Laporan Akhir Konduksi

LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM UNIT DAN OPERASI PROSES I

KONDUKSI

Disusun Oleh:

Kelompok 5 Rabu

Atan Tuahta 1206226341

Muhammad Fatah Karyadi 1206263370

Paramita Dona Fitria 1206263383

Syafarudin 1306482035

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK 2014

Asisten Laboratorium : Achmad Fathony

Kelompok 5R Konduksi

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA | UNIVERSITAS INDONESIA

2

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ...................................................................................................................... 2

BAB I PENDAHULUAN .................................................................................................. 3

1.1 Tujuan Percobaan ..................................................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................................... 4

2.1 Pengertian Konduksi ................................................................................................ 4

2.2 Hukum Fourier ......................................................................................................... 5

2.3 Konduktivitas Termal ............................................................................................... 6

2.4 Konduksi Tunak ....................................................................................................... 8

2.5 Konduksi Tak Tunak ................................................................................................ 10

2.6 Tahanan Kontak Termal ........................................................................................... 11

2.7 Koefisien Perpidahan Kalor Menyeluruh ................................................................. 12

BAB III PERCOBAAN ..................................................................................................... 15

3.1 Prosedur Percobaan .................................................................................................. 15

3.2 Hasil Pengamatan ..................................................................................................... 15

3.2.1 Percobaan 1 ...................................................................................................... 15

3.2.2 Percobaan 2 ...................................................................................................... 16

BAB IV PENGOLAHAN DATA ..................................................................................... 17

4.1 Percobaan 1 .............................................................................................................. 17

4.2 Percobaan 2 .............................................................................................................. 21

BAB V ANALISIS ............................................................................................................. 26

5.1 Analisis Percobaan ................................................................................................... 26

5.1.1 Percobaan 1 ...................................................................................................... 26

5.1.2 Percobaan 2 ...................................................................................................... 28

5.2 Analisis Hasil ............................................................................................................ 31

5.2.1 Percobaan 1 ....................................................................................................... 31

5.2.2 Percobaan 2 ....................................................................................................... 34

5.3 Analisis Kesalahan ................................................................................................... 35

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................................... 36

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................ 38



3

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Tujuan Percobaan

Menghitung koefisien perpindahan panas logam dan pengaruh suhu terhadap k, dengan

menganalisa mekanisme perpindahan panas konduksi steady dan un-steady.

Menghitung koefisien kontak



4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Konduksi

Konduksi adalah proses perpindahan kalor dimana panas mengalir dari tempat yang

suhunya tinggi ke tempat yang suhunya lebih rendah, tetapi medianya tetap. Perpindahan

kalor secara konduksi tidak hanya terjadi pada padatan saja tetapi bisa juga terjadi pada cairan

ataupun gas, hanya saja konduktivitas terbesar pada padatan.

Proses perpindahan kalor secara konduksi bila dilihat secara atomik merupakan

pertukaran energi kinetik antar molekul (atom), dimana partikel yang energinya rendah dapat

meningkat dengan menumbuk partikel dengan energi yang lebih tinggi. Konduksi terjadi

melalui getaran dan gerakan elektron bebas. Berdasarkan perubahan suhu menurut waktu,

konduksi dapat dibagi menjadi dua, yaitu konduksi tunak dan konduksi tidak tunak.

Pada zat padat, energi kalor tersebut dipindahkan hanya akibat adanya vibrasi dari

atom-atom zat padat yang saling berdekatan. Hal ini disebabkan karena zat padat merupakan

zat dengan gaya intermolekular yang sangat kuat, sehingga atom-atomnya tidak dapat bebas

bergerak, oleh sebab itu perpindahan kalor hanya dapt terjadi melalui proses vibrasi.

Sedangkan proses konduksi pada fluida disebabkan karena pengaruh secara langsung karena

atom-atomnya dapat lebih bebas bergerak dibandingkan dengan zat padat.

Konduksi merupakan suatu proses perpindahan kalor secara spontan tanpa disertai

perpindahan partikel media karena adanya perbedaan suhu, yaitu dari suhu yang tinggi ke

suhu yang rendah.

Konduksi atau hantaran kalor pada banyak materi dapat digambarkan sebagai hasil

tumbukan molekul-molekul. Sementara satu ujung benda dipanaskan, molekul-molekul di

tempat itu bergerak lebih cepat. Sementara itu, tumbukan dengan molekul-molekul yang

langsung berdekatan lebih lambat, mereka mentransfer sebagian energi ke molekul-molekul

lain, yang lajunya kemudian bertambah. Molekul-molekul ini kemudian juga mentransfer

sebagian energi mereka dengan molekul-molekul lain sepanjang benda tersebut. Dengan

demikian, energi gerak termal ditransfer oleh tumbukan molekul sepanjang benda. Hal inilah

yang mengakibatkan terjadinya konduksi.

Konduksi atau hantaran kalor hanya terjadi bila ada perbedaan suhu. Berdasarkan

eksperimen, menunjukkan bahwa kecepatan hantaran kalor melalui benda yang sebanding

dengan perbedaan suhu antara ujung-ujungnya.Kecepatan hantaran kalor juga bergantung



5

pada ukuran dan bentuk benda. Untuk mengetahui secara kuantitatif, perhatikan hantaran

kalor melalui sebuah benda uniform tampak seperti pada gambar berikut.

Konduksi dapat dibagi menjadi dua berdasarkan berubah atau tidaknya suhu terhadap

waktu, yaitu konduksi tunak (steady) dan konduksi tak tunak (unsteady). Konduksi tunak

dapat dijelaskan sebagai konduksi ketika suhu yang dihantarkan tidak berubah atau distribusi

suhu konstan terhadap waktu. Sebaliknya, konduksi tak tunak jika suhu berubah terhadap

waktu.

Perpindahan kalor secara konduksi dibedakan menjadi dua, yaitu konduksi tunak dan

konduksi tak-tunak. Aplikasi dari konduksi tunak ini ialah pada proses insulasi. Zaman ini,

sistem insulasi digunakan pada banyak kasus. Salah satu penerapan sistem insulasi yang

dikenal ialah sistem insulasi perpipaan. Fluida yang dialirkan dalam pipa memiliki kondisi

yang perlu dipertahankan sehingga membutuhkan sistem insulasi yang baik. contoh lain ialah

sistem insulasi pada oven dan kulkas. Oleh karena, hal tersebut diatas maka perlu dipelajari

dengan baik sistem perpipaan, diantaranya ialah tebal kritis insulasi, tahanan kalor tergabung,

dan konduktivitas termal.

Perpindahan kalor konduksi tak-tunak memiliki perbedaan dengan konduksi tunak

dimana pada konduksi tak-tunak terjadi perubahan pada energi internal.contoh dari konduksi

tak-tunak ialah proses pemanasan dan pendinginan makanan. Pada proses ini terjadi aliran

kalor yang tidak langsung setimbang secara termal. Aplikasi dari hukum fourier ini

membahas aliran kapasitas kalor tergabung, aliran kalor transien pada benda semi-infinite,

batasan-batasan konveksi, dan angka biot, angka fourier, serta bagan heisler.

2.2. Hukum Fourier

Besar fluks kalor yang berpindah berbanding lurus dengan gradien temperatur pada

benda tersebut. Secara matematis dinyatakan sebagai berikut:

Gambar 1. Mekanisme konduksi

(sumber: faculty.petra.ac.id/herisw/Fisika1/13-kalor.doc)



6

x

T

A

q

(2.1)

Dengan memasukkan konstanta kesetaraan yang disebut konduktivitas termal,

didapatkan persamaan yang disebut Hukum Fourier tentang Konduksi Kalor.

Hukum Fourier merupakan hukum dari konduksi panas yang menyatakan bahwa

kecepatan perpindahan kalor melalui sebuah material sebanding dengan gradien negatif suhu

ke area sudut kanannya. Hukum tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut:

x

TkAq

(2.2)

Di mana:

q = energi panas atau laju perpindahan kalor konduksi (W)

A = luas cross section (m2)

k = konduktivitas material (Wm-1

K-1

) (konstanta proporsionalitas)

= gradien temperatur ke arah normal terhadap luas A

T = suhu (K)

x = jarak (m)

2.3. Konduktivitas Termal

Konduktivitas termal (k) merupakan suatu konstanta yang dipengaruhi oleh suhu yang

nilainya akan bertambah jika suhu meningkat. Selain memiliki karakteristik yang dipengaruhi

oleh suhu, nilai k juga merupakan suatu besaran yang dapat mengidentifikasi sifat penghantar

suatu benda. Bahan yang memiliki konduktivitas termal yang besar biasanya dikategorikan

sebagai penghantar panas yang baik, dan sebaliknya. Umumnya, nilai k logam lebih besar

daripada nonlogam, dan k pada gas sangat kecil. Unit konduktivitas termal biasanya

dinyatakan dalam Watt/moC atau BTU/jam.ft.

oF. Nilai konduktivitas termal dapat diperoleh

dari persamaan umum konduksi, yaitu

T

x

tA

Qk

x

TAk

t

QH

.

... (2.3)



7

dimana T adalah perbedaan suhu dan x adalah ketebalan permukaan media yang

memisahkan dua suhu Bila perubahan konduktivitas termal (k) merupakan fungsi liner

terhadap perubahan suhu, maka hubungan tersebut dapat dituliskan sebagai,

Tkk 10 (2.4)

Pada zat padat, energi kalor dihantarkan dengan cara getaran kisi bahan. Selain itu,

menurut hukum Wiedemann-Franz, konduktivitas termal zat padat mengikuti konduktivitas

elektrik, dimana pergerakan elektron bebas yang terdapat pada kisi tidak hanya menghasilkan

arus elektrik tapi juga energi panas. Hal ini adalah salah satu penyebab tingginya nilai

konduktivitas termal beberapa jenis zat padat, terutama logam.

Untuk kebanyakan gas pada tekanan sedang konduktivitas termal merupakan fungsi

suhu. Pada gas ringan, seperti hidrogen dan helium memiliki konduktivitas termal yang

tinggi. Gas padat seperti xenon memiliki konduktivitas kecil, sedangkan sulfur hexafluorida,

yang berupa gas padat, memiliki konduktivitas termal yang tinggi berdasar tingginya

kapasitas panas gas ini.

Konduksi energi kalor dalam zat cair, secara kualitatif, tidak berbeda dari gas. Namun,

karena molekul-molekulnya lebih berdekatan satu sama lain, medan gaya molekul (molecule

force field) lebih besar pengaruhnya pada pertukaran energi dalam proses tubrukan molekul.

Tabel 1. Konduktivitas Berbagai Jenis Zat

(sumber: ittelkom.ac.id)



8

2.4. Konduksi Tunak

Pada konduksi tunak, terjadi perpindahan energi dari bagian bersuhu tinggi ke bagian

bersuhu rendah, dimana suhu tidak berubah terhadap fungsi waktu. Berdasarkan arah

pergerakan laju perpindahan kalor, konduksi tunak dibagi atas konduksi tunak dimensi satu

dan konduksi tunak dimensi rangkap.

2.4.1. Konduksi Tunak Satu Dimensi

Sistem Tanpa Sumber Kalor

Pada aliran kalor satu dimensi dalam keadaan tunak, dimana tidak terdapat

pembangkitan kalor, persamaan umum yang berlaku adalah

(2.5)

Dalam koordinat silindris persamaan ini menjadi

(2.6)

Dengan mengaplikasikan persamaan Fourier, pada dinding datar berlaku persamaan

2

1

2

2120

2TTTT

x

Akq

(2.7)

Jika dalam sistem teradapat lebih dari satu macam bahan (komposit), aliran kalor dapat

ditulis

Ak

x

Ak

x

Ak

x

TTq

C

C

B

B

A

A

41 (2.8)

Untuk geometri lainnya, penurunan persamaannya dapat dilihat pada tabel 1 di bagian

lampiran.

Sistem dengan Sumber Kalor

Pada beberapa proses perpindahan kalor, misalnya pada reaktor nuklir, konduktor

listrik, maupun sistem reaksi kimia, terdapat situasi di mana kalor dibangkitkan dari



9

dalam. Untuk sistem tunak yang disertai adanya kalor yang dibangkitkan, maka

digunakan persamaan umum,

(2.9)

Pada dinding datar dengan sumber kalor berlaku persamaan

wTk

LqT

2

2

0

(2.10)

Untuk geometri lainnya, persamaan yang digunakan dapat dilihat pada tabel 1 lampiran.

2.4.2. Konduksi Tunak Dua Dimensi

Perpindahan kalor konduksi keadaan tunak dua dimensi, kalor mengalir dalam arah

kordinat ruang x dan y yang tidak saling bergantungan satu sama lain. Untuk keadaan

tunak berlaku persamaan Laplace

02

2

2

2

y

T

x

T

(2.11)

Dengan menganggap konduktivitas termal tetap. Persamaan ini dapat diselesaikan

dengan metode analitik, numerik atau grafik. Penyelesaian persamaan di atas akan

memberikan suhu dalam benda dua dimensi sebagai fungsi dari dua kordinat ruang x

dan y. aliran kalor pada arah x dan y dapat dihitung dari persamaan Fourier:

(2.12)

(2.13)

Besaran-besaran aliran kalor tersebut masing-masing mempunyai arah x atau y. aliran

kalor total pada setiap titik dalam bahan itu adalah resultan dari qx dan qy di titik itu.

Jadi, vektor aliran kalor total mempunyai arah sedemikian rupa sehingga tegak lurus

terhadap garis-garis suhu tetap.

x

TkAq xx

y

TkAq yy



10

2.5. Konduksi Tak Tunak

Pada konduksi tak tunak, temperatur merupakan fungsi dari waktu dan jarak. Atau

dengan kata lain, perpindahan kalor konduksi tunak terjadi jika suhu tidak berubah terhadap

waktu dan konduksi tunak terjadi jika suhunya berubah terhadap waktu, sehingga pada

persamaan perpindahan kalor konduksi tak tunak terdapat suku tT / . Persamaan

perpindahan kalor konduksi tak tunak dapat dituliskan secara umum

t

T

z

T

y

T

x

TT

12

2

2

2

2

22 (2.14)

dimana merupakan difusifitas termal.

Untuk keadaan tidak tunak atau terdapat sumber kalor di dalam benda, maka perlu dibuat

neraca energi.

Energi di muka kiri

x

TkAqx

Energi yang dibangkitkan di dalam unsur qAdx

Perubahan energi dalam dx

t

TcA

Energi keluar dari muka kanan

dxx

Tk

xx

TkA

x

TkAq

dxx

dxx

Sehingga persamaan konduksi tak tunak satu dimensi menjadi

t

Tcq

x

Tk

x

(2.15)

Untuk yang alirannya lebih dari 1 dimensi, kita hanya perlu memperhatikan kalor yang

dihantarkan ke dalam dan keluar satuan volume itu dalam ketiga arah koordinat. Neraca

energi di sini menghasilkan

dt

dEqqqqqqq dzzdyydxxgenzyx (2.16)



11

2.6. Tahanan Kontak Termal

Suatu daerah di mana analogi resistansi elektrik yang terabaikan tiba-tiba menjadi

begitu berpengaruh adalah pada interfasa dari dua media penghantar. Tidak ada dua

permukaan padatan yang selamanya memberikan kontak termal sempurna ketika keduanya

disambungkan. Adanya faktor kekasaran permukaan, menyebabkan terbentuknya celah udara

yang sempit seperti yang terlihat pada gambar 2.2(a). Konduksi melalui kontak bagian

padatan ke padatan sangat efektif, tetapi konduksi yang melalui celah udara yang memiliki

nilai konduktivitas termal yang kecil sangat tidak menguntungkan, ditambah lagi dengan

kemungkinan terjadinya radiasi termal pada celah tersebut.

Konduktansi interfasial, hc, ditempatkan pada permukaan kontak secara seri dengan

material penghantar pada sisi-sisinya. Koefisien hc ini analog dengan koefisien perpindahan

kalor. Jika T adalah perubahan suhu yang terjadi pada daerah interfasa, maka Q = AhcT, di

mana pada tahanan kontak Q = T/ Rt, dan Rt = 1/(hcA)

Gambar 4. a) Transfer kalor melalui permukaan kontak antara 2 permukaan padatan, (b) Konduksi melalui 2 unit

daerah dengan tahanan kontak

Pada gambar 4(b), dengan menerapkan neraca energi pada kedua bahan (bahan pertama A,

bahan kedua B) diperoleh

(2.17)

(2.18)

dengan memberi tanda Ac untuk bidang kontak termal dan Av untuk celah, serta memberi Lg

untuk tebal celah dan kf untuk konduktivitas termal fluida yang mengisi celah. Luas

penampang total batangan adalah A, maka dapat ditulis

B

B

B

c

BA

A

AA

x

TTAk

Ah

TT

x

TTAkq

322221

1

AkxAhAkx

TTq

BBAA

2

31

1



12

(2.19)

f

v

BA

BAc

g

c kA

A

kk

kk

A

A

Lh

21 (2.20)

Tabel 2 berikut menampilkan sejumlah nilai hc untuk beberapa bahan.

Tabel 2 Beberapa Nilai Konduktansi Interfasial pada Kisaran Tekanan 1-10 atm

sumber: Lienhard, 3rd

ed, page 66

Meskipun belum ada teori yang dapat meramalkan konsep tahanan kontak ini secara lengkap,

beberapa hipotesis dapat diambil:

Tahanan kontak meningkat jika tekanan gas sekitar diturunkan hingga di bawah nilai

terbesar mean free path karena konduktivitas termal efektif akan menurun pada

keadaan ini.

Tahanan kontak menurun jika tekanan sambungan ditingkatkan karena akan

memperluas deformasi kontak.

2.7. Koefisien Perpindahan Kalor Menyeluruh

Panas dapat ditransfer melalui tahanan yang komposit, seperti pada gambar 2.3, di

mana pada satu sisi terdapat fluida panas A dan pada sisi lainnya fluida B yang lebih dingin.

Untuk kasus gabungan seperti ini dapat digunakan koefisien perpindahan kalor menyeluruh,

U, yang diformulasikan,

(2.21)

Ah

TT

L

TTAk

AkLAkL

TTq

c

BA

g

BAvf

cBgcAg

BA

122

222222

menyeluruhTUAQ



13

Pada gambar 2.2 perpindahan kalor dinyatakan oleh

(2.22)

Perpindahan kalor menyeluruh, yang terjadi secara konveksi dan konduksi, dihitung

dengan jalan membagi beda suhu menyeluruh dengan jumlah tahanan termal,

(2.23)

Sesuai persamaan 2.22, koefisien perpindahan kalor menyeluruh adalah,

(2.24)

Pada silinder bolong (gambar 6) yang terkena lingkungan konveksi di permukaan bagian

dalam dan luarnya, luas bidang konveksi tidak sama untuk kedua fluida karena tergantung

diameter dalam tabung dan tebal dinding.

BA TTAhTTx

kATTAhq

222111

AhkAxAh

TTq BA

21 11

21 11

1

hkxhU

(b)

(a)

Gambar 5 (a) Perpindahan Kalor

menyeluruh melalui dinding datar,

(b) jaringan tahanan analog (a)

(b)



14

Perpindahan kalor menyeluruh dinyatakan dengan,

(2.25)

Besaran Ai dan Ao merupakan luas permukaan dalam dan luar tabung dalam. Koefisien

perpindahan kalor menyeluruh dapat didasarkan atas bidang dalam atau luar tabung, sehingga

(2.26)

(2.27)

Beberapa nilai koefisien perpindahan kalor menyeluruh diberikan pada tabel 2 (lampiran).

Nilai-nilai yang tertera pada tabel tidak sepenuhnya cocok untuk kondisi-kondisi khusus, yang

perlu diperhatikan adalah

Fluida dengan konduktivitas termal yang rendah biasanya memiliki nilai yang

rendah. Ketika fluida tertentu mengalir ke suatu sisi heat exchanger, nilai U umumnya

menjadi kecil.

Kondensasi dan pendidihan merupakan proses transfer kalor yang sangat efektif.

Keduanya meningkatkan U namun nilai yang begitu kecil tidak bisa

dikesampingkan seperti halnya exchanger.

Fakta yang sering terjadi adalah:

Untuk nilai U yang besar, semua resistansi pada exchanger pasti bernilai kecil.

Konduktor cairan, seperti air dan logam cair, memilki nilai dan U yang tinggi.

oo

io

ii

BA

AhkL

rr

Ah

TTq

1

2

ln1

oo

iioi

i

i

hA

A

kL

rrA

h

U1

2

ln1

1

o

ioo

ii

o

o

hkL

rrA

hA

AU

1

2

ln1

1

h

h

h

Gambar 6 Analogi tahanan untuk silinder bolong

dengan kondisi batas konveksi

sumber: holman, 1997. hal 33



15

BAB III

PERCOBAAN

3.1 Prosedur Percobaan

1. Memeriksa jaringan air pendingin masuk dan keluar peralatan konduksi, memeriksa

apakah air pendingin mengalir kedalam alat, dengan membuka kran pengontrol.

2. Mengalirkan air pendingin dengan laju cukup kecil.

3. Menghubungkan kabel ke sumber listrik.

4. Memasang milliVolt meter (memerhatikan kutub + dan -), mengeset mV meter pada

penunjuk mV, DC.

5. Menyalakan saklar utama dan unit 1 / 2 dan 3 / 4.

6. Mengeset heater unit 1 / 2 pada angka 5 ddan unit 3 / 4 pada angka 400.

7. Mengamati suhu tiap node 1 s/d 10 setiap 5 menit untuk unit 2 dan 3.

8. Mengamati suhu air keluar untuk unit 2 dan 3.

9. Menghentikan pengamatan apabila node 10 telah tidak berubah suhunya pada 3 kali

pengamatan .

3.2. Hasil Pengamatan

3.2.1. Unit 2

Tabel 1. Data Unit 2

Node dx (m) T1 (mV) T2 (mV) T air (C) T air (C)

1 0,183 3,847 3,916 30 30

2 0,025 2,369 2,39 30 30

3 0,057 1,189 1,2 30 30

4 0,045 1,07 1,079 29 30

5 0,045 0,949 0,956 30 29

6 0,045 0,841 0,846 29 30

7 0,035 0,625 0,627 30 30

8 0,027 0,514 0,517 30 29

9 0,045 0,4 0,401 29 30

10 0,045 0,287 0,283 30 30

Trata-rata 29,7 29,8



16

3.2.2. Unit 3

Waktu saat menghitung volume air keluar = 5 detik

Waktu perhitungan antar node = 30 detik

Node Temperatur air keluar (oC) Tegangan (mV) Volume air keluar (ml)

Percobaan 1 Percobaan 2 Percobaan 1 Percobaan 2 Percobaan 1 Percobaan 2

1 34.5 35 3.516 3.520 21 22

2 35 35 3.141 3.162 21 22

3 35 35 2.756 2.758 22 22

4 35 35 2.397 2.396 22 21

5 35 35 2.090 2.090 21 21

6 35 35 1.834 1.830 21 21

7 35 35 1.575 1.577 21 21

8 35 35 1.360 1.352 21 22

9 35 35 1.178 1.177 22 21

10 35 35 1.007 1.006 22 21



17

BAB IV

PENGOLAHAN DATA

4.1 Unit 2

1. Konversi nilai T1 dan T2 dari mV menjadi oC dengan persamaan sebagai berikut:

Data-data setelah dikonversi adalah sebagai berikut :

Node dx (m) T1 (mV) T2

(mV)

T1 (C) T2 (C) T avg (C) T air

(C)

T air

(C)

1 0.183 3.847 3.916 125.22254 126.93512 126.07883 30 30

2 0.025 2.369 2.39 88.53858 89.0598 88.79919 30 30

3 0.057 1.189 1.2 59.25098 59.524 59.38749 30 30

4 0.045 1.07 1.079 56.2974 56.52078 56.40909 29 30

5 0.045 0.949 0.956 53.29418 53.46792 53.38105 30 29

6 0.045 0.841 0.846 50.61362 50.73772 50.67567 29 30

7 0.035 0.625 0.627 45.2525 45.30214 45.27732 30 30

8 0.027 0.514 0.517 42.49748 42.57194 42.53471 30 29

9 0.045 0.4 0.401 39.668 39.69282 39.68041 29 30

10 0.045 0.287 0.283 36.86334 36.76406 36.8137 30 30

Trata-rata 29.7 29.8

2. Menghitung nilai k untuk masing-masing node.

Dengan menggunakan asas black, persamaan untuk mendapatkan nilai k adalah sebagai

berikut :

dimana : m = 0,00654 kg/s

C = 4200 J/kg s

To w = suhu keluaran air di tiap node

Ti w = 25 oC

A = 0.00079 m2



18

Nilai k untuk stainless steel diperoleh dari node 1 dan 2, aluminium dari node 3 sampai 6,

dan magnesium dari node 7 sampai 10, maka diperoleh :

Selang

node

dx (m) dT1 (C) dT2 (C) dT avg

(C)

T node avg

(C)

k k avg

1-2 0.025 36.68396 37.87532 37.27964 107.43901 109.6390531 109.6391

3-4 0.045 2.95358 3.00322 2.9784 57.89829 2470.167867

4-5 0.045 3.00322 3.05286 3.02804 54.89507 2429.673312 2539.764

5-6 0.045 2.68056 2.7302 2.70538 52.02836 2719.450863

7-8 0.027 2.75502 2.7302 2.74261 43.906015 1609.521144

8-9 0.045 2.82948 2.87912 2.8543 41.10756 2577.56647 2251.165

9-10 0.045 2.80466 2.92876 2.86671 38.247055 2566.408173

3. Menghitung kesalahan relatif k

Diketahui k literatur Stainless Steel, Aluminium, dan Magnesium berturut-turut adalah 73,

202, dan 158. Maka dengan menggunakan persamaan,

diperoleh kesalahan relatif untuk stainless steel, aluminium dan magnesium berturut-turut

adalah 50,19%; 1157,31% dan 1322.627%

4. Menghitung nilai , , dan dengan menggunakan rumus berikut:

Berikut adalah hasil perhitungannya:

Tabel 9. Hasil Pengolahan Data Q

Unit 2

Node Q air Q bahan Q loss

1-2 129,0996 247,8403 118,7407



19

3-6 129,0996 3,4326 -125,6669

7-9 129.0996 7.99 -121.1096

4. Menghitung nilai hc

Asumsi : fluida yang terperangkap di dalam ruang kosong adalah udara, sehingga harga kf

sangat kecil jika dibandingkan dengan nilai kA dan kB. Dengan demikian nilai hc dapat

dihitung dengan menggunakan rumus berikut :

dimana : Lg = tebal ruang kosong antara A dan B (5.10-6

m)

kf = konduktivitas fluida dalam ruang kosong

A = luas penampang total batang

Ac = luas penampang batang yang kontak (Ac = 0,5 A)

Av = luas penampang batang yang tidak kontak

Didapatkan hasil sebagai berikut (dalam m2.oC/Watt) :

hc percobaan stainless steel dan alumunium 21020381,9

hc percobaan alumunium dan magnesium 238677225

hc literatur stainless steel dan alumunium 10724363,6

hc literatur alumunium dan baja magnesium 17746213,6

Dengan kesalahan literatur :

% KL hc stainless steel-alumunium = 96,01 %

% KL hc alumunium-magnesium = 1244.95 %



20

5. Menghitung nilai

dihitung dengan membuat grafik k vs. T node avg (metode least square) dengan

menggunakan data k dan T nodeavg dari aluminium dan magnesium berdasarkan rumus :

Dihasilkan grafik sebagai berikut :

Alumunium y = -42,024x + 4848,6

Magnesium y = -168.45x + 9172.4

Dengan demikian nilai untuk aluminium dan magnesium adalah

Alumunium (Al)

y = -42.024x + 4848.6 R = 0.6179

y = -168.45x + 9172.4

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 20 40 60 80

k

T node avg (oC)

grafik T node avg vs k

Alumunium

Magnesium



21

Magnesium (Al)

4.2 Unit 3

Data-data yang diperoleh dari unit 3 diolah dengan:

1. Mengkonversi nilai TI dan TII yang bersatuan mV menjadi bersatuan oC.

Persamaan yang digunakan untuk mengkonversi TI dan TII adalah

Node Temperatur air keluar

(oC)

Tegangan (mV) Volume air keluar

(ml) Temperatur (oC) Temperatur

Percobaan

1

Percobaan

2

Percobaan

1

Percobaan

2

Percobaan

1

Percobaan

2 1 2 Rata-rata

(oC)

1 34.5 35 3.516 3.520 21 22 117.00712 117.1064 117.05676

2 35 35 3.141 3.162 21 22 107.69962 108.22084 107.96023

3 35 35 2.756 2.758 22 22 98.14392 98.19356 98.16874

4 35 35 2.397 2.396 22 21 89.23354 89.20872 89.22113

5 35 35 2.090 2.090 21 21 81.6138 81.6138 81.6138

6 35 35 1.834 1.830 21 21 75.25988 75.1606 75.21024

7 35 35 1.575 1.577 21 21 68.8315 68.88114 68.85632

8 35 35 1.360 1.352 21 22 63.4952 63.29664 63.39592

9 35 35 1.178 1.177 22 21 58.97796 58.95314 58.96555

10 35 35 1.007 1.006 22 21 54.73374 54.70892 54.72133



22

2. Menghitung laju alir massa

Laju alir massa dapat diperoleh dengan mengolah data dari volume air keluar yang diukur

selama 5 detik:

dimana :

Q = laju alir volume

V = volume

T = waktu

Kemudian, persamaan yang digunakan untuk mencari laju alir massa adalah:

dimana :

Q = laju alir volume

= laju alir massa

= massa jenis

Dengan menggunakan nilai = 1000 kg/m3 dan t = 5s maka laju alir massa dapat

diperoleh dengan hasil sebagai berikut:

Volume air keluar (ml) Volume Q (ml/s) Q (m3/s) (kg/s)

Percobaan 1 Percobaan 2 Rata-rata

21 22 21.5 4.3 0.0000043 0.0043

21 22 21.5 4.3 0.0000043 0.0043

22 22 22 4.4 0.0000044 0.0044

22 21 21.5 4.3 0.0000043 0.0043

21 21 21 4.2 0.0000042 0.0042

21 21 21 4.2 0.0000042 0.0042

21 21 21 4.2 0.0000042 0.0042

21 22 21.5 4.3 0.0000043 0.0043

22 21 21.5 4.3 0.0000043 0.0043

22 21 21.5 4.3 0.0000043 0.0043

0.00428



23

Dari tabel diatas, dapat diketahui bahwa nilai laju alir massa yang diperoleh adalah sebesar:

0.00428 kg/s.

3. Menghitung luas setiap node

Pada unit 3, terjadi pengurangan besar jari-jari node, karena jarak antar node sama, maka

diasumsikan terjadi penurunan besar jari-jari yang konstan di setiap node. Diameter awal

yaitu 5.04 cm, sehingga jari-jari awalnya yaitu 0.0252 m serta diameter akhir diketahui

sebesar 2.55 cm, sehingga jari-jari akhirnya sebesar 0.01275 m. Jarak antar node diketahui

sebesar 2.5 cm. Dengan demikian, penurunan besar jari-jari node dapat dituliskan sebagai

berikut:

Besar jari-jari dan luas dari setiap node kemudian dapat dituliskan sebagai berikut :

Node dx dr (m) r (m) A (m2)

1 0.025 0.00113 0.014814 0.000689

2 0.025 0.00113 0.015945 0.000798

3 0.025 0.00113 0.017077 0.000916

4 0.025 0.00113 0.018209 0.001041

5 0.025 0.00113 0.019341 0.001175

6 0.025 0.00113 0.020473 0.001316

7 0.025 0.00113 0.021605 0.001466

8 0.025 0.00113 0.022736 0.001623

9 0.025 0.00113 0.023868 0.001789

10 0.025 0.00113 0.025 0.001963



24

4. Menghitung nilai k

Nilai k didapatkan dari penurunan azas Black:

Dengan menggunakan , Cp = 4200 J/kg, dan luas penampang batang (A)

didapat dari perhitungan sebelumnya, maka k pun dapat dihitung antara setiap node:

Node dT1 dT2 dT avg A avg k

node 1-2 9.3075 8.88556 9.09653 0.000744 13222.982

node 2-3 9.5557 10.02728 9.79149 0.000857 10657.529

node 3-4 8.91038 8.98484 8.94761 0.000979 10214.527

node 4-5 7.61974 7.59492 7.60733 0.001108 10609.969

node 5-6 6.35392 6.4532 6.40356 0.001246 11212.977

node 6-7 6.42838 6.27946 6.35392 0.001391 10118.526

node 7-8 5.3363 5.5845 5.4604 0.001545 10604.099

node 8-9 4.51724 4.3435 4.43037 0.001706 11832.244

node 9-10 4.24422 4.24422 4.24422 0.001876 11231.957

Sehingga diperoleh nilai untuk tembaga (Cu) sebesar k = 11078.312 W/m.oC

5. Menghitung persentase kesalahan relatif (% KR) dengan rumus sebagai berikut:

KR kavg tembaga (k literatur = 385)



25

6. Menghitung nilai dan dari grafik dengan metode Least Square menggunakan

data nilai dan dari Tembaga (Cu). Persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut :

Diperoleh grafik sebagai berikut ini :

Dari grafik diperoleh persamaan: y = 12.912x + 9987.3

Sehingga, nilai dan dari tembaga adalah:

Maka nilai

y = 12.912x + 9987.3 R = 0.0724

6000

8000

10000

12000

14000

0 20 40 60 80 100 120 140

k

T node (rata-rata)

Grafik T node rata-rata vs k



26

BAB V

ANALISIS

5.1 Analisis Percobaan

Percobaan konduksi ini merupakan bentuk aplikasi dari pembelajaran dan pendalaman

materi perpindahan kalor (heat transfer). Tujuan percobaan ini adalah untuk menentukan nilai

koefisien perpindahan panas logam (k) dan pengaruh suhu terhadap nilai k itu sendiri

(melibatkan dengan nilai ). Dalam hal ini, percobaan dilakukan dengan menganalisa,

mekanisme perpindahan panas konduksi baik untuk kondisi steady maupun untuk kondisi

non-steady. Selain itu, percobaan ini juga bertujuan untuk menghitung nilai koefisien kontak

yang terjadi antara dua logam. Untuk memenuhi tujuan ini, dilakukan percobaan dengan

menggunakan unit 2 dan unit 3 yang masing-masing unit memiliki spesifikasi tertentu terkait

perpindahan panas konduksi. Unit 2 merupakan terdiri atas gabungan 3 logam yang saling

dihubungkan (Stainless Steel, Fe Alumunium, Al Magnesium, Mg), dimana ujung yang

satu (Fe) dihubungkan dengan suatu pemanas yang bersumber dari listrik

Percobaan pertama dilakukan pada unit 2. Unit 2 tersusun dari material yang berbeda

yaitu baja, alumunium, dan magnesium. Pada percobaan unit 2 ini dilakukan pengamatan

tentang kemampuan masing-masing dari ketiga logam tersebut dalam menghantarkan panas

secara konduksi. Energi kalor antar logam dan melintasi node-node seperti pada skema di

bawah ini.

Pada setiap node dipasang sebuah termokopel yang berfungsi sebagai sensor suhu pada titik

tersebut. Termokopel ini dihubungkan dengan konektor dan voltmeter sehingga pada titik

tersebut dapat dilakukan pembacaan suhu. Karena yang digunakan adalah voltmeter, suhu

yang terbaca ditransformasikan menjadi besaran tegangan atau potensial listrik dengan satuan

mV. Data suhu dapat diperoleh dengan cara mengkonversikan data potensial listrik. Switch

pada voltmeter digunakan untuk mengubah pembacaan suhu dari satu node ke node lainnya di

sepanjang batang.

Pada percobaan unit 2 akan dipelajari bagaimana cara menentukan koefisien kontak

dan pengaruhnya terhadap perpindahan panas konduksi. Prinsipnya adalah adanya driving

force berupa gradien suhu di antara gabungan logam tersebut. Di sepanjang gabungan logam

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 heater

Baja Mg Al



27

akan terjadi suatu profil temperatur yang cenderung turun dari arah Fe menuju Mg. Dari profil

ini, kita bisa menentukan nilai tahanan termal konduksi dari masing-masing logam dan juga

tahanan kontak termal yang terjadi di antara pertemuan antara 2 logam (Fe-Al dan Al-Mg).

Penurunan ini disebabkan fluks kalor yang melewati dua jenis bahan yang berbeda akan

terhambat karena adanya tahanan kontak termal yang akan menyebabkan penurunan suhu

yang tiba-tiba pada bidang logam yang kedua. Penurunan suhu juga terjadi karena faktor

kekasaran antara dua permukaan benda tersebut akan menyebabkan terbentuknya celah udara

yang sempit yang menimbulkan tahanan kontak termal. Ini akan memicu penurunan suhu di

antara sambungan logam. Panas dialirkan dari pemanas menuju stainless steel, yang akan

menyebabkan peningkatan suhu dari logam tersebut. Molekul-molekul yang bergerak lebih

cepat karena dipanaskan kemudian juga mentransfer sebagian energi mereka dengan

molekul-molekul lain sepanjang benda tersebut. Dengan demikian, energi gerak termal

ditransfer oleh tumbukan molekul sepanjang benda.

Pada unit 2 ini, dilakukan pengambilan data suhu keluaran air dan suhu yg dibaca di

voltmeter untuk sepuluh node. Pengambilan data untuk setiap node, dilakukan tiap selang

waktu 1 menit. Hal ini bertujuan agar suhu yang dibaca sudah stabil. Pembacaan suhu di

voltmeter dan suhu air keluaran dilakukan pada waktu yang sama. Pengambilan data

dilakukan sebanyak dua kali, yaitu pada menit ke 1 setelah perubahan node dan 30 detik

setelahnya. Hal ini bertujuan untuk melihat pengaruh waktu terhadap konduksi. Dalam

perhitungan, data yang digunakan adalah rata-rata dari nilai suhu yang diperoleh dari dua data

tersebut.

Konduktivitas thermal dipengaruhi oleh jenis material dan temperatur. Semakin besar

konduktivitas thermalnya, material tersebut akan semakin mudah menghantarkan kalor.

Dengan asumsi bahwa fluks kalor tetap, pada material batang yang sama, suhu batang akan

semakin menurun seiring bertambahnya jarak dari sumber kalor. Pada material batang yang

berbeda, besarnya gradient suhu akan berbanding terbalik dengan konduktivitas thermal

batang kedua. Semakin besar konduktivitasnya, gradient suhu akan semakin kecil.

Hubungan dari satu batang ke batang lainnya tidak benar-benar rapat. Hal ini dilakukan

agar suatu batang tidak menjadi heat sink bagi batang lainnya. Ada dua unsur pokok yang

menentukan perpindahan kalor pada sambungan. Yang pertama adalah konduksi antara zat

padat dengan zat padat pada titik singgung. Yang kedua adalah konduksi melalui gas yang

terkurung pada ruang-ruang kosong yang terbentuk karena persambungan tersebut.Ruang-



28

ruang kosong di persambungan logam ini akan diisi oleh fluida (biasanya udara) yang

memiliki konduktivitas thermal lebih kecil dibandingkan dengan konduktivitas logam.

Selain itu, pada percobaan ini, dilakukan pengukuran terhadap suhu yang

direpresentasikan pada tegangan yang terukur pada masing-masing node yang terpasang pada

ketiga logam (node 1-2 : Fe, 3-6 : Al, 7-10 : Mg). Pada setiap node dipasang sebuah

termokopel yang berfungsi sebagai sensor suhu pada titik tersebut Termokopel ini

dihubungkan dengan konektor dan voltmeter sehingga pada titik tersebut dapat dilakukan

pembacaan suhu dengan satuan mV karena digunakan voltmeter. Kita akan menghitung

koefisien dari data yang diperoleh ; nilai ini selanjutnya dapat digunakan untuk menghitung

nilai konduktivitas bahan (nilai k).

Perbedaan konduktivitas thermal yang cukup besar ini memberikan suatu tahanan

terhadap perpindahan kalor yang terjadi. Tahanan ini disebut sebagai tahanan kontak thermal

(thermal contact resistance). Akibatnya pada bagian tersebut akan terjadi penurunan suhu

yang cukup drastis. Kuantifikasi dari besarnya tahanan kontak dinyatakan sebagai koefisien

kontak, hc. Berdasarkan skema alat percobaan, tahanan kontak thermal terhadap perpindahan

kalor akan terjadi di antara node 2-3 (persambungan baja alumunium) dan antara node 6

dan 7 (persambungan alumunium magnesium).

Gambar III.1. Tahanan kontak thermal

Percobaan konduksi selanjutnya adalah dengan menggunakan unit 3. Percobaan

dengan unit 3 ini bertujuan untuk menjelaskan tentang karakteristik dari konduktivitas termal

(k) yang memiliki hubungan sebanding dengan perubahan temperatur. Selain itu, dapat

terlihat juga pengaruh dari luas permukaan bidang kontak terhadap kemampuan logam

tembaga (Cu) dalam menghantarkan panas secara konduksi. Unit 3 ini merupakan suatu

sistem dari logam tembaga (Cu) yang dihubungkan dengan plat pemanas yang berdiri secara

vertikal dengan luas penampang yang mengkerucut menjadi kecil atas ke bawah. Perubahan



29

nilai perubahan konduktivitas termal yang terjadi sepanjang logam dapat dideteksi dengan

menggunakan profil temperatur tertentu. Variabel yang berpengaruh terhadap perpindahan

kalor pada unit 3 adalah jarak antara node dengan sumber kalor dan luas penampang.

Di dalam sistem unit 3 ini digunakan air pendingin yang dialirkan dengan laju yang

kecil sehingga perubahan temperatur pada tiap node dapat diamati dengan mudah sesuai

dengan Azas Black dan mencegah terjadinya rugi kalor akibat dari perpindahan panas secara

koveksi. Selain itu, air pendingin ini juga berguna untuk merepresentasikan daya panas yang

mengalir sepanjang sistem dan juga mempertahankan kondisi steady dari sistem.

Laju alir yang dibutuhkan dalam sistem ini adalah laju alir yang kecil, karena apabila

air dialirkan dengan laju yang terlalu besar maka kalor yang akan diserap semakin besar pula

sehingga tidak mudah untuk dapat mengamati distribusi temperatur pada tiap-tiap node.

Dalam percobaan unit 3 ini, perlu diperhatikan beberapa komponen yang ada yaitu: 1.

Memilih unit yang akan dicari temperaturnya yaitu unit 2 dan unit 3. Kemudian,

thermocouple selector yang menunjukkan node-node dari node 1 sampai node 10 dan

kemudian divariasikan nodenya sehingga temperatur tiap node pada suatu unit dapat dibaca

dengan menggunakan temperature recorder. Kemudian, terdapat tombol untuk mengatur

voltmeter yang digunakan untuk mengubah pembacaan temperatur dari satu node ke node

lainnya. Selanjutnya, air keliaran akan diukur suhu nya dengan menggunakan termometer

dengan cara menampung air keluaran dari selang unit yang telah dipilih sebelumnya (apakah

Gambar XX. Skema alat pada unit 3



30

selang yang berasal dari unit 2 atau unit 3) dalam gelas beaker dan menunggu selama 1 menit.

Pengambilan data dilakukan dengan menunggu selama 1 menit ini bertujuan agar suhu air

yang keluar selang sesudahnya sudah stabil dan data yang diperoleh akan lebih akurat, serta

distribusi temperatur pada tiap node sudah merata.

5.2 Analisis Hasil

Data hasil yang diperoleh dari percobaan secara laboratorium yang ditunjukkan pada

Bab 4 menunjukkan bahwa ada nya pengaruh node dan temperature, dimana dengan semakin

besarnya node, maka temperature akan semakin rendah, phenomena ini ditunjukkan pada unit

percobaan 2 dan 3. Adapun penyebab nya dikarenakan jarak antar node dengan heater.

Dimana, heater yang berfungsi sebagai pemanas terlebih dahulu akan mengalirkan panas ke

node 1, lalu dialirkan ke node 2 dan seterus nya hingga node ke 10. Aliran panas ini

bergantung pada nilai koefisien konduksi logam masing-masing node, yang disimbolkan

dengan sebagai k.

Nilai k, merupakan konstanta perpindahan laju kalor konduksi pada suatu bahan

material,dimana dalam percobaan yang kami lakukan adalah bahan material logam pada unit

2 dan 3 adalah bahan Aluminum, Stainless Steel dan Magnesium serta tembaga untuk unit 3.

Untuk memperoleh nilai k, kami melakukan perhitungan dengan menggunakan metode Asas

Black dimana kalor yang diterima air untuk menaikkan suhunya dianggap sama dengan kalor

dilepas logam yang terjadi akibat dari adanya perbedaan suhu kontak antar dua permukaan

(yakni air dan logam).

Menghitung Konstanta Kontak Permukaan Unit 2

Konstanta kontak permukaan sangat berpengaruh terhadap laju perpindahan kalor yang

terjadi. Pada percobaan ini dihitung dengan:



31

Dimana nilai k yang digunakan adalah nilai k dari hasil perhitungan sebelumnya untuk tiap-

tiap logam. Nilai kf merupakan konduktifitas fluida dalam ruang fluida sebagai akibat

ketidak sempurnaan kontak dapat kita abaikan karena nilai kf ini dianggap terlalu kecil

dibandingkan konstanta logam A dan konstanta logam B yakni kA dan kB. untuk pengolahan

data ini, kami melakukan asumsi terhadap nilai Ac dan Lg. dimana Lg merupakan tebal ruang

kosong antara A dan B bernilai 5.10-6

m sedangkan Ac merupakan luas penampang batang

kontak bernilai 0.5 A. Untuk nilai A adalah luas penampang batang total dan Av merupakan

luas penampang batang tidak kontak.

Nilai hc yang kami peroleh cukup jauh dari nilai hc secara literature , sehingga kami

memiliki kesalahan listeratur yang cukup besar. Hal ini akan dibahas pada analisa kesalahan.

Adapun relative kesalahan yang kami peroleh adalah; 84.4% untuk hc bahan Aluminum

Stainless Steel dan Aluminum. Sedangkan relative kesalahan untuk hc bahan Aluminum

Magnesium adalah 74.358%.

Perhitungan Nilai pada Unit 2 Dan Unit 3

Tujuan kami melakukan perhitungan nilai adalah untuk mengetahui hubungan nilai

konduktifitas kalor (k) terhadap suhu. Nilai koefisien untuk setiap bahan percobaan dapat

diperoleh dari plot data ke grafik antara nilai k dan Tnode average dengan metode least

square, persamaan yang digunakan yaitu;

Persamaan yang diatas dapat diturunkan dari persamaan regresi grafik yang telah

diplot sebelum nya, dimana nilai k sebagai sb.y , ko sebagai intersept sedangkan Ko. sebagai

slope. Sehingga kita akan memperoleh nilai koefisien B pada bahan material logam adalah;

Aluminum= -0.00559 Magnesium = -0.0136 Tembaga = 0.051



32

Pada unit dua terdapat tiga jenis logam yaitu stainless steel, aluminium, dan magnesium.

Pada perhitungan diperoleh harga kavg stainless steel yaitu sebesar 109,6391 J/msoC, kavg

alumunium sebesar 2539,764 J/msoC, dan kavg magnesium sebesar 2251.165. Sedangkan nilai

k literature untuk stainless steel, alumunium, dan magnesium secara berurutan yaitu 73

J/msoC, 202 J/ms

oC, dan 158 J/ms

oC.

Nilai k menunjukkan kemampuan suatu benda dalam menghantarkan panas secara

konduksi, semakin besar nilai k maka benda tersebut semakin mudah dalam menghantarkan

panas dan jumlah kalor yang dipindahkan juga akan semakin banyak. Berdasarkan literatur,

logam alumunium mempunyai nilai k yang paling besar dibanding stainless steel dan

magnesium sehingga alumunium juga paling mudah menghantarkan panas secara konduksi

dibanding kedua logam lain. Kesalahan literatur k percobaan unit 2 untuk logam stainless

steel, alumunium, dan magnesium secara berurutan adalah 50,1905%, 1157,309% dan

1322.627%.

Dari data hasil percobaan diatas dapat disimpulkan bahwa nilai dari konduktivitas termal

yang didapatkan mempunyai kesalahan literatur yang cukup besar. Hal ini kemungkinan dapat

disebabkan oleh kesalahan dalam mengambil data atau pada unit 2 terdapat Heat Loss yang

besar dan tidak dilibatkan dalam perhitungan untuk mencari nilai k. Selain itu dari hasil diatas

dapat disimpulkan bahwa nilai konduktivitas termal terbesar adalah nilai konduktivitas termal

dari Magnesium, lebih tinggi dari stainless steal dan juga alumunium. Artinya Magnesium

sangat baik dalam mengantarkan panas. Hal ini terbutkti dengan data literatur maupun data

yang didapatkan pada percobaan

Nilai hc yang dihasilkan pada percobaan pada logam stainless steel-alumunium dan

alumunium-magnesium secara berurutan yaitu 21020381,9 m20

C/Watt dan 238677225

m20

C/Watt. Sedangkan berdasarkan literatur pada logam stainless steel-alumunium dan

alumunium-magnesium secara berurutan yaitu 10724363.6 m20

C/Watt 17746213.6

m20

C/Watt. Kesalahan literatur untuk logam stainless steel-alumunium dan alumunium-

magnesium secara berurutan yaitu 96,00587% dan 1244.947%. Nilai Koefisien kontak (hc)

yang besar menunjukan luas penampang node yang besar. Namun nilai hc yang didapatkan

pada percobaan masih terlalu kecil dari literatur hal ini dapat disebabkan oleh permukaan

kontak sudah tidak sebesar sebelum-belumnya ketika alat masih baru dan sebagainya.

Berdasarkan perhitungan, untuk mendapatkan nilai , dilakukan pembuatan grafik antara

T node avg dan k sehingga diperoleh persamaan garis untuk menentukan nilai . Pada hasil

perhitungan diperoleh nilai untuk logam alumunium dan magnesium secara berurutan yaitu



33

-0,00867 dan -0.001836. Nilai akan berpengaruh terhadap nilai k yang terpengaruh oleh

suhu. Apabila nilai makin besar maka nilai k yang terpengaruh oleh suhu juga akan besar.

Nilai yang negatif menunjukkan bahwa nilai k pada suhu tertentu lebih kecil daripada k

pada suhu standar. Hal ini sesuai dengan persamaan:

k = k0 (1+ T)

Nilai yang negatif menandakan telah terjadi penyusutan luas penampang logam. Hal ini

dapat terjadi karena telah terjadi korosi pada logam tersebut sehingga logam menjadi keropos

dan dapat disebabkan pula terdapat pengotor-pengotor pada logam tersebut.

Pada analisis ini akan dijelaskan mengenai grafik yang telah didapatkan pada pengolahan

data. Berikut ini adalah grafik yang didapatkan:

Pada grafik diatas (Unit 2) terlihat bahwa nilai k akan semakin turun seiring dengan

kenaikan suhu dimana hal tersebut bertentangan dengan teori dimana nilai semakin meningkat

seiring dengan meningkatnya suhu (T). Penurunan grafik atau nilai k dapat menunjukan

bahwa terjadinya kontak termal terhadap logam magnesium karena perpindahan panas hanya

dalam arah aksial sehingga terjadi penurunan suhu tiba-tiba.

Pada grafik alumunium juga mengalami hal yang sama, yaitu akibat adanya tahanan

kontak termal yang cukup besar. tahanan Tahanan kontak termal ini terjadi karena adanya

ketidaksempurnaan kontak antara alumunium dan magnesium sehingga terdapat fluida yang

terperangkap di dalam ruangan yang kosong antara kedua logam sehingga penghantaran panas

antar logam terdapat gangguan.

y = -42.024x + 4848.6 R = 0.6179

y = -168.45x + 9172.4

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 20 40 60 80

k

T node avg (oC)

Grafik T node rata-rata vs k

Alumunium

Magnesium



34

Selanjutnya adalah percobaan pada Unit 3. Pada unit ini hanya terdapat satu bahan

penyusun node yaitu tembaga (Cu). Berikut ini adalah hasil pengolahan data unit 3:

Unit 3

Bahan Node k avg (W/m oC) k literature (W/m

oC) Kesalahan

Relatif

Stainless Steel 11078.312 385 2777.48 % 0.00129

Dari hasil yang diperoleh, dapat dilihat bahwa nilai kesalahan relatif sangatlah besar.

Hal ini menunjukkan bahwa ketidak-idealan sistem konduksi yang terjadi tinggi sehingga data

yang diperoleh oleh praktikuan kurang akurat sehingga menyebabkan besarnya nilai

kesalahan literatur.

Berdasarkan teori, dapat diketahui bahwa semakin besar nilai konduktivitas termal (k),

makin baik pula kemampuan material tersebut untuk menghantarkan panas baik dalam bentuk

melepaskan maupun menerima kalor. Berdasarkan pada nilai k hasil percobaan dan nilai k

literatur, dimana nilai k tembaga termasuk besar, maka barang tentu kemampuan logam

tembaga dalam menghantarkan panas sangat baik. Pada unit 3 tidak terdapat koefisien kontak

(hc) dikarenakan hanya terdapat satu bahan.

Selain k, data yang diperoleh dari percobaan unit 3 ini adalah yang diperoleh sebesar

0.00129. Pada perhitungan diperoleh nilai yang positif yang menunjukkan tidak adanya

korosi pada logam tembaga sebagai bahan node. Tetapi hal ini bisa dikatakan kurang akurat,

karena pada umumnya nilai bernilai negatif, karena logam selalu mengalami korosi bahkan

korosi karena air.

Pada percobaan ini, diperoleh nilai kesalahan relatif yang sangat besar yang dapat

disebabkan oleh indikasi alat percobaan yang digunakan gagal memberikan insulasi yang baik

untuk mencegah adanya heat loss. Kenyataannya, heat loss yang terjadi sangat besar

sedemikian hingga nilai perhitungan k menjadi tidak akurat.

Rumus berikut:

m. Cp air. T air = k. A. T / x



35

adalah rumus yang berlaku bilamana heat loss yang dialami oleh sistem adalah 0 atau paling

tidak sangat kecil hingga dapat diabaikan. Kenyataan yang terjadi adalah bahwa heat loss

yang terjadi pada alat percobaan konduksi terlalu besar, sehingga rumus di atas harus

dikoreksi/diperbaiki menjadi :

heat loss + m. Cp air. T air = k. A. T / x

Jika heat loss pada sistem dapat diukur, maka tentu nilai k yang akan kami peroleh

tidak akan jauh beda dengan apa yang ditunjukkan oleh literatur. Hal ini juga berlaku pada

perhitungan-perhitungan lain termasuk dan lain-lain.

5.3 Analisis Kesalahan

Persen kesalahan percobaan terhadap literatur yang cukup besar disebabkan oleh beberapa

kesalahan yang dilakukan baik. Hal-hal tersebut antara lain

1. Waktu pemanasan alat yang kurang (tidak sesuai dengan lama pemanasan

seharusnya), sehingga diperkirakan alat belum siap untuk digunakan.

2. Tidak tepatnya mengukur laju alir keluar karena tidak ada alat khusus yang digunakan

untuk mengukur laju alir, sehingga dapat mempengaruhi hasil perhitungan.

3. Adanya kemungkinan kesalahan pada alat termokopel yang digunakan, sehingga data

yang diperoleh kurang akurat.

4. Suhu yang digunakan pada percobaan kurang tinggi, sehingga sulit melihat perubahan

yang terjadi dengan menggunakan termometer, sehingga bisa saja beberapa data tidak

tepat.

5. Tidak bisa mengukur suhu aliran masuk secara langsung, sehingga hanya

mengasumsikan suhu masuk sama dengan suhu ruang.

6. Rentang waktu yang cukup singkat saat perubahan node dapat mengakibatkan suhu

node belum stabil.

7. Asumsi yang digunakan kurang tepat, misalnya untuk nilai Av, Ac, dan Lg pada

perhitungan koefisien kontak (hc).

8. Tidak mengecek apakah thermometer berfungsi dengan baik sebelum melakukan

percobaan, sehingga bisa saja menyebabkan kesalahan saat pengukuran suhu.



36

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

6.1.KESIMPULAN

Kesimpulan dari percobaan konduksi antara lain :

1. Perpindahan panas secara konduksi adalah proses perpindahan kalor dimana panas

mengalir dari tempat yang suhunya tinggi ke tempat yang suhunya lebih rendah, tetapi

medianya tetap. Perpindahan kalor secara konduksi tidak hanya terjadi pada padatan

saja tetapi bisa juga terjadi pada cairan ataupun gas, hanya saja konduktivitas terbesar

pada padatan.

2. Rumus umum untuk perpindahan panas secara konduksi adalah

Faktor-faktor yang mempengaruhi perpindahan panas konduksi ialah: koefisien

konduksi / konduktivitas termal (k), luas area perpindahan panas (A), perbedaan suhu

(dT), dan panjang bahan (L atau dx).

3. Pada bagian batas antara dua benda padat bersentuhan, terjadi tahanan kontak termal

yang menyebabkan penurunan suhu secara tiba-tiba. Tahanan kontak termal muncul

akibat adanya ketidaksempurnaan pada bidang pertemuan kedua benda, sehingga

kekosongan yang ada diisi oleh fluida (gas/udara) yang akan memberikan tahanan

baru terhadap perpindahan panas konduksi pada sistem tersebut. Rumus umum bagi

tahanan kontak termal :

4. Perubahan suhu dapat mempengaruhi konduktivitas termal. Umumnya untuk semua

jenis zat, semakin besar suhu, maka semakin besar konduktivitas termalnya:

dengan k0 adalah konduktivitas termal pada saat T = 0 C dan adalah koefisien muai

termal untuk dua dimensi (luas).

5. Pada proses konduksi yang diamati, sangat besar kemungkinan terjadinya suatu

penyimpangan akibat adanya interaksi lingkungan dengan sistem, dimana sistem akan



37

melepaskan panas ke lingkungan dengan laju tertentu, yang disebut dengan heat loss.

Heat loss dirumuskan sebagai selisih antara qteoritis dan qeksperimen.

6. Pada percobaan ini diperoleh hasil:

7. Unit 2

Untuk perhitungan nilai konduktivitas termal:

k aluminium = W/m.oC dengan KR = 1157.31 %

k magnesium = W/m.oC dengan KR = 1322.627%

Untuk perhitungan koefisien kontak termal:

hc stainless steel alumunium = 21020381.9

hc alumunium magnesium = 238677225

Untuk perhitungan nilai

alumunium = -0.008667

magnesium = -0.01836

8. Unit 3

k tembaga = W/m.oC dengan KR = 2777.48 %

tembaga =

6.2. SARAN

1. Lamanya waktu pemanasan alat percobaan sebelum digunakan sebaiknya sesuai

dengan yang seharusnya karena akan mempengaruhi temperatur keluaran.

2. Pada saat praktikum berlangsung, cuaca nya hujan gerimis sehingga

mempengaruhi temperatur air pendingin. Oleh karena itu, sebaiknya praktikum

dilaksanakan sewaktu cuacanya cerah.

3. Tombol yang terdapat pada termokopel lebih baik untuk diperbaiki mengingat

tombol tersebut posisinya tidak tepat dan juga sulit untuk diputar.



38

DAFTAR PUSTAKA

Kreith, Frank. 1997. Prinsip-prinsip Perpindahan Panas Edisi 3. Jakarta: Erlangga.

J.P. Holman. 1997. Perpindahan Kalor, ed. 6, Jakarta: Penerbit Erlangga.

Tim Penyusun. Buku Panduan Praktikum POT 1. 1989. Depok : Jurusan Teknik Gas &

Petrokimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia.

Coulson & Richardson. 1996. Chemical Engineering, Vol1, 5e.

De Nevers, Noel. 1951. Fluid Mechanics Chemical Engineering. New York : McGraw-Hill

Inc.

Documents

Laporan Akhir Konduksi