TES AWAL KONDUKSI.pdf

TES AWAL PRAKTIKUM POT-‐1 KONDUKSI Anggota Kelompok :

1. Cahya Tri Rama (1106070905) 2. G.M Widhi Kusuma (1106011972) 3. Laras Novitasari (1106070930) 4. Trivika Lemona (1106019716)

KONDUKSI 2

TES AWAL PRAKTIKUM POT-‐1 Kelompok-‐20

TES AWAL POT

MODUL KONDUKSI

Soal 1 : Bekal pengetahuan yang harus anda kuasai dalam praktikum konduksi (pilih

min. 5 pertanyaan)

• Ada berapa mekanisme perpindahan panas ? jelaskan perbedaannya !

Jawaban :

Mekanisme perpindahan panas ada 3 yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.

1. Konduksi

Perpindahan panas dari partikel yang berenergi lebih besar menuju ke partikel

dengan energi yang lebih kecil, sehubungan dengan hubungan antar partikel

(perpindahan panas tanpa diikuti perpindahan zat perantaranya)

2. Konveksi

Perpindahan panas yang diikuti oleh zat perantaranya. Konveksi terbagi dua

yaitu: konveksi bebas (free convection) dan konveksi paksa (forced convection).

Bila gerakan mencampur berlangsung sebagai akibat dari perbedaan kerapatan

yang disebabkan oleh gradien temperatur maka disebut konveksi bebas. Dan bila

gerakan mencampur disebabkan oleh suatu alat dari luar, seperti pompa atau kipas

maka prosesnya disebut dengan konveksi paksa. Keefektifan perpindahan kalor

konveksi tergantung sebagian besarnya pada gerakan mencampur fluida.

3. Radiasi

Radiasi panas adalah pancaran gelombang elektromagnetik dari permukaan

atau gas yang beradiasi yang mempunyai temperatur tinggi Radiasi panas tidak

membutuhkan media penghantar seperti halnya pada konduksi atau konveksi

panas. Media yang berada antara sumber radiasi panas dengan penerima panas

menurunkan intensitas radiasi panas karena adanya penyerapan radiasi panas oleh

media itu. Perpindahan panas radiasi terjadi dari sumber panas pada temperatur

tinggi ke penerima panas dengan temperatur yang lebih rendah yang dibatasi oleh

ruang yang transparan.

• Apa letak perbedaan antara hukum kekekalan energi, azas black dengan kaidan

peprindahan panas ?

KONDUKSI 3


Jawaban :

HUKUM KEKEKALAN ENERGI

Hukum Kekekalan Energi berbunyi “Energi tidak dapat diciptakan atau

dimusnahkan,”. Ini menjelaskan bahwa energi tidak musnah melainkan hanya

berbentuk ke energi lain contohnya seperti energi radiasi diubah menjadi energi

panas. Hukum kekekalan energi juga disebut sebagai Hukum Termodinamika 1.

AZAS BLACK

Azas Black adalah suatu prinsip dalam termodinamika. Asas ini menjabarkan:

o Jika dua buah benda yang berbeda yang suhunya dicampurkan, benda yang

panas memberi kalor pada benda yang dingin sehingga suhu akhirnya sama

o Jumlah kalor yang diserap benda dingin sama dengan jumlah kalor yang

dilepas benda panas

o Benda yang didinginkan melepas kalor yang sama besar dengan kalor yang

diserap bila dipanaskan

Azas Black menjelaskan bahwa terdapat kekekalan energi pada proses pertukaran

kalor dalam sistem yang terisolasi sempurna.

PERPINDAHAN KALOR

Perpindahan kalor atau alih bahang adalah ilmu untuk meramalkan

perpindahan energi yang terjadi karena adanya perbedaan suhu di antara benda atau

material. Dari termodinamika kita ketahui bahwa energi yang pindah itu dinamakan

kalor. Ilmu perpindahan kalor tidak hanya mencoba menjelaskan bagaimana energi

kalor itu berpindah dari satu beenda ke benda lain tetapi juga dapat meramalkan laju

perpindahan yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu. Kenyataan bahwa di sini yang

menjadi sasaran analisis adalah masalah laju perpindahan inilah yang membedakan

ilmu perpindahan kalor dari ilmu ternodinamika. Termodinaika membahas sistem

dalam keseimbangan; ilmu ini dapat digunakan untuk meramalkan energi yang

diperlukan untuk mengubah sistem dari suatu keadaan seimbang ke keadaan seimbang

lain, tetapi tidak dapat meramalkan kecepatan perpindahan itu. Hal ini disebabkan

KONDUKSI 4


karena pada waktu proses perpindahan itu berlangsung, sistem tidak berada dalam

keadaan setimbang. Ilmu perpindahan kalor melengkapi hukum pertama dan kedua

termodinamika, yaitu dengan memberikan beberapa kaidah percobaan yang dapat

dimanfaatkan untuk menentukan perpindahan energi. Sebagaimana juga dalam ilmu

termodinaika, kaidah-kaidah percobaan yang digunakan dalam masalah perpindahan

kalor cukup sederhana, dan dapat denganmudah dikembangkan sehingga mencakup

berbagai ragam situasi praktis.

Jadi pada intinya, perpindahan kalor dan ilmu termodinamika berbeda karena

pada perpindahan kalor kondisi tidak dalam kondisi setimbang. Namun, perpindahan

kalor mencakup termodinamika 1 dan termodinamika 2 dalam prosesnya. Karena

disitu menyebutkan bahwa energi bersifat kekal dan kalor merupakan sebuah energi.

• Apa yang dimaksud dengan mekanisme perpindahan panas secara konduksi ?

Jawaban :

Perpindahan panas secara konduksi adalah perpindahan panas yang tidak

diikutsertakan oleh perpindahan materinya. Konduksi merupakan perpindahan panas

secara langsung permukaan yang bersentuhan. Konduksi adalah transfer energi termal

dari daerah dengan temperatur lebih tinggi ke daerah dengan temperatur yang lebih

rendah melalui komunikasi molekular secara langsung di dalam medium atau antar

medium dengan kontak fisik secara langsung tanpa ada laju alir dari material medium.

• Apa ciri khas terjadinya konduksi secara tunak maupun tak tunak ?

Jawaban :

Ciri khas konduksi tunak ialah tidak adanya pembangkit panas sehingga dQ/dt = 0.

Sedangkan ciri khas konduksi tak tunak ialah sebuah benda mengalami perubahan

terhadap lingkungan sehingga memerlukan waktu untuk setimbang. Pada kondisi ini

distribusi suhu merupkan fungsi waktu atau dQ/dt tidak sama dengan 0.

• Tunjukkan perbedaan antara konduksi tunak dan tak tunak berdasarkan perumusan

matematikanya !

Jawaban :

KONDUKSI 5


Konduksi tak tunak adalah proses konduksi, dimana suhu pada proses tersebut

dipengaruhi oleh waktu (transien). Karena di dunia ini pastinya tidak ada proses

perpindahan panas yang berlangsung secara instan, pasti ada proses dimana suhu berubah

dari rendah menjadi tinggi yang diiringi dengan perubahan waktu, begitu pula

sebaliknya. Perbedaan yang paling mencolok pada konduksi tunak dan tak tunak terletak

pada pengaruh waktu. Pada konduksi tunak waktu tidak mempengaruhi distribusi suhu,

dimana bisa kita lihat pada persamaan fourier, yaitu:

𝑞 = −𝑘𝐴𝜕𝑇𝜕𝑥

Dan untuk konduksi tak tunak juga dapat kita lihat pada persamaan di bawah ini,

yaitu:

𝜕!𝑇𝜕𝑥! =

1𝑎𝜕𝑇𝜕𝜏

Berdasarkan kedua persamaan di atas dapat kita lihat bahwa pengaruh waktu hanya

ada pada persamaan tak tunak. Dan hal itulah yang membedakan konduksi tunak dan tak

tunak.

• Berilah gambaran konseptual tentang percobaan yang akan anda lakukan !

Jawaban :

Percobaan ini merupakan percobaan yang memiliki tujuan keseluruhan untuk

memahami proses kondusi melalui unit percobaan atau alat. Dengan menggunakan alat

ini kita dapat memahami peristiwa proses konduksi yang terjadi dan juga faktor-faktor

yang mempengaruhi perpindahan panas secara konduksi serta variabel-variabel yang ada

didalamnya. Variabel-variabel yang dimaksud, contohnya konduktivitas thermal dan

tahanan kontak thermal yang nantinya dapat dicari dengan data-data mentah yang

didapatkan ketika mengamati percobaan. Ketika semua sudah didapatkan dengan

melakukan pengolahan data dan analisis, kita pastinya akan semakin paham akan

perpindahan panas secara konduksi dan juga telah mencapai tujuan khusus dari

percobaan kali ini, yakni menghitung koefisien perpindahan panas logam dan pengaruh

suhu terhadap k, dengan menganalisa mekanisme perpindahan panas konduksi steady

dan unsteady serta menghitung koefisien kontak.

KONDUKSI 6


• Tentukan variabel apa saja yang harus disertakan baik variabel input (mempengaruhi)

maupun variabel output (dipengaruhi) !

Jawaban :

Faktor-faktor yang mempengaruhi perpindahan panas konduksi, diantara lainnya

adalah :

1. Perbedaan suhu anatara kedua permukaan semakin besar, maka akan mengakibatkan

perpindahan kalor yang semakin cepat juga.

2. Jarak antara kedua permukaan, baik tebal atau panjang. Hal ini dikarenakan semakin

besar jarak yang ada, maka perpindahan kalor pun juga akan semakin lambat.

3. Luas permukaan. Semakin luas permukaan, maka semakin cepat proses perpindahan

kalornya.

4. Konduktivitas termal. Konduktivitas termal merupakan kemampuan zat untuk

menghantarkan kalor. Semakin besar nilai koefisien, maka semakin cepat juga

perpindahan kalornya.

Selain terdapat variabel yang mempengaruhi, ada juga variabel yang dipengaruhi.

Variabel ini juga dapat dipengaruhi oleh variabel yang mempengaruhi. Seperti hal nya

konstanta 𝛽 dengan nilai konduktivitas kontak.

Soal 2 : Tiap praktikan mahasiswa diwajibkan untuk membaca laporan praktikum

konduksi hasil terdahulu. Berdasarkan hasil laporan tersebut, berilah evaluasi

beberapa point berikut, yakni : (pilih, min. 5 pertanyaan).

• Apa yang menjadi tujuan percobaan konduksi dalam laporan tersebut ?

1. Menghitung koefisien perpindahan panas logam dan pengaruh suhu terhadap k

dengan menganalisa mekanisme perpindahan panas konduksi steady dan tidak

steady

2. Menghitung koefisien kontak

• Apakah teori yang dikemukakan dalam laporan sudah cukup memadai untuk

mendukung tujuan percobaan konduksi ? jelaskan dan tunjukkan !

Kurang memadai

KONDUKSI 7


Hal ini dikarenakan berdasarkan tujuan kita harus menganalisis koefisien

perpindahan panas dari setiap mekanisme perpindahan panas. Sedangkan, pada teori

penjelasan mengenai korelasi antara koefisien perpindahan panas dari masing-masing

mekanisme perpindahan panas sangat minim sekali. Walaupun dalam modul terdapat

penjelasan bagaimana mekanisme perpindahan panas. Akan tetapi, pada penjelasan

tersebut tidk menjelaskan bagaimana korelasi antara kondisi dari koefisien

perpindahan panas dengan pertukara panas yang terjadi pada maisng-maisng

mekanisme.

Berikut merupakan persamaan yang terdapat pada konduksi tidak tunak

𝛿!𝑇𝛿𝑋! =

1𝑎 .𝛿𝑇𝛿𝑋

𝑇 𝑋,𝜃 = 𝑇! +2𝑞 𝑎𝜃 𝜋

𝑘𝐴 exp−𝑋!

4𝛼𝜃 −𝑞𝑜𝑥𝑘𝐴 1− erf

𝛼2 𝛼𝜃

Pada persamaan diatas yang dimana terdapat pada teori praktikum konduksi,

menunjukkan bahwa tidak terdapat korelasi yang menggambarkan adanya keterkaitan

koefisien perpindahan panas dengan besar perpindahan panas yang terjadi pada sistem

tak tunak.

• Sudahkah prosedur percobaan memberikan perincian yang cukup signifikan untuk

mendapatkan data-data ? tunjukkan/jelaskan !

Belum memenuhi untuk mendapatkan data-data.

Pada bagian tugas, praktikan diberi tugas untuk mencari harga koefisien perpindahan

panas dalam keadaan steady. Hal ini bisa dilakukan dengan persamaan berikut.

mair.Cpair. Tin air −Tout air( ) = −k.A dTdx

Berdasarkan persamaan diatas, kita dapat memperoleh besar nilai temperature

suhu yang telah disetting pada unit heater. Sedangkan massa air, dapat dilakukan

penimbangan terlebih dahulu. Dan untuk kapasitas kalor jenis air, kita bisa

mendapatkan dari literatur yang ada. Sehingga kita dapat memperoleh koefisien

perpindahan panasnya.

Dari adanya perbedaan temperature yang dilakukan, maka koefisien

perpindahan panasnya juga bermacam-macam. Oleh karena itu, kita dapat

memperoleh grafik antara koefisien perpindahan panas terhadap temperature.

KONDUKSI 8


Selanjutnya, persamaan garis yang didapat pada hasil plot grafik tersebut, kita juga

dapat memperoleh nilai dari 𝛽. Hal ini dikarenakan, gradien yang terdapat pada

persamaan garis tersebut sama dengan hasil perkalian koefisien perpindahan panas

awal dengan nilai 𝛽. Berikut gambaran persamaannya.

𝑘 = 𝑘! 1+ 𝛽𝑇

𝑘 = 𝑘!𝛽𝑇 + 𝑘!

𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑐

Akan tetapi, untuk mendapatkan kurva yang menghubungkan korelasi antara L

dengan T, pada prosedur tidak terdapat hal yang dapat dilakukan untuk dapat

membandingkan pengaruh dari L terhadap temperature.

• Secara teknis, bisakah anda melihat kemungkinan adanya titik lemah dari prosedur

pelaksanaan percobaan tersebut sehingga membuat data-data menjadi tidak

akurat/sangat menyimpang ? jelaskan !

Jawaban :

Sebelum kita melakukan praktikum ada baiknya kita melakukan kalibrasi alat

sesuai dengan instruksi asisten untuk mengurangi kesalahan yang terjadi saat

praktikum Kita bisa lihat bahwa pada praktikum konduksi, kita mengamati nilai suhu

yang keluar di unit 2 dan 3. Dalam melihat nilai suhu yang keluar dapat terjadi

kesalahan oleh praktikan maupun unit itu sendiri

o Kesalahan Praktikan

Kesalahan ini bisa terjadi jikalau praktikan kurang teliti dalam

membaca nilai suhu yang keluar. Praktikan juga harus betul dalam memasang

milliVolt meter dengan memperhatikan kutub (+) dan (-). Untuk menghindari

kesalahan ini, praktikan harus teliti dan bekerjasama dengan baik.

o Kesalahan Unit

Unit tidak dapat terkalibrasi secara sempurna ini bisa dikarenakan

dengan faktor umur. Dengan demikian suhu yang keluar tidaklah murni karena

terdapat gangguan dari luar misalnya suhu ruangan. Untuk menghindari

kesalahan ini maka unit yang tersedia harus terawat dengan baik.

KONDUKSI 9


• Sudahkah data-data mentah yang didapat dari hasil praktikum cukup

mendukung/memadai ? tunjukkan !

Jawaban :

Sesuai dengan tujuan kita ingin mencari koefisien perpindahan panas logam

(𝛽), pengaruh suhu terhadap k, dan menghitung koefisien kontak dengan menganalisis

mekanisme perpindahan panas konduksi steady dan tak steady. Data yang didapat dari

praktikum sudah cukup memadai karena kita dapat menghitung nilai-nilai yang dicari

dengan menggunakan rumus-rumus yang ada. Kita dapat menemukan k keadaan

steady dengan menggunakan Hukum Fourier.

𝑞 = −𝑘𝐴∆𝑇∆𝑋

Kita dapat mencari variabel-variabel yang dibutuhkan dengan melihat dari

praktikum yang kita jalani, sehingga mendapatkan k. Lalu setelah itu kita membuat

kurva antara k vs T dengan menggunakan rumus:

𝑘 = 𝑘!(1+ 𝛽𝑇)

Dengan memplot grafik ini (linear) maka kita akan mendapatkan nilai gradien yang

berupa 𝛽𝑘! dan intersep yang berupa 𝑘! sehingga kita mendapatkan nilai 𝛽. Setelah

itu kita melakukan konsep yang sama memplot L vs T.

Kita dapat menghitung hc secara mudah dengan menganggap lg = 5 dan Ac/A

= 0.5. Semua variabel yang dibutuhkan dapat ditemukan dalam praktikum. Pada

akhirnya kita membuat profil k teoritis dan k eksperimen dengan menggunakan

grafik.

Data-data mentah yang didapatkan dari percobaan yang sudah dilakukan sudah

cukup mendukung untuk langkah selanjutnya dalam percobaan, tetapi masih kurang.

Hal ini dapat terlihat pada saat pengolahan data. Pada bagian pengolahan data untuk

membuat suatu pengolahan data yang baik diperlukan data-data tambahan seperti Q,

A, m, Cp, dan Tin air. Data-data tambahan ini sangat berguna untuk pengolahan data

selanjutnya dimana kita harus mencari nilai dari –k atau konduktivitas thermal, serta

qair, qbahan dan qloss.

- Mencari nilai k

KONDUKSI 10


( )avg

avgairinavgairout

dTA

dxTTCpmk

.

... −=

- Mencari qair, qbahan dan qloss

( )avgairinavgairoutairairairairair TTCpmtCpmq −=Δ= ....

dxdTAk

q avglitbahan

..=

- Selain itu, dalam pengolahan data kita juga harus mencari nilai hc (tahanan kontak

thermal) :

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛×+

+×= kf

AAv

kkkk

AAc

Lghc

BA

BA ..2.1

Berdasarkan persamaan di atas kita harus mengasumsikan beberapa variabel,

seperti Lg dan Ac sehingga data-data mentah yang didapatkan dari percobaan tidak

dapat digunakan sepenuhnya, melainkan harus dengan bantuan data-data lainnya baik

itu bersifat literature ataupun asumsi.

TES AWAL KONDUKSI.pdf

Documents

Transcript of TES AWAL KONDUKSI.pdf