Sistematika Laporan Praktikum SUB-MODUL B Persamaan Fourier untuk Konduksi Linear 1 Tujuan Penelitian

D. Aturan Pembuatan Laporan Praktikum

Laporan praktikum disusun dengan aturan-aturan sebagai berikut: • Satu kelompok menyerahkan 1 laporan • Kertas yang digunakan ukuran A4 • Cover warna biru muda • Ditulis tangan dengan tinta biru • Gambar, tabel, dan grafik boleh diprint • Bagian dasar teori dan metode eksperimen boleh diprint fotokopi • Dikumpulkan ketika responsi

E. Sistematika Laporan Praktikum

Sistematika Laporan Praktikum ini ditetapkan sebagai berikut: • Modul 1 : dasar teori , metode eksperimen, hasil eksperimen, analisa data, pembahasan • Modul 2 : dasar teori , metode eksperimen, hasil eksperimen, analisa data, pembahasan 3 MODUL 1 KONDUKSI LINEAR Modul 1 dilayani oleh sebuah Basic Service Unit BSU, lihat Gambar 1. BSU merupakan unit akuisisi data yang dilengkapi dengan software, sehingga pengoperasian ketiga modul selain dengan cara “Manual” operasi pembacaan data-data di panel BSU juga dapat secara “Remote” operasi pembacaan data-data di layar komputer. Gambar 1. Panel Basic Service Unit BSU – Heat Transfer Equipment Keterangan: A. Tombol Power On Off B. Tombol operasi secara “Manual” atau “Remote” C. Tombol pengaturan Voltase heater secara operasi “Manual” D. Display pembacaan nilai parameter Voltase, Arus, dsb yang terkait dengan pengaturan tombol E untuk operasi secara “Manual” E. Tombol pengatur pembacaan nilai parameter Voltase Arus heater, dsb untuk operasi “Manual” F. Interface IO Port untuk operasi pembacaan data secara “Remote” 4 G. Tombol Selector Switch untuk pembacaan suhu tiap-tiap titik termokopel untuk operasi “Manual” H. Interface untuk koneksi dengan Chart Recorder tidak digunakan I. Port untuk pengukuran suhu-suhu termokopel tidak digunakan J. Display untuk melihat data suhu pengukuran termokopel yang terkait dengan selector switch G untuk operasi secara “Manual” K. Port untuk pengukuran suhu-suhu termokopel digunakan L. Port untuk pengukuran laju aliran air pendingin tidak digunakan, karena unit tidak dilengkapi dengan sensor alat ukur debit air pendingin M, N, O, P port instumentasi yang berkaitan dengan tombol E tidak digunakan A. SUB-MODUL A Konduksi Linear Tunak A.1 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian Sub-Modul A ini adalah : 1. Untuk menentukan distribusi suhu pada kasus perpindahan panas konduksi tunak yang melalui pelat dinding datar dengan material yang sama seragam uniform. 2. Untuk mendemostrasikan pengaruh perubahan aliran kalor. A.2 Skema Peralatan Uji Gambar 2. Skema Umum Alat Uji Modul Konduksi Linear 5 Keterangan: Spesimen pada modul konduksi linear terdiri dari 3 bagian, yaitu : bagian panas heating section, bagian tengah intermediate section yang dapat diganti-ganti, dan bagian dingin cooling section. Bagian panas, spesimen kuningan brass dipanaskan dengan pemanas listrik electic heater. Bagian dingin, spesimen kuningan brass didinginkan dengan air pendingin. Terlihat kawat termokopel dipasang pada ketiga bagian untuk mengukur suhunya. Gambar 3. Susunan Pengujian Modul 1A Modul Konduksi Linear A.3 Dasar Teori Pada skema peralatan uji gambar 3 terlihat bahwa ada bagian panas heating section dan bagian yang dingin cooling section. Kedua bagian diklem dengan erat kedua permukaan yang bersinggungan diberi thermal paste supaya kontak permukaan baik tidak ada rongga udara yang dapat menyebabkan tahanan termal kontak contact resistance. Kedua bagian dapat dipandang sebagai sebuah dinding dengan luas penampang kontak dan material kuningan brass yang seragam dan kontinyu. Sesuai dengan hukum Fourier tentang konduksi panas, jika sebuah dinding datar dengan ketebalan x dan luas permukaan perpindahan kalor A terdapat beda suhu T, maka laju perpindahan kalor Q secara konduksi berlaku: 6 Q berbanding lurus terhadap A dan ΔT, namun berbanding terbalik terhadap Δx. x T . A ~   Q x T .    C Q Obyek dari pengujian modul 1A ini untuk menunjukkan bahwa untuk sebuah dinding datar sederhana dengan material dan luas permukaan perpindahan kalor konstan berlaku : x T ~ Q   Gambar 4. Distribusi Suhu Aliran Kalor pada Suatu Bidang Datar A.4 Prosedur Pengujian Prosedur pengujian sebagai berikut :

1. Susun alat uji seperti skema pengujian gambar 3. Oleskan thermal paste ke

permukaan-permukaan spesimen secara merata, kemudian klem kedua bagian tersebut. 2. Pasang termokopel dari Modul Konduksi Linear ke Basic Service Unit BSU. 3. Pasang kabel heater ke bagian belakang BSU. 4. Alirkan air pendingin ke modul alat konduksi linear. 5. Nyalakan BSU komputer.

6. Jalankan program Heat Transfer Armfield pilih Modul Konduksi Linear, Exercise A.

7. Set posisi tombol di BSU ke “REMOTE” untuk pengaturan penggujian

melalui program komputer. 8. Siapkan stopwatch untuk menentukan waktu. 9. Set voltase heater ke posisi 9 V dengan mengatur-atur heater control. 7 C = suatu konstan dan A = nilainya konstan 10. Catat rekam data-data pengujian yang meliputi : voltase arus heater, serta suhu-suhu termokopel dengan menekan icon GO pada program. 11. Data disimpan di-save untuk menit ke – 0, 1, 2, 3, dan 5. Data pada menit ke - 0 di-save saat voltase heater sudah menunjukkan setting voltase heater seperti yang diinginkan 9 Volt.

11. Ulangi lagi pengambilan data dengan voltase heater : 12V, 17V, dan 21V.

Keterangan: - Pengukuran pada menit ke – 0, 1, 2, 3, 4, dan 5 untuk mengetahui kondisi transien sejarah waktu time history - Untuk analisis data, dilakukan pada menit ke – 5 karena keterbatasan waktu, diasumsikan bahwa kondisi tunak sudah tercapai pada menit ke – 5 A.5 Pengamatan Data Data-data yang diambil pada pengujian sub-modul 1A ini dapat dilihat pada lampiran Tabel 1A. A.6 Perhitungan Analisis Berdasarkan data pengamatan, hitung parameter sebagai berikut: a. Aliran kalor ke heater I . V Q  b. Beda suhu bagian panas hot 3 1 hot T - T T   c. Beda suhu bagian dingin cold 8 6 cold T - T T   masukkan perhitungan ke Tabel Perhitungan pada lampiran Tabel 1A. d. Plot grafik suhu terhadap lokasi jarak masing-masing termokopel untuk tiap aliran kalor ke heater Q Grafik Distribusi Suhu  Grafik T - x e. Hitung gradien tiap garis Tx dan tunjukkan bahwa gradien Q adalah konstan C. Keterangan: Distribusi suhu akan terlihat seperti gambar 5. 8 Gambar 5. Kurva Distribusi Suhu pada Material Homogen Modul 1A A.7 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? B. SUB-MODUL B Persamaan Fourier untuk Konduksi Linear B.1 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian Sub-Modul A ini adalah : 1. Untuk memahami penggunaan hukum Fourier dalam menentukan laju perpindahan kalor melalui material padat untuk aliran kalor tunak 1 dimensi. 9 B.2 Skema Peralatan Uji Gambar 6. Susunan Pengujian Konduksi Linear pada Material Homogen Modul 1B B.3 Dasar Teori Pada skema peralatan uji terlihat bahwa ada bagian panas heating section, bagian tengah intermediate, dan bagian yang dingin cooling section. Ketiga bagian diklem dengan erat sehingga kedua pasang permukaan yang diberi thermal paste berada dalam kondisi kontak yang baik. Ketiga bagian dapat dipandang sebagai sebuah dinding homogen dengan luas penampang kontak dan material kuningan brass yang seragam dan kontinyu. Sesuai dengan hukum Fourier tentang konduksi panas, jika sebuah dinding datar dengan ketebalan x dan luas permukaan perpindahan kalor A terdapat beda suhu T, maka laju perpindahan kalor Q secara konduksi berlaku: x T . A ~   Q dengan : a b x - x x   Jika material dinding adalah homogen dan mempunyai konduktivitas termal k yang sama, maka: x T . A . k -    Q Tanda minus - disebabkan karena aliran kalor dalam arah penurunan suhu. Kalor mengalir dari bagian bersuhu tinggi ke bagian bersuhu rendah. 10 Gambar 7. Simbol Parameter Aliran Kalor pada Bidang Datar B.4 Prosedur Pengujian Prosedur pengujian sebagai berikut : 1. Prosedur pengujian analog seperti pada Sub-Modul A di atas, hanya di bagian tengah disisipkan spesimen tambahan berupa Brass kuningan, berdiameter besar. 2. Set voltase heater ke posisi 9V, 12V, dan 17V dengan mengatur-atur heater control. B.5 Pengamatan Data Data-data yang diambil pada pengujian sub-modul 1A ini dapat dilihat pada lampiran Tabel 1B. B.6 Perhitungan Analisis Berdasarkan data pengamatan, hitung parameter sebagai berikut: a. Aliran kalor ke heater I . V Q  b. Luas penampang perpindahan kalor 4 D . A 2   c. Beda suhu bagian panas hot 3 1 hot T - T T   d. Konduktivitas termal material bagian panas hot hot hot 13 hot A . T Q . x k   11 e. Beda suhu bagian tengah intermediate 5 4 int T - T T   f. Konduktivitas termal material bagian tengah intermediate int int 45 int A . T Q . x k   g. Beda suhu bagian dingin cold 8 6 cold T - T T   h. Konduktivitas termal material bagian dingin cold cold cold 68 cold A . T Q . x k   masukkan semua perhitungan ke Tabel Perhitungan pada lampiran Tabel 1B. i. Plot grafik suhu terhadap lokasi jarak masing-masing termokopel untuk tiap aliran kalor ke heater Q Grafik Distribusi Suhu  Grafik T - x Gambar 8. Distribusi Suhu Pada Material yang Homogen B.7 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-5 saja, asumsi pada kondisi yang sudah tunak ? 12 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 Wm. o C. Bagaimana nilai k kuningan terhadap nilai k referensi ini ? C. SUB-MODUL C Koefisien Perpindahan Kalor Keseluruhan C.1 Tujuan Penelitian