Rina Mirdayanti, S.Si, M.Si PERPINDAHAN PANAS Dosen Pengampu : Rina Mirdayanti, S.Si, M.Si

Tujuan perkuliahan : Mengetahui ruang lingkup mata kuliah perpindahan panas Memahami secara umum prinsip-prinsip dasar termodinamika Sub pokok bahasan: Hubungan termodinamika dan perpindahan kalor/panas. Prinsip-prinsip dasar termodinamika yang terkait dengan perpindahan kalor Hubungan termodinamika dan perpindahan kalor

PENDAHULUAN Perpindahan Panas I Perpindahan panas dasar atau kalor adalah pengangkutan energi karena perbedaan suhu benda atau material Ilmu perpindahan panas berhubungan erat dengan ilmu termodinamika Perpindahan Panas :menjelaskan terjadinya perpindahan energi dari suatu benda ke benda lain dan meramalkan lajunya Termodinamika : meramalkan energi yang dibutuhkan untuk mengubah sistem dari keadaan setimbang ke keadaan setimbang yang lain Sasaran analisis ilmu perpindahan panas adalah laju perpindahan energi. Perpindahan panas dapat terjadi secara konduksi, konveksi dan radiasi.

Perpindahan Kalor melalui perantara / perpindahan kalor pada suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikelnya Konduksi Konveksi Radiasi Perpindahan Kalor melalui aliran , dimana zat perantaranya ikut berpindah Perpindahan Kalor tanpa melalui zat perantara, biasanya disertai cahaya

Perpindahan Panas I PENDAHULUAN PRINSIP KONDUKSI (PERPINDAHAN PANAS KONDUKSI) PRINSIP KONDUKSI q T1 T2 T1 > T2 Energi berpindah secara konduksi/hantaran jika pada suatu benda terdapat perbedaan suhu antara satu bagian dengan bagian yang lain

Laju perpindahan panas diberikan sesuai hukum Fourier : Perpindahan Panas I PENDAHULUAN (PERPINDAHAN PANAS KONDUKSI) Laju perpindahan panas diberikan sesuai hukum Fourier : dimana : k = konduktivitas termal A = luasan bidang perpindahan panas T = perbedaan suhu x = jarak bidang perpindahan panas = gradien suhu Tanda minus menunjukkan kalor mengalir ke tempat yang lebih rendah dalam skala suhu. Konduktivitas termal/panas menunjukkan : Ukuran kemampuan material untuk menghantarkan energi Energi yang dihantarkan tiap unit waktu, tiap satuan panjang dan tiap beda suhu

Contoh 1: 1. Berapa suhu pada sisi kanan dari benda seperti pada gambar di bawah ini 2. Sebuah besi dengan ketebalan 50 mm memiliki panjang 1 m dan lebar 1 m, jika diketahui nilai konduktivitas thermal besi adalah  70 W/moC, berapakah nilai perpindahan panas konduksi yang terjadi jika diketahui temperature permukaan besi pada sisi A = 150oC dan temperatur pada sisi B sebesar 80oC. Tentukan laju perpindahan panas tersebut.

Perpindahan Panas I PENDAHULUAN > PRINSIP KONVEKSI (PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI) PRINSIP KONVEKSI > Ts T~ Fluida bergerak T~ Jika benda bersuhu tinggi berada pada lingkungan fluida bersuhu rendah maka akan terjadi perpindahan panas secara konveksi dari benda ke lingkungan. Hal ini terjadi karena pengaruh gerakan pertikel-partikel fluida. q Ts Perpindahan panas konveksi diklasifikasikan : Konveksi bebas Terjadi karena perbedaan kerapatan yang disebabkan gradien suhu Konveksi paksa Gerakan pencampuran karena pengaruh mekanis

Perpindahan Panas I PENDAHULUAN (PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI) Laju perpindahan panas mengikuti hukum Newton tentang pendinginan : Dimana : h = koefisien perpindahan panas konveksi atau konduktansi permukaan satuan Ts = suhu permukaan T~ = suhu lingkungan Koefisien perpindahan panas konveksi menggambarkan energi yang dibuang tiap satuan waktu, tiap satuan luas dan tiap perbedaan suhu.

Contoh 2: Sebuah batang panas, kemudian dihembuskan pertama dg air dan dengan udara, ditanya berapa suhu permukaan dari batang tersebut

Perpindahan Panas I PENDAHULUAN PRINSIP RADIASI (PERPINDAHAN PANAS RADIASI) PRINSIP RADIASI Radiasi adalah proses mengalirnya panas dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah bila benda terpisah baik oleh udara/gas atau hampa (vakum). Istilah “radiasi” dipergunakan untuk segala jenis gelombang elektromagnetik, tetapi dalam ilmu ini dibatasi pada persoalan yang diakibatkan oleh suhu dan yang dapat mengangkut energi melalui medium tembus cahaya atau melalui ruang. Energi ini disebut radiasi termal. Permukaan 1, T1 T1 > T2 Permukaan 2, T2

Laju perpindahan panas : Perpindahan Panas I PENDAHULUAN (PERPINDAHAN PANAS RADIASI) Dalam perpindahan panas radiasi dikenal penyinar ideal/benda hitam yang dapat memancarkan energi dengan laju sebanding dengan pangkat empat suhu absolut benda itu Laju perpindahan panas : q =  A (T14 - T24 ) Dengan  adalah konstanta Stefan-Boltzmann sebesar 5,67 x 10- 8 W/m2.K4 atau 0.1714 x 10- 8 Btu/hr.ft2.R4. Persamaan di atas mengandaikan energi teradiasi oleh benda hitam. Jika benda tidak hitam (seperti abu-abu), maka harus dimasukkan faktor emisivitas () atau pancaran : q =  A (T14- T24)

PENDAHULUAN Perpindahan Panas I (PERPINDAHAN PANAS RADIASI) Radiasi tidak seluruhnya sampai permukaan lain karena gelombang elektromagnetik berjalan menurut garis lurus dan sebagian hilang ke lingkungan. Untuk itu diperhitungkan faktor pandangan F : q =  F A (T14- T24)

1 W/m2. OC = 1 W/m2.K = 0.1761 Btu/hr.ft2. OF Perpindahan Panas I PENDAHULUAN (SISTEM SATUAN) SI British Konduktivitas termal, k W/m.C atau W/m.K Koefisien perpindahan panas konveksi, h W/m.2C atau W/m2.K Laju perpindahan panas, q Watt Btu/hr.ft. OF Btu/hr.ft2. OF Btu/hr Konversi : 1 W/m. OC = 0,5778 Btu/hr.ft. OF 1 W/m2. OC = 1 W/m2.K = 0.1761 Btu/hr.ft2. OF K = OC + 273 T (0C) = (T(OF) – 32)/1,8 T (OF) = 1,8 T (OC) + 32

Contoh 3: Dua buah benda seperti pada gambar, terjadi perpindahan panas secara radiasi, berapa besar laju pancaran dan laju perpindahan panas yang diserap?