BAB II LANDASAN TEORI

7

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Metode VDI 2221 Perkembangan Teknologi dewasa ini pesat terutama dalam rekayasa dan rancang bangun. Proses mendesain produk adalah salah satu cabang dari rekayasa

dan

rancang

bangun

yang

banyak

bermanfaat

dalam

menyelesaikan berbagai kebutuhan akan produk yang memenuhi kriteria dan keinginan konsumen. Mendesain sebuah produk berarti menjabarkan ide – ide yang dimiliki untuk menyelesaikan masalah. Ide bagaimanapun merupakan otak dari pekerjaan mendesain. Setelah ide didapat, yang menjadi pertanyaan berikutnya adalah metode apa yang akan dipakai dalam mewujudkan ide tersebut hingga menghasilkan sebuah karya yang nyata dan dapat dipertanggungjawabkan secara ilmiah. Hal inilah yang menjadi pemikiran para Insinyur Jerman untuk membuat metode perancangan produk yang dikenal dengan metode VDI 2221 yaitu pendekatan sistematik terhadap desain untuk sistem teknik yang dijabarkan oleh G. Pahl dan W. Beitz (VDI = Verein Deutcher Ingeniure / Persatuan Insinyur Jerman) Didalam skripsi ini penulis mencoba menjelaskan dan menjabarkan mengenai Metode VDI 2221 agar lebih mudah dimengerti, kemudian menerapkannya untuk merancang suatu produk.

http://digilib.mercubuana.ac.id/

8

2.1.1

Tujuan Metode VDI 2221 Persaingan yang terjadi dalam membuat sistem dan produk teknik

sangat ditentukan oleh ketepatgunaan / efektifitas proses desainnya. Berbagai kebutuhan harus disesuaikan terhadap perusahaan / pabrik, situasi pasar dan perkembangan teknologi. Ketiga macam kriteria tersebut harus dapat diatasi oleh suatu metode desain. VDI 221 bersama dengan prinsip – prinsip desain yang umum berlaku hingga saat ini membentuk suatu pedoman / metrode yang tidak terkait kepada salah satu cabang industri tertentu. Tujuan yang ingin dicapai ialah merumuskan dan mengarahkan berbagai macam metode desain yang berkembang pesat akibat kegiatan riset. Diharapkan seorang pemakai dapat dengan cepat menguasai metoe ini tanpa harus mempelajari secara terperinci. 2.1.2

Langkah – Langkah Kerja dalam VDI 2221

Secara keseluruhan langkah yang terdapat dalam metode VDI 221 terdiri dari t tahap, yang dikelompokkan menjadi 4 fase yaitu : 1. Penjabaran Tugas (Clarification of Task) Penjabaran tugas ini meliputi informasi mengenai permasalahan dan kendala – kendala yang dihadapi. Kemudian disusun suatu daftar persyaratan mengenai rancangan yang akan dibuat. 2. Penentuan Konsep Rancangan ( Conceptual Design) Pada penentuan konsep rancangan ini meliputi tiga langkah kerja yaitu : Menentukan funsi dan strukturnya. Mencari prinsip solusi dan strukturnya. Menguraikannya menjadi varian yang dapat di realisasikan. 3. Perancangan Wujud (Embodiment Design)


9

Pada perancangan wojud ini dimulai dengan menguraikan rancangan ke dalam modul – modul yang diikuti oleh desain awal dan desain jadi 4. Perancangan Rinci (Design Detail) Perancangan rinci ini merupakan proses perancangan dalam bentuk gambar. Yang meliputi gambar yang tersesun dan gambar yang detail termasuk daftar komponen, spesifikasi bahan, toleransi dan lain sebagainya. Pada fase ini semua pekerjaan didokumentasikan sehingga pembuatan produk dpat dilaksanakan oleh operator atau insinyur lain yang ditunjuk. Langkah – langkah kerja yang dikelompokkan menjadi empat fase diatas dapat digambarkan dalam diagram alir berikut ini :


10

Gambar 2.1 Skema langkah kerja


11

2.1.3 Penjabaran Tugas (Clarification of Task) Pada langkah kerja penjabaran tugas ini dilakukan perumusan dan daftar persyaratan yang disesuaikan dengan kehendak konsumen dan perancang, yang diharapkan dipenuhi oleh solusi akhir. Informasi ini akan menjadi acuan penyusunan spesifikasi. Pekerjaan – pekerjaan yang dilakukan meliputi : 1. Mengumpulkan

informasi

/

data

yang

berhubungan

dengan

perencanaan, memeriksa kendala apa saja yang dihadapi. 2. Memeriksa kehendak – kehendak yang lain yang dapat menunjang pekerjaan. 3. Merumuskan tugas yang dihadapi sehingga menjadi sesuai dengan kacamata desainer. Hasil kerja yang diperoleh adalah daftar kehendak / requirement list. Daftar kehendak merupakan dokumen penting, merupakan dasar dalam melaksanakan lanhkah kerja lainnya. Penemuan penting dpat timbul dalam proses desain sebagai akibat modifikasi atau penambahan daftar kehendak. Pentingnya daftar kehendak menyebabkan penanganannya harus teratur dan sistematik. Daftar kehendak yang sudah ditangani secara teratur dan sistematik dalam suatu format dinamakan spesifikasi. Untuk mempermudah penyusunan spesifikasi, dapat dilakukan dengan meninjau aspek – aspek tertentu, seperti aspek geometri, kinematika, gaya, energi dan sebagainya. Dari aspek – aspek tersebut dapat diuraikan syarat – syarat yang bersangkutan, selanjutnya merumuskan tugas yang harus dihadapi. Untuk mempermudah pekerjaan dalam tahap berikutnya, spesifikasi harus dilakukan secara teratur dan sistematik.


12

Judul Utama

Contoh - contoh

Geometri

Lebar, tinggi, panjang, diameter, jarak

Kinematik

Tipe

gearakan,

arah

gerakan,

kecepatan,

percepatan Gaya

Arah

gaya,

besar

gaya,

frekuensi,

berat,

deformasi, kekuatan, elastisitas, gaya inersia Energi

Output, efisiensi, kerugian energi, gesekan, tekanan, temperatur, pemanasan, pendinginan, kapasitas

Material

Aliran dan transportasi material, pengaruh fisika dan kimia dari material pada awal dan akhir produk, material tambahan.

Sinyal

Input, output, bentuk, display, peralatan control

Keselamatan

Sistem

proteksi

langsung,

keselamatan

operasional dan lingkungan Ergonomi

Hubungan operator mesin, tipe pengoperasian penerangan dan keserasian bentuk

Produksi

Batasan

pabrik,

kemungkinan

dimensi

maksimum, produksi yang dipilih Kontrol Kualitas

Kemungkinan

dilakukan

kalibrasi

dan

standarisasi Perakitan

Aturan khusus, instalasi, pondasi

Perawatan

Jangka waktu services, penggantian dan reparasi, pengecatan dan pembersihan

Biaya

Biaya maksimum produksi

Jadwal

Tanggal penyerahan

Tabel 2.1 Daftar Spesifikasi Setelah spesifikasi diperoleh dilakukan langkah – langkah abstraksi dan formulasi. Tujuan dari abstraksi adalah untuk menentukan bagian mana dari spesifikasi yang merupakan bagian penting dan berlau umum. Pada saat


13

melakukan abstraksi dan formulasi, hal penting yang harus diperhatikan adalah membedkan sebuah persyaratan, apakah sebagai tuntutan (Demand) atau keinginan (Wishes) Demand adalah persyaratan yang harus terpenuhi pada setiap kondisi, dengan kata lain apabila persyaratan ini tidak terpenuhi maka perancangan dianggap gagal. Wishes adalah persyratan yang diinginkan apabila memungkinkan. Sebagai contoh suatu persyaratan yang membutuhkan biaya yang tinggi tanpa memberi pengaruh teknik yang besar, maka persyaratan tersebut dapat diabaikan atau dihilangkan. Abstraksi dan formulasi akan mempermudah menentukan fungsi dan struktur fungsi. Abstraksi dan Formulasi secara garis besarnya adalah sebagai berikut : 1. Keinginan atau wishes dihilangkan. 2. Keharusan – keharusan atau demand yang tidak menentukan fungsi untuk sementara dihilangkan. 3. Besaran kuantitaif diganti menjadi besaran kualitatif. 4. Formulasikan abstraksi 1 – 3 5. Formulasikan abstraksi 4 menjadi solusi. 2.1.4

Penentuan Konsep Rancangan (Conceptual Design)

Adapaun yang dibahas dalam perancangan ini adalah : 1. Menentukan fungsi dan strukturnya. Struktur fungsi keseluruhan Sub fungsi 2. Mencari prinsip solusi dan strukturnya. Metode konvensional Metode intuitif Metode kombinasi


14

3. Menguraikan menjadi varian yang dpat direalisasikan. Pembuatan varian konsep Evaluasi Menentukan Fungsi dan Strukturnya (Determine Function and Their

2.1.5

Structures) Menentukan Fungsi dan Strukturnya (Determine Function and Their Structures) Dalam menentukan fungsi dan strukturnya hal – hal yang dibahas meliputi struktur fungsi dan sub fungsi. a. Struktur Fungsi Keseluruhan (Overalle Function) Setelah masalah utama diketahui, kemudian dibuat struktur fungsi secara keseluruhan. Struktur fungsi ini digambarkan dengan blok diagram yang menunjukkan hubungan input dan output. Input dan output berupa aliran energi, material atau sinyal. b.

Sub Fungsi Apabila fungsi keseluruhan cukup rumit, maka cara untuk

mengantisipasinya

adalah

membagi

menjadi

beberapa

sub

fungsi.

Pembagian ini akan memberikan keuntungan : Memberikan kemungkinan untuk melakukan pencarian solusi lebih lanjut. Memberikan beberapa buah kemungkinan solusi dengan melihat kombinasi solusi sub fungsi.

Pada saat pembuatan struktur fungsi, harus dibedakan antara perancangan murni (Original Design) dengan perancangan ulang (Adaptive Design). Pada perancangan murni yang menjadi dasar struktur fungsi adalah spesifikasi dan masalah utama, sedang pada perancangan ulang perancangan dimulai dari struktur fungsi yang kemudian dianalisis.


15

Analisis ini akan memberikan kemungkinan bagi pengembangan variasi solusi sehingga diperoleh solusi baru. Pada langkah ini dilakukan : -

Menentukan fungsi – fungsi Pada mulanya fungsi keseluruhan, kemudian apabila perlu fungsi bagian (Sub Functions). Fungsi ini kemudian disusun menjadi struktur – struktur fungsi, yang merupakan dasar untuk mencari prinsip solusi.

Hasil kerja yang diperoleh ialah : -

Satu atau beberapa struktur fungsi / Function Structure. Struktur fungsi biasanya berupa gambar – gambar atau diagram – diagram sederhana.

c. Mencari prinsip solusi dan Strukturnya Dasar – dasar pemecahan masalah diperoleh dengan mencari prinsip – prinsip solusi dari masing – masing sub fungsi. Dalam tahap ini dicari sebanyak mungkin variasi solusi. Metode pencarian prinsip pemecahan masalah menurut Pahl-eitz dibagi kedalam 3 kategori, yaitu : 1. Metode Konvensional Metode ini meliputi pencarian dalam literatur, text book, jurnal – jurnal teknik dan brosur yang dikeluarkan oleh suatu perusahaan. Menganalisa gejala alam atau tingkah laku mahluk hidup dengan membuat analogi atau dibuat suatu model ini dapat mewakili karakteristik dari produk. 2. Metode Intuitif Solusi dengan intuisi ini datang setelah periode pencarian dan pemikiran panjang, solusi ini kemudian dikembangkan dan diperbaiki. Ada beberapa cara yang dapat dilakukan untuk melakukan untuk


16

mengembangkan kemampuan intuitif ini antara lain dengan banyak melakukan diskusi dengan orang lain. 3. Metode Kombinasi Metode ini mengkombinasikan kemungkinan solusi yang ada. Metode yang dapat digunakan adalah metode bentuk matrik, dimana sub fungsi dan prinsip solusi dimasukkan dalam baris dan kolom.

d. Mengurai menjadi varian yang dapat direalisasi Apabila kombinasi yang ada terlalu banyak maka untuk mencari kombinasi terbaik menjadi lama. Agar tidak terjadi hal tersebut, maka apabila memungkinkan jumlah kombinasi harus dikurangi. Prosedur yang dilakukan adalah dengan mengeliminasi dan memilih yang terbaik. Dibawah ini ada beberapa kriteria yang perlu diperhatikan diantaranya : -

Kesesuaian dengan fungsi keseluruhan

-

Terpenuhinya demand yang tercantum dalam daftar spesifikasi

-

Dapat dibuat atau diwujudkan

-

Pengetahuan atau informasi tentang konsep yang bersangkutan memadai

-

Kebaikan dalam kinerja dan kemudahan produksi

-

Kemudahan dirakit

-

Kemudahan perawatan

-

Faktor biaya

-

Segi keamanan dan kenyamanan

-

Kemungkinan pengembangan lebih lanjut.

e. Pembuatan Varian Konsep


17

Informasi lebih lanjut diperlukan untuk pembuatan varian konsep yang akan dilakukan. Informasi ini dapat diperoleh dari : -

Gambar atau sketsa untuk melihat kemungkinan keserasian

-

Perhitungan kasar berdasarkan asumsi yang dipakai

-

Pengujian awal berupa pengujian model untuk menemukan sifat utama untuk pendekatan kuantitatif untuk persyaratan kualitatif mengenai kinerja dari produk jadi

-

Konstruksi model untuk visualisasi dan analisa

-

Analogi model dan simulasi yang sering dilakukan dengan bantuan komputer

-

Penelitian lebih lanjut dari literatur.

f. Evaluasi Evaluasi berarti menetukan nilai, keguanaan atau kekuatan yang kemudian dibandingkan dengan sesuatu yang dianggap ideal. Secara garis besar, langkah yang ditempuh adalah sebagai berikut : -

Menentukan kriteria evaluasi (Identification of Evaluation Criteria) yang didasarkan pada spesifikasi yang dibuat.

-

Pemberian bobot kriteria (Weighting of Evaluation Criteria) Langkah ini merupakan kriteria yang dipilih yang mempunyai tingkat pengaruh yang berada pada tingkat varian konsep. Sebaiknya evaluasi dititikberatkan pada sifat utama yang diinginkan pada solusi akhir.

-

Menentukan parameter kriteria evaluasi (Compiling Parameter) Agar perbandingan setiap varian konsep dapat dilihat dengan jelas, maka dipilih suatu parameter atau besaran yang dipakai oleh varian konsep.

-

Memasukkan Nilai Parameter (Assesing Value), sebaiknya harga yang dimasukkan adalah harga nominal. Menentukan nilai keseluruhan varian konsep (Determining Overall Weighing Value/OWV)

-

Nilai keseluruhan untuk varian konsep dapat dihitung dengan rumus :


18

Dimana : W1

= Bobot evaluasi ke j

Vv

= Nilai kriteria ke j

-

Memperkirakan Ketidakpastian Evaluasi (Evaluation Uncertainties) Kesalahan evaluasi bisa disebabkan oleh beberapa hal, diantaranya : Kesalahan subyektif, seperti kurangnya informasi Kesalahan perhitungan parameter

-

Apabila terdapat nilai OWV yang berdekatan dari dua varian konsep, maka akan dilakuan evaluasi titik lemah (Week Spot)

2.1.6

Perancangan Wujud Perancangan wujud dimulai dengan konsep produk teknik, kemudian

dengan

menggunakan

kriteria

teknik

dan

ekonomi,

perancangan

dikembangkan dengan menguraikan struktur fungsi kedalm struktur modal untuk memperoleh elemen – elemen pembangun struktur fungsi yang memungkinkandan dimulainya perancangan yag lebih rinci. Tahap perancangan wujud ini meliputi beberapa langkah perancangan, yaitu menguraikanmenjadi modul – modul, memberi bentuk pada modul, memberi bentuk pada seluruh modul. Pada langkah kerja ini dilakukan mengembangkan rancangan / layoutdari modul – modul. Ukuran – ukuran geometri dan perincian – perincian lainnya mula – mula dicantumkan pada modul utama, terbatas hanya untuk memperoleh modul yang terbaik. Hasil kerja yang diperoleh adalah : -

Rancangan awal dari modul – modul utama (Key Modules)

-

Perancangan awal berbentuk : gambar – gambar berskala, diagram sirkuit dan sebagainya.


19

2.1.7 Perancangan Rinci 1. Tahap ini merupakan akhir metode perancangan sistematis yang berupa presentasi hasil. 2. Pada langkah kerja ini, dilakukan pekerjaan – pekerjaan, merinci gambar akhir, termasuk gambar terperinci mengenai tiap – tiap bagian atau elemen yang berhubungan dengan persiapan produksi atau pembuatan. 3. Pada akhir tahap ini dievaluasi kembali untuk melihat apakah produk mesin atau sistem teknik tersebut benar – benar sudah memenuhio spesifikasi dan semua gambar – gambar dokumen produk lainnya telah selesai dan lengkap.

2.2 Pembakaran Pembakaran merupakan reaksi kimia eksotermis bersama dengan penghasilan panas yang besar dan luminesens, dan itu merupakan fenomena yang mana reaksi dapat berkelanjutan secara spontan melalui panas yang dihasilkan dari reaksi tersebut. Bila biomassa digunakan sebagai bahan bakar, reaksi oksidasi yang menghasilkan panas, dimana karbon, hidrogen, oksigen, sulfur yang mudah terbakar dan nitrogen yang terkandung dalam biomassa akan bereaksi dengan udara atau oksigen, dikenal di industri sebagai proses pembakaran. Proses pembakaran dimulai dengan reaksi fase gas, reaksi permukaan, atau keduannya diikuti dengan proses – proses lainseperti peleburan, penguapan, dan pirolisis. Dalam reaksi pembakaran yang sebenarnya, fenomena yang komplek seperti penguapan, campuran , difusi, konveksi, konduksi panas, radiasi dan luinesens akan terjadi pada kecepatanyang sangat tinggi. Bahan bakar gas akan terbakar secara terus dalam fase gas sebagai pembakaran pracampur atau pembakaran difusi. Bahan bakar cair akan terbakar sebagai gas ternyalakan dalam fase gas setelah penguapan permukaan, dimana ia disebut sebagai pembakaran penguapan. Minyak berat dan sebagainya akan


20

terbakar saat pembakaran penguapan, akan tetapi pembakaran dekomposisi juga akan terjadi, dimana dekomposisi sebagian bahan bakar akan terjadi oleh panas yang dihasilkan.

2.3 Pirolisis Pirolisis adalah dekomposisi kimia bahan Organik atau biomassa melalui proses pemanasan tanpa atau sedikit oksigen atau reagen lainnya, dimana material mentah akan megalami pemecahan struktur kimia menjadi fase gas. Pirolisis dapat digambarkan secara sederhana seperti persamaan sebagai berikut : o

Heat (500-600 C)

Pyrolisis : (C5H12O6)m

(H2+CO+CH4+....+C5H12) +(H2O+....CH2OH+CH2COOH+....)+C

Biomassa

Gas

Liquid

Char

2.3.1 Karakteristik Pirolisis Selama pirolisis, kelembaban menguap pertama kali (100 C), kemudian hemiselulosa terdekomposisi (200-260 C), diikuti oleh selulosa (240-340 C) dan lignin (280-500 C). Ketika suhu mencapai 500 C, reaksi pirolisis hampir selesai. Oleh karena itu, pada lajupemanasan 10 C/dtk, pirolisis selesai dalam 1 menit, atau pirolisis selesai 5 detik pada 100 C/dtk. Semakin tinggi laju pemanasan semakin pembentukan produk yang mudah menguap, meingkatkan tekanan, waktu tinggal yang pendek dari produk yang mudah menguap di dalam reaktor, dan hasil produk cair yang lebih tinggi, dinamakan pirolisis cepat atau pirolisis kilat.


21

2.4 Asap Cair Asap Cair merupakan suatu hasil kondensasi atau pengembunan dari uap hasil pembakaran secara langsung maupun tidak langsung dari bahan – bahan yang banyal mengandung lignin, selulosa, hemiselulosa serta senyawa karbon lainnya. Bahan baku yang banyak digunakan antara lain berbagai macam jenis kayu, bongkol kelapa sawit, tempurung kelapa, sekam, ampas atau serbuk gergaji kayu dan sebagainya. Selama pembakaran komponen dari kayu akan mengalami pirolisa menghasilkan berbagai macam senyawa antara lain fenol, karonil, asam, furan, alkohol, lakton hidrokarbon, polisiklik aromatikan lain sebagainya. Asap cair mempunyai berbagai sifat fungsional, seperti ; sebagai bahan pengawet alami karena mengandung senyawa fenol dan asam yang berperan sebagai antibakteri dan antioksidan, sebagai bahan koagulan lateks pengganti asam format serta membantu pembentukan warna coklat pada produk sit.

2.4.1 Proses Pembentukan Asap Cair Asap merupakan sistem komplek yang terdiri dari ase cairan terdispersi dan medium gas sebagai pendispersi. Asap diproduksi dengan cara pembakaran tidak sempurna yang melibatkan reaksi dekomposisikonstituen polimer menjadi senyawa organik dengan berat molekul rendah karena pengaruh panas yang meliputi reaksi oksidasi, polimerisasi dan kondensasi. Jumlah partikel padatan dan cairan dalam medium gas menentukan kepadatan asap. Selain itu asap juga memberikan pengaruh warna rasa dan aroma pada medium pendispersi gas. Sifat dari asap cair dipengaruhi oleh komponen utama yaitu selulosa, hemiselulosa dan lignin yang proporsinya bervariasi tergantung pada jenis bahan yang akan dipirolisis. Proses pirolisis sendiri melibatkan berbagai reaksi diantaranya dekomposisi, oksidasi, polimerisasi dan kondensasi.


22

2.4.2 Komposisi Kimia Asap Cair Analisis kimia yang dilakukan terhadap asap cair meiputi fenol, karbonil, keasaman an indeks pencoklatan. Jenis Bahan

Fenol

Karbonil

Keasaman

Indeks Pencoklatan

(%)

(%)

(%)

(%)

Kayu Jati

2.70

13.58

7.21

2.16

Kayu Lamtoro

2.10

10.32

6.21

0.96

Tempurung Kelapa

5.13

13.28

11.39

1.18

Kayu Mahoni

2.16

15.23

6.26

2.11

Kayu Kamper

2.2.

8.56

4.27

0.55

Kayu Bngkirai

2.93

12.31

5.5

0.84

Kayu Kruing

2.41

8.72

5.21

0.64

Glugu

3.16

12.94

6.61

1.16

Tabel 2.2 Kandungan kimia material organic

Asap cair yang telah dipisahkan dari kandungan tar berat berupa cairan bersifat asam dalam pelarut fase air dan berwarna kuning kecoklatan bergantung pada jenis kayu. Berdasarkan hasil analisa gas kromatogrfi terdapat komponenutama yang jumlahnya relatif cukup besar didalm asap cair.

Waktu Retensi (menit)

Senyawa

Konsentrasi (%)

10.29

Fenol

44.13

11.48

3-metil 1,2-siklopentadion

3.55

13.93

2-metoksil fenol

11.5

17.59

2-metoksil-4-metil fenol

4.10

20.38

4-etil-2-metoksil fenol

2.21

22.20

2,6-dimetoksil fenol

11.06

25.0

2,5-dimetoksil bensil alkohol

3.02

Tabel 2.3 Komponen dalam asap cair


23

Asap cair juga mengandung senyawa yang merugikan yaitu tar dan senyawa benzopiren yang bersifat toksik dan karsinogenik serta menyebabkan kerusakan asam amino esensial dari protein dan vitamin. Pengaruh ini juga disebkan adanya senyawa sejumlah senyawa kimia didalam asap cair yang dapat bereaksi dengan komponen bahan makanan.

2.5 Perpindahan Kalor Perpindahan panas dari suatu zat ke zat lain sering terjadi dalam kehidupan sehari – hari baik penyerapan atau pelepasan panas, untuk mencapai dan mempertahankan keadaan yang dibutuhkan saat proses berlangsung. Panas sendiri merupakan salah satu bentuk energy Hukum kekekalan energy menyatakan bahwa energy tidak dapat usnah, contohnya hokum kekekalan massa dan momentum, ini artinya kalor tidak hilang, energi hanya berubah bentuk dari bentuk yang pertama ke bentuk yang lain. Perpindahan kalor dapat dibagi menjadi 3, antara lain: 1. Pancaran (Radiasi) 2. Hantaran (Konduksi) 3. Aliran (Konveksi)

2.5.1. Pancaran (Radiasi) Radiasi adalah perpindahan kalor melalui gelombang dari suatu zat ke zat lain, semua benda memancarkan kalor, keadaan ini terbukti setelah suhu meningkat. Pada dasarnya proses perpindahan panas radiasi terjadi dengan perantara foton dan juga gelombang electromagnet. Apabila sejumlah energi kalor menimpa suatu permukaan, sebagian akan dipantulkan, sebagian akan diserap kedalam bahan dan sebagian akan menembusi bahan dan terus keluar. Ciri – ciri perpindahan kalor radiasi yaitu: Kalor merambat lurus.


24

Perambatannya tidak memerlukan media. Menurut hokum Stefan Boltzinam tentang radiasi panas dan berlaku hanya untuk benda hitam, bahwa yang diapancarkan (dari benda hitam) dengan laju yang sebanding dengan pangkat empat temperature asolut benda itu dan berbanding langsung dengan luas permukaan benda. Berdasarkan Ref.8 yaitu Artono Koestoer, 2002. qpancaran = σ . A . T4 Dimana: σ

= Konstanta proporsional (ketetapan stefan boltzman)

σ

= 5,669 . 10 -8 W/m2. K4

A

= Luas permukaan benda hitam (m2)

T

= Temperatur absolut benda hitam (K)

2.5.2 Hantaran (Konduksi) Adalah pengangkutan kalor melalui suatu jenis zat, sehingga perpindahan kalor secara hantaran atau konduksi merupakan suatu proses dalam karena proses perpindahan ini hanya terjadi didalam bahan. Arah aliran energi kalor adalah titik bersuhu tinggi ke titik bersuhu rendah. Dalam aliran panas konduksi, perpindahan energi terjadi karena hubungan molekul secara langsung tanpa adanya perpindahan molekul yang cukup besar, secara umum laju aliran kalor secara konduksi dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut: q

q

=

= Laju perpindahan kalor (W) = gradient suhu terhadap penampang tersebut, yaitu laju perubahan suhu T terhadap jarak dalam arah aliran panas x


25

k

= konduktifitas thermal (W/m2 oC)

A

= luas permukaan bidang hantaran (m2)

Alasan pemberian tanda minus pada rumus konduksi hukum fourier, seperti diilustrasikan sebagai berikut: Jika temperatur menurun pad arah –x positif, dt?dx adalah negatif, kemudian Qx menjadi nilai positif karena kehadiran tanda negatif, sehingga laju kalor berada pada arah –x positif. Jika temperatur meningkat pada arah –x positif, dT/dx adalah positif, Qx berubah menjadi negatif, dan aliran kalor berada pada arah –x adalah negatif, sebagaimana diilustrasikan pada gambar berikut, Qx merupakan nilai positif, aliran kalor berada pada arah –x positif, dan sebaliknya.

Menurut teori kinetik, suhu elemen pad suatu zat sebanding dengan energi kinetik rata – rata molekul – molekul yang membentuul - k elemen itu, energi yang dimiliki suatu elemen zat yang disebabkan oleh kecepatan dan posisi relatif molekul – molekulnya disebut energi dalam. Jadi semakin cepat molekul – molekul bergerak, semakin tinggi suhu maupun energi dalam elemen zat. Bila molekul – molekul disuatu daerah memperoleh energi kinetik rata – rata yang lebih besar daripada yang dimiliki oleh molekul – molekul disuatu daerah yang berdekatan, sebagaimana yang telah diwujudkan oleh adanya beda suhu, maka molekul – molekul yang memiliki energi yang lebih besar itu akan memindahkan sebagian eberginya kepada molekul – molekul daerah yang bersuhu lebih rendah. Konduksi adalah satu – satunya mekanisme dimana panas dapat mengalir pada zat padat yang tidak tembus cahaya. Konduksi penting pula pada fluid, tetapi didalam media yang bukan padat biasanya tergabung dengan konveksi, dan dalam beberapa hal juga dengan radiasi.


26

2.5.3 Aliran (Konveksi) Adalah perpindahan kalor oleh gerakan suatu zat yang dipanaskan. Proses perpindahan kalor secara aliran/ konveksi merupakan fenomena permukaan. Proses konveksi hanya terjadi dipermukaan bahan jadi dalam proses inistruktur bagian dalam bahan kurang penting. Keadaan permukaan dan keadaan sekelilingnya serta kedudukan permukaan itu adalah utama. Lazimnya keadaan kesetimbangan thermodinamik didalam bahan akibat proses konduksi, suhu permukaan baha akan berbeda dengan suhu sekelilingnya. Dalam hal ini terdapat keadaan suhu setimbang diantara bahan dengan sekelilingnya. Konveksi sangat penting sebagaimekanisme perpindahan energi antara permukaan benda padat dan cair atau gas. Perpindahan kalor secara konveksi dari suatu permukaan yang suhunya di atas fluida disekitarnya berlangsung dalam beberapa tahap. Pertama, kalor akan mengalir dengan cara konduksi dari permukaan ke partikel – pertikel fluida yang berbatasan. Energi yang berpindah dengan cara demikian akan menaikkan suhu dan energi dalam partikel – partikel fluida tersebut. Kedua, partikel – partikel tersebut akan bergerak ke daerah suhu yang lebih rendah dimana partikel tersebut akan bercampur dengan partikel – partikel fluida lainnya. Partikel kalor secara konveksi dapat dikelompokkan menurut gerakan alirannya, yaitu konveksi bebas (free covection) dan konveksi paksa (forced convection). Apabila gerakan fluida tersebut terjadi akibat dari perbedaan densitas (kerpatan) yang disebabkan oleh gradient suhu maka disebut konveksi bebas atau konveksi (natural convetion). Bila gerakan fluida tersebut disebabkan oleh penggunaan alat dari luar, seperti kipas atau pompa, maka prosesnya disebut konveksi paksa. Keefektifan perpindahan kalor dengan cara konveksi tergantung sebagian besarnya pada gerakan mencampur fluida. Akibatnya studi perpindahan kalor konveksi didasarkan pada pengetahuan tentang ciri – ciri


27

aliran fluidda. Kalor yang dipindahkan secara konveksi dinyatakan dengan persamaan Newton tentang pendinginan [Holman , 1986]. qc

= -hc . A . ∆T

Dimana: Qc

= Laju perpindahan kalor secara konveksi (W)

hc

= Koefisien perpindahan kalor konveksi (W/m2 K)

A

= Luas perpindahan kalor (m2)

∆T

= Beda antara suhu permukaan Tw dan suhu fluida T tanda minus digunakan untuk memenuhi hukum thernodinamika

sedangkan panas yang dipindahkan selalu mempunyai tanda positif. 2.6 Kondensor Kondensor adalah alat yang berfungsi untuk megkondensasikan uap menjadi cairan, pada umumnya kondensor merupakan alat pendingin atau penukar panas yang digunakan untuk berbagai tujuan, memiliki rancangan yang bervariasi, dan banyak ukuran dari yang kecil sampai yang berskala besar. Kondensasi adalah perubahan suatu wujud gas atau uap menjadi cairan, Pada prinsipnya jika suatu gas polutan yang panas berkontak langsung dengan media pendingin (air atau udara), maka terjadi transfer panas dari gas panas ke medium pendingin, temperatur uap gas akan turun, maka energi kinetik molekul – molekul gas akan berkurang sehingga molekul - molekul gas akan bergerak saling berdekatan yang menyebabkan gas terkondensasi menjadi cair, cairan yang telah terkondensasi dari uap disebut kondensat. Kondisi aktual dimana molekul gas akan terkondensasi tergantung pada sifat fisik dan kimia dari molekul gas tersebut mencapai tekanan uapnya. Ada tiga cara untuk menurunkan tekanan uap parsial gas, yaitu:


28

1. Dengan cara meningkatkan tekanan gas sehingga tekanan parsial gas tersebut mencapai tekanan uap gas, 2. Mendinginkan gas sampai tekanan parsial gas tersebut mencapai tekanan uapnya, 3. Gabungan kedua cara di atas, yaitu dengan cara meningkatkan tekanan gas dan mendinginkannya. Pada dasarnya prinsip kerja dari kondensor atau alat penukar panas yaitu menindahkan panas dari fluida pada temperatur berbeda di mana transfer panasnya dapat dilakukan secara langsung ataupun tidak langsung.

2.6.1

Kondensor Kontak Langsung Kondensor yang pemindahan antara fluida panas dan dingi melalui permukaan kontak langsung, berarti tidak ada dinding antara kedua fluida. Transfer panas yang terjadi yaitu melalui interfase atau penghubung antar kedua fluida. Contoh aliran steam pada kontak langsung yaitu: 2 zat yang immicible (tidak dapat bercampur), gas-liquid, dan partikel padat-kombinasi fluida.

2.6.2

Kondensor Kontak Tidak Langsung Adalah kondensor yang perpindahan fluida panas dan dingin melalui dinding pemisah, fluida pendingin pada kodensor tak langsung biasanya adalah udara atau air.


BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents