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

Transkripsi

1 LAPORAN TUGAS AKHIR

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

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 kondisiujung silinder yang bervariasi dan dengan perlakuan yang berbeda-beda, beda namun penelitian dilakukan di laboratorium. Sehingga perlu dilakukan studi numerik dengan kondisi ujung bebas (Morse et al. 2008) HOVER ET AL. (1998) SARPKAYA (1995)

5 LANJUTAN.. Penelitian ini diaplikasikan pada riser struktur Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) dan CO2 sequestration platform Tanpa Endplate Dengan Endplate pada ujung riser

6 PERUMUSAN MASALAH Bagaimana karakteristik 1 hidrodinamis yang terbentuk pada jenis kondisi-ujung bebas tersebut? Bagaimana respon struktur 2 (amplitudo dan frekuensi) untuk jenis kondisi-ujung babas?

7 TUJUAN Mengetahui karakteristikkt tik hidrodinamisdi i yang terbentuk dari jenis kondisi- 1 ujung bb bebas tersebut 2 Mengetahui respon struktur (amplitudo dan frekuensi) untuk jenis kondisi-ujung bebas tersebut

8 MANFAAT Hasil pemodelan numerik dengan akurasi yang baik terhadap data hasil pengujian fisik di laboratorium dapat digunakan dalam perancangan, khususnya pada tahap perancangan awal (Preliminary Design)

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 silinder, dimensii plat, dan lain-lain l i 2. Kondisi aliran dan gap pada model 1

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 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 SELESAI

13 LANJUTAN.. Data-data yang digunakan : Pemodelan geometri Diameter Outside diameter 5.08 m Massa jenis 7850 kg/m 3 Material Posisi Modulus elastisitas N/mm 2 Poison ratio 0.3 shear modulus N/mm 2 Ujung A EL 0 Ujung B EL 40.6 Pemodelan kondisi batas Silinder Ujung A Ujung B Spring Bebas Link/Spring Ujung 1 Ujung 2 Arah gerak Silinder Fix Cross flow K spring Kekakuan 2000 kn/m

14 LANJUTAN.. Pemodelan baban lingkungan Fluida Temperatur 30 o C Massa jenis 1000 kg/m 3 Arus Kecepatan Arah m/s 180 o VIV Vortex tracking Sarpkaya

15 SKALA 1:100 MODEL C

16 HASIL DAN PEMBAHASAN POLA ALIRAN Pola aliran fluida pada Model ujung Pola aliran fluida pada Model ujung bebas (C) dengan kecepatan 10 cm/s bebas (C) dengan kecepatan 20 cm/s (Re = 5708) (Re = 11416) Pola aliran fluida pada Model ujung bebas (C) dengan kecepatan 28 cm/s (Re = 15982)

17 Kecepatan aliran fluida setelah mengenai struktur dengan beberapa variasi kecepatan MODEL D (cm) v (cm 2 /s) U (cm/s) Kecepatan (cm/s) Re C Free end

18 Frekuensi Pelepasan Vortex (Vortex Shedding) MODEL D (cm) U (cm/s) St Fs (Hz) C Free en nd

19 U>>> Re>>> F>>> Gaya vortex dalam arah tegak lurus aliran fluida Re = 5708

20 Re = Re = 15982

21 G A Y A V O R T E X U (cm/s) F 1/3 (kn/cm) F 1/10 (kn/cm) F RMS (kn/cm)

22 F R E K U E N S I G A Y A U (cm/s) f (Hz) V O R T E X

23 U>>> Re>>> A<<< f>>> Amplitudo silinder dalam arah tegak lurus aliran fluida Re = 5708

24 Re = Re = 15982

25 A M U* eks U* num A* eks A* num1/3 A* num1/10 A* numrms P L I T U D O R E S P O N

26 F R K U E N S I U* eks U* num f* eks f* num K R E S P O N

27 KESIMPULAN KARAKTERISTIK HIDRODINAMIS 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 kecepatan awal; 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; 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 cm/s dengan f=0.019 Hz dan U=28 cm/s dengan f=0.025 Hz.

28 KESIMPULAN 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 numerik dan eksperimen hampir sama yaitu pada Re=5708, Re=11416, dan Re=15982 nilai frekuensi respon strukturnya berturut-turut adalah Hz, Hz, dan Hz. STRUKTUR

29 SARAN Dengan menggunakan model 1 yang sama, variasikan kekakuan spring sehingga akan didapat gaya-gaya hidrodinamis yang paling besar Jumlah silinder ditambah dan 2 divariasikan posisinya, sehingga didapatkan gayagaya hidrodinamisyang paling besar

30 DAFTAR PUSTAKA Blevins, R. D Flow Induced Vibration. Krieger Publishing company, Florida. Djatmiko, E. B Diktat Kuliah Hidrodinamika 2. Jurusan Teknik Kelautan. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember Morse et al., T. L The Effect of End Conditions on the Vortex Induced Vibration. Journal of Fluids and Structures 24, Orcaflex 8.4a7. Orcaflex Theory Reference. Documentation for Orcafex. Purwanti, L Analisa Vortex Induced Vibration Pada Riser Tension Leg Platform. Tugas Akhir. Surabaya : Jurusan Teknik Kelautan ITS. Sarpkaya, T Mechanics of Wave Force on Offshores Structures. Van Nostrand Reinhold Company, New York. Sumer et al., B. Mutlu Hydrodynamics Around Cylindrical Structures. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., Singapore.