Sistem pendinginan pada shipping container/cold storage
Jika anda sering bepergian di sekitar pelabuhan atau pabrik-pabrik besar, anda akan menjumpai kontainer-kontainer kotak yang besar yang dikenal juga dengan istilah shipping container.
Shipping container dibagi-bagi menjadi beberapa kategori berdasarkan sistem pendinginanya, yaitu refrigerated, refrigerated/heated atau hanya diinsulasi saja. Menggunakan sistem pendingin/pemanas, shipping container ini dapat mengantarkan produk-produk makanan atau sejenisnya tanpa harus khawatir akan cuaca. Shipping container dengan sistem refrigerasi biasa disebut drengan refrigerated container, atau secara lebih format temperature-controlled container.
Tergantung dari pertimbangan kualitas kontainer, seluruh dinding luar kontainer harus diinsulasi dengan baik namun tetap harus mempertahankan volume di dalam kontainer (untuk alasan efektifitas ekonomis). Berdasarkan ISO 1496/2, lebar bagian dalam minimal harus memuat 2200 mm. Lantai komntainer (reefer) biasanya berbentuk profil T berbahan aluminium, atau dikenal juga dengan istilah T-grating yang harus cukup kuat menahan beban dari forklift.
KODE SHIPPING CONTAINER
Pengkodean shipping container secara umum berdasarkan koefisien perpindahan panasnya, berikut adalah penjabaran beberapa kode yang umum digunakan:
DIN EN ISO 6346, January 1996 dengan kode R sebagai berikut:
- Code RE dan R0: kategori mechanically refrigerated
- Code RT dan R1: Mechanically refrigerated and heated
- Code RS dan R2: Self powered mechanically refrigerated
- Code RS dan R3: Self powered mechanically refrigerated and heated
Kode H pada standar di atas menggunakan removable equipments dengan code HR yang mencakup:
- Code H0: refrigerated/heated eksternal dengan koefisien heat transfer 0,4 W/m2.K
- Code H1: Refrigerated/heted yang terpasang secara internal.
- Code H2: Refrigerated/heated eksternal dengan koefisien heat transfer 0,7 W/m2.K
- Code H5: Insulated, dengan koefisien heat transfer 0,4 W/m2.K
- Code H6: Insulated, dengan koefisien heat transfer 0,7 W/m2.K
Pendinginan/pemanasan menggunakan refrigerated/heated container akan memiliki efektivitas dan efisiensi yang berbeda-beda tergantung muatan yang ada di dalam kontainer tersebut, mulai dari karakteristik kalor serta bentuk dan penataan muatan tersebut. Standar/kode dari shipping container tersebut tidak mungkin mencakup semuanya satu persatu, melainkan user sendiri yang harus menentukan konfigurasi dari kontainer berdasarkan kebutuhanya.
Dari penjelasan di atas, diperlukan suatu metode yang lebih komprehensif yang dapat mengakomodasi berbagai kemungkinan kondisi operasional dan desain dari shipping container. Metode yang umum digunakan adalah menggunakan computational fluid dynamics (CFD).
>> KLIK DI SINI UNTUK PENJELASAN DESAIN SHIPPING CONTAINER MENGGUNAKAN CFD!
aeroengineering services merupakan jasa layanan dibawah CV MARKOM dengan berbagai jenis solusi, mulai dari drafting CAD, pembuatan animasi, simulasi aliran dengan CFD dan simulasi struktur dengan FEA.
Referensi: https://www.containerhandbuch.de/chb_e/stra/stra_03_01_01_02.html
Desain Ventilasi pada bangunan
Dewasa ini, seiring dengan munculnya isu krisis energi, penumpukan sampah, kekurangan air dan isu-isu lingkungan lainya terkait dengan pertumbuhan populasi manusia yang terus membangun infrastruktur baik untuk rumah tinggal, pabrik, perkantoran dan lain-lain, konsep dari green building juga makin berkembang.
Green building merupakan bangunan yang memadukan produk-produk yang ramah lingkungan, mulai dari bahan-bahan yang alami, konsep untuk menghemat energi dan air, atau bahkan menggunakan material daur ulang untuk memanfaatkan material-material yang tidak dapat terurai atau terbuang. Pertimbangan desain atau produk yang berkontribusi dalam keamanan, dan kesehatan lingkungan juga merupakan bagian dari green building yang penting, salah satunya adalah desain dari Heating Ventilation and Air-conditioner (HVAC) yang baik.
Karena bangunan tersebut pada dasarnya akan dihuni oleh manusia, dan menusia membutuhkan udara yang baik untuk bernapas, maka desain dari ventilasi yang baik ini merupakan hal yang cukup esensial. Terdapat penekanan khusus untuk Indoor Environmental Quality (IEQ) pada green bulding yang harus mempertimbangkan kontrol kelembaban, penyaringan udara, kontrol kontaminasi dan tentu saja ventilasi.
Terdapat berbagai cara untuk mendapatkan ventilasi yang baik pada suatu bagungan, adapun pada green building yang sering digunakan adalah metode natural ventilation, energy recovery ventilation, whole-house fans, energy-saving eexhaust fans, dan kombinasi dari metode-metode tersebut untuk mendapatkan jumlah ventilasi yang cukup. Apapun metode yang digunakan, seorang perancang green building harus memastikan kombinasi metode atau peralatan-peralatan tersebut saling menyokong satu sama lain.
Dewasa ini green building cukup menarik perhatian banyak pihak, karena konsepnya yang menguntungkan dari segi penggunaan energi dan suatainable untuk lingkungan secara global, maupun dari segi bisnis dan marketing para pengembang bangunan. Pada dasarnya, sistem ventilasi pada bangunan pada umumnya dan green building tidak memiliki perbedaan yang signifikan, namun pada desain green building kita mengharapkan penggunaan energi yang seminimal mungkin.
Untuk mencapai ventilasi yang cukup, terkadang aliran udara pasif tidak mencukupi dan diperlukan peralatan mekanik seperti fan atau menggunakan sistem Energy Recovery Ventilator (EVR). Beberapa standar yang dapat diaplikasikan untuk mechanocal whole-house ventilation adalah harus memenuhi persyaratan ASHARAE 62.2 dengan rincian sebagai berikut:
- whole-house mechanical ventilation system dan kontrol terpasang untuk mensuplay udara luar dengan rate tertentu (62,2 section 4), termasuk batasan ventilasi pada 62,2 section 4,5 (misal maksimum 7,5 cfm/100 sq.ft) untuk “warm-humid” climates sperti yang didefinisikan oleh IECC.
- Transfer air (udara yang sudah digunakan pada ruangngan/ducting lain) tidak boleh digunakan.
- Inlet udara ditempatkan minimal 10 feet dari sumber kontaminan. dan
- Aliran udara harus diuji terlebih dahulu untuk memenuhi desain kriteria dari produsennya: misalkan untuk mengecek nilai mass flow rate udara apakah sesuai dengan spesifikasinya.
Kemudian, berdasarkan ASHARAE 62,2 section 5, exhaust ventilation lokal yang mengarah keluar ruangan harus dipasang pada tiap kamar mandi dan dapur.
Apapun metode yang digunakan untuk ventilasi, hal penting yang harus diperhatikan bagi perancang green building adalah memastikan bahwa metode-metode yang digunakan tersebut saling mendukung dan tidak mengurangi performa satu-sama lain, misalkan pemasangan exhaust fan dengan flow rate udara yang setelah diuji memiliki rate yang lebih rendah dari spesifikasinya, hal ini mungkin saja terjadi jika terdapat intervensi dari tools lain yang dipasang dengan lokasi yang tidak sesuai.
Atau mungkin pemasangan inlet udara dari blower atau fan yang aliranya tidak tersebar merata pada seluruh ruangan: ada daerah dengan kecepatan udara lokal yang tinggi namun ada juga daerah yang tidak tersentuh sirkulasi udara sama sekali dan masih banyak lagi.
Untuk menanggulangi hal-hal tersebut, perhitungan secara analitis/manual terkadang tidak mungkin karena denah bangunan yang khusus atau tipe bangunan yang baru dan belum pernah ada referensi sebelumnya, salah satu alternatif terbaik dan berkembang pesat digunakan saat ini adalah menggunakan metode komputasi komputer untuk memodelkan aliran udara atau persebaran temperatur pada ruangan, atau dikenal juga dengan Computational Fluid Dynamics (CFD).
Menggunakan metode CFD, kita dapat memodelkan tanpa batas model ruangan seperti apapun yang kita mau dan lokasi-lokasi dari tools seperti fan, exhaust, inlet, blower dan lain-lain, bahkan metode ini dapat juga memodelkan aliran konveksi natural dengan memperhitungkan bouyancy yang terjadi akibat perbedaan massa jenis akibat perbedaan temperatur udara.
Terlebih lagi, jika dibutuhkan, kita dapat memodelkan bagian luar bangunan yang diterpa angin untuk melihat seberapa banyak udara yang masuk ke bangunan dan udara yang melewati bangunan begitu saja.
Berikut adalah contoh analsisi CFD pada suatu bangunan gereja untuk melihat karakteristik aliran udara saat melewati bangunan tersebut dengan berbegai kondisi (pintu terbuka/tertutup, jendela terbuka/tertutup, ada manusia di dalam/kosong dan lain sebagainya).
Simulasi diatas dibuat menggunakan software openFOAM CFD. Menggunakan software CFD ini, kita mampu mendapatkan insight yang lebih mendalam dan spesifik terhadap desain yang kita buat.
>>KLIK DI SINI UNTUK MEMPELAJARI DESAIN VENTILASI MENGGUNAKAN CFD!
Bagi anda mechanical engineer yang ini meningkatkan skill di bidang HVAC, Kami juga menyediakan solusi yaitu training dengan topik-topik seputar HVAC dengan trainer yang sudah sangat berpengalaman di bidangnya untuk meningkatkan skill dan kompetensi anda sebagai seorang engineer profesional. Berikut adalah beberapa topik training terkait topik HVAC:
>>Training: Air conditioning and refrigeration: operation, installation and maintenance
>>Training: HVAC system commissioning
aeroengineering services merupakan layanan dibawah CV. Markom dengan solusi terutama CFD/FEA.
“New normal” dalam mekanika fluida
Pada masa pandemi yang serba sulit ini, banyak keterbatasan yang membuat produktivitas kita menurun seperti tidak dapat ke kantor untuk meeting, bepergian ke luar kota untuk melangsungkan proyek, ke kampus untuk belajar atau mungkin ke lab untuk membuat sebuah penelitian.
Kita tidak dapat hanya berdiam diri dan menunggu sampai semua situasi kembali seperti semula, melainkan kita-lah yang harus memaksa diri kita untuk membuat situasi yang tidak biasa ini menjadi suatu hal yang lumrah atau dikenal dengan istilah “new-normal”, kemudian berfikir bagaimana kita dapat bertahan hidup atau bahkan lebih produktif dalam situasi ini.
Namun, kita tetap dituntut untuk bisa beradaptasi dengan situasi ini dengan memanfaatkan peralatan dan fasilitas yang didukung dengan komputer dan terkoneksi dengan internet, seperti meeting oline, berkirim data project secara online dan lain sebagainya, yang sebenarnya memiliki banyak keuntungan yang sebelumnya belum pernah kita sadari dan baru kita ketahui karena kondisi yang terpaksa saat ini.
Seperti hanya meeting online atau kuliah online, di era yang serba digital dan online ini kita dapat bekerja hanya dengan komputer kita untuk beberapa keperluan-keperluan engineering seperti desain gambar CAD, drafting, rendering, berbagi model CAD untuk 3D printing atau pekerjaan lainya dan mengirimkan datanya secara online.
Hal ini juga menjadi tampak nyata pada dunia mekanika fluida. Dulunya, mekanika fluida hanya dapat dipelajari dengan riset eksperimental karena persamaan-persamaan analitisnya yang cukup rumit untuk diselesaikan, hingga akhirnya dikembangkanlah metode numerik menggunakan proses komputasi atau dikenal juga dengan istilah Computational Fluid Dynamics (CFD).
Menggunakan metode ini, kita mampu menganalisis aliran fluida baik untuk visualisasi aliran maupun pengambilan data-data kuantitatif dengan sepenuhnya menggunakan metode komputer. Dibandingkan dengan eksperimen, metode ini jauh lebih fleksibel dalam pembuatan variasi model geometri serta input-input parameternya. Selain itu, metode ini juga relatif lebih cepat dan mampu melihat lebih detail kasus yang sedang dianalisis. Dan tentu saja karena berupa data digital, hasil, maupun setup analisisnya dapat dikirimkan secara online untuk dipelajari dan dikembangkan oleh user lain dengan fleksibel.
Salah satu hambatan utama dalam menggunakan software ini untuk keperluan riset atau pribadi adalah biaya lisensi yang cukup tinggi dari software-software CFD komersial, sehingga kebanyakan penggunaanya hanya pada ranah industri. Namun, sebagai pelajar kita dapat memanfaatkan “student version” dari software-software tersebut, atau bahkan sebenarnya terdapat software CFD yang cukup handal yang bersifat open source atau gratis, seperti contohnya openFOAM yang dapat digunakan untuk solver CFD, kemudian paraView yang digunakan untuk pengambilan datanya, adapun software CAD yang opensource juga tersedia seperti misalkan FreeCAD.
Mari bersama-sama kita hadapi masa yang sulit ini dengan tetap produktif. Jangan biarkan kreativitas dan cinta anda pada mekanika fluida terhenti. Anda dapat mempelajari materi-materi tentang computational fluid dynamics (CFD) ini secara gratis di website ini secara gratis. klik di sini untuk daftar isi terkait CFD.
aeroengineering.co.id merupakan jasa layanan dibawah PT Markom Teknologi Engineering dengan berbagai jenis solusi, mulai dari drafting CAD, pembuatan animasi, simulasi aliran dengan CFD dan simulasi struktur dengan FEA. Pelajari selengkapnya di sini.
SIMULASI ALIRAN FLUIDA DAN PERSEBARAN PARTIKEL SAAT BERSIN
Beberapa penyakit menular sering kali disebarkan melalui udara, baik itu dengan persebaran melalui gerakan-gerakan partikel yang langsung menuju ke benda lain, pergerakan partikel yang menyebar secara random, atau bahkan partikel-partikel virus yang tinggal di udara atau disebut juga dengan istilah airborne.
Analisis persebaran atau tracking dari partikel-partikel ini relatif sulit untuk dilakukan karena kompleksitas dari gerakan partikel-partikel tersebut maupun variabel-variabel lainya seperti distribusi ukuran partikel yang sangat luas mulai dari mikron sampai ke milimeter. Salah satu metode yang cukup signifikan digunakan pada era yang serba digital ini adalah menggunakan metode numerik untuk menyelesaikan solusi aliran fluida yang dikenal juga dengan istilah computational fluid dynamics (CFD).
Menggunakan metode CFD, kita dapat memodelkan berbagai macam variabel seperti postur tubuh manusia, kecepatan bersin, arah angin, bahkan karakteristik dari partikel seperti diameter dan interaksinya dengan suhu dan tekanan udara. Hal yang pertama kali harus dilakukan adalah memodelkan ruangan dan manusia yang akan kita analisa aliran disekitarnya. Dalam contoh kasus ini terdapat dua orang yang saling berhadapan, salah satu dari mereka bersin dan kita ingin mengetahui pola distribusi aliran dan partikel disekitarnya:
Kemudian, proses selanjutnya adalah meshing, atau mengkonversi model kita yang mula-mula kontinyu menjadi diskrit, sehingga kita dapat selesaikan solusi-solusi aliran fluida padanya secara numerik:
Kemudian, setelah meshing siap, proses terakhir adalah melakukan proses komputasi yang dilakukan oleh komputer kemudian diperoleh solusi-solusi aliran fluida seperti kecepatan udara, gerakan partikel, tekanan, temperatur dan lain sebagainya yang akan kita gunakan untuk analisa. Berikut adalah contoh pengambilan data berupa distribusi kecepatan serta trajectory (lintasan) dari partikel:
Dari solusi numerik diatas dapat kita lihat dengan mudah karakteristik dari aliran yang terjadi dan dengan informasi tersebut kita dapat dengan mudah menganalisa fenomena fisika dari proses persebaran virus melalui udara. Untuk kasus yang lebih kompleks, metode ini dapat juga digunakan untuk reka ulang kejadian persebaran virus pada suatu lokasi tertentu, pada contoh kali ini velocity bekerjasama dengan tim dari BIM HVAC tools untuk merekonstruksi persebaran partikel pada suatu restoran dengan hasil sebagai berikut:
Dari ilustrasi diatas, para penyelidik dapat dengan mudah memprediksi fenomena yang mungkin terjadi pada kondisi tersebut dengan landasan berfikir yang kuat sehingga mempermudah proses rekonstruksi secara keseluruhan. Namun, perlu diingat bahwa simulasi ini hanyalah untuk memprediksi proses penyebaran dari partikel-partikel tersebut, untuk medical judgement seperti resiko penularan dan karakteristik dari virus itu sendiri perlu dikaji bersama dengan ahli virus.
Ilustrasi-ilustrasi diatas dilakukan menggunakan software openFOAM CFD.
Untuk mempelajari lebih lanjut tentang CFD, klik di sini.
aeroengineering.co.id merupakan jasa layanan dibawah PT Markom Teknologi Engineering dengan berbagai jenis solusi, mulai dari drafting CAD, pembuatan animasi, simulasi aliran dengan CFD dan simulasi struktur dengan FEA. Pelajari selengkapnya di sini.
Momentum Analysis of fluid flow
In fluid mechanics, we are dealing with highly “squishy” material, unlike solid material which is easily modeled using relatively simple mathematical relationships. The nature of fluid flow complexity makes the “higher-order” mathematical modeling of fluid flow to get a detailed problem description such as the Navier-stokes equation by utilizing the differential equation approach or alternatively using the empirical method.
But, in engineering practice, sometimes we don’t even need a detailed problem description just to obtain some simple parameters. The simpler way to model this condition is by using the control volume method to estimate the result, in this case, momentum calculation.
Talk about momentum, the best way to describe it is by using the Newton’s law, mathematically described as:
F = m.a = d(m.v)/dt
With F = force, m = mass, a = acceleration, v = velocity, t = time. Then, the product of mass and velocity, m.v is also called linear momentum, hence the equation above can also be read as force is equal to the rate of change of linear momentum. Remember the force, velocity and momentum are vector quantity, so we must treat each equation for each direction (x,y,z).
Back to fluid flow problem, consider water flow in a pipe then accelerated trough a hose then the water sprayed to the atmospheric condition. To calculate the reaction force generated by the momentum change of the water, first we must consider the control volume to focus our analysis:
To analyze the problem, we must define the general momentum law of fluid flow in the control volume (CV) as:
The sum of all external forces acting on a CV = The time rate of change of the linear momentum of the contents of the CV + The net flow rate of linear momentum out of the control surface by mass flow
With body force usually a gravity force and surface forces usually pressure, viscous and other forces. The first term of the right hand side of the equation is transient term, if the flow is steady (time independent), and the equation is simply become:
total F = total (B.mdot.v)out – total (B.mdot.v)in
with mdot = mass flow rate and B is the momentum-flux correction factor, with B = 1 for the case of uniform flow over an inlet and outlet. Back to our water hose problem, consider the mass flow rate of the water is 2 kg/s with flow enter the control volume (from the pipe) is 1 m/s, then accelerated after pass trough the reducing nozzle (read continuity) the speed become 5 m/s. Using the above equation, we can calculate the total F acting to the CV as (assume B = 1)
total F = 2*5 – 2*1 = 8 Newton
The total force is 8 Newton in the direction of outlet velocity (because positive result). In the outlet velocity direction? yes, right, we just calculated the action force, then the reaction force acted to the CV will be in the opposite direction (third Newton’s law).
This method is quite simple and fast compared to the differential analysis with a lot of simplification of course. We can also calculate more “complex” problem such as rocket reaction force or aircraft jet without any complex mathematical modelling for estimating the result.
To learn more about a more detailed fluid flow problem, you can read about the Navier-Stokes equation and Computational Fluid Dynamics (CFD) method for the numerical method to solve the complex differential equation by utilizing computer power.
To read other articles, click here.
aeroengineering.co.id is an online platform that provides engineering consulting with various solutions, from CAD drafting, animation, CFD, or FEA simulation which is the primary brand of CV. Markom.
THE BERNOULLI EQUATION
Using existing laws of nature, people could utilize those principles to develop engineering systems that changed the world. In fluid mechanics, one of the equations that really phenomenal because of its simplicity and tremendous usage is the Bernoulli equation.
There are three universal laws of the universe, (1) mass conservation, (2) momentum conservation, and (3) energy conservation. In solid mechanics, the momentum equation is described using Newton’s second law, F = m.a, similarly, in fluid mechanics, this law is described using Bernoulli equation (In fact, the most general and comprehensive mathematical expressions of momentum conservation is Navier-Stokes equation, but, it is very complicated mathematically).
To understand this principle, let’s make the mathematical formalization using this free body diagram:
Using well known mechanical energy conversion equation, the total of kinetic energy and potential energy will always be the same everywhere. Mathematically describes as follow:
With m = mass, g = gravitational acceleration, v = velocity, and H = height. In fluid mechanics, “energy” can be added by utilizing a pump to add pressure or sucks pipe outlet, hence the “pressure energy” term, E = p.V should be added on both sides of the equation.
with p = pressure, and V = volume. Then, we should realize that it is a tedious task or even impossible to calculate the whole mass and volume inside the pipe, what should we do is divide both sides with Volume so we can get:
with rho = is the fluid density. This equation is basically the well known Bernoulli equation. This equation is quite useful because it could predict the relationship between velocity and pressure. The following equation is for incompressible flow (constant density such as water), and negligible heigh difference. you can see how simple is this equation:
VENTURI TUBE AND EJECTOR
The above relationship is quite interesting, it is an inverse relationship between pressure and the square of velocity, it means if we have more velocity, the pressure will drop. Let’s discuss a venturi tube:
From the continuity equation (read here), we know that if we reduce the flow cross-sectional area, the velocity will be greater (as can be seen red-colored zone at the center), hence the pressure will be drop as the velocity increase quadratically. This pressure reduction can be calculated to measure the flow velocity, this is how venturi meter basically works.
The machine that has an identical principle as a venturi tube is the ejector. This device ejecting high-speed fluid through a nozzle and creates local negative pressure, this negative pressure sucks fluid from the neutral pressure chamber then push it to create flow. This is commonly used in industrial process applications:
AIRFOIL PRINCIPLE
Another example of this lift generation in an Airfoil as follows:
Imagine two particles flow from the leading edge (front of airfoil), one follows the top (curved) path and another follows the bottom (less curved) path, those particles will meet in the trailing edge at the same time, the curved path has longer traveling distance hence the velocity should be higher (This explanation is not proper for advance aerodynamics discussion, but good enough to understand this basic principle). Because of the higher velocity (colored red) at the top surface, the pressure expected to drop, hence creating suction to pull the airfoil upward (lift force).
This velocity and pressure relationship often causes a misunderstanding. If the flow velocity increase causes the pressure reduction, why if we shoot away higher-velocity water to our body the “pressure” we feel is greater? This statement is not totally wrong, but we must look closer in the flow region really close to our body, when the flow hits our body, the velocity in that local area suddenly became near zero in the normal direction to our body and deflected to the side, and as you can expect, the pressure has become higher significantly. This near-zero velocity region when the flow is hitting is called stagnation point.
TORICELLI THEOREM
The other interesting case of Bernoulli equation is the Toricelli theorem, see the free body diagram below:
The top tank and bottom tank are exposed to atmospheric pressure, hence P1 = P1. Then, the diameter of the top tank much larger than the bottom hole, so we can assume that V1>>V2, or V2 ~ 0. Then, consider H = H1-H2, we can rearrange the Bernoulli equation become:
This is a very simple and elegant equation to predict the flow velocity in the bottom of a tank with a hole versus its fluid height.
LIMITATIONS
And much more we can explore with the Bernoulli equation. Despite its usefulness, this equation, of course, has some limitations as follow:
- The flow is steady, there is no change in flow with respect to time.
- Inviscid flow, there is no viscosity (the tendency of the fluid to “sticking” to each other or to the solid wall) taking into account in this equation. The modeling of viscosity is accommodated in the Navier-Stokes equation.
- There is no shaft or fan power inside the flow.
- Incompressible flow, flow with thermal expansion effect can be analyzed using more comprehensive closure such as ideal gas equation or enthalpy equation in thermodynamics.
- There’s no heat and mass transfer
- The flow is along a streamline, no disruption of flow, no branches or turbulent flow.
To read other articles, click here.
aeroengineering.co.id is an online platform that provides engineering consulting with various solutions, from CAD drafting, animation, CFD, or FEA simulation which is the primary brand of CV. Markom.