Studi Efek Kondisi-Ujung (end condition) Silinder Fleksibel terhadap Vortex-Induced Vibration

(1)

LAPORAN TUGAS AKHIR

(2)

Studi Efek Kondisi-Ujung (

end condition

)

Silinder Fleksibel terhadap

(3)

LATAR BELAKANG

PERUMUSAN MASALAH

TUJUAN

MANFAAT

BATASAN MASALAH

METODOLOGI

ANALISA DAN PEMBAHASAN

KESIMPULAN DAN SARAN

DAFTAR PUSTAKA

(4)

LATAR BELAKANG

Banyak peneliti sebelumnya yang telah meneliti efek

kondisi-ujung silinder yang bervariasi dan dengan perlakuan yang

berbeda beda namun penelitian dilakukan di laboratorium

berbeda-beda, namun penelitian dilakukan di laboratorium.

Sehingga perlu dilakukan studi numerik dengan kondisi

ujung bebas (Morse et al. 2008)

j g

(

)

HOVER ET AL. (1998)

SARPKAYA (1995)

(

)

(5)

LANJUTAN…..

J

Penelitian ini diaplikasikan pada riser struktur Ocean Thermal

Energy Conversion (OTEC) dan CO2 sequestration platform

Tanpa

Endplate

Dengan

Endplate pada

j

i

ujung riser

(6)

PERUMUSAN MASALAH

• Bagaimana karakteristik

hidrodinamis yang terbentuk pada

1 hidrodinamis yang terbentuk pada

jenis kondisi-ujung bebas tersebut?

1 • Bagaimana respon struktur

(amplitudo dan frekuensi) untuk

2 (amplitudo dan frekuensi) untuk

jenis kondisi-ujung babas?

(7)

TUJUAN

• M

t h i k kt i tik hid di

i

1 • Mengetahui karakteristik hidrodinamis

yang terbentuk dari jenis

kondisi-b kondisi-b

b

1 ujung bebas tersebut

• Mengetahui respon struktur

(8)

MANFAAT

Hasil pemodelan numerik dengan

akurasi yang baik terhadap data hasil

pengujian fisik di laboratorium dapat

digunakan dalam perancangan,

khususnya pada tahap perancangan

(9)

BATASAN MASALAH

Data-data yang digunakan adalah data-data yang digunakan pada

penelitian yang dilakukan oleh Morse et al. (2008)

• Silinder yang digunakan adalah silinder vertikal kaku yang pada ujung

bagian atas diberikan tumpuan pegas dengan arah transversal (tegak

lurus arah aliran fluida)

Silinder diasumsikan berada di aliran steady dan terdistribusi secara

merata

• Getaran yang ditinjau adalah getaran akibat aliran tegak lurus (

Cross-flow vibration

)

(10)

METODOLOGI

Diagram alir pengerjaan tugas akhir :

MULAI

Studi literatur:

-Makalah dalam jurnal

-Makalah seminar/proseding Pengumpulan Data:

1. Properties Struktur: Dimensi ili d di i l d l i l i silinder, dimensi plat, dan lain-lain

2. Kondisi aliran dan gap pada model

(11)

LANJUTAN…..

1

Pemodelan pada Orcaflex: 1. Model struktur

2. Model aliran

Running

Output:

Karakteristik aliran : Pola aliran fluida, Kec. Aliran setelah menabrak stuktur, Frekuensi vortex

h ddi t d f k i t shedding,gaya vortex dan frekuensi gaya vortex Analisa respon silinder : Amplitudo dan Frekuensi

Validasi hasil studi numerik dengan hasil percobaan

tidak

ya 2

(12)

LANJUTAN…..

2

Kesimpulan:

• Karakteristik aliran : 1. Pola aliran fluida

2. Kec. Aliran setelah menabrak struktur

3. Frekuensi vortex shedding

4. Gaya vortex arah tegak urus aliran 5. Frekuensi gaya vortex

• Respon silinder : 1. Amplitudo 2. Frekuensi

(13)

LANJUTAN…..

Data-data yang digunakan :

•Pemodelan geometri

Diameter Outside diameter 5.08 m Massa jenis 7850 kg/m3

Pemodelan geometri

Material Modulus elastisitas 210000 N/mm2 Poison ratio 0.3

shear modulus 80000 N/mm2

Posisi Ujung A EL 0 Ujung B EL 40.6

•Pemodelan kondisi batas

Silinder Ujung A Spring Ujung B Bebas Link/Spring

Ujung 1 Silinder Ujung 2 Fix

Arah gerak Cross flow K spring Kekakuan 2000 kN/m

(14)

LANJUTAN…..

•Pemodelan baban lingkungan

Fluida Temperatur 30oC

Massa jenis 1000 kg/m3

Arus Kecepatan 10-32 m/s Arah 180o

(15)

MODEL C

(16)

HASIL DAN PEMBAHASAN

L

E

POLA ALIRAN

Pola aliran fluida pada Model ujung bebas (C) dengan kecepatan 10 cm/s

(Re = 5708)

(Re = 11416) (Re = 5708) (Re = 11416)

(17)

Kecepatan aliran fluida setelah mengenai

struktur dengan beberapa variasi

kecepatan

MODEL D (cm) v (cm2_/s) _{U (cm/s)} Kecepatan _Re (cm/s) C 10 5 5707.87 12 6 6849.44 14 7 7991 01 5.08 0.0089 end 14 7 7991.01 16 8 9132.58 18 9 10274.16 5.08 0.0089 Fr ee e 20 10 11415.73 22 11 12557.30 24 12 13698 88 24 12 13698.88 26 13 14840.45 28 14 15982.02

(18)

Frekuensi Pelepasan Vortex

(V

S

)

(Vortex Shedding)

MODEL D (cm) U (cm/s) St Fs (Hz) C 10 0.39 12 0.47 14 0 55 5 08 0 2 n d 14 0.55 16 0.63 18 0.71 5.08 0.2 Fr ee e n 20 0.79 22 0.87 24 0.94 26 0.102 28 1.1

(19)

U>>>

Re>>>

F>>>

Gaya vortex dalam arah tegak lurus aliran fluida

F>>>

(20)

Re = 11416

(21)

U (cm/s) F_1/3(kN/cm) F_1/10(kN/cm) F_RMS(kN/cm) 10 0.16 0.18 0.11684

G

10 0.16 0.18 0.11684 12 0.24 0.26 0.17068 14 0.31 0.35 0.2211 15 0.32 0.35 0.22728 16 0 35 0 35 0 2569

G

A

Y

A

16 0.35 0.35 0.2569 18 0.44 0.45 0.3233 20 0.54 0.55 0.39764 22 0.65 0.68 0.47696 24 0 77 0 85 0 56078

A

V

O

24 0.77 0.85 0.56078 26 0.89 0.90 0.64688 28 1.01 1.10 0.72964

O

R

T

E

X

(22)

F

U (cm/s)₁₀ f (Hz)_0.009

R

E

K

10 0.009 12 0.011 14 0.013 16 0.015

U

E

N

S

18 0.017 20 0.019 22 0.021 24 0 022

S

I

G

24 0.022 26 0.024 28 0.025

G

A

Y

A

V

O

R

T

E

X

(23)

Amplitudo silinder dalam arah tegak lurus aliran fluida

U>>>

Re>>>

A<<<

Amplitudo silinder dalam arah tegak lurus aliran fluida

A<<<

f>>>

(24)

Re = 11416

(25)

U*_eks U*_num A*_eks A*_num1/3 A*_num1/10 A*_numRMS 6 6.06 0.94 0.28 0.311 0.18 6.5 6.48 1 0.32 0.345 0.22 7 6 98 1 01 0 29 0 345 0 20 7 6.98 1.01 0.29 0.345 0.20 7.5 7.501 0.97 0.10 0.302 0.07 9 9.012 0.72 0.07 0.120 0.05 9.5 9.501 0.69 0.07 0.101 0.05 10 10 011 0 62 0 07 0 023 0 05

A

M

P

₁₀ _10.011 _0.62 _0.07 _0.023 _0.05 10.5 10.503 0.52 0.06 0.089 0.04 11 11.004 0.28 0.07 0.081 0.04 11.5 11.509 0.14 0.06 0.083 0.04 12 12 002 0 12 0 06 0 073 0 04

P

L

I

T

12 12.002 0.12 0.06 0.073 0.04

U

D

O

R

E

S

P

O

N

(26)

U*_eks U*_num f*_eks f*_num 6 6.06 1 1.05 6.5 6.48 1.005 1.06 7 6.98 1.01 1.06 7.5 7.501 1.015 1.07 9 9 012 1 05 1 10

F

R

K

₉ _9.012 _1.05 _1.10 9.5 9.501 1.07 1.12 10 10.011 1.09 1.14 10.5 10.503 1.105 1.16

K

U

E

N

11 11.004 1.11 1.17 11.5 11.509 1.115 1.17 12 12.002 1.108 1.16

S

I

R

E

S

P

O

N

(27)

KESIMPULAN

• Dari hasil pemodelan dengan ORCAFLEX dapat

dilihat bahwa pemodelan yang dilakukan tidak

dapat memperlihatkan pola aliran secara 3D

tetapi hanya dapat memperlihatkan pola aliran

terhadap sumbu mendatar (X-Y) saja ;

• Dengan adanya interaksi antara fluida dan

silinder menyebabkan kecepatan fluida setelah

menabrak struktur berkurang sebesa 50 % dari

KARAKTERISTIK

kecepatan awal;

g

• Frekuensi pelepasan vortex semakin besar apabila

kecepatan aliran fluida diperbesar. Pada U=10

cm/s, Fs=0.39 Hz dan U=20 cm/s, Fs=0.79 Hz;

KARAKTERISTIK

HIDRODINAMIS

c /s, s 0.39 a U 0 c /s, s 0.79

;

• Gaya dan frekuensi vortex arah tegak lurus aliran

semakin besar seiring dengan bertambahnya

kecepatan aliran dan frekuensinya jg semakin

besar yaitu U=10 cm/s dengan f=0.009 Hz, U=20

besar yaitu U 10 cm/s dengan f 0.009 Hz, U 20

cm/s dengan f=0.019 Hz dan U=28 cm/s dengan

f=0.025 Hz.

(28)

KESIMPULAN

k

dih ilk

• Respon

struktur

yang

dihasilkan

berupa

amplitudo

dan

frekuensi.

Dengan

bertambahnya

kecepatan,

amplitudo struktur akan semakin kecil

tetapi frekuensi respon semakin besar.

Perbandingan amplitudo yang didapat

RESPON

dari

penelitian

numerik

dan

eksperimen

yaitu

1:3.

Sedangkan

frekuensi yang didapat dari penelitian

RESPON

STRUKTUR

numerik dan eksperimen hampir sama

yaitu pada Re=5708, Re=11416, dan

Re=15982

nilai

frekuensi

respon

strukturnya

berturut-turut

adalah

0.392 Hz, 0.425 Hz, dan 0.433 Hz.

(29)

SARAN

• Dengan menggunakan model

yang sama, variasikan

kekakuan spring sehingga

1

p g

gg

akan didapat gaya-gaya

hidrodinamis yang paling

besar

1

• Jumlah silinder ditambah dan

divariasikan posisinya,

sehingga didapatkan

gaya-hid di

i

li

2

gaya hidrodinamis yang paling

besar

(30)