LAPORAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN
PERPINDAHAN PANAS KONDUKSI
Disusun Oleh :
Nama : Dimas Maulana Putra
NPM : 3331200049
Kelompok : 7
Tanggal Praktikum : 10 November 2022 Tanggal Pengumpulan Lap. : 18 November 2022
Asisten : Jafar Arrasyid Sulaeman
LABORATORIUM FENOMENA DASAR MESIN FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA CILEGON-BANTEN
2022
ii
DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA
2022
BASIC MECHANICAL
PHENOMENON LABORATORY
2023LEMBAR PENGESAHAN
Nama : Dimas Maulana Putra NPM : 3331200049
KELOMPOK : 7
Modul : Perpindahan Panas Konduksi
No. Tanggal Keterangan Tanda Tangan/Cap
1 15-11-2022 Revisi - Satuan - Tab abstrak - Lampiran
- Gambar (BAB III) - Tabel (BAB IV)
iii
KATA PENGANTAR
Dengan menyebut nama Allah SWT yang maha pengasih lagi maha penyayang. Puji syukur atas kehadiratnya yang telah melimpahkan rahmatnya karena berkat rahmatnya-lah laporan praktikum yang membahas tentang
“PERPINDAHAN PANAS KONDUKSI” dapat diselesaikan. Penulis mengucapkan terimakasih sebesar-besarnya kepada beberapa pihak yang telah menyelenggarakan praktikum Fenomena Dasar Mesin sehingga praktikum Fenomena Dasar Mesin ini dapat terlaksana yaitu kepada :
1. Bapak Dhimas Satria, S.T. M.Eng, selaku kepala jurusan Teknik Mesin 2. Bapak Sidik Susilo, S.T. M.Sc, selaku koordinaor lab Teknik Mesin 3. I Wayan Raditya E. P, selaku koor asisten lab Fenomena Dasar Mesin
4. Jafar Arrasyid, selaku asisten lab modul PERPINDAHAN PANAS KONDUKSI
Dalam menyusun laporan ini penulis mendapatkan beberapa tantangan dan hambatan. Namun hal tersebut dapat diatasi berkat bantuan berbagai referensi sehingga tantangan dan hambatan tersebut dapat teratasi. Karena itu penulis mengucapkan terimakasih sebesar-besarnya kepada seluruh pihak yang memberi referensi dalam penyusuan laporan ini
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari kata sempurna.
Penulis berharap akan adanya kritik dan saran sehingga penulis dapat memperbaiki kesalahan tersebut dalam penyusunan laporan kedepannya.
Akhir kata Semoga laporan yang sederhana ini dapat bermanfaat bagi siapapun yang membacanya.
Cilegon, November 2022
Penulis
iv
ABSTRAK
Perpindahan panas merupakan suatu ilmu yang menggambarkan perpindahan energi akibat adanya perbedaan suhu diantara material atau benda. Kalor merupakan suatu energi yang berpindah akibat perbedaan suhu. Panas merupakan ukuran suhu dari suatu benda. Panas tersebut berpindah dari keadaan suhu tinggi menuju keadaan suhu rendah. Suhu merupakan ukuran atau derajat yang menggambarkan panas atau dinginnya suatu material. Dalam perpindahan panas tersebut terdapat tiga jenis perpindahan yang dapat terjadi terbagi menjadi Konduksi, Konveksi dan Radiasi. Konduksi merupakan perpindahan panas yang terjadi melalui medium nya tanpa diikuti perpindahan molekulnya. Pada praktikum kali ini terdapat beberapa tujuan yang ingin dicapai yaitu pertama mendapatkan nilai konduktivitas termal dan membandingkannya dengan ketetapan nilai konduktivitas termal yang sudah ada, kedua yaitu melatih keterampilan mahasiswa untuk melakukan praktikum dan analisis. Prosedur praktikum yang akan dilakukan dimulai dari menyiapkan alat dan bahan yang digunakan, kemudian memilih spesimen uji (Aluminium, kuningan dan stainless steel) yang digunakan dan ukur dimensi spesimen (diameter dan panjang), setelah itu letakkan spesimen diatas kompor listrik, menyolokan steker kompor listrik dan memutar pengaturan watt kompor listrik sampai max, lalu amati temperatur T1, T2, T3 dan T4 untuk waktu 5, 10 dan 15 menit, lalu mencatat hasil dan analisis untuk mendapatkan nilai konduktivitas termal, membandingkan dengan konduktivitas termal referensi.
Setelah semua selesai didapatkan data konduktivitas pada tiap spesimen berturut yaitu sebesar 65,21 W/m. oC, 31,9 W/m. oC dan 35,56 W/m. oC. Didapat juga perbandingan nilai konduktivitas termal percobaan dan referensi pada gambar 4.4.
Dalam pengamatan juga terdapat persentase kesalahan berturut sebesar 72,485%, 72,5% dan 20,97%. Persentase error tersebut dapat diakibatkan oleh beberapa kemungkinan seperti kurang presisi nya penempatan sensor termokopel
Kata kunci : Heat Exchanger,Konduksi, Konduktivitas termal, Perpindahan Panas
v
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
ABSTRAK ... iv
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... ix
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Praktikum ... 2
1.4 Batasan Masalah... 2
1.5 Sistematika Penulisan ... 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Perpindahan Panas ... 4
2.2 Macam-Macam Perpindahan Panas ... 6
2.3 Konduktivitas Termal ... 9
2.4 Resistensi Termal ... 11
2.5 Alat Penukar Kalor dan Klasifikasinya ... 12
2.6 Rumus dan Istilah Dalam Perpindahan Panas ... 15
2.7 Alat Industri yang Berhubungan Dengan Perpindahan Panas ... 17
BAB III METODOLOGI PRAKTIKUM 3.1 Diagram Alir Praktikum ... 19
3.2 Alat dan Bahan ... 20
3.2.1 Alat yang Digunakan ... 20
3.2.2 Bahan yang Digunakan ... 22
3.3 Prosedur Pengujian ... 24
vi BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Pengujian Spesimen ... 25
4.1.1 Dimensi Spesimen Benda Uji ... 25
4.1.2 Tegangan dan Daya Listrik ... 25
4.1.3 Data Hasil Pengujian Spesimen Benda Uji ... 26
4.2 Analisis Data Konduktivitas Termal Setiap Benda Uji... 27
4.2.1 Energi / Daya Dihasilkan ... 27
4.2.2 Luas Penampang Spesimen Benda Uji ... 27
4.2.3 Tinggi Spesimen Rata-Rata ... 28
4.2.4 Perbedaan Suhu ΔT Setiap Spesimen ... 29
4.2.5 Grafik Perbedaan Temperatur Terhadap Waktu Setiap Spesimen ... 30
4.2.6 Konduktivitas Termal Spesimen ... 31
4.2.7 Konduktivitas Termal Referensi ... 33
4.3 Hasil Analisis dan Pembahasan ... 34
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 37
5.2 Saran ... 37
5.2.1 Laboratorium ... 37
5.2.2 Asisten ... 38 DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
- Blangko Percobaan - Jawaban Pertanyaan - Dokumentasi Praktikum
vii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Perubahan Wujud Zat ... 4
Gambar 2.2 Konduksi ... 7
Gambar 2.3 Konveksi ... 8
Gambar 2.4 Radiasi ... 9
Gambar 2.5 Benda Konduktor ... 10
Gambar 2.6 Benda Isolator... 10
Gambar 2.7 Heat Exchanger (shell and tube) ... 13
Gambar 2.8 Plate Heat Exchanger ... 13
Gambar 2.9 Fins and Tube Heat Exchanger ... 13
Gambar 2.10 Bagian-Bagian Heat Exchanger (Shell and Tube) ... 14
Gambar 2.11 Heat Exchanger (Parallel Flow) ... 15
Gambar 2.12 Heat Exchanger (Counter Flow) ... 15
Gambar 2.13 Heat Exchanger (Crossflow) ... 15
Gambar 2.14 Boiler ... 18
Gambar 2.15 Oven Pengecatan ... 18
Gambar 3.1 Diagram Alir Perpindahan Panas Konduksi ... 20
Gambar 3.2 Kompor Listrik ... 20
Gambar 3.3 Mistar ... 21
Gambar 3.4 Termokopel Tipe K ... 21
Gambar 3.5 Isolator ... 21
Gambar 3.6 Sarung Tangan ... 22
Gambar 3.7 Ember ... 22
Gambar 3.8 Aluminium ... 22
Gambar 3.9 Kuningan ... 23
Gambar 3.10 Stainless Steel ... 23
Gambar 3.11 Air ... 23
Gambar 4.1 Perbedaan Temperatur Spesimen Aluminium ... 30
Gambar 4.2 Perbedaan Temperatur Spesimen Kuningan ... 31
viii
Gambar 4.3 Perbedaan Temperatur Spesimen Stainless Steel ... 31 Gambar 4.4 Perbedaan Konduktivitas Percobaan dan Referensi ... 35
ix
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Nilai Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor ... 5
Tabel 2.2 Konduktivitas Termal ... 10
Tabel 4.1 Dimensi Spesimen Benda Uji ... 25
Tabel 4.2 Tegangan dan Daya Listrik ... 25
Tabel 4.3 Pengujian Temperatur Spesimen Aluminium ... 26
Tabel 4.4 Pengujian Temperatur Spesimen Kuningan ... 26
Tabel 4.5 Pengujian Temperatur Spesimen Stainless Steel ... 26
Tabel 4.6 Nilai Konduktivitas Termal Referensi ... 33
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam kehidupan sehari hari, kita tak terlepas dari yang namanya suhu.
Benda benda di sekeliling dapat memiliki suhu yang berbeda tergantung kondisi di sekeliling benda tersebut. Suhu merupakan ukuran mengenai panas atau dinginnya suatu zat atau benda. Oven yang panas dikatakan bersuhu tinggi, sedangkan es yang membeku dikatakan memiliki suhu rendah (Supu, 2016).
Panas tersebut memiliki pengertian yaitu energi yang berpindah akibat perbedaan suhu. Panas tersebut akan berpindah dari suatu zat yang bersuhu tinggi menuju suatu zat yang bersuhu rendah (Supu, 2016). Peristiwa perpindahan panas tersebut dapat dilihat ketika sebuah es batu diletakkan pada ruangan terbuka maka es suhu es tersebut akan naik mengikuti suhu ruangan yang ada. Panas yang berpindah tersebut di klasifikasikan lagi menurut cara berpindahnya. Terdapat tiga jenis perpindahan panas yang terjadi di sekitar lingkungan yaitu konduksi, konveksi dan radiasi.
Konduksi merupakan proses dimana panas mengalir dari daerah yang bersuhu tinggi kedaerah yang bersuhu lebih rendah di dalam satu medium (padat, cair atau gas) atau antara medium-medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung. Dalam aliran panas konduksi, perpindahan energi terjadi karena hubungan molekul secara langsung tanpa adanya perpindahan molekul yang cukup besar. Konduksi adalah satu-satunya mekanisme dimana panas dapat mengalir dalam zat padat yang tidak tembus cahaya (Supu, 2016). Untuk dapat mengalirkan panas dengan sempurna maka dapat dilihat dari nilai konduktivitas termal, konduktivitas termal merupakan besaran yang menyatakan kemampuan suatu material dalam menghantarkan panas (Rifky, 2022). Untuk itu dalam praktikum kali ini terdapat beberapa tujuan yang ingin dicapai yaitu mendapatkan nilai konduktivitas termal dan membandingkan dengan nilai konduktivitas yang ada.
2 1.2 Rumusan Masalah
Dalam praktikum kali terdapat rumusan masalah yang ingin di pecahkan yaitu
1. Bagaimana cara mendapatkan nilai konduktivitas termal dan membandingkan dengan nilai konduktivitas yang ada?
2. Bagaimana cara melatih keterampilan praktikan untuk melakukan praktikum dan analisis?
1.3 Tujuan Praktikum
Dalam praktikum modul Perpindahan panas kali ini terdapat beberapa tujuan yang ingin dicapai yaitu
1. Mendapatkan nilai konduktivitas termal dan membandingkannya dengan ketetapan nilai konduktivitas termal yang sudah ada
2. Melatih keterampilan mahasiswa untuk melakukan praktikum dan analisis
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah pada praktikum kali ini terdapat dua variabel yaitu variabel bebas terdiri dari waktu dan suhu pada pengujian spesimen yang dilakukan dan variabel terikat nya yaitu hasil nilai konduktivitas dari perhitungan data pengujian.
1.5 Sistematika Penulisan
Dalam penulisan laporan penulis menyusun sistematika sebagai berikut BAB I PENDAHULUAN
Pada bab 1 ini berisi tentang latar latar belakang dari praktikum yang dilakukan tujuan praktikum, rumusan masalah, batasan masalah dan sistematika penulisan
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Pada bab 2 ini berisi tentang tinjauan pustaka pengujian untuk memberikan gambaran tentang praktikum yang dilakukan yaitu Perpindahan panas
3 BAB III METODOLOGI PRAKTIKUM
Pada bab 3 ini berisi tentang diagram alur percobaan yang menjelaskan tentang langkah-langkah percobaan, alat dan bahan yang digunakan dan prosedur percobaan
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab 4 ini berisi tentang hasil dari percobaan yang telah dilakukan serta pembahasan tentang hasil percobaan
BAB V PENUTUP
Pada bab 5 ini berisi tentang kesimpulan dari hasil pengujian dan saran untuk percobaan
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Perpindahan Panas
Panas atau kalor adalah energi yang berpindah akibat perbedaan suhu.
Satuan SI untuk panas adalah juole. Panas berpindah dari daerah bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah. Setiap benda memiliki energi dalam yang berhubungan dengan gerak acak dari atom-atom atau molekul penyusunnya.
Energi dalam ini berbanding lurus terhadap suhu benda. Ketika dua benda dengan suhu berbeda bersentuhan, maka keduanya akan terjadi perindahan panas hingga suhu kedua benda tersebut seimbang. Jumlah energi yang disalurkan adalah jumlah energi yang tertukar (Supu, 2016). Kalor yang berpindah akibat bersentuhan dari benda satu dengan benda lainnya juga dapat mengakibatkan perubahan wujud benda tersebut, kalor tersebut dapat mengubah wujud benda misalnya dari padat menjadi cair (Lana, 2020)
Gambar 2.1 Perubahan Wujud Zat (Sumber : Lana, 2020)
Kapasitas kalor merupakan ukuran seberapa banyak kalor yang dibutuhkan agar temperatur suatu zat dapat naik sebesar satu derajat. Kalor jenis c merupakan kapasitas kalor per satuan massa. Kalori di definisikan dengan menuyatakan dalam satuan SI untuk energi yaitu Joule , 1 kalori memiliki nilai sebesar 4,184 J. Terdapat beragam nilai kalor jenis dan kapasitas kalor dari berbagai material sebagai berikut (Hersandi, 2014)
5 Tabel 2.1 Nilai Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor
Zat Kalor Jenis
(Kj/kg K)
Kalor Jenis (kkal/kg.K)
Kapasitas Kalor Molar (J/mol.K)
Aluminium 0,900 0,215 24,3
Bismut 0,123 0,0294 25,7
Tembaga 0,386 0,0923 24,5
Emas 0,126 0,0301 25,6
Nikelin 0,44 0,104 24,8
Es (-10 oC) 2,05 0,49 36,9
Timah hitam 0,128 0,0305 26,4
Perak 0,233 0,0558 24,9
Tungsten 0,134 0,0321 24,8
Seng 0,387 0,0925 25,2
Alkohol 2,4 0,58 111
Raksa 0,140 0,033 28,3
Air 4,18 1,00 75,2
Suhu merupakan ukuran atau derajat panas atau dinginnya suatu benda atau sistem. Suhu di definisikan sebagai suatu besaran fisika yang dimiliki bersama antara dua benda atau lebih yang berada dalam kesetimbangan termal. Jika panas dialirkan pada suhu benda, maka suhu benda tersebut akan turun jika benda yang bersangkutan kehilangan panas. Akan tetpi hubungan antara satuan panas dengan satuan suhu tidak merupakan suatu konstanta, karena besarnya peningkatan suhu akibat penerimaan panas dalam jumlah tertentu akan dipengaruhi oleh daya tampung panas (heat capacity) yang dimiliki oleh benda penerima tersebut Suatu benda yang dalam keadaan panas dikatakan memiliki suhu yang tinggi, dan sebaliknya, suatu benda yang dalam keadaan dingin dikatakan memiliki suhu yang rendah. Perubahan suhu benda, baik menjadi lebih panas atau menjadi lebih dingin biasanya diikuti dengan perubahan bentuk atau wujudnya. Misalnya, perubahan wujud air menjadi es batu atau uap air karena pengaruh panas atau dingin (Supu, 2016)
6 Perpindahan kalor (heat transfer) adalah ilmu untuk meramalkan atau menggambarkan perpindahan energi yang terjadi karena adanya perbedaan suhu di antara benda atau material. Bila dua sistem yang suhunya berbeda disinggungkan maka akan terjadi perpindahan energi. Proses di mana perpindahan energi itu berlangsung disebut perpindahan panas. Perpindahan panas akan terjadi apabila ada perbedaan temperatur antara 2 bagian benda.
Panas akan berpindah dari temperatur tinggi ke temperatur yang lebih rendah.
Terdapat tiga macam proses perpindahan energi kalor. Proses tersebut adalah perpindahan energi secara konduksi, konveksi dan radiasi.(Rokhimi, 2015)
Dalam perpindahan panas tersebut terdapat suatu hukum yang menyatakan kekekalan dari sebuah energi kalor. Joseph Black mengukur kalor jenis suatu benda dengan meletakkan sebuah benda pada keadaan bersentuhan dengan benda lain yang kalor jenisnya sudah diketahui. Misalnya benda yang akan diukur kalor jenisnya bermassa m1 dan memiliki suhu awal T1. Suatu zat cair yang bermassa m2 yang suhu awalnya T2 ditempatkan dalam sebuah gelas, dan ditempatkan dalam suatu sistem tertutup yaitu kalorimeter. Benda m1 dicelupkan ke dalam zat cair dan suhu campuran Tf keduanya dicatat.
Kalorimeter merupakan sistem tertutup. Tidak ada kalor yang masuk maupun yang keluar dari dan ke dalam sistem. Banyaknya kalor yang diserap oleh benda yang dingin yaitu benda m1 sama dengan banyaknya kalor yang dilepas oleh benda yang panas m2 diperoleh persamaan yang disebut dengan hukum kekekalan energi kalor atau yang biasa disebut azaz black yang menyatakan bahwa kalor yang diterima memiliki nilai yang sama dengan kalor yang di lepaskan (Kholifudin, 2017)
2.2 Macam-Macam Perpindahan Panas
Seperti yang sudah disinggung sebelumnya, perpindahan panas terbagi menjadi tiga jenis yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. Macam-macam perpindahan panas tersebut dapat terjadi dengan berbagai jenis medium penghantar yang berbeda, Berikut adalah penjelasan ketiga nya
7 1. Konduksi
Konduksi yaitu proses perpindahan panas mengalir dari daerah bertemperatur tinggi ke daerah bertemperatur lebih rendah dalam satu medium (padat, cair, gas). Dalam aliran panas konduksi, perpindahan energi terjadi karena interaksi molekul secara langsung tanpa adanya perpindahan molekul yang cukup besar (Mahmuddin, 2016). Terdapat beberapa faktor yang dapat mempengaruhi laju konduksi sebagai berikut
Beda suhu antara kedua permukaan (ΔT) makin besar beda suhu, makin cepat perpindahan kalor
Jarak antara kedua permukaan tebal atau panjang (l), makin tebal makin lambat perpindahan kalor
Luas permukaan (A), makin luas permukaan makin cepat perpindahan kalor
Konduktivitas termal zat (k), merupakan ukuran kemampuan zat menghantarkan kalor, makin besar nilaik k, makin cepat perpindahan kalor (Hakim, 2016)
Gambar 2.2 Konduksi (Sumber : Kumparan.com) 2. Konveksi
Perpindahan panas konveksi merupakan perpindahanpanas yang terjadi akibat adanya perbedaan temperatur yang menyebabkan gerakan acak antar molekul dan bulk motion of fluid. Semakin cepat pergerakan fluida, maka akan semakin besar pula laju perpindahan panas konveksi yang terjadi. Namun, apabila fluida tidak bergerak atau stationary maka mekanisme perpindahan panas yang terjadi adalah konduksi. Konveksi terjadi akibat adanya pergerakan fluida, oleh karena itu konveksi dapat dibedakan menjadi 2, yaitu konveksi alami dan konveksi paksa.
8 Konveksi alami (konveksi bebas) terjadi karena fluida bergerak secara alamiah di mana pergerakan fluida tersebut lebih disebabkan oleh perbedaan massa jenis fluida akibat adanya variasi suhu pada fluida tersebut. Konveksi paksa terjadi karena bergeraknya fluida bukan karena faktor alamiah (Wijiati, 2019). Banyak parameter yang mempengaruhi perpindahan panas konveksi di dalam sebuah geometri khusus. Parameter-parameter ini termasuk skala panjang sistem (L), konduktivitas termal fluida (k), biasanya kecepatan fluida (V), kerapatan (g), viskositas (h), panas jenis (Cp), dan kadang-kadang faktor lain yang berhubungan dengan cara-cara pemanasan (temperatur dinding uniform atau temperatur dinding berubah-ubah) (Supu, 2016)
Gambar 2.3 Konveksi (Sumber : Saintif.com) 3. Radiasi
Radiasi merupakan proses perpindahan panas dari suatu benda ke benda lain tanpa melalui medium. Dalam teori radiasi dijelaskan bahwa panas yang berpindah dari suatu benda ke benda lain dipancarkan melalui gelombang elektromagnetik sehingga dalam proses perpindahannya tidak memerlukan medium sama sekali. Bahkan jika kedua benda tersebut dipisahkan oleh ruang hampa, panas akan tetap berpindah melalui pancaran gelombang elektromagnetik. Panas matahari yang sampai ke bumi merupakan salah satu contoh nyata bentuk perpindahan panas secara radiasi. Meskipun jarak antara matahari dan bumi sangat jauh serta dipisahkan oleh ruang hampa, panas matahari tetap dapat sampai ke bumi melalui pancaran, Laju energi yang
9 dipindah dengan radiasi bergantung pada beberapa faktor seperti temperatur permukaan yang mengemisi dan menerima radiasi, emisivitas permukaan yang teradiasi, refleksi, absorpsi dan transmisi, serta faktor pandang (view’s factor) antara permukaan yang mengemisi dan yang menerima radiasi. Salah satu hal yang berpengaruh terhadap laju perpindahan panas secara radiasi adalah kondisi permukaan benda yang memancarkan dan menerima radiasi. Hal ini disebabkan karena sifat-sifat permukaan benda berpengaruh langsung terhadap emisivitas (daya pancar) benda tersebut. Dengan kata lain, kekasaran permukaan, pelapisan serta perlakuan permukaan terhadap suatu benda akan berpengaruh terhadap proses laju perpindahan panas yang terjadi antara dua benda yang bertukar panas (Burhani, 2014)
Gambar 2.4 Radiasi (Sumber : Sonora.com)
2.3 Konduktivitas Termal
Konduktivitas termal material merupakan besaran yang menyatakan kemampuan suatu material dalam menghantarkan panas. Nilai konduktivitas termal material suatu bahan tentunya berbeda-beda. Hubungan nilai konduktivitas termal material dengan kemampuan menghantarkan panas adalah sebanding. Artinya jika semakin besar konduktivitasnya, maka semakin besar juga kemampuan dalam menghantarkan panasnya (Rifky, 2022) Dari nilai konduktivitas termal tersebut dapat digolongkan material tersebut konduktor atau isolator. Konduktor adalah jenis bahan yang memiliki konduktivitas yang baik atau menghantarkan panas yang baik. Isolator adalah jenis bahan yang memiliki konduktivitas jelek atau kemampuan
10 menghantarkan panasnya tidak baik. (Prihartono, 2022). Berikut adalah beberapa data konduktivitas material dari beberapa material
Gambar 2.5 Benda Konduktor (Sumber : bobo.grid.id.com)
Gambar 2.6 Benda Isolator (Sumber : merdeka.com)
Tabel 2.2 Konduktivitas Termal
Konduktivitas Termal (K)
Bahan W/m, oC Btu/h. ft. oF
Logam
Perak (murni) 410 237
Tembaga (murni) 385 223
Nikel (murni) 93 54
Besi (murni) 73 42
Baja karbon, 1%C 43 25
Timbal (murni) 35 20,3
Baja krom-nikel 16,3 9,4
Bukan Logam
11
Kuarsa (sejajar sumbu) 41,6 24
Magnesit 4,15 2,4
Marmar 2,08-2,94 1,2-1,7
Batu Pasir 1,83 1,06
Kaca, Jendela 0,78 0,45
Kayu maple atau ek 0,17 0,096
Serbuk gergaji 0,059 0,034
Wol kaca 0,038 0,022
Zat Cair
Air Raksa 8,21 4,74
Air 0,556 0,327
Ammonia 0,540 0,312
Minyak lumas, SAE 50 0,147 0,085
Freon 12, 0,073 0,042
Gas
Hidrogen 0,175 0,101
Helium 0,141 0,081
Udara 0,024 0,0139
Uap air (jenuh) 0,0206 0,0119
Karbon dioksida 0,0146 0,00844
2.4 Resistensi Termal
Hambatan termal merupakan sifat kemampuan suatu bahan menghambatan laju aliran kalor yang mengalir dengan perbedaan temperatur antar sisinya.
Dapat dituliskan persamaanya seperti berikut (Ajiwiguna, 2016).
R=∆T
q……….(2.1)
Keterangan :
R = Hambatan Termal pada material ΔT = Perbedaan Temperatur
q = Laju perpindahan kalor
12 2.5 Alat Penukar Kalor dan Klasifikasinya
Heat exchanger atau biasa disebut alat penukar kalor ini memiliki tujuan untuk mengontrol suatu sistem (temperatur) dengan menambahkan atau menghilangkan energi termal dari suatu fluida ke fluida lainnya (Mara, 2016).
Dalam praktek fungsi penukar kalor yang dipergunakan di industri lebih diutamakan untuk menukarkan energi dua fluida (boleh sama zatnya) yang berbeda temperaturnya. Pertukaran energi dapat berlangsung melalui bidang atau permukaan perpindahan kalor yang memisahkan kedua fluida atau secara kontak langsung (fluida bercampur). Energi yang dipertukarkan akan menyebabkan perubahan temperature fluida (kalor sensible) atau kadang dipergunakan untuk berubah fasa (kalor laten). Laju perpindahan energi dalam penukar kalor dipengaruhi oleh banyak faktorseperti kecepatan aliran fluida, sifat-sifat fisik (viskositas, konduktivitas termal, kapasitas kalor spesifik, dan lain-lain), beda temperature antara kedua fluida, dan sifat permukaan bidang perpindahan kalor yang memisahkan kedua fluida. Walaupun fungsi penukar kalor adalah untuk menukarkan energi dua fluida atau dua zat, namun jenisnya banyak sekali. Hal ini terjadi karena biasanya desain penukar kalor harus menunjang fungsi utama proses yang akan terjadi didalamnya. Dalam alat penukar kalor, terdapat stamdar yang berlaku. Umumnya standar yang digunakan yaitu TEMA (Tubular Exchanger Manufacturer Association) yang merupakan asosiasi produsen penukar kalir di Amerika dan ASME (American Society of Mechanical Engineers). Berdasarkan TEMA secara garis besar jenis penukar kalor dibagi menjadi dua kelompok besar berdasarkan pemakaiannya yaitu
1. Kelas R
Kelas R merupakan klasifikasi Heat Exchanger dengan pemakaian kinerja yang berat misalnya pada industri kimia berat
2. Kelas C
Kelas C merupakan klasifikasi Heat Exchanger yang dibuat dengan tujuan pemakaian umum (general purpose), yang dasar produksinya lebih mementingkan aspek ekonomi dengan ukuran dan kapasitas pemindahan panas yang kecil.
13 Berdasarkan profil kontruksi permukaan, penukar kalor yang banyak dipergunakan di industry antara lain dengan kontruksi tabung dan pipa (shell and tube), pipa bersirip (tube with extendsurfaces/fins and tube), dan penukar kalor pelat (plate heat exchanger) (Septian, 2021).
Gambar 2.7 Heat Exchanger (shell and tube) (Sumber : gamasemesta.com)
Gambar 2.8 Plate Heat Exchanger (Sumber : alfalaval.my)
Gambar 2.9 Fins and Tube Heat Exchanger (Sumber : Hydro.com)
14 Tipe shell and tube merupakan jenis penukar kalor yang paling banyak digunakan di industri khususnya industri perminyakan.Jenis ini terdiri dari suatu tabung dengan diameter cukup besar yang didalamnya berisi seberkas pipa dengan diameter relatif kecil. salah satu fluida yang dipertukarkan energinya dilewatkan didalam pipa atau berkas pipa sedang fluida yang lainnya dilewatkan diluar pipa atau didaam tabung. Heat Exchanger tipe shell and tube ini tersusun dari beberapa komponen yang sangat berpengaruh pada konstruksinya yaitu sebagai berikut
Gambar 2.10 Bagian – Bagian Heat Exchanger (Shell and Tube) (Sumber : Bizzy, 2013)
Pada gambar diatas terdapat keterangan bagian bagian dari Heat Exchanger tipe shell and tube yaitu A (Tubes), B (Tube Sheets), C (Shell and Shell Side Nozzles), D (Tube Side Channels and Nozzles), E ( Channel Covers), F (Pass Divider), G (Baffles). Alat penukar kalor jenis shell and tube dibagi lagi berdasarkan arah aliran dari alat penukar kalor tersebut, antara lain
1. Heat Exchanger tipe aliran sejajar (Paralel Flow)
Alat penukar kalor tipe aliran sejajar, memiliki arah aliran dari dua fluida yang bergerak secara sejajar. Kedua fluida masuk dan keluar pada sisi penukar panas yang sama. Temperatur fluida yang memberikan energi akan selalu lebih tinggi dibanding temperatur fluida yang menerima sejak memasuki alat penukar kalor hingga keluar. Temperatur fluida yang menerima kalor tidak akan pernah mencapai temperatur fluida yang memberikan kalor (Bizzy, 2013).
2. Heat Exchanger tipe aliran berlawanan (Counter Flow)
Alat penukar kalor tipe aliran berlawanan, memiliki arah aliran yang berlawanan. Perpindahan kalor terjadi antara satu ujung bagian yang panas
15 dari kedua fluida dan juga bagian yang paling dingin. Temperatur keluar fluida dingin dapat melebihi temperatur keluar fluida panas (Bizzy, 2013).
3. Heat Exchanger tipe aliran menyilang (Cross Flow)
Gambar 2.11 Heat Exchanger (Parallel Flow) (Sumber : engineerexcel.com)
Gambar 2.12 Heat Exchanger (Counter Flow) (Sumber : linquip.com)
Gambar 2.13 Heat Exchanger (Crossflow) (Sumber : linquip.com)
2.6 Rumus dan Istilah Dalam Perpindahan Panas
Dalam perpindahan panas terdapat beberapa istilah yang digunakan misalnya konduksi konveksi dan radiasi, dalam istilah tersebut terdapat nilai
16 yang bisa dicari, untuk mencari nilai tersebut digunakan sebuah persamaan matematika yang biasa disebut dengan rumus. Terdapat beberapa rumus yang berkaitan dengan perpindahan panas ini yang akan dijabarkan detail nya sebagai berikut
1. Konduksi
qx=kA∆T
L………..(2.2)
Keterangan :
qx = Laju Perpindahan Panas (W)
k = Konduktivitas termal bahan (W/m.oC) A = Luas area perpindahan panas (m2) ΔT = Perbedaan Temperatur (oC) L = Panjang rambatan panas (m) 2. Konveksi
H=hA∆T………(2.3) Keterangan :
H = Laju Perpindahan K (J s-1)
h = Koefisien Konveksi Termal (J s-1 m-2 K-1) A = Luas Permukaan (m2)
ΔT = Perbedaan Suhu (K)
3. Radiasi
W=eσAT4………(2.4)
Keterangan :
W = Kalor yang dipancarkan setiap detik (J/s) E = emisivitas benda
σ = Konstanta Stefan-Bolzman (5,67 x 10-8watt/m2 k4) A = Luas Permukaan (m2)
T = Suhu permukaan benda (K)
17 4. Asas Black
m1c1(T1-Ta)=m2c2(Ta-T2)……….(2.5) Keterangan
m1 = massa benda 1 bersuhu tinggi c1 = Kalor jenis benda bersuhu tinggi T1 = Suhu benda bersuhu tinggi Ta = Suhu akhir kedua benda m2 = Massa benda bersuhu rendah c2 = Kalor jenis benda bersuhu rendah T2 = Suhu benda bersuhu rendah 5. Resistansi Termal
Rt, cond=Ts1-Ts2
qx =L
A………(2.6)
Keterangan
R = Resistansi termal (K/W) L = Panjang perambatan panas (m) K = Konduktivitas bahan (W/Mk) A = Luas area perpindahan panas (m2) 6. Kalor
Q=mc∆t………..(2.7) Keterangan :
Q = Kalor (J)
M = Massa benda (Kg) c = Kalor jenis (J/Kg. K) Δt = Perubahan suhu (K)
2.7 Alat Industri yang Berhubungan Dengan Perpindahan Panas Prinsip dari perpindahan panas ini sangat berguna untuk kehidupan sehari-hari, contoh kecilnya yaitu saat memasak air yang menggunakan prinsip perpindahan konveksi. Selain berguna dalam kehidupan sehari-hari, prinsip
18 perpindahan panas juga berguna untuk ranah industri yang pemanfaatannya digunakan pada beberapa alat sebagai berikut
1. Boiler adalah bejana/wadah yang berisi dengan air atau cairan lain untuk dipanaskan. Dalam proses konversi energi, boiler memiliki fungsi untuk mengubah energi kimia yang terkandung pada bahan bakar menjadi energi panas, kemudian ditransfer ke fluida kerja. Panas yang diterima fluida di dalam boiler berasal dari proses pembakaran bahan bakar didalam ruang bakar. Kebutuhan bahan bakar boiler harus memiliki nilai kalor yang tinggi agar dapat mengubah air menjadi uap, dan efisiensi boiler dipengaruhi oleh nilai kalor dari pemakaian behan bakar (Pratama, 2021).
Gambar 2.14 Boiler (Sumber : cvdutaperdana.com)
2. Oven
Oven adalah suatu peralatan yang memiliki fungsi untuk memanaskan ataupun mengeringkan suatu bahan. Pada umumnya oven digunakan untuk mengeringkan peralatan gelas laboratorium, zat-zat kimia maupun proses pengecatan. (Udayana, 2018)
Gambar 2.15 Oven Pengecatan (Sumber : Shopee.com)
BAB III
METODOLOGI PRAKTIKUM
3.1 Diagram Alir Praktikum
Diagram alir praktikum Perpindahan panas dapat dilihat pada gambar 3.1 Mulai
Menyiapkan alat dan bahan
Literatur
Memilih spesimen uji dan mengukur spesimen
Mencatat hasil temperatur uji pada blangko percobaan Meletakkan spesimen uji diatas pemanas kompor listrik
Menyolokan steker kompor listrik ke sumber listrik
Memutar pengaturan watt pada kompor listrik sampai max
Mengulangi langkah 2 dan 3
Mengamatai temperatur T1, T2, T3, T4 untuk 5, 10 dan 15 menit
20 Gambar 3.1 Diagram Alir Perpindahan Panas Konduksi
(Sumber :Dokumen Pribadi)
3.2 Alat dan Bahan
Pada praktikum kali ini terdapat alat dan bahan yang digunakan agar dapat melaksanakan praktikum dan mencapai tujuan dari praktikum yang terbagi menjadi berikut
3.2.1 Alat yang Digunakan
Alat yang digunakan terbagi menjadi 1. Kompor Listrik
Gambar 3.2 Kompor Listrik (Sumber : Laboratorium FDM)
Kesimpulan
Selesai
Mengambil spesimen benda uji dan masukkan ke dalam ember yang berisi air
Menganalisa hasil percobaan untuk mendapatkan nilai konduktivitas setiap spesimen
Membandingkan nilai konduktivitas hasil analisa degan nilai konduktivitas dan referensi
21 2. Mistar
Gambar 3.3 Mistar (Sumber : Laboratorium FDM) 3. Termokopel Tipe K
Gambar 3.4 Termokopel Tipe K (Sumber : Laboratorium FDM) 4. Isolator
Gambar 3.5 Isolator (Sumber : Laboratorium FDM)
22 5. Sarung Tangan
Gambar 3.6 Sarung Tangan (Sumber : Laboratorium FDM) 6. Ember
Gambar 3.7 Ember (Sumber : Laboratorium FDM)
3.2.2 Bahan yang Digunakan
Bahan yang digunakan pada praktikum adalah sebagai berikut 1. Aluminium
Gambar 3.8 Aluminium (Sumber : Laboratorium FDM)
23 2. Kuningan
Gambar 3.9 Kuningan (Sumber : Laboratorium FDM) 3. Stainless Steel
Gambar 3.10 Stainless Steel (Sumber : Laboratorium FDM) 4. Air
Gambar 3.11 Air (Sumber : Laboratorium FDM)
24 3.3 Prosedur Pengujian
Prosedur praktikum yang dilakukan pada praktikum kali ini yaitu sebagai berikut
1. Menyiapkan alat dan bahan yang digunakan
2. Memilih specimen uji (aluminium, kuningan, kemudian stainless steel) yang digunakan, kemudian ukur dimensi spesimen (diameter dan panjang) 3. Meletakkan spesimen uji (aluminium, kuningan, kemudian stainless steel)
diatas pemanas kompor listrik
4. Menyolokan steker kompor listrik ke sumber listrik, kompor listrik akan menyala
5. Memutar pengaturan watt pada kompor listrik sampai max
6. Mengamati temperatur T1, T2, T3, T4 untuk waktu 5, 10, dan 15 menit 7. Mengulangi langkah 2 dan 3 untuk setiap spesimen uji secara bergantian 8. Mencatat hasil temperatur setiap spesimen uji di blangko percobaan
9. Mengambil spesimen benda uji dan masukkan ke dalam ember yang berisi air
10. Menganalisis hasil percobaan untuk mendapatkan nilai konduktivitas setiap spesimen
11. Membandingkan nilai konduktivitas hasil analisa dengan nilai konduktivitas dari referensi
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Pengujian Spesimen
Berikut adalah data hasil praktikum yang didapatkan sesudah percobaan perpindahan panas konduksi di lakukan, data tersebut diambil pada tiga jenis spesimen yang berbeda yaitu Aluminium, Kuningan dan stainless steel. Data tersebut terbagi menjadi spesimen benda uji, tegangan dan daya listrik kemudian temperatur uji tiap spesimen
4.1.1 Dimensi Spesimen Benda Uji
Dibawah ini adalah data hasil spesimen benda uji praktikum perpindahan panas konduksi yang meliputi panjang spesimen dan diameter spesimen
Tabel 4.1 Dimensi Spesimen Benda Uji
No Spesimen Panjang (mm) Diameter (mm)
1 Aluminium 48,67 31
2 Kuningan 49 37,67
3 Stainless Steel 48,67 34,67
4.1.2 Tegangan dan Daya Listrik
Dibawah ini adalah data tegangan dan daya listrik yang digunakan pada praktikum perpindahan panas konduksi
Tabel 4.2 Tegangan dan Daya Listrik
No Spesimen Tegangan
(Volt)
Kuat Arus (Ampere)
Daya Listrik (Watt)
1 Aluminium 220 1,3 286
2 Kuningan 220 1,3 286
3 Stainless Steel 220 1,3 286
26 4.1.3 Data Hasil Pengujian Spesimen Benda Uji
Dibawah ini adalah data hasil pengujian temperatur pada benda uji yang terbagi menjadi tiga spesimen yaitu Aluminium, Kuningan dan Stainless Steel. Pengujian tersebut dibagi menjadi 3 waktu yaitu 5, 10 dan 15 menit. Pengujian tersebut juga dibagi menjadi empat bagian yaitu T1, T2, T3 dan T4
Tabel 4.3 Pengujian Tempetatur Spesimen Aluminium Waktu
(Menit) T1 T2 T3 T4
5 135 65 33,4 32,4
10 192,2 93,5 47,1 41,3
15 256,6 144,4 62,5 47,5
Tabel 4.4 Pengujian Tempetatur Spesimen Kuningan Waktu
(Menit) T1 T2 T3 T4
5 265,1 75,4 39,7 31,9
10 297,5 105,3 58,1 33,6
15 328,1 132,4 65,6 36,8
Tabel 4.5 Pengujian Tempetatur Spesimen Stainless Steel Waktu
(Menit) T1 T2 T3 T4
5 311,8 80,6 51,5 32,4
10 340,1 108,6 61,9 35,2
15 364,7 140,7 66,6 39,7
27 4.2 Analisis Data Konduktivitas Termal Setiap Benda Uji
Setelah semua data hasil praktikum didapatkan maka, langkah selanjutnya yaitu menghitung konduktivitas termal. Sebelum menghitung konduktivitas termal dibutuhkan data tambahan seperti daya yang dihasilkan, luas penampang benda uji, tinggi rata-rata spesimen benda uji dan perbedaan suhu
4.2.1 Energi Atau Daya Dihasilkan
Untuk mendapatkan nilai daya yang dihasilkan, dapat ditentukan dengan perhitungan sebagai berikut
P = V x I………(4.1) Keterangan :
P = Daya (Watt) V = Tegangan (Volt) I = Kuat Arus (Ampere) 1. Pada Aluminium
P = V x I P = 220 x 1,3 P = 286 Watt 2. Pada Kuningan
P = V x I P = 220 x 1,3 P = 286 Watt 3. Pada Stainless Steel
P = V x I P = 220 x 1,3 P = 286 Watt
4.2.2 Luas Penampang Spesimen Benda Uji
Untuk mendapatkan nilai luas penampang spesimen yang digunakan, maka dapat dilakukan perhitungan sebagai berikut
28 A = 2πr(r+t)………..(4.2) Keterangan :
t = Panjang (mm) r = Jari-jari (mm)
A = Luas Penampang (mm2) π = 3,14
4. Pada Aluminium A = 2πr(r+t)
A = 2 x 3,14 x 15,5 (15,5+ 48,67) A= 6246,30 mm2
5. Pada Kuningan A = 2πr(r+t)
A = 2 x 3,14 x 18,835 (18,835+ 49) A = 8023,782 mm2
6. Pada Stainless Steel A = 2πr(r+t)
A = 2 x 3,14 x 17,335 (17,335+ 48,67) A = 7185,555 mm2
4.2.3 Tinggi Spesimen Rata-Rata
Tinggi spesimen rata-rata yang digunakan untuk mencari nilai konduktivitas termal yaitu sebagai berikut
Tinggi Rata-Rata=t1 + t2 + t3
3 ………...(4.3)
Keterangan :
t1 = Tinggi pengujian pertama (mm) t2 = Tinggi Pengujian Kedua (mm) t3 = Tinggi Pengujian Ketiga (mm) 1. Pada Aluminium
Tinggi Rata-Rata=49 + 48 + 49 3 Tinggi Rata-Rata=48,67 mm
29 2. Pada Kuningan
Tinggi Rata-Rata=49 + 49 + 49 3 Tinggi Rata-Rata=49 mm 3. Pada Stainless Steel
Tinggi Rata-Rata=48 + 48 + 50 3 Tinggi Rata-Rata=48,67 mm
4.2.4 Perbedaan Suhu ΔT Setiap Spesimen
Perbedaan suhu yang digunakan pada tiap tiap pengujian adalah sebagai berikut
∆T=Tawal-Takhir……….(4.4) Keterangan
Tawal = Suhu awal benda oC Takhir = Suhu akhir benda oC 1. Pada Aluminium (15 menit )
T1-T2
∆𝑇 = 256,6 − 144,4
∆𝑇 = 112,2 oC
T2-T3
∆𝑇 = 144,4 − 62,5
∆𝑇 = 81,9 oC
T3-T4
∆𝑇 = 62,5 − 47,5
∆𝑇 = 15 oC
2. Pada Kuningan (15 menit)
T1-T2
∆𝑇 = 328,1 − 132,4
∆𝑇 = 195,7 oC
30
T2-T3
∆𝑇 = 132,4 − 65,6
∆𝑇 = 66,8 oC
T3-T4
∆𝑇 = 65,6 − 36,8
∆𝑇 = 28,8 oC
3. Pada Stainless Steel (15 menit)
T1-T2
∆𝑇 = 364,7 − 140,7
∆𝑇 = 224 oC
T2-T3
∆𝑇 = 140,7 − 66,6
∆𝑇 = 74,4 oC
T3-T4
∆𝑇 = 66,6 − 39,7
∆𝑇 = 26,9 oC
4.2.5 Grafik Perbedaan Temperatur Terhadap Waktu Setiap Spesimen
Berikut adalah grafik dari perbandingan suhu T1, T2, T3 dan T4 terhadap waktu 5, 10 dan 15 menit pada berbagai jenis spesimen
Gambar 4.1 Perbedaan Temperatur spesimen Aluminium (Sumber : Dokumen Pribadi)
0 100 200 300
5 10 15
Suhu OC
Waktu (menit)
Spesimen Aluminium
T1 T2 T3 T4
31 Gambar 4.2 Perbedaan Temperatur spesimen Kuningan
(Sumber : Dokumen Pribadi)
Gambar 4.3 Perbedaan Temperatur spesimen Stainless Steel (Sumber : Dokumen Pribadi)
4.2.6 Konduktivitas Termal Spesimen
Setelah data yang sebelumnya dicari untuk menghitung konduktivitas termal lengkap maka, dapat dilakukan perhitungan konduktivitas termal sebagai berikut
𝒌 = 𝒒𝒙 𝒍
𝑨 𝒙 ∆𝑻 ……….(4.5) Keterangan :
qx = Laju Perpindahan Panas (Watt) A = Luas Penampang spesimen (m2) l = Panjang Spesimen (m)
ΔT = Perubahan Suhu oC
0 100 200 300 400
5 10 15
Suhu OC
Waktu (menit) Spesimen Kuningan
T1 T2 T3 T4
0 100 200 300 400
5 10 15
Suhu OC
Waktu (menit) Spesimen Stainless Steel
T1 T2 T3 T4
32 1. Aluminium
T1-T2
𝑘 = 286 48,67 𝑥 10−3 6246,30 𝑥 10−6 𝑥 112,2.
𝑘 = 19,86 W/m. oC
T2-T3
𝑘 = 286 48,67 𝑥 10−3 6246,30 𝑥 10−6 𝑥 81,9.
𝑘 = 27,2095 W/m. oC
T3-T4
𝑘 = 286 48,67 𝑥 10−3 6246,30 𝑥 10−6 𝑥 15.
𝑘 = 148,56 W/m. oC
Konduktivitas Termal Aluminium 𝑘 =19,86 + 27,2095 + 148,56
3 𝑘 = 65,21 W/m. oC
2. Kuningan
T1-T2
𝑘 = 286 49 𝑥 10−3
8023,78 𝑥 10−6 𝑥 195,7.
𝑘 = 8,92 W/m. oC
T2-T3
𝑘 = 286 49 𝑥 10−3
8023,78 𝑥 10−6. 𝑥 66,8 𝑘 = 26,146 W/m. oC
T3-T4
𝑘 = 286 49 𝑥 10−3 8023,78 𝑥 10−6 𝑥 28,8 𝑘 = 60,64 W/m. oC
33
Konduktivitas Termal Kuningan 𝑘 =8,92 + 26,146 + 60,64
3 𝑘 = 31,9 W/m. oC
3. Stainless Steel
T1-T2
𝑘 = 286 48,67 𝑥 10−3 7185,55 𝑥 10−6 𝑥 224.
𝑘 = 8,65 W/m. oC
T2-T3
𝑘 = 286 48,67 𝑥 10−3 7185,55 𝑥 10−6 𝑥 74,4.
𝑘 = 26,04 W/m. oC
T3-T4
𝑘 = 286 48,67 𝑥 10−3 7185,55 𝑥 10−6 𝑥 26,9.
𝑘 = 72,01 W/m. oC
Konduktivitas Termal Kuningan 𝑘 =8,65 + 26,04 + 72,01
3 𝑘 = 35,56 W/m. oC
4.2.7 Konduktivitas Termal Referensi
Berikut adalah data konduktivitas termal literatur untuk dibandingkan dengan data konduktivitas termal hasil pengujian Tabel 4.6 Nilai Konduktivitas Termal Referensi
Substance λ W/(m. K) Substance λ W/(m. K)
Air 0,025 Lead 35,0
Aluminium 237 Lithium 301,2
Asbestos 0,04 Mercury 83,7
Brass 81-116 Mica 0,35
Brick 0,80 Nickel 52,3
34 Bronze 116-186
Nickel-Silver (german
silver)
29,1
Cement,
Portland 0,29 Paraffin 0,21
Concrete 1,7 Polypropylane 0,12
Copper 401 Refractory
brick 0,47-1,05
Cork 0,03-0,04 Rubber 0,16
Diamond 900-2300 Sandstone 2,4
Ethanol 0,16 Silver 429
Fiberglass 0,03-0,07 Stainless Steel 12-45
Glass 0,6-1,1 Steel 47-58
Glycerol 0,29 Tin 64,0
Gold 318 Water 0,58
Helium
(Superfluid Infinite Wet Soil 0,8
Ice 2 Wood 0,04-0,4
Iron 80,2 Zinc 106-140
4.3 Hasil Analisis dan Pembahasan
Setelah dilakukan perhitungan untuk memghitung nilai konduktivitas pada tiga spesimen yang berbeda yaitu Aluminium, Kuningan dan stainless steel, ketiganya didapatkan nilai konduktivitas termal yang berbeda. Pada Aluminium dengan tiga kali percobaan pada waktu berbeda mendapatkan nilai konduktivitas berturut yaitu 19,86 W/m. oC, 27, 2095 W/m. oC dan 148,56 W/m. oC. Kemudian dilanjutkan dengan spesimen kuningan yang mendapatkan nilai konduktivitas termal berturut sebesar 8,92 W/m. oC, 26,146 W/m. oC dan 60,64 W/m. oC. Dan terakhir yaitu percobaan pada Stainless Steel yang mendapatkan nilai sebesar 8,65 W/m. oC, 26,04 W/m. oC dan 72,01 W/m. oC.
Kemudian untuk mendapatkan nilai konduktivitas termal dari tiga percobaan tersebut pada tiap spesimen maka nilai ketiga konduktivitas termal tersebut
35 dirata-rata kan sehingga didapat nilai konduktivitas termal pada tiap spesimen berturut sebesar 65,21 W/m. oC, 31,9 W/m. oC dan 35,56 W/m. oC. Setelah itu dilanjutkan dengan membandingkan nilai konduktivitas termal percobaan dan nilai konduktivitas termal referensi yang tertera pada tabeL. Jika melihat pada tabel referensi maka didapat nilai konduktivitas termal pada aluminium sebesar 237 W/m. K, pada kuningan sebesar 81-116 W/m. K dan pada stainless steel sebesar 12-45 W/m. K. Pada grafik konduktivitas termal yang dicantumkan untuk spesimen kuningan dan stainless steel referensi yaitu 116 dan 45 merupakan nilai konduktivitas termal maksimal
Gambar 4.4 Perbandingan Konduktivitas Percobaan dan Referensi (Sumber : Dokumen Pribadi)
Didapat tabel perbandingan konduktivitas termal percobaan dengan referensi pada grafik sub bab 4.2.7. Jika dilihat urutan nilai konduktivitas pada berbagai spesimen tersebut tidak sesuai dengan referensi. Urutan nilai konduktivitas terbesar pada percobaan berturut dimulai dari aluminium, stainless steel dan kuningan. Sedangkan pada referensi memiliki urutan dimulai dari Aluminium, Kuningan dan stainless steel.
Kemudian nilai konduktivitas termal yang dihasilkan pada tiap spesimen percobaan dan referensi juga memiliki perbedaan. Perbedaan terbesar bisa dilihat pada aluminium yaitu 65,21 W/m. oC pada percobaan dan 237 W/m. K pada referensi, kemudian pada kuningan yaitu 31,9 W/m. oC pada percobaan dan 116 W/m. K pada referensi dan terkahir yaitu pada stainless steel dengan nilai 35,56 W/m. oC pada percobaan dan 45 W/m. K pada referensi.
0 100 200 300
Aluminium Kuningan Stainless Steel Konduktivitas Wm. oC
Spesimen
Perbandingan konduktivitas
Percobaan Referensi
36 Perbedaan urutan konduktivitas termal dan nilai konduktivitas pada tiap spesimen tersebut dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor. Faktor yang paling mungkin terjadi yaitu kesalahan praktikan pada penempatan sensor sehingga pembacaan nilai dari termokopel tidak akurat. Selain itu bisa juga karena terdapat kerak yang menempel pada spesimen. Dalam hasil pengujian praktikum perpindahan panas konduksi terdapat perbedaan. Maka dari itu terdapat persentase error yang dihasilkan dengan perhitungan sebagai berikut 1. Pada Aluminium
%Error = |Perhitungan-Referensi|
Referensi x100%
%Error = |65,21-237|
65,21 x100%
%Error = 72,485%
2. Pada Kuningan
%Error = |Perhitungan-Referensi|
Referensi x100%
%Error = |31,9-116|
116 x100%
%Error = 72,5%
3. Pada Stainless Steel
%Error = |Perhitungan-Referensi|
Referensi x100%
%Error = |35,56 - 45|
45 x100%
%Error = 20,97%
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Setelah data-data hasil praktikum sudah di dapatkan maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut
1. Setelelah dilakukan praktikum perpindahan panas konduksi, praktikan dapat mengetahui cara mendapatkan nilai konduktivitas termal dan membandingkan konduktivitas termal yang ada yaitu dimulai dengan mengukur dimensi benda kemudian menentukan tegangan listrik dan arus yang digunakan lalu dilakukan pengujian dengan memanaskan spesimen dengan waktu yang di tentukan dan kemudian dilakukan perhitungan untuk menentukan konduktivitas termal dengan nilai yang tercantum pada sub bab 4.2.6 yang kemudian dirata-ratakan menjadi 65,21 W/m. oC 31,9 W/m.
oC dan 35,56 W/m. oC dengan urutan spesimen Aluminium, kuningan dan stainless steel. Kemudian setelah nilai konduktivitas didapat barulah dapat dibandingkan dengan nilai konduktivitas referensi yang tercantum pada gambar 4.4
2. Praktikan dapat menganalisis kesalahan pada percobaan seperti kurang tepatnya pemasangan sensor termokopel pada spesimen sehingga menyebabkan ketidak akuratan pembacaan suhu
5.2 Saran
Berikut adalah saran yang bisa diberikan pada asisten dan laboratorium untuk praktikum kedepannya agar lebih baik
5.2.1 Laboratorium
Saran untuk laboratorium kedepannya yaitu diadakan pemeliharaan alat pada instalasi pengujian agar pembacaan suhu pada spesimen dapat lebih akurat
38 5.2.2 Asisten
Tidak ada saran untuk bang Jafar karena sudah lebih baik dari praktikum sebelum nya.
DAFTAR PUSTAKA
Bary Septian , Amiral Aziz, Paul David Rey. (2021). Desain dan Rancang Bangun Alat Penukar Kalor (Heat Exchanger) Jenis Shell dan Tube, Jurnal Baut dan Manufaktur. 3(1)
Idawati Supu, Baso Usman, Selviani Basri, Sunarmi. (2016).Pengaruh Suhu Terhadap Perpindahan Panas Pada Material yang Berbeda. Jurnal Dinamika. 7(1), 62-73
I. M. Mara, M. Z Hidayatulloh, Mirmanto. (2016). Analisa perpindahan panas alat penukar kalor tipe shell and tube pada ball mill di PT. Amman Mineral Nusa Tenggara. Jurnal Dinamika Teknik Mesin. 6(2)
Joko Prihartono, Rafsyanzani Irhamsyah. (2022). Analisis Konduktivitas Termal Pada Material Logam (Tembaga, Aluminium dan Besi). Jurnal Presisi.
24(2)
Kharis Burhani, Suleiman E. Ramelan, Rizqi Fitri Naryanto. (2014).
Pengembangan Media Pembelajaran Perpindahan Panas Radiasi Dengan Variasi Beda Perlakukan Permukaan Spesimen Uji. Journal of Mechanical Engineering Learning. 3(2)
Legisnal Hakim. (2016). Analisa Teoritis Laju Aliran Kalor Pada Ketel Uap Pipa Api Mini Industri Tahu Di Tinjau Dari Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh. Surya Teknika 1(4), 50-55
Linda Wijiati, Budi Utomo Kukuh Widodo. (2019). Studi Eksperimen Perpindahan Panas Konveksi Paksa Pada Berkas Pin Fin Berpenampang Circular dengan Susunan Aligned. Jurnal Teknik ITS. 8(1)
Mahmuddin, Muhammad Syahrir. (2016).Karakteristik Perpindahan Panas Pada Pipa Penukar Kalor Selongsong Aliran Searah Vertikal. Journal of Chemical Process Engineering. 1(2)
Rifky, Vazri Muharom. (2022). Pengaruh Sifat Konduktivitas Termal Material Isolator (Kayu, Karet Dan Styrofoam) Terhadap Perpindahan Panas Dan Daya Keluaran Sistem Generator Thermoelectric. Jurnal Manufaktur, Energi, Material Teknik. 1(1), 8-15
Tri Ayodha Ajiwiguna, Abdillah Barkah, Abrar. (2016). Pengaruh Laju Aliran
Udara Terhadap Hambatan Termal Heat Sink Untuk Pendingin Elektronik, Jurnal Tektrika, 1(1)
LAMPIRAN A
BLANGKO PERCOBAAN
LAMPIRAN B
JAWABAN PERTANYAAN
Tugas-Tugas
1. Apa yang dimaksud dengan Konduktivitas termal?
2. Apa yang anda ketahui tentang resistansi termal?
3. Apa perbedaan dari perpindahan panas secara konduksi, konveksi dan radiasi berikan contoh nya pada kehidupan sehari-hari terkait ketiga perpindahan panas tersebut ?
4. Konduktivitas termal pada spesimen mana yang paling tinggi dan rendah sebutkan urutannya?
5. Apa pengaruh dimensi benda uji dan suhu terhadap konduktivitas termal material benda uji pada praktikum ini?
Jawab
1. Konduktivitas termal merupakan suatu besaran yang menentukan kemampuan dari suatu material untuk menghantarkan panas
2. Resistansi termal merupakan kemampuan dari suatu material dalam menghambat panas yang mengalir pada material tersebut.
3. Berikut adalah perbedaan dan contoh dalam kehidupan sehari-hari
Perpindahan panas konduksi merupakan perpindahan panas melalui meidum nya tanpa di ikuti oleh molekul contoh saat merebus air gagang panci akan terasa panas
Perpindahan panas konveksi merupakan perpindahan melalui medium nya dengan diikuti molekul contoh air yang dipanaskan akan mendidih
Perpindahan panas radiasi merupakan perpindahan panas secara langsung tanpa zat perantara, panas mengalir malalui gelombang elektromagnetik contoh panas matahari yang sampai pada bumi
4. Pertama Aluminium (65,21 W/m. oC), kedua Kuningan (31,9 W/m. oC) dan ketiga Stainless Steel (35,56 W/m. oC)
5. Nilai konduktivitas termal berbanding terbalik dengan suhu dimana semakin kecil suhu yang dibutuhkan untuk menghantarkan panas suatu benda maka nilai konduktivitas termal benda tersebut semakin tinggi, selain itu nilai konduktivitas termal suatu material juga berbanding terbalik dengan Luas permukaan dan berbanding lurus dengan tinggi permukaan
LAMPIRAN C
DOKUMENTASI PRAKTIKUM
A. Screenshot Sosialisasi
B. Dokumentasi Praktikum
