jurusan teknik mesin fakultas teknik universitas sebelas …

Volume 6 Nomor 1 ISSN : 1412-7962September 2007

Jurusan Teknik MesinFakultas Teknik UniversitasSebelas Maret


DAFTAR ISI

Editorial

Hasil Penelitian

1. PEMANFAATAN KOTORAN SAPI SEBAGAI BAHAN BAKAR DALAM PROSESPENGERINGAN RAMBAK DI DAERAH BOYOLALI UNTUK MENGURANGIKETERGANTUNGAN TERHADAP MINYAK TANAHHalaman 1-8Wahyu Purwo Raharjo, Zainal Arifin

2. SIMULASI NUMERIK KONVEKSI ALAMI DALAM KOTAK 2D DENGAN VARIASIKEMIRINGAN DENGAN METODE BEDA HINGGAHalaman 9-17Eko Prasetya Budiana, Budi Kristiawan , Aris Sulistyono.

3. KAJI EKSPERIMENTAL PENGARUH PANJANG TERHADAP LAJU PERPINDAHANPANAS ALAT PENUKAR PANAS PIPA KONSENTRIKHalaman 18-27Budi Santoso

4. KORELASI EMPIRIK WAKTU KERDAM DAN KEBISINGAN DENGAN SPEECHINTELLIGIBILITY DALAM RUANG KULIAH JURUSAN SASTRA INGGRIS FAKULTASSASTRA DAN SENI RUPA UNIVERSITAS SEBELAS MARETHalaman 28-41R. Lullus Lambang G. Hidajat, Tri Istanto, Agus Dwi Priyanto

5. TEKNOLOGI PIROLISIS SEBAGAI SALAH SATU ALTERNATIF BAHAN BAKARTERBARUKANHalaman 42-50Syamsul Hadi.


Penanggung Jawab :Ketua Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Sebelas MaretKetua Penyunting:

Bambang Kusharjanta, ST, MTWakil Ketua Penyunting:

Dwi Aries Himawanto, ST, MTSekretaris :

Budi Santoso, ST, MTBendahara :

Teguh Triyono, STPenyunting Pelaksana :

Purwadi Joko Widodo, ST, M.KomSyamsul Hadi, ST, MTPenyunting Ahli :

Ir. Santosa, M.Eng.Sc.Ir. Agustinus Sujono, MT.Pelaksana Tata Usaha :

Elliza Sandra Rusmala, A.Md

Redaksi menerima sumbangan tulisan yang belum pernah diterbitkan dalam medialain. Naskah diketik diatas kertas HVS kuarto 1.5 spasi maksimum 10 halaman disertaidengan softcopy artikel yang bersangkutan, dengan format seperti yang tercantumpada kulit belakang. Naskah yang masuk dievaluasi dan disunting untuk keseragamanformat dan tata cara lainnya.

Alamat Sekretariat : Jurusan Teknik Mesin Fakultas TeknikUniversitas Sebelas MaretJalan Ir. Sutami 36A Surakarta 576126Telp. (0271) 632163Fax. (0271) 662118e-mail : [email protected]


Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kasih, yang senantiasamemberikan limpahan rahmat dan hidayah-Nya.MEKANIKA merupakan wahana publikasi hasil-hasil penelitian dan hasil-hasil pemikiranilmiah bagi seluruh staf pengajar di lingkungan Jurusan Teknik Mesin FT UNS. Sebagaisalah satu media untuk mengimplementasikan dharma penelitian dari Tri DharmaPerguruan Tinggi, MEKANIKA diharapkan dapat memberikan kontribusi nyata bagiperkembangan ilmu pengetahuan, khususnya dalam bidang rekayasa mesin. Padanomor ini isi majalah ilmiah hanya memuat paper yang berisi hasil penelitian stafpengajar dan alumni Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS.Mulai edisi ini MEKANIKA mengalami perubahan tampilan, semoga pembaca tidakterganggu dengan hal tersebut. Selain itu juga redaksi minta maaf ada keterlambatanpenerbitan untuk beberapa edisi terakhir. Semoga ini menjadi cambuk bagi kita semuauntuk dapat menjaga keberlanjutan majalah ilmiah ini.Selanjutnya redaksi siap menerima naskah ilmiah yang seirama dengan tujuanpenerbitan majalah iini, tanpa dibatasi waktu. Kita sebagai makhluk yang lemahtentu masih terbuka akan adanya kemungkinan yang masih belum sempurna. Olehkarena itu kritik yang bersifat konstruktif akan diterima dengan terbuka demi semakinmenyempurnakan majalah ilmiah ini dalam edisi-edisi berikutnya.Akhir kata, kami menyampaikan ucapan terima kasih yang tak terhingga kepada semuapihak yang telah memberikan bantuan, baik berupa naskah, saran, dorongan maupundana yang memungkinkan terwujudnya majalah ilmiah ini.

Penyunting

EDITORIAL

PETUNJUK SINGKAT BAGI PENULIS

Naskah Naskah ditulis dalam bahasa Indonesia yang baik dan benar, atau bahasaInggris. Penulis disyaratkan untuk mengajukan naskah rangkap tiga yangdiketik dengan 1,5 spasi. Ukuran kertas yang digunakan adalah A4 (297 x 210mm) dengan jumlah halaman ( termasuk gambar, ilustrasi, dan daftarpustaka) maksimal 10 halaman. Naskah atau artikel yang telah dikirimkan keSekretariat Dewan Penyunting menjadi hak penerbit. Naskah yang tidakdimuat, tidak dikembalikan kecuali ada permintaan dari penulis, disertai biayapengembalian.

Disks Penulis disyaratkan untuk menyertakan word processor disc-nya (3 ½ inchdisc dan pengetikan yang tidak terlalu banyak kesalahan akan mempercepatpenerbitan) bersama dengan naskah yang dikirim.

Data Penulis Penulis disyaratkan untuk mencantumkan detail institusi atau lembaganya(untuk memudahkan pembaca mengadakan kontak) beserta e-mail yangdimiliki

Sistematika Sistematika penulisan terdiri atas judul, abstrak, pendahuluan, isi, danpenutup

Judul Judul dan sub judul ditulis singkat, jelas dengan kata-kata kunci atau frasakunci yang mencerminkan isi tulisan atau masalah yang akan dijelaskan.Khusus untuk judul ditulis seluruhnya dengan huruf kapital secara simetris (2point lebih besar dari teks)

Abstrak Setiap paper yang dikirimkan harus memiliki abstraksi yang ditulis dalambahasa Inggris kurang lebih 100 kata dan diketik italic serta ditulis dalam satualenia.

Pendahuluan Pendahuluan memuat latar belakang, permasalahan, ruang lingkup danmetode yang digunakan.

Isi Isi merupakan materi yang disajikan beserta dengan pembahasannya. Isitulisan bukan tanggung jawab redaksi dan redaksi berhak mengeditredaksionalnya, tanpa mengubah arti.

Penutup Penutup berisikan kesimpulan, saran dan daftar pustakaDaftar Pustaka Daftar pustaka disusun menurut alfabet pengarang atau nomor urut

Urutan penulisan : nama pengarang, judul, penerbit, kota terbit, tahun. Namapengarang mendahulukan nama keluarga, tanpa gelar. Kutipan acuan pustakayang digunakan dinyatakan dengan menuliskan nama pengarangnya ataumenuliskan nomor pustaka yang diacu pada akhir kalimat.

Singkatan dan Simbol Penulis diminta memberikan penjelasan singkatan dan simbol-simbolyang dipakai.

Nomor Gambar dan Tabel Nomor gambar dan tabel sesuai dengan aturan yang umum(gambar-dibawah;tabel diatas).

Ilustrasi Gambar atau sketsa yang digunakan harus jelas dan memungkinkan untukdireproduksi dengan pengecilan 50% guna penerbitan bahkan bila perlugambar diletakkan pada kertas tersendiri dengan dituliskan keterangan disebalik gambar.

Keterangan lebih jelas dapat dilihat di kantor Sekretariat Dewan PenyuntingMajalah Ilmiah MEKANIKA

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas MaretJalan Ir. Sutami no. 36A

Telp. (0271) 623163

PEMANFAATAN KOTORAN SAPI SEBAGAI BAHAN BAKARDALAM PROSES PENGERINGAN RAMBAK DI DAERAH BOYOLALI

UNTUK MENGURANGI KETERGANTUNGAN TERHADAP MINYAK TANAH

Wahyu Purwo Raharjo dan Zainal ArifinJurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta

AbstractBy using biogas, the fuel cost can be reduced so that the production cost decrease

and the product price can be more competitive in the market. The cattle feces as thebyproduct of the biogas production can be used as fertilizer with higher selling price.

From this research, it can be concluded that the biogas can be used for solutionalternative to decrease the dependency to the kerosene, especially in rambak industries.The application of biogas can reduce the fuel cost up to 63% compared to the using offuel oil. Meanwhile the cow feces potency can be utilized as fuel by convert it to biogas.

To increase the performance of the biogas installation, it can be done by twomethods, First, biogas resulted from the biogas installation is remove to the other tankand compressed up to 4,5 bar. Second, the existing biogas installation can be upgraded.To utilize the faeces potency up to 200 kg, the 16 m3 biogas installation is required.

PENDAHULUANKecamatan Teras Boyolali

merupakan sentra pengrajin krupukrambak. Krupuk rambak yang merupakanmakanan pelengkap ini dibuat sebagaiindustri kecil atau industri rumah tangga.Di Desa Doplang Kecamatan Terasterdapat kira-kira 25 pengrajin krupukrambak. Apabila setiap harinya dihasilkan±12 ton (12000 kg) krupuk rambak, berartisetiap tahunnya diproduksi ±4.000 tonkrupuk rambak. Untuk Kecamatan Terassecara keseluruhan paling tidak dihasilkan10.000 ton krupuk rambak per tahun(Sumber: Dinas Perindustrian danPerdagangan Kab. Boyolali 2005).

Bahan baku utama krupuk rambakadalah singkong (Manihot utilissima). Padaumumnya dari 1 kg singkong dapatdihasilkan sekitar 0,25 kg krupuk rambak.Bila harga singkong per kilogramnya ± Rp600,-, sementara harga rambak mentah ±Rp 5.000,-/kg dan rambak siap sajimencapai Rp 10.000,-/kg.

Secara singkat, proses pembuatankrupuk rambak dilakukan dengan memarutsingkong kemudian dicampur air dandiperas. Air perasan singkong kemudiandipanaskan dan diberi bumbu secukupnyasambil terus diaduk hingga mengental.Adonan yang sudah kental kemudiandimasukkan ke dalam cetakan dan dikukus.Setelah dingin, rambak mentah dipotong-

potong menurut ukuran yang dikehendakidan dijemur supaya kering sebelumdimasukkan ke dalam kemasan untuk dijualmentah atau pun digoreng menjadi krupukrambak siap saji.

Tujuan proses pengeringan adalahuntuk menghilangkan kandungan air didalamnya supaya tahan lama. Kadar airmaksimum yang diperbolehkan adalah 2 %.Jika kadar air terlalu tinggi maka rambakmentah tersebut akan mudah ditumbuhijamur yang akan menurunkan kualitasnya.Tujuan lainnya adalah agar ketika digoreng,rambak tersebut mudah mengembang danrenyah ketika disantap.

Pengeringan yang dilakukan selamaini adalah dengan menjemurnya denganbantuan sinar matahari. Penjemurandilakukan dengan menaruh rambak yangtelah dipotong-potong secara merata padapapan-papan kayu atau bambu di tempatterbuka selama 1 hari penuh (dari pagihingga sore hari). Cara ini hanya efektifdilakukan pada musim kemarau dimanasinar matahari cukup terik dan tidak banyakhujan. Pada saat musim hujan, dimanapengeringan dengan sinar matahari tidakefektif, proses pengeringan dapat dilakukandengan bantuan pemanas berbahan bakarminyak tanah. Hal ini dilakukan denganmenempatkan rambak mentah di dalam rak-rak kemudian dipanasi bagian bawahnyadengan pemanas minyak tanah.

Yang menjadi masalah denganpenggunaan pemanas minyak tanah adalahbiaya bahan bakar yang cukup tinggi. Padaumumnya untuk mengeringkan 10 kgrambak mentah diperlukan ± 1 liter minyaktanah, dengan waktu pengeringan selama ±2 jam. Dengan kapasitas produksipengrajin rambak yang mencapai 5 kuintaltiap hari dan harga minyak yang mencapai

Rp 5.000,- (untuk industri), berarti setiapharinya diperlukan biaya sebesar Rp250.000,- atau Rp 6.250.000,- per bulanhanya untuk biaya proses pengeringan.Apalagi pada saat musim hujan permintaankrupuk rambak biasanya meningkat 20 – 30%.

Gambar1. Proses pembuatan krupuk rambak

Tabel 1. Komponen penyusun biogasNama gas Prosentase Nama gas Prosentase

1.2.3.4.

Metana (CH4)Karbondioksida (CO2)Nitrogen (N2)Hidrogen (H2)

54% - 70%27% - 45%3% - 5%

1%

5.6.7.

Karbon monoksida(CO)Oksigen (O2)Hidrogen sulfida (H2S)

0,1%0,1%

sedikit

Singkong

Diparut

Singkong parutan

Ditambahkan air dan diperas

Air perasan singkong

Dipanaskan hingga mengental

Adonan krupuk rambak

Krupuk rambak mentah

Ditambahkan bumbu, tetap dipanaskan,diaduk hingga merata

Dimasukkan ke dalam cetakan rambak

Dikukus selama 2 jam

Krupuk rambak siap saji

Dipotong-potong denganukuran tertentu

Dijemur hingga kering

Digoreng

Tepung tapioka

Dimasukkan dalam air mendidih danterus diaduk dan dipanaskan

Adonan krupuk rambak

Krupuk rambak mentah

Ditambahkan bumbu, tetap dipanaskan,diaduk hingga merata

Dimasukkan ke dalam cetakan rambak

Dikukus selama 2 jam

Krupuk rambak siap saji

Dipotong-potong denganukuran tertentu

Dijemur hingga kering

Digoreng

TINJAUAN PUSTAKAKerupuk Rambak

Kerupuk rambak adalah makanantambahan yang terbuat dari singkong.Pembuatan kerupuk rambak dapatdilakukan mulai dari singkong atau dapatpula langsung dari tepung tapioca (gambar1 dan 2). Biasanya untuk menghematbiaya, para pengrajin krupuk rambakmembuatnya dari singkong karena hargasingkong yang lebih murah di pasaran.Sementara itu ampas yang berasal dari sisa-sisa perasan singkong dapat dimanfaatkansebagai pakan ternak.

Pada saat musim kemarau dimanasinar matahari cukup terik, pengeringanrambak mentah memerlukan waktu ± 1 hariuntuk mendapatkan rambak mentah dengankadar air kurang dari 2 %. Pada saat musimpenghujan, pengeringan harus dibantudengan pemanas berbahan bakar minyaktanah sehingga biaya produksi meningkat.Biogas

Biogas adalah gas yang dihasilkandari fermentasi kotoran ternak, seperti sapi,

kerbau, babi, kambing dan ayam (Widartodan Sudarto, 1997). Komponen-komponenpenyusun biogas diperlihatkan dalam tabel1.

Pembuatan biogas dilakukandengan cara mengumpulkan kotoran ternakke dalam suatu tanki kedap udara yangdisebut digester. Di dalam digester tersebut,kotoran difermentasi oleh bakteri danmenghasilkan gas metana dan lain-lain(tabel 1). Gas hasil fermentasi kotoran iniditampung dalam digester dan makin lamamakin banyak sehingga tekanannya makinbesar dan dapat disalurkan dengan pipa.

Di daerah Teras Boyolali banyakterdapat peternakan sapi dan rumahpemotongan hewan (RPH) yang merupakansumber kotoran ternak sebagai bahan bakupembuatan biogas. Di kecamatan Terasterdapat lebih kurang 150 peternakan sapidengan jumlah sapi mencapai 3000 ekor.

METODE DAN ALATMetode

Metode penelitian dilakukan dengan diagram alir seperti pada gambar 3 berikutini.

Gambar 2. Peternakan sapi di kecamatan Teras Boyolali

Gambar 3. Diagram Alir Perancangan

Dalam desain instalasi biogas,yang harus ditentukan terlebih dahuluadalaha. Kapasitas instalasi biogas (terutama

digester dan bak penampung gas)b. Lokasi instalasi biogas

Karena kebutuhan biogas untukproses tidak dapat ditentukan berdasarkanliteratur-literatur yang ada maka kapasitasinstalasi biogas ditentukan berdasarkanjumlah ternak yang ada di dekat pengrajinkrupuk rambak yaitu ±40 ekor sapi.Apabila diasumsikan dari 1 ekor sapi yangmenghasilkan 5 kg faeces per harinya dapatdihasilkan 400 liter biogas, maka kapasitasdigester yang diperlukan untukmenampung faeces dari seluruh sapitersebut = 40 x 400 liter = 16.000 liter = 16m3.

Jika biogas yang dihasilkan olehinstalasi itu berlebih dapat dipergunakanuntuk keperluan yang lain sepertimemasak.

AlatDari proses perancangan instalasi

biogas didapatkan desain digester dan tankipenampung biogas (gambar 4).

Berdasarkan ketersediaan bahan dipasaran, digunakan 2 buah drum yangdisambungkan menjadi 1. Sambunganberupa baut yang berfungsi untukmemudahkan proses pembersihan danperbaikan.

Pada bagian atas dari alat terdapatpengukur tekanan (pressure gauge) yangberfungsi untuk mengetahui besarnyatekanan gas di bagian dalam tabung sertakatup pengaman yang berfungsi untukmembatasi besarnya tekanan gas dalamtabung, yaitu 2,5 bar.

Alat pengering rambak sendiridimodifikasi dari alat pengering rambakdengan bahan bakar minyak tanah(gambar 5).

Studi literatur dan lapangan

Desain instalasi biogas

Pembuatan instalasi biogas

Simulasi pengeringan denganbahan bakar biogas

Validasi hasil ; uji cobasimulasi pengeringan

dengan bahan bakar biogas

Pemeriksaan dan pengujianproduk pengeringan

Apakahpengeringansempurna?

Pemeriksaan dan pengujianinstalasi biogas

Apakah biogascukup untuk

proses?

N

Y

N

Y

Diperoleh desain instalasibiogas dan pengeringan yang

sesuai dan aman

Rancangan modelinstalasi biogas Metode proses

pengeringan

START

FINISH

Gambar 5. Desain alat pengering rambak

Tabel 2. Kadar air rambak sebelum dan setelah proses pengeringan

Waktu pengeringan Sebelum dikeringkan 0,5 jam 1 jam 1,5 jam 2 jamKadar air rata-rata 7,43% 6,24% 4,71% 3,26% 1,76%Waktu pengeringan 2,5 jam 3 jamKadar air rata-rata 1,45% 1,03%

h

d

Pipa masuk(inlet)

Pipa keluar(outlet)

Penampungfaeces

(digester)

Pressuregauge

Katuppengaman

Gambar 4. Desain instalasi biogas

0

1

2

3

4

5

6

7

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Waktu pengeringan (jam)

Kada

r air

(%)

Gambar 6. Grafik kadar airsebagai fungsi dari waktu

pengeringan

PENGUJIAN DAN ANALISISPengujian

Apabila diasumsikan bahwamasing-masing pengrajin rambakmenghasilkan 5 kuintal rambak dan potensikotoran ternak yang dihasilkan sebanyak200 kg tiap harinya maka pengujian prosespengeringan dilakukan dengan rambak dankotoran ternak sejumlah itu. Variabel yangdipakai adalah lama pengeringan (jam).Kadar air dari sample rambak diukurmenggunakan hygrometer. Dari pengujianyang dilakukan didapatkan data-data(Tabel 2) yang kemudian dibuat grafik(gambar 6)

Dari gambar 6 didapatkan bahwadari proses pengeringan di atas 2 jamdidapatkan rambak mentah dengan kadarair di bawah 2 %, yaitu di bawah bataskadar air yang diperbolehkan. Oleh karenaitu proses pengeringan in dianggapmemenuhi syarat.

AnalisisBerdasarkan pengujian di atas,

untuk mengeringkan ±5 kuintal rambakdibutuhkan kotoran ternak sebanyak 200kg. Bila harga kotoran ternak ±Rp 200,-/kg, per harinya dibutuhkan biaya sebesar =Rp 200,-/kg x 200 kg = Rp 40.000,-

Bila digunakan minyak tanahdengan harga per liternya Rp 5.000,- (hargauntuk industri), untuk mengeringkan 5kuintal rambak dibutuhkan biaya perharinya = Rp 5.000,-/liter x 50 liter = Rp250.000,-

Dengan menggunakan biogas,biaya yang dibutuhkan untukmengeringkan rambak dapat dihematsebesar 63% dibandingkan bilamenggunakan minyak tanah.

KESIMPULANDari perancangan ini didapatkan

kesimpulan sebagai berikut :1. Biogas dapat dipakai sebagai alternatif

solusi untuk mengurangiketergantungan terhadap bahan bakarminyak, khususnya minyak tanah.

2. Penggunaan biogas dapat mengurangibiaya bahan bakar proses pengeringan

rambak sebesar 63 % dibandingkan bilamenggunakan minyak tanah

3. Potensi kotoran sapi dapat dipakaisebagai bahan bakar proses pengeringanrambak dengan mengolahnya menjadibiogas.

DAFTAR PUSTAKACallister, W.D., 1994, Materials Science

and Engineering, John Wiley andSon, Canada.

Marks’ Standard Handbook for MechanicalEngineers, 8th ed., McGraw-HillBook Company, New York.

Widarto, L., & Sudarto, F.X., 1997,Membuat Biogas, 9th ed., Kanisius,Yogyakarta.

SIMULASI NUMERIK KONVEKSI ALAMI DALAM KOTAK 2D DENGANVARIASI KEMIRINGAN DENGAN METODE BEDA HINGGA

Eko Prasetya Budiana1, Budi Kristiawan2, Aris Sulistyono3

Abstract : Numerical simulation of natural convection in 2D cavity with variationsof inclination done to know the phenomenon of fluid flow profile, distribution oftemperature and pressure. Simulation done by solving governing equations ofnatural convection with Bousinesq approximations consists of continuity equation,Navier Stokes equations, and energy equation using finite different approximation.For solving the governing equations done by ADI method for calculation momentumequation of x and y direction without enclose pressure unsure to get temporaryvelocity (u* and v*). Then pressure calculated by Line Gauss Seidel Iterationmethod, and used to looking for true u and v value. Energy equation that containtemperature also solved by ADI method. Simulation’s result at Ra 106 with aspectratio 1 : 2 show Benard Convection on 0o inclination (heated from bottom), and on180o inclination (heated from top) convection heat transfer not occur. Thermaldistribution and velocity vector on different inclination showing buoyancy forcedirect on natural convection in 2D cavity.Keyword : natural convection, Benard convection, finite different method,Navier Stokes equations.

PENDAHULUAN

Proses perpindahan panas dapat terjadi melalui tiga cara, yaitu secara konduksi,

konveksi dan radiasi. Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas yang

terjadi di antara permukaan benda dengan fluida yang bergerak ketika temperatur

keduanya berbeda. Perpindahan panas secara konveksi berdasarkan jenis penyebab

aliran fluida yang terjadi dikategorikan menjadi dua kategori, yaitu konveksi paksa

dan konveksi alami.

Konveksi paksa (forced convection) adalah konveksi yang mana aliran fluida

yang terjadi disebabkan adanya alat-alat eksternal, seperti fan, pompa, aliran udara

atmosfer (angin). Sedangkan konveksi alami (natural convection) adalah konveksi

yang terjadi karena fluida yang berubah densitasnya (kerapatannya) disebabkan

proses pemanasan dan fluida ini bergerak naik karena adanya gaya apung (bouyancy

force).

Konveksi alami memegang peranan penting dalam rekayasa industri, seperti pada

perancangan alat penukar kalor, pendinginan transformator, dan komponen

elektronika.

1 Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin FT UNS2 Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin FT UNS3 Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin FT UNS

Penelitian mengenai fenomena pada konveksi alami telah banyak dilakukan baik

secara eksperimental maupun secara numerik. Penelitian secara eksperimen lab

untuk mengetahui fenomena yang terjadi pada proses konveksi alami membutuhkan

biaya yang cukup mahal dan proses yang cukup rumit.

Oleh karena itu, dikembangkan penelitian secara numerik yang membutuhkan

biaya yang jauh lebih murah. Berbagai metode pendekatan numerik untuk

mengetahui fenomena konveksi alami telah dilakukan, dengan menggunakan model

matematika dari persamaan Navier Stokes yang meliputi persamaan kontiunitas,

momentum dan energi.

Ramaswamy (1993) meneliti aliran kental tak mampat dengan menggunakan

metode elemen hingga (finite-element). Lemos (1993) menggunakan pendekatan

beda hingga (finite different) pada staggered grid untuk meneliti aliran fluida tak

mampat. Pranowo dan Priyo Tri Iswanto (1999) menggunakan metode primitive

variabel pada grid kolokasi untuk meneliti konveksi alami pada kotak 2D.

Penelitian ini mengacu pada penelitian yang dilakukan Pranowo dan Priyo Tri

Iswanto dengan menambahkan variasi kemiringan pada kotak, sehingga diketahui

fenomena yang terjadi pada konveksi alami pada kotak 2D dengan berbagai variasi

kemiringan.

TINJAUAN PUSTAKA

Berbagai metode telah digunakan untuk meneliti konveksi alami dalam kotak.

Ramaswamy (1992) menggunakan metode elemen hingga untuk meneliti aliran

fluida tak mampat. Metode ini menurunkan persamaan Navier-Stokes untuk fluida

tak mampat. Dengan metode ini, dapat diketahui vektor kecepatan dan distribusi

tekanan pada kotak 2D.

Le Querre (1990) menggunakan algoritma pseudo-spectral Chebsyev untuk

meneliti konveksi alami pada kotak 2D dengan dinding bawah dipanasi dan dinding

atas adiabatik. Dengan metode ini dapat menghilangkan osilasi numerik dan

mencapai hasil yang akurat hingga nilai Ra 108.

Metode Lattice Boltzmann digunakan oleh Dixit dan Babu (2006) untuk

mengadakan simulasi konveksi alami dalam kotak pada Angka Rayleigh yang tinggi.

Grid yang tidak seragam digunakan pada metode ini. Simulasi ini mencapai nilai

yang akurat hingga Ra = 108.

Persamaan Navier-Stokes dua dimensi juga dapat diselesaikan dengan

menggunakan primitive variable pada non staggered grid dengan diskritisasi beda

hingga (Pranowo dan Priyo Tri Iswanto, 1999). Hasil simulasi dengan metode ini

menunjukkan hasil yang akurat untuk Ra = 106 dan Ra = 107.

Alexander Yu Gelfgat (1999) meneliti ketidak stabilan Rayleigh-Benard pada

kotak 2D dan 3D. Dari hasil perhitungan dengan parameter yang telah ditentukan

diketahui adanya ketergantungan angka Rayleigh kritis dengan aspek rasio dari

kotak.

KONVEKSI ALAMI

Konveksi alami adalah perpindahan panas di antara sebuah permukaan dan

fluida yang bergerak di atasnya dengan gerakan fluida disebabkan gaya apung

(bouyancy force) yang timbul karena perbedaan density akibat perbedaan tekanan di

dalam aliran (Oosthuizen, 1999). Nilai batas kritis untuk terjadinya konveksi

tergantung pada aspek rasio dari kotak 2D yang digunakan (Alexander Yu Gelfgat,

1999).

Pada konveksi alami dengan perbedaan temperatur yang kecil, maka berlaku

pendekatan Boussinesq, yaitu dalam analisis mengenai aliran pada konveksi alami,

properties fluida diasumsikan konstan kecuali perubahan density terhadap temperatur

yang menyebabkan munculnya gaya apung (buoyancy force) (Oosthuizen, 1999).

Sehingga persamaan atur untuk konveksi alami dapat dituliskan sebagai berikut (Le

Querre, 1990) :

0

y

v

x

u(1)

cosPrPr

2

2

2

2

5,0

y

u

x

u

Rax

p

y

uv

x

uu

t

u(2)

sinPrPr

2

2

2

2

5,0

y

v

x

v

Ray

p

y

vv

x

vu

t

v(3)

2

2

2

2

5,0

1

yxRayv

xu

t

(4)

Persamaan di atas diperoleh dengan membagi variabel berdimensi dengan

variabel referensi. Variabel referensi untuk panjang adalah Lr = H, untuk kecepatan

Vr = (/H)Ra0,5, untuk variabel waktu tr = (H2/) Ra0,5 dan untuk temperatur ()

didefinisikan sebagai berikut : = (T – Tr )/(Th – Tc) dan Tr = (Th + Tc)/2

dimana T adalah variabel berdimensi untuk suhu, Tr adalah variabel referensi untuk

suhu, Th adalah variabel berdimensi untuk suhu yang tinggi, dan Th adalah variabel

berdimensi untuk suhu yang rendah.

METODE ADI (ALTERNATING DIRECTING IMPLICIT)

Metode ADI digunakan untuk mendiskritisasi persamaan atur. Skema metode ADI

adalah seperti berikut :

Gambar 1 Ilustrasi untuk metode ADI

Metode ini dilakukan dengan dua langkah, yang pertama adalah penyelesaian

variabel dalam arah x saja (x-sweep), kemudian penyelesaian variabel dalam arah y

saja (y-sweep). X-swep dilakukan pada langkah waktu n+½ dan y-sweep dilakukan

pada langkah waktu n+1.

KASUS YANG DISELESAIKAN

Kasus yang diselesaikan pada penelitian ini adalah kotak 2D dengan aspek rasio

1 : 2 dengan dinding kiri dan kanan diisolasi ( 0

x

), dinding bawah panas, dan

dinding atas dingin, pada posisi o0 .

2

t2

t

n

n + ½x sweep

n + 1y sweepx

y

i+1,ji,j

i-1,j

i,j+1i,j

i,j-1

Kecepatan (u, v) bernilai nol di seluruh dinding, sedangkan syarat batas untuk

tekanan dan temperatur adalah sebagai berikut :

Gambar 2 (a) Kondisi Batas (b) Kotak 2D dengan Kemiringan

PENYUSUNAN ALGORITMA

Algoritma yang dipakai pada penelitian ini sama dengan algoritma yang dipakai

Pranowo (1999). Kecepatan tingkat menengah (u* dan v*) diperoleh dengan

menyelesaikan persamaan momentum tanpa menyertakan unsur tekanan, kecepatan

tingkat menengah ini belum memenuhi persamaan kekekalan massa, sehingga perlu

dikoreksi dengan turunan tekanan yang diitung kemudian sehingga diperoleh

kecepatan yang sesungguhnya (un+1 dan vn+1), dimana tekanan dicari dengan

menyelesaikan persamaan poison.

Langkah-langkah algoritma tersebut dapat dituliskan sebagai berikut :

1. Membaca data masukan berupa jumlah dan susunan grid, konstanta-konstanta

yang dipakai, ukuran kotak 2D yang digunakan, syarat awal dan syarat batas yang

digunkan.

(a)

(b)

0

x

0

x

5.0

0

x

p0

x

p

0

y

p

0

y

p

5.0

2. Hitung kecepatan tingkat menengah u* dengan metode ADI

cosPr**Pr***

2

2

2

2

5,0

y

u

x

u

Ray

uv

x

uu

t

u nn (5)

3. Hitung kecepatan tingkat menengah v* dengan metode ADI

sinPrPr*Pr

2

2

5.02

2

5.0

y

v

Ray

vv

x

v

Rax

vu

t

v nnn

n (6)

4. Hitung pn+1 dengan metode Line Gauss Seidel

y

v

x

u

ty

p

x

p nn **12

12

2

12

(7)

5. Hitung kecepatan sesungguhnya (un+1 dan vn+1)

x

ptuu

nn

1

1 * (8)

y

ptvv

nn

1

1 * (9)

6. Hitung 1n dengan metode ADI

2

2

2

2

5,0

1

yxRayv

xu

t

(10)

7. Periksa konvergensi, jika belum konvergen, kembali ke langkah 2. Jika sudah

kovergen tuliskan data.

8. Tulis hasil

9. Selesai

HASIL DAN PEMBAHASAN

Simulasi kasus konveksi alami dalam kotak 2D ditampilkan dengan susunan

grid 81 x 41 dengan x = y = 0.5, langkah waktu t = 0.01 dan bilangan Prandtl

(Pr) = 0.7. Angka Rayleigh (Ra) dalam simulasi menggunakan Ra = 106. Variasi

kemiringan yang digunakan adalah 0o, 45o, 90o, 135o, dan 180o. Distribusi suhu pada

berbagai kemiringan dapat dilihat pada gambar 4(a) sampai gambar 4(e). Pada

gambar 4(a) pada sudut = 0o terlihat pergerakan fluida panas yang bergerak ke atas

karena adanya gaya apung (buoyancy force) disebabkan density yang turun karena

temperatur, sedang fluida dingin bergerak ke bawah karena density yang lebih besar

dan karena adanya gaya gravitasi.

Pada kemiringan kotak 45o sampai kemiringan 135o , terlihat alur pergerakan

fluida panas yang bergerak ke atas melalui dinding bagian sisi kiri dan sebaliknya

fluida dingin bergerak ke bawah melalui dinding bagian kanan. Hal ini menjelaskan

arah gaya apung untuk kotak 2D yang dapat digambarkan seperti gambar 3.

Gambar 3 Komponen gaya apung (buoyancy force) dalam kotak miring

Pada sudut 180o (Gambar 4(b)) tidak terlihat adanya pergerakan fluida panas

ke atas maupun fluida dingin ke bawah. Hal ini menunjukkan tidak adanya gaya

apung pada kemiringan 180o, yang berarti bahwa pada kondisi ini tidak terjadi

perpindahan panas konveksi. Perpindahan panas yang terjadi adalah murni

perpindahan panas konduksi (Nu = 1).

Perbandingan vektor kecepatan hasil simulasi dengan kemiringan 0o, 45o, 90o,

135o dan 180o dapat dilihat pada gambar 5(a) sampai gambar 5(e). Pada aliran

dengan kemiringan kotak 0o (Gambar 5(a)) terlihat jelas adanya 2 gulungan sel yang

biasa disebut dengan Benard cells atau Benard Convection. Pada vektor kecepatan

untuk kemiringan 45o sampai 135o terlihat pergerakan pusat gulungan. Terlihat pula

bahwa gradien kecepatan pada bagian dinding lebih tinggi dibandingkan gradien

kecepatan pada bagian dalam kotak. Sedangkan pada kemiringan 180o(gambar 5(b))

pemanasan dari atas dan pendinginan dari bawah, tidak terlihat adanya gulungan

sebagaimana pada sudut yang lain. Hal ini karena perpindahan panas terjadi secara

konduksi sehingga tidak ada pergerakan fluida yang disebabkan oleh perbedaan

density.

TH TC

TH

TC

Gambar 4 Isotermal pada Ra = 106, t = 30, (a) sudut = 0o , (b) sudut = 180o,

(c) sudut =135 o , (d) sudut =90 o, (e) sudut =45 o

diis

olas

i

(a) (b)

panas

dingin

diis

olas

i

diis

olas

i

diis

olas

i

diis

olas

i

diisolasi

dingin

(c)(d)

(e)

panas

diisolasi

pana

s

ding

in

Gambar 5 Vektor kecepatan pada Ra = 106, t = 30, (a) sudut = 0o , (b) sudut = 180o, (c)

sudut =135 o , (d) sudut =90 o, (e) sudut =45 o

panas

dingindi

isol

asi

diis

olas

i

dingin

diis

olas

i

diis

olas

i

pana

s

ding

in

(a)(b)

(c) (d)

(e)

KESIMPULAN

Dari penelitian dan pembahasan hasil yang telah dilakukan, dapat ditarik

beberapa kesimpulan yaitu :

a. Pada kotak 2D dengan pemanasan dari bawah (sudut 0o) terjadi konveksi

alami dengan pola aliran udara membentuk sel Bernard (Bernard cell atau

Bernard Convection).

b. Arah pergerakan fluida pada kotak yang dimiringkan adalah mengikuti arah

komponen bouyancy force, dimana pada sisi panas bergerak ke atas dan pada

sisi yang dingin bergerak ke bawah.

c. Pada kotak 2D dengan pemanasan dari atas (sudut 180o) tidak terjadi

perpindahan panas secara konveksi, tetapi perpindahan panas terjadi secara

konduksi (Nu = 1).

d. Pola isothermal pada kasus konveksi alami mengikuti pola aliran fluida.

DAFTAR PUSTAKA

Dixit, H.N. and V. Babu. 2006. Simulation of High Rayleigh Number NaturalConvection in a Square Cavity using the Lattice Boltzmann Method.International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 49 (3-4), hal 727-739.

Gelfgat, Alexander Yu. 1999. Different Modes of Rayleigh-Benard Instability inTwo- and Three-Dimensional Rectangular Enclosures. Journal ofComputational Physics, 156, hal. 300-324.

Hoffman, Klaus A. 1989. Computational Fluid Dynamis for Engineering. Texas,USA : Engineering System TM Austin.

Holman, J.P. 1997. Perpindahan Kalor. Jakarta : Penerbit Erlangga.Oosthuizen, Patrick H. 1999. An Introduction to Convective Heat Transfer Analysis.

New York, USA : McGrawHill.Pranowo dan Priyo Tri Iswanto. 1999. Analisis Numerik Konveksi Alami Dalam

Kotak dengan Primitive Variable pada Grid Kolokasi. Makalah SeminarRegional Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Quere, P.L. 1990. Accurate Solutions to The Square Thermally Driven Cavity atHigh Rayleigh Number. International Journal of Computers & Fluids,Vol.20, No. 1, hal. 29-41.

Ramaswamy. 1988. Theory and Implementation of a Semi-Implicit Finite ElementMethod for Viscous Incompressible Flow, International Journal ofComputers & Fluids, Vol.22, No. 6, hal. 725-747.

Soesianto F. Ir, dan Ir. Eko Nugroho. 1994. Bahasa Fortran. Yogyakarta : ANDIOFFSET.

KAJI EKSPERIMENTAL PENGARUH PANJANG TERHADAPLAJU PERPINDAHAN PANAS ALAT PENUKAR PANAS PIPA KONSENTRIK

Budi Santoso *)

Abstract: This research analyzed the effect of length to the performance of the concentric pipe heatexchanger in parallel flow and counter flow. Three meter of length in concentric pipe heat exchangerwere used, where lubricant SAE 20W-50 flowed in the shell side and water is flowed in the tube side.The heat exchanger was also analyzed for parallel flow and counter flow of the cold fluid. Aftertesting, the performance of the heat exchanger with each temperature measurement distance, forcounter flow heat exchanger shorter theoretic length obtained compared to the parallel flow. The heattransfer coefficient obtained for counter flow in three different temperature distance 1 meter, 2 meterand 3 meter were 166.27 W/m2.K, 128.45 W/m2.K and 128.5 W/m2.K, and for parallel flow 166.29W/m2.K, 128.5 W/m2.K and 124.52 W/m2.K respectively. The heat exchanger effectiveness obtainedfrom the experiment in three different temperature measurements 1 meter, 2 meter and 3 meter were5.9 %, 10 % and 14.3 % for counter flow, and for parallel flow 7.2 %. 11.4 % and 13 % respectively.

Keywords: concentric pipe, heat exchanger, parallel flow, counters flow

PENDAULUANDalam dunia industri menggunakan

penukar panas. Alat penukar panas inidigunakan untuk memindahkan panas darisatu fluida ke fluida lain. Perpindahan panasdapat terjadi dengan cara bercampur dantidak bercampur tergantung tipe/jenis alatpenukar kalor.

Dalam penelitian yang dilakukan(Mokamati, S.V. dan Prasad, R.C., 1998)dengan penukar panas panjang 500 mm,diameter dalam tabung 7 mm, diameter luartabung 8 mm, diameter dalam selongsong 13mm dan diameter luar selongsong 14 mm,untuk fluida panas berada di dalam tabungdan fluida panas di luat tabung. Penelitainmenggunakan CFD (Computational FluidDinamics) untuk mensimulasikan perpindahanpanas dan rugi tekanan (presure drop).Simulasi tersebut dilakukan pada rentangBilangan Reynolds dengan memberikanvariasi kecepatan fluida panas dari 3 m/s s.d.10 m/s,

*)Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin FT UNS

sedangkan fluida dingin dijaga padakecepatan 6 m/s..Hasil penelitianmenunjukkan bahwa koefisien perpindahanpanas semakin besar dengan semakinbesarnya harga bilangan Reynolds.

Menurut (Thorud, B., 2003) Yangmelakukan penelitian tentang penukar panasdan ejektor SOFC – GT (system of solid oxidefuel cells and a gas turbine) mengemukakanbahwa penukar panas paling sederhanaadalah tipe tabung konsentrik, dari penelitiantersebut diketahui bahwa pada aliran searahtemperatur keluar fluida dingin tidak akandapat melebihi emperatur fluida panas keluar,hal tersebut berbeda dengan aliranberlawanan, jika tidak ada batasan panjangmaka aliran berlawanan memilikikemungkinan temperatur keluar fluida dingindapat melebihi temperatur keluar fluida panas.Oleh sebab itu aliran berlawanan adalahdesain yang paling bagus.

Percobaan untuk mengetahui pengaruhdari panjang sebuah penukar panas terhadap

laju perpindahan panas pada penukar panas(heat exchanger) pipa ganda (konsentrik) danperbandingan effektivitas perpindahan panasantara penukar panas aliran sejajar danberlawanan arah. Batasan permasalahanadalah (1) fluida kerja adalah fluidaincompresible, dengan fluida panas adalahminyak oli SAE 20W-50 dalam kondisi barudan fluida dingin adalah air, (2) pengambilandata dilakukan pada kondisi aliran dantemperatur steady, (3) seksi uji adalahpenukar panas (heat exchanger) berupa pipaganda (konsentrik) selongsong dan tabung(shell and tube) horizontal, (4) penelitiandilakukan dengan variasi jarak pengambilandata temperatur pada satu meter, dua meterdan tiga meter sepanjang penukar panas(heat exchanger), (5) penelitian dilakukandengan aliran sejajar (parallel flow) dan aliranberlawanan arah (counter flow), (6) alatpenukar panas diisolasi dari lingkungan,dimana diharapkan panas yang yang hilangke lingkungan dapat seminimal mungkinsehingga diharapkan pula hanya terdapatperpindahan panas antara fluida panas dandingin, (7) konduksi pada arah aksial daritabung diabaikan, (8) perubahan energipotensial dan energi kinetik diabaikan, (9)tidak ada perubahan fase dalam fluida, (10)aliran fluida sisi selongsong (Oli) secaragravitasi.LANDASAN TEORI

Mekanisme perpindahan panas daripenukar panas pipa ganda aliran searah(parallel flow) dan aliran berlawanan (counterflow) dapat dilihat pada Gambar 1. danGambar 2.Panas yang dipindahkan dapat dituliskansebagai,

dq = -m.cp,h.dTh = m.cp,c.dTc (1)Dapat pula dinyatakan dengandq = U (Th-Tc) dA (2)

Gambar 1. Perpindahan panas pada penukarpanas pipa ganda aliran searah

Gambar 2. Perpindahan panas pada penukarpanas pipa ganda aliran berawanan arah

atau,LMTDTUAq (3)

dan

))/()ln((

)()(

1122

1122

chch

chchLMTD TTTT

TTTTT

dqChdA

Th -dTCc

HeatTransferSurfacearea

Th,

i

Th,

iTc -dT

dx

Th

,o

dTc

Tc,

o

dTh

T

T1

Th,Ch

Th

,i

Tc,

i

T2Tc,

Cc

C T

x

dq

Th

,odq

dTc

Tc

,o

dTh

T

T1

Th,Ch

Th

,i

Tc

,i

T2

Tc,Cc

A T

x

dqChdA

Th -dTCc

HeatTransferSurfacearea

Th,

i

Th,

i Tc -dT

dx

Efektifitas suatu penukar panas (heat-exchanger effektivenes) didefinisikan sebagaiberikut,

mungkinyangpanasnperpindaha

nyatapanasnperpindahaasEffektifit

perpindahan panas nyata (actual) dihitungdari energi yang dilepaskan oleh fluida panasatau energi energi yang diterima oleh fluidadingin. Untuk penukar panas aliran searah(parallel flow) dirumuskan sebagai berikut,

)()( cicocchohihh TTcmTTcmq (4)

untuk aliran berlawanan arah (counter flow):)TT(cm)TT(cmq cocicchohihh (5)

Perpindahan panas maksimum dari suatualat penukar panas diperoleh bila salah satufluida mengalami perubahan suhu mengalamibeda suhu maksimum yang terdapat dalampenukar panas tersebut, yaitu selisih fluidamasuk dari fluida panas dan fluida dingin.Fluida yang memiliki beda suhu maksimumadalah fluida yang memiliki harga mc-nyaminimum, hal ini disebabkan padakesetimbangan energi mensyaratkan bahwaenergi yang diterima fluida sama denganenergi yang dilepas oleh fluida yg lain.Sehingga persamaan untuk perpindahanpanas maksimum diperoleh :

)()( min masukmasuk chmaks TTmcq (6)

fluida minimum dapat terjadi pada fluidapanas maupun fluida dingin tergantung darilaju aliran massa dan panas-spesifiknya.Efektivitas suatu penukar panas adalah,

maxq

q (7)

PERALATANUntuk fluida panas pipa yang digunakan

adalah pipa besi ¾ dengan sambunganberupa sambungan ulir dengan maksud agar

mudah dalam bongkar pasang. Pasa sistemperpipaan fluida panas terdapat tiga buahkatup untuk pengaturan fluida, sepertidiperlihatkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Sistem perpipaan fluida panas

Untuk fluida dingin pipa yang digunakanadalah pipa PVC, seperti diperlihatkan padaGambar 4.

Gambar 4. Sistem perpipaan fluida dingin

Untuk mengetahui temperatur inidigunakan thermocouple tipe K dengandilengkapi satu set personal komputer (PC)untuk display data yang diperoleh.Thermocouple dipasang pada jarak 0 m, 1 m,2 m, dan 3 m, seperti terlihat pada Gambar 5.

Gambar 5. Penempatan Thermocouple

Parameter-parameter yang diukur dalampenelitian ini adalah (1) temperatur Oli masuk(Thi), (2) temperatur Oli keluar (Tho), (3)temperatur air masuk (Tci), (4) temperatur airkeluar (Tco), (5) debit aliran oli (mt), dan (6)debit aliran air, (ms)

HASIL DAN PEMBHANSANDari pengujian aliran berlawanan dan

aliran sejajar diperoleh rata-rata temperaturpada tiap-tiap titik pengambilan data sepertiterlihat pada Gambar 6a dan Gambar 6b.

Gambar 6a. Grafik hasil pengujian temperaturuntuk aliran berlawanan

Gambar 6b. Grafik hasil pengujian temperaturuntuk aliran sejajar

0

100

200

300

400

500

600

700

1 2 3

X (m)

q(W)

air

minyakoli

Gambar 7a. Grafik hubungan panjangpenukar panas dengan laju perpindahan

panas pada aliran berlawanan,

0

100

200

300

400

500

600

700

1 2 3x (m)

q (W

)

airminyak oli

Gambar 7b. Grafik hubungan panjangpenukar panas dengan laju perpindahan

panas pada aliran sejajar

0

100

200

300

400

500

600

1 2 3x (m)

q (W

)

Counter FlowPararel Flow

Gambar 7c. Grafik hubungan panjangpenukar panas dengan laju perpindahan

panas air untuk aliran searah dan berlawanan,

34.5 33.9 33.5 33.3

81.378.5 76.5 75

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1 2 3 4x ( m )

Tem

pera

tur

( 'C

)

Fluida dingin

Fluida Panas

T T T T

T T T T

32.6 33.3 33.7 33.8

80.977.4 75.4 74.6

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1 2 3 4x ( m )

Tem

pera

tur

( 'C

)

Fluida dinginFluida Panas

0

100

200

300

400

500

600

700

1 2 3X (m)

q (W

)


Gambar 7d. Grafik hubungan panjangpenukar panas dengan laju perpindahanpanas minyak oli untuk aliran searah dan

berlawanan

Dari Gambar 7 terlihat bahwa semakinpanjang penukar panas maka lajuperpindahan panas akan makin besar, hal inidikarenakan semakin panjang penukar panasmaka luas permukaan kontak akan semakinbesar, kondisi ini mengakibatkan temperaturkeluar (Thi) minyak oli akan makin turun dantemperatur air (Tco) akan bertambah naiksehingga selisih beda temperatur akan makinbesar untuk masing masing fluida.Dari Gambar 7 juga terlihat laju perpindahanpanas pada penukar panas aliran sejajar lebihtinggi dari penukar panas aliran berlawanan,Laju perpindahan panas pada aliranberlawanan pada panjang 1 meter 275,48 Wuntuk air dan 280,31 W untuk oli, padapanjang 2 meter 459,14 W untuk air dan479,4 W untuk oli, pada panjang 3 meter551,5 W untuk air dan 628,6 W untuk oli. Lajuperpindahan panas pada aliran sejajarpanjang 1 meter 321,4 W untuk air dan 349,9W untuk oli, pada panjang 2 meter 505,1 Wuntuk air dan 548,5 W untuk oli, pada panjang3 meter 551 W untuk air dan 628 W untuk oli.Hal ini dikarenakan pada aliran berlawanantemperatur air yang memasuki penukar panaslebih tinggi dibandingkan dengan yang akanmemasuki penukar panas aliran sejajar, hal

tersebut mengakibatkan perbedaantemperatur (T) menjadi lebih kecil. Padapenukar panas aliran berlawanan temperaturair yang memasuki penukar panas adalah33.3oC, sedangkan temperatur air yangmemasuki penukar panas aliran sejajaradalah 32.6oC seperti terlihat pada Gambar6a. dan 6b.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1 2 3

X (m)ef

fekt

ivita

s (%

)


Gambar 8. Grafik hubungan dimensi panjangdengan effektivitas penukar panas

Dari Gambar 8 terlihat bahwa semakinpanjang penukar panas maka effektivitasakan makin meningkat hal tersebutdikarenakan semakin bertambah panjangpenukar panas maka beda temperatur yangdihasilkan akan makin besar, hal tersebutmenyebabkan laju pendinginan oli (qoli) akanmakin besar sedangkan perubahan pada lajupendinginan maksimum (qmax) hanyadipengaruhi oleh konduktivitas termal dariminyak oli, karena temperatur masing masingfluida yang akan memasuki penukar panastidak mengalami perubahan sehinggaperubahan yang terjadi pada laju pendinginanmaksimum (qmax) ini tidak terlalu signifikan.

Dari hasil perhitungan effektivitas yang ditunjukkan pada Gambar 8. terlihat bahwapada panjang penukar panas 1 meter dan 2meter penukar panas aliran sejajar memilikiharga effektivitas yang lebih tinggidibandingkan dengan penukar panas aliranberlawanan, sedangkan pada panjang 3

meter penukar panas aliran berlawanan lebihtinggi dibandingkan aliran sejajar. Sepertiyang telah di utarakan sebelumnya daripenukar panas diperoleh hasil untuk aliransejajar pada panjang 1 meter adalah 5,9 %,untuk 2 meter adalah 10 % dan untuk 3 meterdiperoleh harga 14,3 %. Sedangkan untukaliran berlawanan diperoleh hasil padapanjang penukar panas 1 meter adalah 7,2 %,untuk 2 meter 11,4 % dan untuk 3 meter 13%.

KESIMPULANDari hasil-hasil yang di paparkan di atas

terlihat bahwa pada penukar panas aliransejajar memiliki harga effektivitas yang lebihtinggi dari aliran berlawanan, hal inidikarenakan pada aliran berlawanan air yangakan memasuki penukar panas melewatitepat diatas boiler sehingga menyebabkantemperatur air yang akan memasuki penukarpanas naik dan mengakibatkan effektifitaspenukar panas aliran berlawanan menjadilebih rendah dibandingkan dengan aliransejajar. Pengaruh dari temperatur masuk inimakin lama akan makin berkurang sehinggapada panjang 3 meter diperoleh efektivitaspenukar panas berlawanan lebih tinggi daripenukar panas aliran sejajar.

Dari hasil penelitian dan pembahasanmaka dapat diambil kesimpulan bahwa lajupendinginan minyak oli akan bertambahseiring dengan pertambahan panjang penukarpanas. Laju pendinginan pada aliranberlawanan pada titik 1 meter 280,31 W, padatitik 2 meter 479,4 W, pada titik 3 meter 628,6W. Laju pendinginan pada aliran sejajar titik 1meter 349,9 W, pada titik 2 meter 548,5 W,pada titik 3 meter 628 W. Efektivitasperpindahan panas dari penukar panas (heatexchanger) jenis pipa konsektrik akanmeningkat seiring dengan panjang daripenukar panas. Pada penukar panas aliransejajar pada panjang 1 meter adalah 5,9%,untuk 2 meter adalah 10 % dan untuk 3 meter

diperoleh harga 14,3%. Sedangkan untukaliran berlawana diperoleh hasil pada panjangpenukar panas 1 meter adalah 7,2 %, untuk 2meter 11,4 % dan untuk 3 meter 14 %.

UCAPAN TERIMA KASIHPeneliti mengucapkan terima kasih

kepada Sukirno dan Metri yang telahmembantu terlaksananya penelitian ini danProgram Semi-Que IV yang telah memberikandukungan peralatan.

DAFTAR PUSTAKAHolman, J.P. 1994, Perpindahan Kalor,

Erlangga, JakartaIncropera, F.D. 1996, Fundamental Heat and

Mass Transfer, John Wiley and Sons,Canada.

Kreith Frank, 1997, Prinsip-PrinsipPerpindahan Panas, Erlangga, Jakarta

Saunders, E.A.D, 1988, Heat ExchangerSelection, Design And Construction,Longman Grup UK Limited, England.

The American Society for Testing Material,1978 Annual Handbook of ASTMStandart, Part 1

Mokamati, S.V. and Prasad, R.C., 1998.Numerical Simulation of Fluid Flow andHeat Transfer In a Concentric Tube HeatExchanger, University of British Columbia,Vancouver, BC, Canada.

Thorud, B. 2003, Heat exchangers andejectors for the SOFC-GT system, TheNorwegian University of Science andTechnology.

Korelasi Empirik Waktu Kerdam dan Kebisingan denganSpeech Intelligibility dalam Ruang Kuliah Jurusan Sastra Inggris

Fakultas Sastra dan Seni Rupa Universitas Sebelas Maret

R. Lullus Lambang G. Hidajat, ST., MT *)Tri Istanto, ST, MT *)

Agus Dwi Priyanto, SS **)

ABSTRACTThis research is conducted to evaluate empirical correlation of speech intelligibility

with the conditions of background noise and reverberation time. Sound pressure of source ismeasured as signal to noise ratio (SN) and reverberation time (RT) is measured in actualclass rooms in building of faculty of English Letter Department of Sebelas Maret University.

SN is measured with SPL meter using dBA and dBC modes in order to determinegross dominant frequency of background noise. RT is evaluated using impulse methodaccording to the ISO Standard 3382 (1997). Data records impuls and the responses of roomare acquired in personal computer and evaluate with digital signal processing program. Thedevelopment of program is part of this own researcher. Output of program is plot of SPLagainst time and then it is used to determine the room’s reverberation time (RT30).

Measurement and analysis which conducted in this research conclude that empiricalcorrelation SI with SN and RT for specified rooms is according to SI (%) = 0,2774 SN +0,2774 RT30 (500 Hz) – 69,258%. Value of SI determines the acoustic condition of class roomto provide students good hearing condition for every words of the lecturer spoken. Higher SImeans class room is suitable for learning activities and the lower SI is considered not suitableand not comfortable for learning activities. By the equations, SI could be improve by adjustRT and decrease background noise.

: impuls response, Pemrosesan Sinyal Digital (DSP), Speech Intelliigibility (SI), Signal toNoise Ration (SN), waktu kerdam

LATAR BELAKANGProses belajar mengajar di

Perguruan Tinggi yang baik dipengaruhioleh mutu kegiatan yang terjadi di dalamruang kuliah. Seorang dosen memberikanmateri kuliah kepada mahasiswa dengancara ceramah. Proses akustik yang terjadididalam ruang kuliah ini adalah ko-munikasi verbal. Kuantitas yang dapatdiukur dalam proses ini adalah speechintelligibility (SI). SI adalah persentaseucapan pembicara yang dapat didengarolehrata-rata pendengar dengan jelas dan benar.Pendengar dalam hal ini adalah mahasiswausia muda dengan pendengaran normal. SImengabaikan warna suara, aksen dan ar-tikulasi dari pembicara.

SI dipengaruhi oleh faktor akustikruangan yang berupa beda level sinyalterhadap kebisingan (signal to noise level

difference, (SN)) yang merupakan bedaantara level sinyal suara terhadap levelkebisingan sekitar dan waktu kerdam(Reverberation Time (RT)) yang dapatdinyatakan dengan RT60 atau RT30

Komunikasi verbal terjadi antara dosensebagai pembicara dan mahasiswa sebagaipendengar dapat diukur tingkatefektifitasnya dengan SI. SI merupakankuantitas subyektif sesuai dengan kondisipendengar dan kualitas perhatianpendengar terhadap pembicara di dalamruang kuliah. Tetapi faktor-faktor akustikyang mempengaruhi SI (SN dan RT)adalah kuantitas fisik yang dapat diukur.Oleh karena itu penelitian ini berusahamendapatkan korelasi antara kondisisubyektif ini dengan kuantitas-kuantitas

terukur yang mempengaruhi secaraempirik.

Selanjutnya penelitian ini dilaku-kan untuk mendapatkan korelasi empirikantara SI dengan SN dan RT. Tingkatkehadiran pendengar atau kondisioccupancy yang semakin besar akanmenurunkan RT. Nilai RT yang rendahmenyebabkan kondisi akustik ruanganyang rentan terhadap gangguanbackgroound noise. Jadi dapat diperkira-kan SI akan bernilai rendah jika kondisioccupancy dan SN yang tinggi untukvolume ruangan yang tertentu.

Penelitian akustik ini dilaksanakandalam ruang-ruang kuliah di FakultasSastra dan Seni Rupa UNS. Adanyakeluhan dari beberapa staf pengajarJurusan Sastra Inggris Fakultas Sastra danSeni Rupa UNS mengenai ruang kuliahyang belum efektif untuk kegiatan belajarmengajar juga menjadi alasan dilakukan-nya penelitian ini.

LANDASAN TEORI

1. Kuantitas Akustik yangMempengaruhi Speech Intelligibility

SI adalah persentase ucapan pem-bicara yang dapat didengar oleh rata-ratapendengar dengan jelas dan benar. SIdipengaruhi oleh faktor akustik ruanganyang berupa beda level sinyal terhadapkebisingan (SN) dan waktu kerdam (RT).SN menyatakan beda level sinyal denganlevel kebisingan sekitar (backgroundnoise). Suara dihasilkan oleh pembicaradan pendengar akan menerima sinyal suaraini dengan baik jika tidak terganggu olehkebisingan atau sumber suara lain yangdapat menimbulkan efek masking ataugema. SN menyatakan efektifitas konstruk-si ruangan dalam menahan kebisingan(noise barrier).

Waktu kerdam (RT) menyatakanlaju penurunan energi suara dalam ruang-an. RT berhubungan langsung dengan sifatabsorbsi permukaan-permukaan dalamruangan dan dimensi ruangan. PengukuranRT dilakukan pada nilai frekuensi yangsering dipilih yaitu 250,500 dan1000 Hz.Sifat-sifat absorbsi suara suatu bahan

biasanya dinyatakan pada frekuensi-frekuensi ini.

Secara teoritis RT dapat ditentukandengan menggunakan persamaan Sabineatau Eyring. Cara ini memerlukan dataakurat sifat absorbsi suara bahan, luasanpermukaan bahan absorber, dan distribusipermukaan tersebut dalam ruangan sertavolume ruangan. Kondisi occupancy atautingkat kehadiran pendengar dalam suaturuang juga mempengaruhi RT. Perubahankehadiran pendengar akan menyebabkanperubahan luasan absorbsi suara.

Penelitian yang dilakukan olehKahn dan Tichy (1984) menyimpulkanbahwa SI akan menurun secara kontinyusebagai fungsi jarak dari sumber suaradengan laju penurunan bergantung padapenempatan permukaan absorber di dalamruangan. Penelitian ini menunjukkankekuatan medan suara reverberant diatastempat duduk pendengar bergantung padaluas dan penempatan dari permukaan-permukaan absorber. Penempatanpermukaan absorber suara pada langit-langit akan menghasilkan waktu kerdamyang lebih lama. Penempatan permukaanabsorber di dinding depan ruangan akanmenghasilkan waktu kerdam yang lebihpendek dan menurunkan besarnya soundpressure level (SPL) yang diukur di dalamruangan.

Penelitian yang dilakukan olehHodgson (2000) menunjukkan hubunganspeech level ditentukan dengan jarakantara pembicara dengan pendegar padakondisi ruangan yang kosong dan ruanganyang penuh dengan pendengar. Untukruang kelas yang besar dengan kondisipendengar penuh dengan jarak antarapembicara dan pendengar sebesar 1 m danposisi pembicara di depan ruangan, akanmenurunkan speech level sebesar 0,3sampai dengan 3,1 dBA. Jika posisipembicara berada dibelakang ruangandalam ruang kuliah yang sama maka SLakan turun sebesar 3 sampai 7 dBA diban-dingkan dengan posisi pembicara di depanruang kuliah.

Pengaruh perubahan kondisioccupancy atau tingkat kehadiran pen-dengar terhadap perubahan waktu kerdam

juga telah diteliti oleh Hidajat (2002).Berdasarkan persamaan RT Sabine dapatditunjukkan bahwa waktu kerdam ber-banding terbalik terhadap luasan permuka-an absorbsi. Jika diketahui RT pada kondi-si kosong maka RT pada kondisi kehadiranpendengar tertentu dapat diketahui.

Gambar 1. Sketsa 3 dimensi ruang kuliah

Selanjutnya berdasarkan latarbelakang dan landasan teori ini maka dapatdilakukan penelitian untuk mendapatkandata kondisi akustik RT dan backgroundnoise dari ruang-ruang kuliah di FakultasSastra dan Seni Rupa UNS dan speechintelligibility (SI) untuk kemudiandianalisis secara empirik. Kecenderunganspeech intelligibity terhadap kondisiakustik ini dapat digunakan sebagai acuanuntuk menentukan ruang kuliah yangberfungsi efektif dalam pelaksanaan prosesbelajar mengajar. Sketsa 3 dimensi untukruang kuliah Fakultas Sastra dan SeniRupa Uiversitas Sebelas Maret yangdigunakan oleh Jurusan Bahasa Inggrisdapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 2. Sketsa Lantai 2 (sebagian) Gedung Kuliah Fakultas Sastra dan Seni Rupa UNS.Ruang Kuliah R 201, R 202, R203 dan R 204,

2. Pengukuran RTPengukuran waktu kerdam dalam

penelitian ini dilakukan dengan metoderespon impuls terintegrasi (integratedimpuls response) (ISO 3382,1997).Gambar 3 menunjukan cara pengukuranyang digunakan dalam penelitian ini.

Suara kejut dihasilkan oleh suaratepukan tangan 1 kali. Data SPL tepukantangan diukur dengan menggunakanSPLmeter. Mikropon dan sound cardberfungsi untuk merekam data suaraimpuls tepukan tangan yang selanjutnyadiolah menggunakan komputer. Datarekaman suara tepukan ditunjukkan olehGambar 4.

Gambar 3. Cara pengukuran RT yangdigunakan dalam penelitian

Gambar 4. Data rekaman suara tepukan

Setelah proses pengumpulan dataimpuls respon kemudian dilakukankalkulasi untuk menentukan besarnya RT.RT dapat ditentukan berdasarkan lajupenurunan kurva SPL terhadap waktu.Grafik fungsi SPL (densitas energi)terhadap waktu diperoleh denganmenerapkan integrasi mundur (backwardintegration) pada data pengukuran padaGambar 2. (Schroeder, ISO 3382, 1997).Grafik SPL terhadap waktu dapat dilihatpada Gambar 5.

Gambar 5. Definisi waktu kerdamberdasarkan kurva penurunan energi suara

terhadap waktu (RT 60)

Penelitian ini menetapkan perhatianpada ruang kuliah sedang. Kondisioccupancy ditentukan untuk ruangan yangsetengah penuh dan penuh relatif terhadapvolume masing-masing ruangan. Data RTyang diperoleh dalam pengukuranlapangan ini kemudian dibandingkandengan RT yang diperoleh dari persamaanteoritis pada frekuensi 500 Hz. Frekuensiini merupakan frekuensi yang palingdominan untuk pembicaraan dalamruangan (Kuttruf, 1991)

3. Pengukuran SNPenelitian ini melakukan

pengukuran kebisingan sekitar ruangankuliah (background noise) agar dapatdilakukan perhitungan SN. SN menyatakanbeda level sinyal dengan level kebisingansekitar (background noise). Suaradihasilkan oleh pembicara (sinyal suara)dan pendengar akan menerima sinyal suaraini dengan baik jika tidak terganggu olehkebisingan (background noise).Pengukuran dilakukan denganmenggunakan SPL meter dengan modepengukuran dBA dan dBC. Jika diketahuinilai dBA dan dBC untuk sumberkebisingan yang sama, maka secara kasardapat diketahui frekuensi dominan darisumber kebisingan tersebut. Tabel 1menunjukkan nilai frekuensi dominanberdasarkan koreksi pengukuran SPL dBAdan dBC.Selanjutnya dilakukan prediksi korelasiantara SI dengan RT dan SN denganmemperhatikan volume ruangan dankondisi occupancy. Hasil yang diperolehini dapat digunakan untuk menentukankecenderungan SI pada ruang-ruang kuliahyang digunakan oleh Jurusan BahasaInggris Fakultas Sastra dan Seni RupaUNS

PROSEDUR PENELITIAN1. Pengolahan Data Rekaman ImpulsRespon

Data yang diperoleh daripengukuran impuls respon tepukan tanganberupa data digital. Selanjutnya data inidiolah menggunakan program komputermatlab. Proses pengolahan sinyal digital(digital signal processing) ini dapatditunjukkan sebagai berikut :

Tabel 1. Koreksi Pengukuran SPL dalam dBA dan dBC

SPLOctave Band Center Frequency (Hz)

31 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000BA -40 -26 -16 -9 -3 0 +1 +1 -1BC -2 0 0 0 0 0 0 0 -3

Gambar 6. Pengolahan sinyal digital impuls respon.Urutan gambar yaitu dari kiri ke kanan ( Gb. 6.1 – 6.2) kemudian ke bawah (gb. 6.3 -6.4) dan

seterusnya..

Frekuensi dominan untuk pembicarandalam ruangan adalah 500 Hz dan datapengukuran backround noise menunjukkanfrekuensi dominan 500 sampai dengan1000 Hz. Untuk mendapatkan impulsrespon pada frekuensi 500 Hz diperlukanproses filter. Proses filter sinyal ditnjukkanpada Gambar 6.

Gambar 6.1 menunjukkan sinyalsuara awal yang diperoleh dari rekamandigital respon impuls tepukan tanganterhadap domain waktu (detik). Gambar6.2 adalah data absolut nilai sinyal yangakan digunakan untuk menentukan posisi/nomor data dengan nilai sinyalmaksimum. Gambar 6.3 merupakankeluaran dari pengolahan FFT untukmenentukan kandungan frekuensikeseluruhan dari sinyal suara awal.Gambar 6.4 menunjukkan karakteristikfilter yang digunakan yaitu cheby1(Matlab). Frekuensi yang diteruskanadalah 500 Hz yang dapat ditentukan dariperhitungan 0,0208 x 24000 Hz = 500 Hz(mendekati). Gambar 6.5 menunjukkanhasil pengolahan FFT untuk sinyal yang

telah difilter. Dapat dilihat bahwafrekuensi dominan yang diteruskan adalah0,02 x 25000 Hz = 500 Hz. Gambar 6.6menunjukan sinyal suara frekuensi 500 Hzterhadap domain waktu. Sinyal padaGambar 6.6 ini menjadi data masukanuntuk mendapatkan kurva penurunan SPLyang diperoleh dengan cara backwardintegration (ISO 3382).

Dalam penelitian ini digunakankriteria RT 30 yaitu waktu kerdamditentukan berdasarkan penurunan SPL –5dB dari nilai awal (SPL maksimum daripengukuran dalam ruangan dengan suaratepukan tangan) sampai dengan -30 dB(ISO 3382). Gambar 7.1 menunjukkankurva penurunan SPL terhadap waktuuntuk sinyal suara awal tanpa filter 500 Hz(data suara Gambar 4.1). Gambar 7.2adalah kurva penurunan SPL terhadapwaktu untuk sinyal suara frekuensi 500 Hzyang diperoleh dari Gambar 6.6. Sepertitelah ditunjukkan pada Gambar 5,selanjutnya nilai RT untuk masing-masingruangan dapat ditentukan.

2. Pengukuran SI SubyektifSpeech inteliigibility merupakan

persentase ucapan pembicara yang dapatdidengar oleh rata-rata pendengar denganjelas dan benar.Penelitian ini mencari dataSI secara subyektif yaitu denganpengambilan data dengan cara angket.Materi angket dapat dilihat pada Lampiran1 .Angket Untuk Staf Pengajar danLampiran 2. Angket untuk Mahasiswa.Speech intelligibility dihitung berdasarkan

jenis kegiatan. Contoh perhitunganberdasarkan tabel 2 adalah sebagai berikut:> Nilai item soal no.4 sebesar 77 %, nilaimahasiswa dari hasil angket sebesar 73,8%. Jenis kegiatan adalah ceramah denganlama kegiatan 100 menit, maka diperoleh :> Nilai item no.4 x jenis kegiatan x nilaimahasiswa x lamanya kegiatan = 73,8% x75 kata/50 menit x 77% x 100 menit =85,24 kataSI = (85,24 / 150) x 100% = 56,83%

Tabel 2. Perhitungan Skor Angket

Soal no.2Bobot 30%

Skor Jawaban S x J Bobot x N.item30 menit pertama 0,4 0,7 0,2830 menit kedua 0,4 0,7 0,28menit-menit dst 0,3 0,7 0,21

Nilai item 0,77 0,231

Soal no.3Bobot 20 %

30 menit pertama 0,4 0,5 0,2030 menit kedua 0,4 0,5 0,20menit-menit dst 0,3 0,7 0,21

Nilai item 0,61 0,122

Soal no.4Bobot 50 %

30 menit pertama 0,4 0,7 0,2830 menit kedua 0,4 0,7 0,28menit-menit dst 0,3 0,7 0,21

Nilai item 0,77 0,385Nilai mahasiswa 0,738

Untuk angket mahasiswa soalnomor 2 menilai tentang kejelasan suaradosen. Dengan pertanyaan ini dapatdiketahui presentase mahasiswa secarasubyektif menilai kejelasan suara dosen didalam ruang kuliah. Hal ini berhubungandengan SN yaitu SPL suara terhadapbackground noise. Hal ini juga dipengaruhioleh RT tetapi dalam penelitian ini tidakmenunjukkan keadaan yang signifikan.

Soal nomor 3 menilai pemahamanmahasiswa terhadap ucapan dosen. Denganpertanyaan ini dapat diketahui presentasemahasiswa secara subyektif pahamterhadap ucapan dosen. Hal ini dipengaruhioleh perhatian mahasiswa dankepandaiannya juga jawaban yangdiberikan pada soal angket nomor 2. Soalangket nomor 4 menilai secara langsungSI. Bobot nilai untuk soal ini 50%.

Jawaban soal ini dipengaruhi oleh posisiduduk mahasiswa, SN dan RT.

Diagram alir penelitian dapatdilihat pada Gambar 8. Pengembanganperangkat lunak pengukuran RTmenggunakan Matlab dan alat ukur adalahSoundcard external USB. Seting alat ukuryaitu melakukan pemeriksaan kepekaanmikropon dan menentukan frekuensisampling yang sesuai. Dalam tahap ini,hasil data dengan frekuensi sampling 48kHz dapat diproses dengan baik olehkomputer prosesor AMD Athlon 2,0 GHz.Frekuensi sampling ini telah memenuhikriteria frekuensi Nyquist yaitu f sampling≥ 2 x f maksimum sinyal suara 20 kHz.Hasil RT pengukuran yang diperolehdalam penelitian ini dibandingkan denganhasil perhitungan teoritis dan data-data daristudi pustaka.

Setelah diperoleh data kondisiakustik yaitu RT dan background noise

dari ruang-ruang kuliah yang digunakanoleh Jurusan Sastra Inggris Fakultas Sastradan Seni Rupa UNS serta speechintelligibility, penelitian dilanjutkandengan melakukan analisis empirik.Analisis empirik bertujuan untuk membuatmodel empirik yang berupa persamaanmatematis yang menyatakan bagaimanasuatu variabel mempengaruhi respon.Fungsi respon yang sebenarnya tidakdiketahui. Penelitian ini menggunakananalisis empirik untuk memberikanpendekatan terhadap fenomena SI yangbelum diketahui hubungannya secara eksakdengan RT dan SN. Namun demikian

jika penelitian ini dapat dilakukan,maka kecenderungan speech intelligibityterhadap kondisi akustik ini dapatdigunakan sebagai acuan untukmenentukan ruang kuliah yang berfungsiefektif dalam pelaksanaan proses belajarmengajar.

Gambar 8. Diagram alir penelitian

HASIL PENELITIAN DANPEMBAHASAN1. RT Teoritis dan RT Pengukuran

Perhitungan RT teoritisberdasarkan persamaan Sabinememerlukan data luasan permukaan dalamruangan dan koefisien absorbsinya. Tabel 3menunjukkan nilai koefisien absorbsi rata-rata permukaan-permukaan dalam ruangkuliah R201 Gedung FSSR UNS.

Data RT teroritis untuk kondisioccupancy kosong, setengan penuh danpenuh untuk ruang kelas R 201ditunjukkan pada Tabel 4. Pengukuran RTdengan menggunakan metode impuls

respon memberikan nilai yang rendah,yaitu kurang dari 0,5 kali RT teoritis untukkondisi occupancy penuh (52 orangmahasiswa hadir).

Perbedaan RT teoritis dan RTpenelitian ini dapat disebabkan kondisiruangan kuliah pada saat pelaksanaanperekaman data impuls respon denganjendela atau pintu yang terbuka, sehinggasuara impuls dengan mudah keluarruangan dan tidak mengalami reverberasi.Namun demikian kondisi ini aktual dengankeadaaan kelas pada saat perkuliahan,yaitu tetap membiarkan pintu atau jendelaterbuka untuk ventilasi udara.

Tabel 3. Data luasan permukaan dan koefisien absorbsi ruang kelas ukuran sedangVolume ruang kelas 382,8 m3

No Komponen Bahan Luas (m2)Koefisien absorbsi rata-rata

250 Hz 500 Hz 1000 Hz1 Lantai ruang Tegel 66 0,03 0,03 0,03

2.Dinding sampingkanan

Bata plester dicat 61.16 0,05 0,06 0,07

3 Dinding samping kiri Bata plester dicat 36,41 0,05 0,06 0,074 Dinding depan Bata plester dicat 30,96 0,05 0,06 0,075 Dinding belakang Bata plester di cat 34,8 0,05 0,06 0,076 Langit-langit Asbes 66 0,01 0,01 0,01

7 JendelaKaca nako dankaca bening

24,75 0,01 0,01 0,01

8 Pintu Kayu multiplex 5,28 0,25 0,20 0,17

9 Papan tulisWhite boardmultiplex

3,84 0,20 0,20 0,20

10 Bangku mahasiswa Kayu standar@ 0,6

x 52 bh0,25 0,20 0,17

Tabel 4. RT Sabine dan RT PenelitianNo Item 250 Hz 500 Hz 1000 Hz

Occupancy : kosong1 ∑Si αi (m2) 0,058 0,0576 0,062 Ά 20,95 20,76 21,303 RT 60 (detik) 2,978 2,879 2,76

Occupancy : setengah penuh1 ∑Si αi (m2) 0,11 0,12 0,132 Ά 43,05 48,39 52,833 RT 60 (detik) 1,44 1,32 1,22

Occupancy : setengah penuh1 ∑Si αi (m2) 0,153 0,179 0,1982 Ά 65,2 76,01 84,353 RT 60 (detik) 0,959 0,819 0,741

RT penelitian (metode impuls respon)1 RT 30 (detik) 0,45 0,35 0,252 RT 30 untuk semua frekuensi (detik) 0,4

2. Pengukuran SNData pengukuran SPL background noiseditunjukkan pada Tabel 5. SPLbackground noise diukur dari sisi luarruangan seperti ditunjukkan pada Gambar

9. Sedangkan SPL sinyal suara dosenditentukan sebesar 56 dB maksimum (Nilainormal SPL untuk speech adalah 50 dBsampai dengan 70 dB).

Tabel 5. Pengukuran SPL background noise dan perhitungan SN Ruang 201No Posisi Pengukuran dBA dBC SPL sinyal (dBA) SN (dBA)1 I (depan) 52 56 56 32 II (tengah) 52 55 56 33 III (belakang) 52 56 56 3

Gambar 9. Posisi pengukuran SPL background noise untuk ruang R 201

Dari tabel 1 dan tabel 5 dapatdiketahui bahwa background noisemempunyai frekuensi dominan sekitar 500Hz. Sehingga dapat ditentukan bahwasumber noise ini adalah speech ataupercakapan yang terjadi diluar ruangankuliah. SN untuk ruang kuliah R 201 iniadalah 3 dB yaitu sumber sinyalmempunyai level suara 3 dB diatas levelsuara kebisingan dari luar ruang kuliah.Kondisi ini menyebabkan nilai SI yangrendah apabila RT ruangan rendah. Suaradosen tidak akan mencapai mahasiswayang duduk di bangku deretan belakang.

3. Hasil Angket MahasiswaAngket dilakukan untuk

mendapatkan data subyektif mahasiswamengenai kejelasan suara dosen,pemahaman ucapan dosen oleh mahasiswadan apakah mahasiswa dapat mendengarsetiap kata yang diucapkan dosen.Pemilihan sasaran angket kepadamahasiswa Jurusan Sastra Inggris dengan

maksud agar dalam penelitiandimungkinkan diperoleh nilai SI yangkritis karena bahasa pengantar dalamkuliah adalah bahasa Inggris yang bukanmerupakan bahasa ibu (bahasa indonesia).Speech intelligibility yang diperoleh adalahSI dugaan (assesment) yang bersifatsubyektif karena berdasarkan keadaandosen dan mahasiswa pendengar. Angketyang diberikan juga bersifat terbuka,karenan mahasiswa diperbolehkan untukmemikirkan kembali apa yang telahdidengarnya. Metode-metode pengukuranSI subyektif telah banyak dikembangkan,Salah satunya adalah dengan menentukanhubungan SI subyektif dengan SpeechTransmission Index (STI). Nilai STIberdasarkan analisis sinyal buatan yangmenggantikan sinyal suara sebenarnya.Pengukuran SI berdasarkan STI ini akandilaksanakan pada penelitian-penelitianlanjutan yang lebih canggih. Selanjutnyauntuk penelitian ini, hasil angket dapatdilihat pada Tabel 6, 7 dan 8.

Tabel 6. Hasil angket mahasiswa dan SI subyektif ruang R 201No. Item Nilai rata-rata1 Kejelasan suara dosen 192 Pemahaman ucapan dosen oleh mahasiswa 123 Mahasiswa dapat mendengar dgn jelas setiap kata (75%) 25

Nilai mahasiswa 564 Speech Intelligibilty (SI) subyektif 29 %

Tabel 7. Hasil angket mahasiswa dan SI subyektif ruang R 202No. Item Nilai rata-rata1 Kejelasan suara dosen 172 Pemahaman ucapan dosen oleh mahasiswa 103 Mahasiswa dapat mendengar dgn jelas setiap kata (75%) 23


Tabel 8. Hasil angket mahasiswa dan SI subyektif ruang R 204No. Item Nilai (%)1 Kejelasan suara dosen 242 Pemahaman ucapan dosen oleh mahasiswa 143 Mahasiswa dapat mendengar dgn jelas setiap kata (75%) 34


Nilai rata-rata yang dimaksud padatabel-tabel diatas adalah nilai rata-rata daripersentase bobot x nilai angket sepertiditunjukkan pada Tabel 2. Jawaban soalangket nomor 4 mengenai apakahmahasiswa dapat mendengar dengan jelassetiap kata yang diucapkan dosenmempunyai bobot 50%. Sehinggaberpengaruh pada nilai SI yaitu untukruang R 201 : 25% diperoleh SI 29%,untuk ruang R 202 : 23% diperoleh SI25% dan untuk ruang R 204 : 34%diperoleh SI 51%..

4. Korelasi Empirik SI dengan SN danRT

Penelitian dilanjutkan denganmenentukan korelasi empiris antara SIdengan SN dan RT30 untuk frekuensi 500Hz. Hasil pengukuran SN dan RT untuktiap ruangan ditunjukkan pada Tabel 8, 9dan 10.

Berdasarkan tabel 8, 9 dan 10 dapatdiketahui bahwa untuk nilai SN yang lebih

tinggi akan diperoleh nilai SI yang lebihtinggi pula. Penelitian ini menunjukkanpengaruh waktu kerdam (RT) terhadap SItidak begitu signifikan. Hal ini dapatdisebabkan oleh metode pengukuran yangdilakukan, kondisi ruangan pada saatpengukuran. Nilai RT dapat berubah cukupbesar jika kondisi occupancy berubah.Absorbsi suara yang disebabkan olehpendengar (orang) dapat menurunkankekuatan medan suara reverberant danmelemahkan level suara sinyal. Selain itukondisi occupancy juga mempengarui SNdalam ruangan kuliah.

Nilai SI maksimal yang mungkindiperoleh jika seluruh jawaban angketbernilai penuh adalah 81 % ditunjukkanpada lampiran 1. Jadi jika nilai SI sebesar51 % maka nilai SI tersebut adalah 51/81 =0,63 (63%) dari SI yang terbaik atau SI100% yang berarti mahasiswa dapatmendengar dengan jelas seluruh ucapandosen selama perkuliahan berlangsung.

Tabel 8. Data Angket, Nilai SN dan RT ruang R201No. Item Nilai rata-rata SN RT 30 500 Hz1 Kejelasan suara dosen 0,19 3 0,35 s2 Pemahaman ucapan dosen oleh

mahasiswa0,12 3 0,35 s

3 Mahasiswa dapat mendengardengan jelas setiap kata

0,25 3 0,35 s

Nilai mahasiswa 0,56 3 0,35 s4 “Speech Intelligibility” (SI) 0,29 (29%) 3 0,35 s




0,23 3 0,4 s

Nilai mahasiswa 0,51 3 0,4 s4 “Speech Intelligibility” (SI) 0,25 (25%) 3 0,4 s




0,34 4 0,45 s

Nilai mahasiswa 0,73 4 0,45 s4 “Speech Intelligibility” (SI) 0,51 (51 %) 4 0,45 s

Analisis untuk menentukanpersamaan empirik dilakukan denganterlebih dulu menyusun persamaan linieryang menghubungkan SN dan RT denganSI. Penelitian yang dilakukan telahmemberikan 3 pasang data untukmenentukan 2 buah koefisien sehinggadiperoleh sistem persamaan yangoverdetermined. Dengan metode matrikdapat ditentukan koefisien-koefisientersebut dengan mudah. Jika ditentukanbesarnya kontribusi SN dan RT terhadap

nilai SI prediksi adalah sama makadiperoleh persamaan :

SI (%) = 0,2774 SN + 0,2774 RT30

(500 Hz) – 69,258%.Faktor koreksi -69,258 % diperoleh dengancara trial & error seperti ditunjukkan padalampiran 10 Perhitungan Matlab untukmeentukan koefisien SN dan RT. Tabel 11menunjukkan selisih SI yang diperolehdari persamaan diatas dengan SI hasilangket.

Tabel 11. SI Angket dan SI Empiris

PengukuranModel

Empirik SelisihSN RT SI SI3. 0.35 0.287 0.237 -0.0503. 0.4 0.248 0.251 0.0034. 0.45 0.511 0.542 0.031

KESIMPULANPenelitian ini dilakukan untuk

mendapatkan korelasi empirik antara SIdengan SN dan RT untuk ruang-ruangkuliah Jurusan Sastra Inggris FSSR UNS.Kuantitas akustik SN dan RT ditentukandengan cara pengukuran. Nilai SN dan RTyang diperoleh digunakan untuk menyusunpersamaan empiris yang menghubungkanSI dengan SN dan RT. Persamaannya

adalah SI (%) = 0,2774 SN + 0,2774 RT30

(500 Hz) -69,258 %. Penerapan persamaanini adalah jika diinginkan persentase SIyang tinggi maka harus mengusahakan SNyang tinggi, yaitu suara dosen harus lebihtinggi sekitar 5 – 10 dB dari SPLbackground noise. Nilai RT untuk ruang-ruang kuliah adalah antara 0,4 - 0,5 detik(Classroom acoustics booklet, AcousticalSociety of America). Nilai RT ini dapat

dinaikkan dengan menambahkanpermukaan pemantul suara di dindingdepan ruangan kelas (Kahn dan Tichy,1984).

Pengukuran RT dengan metodeimpuls respon telah digunakan dalampenelitian ini. Pelaksanaan pengukuranberdasarkan standar ISO 3382 1997 :Acoustics – Measurement of thereverberation time of rooms with referenceto other acoustical parameters. Metodebackward integration digunakan untukmendapatkan kurva penurunan SPLterhadap waktu berdasarkan data rekamanimpuls respon.

Seperti telah ditekankan dalampenelitian ini, SI merupakan kriteriaakustik untuk ruang kuliah yang penting.Jika nilai SI sebesar 75% ,dapat dikatakanuntuk setiap dosen mengucapkan satukalimat yang terdiri dari empat kata(SPOK) maka mahasiswa dapat mendengarkalimat tersebut terdiri dari tiga kata.Kondisi ini akan menurunkan mutu prosesbelajar mengajar dalam ruang kuliah danmenimbulkan kesulitan belajar bagimahasiswa. Dengan demikian hasilpenelitian ini dapat digunakan sebagaialasan untuk meningkatkan efektifitaskegiatan dalam ruang kuliah padakhususnya dan memajukan proses belajarmengajar di perguruan tinggi padaumumnya.

UCAPAN TERIMAKASIHPeneliti mengucapkan terima kasih danpenghargaan setinggi-tingginya kepadasemua pihak yang memberi bantuan untukterselenggaranya penelitian ini. Penelitianini dibiayai oleh Direktorat JendralPendidikan Tinggi Departemen PendidikanNasional, sesuai dengan surat perjanjianpelaksanaan pekerjaan penelitian danpengabadian kepada masyarakat nomor033/SPPP/PP-PM/DP3M/IV/2005 tanggal11 April 2005

DAFTAR PUSTAKAAkil, Husein A., 1996, Pengembangansistem pengukuran waktu dengung(reverberation time) dengan komputer PCdan menggunakan sumber suara kejut

(impulse sound), Jurnal PPI-KIM 1996ISSN 0852-002 X, Puslibang KIM-LIPIPuspiptek Serpong TangerangHidajat, R. Lullus Lambang G., 2002,Analisis Reverberation Time RuangAuditorium Graha Sabha PramanaUniversitas Gadjah Mada denganpemodelan akustik skala 1 : 20, ProsidingSeminar Nasional Perkembangan Risetdan Teknologi di Bidang Industri, ISBN.979-96890- 0-7, YogyakartaHodgson, Murray., 2000, EmpiricalPrediction of Speech Levels andReverberation in Classrooms., BuildingAcoustics, Volume 8, number 1, 2001 pp 1- 14ISO 3382, 1997, Acoustics – Measurementof the reverberation time of rooms withreference to other acoustical parameters,second edition,International Organizationfor StandardizationKahn, David W., Tichy, Jiri., 1986, Aninvestigation of the sound field above theaudience in large lecture halls with scalemodel, J. Acoustical Society of America 80(3), pages 815-827Kuttruff, Heinrich., 1979, Room Acoustics,second edition., Applied Science PublisherLtd. LondonSteeneken, Herman J.M, TNO HumanFactors, Sosterberg,The Measurement ofSpeech Intelligibility, internet

Mekanika, Vol 6 Nomor 1, September 200742

TEKNOLOGI PIROLISIS SEBAGAI SALAH SATUALTERNATIF BAHAN BAKAR TERBARUKAN

Syamsul Hadi 1

Abstrak: Since the global energy crises there has been a trendtowards use of alternative energy sources to replace fossil fuelworldwide . The fuel potential of many waste, biomass, and poorcoals is a valuable resource and considerable interest has beendevoted to it recently to exploit its potential. However, it has beenfound out that the energy content that could be practically recoveredfrom that source would be a small percentage of the total energyrequired in any nation. This suggests that energy recovery fromalternative source will only serve as a supplement to the total energyrequired. Pyrolytic technology among other methods is a way ofharnessing the energy in these alternative sources, providing a goodmethod without affecting the ecological system.Kata Kunci: Pyrolysis

PENDAHULUANPirolisis biomassa merupakan salah satu teknologi alternatif yang

dikembangkan untuk mengisolasi senyawa kimia yang kemudian dapat dikonversimenjadi sumber energi hidrokarbon alternatif. Dengan menggunakan prosespirolisis, kayu yang mengandung selulose mengalami degradasi lignin sebagaiakibat dari kenaikan temperatur sehingga dihasilkan senyawa-senyawakarakteristik sesuai dengan jenis kayu. Pada umumnya metode optimasi pirolisisdilakukan sesuai dengan tujuan pirolisis, apakah untuk menghasilkan biofuel(hidrokarbon non aromatik) atau menghasilkan senyawa aromatik. Pada proses-proses tersebut, sangat penting dikaji variasi laju pemanasan pirolisis karena lajupemanasan ini merupakan salah satu parameter penting dalam proses pirolisis.Perbedaan laju pemanasan dapat menentukan distribusi senyawa ataukomponen biofuel sehingga berpengaruh pula terhadap reaksi yang terlibatdalam proses.

Analisis Termogravimetri adalah teknik analisis yang biasa digunakanuntuk bahan polimeric. Percobaan tersebut tergolong sederhana yaitu sejumlahsampel, dalam kisaran miligram, ditempatkan dalam suatu tenmpat, kemudiandiukur beratnya ketika suhu dinaikkan secara konstan. Prosedur penelitian inidilakukan di kondisi atmosfer yang diam (N2), meskipun secara prinsip gaslainnya juga bisa digunakan. Ketika sampel dipanaskan, sampel tersebut akan

1 Staff Pengajar Jurusan Teknik Mesin FT-Universitas Sebelas Maret Surakarta

TEKNOLOGI PIROLISIS SEBAGAI SALAH SATU ALTERNATIFBAHAN BAKAR TERBARUKAN – Syamsul Hadi 43

berubah secara kimiawi, dan komponen penyusunnya akan menyusut. Jumlahdegradasi volatile dan heat-induced dari polimer akan diapatkan.

Differential scanning calorimetry adalah teknik lain yang lebih powerfull.Sampel dan sampel referensi ditempatkan pada tempat dan pemanasan terpisah.Daya yang digunakan untuk menjaga sampel dan referensi pada suhu tertentu dimonitor. Dengan demikian perubahan entalpi karena transformasi sample,seperti pelelehan atau glass transitions dapat didapatkan. Secara garis besarmodel peralatan penelitian untuk pirolisis adalah seagaai berikut:

Gambar 1. Skema alat penelitian (Goerner, 2003)

TINJAUAN PUSTAKAHASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Bamgboye (2005) melakukan percobaan dengan metode pirolisis padabahan baku limbah padat sampah pemukiman (Municipal Solid Waste/MSW)untuk memproduksi bahan bakar dan mengurangi limbah tersebut. Dari faktabahwa di Nigeria setiap tahun dihasilkan MSW sebesar 29,78 x 109 kg, dandengan sebagian besar terdiri dari kertas, plastik, besi, dan lainnya (Ojolo, 2004),serta penanganan yang dilakukan dengan cara penimbunan (sanitary landfill)yang berpotensi mengganggu kesehatan lingkungan dan boros, memberikanalasan yang kuat bagi Bamgboye melakukan penelitian tersebut. Penelitian yangdilakukan adalah dengan mula-mula melakukan menjemur MSW selama 4-6 jamperhari selama 8 hari untuk mengurangi kandungan air sampai 8-10%. KemudianBamgboye menggiling MSW sehingga menjadi partikel dan memasukkannyasebanyak 12 kg ke reactor selama 4 jam pada suhu 400-6500C, serta lajupemanasan sebesar 1 s/g. Hasil yang didapatkan, yang berupa minyak, gas, danchar, diukur berat dan volumenya. Hasil pyrogas tersebut kemudian dianalisissifat mampu bakarnya dengan burner Bunsen, sedangkan semua hasil diujikandungan energy dengan formula Doulong Peti. Dari hasil analisis yangdilakukan didapatkan data bahwa dari setiap kg MSW didapatkan sebesar 0,25kg char, 0,52 kg minyak, dan 1,09 lt pyrogas (Tabel 1). Sedangkan energy yang


terkandung dari setiap hasil adalah minyak sebesar 151,66 MJ atau 59,61%energy dari MSW dan char sebesar 89,89 MJ atau 35,33% energy dari MSW(Tabel 2). Dari peneltian juga didapatkan pengurangan volume yang terjadiselama proses pirolisis yaitu sebesar 65,79%, dan char sebesar 25% yangkemudian dapat digunakan sebagai bahan bakar (refuse-derived-fuel/RDF)seperti batubara, lihat di tabel 3.

Sedangkan hasil penelitian tentang pengaruh perubahan suhu terhadap taryang dihasilkan ditunjukkan pada grafik di bawah ini. Hasil penelitianmenyatakan bahwa semakin tinggi suhu akan semakin banyak tar yangdihasilkan, tetapi pada suhu 6500C hasil tar tersebut akan turun dan mencapaipenurunan sebesar 11,8% pada suhu 7000C. Juga dinyatakan bahwapembentukan char akan naik seiring dengan turunnya laju pemanasan yangdilakukan.

Gambar 2. Pengaruh suhu terhadap minyak tar dan dan laju pemanasanterhadap char (Bamgboye, 2005)

Penelitian lainnya dilakukan oleh Wahi dkk (2006) dengan menggunakanpirolisis microwave pada suhu rendah. Penelitian ini juga menganalisis limbah


pemukiman tapi berbentuk cair. Penelitian dilakukan dengan peralatan fluidizedbed pyrolysis seperti skema seperti gambar berikut:

Gambar 3. Skema penelitian (Wahi, 2006)

Bahan dasar penelitian diteliti dengan analisis proksimat dan ultimatdengan hasil sebagai berikut:

Langkah percobaan adalah sebagai berikut: mula-mula limbah cairdicampur dengan tepung graphite sebanyak 5 wt%. Tepung graphite digunakandengan alasan mudah dalam proses pencampuran dan menghasilkan pemanasanyang seragam serta menghindari titik panas pada awal proses pemanasan.Kemudian 30 gram sampel dimasukkan di reactor quartz yang ada di dalammicrowave. Reaktor berukuran diameter 50 mm dan panjang 200 mm, dengandiameter dalam quartz 13 mm untuk masuk dan keluar gas. Daya microwaveyang digunakan adalah 700 W, frekuensi 2,45 MHz, serta gas Helium digunakanuntuk menghasilkan efek hampa udara dialirkan 100 ml/menit selama 10 menit.Percobaan dilakukan selama 1, 2, 3, 4, 5, 6 menit untuk tiap sampel. Gas hasilpirolisis dianalisis dengan MRU Air Fair Emission Monitoring System: Exhaust GasAnalyzer DELTA 1600L. Sedangkan suhu samel selama percobaan dimonitor olehtermometer infra merah Raytek Raynger ST80. Dari hasil penelitian didapatkandata pengaruh waktu pemanasan terhadap suhu sampel antar limbah murni,limbah dengan campuran graphite, dan graphite murni. Hasil penelitianmenunjukkan bahwa dengan penambahan sedikit graphite maka pirolisis limbahmampu dilakukan. Sedangkan hasil pirolisis menunjukkan bahwa kenaikan suhu


akan meningkatkan prosentase hasil berupa gas, menurunkan hasil berupa charsampai mencapai 27,7 wt%, dan menaikkan hasil berupa minyak.

Gambar 4. Pengaruh waktu terhadap suhu dan pengaruh suhu terhadap produksichar, tar, dan gas

Analsis ultimat terhadap minyak hasil pirolisis menunjukkan hasil sebagaiberikut:

Skodras dkk (2006) melakukan penelitian tentang pirolisis batu barabermutu rendah untuk memproduksi bahan bakar yang lebih ramah lingkungan.Batubara yang diteliti adalah lignit Yunani Ptolemais, lignit Bulgaria Elhovo, danbatubara Australia. Sampel dipanaskan sampai 1050C dalam atmosfer N2 selama24 jam, dan diayak sampai 150-250m. Hasil analisis proksimat dan ultimatdijabarkan pada tabel berikut.

Pirolisis dilakukan pada fixed bed reactor pada tekanan ruangan dibawahaliran Helium antara suhu 200-9000C selama 5-120 menit. Analisis proksimatmenggunakan metode ASTM D 3172-89, analisis gas C, N, H, dan S denganThermoFinnigan CHNS EA1112, analisis kandungan Chlorine dan merkuri di chardengan metode ASTM D 4208-88 dan EPA 7471A, serta tes termogravimetridengan menggunakan SDTQ600. Semua sampel dipanaskan dengan lajupemanasan konstan 200C/min dari temperatur lingkungan ke 10000C denganaliran udara konstan 100 ml/min.

Hasil penelitian menunjukkan pengaruh temperature terhadap konversichar seperti gambar 5 di bawah. Untuk semua sampel saat suhu naik terjadikenaikan konversi char dan menjadi konstan setelah mencapai suhu 4500C.Sedangkan efek residence time untuk batubara Ptolemasi pada suhu 6000C dan


berbagai variasi waktu (5-120 menit) menunjukkan terjadinya penurunan massatetapi hanya kecil yang membtuktikan bahwa proses pirolisis sudah selesai padawaktu awal proses. Dan efek waktu karbonisasi tidak mempengaruhipembentukan elemen polutan.

Gambar 5. Pengaruh suhu dan holding time terhadap produksi

Hasil penelitian Skodras juga menunjukkan nitrogen, sulfur, merkuri danklorin yang dihasilkan sebagai hasil pirolisis dalam gambar 6 berikut. Pada suhurendah pembentukan nitrogen hanya sedikit (kurang dari 10%) dan meningkatpada kenaikan suhu. Diantara 500-6000C sekitar 30-45% nitrogen dihasilkanpada suhu karbonisasi rendah, sehingga mengurangi resiko pembentukan NOxselama pembakaran batubara. Pada suhu pirolisa rendah pembentukan sulfurjuga rendah dan meningkat sejalan dengan kenaikan suhu. Untuk lignit Ptolemaispembentukan sulfur naik secara kontinyu sampai suhu 4000C dan konstan padasuh 450-5500C. Sedangkan pada lignit Bulgaria dan Australia pembentukan sulfurkonstan pada suhu 6000C. Pembentukan merkuri naik secara linear bersamaandengan kenaikan suhu pirolisis dan mencapai hasil maksimal pada suhu tinggi (lebih dari 70% di atas suhu 8000C). Pada lignit Bulgaria terbentuk 40-50%,sedangkan Australia terbentuk 55-65% pada suhu 400-7000C. Proses pirolisismemberikan solusi untuk mencegah


Gambar 6. Pengaruh suhu terhadap pembentukan Nitrogen, Sulfur, Merkuri, danKlorin

Penelitian Skodras menunjukkan juga oksidasi char yang terjadi akibatpengaruh suhu.

Gambar 7. Pengaruh suhu terhadap oksidasi char

Tsamba dkk (2006) melakukan penelitian pirolisis untuk Coconut Shell/CcNS(dari pohon Annacardium occidentale L) dan Cashew Nut / CNS (dari pohonCoccos nucifera L) didegradasi secara termal dengan menggunakantermogravimetri dan meneliti karakteristik profil devolatisasi dan analisa kinetikadari suhu 250-9000C pada variasi laju pemanasan.

Percobaan dilakukan dengan mula-mula memperkecil bentuk sampel CNSdan CcNS sampai ukuran 15 mg (tidak seragam). Dengan menggunakantermogravimetri terprogram SETARAM 92(TG), aliran gas Argon 50 ml/min, danperlakuan suhu sebagai berikut: dari suhu lingkungan dinaikkan sampai 1100Cdengan laju pemanasan 100C/min untuk mengeringkan sampel, kemudiandinaikkan suhunya ke 9900C untuk proses pirolisis pelepasan volatisitas denganlaju pemanasan 5, 10, 20, 40, dan 500C/min, dan terakhir transformasi isotermalpada 9000C selama 10 menit untuk proses produksi char dan devolatisasi lanjut,maka laju dan total pengurangan massa dapat diukur sebagai fungsi suhu danwaktu.

Tabel berikut menyatakan hasil analisis proksimat dan ultimat sampelbiomass yang diteliti. Kandungan hidrokarbon yang tinggi dan oksigen yang


rendah serta heating value dan densitas yang tinggi merupakan karakteristikbiomassa dibandingkan dengan wood pellet (WP). Karbon dan hidrogenmerupakan indikasi hidrokarbon yang dilepaskan selama proses pirolisis. Jugadengan kandungan oksigen yang tinggi mengindikasikan kandungan energi HHVyang rendah. Perbedaan ini memainkan peranan yang penting selama prosespirolisis, serta gas dan char yang dihasilkan.

Gambar 8 menunjukkan pengurangan massa untuk sampel kering di atas1000C dengan laju panas 100C/min. Kandungan massa volatil WP di atas CcNStapi lebih rendah bila dibandingkan dengan CNS. Sedangkan pada interval suhu247-420, 280-415, dan 260-4500C pengurangan massa yang terjadi sebesar77%, 75%, dan 70%.

Gambar 8. Pengaruh suhu terhadap pengurangan massa

KESIMPULANDari beberapa penelitian yang sudah dilakukan di atas dapat diambil

kesimpulan bahwa perkembangan penelitian untuk menghasilkan energyalternative dari teknologi pirolisis mempunyai prospek yang cerah. Denganbeberapa teknik yang sudah disajikan di atas perlu dilakukan penelitian yangmenggunakan bahan baku yang ada di sekitar kita sehingga dapat meningkatkanpengetahuan akan energy alternatif dari proses pirolisis.DAFTAR PUSTAKAAJ. Tsamba, W. Yang, dan W. Blasiak, 2006, Pyrolysis characteristics and global

kinetics of coconut and cashew nut shells, Fuel Processing Technology 87 p523–530, Royal Institute of Technology, School of Industrial Engineeringand Management, Department of Materials Science and Engineering,Division of Energy and Furnace Technology; Brinellvägen 23, SE-100 44,Stockholm Sweden

G. Skodras, P. Natas, P. Basinas, dan G.P. Sakellaropoulos, 2006, Effects ofPyrolysis Temperature, Residence Time on The Reactivity of Clean CoalsProduced From Poor Quality Coals, Global NEST Journal, Vol 8, No 2, pp89-94, 2006

Goerner, K., 2003, Waste Incineration European State of The Art and NewDevelopments, IFRF Combustion Journal, July 2003, ISSN 1562-179X.


R. Wahi, A. Idris, M.A.Mohd. Salleh dan K. Khalid, 2006, Low-TemperatureMicrowave Pyrolysis of Sewage Sludge, International Journal of Engineeringand Technology Vol. 3 No.1 pp. 132-138 ISSN 1823-1039

S. Ojolo and A. Bamgboye, 2005, Thermochemical Conversion of MunicipalSolid Waste to Produce Fuel and Reduce Waste, Agricultural EngineeringInternational: the CIGR Ejournal Vol. VII, Manuscript EE 05 006.September, 2005.

jurusan teknik mesin fakultas teknik universitas sebelas …

Documents