SIMULASI NUMERIK PERPINDAHAN PANAS PADA CEROBONG SEGIEMPAT DENGAN METODE ELEMEN HINGGA DAN BEDA HINGGA

dokumen-dokumen yang mirip
Simulasi Perpindahan Panas pada Lapisan Tengah Pelat Menggunakan Metode Elemen Hingga

SKRIPSI. Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik. Oleh : JOKO SUPRIYANTO NIM. I

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

SIMULASI NUMERIK PERPINDAHAN PANAS PADA PINTU FURNACELAPIS BANYAK MATERIAL DENGAN METODE BEDA HINGGA

TUGAS AKHIR SIMULASI NUMERIK PERPINDAHAN PANAS KONDUKSI DUA DIMENSI PADA LAS TITIK DENGAN METODE BEDA HINGGA

NASKAH PUBLIKASI ANALISA PERPINDAHAN PANAS TERHADAP RECTANGULAR DUCT DENGAN TEBAL m MENGGUNAKAN ANSYS 12 SP1 DAN PERHITUNGAN METODE NUMERIK

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

APLIKASI METODE CELLULAR AUTOMATA UNTUK MENENTUKAN DISTRIBUSI TEMPERATUR KONDISI TUNAK

SIMULASI NUMERIK PERPINDAHAN PANAS ALIRAN UDARA VENTILASI 2 DIMENSI DENGAN METODE BEDA HINGGA

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Solusi Numerik Persamaan Gelombang Dua Dimensi Menggunakan Metode Alternating Direction Implicit

SIMULASI NUMERIK PERPINDAHAN PANAS PADA DINDING TUNGKU PEMBAKARAN LAPIS BANYAK BERONGGA UDARA DENGAN METODE BEDA HINGGA

SIMULASI PERPINDAHAN PANAS GEOMETRI FIN DATAR PADA HEAT EXCHANGER DENGAN ANSYS FLUENT

ANALISA DISTRIBUSI PANAS PADA ALAT PENGERING RUMPUT LAUT (STUDI KASUS PADA ALAT PENGERING RUMPUT LAUT DI SITUBONDO)

Konduksi Mantap 2-D. Shinta Rosalia Dewi

Menentukan Distribusi Temperatur dengan Menggunakan Metode Crank Nicholson

ANALISIS DAN SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR RUANGAN BERDASARKAN BENTUK ATAP MENGGUNAKAN FINITE DIFFERENCE METHOD BERBASIS PYTHON

KONTROL OPTIMAL UNTUK DISTRIBUSI TEMPERATUR DENGAN PENDEKATAN BEDA HINGGA

SIMULASI ALIRAN PANAS PADA SILINDER YANG BERGERAK. Rico D.P. Siahaan, Santo, Vito A. Putra, M. F. Yusuf, Irwan A Dharmawan

Studi Analitik dan Numerik Perpindahan Panas pada Fin Trapesium (Studi Kasus pada Finned Tube Heat Exchanger)

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

Pengaruh Karakteristik Logam Dalam Elemen Pemanas Terhadap Waktu Pengeringan Kayu

KONTROL OPTIMAL UNTUK DISTRIBUSI TEMPERATUR DENGAN PENDEKATAN BEDA HINGGA

BAB V KESIMPULAN. parafin dengan serbuk logam sebagai heat storage materials penulis dapat

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

ANALISA ALIRAN FLUIDA DAN DISTRIBUSI TEMPERATUR DI SEKITAR SUMBER PANAS DI DALAM SEBUAH CAVITY DENGAN METODE BEDA HINGGA

ANALISIS PERPINDAHAN PANAS PADA PENDINGIN CPU DENGAN MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

PENGARUH MODIFIKASI BOUNDARY CONDITION PADA STAMP-TYPE SENSOR TERHADAP DISTRIBUSI TEMPERATUR SKRIPSI

VERIFIKASI ULANG ALAT PENUKAR KALOR KAPASITAS 1 kw DENGAN PROGRAM SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER DESIGN

Sidang Tugas Akhir - Juli 2013

BAB II KONSEP DASAR PERMODELAN RESERVOIR PANAS BUMI. Sistem hidrotermal magma terdiri dari dua bagian utama yaitu ruang magma dan

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

Pengaruh ketebalan terhadap akurasi persamaan Rosenthal untuk model analitik distribusi suhu proses pengelasan Djarot B. Darmadi

1.1 Latar Belakang dan Identifikasi Masalah

STUDI PERPINDAHAN PANAS DENGAN MENGGUNAKAN SISTEM KOORDINAT SEGITIGA

BAB II LANDASAN TEORI

KAJI EKSPERIMENTAL ALAT UJI KONDUKTIVITAS TERMAL BAHAN

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

Pengaruh Karakteristik Logam Dalam Elemen Pemanas Terhadap Waktu Pengeringan Kayu

ANALISIS PERPINDAHAN KALOR YANG TERJADI PADA RECTANGULAR DUCT DENGAN ANSYS 11 SP1 DAN PERHITUNGAN METODE NUMERIK

Gambar 2.1.(a) Geometri elektroda commit to Gambar user 2.1.(b) Model Elemen Hingga ( Sumber : Yeung dan Thornton, 1999 )

Rekayasa Komputasional Sistem Pendingin Kluster Komputer

APROKSIMASI DISTRIBUSI PANAS DENGAN MENGGUNAKAN METODE FORWARD-BACKWARD DIFFERENCE

ANALISIS KINERJA COOLANT PADA RADIATOR

JURNAL TEKNIK ITS Vol. 5, No. 1, (2016) ISSN: ( Print) B13

PENYELESAIAN MODEL DISTRIBUSI SUHU BUMI DI SEKITAR SUMUR PANAS BUMI DENGAN METODE KOEFISIEN TAK TENTU. Jl. Prof. H. Soedarto, S.H.

METODE ELEMEN BATAS UNTUK MASALAH TRANSPORT

Muchammad 1) Abstrak. Kata kunci: Pressure drop, heat sink, impingement air cooled, saluran rectangular, flow rate.

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

PERPINDAHAN PANAS DAN MASSA

SATUAN ACARA PENGAJARAN

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

DINAMIKA PROSES PENGUKURAN TEMPERATUR (Siti Diyar Kholisoh)

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

STABILITAS PERHITUNGAN PADA SIMULASI NUMERIK PERAMBATAN PANAS TRANSIENT ARAH RADIAL PADA SISTEM ISOLASI BERBENTUK SILINDER

steady/tunak ( 0 ) tidak dipengaruhi waktu unsteady/tidak tunak ( 0) dipengaruhi waktu

P I N D A H P A N A S PENDAHULUAN

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN. 3.2 Tahapan Analisis Persamaan Differensial untuk Transfer Energi

MATA KULIAH ANALISIS NUMERIK

HEAT TRANSFER METODE PENGUKURAN KONDUKTIVITAS TERMAL

BUKU RANCANGAN PENGAJARAN

Studi Numerik Pengaruh Gap Ratio terhadap Karakteristik Aliran dan Perpindahan Panas pada Susunan Setengah Tube Heat Exchanger dalam Enclosure

Studi Analitik dan Numerik Perpindahan Panas pada Fin Trapesium (Studi Kasus pada Finned Tube Heat Exchanger)

Perpindahan Panas. Perpindahan Panas Secara Konduksi MODUL PERKULIAHAN. Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh 02

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

PEMODELAN DAN PENYELESAIAN NUMERIK DARI PERMASALAHAN PENYEBARAN ASAP MENGGUNAKAN METODE VOLUME HINGGA Arif Fatahillah 1

SOLUSI ANALITIK MASALAH KONDUKSI PANAS PADA TABUNG

Pengaruh Penggunaan Baffle pada Shell-and-Tube Heat Exchanger

METODE BEDA HINGGA DALAM PENENTUAN DISTRIBUSI TEKANAN, ENTALPI DAN TEMPERATUR RESERVOIR PANAS BUMI FASA TUNGGAL

MENENTUKAN JUMLAH KALOR YANG DIPERLUKAN PADA PROSES PENGERINGAN KACANG TANAH. Oleh S. Wahyu Nugroho Universitas Soerjo Ngawi ABSTRAK

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) ISSN: ( Print) B-192

Pengaruh Tebal Isolasi Termal Terhadap Efektivitas Plate Heat Exchanger

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH KECEPATAN UDARA (V) TERHADAP KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI PAKSA PELAT DATAR. Rikhardus Ufie * Abstract

PENINGKATAN EFISIENSI PRODUKSI MINYAK CENGKEH PADA SISTEM PENYULINGAN KONVENSIONAL

TINJAUAN PUSTAKA. 2.1 Iklim Mikro Rumah Tanaman Daerah Tropika Basah

PEMBUATAN ALAT UKUR KONDUKTIVITAS PANAS BAHAN PADAT UNTUK MEDIA PRAKTEK PEMBELAJARAN KEILMUAN FISIKA

Pengaruh Pemilihan Jenis Material Terhadap Nilai Koefisien Perpindahan Panas pada Perancangan Heat Exchanger Shell-Tube dengan Solidworks

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Pengaruh Kecepatan Aliran Terhadap Efektivitas Shell-and-Tube Heat Exchanger

Sujawi Sholeh Sadiawan, Nova Risdiyanto Ismail, Agus suyatno, (2013), PROTON, Vol. 5 No 1 / Hal 44-48

INVESTIGASI KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS PADA DESAIN HELICAL BAFFLE PENUKAR PANAS TIPE SHELL AND TUBE BERBASIS COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD)

PERPINDAHAN KALOR J.P. HOLMAN. BAB I PENDAHULUAN Perpindahan kalor merupakan ilmu yang berguna untuk memprediksi laju perpindahan

Pengaruh Variasi Putaran Dan Debit Air Terhadap Efektifitas Radiator

BAB-4. METODE PENELITIAN

1. BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang

II. TINJAUAN PUSTAKA

ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP KARAKTERISTIK LAPISAN BATAS PADA PELAT DATAR

ANALISIS DAN SIMULASI DISTRIBUSI PANAS PADA HEAT SINK PROCESSOR CPU DENGAN COMSOL MULTIPHYSICS

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

SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR PADA SUATU RUANGAN BERATAP GENTENG BERBAHAN KOMPOSIT PLASTIK-KARET MENGGUNAKAN ANSYS FLUENT

Kaji Numerik Pengkondisian Udara di Workshop Teknik Mesin Universitas Majalengka Menggunakan Autodesk Simulation CFD 2015

TUGAS AKHIR ANALISA PERPINDAHAN PANAS TERHADAP RECTANGULAR DUCT PERHITUNGAN METODE NUMERIK

PERANCANGAN TANGKI PEMANAS AIR TENAGA SURYA KAPASITAS 60 LITER DAN INSULASI TERMALNYA

EFEKTIVITAS PENUKAR KALOR TIPE WL 110 MODEL CONSENTRIS TUBE MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

BAB II TEORI ALIRAN PANAS 7 BAB II TEORI ALIRAN PANAS. benda. Panas akan mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang

WATER TO WATER HEAT EXCHANGER BENCH BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Tujuan Pengujian

BAB 3 METODELOGI PENELITIAN

KARAKTERISTIKA PERPINDAHAN PANAS TABUNG COOLER PADA FASILITAS SIMULASI SISTEM PASIF MENGGUNAKAN ANSYS

RANCANGAN BANGUN MODEL MESINPENDINGIN TERPADU PENGHASIL ES SERUT

Transkripsi:

SIMLASI NMERIK PERPINDAHAN PANAS PADA CEROBONG SEGIEMPAT DENGAN METODE ELEMEN HINGGA DAN BEDA HINGGA R. Lulus Lambang G. Hidaat, Eko Prasetya Budiana Eko Yanuarto Abstract : Numerical simulation for Heat Transfer at Chimney with variation material doneto know the conduction phenomenon that happened in chimney with convection boundary condition. Simulation done by solving governing equations of conduction with convection boundary condition using finite element approximation and finite different approximation. Finite element approximation done with makes by mesh of element, nodal coordinate and determine convection boundary condition with Galerkin formulation approximation. Finite different approximation done by solving governing equations with ADI method for calculation conduction equation of x and y direction. Finite element method and finite different method solved with Fortran Power Station 4.0 and Matlab 7. Result of simulation from both method shown as visualization happen same temperature distribution at chimney. From both method for same material at Y X happen difference equal to,6385 % and for difference material at Y X happen difference equal to,9033 %. From difference both method shown that this method can be accepted for case of heat transfer at chimney. Key word : conduction, convection boundary conditionn, chimney, finite element method, finite different method. PENDAHLAN Dalam teknologi industri proses perpindahan panas selalu ada sehingga pendalaman di bidang itu perlu ditingkatkan terutama didalam metode penyelesaiannya. Metode yang lebih cepat, akurat dengan sedikit error sangat dibutuhkan untuk mendapatkan hasil yang lebih tepat. Sehingga menuntut orang untuk dapat melakukan penelitian tanpa penguian langsung yang akan membutuhan banyak biaya. Banyak sekali penyelesaian analitis atas soal-soal perpindahan panas konduksi yang terkumpul dalam literatur. Namun demikian, dalam banyak situasi praktis dihadapi syarat-syarat atau kondisi batas dan geometri yang sedemikian rupa sehingga penyelesaian analitis untuk itu tidak bisa sama sekali dilakukan. Atau, apabila penyelesaian analitis dapat dikembangkan, hal itu sangat kompleks, sehingga evaluasi dengan angka-angka menadi sangat sulit sehingga pendekatan pendekaan yang paling berhasil adalah yang didasarkan atas teknik beda hingga dan elemen hingga. Terdapat berbagai macam metode penyelesaian persamaan atur konduksi dan konveksi secara numerik. Metode yang digunakan dalam penyelesaian persamaan atur konduksi dan konveksi adalah melalui pendekatan beda hingga dan elemen hingga. Penelitian perpindahan panas pada cerobong dengan menggunakan metode elemen hingga telah dilakukan oleh Dubravka Miuan, Ana Ziberna dan Boan Medo (004) dan David Meeker (005). staf pengaar urusan Teknik Mesin FT NS mahasiswa urusan Teknik Mesin FT NS 4 Mekanika, Vol 7 Nomor, September 008

Tuuan Penelitian Tuuan dari pelaksanaan penelitian yang dilakukan adalah : ntuk memprediksi temperatur pada cerobong dengan kondisi batas konveksi yang merambat pada batu bata merah tahan api secara konduksi melalui kontak -D secara numerik dengan penerapan prinsip elemen hingga dan beda hingga. Membandingkan hasil dari metode elemen hingga dan beda hingga yang berupa angka-angka atau visualisasi gambar. LANDASAN TEORI Tinauan Pustaka Dubravka Miuan, Ana Ziberna dan Boan Medo (004) telah melakukan Penelitian tentang analisis perpindahan panas melalui dinding cerobong dengan kondisi steady state menggunakan metode elemen hingga dengan material dinding dari batu bata yang mempunyai konduktivitas thermal,79 W/m. o C. bagian dalam cerobong adalah gas dengan temperatur 37,9378 o C. Pada bagian luar cerobong uga gas dengan temperatur - 7,678 o C. hasil yang ingin dicapai adalah temperatur di tengah pada dinding bagian dalam cerobong. David Meeker (005) telah melakukan penelitian dengan menggunakan analisis metode elemen hingga untuk menyelesaikan konduksi panas -D simetri dengan kondisi steady state. Penampang tersebut berebentuk buur sangkar dengan panang sisi dinding luar cerobong 4 m dan sisi dalam m dengan asumsi bahwa tinggi cerobong 0 m. Cerobong tersebut tersusun dari batu bata dan permasalahannya adalah menentukan total distribusi temperatur yang melewati dinding cerobong. Dasar Teori Kondisi Batas Konveksi ( Convection Boundary Condition ) Kondisi dengan pendinginan atau pemanasan yang teradi pada dinding (surface) yang ada kaitannya dengan proses konveksi. Keadaan ini dinyatakan dengan persamaan berikut ini: -k T h T ( 0, y) Tf X (X 0,Y) dengan : h : koefisien perpindahan panas konveksi T : variabel temperatur k : koefisien perpindahan panas konduksi Metode Beda Hingga Metode beda hingga adalah suatu metode penyelesaian persamaan differensial dengan menggunakan beda hasil bagi yang diturunkan dari deret Taylor. Pendekatan Beda Tengah Orde Kedua 4 4 u ( x) u ( x) ui+, + ui, ui, +... + 4 + x! x 4! persamaan dapat dituliskan sebagai berikut: u ui+, u + ui, O + ( x) 3 x x Metode ADI (Alternating Direction Implicit) Metode ini akan lebih mudah ika dielaskan melalui gambar berikut : SIMLASI NMERIK PERPINDAHAN PANAS PADA CEROBONG SEGIEMPAT DENGAN 5 METODE ELEMEN HINGGA DAN BEDA HINGGA - R. Lulus Lambang G. Hidaat, dkk

i+, i-, + - y x n t n + ½ t x sweep n + y sweep Gambar Ilustrasi untuk metode ADI X-sweep yaitu langkah ke arah tetapi pengeraan persamaan kearah X begitu sebaliknya untuk Y-sweep. + X Y α t Maka Perhitungan untuk X-Sweep + + t ( x) ( y) α t / α t / α t / i, + + i+, ( x) ( x) ( x) α t + + y / n / / / n n n i, i+, + α + misalnya kita tulis : α t ai ( x) α t bi + ( x) α t ci ( x) n n n n ( ) ( ) + n n n ( ) n di + d + + maka bentuk persamaan 6 menadi : / / / ai i, bi ci i+, di dengan : u α t x y + + 5 : fungsi lokasi : variabel temperatur dalam diskritisasi : koefisien difusivitas thermal : indeks nodal : langkah waktu : arak antar grid pada arah x : arak antar grid pada arah y 4 6 Mekanika, Vol 7 Nomor, September 008

Perhitungan untuk Y-Sweep / / / / + + ( ) ( ) i, i+, + α + t x y α t α t α t + + + ( y) ( y) ( y) α t + + ( ) ( ) + x i, i, misalnya kita tulis : α t α t a, b ( y) +, α t c ( y) ( y) α t d + ( i, + i+, ) ( x) 6 maka bentuk persamaan 6 dapat ditulis kembali menadi : a + b + c + d. dimana a, b, c dan d merupakan koefisien matriks tridiagonal. Metode Elemen Hingga Elemen Segiempat Bilinear Elemen segi empat linier mempunyai sisi-sisi lurus dan nodal pada tiap sudutnya. Elemen segitiga bilinier menggunakan fungsi bentuk dan temperature nodal : Ti [ ] ( e ) T 7 T Si S Sm Sn Tm T n T n T T i T Y n T m i m l Gambar Parameter-parameter untuk Elemen Segiempat Bilinear Dimana fungsi bentuk S, i S, S m dan S n diberikan dengan persamaan berikut ini : x y x y Si, S l w l w xy y x Sm, Sn lw w l dimana : S : fungsi bentuk x : arah koordinat y : arah koordinat SIMLASI NMERIK PERPINDAHAN PANAS PADA CEROBONG SEGIEMPAT DENGAN 7 METODE ELEMEN HINGGA DAN BEDA HINGGA - R. Lulus Lambang G. Hidaat, dkk X w

l w T f : panang elemen arah x : panang elemen arah y : temperatur lingkungan Dari hasil penurunan kita dapatkan pesamaan elemen hingga seperti dibawah ini. Kita abaikan efek radiasi sehingga persamaannya menadi : T k h( T Tf ) 8 x Evaluasi untuk kondisi batas konveksi sepanang elemen segiempat bilinier menghasilkan persamaan : 0 0 [ ] ( e ) hl 0 0 i K 9a 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 [ ] ( e ) hl 0 0 m K 9b 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 [ ] ( ) 0 0 0 0 e hlmn K 9c 6 0 0 0 0 0 0 [ ] ( ) 0 0 0 0 e hlni K 9d 6 0 0 0 0 0 0 dimana l i l mn l dan l m l in w. Konduktansi matrik untuk elemen segiempat adalah sebagai berikut : [ ] ( e K ) ky l kxw 0 + 6l 6w Elemen konduktansi matrik untuk elemen segiempat bilinier terdiri dari :. Elemen konduktansi dalam arah X. Elemen konduktansi dalam arah Y PELAKSANAAN PENELITIAN Alat dan Bahan yang digunakan Bahan a. Hasil diskritisasi persamaan konduksi dengan kondisi batas konveksi Alat a. Komputer pribadi dengan spesifikasi : - Processor Pentium IV,7 GHz, - Memori 56 MB b. Software Microsoft Fortran Power Station 4.0. Software Matlab 7. R4 c. Printer HP Dekset 3744. 8 Mekanika, Vol 7 Nomor, September 008

Program Dengan Analisis Metode Beda Hingga ( Finite Difference Method ) Diskritisasi Persamaan Atur Konduksi Dalam pelaksanaan penelitian in persamaan atur diselesaikan dengan metode ADI untuk penghitungan persamaan konduksi arah x dan y. Diskritisasi persamaan atur. u u u + x y α t X-Sweep ( Perhitungan ke arah X ) : Persamaan x-sweep untuk persamaan konduksi arah x adalah diskritisasi untuk tiap suku persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut: / / / n n n u u ui+, ui, + ui, + + + + x y x ( y) dikelompokkan dan didapatkan persamaan : α t / α t / α t / i, + + i+, ( x) ( x) ( x) α t + + ( ) ( ) + y n n n n bentuk di atas identik dengan bentuk persamaan / / / a i i, + bi + ci i+, di dengan komponen a i, b i, c i dan d i masing-masing adalah komponen matriks tridiagonal dimana : α t t ai b i x + α α t c, i x, x n n n ( ) n di + d + + Y-Sweep (Perhitungan ke arah y) Dari persamaan kita diskritisasi untuk tiap suku persamaan di atas dapat ditulis seperti persamaan dengan cara yang sama dengan x-sweep didapat α t α t α t + + + ( y) ( y) ( y) 3 α t + i, + i+, x ( ) ( ) bentuk di atas identik dengan bentuk persamaan n / n / n / a + b + c + + + + d dengan komponen a, b, c dan d masing-masing adalah komponen matriks tridiagonal dimana : a α t α t α t b + c y, x, x α t d ( x) ( + ) + i, + i, Penentuan Kondisi Batas Kondisi batas yang digunakan adalah konveksi. SIMLASI NMERIK PERPINDAHAN PANAS PADA CEROBONG SEGIEMPAT DENGAN 9 METODE ELEMEN HINGGA DAN BEDA HINGGA - R. Lulus Lambang G. Hidaat, dkk

Persamaan - persamaan nodal dengan batas konveksi pada sudut. Sudut luar dengan batas konveksi : Y m-,n m,n m-,n h, T Dengan mendefinisikan bahwa : Perhitungan untuk X-Sweep α dt da ( dx), Gambar 3 sudut luar dengan batas konveksi h dx bi k Persamaan node untuk x y (n,m) da (n-,m) + (n,m-) + bi 30 + -4 da -4 da bi [ ] [ ] (n,m) (,) da (,) + (,) + bi 30 + -4 da -4 da bi [ ] (,) (,m) da (,m) + (,m-) + bi 30 + -4 da -4 da bi [ ] (,m) (n,) da (n-,) + (n,) + bi 30 + - 4 da - 4 da bi (n,) 4.a 4.b 4.c 4.d Kondisi batas pada dinding dengan batas konveksi pada dinding Χ T,h T w T i i i Gambar 4 Kondisi batas pada dinding dengan batas konveksi pada dinding Persamaan untuk kasus diatas adalah ( T T ) ( ) k h T T x Persamaan kita kelompokkan sehingga kita dapatkan persamaan untuk X-Sweep dan Y-sweep sebagai berikut : h T T + x T h k + x k 5 6 0 Mekanika, Vol 7 Nomor, September 008

Modifikasi koefisien matriks modifikasi koefisien matriks untuk Convection Boundary Condition : a b b + h + x k a h d d x u h k + x k a 0 Sehingga dapat kita analogikan untuk grid-grid yang berbatasan dengan kasus kondisi batas konveksi. Modifikasi koefisien matriks untuk material berbeda Gambar 5 Modifikasi koefisien matriks material berbeda Persamaan untuk kasus diatas adalah : k A T T T T k A i i i+ i A A B B xa xb sehingga modifikasi koefisien matriks untuk material berbeda adalah : a 0 i k bi bi + ai + k kb ci ci ai k A Material A B A Material B i- i i+ Program Dengan Analisis Metode Elemen Hingga ( Finite Element Method ) Pembuatan mesh pada cerobong material sama dengan material berbeda sama. Pembuatan mesh terbagi menadi program yaitu program mesh untuk menentukan elemen dan nodal ditulis dalam file PMESH.FOR dan program mesh untuk menentukan letak nodal ditulis pada file PDM6A.FOR. Pada penelitian ini menggunakan cerobong dengan umlah elemen 00 elemen dan umlah nodal 30 nodal. 7 SIMLASI NMERIK PERPINDAHAN PANAS PADA CEROBONG SEGIEMPAT DENGAN METODE ELEMEN HINGGA DAN BEDA HINGGA - R. Lulus Lambang G. Hidaat, dkk

(,4) (,3) (,) (,) 7 8 Gambar 6 contoh perhitungan mesh pada cerobong untuk umlah elemen 48 Jika elemen berapa pada elemen pertama maka perhitungan nodal-nodalnya adalah: Nodal (,) nx + ny + 7 Nodal (,) Nodal (,) + 8 Nodal (,4) Nodal (,3) Nodal (,4) + Jika elemen berada pada elemen dibawah elemen pertama dan dibawahnya sampai batas ketebalan cerobong maka : Contoh Nem 0 berada pada Nodal (Nem+,) Nodal (Nem,) + Nodal (Nem+,) Nodal (Nem,) + Nodal (Nem+,3) Nodal (Nem,) Nodal (Nem+,4) Nodal (Nem,) Persamaan diatas kita ubah dalam bentuk nodal. Nodal (,) Nodal (0,) + 4 Nodal (,) Nodal (0,) + 4 Nodal (,3) Nodal (0,) 7 Nodal (,4) Nodal (0,) 40 Jika elemen berada pada baris bawah / datar selain sudut yaitu elemen ke, 3, 4 I Nem+,Nem+nx Artinya I dapat diganti dengan NemI+, NemI+3,..., NemI+nx Atau dapat kita tulis, 3, 4, 5 dan 6 Nodal (I,) Nodal (I-,) Nodal (I,) Nodal (I-,) + Nodal (I,3) Nodal (I-,3) + Nodal (I,4) Nodal (I,3) - Nilai-nilai diatas didapatkan : Nodal (,) Nodal (,) 4 Nodal (,) Nodal (,) + 43 Nodal (,3) Nodal (,3) + 8 Nodal (,4) Nodal (,3) 7 Dari persamaan-persamaan diatas yaitu perhitungan cerobong bagian bawah maka dapat kita analogikan untuk perhitungan ketiga sisi-sisi yang lain yaitu sisi sebelah kiri dan kanan serta sisi bagian atas. Akan digunakan untuk mengeksekusi program PMESH.FOR dan PDM6A.FOR sehingga didapatkan pemodelan cerobong yang ditulis dalam file KTY.DAT dan KRD.DAT di bawah ini. Pemodelan susunan mesh cerobong tersebut menghasilkan output sebanyak 00 elemen dan 30 nodal. Kemudian langkah selanutnya adalah menulis kondisi batas konveksi ditulis dalam file BOND.DAT yang akan dielaskan dibawah ini : Mekanika, Vol 7 Nomor, September 008

4 3 Gambar 7 contoh elemen dengan kondisi batas konveksi Kemudian untuk penghitungan distribusi temperatur digunakan program YANP.FOR ntuk program ini dibutuhkan input berupa file-file hasil eksekusi program untuk 00 elemen dan 30 nodal yaitu program PMESH.FOR hasil eksekusi ditulis dalam file kty.dat dan program PDM6A.FOR hasil eksekusi ditulis dalam file krd.dat. file kty.dat, krd.dat, BOND.DAT, umlah elemen, umlah nodal, koefisien kalor arah x dan y serta banyaknya elemen dengan kondisi batas yang merupakan input dari hasil eksekusi program YANP.FOR Program terdiri dari 3 macam yaitu PMESH.FOR, PDM6A.FOR dan YANP.FOR. PMESH.FOR : Program untuk menentukan elemen beserta nodal-nodalnya. PDM6A.FOR : Program untuk menentukan koordinat nodal. YANP.FOR : Program untuk menghitung distribusi temperatur. HASIL DAN PEMBAHASAN Simulasi untuk kasus konduksi dengan kondisi batas konveksi pada cerobong D Simulasi kasus konduksi dengan kondisi batas konveksi pada cerobong D yang dikerakan dengan metode elemen hingga dan beda hingga ditampilkan dengan susunan grid 4 x 4 dengan x y 0., langkah waktu t 0.0 dan koefisien perpindahan panas konveksi cerobong bagian luar h 7.096 W/m. o C dan bagian dalam h 68.0784 W/m. o C, material pertama chrome brick dengan koefisien perpindahan panas konduksi k.3 W/m. o C, material kedua common brick dengan koefisien perpindahan panas konduksi k 0.79 W/m. o C. dengan variasi material. SIMLASI NMERIK PERPINDAHAN PANAS PADA CEROBONG SEGIEMPAT DENGAN 3 METODE ELEMEN HINGGA DAN BEDA HINGGA - R. Lulus Lambang G. Hidaat, dkk

( a ) ( b ) Gambar 8 ( a ) Hasil Simulasi Metode Elemen Hingga Seperempat Cerobong Material Sama dengan k 0.79 W/m. o C. ( b ) Hasil Simulasi Metode Beda HinggaSeperempat Cerobong Material Sama dengan k 0.79 W/m. o C dan t 300 s Tabel Perbandingan hasil penyelesaian numerik metode elemen hingga dan metode beda hingga pada gambar 4.4 Y X Elemen hingga ( o C) Beda Hingga ( o C) Delta (%), 39,779 35,8503,6385, 39,67 36,367,3804,3 39,738 36,6459,898,4 39,74 36,857,06,5 39,754 36,93,8,6 39,760 36,996,547,7 39,764 37,0360,378,8 39,766 37,0639,70,9 39,768 37,079,5,0 39,768 37,0839,95 4 Mekanika, Vol 7 Nomor, September 008

Dari tabel dapat dilihat bahwa secara kualitatif delta maksimum temperatur antara metode elemen hingga dan beda hingga adalah,6385 %. ( a ) ( b ) Gambar 9 ( a ) Hasil Simulasi Metode Elemen Hingga Seperempat Cerobong Material Beda dengan k 0.79 W/m. o C dan k 0.79 W/m. o C. ( b ) Hasil Simulasi Metode Beda Hingga Seperempat Cerobong Material Sama dengan k 0.79 W/m. o C, k 0.79 W/m. o C dan t 300 s Tabel Perbandingan hasil penyelesaian numerik metode elemen hingga dan metode beda hingga pada gambar 4.5 Y X Elemen hingga ( o C) Beda Hingga ( o C) Delta (%), 39,709 35,465,9033, 39,563 35,7354,5977,3 39,643 36,0454,50,4 39,644 36,4,48,5 39,656 36,367,389,6 39,660 36,398,3637,7 39,663 36,437,3483,8 39,665 36,455,3393,9 39,666 36,4680,3343,0 39,666 36,47,336 SIMLASI NMERIK PERPINDAHAN PANAS PADA CEROBONG SEGIEMPAT DENGAN 5 METODE ELEMEN HINGGA DAN BEDA HINGGA - R. Lulus Lambang G. Hidaat, dkk

Dari tabel dapat dilihat bahwa secara kualitatif delta maksimum temperatur antara metode elemen hingga dan beda hingga adalah,9033 %. Dari gambar 5 a dan b menunukkan bahwa distribusi temperatur lebih sukar dari pada gambar 4 hal ini dikarenakan perbedaan material, material bagian luar mempunyai konduktifitas termal yang lebih besar dibandingkan dengan material bagian dalam sehingga menyebabkan perambatan temperaturnya lebih lambat dari pada gambar 4. Secara umum gambar 5 a dan b menunukkan distribusi temperatur yang sama PENTP Kesimpulan Dari penelitian dan pembahasan hasil yang telah dilakukan, dapat ditarik beberapa kesimpulan yaitu : a. Metode beda hingga pada penelitian ini dimaksudkan untuk mengetahui penggunaan metode beda tengah orde kedua dan penyelesaian dengan metode ADI (Alternating Direction Implicit) untuk menyelesaikan persamaan konduksi tak tunak dengan modifikasi koefisien matriks konveksi untuk sisi-sisi cerobong yang berbatasan konveksi dan modifikasi koefisien matriks untuk material berbeda b. Metode elemen hingga pada penelitian ini dimaksudkan untuk mengetahui penggunaan mesh segiempat bilinear untuk menyelesaikan persamaan konduksi steady state dengan kondisi batas konveksi c. Metode yang digunakan dalam penelitian ini mampu memprediksikan distribusi temperatur pada cerobong. d. Simulasi cerobong menggunakan metode elemen hingga dan beda hingga dengan umlah grid yang sama 4x4 menghasilkan visualisasi yang sama. e. Metode beda hingga tampilan visualisasi beda temperatur terlihat elas sedangkan metode elemen hingga visualisasi temperaturnya halus dan bentuk mesh terlihat dengan elas. Saran ntuk lebih mengembangkan ilmu pengetahuan di bidang simulasi numerik, maka penulis memberikan saran: a. Dilakukan penelitian lebih lanut tentang simulasi perpindahan panas pada cerobong dengan bentuk melingkar, oval dan sebagainya. b. Dilakukan simulasi perpindahan panas pada cerobong 3 dimensi. c. Digunakan grid yang lebih rapat untuk memberikan hasil yang lebih akurat. d. Dikembangkan penggunaan program, sehingga dapat dilakukan simulasi dengan perbedaan material lebih dari material. DAFTAR PSTAKA Bayazitoglu, Yildiz., Ozisik, M Necati., 988, Elements of Heat Transfer, McGraw-Hill Book Company. Hoffmann, Klaus. A., 989, Computational Fluid Dynamics For Engineers, Engineering Education System.. Holman, J.P., E. Jasfi., 994, Perpindahan Kalor. Erlangga Kreith, Frank., 986, Prinsip-prinsip Perpindahan Kalor. Erlangga Incropera, Frank P., Dewitt, David P., 990, Introduction to Heat Transfer, nd edition, John Willey and Sons. Lambang, Lulus R., 005, Teori dan Penerapan Metode Elemen Hingga, NS Press Moaven Saeed., 999, Finite Element Analysis, Minnesota State niversity, Mankato, New Jersey 07458. 6 Mekanika, Vol 7 Nomor, September 008

Segerlind, Larry J, 984, Applied Finite Element Analisis, nd edition, New York, John Willey and Sons. Soesianto F., Nugroho E., 994, Bahasa Fortran, 3 nd edition, Andi Offset. SIMLASI NMERIK PERPINDAHAN PANAS PADA CEROBONG SEGIEMPAT DENGAN 7 METODE ELEMEN HINGGA DAN BEDA HINGGA - R. Lulus Lambang G. Hidaat, dkk