LANDASAN TEOR
A. Mendinginkan udara
2.6 PERPINDAHAN PANAS
Perpindahan kalor merupakan ilmu yang meramalkan perpindahan energi karena perbedaan suhu diantara benda atau material. Ilmu pengetahuan kalor tidak hanya mencoba menjelaskan bagaimana energi kalor itu berpindah dari satu benda kebenda lain, tetapi juga meramalkan laju perpindahan yang terjadi pada kondisi tertentu. Ilmu perpindahan kalor melengkapi hukum pertama dan hukum kedua thermoelektrik. (HolmaJ.P, 1984).
Perkembangan ilmu fisika dari ilmuan Count rumford (1753-1814), Massa Chusetts, dan James Prescolt Joule (1818-1819) melakukan percobaan bahwa aliran panas merupakan perpindahan energi dari sistem dan lingkungan. Apabila perpindahan energi terjadi pada perbedaan suhu maka hal ini disebut pengaliran panas. (Zemensky dan Sears, 1999).
2.6.1 KONDUKSI
Konduksi (hantaran) merupakan perpindahan panas pada benda padat yang terjadi apabila benda tersebut berada pada suhu tinggi kesuhu yang lebih rendah. Suhu tinggi akan melepaskan kalor sedangkan suhu rendah akan menerima kalor dan terjadi kesetimbangan temal. Perpindahan panas yang diusulkan oleh ilmuan prancis J.B.JFourie (1882) yaitu laju aliran panas dengan cara konduksi dalam suatu bahan sama dengan hasil kali dari tiga buah besaran yaitu:
1. K, konduksi termal
2. A, luas penampang melalui panas yang mengalir dengan cara konduksi, yang harus diukur tegak
3. dT/dx, Gradien suhu pada penampang yaitu perubahan suhu T terhadap jarak dalam aliran panas X
Untuk menuliskan persamaan matematika maka harus melihat tanda (positif dan negatif). Arah x ditetapkan merupalan arah aliran positif. Menurut hukum thermodinamika panas akan mengalir secara otomatis dari suhu tinggi kesuhu yang lebih rendah, maka aliran panas akan menjadi positif apabila gradient garisnya negative. (Krelth Frank 1985)
Maka dari persamaaan diatas hubungn konduktipitas dapat ditulis sebagai berikut:
Q= -KA dt
dx (2.7)
Keterangan :
Q : Laju perpindahan kalor (J atau J/detik)
K : Konduktivitas atau kehantaran termal (Watt/meter)
dt
dx : perubahan suhu terhadap perubhan posisi (
o
C/m atau K/m) A : Luas penampang (m2)
2.1KONVEKSI
Istilah konveksi merupakan perpindahan panas dari suatu tempat ketempat lain akibat perpindahan bahannya sendiri. Proses konveksi adalah ketika bahan yang dipanaskan mengalir akibat perpindahan rapat massa. Konveksi yang dipaksa ketika bahan yang dipanaskan dipaksa perpindahan panas antara suatu permukaan dari suatu fluida sehingga menurut ilmuan inggris Isaac Newton (1701) perpindahan panas secara konveksi dapat menggunakan persamaan berikut :
Qc = hcA∆T = hcA(Ts - T∞) (2.8)
Keterangan:
Qc : Laju perubahan panas dengan cara konveksi (j/s) A : Luas perpindahan panas (m2)
∆T : Beda antara suhu permukaan Ts dan suhu fluida (K)
hc : Permukaan perpindahan panas ata koefisien perpindahan panas (watt/m2)
Dari persamaan 2.8 koefisien konveksi (hc) tergantung pada viskositas fluida,
kecepatan, kapasitas kalor, gradient rapat massa fluida dan bentuk permukaan. (Holman J.P 1984)
2.6.3 RADIASI
Pancaran (emisi) energi terus menerus dari permukaan semua benda, energi ini dinamakan energi radian dan dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Gelombang ini bergerak secepat cahaya dan dapat melewati ruang hampa serta melalui udara. Energi radian yang dipancarkan oleh suatu permukaan, persatuan waktu dan persatuan luas, bergantung pada sifat permukaan serta suhu. Pada suhu rendah banyaknya radiasi dan panjang gelombangnya relatif panjang. Sedangkan jika suhu naik banyaknya radiasi akan meningkat dengan cepat dan sebanding dengan suhu mutlak pangkat empat (Zamansky dan Sears 1999)
Fisikawan yang berasal dari Austria pada tahun 1884, J. Stefan dan L. Boltzmann menyatakan bahwa suatu benda manapun diatas suhu nol mutlak meradiasikan energi dengan laju yang sebanding dengan suhu mutlak pangkat empat. Walaupun laju pancaran (rate of emission) tidak tergantung pada kondisi sekitar, perpindahan bersih (netto) panas radiasi memerlukan adanya perbedaan suhu permukaan antara dua benda diantara pertukaran panas berlangsung. (Kreith Frank, l985)
Qr = oA (T41- T42) (2.9)
Keterangan :
Qr : Laju perpindahan panas secara radiasi (joule/sekon)
ϭ : Konstanta stefen boltman (5,67 x 10-8)w
m 2 K
4
A : Luas permukaan (m2)
T1- T2 : Perubahan suhu dari suhu 1 dan suhu 2 (K)
Dari persamaan 2.9 disebut hukum stefen Boltzmann tentang radiasi termal. Dan berlaku hanya untuk benda hitam. Untuk radiasi elektromagnetik persamaan tidak sederhana ini. Fenomena aliran radiasi disebut dengan fenomena yang rumit hal ini dikarenakan perhitungannya jangan menggunakan persamaan yang sederhana namun untuk sementara ini hanya menemukan adanya perbedaan mekanisme fisik antara perpindahan kalor radiasi dengan sistem perpindahan kalor secara konduksi dan konveksi. (Holman J.P, 1984).
2.7 SENSOR LM35
Sensor suhu Ic LM35 merupakan chip Ic produksinational semikonduktor yang berfungsi untuk mengetahui temperatur suatu objek atau ruang dalam bentuk besaran elektrik, atau dapat juga didefenisikan sebagai komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah perubahan temperature yang menerima dalam besaran elektrik. Sensor suhu LM35 dapat mengubah perubahan temperature menjadi perubahan tegangan pada bagian outputnya. Sensor suhu Ic LM35 mernbutuhkan sumber tegangan DC +5 Volt dan konsumsi arus DC sebesar 60 µA dalam beroperasi. Bentuk fisik sensor suhu LM35 merupakan chip IC dengan kemasan yang berpariasi, pada umumnya kemasan sensor suhu LM 35 adalah kemasan TO-92 seperti terlihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.4 Sensor LM35
Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa sensor suhu IC LM 35 pada dasarnya memiliki 3 pin yang berfungsi sebagai sumber supplay tegangan DC +5 Volt, sebagai pin output hasil penginderaan dalam bentuk perubahan tegangan DC pada volt dan pin untuk ground.
Karakteristik sensor suhu IC LM35 adalah:
1. Memiliki sensitivitas suhu, dengan factor skala linier antara tegangan dan suhu10 mvolt/oC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
2. Memiliki ketetapan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5 oC pada suhu 25 oC 3. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55oC sampai +150oC 4. Berkerja pada tegangan 4 sampai 30 volt
5. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60µA
6. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 oC pada udara diam.
7. Memiliki impedasi keluruhan yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA. 8. Memiliki ketidak lineran hanya sekitar + ¼ oC
Sensor suhu IC LM35 memiliki keakuratan tinggi dan mudah dalam perancangan jika dibanding dengan sensor suhu yang lain, Sensor suhu LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian control khusus serta tidak memerlukan setting tarnbahan karena output dan sensor suhu LM35 memiliki karakter yang linier dengan perubahan l0mV/t. Sensor suhu LM35 memiliki jangkauan pngukuran -55
o
Chingga +150 oC dengan akurasi + 0,5 oC. Tegangan output sensor suhu IC Lm 35 dapat diformulasikan Vout LM35 = Temperatur o x 10 mV.
Sensor suhu IC LM35 terdapat dalam beberapa varian sebagai berikut:
1. LM35, LM35A memiiiki range pengukuran temperature -55 oC hingga + 150 oC 2. LM35C, LM35CA memiliki range pengukuran temperature -40oC hingga +l l0 oC 3. LM35D memiliki range pengukuran temperature 0oC hingga + 100 oC LM35
Kelebihan dari sensor suhu IC LM35 antara lain adalah: l. Rentang suhu yang jauh, antara -55 sampai + 150oC. 2. Low self-heating, sebesar 0,08 oC
3. Beroperasi pada tegangan 4 sampai 30 volt. 4. Rangkaian menjadi sederhana.
5. Tidak memerlukan pengkondisi sinyal.