conductivity isolator panas (otk) iii
DESCRIPTION
isolator panasTRANSCRIPT
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
0,4701 kkal/menit x In (0,0336/0,0236)m = 2(3,14) x 26,3°C x 0,25m
= 0,0161 Kkal/menit
Q x In r4/r3
Λ34 = 2 π x t34 x l
0,4701 kkal/menit x In (0,0436/0,0336)m = 2(3,14) x 16,5°C x 0,25m
= 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
= 0,0333 kkal/menit°C
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
= 0,0161 kkal/menit°C
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
= 0,005 kkal/menit°C
Q x In r4/r3
Λ34 = 2 x t34 x l
0,4701 kkal/menit x In (0,0436/0,0336)m = 2(3,14) x 21,2°C x 0,25m
= 0,0036 kkal/menit°C
Q x In r5/r4
Λ45 = 2 x t45 x l
0,4701 kkal/menit x In (0,0536/0,0436)m = 2(3,14) x 15,1°C x 0,25m
= 0,004 kkal/menit°C
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