tingkat pertama yang terdiri dari stator dan rotor tanpa mempertimbangan pengaruh pendingin kompresor. Tampilan simulasi dibuat dalam bentuk bidang
dua dimensi 2D. Data yang diperlukan untuk simulasi adalah data geometri kompresor serta kondisi operasionalnya.
6.3 Kondisi Batas Boundary Condition
Adapun kondisi batas yang diberlakukan dalam simulasi ini adalah :
- Pressure inlet ; kondisi batas ini memberikan besaran harga tekanan di
daerah masuk aliran. -
Pressure outlet ; kondisi batas ini memberikan besaran harga tekanan di daerah keluar aliran
- Velocity inlet ; kondisi batas ini digunakan untuk mendefinisikan
kecepatan aliran dan besaran skalar lainnya pada sisi masuk aliran. -
Wall ; kondisi batas ini digunakan sebagai dinding aliran fluida dalam saluran, kondisi batas ini diberikan pada permukaan sudu.
- Temperature inlet: untuk memberikan harga suhu pada sisi masuk.
Diambil sesuai dengan hasil dari analisis manual -
Temperatur outlet: untuk memberikan nilai suhu pada sisi keluar tingkat pertama kompresor sesuai dengan hasil perhitungan pada
analisa termodinamika
Berikut geometri bidang simulasi tempat kondisi batasnya berada, seperti pada gambar berikut.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 6.1 Kondisi batas profil sudu tingkat pertama
6.4 Kasus yang Disimulasikan
Secara umum kasus yang ingin disimulasikan adalah aliran fluida yang keluar melalui sudu gerak kemudian masuk sudu pengarah kompresor. Simulasi
yang dilakukan adalah Simulasi kondisi steady-state. Simulasi dilakukan pada tingkat pertama kompresor. Dengan mensimulasikan kondisi tekanan dan
temperatur masuk yang telah ditentukan pada kondisi operasi kompresor. Tujuannya adalah untuk mengetahui karakteristik aliran dan koefisien lift pada
rotor dan stator tingkat pertama. Dan dengan kondisi tanpa terjadi perpindahan rotor. Dengan simulasi ini diharapkan karakteristik aliran antara kedua sudu dan
pengaruhnya dapat diketahui.
6.5 Prosedur Simulasi
Dalam tahapannya, prosedur simulasi dibagi dalam empat tahapan simulasi. Dengan adanya beberapa kali simulasi, maka beberapa tahapan dibawah
ini diulang untuk tiap simulasi. Simulasi dibagi dalam 4 tahap penting, yaitu : 1
Untuk pemodelan awal, bisa menggunakan aplikasi pemodelan seperti AutoCAD, ArchiCAD, SolidWorks dan aplikasi pemodelan lainnya.
Pressure- inlet
inlet outlet
Wall rotor
Wall stator
Universitas Sumatera Utara
Untuk kali ini, pemodelan menggunakan aplikasi AutoCAD karena lebih familiarnya aplikasi ini dan juga masalah lisensi aplikasi yang ada.
2 Membuat mesh sebagai domain komputasi dengan GAMBIT
3 Memasukkan parameter simulasi dan menjalankan solver dengan CFD
FLUENT 4
Melihat hasil simulasi dengan CFD FLUENT
6.5.1 Membuat geometri sudu kompresor dengan Auto CAD dan GAMBIT
Untuk mendapatkan hasil perhitungan yang akurat, maka domain perhitungan juga harus dibuat sedekat mungkin dengan keadaan sebenarnya.
Mesh sebagai domain perhitungan dibuat dengan acuan geometri, oleh karena itu tahap pembuatan geometri juga sangat menentukan keakuratan hasil.
Data awal yang didapat adalah parameter kondisi operasional, yang mana dilakukan analisa untuk mendapatkan ukuran-ukuran utama. Selanjutnya, dari
ukuran yang didapat digambar dalam Auto CAD untuk memudahkan pembuatan model.
Untuk tahap lebih lanjut dilakukan pengambilan tiap-tiap titik atau koordinat pada gambar Auto CAD kemudian memasukan tiap titik pada
GAMBIT. Sehingga, sekarang pada kedua aplikasi telah terdapat geometri yang sama namun dengan tujuan pembuatan masing-masingnya yang memiliki
perbedaan. GAMBIT merupakan kelanjutan dari proses modeling yang berlangsung pada AutoCAD.
6.5.2 Membuat mesh sebagai domain komputasi di GAMBIT
Tujuan dari tahap ini adalah menghasilkan mesh sebagai domain perhitungan. Perangkat lunak yang digunakan adalah GAMBIT, perangkat lunak
ini menyediakan fitur pembuatan meshgrid secara otomatis. Berikut ini langkah umum pembuatan mesh di GAMBIT :
1 Membuat geometri face, dari garis atau edge. Perintah yang digunakan
adalah create face from wireframe. Face yang dibentuk terdiri dari dua bagian, yaitu domain dan sudu maka lakukan perintah subtract real faces,
untuk mejadikannya satu bagian.
Universitas Sumatera Utara
2 Membuat mesh-garis edge, yaitu garis pada masing-masing bidang,
dengan pola-mesh grading satu sisi single sided mesh dengan ratio = 1 dan jarak antar-mesh spacing yang digunakan adalah interval count.
3 Membuat mesh-bidang face, yaitu bidang permukaan yang sisinyaedge
telah dibuat mesh sebelumnya. Elemen mesh-bidang adalah segitiga Tri dan tipe mesh-bidang atau skema scheme adalah Pave.
4 Mendefinisikan kondisi batas specify boundary types, perintah ini
digunakan untuk mendefinisikan kondisi batas pada model yang dibuat. Langkah-langkah yang digunakan untuk menentuka kondisi batas sebagai
berikut : -
untuk model 2D, entity yang diberi kondisi batas adalah garis -
memilih kondisi batas untuk zona tersebut, yaitu velocity inlet, out flow, dan wall
- Memberi nama pada zona yang telah dipilih.
5 Mengimport mesh yang delah dibuat dalam format file .msh.
File dengan format msh inilah yang kemudian menjadi input pada aplikasi FLUENT. Sampai ke tahap ini, tahap penmdistribusian parameter dan
meshing telah selesai. Berikut ini adalah hasil meshing dan pendistribusian kondisi batas yang
terdapat pada sudu kompresor rancangan.
Gambar 6.2 Mesh domain sudu tingkat pertama
Universitas Sumatera Utara
6.5.3 Memasukkan parameter simulasi dan menjalankan solver CFD
FLUENT
Perangkat lunak CFD Computational Fluid Dynamics yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah FLUENT. Adapun langkah-langkah dalam
penggunaan CFD untuk simulasi kondisi steady adalah sebagai berikut : 1
Grid. Pada langkah ini, mengimport grid yang telah dibuat terlebih dahulu pada software GAMBIT.
2 Models. Memilih pemodelan jenis yang digunakan untuk solver yaitu
pressure based coupled, 2D, steady, implicit. Dan untuk model viscous yaitu k-epsilon 2qn dengan pilihan Satandard dan Realizable untuk
perbandingan simulasi. 3
Materials. Jenis material fluida yang digunakan adalah udara. 4
Operating Condition. Perkiraan kondisi daerah operasi yang biasanya merupakan perkiraan tekanan pada daerah operasi, di set sebesar 101325
Pascal. 5
Boundary Condition. Merupakan penentuan parameter-parameter dan batasan yang mungkin terjadi pada aliran. Kondisi batas inlet
menggunakan Total Pressure Inlet = 101.300 Pa, Temperature Inlet =314,09 K, pilihan Direction Specification Method adalah Direction
Vector, pilihan Turbulence Specification Method adalah Intensity and Hydraulic Diameter dengan nilai berturut-turut 10 dan 69 mm.
Sedangkan kondisi batas outlet menggunakan Total Pressure Outlet = 119.300 Pa, temperature backflow = 334,29 K, dan pilihan Turbulence
Specification Method adalah Intensity and Hydraulic Diameter dengan nilai berturut-turut 10 dan 85 mm.
6 Solution. Merupakan tahap penyelesaian masalah berupa proses iterasi,
dalam tahap ini skema interpolasi diskritisasi untuk momentum. Postprocessing. merupakan penampilan hasil serta analisa terhadap hasil yang
telah diperoleh.
Universitas Sumatera Utara
6.6 Melihat hasil simulasi dengan CFD FLUENT
Hasil perhitungan simulasi dapat langsung ditampilkan pada FLUENT, yang dapat melihat berbagai hasil dalam kontur, vector dan streamline. Seperti
misalnya vector kecepatan dan kontur tekanan pada bidang. Dengan melihat hasil dalam bentuk tertentu diharapkan akan menjadi lebih mudah untuk memahami
dan menganalisis dengan lebih cepat. Misalnya untuk menampilkan hasil iterasi, dapat menggunakan perintah :
1
Display → Contour , untuk melihat kontur tekanan, temperatur, dan
sebagainya. 2
Display → Vector, untuk melihat vector kecepatan pada aliran.
3
Display → Pathline, untuk melihat lintasan aliran fluida.
Hasil-hasil yang diperoleh dalam tampilan ini, setidaknya mendekati pada kondisi riil dalam hasil perancangan. Kalau kemudian ada yang perlu dikoreksi,
maka ia dapat kita koreksi sebelum melakukan pembuatan pada hasil perancangan. Dapat dibayangkan, ketika tidak melakukan simulasi aliran fluida
dari hasil perancangan telah dibuat, namun koreksi terhadap konstruksi kompresor tentu baru dapat diketahui setelah kompresor digunakan. Tentu
alokasi dana dan waktu yang banyak menjadi kurang efisien. Karena hal inilah, simulasi aliran fluida menjadi hal yang penting dalam proses perancangan.
Universitas Sumatera Utara
BAB VII HASIL DAN ANALISIS SIMULASI
Dalam bab ini akan dibahas berbagai macam hasil dan analisis dari simulasi yang telah dilakukan. Simulasi dibagi dalam beberapa bagian, yaitu :
- Simulasi vektor kecepatan aliran
- Simulasi kontur tekanan
- Perbandingan koefisien lift dan drag
Secara umum penerapan teori dasar aliran memungkinkan untuk menentukan dengan mudah parameter-parameter aliran yang penting pada tingkat
kompresor, misalnya arah rata-rata aliran sesudah melewati sudu kompresor, kecepatan aliran yang dikenakan pada sudu-sudu tingkat kompresor, dan juga
kerja yang dilakukan fluida pada masing-masing tingkat pada kompresor secara keseluruhan. Akan tetapi, kondisi aktual aliran fluida didalam kompresor tidak
bersesuaian dengan teori aliran dalam keseluruhannya. Aliran fluida pada tingkat kompresor kenyataannya adalah cukup rumit dan mempunya karakter hingga
bidang tiga dimensi. Karena sifat aliran fluida pada tingkat kompresor tergantung pada kondisi-
kondisi aliran pada sisi masuk sudu, bentuk sudu, faktor-faktor geometrik, sudut sisi masuk udara, dan lain-lain. Maka, maksud dari simulasi sudu kompresor ini
adalah untuk mengetahui berbagai sifat fisis aliran gas sewaktu melewati sudu, berdasarkan koefisien kecepatan dan sudut sisi masuk yang telah ditentukan dari
hasil analisa. Simulasi secara umum dibagi dalam tiga bagian yaitu, simulasi vektor
kecepatan aliran, simulasi kontur tekanan, dan perbandingan koefisien angkat lift coeficient dan tahanan drag.
7.1 Simulasi Vektor Kecepatan Aliran
Hasil simulasi menunjukkan kecepatan vektor aliran pada model sudu, sebagai representase distribusi kecepatan aliran disekitar sudu. Pada sudu
pengarah Gambar.7.1-7.2, kecepatan aliran perlahan-lahan meningkat di bagian suction edge hingga ke leading edge. Dimana area ini dikenal sebagai area aliran
Universitas Sumatera Utara
