PERPINDAHAN KALOR Nimatut Tamimah, S.Si., M.Sc., Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya

Bagaimana kalor dapat berpindah? Bagaimana pula cara perpindahannya ?

Perpindahan Kalor Konduksi Radiasi Konveksi

PERPINDAHAN KALOR - KONDUKSI Kalor dapat berpindah dengan berbagai cara, yaitu dengan melalui : A. KONDUKSI (hantaran) Adalah perpindahan kalor melalui zat perantara tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat. Umumnya melalui zat padat. Berdasarkan daya hantar kalornya, zat dapat dibedakan sebagai: Konduktor : zat yang mudah menghantarkan kalor Contoh : logam Isolator : zat yang sukar menghantarkan kalor Contoh : kayu, karet, air, udara l A T1 T2 k (konstansa konduksi) ΔT =T2-T1

Perpindahan kalor yang tanpa disertai perpindahan zat perantara KONDUKSI A = luas permukaan (m2) d = ketebalan benda (m) T1 = suhu pada salah satu ujung benda (K) T2 = suhu pada ujung lain benda (K) ΔT = perbedaan suhu (K) ΔT = T1 – T2

PERPINDAHAN KALOR - KONDUKSI Faktor-faktor yang mempengaruhi laju konduksi kalor : Beda suhu antara kedua permukaan (∆T) makin besar beda suhu, makin cepat perpindahan kalor. Jarak antara kedua permukaan /tebal /panjang (l), makin tebal, makin lambat perpindahan kalor. Luas permukaan (A), makin luas permukaan makin cepat perpindahan kalor. Konduktivitas termal zat (k), merupakan ukuran kemampuan zat menghantarkan kalor; makin besar nilai k, makin cepat perpindahan kalor.

Laju Konduksi = laju konduksi (J/s) k = konduktivitas termal zat (W/m K) A = luas permukaan (m2) ΔT = perbedaan suhu (K) = T1 – T2 d = ketebalan benda (m)

Tabel konduktivitas termal zat (W/mK) Bahan k Emas 300 Besi 80 Kaca 0.9 Kayu 0.1 – 0.2 Bahan k Beton 0.9 Air 0.6 Udara 0.024 Alumunium 240

PERPINDAHAN KALOR – KONVEKSI B. KONVEKSI (aliran) adalah perpindahan kalor melalui zat perantara, diikuti perpindahan partikel-partikel zat. Umumnya melalui fluida, misal : udara, air Macam konveksi : 1. konveksi alami contoh : angin darat, angin laut, aliran udara melalui ventilasi / cerobong asap. 2. konveksi paksa contoh : konveksi udara pada hair dryer, sistem pendingin mesin mobil lemari es, AC.

Perpindahan kalor yang disertai perpindahan zat perantara KONVEKSI

PERPINDAHAN KALOR – KONVEKSI Manfaat konveksi kalor Proses pemanasan air dalam suatu panci. Partikel air pada dasar panci menerima kalor dan menjadi panas. Merebus air Pertikel yang telah panas bergerak ke atas karena berat jenisnya mengecil, Sedangkan air dingin turun menempati tempat yang ditinggalkan air panas yang naik.Demikian ini terjadi selama air dipanaskan, sehingga air masak secara merata

PERPINDAHAN KALOR – KONVEKSI Faktor-faktor yang mempengaruhi laju konveksi kalor : Luas permukaan benda (A), semakin luas permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida, semakin cepat kalor dipindahkan. Perbedaan suhu (∆T), semakin besar beda suhu benda dengan permukaan fluida, semakin cepat kalor dipindahkan Koefisien konveksi (h), bergantung pada bentuk, kedudukan permukaan dan diperoleh dengan percobaan. Misal h tubuh manusia adalah 7,1 Js-1m-2K-1

Laju Konveksi = laju konveksi (J/s) h = koefisien konveksi (W/m2 K) A = luas permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida(m2) ΔT = perbedaan suhu antara benda dan fluida(K)

Contoh : Terjadinya angin laut Angin laut terjadi pada siang hari

Terjadinya angin darat Angin darat terjadi pada malam hari

sistem pendinginan mobil (radiator) 3. pembuatan cerobong asap

4. Lemari es

PERPINDAHAN KALOR – RADIASI C. RADIASI (PANCARAN) adalah perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara. (pancaran energi dari permukaan sebuah benda dalam bentuk gelombang elektromagnetik) Misal, panas matahari sampai ke bumi melalui ruang hampa udara. Catatan : 1. Permukaan hitam sempurna sebagai pemancar dan penyerap kalor yang baik (e=1) 2. Pemukaan putih mengkilap sebagai pemancar dan penyerap kalor radiasi yang buruk (0<e<1). Pemanfaatan radiasi : efek rumah kaca, panel surya.

Perpindahan kalor tanpa zat perantara RADIASI A T A = luas permukaan (m2) T = suhu mutlak permukaan (K)

PERPINDAHAN KALOR – RADIASI Radiasi gelombang elektromagnetik matahari menghangatkan kita sebagai makhluk hidup dibumi, walaupun melewati hampa udara

PERPINDAHAN KALOR – RADIASI Faktor-faktor yang mempengaruhi laju kalor radiasi : (dinyatakan dalam hukum Stefan-Boltzman) “Energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan hitam dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu (Q/t) sebanding dengan luas permukaan (A) dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan (T4)”

Laju Radiasi = laju radiasi(J/s) e = emisivitas (0 < e < 1) σ = Tetapan Stefan-Boltzman = 5,67 x 10-8 Wm-2K-4 T = suhu mutlak(K)

Permukaan hitam dan kusam merupakan penyerap dan pemancar radiasi yang baik Permukaan putih dan mengkilap merupakan Penyerap dan pemancar radiasi yang buruk Termoskop adalah alat yang digunakan untuk mengetahui adanya pemancaran kalor

Soal 1 Sebatang spatula yang terbuat dari kaca digunakan untuk mengaduk larutan yang bersuhu 500C. Panjang spatula itu 0,25 m dan luas permukaannya 2,0 x 10-3 m2. Jika ujung spatula lainnya berada di ruangan yang bersuhu 200C. Hitunglah jumlah kalor yang mengalir sepanjang batang dalam 5 menit? Konduktivitas termal kaca 0,8 W/mK

Soal 2 Suhu kulit seseorang yang sedang berjemur kira-kira 320C. Jika orang tersebut berada dalam ruangan yang bersuhu 220C dan luas permukaan tubuhnya 1,6 m2. Berapakah kalor yang dilepaskan tubuh orang melalui konveksi selama 5 menit? h = 7,1 Js-1m-2K-1

Soal 3 Sebuah pelat baja tipis berbentuk persegi dengan panjang sisi 10 cm dipanaskan dalam sebuah tungku sampai suhunya mencapai 7270C. Jika pelat baja itu memiliki emisivitas 0,9, berapa laju kalor radiasinya?