PERBANDINGAN PENERAPAN JENIS DAN TEBAL ISOLASI THERMAL TERHADAP KOEFISIEN KONVEKSI OVEN RUMAH TANGGA. Pieter W. Tetelepta * Abstract

Transkripsi

1 PERBANDINGAN PENERAPAN JENIS DAN TEBAL ISOLASI THERMAL TERHADAP KOEFISIEN KONVEKSI OVEN RUMAH TANGGA Pieter W. Teteleta * Abstract An exerimental study was conducted to investigate the effect of tye and thickness insulation for natural convection of heat transfer coefficient convective on clove drying oven. Investigation was made on the range of varying thickness insulation (dx) at 1 to cm with a constant head load (Q*) at 600 W and surrounding temerature at 8 degree Celsius. Rayleigh number (Ra), Nusselt number (Nu) and coefficient convective (h) resulted in the increase of acceleration at 1., 1.07 and 1.08 ercentage, resectively on clove drying oven after modification. Before modification clove drying oven its increase too with enlargement T ro i.e. 1.5, 1.11 and 1.18 ercentage, resectively. Keywords: Room temerature clove, insulation glass woll, natural convection, Rayleigh number, coefficient convective I. PENDAHULUAN Minyak dan gas bumi meruakan energi fosil yang ketersediaannya makin terbatas karena tidak terbarukan. Energi fosil ini memunyai eranan yang enting dalam embangunan, selain untuk memenuhi kebutuhan energi masyarakat (Soeleiman, 1998). Oven rumah tangga meruakan salah satu kontruksi atau eralatan endukung yang sering dijumai dan digunakan dalam industri rumah tangga sebagai alat engering roduk ada berbagai laisan masyarakat. Proses erindahan anas seerti ini menurut (Incroera dan de Witt), 1996 berlangsung secara konduksi, konveksi dan radiasi. Energi dalam bentuk anas ini akan menaikan suhu ruangan oven yang digunakan sebagai temat engeringan roduk yang berlangsung dalam selang waktu tertentu. Over engering yang selama ini digunakan oleh industri rumah tangga belum memanfaatkan energy anas secara otimal sehingga sebagian besar anas hilang secara konduksi, konveksi dan radiasi ke sekeliling. Terjadinya kehilangan anas ke sekeliling dari oven rumah tangga akibat dari desain kontruksi yang sederhana. Jika dimodifikasi oven dengan menerakan isolasi thermal ada dinding oven tersebut maka kerugian anas akibat dari erindahan anas konduksi dan konveksi daat dierkecil serta daat menghasilkan anas yang otimal guna menghemat waktu dan bahan bakar. Berdasarkan hukum Fourier untuk laju aliran anas konduksi tergantung dari konduktifitas termal, luas enamang erindahan anas, tebal material oven engering (dx) dan gradien temeratur (dt). Dengan menerakan jenis dan tebal isolasi thermal ada dinding oven engering (memerkecil x) dimaksudkan untuk memerkecil luas bidang erindahan anas sehingga kehilangan anas daat dierkecil. Jika dialikasikan hasil enelitian Davies ada oven rumah tangga dibutuhkan bilangan Nusselt yang kecil, sehingga temeratur udara dalam ruang oven engering meningkat menyebabkan roses erindahan anas dari komor listrik ke oven daat berlangsung dengan baik dan ceat. Penelitian ini akan memodifikasi oven rumah tangga dengan cara memberikan jenis dan tebal isolasi thermal (dx) ada sisi dean, saming kanan, saming kiri dan atas sebagai dinding adiabatis. Salah satu sisi dinding belakang diangga sebagai dinding isotermal. Jika memvariasikan tebal (dx) dan jenis isolasi termal oven engering ada temeratur kamar (T ro ) = 160 o C dan beban anas konstan yakni 600 W mengindikasikan laju erindahan anas dari oven engering akan semakin meningkat ula. Tebal isolasi termal oven engering rumah tangga (dx) divariasikan dari 1 cm hingga 5 cm untuk jenis isolasi termal glasswoll dan asbes. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui beraa besar erubahan laju koefisien konveksi akibat variasi * Pieter W Teteleta, Dosen Program Studi Teknik Sistem Perkaalan Fakultas Teknik Unatti Ambon.

2 76 Jurnal TEKNOLOGI, Volume 7 Nomor 1, 010; tebal isolasi termal (dx) dan membandingkan jenis isolasi thermal asbes dan glass woll. II. METODOLOGI PENELITIAN 1. Variabel Penelitian Adaun variabel enelitian dibedakan atas variabel bebas yakni tebal isolasi termal (dx) dan variabel terikat yakni karakteristik erindahan anas oven engering yakni: q, q ud, Ra, Nu, h. Secara matematis ditulis : q = f (T ro ), q ud = f (T ro ), Ra = f (T ro ), Nu = f (T ro ), h = f (T ro ).. Instalasi Penelitian Dinding Isotermal O1 Pandangan Dean O Rak Pengering (dx) = 1-5 cm untuk jenis isolasi thermal asbes dan glass woll.. Menyiakan komor listrik yang berfungsi sebagai sumber anas dinyalakan dengan beban anas konstan 600 W.. Kemudian oven diletakan di atas komor listrik.. Setting temeratur ruang (T ro ) = 160 o C. 5. Energi dalam bentuk anas yang dihasilkan oleh komor tersebut diteruskan ke oven sehingga menaikan suhu ruang sebesar 160 o C engering ada oven, jika T ro > 160 o C atau T ro < 160 o C akan dideteksi oleh sensor emanas sehingga hubungan listrik akan diutuskan. 6. Masukkan rak-rak engering yang telah diletakkan roti sebagai roduk engering, tunggu hingga temeratur ruang (T ro ) telah mencaai kondisi stedi. 7. Pengambilan data temeratur udara masuk (T ud,i ), temeratur udara keluar (T ud,o ), temeratur elat (T ), temeratur udara sekeling (T ) dengan menggunakan termocouel Tie T yang dihubungkan dengan dislay digital termocontroller ada selang 15 menit. 8. Selang 0 menit rodak engering berua roti dikeluarkan dari oven engering untuk ditimbang untuk mengetahui berat akhir roduk sebesar 0% dari berat awal. 9. Mengulangi langkah ke 5 hingga langkah ke 8 untuk berbagai variasi tebal isolasi thermal (dx) = 1 5 cm untuk jenis isolasi thermal asbes dan glass woll ada temeratur ruang oven engering konstan (T ro ) = 160 o C. dx Dinding Isotermal Isolator O1 7 (a) Sebelum dimodifikasi Dinding Adiabatis O Rak Pengering 1 1. Teknik Pengambilan Data Pengukuran temeratur ada model uji dilakukan dengan menggunakan thermocoule dan dibaca dengan menggunakan dislay thermometer. Pembacaan temeratur dilakukan saat kondisi dari model uji dalam keadaan steady. Penematan alat ukur ada model uji adalah sebagai berikut: Tro, Tro,1 6.5 Tro 7 Tro, Tro, (b) Setelah dimodifikasi Tud,i1 Tud,i Gambar 1. Instalasi enelitian. Prosedur Penelitian Pandangan Dean Adaun rosedur enelitian dari oven rumah tangga sebagai berikut: 1. Menyiakan oven engering rumah tangga sesuai dengan gambar 1 di atas dengan ketebalan isolasi

3 Ra Pieter Teteleta; Perbandingan Peneraan Jenis Dan Tebal Thermal Terhada 77 Koefisien Konveksi Oven Rumah Tangga Tud,o1 T T T1 Tud,o Tabel. Data enelitian untuk isolasi thermal glass woll Q* (W) 600 dx (cm) T ( o C) 8 Tro Sesudah dimodifikasi Checkoint temeratur Tud,i ( o C) Tud,o ( o C) T ( o C) Pandangan Belakang Gambar. Lokasi engukuran Keterangan : T = temeratur elat, T ro = temeratur ruang, T ud,o = temeratur udara keluar, T ud,i = temeratur udara masuk. 5. Teknik Analisa Data Data hasil engukuran akan dianalisa dengan menggunakan regresi berganda untuk mendaat laju erindahan anas dari udara (q ud ), laju erindahan anas elat (q ),bilangan Rayleght (Ra), bilangan Nusselt (Nu) dan koefisen erindahan anas konveksi (h). Kemudian menyimulkan hasil enelitian. III. HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Data Hasil Penelitian. Analisa Grafik.1. Pengaruh temeratur kamar terhada bilangan Rayleigh. Gambar memerlihatkan semakin besar temeratur kamar (T ro ) oven engering dengan tebal isolasi asbes (dx) = cm konstan maka semakin akselerasi ula bilangan Ra. Keanaikan bilangan Ra cuku signifikan terjadi ada temeratur kamar (T ro ) < 10 K dengan gradien kenaikan landai, sedang ada temeratur kamar (T ro ) > 10 K terjadi ula akselerasi bilangan Ra dengan gradien kenaikan curam. Kondisi ini terjadi ada oven engering tana menggunakan isolasi asbes. Sedangkan untuk kondisi ada oven engering menggunakan isolasi asbes bilangan Rayleigh semakin terakselerasi seiring dengan bertambahnya temeratur kamar (T ro ) tidak terlalu 150 K dengan gradien kenaikan curam, sedang ada temeratur kamar (T ro ) > 150 K terjadi ula akselerasi bilangan Rayleigh dengan gradien kenaikan landai. Pengujian dilakukan secara konveksi bebas dengan memvariasikan temeratur kamar (T ro ) yakni 10 K hingga 160 K ada beban anas (Q*) sebesar 600 W dan tebal isolasi (dx) = cm konstan. Jenis isolasi yang digunakan adalah glass woll. Pengambilan data dilakukan setelah sistem dalam kondisi steady state, dengan menggunakan beban engeringan buah roti. Dengan temeratur sekeliling 8 o C dan tekanan 1 atm, dieroleh data seerti dierlihat dalam tabel 1 dan tabel, sebagai berikut : Tabel 1. Data enelitian untuk isolasi thermal asbes Q* (W) 600 dx (cm) 1 5 Thermal Asbes, T oo = 8 o C; T ro = 160 o C T Checkoint temeratur T ud,i T ud,o E+08.00E+08.50E+08.00E E E E E+00 Grafik distribusi Ra = f(tro); (dx) = cm Tana Gambar. Distribusi bilangan Rayleigh (Ra) Hal ini terjadi karena dengan semakin bertambahnya temeratur kamar (T ro ), maka temeratur elat rerata akan semakin meningkat yang mengakibatkan gradien temeratur elat dengan temeratur sekeliling menjadi semakin curam ula, yang mana mengakibatkan harga bilangan Rayleigh menjadi semakin meningkat yang mengindikasikan tingkat gaya bouyanci semakin besar. Hal ini sesuai ula dengan ersamaan bilangan Rayleigh berikut: g. L. T T Ra.

4 Nu h (W/m.K) 78 Jurnal TEKNOLOGI, Volume 7 Nomor 1, 010; Bilangan Rayleigh (Ra) otimal ada temeratur kamar (T ro ) = 160 K sedangkan minimum ada temeratur kamar (T ro ) =10 K... Pengaruh temeratur kamar terhada bilangan Nusselt Gambar memerlihatkan semakin meningkatnya temeratur kamar (T ro ) dengan tebal isolasi asbes (dx) = cm konstan, maka bilangan Nusselt (Nu) mengalami akselerasi tidak terlalu signifikan terjadi ada temeratur kamar (T ro ) < 10 K dengan gradien kenaikan landai, sedang ada temeratur kamar (T ro ) > 10 K terjadi ula akselerasi cuku signifikan bilangan Nu dengan gradien kenaikan curam Grafik distribusi Nu = f(t ro ); dx = cm T ro (K) Gambar. Distribusi bilangan Nusselt (Nu) Kondisi ini terjadi ada oven engering tana menggunakan isolasi asbes. Sedangkan untuk kondisi ada oven engering menggunakan isolasi asbes bilangan Nu semakin terakselerasi seiring dengan bertambahnya temeratur kamar (T ro ) tidak terlalu 150 K dengan gradien kenaikan curam, sedang ada temeratur kamar (T ro ) > 150 K terjadi ula akselerasi bilangan Nu dengan gradien kenaikan landai. Fenomena ini disebabkan oleh semakin meningkatnya temeratur kamar (T ro ) yang menyebabkan gradient temeratur elat rerata dengan temeratur sekeliling yang konstan semakin curam menyebabkan bilangan Nu ada sisi elat semakin terakselerasi. Hal ini ula sesuai dengan ersamaan bilangan Nu berikut ini: Nu 0.670Ra 0.68 (1 (0.9 / Pr) 1/ ) 9 /16 / 9 Bilangan Nusselt (Nu) otimal ada temeratur kamar (T ro ) = 160 K, sedangkan minimum ada temeratur kamar (T ro ) =10 K.. Pengaruh temeratur kamar terhada koefisien erindahan anas konveksi Grafik distribusi h = f(tro); dx = cm Gambar 5. Distribusi koefisien konveksi Gambar 5 memerlihatkan semakin bertambahnya temeratur kamar (T ro ) dengan tebal isolasi asbes (dx) = cm konstan, maka koefisien erindahan anas konveksi (h) mengalami akselerasi tidak 10 K dengan gradien kenaikan landai, sedang ada temeratur kamar (T ro ) > 10 K terjadi ula akselerasi koefisen erindahan anas konveksi (h) dengan gradien kenaikan curam. Kondisi ini terjadi ada oven engering tana menggunakan isolasi asbes. Sedangkan untuk kondisi ada oven engering menggunakan isolasi asbes koefisien erindahan anas konveksi (h) semakin terakselerasi seiring dengan bertambahnya temeratur kamar (T ro ) cuku signifikan terjadi ada temeratur kamar (T ro ) < 150 K dengan gradien kenaikan curam, sedang ada temeratur kamar (T ro ) > 150 K terjadi ula akselerasi koefisien erindahan anas konveksi (h) tidak signifikan dengan gradien kenaikan landai. Fenomena ini disebabkan oleh semakin meningkatnya temeratur kamar (T ro ) yang menyebabkan gradient temeratur elat rerata dengan temeratur sekeliling yang konstan semakin curam menyebabkan bilangan koefisien erindahan anas konveksi (h) ada sisi elat semakin terakselerasi. Hal ini ula sesuai dengan ersamaan koefisien erindahan anas konveksi (h) berikut ini: Nu k h L Koefisien erindahan anas konveksi (h) otimal ada temeratur kamar (T ro ) = 160 K, sedangkan minimum ada temeratur kamar (T ro ) =10 K... Pengaruh temeratur kamar terhada laju erindahan anas konveksi Gambar 6 memerlihatkan semakin bertambahnya temeratur kamar (T ro ) dengan tebal isolasi asbes (dx) = cm konstan, maka laju erindahan anas konveksi (q konv ) mengalami akselerasi tidak 10 K dengan gradien kenaikan landai, sedang

5 Pieter Teteleta; Perbandingan Peneraan Jenis Dan Tebal Thermal Terhada 79 Koefisien Konveksi Oven Rumah Tangga ada temeratur kamar (T ro ) > 10 K terjadi ula akselerasi laju erindahan anas konveksi (q konv ) dengan gradien kenaikan curam. qkonv (W) Grafik laju qkonv = f(tro); dx = cm Gambar 6. Distribusi laju erindahan anas konveksi Kondisi ini terjadi ada oven engering tana menggunakan isolasi asbes. Sedangkan untuk kondisi ada oven engering menggunakan isolasi asbes laju erindahan anas konveksi (q konv ) semakin terakselerasi seiring dengan bertambahnya temeratur kama r (T ro ) cuku signifikan terjadi ada temeratur kamar (T ro ) < 150 K dengan gradien kenaikan curam, sedang ada temeratur kamar (T ro ) > 150 K terjadi ula akselerasi laju erindahan anas konveksi (q konv ) tidak signifikan dengan gradien kenaikan landai. Fenomena ini disebabkan oleh semakin meningkatnya temeratur kamar (T ro ) yang menyebabkan gradient temeratur elat rerata dengan temeratur sekeliling yang konstan semakin curam menyebabkan laju erindahan anas konveksi (q konv ) ada sisi elat semakin terakselerasi. Hal ini ula sesuai dengan ersamaan laju erindahan anas konveksi (q konv ) berikut ini: q h A T T IV. KESIMPULAN DAFTAR PUSTAKA Bejan, A., 199., Heat Transfer, John Willey & Sons, Inc, New York. Cengel, Yunus, A., 1998, Heat Transfer a Practical Aroach, McGraw-Hill, New York. Davies, M. R. D., 000, On Gaseous Free Convection Heat Transfer with Well- Defined Boundary Condition, Journal of Heat Transfer, vol. 1, Incroera, Frank P. and David P. Dewitt., 1999., Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Fourth Edition, John Willey & Sons Co, New York. Kays, W. M dan Crawford, M. E., 199, Convective Heat and Mass Transfer, McGraw-Hill, Inc, New York. Kern, D.Q., 198., Process Heat Transfer Mc- Graw Hill, Tokyo. Keith, F dan Priyono, A., 1986 Prinsi-Prinsi Perindahan Panas, Edisi ketiga, Penerbit Erlangga, Jakarta. Moran, Michael J. & Howard, N. Shairo., 199., Fundamental of Engineering Thermodynamics, nd edition, John Willey & Sons, New York. Naylor, D dan Oosthuzen, P. H., 1999, Introduction to Convective Heat Transfer Analysis, McGraw-Hill, New York. Soeleiman., 1998 Jurnal Studi Pembangunan., Volume 1., ISSN , Program Studi Pembangunan Program Pascasarjana ITB., Bandung. Wark. K. Jr. dan Richards D. E., 1999, Termodinamics, Sixth edition, McGraw-Hill, Singaore. Hasil enelitian ekserimen dengan memvariasikan temeratur kamar (T ro ) = 88 8 K ada tebal isolasi (dx) = cm konstan oven rumah tangga menghasilkan beberaa kesimulan, diantaranya : 1. Sebelum dimodifikasi karakteristik erindahan anas yakni Ra naik sebesar 1. %, Nu naik sebesar 1.07 %, h naik sebesar 1.09 %, q konv naik 1.57 % dan emakaian bahan bakar naik 1.0 %.. Sesudah dimodifikasi karakteristik erindahan anas yakni Ra naik sebesar 1.5 %, Nu naik sebesar 1.11 %, h naik sebesar 1.18 %, q konv naik 1.51 % dan emakaian bahan bakar naik sebesar 1. %.