PEN^G-UJIAN KOND UKTIVITAS TERMAL MATERIAL PADAT-SILINDER'iViUX TONOiSiSiE; T SAT U D I M EN SI MENGGUNAKAN AKursrsi narl
"
Bambang yunianto
_
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik LINDIP
Abstrsk
o;:*,{i,i':i;::;:;:y;:;""i#;ri:::tr6r!,i';',!:;i:,!:;:,:' termat pada na,eriat sitinder pada, clensan i';J'#;b:;::"::;:!::^:'W,,.,i,);":j,i/t:::["ii*:;"ixi'i:i;;:,'i:li'r!,i!"ii,',::!:;,;:i;i:,,:,i, tinear terhadap perubahan {)i inozn ii,rir#irt 'ri,.';;;;',; (ADC) untuk diteruskan ke.konp.ut.ei i;;;r;;:
vthu' Nilai konduktivitas-ternil. dengan dato konduktivitas termal
naterial uji mempunyai titeratur s"nngso
ill:,T,{;t;::,U':yf;*:iiii,
a", i"r"rirr,",'rtr"'r;r" '",ili
,,rii,'t',,ingr,u,. pengambitan datu oi,utr-iiffi'^*Ti;i, ry*rsri lAiurlnu*, aoio-io, Niron) dibandinskan ytil',1i i:;i;;r;;i)n merrniukan baiwa nirai konduktivitas
p,"trguiio,
mate,ial,fiir
oii';:t:rr:;x,f::1::;:f ,::fl:;:n'ii*::;yT'o;;:";;:
f,onduk,ivi,as
rimat
,",,,i i*r,
Kunci: Konduktivitas termal, kalor, steady state, termokopel, ADC
Kata
l.
n^il
Pendahuluan Batasan Masalah
Latar Belakang
Salah satu karakteristik material adalah konduktivitas termal, yaitu ,iAi----iuiun yang menunjukan jullah panas yang merintasi satu jika gradten-mengalir *rn?.iuu_Vu :1tuT. .tlur satu. Konduktivitas
termal iuga dapat menunluktan scberapa a""r"r' urii""' ;.i:;;:' s ifat ini berguna antara lain un1r1f .k, cepat karor m engarii
retar;r;';;'k
seperri
dalam perencanaan, oerhitungan beban pendinginan refrigerasi dan tata-udaru, p"i"I.unu* utut penukar kalor, menentukan apakah osq'u u itu kond_uktor atau isolator d"" ;;b"g"i;y;.! Sampai saat ini terdapat metode pengukuran pada,sistem
;ii; ;;;;"han
untuk
bfid;'r"cam
,'",T;lf 1*T'"ff ',il?i", jlll lllgt,,;i",,i';'ff dan direatisasitan arat ,ir,rr'i :o*:Tc termal dengan pendekatan "ii"r.ri"ir., p;;;; i"i""l"uou"n ynuk
l.
2.
pengujian dilakukan pada rnaterial berbentuk
padat silinder.dengan ukuran
pada arah aksial satu-dimensi.
Aiix:omn,
lvlaterial shndard yung--digunukrn adalah
kuningan (brass) aengai
termalnya g9,Z WarUm.oC,
n:lii' loijrttiuitu,
^ 3. yang digunakan adalan ){l1erjal yji. Arumlnum, baja, dan nylon. . 4. . J.
sempurna sehingga kerugian n:5:l':lgsap yang terjadi dapat diabaikanl
:ulo, I ananan kontak termal antara dinding material diabaikan dengan p.nuill.tun
silicon heat transfer.
rvrrq^rr
Metode penetitian
.
"fi;
$teady) berdimensi satu melalui dinding romposit. Data
Mulai
i.r!..ur.
masuka1r1lu yung l..p.u pada material, kemudian data telnperatur ini akan diotah menjadi niiui Lonauf.ii.,i* teruku.r
,t
,.r_li'"
Sludi Pustaka
Tujuan penelitian
penelitian ini tujuan yang akan dicapai uOufilur l. Membuat alat konduktivitas rermal
.-uji material padat silinder untuk
2'
^ r.
satu dimensi.
t"iAli
skady
I-;
Rancang BangunAlat
-_l
pengujian nilai konduktivitas !-llafutan termal materiat padat silinder ir"ifr'Uuiu,
aluminum dan nyton
Membandingkan
hasil pengujian nilai iului silinder berupa baja, aluminu, konduktivitas rermal rnur.riuf
literatur.
laSf
-
;;;;;t";
d;run
Volume l0 Nomor 4 Oktober 2008
ou,u
'rl:
Koefisien Perpindahan panas Konduksi Struktur Komposit Dinding Datar
d.
Pada
Perangkat akuisisi data, yang terdiri dar.i sensor temperatur, ADC, komputer beserla programnya.
Spesimen Uji
Silinder pertama teibuat dari material kuningan dengan nilai konduktivitas termal g9,7 W/m.K. Panjang :30mm
.
Harga K diketahui
Diameter
:25 mm
HaEa K tidak diletahui
I
I
:
I lli
I ott:i
lt/\ tii
-'-----r
II\
. ; t \.---. [- :r-- -r L-
Gambar 4.Skema alat untuk pengukuran Konduktivitas Termal.a
Suatu metode yang sangat sederhana untuk pengukuran konduktivitas termal logam ialah seperti yang digambarkan pada gambar 4. Sebuah baiang
logam A yang konduktivitas termalnya diketahui, dihubungkan dengan batang logam B yang konduktivitas termalnya akan diukur. Sebuah sumbei kalor (heat Source) dan comber kalor (hear sink) dihubungkan dengan ujung batang gabungan itu, dan
Gambar 7. Bentuk dan ukuran material standard
rakitan itu dibalut dengan bahan isolasi untuk membuat kehilangan kalor ke lingkungan minimum dan menjaga
agar aliran kalor melalui batangan itu bersifat satu dimensi. Pada kedua bahan yang diketahui dan yang
tidak diketahui, ditempefkan atau
ditanamkan
termokopel. Jika gradien suhu melalui bahan-bahan
yang diketahui diukur, aliran kalor akan dapat ditentukan.a
Gambar 8. Bentuk dan ukuran materialuji
,=-k^o(#)n=-oun(#), 3.
Metodologi dan perancangan Uji
Gambaran Umum Alat
Ir ffitffiur
Gambar 6. Susunan Instalasi Alat Uji
Instalasi alat penguji yang dibuat
t rairi A*i peratatan'y#g kemulian disusun menjadi 3,|!11.q" yang bertungsi sebagai lliT :i:r:* ivitas
a. b. c.
alat penguji nitai
bahan, peralatan tersebut adaiahl Spesimen uji
Isolator Pemanas (Heater)
Gambar 9. Material silinder ketiga
Isolator
. . Isolator yang digunakan pada alat uji ini terbr_rar dari kayu pohon jati. lsolator tersebut berbentuk balok
dengan ukuran 70x70x130 mm. ROTASI
-
Volume l0 Nomor 4 Oktober 200g
(il)
Gambar 13. Letak TermokoPel
Gambar 10. Profil Isolator Analog to Digital Conveiler (ADC)
ADC yang digunakan yaitu produk dari Advantech ( USB-4?18) yang mempunyai spesifikasi sebagai berikut
:
8 differential thermocouple input channels Resolusi 16 bit Input arus 4-20mA
', ' '. Bus-powered
Gambar I uksi
l.
Pemanas
I
Indikator LED Lajusampel I0Hz
'
Tipe termokopel yang dapat digunakan : J, K,
T,E,R,S,B
t!$B '.4718
(Heate)
Alat Uji
fED
Gambar 12. Konstruksi Alat
Uji Gambar. 14. Perangkat Akuisisi Data
Akuisisi Data
data dalam berbagai iian dapat dilakukan oleh komputer, proses ini I sebagai proses akuisisi data. Perangkat ini :rangkat pengambilan
Sensor
Analog
Temperatur Digital Corwerter
@Dq
Komputer Peran
Watt I\Ieter Pada saat pengujian, daya heater diatur dengan menggunakan regulator. Oleh karena itu, diperlukan instrumen untuk mengetahui besarnya daya tersebut. Instrumen yang digunakan yaitu Watt meter (Lutron, DW-6060).
gkat Lunak (S oftw ar e
Temperatur lsor temperatur yang digunakan
yaitu berupa
termokopel dimana masing-masing spesimen
dua termokopel. TermokoPel
Yang
yaitu tipe T. Jarak antar termokopel dalam spesimen 20mm
jl'tsl
-
Volume l0 Nomor 4 Oktober 2008
Gambar 15. Watt Meter
Prosedur Pengukuran gengukuran,
.^Ll_:t_"d:, rnaterlat pada alat
Pengukuran Material
nitai konduktivitas termal
uji iniadatah
r.b';;;;id",
Uji
B (Aluminum)
I
____l_l#$1i#:,LTi,tfffi
I
r-=trr f
--#;,*t
Pohp. rubm.rribt. ___l____J
I
I
Gambar tg
FT.fl,h-'-l ----r-:--J M.fraant ta.ho&st
Pengukuran Material
Prd. At C
u.ri.t
nr.nemG
I.nt.furO.y.i.t
Mahiat r*an
Uji
C
fiylon)
qt^ rqa,cNOUru4 r^H& ! { c irnor, (car arao,
r
p.Sr.h
AluiriJ O.b
Kondl.i
Sk.dy
Selesai
Gambar. 16. Diagram
Aiir lengukuran Konduktivitas
Termal
Hasil dan pembahasan
Cu*U EuBuKuran TemDeratur ermat Material Uji kuran Material q^*i ter€Mrui (EL
dan
Uji A @aja)
a€iouxuux
r^n [t
0{ l
material Uji C
Konduktivitas
tl&ll (oid3 !rqo,
Analisa Hasil pengukuran
Konduktivitas Termat
Konduktivitas Termal Mate;ial Uji Tabel I Mate-
rial A B
c
(
hii Wm.t)
61,27070
2tq05r50 t2,o4lt7
k (
Wm.t)
tt
(o/o)
Keseksanraii(o/o'l
6o,s
1,27
9E,73
218
0,48
99.52
n,9974
0,36
99,64
J,
l,
li l,)
l,
C.rn
material Uji A rit#
litf iilil i
lifi
iril I
'{$/-
Volume tO Nomor 4 Oktober200g
riI
llfl lln
l
i llil ,|ff
I
ijril;
fltfi
ttFgrFrxcAf
lul (oioufrr
s
t:Rs! uEu! !I
OAN
D^Jt
muru8
20.Perbandingan nilai konduktiviias terrn.al material uji dan data literatur ari
tabel
I
dara yan! Wm.K. padi
61,27070W1m.K sedangkan
uji B (Aluminum) menunjukan konduktivitar
219,05160 Wm.K sedangkan data yanl dari literatur sebesar 218 Wm.K. padi al uji C (Nylon) menunjukan konduktivitar sebesar l2,04ll7Wlm.K sedangkan data yan6 leh dari literatur sebesar 11,9974 Wm.K. Dar pengujian untuk ketiga material uji diatar jukan menunjukan selisih yang relatif keci sebesar
leh
p data yang diperoleh dari literatur. Hal tersebur lidukung dengan prosentase gatat (kesalahanl kecil yaitu kurang dari l0% serta prosentase amaan lebih dari 98Yo, sehingga data nilaj
dvitas termal untuk ketiga material uji kati dengan data yang diperoleh dari literarui. ata
di atas terlihat juga bahwa nilai konduktivitas
paling tinggiterdapat pada aluminum kemudian lan nylon. Hal tersebut menunjukan bahwa um mempunyai sifat hantar panas yang paling -nyton dari material lainnya sedangkan :nyai sifat hantar panas yang paling buruk di
uji
lietiga
.:
, --- \!
t[k)'t",' 2.
Ditinjau dari ketidakpastian hasil il penguj penguJtan 2. dan gambar Z+. menun;uki menunjukkan nilai ketidakpastian untuk setiap materialrl uji diser disertai rji A (ba (baja) 9:ngT -prosentasenya. Pada rnaterial uji diperoleh ketidakpastian sebesar 1,09605 Wr.K,-pu Wm.K, pada
material
t.
(aluminum) diperoleh ketidakpasti etidakpastian Wm.K dan pada materialuji ujiC(nylon) C(nylr diperoleh ketidakpastian sebesar O,2g2g7 Wm.K. Ji Jika kita bandingkan dengan nilai konduktivitas vitas rern termal .material uji dari hasil pengukuran maka akan :an diperol diperoleh prosentase ketidakpastian. prosentase paling ke kecil terdapat pada material uji A (baja) yaitu sibesar :besar l,gl l,8l% sedangkan prosentase ketidakpastian paling raling bes besar terdapat pada material uji C (nylon). Namun .rn dimikiz demikian, besamya prosentase ketidakpastiar untuk ntuk keti ketiga material uji tersebut masih dibawah l0% (<10%).
5. Kesimpulan Setelah melakukan pengujian dan pengambili pengambilan data disertai dengan analisa pada bab ieUetumny sebelumnya, dapat diambil kesimpulan sebagai'berikut :
1.
[H)'t',^l
[H)'t',,' l
Ahi( * Wm.oC)
a. 6. a. 2.
I"lst-
0,29287
2,43
Volume I0 Nomor 4 oktober 2008
penguJlan penguji:
:
UjiB (Al)
:
MaterialUji C (Nylon)
:
Material Wm.oC
61,270i 219,051
lz,O4tl
Wm.oC Nilai konduktivitas termal dari data literatur untu ketiga material uji diperoleh sebagai berikut : Material Uji A 60,
(Baja)
:
a" Material Uji B (Aluminum) : 2lg t8 Wm.oC a" Material Uji C (Nylon) :l l,gg.tA
1,81
2,31
(Baja)
Wm.oC
w/m.-u
Prosentase
5,06679
Material Uji A
.u
ketidakpastian (7o) 1,09605
Nilai konduktivitas termal dari hasil
untuk ketiga material uji diperoleh sebagai berikut :ai berik
Material uji
.(H)'t',,t.
uji B
sebesar 5,06678
Ketidakpastian Konduktivitas Termal Material
nal
dengan Ketidakpastian
konduktivitas, tabel
material uji tersebut.
tkpastian Hasil Pengukuran {l'.
Ku;1
dan gambar 23. dapat diketahui datr
ieh dari literatur sebesar 60,5 al
2l. Perbandingan
Kuj;
konduktivitas termal hasil pengujian. padi aluji A (baja) menunjukan konduktivitas rerma
r
Gambar
3.
Wlm.oC
Analisa galat hasil pengukuran nilai konduktivitas termal terhadap data literatur menunjukan pada kisaran lebih kecil dari l0% (<106/o) dengan prursrrl.1ss KeseKsamaan teoln Desar dart gB"/o (>98%)
24
I
4.
Analisa ketidakpastian data hasil pengukuran nilai
konduktivitas rermal m.t.riut--
. pada kisaran ll9:9n!ase l0o/o(
l;l'Trnun;rtun
lebii kecil dari
DAFTAR PUSTAKA
L
Holman, J.p. ,,p.erpindahan Kalor
Z.
,..
kel ima.Erlangga. Jakarta. I 9g g
Edisi
Ozisik, M.N.,./1ea, Conduction,.2nd Edition.John Wiley and Sons. t 993
3.
Kreith, Frat*.,,principtes of Heal Transfel, .,.3th Ejlio.n, Harper & Row.pubtiJ;i";., ;;iversity
4.
Holman, l.p."Metode pengukuran Teknil,.Edisi
5.
Mc.. Adams, William. ,,Ileat Transmission,,.3rd
6.
Incropera, F.p. *Fundamentals of Heat Transfer,,.
of Colorado, USA, 1923.
Keempat.Erlangga. Jakarta. i9 g5
Edition.McGraww-Hil
_
7. 8.
Slhoot
of
l. I 95 g
Mechanics E"g"irr;;;id' purdue . Sons.iggt ,,penguiuran, piigendatan
University. fton Wiley &
link, . W. rengaturan dengan Komputindo. lakartl. www.Matweb.com
t
pC,. Elex gAg
ioasr- uo*rn*imor
.l oktober 2oo8
dan
Media
