Pengaruh Penggunaan Parafin Dan Gemuk Pada Plafon Mobil

POLI REKAYASA Volume 8, Nomor 2, April 2013
ISSN : 1858-3709
Pengaruh Penggunaan Parafin Dan Gemuk Pada Plafon Mobil
Dalam Mengelola Temperatur Kabin Mobil Saat Parkir
The Influence of Paraffin dan Grease Usage in Car Ceiling
to Control The Parking Car Cabin Temperature
Ruzita Sumiati
Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang Kampus UNAND, Limau Manis Padang
Telp. 0751-72590 Fax. 0751-72576
Email : [email protected]
ABSTRACT
This paper contains about the influence of using parafin and grease on the car ceiling for maintenance of the
car cabin temperature when the car is parked facing the sun during the day time. When parked facing the sun,
cabin temperature will rise due to heat trapped in the car. This situation is causing discomfort when the car will
be used. Using PCM is one solution to solve this problem because phase change material can storage energy or
absorb energy from cabin. PCM material used is parafin plus layer grease in the car ceiling
Test results proved if the parafin and grease can function well in maintenance the car cabin temperature. In this
study selected for data retrieval at 11:00-14.00 wib because temperature increase occurs in the hours. this study
showed the cabin temperature without grease and parafin was 50.8 oC after using grease and parafin the
temprature decreases to 37 o C.
Keywords : phase change material, parafin wax
PENDAHULUAN
Mobil merupakan sarana transportasi
yang sangat umum digunakan oleh masyarakat
saat ini akan tetapi kondisi kenyamanan
didalam mobil sangat perlu dipertimbangkan.
Menurut penelitian Lippsmeier, batas-batas
kenyamanan
manusia
untuk
daerah
khatulistiwa adalah 19°C TE (batas bawah) –
30°C TE (batas atas). Produktifitas manusia
cenderung menurun atau rendah pada kondisi
udara yang tidak nyaman seperti halnya terlalu
dingin atau terlalu panas. [7]. Apalagi
Indonesia adalah negara tropis yang
mempunyai rentang suhu antara 28°C sampai
dengan 38° C sepanjang tahun [7], tempratur
tersebut cukup tinggi yang dapat berpengaruh
dalam menaikkan suhu kabin mobil jika mobil
diparkir dilingkungan terbuka.
Pada saat musim panas apalagi
ketika mobil parkir menghadap matahari
kondisi kabin terasa sangat panas sekali.
Suhu kabin akan meningkat cepat
dikarenakan saat parkir umumnya mobil
tertutup rapat sehingga panas akan
terperangkap didalam mobil hal ini juga
akan menimbulkan bau yang tidak sedap.
Sebelum menggunakan mobil setelah parkir
ditempat yang panas umumnya si
pengendara menunggu beberapa saat
sampai temperature kabin turun dengan
cara membuka kaca sambil menghidupkan
Air conditioning (AC). Air conditioning
(AC) akan bekerja maksimum disaat
kondisi sangat panas hal ini akan
menyebabkan
peningkatan
proses
pembakaran fuel oleh engine sehingga juga
akan meningkatkan kadar CO2 yang dilepas
ke
udara
(polusi
udara)
yang
membahayakan lingkungan selain itu biaya
operasional mobil juga akan sangat mahal
karena peningkatan konsumsi bahan bakar
(fuel) oleh AC apalagi kondisi saat ini
harga bahan bakar yang melambung tinggi.
Penyerapan panas melalui Phase
Change Material (PCM) adalah salah satu
solusi yang tepat untuk diterapkan dalam
menjaga suhu kabin mobil agar tetap
nyaman.. Beberapa aplikasi PCM yang
55
POLI REKAYASA Volume 8, Nomor 2, April 2013
ISSN : 1858-3709
telah diterapkan untuk penyimpanan energy
adalah untuk maintenance suhu gedung, ice
seluri, pengeringan ikan dan pengaturan
tempratur pada incubator bayi. Pada tulisan
ini digunakan PCM jenis organic yaitu
parafin dan tambahan lapisan gemuk/
grease. Tulisan ini membahas tentang
pengaruh penggunaan parafin dan gemuk
pada plafon mobil dalam mengelola
tempratur kabin mobil saat parkir. Untuk
kabin mobil tempratur maintenance kirakira 35 oC [1].
Perpindahan Panas
Perpindahan panas adalah energi yang
berpindah akibat adanya perbedaan
temperature. Panas dapat berpindah dari
suatu zat yang lebih panas ke zat yang lebih
dingin. Mekanisme Perpindahan panas ada
3 yaitu:
• Konduksi
Perpindahan panas yang melalui suatu
media yang diam atau perbedaan
temperatur terdapat di dalam suatu
media yang diam (merambat)
Laju
perpindahan
kalor
secara
konduksi bergantung pada :
• Panjang L
• Luas penampang A
• Konduktivitas termal k atau jenis
bahan
• Beda suhu T
Oleh karena itu, banyak panas Q yang
dapat berpindah selama waktu t tertentu
ditulis dengan persamaan berikut :
H = kA atau Q = kAt
Makin besar nilai k suatu bahan, makin
mudah zat itu menghantarkan kalor.
Bahan konduktor mempunyai nilai k
besar, sedangkan bahan isolator
mempunyai nilai k kecil.
•
Konveksi
Yaitu perpindahan panas yang terjadi
antara permukaan dengan fluida yang
mengalir
disekitarnya,
dengan
menggunakan
media
penghantar
berupa fluida(cairan/gas). Perpindahan
panas konveksi terdiri dari tiga jenis,
yaitu konveksi paksa aliran dalam,
aliran luar, dan alamiah. Apabila
aliran
fluida
disebabkan
oleh
blower/fan maka disebut konveksi
paksa dan apabila disebabkan oleh
gradient massa jenis maka disebut
konveksi alamiah. Pada umumnya laju
perpindahan panas dapat dinyatakan
dengan hokum persamaan pendinginan
Newton,yaitu sebagai berikut
Q= h. A . (Ts - Tf )
Dimana,
Q= Laju perpindahan panas
(Watt)
h= Koefisien konveksi ( W / m2.
K)
A= Luas permukaan kolektor
surya m2
Ts= Temperatur plat ( K )
Tf= Temperatur fluida ( K )
•
Radiasi
Perpindahan panas yang terjadi karena
pancaran/ sinaran / radiasi gelombang
elektro -magnetik, tanpa memerlukan
media perantara. Pada proses radiasi,
energi termis diubah menjadi energi
radiasi. Energi ini termuat dalam
gelombang elektromagnetik, khususnya
daerah inframerah (700 nm - 100 µm).
Saat
gelombang
elektromagnetik
tersebut berinteraksi dengan materi
energi radiasi berubah menjadi energi
termal.
Untuk benda hitam, radiasi termal
yang dipancarkan per satuan waktu per
satuan luas pada temperatur T kelvin
adalah :
E = eσ T4.
Dimana
σ : konstanta Boltzmann : 5,67 x 10-8
W/ m2 K4.
e : emitansi (0 ≤ e ≤ 1)
56
POLI REKAYASA Volume 8, Nomor 2, April 2013
ISSN : 1858-3709
Panas Sensible adalah besaran panas
yang diperoleh atau hilang saat perubahan
suhu terjadi. Dapat dihitung dengan:
Dimana:
M= Massa (kg)
C= Panas Spesifik
= Perubahan temperatur
Panas spesifik (C) adalah jumlah kalor
yang
diperlukan
untuk
menaikkan
temperatur dari 1 gr massa bahan sebesar 1
Co
Gambar 1. Mekanisme perpindahan panas
Panas Laten
Suatu bahan biasanya mengalami
perubahan
temperatur
bila
terjadi
perpindahan panas antara bahan dengan
lingkungannya. Pada suatu situasi tertentu,
aliran
panas
ini
tidak
merubah
temperaturnya. Hal ini terjadi bila bahan
mengalami perubahan fasa. Misalnya padat
menjadi cair (mencair), cair menjadi uap
(mendidih) dan perubahan struktur kristal
(zat padat). Energi yang diperlukan disebut
kalor transformasi. Kalor yang diperlukan
untuk merubah fasa dari bahan bermassa m
adalah
Q=M L ,
Dimana :
L= panas laten
M= Massa
Gambar 2. Grafik perbedaan panas laten
dan panas sensible
Phase Change Material
Phase Change material adalah materi
yang mengalami perubahan fasa ketika
menyerap dan melepaskan panas (kalor
laten) dimana struktur atau susunan
kimianya tidak mengalami perubahan.
Prinsip kerja Phase cange material
adalah di temperatur ruang, material/PCM
berbentuk solid, kemudian saat diberi
panas, temperatur akan meningkat sampai
titik leleh PCM tercapai. Di temperatur ini,
panas yang diberikan tidak akan menaikkan
temperatur karena digunakan untuk
mengubah fasa PCM menjadi cair.
Gambar 3. Prinsip kerja PCM
Keuntungan menggunakan PCM adalah
mampu menyimpan panas dalam kapasitas
besar dengan volume material yang kecil
dan proses penyerapan dan pengeluaran
energi panas terjadi pada temperatur yang
hampir konstan [2]. Selain itu PCM juga
ramah
lingkungan
sehingga
tidak
membahayakan bagi penggunanya dan
57
POLI REKAYASA Volume 8, Nomor 2, April 2013
tidak menimbulkan polusi udara. Material
yang digunakan sebagai PCM harus
memiliki panas laten yang besar dan
konduktifitas termal yang tinggi. Material
ISSN : 1858-3709
phase change material ada beberapa jenis
diantaranya dapat dilihat pada skema
berikut:
Gambar 4. Tipe-Tipe PCM
(Sumber: Sharma et al. / Renewable and Sustainable Energy Reviews 13 (2009) 318–345)
[8]
Salah satu jenis Phase Ckange Material
(PCM) organik adalah parafin. Parafin
adalah merupakan hidrokarbon jenuh
dengan rantai terbuka dan merupakan
senyawa alkana. Parafin berbentuk lilin
pada suhu kamar. Komposisi dari setiap
anggota
senyawa
alkana
tersebut
menyesuaikan dengan rumus CnH2n+2,
yang mana n adalah jumlah atom karbon
dalam molekul.. Besarnya Titik leleh dan
panas laten tergantung dari jumlah rantai
ikatan molekul. Berikut table titik leleh
paraffin dan panas laten:
Tabel. 1 Titik cair parafin
METODOLOGI
Prinsip yang akan diterapkan untuk
menjaga tempratur kabin adalah disaat
58
POLI REKAYASA Volume 8, Nomor 2, April 2013
tempratur cabin meningkat parafin dan
gemuk akan menyerap panas dicabin.
Untuk parafin akan menjadi cair disaat suhu
cabin naik sementara di suhu dingin parafin
akan melepas panas ke kabin untuk
mengubah wujud ke padat kembali. Jadi
walaupun di mobil menggunakan AC akan
tetapi power yang dimanfaatkan tidaklah
terlalu besar untuk menstabilkan suhu cabin
sehingga tidak membutuhkan bahan bakar
yang banyak dan biaya operasional
pemakaian
mobil
sebagai
sarana
transportasi dapat ditekan.
Alat dan Bahan
Peralatan/ alat ukur yang digunakan untuk
penelitian ini adalah:
1. Laptop
2. Alat ukur Temperatur (thermometer
digitar indoor)
3. Mobil Kijang
4. Sensor temperatur
Adapun bahan-bahan yang digunakan
dalam penelitian ini adalah:
1. Gemuk/grease
2. Plat siku
3. Plat aluminium
4. Plastik packing
5. Styrofoam/ busa
6. Paraffin wax 30 kg
Sifat Fisik Paraffin wax:
• Melting : 40˚C - 53˚C
• Heat of fusion (hf) : 251
kJ/kg
• Cp (solid) :1,92 kJ/kg.K
• Cp (liquid) :3,26 kJ/kg.K
• k (solid) :0,514W/m.K
• k (liquid) :0,224W/m.K
• ρ (density) : 830 kg/m³
Tahapan Penelitian
Diagram alir dari pelaksanaan
penelitian adalah sebagai berikut:
ISSN : 1858-3709
Mulai
Pengambilan Data suhu
ruangan/kabin mobil
Pemilihan Material parafin
Pengepakan Parafin dengan plastic
berbentuk lembaran tipis
Pemasangan gemuk dan parafin
Pengujian tempratur
cabin mobil & Analisa
Tidak
Berhasil
Ya
Finishing instalasi plafon mobil
Selesai
Gambar 5. Diagram alir proses penelitian
Langkah-langkah yang dilakukan
untuk mengetahui pengaruh penggunaan
parafin dan gemuk pada plafon mobil dalam
menjaga suhu kabin mobil saat mobil
parkir di cuaca panas adalah:
1. Mengukur suhu di kabin mobil yang
diparkir menghadap matahari selama 2
jam. Data diambil dari jam 11.00- 13.00
Lokasi: Kota Padang Suhu 24 oC - 34oC
Tabel 2. data kenaikan suhu selama mobil
diparkir
Waktu
Suhu
No Jam
(Wib)
(menit)
(C)
(X)
(Y)
1 11.00
0
30
2 11.15
15
34
3 11.30
30
38
4 11.45
45
44
59
POLI REKAYASA Volume 8, Nomor 2, April 2013
5
6
7
8
9
12.00
12.15
12.30
12.45
13.00
60
75
90
105
120
46
50.8
50.8
49
47
ISSN : 1858-3709
yang berfungsi sebagai penyerap panas agar
suhu ruangan nyaman..
2. Desain plafon mobil
Adapun peletakan Parafin dan gemuk
pada plafon mobil adalah sebagai berikut
Nilai maksimum tempratur kabin pada
keadaan plafon tanpa lapisan paraffin
adalah 58.8 C
Gambar 8. Susunan peletakan parafin
dan gemuk pada lapisan plafon mobil
Gambar 6. Data max kabin non paraffin
Grafik hubungan waktu dengan kenaikan
suhu kabin saat diparkir menghadap
matahari dengan kondisi plafon belum
menggunakan paraffin dan gemuk
adalah sebagai berikut:
Gambar 7. Suhu kabin saat diparkir
sebelum Pemasangan Parafin dan gemuk
Dari grafik terlihat setelah mencapai
tempratur maksimal, penurunan suhu kabin
berjalan lambat karena panas yang ada
dikabin terperangkap dan tidak ada material
Perpindahan panas yang terjadi secara
radiasi dari cahaya matahari, konduksi
dari plat atap ke gemuk dan form busa
kemudian di ruang kabin terjadi aliran
panas secara konveksi.
Pada lapisan plafon akan berlaku Azas
Black. Kalor mengalir dari suhu tinggi
ke suhu rendah. Artinya, zat yang
suhunya tinggi akan melepaskan kalor
dan zat yang suhunya rendah akan
menerima kalor. Kalor yang dilepaskan
oleh zat yang bersuhu tinggi sama
dengan kalor yang diterima oleh zat
yang bersuhu rendah. Pernyataan ini
mula-mula dikemukakan oleh fisikawan
Inggris, Joseph Black (1728-1799),
sehingga dikenal sebagai asas Black.
Secara sederhana, azas Black dapat
dirumuskan sebagai berikut:
Qditerima Parafin = Q dari kabin + Q dari
lingkungan – Q yang diserap Gemuk dan
busa
Gemuk/ grease berbentuk kental
memiliki sifat dapat menyerap panas dan
menempel. Sementara itu parafin juga
dapat
menyerap
panas
dan
menyimpannya untuk mengubah fasa
parafin tersebut menjadi cair. Parafin
60
POLI REKAYASA Volume 8, Nomor 2, April 2013
dapat menyimpan panas dalam jumlah
yang besar karena panas latennya yang
tinggi. Parafin padat di bungkus dalam
plastik berbentuk lembaran tipis dan
tidak boleh bocor supaya parafin tidak
meleleh keluar plafon mobil.
3. Pemasangan
Pemasangan gemuk dioles pada plat atap
mobil secara merata, setelah itu ditutup
dengan busa tipis. Pemasangan parafin
dilakukan di plafon mobil dalam bentuk
lembaran tipis yang dipress dengan
plastic. Kemudian dilapisi dengan kulit
sintetis.
4. Pengujian
Setelah dilakukan pemasangan dilakukan
pengujian yaitu mengukur suhu kabin
mobil saat diparkir menghadap matahari
selama 2 jam. Data diambil dari jam
11.00- 13.00 Lokasi: Kota Padang Suhu
27 oC - 33oC.
Tabel 3. Hasil Pengujian Mengunakan
Parafin dan gemuk
Waktu
Suhu
No Jam
(Wib)
(menit)
(C)
(X)
(Y)
1
11.00
0
30
2
11.15
15
32
3
11.30
30
33
4
11.45
45
35
5
12.00
60
36
6
12.15
75
37
7
12.30
90
35
8
12.45
105
33
9
13.00
120
33
ISSN : 1858-3709
Gambar 9. Grafik hubungan Waktu
parkir dengan kenaikan suhu mobil
selama 120 menit
PEMBAHASAN
Terdapat perbedaan tempratur didalam
kabin mobil saat diparkir selama 2 jam
(antara jam 11.00 wib – Jam 13.00 wib).
Pada kasus tanpa menggunakan paraffin
dan gemuk pada lapisan plafon mobil suhu
maksimum di dalam kabin mencapai 50.8 C
Suhu ini sangat panas sekali jika kita masuk
kekabin mobil dan perlu menunggu
beberapa saat sebelum mengendarai mobil
dengan menciptakan sirkulasi udara ke
kabin dan menghidupkan AC maksimal
agar panas dikabin terserap sehingga suhu
kabin nyaman kembali.
Grafik hubungan waktu dengan kenaikan
suhu kabin saat diparkir menghadap
matahari dengan kondisi plafon sudah
menggunakan paraffin dan gemuk
adalah sebagai berikut:
Gambar 10. Perbandingan data suhu
kabin dengan menggunakan Parafin dan
non Parafin
61
POLI REKAYASA Volume 8, Nomor 2, April 2013
Sementara itu disaat menggunakan lapisan
paraffin dan gemuk pada plafon mobil suhu
maksimum di dalam kabin mobil hanya 37
C. Jadi setelah parkir kita tidak perlu lagi
menghidupkan AC dengan maksimal dan
membuka kaca untuk menstabilkan suhu
kabin mobil.
Dari grafik diatas dapat dianalisa suhu
maksimal saat menggunakan parafin adalah
37 C dan dicapai pada saat jam 12.15 Wib
dimana matahari sedang diatas saat panas
maksimal. Kemudian turun dan bertahan
pada 34 C. Penggunaan parafin dan gemuk
dapat mengelola suhu kabin mobil saat
diparkir. Dibandingkan dengan tanpa
paraffin dan gemuk karena panas yang
terdapat dikabin diserap oleh paraffin untuk
mengubah wujudnya jadi cair (panas laten)
sementara itu panas dari cahaya matahari
diterima oleh plat atap mobil dan
dipindahkan secara konduksi ke gemuk.
Panas akan diserap oleh gemuk.
SIMPULAN
Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan
sebagai berikut dengan menggunakan
parafin dan gemuk sebagai lapisan plafon
mobil dapat mengelola suhu kabin mobil
yaitu terjadinya penurunan suhu maksimal
yaitu dari 50,8C menjadi 37 C hal ini
disebabkan oleh panas yang terdapat
dikabin diserap oleh gemuk dan parafin.
Parafin dapat menyimpan panas dalam
jumlah yang besar karena titik lelehnya
yang rendah dan panas latennya yang
tinggi. Sehingga panas yang diserap
digunakan untuk perubahan wujud parafin
menjadi cair.
Penggunaan Parafin dan gemuk sebagai
penyerap
panas
memiliki
beberapa
keuntungan diantaranya adalah menghemat
bahan bakar dan menekan emisi CO2 yang
disebabkan
oleh
pemakaian
Air
conditioning sebagai penyerap panas.
SARAN
Material Phase Change Material sangat
banyak jenisnya, untuk mendapatkan hasil
ISSN : 1858-3709
yang maksimal dapat mencoba beberapa
jenis material PCM dan menambahkannya
dengan material tertentu yang dapat
meningkatkan
kinerja
PCM
dalam
mengelola tempratur kabin mobil.
DAFTAR PUSTAKA
A. Grundstein, V. Meentemeyer, J. Dowd,
“Maximum
vehicle
cabin
temperatures
under
different
meteorological conditions,” Int. J.
Biometeorol, vol. 53, pp. 255-261,
2009.
Arasu.A.V, Agus P. Sasmito, Arun S.
Mujamdar
(2011):
Numerical
Performance Study Of Parafin Wax
Dispersed With Alumina In A
Concentric Pipe Latent Heat Storage
System
Code of Federal Regulations, Title 40:
Protection of environment, Section
600.315-82_Classes of comparable
automobiles
K. Yamashita, T. Kuroda, Y. Tochihara, T.
Shibukawa,
Y.
Kondo,
H.
Nagayama,
“Evaluation
of
summertime thermal comfort in
automobiles,”
Environmental
Ergonomics, pp. 299–303, 2005.
Lippsmeier, Georg (1994), Tropenbau
Building in the Tropics, Bangunan
Tropis (terj.), Jakarta: Erlangga
Morgan, Michael J. Termodinamika Teknik
Jilid I. Jakarta:Erlangga. 2004.
Pudjiastuti, wiwiek, Hendartini, “Sistem
Distribusi Menggunakan Cold Roll
Box (Crb) Dengan Phase Change
Materials
(PCMs)
Untuk
Mempertahankan Kesegaran Produk
Pertanian” Balai Besar Kimia dan
Kemasan,
Kementerian
Perindustrian. 2012.
62
POLI REKAYASA Volume 8, Nomor 2, April 2013
ISSN : 1858-3709
Sharma A, V.V. Tyagi, C.R. Chen D.
Buddhi (2009): Review on thermal
energy storage with phase change
materials
and
applications,
Renewable and Sustainable Energy
Reviews, 13, 318–345
Sadrameli, Jamekhorshid, “ Application Of
PCM
in Maintaining Confort
Temprature inside Automobile”
2012
63