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: Cara konduksi Cara konveksi dan Cara radiasi.

1. Perpindahan Panas Konduksi Dari experimen Fourier didapatkan bahwa laju perpindahan panas konduksi pada suatu benda bergantung pada : Luas penampang yang tegak lurus arah aliran panas Tebal benda atau panjang aliran panas Perbedaan suhu antara dua titik yang diamati dan 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 : ʃ H dx = - ʃ L T2 k A dT ........k-2 o T1

Dalam keadaan mantap dan setimbang termis, H dianggap konstan sehingga diintegrasikan dan ditulis : H L = - k A ( T2 - T1 ) = k A ( T1 - T2 ) atau H = Karena T1 l k A ( T1 - T2 ) .. . . . . . . . . . . . . .k-3 L Dimana T1 - T2 desebut perubahan suhu = ∆T Persamaan ini menyatakan banyaknya laju aliran panas konduksi H yang melalui dinding satu lapis dengan konduktivi-tas 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

H = 1 / Rth . ∆T = 1/Rth . ( T2 - T1 ) . . . . . .k-4 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 ) . . . . . .k-4 Atau H = C . ∆T = C ( T2 - T1 ) . . . ... . 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 : Luas permukaan benda yang bersinggungandengan fluida (A) atau disebut juga permukaan konveksi perbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida (∆T). 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)