## Perancangan dan Analisis Pengujian Konduktivitas Panas Pada Tipe Material Padat
Ardhi Saputra 1) , Samhuddin 2) , La Hasanuddin 3)
¹Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas TeknikUniversitas Halu OLeo
2,3 Staf Pengajar Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Halu Oleo Jl. H.E.A Makadompit, Kampus Hijau Bumi Tridarma Andounohu, Kendari 93232
Email: ardhi032@gmail.com Article Info

## Abstrak
Available online Februari 18, 2022 Konduktivitas termal adalah kemampuan bahan dalam meneruskan panas dari suatu tempat ke  tempat  lainnya.  Nilai  konduktivitas  termal  penting  untuk  menentukan  jenis  dari penghantar  panas  yang  baik  dan  penghantar  panas  yang  tidak  baik.  Namun  yang  menjadi permasalahan  adalah  bagaimana  mengetahui  nilai  kunduktivitas  termal  berbagai  material. Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  nilai  konduktivitas  berbagai  material  padat. Pengujian  dilakukan  dengan  menggunakan  alat  Layout  penelitian.  Hasil  penelitian  yang dilakukan dari berbagai material padat berdasarkan nilai luas perpindahan panas yang paling tinggi  terdapat  pada  komposit  dengan  nilai  sebesar  24,0349  cm 2 .  Nilai  terbesar  pada  laju aliran es yang melebur dengan temperatur diferensial terdapat pada sampel kuningan dengan nilai sebesar 0,075 gr/s dan terendah pada sampel komposit dengan nilai  sebesar0,017 gr/s. Nilai konduktivitas termal terbesar terdapat pada  sampel besi dengan nilaisebesar 0,358147 W/mK dan terendah pada sampel komposit dengan nilaisebesar 0,107522 W/mK.
Kata kunci: Konduktivitas, laju perpindahan panas, temperatur

## Abstract
Thermal conductivity is the ability of a materal to  transmit heat from one  place to another. The value of thermal conductivity is important to determine the type of good heat conductor and  bad  heat  conductor.  But  the  problem  is  how  to  know  the  value  of  the  thermal conductivity of varios materials.This study aims to determine the value of the conductivity of various  solid  materials.  The  test  is  carried  out  using  the  research  layout  tool.  The  results  of research  conducted  from  various  solid  materials  based  on  the  value  of  the  highest  heat transfer area are found in composites with a value of 24.0349 cm2. The largest value of the melting ice flow rate with differential temperature was found in the brass sample with a value of 0.075 gr/s and the lowest in the composite  sample with a value of 0.017 gr/s.  The highest thermal conductivity value is found in the iron sample with a value of 0.358147 W/mK and the lowest is in the composite sample with a value of0.107522 W/mK.
Keywords : Conductivity, heat transfer rate, temperature

## 1. Pendahuluan
Konduktivitas  termal  adalah  kemampuan bahan  dalam  meneruskan  panas  dari  suatu tempat  ke  tempat  lainnya.  Proses  perpindahan panas  ini  berlangsung  dalam  3  mekanisme  yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. Nilai konduktivitas termal  penting  untuk  menentukan  jenis  dari penghantar  yaitu  konduksi  panas  yang  baik (konduktor)    untuk  nilai  koefisien  konduktivitas termal  yang  besar  dan  penghantar  panas  yang tidak  baik  (isolator)  untuk  nilai  koefisien  panas
yang kecil. Sebagian besar jenis logam merupakan konduktor, sedangkan kayu dan plastik merupakan  contoh  bahan  yang  termasuk  isolator [1].
Setiap    material  yangada  di  sekitar  kita mempunyai  daya  hantar  panas  yang  berbeda- beda. Sifat panas, atau yang biasa disebut dengan sifat  termal,  adalah  respon  dari  suatu  material terhadap penambahan energy secara  termal atau dipanaskan.  Konduktivitas  termal  suatu  material ditentukan  dari  eksperimen.  Oleh  sebab  itu

## ENTHALPY: JurnalIlmiahMahasiswa Teknik Mesin
Journal homepage: http://ojs.uho.ac.id/index.php/ENTHALPY
dilakukanlah perancangan dan pelaksanaan  untuk menentukan  nilai  konduktivitas  termal  suatu meterial.  Bahan  atau  material yang dipergunakan adalah  logam  besi,  kuningan,  kayu,  kaca  dan komposit.
Konduktivitas termal dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya yaitu suhu, kepadatan dan porositas, serta kandungan uap air. Pengaruh  suhu  terhadap  konduktivitas  termal kecil.  Namun  secara  umum  dapat  dikatakan bahwa  konduktivitas  termal  akan  meningkat apabila suhu meningkat. Keadaan pori-pori bahan akan mempengaruhi konduktivitas termal. Semakin  besar  rongga  akan  semakin  buruk konduktivitasnya.  Kandungan  uap  air  juga mempengaruhi  konduktivitas  termal.  Mengetahui nilai konduktivitas termal suatu bahan merupakan salah  satu  parameter  yang  diperlukan  dalam mengatahui  sifat  karakteristik  suatu  material. Perpindahan  panas  ini  dapat  diamati  dan  diukur dengan menggunakan alat uji konduktivitas termal bahan [2].
Melakukan penelitian tentang uji konduktivitas  termal  pada  bahan  masonite dengan  stim  generator  TD  8556  bahan  masonite ini  memiliki  koefisien  konduktivitas  termal  1,13  x 10 -4 cal.cm/cm 2. sec o C.  Percobaan  konduktivitas termal  bahan  masonite  dilakukan  dengan melelehkan  es  di  atas  stim  generator  melalui bahan  masonite  sebagai  alas  silinder  es  sehingga di peroleh massa lelehan es per waktu pemanasa. Berdasarkan  dari  hasil  percobaan  didapat  nilai konduktifitas termal bahan masonite sebesar 1,14 x  10 -4 cal.cm/cm 2. sec. o C  yang  mendekati  nilai riterartur  sebesar  1,13  x  10 -4 cal.cm/cm 2. sec. o C hasil  ini  menunjukan  bahwa  bahan  masonite adalah bahan isolator [3].
Besi adalah logam yang berasal dari bijih besi (tambang)  yang  banyak  di  gunakan  untuk kehidupan  manusia  sehari-hari.  Dalam  tabel priodik,  bei    mempunyai  simbol    Fe  dan  nomor atom  26.  Besi  juga  mempunyai  nilai  ekonomis yang  tinggi.  Besi  dan  unsur  keempat  banyak dibumi  dan  merupakan  logam  yang  terpenting dalam industri. Besi murni bersifat agak lunak dan kenyal. Oleh karena itu, dalam industri, besi selalu dipadukan  dengan  baja.  Baja  adalah  berbagai macam paduan logam yang dibuat dari besi tuang kedalamnya ditambahkan unsur-unsur lain seperti Mn, Ni, V, atau W tergantung keperluannya [4].
Kuningan  adalah  logam  yang  merupakan campuran  dari  tembaga  (Cu)  dan  seng  (Zn). Tembaga  merupakan  komponen  utama  dari
kuningan,  dan  kuningan  biasanya  diklasifikasikan sebagai paduan tembaga. Kuningan lebih kuat dan lebih keras dari pada tembaga, tetapi tidak sekuat atau  sekeras  baja.  Kuningan  sangat  mudah  untuk dibentuk  kedalam  berbagai  bentuk,  sebuah konduktor  panas  yang  baik,  dan  umumnya  tahan terhadap  korosi  dari  air  garam.  Karena  sifat-sifat tersebut    kuningan  kebanyakan  digunakan  untuk membuat  pipa,  tabung,  sekrup,  alat  musik,  dan aplikasi kapal laut [5].
Kaca  adalah  suatu  bahan  tebus  cahaya (transparan) sebagian hasil pengelolahan beberapa  bahan  dasar,  seperti  pasir  kuarsa,  soda abu, dolomite , dan lain-lain yang digunakan untuk berbagai  keperluan  dalam  bangunan  terutama untuk  pintu  dan  jendela.  Penggunaan  kaca  pada bangunan  sebaiknya  tidak  berlebihan  karena efeknya  akan  sangat  merugikan  bumi.  Seperti yang  diketahui  bahwa  kaca  merupakan  material padat  yang  bening  dan  transparan  dan  mudah pecah  karena  sifatnya  yang  sangat  rapuh  bila terkena benturan yang kuat [6].
Pegertian  kayu  adalah  suatu  bahan,  yang diperoleh  dari  hasil  pohon-pohon  dihutan,  yang merupakan  bagian  dari  pohon  tersebut,  setelah diperhitungkan  bagian-bagian  mana  yang  lebih banyak  dimanfaatkan  untuk  sesuatu  tujuan pengunaan.  Baik  berbentuk  kayu  pertukangan, kayu industri maupun kayu bakar.Kayu merupakan hasil hutan dari kekayaan alam, merupakan bahan mentah  yang  mudah  diproses  untuk  dijadikan barang  sesuai  kemajuan  teknologi.  Kayu  adalah salah  satu  bahan  bangunan  yang  sudah  lama dikenal  oleh  masyarakat  dan  ,merupakan  bahan yang  sangat  sering  dipergunakan,  termaksuk sebagai bahan kontruksi bangunan, yang berfungsi sebagai struktur dan non struktur bangunan [7].
Sifat  kayu  tidak  terlepas  darisifat “ pohon ” , yang mempunyai arah serat vertikal dan sifat arah radial,  dimana  kayu  tersusun  dari  dinding  sel-sel senyawa kimia, berupa selulosa dan hemiselulosa. Bahan kayu bersifat anisotrofik yaitu memperlihatkan sifat-sifat yang berlainan jika diujii menurut  tiga  arah  utamanya  ( longitudinal , tangensial,  dan  radial),  dan  kayu  merupakan  satu bahan  yang  bersifat  higroskopik  yaitu  dapat kehilangan atau bertambah kelembabannya akibat perubahan kelembapan dan suhu udara disekitarnya.  Sifat  kayu  yang  tidak  terlepas  dari sifat  pohon,  dapat  dilihat  dari  karakteristik  pohon yang  dijadikan  kayu  sebagai  bahan  kontruksi, dimana  bagian-bagian  dari  pohon  terdiri  dari  kuli,
kambium,  gubal  kayu,  hati,  lingkaran,tumbuh  dan jari-jari kayu [8].
Komposit  merupakan  suatu  struktur  yang tersusun  atas    beberapa  bahan  pembentuk tunggal yang digabungkan  menjadi struktur  baru dengan  sifat  yang  lebih  baik  dibandingkan dengan  masing-masing  bahan  pembentuknya. Salah satu keunggulan dari material komposit bila dibandingkan  dengan  material  yang  lainnya adalah  penggabungan  unsur-unsur  yang  unggul dari masing-masing unsur pembentuknya tersebut.  Sifat  material  hasil  penggabungan  ini diharapkan  dapat  saling  melengkapi  kelemahan- kelemahan  yang  ada  pada  masing-masing material penyusunya [9].
Konduktivitas  panas  suatu  bahan  adalah ukuran  kemampuan  untuk  menghantarkan panas.  Nilai  kondukitivitas  termal  suatu  bahan menunjukkan  laju  perpindahan  panas  yang mengalir  dalam  suatu  bahan.  Misalnya selembar pelat  memiliki  tampang  lintan  A  dan  tebal ∆x , kedua  permukaannya  dipertahankan  pada  suhu yang  berbeda.  Akan  di  ukur  panas  Q  yang mengalir tegak lurus terhadap permukaan selama waktu  t.  Experimen  menunjukan  bahwa  untuk beda suhu  antara kedua permukaan  sebesar ∆T, Q sebanding dengan waktu t dan tampang lintang A dan jika t dan A kecilmaka Q sebanding dengan ∆T/∆x, untuk t dan A yang diberikan. Maka Q
t ∞A ∆T ∆x (1)
Keterangan:
Q = Laju Perpindahan Kalor (w) t = Waktu (s) A = Luas Penampang (m 2 ) ∆T = Perbedaan Suhu ( o C) ∆x = Jarak Antar Titik Prubahan Kalor (m)
Jika  tebal  pelat  tipis  sekali  mencapai infinitesimal dx maka  beda  suhu  antara  kedua permukaan dT sehingga  diperoleh  rumus  untuk konduksi:
dQ dt = −kA dT dx (2)
Keterangan:
dQ dt
=  Laju  perpindahan  panas  terhadap  waktu
(w) K = Konduktivitas termal (W/m o C) A
= Luas penampang (M 2 )
dT dx = Gradien suhu ( o C/m)
Jika  x  bertambah  maka  suhu  T  semakin berkurang  maka  pada  ruas  kanan  persamaan diberi  tanda  negatif  ( dQ/dt positif,  jika dT/ dx negatif).
Gambar 1. Volume unsuran untuk analisis konduksi-kalor satu dimensi
Suatu  sistem  satu  dimensi  sebagaimana ditunjukan  pada  Gambar  1  Menunjukkan  bahwa jika sistem ini berada pada keadaan tunak ( steady state ),  yaitu  jika  suhu  tidak  berubah  menurut waktu, maka tidak perlu melakukan integrasi pada persamaan  dan  mensubtitusi  nilai-nilai  yang sesuai  untuk  memecahkan  masalah  tersebut. Bahan  yang  memiliki  konduktivitas  termal  besar merupakan  konduktor  yang  baik  dan  sebaliknya bahan yang memiliki konduktivitas kecil merupakan konduktor yang jelek [10].
Perpindahan  panas  pada  umumnya  terdiri  dari tiga cara yaitu:
1. Konduksi  adalah  perpindahan  kalor  secara perambatan atu konduksi adalah perpindahan kalor dari suatau bagian benda padat  ke  bagian  lain  dari  benda  padat  yang sama,  atau  dari  benda  padat  yang  satu  ke benda  padat  yang  lain  kerena  terjadi persinggungan  fisik  atau  menempel  tanpa terjadinya  perpindahan  molekul – molekul dari benda padat itu sendiri.
2. Konveksi  adalah  perpindahan  kalor  secara aliran  atau  konveksi  adalah  perpindahan kalor  yang  dilakukan  oleh  molekul-molekul suatu  fluida  (cairatau  gas).  Molekul-molekul fluida  tersebut  dalam  gerakannya  melayang kesana-kemari  membawa  sejumlah  kalor. Konveksi  adalah  perpindahan  panas  melalui media gas atau cairan seperti udara di dalam es  dan  air  yang  dipanaskan  di  dalam  ceret. Udara  bersinggungan  dengan  pipa-pipa Evaporator  yang  dingin  di  dalam  lemari. Udara  mengambil  ,  udara  akan  merenggan
dan  menjadi ringan, kemudian  mengalir  lagi denga pipa evaporator.
3. Radiasi    adalah  perpindahan  kalor  secara pancaran  atau  radiasi  adalah  perpindahan kalor suatu benda ke benda yang lain melalui gelombang  elektromagnetik  tanpa  medium perantara.  Bila  pancaran  kalor  menimpa suatu  bidang,  sebagai  dari  kalor  pancaran yang diterima benda tersebut akan dipancarkan
kembali ( re-radiated ), dipantulkan  ( reflected )  dan  sebagai  dari kalor akan diserap [11].

## 2. Metode Penelitian
Penelitian  ini  dilakukan  di  laboratorium Material  dan  Teknologi  Mekanik  Jurusan  Teknik Mesin  Fakultas  Teknik  Universitas  Halu  Oleo. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah besi,  kuningan,  kayu,  kaca,  komposit Fiberglass , es. Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah layout  penelitian, stopwatch ,  jangka  sorong, timbangan, gelas ukur.  Dalam  penelitian  ini,  yang diteliti adalah perancangan dan analisis pengujian Konduktivitas  panas  pada  tipe  material  padat. Adapun  gambar LayOut Penelitian  dapat  dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Lay out penelitian
Keterangan:
1. Ketel  elektrik  dimana  untuk  menghasilkan uap panas
2. Katup  untuk  membuka  dan  menutup  uap yang mengalir ke dalam ruang uap
3. Selang uap tempat mengalirnya uap dari ketel elektrik ke ruang uap
4. Ruang uap dimana tempat penampungan uap dan tempat pengujian material sampel
5. Sampel atau  bahan yang akan di uji
6. Es balok silinder
7. Klem untuk menjepit material sampel
8. Saluran air  dimana tempat mengalirnya air es yang mencair ke gelas ukur
9. Gelas  ukur  untuk  menapumpug  es  yang mencair
10. Saluran  buang  uap  kondensasi  dimana tempat  untuk  mengeluarkan  uap  yang  telah menjadi air.

## Prosedur Penelitian
Adapun  prosedur  penelitian  adalah  sebagai berikut:
1. Air di isi dalam cetakan dan  dibekukan dalam frezzer
2. Material sampel diukur ketebalanya dan nilai ini dilambangkan dengan h.
3. Material sampel diletakan pada ruang uap.
4. Diameter  balok  es  diukur  dan  nilai  ini  di lambangkan dengan d 1 , kemudian menempatkan es tersebut di atas sampel.
5. Es  yang  berada  di  atas  sampel  dibiarkan hingga  es  mulai  mencair  dan  bersentuhan penuh dengan sampel
6. Dapatkan  data  untuk  menentukan  tingkat leleh es, sebagai berikut:
a. Massa  wadah    yang  di  gunakan  utuk mengumpulan es yang mencair ditentukan dan dicatat.
b. Es  yang  mencair  dikumpulkan  di  dalam wadah  untuk  waktu  yang  di  ukur  t  (10 menit).
c. Massa  wadah  yang  berisi  air  yang mencair ditentukan dan dicatat.
d. Massa  yang  di  ukur  pertama  dikurangi dengan  yang  kedua  untuk  menentukan M wa , massa yang meleleh.
7. Uap  dialirkan  ke  dalam  ruang  uap.  Biarkan uap  bekerja  selama  beberapa  menit  sampai suhu  stabil  sehingga  aliran  panas  dalam keaadan stabil.
8. Wadah  yang  di  gunakan  dikosongkan  untuk mengumpulkan  es  yang  meleleh.  Ulangi langkah 6, tetapi kali ini dengan uap mengalir ke ruang uap. Seperti sebelumnya, ukur data catat  m w ,  massa  es  yang  mencair,  dan  t, waktu es mencair (10 menit)
9. Diameter  balok  es  diukur  kembali  dan  catat nilainya sebagai d 2.
10. Melakuakukan  kegiatan  yang  sama  untuk sampel material yang lainnya.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Berdasarkan  penelitian  yang  telah  dilakukan dapat dilihat hasil yang diperoleh pada gambar  3. diagram Nilai Luas perpindahan panas. Gambar 4. diagram nilai laju es yang melebur pada beberapa
material.  Gambar  5.  diagram  nilai  konduktivitas termal.
Gambar 3. Nilai luas perpindahan panas
Berdasarkan  diagram  diatas  dapat  dilihat bahwa nilai terbesar nilai luas aliran panas antara es  yang  berkontak  dengan  permukaan  sampel terdapat  pada  sampel  komposit  yaitu  senilai 24,0349 cm 2 dibandingkan sampel lainnya. Dalam menentukan nilai konduktivitas termal dipengaruhi juga oleh luas  aliran  panas antara  es dengan  permukaan  sampel.  Hal  ini  dikarenakan semakin luas permukaan perpindahan panas maka semakin kecil nilai konduktivitasnya.
Gambar 4. Nilai laju es yang melebur pada beberapa material.
Berdasarkan  diagram  diatas  dapat  dilihat bahwa  nilai  terbesar  pada  laju  aliran  es  yang melebur  dengan  temperatur  diferensial  terdapat pada sampel kuningan yaitu senilai 0,075 gr/s dan terendah  pada  sampel  komposit  yaitu  senilai 0,017  gr/s.  Banyaknya  es  yang  melebur
menunjukan seberapa besar panas yang ditransfer.
Gambar 5. Nilai konduktivitas termal
Berdasarkan  diagram  diatas  dapat  dilihat bahwa  nilai  konduktivitas  termal  terbesar terdapat  pada  sampel  besi  yaitus  nilai  0,358147 W/mK  dan  terendah  pada  sampel  komposit yaitu  senilai  0,107522  W/mK . Maka  nilai konduktivitas  termal  suatu  bahan  menunjukan laju  perpindahan  panas  yang  mengalir  dalam suatu  bahan.  Dimana  semakin  besar  nilai konduktivitas  suatu  bahan  maka  semakin  baik perpindahan panasnya.

## 4. Kesimpulan
Rancang  pengujian  konduktivitas  dapat digunakan untuk mengetahui konduktivitas  panas beberapa  material  padat.  Berdasarkan  hasil penelitian  dapat  diperoleh  nilai  Konduktivitas termal besi dengan diameter 0,5 cm memiliki nilai konduktivitas  termal  berjumlah  0,358147  W/mK, pada  pengujian  material  kuningan  dengan diameter  0,3  cm  memiliki  nilai  konduktivitas termal  berjumlah  0,304582  W/mK,  dan  pada pengujian material kayu dengan diameter 0,42 cm memiliki  nilai  konduktivitas  termal  berjumlah 0,109836  W/mK,  pada  pengujian  material kacadengan  diameter  0,5  cm  memiliki  nilai konduktivitas  termal  berjumlah    0,295542  W/mK, dan  pada  pengujian  material  komposit  dengan diameter  0,48  cm  memiliki  nilai  konduktivitas termal berjumlah 0,107522 W/mK.

## Daftar Pustaka
[1] Okzama  and  Arwizet,  "Pembuatan  Dan Pengujian  Alat  Uji  Konduktivitas  Termal Bahan," Universitas  Negri  Padang  Indonesia,
23.905 23.761 24.006 23.977 24.035 23.6 23.65 23.7 23.75 23.8 23.85 23.9 23.95 24 24.05 24.1 Besi Kuningan kayu Kaca A ( cm 2 ) Bahan Komposit Fiberglass 0.053 0.075 0.019 0.044 0.017 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 Besi Kuningan Kayu Kaca R o (g r/ s) Bahan Komposit Fiberglass
0.358 0.305 0.110 0.296 0.108 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 Besi Kuningan Kayu Kaca k (W /m K ) Bahan Komposit Fiberglass
pp. 906-913, 2019.
[2]   Nanda,  Djusmaini  and  Yenni,  "Pengaruh Variasi  Ukuran  Partikel  Terhadap  Nilai Konduktivitas  Termal  Papan  Partikel  Tongkol Jagung," Universitas Negri Padang, pp. 25-32,
2016.
[3]   M.  Kartasamita  and  W.  D.  Laksanawati,  "Uji konduktivitas  termal  pada  bahan  Masonite dengan  stim  generator  TD  8556," Jurnal Pendidikan Fisika Universitas muhammadiyah
Metro, pp. 69-77, 2015.
[4]   Muhammad  and  R.  Putra,  Bahan  Teknik, Fakultas  Teknik  Universitas  Malikussaleh, 2014.
[5]   I.  K.  Suasarna,  Diktat  Ilmu  Material  Teknik, Denpasar:  Program  Studi  Teknik  Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana, 2017.
[6]   A.  Sidharta  and  Indrawati,  Benda,  Sifat  Dan Kegunaanya, Bandung, 2009.
[7]   Yustadi, Penyelesaian Kontruksi Kayu, 1986.
[8]   P3HH,  Petunjuk Praktis Sifat-sifat Dasar  Jenis Kayu Indonesia, 2008.
[9]   H. M. Rifai and H. Subawi, Pengenalan Teknik Komposit,  Yogyakarta:  Deepublish,  2016,  pp. 1-167.
[10]  I.  A.  D.  Astuti,  "Penentuan  Konduktivitas Termal  Logam  Tembag,  Kuningan,  dan  Besi dengan  Metode  Gandengan," Propsiding Seminar  Nasional  Fisika  dan  Pendidikan Fisika(SNFPF), pp. 30-34, 2015.
[11]  Halauddin, "Pengukuran Konduktivitas termal Bata Merah  Pejal," Jurnal Gradien Vol.  2  NO.
2, pp. 152-155, 2006.