PENENTUAN NILAI
HEAT LOSS
PADA TANAMAN KENTANG,
MANUSIA DAN DOMBA MENGGUNAKAN
VISUAL BASIC
PADA
MICROSOFT EXCEL
DETERMINATION OF HEAT LOSS VALUE ON POTATO CROP,
HUMANS AND SHEEP USING VISUAL BASIC IN MICROSOFT
EXCEL
Alfandias Seysna Putra1, Muhamad Ridwan2, Fajar Ramadani H3, Muhammad Al Fath Noor R4
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan Fakultas Teknologi Pertanian
Jln. Kamper, Kampus IPB Dramaga Bogor, 16680.
muhamadridwansil49@gmail.com2
Abstrak: Perpindahan panas terjadi karena adanya perbedaan temperatur dan panas mengalir dari benda bertemperatur tinggi ke benda bertemperatur lebih rendah. Perpindahan panas tejadi dengan tiga cara, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan nilai heat loss pada beberapa objek dengan data pengukuran dari lapangan selama 24 (dua puluh empat) jam. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Komputer Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor. Penelitian ini merupakan pemecahan permasalahan konduktansi panas dan massa khususnya mengenai heat loss pada beberapa komponen. Kehilangan panas yang terjadi sepanjang hari diakibatkan oleh keadaan suhu yang berubah. Kehilangan panas terbesar relatif terjadi pada malam hari saat suhunya rendah sedangkan kehilangan panas terkecil terjadi pada siang hari saat suhunya tinggi. Heat loss pada ladang kentang dan domba sangat tinggi pada malam hari berbeda dengan siang hari yang memiliki nilai heat loss sangat kecil.
Kata kunci: Domba, heat loss, ladang kentang, perpindahan panas
Abstract: Heat transfer occurs due to temperature differences and heat flows from a high temperature to a lower temperature object. Heat transfer occurs in three ways, they are conduction, convection, and radiation. This study aims to determine the value of heat loss on some object with measurement data from the field for 24 (twenty four) hours. This research was conducted at the Computer Laboratory Department of Civil and Environmental Engineering, Bogor Agricultural University. This study is a problem-solving heat and mass conductance particularly regarding heat loss on some components. Heat loss that occurs throughout the day due to the ambient temperature changes. Greatest heat loss relative to happen at night when the temperature is low while the smallest heat loss occurs during the day when the temperature is high. Heat loss in potato crops and sheep is very high at night and different from the daytime heat loss that has very little value.
Keywords: Heat loss, heat transfer, potato crops, sheep
PENDAHULUAN
menurunkan daya konsentrasi pekerja, gerakan-gerakan sering salah, gemetar dan menurunkan kekutan otot. Lingkungan yang tidak nyaman bisa terjadi kepada hewan, sebagai contoh di kandang hewan ternak. Produktivitas dari hewan ternak dipengaruhi juga oleh kenyamanan dari kandang itu sendiri.
Perpindahan panas terjadi karena adanya perbedaan temperatur dan panas mengalir dari benda bertemperatur tinggi ke benda bertemperatur lebih rendah. Perpindahan panas tejadi dengan tiga cara, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Konduksi didefinisikan sebagai perpindahan panas yang terjadi melalui medium yang diam, misalnya perpindahan panas di dalam benda padat. Sedang konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi antara suatu permukaan dengan fluida yang bergerak karena adanya gradien temperatur yang disebabkan perbedaan rapat massa, misalnya dari plat ke udara. Radiasi didefinisikan sebagai perpindahan panas antara dua benda lewat pancaran gelombang elektromagnetik dan tidak membutuhkan medium perantara seperti panas sinar matahari yang sampai ke bumi (Sarto, Soehendro, Bendiyasa, dan Rochmadi 2010). Dalam kenyataannya, perpindahan panas yang terjadi merupakan gabungan antara ketiganya. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan nilai heat loss pada beberapa objek dengan data pengukuran dari lapangan selama 24 (dua puluh empat) jam.
METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Komputer Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor. Penelitian ini merupakan pemecahan permasalahan konduktansi panas dan massa khususnya mengenai heat loss pada beberapa komponen yang dijadikan sebagai objek, yaitu tanaman (ladang) kentang, manusia dan domba. Penelitian ini menggunakan program visual basic yang tersedia di PC / laptop sebagai alat bantu dalam perhitungan nilai heat loss dan data pengukuran di lapangan berupa suhu udara lingkungan (Ta) dan kecepatan angin (u). Penelitian ini dimulai dengan penyiapan alat yang akan digunakan serta data yang diperoleh di lapangan. Setelah data disiapkan, program visual basic yang terdapat pada Microsoft Excel dijalankan. Program dijalankan dengan memasukkan kodingan berupa persamaan untuk secara otomatis mengetahui / mengolah data dan mendapatkan nilai akhir berupa heat loss pada masing-masing komponen. Heat loss
dapat ditentukan dengan penentuan terlebih dahulu nilai kecepatan friksi (U*), kecepatan pada ketinggian tertentu (U(h)) dan konduktansi (gH). Persamaan dalam mencari nilai tersbut dapat dilihat di bawah ini.
Nilai kecepatan angin friksi (U*):
U* = (Uz * 0.4) / Ln((Z - d) / zm)……….(1) Nilai kecepatan anginpada ketinggian tertentu (U(h)):
U(h) = (Ufr / 0.4) * Ln((hk - d) / zm)………(2) Nilai konduktansi (gH):
Pada ladang kentang:
gH = (0.4 ^ 2) * p * (U(h)) / ((Ln((hk - d) / zm)) * ((Ln(hk - d)) / zm)….(3) Pada orang di dalam ruangan (indoor):
Pada orang di luar ruangan (outdoor):
gH = 0.135 * (Abs(U(h) / d) ^ 0.5)………(5) Pada domba:
gH = 240 * (U(h)) ^ 0.6 * (d) ^ -0.4……..(6) Nilai heat loss (H):
Pada ladang kentang:
H = gH * (Tk - Ta) * Cp………(7) Pada orang di dalam ruangan, orang di luar ruangan dan domba:
H = gH * Cp * (Ts - Ta)………...(8) Keterangan:
U* : Kecepatan angin friksi
U(h) : Kecepatan angin pada ketinggian tertentu gH : Konduktansi
H : Heat loss
Uz : Kecepatan angin pada kanopi Z : Ketinggian parameter terukur d : Zero plane displacement
zm : Ketinggian momentum hk : ketinggian kanopi Ts : Suhu tubuh manusia Ta : Suhu aktual lingkungan Cp : Ketinggian panas molar
Setelah semua data didapatkan beserta nilai heat loss, grafik hubungan antara waktu dengan heat loss dibuat pada masing-masing komponen dan temperatur terhadap heat loss.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan hasil pengujian terhadap suhu udara selama 24 jam di lapangan Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, didapat data pengukuran berupa suhu udara aktual (Ta) seperti tertera pada Lampiran 1 dan Lampiran 2. Data diambil pada hari Sabtu tanggal 20 September 2014. Pengukuran suhu dilakukan pada tanah dengan kedalaman 0 cm. Berdasarkan hasil pengukuran didapat suhu maksimum sebesar 44.8 pada pukul 12:30 WIB dan suhu minimum sebesar 24.4 pada pukul 23:30 WIB. Suhu maksimum terjadi pada siang hari tepatnya tengah hari karena adanya penyinaran maksimum oleh matahari. Suhu minimum terjadi pada malam hari karena adanya pengembunan maksimal dan pelepasan kalor ke lingkungan sehingga dapat menurunkan suhu lingkungan. Adanya penerimaan / pelepasan kalor ke lingkungan memungkinan panas/kalor menjadi hilang (heat loss). Berikut adalah contoh perhitungan untuk memperoleh nilai heat loss.
Contoh perhitungan (kondisi suhu udara 25°C):
Ladang Kentang
= 0,561783 m/s
Konduktansi total (gH)
= (0,42 × 40.5 × 0,561783) / {[ln (0,5-0,325) / 0,05] [ln (0,5-0,325) / 0,01]}
= 2,31956 mol/m2s
Heat loss (H) = 2,31956 x (32-25) × 29,3 = 475,7418 W/m2
Orang Indoor
Konduktansi = 0,05 × [(33-25) / 0,325] 0,25 = 0,111371 mol/m2s
Heat loss = 0.111371 × (33-25) x 29,3 = 26,10533 W/m2
Orang Outdoor
Konduktansi = 0,135 × (0.561783 / 0,325)0,5 = 0,177491 mol/m2s
Heat loss = 0,177491 × (33-25) x 29,3 = 41,60389 W/m2
Domba
Kecepatan angin pada ketinggian= 0, 179374 / 0,4 × ln (0,6-0,325) / 0,05
= 0.764469 m/s
Konduktansi = 240 * 0,5617830.6 * 0.325-0.4 = 266.1944 mol/m2s
Heat loss = 266.1944× (33-25) x 29,3 = 55,51097 W/m2
Nilai heat loss pada masing-masing komponen, yaitu ladang kentang, orang di dalam ruangan (indoor), orang di luar ruangan (outdoor) dan domba dicari menggunakan data sifat fisik yang telah disediakan. Hasil perhitungan pada masing-masing komponen dilampirkan pada Lampiran 1 dan Lampiran 2. Setelah dicari heat loss pada masing-masing komponen, kemudian dibuat kurva hubungan heat loss
terhadap waktu. Gambar di bawah ini adalah kurva hubungan heat loss terhadap waktu pada ladang kentang.
0:00 4:48 9:36 14:24 19:12 0:00
-1500 -1000 -500 0 500 1000
Ladang Kentang
Waktu (Jam)
H
e
a
t
L
o
s
s
(
O
C
)
Gambar 1 Hubungan Heat Loss terhadap waktu pada ladang kentang
gelombang panjang terjadi pada malam hari. Nilai Heat loss minimum terjadi sekitar pukul 12.30 waktu setempat dan menunjukkan penyerapan panas matahari berupa kalor oleh tanah dan tersimpan di dalamnya pada siang hari sehingga pelepasan kalor sangat kecil dibandingkan dengan penyerapan kalor. Konduktansi yang dimiliki pada ladang kentang merupakan proses aliran turbulen atau disebut juga proses Eddy diffusion. Komponen ladang kentang berada di tempat terbuka pada lapisan permukaan atmosfer sehingga konduktansi yang dimiliki dipengaruhi oleh gaya luar seperti kecepatan angin, ketinggian yang terukur, ketinggian canopy, zero plane displacement, ketinggian momentum, dan ketinggian panas. Stabilitas atmosfer juga memiliki efek untuk mempengaruhi nilai konduktansi.
0:00 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36 0:00
Gambar 2 Hubungan Heat Loss terhadap waktu pada orang indoor
Berdasarkan Gambar 2, nilai Heat loss maksimum terjadi sekitar pukul 23.30 waktu setempat yang menunjukkan kehilangan panas yang tinggi sebagai akibat penyesuaian suhu tubuh terhadap rendahnya suhu lingkungan pada malam hari. Nilai
Heat loss minimum terjadi sekitar pukul 12.30 waktu setempat dan menunjukkan penerimaan panas matahari berupa kalor lebih besar dibandingkan dengan pelepasan kalor. Proses konduktansi pada orang di indoor terjadi secara konveksi bebas yaitu perpindahan panas diantara badan orang tersebut dengan fluida menyebabkan terjadinya perbedaan kerapatan pada zat fluida. Gaya luar tidak mempengaruhi konduktansi yang terjadi karena berada di dalam ruangan sehingga konduktansi hanya dipengaruhi oleh perbedaan suhu dan nilai zero plane displacement.
Gambar 3 Hubungan Heat Loss terhadap waktu pada orang outdoor
Berdasarkan Gambar 3, nilai Heat loss maksimum terjadi sekitar pukul 22.30 waktu setempat yang menunjukkan kehilangan panas yang tinggi sebagai akibat penyesuaian suhu tubuh terhadap rendahnya suhu lingkungan pada malam hari. Nilai
Heat loss minimum terjadi sekitar pukul 12.00 waktu setempat dan menunjukkan penerimaan panas matahari berupa kalor lebih besar dibangingkan dengan pelepasan kalor. Proses konduktansi pada orang di outdoor yang terjadi secara forced convection yaitu perpindahan zat fluida yang melewati suatu permukaan akibat dari gaya luar seperti angin. Adanya gaya luar membuat nilai konduktansi pada orang outdoor dipengaruhi oleh kecepatan angin dan nilai zero plane displacement.
0:00 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36 0:00
Gambar 4 Hubungan Heat Loss terhadap waktu pada domba
Berdasarkan Gambar 4, nilai Heat loss maksimum pada domba terjadi sekitar pukul 22.30 waktu setempat yang menunjukkan kehilangan panas yang tinggi sebagai akibat penyesuaian suhu tubuh terhadap rendahnya suhu lingkungan pada malam hari. Nilai Heat loss minimum terjadi sekitar pukul 12.00 waktu setempat dan menunjukkan penerimaan panas matahari berupa kalor lebih besar dibangingkan dengan pelepasan kalor. Proses konduktansi pada domba terjadi secara konduksi atau diffusi yang berdasarkan bentuk dan ukuran hewan tersebut. Nilai konduktansi pada domba dipengaruhi oleh kecepatan angin dan zero plane displacement.
Perbedaan yang terlihat pada gambar 1, gambar 2, gambar 3, dan gambar 4 menunjukkan bahwa Heat loss yang terjadi pada ladang kentang dan domba lebih besar dibandingkan nilai Heat loss pada orang indoor dan orang outdoor. Heat loss
loss dengan jalan melakukan pertukaran panas melalui permukaan kulit (sweating) atau melalui pertukaran panas di sepanjang saluran pernapasan (painting) (Purwanto 1993) dan sebagian melalui feses dan urin (McDowell 1972).
0:00 4:48 9:36 14:24 19:12 0:00
-100000
Gambar 5 Hubungan Heat Loss dan temperatur terhadap waktu setiap komponen
Berdasarkan Gambar 5, kehilangan panas yang terjadi sepanjang hari diakibatkan oleh keadaan suhu yang berubah. Kehilangan panas terbesar relatif terjadi pada malam hari saat suhunya rendah sedangkan kehilangan panas terkecil terjadi pada siang hari saat suhunya tinggi. Hal ini mengindikasikan hubungan suhu dan kehilangan panas yang berbanding terbalik yang turut disebabkan adanya faktor penyinaran matahari yang dapat meningkatkan suhu. Kehilangan panas terjadi naik dan turun (fluktuatif) sepanjang hari pada empat komponen tersebut. Kehilangan panas juga dipengaruhi oleh ketebalan kulit dan jumlah panas yang diterimanya baik siang maupun malam hari.
Suhu berpengaruh dalam menentukan nilai heat loss setiap komponen. Selisih suhu objek dengan suhu aktual di udara berbanding lurus dengan nilai heat loss yang terjadi. Ladang jagung menggunakan suhu canopy sebagai suhu objek, untuk orang
indoor dan outdoor menggunakan suhu tubuh manusia sebagai suhu objek dan untuk domba menggunakan suhu tubuh domba sebagai suhu objek. Selain suhu nilai heat loss juga akan dipengaruhi nilai konduktansi (gH) setiap komponen dan nilai ketinggian panas molar (Cp).
KESIMPULAN
Heatloss yang terjadi pada ladang kentang dan domba nilainya lebih besar dibandingkan nilai heatloss pada orang indoor dan orang outdoor. Heat loss pada ladang kentang dan domba sangat tinggi pada malam hari berbeda dengan siang hari yang memiliki nilai heat loss sangat kecil. Heat loss maksimum yang terjadi di ladang kentang yaitu 763,903 W/m2 pada pukul 22.30, sedangkan minimum -926,277
tertingginya yaitu 83.870,7 W/m2 pada pukul 22.30 sedangkan heat loss minimum
-95.565,9 W/m2 terjadi pada pukul 12.30. Heat loss yang terjadi pada orang indoor
dan outdoor tidak terlalu jauh perbedaannya. Heat loss pada orang di dalam ruangan (indoor) mencapai maksimum pada pukul 23.30 yaitu 28,57 W/m2 dan minimum
pada pukul 12.30 yaitu -42,43 W/m2. Heat loss yang terjadi pada orang indoor dan
outdoor tidak terlalu jauh perbedaannya. Heat loss orang indoor mencapai maksimum pada pukul 22.30 yaitu 53,56 W/m2 dan minimum pada pukul 12.00 yaitu -68,22
W/m2.
DAFTAR PUSTAKA
Handoyo, Ekadewi Anggraini. 2001. Pengaruh tebal isolasi termal terhadap efektivitas plate heat exchanger. Jurnal Teknik Mesin. Fakultas Teknologi Industri Universitas Petra.
McDowell, R. E. 1972. Improvement of Lifestock Production in Warm Climate. W.H. Freeman and Company, San Fransisco. p. 1-128
Purwanto, B. P. 1993. Heat and Energy Balance in Dairy Cattle Under High Environmental Temperature. Doctoral Thesis, Hiroshima University.
LAMPIRAN 1 HASIL PERHITUNGAN PADA LADANG
KENTANG DAN MANUSIA DI DALAM RUANGAN (
INDOOR
)
Data Pengukuran Ladang Kentang Manusia di Indoor
Waktu Ta U(z) U* U(h) gH H gH H
23:30 24.4 1.35368 0.154198 0.482933 1.993994 444.0227 0.113403 28.57524
LAMPIRAN 2 HASIL PERHITUNGAN MANUSIA DI LUAR
RUANGAN (
OUTDOOR
) DAN DOMBA
Data Pengukuran Orang Outdoor Domba
Waktu Ta U(z) gH H U(zs) gH H
0:00 25.7 1.9466 0.19734 42.20911 0.945015 302.3057 64660.16
0:30 25.4 1.5176 0.174243 38.8005 0.736748 260.3602 57977.02
1:00 25.2 1.506 0.173576 39.66908 0.731117 259.1643 59229.42
1:30 25 1.5747 0.177491 41.60389 0.764469 266.1944 62395.97
2:00 24.9 1.7421 0.186687 44.30641 0.845736 282.8291 67123.83
2:30 24.9 2.3008 0.214544 50.91778 1.116968 334.2009 79315.9
3:00 25.2 1.8151 0.190558 43.55017 0.881176 289.8816 66249.53
3:30 25.3 2.2525 0.21228 47.89257 1.09352 329.9736 74445.34
4:00 25.2 1.7622 0.187761 42.91086 0.855494 284.7826 65084.21
4:30 25 1.888 0.194347 45.55499 0.916566 296.812 69572.73
5:00 24.7 1.9616 0.198099 48.17573 0.952297 303.7012 73857.1
5:30 24.6 1.3056 0.161615 39.77676 0.633829 237.8846 58548.16
6:00 24.6 1.262 0.158894 39.10695 0.612662 233.0858 57367.08
6:30 24.5 0.99001 0.140733 35.04965 0.48062 201.4949 50182.3
7:00 25 1.0011 0.141519 33.17216 0.486003 202.8461 47547.13
7:30 25.6 1.0843 0.147283 31.93386 0.526395 212.7992 46139.12
8:00 26.4 1.2327 0.157038 30.3681 0.598438 229.8236 44443.3
8:30 27.5 1.5663 0.177017 28.52628 0.760391 265.3415 42759.79
9:00 31.2 2.0217 0.201111 10.60659 0.981474 309.2504 16309.87
9:30 35 2.1704 0.208376 -12.2108 1.053663 322.7038 -18910.4
10:00 37.7 2.1486 0.207327 -28.551 1.04308 320.7551 -44171.2
10:30 39.5 1.8863 0.19426 -36.9968 0.915741 296.6516 -56497.3
11:00 41.2 2.1621 0.207977 -49.9686 1.049634 321.9628 -77354.8 11:30 43.7 1.6677 0.182657 -57.2648 0.809617 275.5187 -86377.9
12:00 44.3 2.1222 0.206049 -68.2208 1.030263 318.3846 -105414
12:30 44.8 1.6767 0.183149 -63.322 0.813987 276.4098 -95565.9
13:00 42.4 1.6309 0.18063 -49.7493 0.791752 271.8546 -74874.2
13:30 40.5 2.1765 0.208668 -45.8549 1.056624 323.2477 -71033.7 14:00 40.4 1.5862 0.178138 -38.6239 0.770052 267.3591 -57968.8 14:30 35.6 0.88236 0.132862 -10.1214 0.428359 188.0476 -14325.5
15:00 31 0.93179 0.136533 8.000811 0.452356 194.2992 11385.94
15:30 29.5 1.469 0.171431 17.58021 0.713155 255.325 26183.58
16:00 29 1.1359 0.150747 17.6675 0.551445 218.8186 25645.55
16:30 28.4 1.2062 0.155341 20.93691 0.585573 226.8464 30574.36 17:00 27.9 1.1705 0.153025 22.86656 0.568242 222.7938 33292.08 17:30 27.4 1.0635 0.145863 23.93326 0.516297 210.3404 34512.66 18:00 26.8 0.71866 0.119906 21.78203 0.348887 166.2625 30203.25 18:30 26.3 1.0824 0.147154 28.88775 0.525472 212.5754 41730.67
19:00 26 0.71386 0.119504 24.51035 0.346557 165.5953 33963.6
19:30 25.8 1.271 0.159459 33.63956 0.617032 234.0818 49381.89
