kompor induksi

2.1. Definisi Perpindahan Panas (Heat Transfer)

Perpindahan panas adalah proses perpindahan energi yang diakibatkan oleh perbedaan temperatur dalam sebuah sistem atau dua buah sistem yang saling berhubungan. Sering kali kita menemukan istilah sistem, dimana sitem adalah segala sesuatu yang ingin dipelajari. Sistem dapat berupa zat padat, fluida (cair dan gas), atau campuran (cairan, gas dan padat).

2.2. Aplikasi Heat Transfer

Banyak ilmuan, insinyur, maupun perancang menggunakan prinsip-prinsip perpindahan panas (Heat Transfer) untuk menganalisis dan merancang sesuatu sesuai kebutuhan manusia. Berbagai aplikasi teknik yang menunjukkan pentingnya prinsip-prinsip perpindahan panas tampak dalam gambar 2.1 di bawah ini.

gambar 2.1. Aplikasi Heat Transfer pada Kompor Induksi

Mereka berupaya untuk memperbaiki rancangan dan meningkatkan kinerja yang dapat diukur melalui berbagai faktor seperti peningkatan kualitas produk yang diinginkan, pengurangan konsumsi sumber daya alam yang semakin menipis, pengurangan biaya total, atau dampak negatif terhadap lingkungan.

Prinsip-prinsip perpindahan panas memainkan peranan penting untuk mencapai tujuan ini. Menyangkut pembahasan yang ada, Kompor induksi adalah kompor yang bekerja akibat efek induksi yang diakibatkan oleh arus listrik yang melewati kumparan yang ada dalam kompor tersebut. Sama seperti kompor listrik biasa, kompor induksi juga menggunakan energi listrik. Perbedaannya terletak dari cara kerjanya. Kompor listrik biasa menggunakan filamen untuk menghasilkan panas, sedangkan kompor induksi menggunakan alat masak itu sendiri (panci atau kuali) untuk menghasilkan panas.

Cara kerja kompor induksi elektromagnetik:

· Magnet akan mengaktifkan pemanas, dan dengan teknologi microchip, tingkat panas yang diinginkan dapat ditentukan pengguna dan dalam waktu relatif singkat.

· Kalau kawat konduktor dialiri arus listrik, maka di sekelilingnya akan terbentuk
garis gaya magnet.

· Jika kawat konduktor itu dibentuk kumparan dan di dekatnya diletakkan materi
yang dapat menghantarkan listrik (biasanya logam), maka logam tersebut akan
menerima pengaruh garis gaya magnet lalu di dalam logam tersebut akan mengalir arus eddy

· Nah, setiap logam biasanya memiliki hambatan listrik, dan arus yang mengalir dalam logam tersebut akan menghasilkan joule heating sebesar P = I^2 × R,
dimana P adalah daya, I untuk arus, dan R untuk hambatan, daya inilah yang keluar sebagai panas dan proses yang berlangsung dinamai pemanasan lewat induksi.

Kelebihan Kompor Induksi:
1. Bertenaga (Powerful) dan Efisien

Pada kompor IH, energi yang terbuang hampir tidak ada, pengubahan energi listrik ke panas berlangsung dengan efektif. Sehingga dengan daya listrik lebih kecil, kompor IH mampu mendidihkan air lebih cepat dari kompor gas. Tapi, jika dibandingkan dengan sistem pembakaran seperti pada kompor gas yang menyebabkan daerah sekeliling panci juga ikut panas, sistem IH hanya memanaskan daerah sekitar alas. sehingga akan ada beberapa jenis masakan yang kurang cocok jika menggunakan sistem IH ini. kesimpulannya adalah: efektifitas panas yang dihasilkan di sini tidak selalu disertai dengan efektifitas dalam proses memasak.

2. Tidak mengeluarkan api

Berbeda dengan pemanasan yang menggunakan api, sistem IH yang tidak menggunakan api ini menghasilkan kemungkinan terjadi kecelakaan luka bakar yang rendah dan tingkat keamanan yang tinggi. selain itu, proses ini juga tidak memanaskan udara di sekitarnya, sehingga orang yang sedang berada di dekat alat masak IH tidak akan merasa kepanasan.

3. Mudah dalam mengatur temperatur

Melalui pengaturan jumlah arus listrik yang mengalir di kumparan, tingkat kepanasan IH dapat dengan mudah disesuaikan dengan panas yang dibutuhkan.

4. Tingkat keamanan yang tinggi

Hal ini sesuai dengan keuntungan nomer 2 di atas, karena tidak mengeluarkan api resiko luka bakar hampir tak ada. Resiko kebakaran karena jilatan api yang menari-nari karena angin jugabisa dikatakan mendekati nol. Selain itu, dalam keadaan kumparan teraliri arus listrik, permukaan IH tidak akan terasa panas jika disentuh dengan jari yang hanya akan teraliri listrik dalam jumlah kecil (dalam kondisi tidak sedang menggunakan logam seperti cincin, gelang. Tidak adanya proses pembakaran menyebabkan tidak adanya risiko terjadinya kekurangan oksigen dalam ruangan.

5. Ekonomis

Dengan kemampuan tak jauh berbeda dengan kompor gas, kompor IH memerlukan lebih sedikit energi untuk keperluan yang sama sehingga tagihan listrik juga lebih murah.

Meski kelebihannya banyak, tidak semua panci/wajan bisa dipakai dengan kompor ini. Menurut persamaan di atas, semakin besar hambatan semakin besar pula daya yang dihasilkan. Makanya logam berhambatan listrik rendah seperti aluminium (yang cepat panas-> cocok buat bikin mie instant!!) tidak cocok dipakai untuk kompor ini .

2.3. Modus (Mekanisme) Perpindahan Panas

Istilah-istilah yang digunakan untuk menyatakan tiga modus perpindahan panas, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Ke-3 modus perpindahan panas tersebut dapat kita lihat dalam penjelasan seperti dibawah ini.

2.3.1. Perpindahan Panas Konduksi

Jika pada suatu benda terdapat gradient suhu (temperature gradient), maka menurut pengalaman akan terjadi perpindahan energi dari bagian bersuhu tinggi ke bagian bersuhu rendah. Kita katakan bahwa energi berpindah secara konduksi (conduction) dan laju perpindahan panas itu berbanding dengan gradient suhu normal, maka:

dimana q ialah laju perpindahan panas dalam satuan Watt dan merupakan gradient suhu kearah perpindahan panas dalam satuan °C/m. Konstanta positif k disebut konduktivitas termal (thermal conductivity) benda itu dalam satuan W/m.°C, sedangkan tanda minus diselipkan agar memenuhi hukum kedua termodinamika, yaitu bahwa kalor mengalir ke tempat yang lebih rendah dalam skala suhu, sebagaimana juga ditunjukkan dalam sistem koordinat pada Gambar 2.2. Persamaan (2-1) disebut hukum Fourier tentang konduksi kalor.

T

Profil suhu

qx

x

gambar 2.2. Bagan yang menunjukkan arah aliran kalor

Konduktivitas Termal (k)

Persamaan (2-1) merupakan persamaan dasar tentang konduktivitas termal. Konduktivitas termal (k) yaitu sifat dari bahan yang menunjukkan kemampuan menghantarkan panas. Nilai konduktivitas termal beberapa material diperlihatkan dalam Tabel 2.1.

Tabel 2.1. Konduktivitas termal berbagai material pada 0°C

Pada umumnya konduktivitas termal itu sangat tergantung pada temperatur.

2.3.2. Perpindahan Panas Konveksi

Perpindahan panas konveksi yaitu modus perpindahan panas antar dua medium yang disertai pergeseran partikel yang diakibatkan oleh energi dari luar maupun perbedaan massa jenis medium itu sendiri. Perhatikanlah pelat panas seperti pada gambar 2.3.

T∞ Arus bebas

u∞

Aliran

u q

T_w

Gambar 2.3. Perpindahan panas konveksi dari suatu pelat

Suhu pelat ialah T_w, dan suhu fluida T_∞. Kecepatan aliran fluida seperti tergambar, yaitu nol pada permukaan pelat akibat aksi kental viskos (vicous action). Oleh karena kecepatan lapisan fluida pada dinding adalah nol, maka disini kalor hanya dapat berpindah dengan cara konduksi saja. Jadi kita dapat menghitung perpindahan kalor, yaitu dengan persamaan (2-1), dengan menggunakan konduktivitas termal fluida dan gradien suhu fluida pada dinding. Jika kalor mengalir dengan cara konveksi pada lapisan pelat ke fluida, maka untuk menyelesaikan permasalahan ini kita gunakan persamaan (2-2) perpindahan panas konveksi (q_c).

Di sini laju perpindahan panas dihubungkan dengan beda suhu menyeluruh antara dinding dan fluida, dan luas permukaan A. Besaran h disebut koefisien perpindahan panas konveksi (convention heat transfer coefficient).

Koifisien perpindahan panas konveksi kadang-kadang disebut konduktans film (film conductance) karena hubungannya dengan proses konduksi pada lapisan fluida diam yang tipis pada permukaan dinding. Dari persamaan (2-2) dapat kita lihat bahwa satuan h ialah watt per meter persegi derajat Celcius apabila aliran panas dalam watt.

Dari pembahasan di atas, dapatlah diharapkan bahwa perpindahan panas konveksi bergantung kepada viskositas fluida di samping ketergantungannya kepada sifat-sifat termal fluida itu (konduktivitas termal, kalor spesifik, densitas).

Hal ini dapat dimengerti karena viskositas mempengaruhi profil kecepatan, dan karena itu mempengaruhi laju perpindahan energi di daerah dinding.

Jika suatu pelat panas dibiarkan berada di udara sekitar tanpa ada sumber energi dari luar, maka udara itu akan bergerak sebagai akibat terjadinya gradient densitas didekat pelat itu. Peristiwa ini dinamakan konveksi alamiah (natural convection) atau konveksi bebas (free convection) untuk membedakannya dari konveksi paksa (forced convection) yang terjadi apabila udara itu dihembuskan di atas pelat itu dengan alat sebagai media transfer. Nilai kira-kira koevisien perpindahan panas konveksi ditunjukan pada tabel 2.2.

Tabel 2.2. Nilai koefisien perpindahan panas konveksi

2.3.3 Perpindahan Panas Radiasi

Berlainan dengan mekanisme konduksi dan konveksi, di mana perpindahan energi terjadi melalui bahan antara, panas juga dapat berpindah melalui daerah-daerah hampa. Mekanismenya di sini adalah sinaran elektromagnetik. Pembahasan termodinamika menunjukkan bahwa radiator (penyinar) ideal, benda hitam (black body), memancarkan energi dengan laju yang sebanding dengan pangkat empat suhu absolut dan berbanding langsung dengan luas permukaan. Jadi,

di mana σ ialah konstanta proporsionalitas dan disebut konstanta Stefan-Boltzmann dengan nilai 5,669 × 10^-8 W/m².K⁴. Persamaan (2-3) disebut hukum Stefan-Boltzmann tentang radiasi termal, dan berlaku hanya untuk benda hitam. Perlu dicatat bahwa persamaan ini hanya berlaku untuk radiasi termal saja.