Perpindahan Panas Bambang SA Jurs. ITP FP UNS Perpindahan Panas Ilmu yang mempelajari tentang laju perpindahan panas diantara material/benda karena adanya perbedaan suhu (panas dan dingin) Panas akan mengalir dari tempat yang suhunya tinggi ketempat yang suhunya lebih rendah Guna Transfer Panas • Untuk merencanakan alat-alat penukar panas (heat exchanger). • Untuk menghitung kebutuhan media pemanas/pendingin pada suatu reboiler atau kondensor dalam kolom destilasi. • Untuk perhitungan furnace/dapur • Untuk perancangan ketel uap/boiler. • Untuk perancangan alat-alat penguap(evaporator). • Untuk perancangan reaktor kimia Mekanisme Perpindahan Panas • Konduksi (hantaran) • Konveksi • Radiasi (sinaran) Konduksi Adalah proses perpindahan panas jika panas mengalir dari tempat yang suhunya tinggi ketempat yang suhunya lebih rendah, dengan media penghantar panas tetap. Dasar : Hukum Fourier qx kA dT dx atau qx A k dT dx Contoh Konduksi Perpindahan panas konduksi pada bahan dengan ketebalan berbeda, mana yang lebih cepat ? Contoh 500 oC 500 oC L1 L2 Contoh 25 oC 25 oC 100 oC 500 oC Perpindahan panas dengan beda suhu yang berbeda, mana yang lebih cepat Konveksi Perpindahan panas yang terjadi antara permukaan padat dengan fluida yang mengalir disekitarnya, dengan menggunakan media penghantar berupa fluida(cairan/gas) Dasar : Hukum Newton qc h c A (T1 T 2) Contoh : Konveksi Perpindahan panas dalam ruangan Macam-macam Konveksi 1. Konveksi Bebas/alamiah (free convection/natural convection) Perpindahan panas yang disebabkan oleh beda suhu dan beda rapat saja dan tidak ada tenaga dari luar yang mendorongnya. Contoh: kopi panas yg dibiarkan saja diudara sampai dingin 2. Konveksi Paksaan Konveksi paksaan (forced convection) Perpindahan panas aliran gas atau cairan yang disebabkan adanya tenaga dari luar Contoh: kopi panas yg ditiup sampai dingin Radiasi Adalah perpindahan panas yang terjadi karena pancaran/sinaran/radiasi gelombang elektromagnetik, tanpa memerlukan media perantara Dasar: HukumStefan-Boltzman qr AT 4 Perpindahan panas : terjadi secara simultan Radiasi Konveksi Konduksi Radiasi Koduksi Steady State (Tunak), koordinat satu demensi Meliputi : - bidang datar (x, y, z) - silinder(r, z, θ) Hukum Fourier untuk perpindahan panas konduksi: q kA dT dx Konduktifitas termal (k) Sifat bahan yg menunjukkan seberapa besar kemampuan bahan tersebut menghantarkan panas Satuan : kcal s -1 m-1 oC Joule s-1m-1 oC Watt m-1 oC T1 T2 q L q kA dT dx x1 q T 2 dx x0 kA dT T1 q kA L (T1 T2 ) Contoh Sebuah dinding cool storage terbuat dari kayu dengan ketebalan 10 cm. Suhu dalam dipertahankan -20 oC dan suhu luar ruangan 30 oC. Hitung laju perpindahan panas ! (k kayu = 0,0002 cal s-1 cm-1 (oC)-1 ) Jawab: q A -1 0,0002 cal s cm -1 o C 10 cm -1 x (30 0 20) C Analogi : arus listrik dg aliran panas I V R T1 q T2 L q ( T1 T2 ) L kA Seri dan paralel T1 T3 T5 T2 q2 q1 q2 L1 q T4 q1 L2 q1 q2 q3 L3 q3 (T1 T3 ) L1 k1 A (T 3 T4 ) L2 k2 A q4 q3 L4 (T 4 T5 ) L3 k3 A q4 q4 (T 5 T2 ) L4 k4 A R L1 L2 L3 L4 k1 A k2 A k3 A k4 A q ( T1 T2 ) R Seri dan paralel Sebuah dinding cool storage digunakan untuk menyimpan udang dengan kapasitas 100 ton udang. Panas yang timbul dalam gudang disebabkan oleh udang, lampu, mesin, orang yang bekerja, frekuensi bukaan pintu, dan panas yang berasal dari luar gudang merambat melalui dinding gudang. Jika dinding gudang terdiri dari batu-bata, kayu, gabus dan baja dengan ketebalan masing-masing 10 cm, 5 cm, 15 cm dan 2 cm dengan nilai konduktifitas masing-masing 0,0015; 0,0002; 0,0001 dan 0,12 cal s-1 cm-1 (oC)-1. Jika suhu dalam gudang dipertahankan -20 oC dan suhu luar gudang rata-rata sebesar 30 oC, berapa panas yang ditransfer melalui dinding? Koefisien konveksi dalam gudang 0,424 x 10 -4 dan luar gudang 0,567 x 10 -4 cal s-1 cm -2 oC -1. Contoh Soal T1 T3 T4 q1 L1 R T5 T6 T7 q2 q3 q4 L2 L3 L4 T2 1 L1 L2 L3 L4 1 h1 A k1 A k2 A k3 A k4 A h2 A L r ro A q dr r 2 rL k 2 L dT q k 2 rL dT dr q 2 k L (T1 ln r ro To ) Contoh Soal Sebuah pasta tomat akan didinginkan menjadi 30 oC, mengalir dalam pipa dengan debit 500 kg/jam dengan suhu 100 oC. Pasta tersebut akan didinginkan dengan menggunakan air yang memiliki suhu 10 oC. Jika koefisien konduktifitas gabungan dinding pipa sebesar 0,14 cal s -1 cm -1 oC -1, berapa jumlah air yang dibutuhkan (jika beda suhu air keluar pendingin tidak boleh lebih 10 oC dan berapa panjang pipa yang dibutuhkan jika digunakan ukuran diameter pipa 4 in? (Panas jenis pasta tomat 2,4 cal/(gram.oC)) r4 T2 T1 r1 r2 ( T1 q R r3 ln R T2 ) r2 ln r1 2 k1 L r3 r2 2k2 L r4 ln r3 2k3 L Perpindahan panas Tiga Dimensi Bambang S Amanto Jur. Ilmu dan Teknologi Pangan UNS 2012 Hukum II dari Fourier unsteady-state qy qz qx dx qx dy qy kA dT dx kA dy dz qz dT kA dT dz Terima kasih
