PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Transkripsi

1 ANALISA PROSES PENDINGINAN PADA BEBERAPA BEJANA DENGAN BAHAN BERBEDA MENGGUNAKAN SOFTWARE LOGGERPRO SKRIPSI Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Fisika Oleh: Siska Natalia NIM: PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2015

2 ANALISA PROSES PENDINGINAN PADA BEBERAPA BEJANA DENGAN BAHAN BERBEDA MENGGUNAKAN SOFTWARE LOGGERPRO SKRIPSI Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Fisika Oleh: Siska Natalia NIM: PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2015 i

3 ii

4 iii

5 HALAMAN PERSEMBAHAN Karya ini saya persembahkan dengan bangga kepada: Orangtua tercinta: Yan Erawan Linawaty Kakak dan adik tersayang: Erly Natalia Okky Jayadi Prodi Pendidikan Fisika 2011 iv

6 MOTTO The problems and the all of things which can break you down is the process to make you stronger and the way which must through to be the best for your life. I can do everything through Him who gives me strength Philippians 4: 13 v

7 vi

8 vii

9 ABSTRAK ANALISA PROSES PENDINGINAN PADA BEBERAPA BEJANA DENGAN BAHAN BERBEDA MENGGUNAKAN SOFTWARE LOGGERPRO Siska Natalia Universitas Sanata Dharma 2015 Telah dilakukan penelitian mengenai proses pendinginan pada bejana yang yang berisi air sebanyak 100 ml. Selama proses pendinginan, suhu air dan suhu lingkungan dimonitor menggunakan sensor suhu yang telah dihubungkan dengan komputer melalui interface LabPro. Nilai suhu air dan suhu lingkungan dicatat secara kontinyu menggunakan software LoggerPro. Grafik beda suhu (ΔT) terhadap waktu (t) difit menggunakan persamaan hukum pendinginan Newton dan persamaan proses pendinginan yang melibatkan perpindahan panas secara radiasi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa persamaan proses pendinginan yang melibatkan perpindahan panas secara radiasi baik digunakan pada beda suhu yang tinggi yakni ΔT > 50⁰C. Penelitian ini juga menunjukkan bahwa bahan bejana berpengaruh selama proses pendinginan. Bejana yang digunakan dalam penelitian ini adalah bejana berbahan kaca, kaleng, dan plastik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa bahan bejana mempengaruhi proses pendinginan secara berurutan dari cepat ke lambat yaitu kaleng, kaca, dan plastik. Kata kunci : proses pendinginan, hukum pendinginan Newton, radiasi viii

10 ABSTRACT THE COOLING PROCESS ANALYSIS ON VESSELS WITH DIFFERENT MATERIAL USING A LOGGERPRO SOFTWARE Siska Natalia Sanata Dharma University 2015 A research about cooling process in vessels with volume of water 100 ml has been done. During those cooling process, the water and environment temperature are monitored using a temperature sensor that are connected to the computer through a LabPro interface. The results of water and environment temperature are recorded continuously on a LoggerPro software. Temperature difference graphic ( T) towards time (t) fitted applying Newton cooling law equation and cooling process equation that involve the heat transfer of radiation. The research shows that the cooling process equation involves the heat transfer of radiation is good to apply in a high temperature difference, it is T > 50 o C. This research also shows that the material of vessels influence throughout the cooling process. Vessels used in this research are made of glass, can, and plastic. It is resulted that the material of vessels used influenced the cooling process in sequence from fast speed to slow; they are can, glass, and plastic material. Keywords : the cooling process, Newton s law of cooling, radiation ix

11 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus yang telah memberikan kasih yang sungguh luar biasa. Berkat kasih-nya, penyununan skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik. Karya ini penulis beri judul Analisa Proses Pendinginan pada Beberapa Bejana dengan Bahan Berbeda Menggunakan Software LoggerPro. Penyusunan skripsi ini dapat diselesaikan berkat bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis ucapkan terimakasih kepada: 1. Bapak Dr. Ign. Edi Santosa, M.S., selaku dosen pembimbing skripsi, Dosen Pembimbing Akademik (DPA), dan Kaprodi Pendidikan Fisika yang telah memberikan bimbingan, motivasi, dan arahan dalam penyusunan skripsi maupun rencana studi dari awal hingga akhir. 2. Bapak Petrus Ngadiono, selaku laboran Laboratorium Pendidikan Fisika Universitas Sanata Dharma yang telah membantu mempersiapkan alat-alat eksperimen. 3. Keluarga tercinta di Rengasdengklok yang selalu mendoakan serta memberikan semangat. 4. Andreas Novri Suhardi dan Alfadiani Purnomo yang selalu sabar menjadi pendengar yang baik, serta memberikan motivasi. 5. Teman-teman bimbingan skripsi : Mba Dian, Kak Eliya, Mba Hari, Kak Sandra, Felbi dan Heri yang telah membantu lewat sharing dan diskusi. x

12 6. Seluruh mahasiswa Pendidikan Fisika angkatan 2011 yang telah berjuang dan berdinamika bersama. 7. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu, yang telah memberikan bantuan serta motivasi selama proses skrispsi ini baik secara langsung maupun tidak langsung. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis dengan rendah hati menerima kritik dan saran yang membangun dari semua pihak. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi para pembaca. Yogyakarta, 30 Juli 2015 Penulis xi

13 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING... HALAMAN PENGESAHAN... HALAMAN PERSEMBAHAN... HALAMAN MOTTO... PERNYATAAN KEASLIAN KARYA... LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS... ABSTRAK... ABSTRACT... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... BAB I PENDAHULUAN... A. Latar Belakang... B. Rumusan Masalah... C. Batasan Masalah... D. Tujuan Penelitian... E. Manfaat Penelitian... F. Sistematika Penulisan... BAB II DASAR TEORI... A. Kalor dan Perpindahannya Konduksi Konveksi Radiasi... B. Hukum Pendinginan Newton... i ii iii iv v vi vii viii ix x xii xiv xv xii

14 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... A. Persiapan Alat... B. Pengambilan Data... C. Analisa Data... BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... A. Hasil Proses Pendinginan Pada Bejana Berbahan Kaca Proses Pendinginan Pada Bejana Berbahan Kaleng Proses Pendinginan Pada Bejana Berbahan Plastik Pengaruh Bahan Bejana Terhadap Proses Pendinginan... B. Pembahasan... BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... A. Kesimpulan... B. Saran... DAFTAR PUSTAKA... LAMPIRAN xiii

15 DAFTAR TABEL TABEL 4.1 Karakteristik bejana TABEL 4.2 Hubungan suhu air dan suhu lingkungan terhadap waktu pada bejana berbahan kaca (D = 5.15 ± 0.01 cm, m = ± 0.02 gr) TABEL 4.3 Hubungan beda suhu ΔT terhadap waktu t pada bejana berbahan kaca (D = 5.15 ± 0.01 cm, m = ± 0.02 gr) TABEL 4.4 Hubungan suhu air dan suhu lingkungan terhadap waktu pada bejana berbahan kaleng (D = 5.26 ± 0.01 cm, m = ± 0.05 gr) TABEL 4.5 Hubungan beda suhu ΔT terhadap waktu t pada bejana berbahan kaleng (D = 5.26 ± 0.01 cm, m = ± 0.05 gr) TABEL 4.6 Hubungan suhu air dan suhu lingkungan terhadap waktu pada bejana berbahan plastik (D = 5.47 ± 0.01 cm, m = ± 0.02 gr) TABEL 4.7 Hubungan beda suhu ΔT terhadap waktu t pada bejana berbahan plastik (D = 5.47 ± 0.01 cm, m = ± 0.02 gr) TABEL 4.8 Nilai RMSE Pada Bejana Berbahan Kaca, Kaleng, dan Plastik. 39 TABEL 4.9 Waktu Penurunan Suhu dari Suhu 71⁰C sampai 10⁰C terhadap Bejana Berbahan Kaca, Kaleng, dan Plastik xiv

16 DAFTAR GAMBAR GAMBAR 2.1 Konduksi panas pada keping plan-paralel... 8 GAMBAR 3.1 Susunan alat eksperimen tampak samping GAMBAR 3.2 Susunan alat eksperimen tampak depan GAMBAR 3.3 Grafik hubungan beda suhu terhadap waktu GAMBAR 3.4 Lambang Curve Fit pada toolbars GAMBAR 3.5 Tampilan kotak setelah mengklik lambang Curve Fit GAMBAR 3.6 Tampilan kotak setelah mengklik Define Function GAMBAR 3.7 Grafik beda suhu terhadap waktu difit dengan menggunakan persamaan (2.12). Hasil fitting data (hitam), dan titik-titik data (merah) GAMBAR 4.1 Grafik hubungan beda suhu terhadap waktu difit dengan menggunakan persamaan (2.12). Bejana berbahan kaca dengan diameter 5.15 ± 0.01 cm, dan massa ± 0.02 gr. Hasil fitting data (hitam), dan titik-titik data (merah) GAMBAR 4.2 Grafik hubungan beda suhu terhadap waktu difit dengan menggunakan persamaan (2.15). Bejana berbahan kaca dengan diameter 5.15 ± 0.01 cm, dan massa ± 0.02 gr. Hasil fitting data (hitam), dan titik-titik data (merah) GAMBAR 4.3 Grafik hubungan beda suhu terhadap waktu difit dengan menggunakan persamaan (2.12). Bejana berbahan kaleng dengan diameter 5.26 ± 0.01 cm, dan massa ± 0.05 gr. Hasil fitting data (hitam), dan titik-titik data (merah) GAMBAR 4.4 Grafik hubungan beda suhu terhadap waktu difit dengan menggunakan persamaan (2.15). Bejana berbahan kaleng dengan diameter 5.26 ± 0.01 cm, dan massa ± 0.05 gr. Hasil fitting data (hitam), dan titik-titik data (merah) xv

17 GAMBAR 4.5 GAMBAR 4.6 GAMBAR 4.7 GAMBAR 4.7 Grafik hubungan beda suhu terhadap waktu difit dengan menggunakan persamaan (2.12). Bejana berbahan plastik dengan diameter 5.47 ± 0.01 cm, dan massa ± 0.02 gr. Hasil fitting data (hitam), dan titik-titik data (merah) Grafik hubungan beda suhu terhadap waktu difit dengan menggunakan persamaan (2.15). Bejana berbahan plastik dengan diameter 5.47 ± 0.01 cm, dan massa ± 0.02 gr. Hasil fitting data (hitam), dan titik-titik data (merah) Grafik beda suhu ΔT terhadap waktu t untuk bejana berbahan plastik (biru), kaca (hijau), kaleng (merah) Grafik beda suhu ΔT terhadap waktu t untuk melihat pengaruh bahan bejana terhadap proses pendinginan. Bejana berbahan plastik (biru), kaca (hijau), kaleng (merah) xvi

18 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Secangkir teh atau kopi panas yang dibiarkan begitu saja, maka lama kelamaan secangkir teh atau kopi tersebut menjadi dingin. Hal itu terjadi karena adanya proses pendinginan. Proses pendinginan menyebabkan suhu teh atau kopi yang tinggi menjadi rendah, bahkan suhunya menjadi sama. Keadaan dimana suhu teh atau kopi menjadi sama diseluruh sistem dinamakan sebagai keadaan kesetimbangan termal. Kesetimbangan termal yaitu bila dua benda saling kontak atau melakukan perpindahan panas sehingga suhu kedua benda tersebut menjadi sama (Schroeder, 2000; Young, 2002). Proses pendinginan suatu benda terjadi karena adanya perpindahan panas. Ada tiga macam perpindahan panas yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Konduksi merupakan perpindahan panas melewati suatu bahan, tanpa disertai perpindahan partikelnya. Sedangkan konveksi merupakan perpindahan panas yang disertai dengan perpindahan partikelnya. Konduksi dan konveksi membutuhkan partikel sebagai medium. Adapun, radiasi merupakan perpindahan panas dalam bentuk gelombang elektromagnetik seperti cahaya tampak, infra merah, dan radiasi ultra ungu (Benson, 1995; Giambattista, 2008; Young, 2002; Halliday, 2010). Secara umum, proses pendinginan yang melibatkan perpindahan panas secara konduksi, konveksi, dan radiasi mengikuti suatu hukum yang dikenal 1

19 2 sebagai hukum pendinginan Newton. Hukum pendinginan Newton menjelaskan laju pendinginan suatu benda yang sebanding dengan beda suhu. Dalam banyak keadaan yang sesungguhnya, ketiga perpindahan panas terjadi secara serentak, walaupun salah satu lebih efektif dibandingkan yang lainnya (Tipler, 1991). Berdasarkan hukum pendinginan Newton, suhu benda mengalami penurunan secara eksponensial. Hukum pendinginan Newton berlaku pada beda suhu yang kecil yakni ΔT > 50⁰C. Pada beda suhu tersebut, perpindahan panas secara radiasi sangat kecil sehingga adanya penggunaan pendekatan dalam hukum pendinginan Newton. Eksperimen proses pendinginan suatu benda telah dilakukan dengan beda suhu ΔT > 50⁰C. Data yang diperoleh dianalisa menggunakan hukum pendinginan Newton. Hasil analisa menunjukkan bahwa proses pendinginan yang terjadi pada benda tidak sesuai dengan hukum pendinginan Newton. Ketidaksesuaian disebabkan karena pada ΔT > 50⁰C perpindahan panas secara radiasi lebih dominan daripada yang lainnya [Vollmer, 2009]. Macam-macam eksperimen tentang proses pendinginan suatu benda telah banyak dilakukan. Proses pendinginan suatu benda dilakukan untuk menentukan panas peleburan es. Eksperimen tersebut menggunakan termometer raksa untuk mengukur suhu selama proses pendinginan. Pengambilan data selama proses pendinginan dilakukan setiap selang waktu tertentu, dengan cara melakukan pembacaan pada termometer raksa. Pembacaan pada termometer raksa sering kali menggunakan pendekatan angka atau perkiraan dikarenakan skala pada termometer terbatas. Disamping itu,

20 3 proses pendinginan suatu benda selama eksperimen terjadi cukup lama. Sehingga pengambilan data membutuhkan perhatian yang lebih untuk melakukan pembacaan suhu setiap selang waktu tertentu (NN, 2011). Proses pendinginan suatu benda untuk menentukan nilai koefisien konveksi telah dilakukan oleh Conti, dkk (2014). Proses pendinginan dilakukan dengan cara memanaskan air terlebih dahulu hingga mecapai suhu tertentu. Suhu air dalam bejana, dan suhu lingkungannya dimonitor dengan menggunakan sensor suhu yang telah dihubungkan dengan komputer melalui interface LabPro. Nilai suhu air dan suhu lingkungan dicatat secara kontinyu menggunakan software LoggerPro. Proses pendinginan yang dilakukan pula oleh Suryani dan Santosa (2014) untuk menentukan nilai konstanta pendinginan Newton. Selain digunakan untuk pengambilan data, software LoggerPro dapat digunakan untuk menampilkan grafik, serta menganalisa grafik dengan cara memfit menggunakan persamaan yang sesuai. Dewasa ini, eksperimen berbasis komputer menjadikan eksperimen lebih mudah. Dengan eksperimen berbasis komputer, peneliti lebih mudah memonitor suhu selama proses pendinginan suatu benda karena komputer dilengkapi dengan software LoggerPro dan suhu benda serta suhu lingkungan dimonitor dengan sensor suhu. Analisa data menjadi mudah dengan menggunakan software LoggerPro.

21 4 Pada penelitian ini dilakukan proses pendinginan pada bejana yang berisi air 100 ml dengan beda suhu ΔT > 50⁰C. Pengambilan data selama proses pendinginan menggunakan sensor suhu, dan software LoggerPro. Software LoggerPro digunakan untuk memonitor serta mencatat suhu air dalam bejana, dan suhu lingkungan sekitarnya secara kontinyu. Bejana yang digunakan pada penelitian ini adalah bejana berbahan kaca, kaleng, dan plastik. B. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan, maka permasalahan yang akan dikaji adalah: 1. Bagaimana metode eksperimen untuk menganalisa proses pendinginan? 2. Bagaimana penggunaan software untuk menganalisa proses pendinginan? 3. Bagaimana pengaruh bahan bejana terhadap proses pendinginan? C. Batasan Masalah Permasalahan yang diteliti pada penelitian ini, dibatasi pada: 1. Software yang digunakan untuk menampilkan dan menganalisa data adalah software LoggerPro. 2. Fluida yang dipakai yaitu air dengan volume 100 ml. 3. Bejana yang diteliti adalah bejana yang berbahan kaca, kaleng dan plastik.

22 5 D. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Mengetahui metode eksperimen untuk menganalisa proses pendinginan. 2. Mengetahui metode menganalisa data dengan menggunakan software Logger Pro. 3. Mengetahui pengaruh bahan bejana terhadap proses pendinginan. E. Manfaat Penelitian Manfaat dari membaca laporan ini antara lain: 1. Dapat menggunakan software LoggerPro untuk menganalisa proses pendinginan. 2. Dapat mengetahui bahan bejana yang mendukung proses pendinginan. F. Sistematika Penulisan BAB I Pendahuluan Bab I menguraikan latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan. BAB II Dasar Teori Bab II berisi teori-teori mengenai kalor dan perpindahannya dan hukum pendinginan Newton. BAB III Metode Eksperimen Bab III menguraikan mengenai alat, prosedur eksperimen, cara mengolah data.

23 6 BAB IV Hasil dan Pembahasan Bab IV berisi hasil pengolahan data dan pembahasan dari hasil eksperimen yang diperoleh. BAB V Penutup Bab V berisi kesimpulan dan saran.

24 BAB II DASAR TEORI A. Kalor dan Perpindahannya Panas dapat dipindahkan dari satu sistem ke sistem lain, yang suhunya berbeda (Suparno, 2009). Aliran energi yang menyebabkan perbedaan suhu diantara sistem dan lingkungan biasanya disebut aliran panas atau perpindahan panas. Pada hakikatnya, perpindahan panas atau kalor dapat dilakukan dengan tiga cara yaitu konduksi atau hantaran, konveksi atau aliran, dan radiasi atau pancaran. Bila suatu benda dengan massa m dan dipanaskan sehingga terjadi perubahan suhunya ΔT, maka banyaknya panas Q yang diperlukan (Suparno, 2009): Q = m. c. T (2.1) dengan c = panas jenis zat (J/kg.K) 1. Konduksi Konduksi adalah perpindahan panas melewati suatu bahan, tanpa disertai perpindahan partikelnya. Perpindahan panas secara konduksi pada gambar 2.1 terjadi pada suatu keping datar plan-paralel dengan luas kedua permukaan bidang yang berhadapan sebesar A. Masing-masing permukaan bidang memiliki suhu yang konstan, sebesar T1 dan T2 dengan T1 > T2. Tebal keping datar plan-paralel adalah l dan arus panas H mengalir dari 7

25 8 permukaan bidang yang bersuhu T1 ke permukaan bidang lain yang bersuhu T2. Gambar 2.1 Konduksi panas pada keping Arus panas H berbanding lurus dengan luas penampang. Arus panas H juga berbanding lurus dengan beda suhu (T1 - T2) dan berbanding terbalik dengan tebal keping l. Arus panas H mengikuti persamaan (2.2) sebagai berikut (Benson, 1995; Naga, 1991): H = k. A. (T 1 T 2 ) l Persamaan (2.2) dapat ditulis kembali menjadi persamaan (2.3): H = k. A. T x (2.2) (2.3) dengan H = arus panas (W) k = konduktivitas panas (W/m.K) A = luas penampang (m 2 ) ΔT = beda suhu (K) Δx = tebal (m)

26 9 Perpindahan panas secara konduksi pada banyak material dapat pula digambarkan seperti dibawa melalui tabrakan molekular. Pada satu sisi obyek dipanaskan, molekul obyek menjadi semakin cepat. Hal tersebut dikarenakan suhu yang semakin tinggi. Sehingga molekul-molekul yang menjadi lebih cepat tersebut bertabrakan dengan molekul-molekul yang lebih lambat, dan mereka memindahkan sebagian energi kinetik yang menyebabkan kecepatannya menjadi meningkat. Tabrakan molekul dengan memindahkan sebagian energi kinetiknya berlangsung sepanjang obyek. Pada logam, tabrakan dari elektron bebas di dalam logam merupakan yang paling bertanggung jawab atas terjadinya konduksi (Giancoli, 2014). Berdasarkan kemampuan menghantarkan panas, zat dibagi menjadi dua golongan yaitu konduktor, dan isolator. Konduktor merupakan zat yang mudah menghantarkan panas. Zat-zat yang termasuk dalam kategori konduktor memiliki nilai konduktivitas panas, k yang besar, seperti perak, tembaga, dan aluminium. Adapun, isolator merupakan zat yang sukar menghantarkan panas. Sehingga dapat dikatakan bahwa isolator sebagai konduktor yang buruk, karena memiliki nilai konduktivitas panas, k yang kecil, seperti wool, fiberglass, kayu, gabus, dan udara (Suparno, 2009; Giancoli, 2014).

27 10 2. Konveksi Perpindahan panas yang melibatkan aliran fluida dan membawa panas dari suatu tempat ke tempat yang lainnya dinamakan konveksi. Pada konduksi, aliran energi melewati sebuah material tetapi material tersebut tidak berpindah. Sedangkan pada konveksi material tersebut berpindah dari suatu tempat ke tempat lainnya karena konveksi hanya dapat terjadi fluida, bukan zat padat. Arus panas H konveksi bergantung pada luas penampang A, dan beda suhu ΔT mengikuti persamaan (2.4) sebagai berikut (Giambattista, 2008; Naga, 1991): H = h. A. T (2. 4) dengan H = arus panas (W) h = koefisien konveksi (W/m 2. K) A = luas penampang (m 2 ) ΔT = beda suhu (K) Berdasarkan aliran panas, konveksi dibagi menjadi dua jenis, yaitu konveksi alami, dan konveksi paksa. Konveksi alami terjadi pada aliran alami akibat beda suhu. Beda suhu tersebut menyebabkan perbedaan massa jenis. Konveksi alami dapat dijumpai dalam kehidupan sehari-hari yaitu aliran air ketika dipanaskan, angin laut, dan angin darat. Sedangkan konveksi paksaan terjadi aliran yang dipaksa atau didorong oleh mesin seperti kipas atau pompa (blower). Konveksi paksaan dalam kehidupan sehari-hari yaitu sistem pendingin atau pemanas ruangan, sistem pendingin mobil, dan pengering rambut (Giambattista, 2008; Suparno, 2009).

28 11 3. Radiasi Radiasi merupakan perpindahan panas dalam bentuk gelombang elektromagnetik seperti cahaya tampak, infra merah dan radiasi ultra ungu. Arus panas H radiasi merupakan daya panas E yang berbanding lurus dengan luas penampang A, mengikuti persamaan (2.5) sebagai berikut (Young, 2002; Halliday, 2010; Naga, 1991): H = E. A (2.5) Daya panas E pada persamaan (2.5) mengikuti (Naga, 1991): E = e. σ. (T 4 1 T 4 2 ) (2.6) Secara lengkap, persamaan (2.5) dapat ditulis menjadi [Naga, 1991; Vollmer, 2009]: H = e. σ. A. (T 4 1 T 4 2 ) (2.7) dengan H = arus panas (W) e = emisivitas σ = konstanta Stefan-Boltzmann ( x 10-8 W/m 2. K -4 ) A = luas penampang (m 2 ) T1 = suhu benda T2 = suhu lingkungan Jika suhu benda hampir sama dengan suhu lingkungan, maka beda suhunya menjadi kecil, sehingga [Vollmer, 2009]: (T 4 1 T 4 2 ) = k appr. (T 1 T 2 ) (2.8) dengan k 3 appr 4T 2 Kappr merupakan singkatan dari kapproximation yang berarti nilai k yang menggunakan pendekatan.

29 12 Dari persamaan (2.8) akan diperoleh penyelesaian arus panas H seperti pada persamaan (2.9) sebagai berikut [Vollmer, 2009]: H = α rad. A. (T 1 T 2 ) (2.9) dengan α rad = e. σ. k appr B. Hukum Pendinginan Newton Apabila suhu awal suatu benda T1 diketahui, maka berdasarkan hukum kekekalan energi banyaknya panas yang hilang menyebabkan penurunan suhu yang mengikuti persamaan: mc dt 1 dt = H Kond H Konv H Rad (2.10) dengan Hkond Hkonv HRad m c dt 1 dt = arus panas konduksi = arus panas konveksi = arus panas radiasi = massa benda = panas jenis = penurunan suhu benda Jika beda suhu ΔT kecil, maka persamaan (2.10) dapat ditulis menjadi: mc dt 1 dt = (k. A. T x + h. A. T) α rad. A. T (2.11) Proses pendinginan yang melibatkan perpindahan panas secara konduksi, konveksi, dan radiasi mengikuti hukum pendinginan Newton. Hukum pendinginan Newton menyatakan bahwa laju pendinginan suatu benda sebanding dengan beda suhu. Dari persamaan (2.11) akan diperoleh

30 13 penyelesaian untuk beda suhu yang kecil setiap saat t, mengikuti persamaan [Tipler, 1991; Naga, 1991; Vollmer, 2009]: T (t) = T 0. e t/τ (2.12) Konstanta waktu τ persamaan (2.12) mengikuti persamaan [Vollmer, 2009]: ρ. c τ =. V (2.13) α total A dengan ρ c α total V/A = massa jenis benda = panas jenis = koefisien total = volume/luasan benda Jika perpindahan panas secara radiasi tidak menggunakan pendekatan selama proses pendinginan, dan beda suhunya tinggi maka diselesaikan dengan menggunakan persamaan perpindahan panas secara lengkap mengikuti [Vollmer, 2009]: mc dt 1 dt = h. A. (T 1 T 2 ) e. σ. A. (T 1 4 T 2 4 )) (2.14) Dari persamaan (2.14) akan diperoleh penyelesaian seperti persamaan (2.15) sebagai berikut [Vollmer, 2009]: T(t) = T 0 + A 1. e t/τ 1 + A 2. e t/τ 2 + A 3. e t/τ 3 (2.15) Persamaan (2.15) merupakan persamaan proses pendinginan dengan tidak menggunakan pendekatan perpindahan panas secara radiasi yang beda suhunya tinggi.

31 BAB III METODOLOGI PENELITIAN Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa proses pendinginan dan mengetahui pengaruh bahan bejana terhadap proses pendinginan. Untuk menganalisa proses pendinginan dan pengaruh bahan bejana ada beberapa tahapan. Tahapan yang pertama adalah persiapan alat. Tahapan kedua pengambilan data. Tahapan ketiga analisa data. A. Persiapan Alat Alat yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari beberapa komponen. Alat-alat yang digunakan antara lain: 4. Box Box ini terbuat dari sterofoam dengan ukuran 37 cm x 33 cm x 31 cm dengan tebal sterofoam 3 cm. 5. Bejana plastik. Bejana digunakan yaitu bejana yang berbahan kaca, kaleng dan 6. Toples plastik Toples plastik digunakan untuk meletakkan bejana yang akan diteliti. 14

32 15 7. Sensor suhu Sensor suhu berfungsi untuk memonitor suhu air bejana dan suhu lingkungan sekitarnya. Ada dua jenis sensor suhu yang digunakan penelitian ini yaitu surface temperature dan stainless steel temperature probe. 8. Interface Interface merupakan alat yang digunakan untuk menghubungkan sensor suhu dengan komputer. Interface yang digunakan penelitian ini adalah interface LabPro. 9. Komputer Komputer yang digunakan telah terinstall software. Software yang digunakan penelitian ini adalah software LoggerPro. Software ini berfungsi untuk memonitor, menampilkan, dan menganalisa data. Alat-alat kemudian dirangkai seperti gambar 3.1. Bejana yang berisi air sebanyak 100 ml diletakkan pada toples plastik. Toples plastik nantinya akan diletakkan di atas penyangga kayu, yang berada di dalam box sterofoam berisi es. Suhu air dalam bejana dan suhu lingkungan sekitarnya akan dimonitor menggunakan sensor suhu yang telah dihubungkan dengan komputer melalui interface LabPro. Nilai suhu air dan suhu lingkungan dicatat secara kontinyu menggunakan software LoggerPro.

33 16 Gambar 3.1. Susunan alat eksperimen tampak samping Ket: A : Komputer B : Interface LabPro C : Sensor suhu D : Bejana yang berisi air 100 ml E : Toples plastik F : Balok kayu G : Es H : Box sterofoam Gambar 3.1 menampilkan susunan eksperimen tampak samping beserta komponen-komponen alatnya. Apabila eksperimen dilihat tampak depan, maka akan seperti gambar 3.2.

34 17 Gambar 3.2. Susunan alat eksperimen tampak depan B. Pengambilan Data Air dipanaskan hingga mencapai suhu ± 95⁰C. Bejana yang berisi air 100 ml diletakkan pada toples plastik. Toples plastik ini diletakkan di atas balok kayu, yang berada di dalam box sterofoam berisi es. Suhu air dan suhu lingkungan dimonitor menggunakan sensor suhu, yang telah dihubungkan dengan komputer melalui interface LabPro. Nilai suhu air dan suhu lingkungan dicatat secara kontinyu menggunakan software LoggerPro setiap 30 detik selama 5 jam. Pengambilan data dilakukan pada bejana berbahan kaca, kaleng, dan plastik.

35 18 C. Analisa Data Data yang dimonitor dan dianalisa dengan bantuan software LoggerPro. Analisa data dilakukan dengan cara: 1. Analisa proses pendinginan Data suhu air dan suhu lingkungan diolah menjadi data beda suhu terhadap waktu. Kemudian data beda suhu terhadap waktu tersebut ditampilkan menjadi grafik beda suhu ΔT terhadap waktu t seperti gambar 3.3. Grafik tersebut difit menggunakan persamaan hukum pendinginan Newton seperti persamaan (2.12). Dengan data yang sama, fitting data dilakukan dengan menggunakan persamaan proses pendinginan dengan tidak adanya pendekatan perpindahan panas secara radiasi seperti persamaan (2.15). Cara yang sama dilakukan untuk bejana dengan bahan berbeda. Berikut ini adalah cara memfitting data menggunakan software LoggerPro, sebagai berikut: a. Data beda suhu terhadap waktu ditampilkan menjadi grafik hubungan beda suhu terhadap waktu seperti gambar 3.3.

36 19 Gambar 3.3. Grafik hubungan beda suhu terhadap waktu b. Fitting data dilakukan dengan mengklik curve fit seperti yang ditunjukkan gambar 3.4. Sehingga akan tampil kotak seperti gambar 3.5. Gambar 3.4. Lambang Curve Fit pada toolbars Gambar 3.5. Tampilan kotak setelah mengklik lambang Curve Fit

37 20 c. Fitting data pada penelitian ini dilakukan dengan memasukkan persamaan, dengan mengklik Define Function seperti ditunjukkan pada gambar 3.5. Sehingga akan tampil kotak seperti gambar Gambar 3.6. Tampilan kotak setelah mengklik Define Function d. Persamaan yang akan digunakan untuk memfit data diketik pada kolom 1. Pengetikan persamaan menggunakan simbol. Penamaan persamaan ditulis pula pada kolom 2 seperti yang ditampilkan gambar 3.6. e. Memfitting data dilakukan dengan mengklik try fit yang tunjukkan gambar 3.6. bagian Coefficients tampil bentuk persamaan beserta nilainilai koefisiennya. Apabila hasilnya tampak sudah sesuai atau cocok, tekan tombol OK untuk keluar, dan menampilkan hasil fitting untuk grafik beda suhu terhadap waktu seperti gambar 3.7. f. Apabila hasil fitting data belum sesuai, maka dapat dilakukan pengaturan nilai koefisien secara manual dengan menekan tombol plus atau minus pada koefisien tersebut. Ketika mengatur nilai koefisien, nilai RMSE diperhatikan. Sehingga grafik menjadi fit dan RMSE

38 21 bernilai kecil. RMSE (Root Mean Squared Error) merupakan suatu ukuran kesalahan yang didasarkan pada selisih nilai antara fitting data menggunakan persamaan dengan data yang diperoleh (Santosa, 2014; Vernier, 2015). Gambar 3.7. Grafik beda suhu terhadap waktu difit dengan menggunakan persamaan (2.12). Hasil fitting data (hitam), dan titik-titik data (merah). 2. Analisa pengaruh bahan bejana Pengaruh bahan bejana terhadap proses pendinginan dapat diketahui dengan membuat satu grafik beda suhu ΔT terhadap waktu t untuk ketiga bejana. Sumbu beda suhu ΔT grafik diatur menjadi log axis pada software LoggerPro. Pengaturan log axis untuk menampilkan data dalam bentuk linear. Sehingga pengaruh bahan terhadap proses pendinginan dapat dilihat dengan jelas.

39 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN C. Hasil Bahan bejana yang diteliti penelitian ini yaitu kaca, kaleng, dan plastik. Ketiga bahan diteliti dengan metode yang sama untuk menganalisa proses pendinginan dan mengetahui pengaruh bahan bejana. Data hasil penelitian disajikan sebagai berikut: Bejana yang akan diteliti diukur terlebih dahulu diameter luar dan massanya. Dari hasil pengukuran disajikan tabel 4.1. Tabel 4.1. Karakteristik bejana No. Bahan Diameter Luar Bejana (cm) Massa (gr) 1. Kaca 5.15 ± ± Kaleng 5.26 ± ± Plastik 5.47 ± ± 0.02 Tabel 4.1 menunjukkan bahwa diameter luar ketiga bejana relatif sama. Selain itu, massa dari ketiga bejana bervariasi sesuai dengan bahannya. Analisa proses pendinginan dilakukan dengan cara menganalisa data yang telah diperoleh masing-masing bejana dengan menggunakan software LoggerPro. Analisa dilakukan dengan menggunakan dua persamaan yakni persamaan hukum pendinginan Newton seperti persamaan (2.12), dan persamaan proses pendinginan dengan tidak menggunakan pendekatan perpindahan panas secara radiasi seperti persamaan (2.15). Selama waktu yang 22

40 23 telah disetting untuk pengambilan data, suhu air dan suhu lingkungan dimonitor menggunakan sensor suhu yang telah dihubungkan dengan komputer melalui interface LabPro. Nilai suhu air dan suhu lingkungan dicatat secara kontinyu menggunakan software LoggerPro setiap 30 detik selama lima jam, sehingga data yang diperoleh 601 data. Oleh karena itu tabel hubungan suhu air dan suhu lingkungan terhadap waktu tidak semua data ditampilkan. Data yang lebih lengkap dapat dilihat lampiran. 1. Proses Pendinginan Bejana Berbahan Kaca Data proses pendinginan bejana berbahan kaca selama lima jam diperoleh seperti tabel 4.2. Tabel 4.2 menunjukkan hubungan suhu air dan suhu lingkungan terhadap waktu. Tabel 4.2. Hubungan suhu air dan suhu lingkungan terhadap waktu untuk bejana berbahan kaca (D = 5.15 ± 0.01 cm, m = ± 0.03 gr). No. Waktu (jam) Suhu Air Suhu Lingkungan

41 24 Dari data yang diperoleh tabel 4.2 dapat dilihat bahwa suhu air menurun terhadap waktu, dan suhu lingkungan relatif konstan. Nilai-nilai suhu tabel 4.2 dihitung menjadi nilai beda suhu ΔT terhadap waktu t seperti ditampilkan tabel 4.3 sebagai berikut: Tabel 4.3. Hubungan beda suhu ΔT terhadap waktu t untuk bejana berbahan kaca (D = 5.15 ± 0.01 cm, m = ± 0.03 gr). No. Waktu (jam) Beda suhu Tabel 4.3 menunjukkan hubungan beda suhu terhadap waktu, bahwa semakin lama waktu proses pendinginan maka semakin kecil beda suhunya. Tidak semua data ditampilkan tabel 4.2 dan tabel 4.3, data lengkapnya dapat dilihat lampiran I. Nilai-nilai dalam tabel 4.3 disajikan dalam bentuk grafik hubungan beda suhu terhadap waktu dan difit menggunakan persamaan (2.12) yang ditunjukkan gambar 4.1.

42 25 Gambar 4.1. Grafik hubungan beda suhu terhadap waktu difit dengan menggunakan persamaan (2.12) untuk bejana berbahan kaca dengan diameter 5.15 ± 0.01 cm, dan massa ± 0.03 gr. Hasil fitting data (hitam), dan titik-titik data (merah). Gambar 4.1 merupakan grafik hubungan beda suhu terhadap waktu. Grafik tersebut difit menggunakan persamaan (2.12). Hasil fitting data ditunjukkan dengan garis berwarna hitam, sedangkan titik-titik data ditunjukkan dengan garis bewarna merah. Nilai RMSE berdasarkan fitting data sebesar 1.15⁰C. Fitting data dilakukan pula dengan menggunakan persamaan (2.15) grafik hubungan beda suhu terhadap waktu. Data yang digunakan yakni data tabel 4.3. Hasil fitting ditampilkan gambar 4.2.

43 26 Gambar 4.2. Grafik hubungan beda suhu terhadap waktu difit dengan menggunakan persamaan (2.15) untuk bejana berbahan kaca dengan diameter 5.15 ± 0.01 cm, dan massa ± 0.03 gr. Hasil fitting data (hitam), dan titik-titik data (merah). Gambar 4.2 merupakan grafik hubungan beda suhu terhadap waktu yang telah difit menggunakan persamaan (2.15). Berdasarkan fitting data, nilai RMSE sebesar 0.04⁰C. 2. Proses Pendinginan Bejana Berbahan Kaleng Proses pendinginan dilakukan pula bejana berbahan kaleng. Tabel hubungan suhu air dan suhu lingkungan terhadap waktu ditampilkan tabel 4.4.

44 27 Tabel 4.4. Hubungan suhu air dan suhu lingkungan terhadap waktu untuk bejana berbahan kaleng (D = 5.26 ± 0.01 cm, m = ± 0.05 gr). No. Waktu (jam) Suhu Air Suhu Lingkungan Tabel 4.4 menunjukkan hubungan suhu air dan suhu lingkungan terhadap waktu. Nilai-nilai dalam tabel ini dibuat menjadi tabel hubungan beda suhu terhadap waktu tabel 4.5 sebagai berikut:

45 28 Tabel 4.5. Hubungan beda suhu ΔT terhadap waktu t untuk bejana berbahan kaleng (D = 5.26 ± 0.01 cm, m = ± 0.05 gr). No. Waktu (jam) Beda suhu Tabel 4.5 menunjukkan hubungan beda suhu terhadap waktu. Data lengkap untuk tabel 4.4 dan tabel 4.5 dapat dilihat lampiran I. Nilai-nilai dalam tabel ini disajikan dalam bentuk grafik hubungan beda suhu terhadap waktu dan difit menggunakan persamaan (2.12) yang ditunjukkan gambar 4.3.

46 29 Gambar 4.3. Grafik hubungan beda suhu terhadap waktu difit dengan menggunakan persamaan (2.12) untuk bejana berbahan kaleng dengan diameter 5.26 ± 0.01 cm, dan massa ± 0.05 gr. Hasil fitting data (hitam), dan titik-titik data (merah). Gambar 4.3 merupakan grafik hubungan beda suhu terhadap waktu yang difit menggunakan persamaan (2.12). Nilai RMSE berdasarkan fitting data sebesar 1.11⁰C. Data tabel 4.5 digunakan pula untuk menganalisa proses pendinginan dengan memfit menggunakan persamaan (2.15). Hasil fitting data ditampilkan gambar 4.4 berikut:

47 30 Gambar 4.4. Grafik hubungan beda suhu terhadap waktu difit dengan menggunakan persamaan (2.15) untuk bejana berbahan kaleng dengan diameter 5.26 ± 0.01 cm, dan massa ± 0.05 gr. Hasil fitting data (hitam), dan titik-titik data (merah). Gambar 4.4 menunjukkan grafik hubungan beda suhu terhadap waktu yang difit menggunakan persamaan (2.15). Hasil fitting data ditunjukkan dengan garis berwarna hitam. Dari hasil fitting data gambar 4.4 menampilkan bahwa persamaan (2.15) fit dengan titik-titik data yang bewarna merah dengan nilai RMSE sebesar 0.04⁰C. 3. Proses Pendinginan Bejana Berbahan Plastik Dengan cara yang sama, proses pendinginan dilakukan bejana berbahan plastik. Suhu air dan suhu lingkungan bejana berbahan plastik ditampilkan pada tabel 4.6 sebagai berikut:

48 31 Tabel 4.6. Hubungan suhu air dan suhu lingkungan terhadap waktu untuk bejana berbahan plastik (D = 5.47 ± 0.01 cm, m = ± 0.02 gr). No. Waktu (jam) Suhu Air Suhu Lingkungan Tabel 4.6 menunjukkan hubungan suhu air dan suhu lingkungan terhadap waktu. Nilai-nilai dalam tabel 4.6 dihitung menjadi nilai beda suhu terhadap waktu seperti tabel 4.7.

49 32 Tabel 4.7. Hubungan beda suhu ΔT terhadap waktu t untuk bejana berbahan plastik (D = 5.47 ± 0.01 cm, m = ± 0.02 gr). No. Waktu (jam) Beda suhu Tabel 4.7 menunjukkan hubungan beda suhu terhadap waktu bejana berbahan plastik. Tidak semua data tabel 4.6 dan tabel 4.7 ditampilkan, data lengkap dapat dilihat lampiran I. Nilai-nilai tabel 4.7 disajikan dalam bentuk grafik hubungan beda suhu terhadap waktu dan difit menggunakan persamaan (2.12) yang ditampilkan gambar 4.5.

50 33 Gambar 4.5. Grafik hubungan beda suhu terhadap waktu difit dengan menggunakan persamaan (2.12) untuk bejana berbahan plastik dengan diameter 5.47 ± 0.01 cm, dan massa ± 0.02 gr. Hasil fitting data (hitam), dan titik-titik data (merah). Gambar 4.5 merupakan grafik hubungan beda suhu terhadap waktu yang difit dengan menggunakan persamaan (2.12). Hasil fitting data ditunjukkan dengan garis berwarna hitam dan diperoleh nilai RMSE sebesar 1.45⁰ C. Data tabel 4.7 dianalisa kembali dengan memfit menggunakan persamaan (2.15). Hasil analisa ditampilkan gambar 4.6.

51 34 Gambar 4.6. Grafik hubungan beda suhu terhadap waktu difit dengan menggunakan persamaan (2.15) untuk bejana berbahan plastik dengan diameter 5.47 ± 0.01 cm, dan massa ± 0.02 gr. Hasil fitting data (hitam), dan titik-titik data (merah). Dari gambar 4.6 menampilkan grafik hubungan beda suhu terhadap waktu yang difit menggunakan persamaan (2.15). Hasil fitting data ditampilkan dengan garis berwarna hitam, sedangkan titik-titik data ditampilkan dengan garis bewarna merah. Nilai RMSE berdasarkan fitting data sebesar 0.04⁰C. 4. Pengaruh Bahan Bejana Terhadap Proses Pendinginan Pengaruh bahan bejana terhadap proses pendinginan dapat diketahui dengan cara membuat satu grafik beda suhu ΔT terhadap waktu t untuk bejana berbahan kaca, kaleng, dan plastik. Grafik beda suhu ΔT terhadap waktu t untuk ketiga bejana ditampilkan gambar 4.7.

52 35 Gambar 4.7. Grafik beda suhu ΔT terhadap waktu t untuk bejana berbahan plastik (biru), kaca (hijau), dan kaleng (merah) Gambar 4.7 menunjukkan grafik hubungan beda suhu ΔT terhadap waktu t untuk ketiga bejana. Sumbu ΔT gambar 4.7 telah diatur menjadi log axis menggunakan software LoggerPro. Pengaturan log axis dilakukan untuk menampilkan data dalam bentuk linear. Sehingga pengaruh bahan terhadap proses pendinginan dapat dilihat. D. Pembahasan Suatu benda yang bersuhu tinggi bila diletakkan di lingkungan yang bersuhu rendah maka lama kelamaan suhu benda tersebut menjadi rendah bahkan akan menjadi sama dengan suhu lingkungan sekitarnya. Hal itu terjadi karena adanya proses pendingingan. Proses pendinginan suatu benda terjadi

53 36 karena adanya perpindahan panas. Terdapat tiga macam perpindahan panas yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Proses pendinginan yang melibatkan ketiga perpindahan panas (konduksi, konveksi, dan radiasi) mengikuti hukum pendinginan Newton, seperti persamaan (2.12). Hukum ini menjelaskan bahwa laju pendinginan suatu benda sebanding dengan beda suhu. Dalam banyak keadaan, ketiga perpindahan panas terjadi secara serentak, meskipun salah satu lebih efektif dibandingkan yang lainnya (Tipler, 1991). Apabila dilihat dari persamaan hukum pendinginan Newton, suhu suatu benda akan mengalami penurunan secara eksponensial. Hukum ini berlaku untuk beda suhu ΔT < 50⁰C. Perpindahan panas secara radiasi selama proses pendinginan sangatlah kecil untuk beda suhu ΔT < 50⁰C. Sehingga, perpindahan panas secara radiasi menggunakan pendekatan. Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk menganalisa proses pendinginan dengan beda suhu ΔT > 50⁰C dan perpindahan panas secara radiasi tidak menggunakan pendekatan [Vollmer, 2009]. Penelitian ini dilakukan pengukuran suhu air dan suhu lingkungan sekitarnya secara bersamaan selama proses pendinginan. Penelitian ini juga meneliti pengaruh bahan terhadap proses pendinginan. Salah satu tujuan penelitian ini adalah proses pendinginan dengan perpindahan panas secara radiasi yang tidak menggunakan pendekatan. Hal itu dilakukan dengan cara mensetting metode penelitian seperti gambar 3.1.

54 37 Sebelum melakukan pengukuran, dilakukan eksperimen pendahuluan terlebih dahulu. Alat-alat yang digunakan penelitian diatur posisinya. Bejana yang diukur selama proses pendinginan diatur agar posisinya tepat di tengah toples plastik. Bagian bawah toples plastik diletakkan di atas balok kayu. Balok kayu diposisikan di tengah box sterofoam agar proses pendinginan air di dalam bejana terjadi secara radiasi, merata semua sisi bejana, serta meminimalisir faktor pengganggu dari luar yang dapat mempengaruhi proses pendinginan. Setelah posisi alat diatur, penelitian proses pendinginan dapat dilakukan. Proses pendinginan dilakukan dengan cara air dipanaskan hingga mencapai suhu ± 95⁰C. Pada penelitian ini, air yang digunakan sebanyak 100 ml. Bejana yang berisi air diletakkan di atas toples plastik seperti gambar 3.1. Suhu air dalam bejana dan suhu lingkungan sekitarnya akan dimonitor menggunakan sensor suhu. Nilai suhu air dalam bejana dan suhu lingkungan sekitarnya dicatat secara kontinyu menggunakan software LoggerPro setiap 30 detik selama lima jam. Pengambilan data dilakukan bejana berbahan kaca, kaleng, dan plastik. Setelah pengaturan alat dapat menghasilkan data yang baik, kemudian data tersebut dianalisa menggunakan persamaan hukum pendinginan Newton seperti persamaan (2.12). Data yang dicatat komputer adalah berupa tabel hubungan suhu air dan suhu lingkungan sekitarnya terhadap waktu. Tabel ini diolah kembali menjadi tabel hubungan beda suhu terhadap waktu. Kemudian, tabel hasil analisa tersebut ditampilkan dalam bentuk grafik hubungan beda suhu terhadap waktu.

55 38 Grafik hubungan beda suhu terhadap waktu difit menggunakan persamaan (2.12). Hasil fitting data ditampilkan dengan garis bewarna hitam, sedangkan titik-titik datanya berwarna merah. bejana dan data yang sama, dilakukan fitting data menggunakan persamaan proses pendinginan dengan tidak adanya pendekatan perpindahan panas secara radiasi seperti persamaan (2.15). Fitting data dilakukan pula dengan cara yang sama bejana berbahan kaca, kaleng, dan plastik. Hasil fitting data dengan menggunakan dua persamaan menunjukkan bahwa persamaan (2.12) menghasilkan fitting data yang kurang baik. Hal tesebut dapat dilihat dari banyaknya titik-titik data yang tidak fit dengan garis hasil fitting data. Sedangkan, hasil fitting data menggunakan persamaan (2.15) menghasilkan fitting data yang baik, dilihat dari garis hasil fitting data yang banyak melewati titik-titik data. Selain melihat garis hasil fitting data terhadap titik-titik data, fitting data yang baik dapat pula dilihat dari nilai RMSE yang diperoleh ketika memfit. Nilai RMSE yang kecil menunjukkan bahwa ralat grafik fitting data itu kecil, sehingga dapat disimpulkan bahwa data yang diperoleh sudah baik. Fitting data menggunakan persamaan (2.15) didapatkan nilai RMSE yang kecil dibandingkan dengan menggunakan persamaan (2.12) seperti yang ditampilkan tabel 4.8.

56 39 Tabel 4.8. Nilai RMSE Bejana Berbahan Kaca, Kaleng, dan Plastik No. Persamaan RMSE Kaca Kaleng Plastik 1. (2.12) (2.15) Berdasarkan hasil fitting menggunakan dua persamaan dan dilihat nilai RMSE tabel 4.8, maka persamaan (2.15) baik digunakan untuk beda suhu yang tinggi yakni ΔT > 50⁰C. Hal tersebut dikarenakan perpindahan panas secara radiasi untuk beda suhu tersebut tidak menggunakan pendekatan. Sedangkan persamaan (2.12) baik digunakan untuk beda suhu ΔT < 50⁰C, dengan perpindahan panas secara radiasi menggunakan pendekatan. Karena perpindahan panas secara radiasi untuk beda suhu tersebut sangat kecil (Santosa, 2014; Vernier, 2015). Untuk mengetahui pengaruh bahan bejana terhadap proses pendinginan secara radiasi, data diolah dengan cara membuat satu grafik beda suhu ΔT terhadap waktu t untuk ketiga bejana. Sumbu ΔT grafik diatur menjadi log axis pada software LoggerPro. Pengaturan log axis pada software LoggerPro bermaksud agar tampilan data dalam bentuk linear. Sehingga pengaruh bahan terhadap proses pendinginan dapat terlihat dengan jelas seperti gambar 4.7. Pengaruh bahan terhadap proses pendinginan dapat dilihat dengan meninjau titik tertentu dengan beda suhu yang sama seperti gambar 4.8.

57 40 P Q R tp tq tr Gambar 4.8. Grafik beda suhu ΔT terhadap waktu t untuk melihat pengaruh bahan bejana terhadap proses pendinginan. Bejana berbahan plastik (biru), kaca (hijau) dan kaleng (merah) Gambar 4.8 menampilkan pengaruh bahan terhadap proses pendinginan dengan melihat waktu yang diperlukan untuk penurunan suhu tertentu. Penurunan suhu yang dilihat dari suhu 71⁰C sampai 10⁰C di titik P, Q, dan R. Pada titik P, tp merupakan waktu yang diperlukan untuk melakukan penurunan suhu bejana berbahan kaleng sebesar 1.84 jam. Sedangkan tq adalah waktu yang diperlukan untuk melakukan penurunan suhu bejana berbahan kaca sebesar 2.01 jam. Adapun tr merupakan waktu yang diperlukan untuk melakukan penurunan suhu bejana berbahan plastik sebesar 2.05 jam. Berdasarkan pemaparan di atas, maka tabel 4.9 ditampilkan waktu penurunan suhu terhadap bejana berbahan kaca, kaleng, dan plastik dari suhu 71⁰C sampai 10⁰C sebagai berikut:

58 41 Tabel 4.9. Waktu Penurunan Suhu dari Suhu 71⁰C sampai 10⁰C terhadap Bejana Berbahan Kaca, Kaleng, dan Plastik No. Bahan Bejana Waktu (Jam) 1. Kaca Kaleng Plastik 2.05 Berdasarkan tabel 4.9 dapat dilihat bahwa bahan bejana mempengaruhi cepat atau lambatnya proses pendinginan. Oleh sebab itu, pengaruh bahan bejana terhadap proses pendinginan secara berurutan dari cepat ke lambat yaitu kaleng, kaca, dan plastik. Berdasarkan persamaan (2.3) dapat dilihat pula pengaruh bahan bejana terhadap proses pendinginan dengan melihat nilai konduktivitas k. Hal tersebut dikarenakan selama proses pendinginan, air kontak secara langsung dengan bejana. Setiap bejana memiliki nilai konduktivitas yang berbeda-beda. Bejana berbahan kaca memiliki nilai konduktivitas yang kecil sehingga proses pendinginan yang terjadi lambat. Adapun bejana berbahan kaleng memiliki nilai konduktivitas yang besar yang menyebabkan proses pendinginan yang terjadi lebih cepat. Bejana berbahan plasik memiliki nilai konduktivitas yang sangat kecil sehingga proses pendinginan yang terjadi lebih lambat dibandingkan dengan bejana berbahan kaca maupun kaleng. Pengambilan data proses pendinginan dengan menggunakan software LoggerPro sangat mudah dilakukan. Software LoggerPro dapat memonitor serta mencatat data lebih teliti. Sehingga pengambilan data menggunakan software LoggerPro tidak membutuhkan perhatian yang lebih untuk melakukan pembacaan suhu karena software LoggerPro secara otomatis akan mencatat data

59 42 pada selang waktu yang telah disetting. Selain digunakan untuk pengambilan data, software ini juga digunakan untuk menganalisa dengan cara fitting data sesuai dengan persamaan. Software LoggerPro dapat pula digunakan untuk menampilkan grafik sesuai kebutuhan. Ketika pengambilan data terjadi hal yang tidak diinginkan seperti mati listrik, maka data yang sudah diperoleh software LoggerPro tidak akan hilang. Data yang tidak hilang dikarenakan data telah disimpan terlebih dahulu, dan untuk pengambilan data dilanjutkan kembali dengan memilih append to the latest setelah mengklik collect. Append to the latest berfungsi untuk melanjutkan pengambilan data tanpa menghapus data yang sudah disimpan sebelumnya. Berdasarkan pemaparan diatas, software Logger dapat digunakan oleh siswa menengah atas untuk setiap praktikum yang memungkinkan menggunakan software ini. Penggunaan software ini dapat pula digunakan mahasiswa untuk setiap praktikum perkuliahan maupun penelitian-penelitian, baik untuk pengambilan data, menganalisa maupun menampilkan grafik yang sesuai kebutuhan.

60 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan Pada penelitian ini telah dilakukan analisa proses pendinginan untuk beberapa bahan bejana, serta pengaruh bahan bejana terhadap proses pendinginan. Pengamatan dilakukan dengan bantuan sensor suhu dan software LoggerPro. Dari keseluruhan penelitian diperoleh hasil sebagai berikut: 1. Persamaan proses pendinginan dengan tidak adanya pendekatan perpindahan panas secara radiasi seperti persamaan (2.15) baik digunakan pada beda suhu yang tinggi yaitu ΔT > 50⁰C. 2. Bahan bejana berpengaruh terhadap proses pendinginan. Pengaruh bahan bejana terhadap proses pendinginan secara berurutan dari cepat ke lambat yaitu kaleng, kaca, plastik. B. Saran Berdasarkan penelitian ini, penulis menyarankan kepada pembaca yang ingin melakukan penelitian selanjutnya untuk: 1. Ekperimen proses pendinginan dengan bantuan komputer dapat digunakan pada praktikum termofisika pada tingkat sekolah menengah atas atau universitas. 43