EFEK DISKRITASI METODE GALERKIN SEMI DISKRET TERHADAP AKURASI DARI SOLUSI MODEL RAMBATAN PANAS TANPA SUKU KONVEKSI

dokumen-dokumen yang mirip
KAJIAN DISKRETISASI DENGAN METODE GALERKIN SEMI DISKRET TERHADAP EFISIENSI SOLUSI MODEL RAMBATAN PANAS TANPA SUKU KONVEKSI

Metode Beda Hingga untuk Penyelesaian Persamaan Diferensial Parsial

METODE NUMERIK SEMESTER 3 2 JAM / 2 SKS. Metode Numerik 1

Solusi Persamaan Laplace Menggunakan Metode Crank-Nicholson. (The Solution of Laplace Equation Using Crank-Nicholson Method)

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

BUKU RANCANGAN PENGAJARAN MATA AJAR METODE NUMERIK. oleh. Tim Dosen Mata Kuliah Metode Numerik

Simulasi Perpindahan Panas pada Lapisan Tengah Pelat Menggunakan Metode Elemen Hingga

JURNAL MATEMATIKA DAN KOMPUTER Vol. 4. No. 1, 23-32, April 2001, ISSN :

GARIS BESAR PROGRAM PEMBELAJARAN (GBPP) UNIVERSITAS DIPONEGORO

METODE FINITEDIFFERENCE INTERVAL UNTUK MENYELESAIKAN PERSAMAAN PANAS

METODE ELEMEN BATAS UNTUK MASALAH TRANSPORT

METODE PSEUDOSPEKTRAL CHEBYSHEV PADA APROKSIMASI TURUNAN FUNGSI

Sidang Tugas Akhir - Juli 2013

Penyelesaian Masalah Syarat Batas dalam Persamaan Diferensial Biasa Orde Dua dengan Menggunakan Algoritma Shooting Neural Networks

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang Masalah

SKEMA NUMERIK UNTUK MENYELESAIKAN PERSAMAAN BURGERS MENGGUNAKAN METODE CUBIC B-SPLINE QUASI-INTERPOLANT DAN MULTI-NODE HIGHER ORDER EXPANSIONS

PENYELESAIAN PERSAMAAN POISSON 2D DENGAN MENGGUNAKAN METODE GAUSS-SEIDEL DAN CONJUGATE GRADIENT

SOLUSI PENYEBARAN PANAS PADA BATANG KONDUKTOR MENGGUNAKAN METODE CRANK-NICHOLSON

Penyelesaian Persamaan Poisson 2D dengan Menggunakan Metode Gauss-Seidel dan Conjugate Gradient

PENGARUH PERUBAHAN NILAI PARAMETER TERHADAP NILAI ERROR PADA METODE RUNGE-KUTTA ORDE 3

METODE ITERASI BARU BERTIPE SECANT DENGAN KEKONVERGENAN SUPER-LINEAR. Rino Martino 1 ABSTRACT

MODUL PRAKTIKUM FISIKA KOMPUTASI. Disusun Oleh:

PENYELESAIAN MASALAH NILAI EIGEN UNTUK PERSAMAAN DIFERENSIAL STURM-LIOUVILLE DENGAN METODE NUMEROV

Menentukan Distribusi Temperatur dengan Menggunakan Metode Crank Nicholson

Solusi Numerik Persamaan Gelombang Dua Dimensi Menggunakan Metode Alternating Direction Implicit

NUMERIK. Mencari SOLUSI- Persamaan Differensial

BAB 1 PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

PENYELESAIAN PERSAMAAN PANAS BALIK (BACKWARD HEAT EQUATION) Oleh: RICHA AGUSTININGSIH

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang Masalah

METODE GAUSS-SEIDEL PREKONDISI DENGAN MENGGUNAKAN EKSPANSI NEUMANN ABSTRACT

PENERAPAN METODE ELEMEN HINGGA UNTUK SOLUSI PERSAMAAN STURM-LIOUVILLE

STUDI PERPINDAHAN PANAS DENGAN MENGGUNAKAN SISTEM KOORDINAT SEGITIGA

BAB I PENDAHULUAN. perkembangan bakteri, sedangkan dalam bidang teknik yaitu pemodelan

BAB 1 PENDAHULUAN. perumusan persamaan integral tidak memerlukan syarat awal dan syarat batas.

BAB-4. METODE PENELITIAN

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

SOLUSI POLINOMIAL TAYLOR PERSAMAAN DIFERENSIAL-BEDA LINEAR DENGAN KOEFISIEN VARIABEL ABSTRACT

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

METODE BERTIPE NEWTON UNTUK AKAR GANDA DENGAN KONVERGENSI KUBIK ABSTRACT

SKEMA NUMERIK UNTUK MENYELESAIKAN PERSAMAAN BURGERS MENGGUNAKAN METODE CUBIC B-SPLINE QUASI- INTERPOLANT DAN MULTI-NODE HIGHER ORDER EXPANSIONS

SOLUSI NUMERIK PERSAMAAN INTEGRAL VOLTERRA-FREDHOLM NONLINEAR MENGGUNAKAN FUNGSI BASIS BARU ABSTRACT

BAB I ARTI PENTING ANALISIS NUMERIK

Solusi Problem Dirichlet pada Daerah Persegi dengan Metode Pemisahan Variabel

PENYELESAIAN NUMERIK PERSAMAAN DIFERENSIAL FUZZY ORDE SATU MENGGUNAKAN METODE ADAMS BASHFORTH MOULTON ORDE TIGA

PENERAPAN METODE ADAMS-BASHFORTH-MOULTON ORDE EMPAT UNTUK MENENTUKAN SOLUSI PERSAMAAN DIFERENSIAL LINIER HOMOGEN ORDE TIGA KOEFISIEN KONSTAN

JAWABAN ANALITIK SEBAGAI VALIDASI JAWABAN NUMERIK PADA MATA KULIAH FISIKA KOMPUTASI ABSTRAK

1.1 Latar Belakang dan Identifikasi Masalah

BAB I PENDAHULUAN. pedoman untuk menyelesaikan permasalahan sehari-hari dan juga untuk

METODE BEDA HINGGA UNTUK PERSAMAAN DIFERENSIAL BIASA ORDE DUA LINEAR DENGAN SYARAT BATAS DIRICHLET GALUH MAHARANI

APLIKASI METODE BEDA HINGGA SKEMA EKSPLISIT PADA PERSAMAAN KONDUKSI PANAS

BAB II LANDASAN TEORI

BAB I PENDAHULUAN. Karena penyelesaian partikular tidak diketahui, maka diadakan subtitusi: = = +

KONSTRUKSI SEDERHANA METODE ITERASI BARU ORDE TIGA ABSTRACT

METODE ITERASI BEBAS TURUNAN BERDASARKAN KOMBINASI KOEFISIEN TAK TENTU DAN FORWARD DIFFERENCE UNTUK MENYELESAIKAN PERSAMAAN NONLINEAR ABSTRACT

METODE ORDE-TINGGI UNTUK MENENTUKAN AKAR DARI PERSAMAAN NONLINEAR ABSTRACT

BAB I PENDAHULUAN. Persamaan Diferensial Stokastik (PDS) telah memegang peranan yang

Prosiding Seminar Nasional Matematika, Universitas Jember, 19 November

PEMANFAATAN SOFTWARE MATLAB DALAM PEMBELAJARAN METODE NUMERIK POKOK BAHASAN SISTEM PERSAMAAN LINEAR SIMULTAN

MODIFIKASI METODE CAUCHY DENGAN ORDE KONVERGENSI EMPAT. Masnida Esra Elisabet ABSTRACT

Pemodelan Distribusi Suhu pada Tanur Carbolite STF 15/180/301 dengan Metode Elemen Hingga

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang dan Permasalahan

TINJAUAN PUSTAKA. diketahui) dengan dua atau lebih peubah bebas dinamakan persamaan. Persamaan diferensial parsial memegang peranan penting di dalam

KOMPUTASI NUMERIK GERAK PROYEKTIL DUA DIMENSI MEMPERHITUNGKAN GAYA HAMBATAN UDARA DENGAN METODE RUNGE-KUTTA4 DAN DIVISUALISASIKAN DI GUI MATLAB

METODE ITERASI KSOR UNTUK MENYELESAIKAN SISTEM PERSAMAAN LINEAR ABSTRACT

METODE MODIFIKASI NEWTON DENGAN ORDE KONVERGENSI Lely Jusnita 1

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang dan Permasalahan

Aplikasi Persamaan Bessel Orde Nol Pada Persamaan Panas Dua dimensi

TINJAUAN KASUS PERSAMAAN GELOMBANG DIMENSI SATU DENGAN BERBAGAI NILAI AWAL DAN SYARAT BATAS

METODE GENERALISASI SIMPSON-NEWTON UNTUK MENYELESAIKAN PERSAMAAN NONLINEAR DENGAN KONVERGENSI KUBIK. Resdianti Marny 1 ABSTRACT

METODE BEDA HINGGA PADA KESTABILAN PERSAMA- AN DIFUSI KOMPLEKS DIMENSI SATU

ANALISA NUMERIK DISTRIBUSI PANAS TAK TUNAK PADA HEATSINK MENGGUNAKAN METODA FINITE DIFFERENT

Oleh Dr. Fahrudin Nugroho Dr. Iman Santosa

PERBANDINGAN SOLUSI MODEL GERAK ROKET DENGAN METODE RUNGE-KUTTA DAN ADAM- BASHFORD

MODEL POLA LAJU ALIRAN FLUIDA DENGAN LUAS PENAMPANG YANG BERBEDA MENGGUNAKAN METODE BEDA HINGGA

Perbandingan Skema Numerik Metode Finite Difference dan Spectral

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

Konsep Dasar Perhitungan Numerik

APROKSIMASI DISTRIBUSI PANAS DENGAN MENGGUNAKAN METODE FORWARD-BACKWARD DIFFERENCE

Perbandingan Model Black Scholes dan Brennan Schwartz untuk Menentukan Harga American Option

Sagita Charolina Sihombing 1, Agus Dahlia Pendahuluan

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

PENYELESAIAN PERSAMAAN DIFERENSIAL TUNDA LINIER ORDE 1 DENGAN METODE KARAKTERISTIK

Estimasi Solusi Model Pertumbuhan Logistik dengan Metode Ensemble Kalman Filter

BAB III PEMBAHASAN. dengan menggunakan penyelesaian analitik dan penyelesaian numerikdengan. motode beda hingga. Berikut ini penjelasan lebih lanjut.

Solusi Penyelesaian Persamaan Laplace dengan Menggunakan Metode Random Walk Gapar 1), Yudha Arman 1), Apriansyah 2)

KONTROL OPTIMAL UNTUK DISTRIBUSI TEMPERATUR DENGAN PENDEKATAN BEDA HINGGA

SEBUAH VARIASI BARU METODE NEWTON BERDASARKAN TRAPESIUM KOMPOSIT ABSTRACT

PENDAHULUAN A. Latar Belakang 1. Metode Langsung Metode Langsung Eliminasi Gauss (EGAUSS) Metode Eliminasi Gauss Dekomposisi LU (DECOLU),

... Difference equation dapat diselesaikan menggunakan proses iterasi. Didefinisikan fungsi

BAB 4 PENYELESAIAN SISTEM PERSAMAAN LINEAR

PEMROGRAMAN DAN METODE NUMERIK Semester 2/ 2 sks/ MFF 1024

BAB 1 PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

BAB I PENDAHULUAN. digunakan untuk masalah-masalah dalam kehidupan sehari-hari, diantaranya

Pengkajian Metode Extended Runge Kutta dan Penerapannya pada Persamaan Diferensial Biasa

Komputasi Gerak Benda Jatuh Relativistik dengan Variasi Percepatan Gravitasi dan Gesekan Menggunakan Bahasa Reduce

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

Model Kerusakan Inventori dan Backlog Parsial

Transkripsi:

JURNAL MATEMATIKA DAN KOMPUTER EFEK DISKRITASI METODE GALERKIN SEMI DISKRET TERHADAP AKURASI DARI SOLUSI MODEL RAMBATAN PANAS TANPA SUKU KONVEKSI Kushartantya dan Awalina Kurniastuti Jurusan Matematika F.MIPA UNDIP Abstrak Penelitian ini bertujuan menyelidiki efek diskretisasi terhadap akurasi dari solusi model rambatan panas tanpa suku konveksi menggunakan diskretisasi perubah ruang metode Galerkin Semi Diskret. Dalam penelitian ini sebagai indicator akurasi diambil nilai error (error maksimum). Untuk menentukan akurasi tersebut sebagai pembanding digunakan diskretisasi perubah ruang metode Beda Hingga. Permasalahan yang akan diteliti disini adalah bagaimana mentransformasikan model rambatan panas tanpa suku konveksi kebentuk sistem persamaan diferensial ordiner dengan melakukan diskretisasi pada perubah ruang dengan menggunakan metode Galerkin Semi Diskret. Selanjutnya system persamaan diferensial ordiner yang diperoleh dari diskretisasi tersebut diintegrasikan dengan menggunakan metode Runge Kutta Implisit Diagonal (RKID). Error diperoleh dari selisih solusi persamaan diferensial ordiner dengan solusi sebenarnya yang dihitung pada titik yang sesuai. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa solusi model rambatan panas tanpa suku konveksi yang diperoleh berdasarkan diskretisasi, perubah ruang menggunakan metode Galerkin Semi Diskret relatif lebih akurat dibandingkan dengan solusi yang diperoleh dengan diskretisasi perubah ruang menggunakan metode Beda Hingga. Kata Kunci : Diskretisasi, Metode Galerkin Semi Diskret, model rambatan panas, error, akurasi. 1. PENDAHULUAN Model rambatan panas secara matematis dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan diferensial parsial. Model tersebut sering digunakan dalam berbagai disiplin ilmu, misalnya fisika, kimia, biologi dan lain sebagainya. 160

Efek Diskritisasi Metode (Kushartantya dan Awalina Kurniastuti) Penyelesaian model rambatan panas dapat dilakukan dengan secara analitik maupun secara numerik dengan bantuan komputer. Penyelesaian secara analitik sering lebih sulit disbanding penyelesaian secara numeric, oleh karena itu penyelesaian model rambatan panas ini dilakukan secara numeric Secara numeric, salah satu metode untuk menyelesaikan model rambatan panas tanpa suku konveksi yang ingin digunakan dalam kajian ini adalah dengan diskretisasi perubah ruang yang dilajutkan dengan integrasi terhadap waktu. Salah satu metode diskretisasi perubah ruang yang digunakan dalam kajian ini adalah metode Galerkin Semi diskret (Mitchell A. R,1985), sedangkan untuk integrasi hasil diskretisasi digunakan metode Runge Kutta Implisit Diagonal (disingkat dengan RKID), komputasi dilakukan dengan perubahan ukuran langkah (stepsize). Ukuran langkah adalah panjang langkah yang digunakan oleh suatu program untuk melakukan suatu komputasi. Permaslahan yang akan diteliti disini adalah bagaimana mentransformasikan model rambatan panas dalam bentuk persamaan parabolic ke bentuk system persamaan diferensial ordiner dengan melakukan diskretisasi perubah ruang dengan metode Galerkin Semi Diskret. Selanjutnya dilakukan integrasi system persamaan diferensial ordiner yang diperoleh dari diskretisasi model rambatan panas tanpa suku konveksi menggunakan metode RKID dengan perubahan ukuran langkah. Untuk mendapatkan error dapat diperoleh dengan melakukan pengurangan solusi system persamaan diferensial ordiner dengan solusi sebenarnya yang diambil pada titik yang sesuai. Tujuan penelitian adalah menyelidiki akurasi dari solusi model rambatan panas tanpa suku konveksi yang diperoleh berdasarkan diskretisasi perubah ruang metode Galerkin Semi Diskret. 2. LANDASAN TEORI 2.1 Metode Galerkin Semi Diskret Metode Galerkin Semi Diskret adalah suatu metode diskretisasi perubah ruang dari suatu persamaan diferensial parsial, disini persamaan parabolik. Dengan 161

JURNAL MATEMATIKA DAN KOMPUTER metode Galerkin Semi Diskret, persamaan parabolic dapat ditransformasikan ke system persamaan diferensial ordiner. Dalam penelitian ini dikaji salah satu model rambatan panas tanpa suku konveksi yang disajikan dalam bentuk persamaan parabolic. Berikut akan dibahas mengenai diskretisasi model rambatan panas tanpa suku konveksi dengan menggunakan metode Galerkin Semi Diskret. Pandang model rambatan panas tanpa suku konveksi dalam bentuk : u 2 u --- = ----.(1) t x 2 dengan syarat batas, Dirichlet (Farlow,1982), Persamaan (1) terdefinisi pada interval [0,1]. Jika h adalah langkah ruang yang membagi interval [0,1] menjadi (n+1)/2 sub-interval bagian yang sama dengan h = 2/(n+1), dan jika setiap sub-interval dibagi 2 dan titik ini diberi indeks tengahan maka dalam interval [0,1] terdapat n titik interior. ½ 1 3/2 2 2 ½ n/2 indeks Gambar 1 : n titik interior dalam interval [0,1] dengan indeks tengahan dan indeks bilangan bulat. Jika U(x,t) adalah pendekatan Galerkin untuk u(x,t), u(x,t) adalah solusi sebenarnya dari model rambatan panas maka U(x,t) dapat ditulis sebagai : n+1 U(x,t) = U i (t) Q i (x).. (2) i=0 Dengan Q i (x) merupakan fungsi basis dalam bentuk kuadratik (Mitchell A.R, 1985) Dari persamaan (1) dan (2) diperoleh : n+1 n+1 U t (Q i,q,i ) = U t ( Q i Q j )..(3) i=0 i=0 162

Efek Diskritisasi Metode (Kushartantya dan Awalina Kurniastuti) dengan (Q i,q,i ) adalah inner product dari Q i dan Q j Q`j adalah turunan Q j terhadap perubah x U t adalah turunan dari U terhadap perubah t Jika M dan S adalah matriks yang elemen ke ij nya masing-masing adalah (Q i,q,i ) dan (Q`i,Q`,i ) maka persamaan (3) dapat dinyatakan sebagai M U = S U + b.(4) dengan U =[ U 1,U 2,U 3,..U n ] T b adalah vector yang memuat syarat batas Jika diberikan 3 fungsi basis kuadratik yaitu Q 1 = X(X-1)/2, Q 2 =-X 2 + 1, Q 3 =X(X+1)/2 Maka diperoleh : 16 2 0 0 0 2 8 2-1 0 0 0 2 16 2 0 0 0-1 2 8 16 2-1 M = h / 30 0 0 2 16 2 0 0 0-1 2 8 2 0 0 2 16-16 8 0 0 8-14 8-1 0 0 0 8-16 8 0 0 S = 1 / 3 h 0-1 8-14 8-1 0 0 0 0 0 0 8-16 2.2 Metode Runge Kutta Implisit Diagonal Persamaan (4) yang merupakan system persamaan diferensial ordiner dapat diselesaikan dengan RKID yang memiliki notasi Butcher berikut : 163

JURNAL MATEMATIKA DAN KOMPUTER ½ ½ 1 0 1 ½ 3/2-3/2 ½ 0-3 2 0 Dengan perhitungan : i k i = f(t + c i h,u + h a ij k j ) j = 1 Untuk mencari solusi 4 U n+1 = U n + h b i k j ) i = 1 1/6 1/3 1/6 1/3 U n+1 adalah solusi pada t ke m+1 (Conte SD, 1980) Untuk menyelesaikan persamaan (4) dapat digunakan algoritma berikut : 1. Inisialisasi 2. Panggil RKID 4 tahap untuk mendapatkan solusi dengan langkah h, namakan U 1 3. Panggil RKID 4 tahap untuk mendapatkan solusi dengan langkah h/2, namakan U 2 4. Jika U 1 - U 2 > tol Jika h > 2 * h min maka h baru = h lama /2 Kembali ke langkah 2 dengan hbaru sampai t tertentu tercapai Jika h < 2 * h min maka program dihentikan 5. Jika U 1 - U 2 > tolmin Jika 2 *h < h min maka h baru = h lama * 2 Kembali ke langkah 2 dengan h baru sampai t tertentu tercapai 6. Jika tolmin < U 1 - U 2 < tol, maka kembali ke langkah 2 dengan h baru = h lama sampai t tertentu tercapai 7. Stop jika t akhir tercapai. 164

Efek Diskritisasi Metode (Kushartantya dan Awalina Kurniastuti) Algoritma tersebut di atas diimplementasikan menggunakan perangkat lunak Matlab dan perangkat keras Pentium 166 MMX 3. HASIL PENGUKURAN DAN PEMBAHASAN Dalam penelitian ini dikaji akurasi dari solusi model rambatan panas tanpa suku konveksi, dengan melakukan integrasi system persamaan diferensial ordiner yang diperoleh dari diskretisasi perubah ruang metode Galerkin Semi Diskret terhadap model rambatan panas tanpa suku konveksi, dengan syarat awal U(x,0) = exp(x/ 6) dan syarat batas Dirichlet, yaitu : Nilai error diperoleh dari selisih solusi rambatan panas yang didiskretisasi berdasar Metode Galerkin Semi Diskret dengan solusi sebenarnya dari model rambatan panas. Pengukuran dilakukan dengan mengambil banyak diskretisasi yaitu n = 39 dengan toleransi 10 4. Pengamatan dilakukan pada t = 1, 2, 3,..,7. Hasil pengukuran dapat ditunjukkan pada tabel 1 berikut : t satuan Nilai error Galerkin Beda Hingga 1 0,32620e -6 0,30000e -6 2 0,7660 e -7 0,3180 e -6 3 0,9050 e -7 0,3750 e -6 4 0,1069 e -6 0,4430 e -6 5 0,1263 e -6 0,5240 e -6 6 0,1492 e -6 0,6190 e -6 7 0,1763 e -6 0,7310 e -6 Hasil pengukuran pada tabel 1 dapat ditunjukkan bahwa : error disetiap t dari solusi model rambnatan panas yang diakibatkan oleh distkretisasi perubah ruang metode Galerkin Semi Diskret lebih kecil dibandingkan dengan error disetiap t dari solusi model rambatan panas tanpa suku konveksi yang diakibatkan oleh 165

nilai error (dalam satuan e 10) JURNAL MATEMATIKA DAN KOMPUTER perubah ruang metode Beda Hingga. Untuk lebih menjelaskan hal tersebut dapat disajikan gambar berikut : Grafik nilai error solusi model rambatan panas tanpa suku konveksi 8000 6000 4000 2000 0 1 2 3 4 5 6 7 nilai t -------> Galerkin Beda Hingga Gambar 1: Grafik Nilai Error Solusi Model Rambatan Panas 4. KESIMPULAN Dari hasil pengukuran dan pembahasan dapat disimpulkan bahwa solusi model rambatan panas tanpa suku konveksi yang diperoleh berdasarkan diskretisasi perubah ruang menggunakan metode Galerkin Semi Diskret relatif akurat jika dibandingkan dengan solusi model rambatan panas tanpa suku konveksi yang diperoleh dengan diskretisasi perubah ruang menggunakan metode Beda Hingga. Hal tersebut dapat ditunjukkan berdasarkan nilai error disetiap t baik pada tabel 1 maupun pada gambar 1. DAFTAR PUSTAKA 1. Conte S. D, Carl D B, Elementary Numerical Analysis, Third edition, Mc Graw-Hill, 1980. 2. Farlow S J, Partial Differential Equations, John Wiley & Son, New York, 1982. 3. Mitchell A. R, Griffiths DF, The Finite Difference Methods in Partial Differential Equation, John Willey and Son, New York, 1985. 166