Perkuliahan CFD Rabu, 29-02-2012

Pada perkuliahan kali ini, kita akan mencoba membuat simulasi aliran kalor pada model. Berikut adalah langkah-langkahnya :

1. Atur Domain. Pada command ini, kita mengatur model yang kita inginkan, berikut dimensi dan jumlah cellnya.
2. AM (atur model) -> PP (pindah panas). Pada command ini, kita menentukan karakteristik perpindahan panas.
3. Input -> Cell. Pada menu ini, kita mendefinisikan wall mana yang memiliki tempratur yang berbeda. Pada wall tersebut, kita membedakan dengan wall lainnya dengan mendefinisikan wall tersebut dengan wall 2.
   
   
4. Input -> KS. Pada menu ini, kita mendefinisikan tempratur wall 2.
5. Olah -> iterasi.
6. Hasil -> kontur -> tempratur. Berikut adalah hasil simulasi yang dilakukan.
   
   Gambar di atas menjelaskan adanya rambatan panas dari dinding sebelah kiri menuju ke arah kanan. Demikian hasil simulasi hari ini. Selanjutnya, kita akan mencoba menerapkan pada desain kamar tidur.

Mencari ketinggian Cairan (h) pada Silinder

Berikut ini kita akan mencoba mencari ketinggian cairan di dalam tangki silinder (dalam posisi tidur), jika diketahui volume cairan tersebut, dengan menggunakan Microsoft Visual Basic. Dalam kasus ini, diketahui bahwa volume cairan mengisi 1/4 bagian dari volume total silinder.

Gambar 1. Sketsa Silinder.
Dengan mengacu pada gambar di atas, algoritma yang disusun adalah sebagai berikut :

1. Asumsikan nilai tinggi tabung (dalam hal ini panjang tabung ke arah belakang) adalah konstan, sehingga tidak mempengaruhi kalkulasi berikutnya.
2. Mencari Luas Juring AOC
   Luas juring AOC = (2xTetha / 360) x Luas Lingkaran
3. Mencari Luas Segitiga AOC
   Luas segitiga AOC = 0.5 x AC x OD
4. Luas Busur ABC adalah Luas Juring - Luas Segitiga.
5. Dari persamaan 2,3, dan 4, maka akan didapatkan suatu fungsi,yaitu :
   f(tetha) = ((((2xtetha) - (v.cairan x 360)) /360)*2*pi) - sin 2 (tetha)
6. Mencari Tetha dengan menggunakan metode Newton-Raphson, dengan menggunakan perhitungan berulang samapi didapatkan nilai tetha yang konvergen.
7. Menuliskan algoritma di atas dengan bahasa program pada Visual Basic.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   Bersambung...

Latihan Bangun Grid pada CFD SOF

Pada perkuliahan CFD, 27-02-2012, saya mencoba untuk menggunakan command bangun grid pada software CFD SOF. Geometri yang digunakan adalah 2 dimensi dengan panjang (x) 10 m dan tinggi (y) 4 m.

Langkah awal sama dengan langkah-langkah pada posting sebelumnya. Kita melakukan input data, atur domain, lalu kita melakukan bangun grid. Dengan menggunakan command bangun grid, kita bisa menentukan daerah-daerah tertentu dari bidang yang akan kita buat. Command berikutnya (is) atau instalasi segmen, dimana dengan command ini kita menentukan :

1. Arah pembagian segmen (sumbu x atau sumbu y)
2. Jumlah segmen dari model yang dibuat.
3. Titik awal dan titik akhir dari setiap segmen.
4. Jumlah cell internal dari setiap segmen.

Kemudian kita melakukan editing untuk inlet, outlet, dan bagian-bagian dari segmen (yang telah kita atur dengan langkah di atas), pada menu input -> Cell. Langkah selanjutnya adalah menginput kondisi sepadan, kondisi fisikal, dan melakukan iterasi.

Gambar 1. Proses Iterasi

Setelah dilakukan iterasi dan didapatkan nilai yang konvergen, maka langkah selanjutnya adalah menampilkan vektor dan kontur kecepatan aliran udara dan tekanan udara pada model yang di buat.

Gambar 2. Vektor Kecepatan Aliran Udara dan Tekanan Statik Dalam Ruangan.

Dari gambar di atas, pada pola aliran kecepatan udara (kiri) diketahi bahwa kecepatan aliran udara masuk melalui inlet adalah 0.25m/s. Kecepatan udara meningkat saat melewati celah ruangan tersebut karena adalanya penurunan luas penampang saluran udara dengan kecepatan 3-4 m/s, dan cenderung konstan pada arah menuju outlet. Sedangkan kecepatan udara menurun saat mengisi ruangan. Sedangkan Tekanan berbanding terbalik dengan kecepatan udara. Pada gambar vektor tekanan (kanan), saat udara masuk melalui inlet dan mengisi ruangan sebelum celah penyempitan, tekanan cukup besar karena pada daerah tersebut memiliki kecepatan udara yang cukup kecil. Tekanan udara mulai meurun saat melalui celah penyempitan dan keluar melalui outlet.

Gambar 3. Kontur Kecepatan Aliran Udara dan Tekanan Statik Dalam Ruangan.

Pada gambar 3, akan terlihat lebih jelas pola aliran udara dan tekanan pada ruangan tersebut. Sekian latihan hari ini. Semoga bermanfaat untuk kita semua.

Simulasi Aliran Udara di Dalam Kamar

Berikut ini, saya akan mencoba melakukan simulasi aliran udara pada kamar tidur dengan menggunakan CFD SOF. Dimensi kamar tidur adalah panjang 4 m, lebar 3 m, dan tinggi 3 m. Langkah-langkahnya adalah :

1. Input (in) -> atur domain (ad). Pada langkah ini kita langsung menggunakan dimensi 3 D, dengan panjang 3 m, tinggi 3 m, dan depth 4 m. Kemudian kita menginput Jumlah Cell (jc). Jumlah cell pada arah panjang (x / i) adalah 15 dimana setiap panjang cell mewakili 15 cm, jumlah cell pada arah tinggi (y / j) adalah 15 cell, dimana setiap tinggi cell mewakili 15 cm, dan jumlah cell pada arah depth (z / k) adalah 20 cell, dimana setiap cell mewakili 20 cm.
2. Membuat inlet dan outlet pada ruangan. Pada ruangan ini, yang didefinisikan sebagai inlet adalah pintu dan jendela, sedangkan yang didefinisikan dengan outlet adalah celah udara di atas pintu dan jendela. Dengan menggunakan menu input -> cell, proses editing ini dilakukan.

   

   
   

   

   Gambar 1. Sketsa Ruangan dan Grid.

3. Input -> KS. Pada menu ini, kita menginput kecepatan aliran udara yang memasuki inlet. Kecepatan udara diketahui 0.125 m/s.
4. Menginput nilai densitas dan viskositas udara pada command kf (konstanta fisikal).
5. Melakukan pengolahan data (iterasi).
   

   

   Gambar 2. Proses Iterasi

6. Melihat hasil vektor dan kontur.

Gambar 3. Pola Vektor Kecepatan Aliran Udara pada Ruang Kamar. 

Gambar 4. Pola Vektor Tekanan Statik

Gambar 5. Kontur Kecepatan Udara pada i = 4

Gambar 6. Kontur Tekanan Absolut pada i = 3 (kanan) dan i = 4 (kiri).

Dari hasil simulasi tersebut, dapat diketahui bahwa aliran udara berada pada daerah k = 1 - 8 (dekat dengan inlet dan outlet) dan rata-rata kecepatan aliran udara pada k = 8 - 20 terlihat konstan dan cukup rendah. Namun pada arah k mendekati 20, tekanan udara meningkat.

Simulasi Aliran Udara dengan CFD SOF (Rabu, 22-02-2012)

Pada kesempatan kali ini, saya akan membahas cotoh simulasi aliran udara dalam suatu ruanga dengan menggunakan software CFD SOF. Untuk mempermudah, pertamakali kita melakukan simulasi dengan geometri 2 dimensi.
1. Membuat model ruangan. Command yang digunakan adalah :

• • IN (input), digunakan untuk input data.
  • AD (atur domain)
  • D (dimensi), digunakan untuk menentukan geometri (2D/3D).
  • UD (ukuran domain), digunakan untuk menentukan panjang, lebar, dan tinggi model.
  • JC (jumlah cell), digunakan untuk menentukan banyaknya cell yang akan digunakan pada model.

Gambar di atas adalah model awal dari command yang telah diinput. Kemudian, dengan menu Input -> Cell, kita menentukan bahwa ruangan memiliki 1 inlet udara dan 1 outlet udara. Kecepatan udara masuk melalui inlet adalah 1 m/s (diatur dengan menu Input -> KS).
2. Menentukan properties dari udara masuk. Command yang digunakan adalah :

• • KF (konstanta fisikal)
  • DN (densitas), digunakan untuk menentukan densitas dari udara masuk.
  • VS (viskositas), digunakan untuk menentukan viskositas dari udara masuk.

3. Melakukan iterasi.
4. Melihat Hasi Iterasi dengan menu Hasil -> Grid, Vektor, Kontur
Berikut adalah hasil iterasi yang telah dilakukan.

Dari hasil simulasi tersebut diketahui bahwa persamaan kontinuitas berlaku dalam simulasi ini. Aliran udara masuk memiliki kecepatan 1m/s. Kemudian berangsur-angsur menurun saat mengisi ruangan dan kembali meningkat saat melalui outlet. hal tersebut terjadi karena saat memasuki ruangan terjadi perbedaan luas penampang dari kecil ke besar yang diikuti oleh penurunan kecepatan aliran. Selanjutnya kecepatan aliran akan meningkat kembali saat malalui celah outlet, dimana terjadi penyusutan luas penampang aliran fluida yang diikuti dengan kenaikan kecepatan udara.

Selanjutnya kita akan melihat simulasi yang dilakukan pada ruangan yang diberi sekat pada bagian tengah ruangan tersebut.

Hasil simulasi adalah sebagai berikut.

Selanjutnya, kita akan mencoba mengubah model dari 2 mimensi menjadi 3 dimensi. Berikut adalah model 3 dimensi yang berhasil dibuat. (Simulasi belum sempat dilakukan pada model 3 dimensi).

Berikutnya, saya akan mencoba membut permodelan aliran udara pada kamar tidur. :-)

CFD SOF

Pada hari Senin, 20-02-2012, materi yang disampaikan dalam perkuliahan CFD adalah tutorial dalam menggunakan CFD SOF. Materi disampaikan oleh Ibu Candra dan Pak Steven.
Pada perkuliahan kali ini, kita mencoba untuk melakukan simulasi ruang kamar tidur, dengan satu inlet dan satu outlet, dengan geometri ruang yaitu persegi (pada 2D). Sayangnya gambar hasil simulasi tidak dapat ditampilkan pada blog ini karena simulasi hanya dilakukan pada remote desktop Ibu Candra.
Secara sekilas, hasil simulasi yang ditampilkan menunjukkan arah aliran udara dan kecepatan aliran udara dalam ruangan tersebut. Kemudian dilakukan analisis terhadap arah dan kecepatan udara tersebut.
Aliran udara masuk memiliki kecepatan 1 m/s.

FIBONNACCI DAN AKAR-AKAR PERSAMAAN KUADRAT

Pada kesempatan kali ini, kita akan mencoba untuk programing Visual Basic untuk menghitung bilangan Fibonacci dan Akar-akar persamaan kuadrat.
I. Bilangan Fibonnacci
Bilangan Fibonacci merupakan deret bilangan, dimana bilangan ketiga dan selanjutnya merupakan penjumlahan dua bilangan sebelumnya. Misal, suatu deret bilangan adalah 1,2,3,5,8,13,.... 3 adalah hasil penjumlahan 1 dan 2; 5 merupakan hasil penjumlahan 2 dan 3; dan seterusnya. Berikut adalah programing bilangan fibonnnacci dengan menggunakan Microsoft Visual Basic.

Gambar di atas merupakan interface dari pemograman bilangan Fibonnacci dengan menggunakan Visual Basic.Algoritma yang diterapkan adalah dengan menjumlahkan a dan b. Hasil penjumlahan tersebut kita simbolkan dengan (c). Untuk mendapatkan nilai selanjutnya (misal d), maka dilakukan penjumlahan antara (c) dan bilangan sebelumnya (b), dan begitu seterusnya. Algoritma tersebut ditulisakan dalam bahasa pemograman seperti gambar di atas (sebelah kanan).
Langkah selanjutnya adalah running dari program Fibonnacci tersebut.

Setelah program dijalankan, maka hasil yang didapatkan adalah seperti gambar di atas.

II. Akar-Akar Persamaan Kuadrat.
Berikut ini, kita akan mencoba membut sebuah program dengan menggunakan Visual Basic untuk mencari akar-akar (x1 dan x2) dari suatu persamaan kuadrat ax² + bx + c = 0. Suatu persamaan kuadarat memiliki nilai Diskriminan (b² + 4.a.c), yang bisa bernilai positif (> 0), bernilai 0, dan bernilai negatif (< 0). Positif berarti persamaan kuadrat tersebut memiliki dua akar yang berbeda, nol berarti persamaan kuadrat tersebut memilki dua akar yang sama, dan negatif berarti persamaan kuadrat tersebut memiliki akar akar imajiner.
Berikut adalah algoritma yang disusun menjadi bahasa pemograman Visual Basic untuk mencari akar-akar persamaan kuadrat.

Dengan interface tersebut, kita bisa mengimput nilai a,b, dan c saat program dijalankan, dan nilai akar-akar akan muncul pada textbox x1 dan x2. Nilai akar-akar dapat dihitung dengan persamaan matematika x_1,2 = (( - b ⁺_- akar D) / 2.a) _. Algoritma tersebut dituliskan dengan bahasa pemograman seperti gambar di atas sebelah kanan. a = txta.Text merupakan command untuk menginstruksikan nilai a dapat diinput ke dalam textbox a sebagai nilai a, dan seterusnya. Command if D < 0 then MsgBox "Akar Imanjiner" merupakan instruksi yang menjelaskan bahwa jika hasil kalkulasi menunjukkan diskriminan < 0, maka akam muncul message box "Akar Imanjiner". Command txtx1.text = x1 menginstruksikan bahwa hasil kalkulasi x1 dan x2 akan muncul masing-masing pada textbox x1 dan x2.

Gambar di atas menunjukkan input nilai a,b dan c pada persamaan kuadrat yang memiliki akar-akar imajiner.

Gambar di atas menunjukkan akar akar persamaan kuadrat yang memiliki diskriminan > 0.

Demikian dua buah program yang telah berhasil dibuat untuk menyelesaikan persamaan matematika yang sederhana. Semoga dapat bermanfaat di kemudian hari. Nantikan program-program lainnya untuk membantu menyelesaikan persamaan matematika yang ada.

Microsoft Visual Basic

Algoritma merupakan suatu set instruksi yang tersusun secara sistematik untuk menyelesaikan suatu permasalahan. Algoritma disusun menjadi sebuah bahasa pemograman pada komputer sehingga dapat digunakan untuk menyelesaiakan suatu permasalahan. Salah satu software yang dapat digunakan adalah Microsoft Visual Basic, yang terdapat pada Microsoft Excel.
Microsoft Visual Basic merupakan salah satu software yang dapat digunakan untuk menyelesaikan persamaan matematika. Berikut adalah penggunaan software ini.

Aplikasi CFD

DEFINISI CFD

CFD atau Computation Fluid Dynamics merupakan suatu disiplin ilmu yang mempelajari cara memprediksi aliran dari fluida. Selain itu, CFD juga memprediksi perpindahan panas dari aliran fluida tersebut , reksi kimia yang terjadi, dan fenomena lainnya, dengan menggunakan penyelesaian persamaan matematika.

PROSES SIMULASI CFD

Umumnya, terdapat tiga tahapan yang harus dilakukan ketika melakukan simulasi CFD, yaitu :

a. Preprocessing

Preprocessing adalah langkah awal dalam membangun dan menganalisis sebuah model CFD. Teknisnya adalah membuat model dalam paket CAD (Computer Aided Design), membuat mesh yang sesuai, kemudian menerapkan kondisi batas dan sifat–sifat fluidanya.

b. Solving

Solvers CFD merupakan suatau proses pengolahan atau perhitungan kondisi–kondisi yang diterapkan pada saat preprocessing.

c. Postprocessing

Postprocessing adalah langkah terakhir dalam analisis CFD. Hal yang dilakukan pada langkah ini adalah mengorganisasi dan menginterpretasi data hasil simulasi CFD yang bisa berupa gambar, kurva, dan animasi. Prosedur berikut terdapat pada semua pendekatan program CFD, yaitu :

1.  Pembuatan geometri dari model/problem

2.  Bidang atau volume yang diisi oleh fluida dibagi menjadi sel–sel kecil (meshing)

3. Pendefinisian model fisiknya, misalnya : persamaan–persamaan gerak + entalpi + konservasi spesies (zat–zat yang kita definisikan, biasanya berupa komponen dari suatu reaktan)

4.  Pendefinisian kondisi–kondisi batas, termasuk didalamnya sifat–sifat dan perilaku dari batas–batas model/problem. Untuk kasus transien, kondisi awal juga didefinisikan.

5. Persamaan–persamaan matematika yang membangun CFD diselesaikan secara iteratif, bisa dalam kondisi tunak (steady state) atau transien.

6. Analisis dan visualisasi dari solusi CFD

Software-software yang biasa digunakan untuk analisis CFD, antara lain GAMBIT dan FLUENT

Pemakaian CFD secara umum dipakai untuk memprediksi :

·         Aliran dan panas

·         Transfer massa

·         Perubahan fasa seperti pada proses melting, pengembunan dan pendidihan

·         Reaksi kimia seperti pembakaran

·         Gerakan mekanis seperti piston dan fan

·         Tegangan dan tumpuan pada benda solid

·         Gelembung elektromagnetik

Teknik ini sangat handal dan meliputi cakupan luas dalam area industry dan non industry. Beberapa contohnya yaitu :

1.     Aerodinamika pesawat dan kendaraan : lift dan drag

2.     Hidrodinamika kapal

3.     Pembangkit Tenaga : pembakaran dalam mesin IC dan turbin gas

4.     Mesin turbo : aliran dalam laluan rotating, diffuser dsb.

5.     Rekayasa electrical dan electronic : pendingin peralatan termasuk microchip

6.     Lingkungan internal dan eksternal gedung : beban angin dan pendinginan/ventilasi

Engineering Computation's First Meeting

Pada hari Senin, 13 Februari 2012, merupakan minggu pertama berlangsungnya perkuiliahan di Fakultas Teknik Universitas Indonesi, dimana minggu ini bagi saya dibuka dengan mengikuti perkuliahan Komputasi Teknik. Sebelum mengikuti perkuliahan ini, gambaran dan mungkin ekspektasi yang ada dalam benak saya adalah pada akhir perkuliahan, saya mampu untuk mengaplikasikan segala perangkat yang berhubungan dengan komputer untuk menyelesaikan persoalan-persoalan yang berhubungan dengan engineering, bukan saja dengan memanfaatkan software atau perangkat yang telah ada, namun dengan membuat software atau perangkat penyelesaian tersebut.

Selama mengikuti perkuliahan pada hari ini, saya mendengarkan penjelasan yang disamapaikan oleh Bapak Ahmad Indra, selaku dosen untuk mata kuliah ini. Beliau menjelasakan dan mengambarkan secara garis besar tentang perkuliahan Komputasi Teknik. Komputasi Teknik merupakan sebuah disiplin ilmu berbasis komputer yang menerapkan kaidah-kaidah ilmu lainnya untuk menyelesaikan permasalahan seputar engineering. Ilmu tersebut, antara lain : Matematika, Fisika, Kimia, dan Komputer itu sendiri. Dalam perkuliahan tersebut, beliau menyampaikan bahwa dasar dari seluruh perkuliahan ini adalah pengamalan sila pertama Pancasila, yang berbunyi "Ketuhanan Yang Maha Esa".

Dalam menjalankan komputasi, diperlukan 3 hal dasar yang saling terkait satu sama lain. Tiga hal dasar tersebut adalah :

1.     Hardware

2.     Software

3.     Brainware

Hardware merupakan segala perangkat keras yang digunakan untuk melakukan pengambilan maupun pengolahan data. Software merupakan perangkat lunak yang digunakan untuk mengintegrasikan dan menghubungkan segala perangkat hardware yang ada, sehingga dapat digunakan. Sedangkan Brainware merupakan pengguna dari kedua hal tersebut.

Demikianlah garis besar dari perkuliahan Komputasi Teknik pertama, hari ini. Nantikan resume perkuliahan Komputasi Teknik berikutnya.