BAB IV PERMODELAN GEOMETRI SIMULASI POMPA
4.1 Pendahuluan
Dalam bab ini akan dianalisa prototype pompa sentrifugal. Analisa prototype pompa sentrifugal ini menggunakan metode perhitungan komputasi dinamika fluida atau
Computational Fluid Dynamics CFD dengan program komputer FLUENT 6.3.26. yang diproduksi oleh Fluent.inc. Program tersebut mampu menganalisa kemungkinan aliran fluida
yang terjadi pada sebuah sistem, dengan menggunakan pendekatan metode elemen hingga. Proses simulasi CFD ini terdapat tiga tahapan yang harus dilakukan , yaitu :
a. Preprocessing
Preprocessing merupakan langkah pertama dalam membangun dan menganalisis sebuah model CFD. Teknisnya adalah membuat model dalam paket CAD Computer
Aided Design , membuat mesh yang sesuai, kemudian menerapkan kondisi batas dan sifat-sifat fluidanya.
b. Solving
Solver program inti pencari solusi CFD menghitung kondisi - kondisi yang diterapkan pada saat preprocessing.
c. Postprocessing
Postprocessing adalah langkah terakhir dalam analisis CFD. Hal yang dilakukan pada langkah ini adalah mengorganisasi dan menginterpretasikan data hasil simulasi CFD
yang bisa berupa gambar, kurva, dan animasi. CFD FLUENT ini terbagi atas dua program pendukung yaitu :
a. GAMBIT Geometry And Mesh Building Intelligent Toolkit
GAMBIT merupakan salah satu preprocessor yang membantu untuk membuat geometri dan melakukan diskritisasi meshing pada model untuk dapat dianalisa pada
program FLUENT.
Gambar 4.1. Tampilan awal GAMBIT
b. FLUENT
FLUENT merupakan solver dan postprocessor yang menggunakan metode elemen hingga untuk menyelesaikan berbagai macam kasus aliran fluida dengan mesh yang
tidak terstruktur sekalipun dengan cara yang relatif mudah.
Gambar 4.2 . Tampilan awal FLUENT
4.2. Proses permodelan pompa sentrifugal A. Proses pembuatan geometri impeler pompa sentrifugal
Permodelan geometri dari pompa sentrifugal ini dilakukan di program GAMBIT sebagai tahap preprocessing. Dalam proses pembuatan geometri ini, prototype pompa
sentrifugal tersebut telah digambar dalam 2 - D 2 dimensi . Adapun tahap -tahap yang harus dilakukan dalam menggambar prototype geometri tersebut adalah:
Flow Chart pada GAMBIT
Gambar 4.3 Diagram alir simulasi
B. Asumsi Kondisi Fluida
Dalam menganalisa aliran fluida pada CFD Fluent, asumsi yang dipakai pada fluida yaitu :
1. Air sebagai material berada pada kondisi steady state tunak
2. Temperatur di awal berada suhu lingkungan pada suhu kamar 20º C, kemudian
akan dilihat kenaikan temperatur sampai batas suhu 45 º C 3.
Material properties pada suhu 20º C - 45 º C • massa jenis air 20º C - 45 º C
• Viskositas air 20º C - 45 º C
• V masuk sesuai perhitungan manual 3,113 ms
C. Proses
solving dan postprocessing geometri impeler pompa sentrifugal
Proses solving dan postprocessing diselesaikan dengan menggunakan program FLUENT. Geometri yang sudah dibuat di program GAMBIT akan dieksekusi di program ini
dan data – data sifat fisik dari geometri tersebut diinput dalam program ini sebelum dimasukkan pada proses iterasi yang kemudian akan menghasilkan data-data yang
diinginkan,dalam hal ini akan dihasilkan distribusi tekanan, distribusi turbulensi dan distribusi vektor kecepatan. Proses analisa dalam FLUENT ini dilakukan pada impeler saja
dan pada saat impeler dalam housing pompa sentrifugal tersebut. Gambar impeller pompa yang
telah dimeshing pada tugas akhir sebelumnya
Membuat kondisi batas pada impeller yang digambar
Mengeksport file geometri
ke file mesh
Hasil analisa dari impeler pompa sentrifugal ini dapat juga memberitahu daerah- daerah yang kemungkinan terjadinya kavitasi akibat dari tekanan rendah yang terjadi dan
daerah tersebut akan dapat dilihat pada distribusi tekanan nanti. Adapun tahap-tahap yang harus dilaksanakan dalam proses eksekusi ini adalah sebagai berikut:
a. Membuka file mesh
File mesh yang sudah disimpan pada file directory GAMBIT dibuka pada tahap ini dengan membuka menu File kemudian read case, pilih nama file .msh yang disimpan
lalu OK.
Gambar 4.4 Tampilan hasil file meshnya
b. Memeriksa grid
Geometri tersebut akan diperiksa nilai minimum dan maskimum dari x dan y dan juga memastikan bahwa luas dan volum yang terjadi adalah positif. Jikalau nilai negatif
yang terjadi maka geometri harus di gambar ulang di GAMBIT. Grid akan diperiksa dengan membuka menu grid lalu check
Gambar 4.5 Tampilan hasil grid check
c. Menskalakan grid
Pada dasarnya geometri tersebut belum memiliki satuan panjang apapun,maka grid akan diskalakan melalui menu grid kemudian scale, pada dropdown list unit pilih mm
, kemudian scale.
Gambar 4.6 Tampilan hasil Grid scale
d. Memperhalus Grid
Grid akan diperhalus apabila masih kasar dengan membuka menu grid,pilih smoothswap, maka akan muncul panel smoothswap grid, klik smooth kemudian klik
swap lagi bergantian sampai number swappednya 0. Klik close jika sudah.
Gambar 4.7 Tampilan hasil smoothswap grid
e. Mendefinisikan model
1. Mengatur solver yang digunakan
Klik menu define lalu models, kemudian solver. Pilih pressure based Lalu klik OK.
Gambar 4.8 Kotak dialog solver
2. Mengaktifkan model aliran viscous
Membuka menu define lalu models kemudian viscous model, dan aktifkan model standard k –
ε , lalu klik OK.
Gambar 4.9 Kotak dialog viscous model
3. Mengaktifkan persamaan energi untuk menghitung perpindahan panas
Membuka menu define lalu models dan kemudian energy, maka akan muncul kotak dialog energy dan mengaktifkan energy equation nya, kemudian klik OK.
Gambar 4.10 Kotak dialog energy
f. Mendefinisikan material
Material yang digunakan adalah air water liquid , maka klik menu define lalu material kemudian klik database FLUENT nya. Pada dropdown list fluid materialnya
pilih water liquid, kemudian klik copy, setelah itu kembali ke panel material dan klik changecreate
Gambar 4.11 Kotak dialog material
g. Mendefinisikan satuan
Satuan untuk angular velocity masih dalam rads maka satuan tersebut akan diubah menjadi rpm dengan membuka menu define lalu klik unit, pilih angular velocity lalu
klik rpm.
Gambar 4.12 Kotak dialog unit
a. Mendefinisikan kondisi batas
Kondisi batas yang telah ditentukan di GAMBIT akan diisikan dengan data-data fisik dari fluida dan geometri tersebut pada FLUENT ini. Klik define lalu Boundary
Condition. Maka akan muncul panel box boundary condition.
Gambar 4.13 Kotak dialog boundary condition
1. Mendefinisikan kondisi fluida
Pilih Fluid pada panel box boundary condition pilih set. Kemudian pilih water liquid pada material name lalu OK.
Gambar 4.14 Kotak dialog fluid
2. Mendefinisikan kondisi zona inlet
Pilih inlet pada panel box boundary condition pilih set, lalu pilih panel momentum. Kemudian masukkan nilai kecepatan sisi masuk pompa pada kolom velocity
magnitude sebesar 3,113 ms. Lalu pilih panel Thermal kemudian masukkan nilai temperatur dari interval 20ºC - 45ºC, kemudian klik OK
Gambar 4.15 Kotak dialog Zona inlet
3. Mendefinisikan kondisi zona outlet
Pilih outlet pada panel box boundary condition pilih set kemudian pilih panel thermal lalu masukan temperatur pada kolom backflow total temperatur K, lalu
klik OK.
Gambar 4.16 Kotak Dialog Zona Outlet
4. Mendefinisikan kondisi pada dinding impeller wall
Pilih wall pada panel box boundary condition kemudian pilih set. Kemudian pada tab momentum pilih moving wall dan pilih rotational sebagai gerakannya
masukkan nilai kecepatan putarnya sebesar 1450 rpm. Kemudian pada panel thermal, pilih temperatur lalu masukan temperatur pada dinding pompa.
Gambar 4.17 Kotak dialog zona wall
5. Memulai iterasi
1. Memilih pengontrol solusi
Pilih menu solve kemudian pilih controls dan klik solution, lalu OK
Gambar 4.18 Kotak dialog solution control
2. Menginisiasi iterasi
Pilih menu solve kemudian pilih initialize, maka akan muncul panel solution initialization, pada dropdown list compute from pilih inlet kemudian klik init lalu
close.
Gambar 4.19 Kotak dialog solution initialization 3.
Mengaktifkan Pengeplotan residu iterasi selama proses iterasi
Pengeplotan residu iterasi dibuka dari menu solve lalu pilih monitors kemudian pilih residuals. Akan muncul panel residual monitors kemudian pada check box
options klik plot lalu klik OK.
Gambar 4.20 Kotak dialog residual monitors
4. Mengaktifkan Pencatatan data simulasi Surface Monitors
Untuk mencatat data hasil simulasi, cara nya pilih menu solve lalu pilih monitor kemudian pilih surface, kemudian aktifkan pencatatan dengan mengaktifkan
monitor yg ingin dicatat dan memilih print dan write lau Ok.
Gambar 4.21 Kotak dialog Surface Monitors
5. Memulai iterasi
Problem ini akan diiterasikan pada menu solver lalu pilih iterasi. Dan ketikkan number of iterations adalah 1000 lalu klik iterate. Dan hasil iterasi diperlihatkan pada
gambar 4.22 dan gambar 4.23
Gambar 4.22 Kotak panel iterasi
Gambar 4.23 Kurva residual iterasi
Di bawah ini diperlihatkan hasil pencatatan dari simulasi tentang tekanan statis pompa.
Gambar 4.24 Kurva residual iterasi
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN
Kategori