Aplikasi Metode Meshless Local Petrov- Galerkin (MLPG) Pada Permasalahan Sedimentasi Model Sungai Shazy Shabayek BY SOFWAN HADI

Transkripsi

1 Aplikasi Metode Meshless Local Petrov- Galerkin (MLPG) Pada Permasalahan Sedimentasi Model Sungai Shazy Shabayek BY SOFWAN HADI

2 Latar Belakang Sungai merupakan tempat untuk mengalirkan air menuju ke laut Ada beberapa hal terjadi, apabila aliran sungai terhambat Sampah Banjir Irigasi tidak lancar Sedimentasi

3 Rumusan Masalah Bagaimana menyelesaikan model sedimentasi pada sungai Shazy Shabayek dengan metode Meshless Local Petrov Galerkin (MLPG). Bagaimana pola distribusi sedimentasi yang terjadi pada sungai model Shazy Shabayek.

4 Tujuan Menyelesaikan model sedimentasi pada sungai Shazy Shabayek dengan metode Meshless Local Petrov Galerkin (MLPG). Mengetahui pola distribusi sedimentasi yang terjadi pada sungai model Shazy Shabayek

5 Batasan Masalah Model sedimentasi yang dibangun adalah dua dimensi. Model sedimentasi yang diteliti hanya pada sungai utama (mainstream). Simulasi menggunakan program Matlab

6 Asumsi Aliran sungai yang arah aliran sungainya searah dengan panjang sungai. Sudut pertemuan antara sungai utama (mainstream) dengan anak sungai (lateral stream) adalah 150 sampai dengan 600 diukur dari sudut yang dibentuk oleh dinding sungai utama sebelum percabangan dengan anak sungai. Dinding sungai berkarakteristik halus Pengangkutan sedimen sungai terjadi secara bed-load. Butiran sedimen seragam, dalam arti bentuknya sama dalam bentuk butir-butir kecil pasir Pengaruh angin pada permukaan air dianggap kecil, sehingga diasumsikan tidak mempengaruhi aliran. Pengaruh angin sangat kecil sehingga friksi dipermukaan diasumsikan nol.

7 Metodologi Penelitian 1. Studi pustaka yang berkenaan dengan model sungai Shazy Shabayek dan MLPG 2. Mengkaji model sedimentasi pada sungai dengan tipe Shazy Shabayek. 3. Membangun model sedimentasi dengan Metode Volume Hingga. 4. Mengimplementasikan metode MLPG. 5. Verifikasi dan simulasi 6. Kesimpulan dan saran dari hasil simulasi.

8 Transportasi Sedimen bedload Transport sedimen Wash load Suspended load

9 Sungai Tipe Shazy Shabayek

10 Hukum Kekekalan Massa Hukum kekelan massa mengatakan Massa tidak dapat diciptakan atau di hancurkan (Apsley (2007)) Apsley dalam bukunya (Apsley (2007)) menyatakan hukum kekalan massa seperti persamaan berikut ini :

11 Hukum Kekekalan Momentum Hukum kekekalan momentum (Apsley (2007)) dinyatakan sebagai berikut Ilustrasi diatas mengatakan kalau gaya yang terjadi pada flux diakibatkan oleh gaya yang berasal dari luar flux, dan juga gaya yang berasal dari dalam flux.

12 Metode MLPG Metode MLPG yang digunakan menggunakan MLS skema untuk pendekatannya, karena pada Atluri (2002), Ma (2008), dan Dehgan (2008) menyatakan pendekatan dengan skema MLS lebih baik pada saat menyelesaikan MLPG Local weak yaitu mengintegralkan persamaan terhadap volum kendali, dan mengalikannya dengan fungsi test. Local weak digunakan untuk tahapan pendiskritannya Penyusunan algoritma komputasi disusun setelah diskritisasi terjadi.

13 Alur Skema MLS

14 Langkah MLS dengan memisalkan U seperti berikut Dengan pemisalan tersebut, akan didekati nilai U dengan nilai fungsi bayangan dari sistem tersebut. Adapun fungsi bayangan yang di maksud seperti bentuk berikut ini:

15 Syarat Batas Sungai Ilustrasi syarat batas bisa dilihat pada gambar berikut:

16 Model Pada Sungai Utama Dengan memperhatikan hukum kekelan massa pada sungai, didapatkan persamaan massa dan kekekalan momentum sungai didapatkan model pembangkit pada sungai utama sebagai berikut:

17 Model Sungai pada Percabangan Sungai Dengan mememperhatikan kekekalan massa dan kekontinuan momentum dan gaya yang terjadi pada aliran sungai, didapatkan bentuk persamaan sungai sebagai berikut:

18 Massa Sedimentasi Yang (1998) menyatakan model sedimentasi menjadi bentuk berikut ini : Dengan z ketinggian sedimentasi, dan q kecepatan sedimentasi

19 Langkah-langkah dalam menyelesaika MLPG Membentuk model dalam bentuk Local Weak Mendiskritkan dengan pendekatan MLS Menyimulasi dan Analisis

20 Pembentukan Local Weak Model di ubah dalam bentuk berikut untuk mempermudah pemahaman dan perhitungan: Sungai Utama Percabangan Sungai

21 Diintegralkan terhadap volum kendali dan mengalikannya dengan fungsi heavy side, sehingga didapatkan bentuk sebagai berikut: Diperoleh nilai setelah pengintegralan

22 Pendekatan MLS Memisalkan U terlebih dahulu Mensubstitusikan ke dala, persamaan. Sehingga diperoleh persamaan berikut:

23 Membentuk persamaan dalam bentuk berikut: Dengan nilai K, C dan f sebagai berikut ini:

24 Melakukan iterasi Dengan menggunakan torema Taylor didapatkan : Didapatkan untuk memperoleh nilai u sebagai berikut:

25 Penyusunan Algoritma Program 1. Mendefinisikan daerah asal dan kondisi batas 2. Mendefinisikan sejumlah titik didalam daerah asal dan kondisi batas, kemudian menentukan titik koordinatnya. 3. Menetapkan bagaian dari daerah asal dan daerah batas, didalam domain untuk setiap titik telah dibuat pada no 2. dengan titik tersebut sebagai pusatnya. 4. Menetapkan titik-titik percobaan yang berisi titik-titik disekitar titik pusat 5. Menginisialkan kondisi awal 6. Mengulang proses berikut pada daerah asal a. Menetukan berat dari titik fungsi test b. Menentukan fungsi bayangan. c. Dari hasil (b.) didapatkan nilai K, C, f 7. Menyusun hasil dari item (6) dalam matrik KCF 8. Mengulang langkah berikut a. Menentukan nilai delta t b. Menghitung nilai U 9. Ploting

26 Simulasi dan Pembahasan Laju Kedalaman tidak dipengaruhi oleh sudut yang dibangun oleh Sungai utama Karena nilai dari perubahan tiap titik relatif kecil.

27 Sudut yang dibentuk sungai utama dan percabangan mempengaruhi perubahan tingkat kecepatan. Dengan secara berturut-turut dari sudut 15 0, 30 0, 60 0, dan 90 0 Sebagai berikut: 1.05, 1.0, 0.8, dan 0.5 artinya, semakin besar sudut percabangan pengaruh terhadap kecepatan semakin kecil

28 Tingkat Sedimentasi tidak terlalu berpengaruh terhadap perubahan sudut yang terjadi dalam sungai percabangan. Hal itu diketahui dari kesamaan tingkat sedimentasi dengan inputan yang sama memiliki nilai yang sama pada laju perubahan

29 Perubahan Kecepatan tidak berpengaruh terhadap Sedimentasi dan kedalaman awal sungai Shazhy Shabayek

30 Tingkat sedimentasi awal tidak terlalu signifikan mempengaruhi tingkat Sedimentasi pada sungai hal itu diketahui dari kecepatan, Sedimentasi, dan Kedalaman sungai tersebut

31 Kesimpulan Langkah-langkah dalam menyelesaiakan MLPG dilaksanakan sebagai berikut: 1. Mendefinisikan nilai dari U 2. Melakukan pengintegralan secara local weak 3. Mendiskrikan local weak 4. Menyusun algoritma perhitungan. 5. Simulasi dan Analisa Dari penelitian ini didapatkan perubahan sudut sungai mempunyai pengaruh kecil terhadap kecepatan aliran, dan tidak terlalu berpengaruh terhadap kedalaman dan tingkat sedimentasi sungai. Hal itu bisa dilihat dari nilai perubahan sudut dan ketinggian akhir yang relatif kecil bahkan hampir sama antara tiap sungai utama dengan sudut yang berbeda-beda.

32 Kedalaman dari sungai berpengaruh kecil terhadap sedimentasi dari sungai, akan tetapi kedalaman sungai bisa berpengaruh jika sudut dari pertemuan dia sungai yang semakin besar. Ketinggian awal sungai mempunyai tidak berpengaruh terhadap ketinggian sedimentasi

33 Dafar Pustaka Apsley, David. (2007), Computational Fluid Dynamic, New York: Spring Atlury dan Shen. (2002), The Meshless Local Petrov-Galerkin (MLPG) Method for Solving Incompressible Navier-Stokes Equation, CMES: vol.2.no.2, pp Carreira, X.M. (2006), A twostep TaylorGalerkin algorithm applied to Lagrangian dynamics, UNIVERSITY OF WALES SWANSEA: Thesis. Dehghan, Mehdi dan Davoud Mirzaei. (2008), Meshless Local PetrovGalerkin (MLPG) method for the unsteady magnetohydrodynamic (MHD) flow through pipe with arbitrary wall conductivity, ScienceDirect: Applied Numerical Mathematics 59 (2009) Ma, Q.W. (2008), Meshless local PetrovGalerkin method for two-dimensional nonlinear water wave problems, ScienceDirect: Journal of Computational Physics 205 (2005) Saidin, Miftahus. (2010), Profil Sedimentasi sungai model Shazy Shabayek, Surabaya: Tugas Akhir ITS Shabayek, Shazy, Peter Stefflerm dan Faye Hicks. (2002), Dynamic Model for subcritical Combining Flows in Channel Junctions, DOI: /(ASCE) (2002)128:9(821). Widodo, Basuki. (2008), Penerapan Metode MLPG pada Sedimentasi di Dua Sungai, Surabaya: FMIPA Matematika ITS. Wu, Weiming. (2008),Computational River Dynamics, London: Taylor and Francis Group. Yang, C.T, Timothy J Randle, dan Shiang-Kueen Hsu. (1998), Surface erosion, sediment transport, and reservoir sedimentation., Proceedings of a symposium, IAHS Publ. no