CONTOH APLIKASI METODA NUMERIK

PADA PIRANTI LUNAK ENGINEERING

Aplikasi komputer berbasis metoda numerik telah digunakan secara luas dalam perancangan dan analisa teknik. Tercatat beberapa brand name piranti lunak untuk aplikasi ini seperti CATIA, SolidWork, ANSYS, HATCH, FLOMERICS, CFX5, FLUENT, CAESAR dan lain-lain. Berikut ini adalah beberapa contoh penggunaan piranti lunak untuk masalah engineering. (silahkan klik ikon dibawah ini)

PERANCANGAN GEDUNG DENGAN NATURAL VENTILATING SYSTEM

PERANCANGAN CLEAN ROOM

PERANCANGAN INSTALASI PERPIPAAN

PERANCANGAN MOBIL FORMULA 1

PERANCANGAN DUCTING

PERANCANGAN GEDUNG DENGAN NATURAL VENTILATION

    Melalui kombinasi ukuran yang tepat dengan layanan dan operasi dalam pembangunan suatu gedung, rancangan dapat diharapkan menghindari kebuthan akan pengkondisi udara (AC). Dengan rancangan ini maka space didalam ruangan dapat lebih terbuka terhadap udara luar, penggunaan listrik untuk penerangan dapat diminimalkan dan jendela dapat dibuka.

    Dengan menggunakan CFD, dapat diperiksa kemampuan ruangan dalam menyerap udara dari lingkungan melalui natural ventiation melalui stack effest. Udara disuplai ke ruangan gedung melalui ventilasi mekanis yang diasumsikan masuk dengan tekanan ambien setelah keluar dari nozzle pada lantai. Buoyancy forces pada gedung kemudian menarik udara dari ruangan melalui jaringan duct yang kemudian diuji rata-rata penurunan tekanan 2.5 Pa. 

Gambar memperlihatkan rancangan gedung dengan natural ventilation

Gambar dibawah ini menunjukkan simulasi aliran natural ventilasi pada sebuah jendela.

Simulasi dengan Flovent pada ventilasi natural

kembali ke atas

PERANCANGAN CLEAN ROOM

    Pada mulanya, perancangan 'clean room' merupakan penerapan pengalaman terdahulu sehingga lebih merupakan pendekatan yang tidak konsisten dan lebih bersifat subjektif ketimbang ilmiah. Dewasa ini, penggunaan teknologi simulasi dengan komputer telah menjadi alat yang ilmiah bagi para designer dan pengguna clean room untuk menjamin unjuk kerja yang lebih sesuai.

    Contoh masalahnya adalah begini: pada ruangan tanpa partisi terdapat sejumlah cylindrical vessel - 'ketel' - berisi air panas yang di deionisasi. Ketika pegawai mengangkat tutup untuk membersihkan ketel, uap air keluar dan kemudian terjadi kondensasi di langit-langit (plafon). Pertanyaannya adalah mengapa terjadi kondensasi dan carikan jalan keluarnya.

    Dengan menggunakan piranti lunak CFD (computational fluid dynamic) dapat dilakukan analisis, menggunakan metoda pemodelan matematika untuk menghitung secara tepat fator lingungan seperti aliran udara, perpindahan kalor dan distribusi kontaminan dalam dimensi ruang (tiga dimensi).

    Caranya adalah membuat model geometri dan detail fisik termasuk penempatan silinder berisi air dan laminar flow difuser pada langit-langit yang digunakan untuk mensuplai udara segar ke ruangan clean room dan dikeluarkan melalui exhaust yang berada di bawah. Dengan menggunakan model ini, engineer dapat membuat rangkaian animasi tiga dimensi yang menyajikan simulasi aliran udara aktual dan kadar uap dalam ruangan.

    Dengan menggunakan CFD secara cepat disimulasikan kandungan uap air yang keluar dari ketel sampai uap tersebut mengembun di langit-langit.

Warna merah menggambarkan uap air yang mengembun pada langit-langit

(simulasi dengan Flovent)

Dari simulasi terlihat bahwa saluran exhaust pada sisi bawah, hanya mempunyai pengaruh yang kecil dalam mencegah hangat, uap air menjangkau langit-langit. Investigasi lebih lanjut menghasilkan kesimpulan bahwa pemasangan exhaust tambahan pada sisi yang lebih tinggi pada ruangan dapat menghindari masalah pengembunan tersebut.

Simulasi menggambarkan keadaan setelah penambahan exhaust pada posisi lebih tinggi

(simulasi dengan Flovent)

Dengan simulasi tersebut ditemukan bahwa jika exhaust ditempatkan terlalu tinggi kemudian uap air tidak akan mencair sebelum mencapai langit-langit. Jika ditempatkan terlalu rendah, maka exhaust tidak akan berpengaruh banyak dalam mencegah udara hangat yang melewatinya dan mencapai langit-langit.

kembali ke atas

PERANCANGAN INSTALASI PERPIPAAN

(dengan piranti lunak Caesar II)

    Aplikasi lain dari piranti lunak berbasis metoda nemrik adalah dalam perancangan instalasi perpipaan. Dengan bantuan piranti lunak ini proses perancangan menjadi lebih mudah karena analisis terhadap rancangan langsung dapat diketahui hanya dengan menggambarkan instalasi rancangan. Umumnya piranti lunak yang tersedia di pasaran menyediakan fasilitas untuk berbagai boundary conditions seperti single atau double acting displacement, single atau double acting rotational, translational dengan bi-linear stiffness, snubbers, guide dan limit stop, tie-rod assembly, gap dan friksi, dan lain-lain.

Model rancangan instalasi perpipaan yang dirender menggunakan Caesar II

    Analisis yang dilakukan pertama kali oleh piranti lunak ini adalah analisis statika dengan kasus pembebanan yang direkomendasikan sesuai dengan kode pipa menurut kebutuhan tegangan atau dapat juga kasus tegangan dipilih oleh user dari kasus pembebanan default yang sudah built-in; namun user tetap masih memiliki kebebasan untuk menambah atau mengurangi kasus pembebanannya. Dengan piranti lunak ini juga dapat diamati efek dari interaksi struktur pipa non-linear baik segara grafis maupun analitis. Analisis statika meliputi:

1. Pemeriksaan kesalahan secara otomatis dan komprehensif; sehingga mempercepat proses perancangan.

2. Pemilihan spring hanger berdasarkan katalog built-in yang tersedia didalam piranti lunak. Pemilihan didasarkan kepada kasus thermal dan pembebanan dingin atau panas.

3. Pemeriksaan akibat beban peralatan seperti steam turbine, centrifugal pump, centrifugal compressor dan air-cooled exchanger.

4. Kebocoran dan tegangan pada flens.

5. Analisis kelelahan

6. Analisis pemipaan lepas pantai

   Disamping analisis statika, piranti lunak ini juga mampu dalam melakukan analisis dinamika yang diawali dengan memasukkan data spesifik dari dinamika seperti lumped masses, imposed vibration, snubber, dan pendefinisian spektrum. Kemampuan analisis dinamika meliputi:

1. Perhitungan bentuk mode dan frekuensi natural.

2. Gaya harmonik dan displacement; untuk menghitung respon vibrasi dari sistem redaman.

3. Shock spectrum analysis dan independent support motion.

4. Force spectrum analysis; analisis terhadap beban impact umum seperti steam dan water hammer, slug flow dan relief valve discharge.

5. Modal time history analysis; mengevaluasi respon sistem terhadap waktu bila waktu pembebanan dinamik didefinisikan dengan jelas.

6. Animasi respon dinamik.

7. Koreksi terhadap massa dan gaya yang hilang.

8. Kombinasi pembebanan statik dan dinamik.

9. Data interfaces; yang dapat mengkonversi paket analisis hidraulik secara otomatis kedalam data spektrum pada piranti lunak perpipaan.

Animasi respon dinamik pada instalasi perpipaan menggunakan Caesar II

Dengan bantuan piranti lunak analisis instalasi perpipaan ini akan mempermudah perancang dalam melakukan pekerjaannya.

kembali ke atas

PERANCANGAN MOBIL FORMULA 1

Disadur dari Journal Article by Fluent Software Users

Judul    :    Running RAMPANT: Computational Fluid Dynamics in Formula 1 Design

Oleh    :    Saif-Deen Akanni

                (Mechanical Engineering and Aeronautical Department, City University, London, England)

    Perancangan Mobil Formula 1 dari tim  Benetton Formula dengan mobilnya Benetton B195 menggunakan aplikasi komputer. Design mobil tersebut dengan software CAD (Computer Aided Design) terlihat pada gambar dibawah ini.

Design Benetton B195 pada CAD

    Metoda numerik diterapkan pada aplikasi CFD untuk dapat mentransformasi konstruktor mobil balap tersebut untuk penelitian dan pengembangan aerodinamiknya. Langkah yang diperlukan pada analisa dengan CFD yaitu perancangan, definisi masalah dan simulasi, serta analisis hasil. Langkah-langkah ini menggantikan fungsi percobaan pada terowongan angin yang memerlukan waktu tambahan untuk membuat model disamping tes terowongan angin itu sendiri.

    Implementasi CFD pada siklus design diawali dengan langkah konsep dengan aplikasi CAD. Sebagai tambahan dalam konstruksi geometri, juga membutuhkan data kondisi aliran yang diterangkan oleh parameter seperti density, viscosity dan boundary condition (walls, thin surface, pressure boundary dan lainnya). Penerapan khusus metode ini seperti pada analisis rear wing assembly, cooling system, pandangan depan mobil balap dan bahkan keseluruhan mobil.

    Langkah selanjutnya adalah discretization atau yang dikenal dengan gridding. Pada fase ini permukaan model dibagi-bagi menjadi elemen yang kecil. Kemudian analis memilih tiap line entity dan menerapkannya pada setiap intersection yang disebut node. Kerapatan node akan bertambah pada area dengan gradient dinamika fluida yang tinggi, sudut, dan permukaan yang dipilih. Pada akhir dari proses ini perintah diberikan kepada aplikasi mesh untuk menempatkan node diseluruh geometri. Gambar dibawah ini menunjukkan unstructured grid.

    Pada langkah berikutnya adalah menetapkan boundary conditions. Contohnya adalah pada model cooling system dimana analis harus menentukan inlet untuk radiator duct intake. Atau pada dinding duct, sumber panas dengan suhu untuk permukaan radiator dan tekanan untuk duct exhaust. Properti fluid juga ditentukan pada langkah ini.

    Ketika simulasi telah lengkap, dapat diperlihatkan dengan aplikasi analisis yang dapat menganalisis simulasi aliran secara utuh dalam beberapa cara. Termasuk disini adalah vector kecepatan,streamlines/streaklines, line atau filed contour, profil,iso-surface dan x-y plot. Gambar-gambar berikut ini menunjukkan hasil akhirnya.

Plot vektor kecepatan		static pressure contour

kembali ke atas

PERANCANGAN DUCTING SYSTEM

Dalam perancangan ducting system, piranti lunak CFD dapat digunakan untuk menganalisa aliran fluida didalam duct sehingga designer mengetahui keefektifan rancangannya. Gambar dibawah ini merupakan tampilan analisa CFD untuk plenum dan fan inlet duct dari piranti lunak HATCH.

Figure 1: Geometry of plenum and fan inlet ductwork

Figure 2: Velocity distribution (ft/min) on vertical planes through plenum and fan inlet ducts

kembali ke atas

created by FADEL

NPM 640 502 0079

BACK TO INDEX