perpindahan panas

DASAR PERPINDAHAN PANAS
Panas atau kalor adalah salah satu energi yang dapat
berpindah karena adanya perbedaan temperatur.
Perbedaan perpindahan panas dengan Termodinamika.
 Perpindahan panas menganalisis besarnya laju aliran panas pada
sistem karena adanya adanya perbedaan suhu.
 Termodinamika menganalisis konversi energi antara energi berupa
panas menjadi energi mekanik atau kerja beserta efek yang terjadi
dari konversi kedua jenis energi tersebut.
jadi pada perpindahan panas memberi informasi tentang laju
berlangsungnya proses tersebut, sedangkan termodinamika memberi
informasi dari keadaan-keadaan awal dan akhir suatu proses sistem.
Ada tiga cara perpindahan panas:
1. Cara konduksi
2. Cara konveksi dan
3. Cara radiasi.
1. Perpindahan Panas Konduksi
Dari experimen Fourier didapatkan bahwa laju perpindahan
panas konduksi pada suatu benda bergantung pada :
a) Luas penampang yang tegak lurus arah aliran panas
b) Tebal benda atau panjang aliran panas
c) Perbedaan suhu antara dua titik yang diamati dan
d) Karakteristik termis benda atau konduktivitas panas benda
yang dinyatakan dengan k.
Definisi dari konduktivitas termal benda:
konduktivitas benda k adalah laju perpindahan panas
yang lewat satu satuan panjang benda itu yang mempunyai
perbedaan suhu 1 Co (satu skala suhu celsius) dalam
satuan joule /detik m K atau W/m Co .
Secara matematis laju panas konduksi dari definisi diatas
dapat dituliskan :
H = - k A dT/dx
............ k-1
Dimana :
H = laju aliran panas konduksi , joule/detik
k = konduktivitas termal bahan j/sec.m K ( W/m K )
dT = perbedaan suhu pada elemen setebal dx. K ( o C)
tanda (-) diberikan karena panas selalu perpindah dari
suhu tinggi kesuhu rendah.
Implementasi persamaan perpindahan panas konduksi dari
Fourier :
Diketahui suatu dinding satu lapis
seperti pada gb. samping. Tembok
setebal L, pada sisi luarnya terkena
panas radiasi dari matahari suhunya
T1 , terjadi perpindahan panas
konduksi sebesar H dari sisi luar
kedalam yang suhunya T2 . Bila luas
dinding yang tegak lurus arah aliran
panas adalah sebesar A , hitunglah
laju aliran panas konduksi H.
Dari persamaan Fourier dapat dituliskan :
L
T2
ʃ H dx = - ʃ k A dT
o
T1
........k-2
Dalam keadaan mantap dan setimbang termis, H dianggap konstan
sehingga diintegrasikan dan ditulis :
H L = - k A ( T2 - T1 )
= k A ( T1 - T2 ) atau
k A ( T1 - T2 )
Karena T1 l
H =
L
.. . . . . . . . . . . . . .k-3
Dimana T1 - T2 desebut perubahan suhu = ∆T
Persamaan ini menyatakan banyaknya laju aliran panas
konduksi H yang melalui dinding satu lapis dengan konduktivitas termal dinding k tebal L dan luas penampang A serta suhu
pada masing-masing permukaan luar dan dalam adalah T1 dan
T2 dimana T1 lebih besar dari T2
Persamaan k – 3 dapat dituliskan H = k A / L . ∆T dimana :
k A /L = C disebut konduktansi panas bahan dalam watt / K dan
R = L / kA = 1 / C disebut resistansi panas dalam satuan K /
watt
Rumus-rumus laju aliran panas konduksi dapat dianalogikan dengan rumus
hukum Ohm pada listrik arus searah I = ∆V / R dimana arus listrik searah,
I identik dengan laju panas konduksi. H , resistensi (hambatan) listrik Rlistrik
identik dengan hambatan termis Rth dan beda tegangan ∆V identik dengan
beda suhu ∆T. Sehingga laju aliran panas konduksi dapat ditulis dengan
persamaan :
H = 1 / Rth . ∆T = 1/Rth . ( T2 - T1 ) . . . . .
Atau
H = C . ∆T = C ( T2 - T1 ) . . . ... .
.k-4
k-5
Persamaan k-5 dapat dipakai untuk benda yang tidak homogin dengan
mencari terlebih dahulu harga C total dari benda tersebut.
. . . . . . . . . . . . ..
k -6
Laju aliran panas konduksi secara radial dalam pipa
H
Untuk pipa berlapis
c
2. Perpindahan Panas Konveksi
Perpindahan panas konveksi selalu terjadi perpindahan massa fluida. Itulah
sebabnya peristiwa konveksi selalu dikaitkan dengan fluida yang mengalir.
Peristiwa terjadinya angin laut pada siang hari dan angin darat pada malam hari
adalah peristiwa konveksi. Besarnya laju aliran panas konveksi bergantung pada
beberapa hal berikut :
a) Luas permukaan benda yang bersinggungandengan fluida (A) atau disebut
juga permukaan konveksi
b) perbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida (∆T).
c) koeffisien perpindahan panas konveksi hc
Sedangkan koeffisien perpindahan konveksi hc bergantung dari :
 Viskositas fluida (µ)
 Rapat massa fluida (ρ)
 Perbedaan suhu antara permukaan dengan fluida (∆T)
 Bentuk geometris permukaan dan
 Jenis aliran fluida, laminer atau turbulen, yang ditandai dengan nilai RN
( Reynold number)
Dari penjelasan tersebut tampak bahwa koeffisien konveksi lebih rumit
dibanding koefisien konduksi.
Contoh soal perpindahan panas konveksi
(Yang memancarkan radiasi)