Laporan Resmi Kelompok 4 - Konduksi

BAB 1PENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangKalor merupakan salah satu bentuk energi yang dapat berpindah dari suatu

tempat ke tempat yang lain, secara alami kalor berpindah dari benda yang bersuhu

tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Seiring berjalannya waktu, kalor dianggap

sebagai suatu bentuk energi yang berkaitan erat dengan suhu. Kajian lanjut

menunjukkan bahwa kalor dapat berpindah melalui tiga cara yaitu konduksi,

konveksi, dan radiasi.

Apabila dua jenis benda yang memiliki temperatur berbeda saling

berkontak termal, maka temperatur benda yang lebih tinggi akan perlahan

menurun, sedangkan temperatur benda yang lebih rendah akan naik hingga suhu

tertentu. Peristiwa tersebut terjadi karena adanya perpindahan kalor antara dua

benda yang berkontak termal. Perpindahan panas yang mana partikel-partikel

dalam mediumnya tidak berpindah disebut konduksi. Pada peristiwa konduksi,

nilai konduktifitas dan overall heat transfer coefficient merupakan faktor yang

penting, yang dalam percobaan ini akan ditemukan besarnya.

1.2 Rumusan masalahRumusan masalah pada praktikum perpindahan panas secara konduksi ini

adalah sebagai berikut:

1. Bagaimana konsep dasar perpindahan panas secara konduksi?

2. Bagaimana mengestimasikan nilai konduktifitas dan overall heat transfer

coefficient suatu jenis material?

3. Bagaimana pengaruh jarak perpindahan panas terhadap distribusi

temperatur yang terjadi dan juga pengaruh kenaikkan temperatur spesimen

terhadap nilai konduktifitasnya?

1.3 Tujuan percobaanAdapun tujuan praktikum ini dalah sebagai berikut:

1

1. Meningkatkan pemahaman terhadap konsep dasar proses terjadinya

perpindahan panas secara konduksi

2. Mampu membandingkan serta mengestimasikan nilai konduktifitas dan

overall heat transfer coefficient suatu jenis material melalui pengolahan

data

3. Mengetahui pengaruh jarak perpindahan panas terhadap distribusi

temperatur yang terjadi dan juga pengaruh kenaikkan temperatur spesimen

terhadap nilai konduktifitasnya

1.4 Batasan masalahBatasan masalah yang digunakan pada praktikum perpindahan panas

secara konduksi antara lain:

1. Steady state

Properties spesimen terhadap suatu titik tidak berubah terhadap waktu.

2. No heat generation

Spesimen uji tidak memiliki energi bangkitan karena spesimen dianggap

logam murni dimana tidak ada tegangan sisa pada proses pengerjaannya.

3. No contact resistance

Tahanan kontak antara dua permukaan diabaikan karena bidang kontak

antara spesimen dan logam penghantar dianggap rata.

4. Perpindahan panas dianggap konstan

Karena panas ditimbulkan oleh arus listrik. Dimana arus dan tegangannya

diatur konstan.

5. One dimensional conduction

Konduksi diasumsikan hanya satu arah dikarenakan di sekeliling benda uji

terisolasi.

2

1.5 Sistematika laporanLaporan percobaan ini disusun berdasarkan sistematika

penulisan sabagai berikut, yaitu pada bagian awal terdapat abstrak yang berisikan garis besar percobaan.

Bab 1 adalah pendahuluan. Terdiri dari latar belakang, rumusan masalah, tujuan percobaan, batasan masalah dan sistematika laporan percobaan.

Bab 2 berisi dasar teori, yaitu teori-teori yang mendukung pelaksanaan percobaan.

Bab 3 yaitu metodologi percobaan. Pada bab ini berisikan peralatan yang digunakan, instalasi percobaan, langkah percobaan dan flowchart percobaan.

Bab 4 Pembahasan Berisikan data percobaan dan contoh perhitungan yang

didapatkan pada saat praktikum beserta table perhitungan dan grafik hasil

perhitungan serta analisa grafik.

Bab 5 Kesimpulan dan Saran Memuat kesimpulan dari seluruh praktikum

yang telah dilakukan dan saran agar praktikum pengukuran teknik menjadi lebih

baik.

3

BAB 2

DASAR TEORI

Pada dasarnya konduksi adalah perpindahan panas tanpa disertai

perpindahan bagian-bagian zat perantaranya, dimana energi panasnya dipindahkan

dari satu molekul ke molekul lain dari benda tersebut. Contohnya perpindahan

panas melalui sepotong besi, dari salah satu ujung ke ujung lainnya. Untuk lebih

jelasnya, mekanisme peristiwa konduksi dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

Gambar 2.1 Aktivitas molekul pada perpindahan panas secara konduksi

Pada kondisi nilai T1>T2 menyebabkan partikel-partikel yang berbeda

dekat dengan T1 akan bergerak secara acak (berputar dan bergetar) dan saling

bertumbukan dengan partikel yang lainnya sehinggaterjadi perpindahan energi

yaitu berupa panas dari T1 ke T2. Besarnya laju perpindahan panas dapat

dinyatakan dalam bentuk Heat Flux, q” (wm2), yaitu perpindahan panas tiap satuan

luas, yang arahnya tegak lurus dengan luasan dan besarnya sebanding dengan

gradien temperaturnya. Secara umum, besarnya nilai perpindahan panas adalah :

qn} =-k {dT} over {dn ¿ ..................................... (2.1)

dalam arah x adalah :

qx} =-k {dT} over {dx ¿........................................(2.2)

k adalah properties yang disebut sebagai konduktifitas thermal (w

m. K ).

Dengan asumsi steady state conditions, distribusi temperatur pada

konduksi adalah linier sehingga distribusi temperatur dapat dinyatakan :

4

dTdx

=T 2−T 1

L

q} =-k {{T} rsub {2} - {T} rsub {1}} over {L¿

q} =k {{T} rsub {1} - {T} rsub {2}} over {L} =k {∆T} over {L¿ ......(2.3)

Heat rate konduksi pada plane wall dengan luasan A adalah q = q”. A

(watt). Kemampuan suatu material untuk menyimpan energi panas adalah

volumetric heat capacity [ ρ .Cp( Jm3 K )]. Kebanyakan solid dan liquid merupakan

media penyimpanan energi yang bagus yang mempunyai harga angka

perbandingan heat capacity (ρ . Cp>1 MJm3 K

¿, sedangkan gas merupakan media

penyimpanan energi panas yang kurang bagus (ρ . Cp≈ 1 Jm3 K

¿.

Rasio thermal conductivity terhadap heat capacity disebut sebagai thermal

diffusifity, α :

α=k

ρ .Cp [ m2

s ] .............................................(2.4)

Heat Diffusion Equation untuk Koodinat Kartesian

Gambar 2.2 Differential control volume, dx dy dz

5

\

(2.3)

Bentuk umum konservasi energy adalah :

(2.4)

dengan

(2.5)

q = energy bangkitan per unit volume (W/m3)

(2.6)

persamaan (2.5), (2.6) disubtitusi ke persamaan (2.4) :

(2.7)

subtitusi persamaan (2.3)

(2.8)

karena laju perpindahan panas konduksi adalah

(2.9)

6

qx+dx=qx+∂qx

∂ xdx

q y+dy=q y+∂ q y

∂ ydy

qz+dz=qz+∂qz

∂ zdz

Ein+ Eg−Eout=dEst

dt=E st

Eg=q dV= q(dx dy dz )

E st=[ρc p∂T∂ t ](dx dydz )

qx+q y+qz+q (dxdy dz )−qx+dx−q y+dy−qz+dz=[ ρcp∂ T∂ t ](dx dy dz )

qx=−kA x∂T∂ x

=−k (dydz )∂T∂ x

q y=−kA y∂ T∂ y

=−k (dxdz )∂T∂ y

qz=−kAz∂ T∂ z

=−k (dxdy )∂T∂ z

−∂qx

∂ xdx−

∂ qy

∂ ydy−

∂ qz

∂ zdz+q (dx dy dz )=[ ρc p

∂T∂ t ]( dxdy dz )

maka subtitusi (2.9) ke (2.8)

(2.10)

Tahanan thermal plane wall

Gambar 2.3 Perpindahan panas konduksi satu dimensi

R t , cond=Ts ,1−Ts ,2q

= LkA (2.11)

Overall heat transfer coefficient

7

∂∂ x (k ∂ T

∂ x )+ ∂∂ y (k ∂ T

∂ y )+ ∂∂ y (k ∂T

∂ z )+ q= ρcp∂T∂ t

Gambar 2.4 Perpindahan panas pada dinding komposit

Berikut adalah rumusan overall heat transfer coefficient pada dinding

komposit disertai konveksi pada udara bebas :

U = 1RA

= 1[(1/h 1)+( LA /kA )+(L B /k B)+(LC /kC)+(1/h 4)]

(2.12)

qx = UA ΔT (2.13)

8

Konduktivitas Thermal dari Benda Padat

Gambar 2.5 Rentang konduktivitas thermal dari berbagai bentuk pada suhu dan

tekanan normal

Gambar 2.6 Pengaruh temperatur pada konduktifitas termal pada benda padat

9

BAB 3METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Peralatan PercobaanPeralatan yang digunakan pada praktikum ini sebagai berikut:

1. Amperemeter

2. Thermocouple selector

3. Thermocouple 1, 2, 3, 4, 5, 6

4. Voltmeter

5. Setpoint adjuster

6. Pompa

7. Thermocontrol referensi

8. Elemen panas

9. Logam perantara

10. Penampung air

11. Isolator

3.2 Instalasi PeralatanPraktikum dilakukan menggunakan logam tembaga dalam bentuk silinder

sebagai logam penghantar dengan pemberian panas melalui elemen heater,

spesimen yang digunakan adalah besi, alumunium, dan stainless steel. Deskripsi

jelasnya dapat digambarkan pada skema instalasi sebagai berikut:

10

Gambar 3.1 Instalasi peralatan percobaan konduksi

Keterangan :

1. Amperemeter 12. Pompa

2. Thermocouple selector 13. Thermocontrol referensi

3. Setpoint adjuster 14. Elemen pemanas

4. Voltmeter 15. Logam perantara 1

5. Thermocontrol 16. Spesimen

6. Thermocouple 1 (TC 1) 17. Isolator

7. Thermocouple 2 (TC 2) 18. Logam perantara 2

8. Thermocouple 3 (TC 3) 19. Penampung air

9. Thermocouple 4 (TC 4)



3.3 Langkah-langkah PraktikumDalam praktikum ini terdapat prosedur untuk memperoleh hasil yang

akurat, berikut ini merupakan langkah-langkah dalam melakukan praktikum:

1. Tahap Persiapan

11

a. Sarung tangan selalu digunakan sebagai perlengkapan dan tindakan

keselamatan diri.

b. Sistem peralatan uji konduksi dipastikan telah terinstalasi dengan baik

dan benar sesuai dengan skema instalasi peralatan konduksi.

c. Tegangan voltage regulator dipastikan pada nilai 0 volt dan set point

thermocontrol pada nilai 0°C.

d. Thermocouple dipastikan terpasang baik dengan mengecek nilai yang

ditujukan pada display digital thermocouple. Apabila nilai temperature

yang relevan tidak ditampilkan pada digital thermocouple,

pemasangan thermocouple dicek kembali pada spesimen atau kabel

penghantar antara thermocouple selector dan thermometer digital

diatur.

e. Thermocouple dipasang pada spesimen pada system peralatan uji

konduksi, ditutup, dan isolator dirapatkan. Kemudian pemasangan

heater dikencangkan dengan logam penghantar pada bagian atas

sistem peralatan uji konduksi.

f. Thermocouple referensi dipasang pada heater.

g. Pembacaan temperature pada digital thermocouple dicek kembali.

Apabila nilai temperature yang relevan tidak ditampilkan pada digital

thermocouple, diulangi mulai langkah pertama.

2. Tahap Pengambilan Data

a. Tegangan voltage regulator diatur pada nilai 220 volt.

b. Pompa dipastikan mensirkulasikan air pendinginan dengan baik.

c. Thermocontrol dinyalakan dengan menekan saklar tegangan

thermocontrol pada posisi ON.

d. Set point thermocontrol diatur pada nilai 100°C.

e. Data siap diambil dengan waktu tunggu minimum 10 menit setelah

prosedur 4. Data yang diambil terdapat pada lembar data praktikum

konduksi. Pengambilan data arus dapat dilihat pada amperemeter, data

tegangan dapat dilihat pada voltmeter, dan data temperature tiap titik

12

dapat dilihat pada digital thermometer dengan set point thermoselector

diatur.

f. Data tiap spesimen diambil dengan kenaikan set point thermocontrol

sebesar 25°C hingga set point thermocontrol mencapai nilai 150°C.

Waktu tunggu pengambilan data minimum 5 menit untuk tiap

kenaikan nilai set point thermocontrol.

g. Setelah data selesai diambil, set point thermocontrol diatur pada nilai

0°C dan thermocontrol dimatikan dengan menekan saklar tegangan

thermocontrol pada posisi OFF.

h. Prosedur persiapan dilakukan hingga pengambilan data untuk masing-

masing spesimen, mulai dari stainless steel, besi, kemudian

alumunium dan dengan waktu pendinginan minimum 5 menit.

Pendinginan system peralatan uji dilakukan dengan tetap

mensirkulasikan air pendinginan dan juga melepaskan spesimen yang

telah diambil data.

i. Setelah dilakukan pengambilan data untuk spesimen yang terakhir,

yakni alumunium, voltage regulator dimatikan dengan mengatur

tegangannya pada nilai 0 volt. Kemudian kabel supply dilepaskan

untuk pompa.

j. Sistem peralatan uji konduksi dikembalikan dan dirapikan pada

kondisi semula.

13

3.4. Flowchart Percobaan

14

Pompa Air Logam PenghantarThermocontrol Sarung TanganThermocouple SpesimenLogam perantara Elemen pemanasIsolator Penampung Air

Peralatan disusun seperti pada gambar instalasi dengan spesimen awal berupa

stainless steel (i=1)

Set point voltage regulator diatur pada nilai Vo = 220 volt

Pompa dipastikan mensirkulasikan air pendinginan dengan baik

Thermocontrol dinyalakan

Set point thermocontrol diatur pada temperatur To = 100 °C

T=To + 25

START

A

B

Ditunggu 5 menit

data diambil

C

Ditunggu 5 menit

15

No

Yes

No

T ≥ 150 °C

Arus (i), tegangan (v),

temperatur T1-T6(°C)

END

BA

i ≤ 3

i= io + 1

C

Yes

Set point thermocontrol diatur pada 0°C

Saklar thermocontrol diposisikan off

BAB 4ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Percobaan (Terlampir)4.2 Flowchart Perhitungan

16

T1 = Ttembaga D = diameterT2 = Ttembaga L = panjang T3 = Tspesimen V = VoltaseT4 = Tspesimen I = arusT5 = Ttembaga

T6 = Ttembaga

T avg=T1+T 2

2(K )

kteori didapat dari tabel A-1

STARTSTARTSTARTSTARTSTARTSTARTSTARTSTARTSTARTSTARTSTARTSTARTSTARTSTARTSTARTSTARTSTARTSTARTSTARTSTARTSTARTSTARTSTARTSTARTSTARTSTARTSTARTSTART

Spesimen ( I ) : 1

Thermocouple = 100

A=14

π d2

q teori1=k . A . ∆TL

Rt tembaga1=L

k . A

ACB

17

T avg 2=T3+T 4

2

BA C


A spesimen=14

π d2

q teori2=k . A . ∆TL

Rt spesimen=L

k . A

Qprakter spesimen = qteori 1

kpraktek = q . L

A ∆ T

T avg3=T5+T 6

2


A=14

π d2

q teori3=k . A . ∆ TL

D F

Thermocouple = i + 25

E

i = i + 1

18

Taluminium = f(x)Tbesi = f(x)Tst. steel = f(x)k = f(x)

END

Thermocouple ≥ 150

NoYes

Rt tembaga=L

k . A

Rtotal = Rtembaga + Rspecimen + Rtembaga

U= 1Rtot A

ED

F

i ≥3

No

Yes

4.3 Contoh Perhitungan

4.3.1. Perhitungan Rt tembaga 1 ; Stainless Steel

Diketahui: T1= 353.1 K, T2= 352.1 K, D= 40 mm, L= 49 mm

Ditanya : Rtembaga? Ktembaga?

Jawab : Tavg=T 1−T 22

¿353.1+352.1

2=352.6 K

A=π4

d2=0.001256 m2

Nilai k didapatkan dengan interpolasi tabel A-1

352.6−300400−300

= k−401393−401

k=396.792W /mK

q=k A ∆ TL

¿396.792× 0.001256 × 10.049

¿10.16 W

Rtembaga=L

k . A= 0.059

396.792× 0.001256=0.118 K /W

4.3.2. Perhitungan Rt stainless steel

Diketahui : T1 = 316.1 K, T2 = 309.1 K,

D stainless steel = 40 mm, L stainless steel = 49 mm

Ditanya : Rt stainless steel 2 ? k stainless steel

Jawab : Tavg = T1−T2

2

= 316.1+309.1

2 = 312.6 K

A=π4

D2

= π4

0.042

19

= 0.001256 m2

Nilai k didapat dengan menggunakan interpolasi dari tabel A-1

312.6−300400−300

= k−14.916.6−14.9

k=15.11 W/mK

q=k A ∆ TL

¿15.11 70.049

×0.001256

= 2.7 W

Rt ,cond stainlesssteel=T1−T 2

qx= L

kA

¿ 0.04915.11 .0.001256

= 2.58 K/W

k praktikum didapatkan dari

k= q . LA . ∆T

¿ 2.7 .0,0490,001256 .7

= 15.04 W/m.K

4.3.3. Perhitungan Rt tembaga 2 ; Stainless Steel

Diketahui: T5= 301.6 K, T6= 301 K, D= 40 mm, L= 49 mm


Jawab : T avg=T 5−T 6

2

¿301.6+301

2=301.3 K

A=π4

d2=0.001256 m2


301.3−300400−300

= k−401393−401

20

k=400.896 W /mK

q=k A ∆ TL

¿400.896 × 0.001256 × 0.60.049

¿61.65 W

Rtembaga=L

k . A= 0.049

400.896 × 0.001256=0.0973 K /W

4.3.4. Perhitungan Rt tembaga 1 ; Besi



Jawab : T avg=T 1−T 2

2

¿352.5+350.5

2=351.5 K

A=π4

d2=0.001256 m2


351.5−300400−300

= k−401393−401

k=396.88 W /mK

q=k A ∆ TL

¿396.88 ×0.001256 × 20.049

¿20.35 W

Rtembaga=L

k . A= 0.049

396.88 ×0.001256=0.118 K /W

4.3.5. Perhitungan Rt Besi

Diketahui : T3 = 329.2 K, T4 = 322.5 K, Daluminium= 35.3 mm,

LAluminium= 49 mm

Ditanya : Rt besi ? kbesi?

21

Jawab : Tavg = T3−T 4

2

= 329.2+322.5

2 = 325.85 K

A=π4

D2

= π4

0.03532

= 0.000978 m2

Nilai k teori didapat dengan menggunakan interpolasi dari tabel A-1

325.85−300400−300

= k−80.269.5−80.2

k=¿ 77.43 W/mK

q=k A ∆ TL

¿77.43 ×0.000978 1.70.049

= 2.62 W

R stainleessteel=T 1−T2

qx= L

kA

¿ 0,04977.43× 0.000978

= 0.647 K/W


k= q . LA . ∆T

¿ 2.62. 0,0490,000978 .1.7

= 77.21 W/m.K

4.3.6. Perhitungan Rt tembaga 2 ; Besi



22


¿302.6+300.9

2=301.75 K

A=π4

d2=0.001256 m2


301.75−300400−300

= k−401393−401

k=400.86 W /mK

q=k A ∆ TL

¿400.86 × 0.001256 × 1.70.049

¿17.46 W

Rtembaga=L

k . A= 0.049

400.86 × 0.001256=0.0973 K /W

4.3.7 Perhitungan Rt tembaga 1 ; Alumunium

Diketahui : T1= 328.1 K, T2= 327.4 K, D= 40 mm, L= 50 mm

Ditanya : Rt tembaga? Ktembaga?

Jawab : Tavg=T 1+T 22

¿328.1+327.4

2=327.75 K

A=π4

d2=0.001256 m2


327.75−300400−300

= k−401393−401

k=398.78 W /mK

q=k A ∆ TL

¿398.78 ×0.001256 × 0.70.050

23

¿7.01W

Rtembaga=L

k . A= 0.050

395.22× 0.001256=0.1007 K /W

4.3.8 Perhitungan Rt Aluminium

Diketahui : T3 = 324 K, T4 = 306.2 K, Daluminium= 40 mm, LAluminium= 50

mm

Ditanya : Rt Aluminium ? kaluminium?

Jawab :

Tavg = T3−T 4

2

= 324+306,2

2 = 315,1 K

A=π4

D2

= π4

0.042

= 0.001256 m2

Nilai k teori didapat dengan menggunakan interpolasi dari tabel A-1

315.1−300400−300

= k−237240−237

k=¿ 237.453W/mK

q=k A ∆ TL

¿237.453 ×0.001256 17.80.05

= 106.17 W

Ralumunium=T1−T2

qx= L

kA

¿ 0,05237.453× 0.001256

= 0.167 K/W


24

k= q . LA . ∆T

¿ 106.17 .0,050,001256 .17.8

= 237.44 W/m.K

4.3.9 Perhitungan Rt tembaga 2 ; Alumunium




¿300.2+299.6

2=299.9 K

A=π4

d2=0.001256 m2


299.9−200300−200

= k−413401−413

k=401.012 W /mK

q=k A ∆ TL

¿401.012 ×0.001256 × 0.60.05

¿6.044 W

Rtembaga=L

k . A= 0.05

401.012 ×0.001256=0.09927 K /W

4.3.10 Overall Heat Transfer Coefficient

U = 1Rtot . A

= 1¿¿

U = 0,2944

4.4 Analisa Grafik4.4.1 Pembahasan Grafik Temperatur vs Jarak pada Stainless Steel

25

1 2 3 4 5 6280290300310320330340350360370380

Grafik Temperatur vs Jarak pada Stainless Steel

Thermoset con-trol 100



Posisi

Tem

pera

tur

Gambar 4.1. Grafik Temperatur vs Jarak pada Stainless Steel

Berdasarkan grafik di atas dapat dilihat bahwa pada set point 100 V, trend

line dari grafik menurun dari titik satu hingga titik enam, begitu pula dengan set

point 125 V dan 150 V. Pada set point 100 V, 125 V, dan 150 V, masing-masing

titik tertinggi dicapai pada 353.1 K, 367 K, dan 375.5 K. Sedangkan temperatur

terendah untuk masing-masing set point secara berurutan yaitu 301 K, 301.4 K,

dan 302.5 K.

Berdasarkan grafik di atas, kurva temperatur pada set point 150 V berada

pada posisi paling atas, diikuti kurva temperatur pada set point 125 V. Sedangkan

pada posisi paling bawah yaitu kurva temperatur pada set point 100 V. Ini

menunjukkan bahwa nilai temperature yang dicapai pada set point 150 V untuk

tiap titik uji selalu paling tinggi, diikuti temperatur pada set point 125 V, dan

paling rendah yaitu pada set point 100 V.Hubungan L dan ∆T pada tiap set point

dengan kenaikan temperaturnya (ΔT) dapat dirumuskan dari perumusan berikut: q

= V.I dan q= kA ∆ TL . Dari persamaan di atas didapat perumusan : V . I= kA ∆ T

L .

Dari perumusan diatas diketahui bahwa semakin tinggi V maka kenaikan

temperatur juga akan semakin tinggi. Selain dipengaruhi oleh tegangan, tren

grafik diatas juga dipengaruhi oleh jarak antar titik uji yang ditunjukkan dengan

adanya penurunan garis kurva dari satu titik ke titik yang lainnya. Secara teoritis

hubungan antara set point ∆ T dan L dapat ditentukan dari perumusan berikut:

q= Ak ∆ TL . Berdasarkan perumusan di atas dapat diketahui bahwa semakin jauh

26

jarak antar titik uji (L) maka ΔT akan semakin besar. Berdasarkan persamaan

diatas maka untuk L yang semakin jauh maka trend grafik ΔT semakin landai.

Pada ketiga trend line dari tiap set point memiliki kurva yang paling curam pada

titik dua hingga tiga, yang artinya ∆T pada titik uji ini paling besar. Sedangkan

dari titik satu hingga dua dan titik uji ketitiga higga enam trend linenya terlihat

landai. Berdasarkan teori trend grafik yang seharusnya semakin curam pada L

yang semakin besar namun pada grafik di atas landai hal ini dapat terjadi akibat

perbedaan nilai konduktivitas yang berbeda. Perbedaan nilai tersebut merupakan

perbedaan dari jenis konduktor yang dipakai pada titik tiga dan empat yaitu

konduktivitas dari stainless steel dan pada titik lima dan enam merupakan

konduktivitas dari tembaga dua.

Pada grafik diatas terjadi sedikit penyimpangan pada titik dua ke titik tiga

dan titik tiga ke titik empat. Penyimpangan atau kesalahan diatas dapat terjadi

kemungkinan karena terdapat adanya kesalahan dalam instalasi peralatan,

pembacaan data, atau pun kesalahan dalam waktu tunggu pada saat sebelum

pembacaan data.

4.4.2 Pembahasan Grafik Temperatur vs Jarak pada Besi

1 2 3 4 5 6280290300310320330340350360370380

Grafik Temperatur vs Jarak pada Besi




Posisi

Tem

pera

tur

Gambar 4.2. Grafik Temperatur vs Jarak pada Besi




27

titik tertinggi dicapai pada 352.5 K, 360.7 K, dan 373.5 K. Sedangkan temperatur

terendah untuk masing-masing set point dengan urutan yang sama yaitu 300.9 K,

302.5 K, dan 303 K.




menunjukkan bahwa nilai temperatur yang dicapai pada set point 150 V untuk tiap

titik uji selalu paling tinggi. Hanya saja pada posisi titik uji tiga pada set point 125

V, temperatur yag dicapai lebih tinggi daripada set point 150 V pada titik uji yang

sama. Sehingga ketiga tren grafik terlihat tidak konstan. Sedangkan temperatur

yang dicapai pada set point 100 V, selalu bernilai paling rendah. Hubungan L dan

∆T pada tiap set point dengan kenaikan temperaturnya (ΔT) dapat dirumuskan

dari perumusan berikut: q = V.I dan q= Ak ∆ TL . Dari persamaan di atas didapat

perumusan: V . I= kA ∆ TL . Dari perumusan diatas diketahui bahwa semakin tinggi

V maka kenaikan temperatur juga akan semakin tinggi. Selain dipengaruhi oleh

tegangan, tren grafik diatas juga dipengaruhi oleh jarak antar titik uji yang

ditunjukkan dengan adanya penurunan garis kurva dari satu titik ke titik yang

lainnya. Secara teoritis hubungan antara set point ∆ T dan L dapat ditentukan dari

perumusan berikut: q= Ak ∆ TL . Berdasarkan perumusan di atas dapat diketahui

bahwa semakin jauh jarak antar titik uji (L) maka ΔT akan semakin besar.

Berdasarkan persamaan diatas maka untuk L yang semakin jauh maka trend grafik

ΔT semakin landai. Pada set point 100 V dan 150 V, trend line dari tiap set point

memiliki kurva yang paling curam pada titik dua hingga tiga, yang artinya ∆T

pada titik uji ini paling besar. Sedangkan dari titik satu hingga dua dan titik uji

ketiga hingga enam trend linenya terlihat landai. Sementara itu, pada set point 125

V, garis kurva paling curam terjadi pada titik uji ketiga menuju ke titik uji empat.

Berdasarkan teori trend grafik yang seharusnya semakin curam pada L yang

semakin besar namun pada grafik di atas landai hal ini dapat terjadi akibat


28








pembacaan data.

4.4.3 Pembahasan Grafik Temperatur vs Jarak pada Alumunium

1 2 3 4 5 6280290300310320330340350360370380

Grafik Temperatur vs Jarak pada Alumunium




Posisi

Tem

pera

tur

Gambar 4.3. Grafik Temperatur vs Jarak pada Alumunium




titik tertinggi dicapai pada 328.1 K, 345.8 K, dan 362.5 K. Sedangkan temperatur

terendah untuk masing-masing set point dengan urutan yang sama yaitu 299.6 K,

300.6 K, dan 302 K.




menunjukkan bahwa nilai temperature yang dicapai pada set point 150 V untuk

tiap titik uji selalu paling tinggi, diikuti temperatur pada set point 125 V, dan

29

paling rendah yaitu pada set point 100 V. Hubungan L dan ∆T pada tiap set point

dengan kenaikan temperaturnya (ΔT) dapat dirumuskan dari perumusan berikut: q

= V.I dan q= kA ∆ TL . Dari persamaan di atas didapat perumusan : V . I= kA ∆ T

L .

Dari perumusan diatas diketahui bahwa semakin tinggi V maka kenaikan

temperatur juga akan semakin tinggi. Selain dipengaruhi oleh tegangan, tren

grafik diatas juga dipengaruhi oleh jarak antar titik uji yang ditunjukkan dengan

adanya penurunan garis kurva dari satu titik ke titik yang lainnya. Secara teoritis

hubungan antara set point ∆ T dan L dapat ditentukan dari perumusan berikut:

q= Ak ∆ TL . Berdasarkan perumusan di atas dapat diketahui bahwa semakin jauh

jarak antar titik uji (L) maka ΔT akan semakin besar. Berdasarkan persamaan

diatas maka untuk L yang semakin jauh maka trend grafik ΔT semakin landai.

Pada ketiga trend line dari tiap set point memiliki kurva yang paling curam pada

titik tiga menuju empat, yang artinya ∆T pada titik uji ini paling besar. Sedangkan

dari titik satu hingga tiga dan titik uji empat hingga enam trend linenya terlihat

landai. Berdasarkan teori trend grafik yang seharusnya semakin curam pada L

yang semakin besar namun pada grafik di atas landai hal ini dapat terjadi akibat









pembacaan data.

30

4.4.4 Pembahasan Grafik k fungsi Tavg tiap Spesimen

320 330 340 350 360 370 38010

5010

10010

15010

20010

25010Grafik K vs Temperatur rata - rata

K teoritis stainless steel

Kteoritis besi

K teoritis Aluminium

K praktek Stainless steel

K praktek besi

Kpraktek aluminium

Temperatur rata - rata

Nila

i k

Gambar 4.4 Grafik k vs Tavg

Gambar 4.4 Grafik Perbandingan kteori dengan kpraktek

Berdasarkan grafik perbandingan nilai konduktivitas dengan temperatur

rata-rata di atas, dapat dilihat bahwa secara keseluruhan nilai kpraktek memiliki nilai

lebih tinggi dibandingkan dengan kteori. kteori Aluminium memiliki nilai

konduktivitas terbesar sedangkan Kteori Stainless steel memiliki nilai terkecil

dibandingkan dengan Kteori spesimen lainnya. Nilai Kpraktek terbesar dimiliki

oleh Alumunium sedangkan Kpraktek terkecil dimiliki oleh Stainless steel.

Namun terdapat penyimpangan nilai konduktivitas praktek pada Alumunium yaitu

pada saat set point thermocontrol sebesar 150 C.

Pengaruh temperatur pada konduktifitas termal pada benda padat yang ada

pada dasar teori di Bab II, dapat dilihat nilai konduktivitas pada suatu material.

Didapatkan bahwa nilai konduktivitas material alumunium, besi ,dan stainless

steel yang memiliki nilai K tertinggi adalah Aluminium dan yang paling rendah

adalah stainless steel.

Berdasarkan grafik diatas, nilai Kteori dan Kpraktek stainless steel sudah

sesuai, begitu juga dengan nilai Kteori dan Kpraktek besi, namun nilai Kteori dan

Kpraktek dari alumunium tidak sesuai karena terjadi penyimpangan trend line

Kpraktek Alumunium pada saat set point thermocontrol sebesar 150°C. Hal ini,

disebabkan oleh kesalahan praktikan pada saat melakukan percobaan. Kesalahan

31

tersebut dapat disebabkan oleh waktu tunggu yang tidak sesuai dengan yang

seharusnya, misalnya lebih ataupun kurang dari lima menit. Sehingga,

temperature yang muncul lalu dibaca oleh praktikan bukanlah temperature yang

seharusnya. Selain itu, dapat disebabkan juga oleh usia spesimen yang sudah

digunakan sejak lama, sehingga dapat terjadi perubahan nilai konduktivitas pada

material tersebut.

32

BAB VKESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KesimpulanKesimpulan yang didapat dalam percobaan ini adalah:

1. Pengaruh jarak terhadap temperatur yaitu semakin jauh jarak atau

semakin besar nilai L, maka semakin rendah nilai temperaturnya.

2. Nilai temperatur terhadap k termal berdasarkan data yang didapat semakin

besar T semakin kecil nilai konduktivitas termal materialnya.

3. Selisih nilai kteori dengan nilai kpraktikum untuk spesimen ketiga spesien tidak

terlalu berbeda jauh. Selisih terbesar antara nilai kteori dengan kpraktikum

adalah pada spesimen besi, yaitu pada saat set point 100.

4. Nilai U (overall heat transfer coefficient) tertinggi terjadi pada spesimen

alumunium pada set point 100 dengan nilai 2170.9, dan nilai U terkecil

terjadi pada spesimen stainless steel pada set point 100 dengan nilai

286.7. Nilai k tertinggi terjadi pada spesimen alumunium pada set point

150 dengan nilai 238.1 W/m.K, dan nilai k terkecil terjadi pada stainless

steel pada 15.37 W/m.K.

5.2 SaranSetelah melakukan praktikum perpindahan panas secara konduksi terdapat

beberapa saran dari kelompok kami, yaitu sebagai berikut:

1. Sebaiknya peralatan praktikum diperbarui agar hasil percobaan yang

didapat semakin akurat.

2. Sebaiknya jumlah thermocontrol ditambah agar dapat melangsungkan

praktikum konduksi dan konveksi sekaligus, sehingga waktu praktikum

mennjadi lebih singkat.

3. Sebaiknya peralatan keamanan (sarung tangan) diperbarui untuk

meningkatkan keamanan bagi praktikan.

33

Documents

Laporan Resmi Kelompok 4 - Konduksi