LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI
ABI SATRIO PRAMONO/1206261296 GITASHA AFIYAH PUTRI/120629206 RIZKY ANGGRAENI PUTRI/1206239150 USWATUN NUR KHAZANAH/1206201946
DEPATEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA
10/31/2014
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014
DAFTAR ISI DAFTAR ISI ...................................................................................................................... 2 BAB I PENDAHULUAN ................................................... ............................................... 3
1.1 Latar Belakang ......................................................................................................... 3 1.1 Tujuan Percobaan P ercobaan ...................................................... ..................................................................................................... ............................................... 3 1.1 Rumusan Masalah .................................................................................................... 3 1.1 Batasan Masalah.............................................. ..................................................... ......................................................... .... 4 BAB II TEORI DASAR .................................................................................................... .................................................................................................... 5
2.1 Konduksi .................................................................................................................. 5 2.2 Konduktivitas Termal............................................................................................... 7 2.3 Tahanan Kontak Termal ..................................................... ........................................................................................... ...................................... 8 BAB III PERCOBAAN .................................................................................................... 11
3.1 Prosedur Percobaan ................................................... ............................................... 11 3.2 Data Percobaan ................................................ ..................................................... ......................................................... .... 11 3.3 Pengolahan Data.............................................. ..................................................... ......................................................... .... 12 ......................................................... .... 24 BAB IV ANALISIS .................................................. ..................................................... 4.1 Analisis Percobaan ................................................................................................ ... 24 4.2 Analisis Hasil ........................................................................................................... 27 4.3 Analisis Grafik ......................................................................................................... 30 4.3 Analisis Kesalahan .................................................... ................................................................................................... ............................................... 32 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................. .............................. 33
5.1 Kesimpulan .............................................................................................................. 33 5.2 Saran .............................................. ...................................................... ........................................................................... ..................... 33 ......................................................... .... 34 DAFTAR PUSTAKA ............................................... .....................................................
2
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014
DAFTAR ISI DAFTAR ISI ...................................................................................................................... 2 BAB I PENDAHULUAN ................................................... ............................................... 3
1.1 Latar Belakang ......................................................................................................... 3 1.1 Tujuan Percobaan P ercobaan ...................................................... ..................................................................................................... ............................................... 3 1.1 Rumusan Masalah .................................................................................................... 3 1.1 Batasan Masalah.............................................. ..................................................... ......................................................... .... 4 BAB II TEORI DASAR .................................................................................................... .................................................................................................... 5
2.1 Konduksi .................................................................................................................. 5 2.2 Konduktivitas Termal............................................................................................... 7 2.3 Tahanan Kontak Termal ..................................................... ........................................................................................... ...................................... 8 BAB III PERCOBAAN .................................................................................................... 11
3.1 Prosedur Percobaan ................................................... ............................................... 11 3.2 Data Percobaan ................................................ ..................................................... ......................................................... .... 11 3.3 Pengolahan Data.............................................. ..................................................... ......................................................... .... 12 ......................................................... .... 24 BAB IV ANALISIS .................................................. ..................................................... 4.1 Analisis Percobaan ................................................................................................ ... 24 4.2 Analisis Hasil ........................................................................................................... 27 4.3 Analisis Grafik ......................................................................................................... 30 4.3 Analisis Kesalahan .................................................... ................................................................................................... ............................................... 32 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................. .............................. 33
5.1 Kesimpulan .............................................................................................................. 33 5.2 Saran .............................................. ...................................................... ........................................................................... ..................... 33 ......................................................... .... 34 DAFTAR PUSTAKA ............................................... .....................................................
2
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perpindahan kalor secara konduksi melibatkan transfer energi dengan difusi mikrosopik dan tumbukan partikel dalam suatu material tanpa gerak materi secara keseluruhan. Tumbukan dan difusi mikroskopik terjadi pada molekul, elektron, atom, dan foton yang mentransfer energi kinetik dan potensial mikroskopik sebagai energi internal. Tingkat perpindahan panas tergantung pada gradien suhu dan konduktivitas k onduktivitas termal material. Konduksi hanya dapat terjadi dalam suatu benda atau materi, atau antara dua objek yang berada dalam kontak langsung atau tidak langsung dengan satu sama lain. Konduksi terjadi di semua bentuk materi ditimbang, seperti padat, cair, gas dan plasma, namun perpindahan kalor dengan cara konduksi pada umumnya terjadi pada zat padat. Suatu zat yang dapat menghantarkan kalor disebut konduktor, seperti berbagai jenis logam. Konduktor logam yang baik contohnya adalah (dalam urutan menurun) perak, tembaga, emas, aluminium, berilium, dan tungsten. Sedangkan zat penghantar kalor yang buruk disebut isolator, pada umumnya benda-benda non logam seperti kayu, plastik, udara, kertas, dan lainlain. Pada skala mikroskopik, konduksi panas muncul sebagai "rasa panas", atom yang bergetar atau berpindah sedemikian cepat berinteraksi dengan atom dan molekul sekelilingnya sehingga memindahkan sejumlah energi mereka ke partikel di sekelilingnya. Dengan kata lain, panas dipindahkan dengan konduksi ketika atom yang saling berdampingan menggetarkan satu sama lain, atau ketika elektron berpindah dari satu atom ke atom lain. Konduksi adalah bentuk perpindahan panas paling umum pada benda padat pada kontak termal. termal. Fluida-terutama gaskurang konduktif. konduktif. Konduktansi kontak termal adalah studi konduksi panas antara benda padat yang saling bersentuhan. Konduksi steady state adalah bentuk konduksi yang terjadi ketika perbedaan temperatur yang terjadi pada konduksi berlangsung spontan, maka setelah waktu kesetimbangan, distribusi spasial temperatur pada benda terkonduksi tidak berubah-ubah lagi. Pada konduksi steady state, jumlah panas yang memasuki suatu bagian sama dengan jumlah panas yang keluar.
3
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014 Konduksi transient muncul ketika temperatur objek berubah sebagai fungsi waktu. Analisis pada sistem transient lebih kompeks dan sering dipakai untuk aplikasi dari analisis numerik oleh komputer.
1.2 Tujuan Percobaan
Tujuan dari percobaan “Konduksi” ini adalah sebagai berikut: a. Menghitung koefisien perpindahan panas logam dan pengaruh suhu terhadap k, dengan menganalisa mekanisme perpindahan panas konduksi stedi dan tak stedi b. Menghitung koefisien kontak
1.3 Rumusan Masalah
Masalah utama dalam percobaan ini antara lain: a. Bagaimana pengaruh perbedaan suhu terhadap koefisien perpindahan panas dan koefisien kontak logam pada node b. Bagaimana pengaruh perbedaan suhu terhadap perubahan suhu air yang dialirkan melewati alat
4
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014 BAB II TEORI DASAR
II.1 Konduksi
Jika pada suatu benda terdapat gradien suhu, akan terjadi perpindahan energi berupa kalor dari bagian yang bersuhu tinggi ke bagian yang bersuhu rendah. Salah satu cara perpindahan energi ini melalui mekanisme yang disebut konduksi atau hantaran. Konduksi dapat diartikan sebagai transmisi energi (panas) dari satu bagian padatan yang bersuhu tinggi ke bagian padatan lain yang kontak dengannya dan memiliki suhu lebih rendah. Besarnya perpindahan kalor sebanding dengan gradien suhu yang dinyatakan dalam persamaan:
q A
T X
Apabila konstanta proporsionalitas dimasukkan dalam persamaan tersebut, didapat:
q k A
T X
Persamaan di atas disebut hukum Fourier tentang konduksi kalor. Pada persamaan di atas, q menyatakan laju perpindahan kalor dan T
X
merupakan gradien suhu ke arah perpindahan
kalor. Konstanta k melambangkan konduktivitas termal benda, sedangkan tanda minus diberikan untuk memenuhi hukum kedua termodinamika yaitu kalor berpindah ke tempat yang suhunya lebih rendah. Untuk konduksi kalor satu dimensi dapat digunakan persamaan:
kA
T T T T T T qAdx cA dx Ak k dx k q c x x x x x x
Sedangkan untuk aliran kalor tiga dimensi, kita perlu memperhatikan kalor yang dihantarkan ke dalam dan ke luar satuan volume dalam tiga arah kordinat. Dengan menggunakan neraca energi akan didapat persamaan:
T T T T k k k q c x x y y z z atau dapat ditulis
5
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014 2T 2T 2T q 1 T x 2 y 2 z 2 k Dalam persamaan di atas, besaran menyatakan difusifitas termal atau kebauran termal bahan. Makin besar nilai , makin cepat kalor membaur di dalam bahan tersebut. Satuan dari 2
difusifitas termal adalah m /s. Perpindahan kalor konduksi dibagi menjadi dua macam, yaitu konduksi keadaan tunak dan tak tunak. Pada konduksi keadaan tunak, suhu tidak berubah terhadap waktu. Namun, jika suhu benda berubah terhadap waktu atau jika ada sumber kalor (heat source) dan sumur kalor (heat sink), konduksi yang terjadi adalah konduksi tak tunak.
Konduksi keadaan tunak Apabila tidak ada pembangkitan panas di dalam benda, maka persamaan hukum Fourier dapat diintegrasikan , sehingga diperoleh:
q
k A
X
T 2 T 1
Jika konduktivitas termal merupakan fungsi suhu, dimana k = k 0 (1 + βT), maka persamaan aliran kalor menjadi:
q
k 0 A
T 2 T 1
x
T 2
2
2
2 T 1
Gambar 1. Perpindahan kalor satu-dimensi melalui dinding komposit dan analogi listriknya
Pada sistem yang terdiri dari beberapa bahan seperti pada gambar, aliran kalor dapat dirumuskan sebagai berikut:
6
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014
q k A A q
T 2 T 1
x A
k B A
T 3 T 2
x B
k C A
T 4 T 3
xC
T 1 T 4 x x A x B C k A A k B A k C A
Konduksi keadan tak tunak Dalam proses pemanasan atau pendinginan yang bersifat transien, yang berlangsung sebelum
terjadinya
kesetimbangan,
analisisnya
harus
menggunakan
persamaan-
persamaan untuk keadaan tak tunak. Pada keadaan tak tunak berlaku:
2T 1 T x 2 x Sebagai contoh, untuk konduksi keadaan tak tunak pada benda padat semi tak berhingga dengan fluks kalor tetap berlaku:
2q0 x 2 q0 x x exp 1 erf T T i kA 4 kA 2
II.2 Konduktivitas termal
Konduktivitas termal merupakan besaran yang menyatakan kemampuan suatu bahan dalam menghantarkan kalor secara konduksi di mana perbedaan temperatur menyebabakan transfer energi termal dari satudaerah benda panas ke daerah yang sama pada temperatur yang lebih rendah. Pada umumnya, nilai konduktivitas termal ini sangat tergantung pada suhu. Bila perubahan k merupakan fungsi linier terhadap perubahan suhu, maka hubungan tersebut dapat ditulis:
k k 0 (1 T ) o
o
Satuan dari konduktivitas termal adalah Watt/m C atau BTU/hour.Ft. F Koefisien daya hantar panas juga tergantung pada suhu, akan tetapi berlainan dengan koefisien muai panas. Naiknya suhu yang tinggi terhadap suatu bahan akan mengakibatkan
7
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014 perubahan atom yang mengiringi pencairan dan pengaturan kembali susunan atom-atom yang diakibatkan perubahan suhu akan menyebabkan daya hantar panas terganggu.
II.3 Tahanan kontak termal
Apabila dua benda padat dihubungkan satu sama lain dan perpindahan panas hanya dalam arah aksial, maka akan terjadi penurunan suhu yang tiba-tiba pada perbatasan kedua bahan tersebut. Hal ini disebabkan oleh adanya tahanan kontak termal. Tahanan kontak termal merupakan akibat dari ketidaksempurnaan kontak antara kedua bahan, sehingga terdapat fluida yang terperangkap di dalamnya.
Gambar 2. Tahanan Kontak Termal
Ada dua faktor yang mempengaruhi perpindahan kalor pada sambungan, yaitu: -
konduksi antara zat padat dengan zat padat pada titik-titik singgung
-
konduksi melalui gas yang terkurung pada ruang-ruang kosong yang terbentuk karena persinggungan tersebut. Hal ini yang merupakan tahanan utama pada aliran kalor, karena konduktivitas gas sangat kecil bila dibandingkan dengan konduktivitas zat padat.
Untuk lebih jelas deskrpsi aliran kalor melalui sambungan bisa dilihat pada gambar berikut:
8
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014
Gambar 3. Model kekasaran sambungan untuk analisis tahanan kontak termal
Aliran kalor melintasi sambungan tersebut dapat ditulis dalam bentuk persamaan sebagai berikut:
q
T 2 A T 2 B T T 2 B T 2 A T 2 B k f Av 2 A L g L g 1 L g hc A 2k A AC 2k B AC
dimana: Ac = bidang kontak Av = bidang lowong Lg = tebal ruang lowong k f = konduktivitas termal fluida hc = tahanan kontak termal
Persamaan umum dengan menerapkan neraca energi pada kedua bahan, karena merupakan gabungan anatara 2 bahan maka aliran kalor disetiap titik ialah sama maka:
q k A A
T 1 T 2 A
x A
T 2 A T 2 B 1 / hc A
k B A
T 2 B T 3
x B
Dengan melihat kepada sambungan tadi dimana terjadi perpindahan kalor secara konduksi dapat dinyatakan dalam persamaan perpindahan kalor secara konveksi. Secara matematis dinyatakan sebagai berikut: Q konveksi
AB =
Qkonduksi
pada bidang yang kontak
T 2 A T 2 B 1 / hc A Dimana;
9
1 k ga bu ng an
1 k A
= k ga bu ng an. Ac
1 k B
+ Q konduksi
T 2 A T 2 B
x
gas-gas pada bidag yang tidak kontak
+ k f Ar
T 2 A T 2 B
x1
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014
k ga bu ng an
k A k B k A k B
∆x = tebal bidang yang kontak, diasumsikan tebal bidang ini adalah ½ dari jarak ruang yang kosong antara 2 logam tersebut (gambar 2) = Lg/2 ∆x1= tebal bidang kosong = jarak anatara dua logam = Lg
Dengan memberi tanda Ac untuk bidang kontak dan Av untuk bidang lowong maka persamaan diatas menjadi:
T 2 A T 2 B 1 / hc A 1 1 / hc A
hc A
=
=
k A k B k A k B
k A k B k A k B
. Ac
. Ac
T 2 A T 2 B Lg / 2 1
Lg / 2
1 2(k A k B ). Ac
Lg
k A k B
+ k f Ar
T 2 A T 2 B Lg
1
+ k f Ar
Lg
k f Ar ,
maka didapatkan persamaan koefisien kontak sebagai berikut :
hc
A 1 2(k A k B ) Ac . k f r r A A Lg k A k B 20
Dengan satuan m C/Watt
10
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014 BAB III PERCOBAAN III.1. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Memeriksa aliran air yang masuk dan keluar dari unit konduksi, membuka kran pengontrol air 2. Mengalirkan air dengan laju yang rendah 3. Memeriksa kabel ke hubungan listrik, memasang voltmeter, DC 4. Menyalakan saklar utama pada Unit 2 dan Unit 3 5. Mengamati suhu setiap node 1 s.d. 10 untuk Unit 2 dan Unit 3 6. Menghentikan pengamatan apabila suhu node 10 telah tidak berubah suhunya pada 3 kali pengamatan. III.2. DATA PERCOBAAN
a. Data Percobaan Unit 2 Tabel 1. Data percobaan unit 2 o
T1 (mV)
T2 (mV)
T1 air ( C)
T2 air ( C)
1
4,423
4,492
28,0
28,0
2
2,602
2,639
28,0
28,0
3
1,194
1,208
28,0
28,0
4
1,059
1,076
28,0
28,0
5
0,976
0,948
28,0
28,0
6
0,821
0,832
28,0
28,0
7
0,590
0,599
28,0
28,0
8
0,476
0,481
28,0
28,0
9
0,365
0,369
28,0
28,0
10
0,263
0,264
28,0
28,0
b. Data Percobaan Unit 3
11
o
Node
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014 Tabel 2. Data percobaan unit 3 0
0
Node
T1 (mV)
T2 (mV)
T1,out air ( C)
T2,out air ( C)
1
3.919
3.911
28
28
2
3.417
3.410
28
28
3
2.974
2.961
28
28
4
2.578
2.570
28
28
5
2.233
2.229
28
28
6
1.967
1.971
28
28
7
1.712
1.709
28
28
8
1.474
1.467
28
28
9
1.282
1.281
28
28
10
1.111
1.117
28
28
III.3. PENGOLAHAN DATA
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai pengolahan dari data-data yang telah dilakukan selama percobaan. Metode yang digunakan adalah metode pendekatan linear, sehingga untuk menentukan T air pada tiap node dibuat grafik antara k vs. T node, kemudian nilai T air pada tiap node dapat diambil sesuai dengan persamaan garisnya. a. Pengolahan data unit 2 Pada bagian sebelumnya, yaitu bagian data pengamatan telah dijabarkan data-data yang didapat dari hasil percobaan. Data yang diperoleh ditampilkan dalam tabel berikut:
12
o
o
Node
T1 (mV)
T2 (mV)
T1 air ( C)
T2 air ( C)
1
4,423
4,492
28,0
28,0
2
2,602
2,639
28,0
28,0
3
1,194
1,208
28,0
28,0
4
1,059
1,076
28,0
28,0
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014 5
0,976
0,948
28,0
28,0
6
0,821
0,832
28,0
28,0
7
0,590
0,599
28,0
28,0
8
0,476
0,481
28,0
28,0
9
0,365
0,369
28,0
28,0
10
0,263
0,264
28,0
28,0
Selain itu juga didapatkan data-data lain,yaitu: Basis Q A M
Nilai
6,297x10− 7,94x10− 6,297x10−
Satuan
m /s m Kg
Cp
4200
J.kg/°C
Ρ
1000
kg/m
Jenis konduktor yang digunakan pada setiap node sebagai berikut. Node 1-2
Stainless Steel
Node 3-6
Aluminium
Node 7-10
Magnesium
Basis yang digunakan : 1s Nilai Q didapatkan dari perhitungan laju air yang keluar dari unit 2, dimana untuk mencari debit digunakan persamaan umum sebagai berikut.
Q = Vt
Nilai V dan t didapat pada setiap node yang diukur pada saat percobaan. Nilai Q yang didapat dgunakan untuk menghitung nilai m Nilai m didapatkan dari hubungan massa jenis air dan volume air, yaitu:
13
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014
= mV m = .V ρ
ρ
sehingga bila dilakukan perhitungan dengan excel akan didapatkan nilai Q rata-rata untuk mencari nilai m, yaitu.
m
Q
V
t
0,0000290
0,00580
29,000
5,000
0,0000300
0,00600
30,000
5,000
0,0000290
0,00597
29,000
4,860
0,0000310
0,00588
31,000
5,270
0,0000280
0,00549
28,000
5,100
0,0000310
0,00613
31,000
5,060
0,0000290
0,00562
29,000
5,160
0,0000310
0,00604
31,000
5,130
0,0000300
0,00604
30,000
4,970
0,0000330
0,00625
33,000
5,280
0,00592
Nilai A diperoleh dari nilai diameter batang logam yang telah diketahui sebelumnya (3,18 cm), menggunakan persamaan berikut:
− 3, 1 8x10 A = .r = . 2 = 7,94x10−m π
π
Perhitungan Dengan menggunakan data-data yang telah ada, maka perhitungan dapat dilakukan, langkah-langkahnya adalah sebagai berikut. 1. Mengubah T 1 dan T 2 yang memiliki satuan mv menjadi satuan ºC, dengan menggunakan persamaan berikut:
14
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014
ToC = (24,82xTmV)+ 29,74 Kemudian diperoleh hasil sebagai berikut: Node
dx (m)
T1 (mV)
T2
0
o
T1 ( C)
T2 ( C)
(mV)
1
0,183
4,423
4,492
139,519
141,231
2
0,025
2,602
2,639
94,322
95,240
3
0,057
1,194
1,208
59,375
59,723
4
0,045
1,059
1,076
56,024
56,446
5
0,045
0,976
0,948
53,964
53,269
6
0,045
0,821
0,832
50,117
50,390
7
0,035
0,590
0,599
44,384
44,607
8
0,027
0,476
0,481
41,554
41,678
9
0,045
0,365
0,369
38,799
38,899
10
0,045
0,263
0,264
36,268
36,292
2. Menghitung T avg dan T avg air untuk setiap node, kemudian diperoleh hasil sebagai berikut. Node
dx (m)
T1
T2 (mV)
T1 ( C)
o
T2 ( C)
T avg o
(mV)
T air o
T air
Tair rata-
( C)
( C)
( C)
o
rata
1
0,183
4,423
4,492
139,519
141,231
140,375
28,0
28,0
28,00
2
0,025
2,602
2,639
94,322
95,240
94,781
28,0
28,0
28,00
3
0,057
1,194
1,208
59,375
59,723
59,549
28,0
28,0
28,00
4
0,045
1,059
1,076
56,024
56,446
56,235
28,0
28,0
28,00
5
0,045
0,976
0,948
53,964
53,269
53,617
28,0
28,0
28,00
6
0,045
0,821
0,832
50,117
50,390
50,254
28,0
28,0
28,00
7
0,035
0,590
0,599
44,384
44,607
44,495
28,0
28,0
28,00
8
0,027
0,476
0,481
41,554
41,678
41,616
28,0
28,0
28,00
9
0,045
0,365
0,369
38,799
38,899
38,849
28,0
28,0
28,00
10
0,045
0,263
0,264
36,268
36,292
36,280
28,0
28,0
28,00
15
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014 TOTAL
61,605
TOTAL
28,00
3. Menghitung nilai k pada keadaan stedi, untuk setiap daerah antara 2 node. Nilai k dapat dihitung dnegan mengguankan asas Black, kalor yang diterima (masuk) sama dengan kalor yang dilepaskan (keluar), asas ini dapat ditunjukkan dengan persamaan berikut.
dimana,
maiCpaiTin ai Tou ai = kA dTdx 5,967x10−
mair
= laju alir massa (
kg/s)
Cpair
= konstanta perpindahan panas (4200 J/(kg.ºC))
T in air / T out air
= temperatur air di tiap node yang dapat diketahui dari metode
linear
7,94x10−m
A
= luas permukaan logam (
dT
= beda suhu logam pada tiap node
d x
= jarak antar node
Kemudian nilai k dapat dihitung dengan persamaan:
ai Tou aidx = maiCpaiT in. Karena adanya perbedaan jenis bahan setiap nodenya, maka nilai k untuk masingmasing node dapat dihitung dengan menggunakan cara berikut: a. k avg stainless steel
= k node 1-2
b. k avg alumunium = (k node 3-4 + k node 4-5 + k node 5-6)/3 c. k avg magnesium = (k node 7-8 + k node 8-9 + k node 9-10 )/3
16
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014 4. Menghitung persentase kesalahan literatur dari setiap nilai k yang didapatkan dengan membandingkan hasil perhitungan dengan hasil literatur. Persentase kesalahan (%KL) dirumuskan sebagai berikut:
% = 100%
Hasil perhitungan langkah 3 dan 4 dijabarkan dalam tabel berikut.
T node Selan
dx
dT1
dT2
dT avg
avg
g node
(m)
(oC)
(oC)
(oC)
(oC)
0,02
44,20
45,99
4
1
45,098
6
3,351
3,276
3,313
57,892
213,775
2,060
3,177
2,619
54,926
270,511
3,847
2,879
3,363
51,935
210,619
2,829
2,929
2,879
43,056
147,615
2,755
2,780
2,767
40,233
255,954
2,532
2,606
2,569
37,565
275,738
1-2
5
k
k avg
k lit
% KL
8,726
8,726
16
45,463
231,635
204
13,547
226,436
156
45,151
117,82
0,04 3-4
5 0,04
4-5
5 0,04
5-6
5 0,02
7-8
7 0,04
8-9
5 0,04
9-10
17
5
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014 Keterangan tabel: dT1 dan dT2 merupakan selisih dari suhu pada T1 dan T2 pada tiap selang node. Misal
pada selang noded 1-2 untuk dT1 merupakan selisih T1 pada node 1 dan T1 pada node 2 dTavg merupakan rata-rata dari dT1 dan dT2 T node avg merupakan selisih dari suhu pada Tavg pada tiap selang node. Misal pada
selang node 1-2 untuk Tnode avg merupakan selisih Tavg pada node 1 dan Tavg pada node 2 5. Menghitung nilai qair , q bahan, dan qloss Untuk menghitung qair , q bahan, dan qloss, dapat digunakan rumus berikut: a.
q air mair .Cp air .t mair .Cp air . T ou t air avg T in air avg
b. qbahan c.
k lit . A.dT avg dx
qloss qbahan q air
Dengan demikian, diperoleh hasil sebagai berikut. Bahan
Q Air
Q
Q Loss
Bahan Baja
12,435
22,802
10,366
Alumunium
12,435
11,096
-1,339
Magnesium
12,435
8,654
-3,782
6. Menghitung nilai hc -6
Untung menghitung nilai hc digunakan asumsi nilai Lg = 5.10 m, nilai Ac/A = 0,5, dan fluida yang terperangkap dalam ruang kosong adalah udara, sehingga harga kf sangat kecil apabila dibandingkan dengan nilai k A dan k B. Nilai hc dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut: hc
dimana,
18
1 Ac 2.k A .k B Av . kf Lg A k A k B A
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014 -6
Lg
= tebal ruang kosong antara A dan B (5.10 m)
kf
= konduktivitas fluida dalam ruang kosong (kf = 0)
A
= luas penampang total batang
Ac
= luas penampang batang yang kontak ( Ac = 0,5 A)
Av
= luas penampang batang yang tidak kontak
Hasil perhitungan hc untung masing-masing bahan sebagai berikut. hc percobaan stainless steel dan alumunium
1.681.823,026 m .ºC/Watt
hc percobaan alumunium dan magnesium
22.900.590,688m .ºC/Watt
hc literatur stainless steel dan alumunium
2.967.272,727 m .ºC/Watt
hc literatur alumunium dan baja magnesium
17.680.000,000m .ºC/Watt
Dari perhitungan yang telah dilakukan diatas, sudah didapatkan beberapa nilai k. Bila dibandingkan dengan nilai k yang ada pada literatur, akan didapatkan kesalahan literatur sebagai berikut. % KL hc alumunium-stainless steel = 43,321% % KL hc alumunium-magnesium = 29,528% 7. Menghitung Untuk menghitung nilai , diperlukan grafik k vs. T node
avg.
Dengan
menggunakan metode least square, maka kita dapat membuat persamaan linear yang menghubungkan nilai k dan T node yang digunakan:
k k o 1 T k k o k o . T
y = a +
19
b
x
avg
untuk mendapatkan nilai . Rumus
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014
T VS K 350.000 300.000 y = 0.5569x + 201.05 R² = 0.0024
250.000 200.000
BAJA ALUMUNIUM
K
150.000
MAGNESIUM y = -23.477x + 1172.2 R² = 0.8737
100.000
Linear (ALUMUNIUM) Linear (MAGNESIUM)
50.000 0.000 0.000 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000120.000140.000 T
Dari grafik tersebut, didapatkan nilai gradien dan intercept yang digunakan untuk
perhitungan nilai . Magnesium k = k 0 + k 0.ß.T y=a +b
x
a = k 0 = 1172 b = k 0.ß = -23,47 ß = -0,0200256
Alumunium k = k 0 + k 0.ß.T y=a +b
x
a = k 0 = 201 b = k 0.ß = 0,556 ß = 0,00276617
b. Pengolahan data unit 3
20
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014 Pengolahan data untuk unit 3 sama dengan pengolahan data untuk unit 2 yaitu seperti berikut. Merata-ratakan waktu dan volume air yang keluar
t1 (s)
V1 (mL) t2 (s)
V2 (mL) tavg (s)
Vavg (mL)
4.97
9
5.16
9
5.065
9
5.15
8
5.12
10
5.135
9
5.16
10
5.31
9
5.235
9.5
5.07
10
5.06
9
5.065
9.5
5.06
9
5.27
10
5.165
9.5
5.10
10
5.03
10.5
5.065
10.25
5.29
9
5.33
10
5.31
9.5
5.25
9
5.27
10
5.26
9.5
5.23
10
5.24
9
5.235
9.5
5.08
8
5.32
9
5.2
8.5
0
Mencari Tavg node dengan mengubah T (mV) ke T ( C)
V
Tout air
T0
Tt
T1
(mL)
( C)
(mV)
(mV)
( C)
( C)
1
9
28.0
3.919
3.911
127.0096
126.811
5.065
1.7769
0.0018
2
9
28.0
3.417
3.41
114.5499
114.3762
5.135
1.7527
0.0018 114.46307
3
9.5
28.0
2.974
2.961
103.5547
103.232
5.235
1.8147
0.0018 103.39335
4
9.5
28.0
2.578
2.57
93.72596
93.5274
5.065
1.8756
0.0019
93.62668
5
9.5
28.0
2.233
2.229
85.16306
85.06378
5.165
1.8393
0.0018
85.11342
6
10.25
28.0
1.967
1.971
78.56094
78.66022
5.065
2.0237
0.0020 78.61058
7
9.5
28.0
1.712
1.709
72.23184
72.15738
5.31
1.7891
0.0018
72.19461
8
9.5
28.0
1.474
1.467
66.32468
66.15094
5.26
1.8061
0.0018
66.23781
9
9.5
28.0
1.282
1.281
61.55924
61.53442
5.235
1.8147
0.0018
61.54683
10
8.5
28.0
1.111
1.117
57.31502
57.46394
5.2
1.6346
0.0016
57.38948
Node
21
0
0
T2 0
T (s)
Q 3
(m /s)
m (kg)
Tavg node 0
( C) 126.9103
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014 Rata-rata
Rata – rata
28.0
0
Tout ( C)
0.0018
Massa air (kg)
Mencari nilai k percobaaan
Selang
Tavg node
dx
dT1
dT2
dTavg
A
k
2
0.025
12.460
12.435
12.447
0.00067
11.458
120.686685
3
0.025
10.995
11.144
11.070 0.00181
4.753
108.92821
4
0.025
9.829
9.705
9.767
0.00103
9.471
98.510015
5
0.025
8.563
8.464
8.513
0.00116
9.624
89.37005
6
0.025
6.602
6.404
6.503
0.00130
11.239
81.862
7
0.025
6.329
6.503
6.416
0.00145 10.223
75.402595
8
0.025
5.907
6.006
5.957
0.00161
9.937
69.21621
9
0.025
4.765
4.617
4.691
0.00177
11.446
63.89232
10
0.025
4.244
4.070
4.157
0.00193 11.889
7.725
0.00141
Node
0.025
0
( C)
59.468155
10.004
Membuat Grafik T Vs K dan A Vs K
T VS K 14.000 12.000 10.000 8.000 K
y = -0.0475x + 14.056 R² = 0.2115
6.000 4.000 2.000 0.000 0
20
40
60
80
100
T
TEMBAGA
22
Linear (TEMBAGA)
120
140
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014
A VS K 14.000 12.000 10.000 0 k
8.000 y = -1110.9x + 11.575 R² = 0.0452
6.000 4.000 2.000 0.000 0.00000
0.00050
0.00100
0.00150
0.00200
A
Mencari Kesalahan Literatur
ℎ = ×100% ℎ = |385 38510.004| × 100% = 97.4015%
Mencari k 0 dan
23
= 0 ×1 + = 14.056 0.0475 = 0.14.0475 056 = 0.003793
0.00250
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014 BAB IV ANALISA
IV.1. ANALISA PERCOBAAN
Percobaan konduksi ini memiliki tujuan untuk memahami mekanisme perpindahan panas secara konduksi. Kita sebelumnya haruslah mengetahui karakteristik dari perpindahan panas konduksi ini agar kita dapat mempelajari mekanisme perpindahan panas konduksi. Salah satu karakteristik adalah koefisien perpindahan panas logam, melihat pengaruh koefisien perpindahan panas logam dengan suhu dan juga koefisien kontak. Perpindahan kalor konduksi ini adalah peristiwa perpindahan energi yang diakibatkan adanya interaksi antar molekul. Interaksi pada peristiwa konduksi ini adalah getaran atau vibrasi dari molekul itu sendiri. Karena suatu molekul bergetar, molekul lainnya yang berjarak sangat dekat juga ikut bergetar. Hal tersebutlah yang membuat energi berpindah dari satu tempat ke tempat lainnya. Perpindahan energi dapat terjadi karena adanya perbedaan suhu antara suatu titik ke titik lainnya. Pada percobaan ini, praktikan hanya melakukan percobaan pada unit dua dan unit tiga. Percobaan unit dua ini bertujuan untuk menghitung koefisien perpindahan panas logam, mengamati pengaruh suhu terhadap k dan menghitung koefisien kontak. Percobaan dilakukan dengan mengamati setiap node, dimana node yang ada terdiri dari 10 node. Setiap 10 node tersebut diamati dalam selang waktu satu menit. Hal ini bertujuan untuk meyakinkan bahwa panas telah berpindah ke node berikutnya. Setiap node dilakukan dalam dua kali pengukuran. Dengan perlakuan tersebut, kesalahan yang ada dapat diminimalisasi karena pengukuran yang dilakukan dua kali dapat menghasilkan data yang lebih presisi. Setiap node yang diukur tersebut akan menghasilkan air keluaran dari selang yang terhubung dengan alat konduksi, dimana air tersebut diperlukan untuk data debit nantinya. Setiap air yang keluar dari selang dalam setiap node dilakukan pengukuran suhu. Dengan demikian, bila setiap node dilakukan dua kali pengukuran, suhu air keluar yang dihitung merupakan suhu rata-ratanya.
24
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014 Pada unit dua ini, logam yang digunakan terdiri dari tiga jenis, diantaranya adalah stainless steel, alumunium, dan magnesium. Sepuluh node yang akan diukur tersebut dibuat dari ketiga jenis logam itu. Untuk lebih jelasnya, sepuluh node tersebut dapat digambarkan sebagai berikut.
heater
1
2
baja
3
Al
4
5
6
7
8
9
10
Mg
Gambar 4. Logam pada Unit 2
Dari gambar tersebut, terlihat bahwa node 1-2 terbuat dari baja, node 3-5 terbuat dari alumunium, dan node 7-9 terbuat dari magnesium. Perbedaan jenis bahan dari ketiga node itu membuat kita dapat lebih mudah mengerti mengenai apa yang disebut tahanan kontak. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya pada teori dasar, tahanan kontak adalah suatu peristiwa yang terjadi ketika ada dua logam yang dihubungkan secara kurang sempurna sehingga ada ruang diantara sambungan tersebut yang terisi oleh udara. Hal ini menyebabkan terjadinya penurunan suhu pada logam yang bersinggungan. Dari data yang diperoleh akan dihitung koefisien β; dimana nilai ini dapat digunakan untuk menghitung nilai konduktivitas bahan (k). Pertama, hal yang harus dilakukan adalah menghubungkan kabel ke sumber listrik (sudah dilakukan oleh asisten laboratorium), dimana kabel yang dimaksud adalah kabel yang akan memberikan panas dari listrik ke material pada pipa. Bagian pangkal batang stainless steel adalah bagian yang langsung berhubungan dengan pemanas listrik yang menggunakan arus bolak-balik tersebut. Akibatnya, suhu pada pangkal stainless steel akan lebih tinggi dibandingkan bagian logam lainnya. Perbedaan temperatur antara bagian pangkal stainless steel dengan bagian-bagian lain merupakan driving force yang memicu perpindahan kalor dari pangkal stainless steel ke bagian lainnya. Ketika tube furnace memberikan kalor pada salah satu ujung logam, molekul-molekul dalam logam yang dipanaskan tersebut bergerak lebih cepat, sementara itu, tumbukan dengan molekul-molekul yang langsung berdekatan lebih lambat.
25
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014 Molekul-molekul yang bertumbukan ini mentransfer sebagian energi ke molekul-molekul lain sehingga lajunya mengalami peningkatan. Molekul-molekul ini kemudian juga mentransfer sebagian energi mereka dengan molekul-molekul lain sepanjang benda tersebut. Dengan demikian, energi gerak termal ditransfer oleh tumbukan molekul sepanjang benda. Selanjutnya, langkah yang harus dilakukan adalah memasang milivoltmeter (set mV meter pada penunjuk mV, DC), dan menghidupkan saklar utama serta unit 2 dan 3. Selain itu, praktikan juga harus memeriksa selang yang terhubung pada unit 2 dan 3 agar pada waktu percobaan, tidak terjadi kesalahan dalam penggunaan selang. Selang tersebut bertujuan untuk mengeluarkan air yang nantinya akan ditampung dalam gelas ukur. Melalui gelas ukur tersebut, volume air dari setiap unit dengan setiap node dapat diukur sehingga nantinya debit air tersebut akan didapat. Nilai debit air digunakan untuk perhitungan massa. Hasil yang didapat akan digunakan untuk perhitungan konduktivitas termal material tersebut. Pada percobaa di unit 3 ini tujuannya adalah untuk mengetahui pengaruh luas terhadap perpindahan konduksi yang terjadi. Seperti pada percobaan unit 2, konduksi yang terjadi merupakan perpindahan energy panas akibat adanya vibrasi olekul yang menghantarkan kalor dari satu molekul ke molekul lain. Unit 3 ini terdiri atas plat Cu vertical yang memiliki perbedaan luas di setiap nodenya. Pada dasar unit, dipasangkan sebuah pemanas listrik sebagai driving force yang membuat gradient suhu pada unit tersebut. Pada setiap node dipasang sebuah termokopel yang berfungsi sebagai sensor suhu pada titik tersebut. Termokopel ini dihubungkan dengan konektor dan voltmeter sehingga pada titik tersebut dapat dilakukan pembacaan suhu. Karena yang digunakan adalah voltmeter, suhu yang terbaca ditransformasikan menjadi besaran tegangan atau potensial listrik dengan satuan mV. Data suhu dapat diperoleh dengan cara mengkonversikan data potensial listrik. Switch pada voltmeter digunakan untuk mengubah pembacaan suhu dari satu node ke node lainnya di sepanjang batang. Ilustrasi unit dapat dilihat sebagai berikut :
26
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014
Gambar 5. Logam pada unit 3
Menurut Hukum Fourier , besarnya kalor yang ditransmisikan ke suatu titik sebanding dengan konduktivitas termal material, luas penampang, dan gradien suhu serta berbanding terbalik dengan jaraknya dari sumber kalor.
q k A
T X
Sehingga pada pengamatan unit 3, vaiabel yang berpengaruh adalah jarak dengan sumber kalor dan luas penampang. Berdasarkan hukum Fourier, besarnya fluks kalor berbanding terbalik dengan luas penampang. Pada unit 3 ini, konduktivitas termalnya tidak dipengaruhi oleh jenis material, melainkan hanya sebagai fungsi suhu. Pada unit ini juga dialirkan fluida pendingin sebagai heat sinker. Heat sink ini berfungsi mengatur dan mengukur fluks panas yang melalui terminal sepanjang lintasan batang. Fluida pendingin yang digunakan adalah air karena sifatnya yang ekonomis, mudah didapat, dan aman bagi lingkungan. Besarnya laju alir fluida pendingin haruslah cukup kecil agar tidak banyak kalor yang terbuang melalui konveksi. Suhu keluaran fluida pendingin diukur setelah dilakukannya pengukuran suhu pada tiap-tiap node. Pengukuran dilakukan setelah selang waktu tertentu agar suhunya stabil dan didapatkan data yang akurat. IV.2. ANALISA HASIL Perhitungan k
27
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014 Dari percobaan yang dilakukan pada unit 2, dihasilkan nilai konduktivitas termal setiap logam dimana konduktivitas termal percobaan untuk steel adalah 8,726, konduktivitas termal percobaan untuk alumunium adalah 231,635, dan konduktivitas termal percobaan untuk magnesium 226,436. Dengan demikian, konduktivitas termal yang terbesar sampai terkecil adalah konduktivitas termal alumunium, magnesium, dan steel. Hal ini sesuai dengan nilai konduktivitas termal literatur. Benda yang memiliki nilai konduktivitas termal yang tinggi menunjukkan bahwa benda tersebut memiliki kemampuan menghantarkan panas yang tinggi pula. Konduktivitas termal alumunium yang tinggi disebabkan oleh densitas molekul alumunium yang lebih rendah dibandingkan magnesium dan steel. Berapa densitasnya? Dengan adanya densitas alumunium yang rendah, kerapatan alumunium tersebut juga akan rendah sehingga jarak antar partikel lebih besar dibandingkan magnesium dan steel. Jarak partikel yang lebih besar tersebut menyebabkan partikel akan bergerak lebih bebas. Selain itu, densitas yang rendah menandakan jumlah molekul yang lebih sedikit untuk massa yang sama dibandingkan material yang lain. Artinya, jika sebuah molekul aluminium bervibrasi, ia akan dengan mudah bergerak dan berkontakan sambil menghantarkan panas ke molekul yang lain, dan hambatan panas akan kecil karena jumlah molekul yang menghantarkan panas tidak begitu banyak. Energi termal yang dihasilkan secara teoritis dapat dihantarkan oleh zat padat melalui dua cara, yaitu dengan adanya perpindahan elektron bebas dan getaran kisi. Dalam hal ini, secara literatur, jumlah elektron bebas dalam alumunium lebih banyak dibandingkan dengan magnesium dan steel. Elektron bebas tersebut akan bergerak melalui struktur kisi material dimana elektron tersebut mengandung muatan listrik dan energi termal yang mengalir atau berpindah dari suhu yang lebih rendah ke suhu yang lebih tinggi. Getaran kisi juga dapat menghantarkan energi termal, tetapi jumlahnya tidak sebanyak perpindahan elektron bebas. Pada unit 3 ini, perhitungan yang dilakukan sama seperti pada unit 2 yakni mengkonversi suhu lalu mencari nilai konduktivitas termal dan koefisien muai panjang unit. Hanya saja yang berbeda pada perhitungan di unit ini adalah perhitungan luas yng akan berbeda pada setiap nodenya saat mencari nilai konduktivitas termalnya
Perhitungan hc
28
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014 Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, didapatkan bahwa nilai tahanan termal antara stainless steel dengan alumunium jauh lebih kecil dibandingkan dengan tahanan termal antara alumunium dengan magnesium. Besarnya tahanan termal tersebut dipengaruhi oleh beberapa hal seperti ketebalan ruang kosong antara sambungan logam dan perpindahan panas yang terjadi dalam ruang kosong tersebut. Apabila ruang kosong diantara sambungan kedua logam semakin besar, kita akan mendapatkan nilai tahanan termal yang semakin kecil, dan begitu pula sebaliknya. Oleh sebab itu, dapat disimpulkan bahwa tebalnya ruang kosong pada sambungan stainless steel dengan alumunium jauh lebih besar dibandingkan dengan pada sambungan alumunium dan magnesium. Selain itu, hal ini juga membuktikan bahwa kekasaran permukaan antara alumunium dengan magnesium lebih besar dibandingkan stainless steel dengan alumunium sehingga ketebalan ruang kosongnya semakin kecil. Perpindahan panas yang terjadi dalam ruang kosong tersebut dipengaruhi oleh dua hal, antara lain konduksi antara zat padat dengan zat pada pada titik perpotongan (titik pertemuan dua logam) dan konduksi melalui fluida gas yang berada pada ruang kosong, dimana gas tersebut dalam hal ini adalah udara. Disamping kedua hal tersebut, besarnya tahanan termal juga dipengaruhi oleh konduktivitas termal material-material yang bersambungan. Dalam percobaan ini, bahan yang berada di antara kedua zat adalah alumunium sehingga besarnya konduktivitas alumunium bu kan merupakan parameter yang mempengaruhi tahanan termal secara besar sehingga kita perlu membandingkan konduktivitas termal magnesium dan stainless steel. Dari perhitungan yang telah dilakukan, besarnya konduktivitas termal magnesium lebih besar dibandingkan stainless steel. Hal ini mengakibatkan tahanan termal aluminium-magnesium lebih besar dibandingkan tahanan termal aluminium-stainless steel. Untuk unit 3 kita tidak mencari hc karena unit 3 hanya terdapat satu logam yaitu tembaga.
Perhitungan
29
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014 Nilai
adalah pengaruh temperatur terhadap nilai k. Berdasarkan perhitungan yang
dilakukan, nilai
dihitung dengan menggunakan persamaan garis. Nilai konduktivitas termal
yang ada bergantung pada nilai temperatur. Dari perhitungan yang dilakukan, didapatkan nil ai untuk magnesium bernilai negatif, sedangkan nilai
untuk alumunium bernilai positif.
Seharusnya, kedua nilai tersebut bernilai negatif. Nilai yang negatif menunjukkan bahwa pada temperatur tertentu nilai konduktivitas termal aluminium dan magnesium akan lebih kecil dibandingkan nilai k temperatur standar. Nilai β yang negatif juga menandakan terjadi penyusutan luas penampang logam. Hal ini dapat terjadi karena adanya faktor pengotor yang ada pada permukaan logam tersebut. Untuk unit 3, Pada perhitungan koefisien muai panjang, sama seperti unit 2, yakni merepresentasikan terlebih dahulu menjadi grafik antara T dan k, sehingga didapat persamaan untuk mencari koefisien muai panjang Cu.
IV.3. ANALISA GRAFIK
a. Grafik percobaan unit 2 T VS K 350.000 300.000 250.000
y = 0.5569x + 201.05 R² = 0.0024
BAJA
200.000
ALUMUNIUM
K
150.000 100.000
MAGNESIUM y = -23.477x + 1172.2 R² = 0.8737
Linear (ALUMUNIUM) Linear (MAGNESIUM)
50.000 0.000 0.000 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000120.000140.000 T
Grafik T vs K digunakan untuk melakukan perhitungan nilai . Pada grafik magnesium, 2
nilai R hampir mendekati 1 sehingga nilai yang didapatkan cukup linier, sedangkan pada grafik 2
alumunium, nilai R sangat jauh dari 1 sehingga tidak linier. Grafik yang linier menunjukkan
30
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014 bahwa semakin besar suhu, nilai k juga akan semakin besar, dan begitu pula sebaliknya. Dengan demikian, benar adanya bahwa temperatur akan mempngaruhi nilai konduktivitas termal material. b. Grafik percobaan unit 3
T VS K 14.000 12.000 10.000 8.000 K
y = -0.0475x + 14.056 R² = 0.2115
6.000 4.000 2.000 0.000 0
20
40
60
80
100
120
140
T
TEMBAGA
Linear (TEMBAGA)
Pada grafik T Vs K dapat dilihat bahwa semakin tinggi nilai T maka nilai konduktivitas termalnya semakin menurun. Jika ditinjau dari segi kimia fisika, logam memiliki valance band yang terisi parsial dan proses perpindahan panas secara konduksi terjadi akibat vibrasi pada elektron pada valance band. Elektron yang sudah membawa energy karena vibrasinya, jika ditambahkan suhu maka akan membuat elektron tersebut memiliki energy yang semakin tinggi, namun elektron tersebut masih berada pada valance band yang sama. Karena energy yang dimiliki setiap elektron menjadi hamper sama, maka pengaru suhu hanya akan mempercepat tumbukan antar molekul saja tapi tidak menambah nilai konduktivitasnya.
31
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014
A VS K 14.000 12.000 10.000 0 k
8.000 y = -1110.9x + 11.575 R² = 0.0452
6.000 4.000 2.000 0.000 0.00000
0.00050
0.00100
0.00150
0.00200
0.00250
A
Pada grafik antara luas penampang dengan suhu dapat dilihat bahwa semakin menurun nilai konduktivitasnya dapat dilihat dari gradiennya yang semakin menurun. Hal ini dikarenakan semakin luas penampang, maka semakin menambah nilai resistivitas termalnya. Resistivitas termal adalah hambatan termal yang dipengaruhi oleh ketebalan dan luas penampang
yang
dialiri
kalor.
Jika
resistivitasnya
semakin
tinggi
maka
nilai
konduktivitasnya semakin menurun.
IV. ANALISA KESALAHAN
Ada beberapa faktor yang dapat menyebabkan kesalahan dalam percobaan ini, diantaranya adalah: •
Kemungkinan terjadi kesalahan pada alat (termocouple) yang digunakan sehingga data yang diperoleh kurang akurat.
•
Kurangnya ketepatan praktikan dalam mengalirkan air ke dalam tabung dengan waktu yang konstan sehingga menyebabkan volume yang didapat sedikit lebih banyak/sedikit dari yang seharusnya
•
Kurangnya ketepatan praktikan dalam mengukur suhu air
32
LAPORAN PRAKTIKUM UOP I - KONDUKSI 2014 BAB V PENUTUP V.1. KESIMPULAN
Konduksi merupakan perpindahan energi (kalor) dari satu bagian padatan yang meiliki suhu lebih tinggi ke bagian yang memiliki suhu lebih rendah
Perpindahan pada konduksi dengan kondisi steady-state dan tidak ada pembangkit panas pada logam maka panas yang berpindah dari ujung logam ke ujung lainnya adalah sama
Pada logam yang terdiri dari sambungan beberapa logam maka akan terjadi variasi suhu yang berbeda-beda
Koefisien perpindahan panas logam dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Fourier konduksi yaitu:
k
q x A T
dengan data T logam, pada q/A yang sama. Apabila perubahan nilai k merupakan fungsi linier terhadap perubahan suhu, maka berlaku persamaan
k k o 1 T . dengan adalah koefisien perpindahan panas. Kemudian dari data percobaan, dapat pula diperoleh koefisien kontak termal melalui persamaan
hC
1 AC 2k A k B
A V k f L g A k A k B A
V.2. SARAN
Ada beberapa saran yang dapat dilakukan agar percobaan ini berjalan lebih baik sehingga kesalahan literatur dapat dikurangi yaitu
Termokopel perlu dikalibrasi secara berkala agar keakuratan data lebih baik dan pemanasan terjadi secara merata.
Menggunakan termometer digital agar suhu keluaran air dapat diperoleh lebih secara lebih akurat.
33
