BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.8 Model Termokopel
Sensor termokopel dapat dibeli sebagai unit yang terpisah dalam berbagai macam tipe dan model. Pada tingkat dasar ada termokopel kawat terbuka dengan sambungan yang dilas seperti diterangkan sebelumnya
ini adalah termokopel yang digunakan pada
Termokopel ini dapat dilapisi sesuai kebutuhan penggunaan, mulai dari PVC sampai keramik. Kadangkala, konduktor termokopel dimasukkan ke dalam suatu probe yang tertutup salah satu ujungnya, atau thermowell yang dibuat dari campuran logam yang tahan panas a
Tersedia berbagai macam ukuran dan model untuk berbagai aplikasi.
Ukurannya mulai dari sub
miniatur, sampai standar (sekitar 6 mm) dan lebih (lebih dari 20 mm)
akan diletakkan dekat dengan lokasi yang akan diukur dan alat ini mendekati ideal
2.8 Model Termokopel
Sensor termokopel dapat dibeli sebagai unit yang terpisah dalam berbagai macam tipe dan model. Pada tingkat dasar ada termokopel kawat terbuka dengan dilas seperti diterangkan sebelumnya. Pada gambar 2.6 dibawah ini adalah termokopel yang digunakan pada industri
Gambar 2.6 Industrial Termokopel
Termokopel ini dapat dilapisi sesuai kebutuhan penggunaan, mulai dari PVC sampai keramik. Kadangkala, konduktor termokopel dimasukkan ke dalam suatu probe yang tertutup salah satu ujungnya, atau thermowell yang dibuat dari campuran logam yang tahan panas atau material refraktori (gambar 2.7)
Tersedia berbagai macam ukuran dan model untuk berbagai aplikasi.
Ukurannya mulai dari sub-miniatur (diameter sekitar 0,25 mm - dengan pelapis), miniatur, sampai standar (sekitar 6 mm) dan lebih (lebih dari 20 mm)
yang akan diukur dan alat ini mendekati ideal
Sensor termokopel dapat dibeli sebagai unit yang terpisah dalam berbagai macam tipe dan model. Pada tingkat dasar ada termokopel kawat terbuka dengan ada gambar 2.6 dibawah
Termokopel ini dapat dilapisi sesuai kebutuhan penggunaan, mulai dari PVC sampai keramik. Kadangkala, konduktor termokopel dimasukkan ke dalam suatu probe yang tertutup salah satu ujungnya, atau thermowell yang dibuat dari
)
Tersedia berbagai macam ukuran dan model untuk berbagai aplikasi.
dengan pelapis),
Gambar 2
Gambar 2
Untuk modelnya, ada alat pengukur serbaguna dengan pelapis (
purpose welded sheath), termokopel model baut, termokopel yang dipegang oleh tangan, termokopel permukaan yang dapat dipasang langsung pada pipa dengan berbagai ukuran, termokopel yang dirancang untuk mengetahui suatu titik atau permukaan bergerak, dan sistem yang bisa dilepa
Gambar 2.7 Enclosed Thermocouple Probe and Heat
Gambar 2.8 Hand-held Probe and Pipe Probe
Untuk modelnya, ada alat pengukur serbaguna dengan pelapis (
), termokopel model baut, termokopel yang dipegang oleh tangan, termokopel permukaan yang dapat dipasang langsung pada pipa dengan berbagai ukuran, termokopel yang dirancang untuk mengetahui suatu titik atau permukaan bergerak, dan sistem yang bisa dilepas, dan sebagainya dimana
Enclosed Thermocouple Probe and Heat
Untuk modelnya, ada alat pengukur serbaguna dengan pelapis (general ), termokopel model baut, termokopel yang dipegang oleh tangan, termokopel permukaan yang dapat dipasang langsung pada pipa dengan berbagai ukuran, termokopel yang dirancang untuk mengetahui suatu titik atau s, dan sebagainya dimana
17
semuanya dilindungi oleh bahan in tanpa grounded sheaths
Selain itu, tersedia probe terlindung untuk pengukuran suhu auotclave (yang ditambah flexible stainless steel conduit
termokopel tipe bayonet dan kompresi (untuk plastik dan industri lainnya) dan termokopel dengan pelindung untuk pekerjaan be
dengan pilihan seperti extension pieces.
Gambar 2.9 Duty Industrial Metal Sheated and High Temperature Ceramic Sheated Thermocouples With Terminal Head Assemblies
Secara umum, pemasok telah berhati konduktor telah diproduksi dengan benar, dan
dalam kondisi terkendali. Sehingga, besar perubahan yang dialami oleh bagian yang terpanaskan pada termokopel selama pemakaian dapat diminimalkan. Hal ini sangat penting, karena unit ini akan selalu berada pada daerah denga
suhu yang tinggi, dan akan berpengaruh terhadap tegangan output.
semuanya dilindungi oleh bahan insulator dan pelapis (gambar 2.8) dengan atau
Selain itu, tersedia probe terlindung untuk pengukuran suhu auotclave flexible stainless steel conduit dan pressure entry glands), termokopel tipe bayonet dan kompresi (untuk plastik dan industri lainnya) dan termokopel dengan pelindung untuk pekerjaan berat dan suhu tinggi (Gambar 2.
dengan pilihan seperti head-mounting terminal assemblies dan thermowell
Duty Industrial Metal Sheated and High Temperature Ceramic ed Thermocouples With Terminal Head Assemblies
Secara umum, pemasok telah berhati-hati dalam memastikan bahwa konduktor telah diproduksi dengan benar, dan dimasukkan ke dalam rumah sensor dalam kondisi terkendali. Sehingga, besar perubahan yang dialami oleh bagian yang terpanaskan pada termokopel selama pemakaian dapat diminimalkan. Hal ini sangat penting, karena unit ini akan selalu berada pada daerah dengan perbedaan suhu yang tinggi, dan akan berpengaruh terhadap tegangan output.
) dengan atau
Selain itu, tersedia probe terlindung untuk pengukuran suhu auotclave pressure entry glands), termokopel tipe bayonet dan kompresi (untuk plastik dan industri lainnya) dan rat dan suhu tinggi (Gambar 2.9) mounting terminal assemblies dan thermowell
Duty Industrial Metal Sheated and High Temperature Ceramic
hati dalam memastikan bahwa dimasukkan ke dalam rumah sensor dalam kondisi terkendali. Sehingga, besar perubahan yang dialami oleh bagian yang terpanaskan pada termokopel selama pemakaian dapat diminimalkan. Hal ini n perbedaan
Bentuk konstruksi alternatif menggunakan kabel mineral dengan pelapis (MI-mineral insulated), dimana konduktor termokopel dimasukkan ke dalam bubuk logam yang dipadatkan,
stainless steel atau campuran nikel) untuk membentuk sambungan yang kedap udara. Bentuk ini tersedia mulai dari ukuran 0,25 mm sampai 10,8 mm, sementara panjangnya mulai dari beberapa milimeter sampai sepuluh mete
Untuk penggunaan tertentu, dimana tanggapan sangat cepat perlu diberikan, sangat menguntungkan bagi termokopel MI untuk diproduksi dengan sambungan yang terbuka. Tetapi jenis ini memerlukan keahlian dari penggunaannya.
Gambar 2
Sensor termokopel sering dilengkapi dengan penghubung ke kotak terminal yang mempermudah sambungan dengan sirkuit lainnya. Sebagai alternatif, dapat dipasang plug khusus, dimana pin penghubung dibuat dari bahan thermoelectric yang sesuai (
Bentuk konstruksi alternatif menggunakan kabel mineral dengan pelapis ), dimana konduktor termokopel dimasukkan ke dalam bubuk logam yang dipadatkan, dan dilindungi oleh pelapis logam (seperti stainless steel atau campuran nikel) untuk membentuk sambungan yang kedap udara. Bentuk ini tersedia mulai dari ukuran 0,25 mm sampai 10,8 mm, sementara panjangnya mulai dari beberapa milimeter sampai sepuluh meter dan lebih.
Untuk penggunaan tertentu, dimana tanggapan sangat cepat perlu diberikan, sangat menguntungkan bagi termokopel MI untuk diproduksi dengan sambungan yang terbuka. Tetapi jenis ini memerlukan keahlian dari
Gambar 2-10 Therrmocouple Connecctors
Sensor termokopel sering dilengkapi dengan penghubung ke kotak terminal yang mempermudah sambungan dengan sirkuit lainnya. Sebagai alternatif, dapat dipasang plug khusus, dimana pin penghubung dibuat dari bahan
yang sesuai ( Gambar 2.10).
Bentuk konstruksi alternatif menggunakan kabel mineral dengan pelapis ), dimana konduktor termokopel dimasukkan ke dalam dan dilindungi oleh pelapis logam (seperti stainless steel atau campuran nikel) untuk membentuk sambungan yang kedap udara. Bentuk ini tersedia mulai dari ukuran 0,25 mm sampai 10,8 mm, sementara
r dan lebih.
Untuk penggunaan tertentu, dimana tanggapan sangat cepat perlu diberikan, sangat menguntungkan bagi termokopel MI untuk diproduksi dengan sambungan yang terbuka. Tetapi jenis ini memerlukan keahlian dari
Sensor termokopel sering dilengkapi dengan penghubung ke kotak terminal yang mempermudah sambungan dengan sirkuit lainnya. Sebagai alternatif, dapat dipasang plug khusus, dimana pin penghubung dibuat dari bahan
19
BAB III
PERANCANGAN SISTEM
3.1 Blok Diagram Sistem
Gambar 3.1 dibawah ini merupakan blok diagram dari sistem yang akan dibuat, pada sistem ini kita merancang suatu alat yang dapat mengetahui perbandingan antara panas dengan tegangan yang dihasilkan termokopel. Pada sistem ini menggunakan beberapa komponen alat antara lain:
1. Termometer 2. Kotak Alumunium 3. Voltmeter
4. Termokopel 5. Op-Amp Penguat
Voltmeter
Termometer Termokopel
Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem
Termometer digunakan sebagai alat untuk mengukur suhu pada kotak alumunium, dimana suhu pada kotak akan mengalami perubahan akibat panas yang diterima kotak tersebut
Kotak alumunium digunkan untuk menyerap panas matahari kotak tersebut dicat berwarna hitam sehingga dapat lebih bagus dalam penyerapan panas matahari, dalam perancanganya akan dibuat 2 kotak yang memiliki dimensi yang berbeda-beda untuk mengetahui perbedaan suhu yang diserap berdasarkan dimensi kotaknya. Kotak pertama (1) memiliki ukuran 15 x 15 x 15 cm sedangkan kotak kedua (2) memiliki ukuran 25 x 25 x25 cm. Kotak pertama memiliki
KOTAK PENAMPUNG PANAS
volume 3375 cm3 dengan berat 0.7 kg sedangkan kotak kedua memiliki volume 15625 cm3 dengan berat 2.1 kg dapat dilihat pada Gambar 3.2 di bawah ini
Gambar 3.2 Kotak alumunium pada sistem
Termokopel digunakan sebagai sensor suhu pada perancangan sistem ini hasil keluaran termokopel adalah berupa tegangan yang berubah dengan perubahan suhu yang diterima. Berikut ini spesifikasi termokopel yang digunakan
Tipe : K (Chromel-Alumel)
Kabel Isolasi : Poli-Vinyl Chloride (PVC) Panjang Kabel : (2 meter)
Penggunaan : Air, Gas Probe Panjang :(200mm) Probe Bahan :Stainless Steel Probe Rentang Suhu :-(-196 ~ 600 ° C)
21
Dapat dilihat pada Gambar 3.3 sensor termokopel yang digunakan dibawah ini:
Gamabar 3.3 Termokopel yang digunakan pada sistem
Op-Amp digunakan untuk menguatkan tegangan output dari termokopel karena keluran tegangan dari termokopel kecil maka digunakan penguat untuk menaikan tegangan sehingga tegangan dapat terukur oleh voltmeter. Dapat dilihat pada gambar 3.4 dibawah ini :
Termokopel Op-amp Voltmeter
Gambar 3.4 Rangkaian Termokopel dengan Penguat
Untuk mengetahui nilai resistansi pada termokopel maka digunakan potensiometer. Dapat dilihat pada gambar 3.5 dibawah ini:
Termokopel
Potensiometer
Gambar 3.5 Rangkaian Termokopel Dengan Potensiometer
3.2 Cara kerja sistem
Prinsip kerja dari sistem ini adalah mengukur perbandingan suhu dan tegangan yang dihasilkan oleh termokopel. Pada perancangan ini kita membuat sebuah kotak alumunium yang dicat berwarna hitam kotak ini berfungsi untuk menerima panas matahari dan api kompor kotak ini terdapat dua ukuran yang berbeda yaitu memiliki lebar dan panjang berbeda. Pada kotak tersebut kita menempatkan thermometer dan termokopel, thermometer berfungsi untuk mengukur suhu yang diterima oleh kotak alumunium tersebut dan suhu tersebut digunakan sebagai input panas dari termokopel.
Panas yang diterima oleh termokopel berubah menjadi tegangan pada keluran termokopel.. Kemudian kita mengamati setiap perubahan suhu yang terjadi dengan tegangan yang dihasilkan oleh termokopel, data tersebuat kemudian kita kumpulkan dan catat. Sehingga dari data yang didapat kita dapat menganalisa perbandingan antara suhu dan tegangan pada termokopel. Serta dimensi dari kotak yang digunakan terhadap pengaruh penyerapan panas pada termokopel.
23
BAB IV
DATA DAN ANALISA
4.1 Data Pengukuran
Hasil pengukuran perbandingan suhu dan tegangan sumber panas matahari pada kotak 1 permukaan halus dapat dilihat pada Tabel 4.1 :
Tabel 4.1 Hasil pengukuran pada kotak 1 sumber panas matahari Suhu
Hasil pengukuran perbandingan suhu dan tegangan sumber panas matahari pada kotak 2 permukaan halus dapat dilihat pada table 4.2:
Tabel 4.2 Hasil pengukuran pada kotak 2 sumber panas matahari
Suhu
Hasil pengukuran perbandingan suhu dan tegangan sumber panas api kompor pada kotak 1 permukaan halus dapat dilihat pada Tabel 4.3 :
Tabel 4.3 Hasil pengukuran pada kotak 1 sumber panas api kompor Suhu
Hasil pengukuran perbandingan suhu dan tegangan sumber panas api kompor pada kotak 25x 25x25 cm permukaan halus dapat dilihat pada table 4.4:
Tabel 4.4 Hasil pengukuran pada kotak 2 sumber panas api kompor Suhu
Hasil pengukuran perbandingan suhu dan tegangan sumber panas api kompor pada kotak 1 permukaan kasar dapat dilihat pada Tabel 4.5 :
Tabel 4.5 Hasil pengukuran pada kotak 1 permukaan kasar sumber panas api kompor
Hasil pengukuran perbandingan suhu dan tegangan sumber panas api kompor pada kotak 2 permukaan kasar dapat dilihat pada table 4.6:
Tabel 4.6 Hasil pengukuran pada kotak 1 permukaan kasar sumber panas api kompor
Hasil pengukuran pada kotak 1 dengan menyusun secara seri dua termokopel pada permukaan kotak kasar sumber panas api kompor dapat dilihat pada table 4.7
Tabel 4.7 Hasil pengukuran pada kotak 1 permukaan kasar sumber panas api kompor termokopel disusun seri
Hasil pengukuran pada kotak 1 dengan menyusun secara seri dua termokopel pada permukaan kotak kasar sumber panas matahari dapat dilihat pada table 4.8
Tabel 4.8 Hasil pengukuran pada kotak 1 permukaan kasar sumber panas matahari termokopel disusun seri
4.2 Analisa Data
Besar resistansi pada termokopel yang terukur dengan menggunkan potensiometer adalah 14 Ω, arus (I) = V/R dan daya listrik adalah (P)= V. I
Pada kotak 1 panas maksimum yang dihasilkan dari sumber panas matahari sebesar 58oC dengan tegangan termokopel yang dihasilkan 1.2 mV maka I=V/R = 0.0012 V / 14 Ω = 8.57 x 10-5 A
P= V. I = 0.0012 V x 8.57 x 10-5 A = 1.03 x 10-7 Watt
Pada kotak 2 panas maksimum sebesar 52oC dengan tegangan termokopel yang dihasilkan 0,9 mV maka
I=V/R = 0.0009 V / 14 Ω = 6.42 x 10-5 A
P= V. I = 0.0009 V x 6.42 x 10-5 A = 0.58 x 10-7 Watt
Pada kotak 1 panas maksimum yang dihasilkan dari sumber panas api kompor sebesar 120oC dengan tegangan termokopel yang dihasilkan 5 mV maka I=V/R = 0.005 V / 14 Ω = 3.57 x 10-4 A
P= V. I = 0.005 V x 3.57 x 10-4 A = 1.78 x 10-6 Watt
Pada kotak 2 sebesar 80oC dengan tegangan termokopel yang dihasilkan 2,8 mV maka
I=V/R = 0.0028 V / 14 Ω = 2 x 10-4 A
P= V. I = 0.0028 V x 2 x 10-4 A = 5.6 x 10-7 Watt
Besar resistansi pada termokopel yang disusun secara seri dengan menggunakan potensiometer 19Ω
Pada kotak 1 panas maksimum yang dihasilkan dari sumber panas matahari sebesar 58oC dengan tegangan termokopel yang dihasilkan 2.4 mV maka I=V/R = 0.0024 V / 19 Ω = 1.26 x 10-4 A
Dari analisa tersebut dapat dilihat pada kotak 1 sumber panas api kompor daya yang dihasilkan dengan menggunakan 1 termokopel sebesar 1.78 x 10-6 Watt sedangkan dengan menggunakan 2 termokopel yang dirangkai secara seri daya yang dihasilkan sebesar 6.13 x 10-6 Watt
Grafik perbandingan suhu dan tegangan pada kotak 1 dan 2 sumber panas matahari pada Gambar 4.1
Gambar 4.1 Grafik suhu dan tegangan kotak 1 dan 2 sumber panas matahari 0
Grafik perbandingan kalor dan Suhu kotak 1 dan 2 sumber panas matahari dapat dilihat pada gambar 4.2
Gambar 4.2 Grafik kalor dan suhu kotak 1 dan 2 sumber panas matahari
Grafik perbandingan Kalor dan Tegangan kotak 1 dan 2 sumber panas matahari dapat dilihat pada Gambar 4.3
Gambar 4.3 Grafik kalor dan tegangan kotak 1 dan 2 sumber panas matahari
Grafik perbandingan suhu dan tegangan pada kotak 1 sumber panas api kompor dapat dilihat pada Gambar 4.4
Gambar 4.4 Grafik suhu dan tegangan kotak 1 sumber panas api kompor
Grafik perbandingan suhu dan tegangan pada kotak 2 sumber panas api kompor dapat dilihat pada gambar 4.5
Gambar 4.5 Grafik suhu dan tegangan kotak 2 sumber panas api kompor 0
Grafik perbandingan suhu dan tegangan pada kotak 1 sumber panas api kompor permukaan kotak kasar pada Gambar 4.6
Gambar 4.6 Grafik suhu dan tegangan kotak 1 sumber panas api kompor permukaan kotak kasar
Grafik perbandingan suhu dan tegangan pada kotak 2 sumber panas api kompor permukaan kotak kasar pada Gambar 4.7
Gambar 4.7 Grafik suhu dan tegangan kotak 2 sumber panas api kompor permukaan kotak kasar
BAB V KESIMPULAN
Berdasarkan data dan analisa dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Volume kotak berpengaruh pada tegangan keluaran termokopel, volume kotak yang lebih kecil menghasilkan tegangan keluaran termokopel lebih besar dibandingkan kotak bervolume besar.
2. Daya yang dihasilkan dengan menggunakan 1 termokopel sebesar 1.78 x 10-6 Watt sedangkan dengan menggunakan 2 termokopel yang dirangkai secara seri daya yang dihasilkan sebesar 6.13 x 10-6 Watt
3. Untuk Mendapatkan daya yang lebih besar dapat dilakukan dengan cara menghubungkan secara seri keluaran dari termokopel tipe K
DAFTAR PUSTAKA
1. Karim Saeful dan Sunardi Penentuan Elektromotansi Termal Beberapa Jenis Termokopel Dengan Pasangan Logam Yang Bervariasi. Jurusan Pendidikan Fisika Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Pendidikan Indonesia. 2003
2. Artono Koestoer Raldi, PENGUKURAN TEKNIK. Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Nopember 2004
3. Joko Prasetio W, Kiswanta, Edy Sumarno, Ainur Rosidi, Ismu Handoyo, Khrisna. TEKNIK PERBAIKAN SAMBUNGAN TERMOKOPEL TEMPERATUR TINGGI PADA HEATING-01. Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir – BATAN. Jurusan Teknik Mesin, Universitas Ibn Khaldun Bogor
4. Nandy Putra, Raldi Artono Koestoer, M. Adhitya, Ardian Roekettino, dan Bayu Trianto. Potensi Pembangkit Daya Thermoelektrik untuk Kendaraan hybrid. Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok. Nopember 2009 5. http://id.wikipedia.org/wiki/Termokopel Diakses pada tanggal 20
maret 2011
6. http://www.msm.cam.ac.uk/utc/thermocouple/pages/ThermocouplesOpe ratingPrinciples.html diakses pada tanggal 1 desember 2011
7. http://www.ikpm.gontor.ac.id/konten/hubungan-antara-kalor-dengan-energi-listrik diakses padaa tanggal 18 desember 2011