Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

PERPINDAHAN PANAS JURUSAN TEKNIK MESIN UNIMUS JULIAN ALFIJAR, ST.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "PERPINDAHAN PANAS JURUSAN TEKNIK MESIN UNIMUS JULIAN ALFIJAR, ST."— Transcript presentasi:

1 PERPINDAHAN PANAS JURUSAN TEKNIK MESIN UNIMUS JULIAN ALFIJAR, ST

2 PENGANTAR PERPINDAHAN PANAS  Perpindahan Panas Konduksi  Perpindahan Panas Konveksi  Perpindahan Panas Radiasi Macam-macam Perpindahan Panas

3 Perpindahan Panas Konduksi  Adalah proses transport panas dari daerah bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah dalam satu medium (padat, cair atau gas), atau antara medium – medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung  Dinyatakan dengan :

4 Perpindahan Panas Konduksi Dimana : q = Laju perpindahan panas (w) A = Luas penampang dimana panas mengalir (m 2 ) dT/dx = Gradien suhu pada penampang, atau laju perubahan suhu T terhadap jarak dalam arah aliran panas x k = Konduktivitas thermal bahan (w/m o C)

5 contoh: Salah satu permukaan sebuah plat tembaga yang tebalnya 3 cm mempunyai suhu tetap C, sedangkan suhu permukaan yg sebelah lagi dijaga tetap C. Berapa kalor yang berpindah melintasi lempeng itu? Perpindahan Panas Konduksi

6 Penyelesaian Dari lampiran A terlihat konduktivitas termal tembaga adalah 370 W/m 0 C. Dari hk. Fourier : Perpindahan Panas Konduksi

7

8 Perpindahan Panas Konveksi Adalah transport energi dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan, energi dan gerakan mencampur. Proses terjadi pada permukaan padat (lebih panas atau dingin) terhadap cairan atau gas (lebih dingin atau panas). q = h A (∆T)

9 Dimana : q = Laju perpindahan panas konveksi h = Koefisien perpindahan panas konveksi (w/m 2 0 C) A = Luas penampang (m 2 ) ∆T = Perubahan atau perbedaan suhu ( 0 C; 0 F) Perpindahan Panas Konveksi

10 Contoh: Udara pada suhu 20 0 C bertiup diatas plat panas 50 x 75 cm. Suhu plat dijaga tetap C. Koefisien perpindahan kalor konveksi adalah 25 W/m 2 0 C. Hitunglah perpindahan kalor. Penyelesaian Dari persamaan : q = h A (Tw - T∞) = (25)(0,50)(0,75)(250 – 20) = (25)(0,50)(0,75)(250 – 20) = 2,156 kW = 2,156 kW Perpindahan Panas Konveksi

11 Perpindahan Panas Radiasi Adalah proses transport panas dari benda bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah, bila benda – benda itu terpisah didalam ruang (bahkan dalam ruang hampa sekalipun q = δ A (T 1 4 – T 2 4 )

12 Perpindahan Panas Radiasi Dimana : δ = Konstanta Stefan-Boltzman 5,669 x w/m 2 k 4 A = Luas penampang T = Temperatur

13 Contoh: Dua plat hitam tak berhingga yang suhunya masing masing C dan C saling bertukar kalor melalui radiasi. Hitunglah perpindahan kalor persatuan luas. Penyelesaian Dari persamaan: q = δ A (T1 4 – T2 4 ) q/A = δ (T1 4 – T2 4 ) q/A = (5,669 x 10-8)( – ) q/A = 69,03 kW/m 2 Perpindahan Panas Radiasi

14 KONDISI KEADAAN TUNAK SATU DIMENSI Dinding Datar Laju perpindahan panas secara konduksi telah kita dapatkan Atau :

15 Bilamana konduktivitas thermal bahan tetap, tebal dinding adalah ∆x, sedang T 1 dan T 2 adalah suhu permukaan dinding seperti terlihat pada gambar berikut : q q T2T2T2T2 T1T1T1T1 ∆x∆x∆x∆x Profil Suhu x KONDISI KEADAAN TUNAK SATU DIMENSI

16 Jika dalam sistem tersebut terdapat lebih dari satu macam bahan, dan terdiri dari beberapa lapis dinding seperti terlihat pada gambar berikut : q A A B C q KONDISI KEADAAN TUNAK SATU DIMENSI

17 Aliran kalor dapat dituliskan : atau : KONDISI KEADAAN TUNAK SATU DIMENSI

18 Dimana : Disebut sebagai Tahanan Thermal KONDISI KEADAAN TUNAK SATU DIMENSI

19 Dari Gambar dapat juga kita buat analogi listriknya: q RARA RBRB RCRC Analogi listrik digunakan untuk mempermudah memecahkan soal-soal yang rumit baik yang seri maupun paralel. KONDISI KEADAAN TUNAK SATU DIMENSI

20 Persamaan aliran kalor satu dimensi dapat juga dituliskan sebagai berikut apabila kasusnya seperti pada gambar berikut ini: KONDISI KEADAAN TUNAK SATU DIMENSI A B C D E F G q q 12345

21 Sistem Silinder - Radial Mari kita tinjau suatu silinder panjang dengan jari-jari dalam r i, jari-jari luar r o dan panjang L L rorororo riririri q KONDISI KEADAAN TUNAK SATU DIMENSI

22 Dimana silinder ini mengalami beda suhu Ti – To. Untuk silinder yang panjangnya sangat besar dibandingkan dengan diameternya, dapat diandaikan bahwa aliran kalor berlangsung menurut arah radial. Maka laju aliran panas yang terjadi dapat kita tuliskan : KONDISI KEADAAN TUNAK SATU DIMENSI

23 Dimana : A = 2ПrL Maka : Dengan kondisi batas : T = Ti pada r = ri T = T o pada r = r o KONDISI KEADAAN TUNAK SATU DIMENSI

24 Bila persamaan diatas diintegralkan didapat : Dan tahanan thermal disini adalah : KONDISI KEADAAN TUNAK SATU DIMENSI

25 Koefisien Perpindahan Kalor Menyeluruh KONDISI KEADAAN TUNAK SATU DIMENSI

26 Sehingga laju aliran kalor menyeluruh menjadi: Dimana : Uo= koefisien perpindahan kalor menyeluruh A= luas bidang aliran kalor ΔTm= beda suhu menyeluruh KONDISI KEADAAN TUNAK SATU DIMENSI

27 Sistem dengan sumber kalor Dinding datar dengan sumber kalor TwTwTwTw TwTwTwTw x X=0 q = kalor yang dibangkitkan dibangkitkan persatuan persatuan volume volume LL KONDISI KEADAAN TUNAK SATU DIMENSI

28 Laju aliran panas yang dibangkitkan disini sama dengan rugi kalor pada permukaan, dan untuk mendapatkan besar suhu pusat: Untuk silinder dengan sumber kalor: KONDISI KEADAAN TUNAK SATU DIMENSI

29 Perhatikan sebuah benda dua dimensi yang dibagi atas sejumlah jenjang yang kecil yang sama pada arah x dan y seperti terlihat pada gambar: m,n m-1,n m+1,n m,n-1 m,n+1 ∆x ∆y KONDISI KEADAAN TUNAK DIMENSI RANGKAP

30 Jika ∆x =∆y maka gradien suhu : Laju Aliran Panas : KONDISI KEADAAN TUNAK DIMENSI RANGKAP

31 Contoh: T = C T = C T = C Tentukan : a.Distribusi Suhu b.Laju Aliran Panas KONDISI KEADAAN TUNAK DIMENSI RANGKAP

32 Distribusi suhu: T T 3 – 4T 1 = T T 4 – 4T 2 = 0 T T – 4T 3 = T 3 + T – 4T 4 = 0 Atau : T 2 + T 3 – 4T 1 = (1) T 1 + T 4 – 4T 2 = (2) T 1 + T 4 – 4T 3 = (3) T 3 + T 2 – 4T 4 = (4) Dimana : T 1 = T 2 T 3 = T 4 KONDISI KEADAAN TUNAK DIMENSI RANGKAP

33 Dari Persamaan (1) T2 + T3 – 4T1 = T1 + T3 – 4T1 = T3 – 3T1 = (5) Dari Persamaan (3) T1 + T4 – 4T3 = T1 + T3 – 4T3 = T1 – 3T3 = (6) Maka dari persamaan (5) dan (6) KONDISI KEADAAN TUNAK DIMENSI RANGKAP

34 600 + T 3 – 3T 1 = T 3 – 3T 1 = T 1 – 3T 3 = T 1 – 9T 3 = 0 8T 3 = 1200 T 3 = C Substitusi ke pers (5) atau (6) T 3 – 3T 1 = – 3T1 = = 3T 1 T 1 = C Maka : T 1 = T 2 = C T 3 = T 4 = C 1200 – 8T 3 = 0 KONDISI KEADAAN TUNAK DIMENSI RANGKAP

35 Laju Aliran Panas : Untuk Permukaan C Q = -∑k(Δx/Δy)[ ] +[ ] = - k (-500) = 500 k Untuk Permukaan C Q = -∑k(Δx/Δy)[250 – 100] + [150 – 100] + [150 – 100] + [150 – 100] + [150 – 100] + [250 – 100] = k [150 – 100] + [150 – 100] + [250 – 100] = k KONDISI KEADAAN TUNAK DIMENSI RANGKAP

36 PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA Rumus Empiris untuk aliran dalam pipa/tabung m, C p Aliran 1 2 L T b1 T b2 q

37 Besarnya perpindahan kalor yang terjadi pada suatu penampang/saluran yang berbentuk pipa/tabung dapat dinyatakan dengan beda suhu limbak (bulk temperature): q = m.Cp(Tb 2 – Tb 1 ) = h.A(Tw – Tb) m = ρ.Um.A Untuk mengetahui apakah alirannya laminar atau turbulen maka dibutuhkan bilangan Reynold: PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA

38 Dimana : m= laju aliran fluida (kg/s) Cp= Panas jenis (kj/kg. 0 C) Tb= Suhu limbak Tw= Suhu dinding Um= Kec. Rata-rata (m/s) μ= Kekentalan (kg/m.s) ρ= Kerapatan (kg/m 3 ) PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA

39 Untuk Aliran Turbulen : N ud = 0,023.Re 0,8. Pr n = h.d/k pipa licin Untuk pipa licin dgn faktor gesek Untuk pipa licin dgn faktor gesek Dimana: n = 0,11 jika Tw >Tb n = 0,25 jika Tw < Tb PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA

40 Untuk Aliran Laminar: Contoh: Tabung yang diameternya 2 cm mempunyai kekasaran relatif 0,001 berada pada suhu dinding tetap 90 0 C. Air masuk kedalam tabung pada suhu 40 0 C dan yang keluar adalah 60 0 C. Jika kecepatan masuk ialah 3 m/s hitunglah panjang tabung yang diperlukan. PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA

41 Jwb : q = m.Cp(Tb2 – Tb1) = h.A(Tw – Tb) = ρ.Um.A.Cp( ) = ρ.Um.A.Cp( ) = ρ.Um.πr 2.Cp(60 – 40) = ρ.Um.πr 2.Cp(60 – 40) Untuk mendapatkan harga ρ dan Cp kita gunakan tabel dan menggunakan rumus interpolasi : Dari temperatur limbak : Tb = (60 +40)/2 = 50 0 C Maka : ρ= 990 kg/m 3 Cp= 4181 j/kg Maka : q = π.(0,01)2.4181(60 – 40) q = W PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA

42

43 Untuk permukaan tabung dengan kekasaran relatif, temperatur rata-ratanya: Tf= (90+50)/2 = 70 0 C ρ= 980 kg/m 3 k= 0,660 w/m 0 C Pr= 2,62 υ= 0,421x10 -6 m 2 /s μ= ρ.υ = 4,126x10 -4 kg/m.s Re= ………..Turbulen Maka rumus yang digunakan : PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA

44 Dari diagram mody didapat harga f = 0,0215 Maka f/8 = 0, n = 0,11 karna Tw > Tb μb= ρb.vb = 990.0,568x10-6 = 5,62x10 -4 kg/m.s μw= ρw.vw = ,33x10 -6 m 2 /s = 3,19x10 -4 kg/m.s maka : Nud = 640 =h.d/k h = (640x0,66)/0,02 = w/m 2 0 C PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA

45

46 Maka panjang tabung : L = 1,47 m q = h.A(Tw – Tb) q = h. Π.d.L(Tw – Tb) = w PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA

47 RADIASI TERMAL Jika suatu benda ditempatkan dalam pengurung, dan suhu pengurung lebih rendah dari pada suhu benda, maka suhu benda tersebut akan turun, sekalipun ruang dalam pengurung tersebut hampa. Proses pemindahan panas yang terjadi hanya semata karena benda suhu dan tanpa bantuan zat perantara (medium), disebut perpindahan panas radiasi

48 Ditinjau dari gelombang elektromagnetik, energi radiasi dibawa oleh gelombang elektomagnetik.Ada banyak jenis radiasi, yaitu dari radiasi sinar gama,sinar x, radiasi termal hingga radiasi gelombang radio (dari spektrum panjang gelombang pendek sampai yang berpanjang gelombang panjang).

49 Sedang radiasi termal, energi pancarannya adalah ditentukan berdasar dari suhu benda tersebut. Daerah spektrum panjang gelombang radiasi termal adalah dari 0, 1 sampai dengan 100 mikron Radiasi matahari juga merupakan radiasi termal dengan daerah panjang gelombang khusus yaitu 0, 25 sampai dengan 3 mikron.

50 RADIASI BENDA HITAM Benda hitam adalah idealisasi benda yang pada suhu berapapun, memancarkan atau menyerap seluruh radiasi pada panjang gelombang tertentu manapun (disebut Radiator sempurna). Daya pancar benda hitam tergantung dari suhu dan panjang gelombangnya, seperti terlihat dari persamaan berikut :

51 Untuk materi seterus Sedang dalam perbaikan


Download ppt "PERPINDAHAN PANAS JURUSAN TEKNIK MESIN UNIMUS JULIAN ALFIJAR, ST."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google