telusur.co.id - Fenomena magnetohidrodinamika (MHD) telah menjadi subjek penelitian yang intensif dalam beberapa dekade terakhir karena aplikasinya yang luas dalam berbagai bidang teknik dan sains. Magnetohidrodinamika menggabungkan prinsip-prinsip magnetisme dan hidrodinamika untuk mempelajari perilaku fluida konduktif yang dipengaruhi oleh medan magnet. Aplikasi MHD meliputi teknologi fusi nuklir, pengendalian aliran plasma, dan pengembangan sistem pendingin untuk reaktor nuklir (Kwak dan Kim, 2018).

Dalam studi MHD, aliran fluida yang dipengaruhi oleh medan magnetik sering kali diintegrasikan dengan efek-efek fisik lainnya, seperti radiasi termal, yang menambah kompleksitas dan kedalaman analisis. Radiasi termal menjadi sangat relevan ketika sistem berada pada suhu tinggi atau ketika material terlibat memiliki sifat radiatif yang signifikan. Radiasi dapat memengaruhi distribusi suhu dalam fluida dan, pada gilirannya, memengaruhi perilaku aliran.

Dalam konteks penelitian fluida, fluida nano radiatif telah mendapatkan perhatian khusus karena sifat unik yang dimilikinya. Fluida nano radiatif merupakan inovasi dalam bidang ilmu material yang telah membuka jalan baru dalam studi aliran dan perpindahan panas. Potensi aplikasinya mencakup berbagai bidang teknik, seperti sistem pendinginan, energi terbarukan, dan biomedis (Porgar dkk., 2024). 

Menurut Peneliti ITS, Prof. Drs. Basuki Widodo, M.Sc., Ph.D. menjelaskan, Fluida nano radiatif adalah cairan yang mengandung partikel nano dengan ukuran berkisar antara 1 hingga 100 nanometer. Adanya partikel nano ini mampu meningkatkan konduktivitas termal dan kapasitas perpindahan panas fluida secara signifikan, menjadikannya unggul dibandingkan dengan fluida konvensional dalam aplikasi pendinginan dan teknologi energi.

Kombinasi antara magnetohidrodinamika dan fluida nano radiatif membuka peluang penelitian baru yang menawarkan solusi inovatif untuk pengendalian aliran dan perpindahan panas dalam berbagai sistem. Ini termasuk pengembangan material, pendinginan elektronik, penyimpanan energi, dan proses pemanasan industri. 

“Namun, untuk memahami dan mengoptimalkan fenomena ini, diperlukan studi mendalam yang mempertimbangkan interaksi antara medan magnet, fluida nano radiatif, dan elemen-elemen lain seperti radiasi termal,” ujar Prof Basuki lewat keterangan tertulisnya. Rabu, (10/12/2025).

Salah satu konfigurasi fisik yang dapat digunakan dalam penelitian aliran fluida adalah silinder berpori. Pemilihan silinder sebagai media aliran tidak hanya didasarkan pada bentuk geometrisnya yang umum dan relevan secara praktis, tetapi juga pada kemampuan pori-pori dalam struktur silinder untuk memodifikasi aliran fluida. 

“Pemilihan silinder sebagai medium juga memungkinkan analisis yang lebih mendalam terhadap fenomena aliran yang terjadi pada dinding-dinding silinder, termasuk pengaruh viskositas, efek Lorentz, dan interaksi antara fluida dan struktur berpori,” sambung dosen di Departemen Matematika ITS ini.

Selain itu, kata Basuki, karena geometri silinder sering digunakan dalam berbagai aplikasi teknis, hasil penelitian ini dapat diaplikasikan dalam desain dan optimasi berbagai sistem, mulai dari pendingin elektronik hingga reaktor industri.

Geometri silinder berpori memiliki beragam penerapan, mulai dari pompa induksi linier dalam sistem pendingin reaktor nuklir, kolektor surya U-tube untuk efisiensi perpindahan panas, hingga injeksi CO₂ dalam teknik Enhanced Oil Recovery (EOR) (Gulzar dkk., 2020). Aplikasi-aplikasi ini menunjukkan pentingnya analisis aliran fluida dan perpindahan panas dalam media berpori sebagai dasar pengembangan sistem berbasis fluida nano.

Gambar 1.1 terdiri dari dua ilustrasi sistem teknik yang menunjukkan penerapan nyata dari aliran fluida dalam silinder. Pada Gambar 1.1 (a), ditampilkan sistem Annular Linear Induction Pump (ALIP) yang digunakan untuk memompa fluida konduktif, seperti logam cair, melalui saluran berbentuk silinder dengan memanfaatkan medan magnet dan arus induksi. Sistem ini merupakan aplikasi prinsip magnetohidrodinamika (MHD) yang banyak digunakan dalam reaktor nuklir generasi lanjut untuk mengalirkan pendingin tanpa komponen mekanis (Maidana dan Nieminen, 2017). 

Sementara itu, Gambar 1.1 (b) memperlihatkan skema kolektor surya tipe U-tube, di mana fluida termal bersirkulasi dalam tabung silinder yang dikelilingi oleh tabung vakum (Wole-osho dkk., 2020). Struktur ini dirancang untuk memaksimalkan penyerapan panas matahari dan mentransfer energi panas secara efisien ke fluida kerja. Sistem seperti ini menjadi relevan dalam pengembangan perpindahan panas berbasis fluida nano, yang menjadi fokus dalam penelitian ini.

Dalam konteks aliran MHD dan fluida nano radiatif, porositas dari silinder memungkinkan penelitian lebih mendalam mengenai bagaimana fluida nano radiatif berinteraksi dengan struktur mikro di bawah pengaruh medan magnet dan radiasi. Selain itu, keberadaan medium berpori memungkinkan terjadinya infiltrasi fluida ke dalam struktur, yang dapat memengaruhi pola aliran, memperbesar area perpindahan panas, dan meningkatkan efisiensi sistem secara keseluruhan (Nield dan Bejan, 2017). 

“Studi tentang media berpori juga penting karena di dalamnya terjadi interaksi kompleks antara fluida dan struktur padat, seperti resistensi aliran dan perubahan gradien tekanan, yang tidak muncul dalam media solid biasa,” jelasnya.

Oleh karena itu, penggunaan silinder berpori memberikan nilai tambah dalam studi numerik maupun eksperimental karena memberikan pendekatan yang lebih realistis terhadap berbagai aplikasi rekayasa (Vafai, 2015).

Perilaku fluida akan berubah sesuai dengan aliran fluida pada medium dan asumsi yang berbeda. Berbagai studi mengenai fenomena aliran fluida nano radiatif dalam konteks magnetohidrodinamika telah dilakukan oleh sejumlah peneliti untuk memahami karakteristik dan perilaku fisikanya secara lebih mendalam, di antaranya penelitian (Juliyanto dkk., 2018) mengenai magnetohidrodinamika fluida nano radiatif yang mengalir melalui silinder sirkular dengan pengaruh konveksi campuran. 

Selanjutnya pada medium berbentuk bola, penelitian (Widodo dkk., 2019)  telah diteliti magnetohidrodinamika fluida nano radiatif yang mengalir melalui bola berpori magnetik dan (Thahiruddin dkk., 2020) membahas magnetohidrodinamika fluida nano radiatif yang mengalir melalui bola berpori teriris.

Selanjutnya beberapa penelitian juga mengamati adanya pengaruh radiasi pada suatu aliran magnetohidrodinamika fluida nano radiatif diantaranya adalah penelitian (Thirupathi dkk., 2021) yang membahas mengenai magnetohidrodinamika fluida nano radiatif casson yang mengalir permukaan datar nonlinear dan penelitian (Yasin dkk., 2021) yang dilakukan pada aliran lapisan batas laminar ferrofluid dengan pengaruh medan magnet dan radiasi termal. Salah satu temuan dalam penelitian tersebut menunjukkan bahwa radiasi berkontribusi signifikan dalam meningkatkan proses perpindahan panas pada fluida.

Sebagian besar penelitian mengenai magnetohidrodinamika fluida nano ditekankan pada area titik stagnasi bawah atau lower stagnation point. Daerah di sekitar titik stagnasi (stagnation point) seringkali menjadi fokus penelitian karena di titik tersebut, kecepatan aliran fluida mencapai nol atau mendekati nol (Widodo dkk., 2017) sehingga tekanan menjadi maksimum. 

“Titik stagnasi terjadi ketika arah aliran fluida yang berasal dari berbagai arah bertemu dan terpaksa mengalir ke arah yang sama. Contohnya, pada sebuah benda yang bergerak di udara, titik stagnasi terletak di permukaan benda tepat di depan arah gerakan benda,” tambahnya.

Karena fenomena yang kompleks ini, penelitian di sekitar titik stagnasi penting untuk memahami karakteristik aliran fluida di sekitar benda, seperti distribusi tekanan, gaya gesekan, dan pemisahan lapisan batas. Penelitian ini penting untuk berbagai aplikasi seperti aerodinamika, hidrodinamika, dan teknik mesin, dan dapat membantu dalam merancang benda yang lebih efisien dan stabil dalam aliran fluida.

Pada penelitian ini, peneliti melakukan analisis terhadap profil kecepatan dan temperatur di sekitar titik stagnasi bagian bawah pada aliran magnetohidrodinamika fluida nano radiatif yang mengalir melalui silinder berpori. 

Model matematis aliran fluida nano magnetohidrodinamika yang melewati silinder berpori dibangun dengan mengacu pada persamaan dasar konservasi massa, momentum, dan energi. Persamaan dalam bentuk dimensional tersebut selanjutnya ditransformasikan ke dalam bentuk nondimensional, lalu diubah menjadi persamaan similaritas. 

“Penyelesaian numerik dilakukan dengan menerapkan metode Keller Box, sedangkan proses visualisasi hasil diperoleh melalui perangkat lunak MATLAB. Simulasi dilakukan untuk mengkaji pengaruh variasi parameter medan magnet, porositas media, fraksi volume nano partikel, serta bilangan Prandtl terhadap distribusi kecepatan dan temperatur fluida,” tutup Guru Besar pertama Matematika dan termuda ITS tahun 2008 lalu. (ari)