2.10 Ansys Fluent
Computational Fluid Dynamics CFD adalah metode perhitungan dengan sebuah kontrol dimensi, luas dan volume dengan memanfaatkan bantuan
komputasi komputer untuk melakukan perhitungan pada tiap-tiap elemen pembaginya. Prinsipnya adalah suatu ruang yang berisi fluida yang akan
dilakukan penghitungan dibagi menjadi beberapa bagian, hal ini sering disebut dengan sel dan prosesnya dinamakan meshing. Bagian-bagian yang terbagi
tersebut merupakan sebuah kontrol penghitungan yang akan dilakukan adalah aplikasi.
Kontrol-kontrol penghitungan ini beserta kontrol-kontrol penghitungan lainnya merupakan pembagian ruang yang disebut tadi atau meshing. Nantinya,
pada setiap titik kontrol penghitungan akan dilakukan penghitungan oleh aplikasi dengan batasan domain dan boundary condition yang telah ditentukan. Prinsip
inilah yang banyak dipakai pada proses penghitungan dengan menggunakan bantuan komputasi komputer. Contoh lain penerapan prinsip ini adalah Finite
Element Analysis FEA yang digunakan untuk menghitung tegangan yang terjadi pada benda solid.
Sejarah CFD berawal pada tahun 60-an dan terkenal pada tahun 70-an awalnya pemakaian konsep CFD hanya digunakan untuk aliran fluida dan reaksi
kimia, namun seiring dengan perkembangannya industri ditahun 90-an membuat CFD makin dibutuhkan pada berbagai aplikasi lain. Contoh sekarang ini banyak
sekali paket-paket softwareCAD menyertakan konsep CFD yang dipakai untuk menganalisa stress yang terjadi pada desain yang dibuat. Pemakaian CFD secara
umum dipakai untuk memprediksi : a. Aliran dan panas
b. Transfer massa c. Perubahan fasa seperti pada proses melting, pengembunan dan pendidihan
d. Reaksi kimia seperti pembakaran e. Gerakan mekanis seperti piston dan fan
f. Tegangan dan tumpuan pada benda solid g. Gelembung elektromagnetik
CFD adalah penghitungan yang mengkhususkan pada fluida. Mulai dari aliran fluida, heat transfer dan reaksi kimia yang terjadi pada fluida. Atas prinsip-
prinsip dasar mekanika fluida, konservasi energi, momentum, massa, serta species, penghitungan dengan CFD dapat dilakukian. Secara sederhana proses
penghitungan yang dilakukan oleh aplikasi CFD adalah dengan kontrol-kontrol penghitungan yang telah dilakukan maka kontrol penghitungan tersebut akan
melibatkan dengan memanfaatkan persamaan- persamaan yang terlibat. Persaman-persamaan ini adalah persamaan yang membangkitkan dengan
memasukan parameter apa saja yang terlibat dalam domain. Misalnya ketika suatu model yang akan dianalisis melibatkan temperatur berarti model tersebut
melibatkan persamaan energi atau konservasi dari energi tersebut. Inisialisasi awal dari persaman adalah boundary condition. Boundary condition adalah kondisi di
mana kontrol-kontrol perhitungan didefinisikan sebagai definisi awal yang akan dilibatkan kekontrol-kontrol penghitungan yang berdekatan dengannya melalui
persaman-persamaan yang terlibat. Secara umum proses penghitungan CFD terdiri atas 3 bagian utama:
a. Prepocessor Prepocessor adalah tahap dimana data diinput mulai dari pendefinisian
domain serta pendefinisian kondisi batas atau boundary condition. Ditahap ini juga sebuah benda atau ruangan yang akan dianalisis dibagi-bagi dengan jumlah
grid tertentu atau sering juga disebut dengan meshing. b. Processor
Tahap selanjutnya adalah processor, pada tahap ini dilakukan proses penghitungan data-data input dengan persamaan yang terlibat secara iteratif.
Artinya penghitungan dilakukan hingga hasil menuju error terkecil atau hingga mencapai nilai yang konvergen. Penghitungan dilakukan secara menyeluruh
terhadap volume kontrol dengan proses integrasi persamaan diskrit. c. Post processor
Tahap akhir merupakan tahap post processor di mana hasil perhitungan diinterpretasikan ke dalam gambar, grafik bahkan animasi dengan pola warna
tertentu.
Masalah aliran fluida didasarkan pada hukum kekekalan massa, momentum dan energi. Hukum-hukum ini dituliskan didalam istilah persamaan
turunan parsial dan diselesaikan dengan teknik metode elemen hingga. 1. Persamaan Kontinuitas
Dari persamaan hukum kekekalan massa, hukum kontinuitas menjadi : +
+ +
= 0 2.129
dimana : V
x
, V
y
dan V
z
= Komponen vektor kecepatan pada sumbu x, y dan z
ρ = massa jenis x, y, z = Kordinat Kartesius global
t = Waktu 2. Persamaan Momentum
Dalam fluida Newtonian, hubungan antara tegangan dengan laju deformasi pada fluida adalah :
τ
ij
= - Pδ
ij
+ μ + δ
ij
λ 2.130
dimana : τ
ij
= tensor tegangan u
i
= kecepatan ortogonal u
1
= V
x
, u
2
= V
y
, u
3
= V
z
μ = Viskositas dinamis λ = koefisien kedua dari kecepatan
Istilah final, produk dari koefisien kedua viskositas dan divergensi, adalah nol untuk rapat massa fluida yang konstan dan dianggap cukup kecil untuk
diabaikan pada cairan tekan. Persamaan momentum, tanpa melakukan asumsi yang lebih jauh dengan
memperhatikan sifat-sifat fluida adalah sebagai berikut : +
+ +
= ρg
x
- + R
x
+
+ +
+ T
x
2.131
+ +
+ = ρg
y
- + R
y
+
+ +
+ T
y
2.132
+ +
+ = ρg
z
- + R
z
+
+ +
+ T
z
2.133 dimana : g
x
, g
y
, g
z
= komponen percepatan saat terjadi gravitasi ρ = Rapat massa
μ
e
= Viskositas efektif R
x
, R
y
, R
z
= Tahanan yang terdistribusi T
x
, T
y
, T
z
= Kerugian viskositas Istilah T
x
, T
y
, T
z
adalah kerugian viskositas yang dieliminasi pada fluida inkompresibel, pada sifat-sifat fluida yang konstan. Dengan mengubah menjadi
bentuk turunan hukum kontinuitas, yang bernilai nol. T
x
= +
+ 2.134
T
y
= +
+ 2.135
T
z
= +
+ 2.136
Kekekalan energi dapat dituliskan dalam artian temperatur totaltemperatur statis, sering digunakan dalam aliran yang bertekanan tinggi, atau pada
temperatur statis, dapat digunakan pada analisis kecepatan aliran yang rendah pada fluida inkompresibel.
3. Persamaan energi kompresibel Persamaan energi yang lengkap diselesaikan dengan masalah kompresibel
dengan perpindahan panas. Dalam hal temperatur totaltemperatur statis, persamaan energi adalah :
ρC
p
T
o
+ ρV
x
C
p
T
o
+ ρV
y
C
p
T
o
+ ρV
z
C
p
T
o
=
+ +
+ W
v
+ E
k
+ Q
v
+ Φ + 2.137
dimana : C
p
= Panas jenis T
o
= Temperatur totaltemperatur statis K = konduktivitas termal
W
v
= Kerja kekentalan Q
v
= Sumber panas volumetrik Φ = pembangkitan panas kekentalan
E
k
= Energi kinetik Temperatur statis dihitung dari temperatur total yang berasal dari energi kinetik
yakni : T = T
o
– 2.138
dimana V = Besarnya vektor kecepatan fluida Temperatur total dan statis akan sama untuk non-fluida.
W
v
, E
k
, dan Φ akan dideskripsikan berikutnya. Persamaan kerja kekentalan adalah :
W
v
= V
x
μ
+ V
y
μ
+ V
z
μ 2.139
Pada literatur lain sering dituliskan dalam notasi tensor yang lebih lengkap yaitu sebagai berikut :
W
v
= u
j
μ
2.140
Persamaan energi kinetik yaitu : E
k
= - -
- 2.141
Sehingga persamaan Kehilangan kekentalan adalah : Φ = 2μ
+ μ 2.142
Pada literatur lain persamaan diatas biasanya dituliskan dalam bentuk notasi tensor :
Φ = μ 2.143
4.Persamaan Enrgi Inkompresibel Persamaan energi untuk persoalan inkompresibel dapat diturunkan dari
persamaan kompresibel sebelumnya dengan mengabaikan kerja kekentalan W
v
, tekanan, kehilangan kekentalan Φ, dan energi kinetik E
k
. Karena energi kinetik diabaikan temperatur statis T dan temperatur total T
o
adalah sama. Persamaan energi sekarang berbentuk persamaan persamaan transport
untuk statis temperatur. ρC
p
T + ρV
x
C
p
T + ρV
y
C
p
T + ρV
z
C
p
T
= +
+ + Q
v
2.144
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu penelitian
Percobaan dan pengambilan data dilakukan di Laboratorium OTK Pendidikan Teknologi Kimia Industri PTKI selama 2 hari. Setelah didapatkan data
dilakukan perhitungan dan simulasi yang mengacu pada data yang didapatkan.
3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat
Alat yang dipakai dalam percobaan ini adalah : 1. Alat Penukar Kalor Tabung Sepusat
Kategori