DISTRIBUSI SUHU LOGAM DENNI WARDAYANTI 021180069

LAPORAN PRAKTIKUM
PERPINDAHAN KALOR
Acara : Distribusi Suhu Logam
Penyusun
Nama
: Denni Wardayanti
NIM
: 021180069
Fakultas/Jurusan
: Teknik Industri/D3 Teknik Kimia
Hari/tanggal
: Kamis, 22 Oktober 2020
Dosen Pembimbing : Ir. Titik Mahargiani,M.T.
LABORATURIUM PERPINDAHAN KALOR
PRGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIA
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK INDUSTRI
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL "VETERAN" YOGYAKARTA
2020
LEMBAR PENGESAHAN
" Distribusi Suhu Logam"
DISUSUN OLEH :
Nama
: Denni Wardayanti
NIM
: 021180069
Fakultas/Jurusan
: Teknik Industri/D3 Teknik Kimia
Hari/tanggal
: Kamis, 22 Oktober 2020
Dosen Pembimbing : Ir. Titik Mahargiani,M.T.
Di Setujui
Dosen Pembimbing
(Ir. Titik Mahargiani,M.T.)
KATA PENGANTAR
Assalamu ‘alaikum wa rahmatullahi wa barakatuh
Syukur alhamdulillah, Segala puji kita panjatkan hanya kepada Allah SWT, karena berkat rahmat
dan karunia-Nya laporan ini dapat terselesaikan. Solawat dan salam, semoga Allah SWT
limpahkan kepada Nabi besar kita Nabi Muhammad SAW. Laporan ini praktikan susun
sedemikian rupa untuk memenuhi tugas praktikum Perpindahan Kalor semester V D3 Teknik
Kimia Universitas Pembangunan Nasional "Veteran"Yogyakarta. Dengan disusunnya laporan
ini semoga dapat memberikan informasi dan pengetahuan baru serta bermanfaat bagi kita semua.
Dan terima kasih saya ucapkan kepada;
1. Ir. Titik Mahargiani,M.T. selaku dosen pembimbing dan asisten laboraturium yang telah
membimbing dari awal hingga akhir.
2. Kelompok praktikum yang telah bekerja sama dalam melakukan praktikum.
3. Dan pihak-pihak lain yang telah membantu dalam praktikum dan menyelesaikan laporan
ini.
Kami menyadari bahwa masih banyak kekurangan yang mendasar pada laporan ini, baik
kekurangan dalam penulisan maupun perhiungan. Oleh sebab itu praktikan mengharap kepada
pembaca untuk memberi saran serta kritik yang dapat membangun praktikan. Kritik dari
pembaca sangat praktikan harapkan untuk penyempurnaan laporan selanjutnya.
Wassalamu ‘alaikum wa rahmatullahi wa barakatuh
Yogyakarta, 28 Oktober 2020
Penyusun.
(Denni Wardayanti)
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG
Kalor merupakan salah satu bentuk energi yang dapat berpindah dari suatu tempat ke
tempat yang lain, secara alami kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang
bersuhu rendah. Seiring berjalannya waktu, kalor dianggap sebagai suatu bentuk energi yang
berkaitan erat dengan suhu. Kajian lanjut menunjukkan bahwa kalor dapat berpindah melalui
tiga cara yaitu, konduksi, konveksi dan radiasi.
Apabila dua jenis benda yang memiliki temperatur berbeda saling berkontak termal,
maka temperatur benda yang lebih panas akan perlahan mendingin, sedangkan temperatur
benda yang lebih dingin akan menjadi panas hingga suhu tertentu. Peristiwa tersebut terjadi
karena adanya perpindahan kalor antara dua benda yang berkontak termal. Perpindahan
panas yang mana partikel-partikel dalam medium perpindahan panas tersebut tidak berpindah
disebut konduksi. Pada peristiwa konduksi, koefisien perpindahan panas dan koefisien
kontak merupakan faktor yang penting.
Kalor adalah salah satu bentuk energi yang terjadi karena adanya perbedaan temperatur.
Jika pada suatu benda terdapat gradien suhu, akan terjadi perpindahan energi berupa kalor
dari bagian yang bersuhu tinggi ke bagian yang bersuhu rendah. Ilmu untuk meramalkan
perpindahan energi yang terjadi karena adanya perbedaan suhu di antara benda atau material
adalah perpindahan kalor. Salah satu cara perpindahan energi ini melalui mekanisme yang
disebut konduksi atau hantaran. Konduksi dapat diartikan sebagai transmisi energi (panas)
dari satu bagian padatan yang bersuhu tinggi ke bagian padatan lain yang kontak dengannya
dan memiliki suhu lebih rendah.
Proses perpindahan kalor secara konduksi bila dilihat secara atomik merupakan
pertukaran energi kinetik antar molekul (atom), dimana partikel yang energinya rendah dapat
meningkat dengan menumbuk partikel dengan energi yang lebih tinggi. Konduksi terjadi
melalui getaran dan gerakan elektron bebas. Berdasarkan perubahan suhu menurut waktu,
konduksi dapat dibagi menjadi dua, yaitu konduksi tunak dan konduksi tidak tunak.
1.2 . TUJUAN PERCOBAAN
1. Memahami proses perpindahan panas
2. Memperagakan suatu cara pengukuran peristiwa perpindahan panas
3. Mengamati distribusi suhu logam di udara
1.3 DASAR TEORI
Pada zat padat, energi kalor tersebut dipindahkan hanya akibat adanya vibrasi dari atomatom zat padat yang saling berdekatan. Hal ini disebabkan karena zat padat merupakan zat
dengan gaya intermolekular yang sangat kuat, sehingga atom-atomnya tidak dapat bebas
bergerak, oleh sebab itu perpindahan kalor hanya dapt terjadi melalui proses vibrasi.
Sedangkan proses konduksi pada fluida disebabkan karena pengaruh secara langsung karena
atom-atomnya dapat lebih bebas bergerak dibandingkan dengan zat padat.
Konduksi merupakan suatu proses perpindahan kalor secara spontan tanpa disertai
perpindahan partikel media karena adanya perbedaan suhu, yaitu dari suhu yang tinggi ke
suhu yang rendah.
Konduksi atau hantaran kalor pada banyak materi dapat digambarkan sebagai hasil
tumbukan molekul-molekul. Sementara satu ujung benda dipanaskan, molekul-molekul di
tempat itu bergerak lebih cepat. Sementara itu, tumbukan dengan molekul-molekul yang
langsung berdekatan lebih lambat, mereka mentransfer sebagian energi ke molekul-molekul
lain, yang lajunya kemudian bertambah. Molekul-molekul ini kemudian juga mentransfer
sebagian energi mereka dengan molekul-molekul lain sepanjang benda tersebut. Dengan
demikian, energi gerak termal ditransfer oleh tumbukan molekul sepanjang benda. Hal inilah
yang mengakibatkan terjadinya konduksi.
Konduksi atau hantaran kalor hanya terjadi bila ada perbedaan suhu. Berdasarkan
eksperimen, menunjukkan bahwa kecepatan hantaran kalor melalui benda yang sebanding
dengan perbedaan suhu antara ujung-ujungnya.Kecepatan hantaran kalor juga bergantung pada
ukuran dan bentuk benda. Untuk mengetahui secara kuantitatif, perhatikan hantaran kalor
melalui sebuah benda uniform tampak seperti pada gambar berikut.
Konduksi dapat dibagi menjadi dua berdasarkan berubah atau tidaknya suhu terhadap
waktu, yaitu konduksi tunak (steady) dan konduksi tak tunak (unsteady). Konduksi tunak dapat
dijelaskan sebagai konduksi ketika suhu yang dihantarkan tidak berubah atau distribusi suhu
konstan terhadap waktu. Sebaliknya, konduksi tak tunak jika suhu berubah terhadap waktu.
Hukum Fourier
Seorang ahli matematika fisika berkebangsaan Perancis, Joseph Fourier, menunjukan
bahwa waktu rata-rata perpindahan kalor melalui media sebanding dengan gradien suhu dan
daerah yang dilalui kalor tersebut. Hukum Fourier menyatakan bahwa laju perpindahan kalor
(dQ/dt atau q) berbanding lurus dengan luas area (A) yang dilalui aliran kalor dan perubahan
suhu selama terjadi aliran kalor (T/x).
q   kA
T
x
dengan nilai k merupakan konduktivitas termal bahan. Tanda minus menyatakan bahwa kalor
mengalir ke tempat yang lebih rendah dalam skala suhu (T lebih kecil).
Konduktivitas Termal
Konduktivitas termal (k) merupakan suatu konstanta yang dipengaruhi oleh suhu yang
nilainya akan bertambah jika suhu meningkat. Selain memiliki karakteristik yang dipengaruhi
oleh suhu, nilai k juga merupakan suatu besaran yang dapat mengidentifikasi sifat penghantar
suatu benda. Bahan yang memiliki konduktivitas termal yang besar biasanya dikategorikan
sebagai penghantar panas yang baik, dan sebaliknya. Umumnya, nilai k logam lebih besar
daripada nonlogam, dan k pada gas sangat kecil. Unit konduktivitas termal biasanya dinyatakan
dalam Watt/moC atau BTU/jam.ft.oF. Nilai konduktivitas termal dapat diperoleh dari persamaan
umum konduksi, yaitu
H
Q
T
Q x
 k . A.
k 
.
t
x
A.t T
dimana ΔT adalah perbedaan suhu dan x adalah ketebalan permukaan media yang memisahkan
dua suhu Bila perubahan konduktivitas termal (k) merupakan fungsi liner terhadap perubahan
suhu, maka hubungan tersebut dapat dituliskan sebagai,
k  k 0 1  T 
Pada zat padat, energi kalor dihantarkan dengan cara getaran kisi bahan. Selain itu,
menurut hukum Wiedemann-Franz, konduktivitas termal zat padat mengikuti konduktivitas
elektrik, dimana pergerakan elektron bebas yang terdapat pada kisi tidak hanya menghasilkan
arus elektrik tapi juga energi panas. Hal ini adalah salah satu penyebab tingginya nilai
konduktivitas termal beberapa jenis zat padat, terutama logam.
Untuk kebanyakan gas pada tekanan sedang konduktivitas termal merupakan fungsi suhu.
Pada gas ringan, seperti hidrogen dan helium memiliki konduktivitas termal yang tinggi. Gas
padat seperti xenon memiliki konduktivitas kecil, sedangkan sulfur hexafluorida, yang berupa
gas padat, memiliki konduktivitas termal yang tinggi berdasar tingginya kapasitas panas gas ini.
Konduksi energi kalor dalam zat cair, secara kualitatif, tidak berbeda dari gas. Namun,
karena molekul-molekulnya lebih berdekatan satu sama lain, medan gaya molekul molecule
force field) lebih besar pengaruhnya pada pertukaran energi dalam proses tubrukan molekul.
Konduksi Tunak
Pada konduksi tunak, terjadi perpindahan energi dari bagian bersuhu tinggi ke bagian
bersuhu rendah, dimana suhu tidak berubah terhadap fungsi waktu. Berdasarkan arah pergerakan
laju perpindahan kalor, konduksi tunak dibagi atas konduksi tunak dimensi satu dan konduksi
tunak dimensi rangkap.
Konduktivitas Berbagai Jenis Zat
sumber: ittelkom.ac.id
Konduksi Tunak Satu Dimensi

Sistem Tanpa Sumber Kalor
Pada aliran kalor satu dimensi dalam keadaan tunak, dimana tidak terdapat pembangkitan
kalor, persamaan umum yang berlaku adalah
Dalam koordinat silindris persamaan ini menjadi
Dengan mengaplikasikan persamaan Fourier, pada dinding datar berlaku persamaan
q


k0 A 
 2
2 


T

T

T2  T1 
2
1

x 
2

Jika dalam sistem teradapat lebih dari satu macam bahan (komposit), aliran kalor dapat
ditulis
q

T1  T4
x A x B xC


k A A k B A kC A
Sistem dengan Sumber Kalor
Pada beberapa proses perpindahan kalor, misalnya pada reaktor nuklir, konduktor listrik,
maupun sistem reaksi kimia, terdapat situasi di mana kalor dibangkitkan dari dalam. Untuk
sistem tunak yang disertai adanya kalor yang dibangkitkan, maka digunakan persamaan
umum,
Pada dinding datar dengan sumber kalor berlaku persamaan
T0 
qL2
 Tw
2k
Koefisien Perpindahan Kalor Menyeluruh
Panas dapat ditransfer melalui tahanan yang komposit, di mana pada satu sisi terdapat
fluida panas A dan pada sisi lainnya fluida B yang lebih dingin. Untuk kasus gabungan seperti
ini dapat digunakan koefisien perpindahan kalor menyeluruh, U, yang diformulasikan,
Q  UATmenyeluruh
Suatu logam berbentuk silinder dengan diameter D, panjang X. Mula-mula
kedua ujung logam suhunya sama. Diameter logam sangat kecil dibanding dengan
panjang logam dan konduktivitas panas logam besar, sehingga gradien suhu dalam
batang pada arah radial bisa diabaikan. Konduktivitas panas logam k. Koefisien
perpindahan panas antara permukaan logam dan udara h. Suhu udara Tu.
Jika salah satu ujungnya dipanaskan sampai suhu Ta, maka terjadi 2 macam
perpindahan panas, yaitu :
1. Perpindahan panas konduksi arah aksial dalam logam :
Q = -k. A dt/dx
2. Perpindahan panas antar fasa dari permukaan logam ke udara :
Q= h. A. (T-TU)
Pada keadaan steady, model persamaan matematis untuk peristiwa ini adalah :
(d2T/dx2) – (4h/kD)(T-TU) = 0
Dengan keadaan batas :
X = 0 , T = Ta
X=X ,T=T
Penyelesaian persamaan ini akan menghasilkan T = f(X) atau harga suhu logam
(T) pada berbagai posisi panjang logam (X). Hasil ini menunjukkan terjadinya distribusi
suhu logam di udara.
Beberapa Nilai Konduktansi Interfasial pada Kisaran Tekanan 1-10 atm
sumber: Lienhard, 3rd ed, page 66
BAB 2
PELAKSANAAN PERCOBAAN
2.1. ALAT DAN BAHAN
ALAT :











Gelas beker 1000 ml
Gelas ukur
Alumunium bentuk silinder (batang)
Kuningan bentuk silinder (batang)
Besi bentuk silinder (batang)
Kompor listrik
Thermometer
Statif dan klem
Stopwatch
Penggaris
Jangka sorong
BAHAN :

Air 500 ml
2.2. DIAGRAM ALIR
Menyiapkan alat dan bahan
v
Mengukur diameter dan panjang logam
Memanaskan air hingga mendidih, cek suhu air
Memasukkan logam kedala air yang telah
dipanaskan
Mengecek suhu logam , dan suhu logam setiap 1
menit
Mengulangi langkah 1-5 pada jenis logam lainnya
Gambar 2.1.2 Diagram Alir DIstribusi Suhu Logam
BAB 3
DATA PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
3.1. DATA PERCOBAAN
NO
SAMPEL
LOGAM
DIAMETER
(cm)
PANJANG(cm)
SUHU
AWAL (C)
1
Alumunium
1,61
22,7
100
2
kuningan
1,22
13,4
92
3
Besi
1,26
21,1
94
Suhu udara (TU) = 29 C
Suhu air mendidih = 96 C
SUHU
AKHIR (C )
40
41
41,5
56
41
43
47
49
47
48
49
49,5
WAKTU
(mnt)
0
1
2
3
0
1
2
3
0
1
2
3
3.2. PERHITUNGAN
3.3. PEMBAHASAN
Pada praktikum kali ini dilakukan percobaan distribusi suhu logam yang dilakukan
untuk memahami proses perpindahan kalor yang terjadi secara konduksi. Pada percobaan
kali ini perpindahan konduksi terjadi antara ujung logam yang tercelup kedalam air
mendidih , yang kemudian lama – kelamaan panasnya akan berpindah ke uung logam bagian
lain.
Ketika memberikan kalor pada salah satu ujung logam, molekul-molekul dalam
logam yang dipanaskan tersebut bergerak lebih cepat, sementara itu, tumbukan dengan
molekul-molekul yang langsung berdekatan lebih lambat. Molekul- molekul yang
bertumbukan ini men transfer sebagian energi ke molekul-molekul lain sehingga lajunya
mengalami peningkatan. Molekul-molekul ini kemudian juga mentransfer sebagian energi
mereka dengan molekul-molekul lain sepanjang benda tersebut. Dengan demikian, energi
gerak termal ditransfer oleh tumbukan molekul sepanjang benda.
Hal ini sesuai dengan hokum fourier,menurut Hukum Fourier, besarnya kalor yang
ditransmisikan ke suatu titik sebanding dengan konduktivitas thermal material, luas
penampang, dan gradien suhu serta berbanding terbalik dengan jaraknya dari sumber kalor.
q  k A
T
X
k merupakan konduktivitas termal, dan besarnya dipengaruhi oleh jenis material dan
temperatur. Semakin besar konduktivitas termalnya, material tersebut akan semakin mudah
menghantarkan kalor. Dengan asumsi bahwa fluks kalor tetap, pada material batang yang
sama, suhu batang akan semakin menurun seiring bertambahnya jarak dari sumber kalor.
Pada material batang yang berbeda, besarnya gradien suhu akan berbanding terbalik dengan
konduktivitas termal batang kedua. Semakin besar konduktivitasnya, gradien suhu akan
semakin kecil.
Pada praktikum kali ini dihasilkan nilai transfer panas Qk (kondusi) dan Qh (konveksi)
yang berbeda pada setiap bahan yang digunakan. Bahan yang digunakan pada percobaan ini
adalah alumunium , besi dan kuningan. Ketiga bahan tersebut memiliki nilai konduktivitas
termal yang berbeda. Kuningan merupakan bahan yang memiliki konduktivitas termal yang
cukup tinggi dari bahan lainnya serta diameter yang paing kecil dan panjang yang paling
pendek diantara bahan lainnya sehingga kuningan memiliki nilai Qk (konduksi) atau yang
paling cepat dalam melakukan transfer panas diantara logam lainnya. Sedangkan besi
memiliki nilai konduktivitas termal yang yang paling kecil sehingga nilai Qk (konduksi)
yang paling kecil.
Nilai Qk(konduksi) dan Qh (konveksi) rata-rata yang diperoleh pada setiap bahan adalah
sebagai berikut:
1. Alumunium
Qk = 2,933075 watt
Qh = 539,125 watt
2. Kuningan
Qk = 7,27025 watt
Qh = 246,24 watt
3. Besi
Qk = 2,05975 watt
Qh = 485,3457 watt
Peristiwa konduksi tidak hanya disebabkan oleh perbedaan suhu saja. Pada dua benda
padat yang saling dihubungkan, faktor kekasaran antara dua permukaan benda tersebut akan
menyebabkan terbentuknya celah udara yang sempit. Pada daerah yang sempit ini (daerah
yang dapat dinamakan interfasa dua media penghantar) resistansi elektrik menjadi begitu
berpengaruh. Konduksi melalui kontak bagian padatan ke padatan (antarlogam) sangat
efektif, tetapi konduksi yang melalui celah udara yang memiliki nilai konduktivitas termal
yang kecil sangat tidak menguntungkan, ditambah lagi dengan kemungkinan terjadinya
radiasi termal pada celah tersebut.
Selain itu setiap logam memiliki kecepatan massa sendiri,dimana itu merupakan salah
satu faktor yang mempengaruhi perpindahan panas/kalor. Besi memiliki kerapatan lebih
besar daripada kuningan dan alumunium. Semakin kecil rapat massa suatu logam, maka
logam bebas gesekan dan partikel sehingga panas cepat tersalurkan. Namum begitu
sebaliknya, semakin besar rapat massa maka panas akan lama tersalurkan.
BAB 4
PENUTUP
4.1 KESIMPULAN
Dari hasil perhitungan yang telah dilakukan dapat diperoleh nilai
perpindahan panas Qk (konduksi) dan Qh ( konduksi) sebagai berikut :
4. Alumunium
Qk = 2,933075 watt
Qh = 539,125 watt
5. Kuningan
Qk = 7,27025 watt
Qh = 246,24 watt
6. Besi
Qk = 2,05975 watt
Qh = 485,3457 watt
DAFTAR PUSTAKA
Anonim.2020. Buku Petunjuk Laporan Perpindahan Kalor. Yogyakarta: Laboratorium
Perpindahan Kalor Program Studi Diploma Tiga Jurusan Teknik Kimia Fakultas
Teknik Industri UPN “Veteran” Yogyakarta
Anonim. Perpindahan Kalor.Diakses dari http://www.ittelkom.ac.id . Diakses pada 24 Oktober
2020.
Anonim. Laporan Praktikum Konduksi. Diakses dari https://pdfslide.net/download/link/laporanpraktikum-konduksi Diakses pada 24 Oktober 2020.
LAMPIRAN