PERPINDAHAN PANAS DAN NERACA ENERGI Perpindahan kalor atau alih barang (heat transfer) ialah ilmu untuk meramalkan perpindahan energy yang teradi kerena adanya perbedaan suhu diantara benda atau material. Dari termodinamika telah kita ketahui bahwa energy yang pindah itu dinamakan kalor atau bahang atau panas (heat). Ilmu perpindahan kalor tidak hanya mencoba menelaskan bagaimana energy itu berpindah dari satu benda kebenda lain, tetapi juga dapat meramalkan laju perpindahan yang terjadi pada kondisi- kondisi tertentu. Kenyataan bahwa disini terjadi sasaran analisis ialah masalah laju perpindahan, inilah yang membedakan ilmu perpindahan kalor dari ilmu termodinamika. Jenis – jenis perpindahan panas yaitu: 1. Perpindahan Panas Secara Konduksi Hukum Fourier Hubungan dasar yang menguasai aliran kalor melalui konduksi ialah berupa kesebandingan yang ada antara laju aliran kalor melintas permukaan isothermal dan gradient suhu yang terdapat pada permukaan itu. Hukum itu dapat ditulis sebagai berikut: dq/dA=-k Dimana : A=Luas permukaan isothermal 1
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 DAN NERACA ENERGI
Perpindahan kalor atau alih barang (heat transfer) ialah ilmu untuk
meramalkan perpindahan energy yang teradi kerena adanya perbedaan suhu
diantara benda atau material. Dari termodinamika telah kita ketahui bahwa energy
yang pindah itu dinamakan kalor atau bahang atau panas (heat). Ilmu perpindahan
kalor tidak hanya mencoba menelaskan bagaimana energy itu berpindah dari satu
benda kebenda lain, tetapi juga dapat meramalkan laju perpindahan yang terjadi
pada kondisi-kondisi tertentu. Kenyataan bahwa disini terjadi sasaran analisis ialah
masalah laju perpindahan, inilah yang membedakan ilmu perpindahan kalor dari ilmu
termodinamika.
Jenis – jenis perpindahan panas yaitu:
1. Perpindahan Panas Secara Konduksi
Hukum Fourier
Hubungan dasar yang menguasai aliran kalor melalui konduksi ialah berupa
kesebandingan yang ada antara laju aliran kalor melintas permukaan isothermal dan
gradient suhu yang terdapat pada permukaan itu. Hukum itu dapat ditulis sebagai
berikut:
dq/dA=-k
Dimana : A=Luas permukaan isothermal
n = Jarak,di ukur tegk lurus terhadap permukaan itu
q = Laju aliran kalor melintas permukaan itu pada arah normal
terhadap
permukaan
T = suhu
1
K= konstanta
Tanda negative menunjukkan bahwa kenyataan fisik bahwa kalor mengalir
dari yang panas ke yang dingin.Hukum fourier menyatakn bahwa k tidak bergantung
pada gradient suhu tetapi tidak selalu demikian halnya terhadap suhu itu sendiri.
Zat padatyang nilai k nya rendah di manfaatkan sebagai isolator kalor untuk
membuat aliran kalor minimum.
Bahan – bahan isolasi berpori seperti busa polistirena, berfungsi menangkap
udara,sehinnga dengan demikian meniadakan konveksi.
Perpindahan panas secara konduksi dapat di bagi menjadi dua :
1. Konduksi keadaan steady
2. Konduksi keadaan unsteady
Konduktivitas termal
Mekanisme konduksi termal pada gas cukup sederhana. Energi kinetic
molekul di tunukkan oleh suhunya, jadi pada bagian bersuhu tinggi molekul –
molekul mempunyai kecepatan yang lebih tinggi dari pada yang berada pada bagian
yang bersuhu rendah. Jika suatu molekul bergerak dari daerah bersuh tinggike
daerah bersuhu rendah, maka molekul itu menyangkut energy kinetic ke bagian
system yang suhunya lebih rendah.
Nilai konduktivitas termal beberapa bahan di berikan dalam daftar yaitu,
Bahan w/m 0 c Btu / h .ft. 0 F
Logam
Perak 410 237
Tembaga 385 223
Aluminium 202 117
Nikel 93 54
Besi 73 42
Baja karbon 1% 43 25
Timbale 35 20,3
Baja krom/nikel (18 16,3 9,4
2
Cr,8% Ni)
Bukan logam
Kuarsa (sejajar sumbu) 41,6 24
Magnesit 4,15 2,4
Marmer 2,08 – 2,94 1,2 -1,7
Batu pasir 1,83 1,06
Kaca, jendela 0,78 0,45
Kayu maple/ek 0,17 0,096
Serbuk gergaji 0,059 0,034
Wol kaca 0,038 0,022
Zat cair
Air-raksa 8,21 4,74
Air 0,556 0,327
Amonia 0,540 0,312
Minyak lumas 0,147 0,085
Freon 12,ccl2 F2 0,073 0,042
Gas
Hidrogen 0,175 0,101
Helium 0,141 0,081
Udara 0,024 0,0139
Uap air (jenuh) 0,0206 0,0119
Karbon dioksida 0,0146 0,00844
Satuan untuk konduktivitas termal ialah watt per meter per derajat celcius.
Energi termal dihantarkan dalam zat padat menurut salah satu dari 2 modus berikut :
melalui gateran kisi atau dengan angkutan melalui elektron bebas.
2. Perpindahan Panas Secara Konveksi
Bila arus atau partikel – partikel makroskopik fluida melintas suatu permukaan
tertentu,seperti umpamanya, bidang batas suatu volume kendali arus itu akan ikut
membawa serta seumlah tertentu entalpi. Aliran entalpi demikian disebut aliran
3
konveksi kalor/singkatnya konveksi. Oleh karena konveksi itu konveksi merupakan
suatu fenomena makroskopik yang hanya berlangsung bila haya ada gaya yang
bekerja pada partikel / ada arus fluida yang dapat membuat gerakan melawan gaya
gesekan konveksi sangat erat kaitannya dengan mekanika fliuda. Bahkan, secara
termodinamik, konveksi itu dianggap bukan sebagai aliran kalor, tetapi sebagai aliran
kalor luksentalpi. Pengidentifikasian konveksi dengan aliran kalor hanyalah untuk
memudahkan saja, karena dalam prakteknya sulit untuk membedakan antara
konveksi dengan konduksi yang sebenarnya apabila keduanya di gabungkan
dibawah satu nama konveksi saja. Contoh konveksi adalah perpindahan entalpi oleh
pusaran- pusaran (eddy) aliran turbulen dan oleh arus udara panas yang mengalir
melintas dan menjauhi radiator ( pemanas) biasa.
3. Perpindahan Panas Secara Radiasi
Radiasi ialah istilah yang yang digunakan untuk perpindahan energy melalui
ruang oleh gelombang – gelombang elektro magnetic. Jika radiasi berlangsung
melalui ruang kosong, ia tidak di transformasikan menjadi kalor atau bentuk – bentuk
lain energy, dan ia tidak pula akan berbelok dari lintasannya. Tetapi, sebaliknya bila
terdapat zat apda lintasannya, radiasi itu akan mengalami transmisi (di teruskan),
refleksi(di pantulkan),dan absorpsi(di serap) hanya energy yang di serap itu saja
yang muncul sebagai kalor dan transformasi ini bersifat kuantitatif. Sebagai contoh,
kuarsa lebur akan hampir semua radiasi yang menyimpannya; permukaan
buram,mengkilap/ cermin memantulkan sebagian besar radiasi yang jatuh padanya.
Sedang permukaan hitam / yang tidak mengkilap akan menyerap kebnyakan radiasi
yang di terimanya dan mengubah energy yang di serapnya itu menjadi kalor.
Gas – gas beratom satu (mono atom) dan beratom 2(di atom)bersifat
transparan / cerah terhadap radiasi termal, dan tidak jarang di temukan bahwa kalor
mengalir melalui gas itu dengan cara radiasi,serta konduksi/konveksi bersama –
sama. Contohnya ialah proses hilangya kalor dari radiator atau pipa uap tanpa isolasi
ke udara ruang sekitar, dan perpindahan kalor di dalam tungku dan alat – alat
pemanas gas suhu tinggi lainnya. Kedua mekanisme itu tidak saling bergantung satu
sama lainnya, dan berlangsung secara paralel, sehingga masing – masing ragam
aliran kalor itu dapat dikendalikan dan di ubah tanpa memoengaruhi ragam yang lain. 4
Konduksi konveksi dan radiasi dapat di kai secara terpisah dan pengaruhnya masing
– masing lalu di jumlahkan bila mana keduanya sama –sama penting Secara sangat
umum, radiasi mejadi penting pada suhu tinggi, dan tidak bergantung pada situasi
aliran fluida. Konduksi konveksi sangat peka terhadao aliran dan kurang terpengaruh