Hafizha Mulyasih

Komputasi Teknik pada Simulasi Permodelan Dinamika Api

Peminatan: Sistem Utilitas Bangunan dan Keselamatan Kebakaran

Penugasan ini dilatarbelakangi untuk pemahaman dasar dari para mahasiswa magister program studi Teknik Mesin Universitas Indonesia, yang mengambil matakuliah wajib Komputasi Teknik pada semester 2. Sehingga penting bagi penulis untuk menambah wawasan tentang tentang komputasi teknik dan penerapannya dalam bidang teknik mesin. Karena mahasiswa diharapkan tidak hanya menjadi seorang “super-user” dari software komputer yang menggunakannya tanpa tahu bagaimana software tersebut berkerja. Istilah “super-user”, yang berarti hanya sebagai seorang pengguna saja [1]. Tujuan dari mata kuliah komputsi teknik ini adalah agar mahasiswa mengetahui dengan baik dan mampu menerapkan proses dan metoda (algoritma) perhitungan (numerik dan analitik) keteknikan dalam dunia komputasi secara riil berbasis komputer dan parameter yang mempengaruhi kecepatan dan keakuratan hasil perhitungan. Adapun materi yang akan diberikan adalah:Pengenalan Aplikasi Komputer: Matlab,Algoritma dan Analysis Algoritma; Kompleksitas Komputasi; Tipe-Tipe Algoritma; Optimisasi dan Representasi Angka; Overflow dan Underflow; Error dan Formula Error dalam Numeric; Finite Difference dalam Aplikasi Komputasi; Integrasi Numerik dalam Aplikasi Komputasi; ODE Dalam Aplikasi Komputasi; PDE dalam Aplikasi Komputasi; Monte Carlo dalam Aplikasi Komputasi [2].

Komputasi teknik dapat dikatakan merupakan suatu bidang keilmuan yang merupakan gabungan antara ilmu komputer dengan teknik. Secara umum, komputasi teknik ditujukan untuk memudahkan analisa yang melibatkan perhitungan matematik kompleks [1]. Dahulu sebelum era digitalisasi bagaimana para insinyur untuk menganalisis merancang, mengimplentasi sebuah sistem? Ya, semua itu dilakukan dengan cara manual. Dengan berkembangnya teknologi dapat mempermudah para insinyur untuk membantu mengaplikasikan ilmunya seperti menganalisis, merancang dan lain sebagainya melalui program aplikasi yang di kembangkan oleh programmer secara sistematis. Banyak program aplikasi yang telah di sediakan dengan berbagai macam bahasa pemrogaman. Salah satunya adalah program MATLAB (MATrix LABoratory), MATLAB adalah suatu bahasa tingkat tinggi yang digunakan untuk komputasi teknik. Bahasa ini mengintegrasikan proses komputasi, visualisasi, dan pemrograman dengan environment yang mudah digunakan dengan mengekspresikan masalah dan solusi ke dalam notasi-notasi matematika [3]. Software ini pertama kali memang digunakan untuk keperluan analisis numerik, aljabar linier dan teori tentang matrik, namun banyak kegunaan umum dari MATLAB diantaranya:

1. Perhitungan Matematika

2. Komputasi numerik

3. Akuisisi data

4. Pembuatan prototype

5. Simulasi dan pemodelan

6. Visualisasi dan analisis data

7. Pembuatan grafik untuk keperluan sains dan Teknik

8. Pengembangan aplikasi, misalnya dengan memanfaatkan GUI.

Ada banyak lagi program aplikasi untuk membantu perhitungan di bidang teknik mesin, seperti: ANSYS mechanical, Steam Turbin Program, Gas Dynamics, Computational Fluid Dynamic (CFD), Mencahical Engineering Toolbox dan lain-lain [3].

Dalam matematika dan komputasi, algoritma merupakan kumpulan perintah untuk menyelesaikan suatu masalah. Perintah-perintah ini dapat diterjemahkan secara bertahap dari awal hingga akhir. Masalah tersebut dapat berupa apa saja, dengan catatan untuk setiap masalah, ada criteria kondisi awal yang harus dipenuhi sebelum menjalankan algoritma. Algoritma sering mempunyai langkah pengulangan (iterasi) atau memerlukan keputusan (logika Boolean dan perbandingan) sampai tugasnya selesai. Susunan dari beberapa atau banyak algoritma tersebut yang membentuk suatu program komputer yang ditujukan untuk menyelesaikan masalah. Untuk memahami suatu algoritma diperlukan pengetahuan dasar logika matematika dengan mempergunakan metode numerik. Sehingga dalam komputasi teknik perlu dilatih kemampuan logika seseorang untuk dapat benar-benar bisa menyusun langkah-langkah penyelesaian masalah dengan baik. Menurut Knuth, untuk keperluan matematika dan program komputer metode yang sering digunakan yaitu: (1) Diagram alir (Flow Chart); (2) Kode Semu (Pseudo Code); (3) Algoritma fundamental [4].

Salah satu contoh aplikasi analisa di bidang mesin khususnya peminatan keselamatan kebakaran adalah analisa perkembangan nyala api menggunakan aplikasi Fire Dynamic Simulator (FDS). FDS adalah model dinamika fluida api yang digerakkan oleh komputasi dari aliran fluida. Program komputer ini memecahkan secara numerik bentuk simulasi eddy dari persamaan Navier-Stokes yang sesuai untuk kecepatan rendah, aliran yang digerakkan secara termal, dengan penekanan pada asap dan transportasi panas dari api, untuk menggambarkan evolusi api. Fungsi FDS adalah untuk mensimulasikan pergerakan asap, kondisi kebakaran guna analisis keselamatan kebakaran yang terjadi dan dapat diperhitungkan secara matematis.

Gambar 1. Contoh Hasil Simulasi FDS pada Bangunan

Contoh – contoh fungsi analisis FDS diantaranya : Air Movement, Burn Fire, Smoke Layer Height, Room Fire

Tahapan yang harus dilalui untuk dapat mendapatkan out-put berupa bagian manakah dari FDS adalah menentukan segala indicator yang mempengaruhi penyalaan api untuk mendapatkan hasil simulasi, diawali dengan mencari data-data dan menghitung input mesh dalam aplikasi. Yang mana untuk mendapatkan scenario penyalaan api yang akurat, harus menggunakan D*/dx ratio,

D* = Characteristic fire diameter

dx = Mesh size

Cp = 1.005 kJ/kg.K

Density = 1.204 kg/m3

D*/dx ratio haruslah bernilai 4 – 16.

Kemudian pada tahap selanjutnya memasukan data coding untuk menjalankan aplikasi seperti pada contoh gambar 2. Analisa kemudian ditunjukan pada aplikasi FDS sehingga kita dapat melihat pergerakan api yang terbentuk dan memudahkan penganalisa data dari hasil data berupa table dan grafik mengenai perkembangan api dan lain sebagainnya sebagai komponen yang mempengaruhi terjadinya kebakaran.

Gambar 2. Contoh input data aplikasi FDS

Informasi mengenai penggunaan FDS sebagai salah satu contoh dari kumputasi ini diharapkan mampu memberikan informasi tambahan bagi rekan-rekan mahasiswa teknik mesin dan bermanfaat untuk perkembangan wawasan yang lebih baik.

Referensi :

[1] Contoh Aplikasi Komputasi Teknik dalam Bidang Mesin-Analisa Konstruksi Skid Beam (Galangan Minyak) di PT. X, Februari 2009, [[1]]

[2] Struktur Kurikulum S2 Teknik Mesin UI, [[2]]

[3] Ahmad Fauzi, Peranan Pemrograman Komputer Dibidang Teknik Mesin, Mei 2017, [[3]]

[4] The use of computational engineering sciences in developing innovative products upfront in the product development process, Samtul Technologies Private Limited, [[4]]

hari bini tanggal 11 FEB tugas saya [5]