MODUL PRAKTIKUM Mata Kuliah Perpindahan Kalor Konduksi dan Radiasi. Disusun oleh : Tito Hadji Agung S., ST, MT Teddy Nurcahyadi, S.T., M.Eng.

Transkripsi

1 MODUL PRAKIKUM Mata Kuliah Perpindahan Kalor Konduksi dan Radiasi Disusun oleh : ito Hadji Agung S., S, M eddy Nurcahyadi, S.., M.Eng. Program Studi S-1 eknik Mesin Fakultas eknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta 2016

2 DAFAR ISI Aturan Pelaksanaan Praktikum Perpindahan Kalor Konduksi dan Radiasi.. 3 MODUL 1 KONDUKSI LINEAR A. SUB-MODUL A (Konduksi Linear unak) B. SUB-MODUL B (Persamaan Fourier untuk Konduksi Linear) C. SUB-MODUL C (Koefisien Perpindahan Kalor Keseluruhan) D. SUB-MODUL D (Konduktivitas ermal) E. SUB-MODUL E (Perbandingan erbalik antara Gradien Suhu terhadap Luas Penampang) F. SUB-MODUL F (Pengaruh ahanan Kontak terhadap Konduksi Kalor) G. SUB-MODUL G (Konduktivitas ermal & Aplikasi untuk Isolator) MODUL 2 PENGUKURAN KONDUKIVIAS HERMAL FLUIDA. 29 LAMPIRAN 37 1

3 AURAN PELAKSANAAN PRAKIKUM MAA KULIAH PERPINDAHAN KALOR KONDUKSI DAN RADIASI A. Komponen Penilaian Bobot nilai praktikum ini adalah 30% dari total nilai Mata Kuliah Perpindahan Kalor Konduksi dan Radiasi. Komponen nilai praktikum adalah sebagai berikut : Nilai kedisiplinan dan keaktifan selama mengikuti praktikum (35%) Nilai Responsi (40%) Nilai Laporan (25%) Mahasiswa / praktikan yang tidak mengikuti praktikum secara otomatis tidak akan mendapatkan nilai responsi dan nilai laporan. Jika praktikan tidak dapat mengikuti praktikum sesuai jadwal yang telah ditetapkan maka akan diberikan kesempatan selama 1 x 24 jam setelah jadwal yang ditetapkan bagi dirinya tersebut untuk mema penjadwalan ulang dengan Ko-As yang telah ditugaskan. B. Aturan Ketika Mengikuti Praktikum Aturan yang berlaku bagi praktikan ketika mengikuti praktikum adalah sebagai berikut: Praktikan wajib mengenakan jas lab selama berlangsungnya praktikum Datang tepat waktu, disarankan 10 menit sebelum jadwal pelaksanaan praktikum Ketika datang langsung mema presensi kepada ko-ass dengan menunjukkan KM Keterlambatan hadir sesuai jadwal digunakan untuk mengurangi nilai kedisiplinan dan keaktifan Menaati aturan-aturan yang berlaku di Laboratorium Program Studi S-1 eknik Mesin UMY C. Mekanisme Responsi Responsi praktikum dilaksanakan dengan mekanisme sebagai berikut: Presentasi laporan praktikum dengan powerpo Alokasi waktu presentasi 20 menit, terjadwal, dan harus on-time (telat datang diganti kelompok selanjutnya) Materi ujian : penguasaan metode eksperimen, penguasaan teori, analisa data 2

4 D. Aturan Pembuatan Laporan Praktikum Laporan praktikum disusun dengan aturan-aturan sebagai berikut: Satu kelompok menyerahkan 1 laporan Kertas yang digunakan ukuran A4 Cover warna biru muda Ditulis tangan dengan ta biru Gambar, tabel, dan grafik boleh dipr Bagian dasar teori dan metode eksperimen boleh dipr / fotokopi Dikumpulkan ketika responsi E. Sistematika Laporan Praktikum Sistematika Laporan Praktikum ini ditetapkan sebagai berikut: Modul 1 : dasar teori, metode eksperimen, hasil eksperimen, analisa data, pembahasan Modul 2 : dasar teori, metode eksperimen, hasil eksperimen, analisa data, pembahasan 3

5 MODUL 1 KONDUKSI LINEAR Modul 1 dilayani oleh sebuah Basic Service Unit (BSU, lihat Gambar 1). BSU merupakan unit akuisisi data yang dilengkapi dengan software, sehingga pengoperasian ketiga modul selain dengan cara Manual (operasi & pembacaan data-data di panel BSU) juga dapat secara Remote (operasi & pembacaan data-data di layar komputer). Gambar 1. Panel Basic Service Unit (BSU) Heat ransfer Equipment Keterangan: A. ombol Power On / Off B. ombol operasi secara Manual atau Remote C. ombol pengaturan Voltase heater (secara operasi Manual ) D. Display pembacaan nilai parameter (Voltase, Arus, dsb) yang terkait dengan pengaturan tombol E (untuk operasi secara Manual ) E. ombol pengatur pembacaan nilai parameter (Voltase & Arus heater, dsb untuk operasi Manual )) F. Interface I/O Port untuk operasi & pembacaan data secara Remote 4

6 G. ombol Selector Switch untuk pembacaan suhu tiap-tiap titik termokopel (untuk operasi Manual ) H. Interface untuk koneksi dengan Chart Recorder (tidak digunakan) I. Port untuk pengukuran suhu-suhu termokopel (tidak digunakan) J. Display untuk melihat data suhu pengukuran termokopel yang terkait dengan selector switch (G) untuk operasi secara Manual K. Port untuk pengukuran suhu-suhu termokopel (digunakan) L. Port untuk pengukuran laju aliran air pendingin (tidak digunakan, karena unit tidak dilengkapi dengan sensor alat ukur debit air pendingin) M, N, O, P port instumentasi yang berkaitan dengan tombol E (tidak digunakan) A. SUB-MODUL A (Konduksi Linear unak) A.1 ujuan Penelitian ujuan dari penelitian Sub-Modul A ini adalah : 1. Untuk menentukan distribusi suhu pada kasus perpindahan panas konduksi tunak yang melalui pelat / dinding datar dengan material yang sama / seragam (uniform). 2. Untuk mendemostrasikan pengaruh perubahan aliran kalor. A.2 Skema Peralatan Uji Gambar 2. Skema Umum Alat Uji Modul Konduksi Linear 5

7 Keterangan: Spesimen pada modul konduksi linear terdiri dari 3 bagian, yaitu : bagian panas (heating section), bagian tengah (ermediate section) yang dapat diganti-ganti, dan bagian dingin (cooling section). Bagian panas, spesimen kuningan (brass) dipanaskan dengan pemanas listrik (electic heater). Bagian dingin, spesimen kuningan (brass) didinginkan dengan air pendingin. erlihat kawat termokopel dipasang pada ketiga bagian untuk mengukur suhunya. Gambar 3. Susunan Pengujian Modul 1A (Modul Konduksi Linear) A.3 Dasar eori Pada skema peralatan uji (gambar 3) terlihat bahwa ada bagian panas (heating section) dan bagian yang dingin (cooling section). Kedua bagian diklem dengan erat & kedua permukaan yang bersinggungan diberi thermal paste supaya kontak permukaan baik (tidak ada rongga udara yang dapat menyebabkan tahanan termal kontak / contact resistance). Kedua bagian dapat dipandang sebagai sebuah dinding dengan luas penampang kontak dan material (kuningan / brass) yang seragam dan kontinyu. Sesuai dengan hukum Fourier tentang konduksi panas, jika sebuah dinding datar dengan ketebalan (x) dan luas permukaan perpindahan kalor (A) terdapat beda suhu (), maka laju perpindahan kalor (Q) secara konduksi berlaku: Q ~ A. x Q berbanding lurus terhadap A dan Δ, namun berbanding terbalik terhadap Δx. C = suatu konstan dan A = nilainya konstan 6

8 Q C. x Obyek dari pengujian modul 1A ini untuk menunjukkan bahwa untuk sebuah dinding datar sederhana (dengan material dan luas permukaan perpindahan kalor konstan) berlaku : Q ~ x Gambar 4. Distribusi Suhu & Aliran Kalor pada Suatu Bidang Datar A.4 Prosedur Pengujian Prosedur pengujian sebagai berikut : 1. Susun alat uji seperti skema pengujian (gambar 3). Oleskan thermal paste ke permukaan-permukaan spesimen secara merata, kemudian klem kedua bagian tersebut. 2. Pasang termokopel dari Modul Konduksi Linear ke Basic Service Unit (BSU). 3. Pasang kabel heater ke bagian belakang BSU. 4. Alirkan air pendingin ke modul alat konduksi linear. 5. Nyalakan BSU & komputer. 6. Jalankan program Heat ransfer Armfield & pilih Modul Konduksi Linear, Exercise A. 7. Set posisi tombol di BSU ke REMOE untuk pengaturan / penggujian melalui program komputer. 8. Siapkan stopwatch untuk menentukan waktu. 9. Set voltase heater ke posisi 9 V dengan mengatur-atur heater control. 10. Catat / rekam data-data pengujian yang meliputi : voltase & arus heater, serta suhu-suhu termokopel dengan menekan icon GO pada program. 7

9 11. Data disimpan (di-save) untuk menit ke 0, 1, 2, 3, dan 5. Data pada menit ke - 0 di-save saat voltase heater sudah menunjukkan setting voltase heater seperti yang diinginkan (9 Volt). 11. Ulangi lagi pengambilan data dengan voltase heater : 12V, 17V, dan 21V. Keterangan: - Pengukuran pada menit ke 0, 1, 2, 3, 4, dan 5 untuk mengetahui kondisi transien (sejarah waktu / time history) - Untuk analisis data, dilakukan pada menit ke 5 (karena keterbatasan waktu, diasumsikan bahwa kondisi tunak sudah tercapai pada menit ke 5) A.5 Pengamatan Data abel 1A. Data-data yang diambil pada pengujian sub-modul 1A ini dapat dilihat pada lampiran A.6 Perhitungan & Analisis Berdasarkan data pengamatan, hitung parameter sebagai berikut: a. Aliran kalor ke heater Q V. I b. Beda suhu bagian panas () - c. Beda suhu bagian dingin (cold) cold (masukkan perhitungan ke abel Perhitungan pada lampiran abel 1A). d. Plot grafik suhu terhadap lokasi (jarak) masing-masing termokopel untuk tiap aliran kalor ke heater (Q) (Grafik Distribusi Suhu Grafik - x) e. Hitung gradien tiap garis (/x) dan tunjukkan bahwa (C). Q gradien adalah konstan Keterangan: Distribusi suhu akan terlihat seperti gambar 5. 8

10 Gambar 5. Kurva Distribusi Suhu pada Material Homogen (Modul 1A) A.7 Problem Jawab pertanyaan berikut ini: 1. Berapa nilai konstanta C untuk material pada bagian yang panas dan pada bagian yang dingin? 2. Apa artinya jika nilai C kedua bagian (heating section & cooling section) sama atau tidak sama? 3. Berdasarkan nilai C di atas, material bagian mana yang konduktivitas termalnya lebih tinggi? Mengapa? B. SUB-MODUL B (Persamaan Fourier untuk Konduksi Linear) B.1 ujuan Penelitian ujuan dari penelitian Sub-Modul A ini adalah : 1. Untuk memahami penggunaan hukum Fourier dalam menentukan laju perpindahan kalor melalui material padat untuk aliran kalor tunak 1 dimensi. 9

11 B.2 Skema Peralatan Uji Gambar 6. Susunan Pengujian Konduksi Linear pada Material Homogen (Modul 1B) B.3 Dasar eori Pada skema peralatan uji terlihat bahwa ada bagian panas (heating section), bagian tengah (ermediate), dan bagian yang dingin (cooling section). Ketiga bagian diklem dengan erat sehingga kedua pasang permukaan (yang diberi thermal paste) berada dalam kondisi kontak yang baik. Ketiga bagian dapat dipandang sebagai sebuah dinding homogen dengan luas penampang kontak dan material (kuningan / brass) yang seragam dan kontinyu. Sesuai dengan hukum Fourier tentang konduksi panas, jika sebuah dinding datar dengan ketebalan (x) dan luas permukaan perpindahan kalor (A) terdapat beda suhu (), maka laju perpindahan kalor (Q) secara konduksi berlaku: Q ~ A. dengan : x x b - xa x Jika material dinding adalah homogen dan mempunyai konduktivitas termal (k) yang sama, maka: Q - k. A. x (anda minus / - disebabkan karena aliran kalor dalam arah penurunan suhu. Kalor mengalir dari bagian bersuhu tinggi ke bagian bersuhu rendah.) 10

12 Gambar 7. Simbol Parameter & Aliran Kalor pada Bidang Datar B.4 Prosedur Pengujian Prosedur pengujian sebagai berikut : 1. Prosedur pengujian analog seperti pada Sub-Modul A di atas, hanya di bagian tengah disisipkan spesimen tambahan berupa Brass (kuningan, berdiameter besar). 2. Set voltase heater ke posisi 9V, 12V, dan 17V dengan mengatur-atur heater control. B.5 Pengamatan Data Data-data yang diambil pada pengujian sub-modul 1A ini dapat dilihat pada lampiran abel 1B. B.6 Perhitungan & Analisis Berdasarkan data pengamatan, hitung parameter sebagai berikut: a. Aliran kalor ke heater Q V. I b. Luas penampang perpindahan kalor. D A 4 c. Beda suhu bagian panas () d. Konduktivitas termal material bagian panas () k x 13. Q. A 11

13 e. Beda suhu bagian tengah (ermediate) 4-5 f. Konduktivitas termal material bagian tengah (ermediate) k x 45. Q. A g. Beda suhu bagian dingin (cold) cold 6-8 h. Konduktivitas termal material bagian dingin (cold) k cold x 68 cold. Q. A cold (masukkan semua perhitungan ke abel Perhitungan pada lampiran abel 1B). i. Plot grafik suhu terhadap lokasi (jarak) masing-masing termokopel untuk tiap aliran kalor ke heater (Q) (Grafik Distribusi Suhu Grafik - x) Gambar 8. Distribusi Suhu Pada Material yang Homogen B.7 Problem 1. Bagaimana perbandingkan nilai konduktivitas termal (k) kuningan (brass) yang ada di ketiga bagian untuk suatu aliran kalor (Q) yang sama? 2. Bagaimana perbandingkan nilai konduktivitas termal (k) kuningan (brass) yang ada di ketiga bagian untuk suatu aliran kalor (Q) yang bervariasi? 3. Berapa nilai konduktivitas termal (k) pada ketiga bagian (ambil pada menit ke-5 saja, asumsi pada kondisi yang sudah tunak)? 12

14 4. Material ketiga bagian adalah sama yaitu kuningan (brass) sehingga mestinya nilai k akan sama. Apa yang menyebabkan nilai k ketiga bagian tidak sama? 5. Nilai k material kuningan secara umum nilainya 121 W/m. o C. Bagaimana nilai k kuningan terhadap nilai k referensi ini? C. SUB-MODUL C (Koefisien Perpindahan Kalor Keseluruhan) C.1 ujuan Penelitian ujuan dari penelitian Sub-Modul A ini adalah : 1. Untuk menentukan distribusi suhu pada kasus perpindahan panas konduksi tunak yang melalui pelat / dinding datar dengan material yang berbeda (komposit). 2. Untuk menentukan koefisien perpindahan kalor keseluruhan (U) dinding komposit. C.2 Skema Peralatan Uji Gambar 9. Susunan Pengujian Konduksi Linear dengan Material Kurang Konduktif (Baja ahan Karat, Modul 1C) C.3 Dasar eori Pada skema peralatan uji terlihat bahwa ada bagian panas (heating section), bagian tengah (ermediate), dan bagian yang dingin (cooling section). Material di bagian 13

15 tengah (stainless steel) berbeda dengan material bagian panas dan dingin (brass). Ketiga bagian diklem dengan erat sehingga kedua pasang permukaan (yang diberi thermal paste) berada dalam kondisi kontak yang baik sehingga membentuk susunan dinding komposit. Aliran kalor (Q) pada kondisi tunak yang melewati ketiga bagian adalah sama, sehingga hukum Fourier dapat diterapkan pada ketiga bagian sebagai berikut: Q A k. x k. x k cold x. Beda suhu antara bagian ujung (antara termokopel 1 dan 8) dapat ditulis sbb: Q x x x cold 1 8 cold. A k k k cold - atau: dengan: Q A 1 U U. x k Keterangan: 1-8 x k x k cold cold R cold cold U adalah koefisien perpindahan kalor keseluruhan dan 1/U adalah tahanan termal gabungan (R). Gambar 10. Simbol Parameter & Distribusi Suhu pada Material Kurang Konduktif (Baja ahan Karat) C.4 Prosedur Pengujian Prosedur pengujian sebagai berikut : 14

16 1. Prosedur pengujian analog seperti pada Sub-Modul A & B di atas, hanya di bagian tengah disisipkan spesimen tambahan berupa Stainless Steel (Baja ahan Karat). 2. Set voltase heater ke posisi 9V, 12V, dan 17V dengan mengatur-atur heater control. C.5 Pengamatan Data Data-data yang diambil pada pengujian sub-modul 1A ini dapat dilihat pada lampiran abel 1C. C.6 Perhitungan & Analisis Berdasarkan data pengamatan, hitung parameter sebagai berikut: a. Aliran kalor ke heater Q V. I b. Luas penampang perpindahan kalor. D A 4 2 c. Beda suhu bagian panas hingga bagian dingin d. ahanan termal dinding komposit (ke-3 spesimen) R 1 U x k x k x k cold cold Untuk material kuningan (brass) gunakan nilai k hasil pengujian yang didapatkan pada modul sebelumnya. Untuk material stainless steel gunakan nilai k = 25 W/m. o C. e. Hitung nilai U = 1/R f. Koefisien perpindahan kalor keseluruhan hasil eksperimen (Uexp) U exp Q A (masukkan semua perhitungan ke abel Perhitungan pada lampiran abel 1C). g. Plot grafik distribusi suhu (grafik x) sepanjang dinding komposit. 15

17 Gambar 11. Distribusi Suhu pada Material Kurang Konduktif (Baja ahan Karat) C.7 Problem 1. Bandingkan nilai U antara cara perhitungan nomor d dan e di atas. Mengapa nilai U dapat berbeda? 2. Mengapa pada grafik distribusi suhu, pada material stainless steel lebih curam daripada gradien suhu pada material brass pada bagian panas & dingin? Apa artinya? 3. Bagaimana pengaruh variasi fluks kalor (dengan variasi daya heater) terhadap gradien suhu? D. SUB-MODUL D (Konduktivitas ermal) D.1 ujuan Penelitian ujuan dari penelitian Sub-Modul A ini adalah : 1. Untuk menentukan konduktivitas termal (k) material konduktor. 16

18 D.2 Skema Peralatan Uji Gambar 12. Susunan Pengujian Konduksi Linear pada Material Konduktif (Aluminium, Modul 1D) D.3 Dasar eori Laju perpindahan kalor pada material di bagian tengah dapat ditulis sbb: Q k. A. x Dengan: - x panjang Aluminium k A face cold face face. 3 6 Q. x - face 2 coldface cold face 17

19 Gambar 13. Simbol Parameter & Distribusi Suhu pada Material Konduktif (Aluminium) D.4 Prosedur Pengujian Prosedur pengujian sebagai berikut : 1. Prosedur pengujian analog seperti pada Sub-Modul A, B & C di atas, hanya di bagian tengah disisipkan spesimen tambahan berupa Aluminium. 2. Set voltase heater ke posisi 9V, 12V, dan 17V dengan mengatur-atur heater control. D.5 Pengamatan Data Data-data yang diambil pada pengujian sub-modul 1A ini dapat dilihat pada lampiran abel 1D. D.6 Perhitungan & Analisis Berdasarkan data pengamatan, hitung parameter sebagai berikut: a. Aliran kalor ke heater Q V. I b. Luas penampang perpindahan kalor. D A 4 c. Suhu permukaan sisi panas ( face) face d. Suhu permukaan sisi dingin (cold face) cold face

20 e. Beda suhu antara 2 permukaan (sisi panas & sisi dingin, ) face - coldface f. Konduktivitas termal material Aluminium k A. Q. x face - cold face (masukkan perhitungan ke abel Perhitungan pada lampiran abel 1D). g. Plot grafik distribusi suhu (grafik x) sepanjang dinding komposit. Gambar 14. Distribusi Suhu pada Material Konduktif (Aluminium) D.7 Problem 1. Mengapa gradien suhu pada material aluminium cenderung lebih landai daripada untuk material brass pada bagian panas & dingin? Apa artinya? 2. Bagaimana pengaruh fluks kalor terhadap gradien suhu? 3. Berapa nilai konduktivitas termal k untuk material aluminium? 4. Dari ke-4 modul pengujian yang sudah dilakukan, material mana yang konduktivitas termalnya paling besar & paling kecil? E. SUB-MODUL E (Perbandingan erbalik antara Gradien Suhu terhadap Luas Penampang) E.1 ujuan Penelitian ujuan dari penelitian Sub-Modul A ini adalah : 19

21 1. Untuk mendemonstrasikan bahwa gradien suhu (/x) berbanding terbalik dengan luas penampang perpindahan kalor (A). E.2 Skema Peralatan Uji Gambar 15. Susunan Pengujian Pengaruh Variasi Luas Permukaan Perpindahan Kalor (Modul 1E) E.3 Dasar eori Laju perpindahan kalor konduksi linear dapat dituliskan sbb: Q k. A. atau x Q. x k. A Sehingga: cold Q. x k k. A Q. x k. A cold Q. x. A cold cold 20

22 Gambar 16. Simbol Parameter & Distribusi Suhu pada Pengujian Variasi Luas Permukaan Perpindahan Kalor E.4 Prosedur Pengujian Prosedur pengujian sebagai berikut : 1. Prosedur pengujian seperti pada Sub-Modul A, B,C & D di atas, hanya di bagian tengah disisipkan spesimen tambahan berupa Brass (Kuningan, berdiameter kecil. 2. Set voltase heater ke posisi 9V, 12V, dan 17V dengan mengatur-atur heater control. E.5 Pengamatan Data Data-data yang diambil pada pengujian sub-modul 1A ini dapat dilihat pada lampiran abel 1E. E.6 Perhitungan & Analisis Berdasarkan data pengamatan, hitung parameter sebagai berikut: a. Aliran kalor ke heater Q V. I b. Luas penampang perpindahan kalor sisi panas A. D 4 2 c. Luas penampang perpindahan kalor bagian tengah A red. D 4 2 red d. Beda suhu bagian panas

23 e. Gradien suhu bagian panas Grad x f. Suhu permukaan sisi panas ( face) face d. Suhu permukaan sisi dingin (cold face) cold face e. Beda suhu antara 2 permukaan (sisi panas & sisi dingin, red) 7 red face - coldface f. Gradien suhu bagian tengah Grad red x red red g. Rasio gradien suhu Rasio Gradien Suhu Grad Grad red h. Rasio luas penampang perpindahan kalor Rasio Luas Penampang A A red (masukkan perhitungan ke abel Perhitungan pada lampiran abel 1E). g. Plot grafik distribusi suhu (grafik x) sepanjang dinding komposit. Gambar 17. Distribusi Suhu pada Pengujian Pengaruh Variasi Luas Permukaan Perpindahan Kalor 22

24 E.7 Problem 1. Bagaimana pengaruh perbedaan luas permukaan perpindahan kalor pada distribusi suhu? Apa arti gradien suhu yang berbeda tersebut? 2. Bagaimana pengaruh fluks kalor terhadap distribusi suhu? F. SUB-MODUL F (Pengaruh ahanan Kontak terhadap Konduksi Kalor) F.1 ujuan Penelitian ujuan dari penelitian Sub-Modul A ini adalah : 1. Untuk mendemonstrasikan pengaruh tahanan kontak (contact resistant) pada konduksi termal antara material yang saling bersinggungan. F.2 Skema Peralatan Uji Gambar 18. Susunan Pengujian Contact Resistance (Modul 1F) F.3 Dasar eori Permukaan suatu benda secara mikro tidaklah datar sehingga jika dua 2 benda datar ditempelkan akan terjadi rongga udara di antara permukaannya. Sehingga rongga udara tersebut akan menyebabkan tahanan kontak (contact resistant) yang menghambat aliran kalor dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Untuk memperbaiki perpindahan kalor, pada 2 permukaan tersebut dioleskan thermal paste yang bersifat konduktif (menghantarkan kalor). 23

25 Gambar 19. Celah Udara akibat idak Adanya hermal Paste F.4 Prosedur Pengujian Prosedur pengujian sebagai berikut : 1. Prosedur pengujian seperti pada Sub-Modul A, B, C, D & E di atas, hanya di bagian tengah disisipkan spesimen tambahan berupa Brass (Kuningan, berdiameter besar). 2. Pada kontak permukaan bagian panas (atas), thermal paste dibersihkan / dihilangkan, sedangkan pada kontak permukaan bagian dingin (dingin) diberikan thermal paste. 3. Set voltase heater ke posisi 9V, 12V, dan 17V dengan mengatur-atur heater control. F.5 Pengamatan Data Data-data yang diambil pada pengujian sub-modul 1A ini dapat dilihat pada lampiran abel 1F. F.6 Perhitungan & Analisis Berdasarkan data pengamatan, hitung parameter sebagai berikut: a. Aliran kalor ke heater Q V. I (masukkan perhitungan ke abel Perhitungan pada lampiran abel 1F). b. Plot grafik distribusi suhu (grafik x) sepanjang spesimen. 24

26 Gambar 20. Distribusi Suhu pada Pengujian Pengaruh ermal Paste (Contact Resistance) F.7 Problem 1. Bagaimana pengaruh pemberian thermal paste terhadap distribusi suhu? Mengapa dapat terjadi demikian? 2. Bagaimana pengaruh variasi fluks kalor terhadap distribusi suhu? G. SUB-MODUL G (Konduktivitas ermal & Aplikasi untuk Isolator) G.1 ujuan Penelitian ujuan dari penelitian Sub-Modul A ini adalah : 1. Untuk memahami aplikasi suatu isolator termal (insulation). 2. Untuk menentukan konduktivitas termal (k) suatu isolator. 25

27 G.2 Skema Peralatan Uji Gambar 21. Susunan Pengujian Konduksi Linear dengan Isolator (Modul 1G) G.3 Dasar eori Fluks kalor (perpindahan kalor per satuan luas) dapat dituliskan sbb : Q ins k ins. dengan : ins face - cold face x ins Sehingga: Q k ins indeks ins insulation (isolator) A. - face cold face ins face coldface 26

28 Gambar 22. Parameter & Distribusi Suhu pada Isolator G.4 Prosedur Pengujian Prosedur pengujian sebagai berikut : 1. Prosedur pengujian seperti pada Sub-Modul A, B, C, D, E & F di atas, hanya di bagian tengah disisipkan spesimen tambahan berupa Isolator (Kertas & Karet). 2. Pada kontak permukaan bagian panas (atas) dan bagian dingin (dingin) dibersihkan dari thermal paste. 3. Set voltase heater ke posisi 1,5V dan 12V dengan mengatur-atur heater control. G.5 Pengamatan Data Data-data yang diambil pada pengujian sub-modul 1A ini dapat dilihat pada lampiran abel 1G. G.6 Perhitungan & Analisis Berdasarkan data pengamatan, hitung parameter sebagai berikut: a. Aliran kalor ke heater Q V. I b. Luas penampang perpindahan kalor. D A 4 2 ins c. Suhu permukaan sisi panas ( face) face

29 d. Suhu permukaan sisi dingin (cold face) cold face e. Beda suhu antara 2 permukaan (sisi panas & sisi dingin, ins) ins face - 7 coldface f. Konduktivitas termal material isolator k ins Q. x A ins ins. ins (masukkan perhitungan ke abel Perhitungan pada lampiran abel 1G). g. Plot grafik distribusi suhu (grafik x) sepanjang spesimen. Gambar 23. Contoh Distribusi Suhu pada Isolator G.7 Problem 1. Bagaimana distribusi suhu yang terjadi pada isolator? Mengapa dapat terjadi demikian? 2. Berapa nilai konduktivitas termal material kertas & karet (ambil pada menit ke-5 yang diasumsikan sudah tunak)? 3. Bandingkan nilai k material karet & kertas dengan nilai k untuk material kuningan, stainless steel, & aluminium! Apa artinya? 28

30 MODUL 2 PENGUKURAN KONDUKIVIAS HERMAL FLUIDA 2.1 DASAR EORI Perpindahan kalor adalah perpindahan energi panas yang terjadi karena adanya perbedaan temperatur. Perpindahan kalor dapat terjadi dengan tiga mekanisme: konduksi, konveksi, dan radiasi. Konduksi adalah perpindahan kalor yang terjadi tanpa adanya gerakan makroskopis dari mediumnya. Konduksi tidak hanya dapat terjadi pada medium padat saja. Konduksi dapat terjadi juga pada medium cair atau gas asalkan cairan atau gas tersebut dalam kondisi diam. Masing-masing jenis medium memiliki kemampuan memindahkan kalor secara konduksi yang berbeda-beda sebagaimana ditunjukkan pada grafik di Gambar 24. Kemampuan suatu medium untuk memindahkan kalor secara konduksi disebut sebagai konduktivitas thermal. Gambar 24. Variasi konduktivitas thermal berbagai jenis benda padat, cair, dan gas pada berbagai temperatur Data konduktivitas thermal dari suatu benda (padat, cair, ataupun gas) sangat berguna dalam perhitungan laju perpindahan kalor konduksi yang dapat dilakukan dengan menggunakan 29

31 persamaan 2.1. Selain itu, data konduktivitas thermal fluida dapat juga digunakan dalam perhitungan angka Nusselt suatu aliran, sebagaimana ditunjukkan pada persamaan (2.1)... (2.2) 2.2 MEODE EKSPERIMEN Bahan Bahan yang digunakan dalam pengukuran konduktivitas thermal dalam praktikum ini adalah air mineral dan udara Alat Alat yang digunakan untuk menguji konduktivitas termal fluida ini adalah : 1. hermal Conductivity of Liquids And Gases Unit. 2. Suntikan 3. Kran air 1. hermal Conductivity of Liquids And Gases Unit. hermal Conductivity of Liquids And Gases Unit adalah alat yang dikeluarkan oleh P.A. Hilton LD H111H yang berfungsi untuk mengetahui konduktivitas termal suatu fluida cair dan gas. hermal Conductivity of Liquids And Gases Unit terdiri dari dua bagian yaitu Modul dan Heater a. Heat ransfer Unit Heat transfer unit adalah alat untuk mendeteksi dan membaca suhu dari heater melalui thermocouple yang dihubungkan dari heater ke Heat transfer unit dan mengatur arus dan voltase. 30

32 Gambar 25. Heat transfer unit b. Heater. Heater adalah alat untuk memanaskan fluida uji, mempunyai dua thermocouple plug dan jacket yang akan dihubungkan ke Heat transfer unit sehingga temperatur Plug (1), dan jacket (2) akan terbaca oleh Heat transfer unit. Gambar 26. Heater 31

33 Gambar 27. Plug and Jacket Assembly 32

34 Gambar 28. Bagian-bagian Heater Bagian bagian Heater 1. Cooling water in/out 2. Jacket 3. hermocouple 2 Jacket 4. est Fluid Vent 5. hermocouple 1 Plug 6. Dudukan/penyangga heater 7. Baut pengunci 8. est fluid inlet 9. O ring 10. Cooling water in/out 11. Penutup Heater 12. Plug Diameter Jacket Diameter Plug Panjang efektif plug dan jacket = 39,6 mm = 39 mm = 108,6 mm 33

35 2. Suntikan Suntikan digunakan untuk memasukkan fluida uji kedalam heater, suntikan yang digunakan adalah suntikan yang berkapasitas 60 ml. Gambar 29. Suntikan 3. Kran air Kran air digunakan untuk mengalirkan pendingin ke dalam heater pada saat pengujian Prosedur Pengujian Pengukuran konduktivitas thermal fluida dilakukan dengan prosedur sebagai berikut : 1. Siapkan bahan uji yang berupa air mineral 2. Siapkan alat thermal conductivity of liquid and gasses dan suntikan. 3. Rangkai / hubungkan bagian-bagian alat dan mengalirkan pendingin. 4. Masukkan salah satu fluida yang akan diuji ke dalam heater dengan menggunakan suntikan. 5. Nyalakan Heat transfer unit untuk memanaskan fluida didalam heater. 6. Variasi temperatur plug (1) dengan temperatur 40 o C, 50 o C, dan 60 o C dengan mengatur suplai daya listrik heater 7. Catat data temperatur jacket (2), arus (I), dan voltase (V) yang terbaca pada Heat transfer unit di tabel pengambilan data yang ada di abel 2A modul ini. 34

36 8. Matikan Heat transfer unit 9. Kuras bahan uji di dalam heater hingga bersih supaya tidak terjadi pencampuran fluida apabila akan melakukan pengujian dengan fluida lain, dan supaya heater tidak berkarat Analisa Data Pada proses penelitian ini terjadi variasi suhu Plug (1), suhu jacket (2), Voltase dan Arus. Hasil pengamatan tersebut dihitung dengan rumus-rumus sebagai berikut : (2.3) (2.4) (2.5) (2.6) Keterangan : 1 = emperatur plug ( 0 C) 2 = emperatur Jacket ( 0 C) V = Voltage (V) I = Current (A) Qe = Elemen Heat input (W) t = emperatur different (K) r = radial clearance (mm) = 0.34 mm Qi = Incidental heat transfer rate (W) Qc = Conduction Heat ransfer Rate (W) A = Luas efektif antara flug dan jacket (m 2 ) = m 2 k = hermal conductivity (W/m.k) Qi adalah seluruh perpindahan kalor dari unsur-unsur yang terdapat dalam heater yang digunakan untuk memanaskan plug. Nilai Qi dapat dilihat pada grafik kalibrasi yang terdapat di Grafik 1 (lampiran). 35

37 2.3. PEMBAHASAN DAA HASIL EKSPERIMEN ampilkan data variasi konduktivitas thermal air dan udara di dalam dua grafik yang berbeda. Di masing-masing grafik tersebut tampilkan juga kurva konduktivitas thermal yang didapatkan dari tabel properties thermal fluida dari buku Heat ransfer A Practical Approach karya Yunus Cengel. Bandingkanlah kurva konduktivitas thermal hasil pengukuran di praktikum ini dengan kurva kurva konduktivitas thermal dari tabel properties tersebut. Jelaskanlah faktorfaktor apa sajakah yang menyebabkan terjadinya perbedaan harga konduktivitas thermal tersebut. 36

38 LAMPIRAN 37

39 38

40 39

41 40

42 41

43 42

44 Grafik 1 Kalibrasi Qi 43