modul i finish
Post on 17-Sep-2015
262 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
-
MODUL I
KONDUKSI LINEAR
A. Konduksi Linear Tunak
Analisa dan Perhitungan Hasil Percobaan
Data :
- Spesimen di bagian tengah : tidak ada
- Jarak antara termokopel T1 dan T3 (x13) : 0.03 m
- Jarak antara termokopel T6 dan T8 (x68) : 0.03 m
- Jarak antara tiap termokopel : 0.015 m
- Jarak antara termokopel T3 dan T6 ke permukaan (face) :0.0075 m
a. Aliran kalor ke heater
Watt01.8
9,09,8
IVQ
b. Beda suhu bagian panas (hot)
C 68,0
66,3035,31
o
31
TTThot
c. Beda suhu bagian dingin (cold)
C 68,0
61.2829,29
T - T T
o
86cold
d. Grafik Distribusi Suhu (T-x)
Terlampir
-
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?
-
Jawaban Pertanyaan
1. Nilai C bagian panas dan dingin
a. Bagian panas
Dari persamaan linear pada grafik di atas dapat dilihat jika :
Pada 9 Volt nilai C pada bagian panas adalah 31,73
b. Bagian dingin
Dari persamaan linear pada grafik di atas dapat dilihat jika :
Pada 9 Volt nilai C pada bagian dingin adalah 29,91
y = -22,787x + 31,738R = 0,9423
0
5
10
15
20
25
30
35
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05
Tem
pe
ratu
r
Jarak Termokopel
Grafik Distribusi Suhu Pada Bagian Panas
suhu termo kopel
Linear (suhu termokopel)
y = -22,787x + 29,915R = 0,3371
0
5
10
15
20
25
30
35
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05
Tem
pe
ratu
r
Jarak Termokopel
Grafik Distribusi Suhu Pada Bagian Dingin
suhu termo kopel
Linear (suhu termo kopel)
-
2. Berdasarkan pengamatan pada hasil percobaan maka dapat terlihat bahwa nilai
C dari kedua bagian (bagian panas & bagian dingin) berbeda. Hal tersebut
dikarenakan tingkat distribusi suhu dari kedua bagian tersebut berbeda.
3. Untuk nilai aliran kalor yang sama, maka berdasarkan nilai C di atas dapat
diketahui bahwa material yang memiliki konduktivitas termal yang lebih
tinggi adalah material bagian panas karena beda temperature pada bagian
tersebut lebih kecil.
Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengamatan dan perhitungan pada percobaan A, dapat
disimpulkan bahwa tingkat distribusi suhu untuk setiap lokasi besarnya
konstan. Hal tersebut dapat dilihat dengan jelas pada grafik distribusi suhu (T-
x). Namun demikian, dapat dilihat juga pada bagian interface, terjadi
penurunan temperature yang cukup drastis. Hal tersebut dikarenakan adanya
celah di antara kontak permukaan bagian panas dan bagian dingin.
-
B. Persamaan Fourier untuk Konduksi Linear
Analisa dan Perhitungan Hasil Percobaan
Data :
- Specimen di bagian tengah : Brass(diameter besar)
- Jarak antara termokopel T1 dan T3 (x13) : 0.03 m
- Jarak antara termokopel T4 dan T5 (x45) : 0.015 m
- Jarak antara termokopel T6 dan T8 (x68) : 0.03 m
- Jarak antara tiap termokopel : 0.015 m
- Jarak antara termokopel T3, T4, T5 atau T6 ke permukaan (face) : 0.0075 m
- Diameter batang specimen : 0.025 m
- Konduktivitas Termal Brass (Kuningan) kBrass : 121 W/m. oC
a. Aliran kalor ke heater
Watt1.8
9.09
I . V Q
b. Luas penampang perpindahan kalor
24
2
2
m 109.4
4
025.0
4
D . A
c. Beda suhu bagian panas (hot)
C 8,1
7,345,36
T - T T
o
31hot
d. Konduktivitas termal material bagian panas (hot)
C W/m.51,275
109.48,1
1.803.0
A . T
Q . x k
o
4
hothot
13
hot
-
e. Beda suhu bagian tengah (intermediate)
C 1
7,317,32
T - T T
0
54int
f. Konduktivitas termal material bagian tengah (intermediate)
C W/m.45,247
1091.41
1.8015.0
A . T
Q . x k
o
4
intint
45
int
g. Beda suhu bagian dingin (cold)
C 8.0
2,2930
T - T T
o
86cold
h. Konduktivitas termal material bagian dingin (cold)
C W/m.89,619
109.48.0
1.803.0
A . T
Q . x k
o
4
coldcold
68
cold
i. Grafik distribusi suhu
Terlampir
-
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-3 saja, asumsi pada kondisi yang sudah tunak) ?
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.oC.
Bagaimana nilai k kuningan terhadap nilai k referensi ini ?
-
Jawaban Pertanyaan
1. Perbandingan nilai konduktivitas termal (k) untuk Q yang sama
Untuk harga Q yang sama, maka perbandingan nilai konduktivitas termal
dari ketiga bagian merupakan perbandingan beda temperatur dari ketiga
bagian itu sendiri. Semakin kecil beda temperatur, maka nilai konduktivitas
termalnya akan semakin besar.
2. Perbandingan nilai konduktivitas termal (k) untuk Q yang berbeda
Untuk harga Q yang berbeda maka nilai perbandingan konduktivitas
termalnya selain dipengaruhi oleh besarnya beda temperature di setiap
lokasi juga dipengaruhi oleh besarnya aliran kalornya. Semakin besar laju
aliran kalornya, maka nilai konduktivitas termalnya akan semakin besar.
3. Nilai konduktivitas termal pada menit ke-3
Tegangan 9 Volt
Bagian panas = 165,01 W/m.oC
Bagian tengah = 165,01 W/m.oC
Bagian dingin = 206,26 W/m.oC
4. Pada dasarnya nilai konduktivitas termal dari suatu material adalah sama.
Akan tetapi pada percobaan kali ini terdapat 3 bagian dengan kondisi yang
berbeda-beda. Kondisi tersebut dipengaruhi oleh proses pemanasan oleh
heater (bagian panas) dan pendinginan (cooling) menggunakan air pada
bagian dingin. Hal tersebut mengakibatkan perbedaan temperatur yang
berbeda-beda pada masing-masing bagian.
Selain itu, perbedaan nilai k masing-masing bagian juga dipengaruhi oleh
jarak kontak antara tiap bagian karena semakin kecil jarak kontak yang ada
maka transfer panas yang terjadi akan semakin baik.
5. Pada percobaan kali ini, nilai konduktivitas termalnya lebih kecil dari pada
harga pada umumnya, yaitu 121 W/m.oC. Hal tersebut dikarenakan oleh
posisi pemanas dan pendingin pada suatu instalasi. Semakin besar aliran
kalor mengakibatkan nilai k semakin besar dan semakin besar beda
temperaturnya maka nilai k semakin kecil (untuk ukuran material yang
sama).
-
Kesimpulan
Pada percobaan kedua terdapat 3 bagian yang dapat dipandang sebagai
sebuah dinding homogen dengan luas permukaan penampang kontak dan material
(kuningan) yang seragam dan kontinyu. Temperature yang paling tinggi dalah T1
dan terendah pada T8 karena semakin jauh jarak termokopel maka temperaturnya
semakin kecil sesuai dengan hokum fourier. Berdasarkan teori yang ada, harusnya
penurunan temperature pada masing-masing titik pengukuran suhu adalah konstan
(tidak ada penurunan derastis). Namun, pada percobaan kali ini penurunan
temperature tidak terjadi secara konstan dari bagian panas ke bagian dingin. Hal
ini dapat terjadi karena kesalahan dalam proses pengambilan data dimana proses
pengambilan data tidak menunggu keadaan benda kerja dalam keadaaan stedy
sehingga temperatur pada benda kerja masih dapat berubah-ubah.
-
C. Koefisien Perpindahan Kalor Keseluruhan
Analisa dan Perhitungan Hasil Percobaan
Data :
- Specimen di bagian tengah : Stainless Steel
- Jarak antara termokopel T1 dan hot face (xhot) : 0.0375 m
- Jarak antara hot face dan cold face (xint) : 0.03 m
- Jarak antara termokopel cold face dan T8 :0.0375 m
- Jarak antara tiap termokopel : 0.015 m
- Jarak antara termokopel T3 dan T6 ke permukaan (face) : 0.0075 m
- Diameter batang specimen : 0.025 m
- Konduktivitas termal stainless steel (kss) : 25 W/m. oC
- Konduktivitas termal brass (kuningan) (kbrass) : 121 W/m. oC
a. Aliran kalor ke heater
Watt1.8
9.09
I . V Q
b. Luas penampang perpindahan kalor
24
2
2
m 109.4
4
025.0
4
D . A
c. Beda suhu bagian panas hingga bagian dingin
C 10
5,295,39
T - T T
o
8118
-
d. Tahanan termal dinding komposit (ke-3 spesimen)
C/W.m 0018198.0
121
0375.0
25
03.0
121
0375.0
k
x
k
x
k
x
U
1 R
o2
cold
cold
int
int
hot
hot
e. Nilai U
Co. W/m50.549
0018198.0
1
R
1U
2
f. Koefisien perpiindahan kalor keseluruhan hasil eksperimen (Uexp)
C. W/m46.512
)9.2810.61(109.4
1.8
T - T .A
Q U
o2
4
81
exp
g. Grafik distribusi suhu (grafik T-x)
Terlampir
-
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 ?
Jawaban Pertanyaan
1. Perbedaan nilai U pada perhitungan cara e dan f
Untuk perhitungan dengan cara (e) merupakan perhitungan dengan
teori (kondisi ideal) sedangkan pada perhitungan dengan cara (f)
merupakan perhitungan dengan menggunakan data-data hasil
percobaan/eksperimen dimana di dalamnya terdapat gejala-gejala
alam yang tidak dapat dihindari.
2. Grafik distribusi suhu pada material stainless steel lebih curam
karena nilai k dari material stainless steel lebih kecil dibandingkan
dengan nilai k material kuningan (brass).
-
Kesimpulan
Pada percobaan ini menggunakan bahan stainless steel untuk bagian
tengahnya. Jarak antar termokopel berbanding terbalik dengan temperature.
Semakin jauh jarak termokopel maka temperature akan semakin menurun. Artinya
perpindahan panas yang terjadi juga akan semakin kecil sesuai dengan hokum
Fourier.
Dengan jenis material/bahan yang berbeda maka pada kasus ini dapat
dipandang sebagai perpindahan panas pada material komposit.
-
D. Konduktivitas Termal
Analisa dan Perhitungan Hasil Percobaan
Data :
- Spesimen di bagian tengah : Aluminium
- Panjang specimen Aluminium : 0.03 m
- Diameter batang specimen : 0.025 m
- Jarak antara tiap termokopel : 0.015 m
- Jarak antara termokopel T3 dan T5 ke permukaan (face) : 0.0075 m
- Konduktivitas termal brass (kuningan) (kBrass) : 121 W/m. oC
a. Aliran kalor ke heater
Watt1.8
9.09
I . V Q
b. Luas penampang perpindahan kalor
24
2
2
m 109.4
4
025.0
4
D . A
c. Suhu permukaan sisi panas (Thot face)
C 85.46
2
)40.4850.51(40.48
2
T - T - T T
o
323facehot
d. Suhu permukaan sisi dingin (Tcold face)
C 10.37
2
)80.3300.36(00.36
2
T - T T T
o
766face cold
-
e. Beda suhu antara 2 permukaan (sisi panas dan sisi dingin, Tint)
C 75.9
10.3785.46
T - T T
o
face coldfacehot int
f. Konduktivitas termal material aluminium
C W/m. 77.50
)10.3785.46(91.491.4
03.01.8
T - T . A
x . Q k
o
face coldfacehot int
intint
g. Grafik distribusi suhu (grafik T-x)
Terlampir
-
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 ?
Jawaban Pertanyaan
1. Karena nilai konduktivitas termal yang dimiliki material aluminium
lebih besar jika dibandingkan material brass (kuningan) sehingga laju
perpindahan panas pada material aluminium lebih besar yang
mengakibatkan gradient suhunya menjadi lebih landai. Nilai k
aluminium adalah 238 W/m. oC sementara nilai k material kuningan
adalah 121 W/m. oC.
2. Besarnya fluks kalor yang diberikan terhadap material aluminium
sangat berpengaruh terhadap nilai konduktivitas termalnya. Semakin
besar fluks kalor yang diberikan maka semakin besar nilai
konduktivitas termalnya dan begitu pula sebaliknya.
3. Nilai k = 50.77 W/m.oC
4. kbrass dia kecil > kaluminium > kstainless steel > kbrass dia. besar
kuningan besar>tanpa specimen> aluminium>stainless steel
316.93 W/m.oC >142.23 W/m.oC > 86.87 W/m.oC > 30.0265 W/m.oC
-
Kesimpulan
Percobaan D ini menggunakan bahan aluminium pada bagian tengahnya.
Berdasarkan data yang diperoleh dari pengamatan, temperature yang paling tinggi
adalah T1 yaitu 44.5 oC dan temperature terendah pada T8 yaitu 29.6 oC.
Penurunan temperature yang terjadi di setiap lokasi disebabkan oleh jaraknya
terhadap sumber panas yang semakin jauh. Gradient suhu pada material
aluminium terlihat lebih landai jika dibandingkan dengan material brass pada
percobaan b, hal tersebut dikarenakan nilai konduktivitas termalnya yang berbeda.
Nilai konduktivitas termal aluminium pada kasus ini lebih kecil dari pada
nilai konduktivitas termal material brass untuk tegangan yang sama. Dengan nilai
k yang rendah maka material aluminium memiliki kemampuan kehantaran kalor
yang lebih kecil dibandingkan material brass, sehingga gradient suhu dari material
aluminium menjadi lebih landai.
-
E. Perbandingan Terbalik antara Gradien Suhu terhadap Luas Penampang
Analisa dan Perhitungan Hasil Percobaan
Data :
- Spesimen di bagian tengah : Brass (Kuningan,
diameter kecil)
- Jarak antara termokopel T1 dan T3 (xhot) : 0.03 m
- Jarak antara hot face dan cold face (xred) : 0.03 m
- Jarak antara termokopel T6 dan T8 (xcold) : 0.03 m
- Jarak antara tiap termokopel : 0.015 m
- Jarak antara termokopel T3 atau T5 ke permukaan (face) : 0.0075 m
- Diameter batang specimen (bagian panas) = Dhot : 0.25 m
- Diameter batang specimen (bagian tengah) =Dred : 0.13 m
- Diameter batang specimen (bagian dingin) =Dcold : 0.25 m
- Konduktivitas termal brass (kuningan) =kBrass : 121 W/m. oC
a. Aliran kalor ke heater
Watt10.8
9.09
I . V Q
b. Luas penampang perpindahan kalor sisi panas
2
2
2
hothot
m 049087.0
4
25.0
4
D . A
c. Luas penampang perpindahan kalor bagian tengah
2
2
redred
m 013273.0
4
13.0
4
D . A
-
d. Beda suhu bagian panas
C 1
7.397.40
T - T T
o
31hot
e. Gradien suhu bagian panas
C 3.33
03.0
1
x
T Grad
o
hot
hothot
f. Suhu permukaan sisi panas (Thot face)
C 4.39
2
)7.393.40(7.39
2
T - T - T T
o
32
3facehot
g. Suhu permukaan sisi dingin (Tcold face)
C9.12
2
)1.291.29(1.29
2
T - T T T
o
76
6face cold
h. Beda suhu antara 2 permukaan (sisi panas dan sisi dingin, Tred)
C 10.3
1.294.39
T - T T
o
face coldfacehot red
i. Gradien suhu bagian tengah
C 3.343
03.0
3.10
x
T Grad
o
red
redred
-
j. Rasio gradien suhu
31.10
3.33
3.343
Grad
Grad Suhu Gradien Rasio
hot
red
k. Rasio luas penampang perpindahan kalor
27.0
049087.0
013273.0
A
A Penampang Luas Rasio
hot
red
l. Grafik distribusi suhu (grafik T-x)
Terlampir
-
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 ?
Jawaban Pertanyaan
1. Berdasarkan persamaan x
T .A .k Q
, maka besarnya gradien suhu
akan terlihat seperti persamaan berikut:
k.A
Q
x
T
Dari persamaan tersebut dapat disimpulkan bahwa besarnya gradien
suhu dipengaruhi oleh luas permukaan perpindahan kalor. Besarnya
gradien suhu berbanding terbalik dengan besarnya luas penampang
perpindahan kalornya (A).
2. Besarnya fluks kalor berbanding lurus dengan distribusi suhu pada
material. Semakin besar fluks kalor maka distribusi suhunya juga akan
meningkat.
-
Kesimpulan
Percobaan E bertujuan untuk menganalisa pengaruh luas penampang
perpindahan kalor terhadap gradient suhu. Pada proses pengambilan data, terlihat
bahwa temperature tertinggi terdapat pada T1 yaitu 40,7 oC dan temperature
terendah terdapat pada T8 yaitu 29,2 oC. dari data tersebut dapat disimpulkan,
semakin jauh jarak termokopel maka temperature akan semakin kecil. Hal ini
disebabkan oleh jauhnya jarak termokopel dari sumber panas.
Terjadi penurunan temperature yang drastis dari T3 ke T6, hal tersebut
dikarenakan tidak dilakukan pengukuran temperature pada bagian tengah
(specimen/ brass dia. Kecil). Selain itu, hal tersebut juga dipengaruhi oleh luas
penampang bagian tengah yang lebih kecil dari bagian panas maupun bagian
dingin. Hal tersebut mengakibatkan distribusi suhu yang rendah karena besarnya
distribusi suhu berbanding terbalik dengan luas penampang perpindahan kalornya.
Secara matematis, untuk jenis material yang sama pada bagian
tengah/specimen maka nilai konduktivitasnya juga sama. Namun pada kasus ini
nilai konduktivitasnya menjadi berbeda karena dipengaruhi oleh luas
penampangnya yang lebih kecil.
-
F. Pengaruh Tahanan Kontak terhadap Konduksi Kalor
Analisa dan Perhitungan Hasil Percobaan
Data :
- Specimen di bagian tengah : Brass (Kuningan,
diameter besar)
- Permukaan (face) sisi panas : tidak diberi termal
paste
- Permukaan (face) sisi dingin : diberi termal paste
- Jarak antara tiap termokopel : 0.015 m
- Jarak antara T3, T4, T5 atau T6 ke permukaan (face) : 0.0075 m
- Diameter batang specimen : 0.035 m
a. Aliran kalor ke heater
Watt1.8
9.09
I . V Q
b. Grafik distribusi suhu (T-x)
Terlampir
-
Problem
1. Bagaimana pengaruh pemberian thermal paste terhadap distribusi
suhu? Mengapa dapat terjadi demikian ?
2. Bagaimana pengaruh variasi fluks kalor terhadap distribusi suhu ?
Jawaban Pertanyaan
1. Pemberian thermal paste pada permukaan bertujuan untuk
memperbaiki atau mengurangi efek tahanan kontak (contact resistant)
yang menghambat aliran kalor dari bagian panas menuju bagian
dingin. Pemberian termal paste membantu pendistribusian suhu
menjadi lebih baik karena sifat termal paste sendiri yang bersifat
konduktif. Dapat dilihat pada data pengamatan bahwa beda suhu antara
bagian panas dan dingin tidak terlalu besar seperti yang terlihat pada
percobaan yang sebelumnya (percobaan B) dengan material yang
sama.
2. Variasi fluks kalor yang diberikan terhadap material yang sama tidak
berpengaruh besar pada distribusi suhu. Hanya saja suhu yang
dihasilkan untuk setiap lokasi lebih besar untuk fluks kalor yang lebih
besar.
-
Kesimpulan
Pada percobaan F ini merupakan analisa pengaruh tahanan kontak terhadap
konduksi termal antara material yang saling bersinggungan. Material pada bagian
tengah yang digunakan adalah brass diameter besar. Temperature yang paling
tinggi adalah T1 sebesar 45,4C dan terendah adalah T8 sebesar 28,6 C. Terjadi
penurunan temperature yang drastis dari T5 ke T6. Hal tersebut tidak sesuai
dengan teori yang ada karena bagian tersebut merupakan permukaan yang
bersinggungan yang diberi termal paste. Kemungkinan besar hal tersebut
dipengaruhi oleh pengolesan termal paste yang kurang baik atau juga dapat
disebabkan oleh adanya air pendingin yang laju pendinginannya cepat.
Sementara itu, jika dilihat pada bagian Hot Interface yang mana tidak diberi
termal paste, harusnya terjadi penurunan temperature yang cukup besar dari hot
interface ke T4 karena pengaruh dari efek tahanan kontak. Namun berdasarkan
hasil pengamatan, pada kasus ini tidak terjadi penurunan temperature yang cukup
besar. Hal tersebut kemungkinan dapat terjadi karena pengaruh efek tahanan
kontak yang kecil, sehingga tidak menghambat aliran kalornya.
top related