7/25/2019 LAP_FDM_KD_0408_11

1/20

Laporan

Praktikum Fenomena Dasar Mesin

MS 3202

Modul Perpindahan Panas Konduksi Linear

Kelompok : 11Anggota Kelompok : Saniy Shabrina 13111060

Meitha Anindya 13112002

Yosua Oetomo ! 13112006

"#aki $! Yo#hianto 1311200%

Kurnia&an A'i M! 13112020(id&an M! Subarta 1311202)

*ran# Sunandar 1311202+

,anggal -raktikum : . April 201+

,anggal -enyerahan /aporan : 13 April 201+

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara

Institut Teknologi Bandung

201

7/25/2019 LAP_FDM_KD_0408_11

2/20

B!B 1

T"#"!$ P%!KTIK"M

1! Menentukan distribusi temperatur untuk proses perpindahan panas konduksi linier padaspesimen yang terbuat dari kuningan

2! Menentukan distribusi temperatur untuk proses perpindahan panas konduksi linier pada

spesimen yang terbuat dari kuningan namun bagian tengahnya diisolasi dengan gabus

3! Membandingkan distribusi temperatur kedua spesimen tersebut untuk memahami peran

isolator dalam perpindahan panas konduksi seara linier

7/25/2019 LAP_FDM_KD_0408_11

3/20

B!B 2

L!$D!S!$ T&'%I

Konduksi

Konduksi adalah bentuk perpindahan energi kalor dalam suatu medium yang disebabkan

oleh perbedaan temperatur diantara dua titik! Mekanisme isik konduksi melibatkan aktiitas

atomatom pada medium tersebut yang bergetar dan memindahkan energi! -ada perpindahan

panas konduksi4 aliran energi tidak disertai dengan aliran massa medium!

5esarnya perpindahan panas konduksi yang ter'adi pada medium dengan konduktiitas k4

luas permukaan A4 dan pan'ang / dengan perbedaan temperatur , dideinisikan sebagai:

q=kAT

L

7ambar berikut ini merupakan skema dari perpindahan panas konduksi dari suatu

medium:

-ada praktikum penentuan konduktiitas termal ini4 medium perpindahan panas yang

digunakan adalah silinder logam 8kuningan9 yang dirangkai dengan pemanas dan termokopel

pada beberapa titik disepan'ang silinder! 5erikut ini adalah skema dari alat pengu'ian

konduktiitas termal bahan4HT10XC:

7/25/2019 LAP_FDM_KD_0408_11

4/20

Spesimen bagian atas dan spesimen bagian ba&ah dari alatHT10XCmerupakan bagian

tetap yang masingmasing dihubungkan ke pemanas dan saluran pendingin! Spesimen bagiantengah merupakan bagian ariabel yang dapat diganti! Setiap bagian memiliki termokopel yang

dihubungkan ke bagian utamaHT10XCuntuk dibaa temperaturnya! "alam pemasangan ketiga

bagian spesimen4 thermal pastedigunakan sebagai penghilang resistansi kontak antarbagian

spesimen4 serta toggle clampuntuk memastikan bah&a ketiga bagian spesimen berkontak dengan

baik!

7/25/2019 LAP_FDM_KD_0408_11

5/20

B!B 3

P%'S&D"% P&%('B!!$

"alam perobaan perpindahan panas konduksi linier kelompok ini4 dilakukan perobaan A dan *!

-erobaan A yaitu perobaan dengan menggunakan speimen kuningan berdiameter 2+ mm

sebagai speimen u'i bagian tengah4 setiap penampang spesimennya dioles thermal paste!

-erobaan * yaitu perobaan dengan menyisipkan kertas diantara speimen u'i bagian atas dan

speimen u'i bagian ba&ah4 thermal pastetidak digunakan! /angkahlangkahnya adalah sebagai

berikut :

-erobaan A

! -ersiapan air pendingin

1! -utar katup regulator dengan menarik kenop hitam lalu diputar berla&anan arah 'arum 'am

hingga tidak dapat diputar kembali!

2! $yalakan pompa air dengan menghubungkannya ke sumber daya listrik

3! ;ek debit air yang keluar dengan ara : mengalirkan keluaran air ke gelas ukur lalu diatat

olumnya pada &aktu tertentu sehingga didapat debit nya! 8< 8debit9 = > 8olume9 ? t 8&aktu9!

! -ersiapan spesimen

1! 5uka clamp 8 pen'epit9 spesimen tengah4 'ika telah terpasang pada speimen atas dan ba&ah!

2! -ilih spesimen tengah yang berbahan kuningan dengan diameter yang sama dengan spesimen

atas dan ba&ah!

3! 5ersihkan seluruh penampang spesimen dengan alkohol4 baik kedua penampang spesimen

tengah4 penampang spesimen atas4 dan penampang spesimen ba&ah

)! Oleskan thermal pastepada seluruh penampang spesimen dengan langsung menggunakan

&adahnya 8seperti mengoleskan pasta gigi9!

+! /etakkan spesimen tengah pada spesimen ba&ah dan spesimen atas di atas spesimen tengah4

lalu putarputar untuk meratakan thermal pasteyang digunakan!

6! @epit kembali spesimen tengah dengan menggunakan clamp.

! -ersiapan data akuisisi ,10B;

1! $yalakan saklar utama

7/25/2019 LAP_FDM_KD_0408_11

6/20

2! -astikan potensiometer tegangan di posisi 04 'ika ingin dikeilkan putar potensiometer

berla&anan arah 'arum 'am! @ika telah menapai posisi 04 kuni potensiometer ini!

>! -engambilan "ata

1! Setelah tegangan berada di posisi 04 mulai lakukan pengambilan data a&al untuk seluruh

posisi 1. dengan memutar kenop untuk melihat data temperatur!

2! /epas kuni potensiometer4 lalu putar kenop potensiometer searah 'arum 'am hingga oltase

terukur = 12 > dan 'uga ek arus nya mendekati 1!2 A! Csahakan &aktu pemutaran tidak terlalu

lama!

3! Setelah menapai posisi 12 >olt dan 1!2 A4 kuni potensiometer dan 'alankan stop&ath setiap

+ menit untuk pengambilan data selan'utnya

)! -engambilan data dilakukan dengan &aktu + D + menit 82+ menit9!

-erobaan *

! -ersiapan air pendingin tidak perlu dilakukan lagi setelah melakukan perobaan A

! -ersiapan spesimen

1! /epaskan clampspesimen tengah yang berupa spesimen kuningan dengan diameter sama

2! 5ersihkan penampang atas dan ba&ah spesimen dengan melakkan alkohol 8spesimen tengah

'uga perlu dibersihkan namun tidak akan dipakai lagi9

3! 7anti spesimen tengah dengan menggunakan spesimen sisipan gabus4 ukur terlebih dahulu

ketebalan gabus!

)! /etakkan spesimen gabus diantara spesimen atas dan ba&ah! ,idak perlu dioleskan thermal

paste!

+! @epit kembali dengan menggunakan clamp

! -ersiapan data akuisisi ,10B; serupa dengan tahap pada perobaan A

>! -engambilan data 'uga serupa dengan perobaan A4 namun yang diatat hanyalah ,emperatur

bagian 13 dan 6.4 karena bagian )+ tidak digunakan 8tertempel pada spesimen kuningan untuk

perobaan A9

7/25/2019 LAP_FDM_KD_0408_11

7/20

B!B

D!T! P&$)!M!T!$ D!$ P&%*IT"$)!$

Pencarian Debit aliran air

pendingin

Volume

(ml)

Time

(s)fow rate data 2.50E-0 !"

# 0.00"$%% &'s

0.%""" &'min

PERCOBAAN A

asus tebal !0 mm

T*+T

T,+&D

t(menit)

V(olt) .5 22.5 !.5 52.5 ".5 /2.5 $.5

2.5

0 0 0 25." 25.5 25.5 25.5 25.! 25.2 25. 25.2

5.

/ 2 %!.2 %0.5 !/ !5.! !!.2 !0. 2$. 2./

0.

/ 2 %$ %5.$ %! !$.5 !"./ !!.5 !.2 2$.

5.

/ 2 5.5 %/. %5. %.% !/.! !%. !2. 2$.

20.

/ 2 52." %$.2 %". %2.! !$. !5.% !2." !0.

25.

/ 2 5!.! %$.$ %". %2./ !$." !5./ !2.$ !0.%

.5 22.5 !.5....adala1 posisi t1ermocouple pada (milimeter) dengan titi3 4 0mm berada pada titi3 perbatasan antara pemanas dengan spesimen bagian atas.

GRAFIK PERCOBAAN A

7/25/2019 LAP_FDM_KD_0408_11

8/20

0 20 %0 "0 /0 00 200

0

20

!0

%0

50

"0

Distribusi Temperatur Kasus Kuningan 30mm

awal menit 3e 5 menit 3e 0

menit 3e 5 menit 3e 20 menit 3e 25

x (miimeter!

Temperatur (Ce"ius!

PERCOBAAN F

asus2

abus tebal 0.$ mm T#OT

TCO$D

t(menit)

V(olt) .5 22.5 !.5 "0 "0.$ /!.% $/.% !.%

0 0 0 %2.$ %2. %2." %2.%5 2".!5 2".2 2". 2"

5 ./ 2 "". "%.5 "!." "2.25 2." 2 2"." 2"."

0 ./ 2 /!. /.% /0.! /."5 2/." 2. 2. 2.

5 ./ 2 $5. $!.! $2.2 $0.55 2$. 2/.2 2." 2.%

20 ./ 20!.

0.

$00.

$/.$ 2$.% 2/.5 2.$ 2."

25 ./ 20.

%0/.

%0.

!05."

5 2$.$5 2/.$ 2/.2 2./

.5 22.5 !.5....adala1 posisi t1ermocouple pada (milimeter) dengan titi3 4 0

mm berada pada titi3 perbatasan antara pemanas dengan spesimen bagian atas.

Per1itungan T#OT %an TCO$D dila3u3an dengan etrapolasi pada ecel melalui

6ungsi

THOT = TREND(y's,x's,x,TRUE)

TCOLD = TREND(y's,x's,x,TRUE)

7/25/2019 LAP_FDM_KD_0408_11

9/20

GRAFIK DI&TRIB'&I TE(PERAT'R

0 20 %0 "0 /0 00 20

0

20

%0

"0

/0

00

20Distribusi Temperatur Kasus Kuningan &eip Gabus

awal

menit 5

menit 0

menit 5

menit 20

menit 25

7 (milimeter)

Temperatur (,elcius)

B!B +

!$!LISIS

Dari data percobaan 8 dapat dili1at ba1wa pada awaln9a (menit 3e 5 ) 3emiringan

3ura tida3 begitu curam melain3an landai a3an tetapi mulai pada menit 3e -5

3ura mulai sema3in curam sampai pada menit 3e-20 dan 3e 25 tida3 terli1at lagi

peruba1an 3emiringan 3ura distribusi temperatur. Peruba1an 3emiringan 3ura

distribusi temperatur ini di3arena3an e6e3 peruba1an dari perpinda1an panas

transien menu:u perpinda1an panas stead9-state 9ang ditun:u33an pada 3ura 9ang

suda1 tida3 beruba1 terlalu :au1 lagi 3emiringann9a. emudian :i3a dili1at dari

gra;3 ma3a dapat terli1at ba1wa seperti ada sedi3it fu3tuasi temperatur (3ura

tida3 6ull9 linear seperti pada teorin9a ba1wa dengan ba1an 3ondu3tiitas 9ang

sama 3ura linier) 1al ini di3arena3an pada saat pengambilan data ada galat wa3tu

7/25/2019 LAP_FDM_KD_0408_11

10/20

pengambilan data 9ang satu dengan 9ang lainn9a 3arena data dibaca satu persatu.

7/25/2019 LAP_FDM_KD_0408_11

11/20

0 20 %0 "0 /0 00 200

0

20

!0

%0

50

"0

Distribusi Temperatur Kasus Kuningan )*mm

awal menit 3e 5 menit 3e 0

menit 3e 5 menit 3e 20 menit 3e 25

x (miimeter!

Temperatur (Ce"ius!

"istribusi temperatur ini menun'ukkan hubungan antara perpidahan panas pada kuningan seiring

ber'alannya &aktu menun'ukkan hubungan liniear 8bisa terlihat pada graik di atas9! -osisi yang

paling dekat dengan sumber panas akan menghasilkan nilai temperatur yang semakin tinggi dan

7/25/2019 LAP_FDM_KD_0408_11

12/20

posisi yang paling 'auh dengan sumber panas akan menghasilkan nilai temperatur yang semakin

rendah! Kuningan memiliki siat sebagai penghantar panas yang baik atau bisa disebut dengan

konduktor maka dari itu kuningan mudah sekali menghantarkan panas4 hal ini ditun'ukkan

bah&a semakin lama &aktu untuk memanaskan4 maka temperatur benda yang paling u'ung 'uga

ikut meningkat!

7/25/2019 LAP_FDM_KD_0408_11

13/20

2! "istribusi perpindahan panas konduksi liniear pada kuningan ketika dibagian tengahnya

dilapisi oleh gabus4 yaitu :

0 20 %0 "0 /0 00 200

20

%0

"0

/0

00

20

Distribusi Temperatur Kasus Kuningan &eip Gabus

awal

menit 5

menit 0

menit 5

menit 20

menit 25

7 (milimeter)

Temperatur (,elcius)

-ada kasus kedua yaitu ketika spesimen kuningan ditengahnya diselipi oleh gabus4 maka nilai

bagian yang berada setelah mele&ati gabus akan ter'aga temperaturnya seperti temperatur a&al

sebelum spesimen tersebut dikenai panas 8hal ini bisa terlihat dari graik di atas4 ketika pada

posisi ,)dan ,+maka graik enderung turun menu'u ke temperatur a&alnya9! 7abus memiliki

siat penghantar panas yang buruk yang dinamakan dengan isolator4 karena siat inilah maka

gabus akan menahan panas yang ter'adi untuk posisi selan'utnya!

3! -erpindahan panas konduksi liniear yang ter'adi pada kuningan tanpa menggunakan gabus

menghasilkan graik liniear4 dimana semakin 'auh dari posisi panas yang timbul maka temperatur

pada benda tersebut akan semakin keil dan semakin dekat dengan sumber panas maka

temperaturnya akan semakin panas!Sedangkan perpidahan panas konduksi liniear pada kuningan dengan bahan isolator di tengahnya

menun'ukkan graik perpindahan panas konduksi liniear pada spesimen tidak liniear lagi4 hal ini

disebabkan karena ketika suatu sumber panas menu'u kepada spesimen gabus4 maka gabus

enderung tidak menghantarkannya ke spesimen selan'utnya4 gabus enderung menahan panas

tersebut pada dirinya sendiri! Maka dari itu4 graik yang akan dihasilkan pada perobaan panas

konduksi liniear kuningan yang ditengahnya dilapisi oleh isolator akan mempunyai gradien yang

lebih uram dibandingan dengan tanpa isolator!

T

7/25/2019 LAP_FDM_KD_0408_11

14/20

uningan

dengan isolator

uningan tanpa

isolator

7/25/2019 LAP_FDM_KD_0408_11

15/20

T")!S S&T&L!* P%!KTIK"M

-E(,A$YAA$ CMCM

1!@elaskan mengapa kura distribusi temperatur pada menit ke04 +4 104 1+4 204 dan 2+ saling

berbeda satu sama lainF

G 5isa kita lihat dari gambarnya bah&a kura untuk menit ke0 hingga menit ke 2+ seara

berurutan menun'ukkan perubahan! Semakin lama kura bergeser ke atas karena pada menit

menit a&al sistem belum menu'u kondisi tunak sehingga temperatur masih berubah terhadap

&aktu! ketika memasuki menit ke 202+ sistem mulai masuk kondisi tunak sehingga tidak ter'adi

perubahan kura yang signiikan 8temperatur perdaerah tidak berubah terhadap &aktu9

2!Apa yang ter'adi pada kura distribusi temperatur 'ika besar daya diperbesarF Apa yang ter'adipada kura distribusi temperatur 'ika daya diperkeilF

G @ika daya sumber panas diperbesar4 maka akan ter'adi perbedaan temperatur antara temperatur

sumber dengan temperatur pendingin yang semakin membesar! perbedaan temperatur yang

membesar ini menyebabkan la'u perpindahan panas semakin epat sehingga graik akan

mengalami perubahan kemiringan men'adi semakin uram!

Sebaliknya 'ika daya diperkeil berarti akan ter'adi penurunan perubahan temperatur antara

temperatur sumber panas dengan temperatur pendingin! hal ini menyebabkan gradien kura

men'adi landai!

3! 5andingkan kura distribusi temperatur ketiga perobaan! Mengapa kura distribusi

temperatur masingmasing perobaan berbeda satu sama lainF Apa pengaruh dari 'enis material

dan luas permukaan spesimen u'i bagian tengah terhadap kura distribusi temperaturF

G -ada praktikum kali ini kami membandingkan antara kedua material yang sangat berbeda4

yaitu kuningan yang bersiat konduktor dan gabus yang bersiat isolator! 7raik yang kami

dapatkan sangat berbeda! Cntuk kuningan kami mendapatkan graik yang hampir membentuk

ungsi linear! graik tersebut tidak sepenuhnya lurus karena pengolesan thermal paste yang tidak

sempurna sehingga la'u perpindahan panas tidak ber'alan seara ideal!

Sedangkan untuk material gabus tipis4 temperatur pada pemanas semakin meningkat karena

panas tidak bisa keluar ke arah manapun4 sebaliknya temperatur pada pendingin hampir tidak

7/25/2019 LAP_FDM_KD_0408_11

16/20

naik karena material gabus tersebut hampir tidak menghantarkan panasnya sama sekali ke

spesimen pendingin!

-E(,A$YAA$ -E(;O5AA$ A

1! itung konduktiitas termal kuningan pada spesimen bagian tengah melalui -ersamaan 3!

k=q .L

45

(T4T5) . A

"enganL

45 = @arak termokopel ,) ke termokopel ,+ 80!01+ m9

,) dan ,+ = ,emperatur yang terukur ,ermokopel ) dan ,ermokopel +!

G Konduktiitas termal kuningan dapat dihitung dengan menghitung harga konduktiitas termal

ratarata dari data perobaan pada menit ke0 sampai menit ke2+

?@@8@t

(menit)

(8)

V(Volt)

A(Batt)

T% T53 tenga1(B'mo,)

83 rata-rata(B'mo,)

0 0 0 025.5

25.!

00.000%

$2$.!!50"

5./

2 %."!5.!

!!.2

205.$"%0%5

0./

2 %."!$.5

!"./

"0.$%!0!5

5 ./

2 %." %.%

!/.!

!$.52%00/

20./

2 %."%2.!

!$.

!5."!$%!"

25./

2 %."%2./

!$."

!5."!$%!"

2! itung nilai konduktiitas termal kuningan pada spesimen bagian atas dan ba&ah! "engan

ara apa konduktiitas termal pada spesimen bagian atas dan ba&ah dihitung agar nilai yang

didapat merupakan nilai yang paling mendekati nilai sebenarnyaF @elaskan!

G ;ara menghitung konduktiitas termal speimen atas dan ba&ah dapat dihitung dengan ara

menghitung konduktiitas termal ratarata untuk t = 02+ menit pada perbedaan temperature

termokopel pertama dan kedua4 lalu hitung harga k ratarata untuk t = 02+ menit pada perbedaan

7/25/2019 LAP_FDM_KD_0408_11

17/20

temperature termokopel kedua dan ketiga! Kedua hasil selan'utnya dirataratakan sehingga harga

k yang didapatkan mendekati harga sebenarnya!

3! 5andingkan nilai konduktiitas termal

kuningan pada menit ke04 +4 104 1+4 204 dan 2+

dengan nilai konduktiitas termal yang

terdapat pada literatur! @elaskan analisisnya!

7/25/2019 LAP_FDM_KD_0408_11

18/20

G 5erdasarkan data yang didapat dari

http:??&&&!kayelaby!npl!o!uk?generalHphysis?2H3?2H3HI!html hanya diketahui konduktiitas

termal kuningan pada temperature 0O; dan 100O; yaitu 106 ?m!K dan 12. ?m!K! Cntuk

membandingkan dengan data perobaan maka dilakukan interpolasi pada temperature ratarata

,) dan ,+!

-ada t=0

adalah

keadaan a&al dan belum ada arus yang mengalir ke heater sehingga harga J=0 dan k=0!

-erbedaan harga k pada perobaan dan k teoretik disebabkan karena pertama4 harga k teoretik

yang didapatkan melalui interpolasi sehingga kesalahan perhitungan akan besar! Kedua4 besar

harga konduktiitas termal bahan tergantung dari temperature dan komposisi material! "ata

teoretik menun'ukkan bah&a kuningan yang dipakai mempunyai komposisi I0 ;u dan 30 Ln

namun kuningan pada perobaan tidak diketahui komposisi kimianya sehingga menimbulkan

perbedaan dengan harga teoretik!

)! 5andingkan nilai konduktiitas termal kuningan pada spesimen u'i bagian atas4 tengah4 dan

ba&ah @elaskan hasilnya!

G -erbandingan harga konduktiitas termal ratarata pada speimen atas4 tengah dan ba&ah:

uningan

7/25/2019 LAP_FDM_KD_0408_11

19/20

bahan konduktor! "ari perbandingan data tersebut maka dapat disimpulkan konduktiitas antar

speimen :Speimen ba&ah N kuningan N speimen atas

-E(,A$YAA$ -E(;O5AA$ *

. "engan metode apakah ekstrapolasi yang dilakukan agar nilaiThotface dan

TColdface yang

didapat merupakan nilai yang paling mendekati nilai temperatur sebenarnyaF

G Metode yang digunakan adalah regresi dan interpolasi linear! "engan mengetahui beberapa

data yang presisi4 maka analisis dapat dilakukan dengan memperkirakan sebaran titiktitik

lainnya! (egresi dilakukan dengan memperkirakan garis yang berada dan ukup menggambarkan

sebaran titiktitik yang presisi! Sementara interpolasi dilakukan dengan membuat garis yang

menghubungkan tiaptiap titik yang presisi!

2! itung konduktiitas termal gabus melalui persamaan ) dengan :

k = konduktiitas termal material

/ = tebal gabus

A = luas penampang spesimen kuningan4 diameter = 0!02+ m

G "iketahui:

- > = 12 >- i = 141. A- l = 040002 m- A = 0!2+ m2

- ,hotdan ,old didapatkan dari tabel dari hasil perobaan

@a&ab:

q=kAT

x

q=kAT

l

7/25/2019 LAP_FDM_KD_0408_11

20/20