BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

dokumen-dokumen yang mirip
BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

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

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Permasalahan

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

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

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

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

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang dan Permasalahan

BAB I PENDAHULUAN. perpindahan energi yang mungkin terjadi antara material atau benda sebagai akibat

Metode elemen batas untuk menyelesaikan masalah perpindahan panas

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

SATUAN ACARA PERKULIAHAN

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

Dual Reciprocity Boundary Element Method untuk menyelesaikan Masalah Infiltrasi Air pada Saluran Irigasi Alur

BOUNDARY ELEMENT METHOD UNTUK MENYELESAIKAN MASALAH SYARAT BATAS PERSAMAAN LAPLACE DIMENSI DUA

Sidang Tugas Akhir - Juli 2013

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang Masalah

Penentuan Distribusi Suhu pada Permukaan Geometri Tak Tentu Menggunakan Metode Random Walk Balduyanus Yosep Godja a), Andi Ihwan a)*, Apriansyah b)

METODE ELEMEN BATAS UNTUK MASALAH TRANSPORT

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

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

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

Simulasi Perpindahan Panas pada Lapisan Tengah Pelat Menggunakan Metode Elemen Hingga

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang Masalah

STUDI PERPINDAHAN PANAS DENGAN MENGGUNAKAN SISTEM KOORDINAT SEGITIGA

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

I. PENDAHULUAN. dan kotoran manusia atau kotoran binatang. Semua polutan tersebut masuk. ke dalam sungai dan langsung tercampur dengan air sungai.

BAB 1 PENDAHULUAN. khususnya matematika rekayasa, yang menggunakan bilangan untuk menirukan proses

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

Metode Elemen Batas (MEB) untuk Model Konduksi-Konveksi dalam Media Anisotropik

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

Lebih khusus, dalam skripsi ini persamaan differensial tundaan yang dipelajari mempunyai bentuk umum sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang Masalah

BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang

BAB II KAJIAN TEORI. pada penulisan bab III. Materi yang diuraikan berisi tentang definisi, teorema, dan

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang Masalah

Simulasi Konduktivitas Panas pada Balok dengan Metode Beda Hingga The Simulation of Thermal Conductivity on Shaped Beam with Finite Difference Method

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

SOLUSI NUMERIK PERSAMAAN LAPLACE DAN HELMHOLTZ DENGAN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN BATAS

METODE ELEMEN HINGGA DAN PENERAPANNYA DALAM TEKNIK KIMIA: ARTIKEL REVIEW. Ummi Habibah *) Abstrak

BAB II KAJIAN TEORI. syarat batas, deret fourier, metode separasi variabel, deret taylor dan metode beda

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

Solusi Persamaan Helmholtz untuk Material Komposit

PEMODELAN DAN SIMULASI NUMERIK SEBARAN AIR PANAS SPRAY POND MENGGUNAKAN METODE VOLUME HINGGA

Perbandingan Skema Numerik Metode Finite Difference dan Spectral

BAB I PENDAHULUAN. masalah dan menafsirkan solusi dari permasalahan yang ada. Tanpa

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

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

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

PENERAPAN METODE ELEMEN HINGGA UNTUK SOLUSI PERSAMAAN STURM-LIOUVILLE

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

Distribusi Medan Akustik dalam Domain Interior dengan Metode Elemen Batas (Boundary Element Method)

Identifikasi Parameter Akustik Permukaan Sumber dengan Metode Elemen Batas

APLIKASI FUNGSI GREEN MENGGUNAKAN ALGORITMA MONTE CARLO DALAM PERSAMAAN DIFERENSIAL SEMILINEAR

ANALISIS DISTRIBUSI SUHU PADA PELAT DUA DIMENSI DENGAN MENGGUNAKAN METODA BEDA HINGGA

SOLUSI PERSAMAAN LAPLACE MENGGUNAKAN METODE CRANK-NICHOLSON SKRIPSI

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

METODE BEDA HINGGA dan PENGANTAR PEMROGRAMAN

BAB-4. METODE PENELITIAN

1.1 Latar Belakang dan Identifikasi Masalah

Matematika Teknik I. Prasyarat : Kalkulus I, Kalkulus II, Aljabar Vektor & Kompleks

Teorema Divergensi, Teorema Stokes, dan Teorema Green

GARIS BESAR PROGRAM PEMBELAJARAN (GBPP)

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

BAB 1 PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

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

Metode Elemen Batas (MEB) untuk Model Konduksi Panas

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

Metode Beda Hingga untuk Penyelesaian Persamaan Diferensial Parsial

Solusi Problem Dirichlet pada Daerah Persegi dengan Metode Pemisahan Variabel

MASALAH SYARAT BATAS (MSB)

Persamaan Diferensial Parsial CNH3C3

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

SATUAN ACARA PERKULIAHAN

SOLUSI ANALITIK DAN SOLUSI NUMERIK KONDUKSI PANAS PADA ARAH RADIAL DARI PEMBANGKIT ENERGI BERBENTUK SILINDER

APLIKASI METODE BEDA HINGGA SKEMA EKSPLISIT PADA PERSAMAAN KONDUKSI PANAS

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

KATA PENGANTAR. FisikaKomputasi i -FST Undana

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

MATA KULIAH ANALISIS NUMERIK

BAB III PERSAMAAN DIFUSI, PERSAMAAN KONVEKSI DIFUSI, DAN METODE PEMISAHAN VARIABEL

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Permasalahan

PDP linear orde 2 Agus Yodi Gunawan

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

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

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

Aljabar Linier, Vektor, dan Eksplorasinya dengan Maple

Transkripsi:

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah Matematika merupakan suatu ilmu pengetahuan yang sering disebut sebagai induk dari ilmu-ilmu pengetahuan yang lain. Hal ini karena, matematika banyak diterapkan di berbagai disiplin ilmu, seperti : fisika, kimia, ekonomi dan lain-lain. Di antara berbagai disiplin ilmu tersebut, fisika dapat dikatakan mempunyai hubungan yang paling erat, karena hampir di semua permasalahannya dapat dimodelkan ke bentuk persamaan matematika, sehingga permasalahan-permasalahan fisika yang umumnya hanya tertulis secara teoritis akan menjadi lebih sederhana dan lebih mudah dicari penyelesaiannya. Saat ini, telah banyak permasalahan fisika yang telah dimodelkan ke bentuk persamaan matematika, di antaranya yaitu : perpindahan panas, gelombang, aliran listrik dan masih banyak lagi lainnya. Salah satu pemodelan yang diterapkan pada permasalahan perpindahan panas adalah persamaan Laplace. Ketika terjadi konduksi panas pada sebuah benda padat berdimensi dua, jika suhu telah mencapai kondisi stasioner, maka keadaan seperti itulah yang dapat dimodelkan ke persamaan Laplace. Bentuk umum persamaan Laplace dua dimensi adalah 2 f x 2 + 2 f y 2 = 0. Dapat dilihat dari persamaan tersebut, bahwa persamaan Laplace tidak bergantung pada besaran waktu, melainkan hanya pada besaran ruang dimensinya. Sama halnya dengan persamaan-persamaan diferensial parsial lainnya, permasalahan dalam bentuk persamaan Laplace biasanya diikuti oleh masalah syarat batas. Permasalahan dalam bentuk persamaan Laplace yang dilengkapi dengan masalah syarat batas memberikan tingkat kesulitan yang berbeda-beda dalam menentukan solusinya sesuai dengan syarat batas yang diberikan. Oleh karena itu, tidak 1

2 semua solusi dapat ditentukan secara analitik, sehingga para ilmuwan banyak melakukan penelitian dalam mengembangkan metode numerik untuk mendapatkan pendekatan solusi analitiknya. Beberapa metode numerik yang telah dikembangkan oleh para ilmuwan adalah metode elemen hingga (Finite Elements Method/ FEM), metode beda hingga (Finite Different Method/ FDM) dan metode elemen batas (Boundary Elements Method/ BEM). Berbeda dengan FEM dan FDM yang dapat diklasifikasikan ke dalam metode domain, BEM mengklasifikasi dirinya sebagai metode batas. Demikian karena dalam penerapannya, diskritisasi yang digunakan oleh BEM tidak pada domain melainkan pada batas domainnya. Dari segi popularitas, BEM berada di bawah FEM dan FDM, namun dari segi fleksibitas penggunaannya, BEM dapat dikatakan lebih unggul dibandingkan keduanya. Penghitungan dengan metode elemen batas tidak mudah dilakukan secara manual, karena untuk mendapatkan pendekatan solusi dengan nilai error yang kecil, membutuhkan waktu yang lama dan tingkat ketelitian yang tinggi. Oleh karena itu, para ilmuwan mengembangkan program-program komputer untuk membantu penghitungan dengan metode ini. Di antaranya, dalam buku karangan (Ang, 2007) menggunakan bahasa pemrograman FORTRAN 77 dalam menyelesaikan persamaan Laplace dengan BEM. Selain FORTRAN 77, terdapat bahasa pemrograman lain, yaitu MATLAB yang telah menjadi bahasa pemrograman yang semakin lazim digunakan oleh para ilmuwan matematika. Beberapa uraian yang telah disampaikan penulis inilah, yang melatar belakangi dalam penulisan skripsi mengenai metode elemen batas untuk menyelesaikan permasalahan panas, khususnya dengan bantuan bahasa pemrograman MATLAB. 1.2. Rumusan Masalah Permasalahan yang dapat dirumuskan oleh penulis dalam skripsi ini adalah sebagai berikut : 1. Menentukan solusi umum dari suatu fungsi yang memenuhi persamaan Laplace

3 dan dilengkapi dengan syarat batas, menggunakan metode eleman batas. 2. Mengimplementasikan langkah-langkah penyelesaian persamaan Laplace dengan metode elemen batas ke dalam syntax program MATLAB. 3. Mendeskripsikan masalah perpindahan panas ke dalam bentuk persamaan Laplace. 4. Menentukan distribusi suhu dari permasalahan konduksi panas dengan menggunakan metode elemen batas disertai perbandingan solusinya jika menggunakan metode lain. 1.3. Batasan Masalah Permasalahan yang dibahas pada skripsi ini dibatasi pada implementasi metode elemen batas untuk menentukan solusi persamaan Laplace dengan syarat batas diketahui. Sehingga dalam penerapannya di masalah fisika, penulis mengimplementasikan metode elemen batas untuk menentukan distribusi suhu benda berdimensi dua yang berada pada keadaan stasioner. 1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian Tujuan dari penulisan skripsi ini untuk memenuhi syarat kelulusan program Strata-1 (S1) program studi matematika Universitas Gadjah Mada. Selain itu, penulis juga bermaksud untuk memberikan tambahan wawasan kepada pembaca mengenai metode elemen batas yang menjadi salah satu alternatif penyelesaian permasalahan dengan persamaan Laplace. Lebih lanjut, penulis juga memberikan contoh kepada pembaca terkait impelementasi dari metode elemen batas dalam menyelesaikan permasalahan di bidang fisika, khususnya pada permasalahan panas. 1.5. Tinjauan Pustaka Metode Elemen Batas yang menjadi pembahasan utama dalam skripsi ini, mengacu pada buku karangan (Ang, 2007). Pada buku karangan tersebut, diberikan juga penjelasan mengenai persamaan Laplace secara umum. Untuk implementasi

4 dari metode elemen batas, yang dikhususkan pada masalah perpindahan panas, penulis menggabungkan beberapa teori mengenai panas dari buku-buku karangan (Haberman, 2003), (Jiji, 2009), (Aryati, 2011) dan (Soedojo, 2000). Selanjutnya, di dalam pembahasan juga diberikan contoh-contoh permasalahan perpindahan panas dengan solusi numerik yang diperoleh dari metode elemen batas. Sebagai pembanding dari solusi tersebut, penulis mencantumkan juga solusi analitik yang diperoleh dari metode separasi variabel serta solusi numerik yang diperoleh dari metode elemen hingga dan metode beda hingga yang telah dijelaskan pada skripsi (Rodhiyah, 2014). Dalam menentukan penyelesaian persamaan Laplace dengan metode elemen batas diperlukan juga beberapa dasar teori. Untuk penjelasan mengenai turunan parsial dan deret Taylor, penulis mengacu pada buku karangan (Taylor, 1983). Sedangkan penjelasan secara ringkas terkait vektor yang digunakan dalam pembahasan, bersumber dari buku karangan (Larson dan Falvo, 2009). Selain yang telah disebutkan, di dalam dasar teori juga diberikan beberapa definisi dan teorema yang berkaitan erat dengan BEM. Di antaranya yaitu, teorema Green, Teorema Gauss- Green, teorema divergensi Gauss dan fungsi Dirac Delta. Keseluruhan teorema dan definisi tersebut mengacu pada buku karangan (Katsikadelis, 2002). 1.6. Metode Penelitian Metode yang digunakan dalam pembuatan skripsi ini adalah dengan terlebih dahulu melakukan studi literatur mengenai beberapa materi berupa definisi dan teorema yang diperlukan dalam mengkaji metode elemen batas (BEM). Materi-materi yang telah dipelajari tersebut adalah turunan parsial, vektor, teorema Green, fungsi Dirac Delta, persamaan Laplace, metode separasi variabel dan deret Taylor dua variabel. Pembahasan diperoleh dengan mengkaji beberapa materi mengenai BEM yang terdapat pada buku karangan (Ang, 2007). Tahap ini diawali dengan menjelaskan relasi resiprokal antara solusi fundamental persamaan Laplace dengan fungsi

5 yang akan dicari solusi numeriknya menggunakan BEM. Setelah itu, dilanjutkan dengan menentukan solusi umum integral batas atas persamaan yang telah diperoleh dari relasi resiprokal sebelumnya. Solusi tersebut kemudian digunakan untuk menentukan nilai dari fungsi dan turunan parsial fungsi terhadap vektor normal pada setiap ruas garis (elemen) hasil diskritisasi batas domain. Selanjutnya, ditentukan nilai dari integral elemen batas yang kemudian digunakan untuk melengkapi langkah penyelesaian persamaan Laplace menggunakan BEM. Selain beberapa hal yang telah dijelaskan, diberikan juga contoh implementasi metode elemen batas pada beberapa masalah perpindahan panas, khususnya pada konduksi panas dimensi dua. Penyelesaian masalah-masalah ini menggunakan BEM dilakukan dengan bantuan program MATLAB. Selanjutnya, disajikan juga solusi analitik dari salah satu masalah sebagai pembanding nilai error antara dua metode elemen batas yang menggunakan jumlah diskritisasi berbeda. 1.7. Sistematika Penulisan Sistematika penulisan yang digunakan penulis dalam skripsi ini adalah sebagai berikut, BAB I : PENDAHULUAN Bab ini berisi tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, tinjauan pustaka, metode penelitian yang digunakan dalam penulisan skripsi ini, serta sistematika penulisan. BAB II : DASAR TEORI Bab ini berisi tentang uraian beberapa definisi dan teorema yang menjadi dasar pembahasan pada dua bab selanjutnya. BAB III : METODE ELEMEN BATAS Bab ini menjelaskan mengenai langkah-langkah dalam menentukan penyelesaian persamaan Laplace menggunakan metode elemen batas, serta gambaran secara ringkas mengenai pembuatan syntax metode elemen batas dengan MATLAB

6 BAB IV : MASALAH PERPINDAHAN PANAS DAN CONTOH PENYELESAIANNYA DENGAN METODE ELEMEN BATAS Pada bab ini, diuraikan mengenai pemodelan permasalahan panas ke dalam bentuk persamaan matematika, khususnya ke bentuk persamaan Laplace. Selanjutnya, diberikan juga dua contoh masalah konduksi panas dengan syarat batas Dirichlet dan Robin beserta penyelesaiannya menggunakan metode elemen batas. BAB V : KESIMPULAN Bab ini berisi kesimpulan dari seluruh pembahasan mengenai penyelesaian persamaan Laplace dengan metode elemen batas hingga implementasinya terhadap permasalahan konduksi panas. Pada bagian ini, juga disertakan saran yang dapat dipertimbangkan untuk penelitian selanjutnya.