Computational Fluid Dynamics CFD

8 menghasilkan proses tiruan dari tanggap dinamik yang realistik seperti suhu, tekanan, dan komposisi bahan Haryanto, 2010

H. Computational Fluid Dynamics CFD

Menurut Tuakia 2008, CFD adalah ilmu yang mempelajari cara memprediksi aliran fluida, perpindahan panas, reaksi kimia, dan fenomena lainnya dengan menyelesaikan persamaan-persamaan matematika model matematika. CFD mampu memprediksi aliran berdasarkan model matematika persamaan diferensial parsial, metode numerik teknik solusi dan diskritasi dan tools perangkat lunak solves, pre-processing, dan post-processing. Secara garis besar penggunaan CFD meliputi konsep dari desain baru, pengembangan produk secara detail, analisis kegagalan, dan desain ulang. CFD terbentuk berdasarkan algoritma numerik dari permasalahan fluida yang terjadi sehingga dibutuhkan solusi permasalahan berdasarkan parameter-parameter yang mempengaruhi sifat fluida tersebut. Di dalam CFD, terdapat tiga tahapan yang harus dilakukan untuk mendapatkan hasil yang diinginkan dalam melakukan pemprosesan post- processor Versteeg dan Malalasekera, 1995 a. Pra pemrosesan pre-processor Pra pemrosesan merupakan tahapan dimana dilakukan pendefinisian masalah. Menurut Verteeg dan Malalasekera 1995 terdapat langkah-langkah yang dilakukan dalam pra pemrosesan, yaitu: 1. Membentuk geometri computational domain dua dimensi atau tiga dimensi. 2. Membentuk geometri menjadi sejumlah bagian yang lebih kecil grid. Grid merupakan bagian yang akan dicari solusinya karena tingkat keakuratan hasil CFD didasarkan pada jumlah grid yang dibentuk. Bila jumlah grid lebih banyak maka hasil komputasi menjadi lebih akurat tetapi proses komputasi menjadi lebih lama sehingga dibutuhkan perangkat computer yang lebih baik. Sebaliknya, bila jumlah grid lebih sedikit maka hasil komputasi kurang akurat tetapi proses komputasi berjalan dengan cepat. 3. Mendefinisikan fenomena-fenomena yang terjadi fisik dan kimia karena dibutuhkan dalam permodelan. 4. Mendefinisikan karakteristik fluida. 5. Mendefinisikan kondisi batas boundary condition pada model geometri. b. Pencarian solusi solver Pencarian solusi merupakan tahapan dimana seluruh kondisi pra pemrosesan telah terpenuhi. Menurut Verteeg dan Malalasekera 1995, terdapat tiga teknik solusi teknik numerik dalam mencari solusi CFD, antara lain difference, finite element, dan spectral method. Adapun tahapan-tahapan yang dilakukan dalam mencari solusi pada CFD meliputi: 1. Memperkirakan variable aliran yang tidak diketahui mengunakan fungsi sederhana. 2. Diskritasi hasil prakiraan tersebut dengan mensubtitusi ke dalam persamaan aliran fluida tersebut dan memanipulasi secara matematis. 3. Membuat solusi dengan persamaan aljabar. Perbedaan yang mendasari teknik solusi di atas adalah pada proses memperkirakan dan diskritasi aliran tersebut. Pencarian solusi yang sering digunakan saat ini adalah 9 finite volume yang merupakan perkembangan dari finite difference. Finite volume didasarkan pada algoritma numerik dimana dilakukan pembangunan persamaan berdasarkan integrasi variable-variabel secara keseluruhan. c. Pasca pemrosesan post-processor Menurut Wahhaab 2010, tahapan pasca pemrosesan merupakan tahapan terakhir dalam proses CFD yang bertujuan untuk menyajikan hasil dari analisi fluida. Hasil analisi didasarkan pada visualisasi warna yang meliputi: 1. Hasil dari geometrid dan grid yang telah dibentuk. 2. Plot berdasarkan vektor. 3. Plot berdasarkan kontur. 4. Plot berdasarkan permukaan dua dimensi atau tiga dimensi. Visualisasi ini bertujuan untuk mempermudah pemahaman solusi yang dihasilkan dari CFD. Dalam proses ini dilengkapi dengan melakukan animasi dari solusi yang didapat.

I. Validasi

Validasi dilakukan untuk membandingkan antara hasil pengukuran dengan hasil simulasi menggunakan CFD pada titik-titik tertentu yang diinginkan. Besarnya error dalam validasi dihitung menggunakan rumus Yani et all, 2007 dalam Nurianingsih, 2011 sebagai bentuk: ………………………………….5 Dimana, P : suhu udara hasil simulasi o C U : nilai suhu udara hasil pengukuran o C