41
2.11 Program Ansys 14.5
ANSYS adalah sebuah software analisis elemen hingga dengan kemampuan menganalisa dengan cakupan yang luas untuk berbagai jenis masalah
Tim Langlais, 1999. ANSYS mampu memecahkan persamaan differensial dengan cara memecahnya menjadi elemen-elemen yang lebih kecil. Pada awalnya
program ini bernama STASYS Structural Analysis System, kemudian berganti nama menjadi ANSYS yang ditemukan pertama kali oleh Dr. John Swanson pada
tahun 1970. ANSYS merupakan tujuan utama dari paket permodelan elemen hingga untuk secara numerik memecahkan masalah mekanis yang berbagai
macam. Masalah yang ada termasuk analisa struktur statis dan dinamis baik linear dan non-linear, distribusi panas dan masalah cairan, begitu juga dengan
ilmu bunyi dan masalah elektromagnetik. Teknologi ANSYS mekanis mempersatukan struktur dan material yang bersifat non-linear. ANSYS
multiphysic juga mengatasi masalah panas, struktur, elektromagnetik, dan ilmu bunyi. Program ANSYS dapat digunakan dalam teknik sipil, teknik listrik, fisika
dan kimia. Didalam program ansys 14.5 terdapat program Fluent yang digunakan untuk
melakukan perhitungan secara simulasi. simulasi dengan menggunakan Fluent atau yang lebih dikenal yaitu CFD computal fluid dynamic.
CFD adalah metode penghitungan, memprediksi, dan pendekatan aliran fluida secara numerik dengan bantuan komputer. Aliran fluida dalam kehidupan nyata
memiliki banyak sekali jenis dan karakteristik tertentu yang begitu kompleks, CFD melakukan pendekatan dengan metode numerasi serta menggunakan
persamaan-persamaan fluida. Berikut ini beberapa contoh aliran fluida yang sring kita temui sehari-hari:
1. Bernafas, minum, pencernaan, mencuci, berenang merokok. 2. Laundry pakaian dan mengeringkannya.
3. Pemanas ruangan, ventilasi ruangan, memadamkan api dengan air. 4. Pembakaran bensin pada engine dan tentunya juga polusi.
5. Membuat sup, campuran minyak pada pembuatan plastik 6. Pesawat, parasut, berselancar, berlayar
7. Menyolder, pembuatan besi atau baja, elektrolisis air dll.
Universitas Sumatera Utara
42 CFD merupakan metode penghitungan 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-bagi 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 oleh aplikasi atau software. Kontrol-kontrol
penghitungan ini beserta kontrol-kontrol penghitungan lainnya merupakan pembagian ruang yang disebutkan 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. Dalam membuat model CFD diperlukan definisi dari model itu sendiri,
apakah model tersebut memepertimbangkan faktor reaksi kimia, mass transfer, heat transfer atau hanya berupa aliran fluida non kompressible dan
laminar. Definisi dari model sebenarnya adalah memilih persamaan mana yang akan diaktifkan dalam suatu proses CFD. Banyak sekali persamaan
yang digunakan dalam konsep CFD secara umum karena semua persamaan tersebut merupakan pendekatan dari karakteristik fluida yang akan
mendekatkannya pada kondisi real. Kita kembali ke CFD, berikut ini salah satu contoh persamaan-persamaan dasar yang terlibat dalam suatu aliran
laminar tanpa melibatkan perpindahan kalor maupun spesies. 1. Persamaan Konservasi Massa
Persamaan konservasi massa atau persamaan kontinuiti yang digunakan dalam CFD adalah:
� �
+
� �
+
� �
+
� �
= 0
2.85 Dimana :
= Densitas x,y,z = koordinat kartesian
u,v,w = komponen kecepatan vector pada sumbu x, y, z
Universitas Sumatera Utara
43 Persamaan diatas merupakan persamaan umum dari konservasi massa dan
valid untuk setiap aliran compressible dan incompressible. 2. Persamaan Konservasi Momentum
Persamaan konservasi
momentum adalah
persamaan yang
mendefinisikan gerakan fluida ketika terjadi gaya-gaya pada partikel- partikelnya pada setiap elemen fluida yang didefiniskan di dalam model
CFD. Untuk lebih jelasnya lihat gambar di bawah ini:
Gambar 2.28 Persamaan Konservasi Momentum [11] Sumber : https:fauzanahmad.wordpress.com
� �
+
�� �
+
� �
=
� ��
+
� �
+
� �
+
� �
2.86
� �
+
�� �
+
� �
=
� ��
+
� �
+
� �
+
� �
2.87
� �
+
�� �
+
� �
=
� ��
+
� �
+
� �
+
� �
2.88 Dimana :
g
x
,g
y
,g
z
= komponen dari percepatan gravitasi = densitas
x
,
y, z
= loses kekentalan Persamaan diatas adalah persamaan diferensial umum dari gerakan
fluida. Kenyataannya persamaan tersebut dapat diaplikasikan untuk setiap continuum solid atau fluid ketika bergerak ataupun diam.
3. Persamaan Energi Persamaan energi adalah persamaan yang digunakan untuk
menganalisa setiap unsur energy yang terdapat pada suatu aliran. Dalam
Universitas Sumatera Utara
44 persamaan energi terdapat dua jenis compressible dan incompressible.
Persamaan compressible energy yaitu:
� �
+
� �
+
� �
+
� �
=
� �
� �
+
� �
� �
+
� �
� �
+ +
+ +
� +
� �
2.89 Dimana :
C
p
= panas jenis T
o
= total temperature K
= konduktivitas termal W
V
= kerja kekentalan Q
V
= sumber panas volumetrik Φ
= kekentalan panas yang terjadi E
k
= energi kinetik Persamaan incompressible energy yaitu:
� �
+
� �
+
� �
+
� �
=
� �
� �
+
� �
� �
+
� �
� �
+ 2.90
4. Boundary Conditions Dalam menganalisa suatu aliran fluida terdapat dua metode yang
dapat digunakan, yang pertama adalah mencari pola aliran secara detail x, y, z pada setiap titik atau yang kedua, mencari pola aliran pada
suatu daerah tertentu dengan keseimbangan antara aliran masuk dan keluar dan menentukan secara kasar efek-efek yang mempengaruhi
aliran tersebut seperti: gaya atau perubahan energi. Metode pertama adalah metode analisa diferensial sedangkan yang kedua adalah metode
integral atau control volume. Boundary conditions adalah kondisi dari batasan sebuah kontrol volume tersebut. Dalam analisa menggunakan
CFD seluruh titik dalam kontrol volume tersebut di cari nilainya secara detail, seperti yang telah di jelaskan di awal bab ini, dengan
memanfaatkan nilai-nilai yang telah diketahui pada boundary conditions. Secara umum boundary conditions terdiri dari dua macam,
inlet dan oulet. Inlet biasanya didefinisikan sebagai tempat dimana
Universitas Sumatera Utara
45 fluida memasuki domain control volume yang ditentukan. Berbagai
macam kondisi didefinisikan pada inlet ini mulai dari kecepatan, komposisi, temperatur, tekanan, laju aliran. Sedangkan pada outlet
biasanya didefinisikan sebagai kondisi dimana fluida tersebut keluar dari domain atau dalam suatu aplikasi CFD merupakan nilai yang
didapat dari semua variabel yang didefinisikan dan diextrapolasi dari titik atau sel sebelumnya. Di bawah ini salah satu contoh penerapan
boundary conditions.
Gambar 2.29 Penerapan Boundary Condition [11] Sumber : https:fauzanahmad.wordpress.com
5. Solusi dari persamaan Setelah semua terdefinisi maka seluruh variabel yang diketahui
dimasukkan kedalam persamaan dan diselesaikan menggunakan operasi numerik. Ketika iterasi dimulai maka seluruh persamaan
konservasi yang didefinisikan diselesaikan secara bersamaan secara paralel. Disinilah peran komputer yang sebenarnya. Berikut ini flow
charts dari salah satu aplikasi CFD Fluent dalam penyelesaian persamaan.
Universitas Sumatera Utara
46
MULAI LOOP
MENGULANGI MENYELESAIKAN
MOMENTUM – U
MENYELESAIKAN MOMENTUM - V
MENYELESAIKAN MOMENTUM - W
MENYELESAIKAN PERSAMAAN
KONSERVASI ,MENGUBAH
KECEPATAN
MENYELESAIKAN ENTALPI
MENYELESAIKAN PERBEDAAN
MENYELESAIKAN ENERGI KINETIK
TURBULEN
MENYELESAIKAN DISIPASI EDDY
MENGUPDATE SIFAT
MEMERIKSA KONVERGENSI
ULANGI KELUAR DAR
LOOP YA
TIDAK
Gambar 2.30 Flowchart simulasi CFD [11] Sumber : https:fauzanahmad.wordpress.com
2.12 Metanol
Kategori