Pengaruh Karakteristik Logam Dalam Elemen Pemanas Terhadap Waktu Pengeringan Kayu Oleh : Alifinanda Firca Ardini 1209100064 Pembimbing: Drs.Lukman Hanafi, M.Sc
Abstrak Indonesia merupakan negara penghasil kayu terbesar di Asia. Menurut Badan
Pusat Statistik (BPS) hasil ekspor dari sektor non migas seperti kayu meningkat dari tahun ke tahun. Untuk meningkatkan mutu kayu ekspor tersebut dapat dikendalikan pada saat proses pengeringannya. Pada tugas akhir ini proses pengeringan kayu menggunakan sistem konvensional, artinya di dalam sistem pemanasan tersebut diberi batasan-batasan sedemikianhingga sampai kayu mencapai kondisi yang di inginkan. Karakteristik logam dalam elemen pemanas pada kiln chamber bekerja sebagai konduktor panas atau sebagai sumber energi untuk menaikkan temperatur kayu pada saat sistem pengeringan. Panas didalam sistem masuk melalui celah-celah kayu hingga mencapai inti kayu. Pusat kayu atau inti kayu inilah yang menjadi fokus pengerjaan tugas akhir ini, selain itu juga dianalisa pengaruh logam pada elemen pemanas terhadap waktu pengeringan. Untuk mendapatkan temperatur di pusat kayu dan disepanjang logam digunakan salah satu metode numerik yaitu beda hingga. Pengaruh logam elemen pemanas terhadap lama pengeringan akan disimulasikan menggunakan software Matlab.
Kata kunci: Beda hingga, Elemen pemanas, Heat treatment,
Pengeringan kayu.
Latar Belakang Permasalahan dalam bidang industri Indonesia sebagai negara penghasil kayu
Banyaknya industri kayu baik skala kecil maupun besar
Proses pengeringan kayu Metodelogi proses pengeringan kayu yang telah dikenal
Kendala dalam proses pengeringan kayu
Kayu Ekspor Peningkatan mutu dan kualitas kayu
Logam dalam elmen pemanas untuk mengurangi pemakaian energi yang berlebih
Rumusan masalah Bagaimana menganalisis model matematika dari persamaan
distribusi panas di dalam logam dan di dalam kayu pada proses pengeringan. Bagaimana pengaruh karakteristik logam yang dipakai dalam elemen pemanas terhadap lama proses pengeringan.
Batasan Masalah Penyelesaian persamaan distribusi panas menggunakan metode
numerik beda hingga. Penyelesaian persamaan distribusi panas pada logam menggunakan metode beda hingga yang nilai batas dari ujungujungnya telah diketahui. Pengaruh logam dalam tugas akhir ini dibedakan berdasarkan nilai difusivitasnya. Perubahan panjang, lebar dan tinggi pada kayu sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Panas yang masuk kedalam kayu adalah panas dari logam saat mencapai kondisi steady.
Tujuan Mengaplikasikan
metode numerik beda hingga untuk menyelesaikan persamaan distribusi panas pada proses pengeringan kayu. Mengetahui hubungan karakteristik logam dalam elemen pemanas terhadap waktu pengeringan kayu.
Manfaat Dapat memberikan informasi kepada industri terkait untuk
mengambil langkah-langkah bijak dengan waktu yang lebih efektif untuk meningkatkan hasil produksi. Serta dapat mengurangi penggunaan energi yang berlebihan agar dapat meminimalisir biaya produksi. Mendapatkan kualitas kayu yang baik untuk memenuhi standariasi kayu ekspor.
Sekilas mengenai kilnChamber
Udara jenuh dan berkelembaban tinggi dibuang keluar oven Uap air terserap oleh udara panas sampai kelembaban menjadi jenuh
Udara bersih dari luar
Air keluar dari kayu dan menjadi uap air
Elemen pemanas memanaskan udara dalam oven Udara panas disirkulasikan ke arah tumpukan kayu
Domain permasalahan
Metode Beda Hingga
Pandang suatu fungsi dari variabel bebas didiferensiasikan sebanyak m kali didalam interval dimaha h cukup kecil sehingga dapat diuraikan berdasarkan deret Tylor sebagai berikut :
Metode Beda Hingga (2)
Dari persamaam (2.3) dan (2.4) didekati turunan pertama U(x0) dititik x0 yaitu :
pada persamaan (2.5) dan (2.6) akan timbul kesalahan (Error). Kesalahan ini dapat dinyatakan dalam bentuk suku pertama atau suku terbesar dari sisa deret yaitu :
Metode Beda Hingga (3) Apabila persamaan (2.5) dengan (2.6) dikurangi, maka akan diperoleh pendekatan turunan pertama yang lain yaitu :
Dan apabila persamaan (2.5) dengan (2.6) dijumlahkan, maka akan diperoleh pendekatan turunan kedua yaitu :
Metode Beda Hingga (4) Jika sumbu x dibagi kedalam interval yang panjangnya sama, maka absis titik kisi I dapat ditulis dalam bentuk Xi= i∆x dengan mengabaikan karena nilainya kecil sekali maka bentuk pendekatan turunan pertama di titik kisi i menjadi :
Metode Beda Hingga (4)
Pendekatan bentuk turunan fungsi dari fungsi variable lebih dari dua dapat dilakukan dengan cara yang sama
Perpindahan Panas Apabila dua benda yang temperaturnya berbeda disentuhkan
satu sama lain, maka pada saat tertentu keduanya akan mencapai suatu keadaan setimbang dan mencapai temperatur yang sama. Konduksi Konduksi adalah proses mengalirnya panas dari suatu medium ke medium lain maupun dalam satu medium yang mempunyai suhu tinggi menuju yang mempunyai suhu lebih rendah secara langsung.
Konduksi
Konveksi
Radiasi
Logam Dalam Elemen Pemanas
Kondisi Perpindahan Panas Perpindahan panas tidak hanya bergantung pada prosesnya tetapi juga bergantung pada kondisi berlangsungnya perpindahan panas tersebut. Pada umumnya terdapat 2 jenis proses perpindahan panas : Kondisi Steady (Tunak) Kondisi Unsteady (Tidak tunak)
Kondisi Steady Kondisi Steady adalah kondisi yang menyatakan perpindahan panas dalam suatu sistem tidak berubah terhadap waktu, yaitu bila laju konstan misalnya persamaan Laplace :
Kondisi Unsteady
Kondisi unsteady adalah kondisi apabila temperatur diberbagai titik dalam sistem berubah terhadap waktu misalnya persamaan parabolik :
Standarisasi Kayu Ekspor Indonesia mempunyai dua standarisasi untuk melakukan
ekspor kayu yaitu Sistem Verifikasi Legalitas Kayu Indonesia (SVLK) dan Eco Labeling [4]. Keduanya adalah sarat bagi eksportir agar kayu-kayu yang diekspor dari Indonesia bisa diterima di negara tujuan. Perlakuan terhadap kayu yang digunakan dalam komoditas ekspor dilakukan dengan salah satu dari dua cara berikut :
Pemansan (Heat Treatment)
Pemanasan harus dilakukan dalam waktu dan suhu yang cukup sehingga temperature inti kayu (wood core temperatur) mencapai sekurang-kurangnya/minimal 56 °C, menurunkan kadar air kayu hingga setingi-tinginya 20 %. Klin-drying (KD) dan Chemical Pressure Impregnation (CPI) dapat dianggap perlakuan pemanasan apabila memenuhi standard dan spesifikasi seperti diatas.
Fumigasi
Fumigasi menggunakan metal bromide (CH3Br) dengan dosis yang telah ditetapkan. Suhu ruangan dan suhu kayu pada saat fumigasi harus berada di atas 10°C. Fumigasi harus dilaksanakan oleh perusahaan fumigasi (Fumigator42) yang telah diregistrasi oleh Badan Karantina Pertanian.
Metodelogi Penelitian Menguraikan landasan teori Analisa distribusi panas pada proses pengeringan kayu Penyelesaian numerik dengan metode beda hingga Simulasi dengan software MATLAB
Penulisan Laporan
Pembahasan
Panas pada dimensi tiga (silinder) terjadi pada sumbu x, jari-jari r, dan sudut . Pandang fungsi T=T(x,r,t) pada koordinat tabung diperoleh dari transformasi koordinat kartesius T=T(x,y,z,t).
Sehingga didapat persamaan panas didalam tabung sebagai berikut :
Logam berbentuk tabung yang simetri,dan perambatan
panasnya masuk melalui sumbu x saja, maka perambatan panas tidak bergantung pada besar sudutƟ , dan panjang jari-jari r. Sehingga persamaan tiga dimensi diatas menjadi persamaan satu dimensi.
Untuk memperoleh persamaan distribusi panas, dapat ditulis
berdasarkan persamaan kesetimbangan energi pada masingmasing elemen [6].
Panas yang masuk + Panas yang dibangkitkan didalam elemen = Perubahan panas di dalam elemen+ Panas yang keluar.
Dengan : Subtitusi persamaan (4.11) sampai dengan (4.17) dan (4.19) kedalam hukum kesetimbangan (4.10) sehingga didapat
Sehingga didapat persamaan konduksi panas tiga dimensi :
Apabila
tidak terdapat sumber pembangkit panas didalam elemen maka =0 Karena tujuan dari pemanasan ini adalah menaikan temperatur di titik pusat pada kayu,maka di katakan pada kayu terdapat sumber pembangkit panas.
Sehingga persamaan tersebut
menjadi
Pusat kayu terletak disepanjang sumbu x sehingga perubahan panas hanya terjadi pada sumbu y dan sumbu z saja.sehingga persamaan (4.22) menjadi
Formulasi Beda hingga
Subtitusi kedalam konduksi panas
persamaan Sehingga didapat formulasi beda hingga untuk persamaan konduksi panas pada kayu
Kemudian formulasi beda hingga untuk mendapatkan temperatur didalam logam sepanjang sumbu x adalah :
Simulasi Start Input Karakteristik Logam dan Kayu Proses Diskritisasi Input Nilai Awal Perhitungan Suhu dan Waktu Selesai
Hasil Simulasi Pada logam diberi sarat batas T(x,t) : T(0,t) = 30 T(1,t) = 90 Pada kayu diberi sarat awal : T(y,z,0) = 30 Media yang diamati adalah kayu dengan lebar dan tinggi 5, media dibuat grid dengan ukuran grid 5x5. Parameter yang di inputkan adalah dy=dz 1/5. Pada media logam yang menjadi observasi adalah logam dengan panjang 1m dx= 1/100.
Konduksi Panas Kayu dari Perak pada waktu 6354s
Temperatur (oC)
80
60
40
20
0 6 6
4
5 4
2 z
3 0
2 1
y
Konduksi Panas Kayu dari Tembaga pada waktu 6395s
Temperatur (oC)
80
60
40
20
0 6 6
4
5 4
2 z
3 0
2 1
y
Konduksi Panas Kayu dari Besi pada waktu 6438 s
Temperatur (oC)
80
60
40
20
0 6 6
4
5 4
2 z
3 0
2 1
y
Konduksi Panas Kayu dari Besi pada waktu 6451 s
Temperatur (oC)
80
60
40
20
0 6 6
4
5 4
2 z
3 0
2 1
y
Kesimpulan
Dari hasil analisis perambatan panas pada proses pengeringan kayu beserta simulasinya, didapatkan kesimpulan bahwa karakteristik logam dalam elemen pemanas mempengaruhi lama proses pengeringan kayu. Berdasarkan simulasi diperoleh hasil lama pengeringan kayu sebagai berikut :
Logam perak dalam elemen pemanas membutuhkan waktu tercepat untuk mengeringkan kayu. Sedangkan sebaliknya, logam besi dalam elemen pemanas membutuhkan waktu paling lama untuk mengeringkan kayu. Hal tersebut dikarenakan difusivitas termal besi paling rendah dibandingan difusivitas termal logam lainnya. Dalam kondisi sebenarnya, logam yang digunakan dalam elemen pemanas adalah logam aluminium, hal tersebut dikarenakan logam aluminium lebih stabil dalam menahan panas.
Daftar Pustaka [1]
Treybal, R.E. 1980. “Mass Transfer Operations”. McGraw Hill Book Co [2] http://azwarudin.blogspot.com/2008/02/pengertia-kayu.html (Diakses tanggal 25 Oktober 2012) [3] Cahyono, Edi. 2003. “Model Perambatan Panas Pada Proses Pengeringan Kayu”. Kendari : Universitas Haluoleo [4] http://metalindoengineering.com/2012/standar-temperatur-intikayu.html (Diakses tanggal 18 Maret 2013) [5] Holman, J.P. 2006. Perpindahan Panas. Jakarta : Erlangga [6] Kreith, F. 2005. Principles Heat Transfer. Harper and Row Publisher
