Pengaruh Karakteristik Logam Dalam Elemen Pemanas Terhadap Waktu Pengeringan Kayu

Oleh :Alifinanda Firca Ardini

1209100064

Pembimbing:Drs.Lukman Hanafi, M.Sc

Abstrak Indonesia merupakan negara penghasil kayu terbesar di Asia. Menurut Badan

Pusat Statistik (BPS) hasil ekspor dari sektor non migas seperti kayu meningkatdari tahun ke tahun. Untuk meningkatkan mutu kayu ekspor tersebut dapatdikendalikan pada saat proses pengeringannya. Pada tugas akhir ini prosespengeringan kayu menggunakan sistem konvensional, artinya di dalam sistempemanasan tersebut diberi batasan-batasan sedemikianhingga sampai kayumencapai kondisi yang di inginkan. Karakteristik logam dalam elemen pemanaspada kiln chamber bekerja sebagai konduktor panas atau sebagai sumber energiuntuk menaikkan temperatur kayu pada saat sistem pengeringan. Panasdidalam sistem masuk melalui celah-celah kayu hingga mencapai inti kayu.Pusat kayu atau inti kayu inilah yang menjadi fokus pengerjaan tugas akhir ini,selain itu juga dianalisa pengaruh logam pada elemen pemanas terhadap waktupengeringan. Untuk mendapatkan temperatur di pusat kayu dan disepanjanglogam digunakan salah satu metode numerik yaitu beda hingga. Pengaruhlogam elemen pemanas terhadap lama pengeringan akan disimulasikanmenggunakan software Matlab.

Kata kunci: Beda hingga, Elemen pemanas, Heat treatment, Pengeringan kayu.

Latar Belakang

Kayu EksporPeningkatan mutu dan kualitas kayu Logam dalam elmen pemanas untuk

mengurangi pemakaian energi yang berlebih

Proses pengeringan kayu Metodelogi proses pengeringan kayu yang telah

dikenal Kendala dalam proses pengeringan kayu

Permasalahan dalam bidang industriIndonesia sebagai negara penghasil kayu Banyaknya industri kayu baik skala kecil

maupun besar

Rumusan masalah Bagaimana menganalisis model matematika dari persamaan

distribusi panas di dalam logam dan di dalam kayu pada prosespengeringan.

Bagaimana pengaruh karakteristik logam yang dipakai dalamelemen pemanas terhadap lama proses pengeringan.

Batasan Masalah Penyelesaian persamaan distribusi panas menggunakan metode

numerik beda hingga. Penyelesaian persamaan distribusi panas pada logam

menggunakan metode beda hingga yang nilai batas dari ujung-ujungnya telah diketahui.

Pengaruh logam dalam tugas akhir ini dibedakan berdasarkannilai difusivitasnya.

Perubahan panjang, lebar dan tinggi pada kayu sangat kecil sehingga dapat diabaikan.

Panas yang masuk kedalam kayu adalah panas dari logam saat mencapai kondisi steady.

Tujuan Mengaplikasikan metode numerik beda hingga untuk

menyelesaikan persamaan distribusi panas pada prosespengeringan kayu.

Mengetahui hubungan karakteristik logam dalam elemenpemanas terhadap waktu pengeringan kayu.

Manfaat Dapat memberikan informasi kepada industri terkait untuk

mengambil langkah-langkah bijak dengan waktu yang lebihefektif untuk meningkatkan hasil produksi. Serta dapatmengurangi penggunaan energi yang berlebihan agar dapatmeminimalisir biaya produksi.

Mendapatkan kualitas kayu yang baik untuk memenuhistandariasi kayu ekspor.

Sekilas mengenai kilnChamber

Udara jenuh dan berkelembaban tinggi dibuang keluar oven

Udara bersih dari luar

Elemen pemanas memanaskan

udara dalam oven

Udara panas disirkulasikan

ke arah tumpukan kayu

Air keluar dari kayu dan

menjadi uap air

Uap air terserap oleh udara panas sampai kelembaban menjadi

jenuh

Domain permasalahan

Metode Beda HinggaPandang suatu fungsi dari variabel bebas didiferensiasikan sebanyak m kali didalam interval dimaha h cukup kecil sehingga dapat diuraikan berdasarkan deret Tylor sebagai berikut :

Metode Beda Hingga (2)

pada persamaan (2.5) dan (2.6) akan timbul kesalahan (Error). Kesalahan ini dapat dinyatakan dalam bentuk suku pertamaatau suku terbesar dari sisa deret yaitu :

Dari persamaam (2.3) dan (2.4) didekati turunan pertamaU(x0) dititik x0 yaitu :

Metode Beda Hingga (3)Apabila persamaan (2.5) dengan (2.6) dikurangi, maka akan diperoleh pendekatan turunan pertama yang lain yaitu :

Dan apabila persamaan (2.5) dengan (2.6) dijumlahkan, maka akan diperoleh pendekatan turunan kedua yaitu :

Metode Beda Hingga (4)Jika sumbu x dibagi kedalam interval yang panjangnyasama, maka absis titik kisi I dapat ditulis dalam bentuk Xi= i∆x dengan mengabaikan karena nilainya kecil sekali makabentuk pendekatan turunan pertama di titik kisi i menjadi :

Metode Beda Hingga (4)

Pendekatan bentuk turunan fungsi dari fungsi variable lebihdari dua dapat dilakukan dengan cara yang sama

Perpindahan Panas Apabila dua benda yang temperaturnya berbeda disentuhkan

satu sama lain, maka pada saat tertentu keduanya akan mencapai suatu keadaan setimbang dan mencapai temperatur yang sama.

KonduksiKonduksi adalah proses mengalirnya panas dari suatu medium ke medium lain maupun dalam satu medium yang mempunyai suhu tinggi menuju yang mempunyai suhu lebih rendah secara langsung.

Konduksi

Konveksi

Radiasi

Logam Dalam Elemen Pemanas

Kondisi Perpindahan Panas Perpindahan panas tidak hanya bergantung pada

prosesnya tetapi juga bergantung pada kondisiberlangsungnya perpindahan panas tersebut. Padaumumnya terdapat 2 jenis proses perpindahan panas :

Kondisi Steady (Tunak) Kondisi Unsteady (Tidak tunak)

Kondisi SteadyKondisi Steady adalah kondisi yang menyatakanperpindahan panas dalam suatu sistem tidak berubahterhadap waktu, yaitu bila laju konstan misalnya persamaanLaplace :

Kondisi UnsteadyKondisi unsteady adalah kondisi apabila temperaturdiberbagai titik dalam sistem berubah terhadap waktumisalnya persamaan parabolik :

Standarisasi Kayu Ekspor Indonesia mempunyai dua standarisasi untuk melakukan

ekspor kayu yaitu Sistem Verifikasi Legalitas Kayu Indonesia (SVLK) dan Eco Labeling [4]. Keduanya adalah sarat bagieksportir agar kayu-kayu yang diekspor dari Indonesia bisaditerima di negara tujuan.Perlakuan terhadap kayu yang digunakan dalam komoditasekspor dilakukan dengan salah satu dari dua cara berikut :

Pemansan (Heat Treatment)Pemanasan harus dilakukan dalam waktu dan suhu yang cukup sehingga temperature inti kayu (wood core temperatur) mencapai sekurang-kurangnya/minimal 56 °C, menurunkan kadar air kayu hingga setingi-tinginya 20 %. Klin-drying (KD) dan Chemical Pressure Impregnation (CPI) dapat dianggap perlakuan pemanasan apabilamemenuhi standard dan spesifikasi seperti diatas.

FumigasiFumigasi menggunakan metal bromide (CH3Br) dengan dosisyang telah ditetapkan. Suhu ruangan dan suhu kayu pada saatfumigasi harus berada di atas 10°C. Fumigasi harusdilaksanakan oleh perusahaan fumigasi (Fumigator42) yang telah diregistrasi oleh Badan Karantina Pertanian.

Metodelogi PenelitianMenguraikan landasan teori

Analisa distribusi panas pada proses pengeringan kayu

Penyelesaian numerik dengan metode beda hingga

Simulasi dengan software MATLAB

Penulisan Laporan

Pembahasan

Panas pada dimensi tiga (silinder) terjadi pada sumbux, jari-jari r, dan sudut . Pandang fungsi T=T(x,r,t) pada koordinat tabung diperoleh dari transformasikoordinat kartesius T=T(x,y,z,t).

Sehingga didapat persamaan panas didalam tabung sebagai berikut :

Logam berbentuk tabung yang simetri,dan perambatan panasnya masuk melalui sumbu x saja, maka perambatan panastidak bergantung pada besar sudutƟ , dan panjang jari-jari r. Sehingga persamaan tiga dimensi diatas menjadi persamaan satu dimensi.

Untuk memperoleh persamaan distribusi panas, dapat ditulis berdasarkan persamaan kesetimbangan energi pada masing-masing elemen [6].

Panas yang masuk + Panas yang dibangkitkan didalam elemen= Perubahan panas di dalam elemen+ Panas yang keluar.

Dengan :

Subtitusi persamaan (4.11) sampai dengan (4.17) dan (4.19) kedalam hukum kesetimbangan(4.10) sehingga didapat

Sehingga didapat persamaan konduksi panas tiga dimensi :

Apabila tidak terdapatsumber pembangkit panasdidalam elemen maka

Sehingga persamaan tersebutmenjadi

= 0Karena tujuan daripemanasan ini adalahmenaikan temperatur di titikpusat pada kayu,maka dikatakan pada kayu terdapatsumber pembangkit panas.

Pusat kayu terletak disepanjangsumbu x sehingga perubahanpanas hanya terjadi pada sumbu ydan sumbu z saja.sehinggapersamaan (4.22) menjadi

Formulasi Beda hingga

Subtitusi kedalam persamaankonduksi panas

Sehingga didapat formulasi bedahingga untuk persamaan konduksipanas pada kayu

Kemudian formulasi beda hingga untuk mendapatkan temperatur didalam logam sepanjang sumbu x adalah :

SimulasiStart

Input Karakteristik Logam dan Kayu

Proses Diskritisasi

Input Nilai Awal

Perhitungan Suhu dan Waktu

Selesai

Hasil SimulasiPada logam diberi sarat batas T(x,t) :T(0,t) = 30 T(1,t) = 90 Pada kayu diberi sarat awal :T(y,z,0) = 30Media yang diamati adalah kayu dengan lebar dan tinggi 5, media dibuat grid dengan ukuran grid 5x5. Parameter yang di inputkan adalah dy=dz 1/5. Pada media logam yang menjadi observasi adalah logam dengan panjang 1m dx= 1/100.

12

34

56

0

2

4

60

20

40

60

80

y

Konduksi Panas Kayu dari Perak pada waktu 6354s

z

Tem

pera

tur

(oC

)

12

34

56

0

2

4

60

20

40

60

80

y

Konduksi Panas Kayu dari Tembaga pada waktu 6395s

z

Tem

pera

tur

(oC

)

12

34

56

0

2

4

60

20

40

60

80

y

Konduksi Panas Kayu dari Besi pada waktu 6438 s

z

Tem

pera

tur

(oC

)

12

34

56

0

2

4

60

20

40

60

80

y

Konduksi Panas Kayu dari Besi pada waktu 6451 s

z

Tem

pera

tur

(oC

)

KesimpulanDari hasil analisis perambatan panas padaproses pengeringan kayu beserta simulasinya,didapatkan kesimpulan bahwa karakteristiklogam dalam elemen pemanas mempengaruhilama proses pengeringan kayu. Berdasarkansimulasi diperoleh hasil lama pengeringankayu sebagai berikut :

Logam perak dalam elemen pemanasmembutuhkan waktu tercepat untukmengeringkan kayu. Sedangkan sebaliknya,logam besi dalam elemen pemanas membutuhkanwaktu paling lama untuk mengeringkan kayu. Haltersebut dikarenakan difusivitas termal besipaling rendah dibandingan difusivitas termallogam lainnya. Dalam kondisi sebenarnya, logamyang digunakan dalam elemen pemanas adalahlogam aluminium, hal tersebut dikarenakan logamaluminium lebih stabil dalam menahan panas.

Daftar Pustaka [1] Treybal, R.E. 1980. “Mass Transfer Operations”. McGraw

Hill Book Co [2] http://azwarudin.blogspot.com/2008/02/pengertia-kayu.html

(Diakses tanggal 25 Oktober 2012) [3] Cahyono, Edi. 2003. “Model Perambatan Panas Pada Proses

Pengeringan Kayu”. Kendari : Universitas Haluoleo [4] http://metalindoengineering.com/2012/standar-temperatur-inti-

kayu.html (Diakses tanggal 18 Maret 2013) [5] Holman, J.P. 2006. Perpindahan Panas. Jakarta : Erlangga [6] Kreith, F. 2005. Principles Heat Transfer. Harper and Row

Publisher