Pengaruh Penggunaan Parafin Dan Gemuk Pada Plafon Mobil Dalam Mengelola Temperatur Kabin Mobil Saat Parkir

Transkripsi

1 Pengaruh Penggunaan Parafin Dan Gemuk Pada Plafon Mobil Dalam Mengelola Temperatur Kabin Mobil Saat Parkir The Influence of Paraffin dan Grease Usage in Car Ceiling to Control The Parking Car Cabin Temperature Ruzita Sumiati Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang Kampus UNAND, Limau Manis Padang Telp Fax Ruzi_me@yahoo.com ABSTRACT This paper contains about the influence of using parafin and grease on the car ceiling for maintenance of the car cabin temperature when the car is parked facing the sun during the day time. When parked facing the sun, cabin temperature will rise due to heat trapped in the car. This situation is causing discomfort when the car will be used. Using PCM is one solution to solve this problem because phase change material can storage energy or absorb energy from cabin. PCM material used is parafin plus layer grease in the car ceiling Test results proved if the parafin and grease can function well in maintenance the car cabin temperature. In this study selected for data retrieval at 11: wib because temperature increase occurs in the hours. this study showed the cabin temperature without grease and parafin was 50.8 o C after using grease and parafin the temprature decreases to 37 o C. Keywords : phase change material, parafin wax PENDAHULUAN Mobil merupakan sarana transportasi yang sangat umum digunakan oleh masyarakat saat ini akan tetapi kondisi kenyamanan didalam mobil sangat perlu dipertimbangkan. Menurut penelitian Lippsmeier, batas-batas kenyamanan manusia untuk daerah khatulistiwa adalah 19 C TE (batas bawah) 30 C TE (batas atas). Produktifitas manusia cenderung menurun atau rendah pada kondisi udara yang tidak nyaman seperti halnya terlalu dingin atau terlalu panas. [7]. Apalagi Indonesia adalah negara tropis yang mempunyai rentang suhu antara 28 C sampai dengan 38 C sepanjang tahun [7], tempratur tersebut cukup tinggi yang dapat berpengaruh dalam menaikkan suhu kabin mobil jika mobil diparkir dilingkungan terbuka. Pada saat musim panas apalagi ketika mobil parkir menghadap matahari kondisi kabin terasa sangat panas sekali. Suhu kabin akan meningkat cepat dikarenakan saat parkir umumnya mobil tertutup rapat sehingga panas akan terperangkap didalam mobil hal ini juga akan menimbulkan bau yang tidak sedap. Sebelum menggunakan mobil setelah parkir ditempat yang panas umumnya si pengendara menunggu beberapa saat sampai temperature kabin turun dengan cara membuka kaca sambil menghidupkan Air conditioning (AC). Air conditioning (AC) akan bekerja maksimum disaat kondisi sangat panas hal ini akan menyebabkan peningkatan proses pembakaran fuel oleh engine sehingga juga akan meningkatkan kadar CO2 yang dilepas ke udara (polusi udara) yang membahayakan lingkungan selain itu biaya operasional mobil juga akan sangat mahal karena peningkatan konsumsi bahan bakar (fuel) oleh AC apalagi kondisi saat ini harga bahan bakar yang melambung tinggi. Penyerapan panas melalui Phase Change Material (PCM) adalah salah satu solusi yang tepat untuk diterapkan dalam menjaga suhu kabin mobil agar tetap nyaman.. Beberapa aplikasi PCM yang 55

2 telah diterapkan untuk penyimpanan energy adalah untuk maintenance suhu gedung, ice seluri, pengeringan ikan dan pengaturan tempratur pada incubator bayi. Pada tulisan ini digunakan PCM jenis organic yaitu parafin dan tambahan lapisan gemuk/ grease. Tulisan ini membahas tentang pengaruh penggunaan parafin dan gemuk pada plafon mobil dalam mengelola tempratur kabin mobil saat parkir. Untuk kabin mobil tempratur maintenance kirakira 35 o C [1]. Perpindahan Panas Perpindahan panas adalah energi yang berpindah akibat adanya perbedaan temperature. Panas dapat berpindah dari suatu zat yang lebih panas ke zat yang lebih dingin. Mekanisme Perpindahan panas ada 3 yaitu: Konduksi Perpindahan panas yang melalui suatu media yang diam atau perbedaan temperatur terdapat di dalam suatu media yang diam (merambat) Laju perpindahan kalor secara konduksi bergantung pada : Panjang L Luas penampang A Konduktivitas termal k atau jenis bahan Beda suhu T Oleh karena itu, banyak panas Q yang dapat berpindah selama waktu t tertentu ditulis dengan persamaan berikut : H = ka atau Q = kat Makin besar nilai k suatu bahan, makin mudah zat itu menghantarkan kalor. Bahan konduktor mempunyai nilai k besar, sedangkan bahan isolator mempunyai nilai k kecil. Konveksi Yaitu perpindahan panas yang terjadi antara permukaan dengan fluida yang mengalir disekitarnya, dengan menggunakan media penghantar berupa fluida(cairan/gas). Perpindahan panas konveksi terdiri dari tiga jenis, yaitu konveksi paksa aliran dalam, aliran luar, dan alamiah. Apabila aliran fluida disebabkan oleh blower/fan maka disebut konveksi paksa dan apabila disebabkan oleh gradient massa jenis maka disebut konveksi alamiah. Pada umumnya laju perpindahan panas dapat dinyatakan dengan hokum persamaan pendinginan Newton,yaitu sebagai berikut Q= h. A. (Ts - Tf ) Dimana, Q= Laju perpindahan panas (Watt) h= Koefisien konveksi ( W / m2. K ) A= Luas permukaan kolektor surya m2 Ts= Temperatur plat ( K ) Tf= Temperatur fluida ( K ) Radiasi Perpindahan panas yang terjadi karena pancaran/ sinaran / radiasi gelombang elektro -magnetik, tanpa memerlukan media perantara. Pada proses radiasi, energi termis diubah menjadi energi radiasi. Energi ini termuat dalam gelombang elektromagnetik, khususnya daerah inframerah (700 nm µm). Saat gelombang elektromagnetik tersebut berinteraksi dengan materi energi radiasi berubah menjadi energi termal. Untuk benda hitam, radiasi termal yang dipancarkan per satuan waktu per satuan luas pada temperatur T kelvin adalah : E = eσ T 4. Dimana σ : konstanta Boltzmann : 5,67 x 10-8 W/ m2 K4. e : emitansi (0 e 1) 56

3 Panas Sensible adalah besaran panas yang diperoleh atau hilang saat perubahan suhu terjadi. Dapat dihitung dengan: Dimana: M= Massa (kg) C= Panas Spesifik = Perubahan temperatur Panas spesifik (C) adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur dari 1 gr massa bahan sebesar 1 C o Gambar 1. Mekanisme perpindahan panas Panas Laten Suatu bahan biasanya mengalami perubahan temperatur bila terjadi perpindahan panas antara bahan dengan lingkungannya. Pada suatu situasi tertentu, aliran panas ini tidak merubah temperaturnya. Hal ini terjadi bila bahan mengalami perubahan fasa. Misalnya padat menjadi cair (mencair), cair menjadi uap (mendidih) dan perubahan struktur kristal (zat padat). Energi yang diperlukan disebut kalor transformasi. Kalor yang diperlukan untuk merubah fasa dari bahan bermassa m adalah Q = M L, Dimana : L= panas laten M= Massa Phase Change Material Phase Change material adalah materi yang mengalami perubahan fasa ketika menyerap dan melepaskan panas (kalor laten) dimana struktur atau susunan kimianya tidak mengalami perubahan. Prinsip kerja Phase cange material adalah di temperatur ruang, material/pcm berbentuk solid, kemudian saat diberi panas, temperatur akan meningkat sampai titik leleh PCM tercapai. Di temperatur ini, panas yang diberikan tidak akan menaikkan temperatur karena digunakan untuk mengubah fasa PCM menjadi cair. Gambar 2. Grafik perbedaan panas laten dan panas sensible Gambar 3. Prinsip kerja PCM Keuntungan menggunakan PCM adalah mampu menyimpan panas dalam kapasitas besar dengan volume material yang kecil dan proses penyerapan dan pengeluaran energi panas terjadi pada temperatur yang hampir konstan [2]. Selain itu PCM juga ramah lingkungan sehingga tidak membahayakan bagi penggunanya dan 57

4 tidak menimbulkan polusi udara. Material yang digunakan sebagai PCM harus memiliki panas laten yang besar dan konduktifitas termal yang tinggi. Material phase change material ada beberapa jenis diantaranya dapat dilihat pada skema berikut: Gambar 4. Tipe-Tipe PCM (Sumber: Sharma et al. / Renewable and Sustainable Energy Reviews 13 (2009) ) [8] Salah satu jenis Phase Ckange Material (PCM) organik adalah parafin. Parafin adalah merupakan hidrokarbon jenuh dengan rantai terbuka dan merupakan senyawa alkana. Parafin berbentuk lilin pada suhu kamar. Komposisi dari setiap anggota senyawa alkana tersebut menyesuaikan dengan rumus CnH2n+2, yang mana n adalah jumlah atom karbon dalam molekul.. Besarnya Titik leleh dan panas laten tergantung dari jumlah rantai ikatan molekul. Berikut table titik leleh paraffin dan panas laten: Tabel. 1 Titik cair parafin METODOLOGI Prinsip yang akan diterapkan untuk menjaga tempratur kabin adalah disaat 58

5 tempratur cabin meningkat parafin dan gemuk akan menyerap panas dicabin. Untuk parafin akan menjadi cair disaat suhu cabin naik sementara di suhu dingin parafin akan melepas panas ke kabin untuk mengubah wujud ke padat kembali. Jadi walaupun di mobil menggunakan AC akan tetapi power yang dimanfaatkan tidaklah terlalu besar untuk menstabilkan suhu cabin sehingga tidak membutuhkan bahan bakar yang banyak dan biaya operasional pemakaian mobil sebagai sarana transportasi dapat ditekan. Alat dan Bahan Peralatan/ alat ukur yang digunakan untuk penelitian ini adalah: 1. Laptop 2. Alat ukur Temperatur (thermometer digitar indoor) 3. Mobil Kijang 4. Sensor temperatur Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Gemuk/grease 2. Plat siku 3. Plat aluminium 4. Plastik packing 5. Styrofoam/ busa 6. Paraffin wax 30 kg Sifat Fisik Paraffin wax: Melting : 40 C - 53 C Heat of fusion (hf) : 251 kj/kg Cp (solid) :1,92 kj/kg.k Cp (liquid) :3,26 kj/kg.k k (solid) :0,514W/m.K k (liquid) :0,224W/m.K ρ (density) : 830 kg/m³ Tahapan Penelitian Diagram alir dari pelaksanaan penelitian adalah sebagai berikut: Tidak Mulai Pengambilan Data suhu ruangan/kabin mobil Pemilihan Material parafin Pengepakan Parafin dengan plastic berbentuk lembaran tipis Pemasangan gemuk dan parafin Pengujian tempratur cabin mobil & Analisa Berhasil Finishing instalasi plafon mobil Selesai Gambar 5. Diagram alir proses penelitian Langkah-langkah yang dilakukan untuk mengetahui pengaruh penggunaan parafin dan gemuk pada plafon mobil dalam menjaga suhu kabin mobil saat mobil parkir di cuaca panas adalah: 1. Mengukur suhu di kabin mobil yang diparkir menghadap matahari selama 2 jam. Data diambil dari jam Lokasi: Kota Padang Suhu 24 o C - 34 o C Tabel 2. data kenaikan suhu selama mobil diparkir No Jam (Wib) Waktu (menit) Ya Suhu (C) (Y) (X)

6 Nilai maksimum tempratur kabin pada keadaan plafon tanpa lapisan paraffin adalah 58.8 C yang berfungsi sebagai penyerap panas agar suhu ruangan nyaman.. 2. Desain plafon mobil Adapun peletakan Parafin dan gemuk pada plafon mobil adalah sebagai berikut Gambar 6. Data max kabin non paraffin Grafik hubungan waktu dengan kenaikan suhu kabin saat diparkir menghadap matahari dengan kondisi plafon belum menggunakan paraffin dan gemuk adalah sebagai berikut: Gambar 7. Suhu kabin saat diparkir sebelum Pemasangan Parafin dan gemuk Dari grafik terlihat setelah mencapai tempratur maksimal, penurunan suhu kabin berjalan lambat karena panas yang ada dikabin terperangkap dan tidak ada material Gambar 8. Susunan peletakan parafin dan gemuk pada lapisan plafon mobil Perpindahan panas yang terjadi secara radiasi dari cahaya matahari, konduksi dari plat atap ke gemuk dan form busa kemudian di ruang kabin terjadi aliran panas secara konveksi. Pada lapisan plafon akan berlaku Azas Black. Kalor mengalir dari suhu tinggi ke suhu rendah. Artinya, zat yang suhunya tinggi akan melepaskan kalor dan zat yang suhunya rendah akan menerima kalor. Kalor yang dilepaskan oleh zat yang bersuhu tinggi sama dengan kalor yang diterima oleh zat yang bersuhu rendah. Pernyataan ini mula-mula dikemukakan oleh fisikawan Inggris, Joseph Black ( ), sehingga dikenal sebagai asas Black. Secara sederhana, azas Black dapat dirumuskan sebagai berikut: Q diterima Parafin = Q dari kabin + Q dari lingkungan Q yang diserap Gemuk dan busa Gemuk/ grease berbentuk kental memiliki sifat dapat menyerap panas dan menempel. Sementara itu parafin juga dapat menyerap panas dan menyimpannya untuk mengubah fasa parafin tersebut menjadi cair. Parafin 60

7 dapat menyimpan panas dalam jumlah yang besar karena panas latennya yang tinggi. Parafin padat di bungkus dalam plastik berbentuk lembaran tipis dan tidak boleh bocor supaya parafin tidak meleleh keluar plafon mobil. 3. Pemasangan Pemasangan gemuk dioles pada plat atap mobil secara merata, setelah itu ditutup dengan busa tipis. Pemasangan parafin dilakukan di plafon mobil dalam bentuk lembaran tipis yang dipress dengan plastic. Kemudian dilapisi dengan kulit sintetis. 4. Pengujian Setelah dilakukan pemasangan dilakukan pengujian yaitu mengukur suhu kabin mobil saat diparkir menghadap matahari selama 2 jam. Data diambil dari jam Lokasi: Kota Padang Suhu 27 o C - 33 o C. Tabel 3. Hasil Pengujian Mengunakan Parafin dan gemuk No Jam (Wib) Waktu (menit) Suhu (C) (Y) (X) Gambar 9. Grafik hubungan Waktu parkir dengan kenaikan suhu mobil selama 120 menit PEMBAHASAN Terdapat perbedaan tempratur didalam kabin mobil saat diparkir selama 2 jam (antara jam wib Jam wib). Pada kasus tanpa menggunakan paraffin dan gemuk pada lapisan plafon mobil suhu maksimum di dalam kabin mencapai 50.8 C Suhu ini sangat panas sekali jika kita masuk kekabin mobil dan perlu menunggu beberapa saat sebelum mengendarai mobil dengan menciptakan sirkulasi udara ke kabin dan menghidupkan AC maksimal agar panas dikabin terserap sehingga suhu kabin nyaman kembali. Grafik hubungan waktu dengan kenaikan suhu kabin saat diparkir menghadap matahari dengan kondisi plafon sudah menggunakan paraffin dan gemuk adalah sebagai berikut: Gambar 10. Perbandingan data suhu kabin dengan menggunakan Parafin dan non Parafin 61

8 Sementara itu disaat menggunakan lapisan paraffin dan gemuk pada plafon mobil suhu maksimum di dalam kabin mobil hanya 37 C. Jadi setelah parkir kita tidak perlu lagi menghidupkan AC dengan maksimal dan membuka kaca untuk menstabilkan suhu kabin mobil. Dari grafik diatas dapat dianalisa suhu maksimal saat menggunakan parafin adalah 37 C dan dicapai pada saat jam Wib dimana matahari sedang diatas saat panas maksimal. Kemudian turun dan bertahan pada 34 C. Penggunaan parafin dan gemuk dapat mengelola suhu kabin mobil saat diparkir. Dibandingkan dengan tanpa paraffin dan gemuk karena panas yang terdapat dikabin diserap oleh paraffin untuk mengubah wujudnya jadi cair (panas laten) sementara itu panas dari cahaya matahari diterima oleh plat atap mobil dan dipindahkan secara konduksi ke gemuk. Panas akan diserap oleh gemuk. SIMPULAN Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan sebagai berikut dengan menggunakan parafin dan gemuk sebagai lapisan plafon mobil dapat mengelola suhu kabin mobil yaitu terjadinya penurunan suhu maksimal yaitu dari 50,8C menjadi 37 C hal ini disebabkan oleh panas yang terdapat dikabin diserap oleh gemuk dan parafin. Parafin dapat menyimpan panas dalam jumlah yang besar karena titik lelehnya yang rendah dan panas latennya yang tinggi. Sehingga panas yang diserap digunakan untuk perubahan wujud parafin menjadi cair. Penggunaan Parafin dan gemuk sebagai penyerap panas memiliki beberapa keuntungan diantaranya adalah menghemat bahan bakar dan menekan emisi CO2 yang disebabkan oleh pemakaian Air conditioning sebagai penyerap panas. SARAN Material Phase Change Material sangat banyak jenisnya, untuk mendapatkan hasil yang maksimal dapat mencoba beberapa jenis material PCM dan menambahkannya dengan material tertentu yang dapat meningkatkan kinerja PCM dalam mengelola tempratur kabin mobil. DAFTAR PUSTAKA A. Grundstein, V. Meentemeyer, J. Dowd, Maximum vehicle cabin temperatures under different meteorological conditions, Int. J. Biometeorol, vol. 53, pp , Arasu.A.V, Agus P. Sasmito, Arun S. Mujamdar (2011): Numerical Performance Study Of Parafin Wax Dispersed With Alumina In A Concentric Pipe Latent Heat Storage System Code of Federal Regulations, Title 40: Protection of environment, Section _Classes of comparable automobiles K. Yamashita, T. Kuroda, Y. Tochihara, T. Shibukawa, Y. Kondo, H. Nagayama, Evaluation of summertime thermal comfort in automobiles, Environmental Ergonomics, pp , Lippsmeier, Georg (1994), Tropenbau Building in the Tropics, Bangunan Tropis (terj.), Jakarta: Erlangga Morgan, Michael J. Termodinamika Teknik Jilid I. Jakarta:Erlangga Pudjiastuti, wiwiek, Hendartini, Sistem Distribusi Menggunakan Cold Roll Box (Crb) Dengan Phase Change Materials (PCMs) Untuk Mempertahankan Kesegaran Produk Pertanian Balai Besar Kimia dan Kemasan, Kementerian Perindustrian

9 Sharma A, V.V. Tyagi, C.R. Chen D. Buddhi (2009): Review on thermal energy storage with phase change materials and applications, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13, Sadrameli, Jamekhorshid, Application Of PCM in Maintaining Confort Temprature inside Automobile