MM FENOMENA TRANSPORT Kredit: 3 SKS Semester: 5

Presentasi berjudul: "MM FENOMENA TRANSPORT Kredit: 3 SKS Semester: 5"— Transcript presentasi:

1 MM091351 FENOMENA TRANSPORT Kredit: 3 SKS Semester: 5
Dr. Eng. Hosta Ardhyananta, S.T., M.Sc. BAHAN AJAR ON-LINE 5 JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER (ITS) SURABAYA

2 Perpindahan momentum terjadi karena adanya perbedaan kecepatan
Perpindahan panas terjadi karena adanya perbedaan temperatur

3 PENGARUH TEMPERATUR DAN TEKANAN PADA KONDUKTIVITAS TERMAL GAS DAN CAIRAN
Data konduktivitas panas terbatas. Pendekatan k diperoleh dari data lain Konduktivitas panas berubah tergantung tekanan dan temperatur Perhatikan gambar konduktivitas panas

4

5

6 Analisis dilakukan pada konduktivitas panas material satu atom
Konduktivitas panas gas mendekati fungsi batas pada tekanan rendah. Batasnya adalah tekanan 1 atm Konduktivitas panas gas meningkat dengan meningkatnya temperatur Konduktivitas panas cairan menurun dengan meningkatnya temperatur Daerah cairan, polar memiliki hubungan tersendiri

7 Untuk PEMAHAMAN : Perkirakan konduktivitas panas etana pada 153 oF dan atm dari harga atmosphere k0 = Btu hr-1 ft-1 oF-1 pada temperatur ini

8 Solusi: …

9 TEORI KONDUKTIVITAS TERMAL GAS DENSITAS RENDAH
Mekanisme transport konduktivitas thermal dilihat secara molekular Perhitungan berdasarkan satu-atom gas pada densitas rendah Molekul pada keadaan kaku, bulat/lingkaran, tidak ada tarikan, massa m dan diameter d. Gas keseluruhan dalam istirahat (v=0), tetapi gerakan molekul diperhitungkan. Teori kinetik gas Ū = kecepatan molekuler rata-rata Z = frekuensi tabrakan dinding setiap satuan luas λ= jarak bebas rata-rata a = jarak tabrakan

10

11 Bentuk energi yang ditukar dalam tabrakan adalah energi translasional (berpindah posisi)
Kita gunakan kapasitas panas setiap mol pada volume yang konstan (Cv)

12 Penentuan konduktivitas panas dilakukan dengan mengamati kelakuan gas pada gradien temperatur dT/dy
Rata-rata energi kinetik ketika tabrakan pada daerah temperatur T Fluks panas qy yang melintasi bidang adalah jumlah energi kinetik

13 Hukum Fourier untuk konduksi panas dengan konduktivitas panas
K tak-bergantung pada tekanan; hingga 10 atm; mirip dengan viskositas

14 Teori Chapman-Enskog yang lebih teliti menyatakan bahwa konduktivitas thermal
Ωk serupa dengan fungsi tabrakan Ω Nilai Ωk dan Ω diberikan untuk model potensial antarmolekul Lennard-Jones di Appendix B tabel B.2 . Serupa dengan penggunaan nilai numerik σ dan ε yang digunakan pada perhitungan viskositas (lihat Tabel B.1)

15 Kesesuaian antara k dan 
Pembahasan konduktivitas panas yang sebelumnya membahas gas satu-atom dengan menggunakan banyak pendekatan dalam bentuk sederhana Pendekatan umum gas banyak-atom Generalisasi diperlukan karena molekul atom-banyak memiliki energi rotasi dan vibrasi selain energi translasi

16 Persamaan Eucken untuk konduktivitas thermal atom-banyak densitas rendah
Kapasitas panas , Cp = 5/2 (R/M) Persamaan Hirschfelder Perkiraan angka Prandtl (perbandingan viskositas dan konduktivitas), Pr ; untuk nonpolar Metode empirik untuk memprediksi k gas atom-banyak juga diformulasikan oleh Bromley Teori kinetik atom-banyak dan polar gas

17 Konduktivitas panas campuran gas densitas rendah dapat diprediksi dengan metode analog serupa dengan viskositas sesuai dengan fraksi mol setiap gas

18 Komputasi / perhitungan konduktivitas panas gas satu-atom pada densitas rendah
Untuk PEMAHAMAN perhitungan konduktivitas panas gas: Hitung konduktivitas panas neon pada 1 atm dan oK

19 Jawaban :

20 Perkiraan konduktivitas panas gas banyak-atom pada densitas rendah
Untuk PEMAHAMAN konduktivitas gas: Perkirakan konduktivitas panas molekular oksigen pada 300 oK dan tekanan rendah

21 Jawaban :

22 Prediksi konduktivitas panas campuran gas pada densitas rendah
Untuk PEMAHAMAN konduktivitas panas campuran gas: Perkirakan konduktivitas panas campuran gas (CO2: O2 : N2 = : : 0.828) pada 1 atm dan 293 oK

23 Jawaban :

24 TEORI KONDUKTIVITAS TERMAL CAIRAN
Teori perpindahan energi untuk cairan murni diusulkan oleh oleh Bridgmann pada tahun 1923 Molekul disusun dalam kisi kubik

25 Energi dipindahkan dari satu bidang kisi ke sebelahnya dengan kecepatan suara vs
Formula dikembangkan berdasarkan teori gas Persamaan Bridgman Persamaan lainnya

26 Asumsi berdasarkan setiap molekul bergetar dalam kisi/kandang yang dibentuk oleh tetangga terdekatnya Kecepatan suara frekuensi rendah diberikan Kuantiti turunan diperoleh dari kemampuan-tekan isothermal

27 Prediksi konduktivitas panas cairan
Untuk PEMAHAMAN konduktivitas panas cairan: Densitas cairan CCl4 pada 20 oC dan 1 atm adalah g cm-3, dan kompresibilitas 90.7 x 10-6 atm-1. Berapakah konduktivitas panasnya?

28 Jawaban :

29 TEORI KONDUKTIVITAS TERMAL PADATAN
Bergantung banyak faktor yang sulit untuk diukur atau diprediksi. Pada padatan pori, konduktivitas panas bergantung pada fraksi pori, ukuran dan fluida dalam pori Pada material kristal, ukuran fasa dan kristal berpengaruh Pada padatan amorphous, derajat orientasi molekul memiliki efek penting Konduktivitas panas padatan didiskusikan oleh Jakob Logam lebih menghantarkan panas dibanding non-logam

30 Material kristal menghantarkan panas lebih baik daripada amorphous material
Padatan berpori kering lebih rendah menghantarkan panas sehingga baik untuk insulasi panas

31 Konduktivitas logam murni berkurang dengan meningkatnya temperatur, sementara non-logam meningkat
Konduktivitas panas dan elektrik bersamaan Persamaan Wiedemann, Franz dan Lorenz Angka Lorenz, L Pada temperatur yang sangat rendah, logam menjadi superkonduktor elektrik, tetapi bukan untuk panas

32 Persamaan diatas terbatas untuk paduan karena L bervariasi tergantung komposisi dan temperatur
Untuk logam murni, elektron bebas adalah pembawa panas utama Persamaan tidak cocok untuk non-logam karena elektron bebas yang rendah. Energi berpindah oleh utamanya gerakan molekul