Fluent adalah salah satu jenis program CFD yang menggunakan metode elemen hingga dan Fluent juga menyediakan fleksibilitas mesh yang
lengkap, sehingga dapat menyelesaikan kasus aliran fluida dengan mesh grid yang tidak terstruktur sekalipun dengan cara yang relatif mudah.
Penggunaan CFD umumya berhubungan dengan keempat hal berikut: 1.
Studi konsep dari desain baru 2.
Pengembangan produk secara detail 3.
Analisis kegagalan atau troubleshooting 4.
Desain ulang
2.11.1 Metode Diskritisasi CFD
CFD sebenarnya mengganti persamaan-persamaan diferensial parsial dari kontinuitas, momentum, dan energi dengan persamaan-persamaan aljabar.
CFD merupakan pendekatn dari persoalan yang asalnya kontinum memiliki jumlah sel tak terhingga menjadi model yang diskrit jumlah sel
terhingga. Perhitungan komputasi aljabar untuk memecahkan persamaan-
persamaan diferensial ini ada beberapa metode metode diskritisasi, diantaranya adalah:
a. Metode beda hingga
b. Metode elemen hingga
c. Metode volume hingga
d. Metode elemen batas
e. Metode skema resolusi tinggi
Dan CFD FLUENT versi 6.1.22 sendiri menggunakan metode volume hingga Finite Volume Method sebagai metode diskritisasinya
Firman Tuakia, hal 8 .
Universitas Sumatera Utara
2.11.2 Proses simulasi CFD
Pada uumnya terdapat tiga thapan yang harus dilakukan ketika kita melakukan simulasi CFD, yaitu:
a. Preprocessing
Komponen pre-processor
merupakan komponen input dari permasalahan aliran ke dalam program CFD dengan menggunakan
interface yang memudahkan operator, berfungsi sebagai transformer input berikutnya ke dalam bentuk yang sesuai dengan pemecahan oleh
solver. Pada tahapan pre-processor, dapat dilakukan hal-hal sebagai berikut: 1 mendefinisikan geometri daerah yang dikehendaki
perhitungan domain; 2 pembentukan grid mesh pada setiap domain; 3 pemilihan fenomena kimia dan fisik yang dibutuhkan; 4
menetukan sifat-sifat fluida konduktivitas, viskositas, panas jenis, massa jenis dan sebagainya; 5 menentukan kondisi batas yang sesuai
dengan keperluan. Ketepatan aliran dalam geometri yang dibentuk dalam CFD ditentukan oleh jumlah sel di dalam grid yang dibangun.
Semakin besar jumlah sel, ketepatan atau ketelitian dari hasil pemecahan semakin baik. Mesh optimal tidak harus selalu seragam,
dapat dilakukan dengan memperhalus mesh pada bagian yang memiliki variasi cukup besar dan semakin kasar untuk bagian yang relatif tidak
banyak mengalami perubahan. b.
Solving Proses pada solver merupakan proses pemecahan secara matematika
dalam CFD dengan software FLUENT 6.1.22. Metode yang digunakan adalah metode volume hingga finite volume yang dikembangkan dari
metode beda hingga finite difference khusus. Proses pemecahan matematika pada solver digambarkan sebagai diagram alir metode
SIMPLE Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equation Gambar 2
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.15 Diagram Alir Algoritma Numerik volume hingga dengan metode SIMPLE
Proses pemecahan matematika pada solver memiliki 3 tahapan yaitu: 1 aproksimasi aliran yang tidak diketahui dilakukan dengan
menggunakan fungsi sederhana; 2 diskretisasi dengan mensubstitusi hasil aproksimasi ke dalam persamaan aliran disertai dengan manipulasi
Universitas Sumatera Utara
matematis; 3 penyelesaian persamaan aljabar. Pada proses solver, terdapat 3 persamaan atur aliran fluida yang menyatakan hukum
kekekalan fisika, yaitu : 1 massa fluida kekal; 2 laju perubahan momentum sama dengan resultansi gaya pada partikel fluida Hukum II
Newton; 3 laju perubahan energi sama dengan resultansi laju panas yang ditambahkan dan laju kerja yang diberikan pada partikel fluida
Hukum I Termodinamika. a.
Kekekalan Massa 3 Dimensi steady state Keseimbangan massa untuk fluida dinyatakan sebagai berikut:
Laju kenaikan massa dalam elemen fluida = Laju net aliran fluida massa ke dalam elemen batas
Atau dapat ditulis dalam bentuk matematika sebagai berikut:
Persamaan diatas merupakan persamaan kontinuitas untuk fluida. Ruas kiri menggambarkan laju net massa keluar dari elemen melewati
batas dan dinyatakan sebagai faktor konveksi. b.
Persamaan Momentum 3 Dimensi Steady State Persamaan momentum dikembangkan dari persamaan Navier-Stokes
dalam bentuk yang sesuai dengan metode finite volume sebagai berikut:
Momentum x :
Momentum y :
\ Momentum z :
Universitas Sumatera Utara
c. Persamaan energi diturunkan dari Hukum I Termodinamika yang
menyatakan bahwa : laju perubahan energi partikel fluida = laju penambahan panas ke dalam partikel fluida ditambahkan dengan
laju kerja yang diberikan pada partikel. Secara matematika dapat ditulis sebagai berikut :
Untuk Gas ideal :
c. Postprocessing
Postprocessing adalah langkah akhir dalam analisis CFD. Hal yang dilakukan pada langkah ini adalah mengorganisasi dan
menginterpretasi data hasil simulasi CFD yang bisa berupa gambar, kurva, dan animasi. Hasil yang diperoleh dari proses yang berada
dalam pre-processor dan solver akan ditampilkan dalam post- processor. Tampilan tersebut dapat berupa : 1 tampilan geometri
domain dan grid; 2 plot vektor; 3 plot permukaan 2 dan 3 dimensi; 4 pergerakan partikel; 5 manipulasi pandangan; 6 output warna.
2.11.3 Penggunaan CFD Fluent pada Pompa Sentrifugal Pada pompa sentrifugal, yang dapat dianalisa oleh CFD Fluent ini adalah
airan fluidanya, dimana dengan CFD Fluent ini kita dapat mensimulasikan vektor - vektor kecepatan yang terjadi pada impeler dan rumah keong
pompa tersebut. CFD Fluent juga dapat mensimulasikan distribusi tekanan yang terjadi dalam pompa tersebut. Hasil simulasi aliran fluida ini adaah
gambaran aliran fluida nantinya yang terjadi di lapangan. Pada gambar 2.14 dan gambar 2.15 merupakan contoh hasil dari simulasi pompa
sentrifugal dengan massa alir 0,5 kgs dan tekanan pompa 0,5 atm.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.16. Hasil simulasi untuk vektor-vektor kecepatan yang terjadi
Gambar 2.17. Hasil simulasi untuk distribusi tekanan yang terjadi
Universitas Sumatera Utara
BAB III PERENCANAAN SPESIFIKASI POMPA
