bahan ajar on-line 4 mata kuliah fenomena transport

MM091351
FENOMENA TRANSPORT
KREDIT: 3 SKS
SEMESTER: 5
Dr. Eng. Hosta Ardhyananta, S.T., M.Sc.
BAHAN AJAR ON-LINE 4
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER (ITS) SURABAYA
TRANSPORT ENERGI
ALIRAN ENERGI
Sub-kompetensi:
• Pembelajar mampu menjelaskan perilaku konduktivitas
termal material
KONDUKTIVITAS THERMAL DAN
MEKANISME PERPINDAHAN ENERGI
• Konduktivitas Thermal dan Mekanisme Perpindahan
•
•
•
•
•
Energi
Konduksi panas Hukum Fourier
Pengaruh temperatur dan tekanan pada konduktivitas gas
dan cairan
Teori konduktivitas thermal/panas gas densitas rendah
Teori konduktivitas thermal cairan
Konduktivitas panas padatan
KONDUKTIVITAS THERMAL DAN
MEKANISME PERPINDAHAN ENERGI
• Kompetensi: Mahasiswa mampu menjelaskan dan
menerapkan Konduktivitas Thermal dan Mekanisme
Perpindahan Energi
• Subkompetensi: Konduksi panas Hukum Fourier,
pengaruh temperatur dan tekanan pada konduktivitas gas
dan cairan, Teori konduktivitas thermal/panas gas
densitas rendah, Teori konduktivitas thermal cairan,
Konduktivitas panas padatan
• Konduktivitas panas k adalah sifat material
• K adalah satuan yang sering muncul pada kasus
perpindahan panas
• Bagian awal akan membahas konduksi dan
dilanjutkan dengan konveksi, radiasi dan difusi
Perhatikan perbedaan temperatur dan apakah akibat ?
Maka Terjadinya perpindahan panas
Dinding Rumah
Peralatan Masak
T rendah
T tinggi
T tinggi
Kompor
T rendah
• Konduktivitas panas , k , adalah sifat yang
dibahas pada kasus perpindahan panas
• Hukum Fourier tentang konduksi panas yang
menyatakan konduktivitas panas gas, cair atau
padatan
• Efek konduktivitas panas fluida pada temperatur
dan tekanan
• Konduktivitas panas gas dan cairan dibahas dari
sudut pandang molekuler
• Konduktivitas panas padatan dan hubungannya
dengan konduktivitas elektrik, termasuk hukum
Wiedemann, Franz, dan Lorenz untuk logam.
• Pembahasan awal mengenai perpindahan energi
akan ditinjau melalui mekanisme/cara
konduksi/media padat.
HUKUM FOURIER MENGENAI KONDUKSI
PANAS
• Perhatikan analisis panas pada slab/batangan
• Perhatikan slab dari material padat dengan luas A
yang terletak diantara dua pelat paralel dengan
jarak satu sama lain Y
• Temperatur awal batangan T0
• Pelat bawah dipanaskan hingga T1, maka profil
temperatur pada batangan akan berubah dan
mencapai distribusi temperatur linier steadystate/teratur keadaan-tetap (tidak berubah)
• Gambar
Panas berpindah dari
bawah (posisi 1) ke
atas (posisi 2)
２
１
• Laju aliran panas Q
• Slab menerima perpindahan panas dari pelat bawah
yang dipanaskan
Q
T
k
A
Y
• Aliran panas sebanding dengan penurunan
temperatur dan konduktivitas panas, k. Padat, cair,
gas.
T1  T0
Q
k
A
Y1  Y0
• Perlakuan analisis dilakukan dalam bentuk turunan
agar diketahui perubahan
• Slab dianalisis sebagai lapisan-lapisan.
SLAB PADA y3
SLAB PADA y2
SLAB PADA y1
y
PELAT BAWAH
x
• Aliran panas per luas/fluks pada posisi positif y, qy
• Bentuk 1 dimensi Hukum Fourier tentang konduksi panas
dT
q y  k
dy
• qx, qy, qz q: vektor fluks
• Persamaan diatas menggambarkan bahwa fluks panas
konduksi sebanding dengan negatif gradien
(kemiringan turun) temperatur. Panas bergerak ke
bawah temperatur pada jarak
• Fluks adalah satuan per luas
qy
• Diffusivitas panas, α,
k
 ~
C p
• Perhatikan satuan /dimensi / unit
• Dalam sistem cgs, q adalah cal cm-2 sec-1, T adalah
, y adalah cm, k adalah cal cm-1 sec-1 (oK)-1, 
adalah cm2 sec-1
Dalam sistem English, q adalah Btu ft-2 hr-1, T adalah
oR , y adalah ft, k adalah Btu ft-1 hr-1 (oR)-1,  adalah
ft2 hr-1
oK
•
• Hukum Fourier dengan memasukkan energi mekanik
dan panas
dT
qy  Jck
dy
• Konduktivitas panas cairan, logam cair dan padatan
• Contoh pengelasan di dalam cairan
• Konduktivitas panas logam cair: tinggi, rendah
• Konduktivitas panas logam cair paduan, efek paduan:
tinggi, rendah
• Konduktivitas panas padatan: tinggi, rendah
• Konduktivitas panas padatan: logam, keramik,
• Bagaimana membuat material tahan panas … ?
• Untuk PEMAHAMAN: Lempengan plastik luas 1
ft2 tebal 0.252 in dengan laju panas 3.0 watts
steady-state dengan temperatur awal dan akhir
24.00 oC dan 26.00 oC pada dua permukaan.
Berapakah konduktivitas panas plastik pada
25.00 oC dalam cal sec-1 cm-1 oK-1
qy
• Jawaban / Solusi:
Q
T
k
A
Y
QY
k
A T
0.717 x0.640 cal sec 1 cm

929 x 2.00
cm 2 o K
 2.47 x10  4 cal sec 1 cm 1 o K 1