Top Banner

of 27

Perpindahan Panas

Oct 19, 2015

Download

Documents

Riza Novellin

Mata kuliah Fisika Dasar II, ppt by Pak Faisol Asip, uploaded by me
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
  • Perpindahan panas

  • Pengertian perpindahan panas Panas dapat berpindah dari tempat temperaturtinggi ke tempat temperatur rendah. Sering jugadigunakan istilah pemaparan kalor. Pemberian dan pengurangan panas dari suatu zat tidak saja mengubah temperatur atau fasa suatu zat secaralokal, melainkan juga merambatnya panas kebagian-bagian lain dalam zat itu. Peristiwa ini disebut perpindahan panas.

  • Perpindahan panas dalam bentuk panas dapatdibagi dalam beberapa cara perpindahan. 1. konduksi2. konveksi3. radiasi

  • Panas dapat merambat dari satu bagian kebagianlain melalui zat-zat atau benda yang diam. Cara inidikatakan perpindahan panas secara konduksi Panas dapat juga dibawa oleh partikel-partikel zatyang mengalir, perpindahan dengan cara inidisebut perpindahan secara konveksi.

  • Selain dari pada itu energi panas dapatjuga berpindah melalui pancaran atau radiasi.Dalam prakteknya umumnya berlangsung dengankombinasi dua atau tiga cara tersebut yang berjalan secara simultan.

  • Sebagai contoh, diambil perpindahan panas yang terjadi pada suatu heat exchanger atau suatu furnace, keduanya berlangsung tidak menurut satu cara saja.

  • Konduksi Jika salah satu ujung sebuah batang logam diletakkan didalam nyala api, sedang ujung yang lain dipegang, bagian batang yang dipegang ini akan terasa makin lama makin panas, walaupun tidak kontak langsung dengan nyala api itu. Dalam hal ini dikatakan bahwa panas sampai diujung batang yang lebih dingin secara konduksi (hantaran) sepanjang atau melalui bahan batang itu.

  • Konduksi panas hanya dapat terjadi dalam suatu benda apabila ada bagian-bagian benda itu berada pada suhu yang tidak sama, dan arah alirannya selalu dari titik yang suhunya lebih tinggi ketitik yang suhunya lebih rendah.

  • Konveksi Konveksi panas terjadi karena partikel-partikel zat yang temperaturnya lebih tinggi berpindah tempat sehingga terjadi perpindahan panas melalui perpindahan massa. Persamaan untuk perhitungan praktis sbb :Qc = hc.A.tQc = arus kalor konveksihc = angka konveksiA = luas permukaan t = beda suhu

  • Pernyataan matematik tentang konveksi dipengaruhi banyak faktor yang diterima atau yang hilang dari suatu permukaan pada suatu suhu yang bersinggungan dengan fluida.Faktor tersebut :Keadaan permukaan : datar atau lengkungLetak permukaan : horizontal atau vertikalSifat aliran : laminer alau turbulen.

  • Radiasi Berbeda halnya dengan perpindahan panas secara konduksi dan konveksi dimana ada kontak langsung atau percampuran antara pemberi dan penerima panas, dalam radiasi hal ini tidak diperlukan, panas dapat dipancarkan berupa gelombang-gelombang panas.

  • Pengukuran secara eksperimen banyaknya energi pancaran dari permukaan suatu benda dilakukan oleh John Tyndall (1820 1893) dan berdasarkan hasil hasil percobaan tersebut, dalam tahun 1877 Joseff Stefan (1835 1893) mengambil kesimpulan bahwa banyaknya emisi itu dapat dirumuskan berdasarkan hubungan :R = e..T4

  • R = e..T4R = banyaknya pancaran energi radian persatuan luas, erg/cm2, watt/m2 e = daya pancar permukaan (emissivity), 1>e>0 = konstanta stefan = 5,6699 x 10-8 watt/m2.0K-4 T = suhu permukaan, 0K

  • Konduksi Konduksi, aliran panas melalui dinding.Kita tinjau konduksi panas pada sebuah kepingdengan : tebal keping, LPerbedaan suhu, t = t2 t1Banyaknya panas yang akan dipindahkan secarakonduksi tiap satuan waktu, q Bidang tegak lurus arah rambatan panas, A

  • Banyaknya q berbanding lurus dengan luas permukaan A, berbanding lurus dengan beda suhu t dan berbanding terbalik dengan tebal keping L. dirumuskan dengan :q :: A :: t :: 1/L Dalam bentuk persamaan ditulis :q = k.A. t/L dengan k adalah konstanta pembanding atau daya hantar termo.

  • Kita tinjau konduksi panas pada berbagai bentukatau susunan benda :Aliran panas melalui keping-keping yang tersusun dari berbagai bahan dengan berbagai daya hantar termo. Untuk bahan terdiri dari tiga jenis lapisan yang disusun secara seri.Pada sistim ini berlaku : Q = t / R.

  • Q = t / R.aliran panas yang melewati lapisan (1)mengalami hambatan R1 dan jumlah panasQ yang mengalir lewat lapisan (2) dan (3)dalam jumlah yang sama.

  • Bila hambatan masing-masing R1, R2, R3 berbeda-beda sebagai akibat perbedaan konduktivitas dan tebalnya, maka : Q = t / R = t1 / R1 = t2 / R2 = t3 / R3t = t1 + t2 + t3 = (t0- t1) + (t1- t2) + (t2- t3) R = R1 + R2 + R3R = L/(k.A) ; R1= L1/(k1.A) ; R2= L2/(k2.A) ; R3= L3/(k3.A)

  • Contoh 1 : sebuah dinding tembok yang tebalnya 20 cm mempunyai konduktivitas termal 17 x 10-4 kal.cm-1.det-1.0C-1. permukaan yang satu mempunyai suhu 30 0C dan permukaan yang lain 20 0C Berapa 0C beda suhu didalam tembok ?Berapa kal/jam banyaknya panas yang dihantarkan melalui tiap 1 m2 dalam waktu 1 jam ?

  • Jawab : Beda suhu adalah 30 0C - 20 0C = 10 0C Jumlah kalor yang dihantarkan ialah :q/t = k.A.t/L = (17 x 10-4)(104)(10)/20 kal.det-1 = (17/2) kal.det-1(3600) det.jam-1 = 30600 kal.jam-1

  • Contoh 2 : sekeping bahan isolator panas luasnya 100 cm2, tebalnya 2 cm, daya hantar panas bahan tersebut2 x 10-4 kal.cm-1.det-1.0C-1 jika selisih suhu padakedua permukaan bahan 100 0C. Berapa kal/hari jumlah kalori yang lewat bahan itudalam satu hari ?

  • Contoh 3 : sebuah lemari es yang identik dengan sebuah peti dari gabus yang tebalnya 7,5 cm & luasnya 4,5 m2, dinding dalamnya mempunyai suhu 4 0C dan dinding luarnya 26 0C. konduktivitas termal gabus 1x10-4 kal.cm-1.det-1. 0C-1. berapa kalori tiap detik banyaknya panas yang harus dipindahkan dari dalam lemari es keluar ?

  • Contoh 4 : berapa kalori yang dihantarkan dalam 10 menitmelalui sebuah plat tembaga yang tebalnya 2 mmdan diameternya 2,5 cm. apabila keduapermukaannya mempunyai suhu masing-masing100 0C dan 25 0C ?konduktivitas termal tembaga 0,92 kal.cm-1.det-1. 0C-1. dan A = R2

  • Contoh 5 : dinding furnace terbuat dari carborundum brick 4,5 in ; pencylvania firebrick 9 in ; sil-o-cel brick 4,5 in. temperatur bagian dalam 2000 0F dan temperatur dinding bagian luar 100 0F. Berapakah panas yang hilang perft2 dinding tersebut perjamnya serta tentukan temperatur antar permukaan masing-masing lapisan ? Termal conductivity, k masing-masing carborundum brick = 5,6 ; sil-o-cel brick = 0,03pencylvania firebrick = 1,00 btu.ft-1.hr-1. 0F-1

  • 2. Aliran panas melalui bahan berupa silinder.Ambil luas silinder yang jaraknya r sembarang,tebalnya dr, luasnya 2rL, panjang silindernya LBentuk persamaannya : q = -k 2rL dt/dr. dt = beda suhu pada bahan yang tebalnya dr.Akan diperoleh bentuk : q dr/r = - 2Lk dt lalu di integralkan didapat :q = 2Lk (ta tb)/(ln rb/ra)

  • 3. Aliran panas melalui bahan bola berongga.Arus panas mengalir secara radial dari dalam keluar bola. Ambil radius sembarang bola r, tebal bola dr, luas bola A = 4 r2, ta temperatur sebelah dalam bola dan tb temperatur sebelah dluar bola. Luas bidang yang dilalui oleh arus kalor tidak konstan, q = -kA dt/dx maka : q = -k 4r2 dt/dr, q dr/r2 = - 4k dt, diintegralkan hasilnya sbb : q = 4k ra.rb (ta tb)/((rb ra)

  • Oke, sampai disini dulu kita lanjutkan minggu depan dengan materi latihan 3 dengan materi ttg perpindahan panasBawa kertas dobel folio, kalkulator, tutup buku delele.