## Penggunaan Perangkat Lunak Energy2D dalam Mempelajari Konduktivitas Panas Pada Plastik
B. Budiana * , Rifaldi Dwi Priana * , Xena Mutiara Sinurat * , Canderif Amsal Oloan Silaban *
* Politeknik Negeri Batam Jurusan Teknik Elektro
Jalan Ahmad Yani, Teluk Tering, Kecamatan Batam Kota, Kota Batam, Batam 29461, Indonesia E-mail: budiana@polibatam.ac.id

## Abstrak
Plastik  merupakan  salah  satu  jenis  material  yang  memiliki  karakteristik  tertentu  terhadap  panas.  Salah  satu karakteristik  dari  plastik  yang  dapat  dipelajari  adalah  konduktivitas  panas.  Konduktivitas  panas  merupakan kemampuan suatu material untuk menghantarkan panas dalam kurun waktu tertentu dan pada ketebalan tertentu. Konduktivitas panas pada plastik dapat dipelajari dengan menggunakan Energy2D. Jenis plastik yang digunakan pada  penelitian  ini  terdiri  dari  polipropilena,  polistirena,  HDPE,  LDPE  dan  PVC  sedangkan  Ketebalan  yang digunakan bervariasi mulai dari 1 cm sampai dengan 9 cm.  Berdasarkan hasil simulasi yang telah dilakukan, jenis plastik  polipropilena  memiliki  kurva  paling  rendah  jika  dibandingkan  dengan  semua  bahan  yang  digunakan. Waktu  yang  dibutuhkan  suhu  bagian  luar  (sumber)  untuk  sama  dengan  suhu  bagian  dalam  ruangan  setelah melewati polipropilena adalah (>40 jam). Selain dari itu, waktu yang dibutuhkan suhu bagian luar untuk sama dengan suhu bagian dalam ruangan akan semakin lama jika polipropilena yang digunakan semakin tebal. Hal ini terlihat untuk ketebalan polipropilena dengan ketebalan 9 cm yang membutuhkan waktu (>60 jam).
Kata kunci: Energy2D, koduktivitas panas, plastik

## Abstract
Plastic is one type of material that has certain characteristics against heat. One of the characteristics of plastics that can be studied is thermal conductivity. Thermal conductivity is the ability of a material to conduct heat within a  certain  period of  time  and at  a  certain  thickness. The  thermal  conductivity  of plastics  can  be  studied  using Energy2D. The types of plastics used in this study consisted of polypropylene, polystyrene, HDPE, LDPE and PET while the thickness used varied from 1 cm to 9 cm. Based on the simulation, the type of polypropylene plastic has the lowest curve when compared to all the materials used. The time it takes for the outside (source) temperature to equal the room temperature after passing through the polypropylene is (> 40 hours). Apart from that, the time it takes for the outside temperature to be equal to the indoor temperature will be longer if the polypropylene used is getting thicker. This can be seen for the thickness of polypropylene with a thickness of 9 cm which takes time (> 60 hours).
Keywords: Energy2D, heat conductivity, plastic

## 1. PENDAHULUAN
Polimer  merupakan  salah  satu  jenis  material selain  keramik  dan  logam  [1].  Berdasarkan sumbernya,  polimer  dapat  dibedakan  menjadi  dua macam yaitu polimer alami dan polimer sintetik [2]. Polimer alami merupakan jenis polimer yang berasal langsung  dari  alam  sedangkan  polimer  sintetik
merupakan  polimer  yang  berasal  dari  sintesis monomer-monomernya.
Salah  satu  jenis  polimer  sintetik  adalah  plastik. Plastik  banyak  digunakan  oleh  manusia  baik  untuk industri makanan, industri elektronik maupun industri otomotif. Penggunaan plastik di Asia mencapai 20 kg per  tahun  per  orang  atau  mencapai  30%  dari  total
Jurnal Integrasi Vol. 13 No. 1, April 2021, 40-45 e -ISSN: 2548-9828
penduduk  dunia.  Penggunaan  plastik  yang  tinggi memiliki  potensi  sampah  yang  dihasilkannya  juga tinggi.  Indonesia  berada  pada  urutan  ke  2  sebagai negara  penyumbang  sampah  plastik  terbanyak  di dunia. Jumlah sampah plastik di Indonesia mencapai kurang lebih 85.000 per tahun. Jumlah sampah yang sangat  tinggi  ini  akan berpotensi  terhadap  tingginya pencemaran lingkungan yang terjadi [3].
Pemanfaatan  sampah  plastik  telah  dikaji  oleh beberapa  peneliti,  diantaranya  adalah  pemanfaatan limbah  plastik  menjadi  biofuel  [4],    pemanfaatan limbah  plastik  sebagai  bahan  kerajinan  [5], pemanfaatan  limbah  plastik  untuk  aspal  [6]  dan pemanfaatan limbah plastik sebagai bahan bangunan [7]. Namun, pemanfaatan plastik yang telah dilakukan belum  dapat  dimanfaatkan secara  menyeluruh untuk semua  jenis  plastik,  begitupun  teknologi  yang digunakan untuk mengolah sampah plastik.
Salah satu kajian yang dapat dilakukan secara intensif  adalah  pemanfaatan  sampah  plastik  sebagai bahan bangunan. Pemanfaatan sampah  plastik untuk bahan  bangunan  ini  sangat  menarik  untuk  dipelajari karena  konstruksi  bangunan  di  dunia  akan  terus berlanjut dan terus mengalami perkembangan seiring dengan  kebutuhan  manusia  terhadap  tempat  tinggal. Jenis  plastik  yang  biasa  digunakan  untuk  berbagai kepentingan  sehari  hari  terdiri  dari high  density polyethylene (HDPE), low  density  polyethylene (LDPE), polypropylene (PP), polystyrene (PS)  dan polyvinyl chloride (PVC) [8].
Berdasarkan  hal  tersebut,  penulis  melakukan kajian  terkait  dengan  potensi  plastik  yang  dapat digunakan  sebagai  salah  satu  material  bangunan. Aspek yang dipertimbangkan dalam kajian ini adalah sifat  konduktivitas  pada  plastik.  Semakin  rendah konduktivitas  panasnya  maka  semakin  baik digunakan  karena  suhu  yang  berada  diluar  akan tertahan  oleh  plastik  sehingga  suhu  ruangan  tidak cepat panas seperti suhu yang berada diluar ruangan.
Konduktivitas  panas  merupakan  kemampuan suatu  material  dalam  menghantarakan  panas  [8]. Persamaan umum yang berkaitan dengan konduktivitas panas dapat dituliskan pada persamaan 1 sebagai berikut:
∆𝑄 ∆𝑡 = −KA ∆T ∆X (1)
Dimana:
∆ Q merupakan fluks panas/jumlah energi panas yang diberikan dari satu titik ke titik yang lain (W/m 2 ) dalam kurun waktu tertentu ( ∆𝑡) , K  merupakan  konduktivitas  panas  (W/m.k), A  merupakan daerah yang dilalui  panas  (m 2 ), ∆ T merupakan perbedaan  panas diantara kedua sisi ( 0 K/ 0 C) dan ∆𝑥 merupakan ketebalan (m) [9].
Gambar 1. Perpindahan panas pada material
Kajian  konduktivitas  panas  pada  plastik  telah dilakukan  oleh beberapa  peneliti,  diantaranya  kajian mengenai  konduktivitas  panas  pada  polimer  dan komposit  polimer  [10],  kajian  konduktivitas  panas pada  beton  akibat  penggunaan  sampah  plastik  [8], serta  konduktivitas  panas  dan  konduktivitas  listrik pada polimer yang diisi dengan bahan logam [11].
Selain  dari  kajian  yang  telah  dilakukan, terdapat  potensi  lain  yang  dapat  diteliti  yaitu  kajian mengenai konduktivitas panas menggunakan perangkat lunak. Penggunaan perangkat lunak bersifat menarik  karena  dapat  melakukan  prediksi  atas konduktivitas yang terjadi pada plastik jika digunakan sebagai  bahan bangunan. Konduktivitas panas  dapat dipelajari  dengan  menghubungkan  panas  yang diberikan  terhadap  perubahan  waktu.  Salah  satu perangkat  lunak  yang  dapat  digunakan  adalah Energy2D  ( Interactive  heat  transfer  simulations  for everyone ).  Energy2D  dapat  digunakan  untuk mempelajari  perpindahan  panas  pada  material [12][13][14].

## 2. METODE PENELITIAN
Metode  penelitian  yang  digunakan  pada penelitian ini dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Diagram alir metode penelitian

## A. Studi Literatur
Tahapan awal dalam penelitian ini adalah studi literatur  dari  berbagai  kajian  yang  berhubungan dengan  konduktivitas  panas,  sampah  plastik,  teori tentang  plastik  dan  pengolahannya.  Kajian  yang dilakukan  dengan  mengumpulkan  infromasi  dari berbagai  artikel,  buku  dan  informasi  yang  relevan guna menunjang penelitian yang sedang dilakukan.

## B. Penentuan Objek Uji
Penentuan  objek  uji  dilakukan  dalam  memilih jenis  plastik  tertentu  yang  akan  digunakan.  Jenis plastik yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari high  density  polyethylene (HDPE), low  density polyethylene (LDPE), polypropylene (PP),
polystyrene (PS) dan polyvinyl chloride (PVC).

## C. Simulasi I dengan Energy2D
Objek  uji  yang  telah  ditentukan  kemudian disimulasikan dengan Energy2D untuk mendapatkan
konduktivitas  panasnya.  Setelah  diperoleh  hasil simulasi,  kemudian  ditentukan  jenis  plastik  yang memiliki  konduktivitas  panas  paling  rendah berdasarkan  kurva  yang  terbentuk  antara  lamanya waktu untuk mencapai suhu tertentu.

## D. Pemberian variasi ketebalan
Variasi ketebalan yang diberikan mulai 1-9 cm. Adapun matriks pemberian variasi ketebalan merujuk pada tabel 1.
Tabel 1. Jenis sampel yang digunakan untuk simulasi
menggunakan Energy2D Sampel Ketebalan (cm) Beton Plastik A 1 9 B 2 8
C 3
7
D 4
6
E 5 5 F 6 4 G 7 3 H 8
2
I 9
1

## E. Simulasi II dengan Energy2D
Pemberian variasi ketebalan sesuai  dengan sub bab  D  disimulasikan  kembali  dengan  menggunakan Energy2D.  Hasil  simulasi  yang  dilakukan  dapat memberikan  gambaran  terkait  dengan  pengaruh ketebalan yang diberikan terhadap material yang diuji.

## F. Analisa Data dan Penarikan kesimpulan
Analisa  data  dilakukan  terhadap  kesesuaian teori perpindahan panas dengan hasil yang diperoleh dengan  menggunakan  Energy2D.  Setelah  dianalisa, maka  akan  diperoleh  kesimpulan  yang  berkaitan dengan  penggunaan  aplikasi  Energy2D  dalam mempelajari  konduktivitas  panas  pada  plastik, pengaruh jenis plastik yang digunakan serta pengaruh ketebalan  plastik  terhadap  lamanya  waktu  yang dibutuhkan untuk mencapai suhu yang sama dengan suhu sumber pada bagian dalam ruangan.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Simulasi pengaruh jenis plastik
Parameter yang dibuat pada Energy2D terdiri dari
pemberian  suhu  masukan,  beton,  jenis  plastik  serta suhu bagian dalam ruangan. Adapun simulasi dengan menggunakan Energy2D ditunjukan pada gambar 3.
Gambar 3. Pemodelan simulasi untuk berbagai jenis plastik dengan menggunakan Energy2D
Simulasi  dilakukan  dengan  pemberian  nilai masukan  sebesar  30 ℃ (suhu  sumber/suhu  luar).
Pemberian nilai masukan yang diberikan merupakan suhu luar yang akan mengenai beton bangunan. Suhu masukan tersebut akan diteruskan ke beton kemudian ke plastik dan terakhir adalah ruangan bagian dalam bangunan.
Setelah  dilakukan  pemodelan  seperti  pada gambar  3,  dilanjutkan  dengan  pembuatan  grafik hubungan  antara  variasi  material  dengan  parameter suhu dan waktu.  Waktu yang diambil adalah waktu maksimal  yang  terjadi  dimana  suhu  masukan  sama dengan  suhu  ruangan  bagian  dalam  bangunan. Adapun hasilnya ditunjukan pada gambar 4.
Gambar 4. Data simulasi suhu ruangan bagian dalam setelah melalui jenis plastik  dan beton
Dari gambar 4 tersebut, dibuat grafik hubungan antara lamanya waktu terhadap suhu bagian dalam ruangan. Hasil yang diperoleh ditunjukan pada gambar 5.
Gambar 5. Hubungan antara waktu (jam) dan suhu (c) untuk semua jenis plastik
Berdasarkan  Gambar  5  terlihat  bahwa  beton tanpa  plastik  memiliki  waktu  yang  relative  cepat untuk mencapai suhu yang sama dengan suhu sumber. Suhu ruangan bagian dalam yang terhalang oleh beton sendiri  mencapai  nilai  30 ℃ (sama  dengan  sumber) dalam kurun waktu ± 10 jam sedangkan untuk semua jenis  plastik  membutuhkan  waktu > 10  jam.  Selain dari  itu,  gambar  5  menunjukan  karakteristik  dari plastik  dan beton sendiri.  Untuk semua  jenis plastik memiliki  karakteristik  yang  mirip  (tumpang  tindih) pada  titik  yang  sama  sehingga  membentuk  pola kelengkungan  yang  identik  berbeda  dengan  pola kelengkungan  beton  yang  memiliki  pola  tersendiri
(terpisah  dari  semua  jenis  plastik).  Namun,  pola kelengkungan beton setelah >20 jam mendekati pola kelengkungan  plastik.  Hal  ini  terjadi  karena  suhu bagian  dalam  telah  mencapai  suhu  maksimal  30 ℃ (sama  dengan  suhu  sumber  yang  diberikan)  setelah melewati beton ataupun plastik.
Polipropilena  memiliki  kurva  yang  paling rendah jika dibandingkan dengan semua jenis material yang digunakan (Gambar 5). Ini menunjukan bahwa polipropilena mampu menahan panas dari luar dengan kurun waktu yang relative lama.  Jika merujuk pada hasil  tersebut,  polipropilena  memiliki  potensi  untuk digunakan  sebagai  material  bahan  bangunan  karena mampu menahan panas dalam kurun waktu tertentu.

## B. Simulasi Pengaruh Ketebalan Plastik
Berdasarkan  simulasi  yang  dilakukan  pada simulasi  1,  polipropilena  merupakan  jenis  plastik yang  memiliki  konduktivitas  panas  rendah  atau resistivitas panas tinggi jika dibandingkan semua jenis material  yang  digunakan.  Sehingga  pada  simulasi yang kedua, pengaruh ketebalan plastik polipropilena yang  akan  dikaji  dengan  menggunakan  Energy2D. Ketebalan plastik yang digunakan pada penelitian ini bervariasi dari ketebalan plastik 1 cm sampai dengan ketebalan plastik 9 cm. Begitu juga dengan ketebalan beton  mengikuti  variasi  pemberian  ketebalan  pada plastik.  Total  ketebalan  yang  digunakan  pada penelitian ini adalah 10 cm. Matriks ketebalan beton dan plastik merujuk pada tabel 1.
Variasi  ketebalan  beton  dan  plastik  yang digunakan  (sesuai  dengan  tabel  1)  disimulasikan kembali  dengan  menggunakan  Energy2D  dengan hasil sebagai berikut:
Gambar 6. Simulasi pengaruh variasi ketebalan jenis plastik polipropilena terhadap suhu bagian dalam ruangan
Hasil simulasi pada gambar 6 kemudian dioleh datanya  sehingga  mendapatkan  kurva  seperti  pada gambar 7.
Gambar 7. Hasil simulasi untuk variasi ketebalan beton dan Polipropilena
Kurva  yang  terbentuk  pada  gambar  7 menunjukan  penyebaran  panas  dari  bagian  luar, sampai  dengan  ruangan  bagian  dalam.  Berdasarkan gambar 7 terlihat bahwa kurva sampel A lebih rendah dari semua kurva yang terbentuk. Hal ini menunjukan bahwa  sampel  A  mampu  menghambat  panas  yang diberikan  dari  luar  (lebih  resistif)  sehingga  suhu bagian  dalam  ruangan  cenderung  lebih  rendah  dari suhu  luar/sumber.  Lamanya  waktu  yang  dibutuhkan untuk  suhu  luar  sama  dengan  suhu  bagian  dalam ruangan  pada  sampel  A,  diperkirakan > 60  jam, sehingga sampel A memiliki potensi yang sangat besar jika digunakan sebagai material beton.

## 4. KESIMPULAN
Pengaruh  jenis  plastik  dan  ketebalan  plastik telah  berhasil  dikaji  dengan  menggunakan  aplikasi Energy2D. Semua jenis plastik dan beton menunjukan karakteristik dalam menghantarkan panas. Selain dari itu,  ketebalan  plastik  sangat  menentukan  proses penghantaran  panas  dari  sumber  panas  ke  bagian dalam  ruangan.  Berdasarkan  kurva  yang  terbentuk dari  hasil  simulasi  dengan  menggunakan  Energy2D, polipropilena  memiliki  potensi  untuk  digunakan sebagai  salah  satu  bahan  bangunan  karena  memiliki kemampuan  menahan  panas  dari  luar  yang  relative lama  jika  dibandingkan  dengan  jenis  plastik  lain.
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 0.00 20.00 40.00 60.00 S u h u ( C ) Waktu (Jam) A B C D E F G H I
Semakin  tebal  polipropilena  yang  digunakan  maka semakin besar potensi untuk menahan panas dari luar (memiliki konduktivitas panas yang buruk).

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada Jurusan  Teknik  Elektro,  Polibatam  yang  telah mendukung pelaksanaan penelitian yang dilakukan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] S.  Yadav  dan  S.  Gangwar,  “An  Overview  on
Recent  progresses  and  future  perspective  of biomaterials,” 2011, doi: 10.1088/1757- 899X/404/1/012013.
[2] M. Sohail et al. , “Natural and synthetic polymer- based  smart  biomaterials  for  management  of ulcerative colitis: a review of recent developments and  future  prospects,” Drug  Delivery  and Translational  Research ,  vol.  9,  no.  2.  Springer Verlag,  hal.  595–614,  Apr  15,  2019,  doi: 10.1007/s13346-018-0512-x.
[3] Y. A. Hidayat, S. Kiranamahsa, dan M. A. Zamal, “A  study  of  plastic  waste  management effectiveness  in  Indonesia  industries,” AIMS Energy ,  vol.  7,  no.  3,  hal.  350–370,  2019,  doi: 10.3934/ENERGY.2019.3.350.
[4] M.  B.  Al  Rayaan,  “Recent  advancements  of thermochemical  conversion  of  plastic  waste  to biofuel-A  review,” Clean.  Eng.  Technol. ,  vol.  2,
hal.
100062, Jun 2021, doi:
10.1016/j.clet.2021.100062.
[5] S. R. Nasution, D. Rahmalina, B. Sulaksono, dan C.  O.  Doaly,  “IbM:  PEMANFAATAN  LIMBAH PLASTIK SEBAGAI KERAJINAN TANGAN DI
KELURAHAN SRENGSENG SAWAH JAGAKARSA JAKARTA SELATAN,” J. Ilm. Tek.
Ind. ,  vol.  6,  no.  2,  Jun  2019,  doi:
10.24912/jitiuntar.v6i2.4119.
[6] H.  Naghawi et  al. ,  “Plastic  Waste  Utilization  as Asphalt  Binder  Modifier  in  Asphalt  Concrete Pavement,” undefined , 2018.
[7] S. Das dan S. Das, “Properties for Polymer, Metal and  Ceramic  Based  Composite  Materials,”  in
Reference  Module  in  Materials  Science  and Materials Engineering , Elsevier, 2021.
[8] A. Poonyakan, M. Rachakornkij, M. Wecharatana, dan W. Smittakorn, “Potential use of plastic wastes for low thermal conductivity concrete,” Materials (Basel). ,  vol.  11,  no.  10,  Okt  2018,  doi: 10.3390/ma11101938.
[9] S.  S.  Alrwashdeh,  “Modelling  of  operating conditions of conduction heat transfer mode using energy 2D simulation,” Int. J. Online Eng. , vol. 14, no. 9, hal. 200–207,
2018, doi:
10.3991/ijoe.v14i09.9116.
[10]  C.  Huang,  X.  Qian,  dan  R.  Yang,  “Thermal conductivity of polymers and polymer nanocomposites,” Materials Science and Engineering R: Reports , vol. 132. Elsevier Ltd, hal. 1–22, Okt 01, 2018, doi:
10.1016/j.mser.2018.06.002.
[11]  Y. P. Mamunya, V. V. Davydenko, P. Pissis, dan E.  V.  Lebedev,  “Electrical  and  thermal conductivity  of  polymers  filled  with  metal powders,” Eur. Polym. J. , vol. 38, no. 9, hal. 1887–
1897, Sep 2002, doi: 10.1016/S0014-
3057(02)00064-2.
[12]  C.  Xie,  “Interactive  Heat  Transfer  Simulations for  Everyone,” Phys.  Teach. ,  vol.  50,  no.  4,  hal. 237–240, Apr 2012, doi: 10.1119/1.3694080.
[13]  F.  Landriscina,  “An  Introduction  to  Simulation for  Learning,”  in Simulation  and  Learning , Springer New York, 2013, hal. 1–12.
[14]  J.  Tu,  G.  H. Yeoh,  dan  C.  Liu, Computational Fluid Dynamics . Elsevier Ltd, 2013.