BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 2.1 Mesin pendingin BAB II TINJAUAN PUSTAKA Mesin pendingin merupakan mesin yang berfungsi untuk memindahkan panas dari lingkungan bersuhu rendah ke lingkungan bersuhu tinggi. Mesin pendingin dapat dibayangkan sebagai mesin kalor yang beroperasi secara terbalik [1]. Teknik refrigerasi merupakan salah satu ilmu dalam mempelajari mesin pendingin. Teknik refrigerasi adalah semua teknik yang digunakan untuk menurunkan temperatur suatu medium sampai lebih rendah daripada temperatur lingkungannya. Dalam melakukan proses penurunan suhu ini, maka sejumlah energi dalam bentuk panas harus diambil dari medium tersebut dan dibuang ke lingkungan. Secara alami, panas hanya akan berpindah dari medium yang temperaturnya lebih tinggi ke medium yang temperaturnya lebih rendah. Dengan kata lain, perpindahan panas dari medium yang dingin ke medium yang lebih panas tidak akan mungkin terjadi secara alami. Maka untuk membuat proses ini terjadi, digunakanlah teknik refrigerasi. Karena refrigerasi adalah sebuah proses yang bertujuan menurunkan temperatur, maka proses ini sering disebut dengan istilah fungsi refrigerasi yang artinya proses yang berfungsi menurunkan temperatur sampai dapat mencapai temperatur lingkungan. 2.2 Pemilihan Styrofoam sebagai Bahan Utama Pengertian dan Karakteristik Styrofoam Styrofoam yang memiliki nama lain polystyrene banyak digunakan oleh manusia dalam kehidupannya sehari hari. Begitu styrofoam diciptakan pun langsungmarak digunakan di Indonesia. Banyak keunggulan pada styrofoam yang yang akansangat menguntungkan bagi para penjual makanan seperti tidak mudah bocor, praktis dan ringan sudah pasti lebih disukai sebagai pembungkus makanan mereka.bahkan kita tidak dapat dalam satu hari saja tidak menggunakan bahan polimer sintetik.

2 Polystyrene adalah sebuah dengan monomer, sebuah hidrokarbon cair yang dibuat secara komersial dari minyak bumi. Pada suhu ruangan, polistirena biasanya bersifat padat, dapat mencair pada suhu yang lebih tinggi. Stirena tergolong senyawa aromatik. Polistirena pertama kali dibuat pada 1839 oleh Eduard Simon, seorang apoteker Jerman. Ketika mengisolasi zat tersebut dari resin alami, dia tidak menyadari apa yang dia telah temukan. Seorang kimia anorganik Jerman lainnya, Hermann Staudinger, menyadari bahwa penemuan Simon terdiri dari rantai panjang molekul stirena, yang adalah sebuah polimer plastik. Polistirena padat murni adalah sebuah plastik tak berwarna, keras dengan fleksibilitas yang terbatas yang dapat dibentuk menjadi berbagai macam produk dengan detil yang bagus. Penambahan karet padasaat polimerisasi dapat meningkatkan fleksibilitas dan ketahanan kejut. Polistirena jenis ini dikenal dengan nama High Impact Polystyrene (HIPS). Polistirena murni yang transparan bisa dibuat menjadi beraneka warna melalui proses. Polistirena banyak dipakai dalam produk produk elektronik sebagai casing, kabinet, dan komponen komponen lainnya. Peralatan rumah tangga yang terbuat dari polistirena seperti sapu, sisir, baskom, gantungan baju, dan ember. Karakteristik dari styrofoam diberikan pada Tabel 2.1. Tabel 2.1 Karakteristik Styrofoam [2] Sifat Fisis Ukuran Densitas kg/m 3 Konduktivitas Thermal 0,033 W/mK Modulus Young (E) MPa Kekuatan Tarik MPa Styrofoam sebagai Insulasi Termal Insulasi termal (isolasi termal, isolasi panas) adalah metode atau proses yang digunakan untuk mengurangi laju perpindahan panas/kalor. Panas atau energi panas (kalor) bisa dipindahkan dengan cara konduksi, konveksi, dan radiasi atau ketika terjadi perubahan wujud. Mengenai insulasi termal, hanya dibicarakan perpindahan panas secara konduksi, konveksi, dan radiasi. Aliran panas dapat dikendalikan dengan proses ini, tergantung pada sifat material yang dipergunakan.

3 Bahan yang digunakan untuk mengurangi laju perpindahan panas itu disebut isolator atau insulator. Panas dapat lolos meskipun ada upaya untuk menutupinya, tapi isolator mengurangi panas yang lolos tersebut. Isolasi termal dapat menjaga wilayah tertutup seperti bangunan atau tubuh agar terasa hangat lebih lama dari yang sewajarnya, tetapi itu tidak mencegah hasil akhirnya, yaitu masuknya dingin dan keluarnya panas. Isolator juga dapat bekerja sebaliknya, yaitu menjaga bagian dalam suatu wadah terasa dingin lebih lama dari biasanya. Insulator digunakan untuk memperkecil perpindahan energi panas. Kemampuan insulasi suatu bahan diukur dengan konduktivitas termal (k). Konduktivitas termal yang rendah setara dengan kemampuan insulasi (resistansi termal atau nilai R) yang tinggi. Dalam teknik termal, sifat sifat lain suatu bahan insulator atau isolator adalah densitas (ρ) dan kapasitas panas spesifik (c). Berikut table konduktivitas termal bahan ditunjukkan pada table 2.2. Tabel 2.2 Konduktivitas Termal Bahan [2] No Bahan Konduktivitas Thermal k (W/mK) 1 Styrofoam 0,033 2 Kaca 0,78 3 Plastik 0,15 4 Kayu 0,08 0,16 5 Tembaga Aluminium Stainless Steel 15 Bahan dengan konduktivitas termal (k) rendah menurunkan laju aliran panas. Oleh sebab itulah, styrofoam dipilih sebagai bahan utama dalam pembuatan mesin pendingin ruangan. Selain memiliki nilai konduktivitas termal yang rendah, pemilihan styrofoam ditinjau juga dari segi ekonomis dan kepraktisannya.

4 2.3 Refrigeran, Media Pendingin dan Absorbent Refrigeran adalah fluida fluida kerja utama pada suatu siklus refrigerasi yang bertugas menyerap panas pada temperatur dan tekanan rendah dan membuang panas pada temperatur dan tekanan tinggi. Umumnya refrigeran mengalami perubahan fasa dalam suatu siklus kecuali pada siklus gas. Media pendingin (cooling media) adalah media yang digunakan untuk mengantarkan efek refrigerasi ke tempat yang membutuhkan. Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut. Sistem pendingin udara pada unit yang besar, seperti bangunan komersial, menempatkan siklus pendingin terpusat pada suatu tempat. Dan ruangan yang menggunakan efek refrigerasi relatif jauh dari unit ini, untuk keperluan ini adalah lebih baik menggunakan medium lain daripada harus menggunakan medium lain daripada harus mensirkulasikan refrigeran ke tiap ruangan. Medium yang lain inilah yang disebut sebagi medium pendingin atau sering juga disebut sebagai refrigeran sekunder. Medium yang biasanya sering digunakan adalah air, glycol, dan larutan garam. Cairan absorben (liquid absorbent) adalah cairan yang digunakan untuk menyerap uap refrigeran dan membentuk ikatan kimia (chemical bonding). Kemampuan absorben mengikat refrigeran ini disebut sebagai afinitas. Istilah ini jarang digunakan dan hanya dapat ditemui pada siklus absorpsi. Zat yang umum digunakan sebagai absorbent antara lain : Air, Lithium Bromida (LiBr), dan Amonia Syarat Refrigeran ( Bahan Pendingin) Suatu bahan pendingin mempunyai syarat syarat untuk keperluan proses pendinginan antara lain: a. Tidak beracun dan tidak berbau dalam semua keadaan. b. Tidak menyebabkan korosi terhadap bahan logam yang dipakai pada sistem pendingin. c. Bila terjadi kebocoran mudah diketahui dengan alat alat yang sederhana maupun dengan alat detector kobocoran d. Mempunyai titik didih dan tekanan kondensasi yang rendah

5 e. Mempunyai kalor laten penguapan yang besar, agar panas yang diserap evaporator sebesar besarnya. f. Harganya tidak mahal dan mudah diperoleh. g. Konduktifitas thermal yang tinggi. h. Konstanta dieletrika dari refrigeran yang kecil, tahanan lisrtrik yan besar, serta tidak menyebabkan korosi pada material isolator listrik. i. Tidak merusak tubuh manusia. 2.4 Alkohol (etanol) Etanol disebut juga etil alkohol, alkohol murni, alkohol absolute, atau alkohol saja, adalah sejenis cairan yang mudah menguap, mudah terbakar, tidak berwarna dan merupakan alkohol yang paling sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Etanol adalah cairan tak berwarna yang mudah menguap dengan aroma khas. Etanol terbakar tanpa asap dengan lidah api berwarna biru yang terkadang tidak dapat terlihat dengan cahaya biasa. Berikut sifat etanol ditunjukkan pada tabel 2.3. Table 2.3 Sifat Etanol [3] Densitas g/cm 3 Titik Lebur Titik Didih 78.4 Titik Nyala 13 (55.4 ) Kalor Jenis 2400 J/kg (0,57 kkal/kg ) Kalor Lebur Kalor Uap Data diatas berlaku pada temperature dan tekanan standar ( J/kg J/kg, 100kPa)

6 2.5 Karbon aktif (activated carbon) Karbon aktif, atau sering juga disebut sebagai arang aktif, adalah suatu jenis karbon yang memiliki luas permukaan yang sangat besar. Hal ini dicapai dengan mengaktifkan arang atau karbon tersebut. Hanya dengan satu gram karbon aktif, akan didapat material yang memiliki luas permukaan sebesar 500m 2. Umumnya pengaktifan bertujuan untuk memperbesar luas permukaan saja, namun beberapa usaha juga berkaitan dengan meningkatkan kemampuan adsorpsi karbon aktif itu sendiri. Karbon aktif adalah karbon padat yang memiliki luas permukaan yang tinggi berkisar antara m 2 /g. Bahkan ada peneliti yang mengklaim luas permukaan karbon aktif yang dikembangkan memiliki luas melebihi 3000 m 2 /g. Hal ini dikarenakan zat ini memiliki pori-pori yang sangat kompleks yang berkisar dari ukuran mikro dibawah 20 A (Angstrom). Luas permukaan yang besar ini sangat cocok digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan luas kontak yang sangat besar seperti pada bidang adsorpi (penyerapan), dan pada bidang reaksi atau katalis. 2.6 Perkiraan Beban Pendingin Definisi Beban Pendingin Beban pendinginan adalah laju panas yang harus dipindahkan dari ruangan ke lingkungan sehingga suhu dan kandungan uap airnya terjaga seperti yang diinginkan. Perlu diulang kembali bahwa tugas unit pendingin adalah menjaga kondisi suatu ruangan agar berada pada suhu dan kelembaban tertentu yang umumnya lebih rendah dari temperatur dan kelembaban lingkungan luar. Banyak faktor yang mempengaruhi besarnya beban pendingin ini, misalnya kondisi suhu di luar ruangan, kebocoran udara dari luar ke dalam mesin pendingin, aktivitas di dalam ruangan misalnya terdapat mesin yang menghasilkan panas dan juga lampu listrik, dan jumlah orang yang keluar masuk dari ruangan. Terdapat beberapa metode perhitungan beban pendingin yang telah diajukan oleh beberapa badan standard. Tetapi yang paling umum digunakan adalah metode yang diajukan oleh ASHRAE.

7 2.6.2 Jenis Beban Pendingin Jenis beban pendingin, dapat dibagi menjadi dua, yaitu panas sensibel dan panas laten. Panas sensibel adalah panas yang diterima atau dilepaskan suatu materi sebagai akibat perubahan suhunya. Panas laten adalah panas yang diterima atau dilepaskan suatu materi karena perubahan fasanya. Untuk lebih menjelaskan arti masing masing panas ini, misalkan kita mendinginkan air dari 100 o C sampai mejadi es 0 o C. Panas yang diserap dari air mulai dari 100 o C menjadi 0 o C (masih tetap air) disebut beban sensibel. Jika air yang suhunya sudah 0 o C didinginkan lagi hingga akhirnya menjadi es, di sini tidak terjadi perubahan suhu, tetapi perubahan fasa. Panas yang diserap di sini disebut panas laten Sumber Sumber Beban Pendingin Beban pendingin bagi mesin pendingin yang dikondisikan bisa berasal dari beberapa sumber. Sumber sumber ini umumnya dibagi 2 bagian besar, yaitu beban yang berasal dari luar mesin pendingin dan beban yang berasal dari dalam ruangan. Panas yang berasal dari luar mesin pendingin antara lain: panas yang berpindah secara konduksi, konveksi, dan radiasi dari dinding - dinding material mesin pendingin ruangan. Terdapat juga panas akibat masuknya udara luar yaitu berupa kebocoran udara (infiltrasi). Sementara sumber panas yang berasal dari dalam ruangan dapat berupa panas akibat lampu penerangan dan panas yang berasal manusia. Berikut bagan beban pendingin ditunjukkan pada gambar 2.1.

8 Gambar 2.1 Bagan Beban Pendingin [4] Panas Dari Udara Luar (Infiltrasi) Akibat masuknya udara luar, baik secara sengaja ditambahkan maupun akibat kebocoran (tidak sengaja), akan menjadi beban bagi ruangan yang dikondisikan. Panas udara dari luar biasanya ada 2 yaitu panas dari udara ventilasi dan panas dari udara infiltrasi. Pada kasus ini, panas dari udara luar hanyalah panas udara infiltrasi atau dari kebocoran (secara tidak disengaja), sehingga besar panas udara luar dari ventilasi diabaikan. Jumlah panas akibat masuknya udara luar ini terdiri atas 2 jenis yaitu panas sensibel dan panas laten. Panas sensibel adalah panas yang diterima atau dilepaskan suatu materi sebagai akibat perubahan suhunya. Panas laten adalah panas yang diterima atau dilepaskan suatu materi karena perubahan fasanya. Untuk menghitung beban laten, pertama tama dihitung terlebih dahulu besar tekanan uap saturasi (p ws ), dengan rumus [4] :

9 ln(p ws ) = C 1 T +C 2 +C 3 T +C 4 T 2 +C 5 T 3 +C 6 lnt...(2-1) Dimana: p ws = tekanan uap saturasi (Pa) C 1 = konstanta sebesar -5, x 10 3 C 2 = konstanta sebesar 1, C 3 = konstanta sebesar -4, x 10-2 C 4 = konstanta sebesar 4, x 10-5 C 5 = konstanta sebesar -1, x 10-8 C 6 = konstanta sebesar 6, T = Temperatur mutlak (K) Setelah didapat tekanan uap saturasi, langkah berikutnya adalah mencari besar tekanan parsial uap air (p w ) dengan rumus [4] : P w = RH x p ws..(2-2) Dimana: RH = Rasio humiditas relatif p ws = Tekanan uap saturasi (Pa) p w = Tekanan parsial uap air (Pa) Selanjutnya dihitung besar rasio humiditas ruangan dengan rumus [4] :..(2-3) Dimana: w o = Rasio humiditas ruangan (kg air/kg udara kering) p w = Tekanan parsial uap air (Pa) p atm = Tekanan atmosfer = Pa Langkah selanjutnya adalah menghitung laju udara infiltrasi yakni dengan menggunakan rumus [4] : Q = N x μ x..(2-4)

10 Dimana: N = Banyak pembukaan mesin pendingin μ = Standar kebocoran udara = 2,8 [5] Panas sensibel dari udara luar infiltrasi ini dapat kita hitung dengan rumus sebagai berikut. [4] Q s = 1,23 Q (T o T i )... (2-5) Dimana : Q s = Panas sensibel (Watt) Q = laju aliran udara luar masuk ke dalam ruangan (L/s) T o = temperatur di luar ruangan ( C) T i = temperatur di dalam ruangan ( C) Panas laten dari udara luar infiltrasi dapat kita hitung dengan rumus sebagai berikut. [4] Q l = 3010 Q (w o w i )... (2-6) Dimana : Q l = Panas laten (Watt) Q = laju aliran udara luar masuk ke dalam ruangan (L/s) w o = kelembaban di luar ruangan (kg air/ kg udara kering) w i = kelembaban di dalam ruangan (kg air/kg udara kering) Konveksi Ilustrasi perpindahan panas secara konveksi dapat dilihat dari contoh berikut. Berdiri didekat api unggun akan terasa udara hangat yang naik dari nyala api. Ketika udara yang dekat nyala api dipanasi, udara itu memuai dan massa jenisnya menjadi lebih kecil. Udara hangat dengan massa jenis lebih kecil akan naik dan tempatnya digantikan oleh udara dingin yang bermassa jenis yang lebih besar. Proses perpindahan kalor dari satu fluida ke bagian fluida yang lain oleh pergerakkan fluida itu sendiri dinamakan konveksi.

11 Ada dua jenis perpindahan panas secara konveksi, yaitu: 1. Konveksi alamiah 2. Konveksi paksa Konveksi alamiah Pada konveksi alamiah pergerakkan fluida terjadi akibat perbedaan massa jenis. Bagian fluida yang menerima kalor (dipanasi) akan memuai dan massa jenisnya menjadi lebih kecil, sehingga terjadi pergerakkan ke atas. Tempatnya digantikan oleh bagian fluida dingin yang jatuh ke bawah karena massa jenisnya lebih besar. Peristiwa ini mirip dengan mengapungnya suatu benda karena massa jenis benda lebih kecil daripada massa jenis zat cair. Contoh konveksi udara secara alami dapat dilihat ketika membakar sesuatu. Udara panas di dekat nyala api memuai dan massa jenisnya menjadi lebih kecil. Udara dingin (massa jenisnya lebih besar) yang berada di sekitar api menekan udara panas ke atas, sehingga terjadilah arus konveksi udara. Arus konveksi udara inilah yang membawa asap bergerak ke atas Konveksi Bebas Pelat Horizontal Perhitungan koefisien konveksi bebas pelat horizontal (h) dilakukan pada bagian luar mesin pendingin ruangan yang bersentuhan dengan udara tenang menggunakan beberapa tahap. Tahap pertama yaitu menghitung bilangan Rayleigh. Bilangan Rayleigh adalah bilangan yang didapat pada konveksi bebas. Aliran laminar mempunyai bilangan Rayleigh dibawah 10 9 dan aliran turbulen mempunyai bilangan Rayleigh diatas Bilangan Rayleigh dapat dicari dengan persamaan [2] : R al 3 g Ts T L... (2-7) v Dimana : R al = Bilangan Rayleigh g = Gravitasi bumi = 9,8 m/s 2 T s = Suhu permukaan (K) T = Suhu fluida (K)

12 L = (m) = = (K -1 ) = Difusivitas panas (m 2 /s) = Viskositas (m 2 /s) Tahap selanjutnya adalah menghitung bilangan Nusselt untuk aliran laminar dengan persamaan [2] : N ul = 0,54 x R al 1/4.....(2-8) rumus [2] : Untuk aliran turbulen, bilangan Nusselt dihitung dengan persamaan [2] : N ul = 0,15 x R al 1/3..(2-9) Tahap berikutnya adalah menghitung koefisien konveksi (h L ) dengan h L =...(2-10) Dimana: h L = Koefisien konveksi (W/m 2 K) k = Konduktivitas Termal Fluida (W/mK) L = (m) Nu L = Bilangan Nusselt Konveksi Bebas Pelat Vertikal Perhitungan koefisien konveksi bebas pelat vertikal (h) dilakukan pada bagian luar mesin pendingin ruangan yang bersentuhan dengan udara tenang menggunakan beberapa tahap. Tahap pertama adalah menghitung besarnya bilangan Rayleigh menggunakan persamaan (2-5). Tahap selanjutnya adalah menghitung bilangan Nusselt untuk aliran laminar dengan persamaan [2] :

13 R al N ul (2-11) (0.492 /Pr) Dimana : Nu L = Bilangan Nusselt Ra L = Bilangan Rayleigh Pr = Bilangan Prandlt Untuk aliran turbulen, bilangan Nusselt dihitung dengan persamaan [2] : Dimana : ì ï 1 ï RaL N ul = í ï é ï ê1+ (0.492 / Pr) îï ë 9 16 Nu L = Bilangan Nusselt ù ú û 8 27 Ra L = Bilangan Rayleigh Pr = Bilangan Prandlt ü ï ï ý ï ï þï 2... (2-12) Tahap berikutnya adalah menghitung koefisien konveksi (h L ) dengan persamaan (2-10) Konveksi Paksa Aliran pada fluida dapat dibedakan menjadi 2 macam yaitu aliran laminar dan aliran turbulen. Secara umum aliran laminar merupakan aliran fluida yang teratur, tenang, dan lurus. Sedangkan aliran turbulen merupakan aliran aliran yang tidak teratur, tidak tenang, partikel partikel airnya saling acak, dan arahnya berbelok belok. Dalam menentukan perbedaan antara aliran laminar dan turbulen dapat dihitung dengan menggunakan bilangan Reynold. Bilangan Reynold merupakan bilangan yang didapat dari konveksi paksa. Aliran laminar mempunyai nilai bilangan Reynold dibawah 5x10 5, sedangkan aliran turbulen mempunyai nilai bilangan Reynold diatas 5x10 5. Berikut perbedaan aliran laminar dan turbulen ditunjukkan pada tabel 2.4.

14 Tabel 2.4 Perbedaan Aliran Laminar dan Turbulen [2] Aliran Gerakan Fluida Kecepatan Fluida Viskositas Lintasan Gerak Laminar Lurus Rendah Tinggi Teratur Turbulen Tidak teratur Relatif tinggi Rendah Tidak teratur Perhitungan koefisien konveksi (h) fluida dapat dilakukan dengan beberapa tahap. Tahap awal adalah mencari bilangan Reynold (Re L ) dengan persamaan [5] : Re L = ρ μ.(2-13) Dimana: Re L = Bilangan Reynold = Massa jenis fluida (kg/m 3 ) = Kecepatan aliran fluida (m/s) L = Panjang lapisan konveksi (m) μ = Viskositas (Ns/m 2 ) Tahap berikutnya adalah mencari bilangan bilangan Prandtl (Pr) dan koefisien konduktivitas termal (k) dengan menggunakan interpolasi menurut tabel 2.5. Berikut sifat udara pada tekanan 1 atm ditunjukkan pada tabel 2.5. Tabel 2.5 Sifat Udara pada Tekanan 1 atm [6] ρ T (K) (kg/m3) C p μ x 10 7 x 10 6 k x 10 3 x 10 6 (kj/kgk) (Ns/m 2 ) (m 2 /s) (W/mK) (m 2 /s) 100 3,5562 1,032 71,1 2,00 9,34 2,54 0, ,3364 1, ,4 4,426 13,8 5,84 0, ,7458 1, ,5 7,590 18,1 10,3 0, ,3947 1, ,6 11,44 22,3 15,9 0, ,1614 1, ,6 15,89 26,3 22,5 0, ,9950 1, ,2 20,92 30,0 29,9 0, ,8711 1, ,1 26,41 33,8 38,3 0,690 Pr

15 Tahap berikutnya adalah menghitung bilangan Nusselt (Nu L ) dengan rumus [5] : Nu L = 0,664 x Re 1/2 L x Pr 1/3...(2-14) Dimana: Nu L = Bilangan Nusselt Re L = Bilangan Reynold Pr = Bilangan Prandtl Tahap berikutnya adalah menghitung koefisien konveksi (h L ) dengan rumus [5] : h L =....(2-15) Dimana: h L = Koefisien konveksi (W/m 2 K) k = Konduktivitas Termal Fluida (W/mK) L = Panjang Lapisan Konveksi (m) Nu L = Bilangan Nusselt Laju perpindahan konveksi (Q) dapat dihitung dengan rumus [5] : Q konv = h L x A x ( )...(2-16) Dimana: Q konv = Laju perpindahan konveksi (W) A = Luas penampang (m 2 ) T s = Suhu permukaan (K) = Suhu fluida (K) Di dalam mesin pendingin ruangan, perhitungan nilai koefisien konveksi (h) dihitung berdasarkan rumus konveksi paksa Konduksi Ilustrasi perpindahan panas secara konduksi dapat dijelaskan dengan peristiwa berikut. Letakkan sebuah sendok logam dengan ujung yang satu berada diatas nyala lilin. Kemudian sentuhlah ujung sendok yang satunya lagi. Ujung sendok tersebut terasa panas walaupun ujung sendok tersebut tidak bersentuhan langsung dengan sumber kalor (nyala api lilin). Pada proses perpindahan kalor dari bagian sendok yang panas ke ujung sendok yang dingin tidak terjadi

16 perpindahan partikel partikel dalam sendok. Proses perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan partikel dinamakan konduksi. Perpindahan kalor secara konduksi dapat terjadi dalam dua proses berikut yaitu: 1. Pemanasan pada satu ujung zat menyebabkan partikel partikel pada ujung itu bergetar lebih cepat dan suhunya naik, atau energi kinetiknya bertambah. Partikel partikel dengan energi kinetik lebih besar ini memberikan sebagian energi kinetiknya kepada partikel partikel tetangganya melalui tumbukan, sehingga partikel partikel ini memiliki energi kinetik lebih besar. Selanjutnya, partikel partikel ini memberikan sebagian energi kinetiknya ke partikel partikel tetangga berikutnya, demikian seterusnya sampai kalor mencapai ujung yang tidak dingin (tidak dipanasi). Proses perpindahan kalor diperlukan beda suhu yang tinggi diantara kedua ujung. 2. Dalam logam, kalor dipindahkan melalui elektron elektron bebas yang terdapat dalam struktur atom logam. Elektron bebas ialah elektron yang dengan mudah dapat berpindah dari satu atom ke atom yang lain. Di tempat yang dipanaskan, energi elektron elektron bertambah besar. Oleh karena elektron bebas mudah berpindah, pertambahan energi ini dengan cepat dapat diberikan ke elektron elektron lain yang letaknya lebih jauh melalui tumbukan. Dengan cara ini, kalor berpindah lebih cepat. Oleh karena itu, logam tergolong konduktor yang sangat baik. Berdasarkan kemampuan menghantarkan kalor, zat dibagi atas dua golongan besar yaitu konduktor dan isolator. Konduktor ialah zat yang mudah menghantarkan kalor. Isolator ialah zat yang sukar menghantarkan kalor.

17 Faktor faktor yang mempengaruhi laju konduksi kalor melalui sebuah dinding bergantung pada empat besaran yaitu: 1. Beda suhu diantara permukaan ΔT = T 1 T 2 ; makin besar beda suhu, makin cepat perpindahan kalor. 2. Ketebalan dinding d; makin tebal dinding, makin lambat perpindahan kalor. 3. Luas permukaan A; makin besar luas permukaan, makin cepat perpindahan kalor. 4. Konduktivitas termal zat k merupakan ukuran kemampuan zat menghantarkan kalor; makin bersar nilai k, makin cepat perpindahan kalor. Kemampuan insulasi suatu bahan diukur dengan konduktivitas termal (k). Konduktivitas termal yang rendah setara dengan kemampuan insulasi (resistansi termal atau nilai R) yang tinggi. Dalam teknik termal, sifat sifat lain suatu bahan insulator atau isolator adalah densitas (ρ) dan kapasitas panas spesifik (c). Bahan dengan konduktivitas termal (k) rendah menurunkan laju aliran panas. Berikut konduktivitas termal bahan ditunjukkan pada tabel 2.6. Tabel 2.6 Konduktivitas Termal Bahan [2] No Bahan Konduktivitas Thermal k (W/m o C) 1 Styrofoam 0,033 2 Stainless Steel 15 3 Aluminium Kayu 0,08 0,16 5 Tembaga 386 Untuk menghitung beban karena konduksi dapat dihitung dengan rumus [6] : Q kond = A k t.. (2-17) Dimana: Q kond = kalor konduksi (Wm 2.K) A = luas penampang (m 2 ) k = konduktivitas termal ( W) t = perbedaan suhu luar dan dalam (K)

18 2.6.7 Radiasi Kalor dari matahari dapat sampai ke bumi melalui ruang hampa tanpa zat perantar (medium). Perpindahan kalor seperti ini disebut radiasi. Perpindahan kalor dapat melalui ruang hampa karena energi kalor dibawa dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Radiasi atau pancaran adalah perpindahan energi kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Beberapa permukaan zat menyerap kalor radiasi lebih baik daripada permukaan zat lainnya. Di siang hari baju hitam kusam terasa lebih panas daripada baju putih berkilap. Ini karena di siang hari, baju hitam kusam menyerap kalor radiasi lebih baik daripada baju putih berkilap. Ini terjadi karena di malam hari, baju hitam kusam memancarkan kalor radiasi lebih baik daripada baju putih berkilap. Panas tranmisi sinar matahari dari bahan bangunan yang dapat ditembus sinar matahari seperti dinding beton, kaca, atap jendela [7]. Berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan bahwa: 1. Permukaan yang hitam dan kusam adalah penyerap kalor radiasi yang baik sekaligus pemancar kalor radiasi yang baik. 2. Permukaan yang putih dan mengilap adalah penyerap kalor radiasi yang buruk sekaligus pemancar kalor radiasi yang buruk. 3. Jika diinginkan agar kalor yang merambat secara radiasi berkurang, permukaan (dinding) harus dilapisi suatu bahan agar mengilap (misalnya dilapisi dengan perak). Energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan hitam dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu (Q/t) sebanding dengan luas permukaan A dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan itu (T 4 ). Emisivitas disimbolkan dengan ε. Emisivitas adalah suatu ukuran seberapa besar pemancaran radiasi kalor suatu benda dibandingkan dengan benda hitam sempurna. Emisivitas tidak memiliki satuan, nilainya terletak diantara 0 dan 1 (0 ε 1) dan bergantung pada jenis zat dan keadaan permukaan. Tidak ada benda yang tepat hitam sempurna. Kita hanya dapat membuat benda yang mendekati benda hitam sempurna. Permukan mengilap memiliki nilai ε yang lebih kecil daripada permukaan kasar. Pemantul sempurna (penyerap paling jelek) memiliki ε = 0,

19 sedangkan penyerap sempurna sekaligus pemancar sempurna yaitu benda hitam sempurna memiliki ε = 1. Proses radiasi pada dinding styrofoam dirumuskan dengan rumus [6] :... (2-18) Dimana : Q rad = Laju perpindahan panas radiasi (Watt) ε = Emisivitas A = Luas penampang (m 2 ) σ = Konstanta Stefan Boltzman = 5,67 x 10-8 W/m -2 K -4 T s = Suhu permukaan (K) T = Suhu fluida (K) Emisivitas setiap benda berbeda beda. Untuk benda berwarna hitam emisivitas bernilai 1. Sedangkan untuk benda berwarna putih emisivitas bernilai 0. Berikut ini adalah tabel emisivitas daripada beberapa jenis bahan yang sering digunakan ditunjukkan pada tabel 2.7. Tabel 2.7 Tabel Emisivitas Beberapa Material [4] Emisivitas Beberapa Material pada suhu 300K Material Emisivitas Styrofoam 0.60 Tembaga 0.03 Emas 0.03 Perak 0.02 Stainless Steel 0.17 Batu bata Kayu Air 0.96 Industri refrigerasi dan pengkondisian udara memiliki pertumbuhan yang mantap, merupakan industri yang stabil yang didalamnya terjadi pergeseran pasar yang berkaitan dengan penerapan baru untuk mendukung kestabilannya [8]. 2.7 Prinsip Kerja Mesin Pendingin Evaporator pada mesin pendingin diinjeksikan etanol 96% dengan menggunakan speed sebanyak 150ml untuk tiap evaporator. Evaporator yang digunakan sebanyak 2 unit, jadi total etanol yang digunakan tiap percobaan adalah 300ml. setelah diinjeksikan etanol ke evaporator, kemudian pompa diafragma

20 dioperasikan dengan cara ditekan dan dilepas kemudian ditekan lagi. Pompa dioperasikan 1,5-2jam untuk mencapai suhu terendah. Udara dari evaporator kemudian disalurkan ke activated carbon untuk mengurangi kandungan uap etanol di udara. Setelah itu udara yang sudah dikurangi uap etanolnya disalurkan ke pompa untuk kemudian dipompakan lagi ke evaporator untuk menurunkan tekanan uap etanol dan menguapkan etanol. Berikut gambar aliran udara pada mesin pendingin ditunjukkan pada gambar 2.2. Gambar 2.2 Aliran Udara pada Mesin Pendingin