Studi Komparasi Perpindahan Kalor pada Ceiling Papan Partikel Sekam Padi dan Gypsum

Transkripsi

1 Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 2, No.1, Novemberi Studi Komparasi Perpindahan Kalor pada Ceiling Papan Partikel Sekam Padi dan Gypsum Khairul Muhajir Jurusan Teknik Mesin, Institut Sains & Teknologi Akprind Yogyakarta Abstrak: Penggunaaan bahan konduktor maupun isolator semakin meningkat, baik sebagai perlengkapan rumah tangga maupun sebagai bahan perlengkapan industri. Untuk mengidentifikasi sebuah bahan apakah tergolong bahan konduktor atau isolator perlu diketahui nilai konduktivitas termalnya. Konduktivitas termal adalah nilai yang menunjukkan seberapa cepat kalor mengalir di dalam bahan. Nilai koduktivitas termal dari beberapa bahan baik isolator maupun konduktur sudah diketahui sebelumnya. Namun, untuk mengetahui nilai aplikasi kenyataan berdasarkan empiris yang dilakukan dilapangan, perlu dilakukan penelitian yang lebih lanjut. Untuk mengetahui angka konduktivitas termal papan partikel sekam padi adalah dengan melakukan pengujian dengan menggunakan alat ukur termokopel terhadap pembacaan dari kabel sensor yang terpasang setiap titiknya yang terbagi merata sesuai dengan luas penampang ceiling. Dari hasil penelitian yang membandingkan dua buah ceiling antara papan partikel sekam padi dengan gypsum, bahwa papan partikel sekam padi memiliki angka konduktivitas termal lebih besar dibandingkan gypsum. Papan partikel sekam padi memiliki angka konduktivitas termal sebesar 1,95 W/m 0 C, sedangkan Gypsum adalah 1,39 W/m 0 C. Papan partikel sekam padi adalah sebagai bahan isolator yang baik. Kata kunci : perpindahan kalor, papan partikel sekam padi, gypsum, Ceiling. 1. Pendahuluan 1.1. Latar Belakang Seiring dengan kemajuan teknologi perlu dipikirkan sebuah alternatif untuk mendapatkan bahan teknik yang mempunyai nilai lebih dibandingkan dengan bahan teknik yang saat ini telah ada baik dari nilai ekonomisnya maupun kualitas bahan teknis itu sendiri karena bahan yang saat ini telah ada akan semakin mahal dan langka. Mengingat potensi dari sekam padi yang cukup menjanjikan, maka diadakannya penelitian ini. Pada penelitian ini dilakukan pembuatan papan partikel dari sekam padi sebagai serat komposit dengan resin sebagai pengikatnya yang kemudian dibentuk menjadi papan partikel untuk digunakan sebagai plafon pada perumahan. Saat ini plafon yang beredar dipasaran terbuat dari campuran semen dan kain perca sebagai serat.. Selain harga semen yang sudah relatif mahal, kain perca juga sudah banyak dimanfaatkan sebagai kerajinan tangan sehingga sulit didapatkan. Alasan yang paling utama dari pemilihan sekam padi sebagai serat dalam pembuatan papan partikel adalah bentuknya yang butir dan kemampuan ikat dengan resin cukup tinggi. Sehingga jika sekam padi dibuat papan partikel dengan resin sebagai pengikatnya akan dihasilkan sebuah papan partikel yang mempunyai kekuatan relative baik untuk kemudian dimanfaatkan sebagai plafon. Selain itu sekam padi sangat berlimpah, karena sekam padi merupakan hasil sampingan dari proses produksi padi menjadi beras yang saat ini pemanfaatannya belum maksimal. Disamping itu kandungan silika dari sekam padi cukup besar hal ini sangat berpengaruh terhadap nilai konduktivitas thermal. Semakin banyak kandungan silika dari suatu bahan akan menyebabkan nilai konduktivitas thermal dari bahan semakin kecil sehingga dapat dimanfaatkan sebagai bahan isolator.

2 48 Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 2, No.1, Novemberi 2010 Jumlah sekam padi yang tersedia sangatlah banyak karena sekam padi merupakan hasil sampingan dari proses penggilingan padi. Sesuai dengan permasalahan tersebut maka perumusan masalah yang akan dibahas antara lain : 1. Berapa besar temperatur ruangan dari pengaruh penggunaan ceiling sekam padi dan gipsum. 2. Bagaimana pengaruh dari penggunaan dua macam variasi ceiling yang lebih menguntungkan. 3. Memanfaatkan material yang kurang bermanfaat menjadi lebih bermanfaat Tujuan Penelitian ini bertujuan : 1. Untuk mengetahui angka kondukivitas thermal pada papan partikel sekam padi dan pada gypsum. 2. Mengetahui komposisi campuran yang terbaik dari sekam padi dengan melihat angka konduktivitas thermal yang diperoleh setelah pengujian. 3. Membandingkan penggunaan dua ceiling sekam padi dan gipsum yang lebih bisa menguntungkan Manfaat Manfaat dari penelitian ini adalah : 1. Dapat mengetahui perbandingan terhadap angka konduktivitas termal pada papan partikel campuran sekam padi dan gypsum. 2. Mengetahui komposisi campuran yang terbaik dari sekam padi dengan melihat angka konduktivitas thermal yang diperoleh setelah pengujian. Sehingga diharapkan mempunyai manfaat sebagai bahan isolator yang baik. 2. Bagian Inti 2.1. Metode Metode yang dilakukan dengan membuat dua rumah-rumahan yang didalamnya dipasang ceiling dari papan partikel sekam padi dan gipsum yang dipasang secara mendatar, guna mengetahui temperatur ruangan setelah kalor yang berasal dari sinar matahari masuk melalui atap yang terbuat dari seng kemudian terhambat oleh ceiling dari papan partikel sekam padi dan gipsum secara bergantiang dilakukanya penelitian guna mengetahui pengaruh dari dua buah bahan isolator tersebut. Bahan pengujian terdiri dari dua buah prototipe rumah dengan ukuran dan kondisi yang sama, yaitu terbuat dari rangka kayu dengan dinding dari triplek dan atapnya terbuat dari seng. Dimensi rumah adalah 200 x 200 x 240 cm, dengan atap berbentuk prisma dengan ukuran 200 x 300 x 64 cm Gambar 1. Skema instalasi ceiling untuk pengujian temperatur ruangan Keterangan : 1. Sumber panas dari sinar matahari 2. Atap rumah-rumahan yang terbuat dari seng 3. Ruangan pertama yaitu ruang antara atap dengan ceiling 4. Ceiling yang terbuat dari papan partikel sekam padi dan gipsum 5. Ruangan kedua yaitu ruang antara ceiling dengan lantai

3 Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 2, No.1, Novemberi Peralatan Penelitian Penelitian ini dititik beratkan untuk mengetahui temperatur ruangan pada rumah yang menggunakan ceiling dari papan partikel sekam padi dan gypsum. 1). Cetakan Cetakan ini terbuat dari plat besi dengan dilapisi papan yang terbuat dari kayu sebagai penahan pada bagian atas dan bawah pada saat dipres dengan dilapisi plastik untuk mempermudah pelepasan, yang dibentuk sedemikian rupa sehingga dapat berfungsi sebagai pembentuk papan partikel sebagai ceiling yang terbuat dari sekam padi berukuran 40 x 30 cm dengan ketebalan 0,5 cm. permukaan yang menghadap kebawah baik untuk papan partikel maupun gypsum, 4 titik sensor yang menempel pada permukaan yang menghadap keatas atap baik untuk papan partikel maupun gypsum, 3 titik sensor yang menggantung pada tengah tengah ruangan diatas ceiling dengan posisi memotong seng,dan 6 titik sensor yang menempel langsung pada atap yang terbuat dari seng, Gambar 4. Thermokopel 4). Kabel Sensor Terbuat dari dua buah kabel kecil yang disambung kaber sensor. Berfungsi untuk membaca temperatur pada titi-titik pengujian dengan cara menyambungkan kabel sensor ke termokopel. Gambar 2. Cetakan 2). Thermometer Thermometer yang kita pakai dalam penelitian ini adalah jenis thermometer ruangan dengan skala 0 0 c c. Gambar 3. Thermometer 3). Thermokopel Berfungsi untuk mengetahui temperatur pada tiap-tiap titik sensor yang dipasang diantaranya yaitu : 4 titik sensor yang menggantung pada tengah ruangan bawah, 4 titik sensor yang menempel pada Gambar 5. kabel sensor 5). Timbangan Timbangan yang dipakai disini adalah timbangan dengan skala yang kecil karena hanya untuk menimbang berat sekam padi,resin, dan katalis sesuai dengan komposisi untuk pembuatan papan partikel.

4 50 Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 2, No.1, Novemberi 2010 Berfungsi sebagai pembentuk sekam padi sehingga diperoleh ukuran dengan ketebalan yang telah ditentukan Hasil dan Pembahasan Pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan sumber kalor dari sinar matahari. Pengambilan data dilakukan di luar ruangan yang terkena sinar matahari langsung agar pengujian ini bisa diaplikasikan langsung seperti halnya dalam kehidupan nyata sehari hari. 6). Alat Pengepres Gambar 6. Timbangan Gambar 7. Alat press hidraulik Pengambilan data untuk pengujian ini dilakukan di halaman Laboratorium Pusat Institut Sains & Teknologi Akprind. Besarnya harga temperatur yang terbaca pada masing-masing sensor sangat bervariasi tergantung dari letak sensor dan thermometer di dalam ruang. Pengambilan data dilaksanakan selama beberapa hari, akan tetapi yang diambil hanya tiga hari yang dianggap paling akurat karena adanya pemanasan sinar matahari yang kontinyu. Adapun tiga hari yang diambil datanya adalah : 3 Agustus 2009, 5 Agustus 2009 dan 6 Agustus Pada pengambilan data tanpa menggunakan Ceiling tidak dihitung hasil rata-rata, dan hanya sebagai pembanding pada pengambilan data menggunakan Ceiling. Tabel 1. Data Hasil Pengujian Temperatur Ruangan tanpa menggunakan Ceiling HARI/TANGGAL : Senin, 3 Agustus 2009 CUACA : Cerah KEC. ANGIN : 0,8 m/s RUMAH A T. Link. ANS 1 ANS 2 ANS 3 ANS 4 ANS 5 ANS 6 AG 1 AG 2 AG 3 BG 1 BG 2 BG 3 BG 4 TA TB 9: : , : : : : RUMAH B T. Link. ANS 1 ANS 2 ANS 3 ANS 4 ANS 5 ANS 6 AG 1 AG 2 AG 3 BG 1 BG 2 BG 3 BG 4 TA TB 9: : : : : : (Sumber : Hasil Pengujian)

5 Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 2, No.1, Novemberi HARI/TANGGAL : Rabu, 5 Agustus 2009 CUACA : Cerah KEC. ANGIN : 0,8 m/s RUMAH A T. Link. ANS 1 ANS 2 ANS 3 ANS 4 ANS 5 ANS 6 AG 1 AG 2 AG 3 BG 1 BG 2 BG 3 BG 4 TA TB 9: : : : : : RUMAH B T. Link. ANS 1 ANS 2 ANS 3 ANS 4 ANS 5 ANS 6 AG 1 AG 2 AG 3 BG 1 BG 2 BG 3 BG 4 TA TB 9: ,5 10: : : ,5 13: : Data Hasil Pengujian Temperatur Ruangan dengan menggunakan Ceiling Dari pengambilan data dalam beberapa hari hanyalah tiga hari saja yang diambil. Pengambilan yang dianggap paling akurat dalam tiga hari tersebut adalah : 7 September 2009, 11 September 2009 dan 12 September Pada pengambilan data menggunakan Ceiling dihitung hasil rata-ratanya untuk mempermudah dalam perhitungan. Tabel 2. Data Hasil Pengujian Temperatur Ruangan dengan menggunakan Ceiling HARI/TANGGAL : Senin, 7 September 2009 CUACA : Cerah KEC. ANGIN : 1,4 m/s RUMAH A (GYPSUM) T. Link. ANS 1 ANS 2 ANS 3 ANS 4 ANS 5 ANS 6 AG 1 AG 2 AG 3 ANC 1 ANC 2 ANC 3 ANC 4 BNC 1 BNC 2 BNC 3 BNC4 BG 1 BG 2 BG 3 BG 4 TA TB 9: : : : : : RUMAH B (PAPAN PARTIKEL) T. Link. ANS 1 ANS 2 ANS 3 ANS 4 ANS 5 ANS 6 AG 1 AG 2 AG 3 ANC 1 ANC 2 ANC 3 ANC 4 BNC 1 BNC 2 BNC 3 BNC4 BG 1 BG 2 BG 3 BG 4 TA TB 9: : ,5 11: : : ,5 14: ,5 (Sumber : Hasil Pengujian)

6 52 Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 2, No.1, Novemberi 2010 HARI/TANGGAL : Jum'at, 11 September 2009 CUACA : Cerah KEC. ANGIN : 0,8 m/s RUMAH A (GYPSUM) T. Link. ANS 1 ANS 2 ANS 3 ANS 4 ANS 5 ANS 6 AG 1 AG 2 AG 3 ANC 1 ANC 2 ANC 3 ANC 4 BNC 1 BNC 2 BNC 3 BNC4 BG 1 BG 2 BG 3 BG 4 TA TB 9: : : : :00 35, : RUMAH B (PAPAN PARTIKEL) T. Link. ANS 1 ANS 2 ANS 3 ANS 4 ANS 5 ANS 6 AG 1 AG 2 AG 3 ANC 1 ANC 2 ANC 3 ANC 4 BNC 1 BNC 2 BNC 3 BNC4 BG 1 BG 2 BG 3 BG 4 TA TB 9: : : : :00 35, : Tabel 3. Temperatur rata-rata untuk pengujian dengan menggunakan Ceiling HARI/TANGGAL : Senin, 7 September 2009 CUACA : Cerah KEC. ANGIN : 1,4 m/s RUMAH A (GYPSUM) T. Link. ANS rata-rata AG rata-rata ANC rata-rata BNC rata-rata BG rata-rata TA TB 9: ,50 32,00 32,00 32,00 30, : ,67 33,33 33,50 33,75 34, : ,33 35,00 34,75 34,25 34, : ,67 35,00 34,50 35,00 34, : ,83 35,00 34,75 35,00 33, : ,67 33,67 33,50 32,75 31, RUMAH B (PAPAN PARTIKEL) T. Link. ANS rata-rata AG rata-rata ANC rata-rata BNC rata-rata BG rata-rata TA TB 9: ,17 31,67 32,00 31,50 29, : ,33 32,67 32,75 33,25 30, ,5 11: ,83 33,67 109,25 33,25 31, : ,17 34,00 33,50 34,00 31, : ,83 34,00 34,50 33,75 33, ,5 14: ,50 34,00 33,50 33,25 31, ,5 Sumber : Data Penelitian

7 Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 2, No.1, Novemberi HARI/TANGGAL : Jum'at, 11 September 2009 CUACA : Cerah KEC. ANGIN : 0,8 m/s RUMAH A (GYPSUM) T. Link. ANS rata-rata AG rata-rata ANC rata-rata BNC rata-rata BG rata-rata TA TB 9: ,00 33,00 33,25 32,50 32, : ,83 34,00 34,00 34,50 32, : ,83 34,33 34,50 34,75 34, : ,00 34,67 34,50 35,00 34, :00 35,5 43,67 35,67 35,00 35,00 34, : ,83 35,00 35,00 34,75 34, RUMAH B (PAPAN PARTIKEL) T. Link. ANS rata-rata AG rata-rata ANC rata-rata BNC rata-rata BG rata-rata TA TB 9: ,00 32,67 32,75 32,75 31, : ,00 33,67 34,25 33,50 31, : ,17 35,33 34,00 34,50 25, : ,17 34,67 34,25 34,25 32, :00 35,5 41,00 35,33 35,00 35,00 32, : ,00 35,00 34,75 34,75 31, Sumber : Data Penelitian Intensitas Cahaya Matahari Data hasil pengujian intensitas matahari didapatkan dari penelitian Konduktivitas Termal sebelumnya, yaitu oleh Fajri Tamim. Tabel 6. Data hasil pengujian Intensitas Cahaya Waktu Pengujian Intensitas Cahaya (W/ m 2 ) Sumber data : Hasil pengujian Perhitungan Hasil Pengujian Untuk Rumah dengan menggunakan Ceiling dari papan partikel sekam padi dan Gypsum Dalam pengujian temperatur ruangan ini akan dihitung nilai konduktivitas termal pada masing-masing ruang, yaitu ruang antara atap dengan plafon (ruang I) dan ruang antara plafon dengan dinding rumah-rumahan (ruang II). Perhitungan ini dimaksudkan untuk mengetahui seberapa besar kalor yang bersumber dari sinar matahari akan terhambat oleh Ceiling setelah melewati atap yang terrbuat dari seng. Perhitungan angka konduktivitas termal Angka konduktivitas termal pada dua buah jenis ceiling, dapat dihitungg dengan menggunakan formulasi sebagai berikut : dt q= ka dx q k = A dt dx q " = q A

8 54 Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 2, No.1, Novemberi 2010 " q k = dt dx Keterangan : " q : Fluks kalor (W/ m 2 ) q : Laju aliran panas (W) k : Konduktivitas termal bahan (W/m. C) A : Luas penampang (m 2 ) dt/dx : Laju perubahan temperatur T terhadap jarak dalam arah aliran panas x ( C/m) Nilai konduktivitas termal Setelah melakukan pengambilan data dan pembahasan kita dapat memperoleh nilai konduktifitas termal untuk Gypsum dan papan partikel sekam padi. Dengan fluks kalor dan ketebalan yang sama, di dapatkan bahwa nilai konduktifitas termal papan partikel jauh lebih kecil dari konduktifitas termal gypsum. Adapun hasil dari perhitungan diatas adalah sebagai berikut : Tabel 7. Hasil Perhitungan Benda Uji Jam Ketebalan (m) Konduktivitas Termal 9:00 0,0008 1,48 10:00 0,0008 1,90 Gypsum 11:00 0,0008 1,65 12:00 0,0008 1,46 13:00 0,0008 0,00 14:00 0,0008 1,86 9:00 0,0005 0,95 10:00 0,0005 1,25 Papan Partikel 11:00 0,0005 0,01 12:00 0,0005 1,43 13:00 0,0005 1,95 14:00 0,0005 6,11 (Sumber data : Hasil pengujian) Perbandingan Konduktivitas Termal Konduktivitas Termal 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00-1,000:00 4:48 9:36 14:24 19:12 Waktu (jam) Gypsum Papan Partikel Gambar 8. Grafik perbandingan Konduktivitas Termal Berdasarkan hasil penelitian yang membandingkan dua buah ceiling antara papan partikel sekam padi dengan gypsum, bahwa papan partikel sekam padi memiliki angka konduktivitas termal lebih besar dibandingkan gypsum. Papan partikel sekam padi memiliki angka konduktivitas termal sebesar 1,95 W/m 0 C, sedangkan Gypsum adalah 1,39 W/m 0 C. Papan

9 Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 2, No.1, Novemberi partikel sekam padi adalah sebagai bahan isolator yang baik. 3. Penutup 3.1. Kesimpulan 1. Pada penelitian konduktivitas termal antara Papan Partikel Sekam Padi dengan Gypsum, dimana papan partikel dengan gypsum adalah sebagai ceiling yang diaplikasikan pada model rumah kayu lapis dan atap terbuat dari seng bahwasanya Papan partikel sekam padi memiliki konduktivitas termal lebih besar daripada gypsum. Yaitu papan partikel sekam padi memiliki konduktivitas termal sebesar 1,95 W/m 0 C, sedangkan pada Gypsum memiliki angka konduktivitas termal sebesar 1,39 W/m 0 C. 2. Pembuatan papan partikel sekam padi ukuran 2m 2m dengan ketebalan 0,5 cm membutuhkan campuran spesifikasi sebagai berikut : 1700 gram sekam padi, 850 gram resin, 210 gram katalis serta dengan pengepresan 4:1. 3. Papan partikel sekam padi dapat dijadikan ceiling pada rumah yang ramah lingkungan Saran 1. Intensitas cahaya matahari dan kecepatan angin, serta cuaca berawan setiap jamnya sangatlah bervariasi dan tidak menentu yang sangat berpengaruh terhadap penelitian. Untuk bisa mendapatkan pemanasan yang bagus hendaklah pada musim panas dilahan yang terbuka/pada lingkungan yang terbuka. 2. Pengambilan data setiap jamnya harus selalu memperhatikan cuaca yang benar-benar panas. Ulangi lagi untuk beberapa hari bila cuaca belum menentu sehingga dihasilkan data yang bener-benar akurat. Pengaruh cuaca adalah faktor yang sangat signifikan. Dieter, E George dan Djaprie, Sriati,1993, Metalurgi Mekanik, jilid I Erlangga, Flexural Strength of advanced Ceramics at Ambient Temperature, ASTM Standard C1161, American Society for Testing Materials, Philadelpia, PA 1991 Fukuda, Hiroshi, Evalution of Bending rigidity, Departement of Material Science, Tokyo university of Tokyo, Gibson, Ronald F. 1994, Principles of Composites Material Mechanics Mc Graw-Hill Book Co New York. Hyer, W Michael, Stress and analysis of fiber reinforced composite material, Mc Graw Hill International Edition. Iswanto, A.H, 2002, Peningkatan Papan Partikel Dengan Menggunakan Dicumy/Peroxide (DCP) Sebagai Inisiator, Skripsi Fakultas Hukum IPB. Meier, Mike, Design Fabrication and testing of composite material, University of California, 2004 Mulyadi, 2001, Sifat-Sifat Papan Partikel Dari Limbah Kayu Dan Plastik, Skripsi Fakultas Kehutanan IPB. Nugroho Andreas, 2005, Kekuatan Tarik Dan Bending Papan Partikel Dari Resin Dan Sekam Padi, Skripsi Teknik Mesin, Teknologi Industri, Institut Sains Dan Teknologi Akprind Yogyakarta. Putri, M.D. 2002, Penigkatan Mutu Papan Partikel Dari Limbah Serbuk Gergaji Kayu Sengon (Paraserianthes Falkataria) Dan Limbah Plastik Polypropylene, Skripsi Fakultas Kehutanan IPB. Smith F William, Principles of Materials And Engineering 3 rd Edition,Mc Graw Hill International Edition. 4. Daftar Pustaka After J.D Wellons,1983,Adhesive of woods and other structural material, Unversity park, Pa, Material Education Council.

10 56 Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 2, No.1, Novemberi 2010