Download - MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
-
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
1/24
H a l a m a n | 1
Politeknik Negeri Sriwijaya | Instrumen dan Pengukuran
1. PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Pada zaman sekarang banyak sekali alat-alat yang digunakan untuk
mengukur baik suhu, tekanan, maupun lainnya. Disini, kami ingin
menjelaskan bagaimana pengukuran suhu efek radiasi, baik dari pengertian,
maupun dari prinsip kerja, dan aplikasi dari alat-alat nya. Pengukuran suhu
efek radiasi memiliki dua metode untuk mengukur radiasi, yaitu pirometer
optis (pirometer pita sempit) dan pirometer radiasi total. Pirometer optis
digunakan untuk mengukur logam panas karena jika alat ini dikalibrasi
dengan baik akan sangat sempurna mengukur temperatur logam diatas 1500
F (816C). Sedangkan pirometer radiasi total dapat digunakan untuk aplikasi
aplikasi dengan benda bergarak atau yang berada pada jarak jauh.
Alat pengukuran adalah suatu alat yang dapat mendeteksi keberadaan
suatu fenomena alam dan mengukurnya salam suatu kuantitas fisik dan
mengubahnya menjadi suatu sinyal yang dapat dibaca oleh pengamat atau alat
tertentu. Begitu banyaknya besaran fisik yang dapat diamati dari sekian
banyak fenomena alam yang ada di dunia ini, maka ada begitu banyak sensor
yang diciptakan dan ditemukanoleh manusia, masing-masing spesifik untuk
jenis besaran dan obyek yang diukurnya. Karenanya, teknologi sensor terus
berkembang seiring dengan berjalannya waktu. Sensor-sensor erticalt
dikaji dan dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan dan rasa ingin tahu
manusia, dan menciptakan suatu standar pengukuran yang universal.
Panas dan suhu adalah dua hal berbeda. Panas adalah energi total dari
gerak molekular di dalam zat, energi panas bergantung pada kecepatan
partikel di dalam sebuah benda. Sedangkan suhu adalah ukuran energi rata
rata dari gerak molekular di dalam zat. Suhu tidak bergantung pada ukuran
-
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
2/24
H a l a m a n | 2
Politeknik Negeri Sriwijaya | Instrumen dan Pengukuran
atau jenis benda (Hermans et al, 2005). Secara sederhana suhu didefinisikan
sebagai derajat panas atau dinginnya suatu benda. Hal ini berhubungan dengan
seberapa cepat atom atau molekul zat bergerak. Pada level molekul,
temperatur didefinisikan sebagai energi ratarata gerak mikroskopik partikel
yang menyusun zat (Carpy et al, 2008). Untuk zat padat umumnya gerak
mikroskopik ini adalah vibrasi atom unsur utama substansi yang pada
tempatnya zat padat.
Pengukuran suhu dapat dilakukan menggunakan sensor. Sensor yang
digunakan untuk mengukur suhu terbagi dua yakni sensor kontak dan sensor
non-kontak. Beberapa sensor kontak adalah termokopel, termistor, dan RTDs.
Salah satu sensor non- kontak adalah pirometer. Alat ini mengukur panas
(energi infra merah) dari objek dengan memfokuskan energi ini melalui sistem
optik menggunakan detektor. Signal dari detektor kemudian disajikan dalam
suhu setelah melalui serangkaian proses.
Pyrometer digunakan untuk mengukur temperatur tinggi, biasanya
diatas 510 oC. Sedangkan termometer digunakan untuk mengukur temperatur
dibawah 510 oC.
Pyrometer optik memiliki keuntungan yaitu sangat cocok digunakan
untuk mengukur logam panas karena jika alat ini dikalibrasi dengan baik akan
sangat sempurna mengukur temperatur logam diatas 1500F (816C).
Sehingga alat ini sangat ideal untuk digunakan pada industri industri yang
melibatkan proses pemanasan logam seperti boiler, perlakuan panas untuk
logam dan lain sebagainya. Ini dikarenakan sensor serat optik memiliki bahan
isolasi elektrikal. Sedangkan pyrometer radiasi menangkap pancaran radiasi
logam panas dengan nilai tertentu untuk menentukan temperatur logam
tersebut dan memiliki sensitifitas yang tingggi, kepresisian, serta rentan
pembacaan temperatur yang lebih lebar. Sangat luar biasa karena tidak
membutuhkan kontak langsung dengan material yang temperaturnya akan
-
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
3/24
H a l a m a n | 3
Politeknik Negeri Sriwijaya | Instrumen dan Pengukuran
diukur dan tidak dibutuhkannya pembacaan temperatur secara visual, sehingga
ia dipasang di sebuah titik yang tidak terjangkau oleh pandangan manusia,
seperti di dalamfurnaceboiler.
1.2TujuanTujuan penulisan makalah ini bermaksud untuk mengetahui bagaimana
pengukuran suhu efek radiasi dengan menggunakan pirometer.
1.3Rumusan MasalahUntuk mengarahkan penulisan pada makalah ini, permasalahan yang dihadapi
dibatasi, yakni hanya membahas bagaimana pengukuran suhu efek radiasi
menggunakan pirometer pita sempit (pirometer optis) dan pirometer radiasi
total dengan memanfaatkan radiasi yang dipancarkan objek.
-
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
4/24
H a l a m a n | 4
Politeknik Negeri Sriwijaya | Instrumen dan Pengukuran
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Radiasi Termal
Definisi formal dari radiasi termal adalah radiasi elektromagnetik yang
dipancarkan dari permukaan sebuah objek yang bergantung pada temperatur
objek. Konsep dari radiasi termal sendiri agak berdasar pada intuisi. Apa yang
dirasakan sebagai panas dari objek, tanpa menyentuh objek itulah radiasi
termal. Benda apa saja yang memiliki nilai nol absolut, akan memiliki energi
temal yang berhubungan hanya dengan suhunya sendiri dan akan meradiasi
bagian dari energi termal ini sebagai energi inframerah.
Radiasi termal dihasilkan ketika energi panas dari partikel bermuatan
yang bergerak dalam atom termal dihasilkan ketika energi panas dari partikel
bermuatan yang bergerak dalam atom pada objek diubah menjadi radiasi
elektromagnetikpada permukaan benda. Frekuansi dari gelombang yang
dipancarkan radiasi termal adalah suatu kemungkinan yang hanya bergantung
pada tempertaur benda. Untuk benda hitam, hal ini diberikan oleh hukum
radiasi Plank. Hukum Wien menjelaskan tentang frekuensi radiasi yang
dipancarkan, dan hukum Stefan-Boltzman menjelaskan tentang intensitas
panas (Taylor, 2008).
Radiasi termal, tetap pada suhu khusus, terjadi melebihi rentang
frekuensi atau panjang gelombang yang lebar. Seberapa banyak pada masing
masing panjang gelombang yang diberikan oleh hukum radiasi Plank yang
menyatakan,
-
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
5/24
H a l a m a n | 5
Politeknik Negeri Sriwijaya | Instrumen dan Pengukuran
Jxr =
Dimana :
Jxr= radiasi benda hitam yang dipancarkan pada temperatur T,oK
C1 = konstanta Plank pertama 3,17 x 10-16 Wm2
C2 = konstanta Plank kedua 1,4388 x 10-2 mK
Panjang gelombang akan meningkat seiring dengan peningkatan suhu.
Hubungan ini diberikan oleh hukum wien, sebuah penyederhanaan hukum
Plank dan memberikan harga puncak emisi energi.
Hukum Kirchhoff tentang radiasi termal adalah pernyataan umum
dalam menghitung emisi dan absorpsi objek yang dipanaskan. Hukum ini
diajukan oleh Gustav Kirchhoff pada tahun 1859, dibuat berdasarkan
hukum keseimbangan termodinamika.
Suatu objek pada temperatur bukan nol mutlakmeradiasikan energi
elektromagnetik. Jika benda ini adalah benda hitam sempurna, benda itu akan
memancarkan energi setara dengan energi yang diserapnya berdasarkan
persamaan radiasi benda hitam. Secara umum, jika benda itu bukan benda
hitam sempurna, maka akan meradiasikan sejumlah energi yang memiliki
rasio berdasarkan benda hitam sempurna, yang disebut emisivitas.
Hukum Kirchhoff menyatakan bahwa pada keseimbangan termal,
tingkat emisi suatu benda atau permukaan setara dengan jumlah
penyerapannya. Penyerapan (absorptivitas) yang dimaksud adalah fraksi
cahaya (atau energi) yang diserap suatu benda atau permukaan. Dalam bentuk
yang lebih umum, energi ini harus diintegralkan berdasarkan semua
jenis panjang gelombang cahaya dan sudut datang cahaya. Dalam beberapa
http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Emisi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Absorpsihttp://id.wikipedia.org/wiki/Gustav_Kirchhoffhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Keseimbangan_termodinamika&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Kelvinhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Energi_elektromagnetik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Energi_elektromagnetik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Benda_hitamhttp://id.wikipedia.org/wiki/Energihttp://id.wikipedia.org/wiki/Emisivitashttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Keseimbangan_termal&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Absorptivitas&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Panjang_gelombanghttp://id.wikipedia.org/wiki/Panjang_gelombanghttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Absorptivitas&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Keseimbangan_termal&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Emisivitashttp://id.wikipedia.org/wiki/Energihttp://id.wikipedia.org/wiki/Benda_hitamhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Energi_elektromagnetik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Energi_elektromagnetik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Kelvinhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Keseimbangan_termodinamika&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Gustav_Kirchhoffhttp://id.wikipedia.org/wiki/Absorpsihttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Emisi&action=edit&redlink=1 -
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
6/24
H a l a m a n | 6
Politeknik Negeri Sriwijaya | Instrumen dan Pengukuran
kasus, tingkat emisi dan penyerapan hanya dapat didefinisikan berdasarkan
panjang gelombang dan sudut datang tertentu.
Hukum Kirchhoff memiliki kesimpulan bahwa emisivitas tidak bisa
melebihi jumlah energi yang diserap (berdasarkan hukum kekekalan energi),
sehingga tidak mungkin suatu benda memancarkan energi radiasi yang lebih
besar dibandingkan benda hitam sempurna pada kesetimbangan.
Dalam luminesensi negatif, sudut datang dan panjang gelombang penyerapan
melebihi emisi material, namun sistem tersebut digerakkan oleh sumber
eksternal sehingga dapat dikatakan bahwa sistem tersebut tidak dalam
kesetimbangan termal.
Energi yang diemisikan suatu benda berbeda dengan energi yang
dipantulkan benda. Hukum Kirchhoff kadang-kadang dinyatakan sebagai,
pemantul energi yang buruk adalah pemancar energi yang baik, namun
pemantul energi yang baik merupakan pemancar energi yang buruk. Konsep
ini digunakan dalam benda yang harus menyimpan energi termal agar
temperatur tidak menurun, misalnya pada termos. Permukaan bagian dalam
termos adalah pemantul energi yang baik sehingga panas tidak diserap badan
termos dan diemisikan atau dipancarkan ke lingkungan
Hukum 2 radiasi termal
Energi panas selalu bergerak dari benda panas ke benda yang lebih
dingin. Panas bergerak secara konduksi melalui benda padat dan benda cair,
dan secara konveksi melalui benda cair saja. Radiasi adalah energi panas
yang bergerak sebagai sinar inframerah pada radiasi elektromagnet (Setford,
1997).
Radiasi termal adalah radiasi elektromagnetikyang dipancarkan oleh
permukaan sebuah benda semata mata berdasarkan suhunya. Suhu
menunjukkan derajat panasbenda. Mudahnya, semakin tinggi suhu suatu
http://id.wikipedia.org/wiki/Hukum_kekekalan_energihttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Luminesensi_negatif&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Termoshttp://id.wikipedia.org/wiki/Radiasi_elektromagnetikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Temperaturhttp://id.wikipedia.org/wiki/Panashttp://id.wikipedia.org/wiki/Panashttp://id.wikipedia.org/wiki/Temperaturhttp://id.wikipedia.org/wiki/Radiasi_elektromagnetikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Termoshttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Luminesensi_negatif&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Hukum_kekekalan_energi -
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
7/24
H a l a m a n | 7
Politeknik Negeri Sriwijaya | Instrumen dan Pengukuran
benda, semakin panas benda tersebut. Secara mikroskopis, suhu
menunjukkan energi yang dimiliki oleh suatu benda. Setiap atom dalam suatu
benda masing-masing bergerak, baik itu dalam bentuk perpindahan maupun
gerakan di tempat berupa getaran. Makin tingginya energi atom-atom
penyusun benda, makin tinggi suhu benda tersebut ( www.wikipedia.com ).
Pada temperatur kamar, seluruh benda mengeluarkan radiasi inframerah.
Benda yang lebih panas mengeluarkan lebih banyak dari pada benda yang
dingin (Setford, 1997 ).
Setiap permukaan suatu benda dapat memancarkan radiasi termal yang
mempunyai spektrum intensitas bergantung pada suhu dan karakteristik
permukaan benda tersebut. Karakteristik radiasi termal dari permukaan benda
mengikuti hukum kuadrat terbalik dan hukum Stefan-Botlzman (Maddu,
2008).
Frekuensi gelombang yang dipancarkan radiasi termal mengikuti
sebuah distribusi probabilitas yang bergantung hanya pada temperatur. Untuk
sebuah benda hitam sempurna distribusi ini dinyatakan oleh hukum radiasi
Planck. Hukum Wien menyatakan frekuensi paling mungkin dari radiasi yang
dipancarkan, dan hukum Stefan-Boltzmann menyatakan intensitas panasnya
(www. wikipedia. com ).
Saat temperatur T > 0 K, semua objek akan mengalami radiasi
gelombang elektromagnetik. Sinar radiasi R, daya radiasi per luasan area
tergantung dari suhu dan karakteristik dari permukaan bahan yang diradiasi.
Ketika radiasi mengenai benda yang tidak tembus cahaya, sebagian radiasi
akan diserap atau sebagian lagi akan dipantulkan. Berdasarkan warna cahaya,
permukaan yang terang akan dipantulkan lebih banyak dibandingkan dengan
permukaan yang lebih gelap, permukaan kasar. Objek yang memiliki
permukaan yang dapat menyerap seluruh radiasi yagn dipancarkan disebut
dengan benda hitam ( blackbody ). Objek yang berada pada kesetimbangan
http://id.wikipedia.org/wiki/Energihttp://id.wikipedia.org/wiki/Atomhttp://id.wikipedia.org/wiki/Getaranhttp://id.wikipedia.org/wiki/Frekuensihttp://id.wikipedia.org/wiki/Gelombanghttp://id.wikipedia.org/wiki/Benda_hitamhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hukum_radiasi_Planck&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hukum_radiasi_Planck&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hukum_Wien&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hukum_Stefan-Boltzmann&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hukum_Stefan-Boltzmann&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hukum_Wien&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hukum_radiasi_Planck&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hukum_radiasi_Planck&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Benda_hitamhttp://id.wikipedia.org/wiki/Gelombanghttp://id.wikipedia.org/wiki/Frekuensihttp://id.wikipedia.org/wiki/Getaranhttp://id.wikipedia.org/wiki/Atomhttp://id.wikipedia.org/wiki/Energi -
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
8/24
H a l a m a n | 8
Politeknik Negeri Sriwijaya | Instrumen dan Pengukuran
termal dengan radiasi lingkungan akan lebih banyak menyerap energi. Hal ini
menunjukkan bahwa benda hitam sebagai emiter penyerapan radiasi yang
baik ( Blatt, 1992 )
2.2. Radiasi
Dalam fisika,radiasi mendeskripsikan setiap proses simana energi
bergerak melalui media atau melalui ruang, dan akhirnya diserrap oleh benda
lain. Orang awam sering menghubungkan kata radiasi ionisasi (misalnya,
sebagaimana terjadi pada senjata nuklir, reaktor nuklir, dan zat radioaktif),
tetapi juga dapat merujuk kepada radiasi elektromagnetik(yaitu, gelombang
radio, cahaya inframerah, cahaya tampak, sinarultra violet, dan X-ray),
radiasi akustik, atau untuk proses lain yang lebih jelas. Apa yang membuat
radiasi adalah bahwa energi memancarkan (yaitu, bergerak ke luar dalam
garis lurus ke segala arah) dari suatu sumber. geometri ini secara alami
mengarah pada sistem pengukuran dan unit fisik yang sama berlaku untuk
semua jenis radiasi. Beberapa radiasi dapat berbahaya.
http://id.wikipedia.org/wiki/Fisikahttp://id.wikipedia.org/wiki/Ionhttp://id.wikipedia.org/wiki/Radioaktifhttp://id.wikipedia.org/wiki/Radiasi_elektromagnetikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Inframerahhttp://id.wikipedia.org/wiki/Ultra_violethttp://id.wikipedia.org/wiki/X-rayhttp://id.wikipedia.org/wiki/X-rayhttp://id.wikipedia.org/wiki/Ultra_violethttp://id.wikipedia.org/wiki/Inframerahhttp://id.wikipedia.org/wiki/Radiasi_elektromagnetikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Radioaktifhttp://id.wikipedia.org/wiki/Ionhttp://id.wikipedia.org/wiki/Fisika -
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
9/24
H a l a m a n | 9
Politeknik Negeri Sriwijaya | Instrumen dan Pengukuran
2.3. Radiasi Elektromagnetik
Radiasi elektromagnetik adalah rambatan gelombang dalam ruang
dengan komponen listrik dan magnet. Radiasi elektromagnetik
dikelompokkan berdasarkan frekuensi gelombang yakni : gelombang radio,
gelombang mikro, radiasi infra merah, cahaya tampak, radisi ultraviolet, sinar
X, sinar gamma.
Panjang gelombang elektromagnetik tergantung pada frekuensi dimana,
-
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
10/24
H a l a m a n | 10
Politeknik Negeri Sriwijaya | Instrumen dan Pengukuran
2.4. Spektrum Elektromagnetik
Spektrum adalah intensitas campuran dari gelombang elektromagnetik
sebagai fungsi panjang gelombang atau frekuensi. Semua tipe radiasi
elektromagnetik prinsip difraksi, refraksi, damn polarisasi. Radiasi infra
merah mencakup bagian terbatas dari spektrum elektromagnetik, yakni dari
range cahaya tampak 0.78 m sampai 14 m yang berguna dalam
pengukuran suhu. Diatas panjang gelombang ini level energi sangat
rendah,dimana detektor tidak cukup peka untuk mendeteksi. (Raleigh, 2008)
Gambar spektrum elektromagnetik, dengan range 0,714 m.
2.5. Emisivitas
Perpindahan panas secara radiasi terjadi tanpa adanya media yang
menghubungkan antara pengirim radiasi (benda panas) ke penerima radiasi
(benda tidak panas). Sebenarnya, semua benda yang suhunya di atas 0 K
akan melepaskan panasnya secara radiasi ke benda di sekelilingnya, tinggal
tergantung, benda mana yang paling panas, itulah yang akan menjadi
pemberi radiasi panas, sementara yang lebih dingin akan menjadi penerima.
-
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
11/24
H a l a m a n | 11
Politeknik Negeri Sriwijaya | Instrumen dan Pengukuran
Karena semua benda diatas suhu oK meradiasikan panas, maka basis
untuk melakukan penghitungan perpindahan panas secara radiasi adalah
menggunakan suhu mutlak ( Kelvin).
Besarnya panas yang diradiasikan oleh suatu benda dirumuskan melalui
hukum Stefan-Boltzmann.
dimana A adalah luas permukaan radiasi, Ts adalah suhu mutlak permukaan
benda yang mengemisikan panas secara radiasi. Konstanta Stefan-
Boltzmann dinyatakan dengan huruf yunani sigma dan besarnya adalah:
Sementara
adalah emisivitas permukaan (emissivity) yang nilainya bervariasi
antara 0 hingga 1. Benda dengan emisivitas 1 disebut dengan black body.
Sementara emisivitas dari beberapa material pada suhu 300 K dapat dilihat
pada tabel berikut.
http://nurulimantmunib.files.wordpress.com/2011/09/sigma2.jpg -
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
12/24
H a l a m a n | 12
Politeknik Negeri Sriwijaya | Instrumen dan Pengukuran
Selisih antara laju perpindahan panas radiasi antara dua benda adalah
menjadi ukuran untuk menentukan laju perpindahan panas radiasi dari kedua
benda tersebut. Namun, harus kita ketahui, bahwa dari seluruh energi panas
yang diradiasikan oleh suatu benda, tidak seluruhnya akan diterima oleh
benda peneria radiasi. Ini tergantung pada nilai absorsivitas dari bendapenerima tersebut. Benda blackbody, tidak hanya dapat mengirimkan
seluruhnya energi panas yang diradiasikan, namun juga dapat menerima
seluruh energi yang dipancarkan kepadanya.
Pada kasus khusus, dimana sebuah benda (surface, s) dengan luas
permukaan yang relatif kecil dibandingkan permukaan benda yang
-
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
13/24
H a l a m a n | 13
Politeknik Negeri Sriwijaya | Instrumen dan Pengukuran
mengelilinginya (surrounding, surr), laju perpindahan panas radiasi dapat
dirumuskan dengan:
Definisi emisi adalah mengirim, memberi, mengeluarkan yaitu
pancaran electron yang keluar dari katode karena suatu pemanasan dalam
suatu tabung sinar katode misalnya pada peristiwa efek fotolistrik, emisi
berarti electron terlepas dari permukaan logam setelah dikenai cahaya
berfrekuensi tinggi. Terlepasnya electron ini juga disebut emisi (pancaran)
electron.
Ada beberapa cara emisi (pancaran) electron sebagai berikut :
1.
Emisi termionik2. Emisi katode dingin atau emisi medan tegangan tinggi
3. Emisi radioaktif
4. Emisi ionisasi
5. Emisi sekunder
Emisivitas adalah rasio energi yang diradiasikan oleh material tertentu
dengan energi yang diradiasikan oleh benda hitam (black body)
pada temperaturyang sama. Ini adalah ukuran dari kemampuan suatu benda
untuk meradiasikan energi yang diserapnya. Benda hitam sempurna memiliki
emisivitas sama dengan 1 (e=1) sementara objek sesungguhnya memiliki
emisivitas kurang dari satu. Emisivitas adalah satuan yang tidak berdimensi.
Pada umumnya, semakin kasar dan hitam benda tersebut, emisivitas
meningkat mendekati 1
http://id.wikipedia.org/wiki/Energihttp://id.wikipedia.org/wiki/Radiasihttp://id.wikipedia.org/wiki/Benda_hitamhttp://id.wikipedia.org/wiki/Temperaturhttp://id.wikipedia.org/wiki/Satuan_yang_tidak_berdimensihttp://id.wikipedia.org/wiki/Satuan_yang_tidak_berdimensihttp://id.wikipedia.org/wiki/Temperaturhttp://id.wikipedia.org/wiki/Benda_hitamhttp://id.wikipedia.org/wiki/Radiasihttp://id.wikipedia.org/wiki/Energihttp://nurulimantmunib.files.wordpress.com/2011/09/qrad2.jpg -
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
14/24
H a l a m a n | 14
Politeknik Negeri Sriwijaya | Instrumen dan Pengukuran
Emisivitas bergantung pada faktor diantaranya temperatur, sudut
elevasi emisi, dan panjang gelombang 9 lamda ) radiasi. Sering diasumsikan
dalam dunia teknikbahwa emisivitas tidak bergantung pada panjang
gelombang, sehingga emisivitas konstan. Hal ini dikenal dengan istilah
"asumsi benda abu-abu".
Ketika menyinggung tentang permukaan benda yang tidak hitam,
deviasi dari ciri khas benda hitam ditentukan oleh struktur geometri dan
kompisisi kimia, dan mengikuti hukum Kirchoff tentang radiasi termal:
emisivitas setara dengan rasio penyerapan energi (untuk benda pada
equilibrium termal), sehingga objek yang tidak menyerap semua energi
cahaya yang meradiasinya tidak akan meradiasikan energi yang sama banyak
dengan benda hitam ideal.
http://id.wikipedia.org/wiki/Temperaturhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Sudut_elevasi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Sudut_elevasi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Panjang_gelombang_9lamda_)&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Teknikhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hukum_Kirchoff_tentang_radiasi_termal&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hukum_Kirchoff_tentang_radiasi_termal&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Teknikhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Panjang_gelombang_9lamda_)&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Sudut_elevasi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Sudut_elevasi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Temperatur -
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
15/24
H a l a m a n | 15
Politeknik Negeri Sriwijaya | Instrumen dan Pengukuran
2.6. Hukum Kirchoff
Hukum I: Kekekalan muatan
Pada dasarnya, arus adalah aliran muatan. Karena muatan kekal, maka jumlah
arus yang masuk kesuatu titik cabang pada rangkaian sama dengan jumlah
arus yang meninggalkannya.
Hukum I Kirchoff : Jumlah kuat arus yang masuk pada suatu titik
percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik itu.
Hukum II Kirchoff: Kekekalan Energi
Jumlah aljabar dari perubahan potensial yang dilalui dalam suaturangkaian tertutup adalah nol
Ketentuan dalam menerapkan Hk. II Kirchhoff :
1. Jika resistor dilewati searah dengan arah arus, perubahan potensial adalah
- iR, sebaliknya adalah + iR.
2. Jika resisitor dilewati dari kutub negatif ke kutub positif, perubahan
potensial adalah +, sebaliknya adalah - .
I1
I2
I3
-
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
16/24
H a l a m a n | 16
Politeknik Negeri Sriwijaya | Instrumen dan Pengukuran
3.PEMBAHASAN
3.1. Pirometer Optis (Pirometer pita sempit)
Pirometer optis adalah sebuah instrumen pengukuran temperatur yang
menggunakan prinsip radiasi benda panas. Pyrometer optis secara visual
membandingkan tingkat kecerahan permukaan benda dengan referansi sebuah
sumber radiasi tertentu. Benda referensi yang digunakan biasanya berupa
filamen tungsten yang dipanaskan secara elektrik. Di dalam alat ini juga
digunakan sebuah filter warna merah sehingga secara visual didapatkan
gelombang tertentu yang dapat dikomparasi dengan titik referensi. Alat ini
dapat menentukan temperatur permukaan benda dengan angka emisivitas ()
1,0.
Prinsip kerja pirometer optis
Pirometer optik, lebih dikenal dengan nama dissapearing filament
pyrometer, memanfaatkan sifat tampak (kasat mata) dari radiasi yang
diemisikan oleh sebuah benda panas. Radiasinya terfokuskan pada sebuah
-
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
17/24
H a l a m a n | 17
Politeknik Negeri Sriwijaya | Instrumen dan Pengukuran
filamen sehingga baik radiasi dan filamen dapat dilihat pada lensa mata
(gambar 2.55). Filamen dipanaskan oleh arus listrik sampai filamen dan
benda panas terlihat berwarna sama, gambar filamen lalu menghilang ke
dalam latar belakang benda panas. Arus filamen dengan demikin adalah
ukuran temperatur. Filter merah antara lensa mata dana filamen biasa
digunakan untuk mempermudah penyesuaian warna filamen dan benda panas.
Filter merah yang lain dapat memperluas jangkauan pengukuran instrumen.
Pirometer optik atau disappearing filament pyrometer memiliki
jangkauan pengukuran sekitar 6000C sampai 30000C, akurasi pembacaan
sekitar 0,5 %, dan tidak ada kontak langsung dengan benda panas. Dengan
demikian instrumen ini dapat digunakan untuk aplikasi aplikasi dengan
benda bergerak atau yang berada pada jarak jauh.
-
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
18/24
H a l a m a n | 18
Politeknik Negeri Sriwijaya | Instrumen dan Pengukuran
Pyrometer optik sangat cocok digunakan untuk mengukur logam panas
karena jika alat ini dikalibrasi dengan baik akan sangat sempurna mengukur
temperatur logam diatas 1500F (816C). Sehingga alat ini sangat ideal untuk
digunakan pada industri industri yang melibatkan proses pemanasan logam
seperti boiler, perlakuan panas untuk logam dan lain sebagainya. Ini
dikarenakan sensor serat optik memiliki bahan isolasi elektrikal. Namun
pyrometer ini tidak cocok jika digunakan untuk mengukur temperatur gas,
karena gas panas tidak memancarkan radiasi secara kasat mata.
Kelas lain dari pyrometer tergantung dari variasi dalam pancaran energi
radiasi monokromatikdengan temperatur. Piranti ini sering dinamakan
sebagaipyrometer optis karena mereka biasa melibatkan panjang gelombang
hanya pada bagian gelombang tampak dari spektrum. Kita mengetahui bahwa
intensitas pada beberapa panjang gelombang tertentu adalah sebanding dengan
temperatur. Apabila intensitas dari satu objekcocokdengan yang lain, maka
temperaturnya adalah sama. Dalam pyrometer optis, intensitas dari filamen
platinum yang dipanaskan akan berubah-ubah hingga menjadi cocok dengan
objek yang akan ditentukan temperaturnya. Karena sekarang temperaturnya sama
dan temperatur filamen dikalibrasikan terhadap seuatu setting panas, temperatur
dari suatu objek dapat ditentukan.
-
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
19/24
H a l a m a n | 19
Politeknik Negeri Sriwijaya | Instrumen dan Pengukuran
GAMBAR 6.16
Suatu pyrometer optis yang cocok dengan intensitas dari objek
yang dipanaskan, filamen yang dikalibrasikan, biasanya sebagai
panjang gelombang dalam merah
Gambar 6.16 memperlihatkan sistem khusus untuk implementasi dari
suatu pyrometer optis. Dalam gambar tersebut, sistem difokuskan pada objek
yang akan diukur temperaturnya, dimana pem-filter-an dilakukan hanya pada
panjang gelombang yang diinginkan, yang biasanya adalah merah. Pengamat
juga melihat filamen platinum yang ditumpangkan pada citra dari objek. Pada
pemanasan rendah filamen akan terlihat gelap terhadap latar belakang objek,
seperti yang diperlihatkan pada Gambar 6.17a. pada saat filamen dipanaskan,
akan muncul sebagai filamen yang terang terhadap latar belakang objek,
seperti yang diperlihatkan pada Gambar 6.17c. Di suatu tempat dintara nya
adalah titik pada saat kecerahan dari filamen dan objek yang diukur adalah
cocok. Pada setting inim filamen tidak muncul dengan pembandingan latar
belakang objek, dan temperatur objek dapat dibaca dari penghubung filamen
pemanas.
(a) Filamen dipanaskan terlalu rendah
(b) Panas filamen di-settepat
-
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
20/24
H a l a m a n | 20
Politeknik Negeri Sriwijaya | Instrumen dan Pengukuran
(c) Panas filamen terlalu tinggi
GAMBAR 6.17 Contoh dari penampakan filamen selama
pengesetan pyrometer optis.
Jangkauan dari piranti pyrometer optis ditentukanditentukan dalam
bagian akhir pada titik dimana objek menjadi cahaya tampak dalam merah
(~500 K) dan secara jelas dibatasi oleh titik leleh dari platinum pada batas
akhir (~3000 K). Akurasi adalah tipikal pada 5 K hingga 10K yang
merupakan fungsi dari operator kesalahan (error) dalam penyesuaian
intensitas dan koreksi emisivitas untuk objek. Piranti tersebut tidak mudah
diadaptasikan untuk mengontrol proses, karena mereka membutuhkan
perbandingan optis yang teliti., biasanya oleh operator manusia. Aplikasi-
aplikasinya lebih menonjol dalam pengukuran spot dimana monitoring secara
konstan atau kontrol temperatur tidak diperlukan.
3.2. Pirometer Radiasi Total
Termometer radiasi (juga dikenal sebagai radiasi pyrometers) mengukur
radiasi ini dalam rangka untuk menghitung suhu benda. Tingkat total radiasi
emisi per detik diberikan oleh:
E =KT4
-
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
21/24
H a l a m a n | 21
Politeknik Negeri Sriwijaya | Instrumen dan Pengukuran
Pilihan metode terbaik mengukur radiasi yang dipancarkan tergantung
pada suhu. Pada temperatur rendah, yang puncak dari fungsi kepadatan
spektral daya terletak pada daerah inframerah kisaran (0,72-1.000 m).
Logam panas memancarkan radiasi dengan nilai tertentu yang besarnya
ditangkap oleh pyrometer jenis ini untuk menentukan temperatur logam
tersebut. Pyrometer tipe ini memiliki tingkat sensitifitas yang tinggi,
kepresisian, serta rentan pembacaan temperatur yang lebih lebar. Alat ini
sangat baik membaca temperatur logam 538oC. Satu kelebihan yang paling
penting dari alat ini adalah tidak membutuhkan kontak langsung dengan
material yang temperaturnya akan diukur dan pembacaan temperatur secara
visual, sehingga ia dipasang di sebuah titik yang tidak terjangkau oleh
pandangan manusia, seperti di dalamfurnaceboiler.
-
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
22/24
H a l a m a n | 22
Politeknik Negeri Sriwijaya | Instrumen dan Pengukuran
.Instrumen ini mengukur jumlah radiasi yang diemisikan oleh sesuatu
benda panas melalui sebuah elemen rasistansi atau termofil (rangkaian
beberapa termokopel).
Pirometer radiasi total memfokuskan radiasi dari benda panas ke dalam
dettektor radiasi. Gambar 2.56 menampilkan bentuk kasar dari sebuah
instrumen yang menggunakan sebuah cermin untuk memfokuskan radiasi pada
detektor. Beberapa bentuk instrumen yang lain menggunakan lensa untuk
memfokuskan radiasinya.
-
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
23/24
H a l a m a n | 23
Politeknik Negeri Sriwijaya | Instrumen dan Pengukuran
Detektor pada umumnya berupa sebuah termofil dengan sambungan
termokopel yang dapat mencapai 20 atau 30 buah, sebuah elemen resistansi,
ataupun sebuah termistor. Detektor ini dikatakan sebagai sebuah detektor broad
band karena dapat mendeteksi radiasi pada pita frekuensi lebar sehingga
keluarannya merupakan penjumlahan dari daya yang diemisikan pada setiap
panjang gelombangnya, serta berbanding lurus dengan pangkat empat
temperaturnya (hukum stefan-boltzman). Akurasi dari pirometer radiasi total
broadband biasanya sekitar 0,5% dengan rentang pengukuran antara 00C
30000C. Konstanta waktu (ukuran seberapa cepat sistem bereaksi terhadap
perubahan temperatur dan merupakan waktu yang diperlukan untuk mencapai
sekitar 63% nilai akhir) untuk instrumen ini bervariasi antara 0,1 detik bagi
detektor yang hanya tediri dari 1 termokopel atau termistor manik manik
kecil, hingga beberapa detik bagi detektor termofil yang melibattkan banyak
termokopel. Beberapa instrumen menggunakan chopper (pemotong) mekanis
berputar uuntuk memotong radiasi sebelum mengenai detektor. Tujuannya
untuk memperoleh keluaran detektor yang berubah ubah mengingat
penguatan sinyal akan lebih mudah jika tegangannya merupakan tegangan
bolakbalik. Dengan demikian akan merupakan sebuah keuntungan apabila
level radiasinya rendah. Akan tetapi chopper hanya dapat digunakan untuk
detektor yang mempunyai konstanta waktu yang sangat kecil, sehingga
cenderung digunakan untuk detektor, termistor berbentuk manikmanik kecil.
-
7/22/2019 MAKALAH PENGUKURAN SUHU EFEK RADIASI.docx
24/24
H a l a m a n | 244.KESIMPULAN
4.1. Kesimpulan
Pengukuran suhu efek radiasi didasarkan pada suhu suatu benda yang
dapat ditentukan melalui pengukuran radiasi termal benda itu. Instrumen yang
digunakan yaitu pyrometer optik dan pyrometer radiasi. Pyrometry adalah salah
satu teknik pengukuran suhu tanpa kontak fisik, tetapi suhu fluida dideteksi
dengan mengukur radiasi elektromagnetik. Pada pyrometer optik lensa
digunakan untuk menyatukan (focus) energi radiasi dari bodi, pada pyrometer
radiasi total radiasi energi diterima oleh detector (thermocouple, thermophile),
dan diteruskan ke recorder, sehingga suhu fluida dapat dibaca. Dalam pyrometer
radiasi, sebuah bodi hitam digunakan untuk menyerap panas.