transfer panas

PERAMBATAN PANAS
(Heat Transfer)
PENGANTAR
KUANTITAS
KALOR
PERAMBATAN
KALOR
KONDUKSI
KONVEKSI
RADIASI
Ikhwanuddin, MT
FT-UNY
PENGANTAR
Apakah beda panas dan suhu?
Apa pengertian kalor?
Apa satuan dan simbol kalor?
PENGANTAR
1. Beda Panas dan Suhu
Panas adalah
•
Dapat dirasakan
•
Bentuk energi
•
Dapat ditransfer
Suhu adalah
•
Ukuran kehadiran panas
•
Tidak dapat ditransfer
PENGANTAR
2. Pengertian kalor
Kalor adalah
•
Sesuatu yang dipindahkan antara suatu sistem
dan lingkungannya akibat perbedaan suhu
•
Energi yang mengalir dari suatu benda ke benda
lain karena perbedaan suhu antara keduanya
PENGANTAR
3. Satuan dan simbol kalor
Satuan Kalor adalah
kalori (kal=cal;kcal=10-3 kcal) (SI)
1 kcal= 3,968 Btu (british thermal unit)
1 kcal = jml kalor yang diperlukan 1 kg air untuk
menaikkan suhunya sebesar 1 ⁰C
Simbol kalor = Q
KUANTITAS KALOR
Bagaimana cara menghitung jumlah kalor suatu
benda?
KUANTITAS KALOR
Menghitung kuantitas Kalor
1. Berdasarkan Kapasitas Kalor (C=heat capacity)
Kapasitas Kalor (C) adalah jumlah kalor (Q) yang
diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebesar ΔT

Q
Rumus: C 
.......... (1)
T
Jadi:
ΔQ= C.ΔT ........... (2)
KUANTITAS KALOR
Menghitung kuantitas Kalor
2. Berdasarkan Kalor Jenis (c=cp=specific heat)
Kalor Jenis (cp) adalah kapasitas kalor (C) per satuan
massa benda (m)
Rumus:
Jadi
C
cp 
m
Q
=
m.T
ΔQ = m.cp.ΔT ............ (4)
....... (3)
KUANTITAS KALOR
Kalor Jenis (c=cp) beberapa zat
Zat
Kalor jenis
(cal/gr⁰C)
Kalor jenis
(J/gr⁰C)
Aluminium
0,215
0,900
Karbon
0,121
0,507
Tembaga
0,0923
0,386
Timbal
0,0305
0,128
Perak
0,0564
0,236
Catatan: Kalor Jenis (cp) air = 1 cal/g ⁰C
PERAMBATAN KALOR
Bagaimana cara kalor merambat?
Bagaimana menghitung jumlah kalor yang
merambat?
PERAMBATAN KALOR
Cara kalor merambat atau berpindah
Ada 3 cara perambatan kalor,yaitu:
1. Konduksi (Conduction)
2. Konveksi (Convection )
3. Radiasi (Radiation)
KONDUKSI
• Perambatan kalor didalam benda padat
•Perambatan kalor antar benda padat yang bersentuhan
secara langsung
KOMVEKSI
• Perambatan kalor didalam zat cair atau udara
• Perambatan kalor antar benda padat melalui media
liquid atau udara
RADIASI
• Perambatan kalor antar benda melalui pancaran
langsung, tanpa media/perantara
PERHITUNGAN RAMBATAN
KALOR
PERHITUNGAN KONDUKSI
Suatu lempengan benda memiliki luas penampang A,
tebal Δx, perbedaan suhu antar kedua permukaan ΔT.
Akan dihitung kalor (ΔQ) yang mengalir pada lempeng
benda selang waktu Δt.
T1
A
L
T2
PERHITUNGAN KONDUKSI
Berdasaran penelitian:
• ΔQ sebanding Δt
• ΔQ sebanding A
• ΔQ sebanding ΔT/Δ x (asalkan ΔT/Δx kecil)
Dibuat persamaan :
Q
T
A
t
x
(kira-kira)
PERHITUNGAN KONDUKSI
• Laju aliran kalor dianalogikan dengan aliran fluida.
• Laju aliran kalor (H) didefinisikan sebagai jumlah kalor
(ΔQ) yang mengalir pada suatu penampang per
satuan waktu (Δt)
Q
Dibuat persamaan: H 
t
Atau:
.......... (5a)
ΔQ = H. Δt .......... (5b)
PERHITUNGAN KONDUKSI
Skema Laju aliran kalor pada benda solid
ket: A: Luas permukaan, L: tebal , T1&T2: suhu
permukaan.
PERHITUNGAN KONDUKSI
• Pada Δx yang sangat kecil, maka tebal lempeng=dx,
dan beda suhu dT.
• Laju aliran kalor (H) dapat dinyatakan sebagai:
dT
H   k . A.
dx
ket:
dT/dx=gradien suhu
........ (6a)
PERHITUNGAN KONDUKSI BAHAN
BERLAPIS
Laju aliran kalor (H) dapat dinyatakan sebagai:
T1  T2 ........... (6b)
H  k.A
L
ket:
• k = konstanta konduktivitas termal (kcal/det.m.⁰C)
• T1=suhu pada t1, dan T2= suhu pada t2
• Benda dengan k besar=konduktor yang baik
PERHITUNGAN KONDUKSI BAHAN
BERLAPIS
Konsep Konduktivitas dan Konduktan
Konduktivitas panas (k) adalah:
kecepatan aliran panas melalui benda homogen pada
permukaan seluas 1 m2 dan ketebalan 1 m. Satuan:
J/s.m. oC
Konduktan panas (k’ ) adalah :
kecepatan aliran panas melalui benda homogen pada
permukaan seluas1 m2, pada ketebalan tertentu (<1
m).Satuan J/s.oC
PERHITUNGAN KONDUKSI BAHAN
BERLAPIS
Hubungan konduktan dan konduktivitas adalah:
Ln
k'
kn
ket:
k’ = konduktan panas
Ln = tebal lapisan
kn = konduktivitas panas bahan ke-n
PERHITUNGAN KONDUKSI BAHAN
BERLAPIS
Perhatikan rumus dasar laju aliran kalor (H) pada
konduksi:
A(T 2  T 1)
H k
L
PERHITUNGAN KONDUKSI BAHAN
BERLAPIS
Bila terdapat n keping bahan, maka persamaan H:
A(T 2  T 1)
H
L1 L 2

 ...n
k1 k 2
Ket:
L1/k1...Ln/kn= k’=konduktan panas
PERHITUNGAN KONDUKSI BAHAN
BERLAPIS
Rumus “H” Dapat disederhanakan menjadi:
A(T 2  T 1)
H
k1 ' k 2 '...k ' n
Ket:
k’n=konduktan panas bahan ke-n
PERHITUNGAN KONDUKSI BAHAN
BERLAPIS
Tabel Konduktivitas termal beberapa benda
Kcal/det.m.⁰C
J/det.m. ⁰C
Alumunium
4,9x10-2
20 x101
Kuningan
2,6x10-2
11x101
Tembaga
9,2x10-2
39x101
Timbal
8,3x10-3
35x101
Perak
9,9x10-2
41x101
Baja
1,1x10-2
46x101
Udara
5,7x10-6
2,4x10-2
Asbestos
4,9x10-2
8x10-2
Beton
4,9x10-2
8x10-1
Kayu
4,9x10-2
8x10-2
Benda
Tabel Konduktivitas Panas Bahan
bahan
Konduktivitas
termal ( k)
[J/(s-m-C)]
bahan
Konduktivitas
termal ( k)
[J/(s-m-C)]
Styrofoam
0.010
kaca
0.80
udara
0.026
beton
1.1
Wool
0.040
besi
79
kayu
0.15
Aluminum
240
-
0.20
perak
420
air
0.60
intan
2450
CONTOH PERHITUNGAN
KONDUKSI
Diketahui:
k baja= 14 J/s.m. ⁰ C,
luas area: 2 m2,
beda suhu 475 ⁰C,
jarak antar permukaan benda 10m
Ditanya: Berapa banyak energi dalam waktu 40 detik?
Jawab:
Langkah ke-1
H= kA (T2 - T1)/L
H= 14 (2)(475)/10
H= 1330 J/s
Langkah ke-2
Q= Ht = 1330 J/sx(40) s
Q= 5.32 x 104 J
CONTOH PERHITUNGAN
KONDUKSI
Soal:
Berapa joule per detik jumlah energi panas yang merambat
melalui dinding? (lihat gambar)
CONTOH PERHITUNGAN
KONDUKSI
Diketahui:
k (insulasi) = 0.20 J/(s-m-C)
k (kayu)
= 0.80 J/(s-m-C)
Ditanya: a) H insulasi?
b) H kayu?
Jawab:
H Insulasi
Hins = (0.20)(40)(25 - T)/0.076
= 2631.6 -105.3 T
H kayu
Hwood = (0.80)(40)(T - 4)/0.019
= 1684.2 T - 6736.8
konsep: H kayu=H insulasi
Hwood = Hins
1684.2 T - 6736.8 = 2631.6 -105.3 T
1789.5 T = 9368.4
T = 5.235 C
H= Hwood = Hins
H= 1684.2 (5.235) - 6736.8 = 2080 J/s
H= 2631.6 - 105.3 (5.235) = 2080 J/s
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
PERHITUNGAN KONVEKSI
PERHITUNGAN KONVEKSI
Suatu Fluida berada didalam wadah, yang salah satu
permukaannya seluas (A) lebih panas dari fluida
dengan selisih ΔT.
Laju aliran kalor (H) yang terdapat pada fluida adalah:
.......... (7)
H  hc . A.(T2  T1 )
hc : koefisien konveksi (W/m2.K)
A : luas permukaan (m2)
ΔT: beda suhu permukaan panas dan dingin (⁰K)
H : laju aliran kalor (J/sec)
PERHITUNGAN RADIASI
Laju radiasi panas per detik dihitung dgn rumus StefanBoltzmann:
H  e. . A.T
e = emissivitas (0-1)
σ = konstanta Stefan-Boltzmann
= 5.67 x 10-8 J/(s.m2.K4)
A = luas pemukaan (m2)
T = suhu benda(⁰Kelvin)
4
PERHITUNGAN RADIASI
EMISIVITAS (e ) dan ABSORBSI (α ) panas
• Emisivitas (e ) adalah kemampuan bahan untuk
memancarkan kembali panas yang diterima
• Absorbsi panas (α ): kemampuan untuk menyerap
panas
• Panas yang tertahan pada benda, disebut indek
serapan panas (q). Dihitung dg rumus:
q   (1  e)
PERHITUNGAN RADIASI
Konsep hubungan: Emisivitas (e ) dan Absorbsi (α )
panas
Energi yang diterima =
Energi yang dipantulkan + diserap + dipancarkan kembali
CONTOH PERHITUNGAN RADIASI
CONTOH SOAL 1:
Berapa banyak energi panas yang
dipancarkan oleh permukaan sebuah
benda kubus dengan rusuk 5m yang
bersuhu 500K dalam waktu 10 menit?
JAWABAN:
Diketahui: t = 10 x 60 seconds = 600 s
Ditanya: Q?
Jawab:
H = esA T4
Q = H.t
Q = ((0.8)(5.67x10-8)(5)(500)4 )x (600)
= 8.5 x 106 J
H = eσAT4
CONTOH PERHITUNGAN RADIASI
CONTOH SOAL 2:
Berapa banyak radiasi dari kulit tubuh manusia?
JAWABAN:
Diketahui: suhu tubuh manusia (T)= 37 C = 37 +273 = 310 K,
Perkiraan luas permukaan kulit ( A) = 1.5 m2
emisivitas = 0.70
Ditanya: H....?
Jawab: H = eA T4
= (0.70)(5.67 x 10-8)(1.5 m2)(310)4
= 550 watts (5 light bulbs)
Ket: e=0,70. Matahari memancarkan ±1000 watt/m2 pada
permukaan bumi, 30% nya direfleksikan, sehingga absorbsinya
700 watt/m2.
LATIHAN SOAL RADIASI
1. Berapa kalori makanan yang harus dibakar oleh
tubuh per jamnya, jika laju panas yang terbuang
dari tubuh 219 J/det?
2. Berapa indeks panas yang diserap oleh suatu
bahan dengan e=0,6 dan α = 0,7?
Kunci Jawaban:
Soal no.1
Diketahui:
1 Kilo kalori = 1000 al
1 jam= 3600 detik
H = 219 J/det
Ditanya: Q=.....?
Jawab: Q= ΔH x Δ t
Q= 219 x 3600 =
Q= 7.88 x 105 J
Jadi Jumlah kalori makanan yang harus dibakar:
7.88 x 105 J / (4186 J/Kkal) = 188 Kkal
catatan: 4186 J = 1 Kkal
Kunci Jawaban:
Soal no. 2:
Diketahui:
α = 0,7.
e = 0,6. Hitung berapa indeks panas (q) yang ditahan
oleh bahan tersebut!
Ditanya: q= ......?
Jawab: q= (α).(1- e)
= (0,7)(1- 0,6)
= (0,7) (0,4)
= 0,28
SELESAI
Menyehatkan badan
Aduhai senyumnya
Wajah polos tanpa dosa
Mencari ketenangan jiwa
Selamat Istirahat