Conductivity Isolator Panas (OTK) III

B A B I

P E N D A H U L U A N

A. Judul percobaan

Pengukuran Konduktivitas Isolator Panas

B. Maksud dan Tujuan percobaan

1.Maksud

Agar praktikan mengetahui prinsip-prinsip konduktivitas isolator panas

2.Tujuan

Untuk mengetahui besarnya panas yang di serap oleh penyekat/hambatan.

C. Latar belakang

Alat penukar panas digunakan untuk mengubah jumlah panas yang terdapat pada

suatu bahan padat, cair dan gas. Pada dasarnya dibedakan antara pertukaran panas

langsung dan tidak langsung.

Alat penukar panas tidak dapat diklarifikasikan dengan satu cara saja. Di dalam

praktek alat-alat tersebut di bedakan antara lain menurut :

Tempat pemasangan di dalam instalasi.

Jenis media yang memindahkan panas.

Keadaan agregat dari bahan-bahan yang di panaskan/didinginkan.

Maksud dan penggunaan.

Konstruksi dan bahan pemuat alat penukar panas.

33

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Dasar – Dasar Mekanisme Perpindahan Energi Panas

Pada dasarnya terdapat tiga proses perpindahan energi panas. Proses tersebut

adalah perpindahan energi secara konduksi, konveksi dan radiasi. Perpindahan

energi secara konduksi dan konveksi terjadi pada material padat atau cair.

Sedangkan proses perpindahan energi panas secara radiasi terjadi pada ruang

hampa. Berikut pembahasan lebih lanjut mengenai ketiga perpindahan energi

panas tersebut.

Konduksi

Perpindahan energi panas secara konduksi merupakan perpindahan energi panas

yang disalurkan secara langsung antar molekul tanpa adanya perpindahan dari

molekul yang bersangkutan. Proses kinduksi terjadi pada benda padat, cair

maupun gas jika terjadi kontak secara langsung dari ketiga macam benda tersebut.

Ada empat hal penting dalam konduksi yaitu :

1. Konduktivitas panas

2. Konduktansi panas

3. Resistivitas panas

4. Resistansi panas

Konduktivitas panas (k) merupakan perhitungan kapasitas hantar panas suatu

material atau disebut dengan indeks hantar panas per unit luas konduksi per

gradient temperature dari suatu material. Perumusannya adalah sebagai berikut :

34

Q W

K =

A ΔT/m m2 Δ1 °C/m

Dimana :

Q = kecepatan aliran panas ( W )

A = luas daerah hantar panas ( m2 )

ΔT/m = gradient tempereature disepanjang material (Δ1 °C/m )

Konduktansi panas ( k ) merupakan perhitungan kapasitas dari perpindahan

panas materi dalam menghantarkan panas. Rumusnya adalah :

Q W

K =

A ΔT m2 Δ1 °C

Dimana :

Q = kecepatan aliran panas ( W )

A = luas daerah hantar panas ( m2 )

ΔT = selisih temperature (Δ1 °C )

Konduktansi panas ( k ) untuk proses konduksi adalah sebagai berikut :

35

Q W

K =

ΔT Δ1 °C

Sedangkan untuk resisitivitas panas ( r ) dan resistansi panas ( R ) masing –

masing merupakan kebalikan dari konduktivitas panas dan konduktansi panas

yang dapat dirumuskan seperti dibawah ini :

1 m2 Δ1 °C

r = A

K W

1 Δ1 °C

R =

AK W

Konduktivitas panas merupakan properti dari suatu material yang menentukan

kemampuan suatu benda menghantarkan panas. Materi yang memiliki

konduktivitas panas rendah dapat disebut dengan isolator yang baik. Setiap materi

memiliki lebar batasan dari konduktivitas panas.

Konsep dasar konduktivitas panas adalah kecepatan dari proses difusi energi

kinetik molekular pada suatu material yang menghantarkan panas. Walaupun

mekanisme perambatan gerakan secara molekular pada perambatan panas hampir

36

sama dengan perambatan dari suara dan sifat elektik dari material itu, tetapi hanya

ada sebagian dari hubungan secara teoritis yang bisa dicapai.

Tabel berikut ini dimaksudkan sebagai sampel kecil data untuk menggambarkan

konduktivitas termal dari berbagai jenis zat

Material Thermal conductivity

[W/(m·K)]

Silica Aerogel 0.004 - 0.04

Air 0.025

Wood 0.04 - 0.4

Hollow Fill Fibre Insulation 0.042

Alcohols and oils 0.1 - 0.21

Polypropylene 0.25 [2]

Mineral oil 0.138

37

Rubber 0.16

LPG 0.23 - 0.26

Cement, Portland 0.29

Epoxy (silica-filled) 0.30

Epoxy (unfilled) 0.12 - 0.177 [3][4]

Water (liquid) 0.6

Thermal grease 0.7 – 3

Thermal epoxy 1 – 7

Glass 1.1

Soil 1.5

Concrete, stone 1.7

Ice 2

Sandstone 2.4

Mercury 8.3

Stainless steel 12.11 ~ 45.0

Lead 35.3

Aluminium 237 (pure)

120—180 (alloys)

Gold 318

Copper 401

Silver 429

Diamond 900 – 2320

Graphene (4840±440) - (5300±480)

Konveksi

Perpindahan energi panas dengan proses konveksi terjadi hanya pada benda cair.

Perpindahan ini disertai dengan perpindahan benda cair secara fisik. Pada saat

energi panas yang diterima oleh benda cair tersebut melebihi titik batas maka

benda cair itu akan mengalami perubahan phasa. . Misalnya, es batu yang mencair

38

dalam air panas. Panas dari air panas berpindah ke es batu. Panas berpindah

bersama mengalirnya air panas ke es batu. Panas tersebut menyebabkan es batu

meleleh. Jadi konveksi adalah perpindahan kalor pada suatu zat yang disertai

perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Konveksi terjadi karena perbedaan

massa jenis zat.

Radiasi

Perpindahan panas dengan proses radiasi ini berbeda dengan proses – proses yang

telah dijelaskan sebelumnya. Energi radiasi dirambatkan menggunakan

gelombang elektromagnetik diantara dua objek yang dipisahkan oleh jarak dan

perbedaan temperature dan tanpa medium penghantar. Hal ini sangat berbeda

dengan perambatan energi cahaya yang hanya menggunakan panjang gelombang

masing – masing. Gelombang elektromagnetik ini ( radiant energi ) dapat melalui

ruang hampa dengan sangat cepat dan juga dapat melalui cairan, gas dan beberapa

benda padat. Energi yang dirambatkan ( radiant energi ) ini diserap oleh

permukaan benda yang dikenainya dengan jumlah yang berbeda. Hal ini

tergantung pada kemampuan menyerap dari benda yang dikenainya. Matahari

merupakan contoh yang mudah untuk perpindahan panas dengan radiasi. Radiant

energi dari matahari dirambatkan melaui ruang hampa dan atmosfer bumi. Energi

yang dirambatkan ini akan diserap dan tergantung pada karakteristik permukaan.

Semua objek yang memiliki warna yang gelap terutama berwarna hitam akan

lebih mudah menyerap energi ini. Konsep blackbody ( benda gelap ) dan

emisivitas sangat erat dengan radiant energi emisi suatu benda. Absorptivity ( daya

serap ), reflectivity ( daya pantul ) dan transmissivity juga berhubungan dengan

radiant energi, yang datang dari sumber lainnya. Sebuah benda gelap memiliki

radiasi yang ideal dalam karakteristik hantaran panas yaitu :

1. Memiliki radiasi energi maksimum pada temperature benda.

2. Menyerap semua energi radiasi yang mengenainya pada panjang

gelombang tertentu.

39

BAB III

MATERI & METODE

a. Materi

a.1 Alat

Satu set alat Pengukur Konduktivitas Isolator Panas model TC – 1000,

yang terdiri dari :

AC Ammeter

AC Voltmeter

Termometer & Thermo P.U Selector

Voltage Adjuster ( Stepdown Tromotermer )

Power SW ( AC 220 V )

Thermal Insulator and Thermo P.U

a.2 Bahan

Sellulosa

b. Prosedur Kerja

1. Arus listrik yang digunakan adalah AC 200/220 V dan power

50/60 Hz.

2. Tekan tombol ON,SW ( AC 220 V ).

3. Atur AC Voltmeter kearah 30 V, dan AC Ammeter kearah 0,6 A,

ON AC pada petunjuk indicator.

4. Pengukuran dan pembacaan harga temperature dari Ø1 , Ø2, …… ,

Ø5 setiap 5 menit sesudah start. ( Penekanan tombol secara

bergantian ).

40

5. Apabila pencatatan harga dari temperature telah selesai, diulangi

percobaan (4) untuk menit ke – 10 . Percobaan dilakukan sampai

menit ke – 40 .

6. Percobaan dilakukan sampai menit ke – 40 .

7. Apabila pengambilan data sudah selesai, knop dari “voltage

adjuster” dikembalikan keposisi semula.

8. Knop power SW ( AC 220 V ) keposisi OFF.

BAB IV

41

DATA PENGAMATAN

Pengukuran Konduktivitas Isolator Panas

(Measurement Of Conductivity Of Heat Insulator)

PRE – SET MEASUREMENT

INSTE

CLOCKWATCH

AC VOLTMETER

AC AMMETER DIGITAL THERMOMETER

Time Volt Curr Temperatures

Sym T V A Ø1 Ø2 Ø3 Ø4 Ø5

Unit h:mis V A °C

No 1 2 3 4 5 6 7 8

1 10 40 0,82 59,1 44,5 37,5 32,6 30,42 20 40 0,82 90,3 67,1 59,3 43,3 36,7

3 30 40 0,82 118,1 98,5 72,2 55,7 44,7

4 40 40 0,82 142,3 110,3 89,2 68 52,9

5 50 40 0,82 162,4 128,7 104,6 79,5 60,6

6 60 40 0,82 181,1 145,3 118,9 89,9 67,7

r1 = 0,0136 m

r2 = 0,0236 m

r3 = 0,0336 m

r4 = 0,0436 m

r5 = 0,0536 m

L = 0,25 m

BAB V

42

PERHITUNGAN DAN HASIL

B. Pembahasan

1. Sumber Panas

Dik : V = 40 V

A = 0.82 A

Dit : Q = …..?

Penyelesaian : Q = 0,86 x V x A

= 0,86 x 40 x 0,82

= 28,208 kkal/jam x 1jam/60menit

= 0,4701 kkal/menit

2. Perbedaan temperature

Untuk time 30 menit

Δt12 = Ø1 – Ø2

= 118,1°C – 98,5°C

= 19,6°C

Δt23 = Ø2 – Ø3

= 98,5°C – 72,2°C

= 26,3°C

Δt34 = Ø3 – Ø4

= 72,2°C – 55,7°C

= 16,5°C

Δt45 = Ø4 – Ø5

= 55,7°C – 44,7°C

= 11°C

43

Untuk time 40 menit

Δt12 = Ø1 – Ø2

= 142,3°C –110,3°C

= 32°C

Δt23 = Ø2 – Ø3

= 110,3°C – 89,2°C

= 21,1°C

Δt34 = Ø3 – Ø4

= 89,2°C – 68°C

= 21,2°Ch

Δt45 = Ø3 – Ø4

= 68°C – 52,9°C

= 15,1°C

3. Panas Konduksi

Untuk time 30 menit

Q x In r2/r1

Λ12 = 2 π x t12 x l

0,4701 kkal/menit x In (0,0236/0,0136)m = 2(3,14) x 19,6°C x 0,25m

0,4701 kkal/menit x 0,551 m = 30,772m

44

= 0,0084 Kkal/menit

Q x In r3/r2

Λ23 = 2 π x t23 x l


= 0,0161 Kkal/menit

Q x In r4/r3

Λ34 = 2 π x t34 x l


= 0,0046 kkal/menit°C

Q x In r5/r4

Λ45 = 2 π x t45 x l

0,4701kkal/menit x In (0,0536/0,0436)m = 2(3,14) x 11°C x 0,25m


Untuk time 40 menit

Q x In r2/r1

Λ12 = 2 π x t12 x l

0,4701kkal/menit x In (0,0236/0,0136)m = 2(3,14) x 32°C x 0,25m

45


Q x In r3/r2

Λ23 = 2 π x t23 x l

0,4701kkal/menit x In (0,0336/0,0236)m = 2(3,14) x 21,1°C x 0,25m


Q x In r4/r3

Λ34 = 2 x t34 x l



Q x In r5/r4

Λ45 = 2 x t45 x l



3. Temperature Rata – Rata

Untuk 30 menit

46

Ø1 + Ø2

Ø12 = 2

= 118,1°C + 98,5°C

2

= 108,3°C

Ø2+ Ø3

Ø23 = 2

= 98,5°C + 72,2°C

2

= 85,35°C

Ø3 + Ø4

Ø34 = 2

= 72,2°C + 55,7°C

2

= 63,95°C

Ø4 + Ø5

Ø45 = 2

= 55,7°C + 44,7°C

2

= 50,2°C

Untuk 40 menit

Ø1 + Ø2

Ø12 =

47

2

= 142,3°C + 110,3°C

2

= 126,3°C

Ø2 + Ø3

Ø23 = 2

= 110,3°C + 89,2°C

2

= 99,75°C

Ø3 + Ø4

Ø34 = 2

= 89,2°C + 68°C

2

= 78,6°C

Ø4 + Ø5

Ø45 = 2

= 68 °C + 52,9°C

2

= 60,45°C

Dari grafik di peroleh :

48

2,1 = k1 x 51,8 + k2

1,6 = k1 x 31,5 + k2

0,5 = k1 x 20,3

k1 = 0,5

20,3

= 0,024

Λ = k1 x Ø1 x k2

2,1 = (0,024 ) x 51,8 x k2

2,1 = 1,2432 x k2

k2 = 2,1

1,2432

= 1,689

Untuk data yang lain, cara mengerjakan perhitungan sama dengan penyelesaian data diatas.

TABULASI DATA

PRE – SET

MEASUREMENT CALCULATION Graphy(ploting

Experimental expr

49

ession

ENSTE

CLOCKWATCH

AC VOLTMETER

AC AMMETER

DIGITAL THERMOMETER

8-1

8-2

8-3

8-4

8-5

8-6

8-7

8-8

8-9

8-10

8-11

8-12

8-13

Time

Volt

Curr

Temperatures Temperatur different

Thermal conductivity Mean Temperatures

Experimental constant

Sym

T V A Ø1

Ø2

Ø3

Ø4

Ø5

Ø Δt1

2

Δt2

3

Δt3

4

Δt4

5

Λ12 Λ23 Λ34 Λ45 Ø12

Ø23

Ø34

Ø45

k1

k2

α=k1

Ø+k2

Unit

h:mis

V A °C Ezel/l

Deg Irel/ °C

No

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

11

12

13

14 15 16 17 18

19

20 21

22

23

24

-1 10

40 0,82

59,1

44,5

37,5

32,6

30,4

28,2008

14,6

7 4,9

2,2

16 2,8465

2,9992

5,2928

51,8

41

35,05

31,5

0,024

1,689

-2 20

40 0,82

90,3

67,1

59,3

43,3

36,7

28,2008

23,2

7,8

16

6,8

16,5

2,5546

0,8906

1,7123

78,7

63,2

51,3

40

-3 30

40 0,82

118,1

98,5

72,2

55,7

44,7

28,2008

19,6

26,3

16,5

11

0,50

0,97

0,28

2,00

108,3

85,35

63,95

50,2

-4 40

40 0,82

142,3

110,3

89,2

68

52,9

28,2008

32

21,1

21,2

15,1

0,97

0,30

0,22

0,24

126,3

99,75

78,6

60,45

-5 50

40 0,82

162,4

128,7

104,6

79,5

60,6

28,2008

33,7

24,1

25,1

18,9

18,9

0,8268

0,5855

0,6160

145,55

116,65

92,05

70,05

-6 60

40 0,82

181,1

145,3

118,9

89,9

67,7

28,200

35,8

26,4

29

22,2

22,2

0,7547

0,5067

0,5245

163,2

132,1

104,4

78,8

B A B VI

50

K E S I M P U L A N

1. Dari pengamatan yang diperoleh dengan bertambahnya waktu maka panas

yang dihasilkan juga semakin besar .

2. Temperatur tertinggi terdapat pada ∅ 1 sedangkan temperatur terendah

terdapat pada∅ 5, hal ini di sebabkan karena letak pengukur∅ 1 lebih dekat

dengan sumber panas sedangkan letak pengukur ∅ 5 lebih jauh dari sumber

panas, jadi semakin jauh sumber panas maka semakin kecil pula suhu yang

di dapat.

3. Dari hasil perhitungan, panas konduksi terbesar diperoleh pada Λ12 sebesar

0,97 Kkal/menit0C sedangkan yang terkecil adalah pada Λ45 sebesar 0,24

Kkal/jam0C.Ini dikarenakan pada Λ12 perpindahan panas belum seluruhnya

terjadi sehingga nilainya lebih besar.

51

D A F T A R P U S T A K A

1. ____________,(1989).KHUSUS TEKNOLOGI OPERASI PABRIK

PTKI MEDAN

2. Chikaoka,Sadashi.1987.Pengantar Teknik Kimia.Medan.PTKI

3. Lienda,Handoyo.1998.Teknologi Kimia. Jilid 2. Surabaya.Pradnya

Param-mita

4. Fonit, Alan. S, 1996, Principles Of unit Operation in Chemical

Engineering P2. Prenhakindo. Jakarta : Anggota Ikapi 286/DKI

52

Conductivity Isolator Panas (OTK) III

Documents

Transcript of Conductivity Isolator Panas (OTK) III