KONSTRUKSI DAN KALIBRASI TERMOKOPEL TIPE K Muklis Adi Saputra 1), Mulya Juarsa 2), Yogi sirodz Gaos 2), Muhammad Yulianto 2), Edi Marzuki 2) 2 Laboratorium Riset Engineering Development for Energy Conversion and Conservasion (EDFEC) 1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Ibn Khaldun Bogor JL.KH. Soleh Iskandar KM.2, Kedung Badak-Bogor 161612 Muklisadiputra52@yahoo.com Abstrak Konstruksi dan kalibrasi termokopel tipe K. Beberapa fasilitas yang ada di Laboratorium Riset Engineering Development for Energy Conversion and Conservasion menggunakan sistem pembacaan hasil pengukuran suhu dan sensor pengukuran suhu berupa termokopel. Termokepel berfungsi sebagai sensor suhu, karena termokpel adalah sensor yang digunakan dalam pengukuran suhu pada pengujian kali ini. Telah dilakukan penentuan parameter dengan cara pengkalibrasian termokopel (head dan no head). Pembacaan hasil pengukuran suhu dan termokopel tersebut harus dikalibrasi untuk menghindari terjadinya kesalahan pengukuran. Metode pengkalibrasian sistem pembacaam hasil pengukuran suhu dilakukan untuk membandingkan hasil pengukuran suhu dari termokopel yang berfungsi sebagai acuan, sedangkan pengkalibrasian termokopel dilakukan dengan mencari selisih dan rata-rata penyimpangan. Pengujian dilakukan kalibrasi termokopel dengan menggunakan National Instrument-Data Aquisition. Pada setiap titik termokopel dipasang pada National Instrument-Data Aquisition dengan 13 kanal pada posisi 1 titik. Teknik pengelasan termokopel pada kawat (chromel (Ni-Cr Alloy)) dan kawat (alumel (Ni-Al)) karena dapat mengukur suhu tinggi untuk rentang suhu 200 C hingga +1200 C dengan diameter 1 mm menggunakan tegangan 13,8 volt dari alat DC power supply dan arusnya 10 ampere. Hasil menunjukan bahwa perbedaan selisih termokopel (head dan no head), dimana termokopel (head) selisih terbesarnya adalah 2,3 0 C sedangkan selisih terbesar termokopel (no head) adalah 3,7 0 C dengan rata-rata selisihnya yaitu 1,38 0 C pada termokopel (head) dan rata-rata selisih termokopel (no head) yaitu 1,49 0 C yang dikalibrasi dengan termometer air alkohol. Dengan demikian rata-rata penyimpangan yang terjadi pada termokopel (head) adalah 4,19% dan rata-rata penyimpangan pada termokopel (no head) adalah 4,06%. Kata kunci: termokopel, kalibrasi, suhu Pendahuluan Pada tahun 1822, Seebeck melakukan percobaan dengan menghubungkan plat bismut diantara kawat-kawat tembaga. Dari percobaan Seebeck tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa adanya perbedaan suhu antara kedua sambungan logam tersebut akan menyebabkan munculnya gaya gerak listrik antara ujung-ujung sambungan. Termokopel merupakan sambungan (junction) dua jenis logam atau campuran yang salah satu sambungan logam tadi diberi perlakuan suhu yang berbeda dengan sambungan lainnya. Sambungan logam pada termokopel terdiri dari dua sambungan, yaitu : Reference junction (cold junction), merupakan sambungan acuan yang suhunya dijaga konstan dan biasanya diberi suhu yang dingin. Measuring junction (hot junction), merupakan sambungan yang dipakai untuk mengukur suhu[1]. Fasilitas yang dimiliki oleh Laboraorium Riset Engineering Development for Consersion and Conservasion (EdfEC), dengan menggunakan Natinal Instrument-Data Aquisition (NI-DAQ). NI-DAQ yaitu sebuah alat perekam data yang dapat menghasil paremeter dengan laju perekaman 1/sekon data. Untuk menghasilkan data secara maksimal pada termokopel diperlukan pengkalibrasian secara berkala akan mempengaruhi hasil nilai ukur. Pemilihan material merupakan salah satu faktor yang menentukan besarnya penyimpangan, sedangkan pengkalibrasian termokopel dilakukan dengan membandingkan hasil pengukuran suhu dari termokopel yang berfungsi sebagai acuan. Teknik pengelasan termokopel pada kawat (chromel (Ni-Cr Alloy)) dan kawat Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti TM02-1
(alumel (Ni-Al)) karena dapat mengukur suhu tinggi untuk rentang suhu 200 C hingga +1200 C dengan diameter 1 mm menggunakan tegangan 13,8 volt dari alat DC power supply dan arusnya 10 ampere[2]. Termokopel yang telah dikalibrasi selanjutnya menjadi transfer standar dan sebagai referensi untuk melakukan pengkalibrasian pada termometer[3]. Tujuan dari kalibrasi ini adalah menjamin hasil-hasil dari pengukuran yang sesuai dengan standar nasional, selain itu manfaat dari kalibrasi yaitu untuk menjaga kondisi alat ukur agar tetap sesuai dengan spesifikasinya[4,5]. Pengujian dilakukan untuk mengetahui cara kerja dan konstruksi dari termokopel tipe K serta mengetahui perbandingan selisih nilai dan rata-rata penyimpangan dari termokopel tipe K. Metodelogi Penelitian Penelitian ini menggunakan metodologi penelitian dengan langkah-langkah sebagai berikut: 1. Mengelas ujung termokopel menjadi satu rangkaian. 2. Merakit alat pengujian dengan menggunakan National Instrument-Data Aquisition pada komputer. 3. Melakukan pengujian untuk memperoleh nilai selisih pada termokopel tipe K. 4. Menguraikan hasil pengujian yang telah diperoleh serta mengambil kesimpulan dari perbandingan hasil uraian. a. Alat dan Bahan Alat yang dipakai yaitu: NI (National Instrument) Tang crimping DC power supply Bahan yang dipakai yaitu: Air Termokopel wire Head b. Pengelasan Termokopel DC power supply digunakan untuk menyambung kawat chromel dan kawat alumel yang mempunyai kapasitas tegangan 13,8 volt dengan arus 10 ampere, seperti diperlihatkan dalam gambar 1. Teknik penyambungan termokopel dilakukan dengan cara sebagai berikut: ujung kawat termokopel dikupas, lalu kawat termokopel dibuka dan dipisah antara kawat chromel dan kawat alumel. Selanjutnya kabel warna hitam pada DC power supply dipasang pada salah satu kawat termokopel, sedangkan kabel warna merah dipasang pada pensil untuk pengelasan, seperti diperlihatkan pada gambar 2. Gambar 1. DC power supply kapasitas tegangan 13,8 volt dengan arus 10 ampere. Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti TM02-2
Gambar 2. Pengelasan termokopel c. Metode Kalibrasi Metode pengkalibrasian sistem pembacaam hasil pengukuran suhu dilakukan untuk mencari selisih dan rata-rata penyimpangan, sedangkan pengkalibrasian termokopel dilakukan dengan membandingkan hasil pengukuran suhu dari termokopel yang berfungsi sebagai acuan, dengan cara mencelupkan termokopel dan termometer air alkohol kedalam gelas yang berisi air secara bersamaan, termokopel yang terpasang pada NI- DAQ dan termometer tergantung pada batang pegangan, untuk lebih jelas dapat dilihat pada gambar 3. Gambar 3. National Instrument-Data Aquisition (NI-DAQ) Proses ini dilakukan secara berkala agar mendapatkan data yang valid dengan termokopel dipasang pada NI-DAQ dengan 13 kanal pada posisi 1 titik. Untuk mengetahui perbandingan termokopel dengan termometer air alkohol dan tipe termokopel dapat diihat pada tabel 1 dan tabel 2 dibawah ini. Tabel 1. Perbandingan Temokopel dengan Termometer Air Alkohol Parameter Termometer Air Alkohol Termokopel Akurasi/Ketidakpastian Lebih Akurat Kurang Akurat Rentang Ukur Lebih Sempit Lebih Luas Stabilitas Bagus Sedang Harga Lebih Mahal Lebih Murah Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti TM02-3
Tipe Jenis Bahan Kaki Positif Tabel 2. Tipe Temokopel Kaki Negatif B Paduan Platina-30% Rhodium Platina E Paduan Nickel-Chromium (Chromel) Paduan Tembaga-Nickel J Besi Paduan Tembaga-Nickel K Paduan Nickel-Chromium (Chromel) N Nicrosil Nisil R Paduan Platina-13% Rhodium Platina S Paduan Platina-10% Platina Paduan Nikel-Aluminium T Tembaga Paduan Tembaga- Nikel Hasil dan Pembahasan Pengujian hasil pembacaan suhu dilakukan dengan cara menjaga suhu ruangan agar tidak lebih dari 30 0 C, termokopel dikalibrasi menggunakan termometer dengan ratarata selisihnya 1 0 C. Pengujian hasil pembacaan suhu seperti terlihat pada tabel 3 dan 4 dibawah ini. Tabel 3. Hasil Pembacaan Suhu Termokopel (No Head) terhadap Termometer Termokopel Termometer (No Head) Selisih Penyimpangan [%] 80 83,7 3,7 4,42 70 71,7 1,7 2,37 60 62,1 2,1 3,38 50 50,9 0,9 1,77 40 40,5 0,5 1,23 30 31,1 1,1 3,54 20 20,1 0,1 0,50 10 11,8 1,8 15,25 Rata-rata penyimpangan 4,06 Rata-rata selisih 1,49 Untuk memudahkan hasil pembacaan suhu maka dibuatlah kurva pada gambar 3.1 berdasarkan data hasil pengujian pada tabel 3. Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti TM02-4
Gambar 3.1 Kurva hasil pembacaan suhu termokopel (no head) terhadap termometer Berdasarkan Gambar 3.1 menunjukkan bahwa hasil pembacaan suhu pada termokopel (no head) terhadap termometer terjadi penyimpangan terbesar yaitu 15,25%, rata-rata penyimpangan sebesar 4,06% dengan selisih terbesar yaitu 3.7 0 C dan rata-rata selisihnya 1,49 0 C. Tabel 4. Hasil Pembacaan Suhu Termokopel (Head) terhadap Termometer Termometer Termokopel (Head) Selisih Penyimpangan [%] 80 80,7 0,7 0,87 70 70,9 0,9 1,27 60 62,3 2,3 3,69 50 51,9 1,9 3,66 40 41,5 1,5 3,61 30 31,4 1,4 4,46 20 21,1 1,1 5,21 10 11,2 1,2 10,71 Rata-rata penyimpangan 4,19 Rata-rata selisih 1,38 Untuk memudahkan hasil pembacaan suhu maka dibuatlah kurva pada gambar 3.2 berdasarkan data hasil pengujian pada tabel 4. Gambar 3.2 Kurva hasil pembacaan suhu termokopel (head) terhadap termometer Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti TM02-5
Berdasarkan Gambar 3.2 menunjukkan bahwa hasil pembacaan suhu pada termokopel (head) terhadap termometer terjadi penyimpangan terbesar yaitu 10,71%, rata-rata penyimpangan sebesar 4,19% dengan selisih terbesar yaitu 2,3 0 C dan rata-rata selisihnya 1,38 0 C. Kesimpulan Telah dilakukan pengkalibrasian termokopel terhadap termometer dengan tujuan untuk mengetahui cara kerja dan konstruksi dari termokopel tipe K serta mengetahui perbandingan selisih nilai dan rata-rata penyimpangan dari termokopel tipe K. Hasil kalibrasi bahwa perbedaan selisih termokopel (head dan no head), dimana termokopel (head) selisih terbesarnya adalah 2,3 0 C sedangkan selisih terbesar termokopel (no head) adalah 3,7 0 C dengan rata-rata selisihnya yaitu 1,38 0 C pada termokopel (head) dan ratarata selisih termokopel (no head) yaitu 1,49 0 C yang dikalibrasi dengan termometer air alkohol. Dengan demikian rata-rata penyimpangan yang terjadi pada termokopel (head) adalah 4,19% dan rata-rata penyimpangan pada termokopel (no head) adalah 4,06%. Ucapan Terimakasih Ucapan terimakasih saya sampaikan kepada Mulya Juarsa, S.Si, M.Esc, Edi Marzuki, S.T, serta teman-teman yang berada di Laboratorium Riset Engineering Development for Energy Conversion and Conservasion (EDfEC), atas dukungan dan bantuannya. Daftar Pustaka Raldi Artono Koestoer, 2004. Pengukuran Teknik, Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Univ. Indonesia, ISBN 979-97726-1-3. Harry Persea Americana dkk, 2011. Termokopel Tipe K, Fakultas Teknik Universitas Kristen Maranatha, Bandung. Beni Adi Trisna dan Arfan Sindhu Tistomo, 2013. Uji Kelayakan Titik Tetap Aluminum Sekunder Berdasarkan Kedalaman Supercooling Properness Test of Secondary Al Fixed Point Based on Supercooling Depth, Puslit PUSLIT KIM-LIPI, Kompleks Puspiptek Serpong Tangerang 15314. Muhammad Irvan Siregar, 2009. Teknik Kalibrasi Thermocouple Type K di PT INALIUM KUALA TANJUNG, USU. Joko Prasetio W, Teknik Perbaikan Sambungan Termokopel Temperatur Tinggi Pada Heating-01, Pusat Teknologi Reaktor dan Keselamatan Nuklir BATAN, Sigma Epsilon ISSN 0853-9103. Proceedings Seminar Nasional Teknik Mesin Universitas Trisakti TM02-6