Proses Adiabatik

Proses Adiabatik adalah suatu proses dimana tidak ada kalor yang dibiarkan mengalir kedalam atau keluar system ; Q = 0 . Situasi ini bisa terjadi jika system terisolasi dengan baik, atau proses terjadi dengan sangat cepat sehingga kalor mengalir sangat lambat, tidak memiliki waktu mengalir kedalam atau keluar. Pemuaian gas yang sangat cepat pada mesin pembakaran dalam merupakan salah satu contoh proses yang hamper adiabatic. Pemuaian adiabatic yang lambat dari gas ideal mengikuti kurva seperti gambar yang diberi label AC.

 

Karena Q = 0 , kita dapatkan dari persamaan hukum pertama thermodinamika menjadi

 

yaitu energy dalam bertambah jika gas memuai , berarti temperature berkurang ( karena ). Hal ini jelas dimana hasil kali PV ( = nRT ) lebih kecil pada titik C daripada titik B.

Pada Penekanan adiabatic ( dari C ke A , misalnya ) , kerja dilakukan pada gas, dan dengan demikian energy dalam bertambah dan temperature naik. Pada mesin diesel, campuran bahan bakar dan udara ditekan dengan cepat secara adiabatic dengan factor 15 atau lebih; kenaikan temperature sedemikian besar sehingga campuran tersebut terpicu seketika.

Proses adiabatic sederhana

Ini merupakan contoh proses adiabatic yang bisa anda lakukan dengan sebuah karet gelang saja. Pegang karet gelang secara longgar dengan dua tangan dan ukur temperature dengan bibir anda. Tgengkan karet secara mendadak dan sentuhkan lagi ke bibir anda. Anda akan merasakan bertambahnya temperature . Jelaskan mengapa temperature naik !

Tanggapan

Peregangan karet gelang dengan tiba-tiba berarti melakukan proses adiabatic karena tidak ada waktu bagi kalor untuk masuk atau meninggalkan system , sehingga Q = 0 . Anda melakukan kerja pada system, menandakan masukan energy, sehingga W adalah negative. Berarti clip_image008 positif. Penambahan energy dalam berhubungan dengan penambahan temperature, sehingga karet gelang memanas.

Kerja pada proses isothermal dan Adiabatik

Pada diagaram PV untuk gas yang memuai dengan dua cara , secara isothermal dan adiabatic. Volume VA sama untuk setiap kasus , dan volume akhir sama ( VB = Vc ). Di proses yang mana kerja yang dilakukan gas lebih besar ?

Tanggapan

Kerja yang lebih besar dilakaukan pada proses isothermal. Kita dapat melihat dengan dua cara sederhana . Pertama , tekanan “rata-rata” lebih tinggi selama proses isothermal AB, sehingga  lebih besar. Kedua , kita bisa melihat dibawah setiap kurva : Luas dareah dibawah setiap kurva AB, yang menyatakan kerja yang dilakukan , lebih besar ( karena kurva AB lebih tinggi ) dari yang dibawah AC.

Sistem Turbin Gas

Gas-turbine engine adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk memutar turbin dengan pembakaran internal. Didalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang memutar roda turbin sehingga menghasilkan daya. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin gas.

Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine)

Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar dilakukan proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar. Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust).

Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut:

1. Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan
2. Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar.
3. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel (nozzle).
4. Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan.

Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugiankerugian yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat pada menurunnya performa turbin gas itu sendiri. Kerugian-kerugian tersebut dapat terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas. Sebab-sebab terjadinya kerugian antara lain:

• Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan (pressure losses) di ruang bakar.
• Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya gesekan antara bantalan turbin dengan angin.
• Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur dan perubahan komposisi kimia dari fluida kerja.
• Adanya mechanical loss, dsb.

Klasifikasi Turbin Gas

Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros dan lainnya. Menurut siklusnya turbin gas terdiri dari:

• Turbin gas siklus tertutup (Close cycle)
• Turbin gas siklus terbuka (Open cycle)

Perbedaan dari kedua tipe ini adalah berdasarkan siklus fluida kerja. Pada turbin gas siklus terbuka, akhir ekspansi fluida kerjanya langsung dibuang ke udara atmosfir, sedangkan untuk siklus tertutup akhir ekspansi fluida kerjanya didinginkan untuk kembali ke dalam proses awal.
Dalam industri turbin gas umumnya diklasifikasikan dalam dua jenis yaitu :

1. Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)
   Turbin jenis ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang menghasilkan energi listrik untuk keperluan proses di industri.
2. Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft)
   Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin bertekanan tinggi dan turbin bertekanan rendah, dimana turbin gas ini digunakan untuk menggerakkan beban yang berubah seperti kompresor pada unit proses.

Siklus-Siklus Turbin Gas

Tiga siklus turbin gas yang dikenal secara umum yaitu:

1. Siklus Ericson
   Merupakan siklus mesin kalor yang dapat balik (reversible) yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (reversible isotermic) dan dua proses isobarik dapat balik (reversible isobaric). Proses perpindahan panas pada proses isobarik berlangsung di dalam komponen siklus internal (regenerator), dimana effisiensi termalnya adalah : hth = 1 – T1/Th, dimana T1 = temperatur buang dan Th = temperatur panas.
2. Siklus Stirling
   Merupakan siklus mesin kalor dapat balik, yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (isotermal reversible) dengan volume tetap (isokhorik). Efisiensi termalnya sama dengan efisiensi termal pada siklus Ericson.
3. Siklus Brayton
   Siklus ini merupakan siklus daya termodinamika ideal untuk turbin gas, sehingga saat ini siklus ini yang sangat populer digunakan oleh pembuat mesin turbine ataumanufacturer dalam analisa untuk performance upgrading. Siklus Brayton ini terdiri dari proses kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan panas pada tekanan konstan. Pada siklus Bryton tiap-tiap keadaan proses dapat dianalisa secara berikut:
   
   Proses 1 ke 2 (kompresi isentropik). Kerja yang dibutuhkan oleh kompresor: Wc = ma (h2 – h1). Proses 2 ke 3, pemasukan bahan bakar pada tekanan konstan. Jumlah kalor yang dihasilkan: Qa = (ma + mf) (h3 – h2). Proses 3 ke 4, ekspansi isentropik didalam turbin. Daya yang dibutuhkan turbin: WT = (ma + mf) (h3 – h4). Proses 4 ke 1, pembuangan panas pada tekanan konstan ke udara. Jumlah kalor yang dilepas: QR = (ma + mf) (h4 – h1)

Perkembangan Gas Turbin

Disain pertama turbin gas dibuat oleh John Wilkins seorang Inggris pada tahun 1791. Sistem tersebut bekerja dengan gas hasil pembakaran batu bara, kayu atau minyak, kompresornya digerakkan oleh turbin dengan perantaraan rantai roda gigi. Pada tahun 1872, Dr. F. Stolze merancang sistem turbin gas yang menggunakan kompresor aksial bertingkat ganda yang digerakkan langsung oleh turbin reaksi tingkat ganda. Tahun 1908, sesuai dengan konsepsi H. Holzworth, dibuat suatu sistem turbin gas yang mencoba menggunakan proses pembakaran pada volume konstan. Tetapi usaha tersebut dihentikan karena terbentur pada masalah konstruksi ruang bakar dan tekanan gas pembakaran yang berubah sesuai beban. Tahun 1904, “Societe des Turbomoteurs” di Paris membuat suatu sistem turbin gas yang konstruksinya berdasarkan disain Armengaud dan Lemate yang menggunakan bahan bakar cair. Temperatur gas pembakaran yang masuk sekitar 450 C dengan tekanan 45 atm dan kompresornya langsung digerakkan oleh turbin.
Selanjutnya, pada tahun 1935 sistem turbin gas mengalami perkembangan yang pesat dimana diperoleh efisiensi sebesar kurang lebih 15%. Pesawat pancar gas yang pertama diselesaikan oleh “British Thomson Houston Co” pada tahun 1937 sesuai dengan konsepsi Frank Whittle (tahun 1930).

Proses Quasi-Static

       System dalam kesetimbangan termodinamika memenuhi persyaratan yang ketat sebagai berikut:

1.    Kesetimbangan mekanis . tidak terdapat gaya tak berimbang yang beraksi pada baagian mana pun dari system atau pada system secara keseluruhan;

2.    Kesetimbangan termal . tidak ada perbedaan temperature atar pada bagian system atau antara system dengan lingkungan.

3.    Kesetimbangan kimia. Tidak ada reaksi kimia dakam system dan tidak ada perpindahan unsure kimia dari satu bagian system ke bagian system lainnya.

Sekali system dalam kesetimbangan termodinamik dan lingkungannya  dibuat tidak berubah , tidak ada gerak yang terjadi dan tidak ada kerja yang dilakukan. Namun jumlah gaya eksternal diubah sehingga terjadi gaya berhingga yang tak berimbang bereaksi pada system.

Persyaratan kesetimbangan mekanis tidak lagi dipenuhi dan keadan berikut ini timbul; 

1.          Gaya tak berimbang dan dapat terbentuk dalam system ; akibatnya, timbul turbulensi,gelombang dan seterusnya.

2.       Sebagai akibat turbulensi,percepatan, dan seterusnya ini, distribusi temperature tak serba sama dapat timbul atau dapat juga timbul perbedaan temperature antara system dengan lingkungannya.

3.   Perubahan gaya dan temperature yang mendadak dapat menimbulkan reaksi kimia atau perpindahan unsure kimia.

                Jadi gaya dan temperature yang berhingga dapat mengakibatkan system mengalami keadaan tak setimbang. Jika kita ingin memerikan setiap keadaan system selama berlangsungnya proses dengan koordinat system yang berhubungan dengan system secara keseluruhan , maka proses itu tidak boleh diakibatkan oleh gaya tak berimbang yang berhingga. Jadi, kita didorong untuk menerima keadaan yang ideal dengan hanya mengubah sedikit saja gaya eksternal yang bereaksi pada system sehingga gaya tak berimbang nya san gat kecil. Proses yang dilasanakan dengan cara ideal ini disebut quasisatic. Selama proses quasistatic berlangsung  pada setiap saat keadaan system itu sangat menghampiri keadaan setimbang termodinamik dan semua keadaan yang dilewati oleh system dapat diberikan dengan memakai koordinat termodinamik yang mengacu pada system secara keseluruhan. Proses kuasi-statik merupakan suatu pengidealan yang dapat diterapkan untuk segala system termodinamik, termasuk system listrik dan magnet.

Electric Submersible Pump – Pompa Pada Pengeboran Minyak Bumi

Electric Submersible Pump (ESP) adalah sejenis pompa sentrifugal berpenggerak motor listrik yang didesain untuk mampu ditenggelamkan di dalam sumber fluida kerja. Tujuannya adalah untuk dapat menghindari terjadinya kavitasi pada pompa. Pompa dengan desain khusus ini digunakan pada kondisi-kondisi yang khusus pula. Seperti untuk mengangkat air dari sumber / mata air yang berada di dalam tanah, mengangkat fluida berwujud sludge (lumpur), dan juga mengangkat minyak mentah pada proses pengeboran minyak bumi.

ESP yang digunakan pada proses pengangkatan minyak bumi dari perut bumi termasuk teknologi yang paling canggih dan efisien hingga saat ini. Namun disisi lain teknologi ini juga tidak murah. Karena selain desain konstruksi pompa dan motor listrik yang khusus, diperlukan juga teknologi kabel listrik yang harus tahan korosi, serta tahan terhadap tekanan dan temperatur tinggi.

Ilustrasi Electric Submersible Pump Pada Proses Pengeboran Minyak Bumi
(Sumber: Wikipedia.org)

Pompa ini berjenis sentrifugal multistage dengan jumlah stage yang disesuaikan dengan kondisi lapangan. Setiap stage terdiri atas impeller dan difuser yang berfungsi untuk meningkatkan tekanan fluida serta mengalirkannya langsung ke stage selanjutnya. Diameter pompa umumnya berukuran 90-254mm, dengan ukuran panjangnya yang bervariasi di 1m hingga 8,7m. Motor listrik yang digunakan adalah berfasa tiga dengan kebutuhan daya antara 7,5kW hingga 560kW pada frekuensi 60Hz.

Bentuk Electric Submersible Pump
(Sumber)

Electric Submersible Pump ini membutuhkan daya sebesar 3-5kV dari listrik AC untuk dapat mengoperasikan motor listrik yang khusus. Motor tersebut harus bertahan pada tekanan lingkungan kerja 34MPa serta suhu 149^oC. Pompa ini memompa minyak bumi dari kedalaman 3,7km dengan kemampuan produksi hingga 2500m³ per hari. Energi yang dibutuhkan pompa ini adalah sebesar 1000 tenaga kuda atau sekitar 750kW. Efisiensi pompa ini akan turun drastis apabila fluida kerja yang dipompa (minyak bumi) bercampur dengan gas alam, karena akan menimbulkan kavitasi. Untuk mengatasi hal ini diperlukan instalasi separator gas pada sistem pompa.

Pengolahan Air di PLTU

Air menjadi satu kebutuhan penting yang digunakan pada setiap pembangkit tenaga listrik yang memakai uap air sebagai media kerjanya. Pengadaan dan kualitasnya menjadi satu hal yang sangat dijaga di setiap PLTU. Air digunakan di banyak hal termasuk kebutuhan pendinginan, perawatan kebersihan, mengontrol polutan, dan yang pasti sebagai media kerja untuk siklus uap air.

Treatment air yang baik mencegah terbentuknya kerak dan korosi pada sistem pembangkit listrik -yang bekerja pada siklus uap-air tekanan tinggi- demi untuk menghindari kerugian ekonomi karena penurunan kemampuan produksi dan kenaikan biaya produksi.

Sumber Air

Supply kebutuhan air secara umum dibagi menjadi dua: air permukaan dan air tanah. Air permukaan dapat berupa air dari sungai, danau, dan juga laut. Air tanah terdapat di bawah permukaan tanah, berada di lapisan air tanah, dan dapat diambil melalui mata air atau sumur. Hanya 3% dari keseluruhan air di bumi terbukti fresh dan bersih, 75% diantaranya berupa gletser dan es di kutub. 25% sisanya, 24% berupa air tanah, dan 1% berada di permukaan tanah dan udara.

Semua supply air bersih merupakan hasil presipitasi (hujan) dari atmosfer, yang menjadi bagian dari proses evaporasi dan kondensasi kontinyu (siklus hujan / hidrologi). Air hujan atau salju, akan mencapai permukaan tanah dan membentuk aliran, ada yang kembali menguap, dan ada juga yang masuk ke dalam tanah. Semuanya tergantung atas kondisi atmosfer dan topografi, sekitar 25%-nya menjadi air permukaan, kurang dari 10% masuk ke dalam tanah, dan sisanya kembali terevaporasi ke atmosfer. Hanya sedikit sekali bagian yang dapat mencapai ke air tanah. Sebagian besar dari air tanah akan kembali ke permukaan untuk bergabung ke dalam aliran sungai.

Kualitas Air

Secara alami air mengandung berbagai jenis zat kimia dan material-material solid lainnya. Material-material tersebut akan mempengaruhi proses yang akan digunakan PLTU untuk mengolah air lebih lanjut sehingga dapat terjaga kualitasnya sesuai dengan kebutuhan yang ada. PLTU yang menggunakan air tanah memiliki treatment air yang berbeda dengan PLTU yang mengambil air dari laut. Namun demikian secara umum kandungan zat-zat yang ada adalah sama, sekalipun kadarnya sangat berbeda. Berikut adalah zat-zat yang terkandung di dalam air secara umum:

• Kekeruhan (turbidity): Faktor kekeruhan pada air mempengaruhi tampilan kejernihan air. Pada suatu sistem proses dapat menyebabkan terbentuknya deposit (kerak), dan sangat mempengaruhi proses tersebut. Cara menghilangkannya dapat dilakukan dengan proses koagulasi, pengendapan, dan filtrasi.
• Hardness: Berupa garam magnesium dan calsium (CaO₃). Material ini akan membentuk kerak di boiler, saluran pipa, heat exchanger, dan lain sebagainya. Material ini dapat dihilangkan dengan proses softening, demineralisasi, treatment air di dalam boiler, dan penggunaan surfactant(surface-active agents). Penggunaan surfactant dapat menurunkan tegangan permukaan air sehingga dapat terpisah antara air dan zat-zat solid yang terkandung.
• Alkalin: Dapat berupa Bikarbonat (HC0₃)^-, karbonat (C0₃)^2-, dan hydrat (OH)^-. Senyawa-senyawa tersebut dapat membentuk foam dan membawa material-material padat melalui uap air. Menyebabkan embrittlement pada baja-baja boiler. Bikarbonat dan carbonat dapat menghasilkan CO₂ yang merupakan sumber korosi di saluran sistem kondensat (kondensor, pompa ekstraksi kondensat). Zat-zat ini dapat diminimalisir kandungannya dengan cara softening (lime and lime-soda softening, hydrogen zeolite softening), penambahan zat asam (acid treatment), demineralisasi, serta dealkalisasi melalui proses pertukaran anion (anion exchange).
• Mineral asam bebas: Dapat berupa H₂SO₄ dan HCl yang sangat berbahaya pada baja karena sifatnya yang korosif. Menetralisirnya dengan menggunakan bahan alkali.
• Karbon dioksida (CO₂): Menjadi penyebab korosi di saluran air dan beberapa saluran uap air dan kondensat. Menghilangkannya melalui proses aerasi, deaerasi, dan netralisasi menggunakan zat alkali.
• Konsentrasi ion H⁺ yang ditunjukkan dengan bilangan pH: Nilai pH bervariasi pada air tergantung banyaknya zat asam dan bahan alakali yang terkandung di dalamnya. Umumnya air alami memiliki nilai pH 6,0-8,0. Sedangkan air laut di kisaran 7,5-8,4. Nilai pH dapat dinaikkan dengan menggunakan zat-zat alkali dan diturunkan dengan zat-zat asam.
• Sulfat (SO₄^2-): Ion ini jika bereaksi dengan ion lain seperti kalsium, akan menimbulkan zat padat dan membentuk kerak. Namun jika berdiri sendiri tidak terlalu memiliki dampak yang signifikan. Sulfat dapat dihilangkan melalui proses demineralisasi.
• Klorida (Cl^-): Menambah material padat serta meningkatkan karakter korosif pada air. Dapat dihilangkan melalui proses demineralisasi.
• Nitrat (NO₃^-): Dapat menimbulkan bahan padat meskipun tidak terlalu besar. Pada kesehatan bayi dapat menyebabkan methemoglobinemia. Sedangkan pada dunia industri dapat kita gunakan keberadaannya untuk mengontrol embrittlement pada logam-logam boiler. Material ini dapat dihilangkan melalui proses demineralisasi.
• Fluorida (F^-): Digunakan pada dunia kesehatan untuk mengontrol kerusakan pada gigi. Sedangkan pada dunia industri tidak terlalu berbahaya. Dapat diserap dangan menggunakan magnesium hidroksida dan kalsium fosfat,
• Sodium (Na⁺): Ion ini menambah kandungan solid di dalam air. Dan jika membentuk ikatan dengan OH^- akan menibulkan korosi di pipa-pipa boiler pada kondisi tertentu. Ion ini dapat dihilangkan melalui demineralisasi.
• Silika (SiO₂): Material ini dapat membentuk kerak di boiler dan sistem air pendingin. Sedangkan di sisi turbin uap dapat melarutkan deposit yang ada karena membentuk uap silika. Silika dapat dihilangkan melalui proses panas dengan menggunakan garam magnesium atau diserap dengan proses pertukaran anion yang dikombinasikan dengan demineralisasi.
• Besi (Fe²⁺ dan Fe³⁺) dan Mangan (Mn²⁺): Material ini dapat merubah warna air dan menjadi sumber kerak di saluran pipa dan boiler. Dihilangkan dengan cara aerasi, koagulasi dan filtrasi, line softening, pertukaran kation (cation exchange), filtrasi kontak, dan penggunaan bahan surface-active (penghilang tegangan permukaan).
• Aluminium (Al³⁺): Zat ini dapat menimbulkan kerak di sistem air pendingin serta di pipa boiler. Material ini dapat dihilangkan dengan menggunakan sistem filter dan clarifier yang berkualitas.
• Oksigen (O₂): Oksigen menjadi sumber korosi pada saluran pipa, boiler, heat exchanger, dan sebagainya. Dapat dihilangkan melalui proses deaerasi, penggunaan sodium sulfit, serta penggunaan corrosion inhibitor (zat yang menurunkan kecepatan logam untuk korosi).
• Hidrogen sulfida (H₂S): Senyawa ini selain bersifat korosif dan beracun, juga menimbulkan bau yang tak sedap seperti telur busuk. Dapat dihilangkan melalui proses aerasi, klorinasi dan anion exchange.
• Amonia (NH₃): Menimbulkan korosi pada logam tembaga dan seng dengan membentuk larutan ion kompleks. Dihilangkan melalui cation exchange dengan hidrogen zeolit, klorinasi, dan deaerasi.
• Larutan padat (desolved solids): Desolved solids menjadi satuan yang menunjukkan banyaknya zat-zat padat terlarut di dalam air. Konsentrasi tinggi dari desolved solid dapat mengganggu karena menyebabkan proses foaming di boiler.
• Suspended solids: Adalah kandungan padatan total yang tidak terlarut di dalam air dan dapat mengendap akibat gravitasi. Suspended solid menimbulkan kerak di heat exchanger, boiler, saluran pipa, dan alat-alat lain. Dapat dihilangkan melalui filtrasi dan pengendapan.
• 
  
• lanjutan:
• Pengolahan Air di PLTU bagian 2
• 
  

Termistor dan Termometer bimetal mekanik

 Termistor

Termistor (bahasa Inggris: thermistor) adalah alat atau komponen atau sensor elektronika yang dipakai untuk mengukur suhu. Prinsip dasar dari termistor adalah perubahan nilai tahanan (atau hambatan atau werstan atau resistance) jika suhu atau temperatur yang mengenai termistor ini berubah. Termistor ini merupakan gabungan antara kata termo (suhu) dan resistor (alat pengukur tahanan).

Termistor ditemukan oleh Samuel Ruben pada tahun 1930, dan mendapat hak paten di Amerika Serikat dengan nomor 32.021.491. Ada dua macam termistor secara umum: Posistor atau PTC (Positive Temperature Coefficient), dan NTC (Negative Temperature Coefficien). Nilai tahanan pada PTC akan naik jika suhunya naik, sementara NTC justru kebalikannya.

Termometer bimetal mekanik

Termometer bimetal adalah termometer yang memiliki 2 buah keping logam yang memiliki koefisien muai berbeda. Sehingga ketika terjadi perubahan suhu pada logam, kedua keping akan melengkung ke satu arah. Apabila suhu tinggi, maka keping akan melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih kecil. Sedangkan ketika suhu menjadi rendah, kedua keping akan melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih besar. keping bimetal tidak hanya digunakan pada termometer bimetal, melainkan juga pada lampu sen mobil, termostat, setrika, dll.

Termokopel

Pada dunia elektronika, termokopel adalah sensor suhu yang banyak digunakan untuk mengubah perbedaan panas dalam benda yang diukur temperaturnya menjadi perubahan potesial/ tegangan listrik (voltase). Termokopel yang sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis konektor standar yang sama, serta dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang cukup besar dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1 °C.

A. Prinsip Operasi

Pada tahun 1821, seorang fisikawan Estonia bernama Thomas Johann Seebeck menemukan bahwa sebuah konduktor (semacam logam) yang diberi perbedaan panas secara gradien akan menghasilkan tegangan listrik. Hal ini disebut sebagai efek termoelektrik. Untuk mengukur perubahan panas ini gabungan dua macam konduktor sekaligus sering dipakai pada ujung benda panas yang diukur. Konduktor tambahan ini kemudian akan mengalami gradiasi suhu, dan mengalami perubahan tegangan secara berkebalikan dengan perbedaan temperatur benda. Menggunakan logam yang berbeda untuk melengkapi sirkuit akan menghasilkan tegangan yang berbeda, meninggalkan perbedaan kecil tegangan memungkinkan kita melakukan pengukuran, yang bertambah sesuai temperatur. Perbedaan ini umumnya berkisar antara 1 hingga 70 microvolt tiap derajad celcius untuk kisaran yang dihasilkan kombinasi logam modern. Beberapa kombinasi menjadi populer sebagai standar industri, dilihat dari biaya, ketersediaanya, kemudahan, titik lebur, kemampuan kimia, stabilitas, dan hasil. Sangat penting diingat bahwa termokopel mengukur perbedaan temperatur di antara 2 titik, bukan temperatur absolut.

Pada banyak aplikasi, salah satu sambungan —sambungan yang dingin— dijaga sebagai temperatur referensi, sedang yang lain dihubungkan pada objek pengukuran. contoh, pada gambar di atas, hubungan dingin akan ditempatkan pada tembaga pada papan sirkuit. Sensor suhu yang lain akan mengukur suhu pada titik ini, sehingga suhu pada ujung benda yang diperiksa dapat dihitung. Termokopel dapat dihubungkan secara seri satu sama lain untuk membuat termopile, dimana tiap sambungan yang panas diarahkan ke suhu yang lebih tinggi dan semua sambungan dingin ke suhu yang lebih rendah. Dengan begitu, tegangan pada setiap termokopel menjadi naik, yang memungkinkan untuk digunakan pada tegangan yang lebih tinggi. Dengan adanya suhu tetapan pada sambungan dingin, yang berguna untuk pengukuran di laboratorium, secara sederhana termokopel tidak mudah dipakai untuk kebanyakan indikasi sambungan lansung dan instrumen kontrol. Mereka menambahkan sambungan dingin tiruan ke sirkuit mereka yaitu peralatan lain yang sensitif terhadap suhu (seperti termistor atau dioda) untuk mengukur suhu sambungan input pada peralatan, dengan tujuan khusus untuk mengurangi gradiasi suhu di antara ujung-ujungnya. Di sini, tegangan yang berasal dari hubungan dingin yang diketahui dapat disimulasikan, dan koreksi yang baik dapat diaplikasikan. Hal ini dikenal dengan kompensasi hubungan dingin. Biasanya termokopel dihubungkan dengan alat indikasi oleh kawat yang disebut kabel ekstensi atau kompensasi. Tujuannya sudah jelas. Kabel ekstensi menggunakan kawat-kawat dengan jumlah yang sama dengan kondoktur yang dipakai pada Termokopel itu sendiri. Kabel-kabel ini lebih murah daripada kabel termokopel, walaupun tidak terlalu murah, dan biasanya diproduksi pada bentuk yang tepat untuk pengangkutan jarak jauh – umumnya sebagai kawat tertutup fleksibel atau kabel multi inti. Kabel-kabel ini biasanya memiliki spesifikasi untuk rentang suhu yang lebih besar dari kabel termokopel. Kabel ini direkomendasikan untuk keakuratan tinggi. Kabel kompensasi pada sisi lain, kurang presisi, tetapi murah. Mereka memakai perbedaan kecil, biasanya campuran material konduktor yang murah yang memiliki koefisien termoelektrik yang sama dengan termokopel (bekerja pada rentang suhu terbatas), dengan hasil yang tidak seakurat kabel ekstensi. Kombinasi ini menghasilkan output yang mirip dengan termokopel, tetapi operasi rentang suhu pada kabel kompensasi dibatasi untuk menjaga agar kesalahan yang diperoleh kecil. Kabel ekstensi atau kompensasi harus dipilih sesuai kebutuhan termokopel. Pemilihan ini menghasilkan tegangan yang proporsional terhadap beda suhu antara sambungan panas dan dingin, dan kutub harus dihubungkan dengan benar sehingga tegangan tambahan ditambahkan pada tegangan termokopel, menggantikan perbedaan suhu antara sambungan panas dan dingin.

B.  Hubungan Tegangan dan Suhu

Hubungan antara perbedaan suhu dengan tegangan yang dihasilkan termokopel bukan merupakan fungsi linier melainkan fungsi interpolasi polinomial

Koefisien an memiliki n antara 5 dan 9. Agar diperoleh hasil pengukuran yang akurat, persamaan biasanya diimplementasikan pada kontroler digital atau disimpan dalam sebuah tabel pengamatan. Beberapa peralatan yang lebih tua menggunakan filter analog.

C.  Tipe-Tipe Termokopel

1.      Tersedia beberapa jenis termokopel, tergantung aplikasi penggunaannyaTipe K (Chromel (Ni-Cr alloy) / Alumel (Ni-Al alloy)) Termokopel untuk tujuan umum. Lebih murah. Tersedia untuk rentang suhu −200 °C hingga +1200 °C.

2.      Tipe E (Chromel / Constantan (Cu-Ni alloy))

3.      Tipe E memiliki output yang besar (68 µV/°C) membuatnya cocok digunakan pada temperatur rendah. Properti lainnya tipe E adalah tipe non magnetik.

4.      Tipe J (Iron / Constantan) Rentangnya terbatas (−40 hingga +750 °C) membuatnya kurang populer dibanding tipe K

5.      Tipe J memiliki sensitivitas sekitar ~52 µV/°C

6.      Tipe N (Nicrosil (Ni-Cr-Si alloy) / Nisil (Ni-Si alloy)) Stabil dan tahanan yang tinggi terhadap oksidasi membuat tipe N cocok untuk pengukuran suhu yang tinggi tanpa platinum. Dapat mengukur suhu di atas 1200 °C. Sensitifitasnya sekitar 39 µV/°C pada 900°C, sedikit di bawah tipe K. Tipe N merupakan perbaikan tipe K

7.      Termokopel tipe B, R, dan S adalah termokopel logam mulia yang memiliki karakteristik yang hampir sama. Mereka adalah termokopel yang paling stabil, tetapi karena sensitifitasnya rendah (sekitar 10 µV/°C) mereka biasanya hanya digunakan untuk mengukur temperatur tinggi (>300 °C).

8.      Type B (Platinum-Rhodium/Pt-Rh) Cocok mengukur suhu di atas 1800 °C. Tipe B memberi output yang sama pada suhu 0°C hingga 42°C sehingga tidak dapat dipakai di bawah suhu 50°C.

9.      Type R (Platinum /Platinum with 7% Rhodium) Cocok mengukur suhu di atas 1600 °C. sensitivitas rendah (10 µV/°C) dan biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum.

10.  Type S (Platinum /Platinum with 10% Rhodium) Cocok mengukur suhu di atas 1600 °C. sensitivitas rendah (10 µV/°C) dan biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum. Karena stabilitasnya yang tinggi Tipe S digunakan untuk standar pengukuran titik leleh emas (1064.43 °C).

11.  Type T (Copper / Constantan) Cocok untuk pengukuran antara −200 to 350 °C. Konduktor positif terbuat dari tembaga, dan yang negatif terbuat dari constantan. Sering dipakai sebagai alat pengukur alternatif sejak penelitian kawat tembaga. Type T memiliki sensitifitas ~43 µV/°C

D. Penggunaan Termokopel

Termokopel paling cocok digunakan untuk mengukur rentangan suhu yang luas, hingga 1800 K. Sebaliknya, kurang cocok untuk pengukuran dimana perbedaan suhu yang kecil harus diukur dengan akurasi tingkat tinggi, contohnya rentang suhu 0--100 °C dengan keakuratan 0.1 °C. Untuk aplikasi ini, Termistor dan RTD lebih cocok. Contoh Penggunaan Termokopel yang umum antara lain :

o Industri besi dan baja

o Pengaman pada alat-alat pemanas

o Untuk termopile sensor radiasi

o Pembangkit listrik tenaga panas radioisotop, salah satu aplikasi termopile.