1. BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tempat Penelitian

1. BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat Penelitian
Penelitian ini merupakan penelitian rancang bangun yang dilakukan di Laboratorium
Perpindahan Panas dan Thermodinamika dan Laboratorium Biofuel, serta Laboratorium Material
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universtias Sebelas Maret Surakarta.
3.2 Prosedur Penelitian
3.2.1 Perancangan mesin uji konduktivitas listrik.
Alat uji konduktivitas listrik dirancang dengan suhu operasional mencapai 500°C, sehingga
diperlukan elemen pemanas yang bisa beroperasi sampai dengan suhu tersebut. Selain elemen
pemanas diperlukan juga bahan isolasi yang baik. Dengan melihat desain mesin uji konduktivitas
listrik yang ada dipasaran, desain rancangan pembuatan furnace dan pembuatan probe secara
sederhana dilakukan dengan menggunakan aplikasi solidwork 2011. Setelah didapatkan sebuah
desain, maka pencarian literatur tentang material yang mempunyai konduktifitas termal rendah
dilakukan. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan isolasi yang baik. Dari pencarian literatur
didapatkan material batu bata merah dan kalsium silika.
3.2.2 Pembuatan mesin uji konduktivitas listrik
Pembuatan alat uji konduktivitas listrik terdiri dari furnace, four-point probe, rangkaian
power supply dan nano-voltmeter serta panel pengatur temperatur furnace.
a) Pembuatan Furnace
Pada pembuatan tungku temperature tinggi secara otomatis hal yang harus dipersiapkan
adalah sebagai berikut:
Tabel 1.1 Bahan dan alat pembuatan tungku pemanas
NO
BAHAN
1
Elemen pemanas (tube)
2
Batu Bata Pejal
3
Kalsium silica
4
Thermocouple
CV. Zigma, Solo
Panjang : 2 Meter
5
Kabel Tahan Panas
CV. Zigma, Solo
Diameter : 0.04 Meter
6
Cover
7
Media sample
SUMBER
CV. Rima
Heater, Solo
DIMENSI
panjang : 1 Meter
Diameter : 0.08 Meter
Prista Keramik,
CV. Gapura
Isolasi 2
Sakti, Solo
Kusumodilagan,
Solo
8
Cat tahan panas
Wa Wa WA, Solo
9
Cover Panel
CV. Zigma, Solo
10
Thermoreader
11
Ampermeterreader
12
Sekring
13
Solid State Relay
14
Push Button
15
Indicator Lamp
CV. Rima
Heater, Solo
CV. Rima
Heater, Solo
CV. Rima
Heater, Solo
CV. Rima
Heater, Solo
Daya : 1000 W
Isolasi 1
wedi-Kelaten
Laweyan, Solo
KETERANGAN
Diameter : 0.2 Meter
Tinggi : 0.15 Meter
Type K
Alumunium
Diamater : 0.013
Meter panjang : 0.1
Tembaga
meter
Spray, Black
0.25 x 0.30 x 0.12
Meter
Automatic
Automatic
10 Amper
AC to DC
CV. Rima
Heater, Solo
CV. Rima
Heater, Solo
Red
.
Dari bahan material yang dibutuhkan tabel 3.1 hal yang pertama dilakukan adalah dengan
mengubah bentuk elemen pemanas menjadi bentuk spiral dengan ketinggian 80 mm dan
diameter luar 70 mm. Hal ini bertujuan memperkecil penggunaan ruang pada pemanas.
Pembuatan isolasi pertama menggunakan batu bata merah pejal yang melingkar, mengisolasi
secara langsung elemen pemanas dengan ketebalan 20 mm pada elemen pemanas sekaligus
sebagai rangka utama tungku pemanas. Selain itu batu merah pejal juga di letakan di atas dan di
bawah elemen pemanas dengan ketebalan 10 mm. Kalsium silika digunakan sebagai isolasi
kedua dengan cara dicetak secara manual dengan terlebih dahulu dicampur dengan air. Cover
tungku dibuat dengan bahan alumunium 0.6 mm, diameter 200 mm dan tinggi 150 mm. Pada
cover disediakan lubang diameter 5 mm sebanyak 3 buah untuk memasukan kabel dan
thermocouple. Media penghantar panas sekaligus tempat di letakanya spesimen uji menggunakan
poros pejal tembaga dengan  13 mm. Gambar desain tungku pemanas dapat dilihat pada
Gambar 1.1.
Gambar 1.1 Desain Tungku Pemanas
Dimensi total pada tungku pemanas adalah  200 mm dengan ketinggian 155 mm, adapun untuk
desain dalam dapat dilihat pada Gambar 1.2.
Gambar 1.2 Desain dalam tungku pemanas
Dari Gambar 1.2 di atas ditunjukan desain dalam tungku pemanas yang bila diurutkan
penomoran satu sampai tujuh, adalah berikut: Kalsium silika, batu bata pejal, element pemanas,
batu bata pejal, kalsium silika, batu bata pejal dan material tembaga sebagai penghantar panas.
3.2.3 Pembuatan four-point probe.
Pembuatan rangka four-point probe menggunakan bahan mild steel dengan dimensi total
 110 mm. Jarum sebagai probe menggunakan material stainless steel dengan dimensi  1 mm
yang dipasang sejajar pada material teflon. Jarak antar jarum 3.2 mm dengan toleransi 0.05 mm
dan terdapat pegas sehingga jarum bisa fleksible naik dan turun. Penggunaan pegas ini berguna
untuk menjamin material sample yang akan di uji benar-benar tertempel sempurna. Gambar
desain rangka four-point probe dapat dilihat pada Gambar 1.3 (a) dan Gambar 1.3 (b) untuk
desain pemasangan empat jarum.
a. Desain rangka four-point Probe
b. Desain jarum four-point probe
Gambar 1.3 Four-Point Probe design
3.2.4 Pengujian konduktivitas listrik.
Gambar 1.4 Diagram alat uji konduktivitas listrik
Gambar 1.4 menunjukan rangkaian alat uji konduktivitas listrik. dari empat jarum yang
terpasang dua terhubung dengan current source dan dua terhubung dengan nano-voltmeter
keduanya terhubung dengan komputer yang sudah terprogram. Terdapat satu thermocouple untuk
menunjukan suhu sample yang akan diuji. Temperature control digunakan untuk mengatur suhu
furnace.
Cara kerja rangkaian alat uji konduktivitas listrik adalah sebagai berikut: menempatkan
sample pada media penghantar panas yaitu poros tembaga, menempelkan thermocouple pada
permukaan sampel untuk mengetahui suhu pada permukaan sampel, memanaskan furnace
sampai dengan suhu yang diinginkan dengan menggunakan temperature control, setelah
didapatkan temperatur yang diinginkan kemudian memasangkan empat jarum pada permukaan
sample, mengalirkan arus pada dua jarum paling luar dengan current source antara 0 A – 0,5𝐴
(10 Step) kemudian catat besarnya tegangan pada nano-voltmeter yang dihubungkan dengan dua
jarum di tengah pada setiap variasi arus yang ada.
Dari pengujian tersebut akan didapatkan besarnya arus (I) dan besarnya tegangan (V),
kemudian dianalisa besarnya konduktivitas listrik sampel dengan menggunakan variasi suhu
yang berbeda. Validasi alat terlebih dahulu dilakukan dengan menggunakan nilai referensi seperti
dengan menggunakan material tembaga, alumunium dengan ketebalan 2 mm dan stainless steel
dengan ketebalan 2 mm.
3.3 Analisa Data
Analisa data dilakukan setelah alat sudah divalidasi. Nilai yang didapatkan tidak boleh
lebih atau kurang dari 10% dari nilai referensi.
Uraian analisa data yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1.
Analisa nilai konduktivitas listrik material stainless steel tanpa perlakuan panas dilakukan
dengan 10 step.
2.
Analisa nilai konduktivitas listrik material tembaga tanpa perlakuan panas dilakukan dengan
10 step.
3.
Analisa nilai konduktivitas listrik material alumunium tanpa perlakuan panas dilakukan
dengan 10 step.
4.
Analisa nilai konduktivitas listrik material stainless steel dengan variasi suhu pengujian:
30°C, 100°C, 200°C, 300°C, 400°C, 500°C.
5.
Analisa nilai konduktivitas listrik material tembaga dengan variasi suhu pengujian: 30°C,
100°C, 200°C, 300°C, 400°C, 500°C.
6.
Analisa nilai konduktivitas listrik material alumunium dengan variasi suhu pengujian: 30°C,
100°C, 200°C, 300°C, 400°C, 500°C.
7.
Analisa nilai konduktivitas listrik material semikonduktor dengan variasi suhu pengujian:
400°C, 450°C.
8.
Analisa nilai ketidakpastian dari setiap pengujian yang dilakukan.
3.4 Diagram Alir Penelitian.
Mulai
Perancangan mesin uji konduktivitas listrik dan furnace
menggunakan rancangan sederhana dengan solidwork 2011
Menentukan bahan material pembuatan furnace dan bahan
material four-point probe
Pembuatan
probe
Pembuatan
furnace
Pembuatan
sampel
Perakitan furnace, probe, power supply, nanovoltmeter
Pengujian konduktivitas material stainless steel, tembaga
dan alumunium temperatur ruang 29˚C
Tidak
Validasi
Ya
Pengujian konduktivitas listrik material konduktor pada
suhu 100˚C, 200˚C, 300˚C, 400˚C dan 500˚C
Pengujian konduktivitas listrik material semikonduktor
ZnO dopping Cu pada suhu 400˚C dan 450˚C
Analisa hasil
Kesimpulan
Selesai