Laporan Praktikum

Laboratorium Teknik Material III

Modul C Konduktifitas dan Difusifitas Termal Refraktor

Oleh :

Nama : Muhammad Darma Raditya

NIM : 13710022

Kelompok : 2

Anggota (NIM) : Stefanus Girindra (13709038)

Mahendra Riyandi (13710008)

Muhammad Rahimsyah (13710017)

Nicola Annette Beryl (13710053)

Tanggal Praktikum : 18 April 2013

Tanggal Penyerahan Laporan : 23 April 2013

Nama Asisten (NIM) : Ageng Wibowo (13708035)

Laboratorium Metalurgi dan Teknik Material

Program Studi Teknik Material

Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara

Institut Teknologi Bandung

2013

Bab I

Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

Pada perkembangan industri saat ini, pada khususnya industri yang

menggunakan tungku (furnace) seperti industri gelas, kaca dan logam, diperlukan

suatu material dengan sifat-sifat yang mampu digunakan pada temperatur tinggi.

Material ini disebut Refraktori. Material ini seringkali digunakan sebagai

penyekat antara produk yang bersuhu tinggi dengan udara luar atau sebagai wadah

suatu produk saat dilakukan proses peleburan. Salah satu material refraktori

adalah alumino-silikat. Agar dapat mencapai keberhasilan dalam pembuatan

material ini maka diperlukan ilmu khusus supaya sifat-sifat yang diinginkan bisa

diperoleh pada material ini. Beberapa syarat utama untuk mendesain material ini

adalah pengetahuan tentang konduktifitas termal, difusifitas termal, kapasitas

panas, dan ekspansi termal. Dalam percobaan ini akan dibuktikan kaitan antara

proses perancangan material refraktori dengan disertai perhitungan-perhitungan

sifat termal suatu material.

1.2 Tujuan Praktikum

1. Menentukan nilai koefisien, difusifitas termal, dan kapasitas panas spesifik

refraktori alumini-silika

Bab II

Teori Dasar

Material refraktori adalah material konstruksi yang memiliki sifat fisik dan

kimia yang membuat material tersebut mampu mempertahankan bentuk dan

kekuatannya pada temperatur sangat tinggi di bawah beberapa kondisi tegangan

mekanik dan serangan kimia dari gas-gas panas, cairan atau leburan dan semi

leburan dari gas, logam atau slag tanpa mengalami pelelehan atau terdekomposisi

dan tidak reaktif terhadap lingkungan sekitar.

Material refraktori memiliki sifat-sifat tertentu bergantung dengan material

penyusunnya.

Ada beberapa persyaratan umum sehingga material dapat diklasifikasikan sebagai

material refraktori:

a. Tahan terhadap temperatur tinggi.

b. Tahan terhadap perubahan temperatur yang mendadak.

c. Tahan terhadap lelehan terak logam, kaca, gas panas, dll.

d. Tahan terhadap beban dan gaya abrasi.

e. Dapat menyimpan panas.

f. Memiliki koefisien ekspansi panas yang rendah.

g. Tidak boleh mencemari material lain yang bersinggungan.

Di samping persyaratan umum di atas ada beberapa sifat-sifat khusus yang harus

dimiliki oleh refraktori:

a. Titik leleh: Material murni akan meleleh ketika dipaparkan pada

temperatur tertentu, bergantung harga titik lelehnya. Hampir kebanyakan

material refraktori terdiri dari partikel yang terikat bersama sehingga

memiliki temperatur leleh yang tinggi.

b. Porositas: Porositas merupakan volume pori-pori yang terbuka, dimana

cairan dapat menembus,sebagai persentase volum total refraktori. Sifat ini

penting ketika refraktori melakukan kontakdengan terak dan isian yang

leleh. Porositas yang nampak rendah mencegah bahan lelehmenembus

refraktori. Sejumlah besar pori-pori kecil biasanya lebih disukai daripada

sejumlahkecil pori-pori yang besar.

c. Cold crushing strength: Cold crushing strength merupakan ketahanan

refraktori terhadap retak akibat pendinginan. Hal ini secara tidak langsung

mempengaruhi kinerja refraktori, sifat ini digunakan sebagai salah satu

indikator ketahanan terhadap abrasi.

d. Pyrometric Cones Equivalent (PCE): Sifat ini menunjukkan temperatur

dimana material refraktori melendut akibat tidak dapat menahan beratnya

lagi. Kerucut pyrometric digunakan di industry keramik untuk menguji

kerefraktorian batu bata (refraktori).

e. Creep pada suhu tinggi: Creep merupakan sifat material yang tergantung

pada waktu dan temperatur, yang menentukan rusaknya refraktori pada

waktu dan temperatur tertentu pada material refraktori ketika diberikan

suatu pembebanan.

f. Stabilitas volum, pengembangan, dan penyusutan pada suhu tinggi:

Ketika digunakan pada temperatur tinggi terjadi kontraksi atau ekspansi

refraktori yang berlangsung selama umur pakai. Kestabilan refraktori

sangat diperhatikan untuk penggunaannya.

g. Ekspansi panas reversible: Material apapun akan mengembang apabila

dipanaskan dan akan menyusut apabila didinginkan. Itu dikarenakan

ketika dipanaskan terjadi vibrasi atom-atom yang membuat jarak antar

atom menjadi lebih besar begitu juga sebaliknya jika didinginkan.

h. Konduktivitas panas: Konduktivitas panas tergantung pada komposisi

kimia, struktur Kristal dan porositas pada material refraktori.

Konduktivitas biasanya berubah dengan naiknya temperatur penggunaan.

Konduktivitas panas refraktori yang tinggi dikehendaki bila diperlukan

perpindahan panas yang melalui refraktori, sebagai contoh dalam aplikasi

recuperators, regenerators, muffles, dll. Konduktivitas panas yang rendah

dikehendaki untuk penghematan panas seperti refraktori yang digunakan

sebagai isolator.

Ada beberapa macam jenis refraktori, diantaranya adalah sebegai berikut :

Berdasarkan komposisi kimia:

- Asam (contoh : Silika, firebrick, Alumino-silicate)

- Netral (contoh : Chromite, silicon carbide, karbon, alumina)

- Basa (contoh : Magnesite, Forsterite Magnesite-Chromite, dan Dolomite)

- Spesial (contoh : Zirconia, Spinel, dan Boron nitride)

Berdasarkan bentuk:

- Bricks

Contoh : Fireclay, Sillimanite (Alumino-Silicate), Magnesite, Dolomite,

Magnesite-Chromite, Periclase, Silika

- Monolith

Contoh : Castable refractories, Plastic refractories, Ramming refractories,

Patching refractories, Coating refractories, Refractory mortars, Insulating

castables.

Refraktori alumino silikat adalah keramik paduan antara alumina (Al2O3)

dan silikon oksida (SiO2). Variasi refraktori alumino-silikat tergantung dari

komposisi komponen penyusunnya.

Berikut Diagram fasa Alumina Silika oksida

Jenis-jenis refraktori berdasarkan komposisi penyusun adalah sebagai berikut :

a. Fireclay refractories

Bata tahan api mempunyai kandungan SiO2 yang bervariasi dan

kandungan maksiumumnya 78%. Sedangkan kandungan Al2O3 sampai

44%. Titik leleh berkurang dengan meningkatnya pengotor dan

menurunnya kandungan Al2O3. Bahan ini banyak digunakan karena

harganya yang tidak mahal.

b. Silica Refractories

Bahan ini mengandung silikat alumina lebih dari 43%. Kandungan

alumina berkisar 45%. Bahan ini banyak digunakan untuk kiln keramik

dan tempat lebur logam. Komposisi utama dari reftaktori ini adalah silika,

biasanya juga disebut refraktori asam.

c. Basic Refractories

Refraktori jenis ini kaya akan periclase, atau magnesia (MgO), juga

mengandung kalsium, kromium dan senyawa besi. Keberadaan silika akan

mengganggu sifat temperatur tingginya. Refraktori basa memiliki

ketahanan terhadap slag yang mengandung kadar MgO dan CaO yang

tinggi, dan biasa digunakan pada tungku open hearth pada proses

pembuatan baja.

d. Special Refractories

Refraktori jenis ini memiliki komposisi dengan kadar material oksida

dengan kemurnian yang tinggi dan dengan kadar porositas yang sangat

kecil. Yang termasuk ke dalam jenis refraktori ini adalah alumina, silika,

megnesia, beryllia (BeO), zirconia (ZrO2), dan mullite (3 Al2O3 –

2SiO2).Silikon karbida telah digunakan untuk elemen pemanas tahanan

listrik, dan komponen internbal tungku.Karbon dan grafit sangat cocok

untuk material refraktori namun memiliki keterbatasan dalam aplikasi,

karena mudah terkena oksidasi pada temperatur sekitar 800oC

(1470oF).Refraktori spesial ini relatif mahal.

Setiap material mempunyai nilai konduktifitas yang berbeda antara yang

satu dengan yang lainnya. Konduktivitas termal (k) adalah kemampuan material

untuk menghantarkan panas melalui kontak langsung dengan atom-atom atau

molekul penyusunnya, dari daerah temperatur tinggi ke daerah temperature rendah

(satuan SI: W/m.K). Sifat penting lain yang perlu diperhatikan dalam pembuatan

refraktori adalah difusifitas (α), yaitu perbandingan konduktivitas termal terhadap

kapasitas panas volumetric. (satuan: m2/s). Selain dua sifat yang disebutkan di

awal tadi ada satu lagi sifat penting lainnya, yakni Kapasitas Panas (C) yang

didefinisikan sebagai kapasitas panas per satuan massa per satuan temperatur

Kelvin. Kapasitas panas juga dapat dinyatakan sebagai kemampuan dari suatu

material untuk menyimpan/menahan panas dari lingkungan luar (satuan SI:

J/Kg.K). Merepresentasikan sejumlah energy yang diperlukan untuk

menghasilkan peningkatan temperature.

BAB III

Data Percobaan

3.1 Data Percobaan

Refractori Alumino-Silicate

Tegangan VARIAC (V) 16.2 Volt

Hambatan kawat pemanas (R) 3.6 Ohm

Arus (I) 4.5 Ampere

Temperatur permukaan panas awal 24.9 °C

Panjang silinder (L) 0.2286 meter

Daya (q) 72.9 watt

3.2 Pengolahan Data

Tahapan dalam menentukan nilai koefisien dari konduktifitas, difusifitas,

dan kapasitas panas spesifik refraktori:

t (min) T (°C) T (K) dT/dt t dT/dt (K)

log (t

dT/dt) 1/t

0,0000 24,9 297,9

0,1667 24,9 297,9 1,1884 0,1981 -0,7032 6,0000

0,3333 24,8 297,8 1,1872 0,3957 -0,4026 3,0000

0,5000 24,6 297,6 1,1861 0,5931 -0,2269 2,0000

0,6667 24,7 297,7 1,1850 0,7900 -0,1024 1,5000

0,8333 24,5 297,5 1,1838 0,9865 -0,0059 1,2000

1,0000 24,6 297,6 1,1827 1,1827 0,0729 1,0000

1,1667 24,6 297,6 1,1816 1,3785 0,1394 0,8571

1,3333 24,7 297,7 1,1804 1,5739 0,1970 0,7500

1,5000 24,7 297,7 1,1793 1,7690 0,2477 0,6667

1,6667 24,9 297,9 1,1782 1,9636 0,2931 0,6000

1,8333 25,0 298,0 1,1770 2,1579 0,3340 0,5455

2,0000 25,1 298,1 1,1759 2,3518 0,3714 0,5000

2,1667 25,2 298,2 1,1748 2,5453 0,4057 0,4615

2,3333 25,5 298,5 1,1736 2,7385 0,4375 0,4286

2,5000 25,7 298,7 1,1725 2,9313 0,4671 0,4000

2,6667 25,9 298,9 1,1714 3,1236 0,4947 0,3750

2,8333 26,1 299,1 1,1702 3,3157 0,5206 0,3529

3,0000 26,1 299,1 1,1691 3,5073 0,5450 0,3333

3,1667 26,2 299,2 1,1680 3,6986 0,5680 0,3158

3,3333 26,4 299,4 1,1668 3,8894 0,5899 0,3000

3,5000 26,7 299,7 1,1657 4,0800 0,6107 0,2857

3,6667 26,8 299,8 1,1646 4,2701 0,6304 0,2727

3,8333 27,0 300,0 1,1634 4,4598 0,6493 0,2609

4,0000 27,1 300,1 1,1623 4,6492 0,6674 0,2500

4,1667 27,4 300,4 1,1612 4,8382 0,6847 0,2400

4,3333 27,6 300,6 1,1600 5,0268 0,7013 0,2308

4,5000 27,8 300,8 1,1589 5,2151 0,7173 0,2222

4,6667 28,0 301,0 1,1578 5,4029 0,7326 0,2143

4,8333 28,3 301,3 1,1566 5,5904 0,7474 0,2069

5,0000 28,5 301,5 1,1555 5,7775 0,7617 0,2000

5,5000 29,3 302,3 1,1521 6,3366 0,8019 0,1818

6,0000 30,1 303,1 1,1487 6,8922 0,8384 0,1667

6,5000 30,8 303,8 1,1453 7,4445 0,8718 0,1538

7,0000 31,1 304,1 1,1419 7,9933 0,9027 0,1429

7,5000 31,9 304,9 1,1385 8,5388 0,9314 0,1333

8,0000 32,6 305,6 1,1351 9,0808 0,9581 0,1250

8,5000 33,2 306,2 1,1317 9,6195 0,9832 0,1176

9,0000 33,7 306,7 1,1283 10,1547 1,0067 0,1111

9,5000 34,3 307,3 1,1249 10,6866 1,0288 0,1053

10,0000 35,0 308,0 1,1215 11,2150 1,0498 0,1000

10,5000 35,4 308,4 1,1181 11,7401 1,0697 0,0952

11,0000 35,9 308,9 1,1147 12,2617 1,0886 0,0909

11,5000 36,6 309,6 1,1113 12,7800 1,1065 0,0870

12,0000 36,9 309,9 1,1079 13,2948 1,1237 0,0833

12,5000 37,4 310,4 1,1045 13,8063 1,1401 0,0800

13,0000 38,2 311,2 1,1011 14,3143 1,1558 0,0769

13,5000 38,9 311,9 1,0977 14,8190 1,1708 0,0741

14,0000 39,4 312,4 1,0943 15,3202 1,1853 0,0714

14,5000 39,9 312,9 1,0909 15,8181 1,1992 0,0690

15,0000 40,5 313,5 1,0875 16,3125 1,2125 0,0667

15,5000 41,0 314,0 1,0841 16,8036 1,2254 0,0645

16,0000 41,5 314,5 1,0807 17,2912 1,2378 0,0625

16,5000 42,1 315,1 1,0773 17,7755 1,2498 0,0606

17,0000 42,6 315,6 1,0739 18,2563 1,2614 0,0588

17,5000 43,1 316,1 1,0705 18,7338 1,2726 0,0571

18,0000 43,6 316,6 1,0671 19,2078 1,2835 0,0556

18,5000 44,1 317,1 1,0637 19,6785 1,2940 0,0541

19,0000 44,6 317,6 1,0603 20,1457 1,3042 0,0526

19,5000 45,1 318,1 1,0569 20,6096 1,3141 0,0513

20,0000 45,6 318,6 1,0535 21,0700 1,3237 0,0500

20,5000 46,1 319,1 1,0501 21,5271 1,3330 0,0488

21,0000 46,4 319,4 1,0467 21,9807 1,3420 0,0476

21,5000 47,0 320,0 1,0433 22,4310 1,3508 0,0465

22,0000 47,5 320,5 1,0399 22,8778 1,3594 0,0455

22,5000 47,9 320,9 1,0365 23,3213 1,3678 0,0444

23,0000 48,4 321,4 1,0331 23,7613 1,3759 0,0435

23,5000 49,2 322,2 1,0297 24,1980 1,3838 0,0426

24,0000 49,7 322,7 1,0263 24,6312 1,3915 0,0417

24,5000 50,1 323,1 1,0229 25,0611 1,3990 0,0408

25,0000 51,1 324,1 1,0195 25,4875 1,4063 0,0400

25,5000 51,6 324,6 1,0161 25,9106 1,4135 0,0392

26,0000 51,9 324,9 1,0127 26,3302 1,4205 0,0385

26,5000 52,0 325,0 1,0093 26,7465 1,4273 0,0377

27,0000 52,9 325,9 1,0059 27,1593 1,4339 0,0370

27,5000 53,3 326,3 1,0025 27,5688 1,4404 0,0364

28,0000 53,8 326,8 0,9991 27,9748 1,4468 0,0357

28,5000 54,2 327,2 0,9957 28,3775 1,4530 0,0351

29,0000 54,5 327,5 0,9923 28,7767 1,4590 0,0345

29,5000 54,9 327,9 0,9889 29,1726 1,4650 0,0339

30,0000 55,4 328,4 0,9855 29,5650 1,4708 0,0333

a) Plot grafik antara pembacaan temperatur termokopel T (K) vs waktu t

(menit). Kemudian cari persamaan garis polynomial orde 2 agar

perhitungan lebih akurat.

b) Tentukan 𝑑𝑇

𝑑𝑡 pada waktu t dari persamaan yang tertera di trendline.

𝑑𝑇

𝑑𝑡 = -0.0068 t + 1.1895

c) Plot grafik log t 𝑑𝑇

𝑑𝑡 versus

1

𝑡 (pada model di atas), dengan T dan

1

𝑡 dalam

K dan min-1

y = -0.0034x2 + 1.1895x + 296.11R² = 0.998

290.0

295.0

300.0

305.0

310.0

315.0

320.0

325.0

330.0

335.0

0.0000 10.0000 20.0000 30.0000 40.0000

Tem

pe

ratu

r (K

)

Waktu (menit)

Kurva T vs t

Poly. (Kurva T vs t)

y = -0.4687x + 1.0719R² = 0.5497

-2.0000

-1.5000

-1.0000

-0.5000

0.0000

0.5000

1.0000

1.5000

2.0000

0.0000 2.0000 4.0000 6.0000 8.0000

log

(t d

T/d

t)

1/t min-1

kurva log (tdT/dt) vs 1/t

Linear (kurva log(t dT/dt) vs 1/t)

Linear (kurva log(t dT/dt) vs 1/t)

d) Menentukan nilai k (dalam W/m.K) dan α (dalam m2/s) dari kurva

log(t(dT/dt)) vs 1/t , dengan menggunakan persamaan garis lurus: y = mx

+ C

Dari data pengolahan data didapatkan persamaan :

y = -0.4687x + 1.0719

Perhitungan konduktivitas Perhitungan difusifitas Termal

q = 72.9 watt

L = 0.2286 meter

π = 3.1428

c = 1.0719

r = 0.02 meter

m (gradien) = -0.4687

Rumus Rumus

c = log 10 (𝑞

4𝜋𝑘𝑙) = 1.0719

(𝑞

4𝜋𝑘𝑙) = 101.0719

(𝑞

4𝜋𝑘𝑙) = 11.8

k = 72,9

4𝜋 . 11,8 . 0,2286

m = −(log10 e)(𝑟2

4𝛼)

α = −(log10 e)(𝑟2

4𝑚)

α = −(log10 e)(0.022

4.(−0.4687))

k = 2.15 W/mK α = 1.5443 x 10-6 m2/s

e) Setelah mendapatkan nilai konduktivitas termal dan difusivitas termal

maka nilai kapasitas panas ddapat dihitung dengan persamaan:

α = 𝑘

⍴ . 𝐶𝑝(𝑚)

maka

Cp (m) = 𝑘

⍴ . 𝛼

Diketahui: ⍴ = 2200 kg/m3

Cp (m) = 2.15

2200 . 1.5443 x 10−6 = 632.8256 J / K.kg

f) Berat atom rata-rata dari masing-masing SiO2 , Al2O3 , dan MgO

Diketahui:

Atom Massa Molar Relatif

Al 27 gr/mol

O 16 gr/mol

Si 28 gr/mol

Mg 24 gr/mol

Oksida Perhitungan Berat Molekul

SiO2 28 + (2x16) 60 gr/mol

Al2O3 (27x2) + (16x3) 102 gr/mol

MgO 24 + 16 40 gr/mol

g) Menentukan nilai kapasitas kalor spesifik

Kapasitas kalor spesifik : kapasitas kalor per mol

Asumsi untuk refraktori alumino silikat terdiri dari Al2O3 dan dengan

SiO2 komposisi 50:50 (wt%). Sehingga dapat ditentukan berat molekul

molar rata-rata nya dengan menggunakan rule of mixture, yaitu sebagai

berikut:

Mavg = X1M1 + X2M2

X1 = 50

102

(50

102) + (

50

60) = 0.37

X2 = 1 – 0.37 = 0.63

Mavg = (0.37 x 102) + (0.63 x 60) = 75.54 gr/mol = 75.54 x 10-3 Kg/mol

Maka kapasitas kalor spesifik dapt dihitung sebagai berikut:

Cp-s = Mavg x Cp = 75.54 x 10-3 𝑘𝑔

𝑚𝑜𝑙 x 632.8256

𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒

𝑘𝑔 𝐾 = 47.803

𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒

𝑚𝑜𝑙 𝐾

BAB IV

Analisis Data

Pada percobaan ini, untuk menghitung konduktifitas dan difusifitas termal

refraktori alumino-silicate dilakukan perhitungan seperti yang telah tertulis di

pengolahan data. Prinsip percobaan ini adalah dengan mencatat kenaikan

temperature tiap waktu tertentu. Berikut adalah data yang didapatkan dan data

berdasarkan literatur:

Sifat termal Data hasil percobaan Data dari literatur

Konduktivitas termal (k) 2.15 W/mK 0.54 – 0.6 W/mK

Difusivitas Termal (α) 1.5443 x 10-6 m2/s 0.52 x 10-6 m2/s

Kapasitas panas (Cp) 632.8256 J/K.kg 773 J/K.kg

Kapasitas panas spesifik (Cps) 47.803 J/mol.K 24.94 J/mol.K

Konduktivitas adalah kemampuan suatu material untuk menghantarkan

panas. Konduktivitas pada suatu material sangat bergantung pada kandungan

komposisi kimia pada material tersebut, struktur kristal dan porositas.

Konduktivitas termal yang didapatkan dari hasil percobaan lebih besar daripada

hasil literature. Material refraktori yang baik adalah yang memiliki konduktifitas

panas rendah. Dengan konduktifitas panas yang rendah tersebut maka pada

pembuatan material refraktori untuk furnace, kiln, dll tidak membutuhkan lapisan

tahan panas yang tinggi. Cukup dengan lapisan tahan panas yang rendah tetapi

dengan efisiensi panas yang tinggi dapat menghemat biaya produk. Pada hasil

percobaan, konduktifitas material uji lebih tinggi dibandingkan konduktifitas

material literatur, itu menunjukkan bahwa pada material uji kemampuannya

sebagai material refraktori semakin berkurang dibandingkan pada material

literatur.

Difusivitas termal pada percobaan lebih besar dibandingkan dengan

literature. Difusifitas panas merupakan perbandingan antara kemampuan material

menghantarkan panas dengan kemampuan material tersebut menyimpan panas.

Material refraktori yang baik adalah yang memiliki difusifitas thermal yang

rendah karena kemampuan menghantar panas ditekan serendah mungkin dan

kemampuan menyimpan panasnya dinaikkan setinggi mungkin.

Cp (kapasitas panas) adalah sifat material yang menunjukkan besarnya

energy (J) yang dibutuhkan untuk menaikkan temperature tiap 1 kg material

sebesar 10C. Dari hasil percobaan dildapatkan bahwa kapasitas panas pada

material uji yang didapatkan lebih kecil dibandingkan nilai dari literature. Hal ini

menunjukkan bahwa dibutuhkan energy yang lebih sedikit untuk menaikkan

temperature refraktori tersebut. Sedangkan yang diharapkan pada material

refraktori adalah yang memiliki kapasitas panas yang besar agar untuk menaikkan

temperaturnya dibutuhkan energi yang lebih tinggi sehingga sulit untuk

menaikkan temperatur material refraktori.

Perbadaan konduktifitas termal, difusifitas termal, dan kapasitas panas material

dari hasil percobaan dengan hasil literatur disebabkan oleh beberapa hal :

Porositas pada material percobaan memiliki porositas yang berbeda

dibandingkan material literature. Semakin tinggi kadar porositas yang ada

di dalam suatu refraktori maka semakin rendah konduktivitas termalnya

dan semakin rendah juga difusifitas termalnya. Ini dikarenakan porositas

biasanya mengandung gas-gas yang terperangkap di dalam material.

Konduktivitas udara biasanya lebih rendah dibandingkan konduktivitas

material itu sendiri sehingga secara keseluruhan akan emnurunkan

konduktivitas termal material itu sendiri.

Perbedaan kadar Al2O3 pada material uji dengan material literatur.

Material yang digunakan pada percobaan mungkin memiliki kadar Al2O3

yang lebih tinggi dibandingkan pada material literatur. Karena semakin

tinggi kadar Al2O3 yang ada di material refraktori maka semakin baik

konduktivitas termalnya.

BAB V

Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan

Sifat termal Data hasil percobaan Data dari literatur

Konduktivitas termal (k) 2.15 W/mK 0.54 – 0.6 W/mK

Difusivitas Termal (α) 1.5443 x 10-6 m2/s 0.52 x 10-6 m2/s

Kapasitas panas (Cp) 632.8256 J/K.kg 773 J/K.kg

Kapasitas panas spesifik

(Cps)

47.803 J/mol.K 24.94 J/mol.K

5.2 Saran

Sebaiknya sebelum praktikum peralatan yang digunakan pada percobaan

dipersiapkan dengan baik agar proses pengambilan data praktikum tidak

terhambat.

Daftar Pustaka

Callister, W.D., Materials Science and Engineering An Introducing,

seventh edition, John Wiley & Sons, New York, 2007.

Gaskell, David R., “An Introduction to Transport Phenomena in Material

Engineering”, Macmillan Publishing Company, New York, 1992.

J-H-Chesters, “Refractories Production and Properties”, The Iron and

Steel Institute, London, 1973.

LAMPIRAN

Rangkuman

Ada beberapa persyaratan umum sehingga material dapat diklasifikasikan

sebagai material refraktori:

Tahan terhadap temperatur tinggi.

Tahan terhadap perubahan temperatur yang mendadak.

Tahan terhadap lelehan terak logam, kaca, gas panas, dll.

Tahan terhadap beban dan gaya abrasi.

Dapat menyimpan panas.

Memiliki koefisien ekspansi panas yang rendah.

Tidak boleh mencemari material lain yang bersinggungan.

Sifat-sifat refraktori

Konduktivitas : kemampuan perambatan kalor pada material fasa

padat. Refraktori yang baik memililki konduktivitas yang kecil

Difusivitas : Laju perambatan panas. Difusivitas refraktori kecil,

membuat nilai kapasitas panas turun

Kapasitas panas : Kemampuan material untuk menyimpan panas

Ekspansi termal : Perubahan dimensi pada material akibat adanya

perubahan panas

Mekanisme perpindahan panas:

Konduksi adalah perpindahan panas melalui medium tanpa terjadi

perpindahan medium yang dilaluinya. Perpindahan panas cara

konduksi terjadi pada medium yang solid.

Konveksi adalah perpindahan panas melalui medium yang

melibatkan perpindahan medium yang dilaluinya. Perpindahan

panas cara konveksi terjadi pada medium yang bukan solid, yaitu

cair dan gas.

Radiasi adalah perpindahan panas yang dapat terjadi tanpa melalui

medium. Contohnya adalah perpindahan panas atau energi

matahari ke bumi.

Tugas Setelah Praktikum

1. Bandingkan dan diskusikan hasil percobaan yang anda peroleh dengan

data literatur?

Jawab:

Hasil sudah dibandingkan dan didiskusikan pada analisis data.

2. Apakah pembacaan waktu yang lebih lama akan menyebabkan

penyimpangan dari plot garis lurus pada grafik log t 𝑑𝑇

𝑑𝑡 versus

1

𝑡 ? jika ya,

kenapa hal ini bisa terjadi?

Jawab:

Pembacaan waktu yang lebih lama menyebabkan penyimpangan dari plot

garis lurus pada grafik log t 𝑑𝑇

𝑑𝑡 versus

1

𝑡. Walaupun kurva T vs t sangat

mendekati linear tetapi pada grafik log t 𝑑𝑇

𝑑𝑡 vs

1

𝑡 terjadi pembacaan yang

berbeda-beda pada 5 menit pertama dan 30 menit berikutnya. Pada 5 menit

pertama pembacaan temperatur dilakukan tiap 10 detik namun pembacaan

temperatur dilakukan tiap ½ menit untuk 30 menit selanjutnya Ini

berpengaruh terhadap kurva log t 𝑑𝑇

𝑑𝑡 vs

1

𝑡 yang seharusnya linier pada 5

menit pertama namun akibat maka terjadi perbedaan temperatur dan waktu

yang signifikan sehingga dt dan dT nya menjadi berbeda. Oleh karena itu,

rentang waktu pembacaan temperatur mempengaruhi secara signifikan.

3. Sebutkan contoh-contoh penggunaan material refraktori dan jenis material

refraktori yang digunakan?

Jawab:

Contoh penggunaan material refraktori:

Laddle yang digunakan untuk mengangkut pig iron dari hasil furnace

ke lokasi continuous casting.

Tundish merupakan salah satu alat penyusun system continuous

casting. Fungsi dari tundish adalah sebagai container penghubung

antara ladle dengan continuous caster. Tundish bertugas untuk menjaga

kestabilan aliran masuk dari metal ke dalam cetakan. Aliran yang stabil

akan mencegah reoksidasi pada logam cair. Tundish juga memisahkan

material non metalik dalam steel sebelum masuk ke cetakan. Tundish

pada Continuous Casting harus terbuat dari refraktori dan memiliki

ketahanan terhadap thermal shock yang tinggi.

Kiln adalah suatu ruangan yang terisolasi secara termal yang terdapat

pengaturan temperature. Kiln biasanya digunakkan untuk membakar

lempung maupun bahan lainnya (pottery,bricks. Etc).

Tugas Tambahan dari Asisten

1. Apa itu slag film motion?

Jawab:

Pergerakan dari slag film dapat menyebabkan fenomenan tegangan tarik

permukaan atau wettability antara refractori dan slag sehingga

menyebabkan korosi lokal pada refraktori dipermukaan slag. Hal ini

dikarenakan pergerakan slag film mempercepatan dissolution rate pada

refraktori dan menyebabkan abrasi pada sebagian refraktori.