam kasus radiator mobil, udara meleati radiator dengan temperatur rata-rata yang hampir sama dengan temperatur udara lingkungan kemudian memperoleh panas dengan la*u yang berbeda di setiap posisi yang berbeda untuk kemudian bercampur lagi setelah meninggalkan radiator sehingga akan mempunyai temperatur yang hampir seragam
Gambar 2.: Aliran Cross !low an Profil Temperatur
BAB III A;A-ISIS PRA,TI,<
'.1 Anali$i$ Pia
17
$alam latihan ini, kita akan menganalisis aliran fluida cair melalui sebuah model sederhana dari sebuah pipa Terdapat aliran fluida memasuki inlet , dan mengalir keluar melalui lubang keluar outlet Material pipa terbuat dari tembaga Model C#$ terdiri dari hanya bagian padat dan tutup pada aliran masuk dan keluar !isanya bagian kosong di mana fluida mengalir, dan ketika memasuki progam CFDesign model , secara otomatis akan membuat olume aliran terisi dengan fluida
Gambar '.1 Benda "er$a Pipa
!ebelum melakukan analisa, kita akan membuat desain benda ker*a tersebut di C#$ Pro, Engineer Wildfire 0(*( 9angkah langkah yang harus dilakukan adalah " 1 +lik file, new
, tulis nama file, dan unchec" use default templeteQ lalu klik O,
+emudian pilih mmns1part1solid dan klik O,
18
Gambar '.2 Menu !ile -ew 2 Pilih menu %nsert R .weep R Protrusion R ."etch Tra$ R Plane R Pilih !ront R O"ay R
efault
2ambar 3(3 Menu .weep
2ambar 3(0 Menu 4ntu" Menggambar ."etch % 7asil gambar sebagai berikut
19
Gambar '.* 2ambar 5asil CA 3 Pilih menu sa&e as copy kemudian simpan file dengan format (AC%.
!elan*utnya untuk memulai melakukan analisis 9atihan 1 melalui progam C$ ini maka langkah-langkah yang harus dilakukan adalah" 1 +lik pada Menu Bar pada po*ok kiri atas, file lalu klik new, atau melalui keyboard tekan Ctrl6-( 7( !elan*utnya buka file pipa.sat yang sudah kita buat tadi
Gambar '.3 !ile Benda er$a
% 9angkah selan*utnya mengatur satuan yang akan digunakan, caranya arahkan kursor anda ke arah po*ok kiri atas, satuan yang digunakan adalah millimeter (mm)
3 !elan*utnya masuk ke 2eometry pada bagian sebelah atas kiri $i dalam geometry ini pilih Fill Void untuk menutup lubang yang ada lihat gambar di baah ini
20
Gambar '.7 Pilih 'oid !ill
!elan*utnya arahkan "ursor ke salah satu u*ung lubang lalu
klik kiri hingga muncul
lingkaran merah seperti gambar di atas, dan klik uild surface pada Control ar , lihat gambar di samping kanan 9akukan proses ini pada dua lubang yang lainnya sehingga lubang tersebut tertutup semua 5 !elan*utnya lihat pada Control ar !eometr"= lalu klik Fill void, lihat gambar di baah
Gambar '.9 Control Bar 2eometry
!elan*utnya masuk ke oundar" / Mengatur kondisi kecepatan aliran pada #nlet lubang tempat masuk dengan cara klik kiri pada lubang hingga berarna merah, perhatikan tanda panah pada gambar di baah ini, lalu masukan data pada $ropert" settings sesuai gambar di atas, dan klik %ppl"
21
Gambar '.: li" pada #ubang %nlet dan format table
S Mengatur kondisi besarnya pressure (tekanan) pada lubang keluar atau &utlet dengan cara klik kiri pada salah satu lubang yang paling besar hingga berarna merah, lalu masukan data pada $ropert" settings, perhatikan gambar di baah ini, dan klik Apply
Gambar '.1& Mengatur besarnya Pressure
0 Proses selan*utnya adalah masuk ke 'es( Definitions klik kiri pada gambar selan*utnya klik %utomatic sie lihat gambar di baah ini,
22
Gambar '.11 Automatic si8e
11 !elan*utnya masuk ke 'aterial and Devices untuk memberikan data bahan material apa yang akan digunakan pada proses ini
Gambar '.12 Menu Materials and e&ices
12 Proses selan*utnya masuk ke Analy8e kemudian pilih 2O dan 7asilnya seperti berikut
Gambar '.1' ata Proses Analy8e '.2 Anali$i$ Fa)et
23
$alam latihan ini, kita akan menganalisis aliran fluida cair melalui sebuah model sederhana dari sebuah keran rumah tangga Terdapat aliran air panas dan aliran air dingin memasuki keran inlet , lalu dicampur oleh pengaduk, dan mengalir keluar melalui lubang keluar outlet Material pipa terbuat dari tembaga Model C#$ terdiri dari hanya bagian padat dan tutup pada aliran masuk dan keluar !isanya bagian kosong di mana air mengalir, dan ketika memasuki progam CFDesign model , secara otomatis akan membuat olume aliran terisi dengan fluida
Gambar '.1( Benda "er$a Pipa dan Pengadu" 9"eran:
!elan*utnya untuk memulai melakukan analisis 9atihan 1 melalui progam C$ ini maka langkah-langkah yang harus dilakukan adalah " 1 +lik pada Menu Bar pada po*ok kiri atas, file lalu klik new, atau melalui keyboard tekan Ctrl6-( 7( !elan*utnya buka *ocal Disk +C), CFdesign100, amples, $rongineer-ildfire, faucet, "li" open pada file faucet.asm.1
24
2ambar 3(); !ile Benda er$a
Gambar '.13 6ambar Benda er$a
S 9angkah selan*utnya mengatur satuan yang akan digunakan, caranya arahkan kursor anda ke arah po*ok kiri atas, satuan yang digunakan adalah millimeter (mm)
0 !elan*utnya masuk ke 2eometry pada bagian sebelah atas kiri $i dalam geometry ini pilih Void Fill untuk menutup lubang yang ada lihat gambar di baah ini
Gambar '.17 Control Bar 2eometry
1. !elan*utnya masuk ke oundar" 11 Mengatur kondisi kecepatan aliran pada #nlet lubang tempat masuk dengan cara klik kiri pada dua lubang hingga berarna merah, perhatikan tanda panah pada gambar di baah ini, lalu masukan data pada $ropert" settings sesuai gambar di atas, dan klik %ppl"
25
Gambar '.19 li" pada #ubang %nlet dan format table
Gambar '.1: Mengatur "ondisi besarnya inlet
1/ Mengatur kondisi besarnya temperatur pada #nlet lubang tempat masuk dengan cara klik kiri pada salah satu lubang hingga berarna merah, lalu masukan data pada $ropert" perhatikan gambar di baah ini dan klik Apply 9alu lakukan hal yang sama sesuai urutan langkah no S pada lubang yang satu lagi tetapi data yang dimasukan berbeda, perhatikan gambar di baah ini, dan klik apply 6ambar %11
Gambar '.2& Mengatur ata yang berbeda pada !aucet
1S Mengatur kondisi besarnya pressure (tekanan) pada lubang keluar atau &utlet dengan cara klik kiri pada salah satu lubang yang paling besar hingga berarna merah, lalu masukan data pada $ropert" settings, perhatikan gambar di baah ini, dan klik Apply
26
Gambar '.21 Mengatur besarnya Pressure pada !aucet
1. Proses selan*utnya adalah masuk ke 'es( Definitions klik kiri pada gambar selan*utnya klik %utomatic sie lihat gambar di baah ini,
Gambar '.22 Automatic si8e
1% !elan*utnya masuk ke 'aterial and Devices untuk memberikan data bahan material apa yang akan digunakan pada proses ini a
Gambar '.2' Pipa Terluar
27
lalu klik kanan sebanyak dua kali untuk menampilkan pipa bagian dalam, dan selan*utnya klik kiri pada pipa tersebut, alu masukan data pada $ropert" settings sebagai berikut, lihat gambar di baah ini,
Gambar '.2( Pipa alam < Property .etting
lalu klik Apply !etelah itu arahkan "ursor anda kembali ke benda ker*a dan klik kanan di luar benda ker*a, untuk mengembalikan gambar ke bentuk semula b Memasukan data aliran fluida yang digunakan, yakni dengan cara klik kanan pada benda ker*a untuk menampilkan gambar fluidanya dan klik kiri hingga berubah arna
c men*adi merah !elan*utnya masukan data pada $ropert" settings, perhatikan gambar di baah ini, lalu klik Apply !etelah itu klik kanan di luar benda ker*a untuk mengembalikan gambar ker*a ke bentuk semula
Gambar '.2* 2ambar untu" menentu"an Aliran !luida
13 Proses selan*utnya masuk ke Analy8e
28
Gambar '.23 ata Proses Analy8e
+emudian klik 2o, untuk men*alankan analisis C$ $alam proses ini, analisis C$ sedang ber*alan biarkan proses ini ber*alan hingga benar-benar selesai Eika proses ini urutannya benar maka benda ker*a akan berubah arna dan muncul gambar grafik di baah benda ker*a Proses analisis C$ ini telah selesai 9ihat gambar hasil analisis di baah ini 15 Berikut gambar hasil analisis eran menggunakan program C$
Gambar '.27 5asil Analisis pada "eran mengguna"an program C!
Gambar '.29 5asil grafi" dengan mengguna"an beberapa &ariable
1
$alam latihan ini, kita akan menganalisis aliran fluida melalui sebuah model sederhana dari sebuah pipa yang ditutupi oleh sebuah bo Bo diasumsikan sebagai udara yang mengalir di permukaan pipa Terdapat aliran fluida memasuki inlet , dan mengalir keluar melalui lubang keluar outlet Material pipa terbuat dari tembaga !ementar bo terbuat dari
29
air constant C#$ terdiri dari hanya bagian padat dan tutup pada aliran masuk dan keluar !isanya bagian kosong dimana fluida mengalir, dan ketika memasuki progam CFDesign model , secara otomatis akan membuat olume aliran terisi dengan fluida
akan ditetapkan secara otomatis Benda ker*a terdiri dari dua bagian yakni, pipa dan bo Berikut adalah gambar benda ker*a yang dianalisis mengunakan progam C$
Pertama kita akan membuat BO? melalui progam C$ ini, adapun langkah langkah penger*aanya sebagai berikut " 1
Ealankan program Pro/Engineer
2 li" pada Menu Bar pada po*ok kiri atas, file lalu "li" new, atau melalui "eyboard tekan Ctrl6- %
!elan*utnya Pilih Part seperti pada gambar di baah "
Gambar '.2: Menu 3
3
!elan*utnya Pilih ."etch dan buat persegi dengan ukuran p l @ 1.. 1.. (mm) !eperti pada gambar di baah ini
30
Gambar '.(3 2ambar ."etch Persegi
5
!elan*utnya Pilih ce"list= lalu pilih menu e>trude lalu beri ketebalan sebesar 5. mm
Gambar '.'& 2ambar 5asil E>trude
!elan*utnya Pilih %nsert R .weep R Cut R ."etch Tra$ R Plane R Pilih Top R O"ay R efault
Gambar '.'1 %nsert .weep Cut
31
Gambar '.'2 5asil .weep Cut
/
!elan*utnya simpan gambar yang sudah kita buat di folder
+edua kita akan membuat PIPA melalui progam C$ ini, adapun langkah langkah penger*aanya sebagai berikut " 1 Ealankan program Pro/Engineer 2 li" pada Menu Bar pada po*ok kiri atas, file lalu "li" new, atau melalui "eyboard tekan Ctrl6- % !elan*utnya Pilih Part seperti pada gambar di baah "
Gambar '.'' Menu 3
3 !elan*utnya Pilih menu %nsert R .weep R ProtrussionR ."etch Tra$ R Plane R Pilih !ront R O"ay R efault
32
Gambar '.'( .weep Protrussion
Gambar '.'* 5asil .weep Protrussion
5 !elan*utnya simpan gambar yang sudah kita buat di folder !etelah kita membuat kedua part tersebut, barulah kita melakukan penggabungan kedua part tersebut #dapun langkah langkah dalam a$$embling sebagai berikut " 1
+lik file, kemudian pilih new
2
Pilih Assembly, kemudian tulis nama file (PipaBo), dan unchec" ?use default template@ lalu klik o" +emudian pilih mmns1asm1design dan klik o"
33
Gambar '.'3 -ew Assembly
%
3
!elan*utnya klik assembly dan buka file (Bo) yang akan di assembly(
Gambar '.'7 Menu Assemble
5
!elan*utnya klik ce"list seperti pada gambar di baah ini
Gambar '.'9 Menu Ce"list
!elan*utnya pilih menu assemble kembali dan masukan part kedua (pipa) #tur posisi part pipa tersebut dengan cara menempelkan masing masing plan +emudian setelah posisinya pas klik ceklist seperti pada no5
34
/
!elan*utnya setelah kedua part tergabung dengan sempurna, simpan file tersebut dengan sa&e as copy dengan format #CF!
!etelah proses penggabungan kedua part dilakukan, selan*utnya melakukan anali$a dengan menggunakan CFD De$ign #dapun langkah langkahnya adalah sebagai berikut " 1 Buka program C! 2 !elan*utnya li" pada Menu Bar pada po*ok kiri atas, file lalu "li" new % !elan*utnya mengatur satuan yang akan digunakan
3 9angkah selan*utnya masuk ke 5 Masuk ke
, pilih 'oid !ill(
untuk mengatur kondisi yang diminta
!elan*utnya masuk ke menu
Mesh
efinitions "li" pada gambar
selan*utnya "li" Automatic si8e( / !elan*utnya masuk ke menu Material and e&ices untuk memberikan data bahan material yang akan digunakan S !elan*utnya Proses selan*utnya masuk ke Analy8e
lalu "li" 2O(
Gambar '.': Menu Ce"list
0
35
BAB I% A;A-ISIS <IA; (.1
<*ian Tengah !emester " #nalisa soal di baah ini dengan menggunakan softare C$ Pro,Engineer
Gambar (.1 .oal Pipa 94T.:
9angkah langkah penger*aan " 1 Ealankan program Pro/Engineer 2 li" pada Menu Bar pada po*ok kiri atas, file lalu "li" new, atau melalui "eyboard tekan Ctrl6- % !elan*utnya Pilih Part seperti pada gambar di baah
Gambar (.2 Menu 3
3 +emudian masuk ke menu %nsert R .weep R Protrussion R ."etch Tra$ R Plane R Pilih Top R O"ay R efault
36
Gambar (.' %nsert .weep Protrussion
Gambar (.( 2ambar A"hir 5asil Protrussion
5 +emudian simpan file menggunakan sa&e as copy dengan format (AC%. Buka program C!esign dan "li" file R "li" new R buka file pipa / 9angkah selan*utnya mengatur satuan yang akan digunakan, caranya arahkan kursor anda ke arah po*ok kiri atas, satuan yang digunakan adalah millimeter (mm)
S 9angkah selan*utnya masuk ke
pada bagian sebelah atas kiri $i
dalam geometry ini pilih 'oid !ill untuk menutup lubang yang ada lihat gambar di baah ini "
37
Gambar (.* 2eometry Pipa 94T.:
#rahkan kursor ke salah satu u*ung lubang lalu "li" hingga muncul lingkaran merah
li" Build surface pada Control Bar 9akukan proses ini pada dua lubang yang lainnya sehingga lubang tersebut tertutup semua
0 Masuk ke
untuk mengatur kondisi pipa yang diminta
a Mengatur kondisi pada lubang inlet 1 "
li" pada inlet 1 hingga berarna
Masukan data pada Property settings (8 @ 5. mm:s) li" apply
li" pada inlet 1 lagi hingga berarna
Masukan data pada Property settings (T @ /.°C) li" apply
b Mengatur kondisi pada inlet 2 lubang "
li" pada inlet 2 hingga berarna
Masukan data pada Property settings (8 @ . mm:s) li" apply
li" pada inlet 2 lagi hingga berarna
Masukan data pada Property settings (T @ 1.°C) li" apply
38
c Mengatur kondisi pada outlet lubang "
li" pada outlet hingga berarna
Masukan data pada Property settings (P @ . Pa) li" apply
1. Proses selan*utnya adalah masuk ke Mesh efinitions "li"
pada gambar
selan*utnya "li" Automatic si8e lihat gambar di baah ini "
Gambar (.3 Meshing
11 Masuk ke Material and e&ices untuk memberikan data bahan material yang akan digunakan pada proses ini a Material Pipa li" bagian pipa terluar sampai berarna merah Masukkan data pada property setting 9.olid Cooper1'ariable: li" apply
39
Gambar (.7 Material Properties Pipa
b Mengatur fluida men*adi 5 7O1Constant
Gambar (.9 Material Aliran !luida
12.
Proses selan*utnya masuk ke Analy8e
perhatikan Control
Menu Bar , ikuti petun*uk seperti di gambar Fsi iteration 1.. lalu "li" 2O pada bagian baah
40
Gambar (.: Analy8e Pipa 94T.:
Gambar (.1& Tampilan 5asil Analy8e Pipa 94T.:
1%
41
Gambar (.11 .umarry Outlet Pipa 94T.:
$ari simulasi C$ didapat " - Total Mass !low Out @ -%1S./e;..S g:s - Total 'ol( !low Out @ -%1S3;.11 mm %:s - Temperatur Outlet @ 2S5/1 °C (.1
Gambar (.12 .oal Pipa alam Bo> 94A.:
42
9angkah-langkah Penger*aan " )( Ealankan program Pro/Engineer( 2
Pilih Menu !ile .et Wor"ing irectory dan arahkan pada folder ker*a
% Pilih !ile -ew untuk membuat ob*ect baru Buatlah Part
dengan nama PipaU1Q,
dengan menggunakan ukuran milimeter
Gambar (.1' Pipa1)
0( !elan*utnya li" %nsert R .weep R Protrusion R ."etch Tra$ R Plane R Pilih Top R O"ay R efault
Gambar (.1( %nsert .weep )
Gambar (.1* %nsert .weep 7
43
5
+lik line R Buat sketch seperti gambar R $one R klik circle R buat lingkaran dengan diameter luar 12 mm dan diameter dalam 1. mm R done R Preie R O+
Gambar (.13 ."etch Pipa
+emudian untuk membuat balok berongga klik sketch R pilih plane top R sketch R pilih rectangular R buat kotak sesuai ukuran R klik etrude R O+
Gambar (.17 ."etch ota"
44
Gambar (.19 ."etch ota" .etelah ie>trude
/ +emudian ikuti langkah-langkah sesuai gambar di baah ini
45
Gambar (.1: Tahapan Membuat ota" Berongga S !impan file dalam bentuk Acis(file dengan sa&e as copy( 0 Buka program C!(
1. li" pada Menu Bar pada po*ok kiri atas, file lalu "li" new, atau melalui "eyboard tekan Ctrl6-( 11 9angkah selan*utnya mengatur satuan yang akan digunakan, caranya arahkan kursor anda ke arah po*ok kiri atas, satuan yang digunakan adalah millimeter (mm)
12 9angkah selan*utnya masuk ke
pada bagian sebelah atas kiri $i
dalam geometry ini pilih 'oid !ill untuk menutup lubang yang ada lihat gambar di baah ini "
Gambar (.2& 2eometry 94A.:
1% Masuk ke
untuk mengatur kondisi yang dminta
Fnlet 8 @ 5. mm:s Outlet P @ . Pa !uhu udara . oC
T @ 1. oC
46
Gambar (.21 %nput Boundary Condition
13 Proses selan*utnya adalah masuk ke Mesh efinitions "li" pada gambar selan*utnya "li" Automatic si8e lihat gambar di baah ini "
Gambar (.22 Meshing 94A.:
15 Masuk ke Material and e&ices untuk memberikan data bahan material yang akan digunakan pada proses ini
47
Gambar (.2' Material and e&ice 94A.:
16.
Proses selan*utnya masuk ke Analy8e
perhatikan Control
Menu Bar , ikuti petun*uk seperti di gambar Fsi iteration 1. lalu "li" 2O pada bagian baah
Gambar (.2( Analy8e 94A.:
Gambar (.2* Tampilan 5asil Analy8e 94A.:
1/
48
Gambar (.23 .ummary 94A.:
49
BAB % PE;
*.1 ,e$im)lan
Pro:&ngineer Hildfire merupakan softare yang dibuat oleh PTC ( Parametric Technology
Corporation)
untuk
mempermudah
pembuatan
model-model,
perakitan
komponen, pembuatan gambar teknik lengkap dengan BOM ( Bill Of Material ), Optimasi design, simulasi gerakan pada assembly, simulasi struktur dan thermal dan simulasi proses manufacturnya !ecara umum softare ini terdiri dari beberapa macam, yaitu" •
C#$ (Computer Aided esign)
•
C#& (Computer Aided Engineering )
•
C#M (Computer Aided Manufacturing )
•
C$ (Computational !luid ynamics)
C$ adalah penghitungan yang mengkhususkan pada fluida Mulai dari aliran fluida, heat transfer dan reaksi kimia yang ter*adi pada fluida #tas prinsip-prinsip dasar mekanika fluida, konserasi energi, momentum, massa, serta species, penghitungan dengan C$ dapat dilakukan !ecara umum proses penghitungan C$ terdiri atas % bagian utama" 1 Prepocessor 2 Processor % Post processor Prepocessor adalah tahap dimana data diinput mulai dari pendefinisian domain serta pendefinisian kondisi batas atau boundary condition $itahap ini *uga sebuah benda atau ruangan yang akan dianalisis dibagi-bagi dengan *umlah grid tertentu atau sering *uga disebut dengan meshing Tahap selan*utnya adalah processor , pada tahap ini dilakukan proses penghitungan data-data input dengan persamaan yang terlibat secara iteratif #rtinya penghitungan dilakukan hingga hasil menu*u error terkecil atau hingga mencapai nilai yang konergen Penghitungan dilakukan secara menyeluruh terhadap olume kontrol dengan proses integrasi persamaan diskrit Tahap
akhir
merupakan
tahap post
processor di mana hasil
perhitungan
diinterpretasikan ke dalam gambar, grafik bahkan animasi dengan pola arna tertentu
