BAB I

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Proses perpindahan panas dapat terjadi melalui tiga cara, yaitu secara
konduksi, konveksi dan radiasi. Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan
panas yang terjadi di antara permukaan benda dengan fluida yang bergerak ketika
temperatur keduanya berbeda. Perpindahan panas secara konveksi berdasarkan
jenis penyebab aliran fluida yang terjadi dikategorikan menjadi dua kategori, yaitu
konveksi paksa dan konveksi alami.
Konveksi alami (natural convection) adalah konveksi yang terjadi karena
fluida yang berubah densitasnya (kerapatannya) disebabkan proses pemanasan
dan fluida ini bergerak naik karena adanya gaya apung (bouyancy force).
Sedangkan konveksi paksa (forced convection) adalah konveksi yang mana aliran
fluida yang terjadi disebabkan adanya alat-alat eksternal, seperti fan, pompa,
aliran udara atmosfer (angin).
Penelitian mengenai fenomena perpindahan panas konveksi paksa telah
banyak dilakukan baik secara eksperimental maupun secara numerik. Penelitian
secara eksperimen lab untuk mengetahui fenomena yang terjadi pada proses
perpindahan panas konveksi paksa membutuhkan biaya yang cukup mahal dan
proses yang cukup rumit.
Oleh karena itu, dikembangkan penelitian secara simulasi numerik yang
membutuhkan biaya yang jauh lebih murah. Berbagai metode pendekatan numerik
untuk mengetahui fenomena perpindahan panas konveksi paksa telah dilakukan,
dengan menggunakan model matematika dari persamaan Navier Stokes yang
meliputi persamaan kontinuitas, momentum dan energi.
Ramaswamy (1993) meneliti aliran kental tak mampat dengan menggunakan
metode elemen hingga (finite-element). Lemos (1993) menggunakan pendekatan
beda hingga (finite different) pada staggered grid untuk meneliti aliran fluida tak
mampat. A.N. Pavlov, S.S. Sazhin, R.P. Fedorenko, M.R. Heikal (1998) meneliti
tentang aliran transien di sekitar kotak prisma dengan menggunakan metode beda
hingga pada staggered grid. Sutrisno (2001) menggunakan pendekatan beda
1
2
hingga (finite different) pada staggered grid untuk meneliti perpindahan panas
pada aliran di sekitar silinder.
Penelitian ini mengacu pada penelitian yang dilakukan Sutrisno dengan
perbedaan bentuk geometri dimana lingkaran digantikan dengan kotak 2D,
sehingga dapat diketahui fenomena yang terjadi pada aliran di sekitar kotak 2D
dengan berbagai variasi bilangan Reynolds yang mengacu pada viskositas
kinematik fluida dan variasi bilangan Peclet yang mengacu pada difusifitas termal.
Metode numerik yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode beda
hingga (finite difference) pada staggered grid, dimana variable kecepatan, tekanan
dan temperatur tidak berada pada satu titik seperti pada metode grid kolokasi
(collocated grid). Metode ini dipilih karena keakuratannya dalam pemecahan
persamaan navier-stokes untuk aliran fluida tak mampat untuk nilai bilangan
Reynolds tinggi.
1.2 Perumusan Masalah
Perumusan masalah dalam penelitian ini adalah bagaimana fenomena yang
terjadi pada aliran dan perpindahan panas konveksi di sekitar kotak 2D dengan
berbagai variasi bilangan Reynolds dan bilangan Peclet?
1.3 Batasan Masalah
Dalam penelitian ini masalah dibatasi sebagai berikut :
a. Masalah pada penelitian ini dibatasi pada perpindahan panas konveksi paksa
di sekitar kotak 2D dengan menyelesaikannya menggunakan metode
straggered grid untuk memperoleh vektor kecepatan dan distribusi temperatur.
b. Aliran fluida diasumsikan sebagai aliran fluida tak mampat (incompressible
flow).
c. Penelitian dibatasi pada ruang 2 dimensi.
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
a. Mengetahui fenomena yang terjadi pada aliran dan perpindahan panas
konveksi paksa di sekitar kotak 2D dengan variasi bilangan Reynolds dan
bilangan Peclet dengan metode beda hingga pada stagerred grid.
3
b. Menghasilkan simulasi numerik yang dapat dikembangkan untuk diterapkan
pada fenomena kasus perpindahan panas konveksi paksa.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini :
a. Untuk mengembangkan ilmu pengetahuan, terutama dalam bidang komputasi
numerik dan perpindahan panas.
b. Untuk mempelajari fenomena yang terjadi pada aliran dan perpindahan panas
konveksi di sekitar kotak 2D.
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
a. Bab I
: Pendahuluan, berisi tentang dasar-dasar dan latar belakang,
maksud dan tujuan penulisan, perumusan dan batasan masalah
serta sistematika penulisan.
b. Bab II
: Landasan Teori, berisi tentang tinjauan pustaka, dasar teori
perpindahan panas konveksi dan penjelasan mengenai metode
beda hingga pada staggered grid.
c. Bab III
: Metode Penelitian, berisi tentang cara penelitian dan langkah
pelaksanaan penelitian, penurunan persamaan Navier Stokes
dengan metode beda hingga pada staggered grid.
d. Bab IV : Data dan Analisa, berisi data hasil penelitian (simulasi) dan
pembahasannya.
e. Bab V
: Penutup, berisi kesimpulan yang diperoleh dan saran-saran bagi
penelitian selanjutnya.