FDM: Konduksi

8/18/2019 FDM: Konduksi

1/23

MS 3202 - PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN

LAPORAN PRAKTIKUM MODUL 7

PERCOBAAN KONDUKTIVITAS BAHAN TERMAL

Kelompok : 12

Anggota Kelompok : F X Arnold Giovanni Heryanto 13112029

Kevin Angga Gunawan 13112036

Eko Budi Satriyo 13112041

Irvin Shandy 13112044

Dionisius Denny Bramantyo 13112046

Singgih Candra Prayoga 13112048

Robertus Kristianto Sukoco 13112091

Tanggal Praktikum : 15 April 2015

Tanggal Pengumpulan Laporan : 20 April 2015

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2015


2/23

1. TUJUAN PRAKTIKUM

Tujuan praktikum ini adalah untuk menentukan konduktivitas termal dari suatu material.


3/23

2. LANDASAN TEORI

Kalor merupakan salah satu bentuk energi, sehingga dapat berpindah dari satu sistem ke

sistem yang lain karena adanya perbedaan suhu. Kalor mengalir dari sistem bersuhu tinggi ke sistem

yang bersuhu lebih rendah. Sebaliknya, setiap ada perbedaan suhu antara dua sistem maka akan

terjadi perpindahan kalor. Perpindahan Kalor adalah salah satu ilmu yang mempelajari apa itu

perpindahan panas, bagaimana panas yang ditransfer, dan bagaimana relevansi juga pentingnya

proses tersebut. Perpindahan kalor dari suatu zat ke zat lain seringkali terjadi dalam industri proses.

Terdapat 3 jenis mekanisme perpindahan kalor, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.

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:

≈

Apabila konstanta proporsionalitas dimasukkan dalam persamaan tersebut, didapat:

=

q = laju perpindahan kalor konduksi, Watt (Btu/h)

k = konduktivitas termal, W/mOC (Btu/h.ft.OF) (konstanta proporsionalitas)

A = luas permukaan, m2 (ft

2)

∂T/∂X = gradien temperatur ke arah normal terhadap luas A

Persamaan di atas disebut hukum Fourier tentang konduksi kalor. Pada persamaan di atas, q

menyatakan laju perpindahan kalor dan

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.


4/23

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.

Pada kondisi steady state, apabila tidak ada pembangkitan panas di dalam benda, maka

persamaan hukum Fourier dapat diintegrasikan , sehingga diperoleh:

= (2 1)

∆

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. Satuan dari

konduktivitas termal adalah Watt/moC atau BTU/hour.Ft.

oF

Pada konduksi kondisi tunak (steady) dalam satu dimensi distribusi suhu konstan, suhu

hanya merupakan fungsi posisi dan akumulasi sama dengan nol (konduktivitas termal dianggap

tetap). Jika dalam sistem lebih dari satu macam bahan, seperti dinding lapis rangkap, ataupun luas

penampang yang berubah, maka analisisnya akan menjadi seperti berikut:


5/23

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.

Dengan 1/hcA adalah tahanan kontak termal dan hc adalah koefisien konduktansi termal.Ada

beberapa hal yang mempengaruhi tahanan kontak termal.Perpindahan kalor pada sambungan dapat

terjadi melalui konduksi zat padat dengan zat padat pada titik singgung dan melalui gas yang

terkurung pada ruang-ruang lowong yang terbentuk karena persinggungan (hal inilah yang

memberikan tahanan terbesar bagi aliran kalor karena konduktivitas gas yang sangat kecil).


6/23

3. PROSEDUR PRAKTIKUM

Dalam sekali praktikum, dilakukan dua jenis percobaan yang berbeda, dengan alokasi waktu

total sekitar 1 jam.

A. Percobaan Pertama:

Percobaan dengan menggunakan spesimen kuningan berdiameter 25 mm sebagai spesimen uji

bagian tengah. Setiap penampang spesimen dioles thermal paste.

1. Persiapan

1.1 Persiapan Air Pendingin

1.1.1. Cek selang yang menyambungkan pompa air dengan inlet dari katup regulator

tekanan pada alat praktikum. Pastikan ujung-ujung dari selang terhubung rapat

dan tidak bocor.

1.1.2. Letakkan ujung selang yang keluar dari spesimen uji ke ember, agar air yang telah

melewati spesimen uji bagian bawah tertampung kembali di dalam ember.

1.1.3. Tutup katup regulator tekanan air dengan menarik kenop hitam lalu diputar

berlawanan arah jarum jam. Pastikan katup ventilasi di mangkuk filter transparan

tertutup dengan memutar arah jarum jam.

1.1.4. Nyalakan pompa air.

1.1.5. Buka katup air masuk alat (Gambar 4). Buka katup regulator tekanan air secara

bertahap dengan memutar kenop hitam searah jarum jam.

1.1.6.

Cek debit air pendingin sebesar 1,5 L/min menggunakan gelas ukur dan stopwatch.1.1.7. Matikan pompa air.

Gambar 4. Skematik kabel termokopel

spesimen uji dan sirkulasi air

pendingin.


7/23

1.2 Persiapan Data Akuisisi HT10XC

1.2.1. Pastikan saklar utama (Mains) dalam keadaan mati (O).

1.2.2. Hubungkan unit HT10XC dengan soket listrik.

1.2.3. Pastikan potensiometer tegangan (Voltage Control ) di posisi nol. Lepas pengunci

dengan menarik kenop hitam ke atas, dan putar potensiometer berlawanan arah jarum jam hingga menunjuk angka nol.

1.2.4. Pastikan saklar tegangan (di sebelah saklar utama) di posisi MANUAL (ke atas).

1.2.5. Cek sambungan antara kabel pemanas pada alat praktikum dengan unit HT10XC di

soket OUTPUT 2 di panel belakang unit.

1.2.6. Pastikan saklar RCD di panel belakang unit dalam posisi ON (ke atas).

1.3 Persiapan Termokopel

1.3.1. Sambungkan termokopel dengan HT10XC dengan cara memasukkan ujung kabel

termokopel ke dalam soket termokopel HT10XC seperti terlihat pada Gambar 5.Termokopel dipasang berurutan pada soket termokopel HT10XC sesuai nomor

yang tertera di kabel termokopel untuk mendapatkan rangkaian dengan urutan

seperti terlihat pada Gambar 4 di atas.

Gambar 5. Unit HT10XC dengan 8 termokopel terpasang.


8/23

2. Pengujian

2.1. Pastikan sisi spesimen yang bersentuhan bersih. Jika perlu, bersihkan dengan

bantuan alkohol.

2.2. Oleskan thermal paste pada ujung-ujung spesimen uji atas, tengah, dan bawah,

kecuali jika percobaan yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui efek resistansi kontakatau menggunakan kertas sebagai intermediate part (Percobaan E-G).

2.3. Susun spesimen uji bagian atas, tengah, dan bawah menjadi satu kesatuan, lalu jepit

dengan menggunakan toggle clamp, untuk meminimalisir adanya gap antara permukaan

yang berkontak.

2.4. Nyalakan pompa air.

2.5. Nyalakan saklar utama (posisi I).

2.6. Putar potensiometer berlawanan dengan arah jarum jam untuk memperbesar nilai

voltase. Putaran arah sebaliknya akan memperkecil nilai voltase. Set nilai tegangan

sesuai dengan yang diinginkan.

2.7. Putar saklar pemilihan temperatur (di panel depan bagian kanan tengah) ke posisi T1

yang mengindikasikan temperatur ujung panas. Pastikan T1 terbaca mendekati

temperatur ruangan.

2.8. Putar saklar pemilihan pengukuran (di panel depan bagian kanan atas) ke posisi V, yang

mengindikasikan tegangan yang dipasok ke elemen pemanas di alat uji. Putar

potensiometer tegangan hingga mencapai sekitar 12 Volt. Pastikan kenop pengunci

terlepas sebelum memutar potensiometer tegangan.

2.9. Pastikan temperatur T1 meningkat perlahan dan mencapai kestabilan. Pastikan bahwa

temperatur semakin menurun hingga sisi air pendingin, T1>T2>T3... dan selanjutnya

dengan memutar saklar pemilihan temperatur.2.10. Catat temperatur di semua posisi dengan memutar saklar pemilihan temperatur, dengan

rentang waktu 5 menit (menit ke-0, ke-5 dst.)

2.11. Lakukan pengukuran hingga perpindahan panas pada spesimen mendekati kondisi tunak

(±25 menit).

3. Pascapengujian

3.1. Lepaskan penjepit, kemudian masing-masing bagian spesimen dipisahkan, agar temperatur

spesimen uji bagian atas dan tengah lebih cepat menurun, karena spesimen tersebut akan

digunakan kembali untuk percobaan yang kedua.

3.2. Pastikan sisi spesimen yang sebelumnya bersentuhan bersih. Jika perlu, bersihkan dengan

bantuan alkohol.

Setelah pengambilan data untuk percobaan pertama selesai dilakukan, persiapan untuk

percobaan kedua dapat mulai dilakukan.


9/23

B. Percobaan Kedua

Percobaan dengan menggunakan spesimen kuningan berdiameter 25 mm sebagai spesimen uji

bagian tengah namun antar masing-masing sambungan tidak diolesi thermal past.

1. Persiapan

1.1 Persiapan Alat Praktikum:

1.1.1. Ganti spesimen uji bagian tengah yang digunakan pada percobaan pertama dengan

spesimen uji bagian tengah yang diinginkan, bersihkan ditiap-tiap penampang silinder

menggunakan alkohol.

1.1.2. Lanjutkan percobaan seperti saat percobaan pertama.

Setelah percobaan selesai dilakukan, maka pompa air dimatikan, dan selang yang menghubungkan

alat praktikum dengan pompa air dilepas dari alat praktikum. Masing- masing termokopel dilepas

dari unit HT10XC. Lepas kabel yang menghubungkan alat praktikum dengan unit HT10XC. Jika

thermal paste digunakan saat percobaan, maka saat percobaan telah selesai, spesimen harus

dibersihkan dari thermal paste dengan menggunakan lap yang bersih. Kembalikan semua peralatan

ke tempat semula.


10/23

4. DATA PENGAMATAN

4.1. Data Percobaan Tanpa Thermal Paste

Diameter Tabung = 25mmTebal Tabung = 30mm

Voltase Pemanas = 9V

Arus Pemanas = 0.88A

x 7.5 22.5 37.5 52.5 67.5 82.5 97.5 112.5

t T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8

0 25.4 25.3 25.4 25.4 25.2 25.2 25.2 25.4

5 37.1 35.6 34.4 31.4 30.3 27.3 26.5 26.2

10 41.9 40.2 38.7 34.8 33.4 28.9 27.8 27.1

15 44.3 42.5 40.9 36.6 35 29.8 28.5 27.6 20 45.5 43.7 42 37.5 35.8 30.3 28.9 27.9

Table 1 Data Percobaan Tanpa Thermal Paste

*Waktu (t) dalam detik

**Temperatur (T) dalam °C

***Jarak (x) dalam mm

Figure 1 Data Percobaan Tanpa Thermal Paste

0

510

15

20

25

30

35

40

45

50

7.5 22.5 37.5 52.5 67.5 82.5 97.5 112.5

t = 0

t = 5

t = 10

t = 15

t = 20


11/23

4.2. Data Percobaan Dengan Thermal Paste

Diameter Tabung = 25mm

Tebal Tabung = 30mm

Voltase Pemanas = 9V

Arus Pemanas = 0.88A

x 7.5 22.5 37.5 52.5 67.5 82.5 97.5 112.5

t T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8

0 29.6 29.2 28.9 28.4 27.8 27.2 26.6 24.6

5 37.7 36 34.6 32.7 31.3 29.7 28.5 27.7

10 40.4 38.6 36.9 34.8 33 31.1 29.5 28.4

15 41.6 39.6 37.9 35.8 33.8 31.7 30 28.8

20 42.1 40.2 38.4 36.1 34.2 32 30.3 29

25 42.4 40.4 38.7 36.3 34.4 32.2 30.5 29.2 Table 2 Data Percobaan Dengan Thermal Paste

*Waktu (t) dalam detik

**Temperatur (T) dalam °C

***Jarak (x) dalam mm

Figure 2 Data Percobaan Dengan Thermal Paste

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

7.5 22.5 37.5 52.5 67.5 82.5 97.5 112.5

T e m p e r a t u r ( C )

Jarak (mm)

t = 0 min

t = 5 min

t = 10 min

t = 15 min

t = 20 min

t = 25 min


12/23

5. PERHITUNGAN DAN ANALISIS

5.1. Perhitungan

1. Mencari data-data yang dibutuhkan dalam perhitungan

• Besar laju perpindahan panas

= .

= 9 . 0,88 = 7,92 VA

• Luas permukaan spesimen

= 2

= 0,01252 = 4,908 .10−4 2

• Jarak antara termokopel yang satu dengan yang lain adalah 15 mm.

• Jarak antara termokopel 1 dengan ujung atas spesimen bagian atas adalah 7,5 mm.

• Jarak antara termokopel 8 dengan ujung bawah spesimen bagian bawah adalah 7,5 mm.

2. Pengujian 1: Menggunakan spesimen kuningan tanpa diolesi Thermal Paste

Dengan menggunakan rumus yang ada di modul maka kita bisa mencari nilai konduktivitas termal

dari spesimen kuningan berdiamter 25 mm (spesimen bagian tengah).

= . 4−5

(4 5).

=7,92 . (0,015)

(37,5 35,8). 4,908 × 10−4= 142,363

3. Pengujian 2: Menggunakan spesimen kuningan dengan diolesi Thermal Paste

Dengan menggunakan rumus yang ada di modul maka kita bisa mencari nilai konduktivitas termal

dari spesimen kuningan berdiamter 25 mm (spesimen bagian tengah).

= . 4−5

(4 5).

=7,92 . (0,015)

(36,3 34,4). 4,908 × 10−4= 127,378


13/23

5.2. Analisis

1. Pada percobaan 1: menggunakan spesimen kuningan tanpa diolesi Thermal Paste, nilai k

yang didapat adalah 142,363

, dan pada percobaan 2: menggunakan spesimen kuningan

dengan diolesi Thermal Paste, nilai k yang didapat adalah 127,378

, sedangkan menurut

literatur, nilai k adalah sekitar 109-121

pada temperatur 293-296 K. Perbedaan nilai k

dengan literatur kemungkinan disebabkan oleh:

a. kompoposi kuningan yang kita miliki tidak tepat 70% Cu dan 30% Zn. Komposisi bahan

menentukan konduktivitas termalnya

b. termokopel yang digunakan sudah tidak akurat sehingga nilai temperatur yang

dihasilkan tidak tepat, atau pada ujung termokopel terdapat kotoran sehingga nilai

temperatur yang terbaca tidak tepat

c. perbedaan temperatur antara temperatur pengujian dengan temperatur pada literatur,

temperatur yang kami dapatkan di percobaan adalah 307,4-309,3 K (saat kondisi tunak)

sedangkan temperatur di literatur adalah 293-296 K

2. Nilai k pada percobaan dengan diolesi thermal paste lebih mendekati dengan nilai k pada

literatur, dibandingkan nilai k pada percobaan tanpa diolesi thermal paste. Hal ini karena

pengaruh thermal paste yaitu memperkecil resistansi kontak sehingga nilai konduktivitas

thermal bahan mendekati nilai yang sebenarnya.

3. Dari hasil yang diperoleh, sesuai dengan data percobaan, didapat nilai konduktivitas thermal

dari kuningan tidak konstan, baik menggunakan thermal paste dan yang tidak menggunakanthermal paste. Nilai konduktivitas semakin menurun nilainya seiring berjalannya waktu. Hal

ini dikarenakan kondisi spesimen pada 25 menit pertama belum mencapai kondisi tunaknya

sehingga nilai konduktivitasnya tidak konstan. Sedangkan nilai konduktivitasnya menurun

disebabkan karena seiring berjalannya waktu, perubahan temperatur terhadap panjangnya

semakin tinggi dan nilai ini berbanding terbalik dengan konduktivitas bahan.


14/23

6. SIMPULAN

Setelah kami berdiskusi, berikut beberapa hal yang dapat kami simpulkan dari percobaan ini:

1.

Nilai konduktivitas termal kuningan sebesar 142,363 W/(m.K) (tanpa diolesi thermal paste) dan

sebesar 127,378 W/(m.K) (dengan diolesi thermal paste).

2. Nilai konduktivitas termal kuningan ketika diolesi thermal paste lebih mendekati nilai sebenarnya.

Hal ini disebabkan fungsi thermal paste yang meminimalisasi resistansi kontak, sehingga nilai

konduktivitas yang didapat dalam percobaan mendekati nilai sebenarnya.


15/23

7. TUGAS SETELAH PRAKTIKUM

7.1. Pertanyaan Umum

1. Terangkan arti fisik konduktivitas termal suatu bahan!

Konduktivitas termal adalah kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan panas secara

konduksi. Konduksi panas merupakan suatu fenomena di mana temperatur menyebabkan energi

panas berpindah dari suatu daerah panas ke daerah yang lebih dingin.

Angka konduksi panas menunjukkan perbandingan besarnya flux panas yang ditransfer per

satuan waktu dibagi distribusi temperatur. Dapat ditunjukkan juga dengan persamaan :

=

×

∆

× ∆

2. Apa yang terjadi pada kurva distribusi temperatur jika besar daya diperbesar? Apa yang

terjadi pada kurva distribusi temperatur jika besar daya diperkecil?

Jika daya diperbesar maka pada kurva distribusi temperatur nilai Q menjadi naik dan delta T

juga naik, dengan slope semakin besar (semakin curam). Jika daya diperkecil maka pada kurva

distribusi temperature nilai Q menjadi turun dan delta T juga ikut turun, dengan slope semakin

rendah (semakin landai). Kondisi tersebut terjadi dengan asumsi nilai k, A, dan L tetap.

3. Bandingkan kurva ditribusi temperatur ketiga percobaan. Mengapa kurva distribusi temperatur

masing-masing percobaan berbeda satu sama lain? Apa pengaruh dari jenis material dan luas

pemukaan spesimen uji bagian tengah terhadap kurva distribusi temperatur?

Kurva distribusi temperatur masing-masing percobaan berbeda karena adanya penggunaan

thermal paste pada salah satu percobaan. Thermal paste ini akan menghilangkan tahanan

kontak antar material sehingga perpindahan panas yang terjadi lebih baik yang kemudian

menyebabkan kurva distribusi temperaturnya menjadi lebih baik.

Menurut persamaan konduski Q = k.A.dt/dx, jenis material memengaruhi koefisien konduktivitas

(k) sehingga panas yang berpindah akan menjadi lebih besar atau lebih kecil bergantung pada

nilai k tersebut. Panas yang berpindah juga akan berbanding lurus terhadap luas permukaan

spesimen. Dengan demikian, semakin besar luas permukaan spesimen semakin besar pula panas

yang berpindah.


16/23

7.2. Pertanyaan Khusus

I. Percobaan A: Menggunakan spesimen kuningan dengan diolesi Thermal Paste

1. Hitung konduktivitas termal kuningan pada spesimen bagian tengah!

Gunakan rumus berikut:

=.4−5

(4 5).

=7,92 . (0,015)

(36,3 34,4). 4,908 × 10−4= 127,378

2. Hitung nilai konduktivitas termal kuningan pada spesimen bagian atas dan bagian bawah!

Dengan cara apa konduktivitas termal pada spesimen bagian atas dan bawah dihitung agar

nilai yang didapat merupakan nilai yang paling mendekati nilai sebenarnya? Jelaskan!

Metode yang digunakan untuk mendapatkan nilai yang paling mendekati nilai sebenarnya

adalah dengan menggunakan rumus yang telah diberi pada modul (persamaan 3). Tetapi

kita menggunakan data termokopel 1 dan termokopel 3 untuk spesimen bagian atas dan

data termokopel 6 dan termokopel 8 untuk spesimen bagian bawah. Rumus ini dapat

digunakan setelah kuningan berada dalam kondisi tunaknya. Maka dari itu kita

menggunakan data pada menit ke 25 karena spesimen telah mencapai keadaan tunaknya

sehingga rumus ini dapat digunakan oleh spesimen bagian atas maupun bagian bawah.

Hal yang terpenting ketika menghitung nilai konduktivitas termal suatu bahan adalah

menggunakan data-data ketika bahan tersebut telah mencapai kondisi tunaknya.

Spesimen bagian atas

=. 1−3

(1 3).

=7,92 . (0,03)

(42,4 38,7). 4,908 × 10−4= 130,82

Spesimen bagian bawah

=. 6−8

(6 8).

=7,92 . (0,03)

(32,2 29,2). 4,908 × 10−4= 161,345


17/23

3.

Bandingkan nilai konduktivitas termal kuningan pada menit ke-0, 5, 10, 15, 20, 15 dengan nilai

konduktivitas termal yang terdapat pada litelatur. Jelaskan analisisnya.

Melalui data litelatur di atas (sumber: wikipedia), dapat kita lihat nilai konduktivitas

kuningan berkisar antara 109 – 121

dengan temperatur antara 293 – 296 K. Maka

dapat kita lihat terdapat sedikit perbedaan dengan nilai konduktivitas yang kami dapat

dari pengujian. Nilai yang kami dapat dari pengujian adalah 127,4

.

Terdapat beberapa kemungkinan yang menyebabkan nilai konduktivitas yang kami dapat

tidak memenuhi litelatur. Yang pertama adalah kompoposi kuningan yang kita miliki tidak

tepat 70% Cu dan 30% Zn. Sehingga nilai konduktivitas yang kami dapat tidak akurat

karena komposisi kimia dalam suatu bahan sangat mempengaruhi nilai konduktivitas

termalnya. Yang kedua adalah termokopel yang digunakan sudah tidak akurat sehingga

nilai temperatur yang dihasilkan tidak tepat, atau pada ujung termokopel terdapat

kotoran sehingga nilai temperatur yang terbaca tidak tepat. Yang terakhir adalah

perbedaan temperatur antara temperatur pengujian dengan temperatur pada litelatur.

Pada pengujian, kami dapat temperatur kuningan 307,4 – 309,3 K (pada kondisi tunak)

sedangkan temperatur pada litelatur berkisar antara 293 – 296 K. Hal ini menimbulkan

perbedaan nilai konduktivitas termal

4. Bandingkan nilai konduktivitas termal kuningan pada spesimen uji bagian atas, tengah dan

bawah! Jelaskan hasilnya.

Konduktivitas termal bagian atas adalah 130,82

Konduktivitas termal bagian bawah adalah 161,345

Konduktivitas termal bagian tengah adalah 127,378

Dari data di atas dapat kita lihat bahwa terjadi perbedaan yang cukup signifikan antara

nilai konduktivitas termal bagian atas dan tengah dengan konduktivitas termal bagian

bawah. Sedangkan konduktivitas termal bagian tengah dengan bagian atas dapat dibilang

sama karena perbedaannya sangat kecil.


18/23

Dengan input Q dan besar luas penampang yang sama maka dapat dikatakan bahwa

perbedaan temperatur di bagian bawah lebih kecil dibandingkan bagian atas dan tengah.

Perbedaan yang cukup signifikan dapat terjadi karena bagian bawah adalah bagian

pertama yang kontak dengan air pendingin sehingga sebagian kalor yang diterima bagian

bawah terserap oleh air pendingin. Sedangkan air pendingin pada bagian atas dan tengah

telah mengalami kenaikan temperatur akibat menyerap kalor pada bagian bawah

sehingga peran air pendingin dalam mendinginkan bagian atas dan tengah kurang efektif.

Maka dari itu delta temperatur pada bagian bawah lebih kecil.

II. Percobaan G: Menggunakan spesimen kuningan tanpa diolesi Thermal Paste

1. Hitung nilai temperatur ujung bawah spesimen bagian atas dan ujung atas spesimen bagian

tengah. Hitung temperatur ujung bawah spesimen bagian tengah dan ujung atas spesimen

bagian bawah. Nilai temperatur dicari dengan cara ekstrapolasi. Dengan metode apakah

ekstrapolasi yang dilakukan agar temperature yang didapat dari perhitungan memiliki nilai

yang paling mendekati nilai temperatur sebenarnya?

Ambil data pada menit ke 20 dari tabel bagian data pengamatan

t (menit) T1 (°C) T2 (°C) T3 (°C) T4 (°C) T5 (°C) T6 (°C) T7 (°C) T8 (°C)

20 45,5 43,7 42 37,5 35,8 30,3 28,9 27,9

Termokopel memiliki jarak 15 mm satu sama lain. Sedangkan termokopel 1 dengan

bagian atas spesimen memiliki jarak 7,5 mm dan termokopel 8 dengan bagian bawah

spesimen memiliki jarak 7,5 mm. Jarak dihitung dari ujung bagian atas spesimen.

Dengan diketahui data di atas maka kita dapat mencari nilai temperatur pada bagian-

bagian spesimen dengan cara ekstrapolasi. Metode ekstrapolasi yang dilakukan adalah

dengan cara membuat persamaan garis linear dari data-data yang diketahui. Berikut

kurva temperatur terhadap jarak pada menit ke-20 dan hasil linearisasinya.


19/23

Ujung bawah spesimen bagian atas dan ujung atas spesimen bagian tengah

= 0,1857 + 47,593

= 0,1857 (45) + 47,593 = 39,237 ºC

Ujung bawah spesimen bagian tengah dan ujung atas spesimen bagian bawah

= 0,1857 + 47,593

= 0,1857 (75) + 47,593 = 33,666 °C

Ujung atas spesimen bagian atas

= 0,1857 + 47,593

= 0,1857 (0) + 47,593 = 47,593 °C

Ujung bawah spesimen bagian bawah

= 0,1857 + 47,593

= 0,1857 (120) + 47,593 = 25,309 °C

y = -0.1857x + 47.593R² = 0.9737

0

5

10

15

20

25

30

3540

45

50

0 20 40 60 80 100 120

T e m p e r a t u r ( ° C )

Jarak (mm)

Kurva Temperatur terhadap jarak

Series1

Linear (Series1)


20/23

2.

Bandingkan nilai temperatur ujung bawah spesimen bagian atas dengan ujung atas spesimen

bagian tengah. Jika tidak ada resistansi kontak, maka seharusnya keduanya memiliki nilai yang

sama. Bandingkan pula nilai temperatur ujung bawah spesimen bagian tengah dan ujung atas

spesimen bagian bawah.

t (menit) T1 (°C) T2 (°C) T3 (°C) T4 (°C) T5 (°C) T6 (°C) T7 (°C) T8 (°C)

20 45,5 43,7 42 37,5 35,8 30,3 28,9 27,9

Ambil data pada menit ke-20 dan jarak antara termokopel adalah 15mm, maka apabila

tidak ada resistansi kontak temperatur sambungan ujung bawah spesimen bagian atas

dengan ujung atas spesimen bagian tengah adalah

• Ujung bawah spesimen bagian atas

= 42 –7,5

15 . (42 37,5) = 39,75 °C

• Ujung atas spesimen bagian tengah

= 37,5 +7,5

15. (42 37,5) = 39,75 °C

Sedangkan temperatur sambungan ujung bawah spesimen bagian tengah dengan ujung

atas spesimen bagian bawah.

• Ujung bawah spesimen bagian tengah

= 35,8 –7,5

15. (35,8 30,3) = 33,05 °C

• Ujung atas spesimen bagian bawah

= 30,3 +7,5

15. (35,8 30,3) = 33,05 °

3. Hitung resistansi kontak sambungan kedua sambungan spesimen melalui rumus berikut:

′′ =ΔT. A

ΔT merupakan penurunan temperatur pada sambungan antar spesimen. Resistansi kontak sambungan ujung bawah spesimen bagian atas dengan ujung atas

spesimen bagian tengah.

Ambil data pada menit ke-20 karena bahan tersebut sudah dalam kondisi tunak.

′′ =ΔT. A

′′ =(42 37,5) . 4,908 × 10−4

7,92= 2,789 .10−4

2


21/23

Resistansi kontak sambungan ujung bawah spesimen bagian tengah dengan ujung atas

spesimen bagian bawah.

Ambil data pada menit ke-20 karena bahan tersebut sudah dalam kondisi tunak.

′′

=

ΔT. A

′′ =(35,8 30,3) . 4,908 × 10−4

7,92= 3,408 .10−4

2

4. Bandingkan nilai resistansi kontak yang didapat dari menit ke-0, 5, 10, 15, 20 dan 25. Mengapa

bisa berbeda?

ΔT1 R1" (

) ΔT2 R2'' (

)

0 0 0 0

3 0,00018594 3 0,00018594

3,9 0,00024172 4,5 0,00027891

4,3 0,00026651 5,2 0,00032229

4,5 0,00027891 5,5 0,00034088

Dimana,

ΔT1 adalah beda temperatur antara sambungan ujung bawah spesimen bagian atas

dengan ujung atas spesimen bagian tengah.

ΔT2 adalah beda temperatur antara sambungan ujung bawah spesimen bagian tengah

dengan ujung atas spesimen bagian bawah.

R1’’ = R2’’ adalah resistansi kontak yang dicari dengan menggunakan rumus yang

ada pada nomor 3.

Apabila kita lihat data pada tabel diatas terdapat sedikit perbedaan antara nilai resistansi

yang satu dengan yang lainnya. Hal ini dapat terjadi karena masing-masing permukaan

memiliki kekasaran yang berbeda-beda. Hal ini menyebabkan nilai resistansi R1’’

berbeda dengan nilai resistansi R2’’. Selain itu, nilai resistansi menit ke-20 berbeda

dengan menit-menit sebelumnya. Hal ini dapat terjadi karena bahan belum

mencapai kondisi tunaknya. Sedangkan pada menit ke-20 bahan telah mencapai

kondisi tunak sehingga nilai resistansi yang mendekati nilai sebenarnya adalah

resistansi pada menit ke-20


22/23

5.

Apa yang menyebabkan timbulnya resistansi kontak? Apa yang dapat dilakukan untuk

meminimalisir resistansi kontak? Jelaskan.

Resistansi kontak dapat terjadi karena ada pertemuan antara 2 permukaan. Hal ini

menyebabkan penurunan temperatur di pertemuan permukaan tersebut. Resistansi

kontak dapat terjadi karena efek dari kekasaran permukaan. Semakin kasar suatu

permukaan maka resistansi kontak yang terjadi juga semakin besar.

Untuk meminimalisir resistansi kontak kita dapat menggunakan Thermal Paste. Dimana

fungsi dari Thermal Paste ini adalah menghilangkan resistansi kontak. Selain itu, resistansi

kontak juga dapat diminimalisir dengan cara memperhalus permukaan yang berkontak.

Sehingga resistansi kontak akan menjadi kecil. Atau mengganti material permukaan yang

berkontak menjadi material yang lebih halus permukaanya.


23/23

DAFTAR PUSTAKA

Nurprasetio, Ignatius Pulung, dan Tandian, Nathanael Panagung. 2003. Panduan Praktikum

Fenomena Dasar Mesin. Departemen Teknik Mesin, Institut Teknologi Bandung.

FDM: Konduksi

Documents

Transcript of FDM: Konduksi