PENGUKURAN EMISIVITAS EFEKTIF RATA-RATA PENGUKURAN EMISIVITAS EFEKTIF RATA-RATA
SUATU MATERIAL PADAT SUATU MATERIAL PADAT
(SOLID MATERIALS) (SOLID MATERIALS)
Lia Dessy K.*), Luqman Hakim*), Erfin Arif*), Triyas Marweni*), Naili Saidatin*), Eka Lia Dessy K.*), Luqman Hakim*), Erfin Arif*), Triyas Marweni*), Naili Saidatin*), Eka
Viandari*), Tri Yekti U.*) Viandari*), Tri Yekti U.*) *)
*) program study s1 fisi program study s1 fisika universitas airlaka universitas airlanggangga
ABSTRAK ABSTRAK Telah
Telah dilakukan dilakukan percobaan percobaan pengukuran pengukuran emisivitas emisivitas rata-rata rata-rata suatu suatu material material padat.padat. Emisivitas
Emisivitas ini ini mengindikasikan mengindikasikan seberapa seberapa besar besar transfer transfer radiasi radiasi termal termal yang yang dapat dapat dipancarkan oleh suatu material padat. Eksperimen ini dilakukan dengan cara mengubah dipancarkan oleh suatu material padat. Eksperimen ini dilakukan dengan cara mengubah termperatur material untuk mendapatkan nilai emisivitas pada berbagai temperatur. termperatur material untuk mendapatkan nilai emisivitas pada berbagai temperatur. Material yang
Material yang digunakan padigunakan pada eksperimen ada eksperimen adalah logam dalah logam stainnless, seng stainnless, seng dan kuningan dan kuningan yangyang berbentuk lingkaran.
berbentuk lingkaran.
Penentuan emisivitas ini dapat memberikan karakter terhadap suatu bahan jika akan Penentuan emisivitas ini dapat memberikan karakter terhadap suatu bahan jika akan diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari seperti pada peralatan memasak,perindustrian diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari seperti pada peralatan memasak,perindustrian dan lain sebagainya . Besar kecilnya emisivitas suatu bahan dipengaruhi oleh jarak dan suhu dan lain sebagainya . Besar kecilnya emisivitas suatu bahan dipengaruhi oleh jarak dan suhu serta jenis bahan yang digunakan. Untuk itulah digunakan 3 macam perlakuan pada serta jenis bahan yang digunakan. Untuk itulah digunakan 3 macam perlakuan pada percobaan ini yakni;
percobaan ini yakni; variasi bahan, variavariasi bahan, variasi suhu dan variasi jarsi suhu dan variasi jarak..ak..
Kata kunci : emisivitas, stainless, seng, kuningan. Kata kunci : emisivitas, stainless, seng, kuningan.
A.
A.PENDAHULUANPENDAHULUAN
Energi radian yang dipancarkan Energi radian yang dipancarkan dari sebuah radiator ideal (plackian) dapat dari sebuah radiator ideal (plackian) dapat dinyatakan denag persamaan dinyatakan denag persamaan stefan-boltzman:
boltzman:
Dimana ei = daya emisif dari Dimana ei = daya emisif dari sebuah radiator ideal pada temperatur t sebuah radiator ideal pada temperatur t
= konstanta stefan-boltzman= konstanta stefan-boltzman
T= suhu mutlak
T= suhu mutlak permukaanpermukaan Dengan menandai
Dengan menandai
sebagaisebagai energi radia yang dipancarkan per satuan energi radia yang dipancarkan per satuan penjang gelombang pada panjang penjang gelombang pada panjang gelombanggelombang untuk untuk sebuah sebuah radiatorradiator
ideal,maka daya emisif selanjutnya dapat ideal,maka daya emisif selanjutnya dapat dinyatakan sebagai:
dinyatakan sebagai:
Untuk sebuah radiator non-ideal,daya Untuk sebuah radiator non-ideal,daya emisif menjadi:
emisif menjadi:
DimanaDimana
adalah rasio antara radiasi idealadalah rasio antara radiasi ideal dengan radiasi aktual untuk temperatur dengan radiasi aktual untuk temperatur permukaan yang sama pada panjang permukaan yang sama pada panjang gelombang yang telah tertentu dan gelombang yang telah tertentu dan diartikan sebagai emisivitas diartikan sebagai emisivitas monokromatik.monokromatik.
Dengan meninjau nilai emisivitas Dengan meninjau nilai emisivitas monokromatik
monokromatik
sebagai fungsi dari arahsebagai fungsi dari arahradiasi yang berkenaan dengan normal dari radiasi yang berkenaan dengan normal dari permukaan pancaran dan e diartikan permukaan pancaran dan e diartikan sebagai energi yang dipancarkan dari sebagai energi yang dipancarkan dari permukaan atas,maka pengukuran yang permukaan atas,maka pengukuran yang dibuat untuk penentuan e diambil atas dibuat untuk penentuan e diambil atas daerah kecil disekitar normalnya. daerah kecil disekitar normalnya. Kemudian dengan membagi yang Kemudian dengan membagi yang dipacarkan dari permukaan e berkenaan dipacarkan dari permukaan e berkenaan dengan pengukuran yang dibuat pada dengan pengukuran yang dibuat pada normalnya dengan radiasi ideal,maka nilai normalnya dengan radiasi ideal,maka nilai emisivitas efektif rata-rata yang berkenaan emisivitas efektif rata-rata yang berkenaan dengan panjang gelombang pada dengan panjang gelombang pada normalnya diperoleh:
normalnya diperoleh:
∫
∫
∫
∫
Persamaan (4) merupakan definisi dari Persamaan (4) merupakan definisi dari emisivitas efektif rata-rata eemisivitas efektif rata-rata ememe berkenaanberkenaan dengan radiasi dari permukaan pada dengan radiasi dari permukaan pada sembarang sudut. sembarang sudut. Persamaan (3) menjadi : Persamaan (3) menjadi :
Atau Atau
Dengan melakukan substitusi persamaan Dengan melakukan substitusi persamaan (1) ke persamaan (6) diperoleh :
(1) ke persamaan (6) diperoleh :
A.
A.PENDAHULUANPENDAHULUAN
Energi radian yang dipancarkan Energi radian yang dipancarkan dari sebuah radiator ideal (plackian) dapat dari sebuah radiator ideal (plackian) dapat dinyatakan denag persamaan dinyatakan denag persamaan stefan-boltzman:
boltzman:
Dimana ei = daya emisif dari Dimana ei = daya emisif dari sebuah radiator ideal pada temperatur t sebuah radiator ideal pada temperatur t
= konstanta stefan-boltzman= konstanta stefan-boltzman
T= suhu mutlak
T= suhu mutlak permukaanpermukaan Dengan menandai
Dengan menandai
sebagaisebagai energi radia yang dipancarkan per satuan energi radia yang dipancarkan per satuan penjang gelombang pada panjang penjang gelombang pada panjang gelombanggelombang untuk untuk sebuah sebuah radiatorradiator
ideal,maka daya emisif selanjutnya dapat ideal,maka daya emisif selanjutnya dapat dinyatakan sebagai:
dinyatakan sebagai:
Untuk sebuah radiator non-ideal,daya Untuk sebuah radiator non-ideal,daya emisif menjadi:
emisif menjadi:
DimanaDimana
adalah rasio antara radiasi idealadalah rasio antara radiasi ideal dengan radiasi aktual untuk temperatur dengan radiasi aktual untuk temperatur permukaan yang sama pada panjang permukaan yang sama pada panjang gelombang yang telah tertentu dan gelombang yang telah tertentu dan diartikan sebagai emisivitas diartikan sebagai emisivitas monokromatik.monokromatik.
Dengan meninjau nilai emisivitas Dengan meninjau nilai emisivitas monokromatik
monokromatik
sebagai fungsi dari arahsebagai fungsi dari arahradiasi yang berkenaan dengan normal dari radiasi yang berkenaan dengan normal dari permukaan pancaran dan e diartikan permukaan pancaran dan e diartikan sebagai energi yang dipancarkan dari sebagai energi yang dipancarkan dari permukaan atas,maka pengukuran yang permukaan atas,maka pengukuran yang dibuat untuk penentuan e diambil atas dibuat untuk penentuan e diambil atas daerah kecil disekitar normalnya. daerah kecil disekitar normalnya. Kemudian dengan membagi yang Kemudian dengan membagi yang dipacarkan dari permukaan e berkenaan dipacarkan dari permukaan e berkenaan dengan pengukuran yang dibuat pada dengan pengukuran yang dibuat pada normalnya dengan radiasi ideal,maka nilai normalnya dengan radiasi ideal,maka nilai emisivitas efektif rata-rata yang berkenaan emisivitas efektif rata-rata yang berkenaan dengan panjang gelombang pada dengan panjang gelombang pada normalnya diperoleh:
normalnya diperoleh:
∫
∫
∫
∫
Persamaan (4) merupakan definisi dari Persamaan (4) merupakan definisi dari emisivitas efektif rata-rata eemisivitas efektif rata-rata ememe berkenaanberkenaan dengan radiasi dari permukaan pada dengan radiasi dari permukaan pada sembarang sudut. sembarang sudut. Persamaan (3) menjadi : Persamaan (3) menjadi :
Atau Atau
Dengan melakukan substitusi persamaan Dengan melakukan substitusi persamaan (1) ke persamaan (6) diperoleh :
(1) ke persamaan (6) diperoleh :
Definisi e
Definisi ememe juga dapat dinyatakan denganjuga dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan (7) dan (2) menggunakan persamaan (7) dan (2) sebagai :
sebagai :
∫
∫
Nilai eNilai ememe selanjutnya dinyatakan sebagaiselanjutnya dinyatakan sebagai rasio energi radian yang dipancarkan oleh rasio energi radian yang dipancarkan oleh sebuah permukaan pada termperatur t sebuah permukaan pada termperatur t dengan radiasi dari sebuah radiator ideal dengan radiasi dari sebuah radiator ideal pada temperatur yang sama.
pada temperatur yang sama.
Dari persamaan (8) nilai e ditentukan Dari persamaan (8) nilai e ditentukan dengan mengukur energi
dengan mengukur energi yang dipancarkanyang dipancarkan dari sebuah permukaan dengan dari sebuah permukaan dengan radiator.dengan mengacu pada hasil radiator.dengan mengacu pada hasil penelitian dari
penelitian dari “boelter” “boelter” analisis dari analisis dari hasilhasil yang diperoleh dengan radiometer yang diperoleh dengan radiometer dinyatakn sebagai: dinyatakn sebagai:
Namun Namun
sama dengan energi yangsama dengan energi yang terdeteksi oleh radiometer sebagai terdeteksi oleh radiometer sebagai eemvmv(r).oleh karena itu(r).oleh karena itu
Dimana fDimana f roro adalah faktor bentuk yangadalah faktor bentuk yang ditentukan oleh persamaan:
ditentukan oleh persamaan:
Dimana r dan l secara berturut-turut
Dimana r dan l secara berturut-turut adalahadalah jari-jari
jari-jari sampel sampel dan dan jarak jarak permukaanpermukaan sampel ke sensor.
sampel ke sensor.
Pada peralatan yang digunakan ini,nilai Pada peralatan yang digunakan ini,nilai emisivitas efektif rata-rata suatu material emisivitas efektif rata-rata suatu material padat dapat diperoleh melalui rumusan padat dapat diperoleh melalui rumusan berikut: berikut:
⁄
⁄
⁄
⁄
(12) (12) Dimana Dimana cc = = konstanta konstanta sensitivitas sensitivitas kalibrasikalibrasi radiometer = 86,83 kcal/mh
radiometer = 86,83 kcal/mh22 /mv /mv E
Emvmv(r) (r) = = output output radiometerradiometer F
Froro = faktor bentuk = faktor bentuk To
To = = suhu suhu absolut absolut permukaan permukaan sampelsampel = to + 273
= to + 273 T
Trr = suhu absolut t= suhu absolut termokopelermokopel = t
= trr+ 273+ 273
B.
B. METODOLOGI PERCOBAANMETODOLOGI PERCOBAAN
Eksperimen pengukuran emisivitas Eksperimen pengukuran emisivitas rata-rata ini dilakukan dengan rata-rata ini dilakukan dengan menggunakan perangkat Radiation Heat menggunakan perangkat Radiation Heat Trasnfer OSK 4569. Pengukuran Trasnfer OSK 4569. Pengukuran emisivitas ini dilakukan dengan cara emisivitas ini dilakukan dengan cara memanaskan logam yang diuji dengan memanaskan logam yang diuji dengan
electric heater unit
electric heater unit pada perangkatpada perangkat tersebut. Suhu heater dinaikkan dengan tersebut. Suhu heater dinaikkan dengan memutar
memutar temperature regulator temperature regulator ke arahke arah kanan. Suhu logam diukur dengan kanan. Suhu logam diukur dengan mengarahkan saklar thermo
mengarahkan saklar thermo taps selector taps selector pada t1 dan mengarahkan saklar
radio-thermo couple selector pada termometer, sedangkan untuk mengukur suhu radiometer saklar thermo taps selector diarahkan pada t2. Banyaknya intensitas radiasi diukur dengan mengarahkan saklar radiometer thermo couple selector pada radiometer dan hasilnya akan ditampilkan pada digital voltmeter.
C. HASIL DAN PEMBAHASAN
Logam termasuk material yang sangat banyak diaplikasikan pada kehidupan sehari-hari. Penggunaan material ini disesuaikan dengan kebutuhan dan fungsinya agar tidak terjadi kerugian dalam penggunaannya. Sangat perlu dilakukan indentifikasi karakter suatu bahan sebelum digunakan salah satu contohnya adalah emisivitas. Nilai emisivitas tiap bahan berbeda-beda,itulah sebabnya mengapa pembuatan alat tertentu membutuhkan bahan baku tertentu juga.
Berikut merupakan hasil perhitungan untuk masing-masing bahan dengan 2 variasi : 1. Stainless Perc. Ke-Variasi Suhu Nilai em Variasi Jarak Nilai em 1 0,1323 0,01 2 0,0787 0,0427 3 0,035 0,0412 2. Seng Perc. Ke-Variasi Suhu Nilai em Variasi Jarak Nilai em 1 0,12 0,096 2 0,066 0,0825 3 0,011 0,114 3. Kuningan Perc. Ke-Variasi Suhu Nilai em Variasi Jarak Nilai em 1 0,069 0,041 2 0,068 0,039 3 0,056 0,033 D. KESIMPULAN
Dari percobaan menentukan emisivitas suatu bahan material. dapat disimpulkan bahwa dari ketiga bahan yang diuji, stainless memiliki nilai emisivitas tertinggi, sedangkan nilai emisivitas terendaha adalh pada bahan kuningan.
Semakin tinggi suhu maka nilai emisivitas akan semakin rendah, begitupun sebaliknya. Semakin jauh jarak maka akan semakin kecil juga nilai emisivitasnya dan begitupun sebaliknya.
E. DAFTAR PUSTAKA
Tipler, Paul A., 1991, FISIKA Untuk Sains Dan Teknik .Edisi ketiga,alih bahasa : Dra. La Prasetio, M.Sc, Rahmad W Adi, Ph.D, Jakarta : Erlangga.
LAMPIRAN A. DATA HASIL PENGAMATAN
Bahan = Stainless Variasi Suhu Perc Ke-R(cm) L(cm) E0(t1) Em(t2) T0(0C) T0 Tr(0C) Tr EM(R) 1 9 25 1,61 1,23 40 313 30 303 0,01 2 9 25 2,684 1,23 60,6 333,6 30,2 303,2 0,02 3 9 25 4,87 1,23 110,9 383,9 30,2 303,2 0,03 Variasi Jarak Perc Ke-R(cm) L(cm) E0(t1) Em(t2) T0(0C) T0 Tr(0C) Tr EM(R) 1 9 22,5 4,503 1,24 110 380 30,1 303,1 0,01 2 9 20 4,503 1,24 110 380 30,1 303,1 0,05 3 9 17,5 4,503 1,24 110 380 30,1 303,1 0,06 Bahan = Seng Variasi Suhu Perc Ke-R(cm) L(cm) E0(t1) Em(t2) T0( 0 C) T0 Tr( 0 C) Tr EM(R) 1 9 25 3,85 1,23 90,5 363,5 30,2 303,2 0,07 2 9 25 3,95 1,24 90,7 367,5 30,1 303,1 0,075 3 9 25 4,54 1,24 110,1 383,1 30,1 303,1 0,09 Variasi Jarak Perc Ke-R(cm) L(cm) E0(t1) Em(t2) T0(0C) T0 Tr(0C) Tr EM(R) 1 9 20 5,04 1,24 120,3 393,3 30,1 303,1 0,14 2 9 17,5 5,04 1,24 120,3 393,3 30,1 303,1 0,15 3 9 15 5,04 1,24 120,3 393,3 30,1 303,1 0,16
Bahan = Kuningan Variasi Suhu Perc Ke-R(cm) L(cm) E0(t1) Em(t2) T0(0C) T0 Tr(0C) Tr EM(R) 1 9 25 3,91 1,23 90,6 363,6 30,2 303,2 0,04 2 9 25 4,04 1,24 90,9 363,9 30,1 303,1 0,04 3 9 25 4,42 1,24 100,8 373,8 30,1 303,1 0,04 Variasi Jarak Perc Ke-R(cm) L(cm) E0(t1) Em(t2) T0( 0 C) T0 Tr( 0 C) Tr EM(R) 1 9 18 4,84 1,25 110,8 383,8 30,1 303,1 0,06 2 9 16 4,84 1,25 110,8 383,8 30,1 303,1 0,07 3 9 14 4,84 1,25 110,8 383,8 30,1 303,1 0,07 B. ANALISIS PERHITUNGAN Bahan = Stainless Variasi Suhu Mencari nilai FRO
||
||
||
||
||
||
||
||
||
||
Sehingga diperoleh
Dari data hasil pengamatan, maka kita dapat mencari nilai em untuk masing-masing percobaan : 1. Percobaan ke-1
⁄
⁄
⁄
⁄
|
|
|
|
|
|
|
|
⁄
⁄
|
|
⁄
⁄
|
|
⁄
|
|
⁄
|
|
⁄
⁄
||
⁄
⁄
||
⁄
||
⁄
||
2. Percobaan ke-2
⁄
⁄
⁄
⁄
|
|
|
|
|
|
|
|
⁄
⁄
|
|
⁄
⁄
|
|
⁄
|
|
⁄
|
|
⁄
⁄
||
⁄
⁄
||
⁄
||
⁄
||
3. Percobaan ke-3
⁄
⁄
⁄
⁄
|
|
|
|
|
|
|
|
⁄
⁄
|
|
⁄
⁄
|
|
⁄
|
|
⁄
|
|
⁄
⁄
||
⁄
⁄
||
⁄
||
⁄
||
Variasi Jarak 1. Percobaan ke-1 Mencari nilai FRO :
||
||
||
||
||
||
||
||
||
||
Sehingga diperoleh
Mencari nilai eme:
⁄
⁄
⁄
⁄
|
|
|
|
|
|
|
|
⁄
⁄
|
|
⁄
⁄
|
|
⁄
|
|
⁄
|
|
⁄
⁄
||
⁄
⁄
||
⁄
||
⁄
||
2. Percobaan ke-2 Mencari nilai FRO :
||
||
||
||
||
||
||
||
||
||
Sehingga diperoleh
Mencari nilai eme:
⁄
⁄
⁄
⁄
|
|
|
|
|
|
|
|
⁄
⁄
|
|
⁄
⁄
|
|
⁄
|
|
⁄
|
|
⁄
⁄
||
⁄
⁄
||
⁄
||
⁄
||
3. Percobaan ke-3 Mencari nilai FRO :
||
||
||
||
||
||
||
||
||
||
Sehingga diperoleh
Mencari nilai eme:
⁄
⁄
⁄
⁄
|
|
|
|
|
|
|
|
⁄
⁄
|
|
⁄
⁄
|
|
⁄
|
|
⁄
|
|
⁄
⁄
||
⁄
⁄
||
⁄
||
⁄
||
Bahan = Seng Variasi Suhu Mencari nilai FRO
||
||
||
||
||
||
||
||
Sehingga diperoleh
Dari data hasil pengamatan, maka kita dapat mencari nilai em untuk masing-masing percobaan : 1. Percobaan ke-1
