Furnace adalah jenis dapur pemanas yang sering digunakan dalam bidang teknik. Furnace digunakan untuk memanaskan bahan (spesimen) disesuaikan dengan kebutuhan. Tingkat pemanasan tergantung dari jenis bahan atau material. Furnace ini nantinya dapat digunakan untuk memanaskan bahan (spesimen) sampai dengan suhu 850°C. Dan disini yang menjadi sasaran analisis ialah laju perpindahan kalor yang hilang merambat melalui dinding bata tahan api dan pelat baja. Berdasarkan hasil pengujian didapatkan nilai laju perpindahan kalor dari R konveksi 1: 0,1964 ºC/W, R konduksi 1: 0,1720ºC/W, R konduksi 2: 0,000238ºC/W, R konveksi 2: 0,1571ºC/W dan R total = 0,525738 °C/W. Dari hasil perhitungan laju perpindahan kalor terjadi perubahan nilai sebagai bukti adanya laju perpindahan kalor.Kata kunci : Laju perpindahan kalo

M. B. Respati, S.

e-Publikasi Ilmiah Unwahas (Universitas Wahid Hasyim)

Momentum, Vol. 5, No. 2, Oktober  2009 :  50 - 53  50    S. M. B. Respati Jurusan Teknik Mesin  Fakultas Teknik   Universitas Wahid Hasyim Semarang     Jl Menoreh Tengah X/22 Semarang    REKAYASA PEMBUATAN FURNACE DENGAN KAPASITAS 2400 WATT  Furnace adalah jenis dapur pemanas yang sering digunakan dalam bidang teknik. Furnace digunakan untuk memanaskan bahan (spesimen) disesuaikan dengan kebutuhan. Tingkat pemanasan tergantung dari jenis bahan atau material. Furnace ini nantinya dapat digunakan untuk memanaskan bahan (spesimen) sampai dengan suhu 850°C. Dan disini yang menjadi sasaran analisis ialah laju perpindahan kalor yang hilang merambat melalui dinding bata tahan api dan pelat baja. Berdasarkan hasil pengujian didapatkan nilai laju perpindahan kalor dari R konveksi 1: 0,1964 ºC/W, R konduksi 1: 0,1720ºC/W, R konduksi 2: 0,000238ºC/W, R konveksi 2: 0,1571ºC/W dan R total = 0,525738 °C/W. Dari hasil perhitungan laju perpindahan kalor terjadi perubahan  nilai sebagai bukti adanya laju perpindahan kalor.  Kata kunci : Laju perpindahan kalor   Pendahuluan Furnace adalah jenis dapur pemanas yang sering digunakan dalam bidang teknik. Pengguanaan furnace dalam penelitian bahan memegang peranan penting yaitu untuk perlakuan panas pada bahan sekaligus untuk pemijaran dan pendinginan dengan suhu ruangan yang perlahan-lahan menjadi turun. Panas yang dihasilkan akibat kerja elemen didalam furnace akan merubah suhu temperatur kamar. Karena bila dalam suatu sistem terdapat gradien suhu, atau dua sistem yang suhunya berbeda disinggungkan maka akan terjadi perpindahan energi. Proses yang mana transport itu berlangsung di sebut sebagai perpindahan panas, (Kreith F, 1991).   Tujuan Dari penelitian ini adalah 1. Untuk mengetahui laju perpindahan kalor pada dinding furnace dengan kapasitas 2400 Watt, dan distribusi temperatur.  Agar penelitian ini lebih sistematis, maka ruang lingkup permasalahan perlu dipersempit yaitu dengan memberikan batasan-batasan permasalahan sebagai berikut : 1. Kapasitas listrik yang digunakan dalam penggunaan furnace ini adalah 2400Watt. 2. Yang dibahas dalam perhitungan hanya laju perpindahan kalor.   Perpindahan Panas Perpindahan panas dapat didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari satu daerah ke daerah lainnya proses ini dapat juga disebut perpindahan kalor atau alih bahang (heat transfer) yaitu perpindahan energi yang terjadi karena adanya perbedaan suhu diantara benda atau material. Kenyataan bahwa disini yang menjadi sasaran analisis adalah laju perpindahan kalor. Karena beda suhu terdapat diseluruh alam semesta, maka hal ikhwal aliran panas bersifat universal hal ikhwal yang berkaitan dengan tarikan gravitasi. Tetapi berbeda dengan gravitasi, aliran panas tidak dikendalikan oleh hubungan yang unik, namun oleh kombinasi dari berbagai hukum fisika yang tidak saling tergantung. Kepustakaan perpindahan panas pada umumnya mengenal tiga cara perpindahan panas yang berbeda :  Konduksi (Conduction, juga di kenal sebagai istilah hantaran), Radiasi (Radiation, proses dengan mana panas mengalir dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah bila benda itu terpisah dalam ruang, dan konveksi (Convection, Juga di kenal sebagai ilian), (Frank keith, 1991). Jika dibicarakan secara tepat, maka hanya konduksi dan radiasi dapat di golongkan sebagai proses perpindahan panas, karena hanya kedua mekanisme ini yang untuk terselenggaranya tergantung semata-mata pada beda suhu. Yang disebut terakhir dari ketiga cara itu, yaitu konveksi, tidak secara tepat memenuhi definisi perpindahan panas, karena untuk penyelenggaraanya tergantung pada transport massa mekanik pula.  Konduksi  Konduksi adalah proses panas yang mengalir dari daerah yang bersuhu tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah didalam satu medium (padat, cair atau gas). Dalam aliran panas konduksi, perpindahan energi terjadi karena hubungan molekul secara langsung tanpa adanya perpindahan molekul yang cukup besar. Mekanisme konduksi adalah zat padat yang tidak tembus cahaya. Konduksi penting pula dalam fluida, tetapi didalam medium yang bukan padat biasanya tergabung dengan konveksi, dan dalam beberapa hal juga dengan radiasi. Hubungan dasar untuk perpindahan panas dengan cara konduksi diusulkan oleh ilmuan perancis, J.B.J. Fourir, dalam tahun 1882. Hubungan ini menyatakan bahwa qk , laju aliran panas dengan cara konduksi Rekayasa Pembuatan Furnace Dengan Kapasitas 2400 Watt. (S.M.B.  Respati)  51  dalam suatu bahan, sama dengan hasil kali dari persamaan berikut : 1) k , konduktifitas termal bahan. 2) A , luas penampang melalui mana panas mengalir dengan cara konduksi, yang harus di ukur tegak lurus terhadapo arah aliran panas. 3) dxdT / , gradien suhu pada penampang tersebut, yaitu laju perubahan suhu T terhadap jarak dalam arah aliran panas x . Untuk menuliskan persamaan konduksi panas dalam bentuk matematik, sudah ditetapkan bahwa arah naiknya jarak x adalah arah aliran panas positif. Mengingat menurut hukum kedua termodinamika  panas akan mengalir secara otomatis dari suhu tinggi ke suhu yang lebih  rendah, maka aliran panas akan menjadi positif bila gradien suhu negatif. Sesuai dengan hal itu, persamaan dasar untuk konduksi satu dimensi dalam keadaan steady ditulis (Kreith F, 1991). kAqkdxdT…….( 1 )    Gambar 1 Sketsa yang melukiskan perjanjian tanda untuk aliran panas konduksi Sumber : (Kreith F, 1991. Prinsip-prinsip Perpindahan Panas) Hlm, 8. Pada umumnya konduktifitas termal berubah dengan suhu, tetapi dalam banyak soal perekayasaan perubahannya cukup kecil untuk diabaikan. Aliran panas keadaan tetap (steady) melalui dinding datar, gradien suhu dan aliran panas tidak berubah dengan waktu dan sepanjang lintasan aliran panas luas penampangnya sama.  Gambar.2 Distribusi suhu untuk konduksi keadaan stedi (tetap), melalui dinding datar Sumber : (Kreith F, 1991. Prinsip-prinsip Perpindahan Panas) Hlm, 10. Konduktivitas dalam keadaan tetap (steady) dimana suhu dan aliran panas dapat diperlukan sebagai fungsi dari satu variabel. Seperti contoh suatu elemen kecil bahan didalam sebuah benda padat. Elemen ini berbentuk pararelpipeda segi empat yang tepi-tepinya dydx,  dan dz masing-masing sejajar dengan sumbu yx,  dan z  seperti di tunjukan gambar berikut (Kreith F). dzdydxdTkqx . …..( 2 )   Gambar.3 Sketsa yang melukiskan nomenklatur untuk penurunan persamaan Konduksi panas umum dalam kooordinat Cartesius. Sumber : (Kreith F, 1991. Prinsip-prinsip Perpindahan Panas) Hlm, 78. Silinder berlubang, aliran panas radial dengan cara konduksi melalui silinder berpenampang lingkaran yang berlubang merupakan satu lagi soal konduksi satu dimensi yang besar artinya dalam praktek. Sebagai contoh konduksi melalui pipa. Maka laju aliran panas dengan cara konduksi dapat dinyatakan sebagai (Kreith F). qk = -kdrdTrl2 ….( 3 ) Dimana dT/dr adalah gradien suhu r adalah jari jari l adalah Panjang silinder  Gambar.4 Sketsa Yang Melukiskan Nomenklatur Untuk Konduksi melalui silinder berlubang,  Sumber (Kreith F, 1991.) Hlm, 28.   Momentum, Vol. 5, No. 2, Oktober  2009 :  50 - 53  52  Radiasi Radiasi adalah proses dengan mana panas mengalir dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah bila benda-benda itu terpisah didalam ruang, bahkan bila terdapat ruang hampa diantara benda-benda tersebut. Gerakan panas radiasi didalam ruang mirip perambatan cahaya dan dapat diuraikan dengan teori gelombang. pancaranq = 4AT ………..( 4 ) Dimana = Konstanya proporsionalitas dan disebut konstanta Stefan Boltzmann. A = Luas permukaan T4 = suhu  Konveksi Konveksi adalah proses transport energi dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan energi dan gerakan mencampur. Konveksi sangat penting sebagai mekanisme perpindahan energi antara permukaan benda padat dan cairan atau gas (Holman JP, hal 11) q = h.A.(Tw – Too)…..…….( 5 ) Dengan  h = Koefisien konveksi               A = Luas permukaan   Tw = Suhu permukaan   Too = Suhu fluida  Perpindahan energi dengan cara konveksi dari satu permukaan yang suhunya diatas suhu fluida sekitarnya berlangsung dalam beberapa tahap. Pertama, panas yang akan mengalir dengan cara konduksi dari permukaan ke partikel-partikel fluida yang berbatasan. Energi yang berpindah dengan cara demikian akan menaikan suhu dan energi dalam partikel-partikel fluida. Perpindahan panas konveksi diklasifikasikan dalam konveks bebas (free Convection) dan konveksi paksa (Forced Convection) menurut cara menggerakkan cara aliranya, bila gerakan mencampur berlangsung semata-mata sebagai akibat dari perbedaan kerapatan yang disebabkan oleh gradien suhu, maka konveksi bebas atau alamiah (natural). Bila gerakan mencampur disebabkan oleh suatu alat dari luar, seperti pompa atau kipas maka prosesnya disebut konveksi paksa.  a. Konveksi Bebas. Perpindahan panas konveksi bebas terjadi bilamana sebuah benda ditempatkan dalam satu fluida yang suhunya lebih tinggi atau lebih rendah daripada benda tersebut. Sebagai akibat perbedaan suhu tersebut, panas yang mengalir antara fluida dan benda itu serta mengakibatkan perubahan kecepatan lapisan-lapisan fluida didekat permukaan. Konveksi bebas merupakan mekanisme aliran panas yang utama pada pemanas ruangan yang menggunakan uap air dan dinding gedung-gedung, yang tidak bergerak dalam atmosfer lengang (quiescent ; diam, tidak bergerak). Pada umumnya dipergunakan persamaan sebagai berikut (Holman JP, hal 11). Dq = hcdA(Ts–Too)…………. …..( 6 ) dA adalah Luas diferensial hc adalah Koefisien perpindahan panas. Too adalah Suhu  b. Parameter-parameter Keserupaan Untuk Konveksi bebas Dalam analisa konveksi bebas digunakan suatu gejala yang telah diamati oleh orang-orang yunani lebih dari 2000 tahun yang lalu serta dirumuskan oleh Archimedes kurang lebih sebagai berikut : sebuah benda yang terendam didalam suatu fluida mengalami gaya apung atau angkat yang sama dengan masa fluida yang dipindahkannya. Karenanya benda yang tercelup akan naik keatas bila kerapatanya lebih kecil daripada kerapatan fluida sekitarnya dan akan tenggelam bila kerapatanya lebih besar. Efek apung tersebut merupakan gaya pendorong dalam konveksi bebas.  Desain Penelitian Penelitian ini melakukan pengukuran suhu dari temperatur dalam furnace (Ti), sampai suhu permukaan luar pelat (To). Hal ini dilakukan untuk menghitung laju perpindahan kalor dari dalam, dinding furnace (batu tahan api), pelat baja dan suhu lingkungan dengan panas yang dihasilkan dari elemen listrik berkapasitas 2400 Watt. Cara pengukuran dilakukan pada saat temperatur didalam furnace mencapai temperatur maksimal dan tetap (steady)  yaitu 850°C.       Gambar.5. Gambar Furnace F. Hasil Laju Perpindahan Kalor Diketahui : Temperatur pada masing-masing titik Ti : 850°C, T1: 845°C, T2 : 145°C, T3: 143°C, To: 34°C Konduktivitas Thermal batu tahan api (k) = 1.37 W/m°C Konduktivitas Thermal pelat baja (k) = 33 W/m°C Luas permukaan (A) = (0,19.0,24.4)+(0,19.0,19.2) = 0,2546 m2 10000c 10000c Rekayasa Pembuatan Furnace Dengan Kapasitas 2400 Watt. (S.M.B.  Respati)  53  Ditanyakan = laju perpindahan panas dari dalam furnace sampai luar furnace (q) Sistematis :      Gambar 6. Tebal batu tahan api dan pelat baja 2. Distribusi  Temperatur Pada Dinding Furnace.  Keterangan : Konduktivitas thermal batu api : 1.37 W/m°C Konduktivitas thermal pelat baja : 33 W/m°C Asumsi :   Koefisien konfeksi udara (hi) = 20 W/m °C, (Diktat perpindahan panas I, hlm 13)  Koefisien konfeksi udara (ho) = 25 W/m °C, (Diktat perpindahan panas I, hlm 13)  Tebal dinding masing-masing furnace sama.  Luas permukaan (A) dinding dalam dan dinding luar furnace sama  Analisis :     R Konveksi 1 AhihA .11  2546,0.201  WC /1964,0  R Konduksi 1 AkLkALbatuapi . 2546,0.37,106,0WC /1720,0  R Konduksi 2  AkLkALpelatbaja . 2546,0.33002,0WC /000238,0  R Konveksi 2 AhohA .11  2546,0.251  WC /1571,0  R total    = Rkonveksi 1 + R konduksi 1 + Rkonduksi 2 + R konveksi 2 = 0,1946+ 0,1720 + 0,000238 + 0,1571= 0,525738 °C/W WWCCCRtotToTiq 10391,1552/525738,034850)(  Dari hasil perhitungan diatas secara keseluruhan ditribusi temperatur dari dalam furnace  menuju luar furnace dengan melewati dinding batu tahan api dan pelat baja (Ti, T1, T2, T3, dan To), mengalami penurunan temperatur. Perpindahan kalor yang terjadi bahwa dari Ti menuju T1 secara konveksi, perpindahan kalor dari T1 menuju T2 secara konduksi, perpindahan kalor dari T2 menuju T3 secara konduksi, sedangkan perpindahan kalor dari T3 menuju To secara konveksi. Sehingga laju perpindahan kalor yang didapat adalah  ( q ) sebesar 1552,10391W.  Kesimpulan    Dari hasil pengujian dan perhitungan yang penguji lakukan dan hasilnya sudah ada pada bab IV, penulis menyimpulkan bahwa laju kalor yang hilang merambat melalui dinding batu tahan api dan pelat baja adalah (q) sebesar : 1552,1039 Watt, dan disribusi temperatur mengalami penurunan.  Daftar Pustaka Amanto, H, 1999, Ilmu Bahan, PT Bumi Aksara, Jakarta. Daryanto, 2003, Ilmu Bahan, Bumi Aksara, Jakarta. Holman, J.P, 1993, Perpindahan Kalor, PT. Erlangga, Jakarta. Ichsani D, Diktat Perpindahan panas I, Materi Kuliah. Kreith, F, 1991, Prinsip-prinsip Perpindahan Panas, Erlangga, Jakarta. Mudjijana, 1997, Pengujian Impak dan Tarik, Materi Kuliah. Sucahyo, B,1995, Ilmu Bahan, Tiga Serangkai, Surakarta. Suryanarayana,1979, Testing Of Metalic Materials,, Prantice Hall Off India, New Delhi. Sumarto, H.W,2000, Teknologi Pengelasan logam, PT Pradnya Paramita, Jakarta. Van Vlack L.H, (Djaprie S),1984, Ilmu dan Teknologi Bahan, Erlangga, Jakarta  Ti  To  y  z x 0.06 m 0.002 m Ruang pemanas Dinding pelat baja Ti T1 T2 T3 To 850 845 145 143 34 Dinding batu tahan api R konv 1 R kond 1 R kond 2 R konv 2 Ti T1 T2 T3 To 

REKAYASA PEMBUATAN FURNACE DENGAN KAPASITAS 2400 WATT

https://publikasiilmiah.unwahas.ac.id/index.php/MOMENTUM/article/view/141/134

REKAYASA PEMBUATAN FURNACE DENGAN KAPASITAS 2400 WATT

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

e-Publikasi Ilmiah Unwahas (Universitas Wahid Hasyim)