Karakterisasi Junctionaluminiumseng Sebagai Bahan Pembuatan Termokopel

KARAKTERISASI JUNCTIONALUMINIUM-

SENG SEBAGAI BAHAN PEMBUATAN

TERMOKOPEL

Lisna Novita1, Yusman Wiyatmo

2

09306144004

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan: (1)menentukan nilai

tetapan Seebeck pada junctionAluminium-Seng

dalam termokopel, (2)menyelidiki hubungan antara

selisih suhu dengan tegangan termoelektrik pada

junctionAluminium-Seng dan (3)menyelidiki

pengaruh junction terhadap ketebalan, ukuran dan

bentuk logam dalam termokopel.

Penelitian ini menggunakan Logam

Aluminium dan Logam Seng sebagai junction.

Hasil penelitian menghasilkan R = 0,95807dan koefisien determinasi (2) adalah 0,918. Nilai koefisien determinasi yang mendekati 1

menunjukkan sifat linearitas yang baik. Sambungan

Aluminium-Seng layak digunakan sebagai bahan

pembuat termokopel. Sambungan dimasukan ke

dalam dua cairan yang bersuhu tinggi dan bersuhu

rendah. Tegangan yang dihasilkan multimeter

dicatat dan selisih suhu yang terjadi antara dua

sambungan logam diukur menggunakan

termometer. Data yang diperoleh dianalisis dengan

persamaan regresi linear menggunakan Program

Origin 6.1.

Hasil penelitian menunjukkan (1) Tetapan

Seebeck untuk junction Aluminium-Seng adalah

0,0111 0,0004 mV/oC. (2) Hubungan antara selisih suhu dengan tegangan termoelektrik yang

dihasilkan linear. (3) Junction Aluminium-Seng

terhadap variasi ketebalan, ukuran dan bentuk

logam dalam termokopel berpengaruh terhadap nilai

tegangan termoelektrik yang dihasilkan. Tegangan

termoelektrik berbanding terbalik dengan junction

Aluminium-Seng.

Kata kunci: junction Aluminium-Seng, tetapan

Seebeck, tegangan termoelektrik, termokopel.

ABSTRACT

This research aimsto: (1) determinethe value

ofthe Seebeckconstant junction in the

thermocoupleAluminum-Zincalume, (2) explorethe

relationshipbetweentemperaturedifference inthe

thermoelectricvoltage junction Aluminum-

Zincalume and (3) find outthe effect ofjunctionto

thethickness, sizeandshape ofthe metalin

thethermocouple.

This research uses Metal Aluminum and

Metal Zincalume as junction. The results

ofresearchresulted in R = 0,95807and coefficientof determination (2) is 0,918. The coefficient ofdeterminationisclose to 1indicategood

linearityproperties. Aluminum-Zincalume

junctionfit for useas material forthermocouple.

Junctioninserted into thetwohigh-temperature

liquidandlow temperature. The resulting

voltagemultimeterandnotethe difference

intemperaturebetween twometalconnectionis

measuredusing athermometer. Data were

analyzedbylinearregressionequationusingthe

Origin6.1program.

Research results show(1)

ConstantSeebeckforAluminum-Zincalume

junctionis 0,0111 0,0004 mV/oC. (2) The relationshipbetweenthe temperaturedifference inthe

thermoelectricvoltagegeneratedbythe linear.

Aluminum-Zincalume junctionto variations

inthickness, sizeandshape ofthe metalin

thethermocoupleeffect on thevalue ofthe

thermoelectricvoltagegenerated.

Thermoelectricvoltage isinversely related

tojunctionAluminum-Zincalume.

Keyword: Junction Aluminum-Zincalume,

Seebeckconstant, termoelectric voltage,

thermocouple

1. PENDAHULUAN Termokopel merupakan alat untuk

mengukur temperatur dalam jangkauan suhu

antara -200C sampai 1800C dengan batas

kesalahan pengukuran kurang dari 1C.

Termokopel terdiri dari dua buah kawat yang

kedua ujungnya disambung sehingga

menghasilkan suatu open-circuit voltage sebagai

fungsi dari suhu, diketahui sebagai tegangan

termolistrik atau disebut Seebeck voltage,

ditemukan oleh Thomas Seebeck pada 1821.

Hubungan antara tegangan antara pengaruhnya

terhadap suhu masing-masing titik pertemuan

dua buah kawat adalah linear, untuk perubahan

suhu yang sangat kecil. Tegangan akan

terpengaruh secara linear atau dirumuskan

sebagai berikut:

V = S T (1)

dengan V adalah perubahan tegangan, S adalah koefisien seebeck, dan T adalah perubahan suhu. Nilai S akan berubah dengan

perubahan suhu, yang berdampak pada nilai

keluaran berupa tegangan termokopel tersebut,

dan nilai S akan bersifat non-linear di atas

rentang tegangan dari termokopel tersebut.

2. KAJIAN TEORI Pada tahun 1821 Thomas Johann Seebeck

(1770-1831), seorang ilmuwan Fisika Jerman

menggabungkan potongan bismuth dan tembaga

yang berbentuk setengah lingkaran saat

mempelajari pengaruh suhu. Ketika kompas

didekatkan pada susunan galvanis tersebut

ternyata ada efek magnetik (lihat Gambar 4).

Seebeck kemudian melakukan percobaan

berulang kali dengan pasangan logam yang

berbeda pada suhu yang bervariasi sehingga

diperoleh adanya hubungan dengan kuat medan

magnet.

Gambar 4. Percobaan Seebeck

Teganganyang dihasilkan adalahsebanding

denganperbedaan suhuantaradua sambungan.

Proporsionalitas konstan () dikenal sebagai koefisien Seebeck, dan sering disebutsebagai

kekuatan termoelektrik. Tegangan Seebeck tidak

bergantung pada distribusi temperatur sepanjang

logam antar sambungan. Ini merupakan dasar

fisik untuk termokopel, yang sering digunakan

untuk pengukuran temperatur.

Gambar 5. Efek Seebeck

= (6)

Perbedaan tegangan V, diproduksi di terminal

rangkaian terbuka yang terbuat dari sepasang

logam berbeda, A dan B, yang mana dua

sambungan diberi perlakuan perbedaan suhu,

secara langsung sebanding dengan perbedaan

antara suhu panas dan dingin dari sambungan,

Th-Tc.

3. METODE PENELITIAN Dalam penelitian ini logam yang digunakan

sebagai termokopel adalah logam Aluminium

dan logam Seng (zincalume). Logam yang

dijadikan sebagai termokopel memiliki dua pola

yaitu persegi panjang dan setengah bentuk

cincin, yaitu sebagai berikut:

Gambar 7. Pola 1 untuk plat logam Aluminium

dan Seng

Gambar 7 menunjukkan desain pertama plat

logam percobaan yang digunakan dalam

eksperimen ini. Plat logam yang berwarna biru

adalah logam Aluminium, dan plat yang

berwarna hitam adalah logam Seng.

Gambar 8. Pola 2 untuk plat logam Aluminium

dan Seng

Gambar 8 desain pola menggunakan spidol dan

busur.Plat logam yang berwarna biru adalah

logam Aluminium, dan plat yang berwarna hitam

adalah logam Seng.Kedua bentuk logam

disambung dengan cara dikeling.

4. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa

besar kecilnya luas penampang junctionpada plat

logam berpengaruh. Penelitian ini berdasarkan 2

pengukuran hot junction yaitu air dan

minyak.Pengukuran hotjunction air pada

penelitian ini berdasarkan pengaruh junction

terhadap ketebalan, ukuran dan bentuk logam.

Pada ujipengaruh junction terhadap ketebalan

logammenggunakan 3 variasi. Sambungan

dikondisikan dengan bentuk yang sama dengan

ukuran = 30 cmdan = 1,5 cm. Uji terhadap ketebalan logam dapat dilihat pada Gambar 14

sebagai berikut :

30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

Teg

anga

n (m

V)

Selisih Suhu (oC)

Variasi ketebalan yang digunakan:

Plat ketebalan 1,1 mm



Gambar 14. Grafik Pengaruhjunction terhadap

Ketebalan Logam dalam

Termokopel dengan Hot Junction

Air Tiga variasi yaitu 0,2 mm, 0,7 mm dan 1,1.

memilikiluas penampangjunction yang berbeda.

Pada ketebalan 0,2 mm, luas penampang

junction sekitar 5,819mm2merupakan luas penampang terkecil bila dibandingketebalan lain.

Disimpulkan bahwa dengan ketebalan 0,2 mm

yang memiliki luas penampang junction kecil

dibanding ketebalan yang lain menghasilkan

tegangan yang lebih tinggi.

Sambungan Aluminium-Seng untuk uji

pengaruh junction terhadap ukuran logam

berbentuk sama dengan ketebalan yang sama

(0,2) mm tetapi ukuran panjang dan lebar

berbeda. Uji terhadap ukuran logamdapat dilihat

di bawah ini:

40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Tega

ngan

(mV)

Selisih Suhu (oC)

Beberapa ukuran plat yang digunakan:

p= 30 cm, l=1 cm

p= 30 cm, l=3 cm

p= 15 cm, l=1,5 cm

Gambar 15. Grafik Pengaruh junction terhadap

Ukuran Logam dalam Termokopel

dengan Hot Junction Air

Tiga variasi yaitu pertama ( = 30 cm, = 1 cm), kedua ( = 30 cm, = 3 cm) dan ketiga( = 15 cm, = 1,5 cm) memiliki luas penampang junction yang berbeda. Ukuran yang

ketiga memiliki luas penampang pada yaitu

7,22 mm2merupakan yang terkecil dibanding ukuran yang lain.Kesimpulannya bahwa semakin

kecil junctionterhadap ukuran plat maka arus

listrik yang mengalir besar dan tegangan output

yang dihasilkan besar pula maka respon terhadap

tegangan yang dihasilkan semakin besar.


pengaruh junctionterhadap bentuk logam

memiliki ketebalan sama (0,2 mm). Bentuk yang

digunakan yaitu persegi panjang dan setengah

cincin dengan lebar logam. Uji terhadap bentuk

logam dapat dilihat di bawah ini:

40 50 60 70 80 90

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Tega

ngan

(mV)

Selisih Suhu (oC)

2 Bentuk yang digunakan adalah:

Plat Bentuk Persegi Panjang

Plat Bentuk Setengah Cincin


Bentuk Logam dalam Termokopel

dengan Hot Junction Air

Bentuk sambungan ada 2 variasi yaitu

persegi panjang dan setengah cincin memiliki

luas penampangjunction yang berbeda. Luas

penampang junction pada bentuk persegi

panjang sekitar 1,95mm2merupakan luas penampang yang kecil bila dibandingbentuk

yang lain. Ditarik kesimpulan bahwa dengan

pada T yang sama bentuk persegi panjang yang memiliki luas penampang junction hampir 2

milimeter kuadrat menghasilkan tegangan yang

dihasilkan lebih tinggi.

Pengukuran hotjunction minyak pada

penelitian ini berdasarkan pengaruh junction

terhadap ketebalan, ukuran dan bentuk logam.

Pada uji pengaruh junction terhadap ketebalan

logam menggunakan 3 variasi. Sambungan

dikondisikan dengan bentuk yang sama dengan

ukuran = 30 cmdan = 1,5 cm. Uji terhadap ketebalan logam dapat dilihat pada Gambar 17

sebagai berikut :

100 120 140 160 180 200 220

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

Teg

anga

n (m

V)

Selisih Suhu (oC)

Beberapa ketebalan yang digunakan:





Ketebalan Logam dalam

Termokopel dengan Hot Junction

Minyak.

Tiga variasi yaitu 0,2 mm, 0,7 mm dan 1,1

memiliki luas penampangjunction yang berbeda.

Pada ketebalan 0,2 mm, luas penampang

junction sekitar 5,819mm2merupakan luas penampang terkecil bila dibandingkan dengan

ketebalan yang lain. Disimpulkan bahwa

ketebalan 0,2 mm yang memiliki luas

penampang junction kecil dibanding ketebalan

yang lain menghasilkan tegangan yang tinggi.


pengaruh junction terhadap ukuran logam

berbentuk sama dengan ketebalan 0,2 mm tetapi

ukuran panjang dan lebar berbeda. Uji terhadap

ukuran logam dapat dilihat di bawah ini:

40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Tegangan (m

V)

Selisih Suhu (oC)

Beberapa ukuran plat yang digunakan:

p =30 cm, l=1 cm

p =30 cm, l=3 cm

p =15 cm, l=1,5 cm


Ukuran Logam dalam Termokopel

dengan Hot Junction Minyak.

Tiga variasi ukuran yaitu pertama ( =30 cm, = 1 cm), kedua ( = 30 cm, = 3 cm) dan ketiga ( = 15 cm, = 1,5 cm) memiliki luas penampang junction yang berbeda. Variasi

ukuran yang ketiga memiliki luas penampang

pada yaitu 7,22 mm2merupakan yang terkecil dibanding kedua ukuran yang

lain.Kesimpulannya bahwa semakin kecil

junctionterhadap ukuran plat maka arus listrik

yang mengalir besar dan tegangan output yang

dihasilkan besar pula maka respon terhadap

tegangan yang dihasilkan semakin besar.


pengaruh junction terhadap bentuk logam

memiliki ketebalan sama (0,2 mm). Bentuk yang

digunakan yaitu persegi panjang dan setengah

cincin dengan lebar logam. Uji terhadap bentuk

logam dapat dilihat di bawah ini:

60 80 100 120 140 160 180 200

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

Tega

ngan

(mV)

Selisih Suhu (oC)

Bentuk yang digunakan:

Bentuk persegi panjang (l= 2cm)

Bentuk setengah cincin (l= 2cm)


Bentuk Logam dalam Termokopel

dengan Hot Junction Minyak.

Bentuk sambungan ada 2 variasi yaitu

persegi panjang dan setengah cincin memiliki

luas penampangjunction yang berbeda. Luas

penampang junction pada bentuk persegi

panjang sekitar 1,95mm2merupakan luas penampang yang kecil bila dibandingbentuk

yang lain. Ditarik kesimpulan bahwa dengan

pada T yang sama bentuk persegi panjang yang memiliki luas penampang junction hampir 2

milimeter kuadrat menghasilkan tegangan yang

dihasilkan lebih tinggi.

Pada penelitian ini sambungan Aluminium-

Seng sebagai bahan pembuat termokopel belum

pernah diteliti sebelumnya, jadi belum ada nilai

tetapan Seebeck standar untuk sambungan

Aluminium-Seng. Untuk penelitian ini, , kita

menggunakan analisis grafik yaitu regresi linear

dengan bantuan program Origin 6.1.Nilai tetapan

Seebeck sambungan Aluminium-Seng, dapat

ditentukan dengan nilai tetapan Seebeck rata-rata

dari 16 sambungan Aluminium-Sengadalah:

= =1

=

1 + 2 + + 1616

= 0,011052

= 1

1 2

=1

= 3,24818105

16 16 1

= 0,000367887

Tetapan Sebeck sambungan Aluminium-Seng

adalah:

= 0,0111 0,0004 mV/oC

Tetapan Seebeck Aluminium-Seng dikonversi ke

satuan V/Cmenjadi11,5V/C.Bila tetapan Seebeck Aluminium-Seng dibandingkan dengan

termokopel tipe K yang sering digunakan sangat

kecil.

5. KESIMPULAN Berdasarkan penelitian, dapat diambil

beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Junction Aluminium-Seng baik digunakan dalam pembuatan termokopel. Nilai tetapan

Seebeck sambungan Aluminium-Seng

adalah: = 0,0111 0,0004 mV/oC

2. Hubungan antara tegangan termoelektrik dengan selisih suhu adalah linear untuk

pengukuran sambungan pada rentang

suhu 34C s/d 90 C (hot junction air)

dan rentang suhu 74C s/d 206C (hot

junction minyak).

3. Junction Aluminium-Seng terhadap variasi ketebalan, ukuran dan bentuk

logam dalam termokopel berpengaruh

terhadap nilai tegangan termoelektrik.

Tegangan termoelektrik berbanding

terbalik dengan junction Aluminium-

Seng.

6. DAFTAR PUSTAKA

Fathi Habashi. 1997. Handbook of Extractive

Metallurgy Volume II: Primary Metals

Secondary Metals Light Metals.

Germany: Wiley-vch.

Michalski, L., and K. Eckersdorf. 1991.

Temperature Measurement Second

Edition. New York: John Willey and

Sons.

Moran, M.J., Howard, N.S. 2004.

Termodinamika Teknik. Jakarta:

Erlangga.

Yusman Wiyatmo, dkk.2012. Rancang Bangun

Piranti Ukur Suhu Tinggi dengan

Termokopel. Yogyakarta: Jurdik Fisika

UNY.

Suyoso. 2003. Listrik Magnet. Yogyakarta:

Jurdik FMIPA UNY.

Menyetujui:

Penguji Utama

Budi Purwanto, M.Si

NIP. 19570614 1986011001

Dosen Pembimbing

Yusman Wiyatmo, M.Si.

NIP. 19680712 1993031004

Karakterisasi Junctionaluminiumseng Sebagai Bahan Pembuatan Termokopel

Documents

Transcript of Karakterisasi Junctionaluminiumseng Sebagai Bahan Pembuatan Termokopel