ANALISA PENGARUH PEMASANGAN PLAFON DENGAN PENANGKAL RADIASI TERHADAP SUHU RUANGAN

Transkripsi

1 ANALISA PENGARH PEMASANGAN PLAFON DENGAN PENANGKAL RADIASI ERHADAP SH RANGAN Muchammad 1) Abstrak Atap merupakan salah satu komponen utama dalam membangun sebuah rumah. Sampai saat ini genteng merupakan pilihan yang paling banyak yang digunakan sebagai atap. Selain genteng, seng merupakan salah satu alternati untuk menggantikan atap genten etapi menggunakan atap seng akan meningkatkan suhu ruang yang dapat membuat ketidak nyamanan. Dengan memberi aluminium oil dan plaon di atap seng diharapkan dapat menurunkan suhu ruangan. Dalam melakukan pengujian digunakan dua buah kotak yang terbuat dari triplek yang memiliki ukuran 1, x 1, m dengan atap mirin Kotak dibuat menyerupai model rumah serta dinding didesain menyerupai tembok. Alat uji pertama dengan atap seng polos yang dipasang aluminium oil dan plaon dinya, sedangkan alat uji kedua atap seng polos tanpa aluminium oil dan plaon yang bertujuan sebagai pembandin Hasil pengujian menunjukkan dengan pemberian plaon dan aluminium oil ternyata dapat menurunkan suhu ruangan antara 0,5 sampai C dibandingkan dengan atap polos tanpa aluminium oil dan plaon Kata kunci: Analisa, Plaon, Penangkal Radiasi PENDAHLAN Penggunaan atap genteng untuk atap sebuah rumah memiliki kelebihan pada kenyamanan ruangan, namun membutuhkan biaya yang relati mahal, seng merupakan salah satu alternati yang dapat digunakan sebagai pengganti. etapi penggunaan atap seng akan meningkatkan temperatur ruang, hal ini dikarenakan tebal seng lebih tipis dan nilai konduktiitas termal yang lebih besar (11. W/mC) dibandingkan dengan genteng yang lebih tebal dan nilai konduktiitas termalnya lebih kecil ( 0,69 W/m C ). Dengan pemberian plaon dan aluminium oil pada seng bertujuan agar temperatur ruang menjadi lebih rendah, karena radiasi matahari tidak langsung diteruskan ke dalam ruangan. Dengan kondisi tersebut diharapkan radiasi matahari akan dipantulkan, sehingga dapat menurunkan temperatur didalam ruangan. DASAR EORI Radiasi matahari Radiasi matahari merupakan salah satu bentuk radiasi termal yang mempunyai distribusi panjang gelombang yang khusus karena intensitasnya sangat tergantung dari kondisi atmoser, karena tergantung dari waktu (bulan/ tahun) dan sudut timpa (angle o incidence) sinar matahari dipermukaan bumi. Jadi intensitas radiasi matahari adalah jumlah radiasi matahari yang diterima oleh suatu permukaan bumi yang tergantung pada lokasi, jam, tanggal (hari - bulan), cuaca dan kemiringan permukaan. Proses Perpindahan Kalor Konduksi Perpindahan panas konduksi dapat dinyatakan dengan persamaan : k - k. A... (1) x dimana k Laju perpindahan kalor konduksi (Watt), A Luas permukaan (m ), k Konduktiitas termal (W/mC), gradien suhu kearah perpindahan kalor x 1) Sta Pengajar Jurusan eknik Mesin F-NDIP Koneksi Perpindahan panas koneksi dapat dinyatakan dengan persamaan c hc.a. ( )... () dimana c Laju perpindahan kalor koneksi (Watt) A Luas permukaan (m ), h c Koeisien perpindahan kalor koneksi (W/m C), w = emperatur dinding/atap (C), emperatur lingkungan (C) Radiasi Perpindahan panas radiasi merupakan proses yang mana panas mengalir dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yanng bersuhu rendah bila bendabenda itu terpisah oleh ruang, bahkan bila terdapat pada ruang hampa diantar benda-benda itu. hr. A.( )... () dimana h koeisien perpindahan kalor radiasi (W/m C), A luas permukaan (m ), temperatur absolut (K) Keseimbangan Energi Keseimbangan ermal Atap Gambar 1 Keseimbangan energi pada atap r sun - r luar - con = k... (4) ROASI Volume 8 Nomor 4 Oktober 006 4

2 Suhu ( o C) Suhu r dalam + con = k... (5) Keseimbangan ermal Ruang in out out Gambar. Kotak alat uji out Gambar. Keseimbangan energi pada ruang C = in out... (6) dimana C kapasitas panas, perubahan temperatur atap tiap jam, in panas yang masuk, out panas yang keluar. Koeisien Perpindahan Kalor Koneksi Dalam menentukan koeisien perpindahan kalor secara koneksi dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut:.( Gr P Pr... (7). Dimana Gr angka Grasho, Pr angka Pranl, g graitasi (m/s ), iskositas kinematik (m /s), w temperatur permukaan (C), temperatur luida (C), L dimensi ertikal atau horizontal (m), A, dimana A luas L P bidang permukaan (m ) P rata-rata kedua dimensi untuk segiempat (m), B koeisien muai olume (1/K) Persamaan - Persamaan sederhana untuk koneksi bebas dari berbagai permukaan yang digunakan dapat dilihat pada tabel berikut ini : Langkah Langkah Dalam Melakukan Pengujian Langkah-langkah dalam melakukan pengujian adalah sebagai berikut : a. Meletakkan alat uji pada tempat yang terkena sinar matahari mulai pengambilan data sampai selesai (pagi sampai sore). b. Meletakkan alat ukur pada bagian-bagian yang akan diukur. Bagian yang diukur meliputi atap dan ruangan serta lingkungan. c. Mengambil data temperatur dari masing-masing kotak yang ada yaitu dari pukul sampai d. Dengan cara yang sama pengujian dilakukan berulang-ulang selama bulan dari bulan Juni 005 hingga Agustus 005 dengan ketentuan sbb : Ventilasi terbuka penuh dengan diisap mengunakan an, Ventilasi terbuka penuh tanpa menggunakan an. DAA PENGJIAN Pengujian Pada Bulan Juni 05 Graik Suhu Atap Rata-Rata erhadap Waktu Pada Bulan Juni abel 1. Persamaan untuk koneksi bebas Waktu (jam) Polos Cat Putih Graik Suhu Ruangan Rata-Rata Bulan Juni polos tanpa al oil plaon tanpa an plaon dengan an lingkungan DISKRIPSPI ALA Pembuatan Alat ji Kotak terbuat dari triplek mm dengan ukuran masing-masing kotak 1, X 1, X 1,5 m sebanyak 4 buah dengan atap seng polos tanpa penangkal radiasi, atap seng warna putih dengan aluminium oil, atap seng polos dengan plaon+aluminium oil dan atap seng polos dengan aluminium oil. Gambar 4. Graik Hasil Pengujian Bulan Juni 005 Dari graik hasil pengujian bulan juni diatas terlihat bahwa atap warna putih memiliki temperatur ruangan yang lebih rendah dibandingkan dengan atap polos. Apabila dilihat dari urutan temperatur ruang yang paling tinggi ke temperatur ruang yang rendah akanmemiliki kecenderungan bahwa atap polos tanpa aluminium oil dan plaon memiliki temperatur ruang ROASI Volume 8 Nomor 4 Oktober 006 5

3 Suhu ( o C) Suhu ( o C) Suhu ( o C) Suhu paling tinggi, kemudian atap polos dengan plaon + aluminium oil dan an, dan yang terendah baru atap polos dengan plaon+aluminium oil tanpa menggunakan an. Pengujian Pada Bulan Juli 05 Graik Suhu Atap Rata-Rata erhadap Waktu Pada Bulan Juli Waktu (jam) Graik Suhu Ruangan Rata-rata Pada Bulan Juli Polos Cat Putih Polos anpa Al Foil Lingkungan plaon+an+al oil plaon+no an+al oil Gambar 5. Graik Hasil Pengujian Bulan Juli 005 Pada pengujian bulan juli, temperatur tertinggi masih pada atap polos tanpa aluminium oil dan plaon sedangkan terendah pada atap polos dengan aluminium oil dan plaon tanpa menggunakan an. Pengujian Pada Bulan Agustus 05 Graik Suhu Atap Rata-rata erhadap Waktu Pada Bulan Agustus Graik Suhu Ruangan Rata-Rata Pada Bulan Agustus atap polos atap warna putih Polos anpa Al Foil Lingkungan plaon+al oil+an plaon+al oil+no an Gambar 6. Graik Hasil Pengujian Bulan Agustus 005 Pada pengujian bulan agustus hasil yang diperoleh tetap sama dengan hasil hasil sebelumnya pada bulan Juni dan Juli. PEMBAHASAN Dalam perhitungan ini sebagai contoh perhitungan yaitu pada pengujian tanggal 1 Juli 005 jam 1.00 WIB. Data yang dihasilkan : a. Atap polos dengan penangkal radiasi plaon dan aluminium oil menggunakan an. w = 41,1 o C (suhu ruang attick) r = 4 o C b. Atap polos dengan penangkal radiasi plaon dan aluminium oil tanpa menggunakan an. w = 7 o C (suhu ruang attick) r =,9 o C c. Atap polos tanpa penangkal radiasi. w = 5,7 o C (suhu atap) r = 4, o C Koeisien Perpindahan Kalor Menyeluruh Pada Dinding ntuk menghitung koeisien perpindahan kalor menyeluruh pada dinding digunakan persamaan = R si 1 x R x a R k k dimana nilai-nilai dalam persamaan sudah diketahui sebagai berikut : R si = 0,15 m jam C/Kcal 0,107 m C/Watt R si = 0,05 m jam C/Kcal 0,04 m C/Watt R a = 0,087 m jam C/Kcal 0,075 m C/Watt x = 0,00 m k = Dinding = 0,166 Watt/m C (lihat lampiran C-) 1 0,107 0,00 0,075 0,00 0,04 0,166 0,166 =,8 Watt/m C = 1 Rsi x R k so = 1 0,107 0,00 0,04 0,166 = 6 Watt/m C so ROASI Volume 8 Nomor 4 Oktober 006 6

4 Koeisien Perpindahan Kalor Koneksi Karena plat terletak horisontal dan posisi yang panas menghadap ke atas maka besarnya koeisien perpindahan panas koneksi dapat dinyatakan sebagai berikut : 1 / 4 h 1, bila 10 4 < Gr Pr < 10 9 dan L h 1,5 1 / bila Gr Pr > 10 9 a. Atap polos dengan penangkal radiasi plaon dan aluminium oil menggunakan an. w = 41,1 o C = 14,1 o K r = 4 o C = 07 o K karena semua siat diambil dari suhu ilm maka dapat diperoleh dari : r 14, , 55K pada 10,55 K siat-siat udara ialah : = 1,67 x 10-5 m / s k = 0,0704 W / m C Pr = 0,7056 = 0,00 1/K L = 1, m Dari persamaan (7) didapat.( Gr. P Pr 9,81x 0,00 x(14,1 07).1, 0, (1,67x10 ) = 10,x10 8 h c 1 / 1,5 = 1 / 1,5 41,1 4 =,9 W / m C b. Atap polos dengan penangkal radiasi plaon dan aluminium oil tanpa menggunakan an. w = 7 o C = 10 o K r =,9 o C = 06,9 o K karena semua siat diambil dari suhu ilm maka dapat diperoleh dari : r 10 06,9 08, 45K pada 08,45K siat-siat udara ialah : = 1,65x10-5 m / s k = 0,0688 W / m C Pr = 0,706 = 0,004 1/K L = 1, m Dari persamaan (7) di dapat.( Gr. P Pr 9,81x 0,004 x(10 06,9).1, 0,706 5 (1,65x10 ) h 1, L = 4,64 x / 4 = 7,9 1, 1, = 1,66 W / m C 1 / 4 c. Atap polos tanpa penangkal radiasi. w = 5,7 o C = 5,7 o K r = 4, o C = 07, o K karena semua siat diambil dari suhu ilm maka dapat diperoleh dari : r 5,7 07, 16, K pada 16,K siat-siat udara ialah : = 1,74x10-5 m / s k = 0,0749 W / m C Pr = 0,704 = 0,0016 1/K L = 1, m Dari persamaan (7) didapat.( Gr. P Pr h c 9,81x 0,0016 x(5,7 07,).1, 5 (1,74x10 ) = 4,1 x / 1,5 = 1 / 1,5 5,7 4, = 4,01 W / m C Laju Perpindahan Panas Masuk 0,704 ntuk menghitung laju perpindahan panas masuk digunakan persamaan sebagai berikut : in h.a. ( ) c out w r out in out a. Perhitungan pada atap polos dengan penangkal radiasi plaon dan aluminium oil menggunakan an. in,9 x 1, x (41,1 4) = 9,87 Watt ROASI Volume 8 Nomor 4 Oktober 006 7

5 b. Perhitungan pada atap polos dengan penangkal radiasi plaon dan aluminium oil tanpa menggunakan an. 1,66 x 1, x (7,9) in = 7,4 Watt c. Perhitungan pada atap polos tanpa penangkal radiasi. 4,01 x 1, x (5,7 4,) in = 106, Watt otal Laju Perpindahan Panas Keluar (Losses) ntuk total perpindahan panas yang keluar ruang dapat diperoleh dari persamaan (6) sebagai berikut : C = in out m ruang. c p ruang = in out out = in - m ruang. c p ruang (dimana adalah jumlah rata-rata selisih suhu tiap satu jam dari jam WIB) a. Perhitungan pada atap polos dengan penangkal radiasi plaon dan aluminium oil menggunakan an. m =. V = 1,19. 1, = 1,96 Kg out = in - m ruang. c p ruang = 9,87 (1,96. 1,0064.,85) =, Watt (dimana nilai dan c p diambil dari interpolasi siatsiat udara pada tekanan atmoser pada suhu ruangan) b. Perhitungan pada atap polos dengan penangkal radiasi plaon dan aluminium oil tanpa menggunakan an. m =. V = 1,147. 1, = 1,98 Kg out = in - m ruang. c p ruang = 7,4 (1,98. 1,0065.,85) = - 0,181 Watt (dimana nilai dan c p diambil dari interpolasi siatsiat udara pada tekanan atmoser pada suhu ruangan) c. Perhitungan pada atap polos tanpa penangkal radiasi. m =. V = 1,118. 1,944 =,17 Kg out = in - m ruang. c p ruang = 106, (,17. 1,0067.,85) = 97,96 Watt (dimana nilai dan c p diambil dari interpolasi siatsiat udara pada tekanan atmoser pada suhu ruangan Laju Perpindahan Panas Keluar Lewat Dinding a. Perhitungan pada atap polos dengan penangkal radiasi plaon dan aluminium oil menggunakan an. Dinding. A. ( ) 4 x,8 x 1, x (4,6) = 8,8 Watt Dinding. A. ( ) 6 x 1, x (4,6) =,456 Watt total kalor yang keluar dinding adalah total = + = 8,8 +,456 = 1,8 Watt b. Perhitungan pada atap polos dengan penangkal radiasi plaon dan aluminium oil tanpa menggunakan an. Dinding. A. ( ) 4 x,8 x 1, x (,9,6) = 6,6 Watt Dinding. A. ( ) 6 x 1, x (,9,6) =,59 Watt total kalor yang keluar dinding adalah total = + = 6,6 +,59 = 9,1 Watt c. Perhitungan pada atap polos tanpa penangkal radiasi. Dinding. A. ( ) 4 x,8 x 1, x (4,,6) = 15,44 Watt ROASI Volume 8 Nomor 4 Oktober 006 8

6 Dinding. A. ( ) 6 x 1, x (4,,6) = 6,048 Watt total kalor yang keluar dinding adalah total = + = 15,44 + 6,048 = 1,5 Watt Laju Perpindahan Panas Keluar Lewat Celah dan Ventilasi a) Perhitungan pada atap polos dengan penangkal radiasi plaon dan aluminium oil menggunakan an. celah = out - dinding =, 1,8 = 10,04 Watt b) Perhitungan pada atap polos dengan penangkal radiasi plaon dan aluminium oil tanpa menggunakan an. celah = out - dinding = -0,181 9,1 = -9,4 Watt anda negati ( - ) menandakan bahwa arah perpindahan panas menuju ruangan ( kedalam ) c) Perhitungan pada atap polos tanpa penangkal radiasi. celah = out - dinding = 97,96 1,5 = 76,71 Watt Dari hasil perhitungan diatas terlihat bahwa total kalor yang masuk ruang pada atap polos dengan penangkal radiasi plaon dan aluminium oil menggunakan an adalah 9,87 Watt sedangkan kalor yang dikeluarkan adalah, Watt. ntuk total kalor yang masuk pada atap polos dengan penangkal radiasi plaon dan aluminium oil tanpa menggunakan an adalah 7,4 Watt sedangkan kalor yang dikeluarkan adalah -0,181 Watt, sedangkan total kalor yang masuk pada atap polos tanpa penangkal radiasi adalah 106, Watt dan total kalor yang dikeluarkan adalah 97,96 Watt. a) Rasio panas yang masuk ( in ) antara menggunakan penangkal radiasi plaon dan aluminium oil menggunakan an dengan atap polos tanpa penangkal radiasi in 1 in 9,87 x100% 8% 106, b) Rasio panas yang masuk ( in ) antara menggunakan penangkal radiasi plaon dan aluminium oil tanpa menggunakan an dengan atap polos tanpa penangkal radiasi in 1 in 7,4 x100% 7% 106, PENP Kesimpulan 1. Dengan pemasangan plaon dan aluminium oil pada atap seng ternyata akan mempengaruhi perubahan temperatur ruangan, hal ini bisa terlihat dari data bahwa temperatur ruang berkurang antara 0,5 C sampai C dibandingkan dengan atap polos tanpa aluminium oil dan plaon.. Dari graik hasil pengujian bulan juni temperatur ruang antara menggunakan plaon dan aluminium oil dengan polos menunjukkan bahwa temperatur menggunakan plaon dan aluminium oil memiliki temperatur yang lebih rendah (,6C) sedangkan polos bisa mencapai temperatur sampai 4,9C.. Dari graik hasil pengujian bulan juli temperatur ruang antara menggunakan plaon dan aluminium oil dengan polos menunjukkan bahwa temperatur menggunakan plaon dan aluminium oil memiliki temperatur 4,C sedangkan polos bisa mencapai temperatur sampai 5,6C. 4. Dari graik hasil pengujian bulan Agustus temperatur ruang antara menggunakan plaon dan aluminium oil dengan polos menunjukkan bahwa temperatur menggunakan plaon dan aluminium oil memiliki temperatur 4,9C sedangkan polos bisa mencapai temperatur sampai 6,6C. 5. Dari graik hasil pengujian antara suhu lingkungan dengan suhu ruangan menggunakan plaon dan aluminium oil terlihat setara (,1C) sedangkan pada atap polos tetap memiliki suhu yang lebih tinggi (4,5C). 6. Pemberian an pada entilasi sangat berpengaruh pada suhu ruangan karena akan menyerap udara luar lebih cepat dibandingkan dengan tanpa an yang aliran udaranya terjadi secara alami. Saran 1. ntuk mempercepat menyamakan kondisi udara di dalam ruangan dengan lingkungan pada waktu pengambilan data awal (jam 09.00), perlu penambahan entilasi sementara pada benda uji yang dibuka pada waktu pagi.. Jauhkan tempat pengambilan data dari pepohonan yang tinggi karena bayangan pohon bisa menutupi atap terjadi kontak langsung dengan matahari.. Penempatan alat ukur pada benda kerja harus tepat 4. Pengambilan data agar dilakukan sesering mungkin sehingga hasil yang diperoleh lebih akurat. ROASI Volume 8 Nomor 4 Oktober 006 9

7 REFERENSI 1. Culp, Archie, W.Jr, Prinsip-prinsip Konersi Energi, Edisi Ketiga, Erlangga, Jakarta, Indonesia, Holman, JP,, Perpindahan Kalor, Edisi Keenam, Erlangga, Jakarta, Indonesia, Incropera, Frank. P,, Fundamentals o Heat raner, John Wiley & Son.Inc, Canada, Jansen, ed. J, eknologi Rekayasa Surya, P. Pradya Paramita, Jakarta, Indonesia, Kreith, Frank,, Prinsip-prinsip Perpindahan Panas, Edisi Ketiga, Erlangga, Jakarta, Indonesia, Liptak, Bela G, Process Measurement and Analysis third edition, CRC PRESS, New York, Nainggolan, Werlin.S,, ermodinamika, Cetakan Kelima, CV. Armico, Bandung, Indonesia, Reynolds, William C, Henry C. Perkin, ermodinamika eknik, Edisi Kedua, Erlangga, Jakarta, Indonesia, Satwito, Prasasto, Fisika Bangunan 1, Edisi I, Andi, Yogyakarta, Indonesia, W. Arismunandar, Pieso Saito, Penyegaran dara, Catatan Keenam, P Pradya Paramita, Jakarta, Yunianto, Bambang, Pengujian Pengaruh Warna Atap (Seng) erhadap Panas Radiasi Ruangan Rotasi, niersitas Diponegoro, Semarang,004 ROASI Volume 8 Nomor 4 Oktober