modul praktikum - UMY Repository

MODUL PRAKTIKUM
FENOMENA DASAR MESIN 2
Disusun oleh :
Tito Hadji Agung S., ST, MT
Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
2015
KATA PENGANTAR
Assalaamu’alaikum Wr. Wb.
Fenomena Dasar Mesin adalah semua fenomena yang dijumpai bidang mekanikal yang
dapat berasal dari berbagai bidang (energi, material, fluida, termal, struktur/mekanika). Begitu
banyak fenomena yang seharusnya dipahami oleh mahasiswa teknik mesin. Beberapa fenomena
dalam bidang teknik mesin meliputi:
Pada bidang energi, fenomena dapat berupa : fenomena konduksi (linear & radial) untuk kondisi
tunak maupun transien; konveksi; radiasi; perpindahan kalor pada sirip (extended surface);
konduktivitas termal; kalibrasi & pengukuran dengan termokopel; efek fotovoltaik pada solar
cell untuk solar pumping, solar heating & solar lighting; dll.
Pada bidang material misalnya : fenomena korosi; pasifasi logam; pencegahan korosi
(impressed current dan proteksi katodik); dll.
Pada bidang fluida misalnya : fenomena kavitasi; water hammer; rugi-rugi aliran pada komponen
pipa & fitting; daya dukung pada bantalan luncur; getaran instalasi pipa akibat aliran fluida; efek
surjing pada instalasi pompa; gaya angkat (lift) & gaya hambat (drag) pada aliran fluida
eksternal; dll.
Pada bidang mekanika misalnya : pengukuran tegangan-regangan dengan strain gauge;
pengaturan putaran poros dengan governor; efek giroskop; balancing benda berputar (roda,
turbin); getaran; dll.
Fenomena-fenomena di atas hendaknya dapat dipahami oleh mahasiswa teknik mesin.
Pemahaman dapat dilakukan melalui penyelenggaraan praktikum. Namun karena keterbatasan
waktu, tidak semua fenomena di atas dapat dimasukkan dalam materi praktikum FDM.
Dalam praktikum FDM 2 ini hanya akan dibahas : modul konduksi linear, modul
pertukaran kalor antara udara – air, modul pertukaran kalor antara air hangat – air
dingin, serta modul cooling tower.
Akhir kata, semoga modul praktikum FDM 2 ini dapat membantu mahasiswa dalam
memahami & mengembangkan wawasan teknik.
Wassalaamu’alaikum Wr. Wb.
Yogyakarta, Oktober 2015
Penulis
DAFTAR ISI
PRAKTIKUM FDM 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
MODUL 1
3
KONDUKSI LINEAR
A. SUB-MODUL A (Konduksi Linear Tunak) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
B. SUB-MODUL B (Persamaan Fourier untuk Konduksi Linear) . . . .
10
C. SUB-MODUL C (Koefisien Perpindahan Kalor Keseluruhan) . . . . .
14
D. SUB-MODUL D (Konduktivitas Termal) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
E. SUB-MODUL E (Perbandingan Terbalik antara
Gradien Suhu terhadap Luas Penampang) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
F. SUB-MODUL F (Pengaruh Tahanan Kontak
terhadap Konduksi Kalor) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
ALAT PENUKAR KALOR (HEAT EXCHANGER) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
MODUL 2
WATER-WATER HEAT EXCHANGER . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
48
MODUL 3
COOLING TOWER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
GAMBAR ALAT UJI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
59
LEMBAR DATA PENGUJIAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
63
PRAKTIKUM FDM 2
Praktikum Fenomena Dasar Mesin (FDM) 2 ini membahas tentang fenomena konduksi
liner, pertukaran kalor pada alat penukar kalor konsentris antara udara – air, antara air
hangat – air dingin, serta fenomena pada menara pendingin (cooling tower).
1. Modul Konduksi Linear
Modul konduksi linear terdiri dari 6 sub-modul, yaitu :
a. Sub-Modul A (Konduksi Linear Tunak)
b. Sub-Modul B (Persamaan Fourier untuk Konduksi Linear)
c. Sub-Modul C (Koefisien Perpindahan Kalor Keseluruhan)
d. Sub-Modul D (Konduktivitas Termal)
e. Sub-Modul E (Perbandingan Terbalik antara Gradien Suhu terhadap Luas Penampang)
f. Sub-Modul F (Pengaruh Tahanan Kontak terhadap Konduksi Kalor)
2. Modul Alat Penukar Kalor
a. Alat Penukar Kalor Konsentrik Air Hangat – Air Dingin
b. Menara Pendingin (Cooling Tower)
Pada modul II (Alat Penukar Kalor), digunakan 2 peralatan terpisah. Sedangkan pada
modul I tentang konduksi linear menggunakan alat heat transfer yang akan dilayani oleh
sebuah Basic Service Unit (BSU, lihat Gambar 1). BSU merupakan unit akuisisi data yang
dilengkapi dengan software, sehingga pengoperasian ketiga modul selain dengan cara “Manual”
(operasi & pembacaan data-data di panel BSU) juga dapat secara “Remote” (operasi &
pembacaan data-data di layar komputer).
Gambar 1. Panel Basic Service Unit (BSU) – Heat Transfer Equipment
Keterangan:
A.
B.
C.
D.
Tombol Power On / Off
Tombol operasi secara “Manual” atau “Remote”
Tombol pengaturan Voltase heater (secara operasi “Manual”)
Display pembacaan nilai parameter (Voltase, Arus, dsb) yang terkait dengan
pengaturan tombol E (untuk operasi secara “Manual”)
E. Tombol pengatur pembacaan nilai parameter (Voltase & Arus heater, dsb untuk
operasi “Manual”))
F. Interface I/O Port untuk operasi & pembacaan data secara “Remote”
G. Tombol Selector Switch untuk pembacaan suhu tiap-tiap titik termokopel (untuk
operasi “Manual”)
H. Interface untuk koneksi dengan Chart Recorder (tidak digunakan)
I. Port untuk pengukuran suhu-suhu termokopel (tidak digunakan)
J. Display untuk melihat data suhu pengukuran termokopel yang terkait dengan selector
switch (G) untuk operasi secara “Manual”
K. Port untuk pengukuran suhu-suhu termokopel (digunakan)
L. Port untuk pengukuran laju aliran air pendingin (tidak digunakan, karena unit tidak
dilengkapi dengan sensor alat ukur debit air pendingin)
M, N, O, P port instumentasi yang berkaitan dengan tombol E (tidak digunakan)
MODUL 1
KONDUKSI LINEAR
A. SUB-MODUL A (Konduksi Linear Tunak)
A.1 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian Sub-Modul A ini adalah :
1. Untuk menentukan distribusi suhu pada kasus perpindahan panas konduksi
tunak yang melalui pelat / dinding datar dengan material yang sama / seragam
(uniform).
2. Untuk mendemostrasikan pengaruh perubahan aliran kalor.
A.2 Skema Peralatan Uji
Gambar 2. Skema Umum Alat Uji Modul Konduksi Linear
Keterangan:
Spesimen pada modul konduksi linear terdiri dari 3 bagian, yaitu : bagian panas
(heating section), bagian tengah (intermediate section) yang dapat diganti-ganti, dan bagian
dingin (cooling section). Bagian panas, spesimen kuningan (brass) dipanaskan dengan
pemanas listrik (electic heater). Bagian dingin, spesimen kuningan (brass) didinginkan
dengan air pendingin. Terlihat kawat termokopel dipasang pada ketiga bagian untuk
mengukur suhunya.
Gambar 3. Susunan Pengujian Modul 1A
(Modul Konduksi Linear)
A.3 Dasar Teori
Pada skema peralatan uji (gambar 3) terlihat bahwa ada bagian panas (heating
section) dan bagian yang dingin (cooling section). Kedua bagian diklem dengan erat &
kedua permukaan yang bersinggungan diberi thermal paste supaya kontak permukaan
baik (tidak ada rongga udara yang dapat menyebabkan tahanan termal kontak / contact
resistance). Kedua bagian dapat dipandang sebagai sebuah dinding dengan luas
penampang kontak dan material (kuningan / brass) yang seragam dan kontinyu.
Sesuai dengan hukum Fourier tentang konduksi panas, jika sebuah dinding datar
dengan ketebalan (x) dan luas permukaan perpindahan kalor (A) terdapat beda
suhu (T), maka laju perpindahan kalor (Q) secara konduksi berlaku:
Q ~ A.
T
x
Q berbanding lurus terhadap A dan ΔT,
namun berbanding terbalik terhadap Δx.
QC.
T
x
C = suatu konstan dan
A = nilainya konstan
Obyek dari pengujian modul 1A ini untuk menunjukkan bahwa untuk sebuah
dinding datar sederhana (dengan material dan luas permukaan perpindahan kalor konstan)
berlaku :
Q ~
T
x
Gambar 4. Distribusi Suhu & Aliran Kalor pada Suatu Bidang Datar
A.4 Prosedur Pengujian
Prosedur pengujian sebagai berikut :
1. Susun alat uji seperti skema pengujian (gambar 3). Oleskan thermal paste ke
permukaan-permukaan spesimen secara merata, kemudian klem kedua bagian
tersebut.
2. Pasang termokopel dari Modul Konduksi Linear ke Basic Service Unit (BSU).
3. Pasang kabel heater ke bagian belakang BSU.
4. Alirkan air pendingin ke modul alat konduksi linear.
5. Nyalakan BSU & komputer.
6. Jalankan program Heat Transfer Armfield & pilih Modul Konduksi Linear,
Exercise A.
7. Set posisi tombol di BSU ke “REMOTE” untuk pengaturan / penggujian
melalui program komputer.
8. Siapkan stopwatch untuk menentukan waktu.
9. Set voltase heater ke posisi 9 V dengan mengatur-atur heater control.
10. Catat / rekam data-data pengujian yang meliputi : voltase & arus heater, serta
suhu-suhu termokopel dengan menekan tombol Shift + Print Screen.
11. Data disimpan (di-save) untuk menit ke – 0, 1, 2, dan 3.
Data pada menit ke - 0 di-save saat voltase heater sudah menunjukkan setting
voltase heater seperti yang diinginkan (9 Volt).
Gambar 5. Contoh Hasil Shift + PrintScreen
(untuk pengambilan data)
Keterangan:
-
Pengukuran pada menit ke – 0, 1, 2, dan 3 untuk mengetahui kondisi transien
(sejarah waktu / time history)
-
Untuk analisis data, dilakukan pada menit ke – 3 (karena keterbatasan waktu,
diasumsikan bahwa kondisi tunak sudah tercapai pada menit ke – 3)
A.5 Pengamatan Data
Data-data yang diambil pada pengujian sub-modul 1A ini dapat dilihat pada lampiran
Tabel 1A.
A.6 Perhitungan & Analisis
Berdasarkan data pengamatan, hitung parameter sebagai berikut:
a.
Aliran kalor ke heater
Q  V.I
b.
Beda suhu bagian panas (hot)
Thot  T1 - T3
c.
Beda suhu bagian dingin (cold)
Tcold  T6 - T8
(masukkan perhitungan ke Tabel Perhitungan pada lampiran Tabel 1A).
d.
Plot grafik suhu terhadap lokasi (jarak) masing-masing termokopel untuk tiap
aliran kalor ke heater (Q) (Grafik Distribusi Suhu  Grafik T - x)
e.
Hitung gradien tiap garis (T/x) dan tunjukkan bahwa Q
gradien
adalah konstan
(C).
Ketarangan:
Distribusi suhu akan terlihat seperti gambar 6 di bawah ini.
Gambar 6. Kurva Distribusi Suhu pada Material Homogen (Modul 1A)
A.7 Problem
Jawab pertanyaan berikut ini:
1.
Berapa nilai konstanta C untuk material pada bagian yang panas dan pada bagian
yang dingin?
2.
Apa artinya jika nilai C kedua bagian (heating section & cooling section) sama
atau tidak sama?
3.
Berdasarkan nilai C di atas, material bagian mana yang konduktivitas termalnya
lebih tinggi? Mengapa?
B. SUB-MODUL B (Persamaan Fourier untuk Konduksi Linear)
B.1 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian Sub-Modul A ini adalah :
1. Untuk memahami penggunaan hukum Fourier dalam menentukan laju
perpindahan kalor melalui material padat untuk aliran kalor tunak 1 dimensi.
B.2 Skema Peralatan Uji
Gambar 7. Susunan Pengujian Konduksi Linear pada Material Homogen (Modul 1B)
B.3 Dasar Teori
Pada skema peralatan uji terlihat bahwa ada bagian panas (heating section),
bagian tengah (intermediate), dan bagian yang dingin (cooling section). Ketiga bagian
diklem dengan erat sehingga kedua pasang permukaan (yang diberi thermal paste)
berada dalam kondisi kontak yang baik. Ketiga bagian dapat dipandang sebagai sebuah
dinding homogen dengan luas penampang kontak dan material (kuningan / brass) yang
seragam dan kontinyu.
Sesuai dengan hukum Fourier tentang konduksi panas, jika sebuah dinding datar
dengan ketebalan (x) dan luas permukaan perpindahan kalor (A) terdapat beda suhu
(T), maka laju perpindahan kalor (Q) secara konduksi berlaku:
Q ~ A.
T
x
dengan : x  x b - x a
Jika material dinding adalah homogen dan mempunyai konduktivitas termal (k) yang
sama, maka:
Q  - k.A.
T
x
(Tanda minus / - disebabkan karena aliran kalor dalam arah penurunan suhu. Kalor
mengalir dari bagian bersuhu tinggi ke bagian bersuhu rendah.)
Gambar 8. Simbol Parameter & Aliran Kalor pada Bidang Datar
B.4 Prosedur Pengujian
Prosedur pengujian sebagai berikut :
1. Prosedur pengujian analog seperti pada Sub-Modul A di atas, hanya di
bagian tengah disisipkan spesimen tambahan berupa Brass (kuningan,
berdiameter besar).
2. Set voltase heater ke posisi 9V dengan mengatur-atur heater control.
B.5 Pengamatan Data
Data-data yang diambil pada pengujian sub-modul 1A ini dapat dilihat pada lampiran
Tabel 1B.
B.6 Perhitungan & Analisis
Berdasarkan data pengamatan, hitung parameter sebagai berikut:
a.
Aliran kalor ke heater
Q  V.I
b.
Luas penampang perpindahan kalor
A
c.
 . D2
4
Beda suhu bagian panas (hot)
Thot  T1 - T3
d.
Konduktivitas termal material bagian panas (hot)
x 13 . Q
Thot . A hot
k hot 
e.
Beda suhu bagian tengah (intermediate)
Tint  T4 - T5
f.
Konduktivitas termal material bagian tengah (intermediate)
k int 
g.
x 45 . Q
Tint . A int
Beda suhu bagian dingin (cold)
Tcold  T6 - T8
h.
Konduktivitas termal material bagian dingin (cold)
k cold 
x 68 . Q
Tcold . A cold
(masukkan semua perhitungan ke Tabel Perhitungan pada lampiran Tabel 1B).
i.
Plot grafik suhu terhadap lokasi (jarak) masing-masing termokopel untuk tiap
aliran kalor ke heater (Q) (Grafik Distribusi Suhu  Grafik T - x)
Gambar 9. Distribusi Suhu Pada Material yang Homogen
B.7 Problem
1.
Bagaimana perbandingkan nilai konduktivitas termal (k) kuningan (brass) yang
ada di ketiga bagian untuk suatu aliran kalor (Q) yang sama ?
2.
Bagaimana perbandingkan nilai konduktivitas termal (k) kuningan (brass) yang
ada di ketiga bagian untuk suatu aliran kalor (Q) yang bervariasi ?
3.
Berapa nilai konduktivitas termal (k) pada ketiga bagian (ambil pada menit ke-3
saja, asumsi pada kondisi yang sudah tunak) ?
4.
Material ketiga bagian adalah sama yaitu kuningan (brass) sehingga mestinya nilai
k akan sama. Apa yang menyebabkan nilai k ketiga bagian tidak sama?
5.
Nilai k material kuningan secara umum nilainya 121 W/m.oC. Bagaimana nilai k
kuningan terhadap nilai k referensi ini ?
C. SUB-MODUL C (Koefisien Perpindahan Kalor Keseluruhan)
C.1 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian Sub-Modul A ini adalah :
1. Untuk menentukan distribusi suhu pada kasus perpindahan panas konduksi
tunak yang melalui pelat / dinding datar dengan material yang berbeda
(komposit).
2. Untuk menentukan koefisien perpindahan kalor keseluruhan (U) dinding
komposit.
C.2 Skema Peralatan Uji
Gambar 10. Susunan Pengujian Konduksi Linear dengan
Material Kurang Konduktif (Baja Tahan Karat, Modul 1C)
C.3 Dasar Teori
Pada skema peralatan uji terlihat bahwa ada bagian panas (heating section),
bagian tengah (intermediate), dan bagian yang dingin (cooling section). Material di
bagian tengah (stainless steel) berbeda dengan material bagian panas dan dingin (brass).
Ketiga bagian diklem dengan erat sehingga kedua pasang permukaan (yang diberi
thermal paste) berada dalam kondisi kontak yang baik sehingga membentuk susunan
dinding komposit.
Aliran kalor (Q) pada kondisi tunak yang melewati ketiga bagian adalah sama,
sehingga hukum Fourier dapat diterapkan pada ketiga bagian sebagai berikut:
Q k hot . Thot k int . Tint k cold . Tcold



A
x hot
x int
x cold
Beda suhu antara bagian ujung (antara termokopel 1 dan 8) dapat ditulis sbb:
T1 - T8  
Thot  Tint  Tcold 
Q  x hot x int x cold 

.


A  k hot
k int
k cold 
atau:
Q
 U . T1 - T8 
A
dengan:
x hot x int x cold
1



 R
U
k hot
k int
k cold
Keterangan:
U adalah koefisien perpindahan kalor keseluruhan dan 1/U adalah tahanan termal
gabungan (R).
Gambar 11. Simbol Parameter & Distribusi Suhu pada
Material Kurang Konduktif (Baja Tahan Karat)
C.4 Prosedur Pengujian
Prosedur pengujian sebagai berikut :
1. Prosedur pengujian analog seperti pada Sub-Modul A & B di atas, hanya
di bagian tengah disisipkan spesimen tambahan berupa Stainless Steel (Baja
Tahan Karat).
2. Set voltase heater ke posisi 9V dengan mengatur-atur heater control.
C.5 Pengamatan Data
Data-data yang diambil pada pengujian sub-modul 1A ini dapat dilihat pada lampiran
Tabel 1C.
C.6 Perhitungan & Analisis
Berdasarkan data pengamatan, hitung parameter sebagai berikut:
a.
Aliran kalor ke heater
Q  V.I
b.
Luas penampang perpindahan kalor
A
c.
 . D2
4
Beda suhu bagian panas hingga bagian dingin
T18  T1 - T8
d.
Tahanan termal dinding komposit (ke-3 spesimen)
R 
x hot x int x cold
1



U
k hot
k int
k cold
Untuk material kuningan (brass) gunakan nilai k hasil pengujian yang didapatkan
pada modul sebelumnya. Untuk material stainless steel gunakan nilai k = 25
W/m.oC.
e.
Hitung nilai U = 1/R
f.
Koefisien perpindahan kalor keseluruhan hasil eksperimen (Uexp)
U exp 
Q
A . T1 - T8 
(masukkan semua perhitungan ke Tabel Perhitungan pada lampiran Tabel 1C).
g.
Plot grafik distribusi suhu (grafik T – x) sepanjang dinding komposit.
Gambar 12. Distribusi Suhu pada Material Kurang Konduktif (Baja Tahan Karat)
C.7 Problem
1.
Bandingkan nilai U antara cara perhitungan nomor d dan e di atas.
Mengapa nilai U dapat berbeda ?
2.
Mengapa pada grafik distribusi suhu, pada material stainless steel lebih
curam daripada gradien suhu pada material brass pada bagian panas &
dingin ? Apa artinya ?
3.
Bagaimana pengaruh variasi fluks kalor (dengan variasi daya heater)
terhadap gradien suhu ?
D. SUB-MODUL D (Konduktivitas Termal)
D.1 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian Sub-Modul A ini adalah :
1. Untuk menentukan konduktivitas termal (k) material konduktor.
D.2 Skema Peralatan Uji
Gambar 13. Susunan Pengujian Konduksi Linear pada
Material Konduktif (Aluminium, Modul 1D)
D.3 Dasar Teori
Laju perpindahan kalor pada material di bagian tengah dapat ditulis sbb:
Q  k int . A int .
Tint
x int
Dengan:
Tint  Thot face - Tcold face
k int 
Q . x int
A int . Thot face - Tcold face 
Thot face  T3 -
T2 - T3 
2
x  panjang Aluminium
Tcold face  T6 
T6 - T7 
2
Gambar 14. Simbol Parameter & Distribusi Suhu pada
Material Konduktif (Aluminium)
D.4 Prosedur Pengujian
Prosedur pengujian sebagai berikut :
1. Prosedur pengujian analog seperti pada Sub-Modul A, B & C di atas,
hanya di bagian tengah disisipkan spesimen tambahan berupa Aluminium.
2. Set voltase heater ke posisi 9V dengan mengatur-atur heater control.
D.5 Pengamatan Data
Data-data yang diambil pada pengujian sub-modul 1A ini dapat dilihat pada lampiran
Tabel 1D.
D.6 Perhitungan & Analisis
Berdasarkan data pengamatan, hitung parameter sebagai berikut:
a.
Aliran kalor ke heater
Q  V.I
b.
Luas penampang perpindahan kalor
A
c.
 . D2
4
Suhu permukaan sisi panas (Thot face)
Thot face  T3 -
T2 - T3 
2
d.
Suhu permukaan sisi dingin (Tcold face)
Tcold face  T6 
e.
T6 - T7 
2
Beda suhu antara 2 permukaan (sisi panas & sisi dingin, Tint)
Tint  Thot face - Tcold face
f.
Konduktivitas termal material Aluminium
k int 
Q . x int
A int . Thot face - Tcold face 
(masukkan perhitungan ke Tabel Perhitungan pada lampiran Tabel 1D).
g.
Plot grafik distribusi suhu (grafik T – x) sepanjang dinding komposit.
Gambar 15. Distribusi Suhu pada Material Konduktif (Aluminium)
D.7 Problem
1.
Mengapa gradien suhu pada material aluminium cenderung lebih landai
daripada untuk material brass pada bagian panas & dingin ? Apa artinya ?
2.
Bagaimana pengaruh fluks kalor terhadap gradien suhu ?
3.
Berapa nilai konduktivitas termal k untuk material aluminium ?
4.
Dari ke-4 modul pengujian yang sudah dilakukan, material mana yang
konduktivitas termalnya paling besar & paling kecil ?
E. SUB-MODUL E (Perbandingan Terbalik antara Gradien Suhu terhadap Luas
Penampang)
E.1 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian Sub-Modul A ini adalah :
1. Untuk mendemonstrasikan bahwa gradien suhu (T/x) berbanding terbalik
dengan luas penampang perpindahan kalor (A).
E.2 Skema Peralatan Uji
Gambar 16. Susunan Pengujian Pengaruh Variasi Luas Permukaan
Perpindahan Kalor (Modul 1E)
E.3 Dasar Teori
Laju perpindahan kalor konduksi linear dapat dituliskan sbb:
Q  k.A.
T
x
Sehingga:
Thot 
Q . x hot
k hot . A hot
atau
T 
Q . x
k.A
Q . x int
k int . A int
Tint 
Tcold 
Q . x cold
k cold . A cold
Gambar 17. Simbol Parameter & Distribusi Suhu pada
Pengujian Variasi Luas Permukaan Perpindahan Kalor
E.4 Prosedur Pengujian
Prosedur pengujian sebagai berikut :
1. Prosedur pengujian seperti pada Sub-Modul A, B,C & D di atas, hanya di
bagian tengah disisipkan spesimen tambahan berupa Brass (Kuningan,
berdiameter kecil.
2. Set voltase heater ke posisi 9V dengan mengatur-atur heater control.
E.5 Pengamatan Data
Data-data yang diambil pada pengujian sub-modul 1A ini dapat dilihat pada lampiran
Tabel 1E.
E.6 Perhitungan & Analisis
Berdasarkan data pengamatan, hitung parameter sebagai berikut:
a.
Aliran kalor ke heater
Q  V.I
b.
Luas penampang perpindahan kalor sisi panas
A hot 
 . D 2hot
4
c.
Luas penampang perpindahan kalor bagian tengah
A red 
d.
 . D 2red
4
Beda suhu bagian panas
Thot  T1 - T3
e.
Gradien suhu bagian panas
Grad hot 
f.
Thot
x hot
Suhu permukaan sisi panas (Thot face)
Thot face  T3 d.
T2 - T3 
Suhu permukaan sisi dingin (Tcold face)
Tcold face  T6 
e.
2
T6 - T7 
2
Beda suhu antara 2 permukaan (sisi panas & sisi dingin, Tred)
Tred  Thot face - Tcold face
f.
Gradien suhu bagian tengah
Grad red 
g.
Tred
x red
Rasio gradien suhu
Rasio Gradien Suhu 
h.
Grad red
Grad hot
Rasio luas penampang perpindahan kalor
Rasio Luas Penampang 
A red
A hot
(masukkan perhitungan ke Tabel Perhitungan pada lampiran Tabel 1E).
g.
Plot grafik distribusi suhu (grafik T – x) sepanjang dinding komposit.
Gambar 18. Distribusi Suhu pada Pengujian Pengaruh
Variasi Luas Permukaan Perpindahan Kalor
E.7 Problem
1.
Bagaimana pengaruh perbedaan luas permukaan perpindahan kalor pada
distribusi suhu ? Apa arti gradien suhu yang berbeda tersebut ?
2.
Bagaimana pengaruh fluks kalor terhadap distribusi suhu ?
F. SUB-MODUL F (Pengaruh Tahanan Kontak terhadap Konduksi Kalor)
F.1 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian Sub-Modul A ini adalah :
1. Untuk mendemonstrasikan pengaruh tahanan kontak (contact resistant) pada
konduksi termal antara material yang saling bersinggungan.
F.2 Skema Peralatan Uji
Gambar 19. Susunan Pengujian Contact Resistance (Modul 1F)
F.3 Dasar Teori
Permukaan suatu benda secara mikro tidaklah datar sehingga jika dua 2 benda datar
ditempelkan akan terjadi rongga udara di antara permukaannya. Sehingga rongga udara
tersebut akan menyebabkan tahanan kontak (contact resistant) yang menghambat aliran
kalor dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah.
Untuk memperbaiki perpindahan kalor, pada 2 permukaan tersebut dioleskan thermal
paste yang bersifat konduktif (menghantarkan kalor).
Gambar 20. Celah Udara akibat Tidak Adanya Thermal Paste
F.4 Prosedur Pengujian
Prosedur pengujian sebagai berikut :
1. Prosedur pengujian seperti pada Sub-Modul A, B, C, D & E di atas, hanya
di bagian tengah disisipkan spesimen tambahan berupa Brass (Kuningan,
berdiameter besar).
2. Pada kontak permukaan bagian panas (atas), thermal paste dibersihkan /
dihilangkan, sedangkan pada kontak permukaan bagian dingin (dingin)
diberikan thermal paste.
3. Set voltase heater ke posisi 9V dengan mengatur-atur heater control.
F.5 Pengamatan Data
Data-data yang diambil pada pengujian sub-modul 1A ini dapat dilihat pada lampiran
Tabel 1F.
F.6 Perhitungan & Analisis
Berdasarkan data pengamatan, hitung parameter sebagai berikut:
a.
Aliran kalor ke heater
Q  V.I
(masukkan perhitungan ke Tabel Perhitungan pada lampiran Tabel 1F).
b.
Plot grafik distribusi suhu (grafik T – x) sepanjang spesimen.
Gambar 21. Distribusi Suhu pada Pengujian Pengaruh Termal Paste (Contact Resistance)
F.7 Problem
1.
Bagaimana pengaruh pemberian thermal paste terhadap distribusi suhu?
Mengapa dapat terjadi demikian ?
2.
Bagaimana pengaruh variasi fluks kalor terhadap distribusi suhu ?