PIROMETER MAKALAH
diajukan untuk memenuhi tugas mata kuliah Termodinamika yang diampu oleh Dr. Duden Saepuzaman, S.Pd., M.Pd., M.Si.
Disusun oleh:
Kelompok: 5
Ade Arifin (2305826) Amanda Olivia Sikumbang (2300618)
Innaya Puteri Zhafirah (2305570)
PROGRAM STUDI SARJANA PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA
2024
ii DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ... ii
PENDAHULUAN ... 1
A. Latar Belakang ... 1
B. Rumusan Masalah ... 1
C. Tujuan Pembahasan ... 1
PEMBAHASAN ... 2
A. Definisi Pirometer ... 2
B. Jenis Jenis Pirometer ... 2
C. Kelebihan dan Kekurangan Pirometer ... 6
D. Kegunaan Pirometer dalam Kehidupan Sehari-Hari ... 7
E. Prinsip Kerja Pirometer... 10
F. Percobaan Menggunakan Pirometer ... 12
G. Hasil dan Pembahasan Percobaan ... 14
PENUTUP... 18
A. Simpulan ... 18
B. Saran ... 19
DAFTAR PUSTAKA ... 21
1
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Di era sekarang, perkembangan teknologi semakin pesat dalam segala bidang.
Salah satunya perkembangan pada alat termometer. Saat ini, jenis jenis termometer semakin beragam, salah satunya adalah pirometer. Di satu sisi, kebutuhan akan alat ukur suhu yang lebih akurat dan efisien pun semakin meningkat, terutama dalam kondisi ekstrem atau pada objek yang sulit dijangkau. Di sinilah pirometer memainkan peran penting. Pirometer merupakan salah satu jenis termometer yang biasa digunakan saat pandemi corona di Tahun 2019 untuk mengukur suhu suatu benda dari jarak jauh, tanpa perlu kontak langsung dengan benda tersebut. Selain itu, penerapan pirometer dalam dunia industri telah membantu meningkatkan efisiensi, mengurangi risiko kesalahan, serta mempercepat proses pengukuran suhu dalam kondisi yang ekstrim.
Pirometer juga banyak digunakan di laboratorium penelitian dan pengembangan material yang membutuhkan pengukuran suhu tinggi yang sangat presisi.
Namun, banyak orang yang kurang mengetahui serta memahami bagaimana prinsip kerja alat pirometer. Sebagian besar dari mereka hanya mengetahui bahwa pirometer digunakan untuk mengukur suhu seperti halnya termometer biasanya. Maka dari itu, perlu adanya edukasi atau pemahaman mengenai alat pirometer mulai dari pengertian, jenis jenisnya, kegunaan atau pemanfaatannya dalam kehidupan sehari hari, serta mengenai prinsip kerja atau cara kerja pirometer.
Dengan memberikan pemahaman yang lebih baik tentang pirometer, kita dapat meningkatkan kesadaran mengenai pentingnya alat ini dalam berbagai aspek kehidupan dan memberikan informasi yang berguna untuk memilih jenis pirometer yang tepat sesuai dengan kebutuhan. Selain itu, pemahaman yang lebih dalam tentang cara kerja pirometer juga dapat membuka peluang bagi pengembangan teknologi yang lebih canggih, yang dapat mempermudah dan mempercepat berbagai proses pengukuran suhu dalam industri, kesehatan, dan penelitian.
B. Rumusan Masalah
1. Apa pengertian dari pirometer?
2. Apa saja jenis jenis pirometer?
3. Apa kelebihan dan kekurangan pirometer?
4. Bagaimana fungsi atau kegunaan pirometer dalam kehidupan?
5. Bagaimana prinsip kerja alat pirometer?
C. Tujuan Pembahasan
Tujuan dari pembahasan ini yaitu:
1. Untuk memahami serta mengetahui bagaimana prinsip kerja pirometer, 2. Untuk mengetahui jenis jenis pirometer,
3. Untuk memahami serta mengetahui fungsi atau kegunaan pirometer dalam kehidupan sehari hari,
4. Untuk mengetahui alat pirometer secara definisi
2
PEMBAHASAN A. Definisi Pirometer
Gambar 1.1. Pirometer
Pada abad ke-18, alat ukur suhu seperti termometer sudah dikenal, tetapi tidak mampu mengukur suhu sangat tinggi, seperti yang dibutuhkan dalam proses metalurgi atau pembuatan kaca. Inilah latar belakang awal munculnya pirometer. Pirometer biasa juga dikenal dengan sebutan termometer infra merah atau Termometer radiasi atau termometer non-kontak yang digunakan untuk mendeteksi suhu suhu permukaan suatu benda, yang bergantung pada radiasi (inframerah atau tampak) yang dipancarkan dari benda tersebut. Pirometer bertindak sebagai photodetector karena sifat menyerap energi dan mengukur intensitas gelombang EM pada setiap panjang gelombang. Perbedaan pirometer dan termometer terletak pada cara pengukuran suhunya. Pirometer dapat mengukur suhu tubuh dari jarak jauh, sedangkan termometer harus memiliki kontak fisik dengan tubuh. Selain itu, pirometer dapat mengukur rentang suhu yang jauh lebih luas dibandingkan termometer. Misalnya, pirometer dapat mengukur suhu logam yang sangat panas (+600 ºC). Jelasnya, nilai suhu ini tidak mungkin ditentukan dengan melakukan kontak dengan logam. Alat pirometer juga digunakan untuk mengukur tungku suhu tinggi. Perangkat ini dapat mengukur suhu dengan sangat akurat, tepat, murni secara visual dan cepat. Pirometer tersedia dalam rentang spektrum yang berbeda. Menurut istilah, penamaan pirometer berasal dari bahasa Yunani yaitu pyro atau api da meter atau mengukur. Thermometric property pirometer dapat dituliskan sebagai berikut: I=I T dengan I merupakan intensitas cahaya.
B. Jenis Jenis Pirometer
Alat ukur pirometer memiliki beberapa jenis, Untuk mendeteksi suhu benda yang berbeda dan sering digunakan, pirometer diklasifikasikan menjadi 2 jenis, yaitu diantaranya:
1. Pirometer Optik
3
Gambar 1.2. Tampilan Pirometer Optik
Pirometer optik adalah alat pengukur suhu tipe non-kontak. Ia bekerja berdasarkan prinsip mencocokkan kecerahan suatu objek dengan kecerahan filamen yang ditempatkan di dalam pirometer. Pirometer optik digunakan untuk mengukur suhu tungku, logam cair, dan bahan atau cairan yang terlalu panas lainnya. Tidak mungkin mengukur suhu benda yang sangat panas dengan bantuan instrumen tipe kontak. Oleh karena itu pirometer non-kontak digunakan untuk mengukur suhunya.Konstruksi pirometer optik cukup sederhana.
Pirometer berbentuk silinder di mana lensa ditempatkan di satu ujung dan lensa mata di ujung lainnya. Lampu disimpan di antara lensa mata dan lensa. Filter ditempatkan di depan lensa mata. Filter membantu dalam mendapatkan cahaya monokromatik. Lampu memiliki filamen yang terhubung ke baterai, ammeter dan rheostat. Dihubungkan secara seri
Pirometer optik ditunjukkan pada gambar di atas ini. Ini terdiri dari lensa yang memfokuskan energi yang dipancarkan dari objek yang dipanaskan dan menargetkannya pada lampu filamen listrik. Intensitas filamen tergantung pada arus yang melewatinya. Oleh karena itu arus yang dapat diatur dilewatkan melalui lampu. Besarnya arus diatur sampai kecerahan filamen sama dengan kecerahan objek. Ketika kecerahan filamen dan kecerahan objek sama, maka garis luar filamen benar-benar hilang.
4
Filamen terlihat cerah ketika suhunya lebih dari suhu sumbernya. Jika filamen terlalu terang, pengguna perlu menurunkan arus listrik pada filamen untuk menyamakan intensitas cahaya yang dipancarkan oleh filamen dengan yang dipancarkan oleh objek. Setelah intensitas cocok, suhu filamen akan menunjukkan suhu objek.
Filamen terlihat gelap jika suhunya kurang dari yang dibutuhkan untuk kecerahan yang sama. Maka, perlu meningkatkan arus listrik ke filamen agar kecerahan filamen meningkat dan menyamai intensitas cahaya yang dipancarkan oleh objek. Ketika filamen tampak menghilang atau menyatu dengan cahaya dari objek (tidak terlihat lebih terang atau lebih gelap), suhu filamen akan menunjukkan suhu objek tersebut.
5
Pirometer optik memiliki keunggulan atau kelebihan, diantaranya memiliki akurasi tinggi serta suhu diukur tanpa menyentuh tubuh yang dipanaskan. Karena sifat ini, pirometer digunakan untuk sejumlah aplikasi.
Namun disatu sisi, adapun kekurangan dari alat pirometer optik ini, yaitu Cara kerja pirometer tergantung pada intensitas cahaya yang dipancarkan oleh benda yang dipanaskan. Dengan demikian, pirometer digunakan untuk mengukur suhu yang memiliki suhu lebih dari 700 derajat Celcius. Keakuratan pirometer tergantung pada penyesuaian arus filamen. Juga, pirometer tidak digunakan untuk mengukur suhu gas bersih.
2. Pirometer Inframerah
Gambar 1.3. Tampilan Pirometer Inframerah
Pirometer inframerah (Infrared pyrometer) adalah sensor suhu yang dapat mengukur suhu dari jarak jauh tanpa melakukan kontak langsung dengan objek yang akan diukur. Infrared pyrometer merupakan device pengukur suhu yang juga biasa disebut sebagai termometer radiasi termal. Sensor ini menggunakan cahaya inframerah untuk mengukur atau mendeteksi radiasi panas (termal) benda. jadi bisa dikatakan, infrared pyrometer adalah sensor yang digunakan untuk mengukur suhu tanpa kontak ketika sensor tipe probe atau sensor dengan kontak langsung, seperti termokopel, RTD, dan lain
6
sebagainya, tidak bisa digunakan atau tidak bisa menghasilkan data yang akurat karena berbagai alasan.
Pirometer inframerah/ infrared pyrometer menentukan suhu objek dengan cara mengetahui radiasi termal (terkadang disebut radiasi hitam) yang dipancarkan oleh objek tersebut. Benda atau material apapun yang memiliki suhu mutlak diatas nol, akan memiliki molekul yang selalu aktif bergerak.
Semakin tinggi suhu maka pergerakan molekul akan semakin cepat. Ketika bergerak, molekul akan memancarkan radiasi inframerah, yang merupakan jenis radiasi elektromagnetik di bawah spektrum cahaya. Saat suhu objek meningkat atau menjadi lebih panas, maka radiasi inframerah yang dipancarkannya pun akan meningkat, bahkan inframerah yang dipancarkan juga akan bisa menampakkan cahaya jika suhu benda tersebut sangat tinggi. Oleh sebab itu jika ada sebuah logam yang dipanaskan akan nampak memerah atau bahkan memutih. Pirometer akan mengukur besar radiasi inframerah yang dipancarkan oleh benda tersebut.
Kekurangan dari Pirometer inframerah yaitu tidak cocok untuk benda transparan. Dimana, pirometer inframerah kesulitan mengukur suhu benda transparan seperti kaca atau plastik tipis, karena radiasi inframerah bisa menembus objek ini. Selain itu, pirometer inframerah juga sensitif terhadap lingkungan seperti uap, asap, dan debu. Hal tersebut dapat memicu ketidakakuratan pengukuran karena cahaya inframerah mengalami pembelokkan atau penyerapan.
Ada beberapa perbedaan antara pirometer optik dengan pirometer infra merah, diantaranya
C. Kelebihan dan Kekurangan Pirometer
7
Pirometer memiliki berbagai kelebihan atau keunggulan dalam penggunaannya, diantaranya:
1. Pirometer dapat mengukur suhu benda tanpa ada kontak dengan benda tersebut.
Ini disebut pengukuran non-kontak.
2. Pirometer memiliki waktu respons yang cepat, dimana pirometer dapat memberikan hasil pengukuran suhu secara hampir instan, sehingga sangat cocok untuk aplikasi yang membutuhkan data suhu real-time.
3. Pirometer memiliki stabilitas yang baik saat mengukur suhu benda. Artinya hasil pengukuran suhu yang diperoleh dari pirometer cenderung konsisten dan tidak mudah berubah-ubah dalam kondisi yang sama.
4. Pirometer tersedia dalam berbagai jenis dan rentang suhu, sehingga dapat disesuaikan dengan berbagai aplikasi.
5. Aman ketika digunakan untuk mengukur suhu benda yang berbahaya atau mudah terkontaminasi dibandingkan dengan termometer konvensional.
Selain kelebihan, pirometer juga memiliki beberapa kelemahan atau kekurangan dalam penggunaannya, kekurangan tersebut antara lain:
1. Pirometer umumnya kasar dan mahal. Pirometer umumnya lebih mahal
dibandingkan termometer konvensional, terutama untuk model dengan akurasi tinggi dan fitur tambahan.
2. Keakuratan terhadap perangkat dapat berpengaruh. Hal hal yang mempengaruhinya yaitu jarak antara pirometer dan benda yang diukur juga mempengaruhi akurasi pengukuran. Semakin jauh jaraknya, semakin besar kemungkinan kesalahan pengukuran. Selain jarak, adapun karena pengaruh lingkungan seperti debu, asap, dan radiasi panas.
3. Pirometer perlu dikalibrasi secara berkala untuk memastikan keakuratan pengukuran. Proses kalibrasi ini membutuhkan keahlian khusus.
4. Akurasi pada pengukuran pirometer sangat bergantung pada emisivitas permukaan benda yang diukur. Emisivitas adalah kemampuan suatu permukaan untuk memancarkan radiasi inframerah. Jika emisivitas tidak diketahui dengan pasti, maka hasil pengukuran bisa menjadi tidak akurat.
D. Kegunaan Pirometer dalam Kehidupan Sehari-Hari
Pirometer memiliki banyak kegunaan dalam berbagai bidang atau aspek kehidupan. Berikut adalah beberapa kegunaan utama pirometer di berbagai sektor:
A. Bidang Industri
Pada bidang industri, pirometer banyak digunakan. Dalam industri manufaktur, pirometer digunakan untuk memantau suhu mesin dan peralatan.
Pengukuran suhu yang akurat membantu mencegah kerusakan atau keausan berlebihan pada mesin. Pirometer juga digunakan pada proses industri yang melibatkan suhu tinggi (seperti pengecoran logam, pembuatan kaca, atau pembuatan plastik), pirometer digunakan untuk memantau suhu bahan atau mesin agar proses berjalan sesuai dengan standar yang diinginkan. Selain itu,
8
pirometer juga membantu dalam pemeliharaan preventif dengan mengidentifikasi masalah panas yang mungkin terjadi pada komponen mesin, seperti motor atau sistem pemanas, sebelum menyebabkan kerusakan lebih lanjut.
B. Bidang Kesehatan dan Medis
Rasanya, sudah tidak asing lagi jika pirometer banyak digunakan didalam dunia atau bidang kesehatan dan medis. Salah satu kegunaan pirometer yang banyak diketahui dan dikenal oleh masyarakat ialah sebagai pengukur suhu tubuh pasien, terutama dalam situasi darurat atau saat pandemi seperti COVID-19. Pengukuran ini dilakukan tanpa kontak fisik, sehingga mengurangi risiko penyebaran penyakit. Adapun dalam beberapa perawatan intensif atau ruang perawatan, pirometer digunakan untuk memantau suhu tubuh pasien, terutama bagi pasien yang memerlukan suhu yang sangat terkontrol.
C. Bidang Konstruksi dan Bangunan
Tanpa disadari, pirometer juga digunakan dalam bidang konstruksi dan bangunan. Kegunaan pirometer itu sendiri diantaranya untuk memeriksa kualitas insulasi. Ini membantu mendeteksi titik-titik di mana panas dapat bocor, sehingga meningkatkan efisiensi energi. Insulasi adalah material yang digunakan dalam bangunan untuk mengatur aliran panas, baik itu untuk menjaga suhu tetap stabil di dalam ruangan atau untuk mengurangi beban pada sistem pemanas dan pendingin. Dalam proses pembangunan atau renovasi, penting untuk memastikan bahwa insulasi yang dipasang berfungsi dengan baik.
Pirometer (termometer inframerah) digunakan untuk mengukur suhu permukaan dinding, atap, atau lantai bangunan tanpa harus merusak atau membuka lapisan insulasi. Alat ini mendeteksi perbedaan suhu antara daerah yang terisolasi dengan area yang tidak terisolasi atau memiliki insulasi yang rusak. Dengan cara ini, pengukurannya dapat mengidentifikasi area yang kurang efektif dalam mengisolasi panas, yang mungkin tidak terlihat secara visual.
Kebocoran panas ini dapat terjadi jika ada celah atau kekurangan dalam insulasi, seperti:
● Retakan di dinding atau atap yang memungkinkan panas keluar dari ruangan.
● Kelemahan pada sambungan atau lapisan insulasi yang tidak terpasang dengan rapat.
● Pintu dan jendela yang tidak tertutup rapat, yang memungkinkan udara panas keluar atau udara dingin masuk.
Pirometer dapat mendeteksi perbedaan suhu antara area yang terisolasi dengan area yang kehilangan panas. Ketika udara panas atau dingin keluar melalui titik kebocoran, suhu permukaan di dekat titik tersebut akan berbeda dari bagian lainnya. Alat ini dapat menampilkan hot spot (titik panas) atau cold spot (titik dingin) yang menunjukkan kebocoran.
9 D. Bidang Keamanan dan Kebakaran
Dalam situasi kebakaran, pirometer digunakan oleh petugas pemadam kebakaran untuk mengukur suhu di area berbahaya atau untuk mendeteksi titik api yang belum terlihat. Ini membantu dalam mengambil keputusan yang tepat untuk mencegah kebakaran semakin meluas. Teknologi ini tidak hanya meningkatkan keselamatan petugas, tetapi juga efisiensi dalam mengatasi kebakaran yang besar dan kompleks. Selain itu, Pirometer juga digunakan untuk memantau suhu di area sensitif, seperti fasilitas penyimpanan bahan berbahaya, untuk mencegah potensi kebakaran atau ledakan.
E. Bidang Teknologi dan Elektronik
Di industri elektronik, pirometer digunakan untuk mengukur suhu pada komponen seperti chip, resistor, dan kapasitor. Pengukuran suhu ini penting untuk memastikan bahwa komponen tidak melebihi batas suhu yang aman, yang dapat menyebabkan kerusakan atau kegagalan perangkat. Dalam perakitan perangkat elektronik, komponen seperti chip, resistor, dan kapasitor bekerja pada suhu tertentu untuk berfungsi dengan baik. Jika suhu komponen terlalu tinggi, dapat menyebabkan beberapa masalah, seperti:
● Kerusakan Sirkuit: Komponen elektronik dapat mengalami overheating (pemanasan berlebih), yang dapat merusak sambungan internal atau sirkuit di dalam chip.
● Penurunan Umur Komponen: Suhu tinggi secara terus-menerus dapat memperpendek umur komponen elektronik dan menyebabkan
penurunan performa secara bertahap.
● Kegagalan Perangkat: Jika suhu melebihi batas aman, komponen dapat gagal total, yang mengarah pada kerusakan perangkat elektronik atau kebakaran dalam kasus yang ekstrem.
Pirometer digunakan untuk mengukur suhu permukaan komponen- komponen ini tanpa kontak langsung, sehingga tidak merusak perangkat atau mengubah kondisi operasi. Pirometer yang paling sering digunakan dalam industri ini adalah pirometer inframerah, yang dapat mengukur suhu permukaan dengan akurat tanpa harus menyentuh komponen. Ada juga penggunaan pirometer yaitu sebagai pengukur suhu pada perangkat listrik, seperti kabel dan saklar, untuk mendeteksi overheating yang dapat menyebabkan kebakaran atau kerusakan. Perangkat listrik seperti kabel, saklar, kontraktor, dan panel listrik berfungsi untuk mengalirkan dan mengendalikan arus listrik. Namun, ketika perangkat ini mengalami overload atau ada koneksi yang buruk, suhu dapat meningkat drastis, yang bisa menyebabkan peningkatan resistansi di sambungan atau kabel, yang mengarah pada pemanasan berlebih, kegagalan isolasi pada kabel, yang mengarah pada korsleting atau bahkan kebakaran, serta kerusakan pada saklar atau panel yang dapat mengganggu sirkuit dan menurunkan performa perangkat listrik.
10 F. Bidang Pertanian dan Lingkungan
Dalam bidang ini, alat pirometer digunakan sebagai alat untuk memantau suhu tanah maupun suhu tanaman. Kita tahu bahwa tanah merupakan faktor kunci dalam pertumbuhan tanaman. Dimana, suhu tanah mempengaruhi ketersediaan air, aktivitas mikroba tanah, dan proses metabolisme tanaman. Dengan bantuan pirometer, para petani tidak perlu menggali atau mengganggu struktur tanah.
Alasan yang menjadikan suhu sangat penting dalam pertanian diantaranya suhu tanah diperlukan untuk germinasi benih yang efektif dan pertumbuhan akar yang sehat. Tanah yang terlalu panas atau terlalu dingin dapat menghambat proses tersebut. Suhu tanah juga mempengaruhi ketersediaan nutrisi bagi tanaman. Tanah yang lebih panas dapat mempercepat reaksi kimia, sedangkan tanah yang lebih dingin dapat memperlambat proses-proses ini.
Pemantauan suhu pada tanaman, terutama daun atau batang tanaman, dapat memberikan informasi penting tentang kondisi kesehatan tanaman dan kebutuhan air. Suhu yang tinggi pada permukaan tanaman (seperti daun) dapat menjadi tanda bahwa tanaman mengalami stres karena kekurangan air atau overheating akibat paparan sinar matahari yang intens. Pirometer dapat mendeteksi perubahan suhu yang menunjukkan stres, yang memungkinkan petani untuk segera mengatur pengairan atau perlindungan terhadap sinar matahari berlebih.
G. Industri Makanan dan Minuman
Pirometer digunakan di industri makanan dan minuman untuk memeriksa suhu produk selama proses pemasakan, pendinginan, atau pembekuan. Ini penting untuk menjaga kualitas dan memastikan bahwa makanan aman untuk dikonsumsi. Dalam proses sterilisasi atau pasteurisasi, pirometer digunakan untuk memantau suhu yang tepat guna membunuh bakteri atau mikroorganisme, serta untuk menjaga kualitas produk.
E. Prinsip Kerja Pirometer
Setelah kita mengetahui tentang apa definisi pirometer, jenis jenis pirometer, kelebihan dan kekurangannya, serta pemanfaatan atau kegunaan pirometer itu sendiri dalam berbagai bidang kehidupan, kita akan memahami bagaimana prinsip kerja alat pirometer. Cara kerja alat ini yaitu dengan menggunakan prinsip kalibrasi. Pertama, pengamat mengarahkan teleskop ke tungku dan memposisikan lensa lensa objektif teleskop pas dengan lubang tungku yang memancarkan cahaya dari objek yang akan diukur suhunya.
Filamen lampu yang mula mula terlihat gelap berlatar belakang cahaya terang yang berasal dari tungku. Kemudian kita membuat filamen lampu memiliki intensitas yang sama terangnya seperti cahaya dari tungku dengan cara mengatur hambatam geser sedikit demi sedikit. Saat intensitas cahaya tungku dan filamen sama, filamen terlihat seolah olah menghilang. Hambatan geser yang berubah ubah nilainya mempengaruhi arus listrik yang mengalir dalam rangkaian filamen, besar arus ini terbaca oleh ammeter kemudian barulah besaran ammeter ini dikalibrasi menjadi besaran suhu atau T. Untuk memahami
11
bagaimana pirometer dengan jenis optik ini dikalibrasi pada temperatur diatas titik emas, kita menggunakan persamaan radiasi Planck:
𝑢
𝑣= 8𝜋ℎ 𝐶
3𝑣
3ⅇ ℎ𝜈 𝑘𝑡 ⁄ − 1
𝑢
𝑣:
kerapatan energi spectral h:
konstanta planck (6,67x10-34 J.s)c
: Kecepatan cahaya (3 × 10⁸ m/s)ν
: Frekuensi gelombang foton (Hz)k
: Konstanta Boltzmann (1,38 × 10⁻²³ J/K) T : Suhu (K)dinyatakan dalam panjang gelombang.
𝑣 =𝑐 𝜆 dengan,
c : Kecepatan cahaya (3 × 10⁸ m/s) ν : Frekuensi gelombang foton (Hz) λ : Panjang gelombang (m)
dan
ⅆ𝑣 = 𝑐 𝜆2ⅆ𝜆 Sehingga,
𝑢𝜆 ⅆ𝜆 = 8𝜋ℎ𝐶 𝜆−5ⅆ𝜆 ⅇℎ𝐶: 𝜆𝑘𝑡 − 1 dengan,
uλ: Kerapatan energi radiasi
Kita mengukur sebuah pirometer optik yang diarahkan ke benda hitam yang memiliki titik lebur normal emas (1337,85 K) kemudian mencatat hasil pengukuran yang terlihat pada ammeter. Hasil pengukuran ini digunakan sebagai acuan saat kita mengukur radiasi benda hitam lain pada temperatur lebih tinggi. Pengukuran kedua ini dibantu oleh piringan dengan bukaan berbentuk sektor lingkaran yang bersudut θ yang dapat diubah-ubah sesuai keinginan. Ketika piringan bisektor ini bergerak cepat, fraksi radiasi memiliki nilai θ/2π dari semua panjang gelombang diteruskan. Ketika θ dibuat semakin kecil, radiasinya juga semakin redup sehingga pada suatu saat pancaran cahaya akan sama dengan radiasi benda hitam pada titik emas itu. Ketika hal ini terjadi berlaku:
𝑈𝜆(𝑇𝑎𝑢) 𝑢𝜆(𝑇) = 𝜃
2𝜋 dengan,
uλ(TAu) : Kerapatan energi radiasi benda hitam pada titik lebur emas uλ(T) : Kerapatan energi radiasi saat suhu benda hitam lain
12
θ: Sudut pada piringan yang dapat diubah-ubah.
Setelah disubstitusikan ke dalam persamaan radiasi Planck yang telah dituliskan di atas didapatkan,
ⅇ 𝑐 ⋅ 2 𝜆⁄ 𝑡 − 1 ⅇ𝑐2∕𝜆𝑡𝑎𝑢 = 𝜃
2𝜋
Dengan, c2 = 0,014388m/K, λ\lambdaλ pada daerah merah =6,5×10−7 m Tau = 1337,85 K
F. Percobaan Menggunakan Pirometer
Adapun eksperimen yang dilakukan agar mengetahui bagaimana pirometer ini bekerja. Disini kami mengambil data eksperimen dan penelitian menggunakan alat pirometer melalui jurnal atau artikel dengan judul Pengaruh Jarak Ukur dan Jenis Termometer Inframerah Pada Hasil Pengukuran Suhu Tubuh Sebagai Skrining Awal Covid 19 yang disusun Intan Paramudita dkk. Alasan kami mengambil data percobaan atau eksperimen dari artikel atau jurnal orang lain karena pirometer atau termometer inframerah tidak ada atau tidak tersedia sehingga kami sulit untuk mendapatkan data terkait penguuran alat pirometer atau termometer inframerah ini. Pada percobaan atau eksperimen ini, kita akan menguji cara kerja pirometer atau termometer inframerah dengan menggunakan 3 buah termometer inframerah dengan jenis yang berbeda: 2 termometer inframerah medis, dan 1 termometer inframerah industri. Penelitian yang dilakukan yaitu untuk mengetahui pengaruh penggunaan jenis termometer yang berbeda dan jarak pengukuran terhadap hasil pengukuran suhu tubuh. Variasi penggunaan jenis termometer dilakukan untuk mengetahui pengaruh jenis termometer yang berbeda terhadap hasil pengukuran. Variasi jarak pengukuran dilakukan untuk mengetahui jarak optimal antara sensor termometer inframerah dengan permukaan (pusat dahi) agar didapatkan hasil pengukuran yang akurat.
Metode yang digunakan dalam penelitian ini yaitu membandingkan 3 termometer inframerah, yaitu X1, X2, dan X3, seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 1. X1 dan X2 merupakan termometer inframerah medis, sedangkan X3 adalah termometer inframerah industri. Masing-masing termometer inframerah digunakan untuk mengukur suhu tubuh dengan jarak tertentu. Pengukuran suhu tubuh dilakukan pada dahi. Pengambilan data dilakukan kepada 10 responden. Jarak pengukuran antara termometer inframerah dan pusat dahi divariasikan yaitu 1, 5, 10, dan 20 cm, menggunakan penggaris.Setiap variasi jarak ukur dan variasi jenis termometer inframerah dilakukan pengulangan pengambilan data sebanyak 3 kali. Hasil pengukuran digunakan untuk mengetahui perbedaan suhu yang terukur oleh 3 jenis termometer dalam rentang waktu yang singkat. Selain itu, juga untuk mengetahui jarak optimal pengukuran antara sensor termometer inframerah dengan pusat dahi.
Pengukuran suhu tubuh terhadap responden dilakukan di beberapa lokasi dengan suhu dan kelembaban yang berbeda-beda. Suhu dan kelembaban lingkungan dicatat saat pengambilan data.
13
Tabel 2 Spesifikasi Termometer ini memberikan informasi rinci mengenai kemampuan dan karakteristik dari tiga jenis termometer yang berbeda, yaitu X1, X2, dan X3. Setiap jenis termometer memiliki spesifikasi yang unik, yang dapat digunakan untuk membandingkan keunggulan dan kekurangan masing-masing.
14
a. Spesifikasi: Kolom ini menunjukkan berbagai aspek yang menggambarkan kinerja termometer, seperti suhu operasi, rentang pengukuran, akurasi, dan jarak pengukuran.
b. X1, X2, dan X3: Ini adalah kode atau nama untuk masing-masing jenis termometer.
c. Operating Temperature (°C): Menunjukkan rentang suhu lingkungan di mana termometer dapat beroperasi dengan baik. Misalnya, termometer X1 dan X2 dapat digunakan dalam lingkungan dengan suhu antara 10 hingga 40 derajat Celcius.
d. Measuring Range (°C): Menunjukkan rentang suhu yang dapat diukur oleh termometer. Misalnya, termometer X1 dapat mengukur suhu antara 32 hingga 42 derajat Celcius.
e. Measuring Accuracy (°C): Menunjukkan tingkat ketelitian pengukuran suhu.
Semakin kecil nilai akurasi, semakin akurat hasil pengukuran. Misalnya, termometer X1 memiliki akurasi pengukuran hingga ±0,3 derajat Celcius.
f. Measuring Distance (cm): Menunjukkan jarak optimal antara sensor termometer dengan objek yang diukur. Misalnya, termometer X3 memiliki jarak pengukuran minimum 1,9 cm dalam mode fokus standar.
g. Automatic stop (s): Menunjukkan waktu yang dibutuhkan oleh termometer untuk secara otomatis menghentikan pengukuran setelah mencapai suhu stabil.
Secara singkat, ketiga thermometer ini memiliki perbedaan yang dapat kita bandingkan yaitu bahwa termometer X1 dan X2 ini memiliki spesifikasi yang hampir sama, terutama dalam hal suhu operasi dan akurasi. Perbedaan utama terletak pada rentang pengukuran dan jarak pengukuran. Sedangkan, termometer X3 memiliki rentang pengukuran yang jauh lebih luas dibandingkan X1 dan X2, namun akurasinya juga lebih rendah. Jarak pengukuran X3 juga lebih fleksibel karena memiliki mode fokus yang berbeda.
G. Hasil dan Pembahasan Percobaan
Penelitian ini menggunakan 3 termometer inframerah untuk mengukur suhu tubuh, yaitu 2 termometer inframerah medis dan 1 termometer inframerah industri.
Pengambilan data dilakukan kepada 10 responden di beberapa lokasi yang berbeda dengan suhu dan kelembaban lingkungan yang bervariasi, suhu lingkungan antara 26,0 – 29,4°C dan kelembaban lingkungan antara 54 – 64%. Pengukuran suhu tubuh dilakukan di dahi karena terdapat arteri temporalis superfisial yang suhunya mendekati suhu pada rektum yang merupakan salah satu suhu inti, selain itu suhu arteri temporalis juga mendekati suhu peredaran darah yang ada di jantung yang merupakan salah satu organ dalam. Hal ini dilakukan karena suhu inti adalah suhu tubuh bagian dalam yang suhunya dipertahankan konstan sekitar 36,4 – 37,0 °C, berbeda dengan suhu permukaan yang berubah-ubah sesuai dengan suhu lingkungan.
Suhu normal manusia berada pada rentang 35,8 – 37,2°C. Data hasil pengukuran menggunakan termometer X1 menunjukkan suhu tertinggi 37,1°C dan suhu terendah 35,4°C, sedangkan data hasil pengukuran menggunakan termometer X2 menunjukkan suhu tertinggi 37,2°C dan suhu terendah 35,7°C. Data hasil pengukuran suhu menggunakan termometer X3 diperoleh suhu tertinggi 35,7°C dan suhu terendah 33,1°C. Hasil pengukuran ini menunjukkan bahwa termometer inframerah X1dan X2 memiliki selisih yang tidak jauh berbeda, sedangkan pengukuran menggunakan termometer X3 menunjukkan selisih yang jauh berbeda dengan hasil pengukuraan 2 termometer inframerah lainnya. Hal ini dikarenakan termometer X1 dan X2 merupakan
15
termometer medis, sedangkan termometer 3 adalah termometer industri. Dari hasil pengukuran yang diperoleh, terdapat perbedaan yang cukup signifikan antara pembacaan pada termometer X3 dengan termometer X1 dan X2. Selisih pembacaan terbesar antara X3 dan X1 adalah 2,29°C, dan selisih pembacaan terbesar antara X3 dan X2 adalah 2,42°C. Rata-rata selisih pengukuran antara termometer X1, X2, dan X3 pada setiap jarak pengukuran ditunjukkan oleh Tabel 3. Tabel 3 Selisih rata-rata pengukuran suhu antara termometer X1, X2, dan X3.
Hasil tersebut menunjukkan bahwa termometer inframerah industri tidak disarankan untuk pengukuran suhu tubuh manusia. Hal ini dikarenakan termometer industri memiliki rentang suhu yang sangat lebar, yaitu -30°C s.d. 900°C dengan ketelitian ±0,75°C, sedangkan termometer medis memiliki rentang suhu lebih sempit, yaitu 32 s.d. 42,5°C dengan ketelitian ±0,3°C. Berdasarkan ASTM E1965-98 tentang standard specification for infrared thermometer for intermittent determination of patient temperature, simpangan yang diizinkan untuk termometer inframerah adalah tidak lebih dari ±0,3°C. Penggunaan termometer industri untuk keperluan medis, dapat berdampak pada salah diagnosis akibat akurasi pembacaan termometer yang rendah.
Jarak antara sensor termometer inframerah dengan permukaan (pusat dahi) berpengaruh terhadap hasil pengukuran suhu tubuh. Pada penelitian ini dilakukan pengukuran suhu tubuh dengan jarak 1, 5, 10, dan 20 cm. Hasil pengukuran menggunakan termometer medis menunjukkan bahwa pengukuran dengan jarak 1 - 10 cm tidak memiliki perbedaan suhu yang signifikan. Pengukuran menggunakan termometer X1 menghasilkan simpangan tertinggi sebesar 0,5°C, dan pengukuran menggunakan termometer X2 menghasilkan simpangan tertinggi sebesar 0,1°C, sedangkan pengukuran dengan jarak 20 cm memiliki perbedaan hasil pengukuran yang lebih besar dengan simpangan sebesar 0,6 dan 1,1 oC. Termometer X1 yang memiliki spesifikasi jarak pengukuran 5 – 12 cm, ketika digunakan untuk mengukur dengan jarak 20 cm memiliki perbedaan hasil pengukuran hingga 1,1 C. Termometer X2 dengan spesifikasi jarak pengukuran 5 – 15 cm, ketika digunakan untuk mengukur dengan jarak 20 cm memiliki perbedaan hasil pengukuran lebih kecil yaitu 0,6°C. Hal ini menunjukkan bahwa jarak pengukuran sangat berpengaruh terhadap hasil pengukuran suhu manusia. Penting untuk diperhatikan yaitu melakukan pengukuran dengan jarak sesuai dengan spesifikasi masing-masing termometer untuk mendapatkan hasil pengukuran yang lebih akurat. Pengukuran suhu tubuh dengan jarak lebih jauh dari spesifikasi akan menghasilkan pembacaan yang kurang akurat. Hasil pengukuran yang dilakukan pada jarak ukur 1 - 10 cm menunjukkan hasil yang akurat. Sedangkan hasil
16
pengukuran dengan jarak ukur 20 cm tidak disarankan untuk termometer dengan spesifikasi jarak ukur terjauh 12 cm dan 15 cm.
Penggunaan termometer inframerah untuk mengukur suhu tubuh dengan benar sangat penting untuk mendapatkan hasil pengukuran yang akurat, karena salah satu skrining awal COVID-19 adalah adanya gejala demam dengan suhu ≥38°C. Apabila termometer inframerah yang digunakan memiliki simpangan tinggi akibat penggunaan yang kurang tepat, maka akan membahayakan secara medis karena memberikan hasil pengukuran yang tidak akurat. Sehingga penting bagi pengguna termometer inframerah untuk menggunakan jenis termometer yang tepat, serta melakukan pengukuran dengan jarak yang sesuai dengan spesifikasi masingmasing termometer.
17
18 PENUTUP A. Simpulan
Kesimpulan dari penjelasan tersebut adalah bahwa pirometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu tanpa kontak langsung dengan objek yang diukur, dan sangat berguna dalam berbagai bidang yang melibatkan suhu tinggi, seperti metalurgi, pembuatan kaca, dan banyak aplikasi industri lainnya. Pirometer dibedakan menjadi dua jenis utama: pirometer optik dan pirometer inframerah. Keduanya mengukur suhu berdasarkan radiasi yang dipancarkan oleh objek, namun cara kerjanya berbeda.
Pirometer optik menggunakan intensitas cahaya untuk mencocokkan suhu objek dengan suhu filamen, sedangkan pirometer inframerah mengukur radiasi termal yang dipancarkan oleh objek.
Keunggulan pirometer adalah kemampuannya untuk mengukur suhu benda panas tanpa kontak fisik, waktu respons yang cepat, dan stabilitas dalam pengukuran suhu. Namun, alat ini memiliki kekurangan, seperti biaya yang lebih tinggi dan sensitivitas terhadap faktor eksternal seperti debu atau uap, yang bisa memengaruhi akurasi pengukuran. Pirometer banyak digunakan dalam berbagai bidang, seperti industri manufaktur, kesehatan, konstruksi, teknologi, dan keamanan. Di industri, alat ini digunakan untuk memantau suhu mesin dan bahan pada suhu tinggi, sedangkan dalam dunia medis, pirometer digunakan untuk mengukur suhu tubuh pasien tanpa kontak fisik. Meskipun memiliki beberapa kekurangan, seperti ketergantungan pada emisivitas permukaan benda yang diukur, pirometer tetap menjadi alat yang sangat berguna untuk pengukuran suhu dalam berbagai situasi. Prinsip kerja pirometer optik melibatkan penggunaan persamaan radiasi Planck untuk menghitung kerapatan energi spektral pada panjang gelombang tertentu. Dalam hal ini, suhu suatu objek dapat dihitung dengan membandingkan intensitas radiasi yang terdeteksi dengan radiasi benda hitam pada suhu tertentu, seperti titik lebur emas (1337,85 K).
Dengan menggunakan piringan berbentuk sektor yang dapat disesuaikan, radiasi yang diteruskan akan dikendalikan sehingga dapat disesuaikan dengan radiasi pada suhu objek yang diukur. Akhirnya, nilai kalibrasi ini diterapkan untuk mendapatkan suhu objek yang lebih tinggi berdasarkan perbandingan radiasi. Prinsip ini memungkinkan pirometer untuk mengukur suhu objek pada suhu tinggi tanpa kontak langsung dengan objek tersebut.
Telah dilakukan penelitian untuk mengetahui pengaruh jarak ukur dan jenis termometer inframerah terhadap hasil pengukuran. Pengukuran suhu tubuh menggunakan 3 termometer, yaitu dua termometer medis dan satu termometer industri dengan jarak ukur yang divariasi antara 1 – 20 cm. Hasil pengukuran suhu tubuh menggunakan 2 termometer medis menunjukkan bahwa pengukuran dengan jarak 1 - 10 cm tidak memiliki perbedaan suhu yang signifikan dengan simpangan sebesar 0,1 dan 0,5 oC, namun pada pengukuran dengan jarak 20 cm terjadi simpangan sebesar 0,6 dan 1,1 oC. Hal ini menunjukkan bahwa jarak pengukuran sangat berpengaruh terhadap hasil pengukuran suhu tubuh manusia. Pengukuran suhu tubuh dengan jarak lebih jauh dari spesifikasi akan menghasilkan pembacaan yang kurang akurat. Selain itu, penggunaan termometer inframerah untuk mengukur suhu tubuh harus menggunakan
19
termometer medis dengan akurasi ±0,3°C sesuai dengan ASTM E1965-98. Penggunaan termometer industri dengan akurasi lebih dari ±0,3°C akan mengakibatkan kesalahan pembacaan suhu tubuh. Termometer industri yang digunakan untuk mengukur suhu tubuh memiliki perbedaan hasil pengukuran dengan termometer medis sebesar 1,24 – 2,42°C.
B. Saran
Adapun beberapa saran yang dapat kami berikan dan sampaikan terkait alat pirometer ini diantarnya:
1. Peningkatan Akurasi dan Kalibrasi:
Untuk memastikan hasil pengukuran suhu yang lebih akurat, penting bagi pengguna pirometer untuk melakukan kalibrasi secara berkala dan memastikan bahwa faktor-faktor seperti emisivitas permukaan benda yang diukur dipertimbangkan dengan tepat. Hal ini akan mengurangi kesalahan dalam pengukuran suhu dan meningkatkan keandalan alat.
2. Pemilihan Jenis Pirometer yang Tepat
Mengingat bahwa pirometer optik dan pirometer inframerah memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing, pengguna disarankan untuk memilih jenis pirometer yang paling sesuai dengan aplikasi spesifik mereka. Misalnya, pirometer inframerah lebih cocok untuk pengukuran suhu objek yang transparan atau sulit dijangkau, sementara pirometer optik lebih cocok untuk objek yang memancarkan radiasi yang dapat dikendalikan kecerahannya.
3. Peningkatan Ketahanan terhadap Lingkungan
Untuk aplikasi di lingkungan yang keras, seperti di pabrik dengan debu atau uap, disarankan untuk menggunakan pirometer yang memiliki perlindungan tambahan terhadap faktor-faktor eksternal ini. Dengan demikian, pengukuran suhu dapat lebih akurat dan stabil meskipun dalam kondisi lingkungan yang tidak ideal.
4. Penggunaan di Bidang Pertanian dan Lingkungan
Pirometer memiliki potensi besar dalam bidang pertanian dan lingkungan untuk memantau suhu tanah atau tanaman. Oleh karena itu, riset lebih lanjut dapat dilakukan untuk mengembangkan teknologi pirometer yang lebih sensitif terhadap kondisi tanah dan tanaman yang lebih luas, guna membantu petani dalam mengelola irigasi dan pertumbuhan tanaman dengan lebih efisien.
5. Edukasi dan Pelatihan Pengguna
Karena pirometer memiliki cara kerja yang berbeda dengan alat ukur suhu konvensional, sangat penting untuk memberikan pelatihan yang memadai kepada pengguna agar mereka dapat mengoptimalkan penggunaan pirometer, memahami cara kalibrasi, dan mengatasi masalah yang mungkin terjadi selama
20
pengukuran. Pelatihan ini juga dapat mencakup pengetahuan tentang faktor- faktor yang memengaruhi hasil pengukuran, seperti kondisi lingkungan dan emisivitas permukaan.
6. Inovasi dalam Pengembangan Pirometer
Dalam perkembangan teknologi, pirometer dapat lebih diperbaiki dengan menambahkan fitur otomatisasi atau integrasi dengan sistem monitoring suhu canggih. Pengembangan lebih lanjut di bidang material dan teknologi sensor dapat meningkatkan daya tahan, akurasi, dan fungsionalitas pirometer, membuatnya lebih efisien dan mudah digunakan dalam berbagai aplikasi industri dan medis.
21
DAFTAR PUSTAKA Adeliarahmayanti. (n.d.). Pirometer Optik. Scribd.
Agarwal, T. (2020, January 31). Pyrometer : Working principle, types, advantages and disadvantages. ElProCus - Electronic Projects for Engineering Students.
Ali, M., et al. (2020). Applications of infrared thermography in food quality control. Journal of Food Science, 85(5), 1477-1483.
Arooj, M., et al. (2020). Non-contact infrared thermometers in clinical practice: A review.
International Journal of Environmental Research and Public Health, 17(12), 4351.
Bai, X., et al. (2016). Non-contact temperature measurement in food industry using infrared thermometry. Journal of Food Engineering, 183, 89-96.
Chen, X., et al. (2018). Medical infrared thermography for clinical diagnosis. Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, 39(9), 853-875.
Choi, Y., et al. (2017). Thermal management in electronic devices using infrared thermography. Journal of Electronic Materials, 46(11), 5959-5964.
hexanasemestaid. (2022, December 3). Jenis, Kelebihan Dan Kekurangan Pengaplikasian pyrometer. Hexana Semesta.
Hexanasemestaid. (2022, December 3). Pyrometer. Hexana Semesta.
Jiao, W., et al. (2019). Infrared thermography for building diagnostics and energy efficiency.
Energy Reports, 5, 845-852.
Kang, Y., et al. (2016). Application of infrared pyrometry in electronics industry for monitoring component temperatures. Journal of Thermal Science and Engineering Applications, 8(4), 041003.
Liu, H., & Liang, X. (2017). Thermal infrared pyrometry in industrial applications.
International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 89(9-12), 2673-2683.
Pengertian Dasar infrared pyrometer. (2015, October 31). All Of Life
Paramudita, I., Wahyu Wijanarko, T. A., Amanda, A. P., & Bakti, P. (2021). Pengaruh jarak ukur Dan jenis termometer inframerah pada hasil pengukuran suhu tubuh sebagai skrining awal COVID-19. Jurnal Standardisasi
Santos, J., & Costa, P. (2016). Pyrometry in electrical systems: A tool for preventing electrical failures. Electric Power Systems Research, 137, 49-56.
Silva, R. L., et al. (2017). Thermal monitoring of electrical components using infrared thermography: A review. IEEE Transactions on Industrial Applications, 53(6), 5432-5439.
22
Zhang, L., et al. (2015). Application of infrared thermography in precision agriculture. Field Crops Research, 179, 34-45.
Zhou, H., & Yang, L. (2013). Applications of pyrometry in the steel industry. Journal of Materials Processing Technology, 213(6), 1054-1061.
