30 menyelesaikan persamaan persamaan diferensial non-linier berjumlah besar dalam
waktu nyata, untuk menggambarkan keseimbangan dinamik bahan dan energi dari proses yang disimulasikan. Laju akumulasi masa dan energi dihitung secara
kontinyu dan diintegrasikan sepanjang interval waktu yang relatif kecil, yaitu untuk menghasilkan proses tiruan dari tanggap dinamik yang realistik seperti
temperatur, tekanan dan komposisi bahan.
F. Pemodelan Matematik
Menurut Syamsa 2003, model matematik adalah gambaran dari karakteristik dinamik suatu sistem. Agar dapat diselesaikan dengan komputer,
maka fenomena atau proses fisik harus dapat dimodelkan dengan persamaan matematika. Dengan pemodelan diharapkan dapat melakukan :
1. Idealisasi dari proses dan fenomena. 2. Memahami pengaruh dan kendali lingkungan.
3. Menganalisis eksperimen yang sulit atau tidak mungkin dapat dilakukan. 4. Mempertajam pemahaman dan mengurangi pemborosan akibat
eksperimen yang tidak terarah trial and error. 5. Meningkatkan potensi dan keamanan sistem.
G. Metode Komputasi Dinamika Fluida
Computational Fluid Dynamics CFD merupakan pemanfaatan program komputer untuk membuat suatu prediksi apa yang akan terjadi secara kuantitatif
saat fluida mengalir. Dengan menggunakan CFD prediksi aliran fluida diberbagai sistem dapat dilakukan dengan biaya yang relatif murah dan waktu yang singkat
dibandingkan dengan metode eksperimen Nugraha, 2005. 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.
Secara istilah CFD bisa berarti suatu teknologi komputasi yang memungkinkan untuk mempelajari dinamika dari benda-benda atau zat-zat yang mengalir.
Menurut Zhang 2005, pada dasarnya persamaan-persamaan dalam fluida dibangun dan dianalisis berdasarkan persamaan-persamaan parsial PDE = Partial
31 Differential Equation yang merepresentasikan hukum-hukum konservasi massa,
momentum, dan energi. Untuk memprediksi aliran fluida pada kondisi tertentu, program CFD harus
dapat menyelesaikan persamaan yang mengatur aliran-aliran fluida sehingga pemahaman tentang sifat-sifat dasar aliran fluida sangatlah penting. Persamaan
pengaturan aliran fluida adalah persamaan-persamaan diferensial parsial, komputer digital tidak dapat langsung digunakan untuk menyelesaikan persamaan
tersebut secara langsung. Oleh karena itu persamaan diferensial ini harus
ditransformasikan kedalam persamaan aljabar yang sederhana dan disebut dengan metode diskritisasi Versteeg and Malalasekera, 1995.
Secara umum, proses dalam CFD dibagi kedalam tiga tahapan yaitu prapemrosesan pre-processing, pencarian solusi solving, dan pascapemrosesan
post-processing Purabaya dan Asmara, 2003.
1. Prapemrosesan
Pada tahap prapemrosesan dilakukan pendefinisian masalah dengan membentuk geometri, dapat berupa geometri dua dimensi maupun tiga
dimensi. Dalam pembentukan geometri ini didefinisikan topologi yang akan dibangun mulai dari pembentukan titik point, garis curve, edge, bidang
face atau volume sehingga menjadi model yang diinginkan Purabaya dan Asmara, 2003.
Setelah geometri terbentuk dilakukan diskritisasi menjadi sejumlah grid dimana persamaan atur akan dicari solusinya di masing-masing grid
tersebut. Bila menggunakan diskritisasi grid berstruktur diusahakan sisi yang membentuk grid tetap tegak lurus atau memliki skewness dengan
toleransi tertentu. Pada grid tak berstruktur diperhatikan perbandingan antara panjang dan lebar aspect ratio bentuk grid Parwatha, 2003.
Menurut Tuakia 2008, Tahapan ini merupakan langkah pertama dalam membangun dan menganalisis sebuah model CFD. Pre-processing
terdiri dari input masalah aliran ke dalam program CFD dengan memakai interface yang memudahkan operator dan transformasi input berikutnya ke
dalam bentuk yang sesuai dengan pemecahan oleh solver. Hal-hal yang dilakukan pada tahap ini meliputi:
32 -
Mendifinisikan geometri dari daerah yang dianalisis. -
Pembentukan grid. -
Pemilihan fenomena kimia dan fisik yang diperlukan. -
Menentukan sifat-sifat fluida konduktivitas, viskositas, massa jenis, panas jenis dan sebagainya.
- Menentukan kondisi batas yang sesuai.
Pemecahan masalah aliran kecepatan, tekanan, temperatur dan lain- lain didefinisikan pada titik nodal di dalam tiga sel. Ketepatan CFD
dibentuk oleh sejumlah sel dalam grid. Secara umum semakin besar jumlah sel, ketelitian hasil pemecahan semakin baik. Mesh optimal tidak selalu
seragam, semakin halus pada bagian yang memiliki variasi cukup besar dan semakin kasar untuk bagian yang relatif tidak banyak perubahan Tuakia,
2008.
2. Pencarian Solusi
Setelah geometri masalah didefinisikan secara numerik melalui grid- grid, tahap selanjutnya adalah pencarian solusi. Pada tahap ini persamaan
atur yang diterapkan untuk memodelkan medan aliran didiskritisasi untuk masing-masing grid dan dicari solusinya. Persamaan atur yang digunakan
dalam CFD tergantung dari permasalahan yang akan dimodelkan Purabaya dan Asmara, 2003.
Proses pencarian solusi menggunakan metode finite volume, dimana metode ini dikembangkan dari finite difference khusus Tuakia, 2008.
Algoritma numerik metoda ini terdiri dari beberapa tahap, yaitu: - Aproksimasi variabel aliran yang tidak diketahui menggunakan
fungsi sederhana - Diskritisasi dengan mensubtitusi hasil aproksimasi ke dalam
persamaan aliran dan manipulasi matematis berikutnya - Penyelesaian persamaan aljabar.
3. Pasca-pemrosesan
33 Tahap terakhir dalam proses simulasi dengan menggunakan CFD
adalah pasca-pemrosesan. Pada tahap ini semua solusi dari parameter aliran yang telah diperoleh untuk setiap grid akan dibentuk visualisasi. Visualisasi
solusi ini bertujuan untuk mempermudah memahami solusi yang dihasilkan oleh sotfware CFD Purabaya dan Asmara, 2003.
H. Penelitian Terdahulu yang Terkait
