Solusi Finite Element Methode untuk Perpindahan Panas Konduksi pada Aplikasi Aspal Runway

Marifatin, Indah (2023) Solusi Finite Element Methode untuk Perpindahan Panas Konduksi pada Aplikasi Aspal Runway. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 6001211007-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 September 2025. Download (3MB) | Request a copy

Abstract

Penelitian ini telah memodelkan perpindahan panas pada aspal, mengetahui distribusi temperatur dari aliran panas yang mengalir didalam aspal sehingga dapat dibandingkan dengan nilai konduktivitas termal untuk mengetahui kualitas dari aspal tersebut dan pengaruh banyaknya elemen pada simulasi. Simulasi pada penelitian tentang perpindahan panas pada aspal bandara dengan finite element method (FEM). Material aspal yang menjadi objek yaitu aspal pertamina 60/70 dan aspal shell cariphalte PG 76. Dua variasi aspal tersebut mempunyai variasi komposisi yaitu 4%, 5% dan 6% dan masing-masing komposisi mempunyai variasi suhu yaitu 30℃, 50℃, 70℃ dan 100℃. Pemodelan perpindahan panas dinyatakan dalam bentuk domain 2D. Pemodelan perpindahan panas konduksi pada aspal runway 2D dengan asumsi temperatur bagian kanan dan kiri aspal sebesar 35℃ sesuai dengan temperatur lingkungan bandara. Pemodelan ini menggunakan pembagian elemen segiempat terhadap posisi dan waktu dilakukan dengan menghitung gradien temperatur disetiap node dalam aspal terhadap waktu. Simulasi ini menghasilkan pemodelan distribusi panas secara vertikal. Distribusi temperatur pada aspal shell lebih lambat menyebar daripada aspal pertamina. Hal ini dikarenakan hasil dari gradien temperatur pada aspal shell lebih besar dari pada aspal pertamina. Data yang diperoleh menunjukkan aspal shell komposisi 4%, 5% dan 6% dengan nilai gradien temperatur berturut-turut sebesar 17,18, 16,03 dan 16,48 ℃⁄cm. Sedangakan untuk aspal pertamina komposisi 4%, 5% dan 6% dengan nilai gradien temperatur berturut-turut 15,62, 15,24 dan 15,68 ℃⁄cm. Parameter-parameter yang digunakan dalam simulasi adalah gradien temperatur, laju perpindahan panas dan konduktivitas panas. Dari hasil simulasi aspal pertamina komposisi 4%, 5% dan 6% pada saat dikenai sumber panas sebesar 100 ℃ sampai kembali ketemperatur lingkungan Bandara Udara Internasional Soekarno-Hatta sebesar 35℃ membutuhkan waktu distribusi temperatur berturut-turut sebesar 10,2 menit, 9,78 menit dan 9,53 menit. Sedangkan hasil simulasi aspal shell komposisi 4%, 5% dan 6% pada saat dikenai sumber panas sebesar 100 ℃ sampai kembali ketemperatur lingkungan Bandara Udara Internasional Soekarno-Hatta sebesar 35℃ membutuhkan waktu distribusi temperatur berturut-turut sebesar 9,76 menit, 10,1 menit dan 9,08 menit. Waktu distribusi temperatur pada aspal shell lebih kecil darpada aspal pertamina, maka dari itu aspal shell lebih sedikit menghantarkan panas. Aspal shell lebih baik digunakan sebagai aspal bandara karena lebih efisien dalam waktu oprasional bandara. Banyaknya elemen permukan aspal pada simulasi distribusi temperatur berhubungan dengan waktu komputasi. Elemen 36 membutuhkan waktu simulasi sebesar 0,018s, elemen 50 membutuhkan waktu simulasi sebesar 0,021s, dan elemen 64 membutuhkan waktu simulasi sebesar 0,055s. Banyaknya elemen yang digunakan dalam simulasi berbanding lurus terhadap waktu yang dibutuhkan dalam komputasi.
==================================================================================================================================
This research has modeled heat transfer on asphalt, knowing the temperature distribution of the heat flow flowing inside the asphalt so that it can be compared with the thermal conductivity value to determine the quality of the asphalt and the effect of the number of elements on the simulation. Simulation on research on heat transfer on airport asphalt with the finite element method (FEM). Asphalt materials that are the objects are asphalt pertamina 60/70 and shell cariphalte PG 76 asphalt. The two variations of asphalt have composition variations, namely 4%, 5% and 6% and each composition has temperature variations, namely 30℃, 50℃, 70℃ and 100℃. Heat transfer modeling is expressed in 2D domain form. Conduction heat transfer modeling on 2D runway asphalt with the assumption that the temperature on the right and left sides of the asphalt is 35℃ according to the airport environment temperature. This model uses the division of rectangular elements for position and time by calculating the temperature gradient at each node in asphalt against time. This simulation results in modeling the vertical heat distribution. The temperature distribution of shell asphalt is slower to spread than pertamina asphalt. This is because the result of the temperature gradient on shell asphalt is greater than that of pertamina asphalt. The data obtained showed asphalt shell composition of 4%, 5% and 6% with temperature gradient values of 17,18, 16,03 and 16,48 ℃⁄cm respectively. Meanwhile, for Pertamina asphalt, the composition is 4%, 5% and 6% with temperature gradient values of 15,62, 15,24 and 15,68 ℃⁄cm respectively. The parameters used in the simulation are temperature gradient, heat transfer rate and heat conductivity. From the simulation results of Pertamina asphalt with a composition of 4%, 5% and 6% when exposed to a heat source of 100℃ until it returns to the environmental temperature of Soekarno-Hatta International Airport of 35℃, it requires a temperature distribution time of 10,2 minutes, 9,78 minutes and 9,53 minutes respectively. While the simulation results of asphalt shell compositions of 4%, 5% and 6% when subjected to a heat source of 100℃ until it returns to the environmental temperature of Soekarno-Hatta International Airport of 35℃ require a successive temperature distribution time of 9.76 minutes, 10,1 minutes and 9.08 minutes. The temperature distribution time for shell asphalt is smaller than Pertamina asphalt, therefore shell asphalt conducts less heat. Shell asphalt is better used as airport asphalt because it is more efficient in airport operational time. The number of asphalt surface elements in the temperature distribution simulation is related to computation time. Element 36 requires a simulation time of 0,018s, element 50 requires a simulation time of 0,021s, and element 64 requires a simulation time of 0,055s. The number of elements used in the simulation is directly proportional to the time needed in the computation.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	Aspal, Distribusi temperatur, FEM, Perpindaha; Asphalt, Computational simulation, FEM, Heat Transfer, Temperature distribution.
Subjects:	Q Science Q Science > QC Physics Q Science > QC Physics > QC271 Temperature measurements Q Science > QC Physics > QC320 Heat transfer T Technology > TA Engineering (General). Civil engineering (General) > TA347 Finite Element Method
Divisions:	Faculty of Science and Data Analytics (SCIENTICS) > Physics > 45101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	Indah Marifatin
Date Deposited:	26 Sep 2023 01:24
Last Modified:	26 Sep 2023 01:24
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/103390

Actions (login required)

View Item