Laporan Praktikum Intrumentasi Temperatur [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM INSTRUMENTASI DAN PENGUKURAN TEMPERATUR



OLEH



NAMA



: AHMADI FACHRY



NIM



: 1224401024



KELAS



: 2C RP



JURUSAN TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA D-III POLITEKNIK NEGERI LHOKSEUMAWE 2014



LEMBAR TUGAS



Judul Praktikum



:



Instrumentasi dan Pengukuran Temperatur



Mata Kuliah



:



Instrumentasi dan Pengukuran



Nama



:



Ahmadi Fachry



NIM



:



1224401024



Kelas / Semester



:



2C RP / IV



Anggota Kelompok



:



1. Taufik Ismail



4. Tauf ik ismail



2.Mursina Hayati



5. Hafizh Maulana



3. Elly Safwati



6. Cut Iza Mirna



URAIAN TUGAS 1. Kalibrasi thermometer dan termokopel dengan es mencair dan air mendidih masisng – masisng 5 kali pengukuran. 2. Tentukan linieritas dari thermometer dan termokopel sampai air mendidh dengan selang waktu 2 menit 3. Tentukan responsibilitas thermometer dan termokopel dengan cairan yang temperaturnya 70°C



Buketrata, 29 April 2014 Ka Laboratorium



Dosen Pembimbing



Ir. Syafruddin. MSi NIP : 19650819 199802 1 001004



Selvie Diana ST.MT NIP :19820728 201012



LEMBAR PENGESAHAN



Judul Praktikum



:



Instrumentasi dan Pengukuran Temperatur



Mata Kuliah



:



Instrumentasi danpengendalian proses



Nama



:



Ahmadi Fachry



NIM



:



1224401049



Kelas / Semester



:



2C RP / IV



Nama Dosen Pembimbing



:



Selvie Diana, ST., MT



NIP



:



19820728 201012 2 004



Ka Laboratorium



:



Ir. Syafruddin. MSi



NIP



:



19650819 199802 1 001



Tanggal Pengesahan



:



Buketrata, 29 April 2014 Ka Laboratorium



Dosen Pembimbing



Ir. Syafruddin. MSi NIP : 19650819 199802 1 001



Selvie Diana ST.MT NIP :19820728 201012 2 004



BAB I PENDAHULUAN



1 Tujuan percobaan :  Mengenal instrumentasi pengukuran temperatur  Mampu menggunakan instrumentasi pengukuran  Mampu mengkalibrasi alat ukur temperatur  Membuktikan rumus konversi suhu  Menentukan linieritas alat ukur suhu dan waktu  Menentukan responsibility 2 Alat dan bahan :  Seperangkat peralatan pengukuran temperatur  Termometer Celcius  Termokopel Celcius dan Fahrenheit  Stopwatch  Es batu / es mencair, P = 1 atm ( 0o C = 32o F = 273 k ) Air mendidih( 1000C = 212 0F = 373 K ) 3 Prosedur percobaan : A Prosedur Kalibrasi 1 Termometer  Pada es mencair  Masukkan es ke dalam termos  Ambil termometer dan celupkan ke dalam es selama waktu yang telah   



ditentukan Baca skala termometer dan dicatat Ulangi langkah di atas beberapa kali Hitung suhu rata-rata yang diperoleh



 Pada air mendidih  Didihkan air dalam tangki sampai mencapai suhu didihnya dengan cara 



2



setting temp pemanas pada 1000C Ambil thermometer dan celupkan ke dalam air selama waktu yang



telah ditentukan  Baca skala termometer dan dicatat  Ulangi langkah di atas beberpa kali  Hitung suhu rata – rata yang diperoleh Termokopel sama seperti prosedur kalibrasi pada thermometer



B Prosedur Linieritas 1 Termometer  Panaskan air di dalam suatu wadah dengan laju panas konstan  Ambil termometer, kemudian secara bersamaan celupkan termometer ke dalam air yang sedang dipanaskan dan hidupkan stopwatch



 



Baca dan catat skala termometer tiap selang waktu yang ditentukan Buat grafik linieritas antara waktu dengan temperatur sesuai data yang



diperoleh Termokopel



2



sama seperti prosedur pada termometer



C Prosedur Responsibility 1 Termometer  Siapkan cairan dengan temperatur konstan dalam suatu wadah, mis : 70 0







C Ambil termometer, kemudian secara bersamaan celupkan termometer



  



ke dalam cairan dan hidupkan stopwatch Matikan stopwatch ketika termometer menunjukkan skala 70 0C Lihat dan catat waktu yang tertera pada stopwatch Ulangi beberapa kali langkah 2 – 4 untuk memperoleh hasil yang lebih



akurat  Hitung waktu rata – ratanya Termokopel sama seperti prosedur pada termometer



2



BAB II TINJAUAN PUSTAKA



Temperatur atau suhu merupakan derajat aktivitas termal partikel dalam suatu material. Apabila dua benda yang berbeda suhunya dikontakkan, maka panas akan ditransfer dari benda yang panas ke benda yang lebih dingin, sehingga dapat dicapai keseimbangan termal yaitu pada saat temperatur kedua benda tersebut sama. Metode pengukuran temperatur : 1



Secara mekanik menggunakan sensor yang merespon temperatur dengan perubahan



2



sifat mekanis. Seperti diafragma dan elemen bourdon. Secara elektrik menggunakan sensor yang merespon temperatur dengan menghasilkan perubahan tahanan maupun tegangan listrik. No 1 2 3



4



Metode Filled system Termokopel Resistance  RTD  Termistor Pirometer



Rentang pengukuran -195 – 760OC -200 – 1700OC -250 – 650OC -195 – 450OC -40 – 3000OC



1



Termometer Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu atau perubahan suhu.



Istilah termometer berasal dari bahasa latin yaitu “ thermo “ yang berarti panas dan “ meter “ yang berarti mengukur. 1 Termometer Air Raksa Alat ini terdiri dari pipa kapiler yang menggunakan material kaca dengan kandungan merkuri di bagian ujung bawah.Untuk tujuan pengukuran, pipa ini dibuat hampa udara. Jika temperatur naik maka merkuri akan memuai dan menunjukkan skala dan suhu tersebut.



Gambar 2.1. Termometer Air Raksa 2 Filled System Termometer Pengukuran temperatur dengan filled system termasuk cara mekanik. Instrument pengukuran dengan sistem ini terdiri atas : a b c



Bulb Pipa kapiler Diafragma



: : :



sebagai sensor. sebagai elemen penghubung. sebagai elemen yang berubah dengan adanya perubahan



temperatur. Lembaga Scientific Apparatus Manufactures Association ( SAMA ) membagi Filled System menjadi 4 kelas yaitu : A Kelas I Liquid filled volume change ( tidak termasuk merkuri ). A Full Compensation. B Case Compensation.



B Kelas II Vapor filled pressure change. A Dirancang untuk temperatur di atas suhu lingkungan. B Dirancang untuk temperatur di bawah suhu lingkungan. C Dirancang untuk suhu di atas dan di bawah suhu lingkungan. D Dirancang untuk seluruh temperature. C Kelas III Gas filled pressure change. A Full Compensation. B Case Compensation. D Kelas IV Mercury filled volume change. A Full Compensation. B Case Compensation. Filled System Termometer mempunyai kelebihan dan kekurangan sebagai berikut :  Kelebihan : a Konstruksinya sederhana dan kuat. b Harga relatif murah. c Tidak menimbulkan bahaya listrik.  Kekurangan : a Respon relatif lambat. b Daerah kerja temperatur di bawah 1500 0F. c Kerusakan tabung sensor memerlukan penggantian seluruh sistem termal. d Jarak transmisinya terbatas.



Gambar 2.2Filled System Termometer 2



Termokopel Termokopel merupakan instrument ukur temperatur yang bekerja secara elektrik.



Termokopel berupa pasangan konduktor yang terdiri atas dua jenis logam paduan yang ujungnya disatukan dengan lilitan atau pengelasan maupun dengan cara ditekan pada tekanan tertentu. Titik persatuan antara material disebut titik hubung.



Gambar 2.3a.Termokopel S u



Gambar 2.3a. Termokopel



Teori kerja termokopel Pada rangkaian terdapat efek seeback, yaitu terjadinya difusi elektron melintasi bidang batas antara dua material. Potensial listrik penerima elektron akan bertegangan negatif sehingga terjadi beda tekanan antara dua titik. Untuk keperluan industri, antisipasi perubahan temperatur pada titik umum referensi dengan menebalkan suatu rangkaian kompensasi elektronik sebab suatu metode kompensasi adalah dengan cara melewatkan arus dalam sensor temperatur yang dilewatkan pada titik hubung referensi. Variasi temperatur pada titik referensi akan menyebabkan variasi tegangan yang melintas sensor sehingga membangkitkan tegangan kompensasi yang diperlukan.



Tipe – tipe termokopel ISA ( Instrument Society of America ) membagi termokopel dalam 7 tipe brdasarkan material yang digunakan. Tabel Tujuh tipe termokopel menurut standar ISA



Tipe B



R



S



Material Platina, 6% rodium (+) dan platina 3% rodium (-) Platina (+) dan platina 30 % rodium (-) Platina (+) dan platina 10 % rodium (-)



Rentang Temperatur (°C )



GGL (Volt)



0 s/d 1820



0 s/d 13.814



-50 s/d 1768



-0.266 s/d 21.106



-50 s/d 1768



-0.246 s/d 18668



J



Besi (+) konstanta (-)



-210 s/d 760



-8.096 s/d 42922



K



Khromel (+) dan alumen (-)



-270 s/d 1372



-6.4575



-270 s/d 400



-6.258 s/d 20869



T



Tembaga (+) dan konstanta (-)



E



Khromel (+) dan konstanta



-270 s/d 100



-9.835 s/d 76.358



N



Nikel (+) chrom (-)



-300 s/d 2000



-7.73 s/d 64271



Penjelasan mengenai masing-masing tipe termokopel dan kelemahan di sajikan dalam bentuk table. Tabel kelemahan dan kelebihan tipe-tipe termokopel.



Sumber :http//industrialheating.com



TIPE



PENJELASAN  KELEBIHAN  Stabil dan kuat.  Tidak memerlukan titik hubung referensi.  Sesuai untuk pemakaian di lingkungan oksidator atau atmosfer inert hingga



B



temperature 1700 °C.  Dalam waktu singkat dapat digunakan dalam kondisi vakum.  KELEMAHAN  Tegangan output rendah.  Tidak sesuai dengan lingkungan atmosfer yang mengandung Reduktor (H,CO dan 



lain-lain). Tidak sesuai jika terdapat uap metal (timbal zink) atau nominal (arsen dan lain-



lain).  LAIN-LAIN  Tidak pernah dilengkapi pipa pelindung metal atau termokopel.  KELEBIHAN  Sesuai untuk pemakaian di lingkungan oksidator dan atmosfer hingga temperature



R



1480 °C.  Tegangan output lebih besar.  KELEMAHAN  Kestabilan lebih rendah dibandingkan tipe B bila digunakan dalam kondisi vakum.  Tidak sesuai dengan lingkungan atmosfer yang mengandung reduktor (H,CO, dan 



lain-lain). Tidak sesuai jika terdapat uap metal (timbale zink) atau non metal (arsen,fosfor



dan belerang).  Tdak tahan dalam lingkungan reaksi redoks kecuali diberi pelindung secukupunya.  LAIN-LAIN  Tidak pernah dilengkapi pipa pelindung metal atau termowell.



 KELEBIHAN  Sesuai untuk pemakaian di lingkungan oksidator dan atmosfer hingga temperature 1480 °C.  Tegangan output lebih besar.  KELEMAHAN  Kestabilan lebih rendah dibandingkan tipe B bila digunakan dalam kondisi vakum.  Tidak sesuai dengan lingkungan atmosfer yang mengandung reduktor (H,CO, dan S







lain-lain). Tidak sesuai jika terdapat uap metal (timbale zink) atau non metal (arsen,fosfor



dan belerang).  Tdak tahan dalam lingkungan reaksi redoks kecuali diberi pelindung secukupnya.  LAIN-LAIN  Merupakan tipe asli termokopel platina/rhodium yang digunakan sebaga standar internasional.



 KELEBIHAN  Sesuai untuk pemakaian di lingkungan oksidator, atmosfer inert dan dalam vakum J



hingga hingga temperature 760 °C.  Murah.  KELEMAHAN  Tidak sesuai dengan lingkungan atmosfer yang mengandung uap belerang.  LAIN-LAIN  Di atas 540°C besi mengalami oksidasi secara cepat.  Konstanta dalam tipe ini merupakan nama generic.  KELEBIHAN  Sesuai untuk pemakaian di lingkungan oksidator, atmosfer inert dan dlam vakum 



K



T



hingga temperature 1260 °C. Kemampuan mengukur tinggi sehingga tipe ini adalah tipe yang paling banyak



dipakai untuk suhu tinggi.  KELEMAHAN  Tidak sesuai dengan lingkungan reduktor, uap belerang dalam vakum.  LAIN-LAIN  Khromel merupakan campuran 8.4% Ni, 14.2% Cr, 1.4% Si.  Alumel merupakan campuran 95% Ni, 2% Mn, 2% Al, 1% Si.  KELEBIHAN  Sesuai untuk pemakaian terus menerus dalam lingkungan oksidator, atmosfer inert dan dlam vakum.  KELEMAHAN



 Batas temperature rendah (370°C).  KELEBIHAN  Output GGL paling besar.  Sesuai untuk pemakaian di lingkungan oksidator, atmosfer inert dan lembab.  Tahan terhadap korosi.  LAIN-LAIN  Dianjurkan untuk pengukuran temperature pada rentang -200°C hingga 980°C.



E



 KELEBIHAN  Stabil dan tahanan tinggi terhadap oksidasi.  Dapat mengukur suhu di atas 2000°C



N



3



RTD (Resistance Temperature Detector) RTD bekerja berdasarkan prinsip perubahan hambatan bila temperature berubah.Jika



temperature.Jika temperature naik, nilai hambatan listrik juga naik. RTD terbuat dari metal konduktor (platinum) yang memiliki koefisien hambatan positif. RTD juga dikenal sebagai PT-100 atau PTC (Positive Temperature Coefficient).



Gambar 2.4.RTD (Resistance Temperature Detector) Beberapa bahan yang digunakan untuk RTD adalah :     



Platinum (harga tinggi, sangat linier, umum digunakan). Tungsten (sangat linier). Copper (untuk range temperature yang rendah). Nikel (temperature rendah, murah, nonlinier). Nike Alloy (Temperature rendah, murah).



Adapun kelebihan-kelebihan RTD ialah :     



Nilai hambatan rendah (umumnya 100 Ω - 1000 Ω. Range yang tinggi (-200°C-850°C). Sensivitas yang tinggi (Dibandingkan termokopel). Akurasi tinggi (±0,0006°C – 0,1°C). Stabilitas dan repeatabilitas tinggi.



Sistem pemasangan RTD ada 3 yaitu :   



2 wire untuk pemasangan standar. 3 wire untuk akurasi lebih baik. 4 wire, 1 pasang kabel untuk supply arus dan 1 pasang kabel untuk pengukuran tegangan.



Kelemahan dari RTD ialah :  Respon time yang lambat.  Sensitive terhadap getaran.  Harus memperhatikan pemanasan sendiri (self heating), jika arus supply terlalu besar akan menimbulkan pemanasan 4



Termometer Inframerah Termometer inframerah adalah suatu alat ukur temperature yang menggunakan optic (selama objek diamati, radiasi energy sinar inframerah di ukur dan di sajikan sebagai suhu).Termometer sinar ini dapat menentukan suhu dengan cepat dan akurat dengan objek dari kejauhan dan tanpa disentuh.Situasi ideal diamana objek bergerak sangat cepat, letaknya yang jauh, sangat panas, berada di lingkunganberbahaya atau adanya kebutuhan menghindari kontaminasi objek.



Gambar 2.5. Termometer Infra Merah



BAB III DATA PEBGAMATAN



3.1 Data Pengamatan Table 3.1.1 Data kalibrasi  Es Mencair No 1 2 3 4 5 rata-rata



Termometer ( °C) 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1



Termokopel ( °C) 0,3 0,8 0.4 0,2 0,2 0,36



 Air mendidih No 1 2 3 4 5 rata-rata



Termometer ( °C) 101 100 96 94 95 97,2



Termokopel ( °C) 99,9 97,5 93,9 92,3 91,3 95



Table 3.1.2 Penentuan Linieritas No 1 2 3 4 5 6 7



Waktu (menit) 0 2 4 6 8 10 12



Termometer ( °C) 27,5 45 62 74 82 93 100



Termokopel ( °C) 27,5 45,7 61,5 73 82 92,5 99,9



Table 3.1.3 perbandingan responsibility antara termokopel dan thermometer pada temperature 70 oC Temperatu re ( °C) 70



waktu yang diperlukan (detik) Termometer termokopel 60 43



BAB IV PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN



4.1 Pembahasan Pada praktikum ini di lakukan percobaan instrumentasi dan pengukuran temperatur, yang mana alat di gunakan yaitu thermometer dan termokopel. Prktikum ini bertujuan untuk mengkalibrasi instrument (alat ukur) temperatur yaitu thermometer dan termokopel, danjuga di lakukan penentuan linieritas dan responsibility alat ukur pada suhu air 70 ᵒC. Kalibrasi di lakukan untuk mengetahui standar keakuratan dari masing – masing instrument. Linearitas di lakukan untuk mengukur suhu air panas dengan thermometer dan termokopel setiap selang waktu 2 menit sampai air mendidih atau mencapai suhu 100 ᵒC. sedangkan responsibility di lakukan untuk mengetahui manakah yang lebih cepat menanggapi atau merespon pada suhu 70 ᵒC. berikut grafik hasil percobaan berdasarkan data pengamata: 



Kalibrasi



termometer Vs termokopel 2.5 2 1.5 termokopel



f(x) = 10.1x R² = 0.97



termokopel Linear (termokopel)



1 0.5 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 termometer



Grafik 4.1 kalibrasi termometer Vs termokopel Dari grafik di atas menunjukkan bahwa yang hampir akurat dari pengukuran suhu pada es yang mencair adalah termometer. Karena pada termokopel suhu yang terukur mempunyai range antara sutu dengan yang lainnya. Karena mungkin termokopel merupakan instrumentasi temperatur yang bekerja secara elektrik.







Linearitas



waktu Vs suhu (skala termomoter) 150 100 suhu



f(x) = 5.96x + 33.34 R² = 0.97



50



termometer Linear (termometer)



0 0



2



4



6



8



10 12 14



waktu



Grafik 4.2 linieritas termometer Vs waktu Pada grafik di atas menunjukkan bahwa semakin lama waktu maka semakin tinggi pengukuran suhu pada termometer, merajuk pada pengertian linieritas yaitu perbandingan kenaikan suhu seiring bertambahnya waktu.



waktu Vs suhu (skala termokopel) 150 100 suhu



f(x) = 5.92x + 33.38 R² = 0.98



50



termokopel Linear (termokopel)



0 0



2



4



6



8



10 12 14



waktu



Grafik 4.3 linieritas termokopel Vs waktu



Pada grafik di atas juga menunjukkan sama seperti termometer, bahwa semakin tinggi waktu yang ditentukan maka semakin tinggi pula suhu termokopel. 



Responsibility Berdasarkan data pengamatan, termokopel lebih cepat merespon kenaikan suhu di



bandingkan dengan termokopel. Hal ini di kerenakan termokopel yang bekerja secara elektrik yang dapat dengan cepat membaca kenaikan suhu.



4.2 kesimpulan 1. Metode pengukura temperatur  Secara mekanik menggunakan sensor yang merespon temperatur dengan 



perubahan sifat mekanis Secara elektrik menggunakan sensor yang merespon temperatur dengan



menghasilkan perubahan tahanan listrik maupun tegangan listrik 2. Yang cepat merespon suhu dari lingkungan adalah termokopel 3. Linieritas diperoleh dengan mendapatkan perbandingan suhu dengan waktu yang di ukur dengan kedua alat baik termometer maupun termokopel



DAFTAR PUSTAKA 



Bimbingan Belajar Sarjana Teknik (BPST) Direktorat Pengolahan, 2007, Dasar Instrumentasi dan Proses Kontrol, Balongan