PINDAH PINDAH PANAS ANAS
PENDAHULUAN Pengertian : Pindah panas adalah ilmu untuk meramalkan perpindahan energi yang terjadi karena adanya perbedaan suhu diantara benda atau meterial. Pindah panas yang terjadi pada suatu media dapat terjadi secara tunak ( steady state) atau secara tidak tunak (un steady state) Steady State akan dapat dicapai apabila suhu pada satu posisi dalam media tidak berubah lagi sebagai fungsi dari waktu. Unsteady state dicapai dengan mempertimbangkan adanya perubahan suhu pada satu posisi bahan sebagai fungsi dari waktu ( ini berarti pada waktu yang berbeda, suhu pada posisi tertentu dari media juga akan berbeda.
Beberapa pengertian : Kalor : didifinisikan sebagai Energi yang berpindah karena perbedaan Suhu, jadi energi harus dalam keadaan berpindah, Oleh karena itu tidak pernah dikatakan bahwa kalor yang dimiliki oleh sebuah benda, akan tetapi kalor yang diterima atau dilepaskan oleh sebuah benda. Benda yang menerima kalor suhunya akan naik dan Benda yang melepaskan kalor suhunya akan turun. Suhu :
Ukuran dingin atau panas suatu benda.
Terdapat 3 cara panas dipindahkan ke atau dari suatu media : 1. Konduksi 2. Konveksi 3. Radiasi
Pindah Panas Secara Konduksi •
•
•
Merupakan model pindah panas dari mulekul mulekul dalam suatu ruang padat contoh adalah pemanasan sendok. Besarnya Energi yang mengalir akan dipengaruhi oleh : luas permukaan dan tebal benda dimana panas mengalir, kemudahan benda dilalui panas dan besarnya perbedaan suhu diantara kedua sisi benda tersebut. Persamaan Matematika Untuk pindah panas secara Konduksi (hukum Fourier)
•
Model pindahpanas konduksi pada lempeng monolayer
•
Model pindah panas konduksi pada lempeng multilayer
Untuk benda lempeng yang disusun oleh lebih dari satu lapisan bahan dengan konduktivitas panas dan ketebalan yang berbeda, maka pindah pans harus memperhaikan bahan-bahan penyusunan tersebut.
Dimana : q
= Kecepatan pindah panas/ heat flux (Joule/s)
k
= Konduktifitas panas (J/smoC)
A
= Luas Penampang (m2)
ΔT
= Perbedaan Suhu (oC)
Δx
= Jarak yang ditempuh oleh panas -
= Perpindahan suhu dari tinggi ke rendah
Contoh Soal : 1.
Jika lempengan setebal 1 cm yang salah satu permukaannya memiliki suhu 110 oC dan permukaan lainnya memilii suhu 90 oC. Konduktifitas panas dari lempeng tersebut adalah 17 W/moC. Pada kndisi steady state hitunglah kecepatan aliran panas persatuan luas yang terjadi. Tentukan juga suhu ditengah-tengah lempengan tersebut.
•
Tugas Sebuah pendingin berukuran 3 x6 m2 dibuat dari beton dengan ketebalan 15 cm, konduktivitas panas beton adalah 1,37 W/moC diisyaratkan bahwa laju panas yang hilang melalui dinding tersebut, maksimum adalah 500 watt. Jika terdapat bahan yang dapat berfungsi sebagai insulator ( mempunyai k = 0,04 W/moC), Hitung ketebalan insulator yang dibutuhkan supaya syarat terpenuhi, suhu permukaan adalah 38oC dan dipermukaan dalam adalah 5 oC, bandingkan jika tidak terdapat insulator
Catatan: Untuk nilai konduktivitas panas tiap mahasiswa dibedakan berdasarkan NIM dengan menambahkan 2 watt tiap anak.
Pindah Panas Secara Konveksi •
•
Merupakan proses pindah panas dimana molekul-molekul Zat mengalami perpindahan dalam mengantarkan kalor dan hal ini hanya terjadi pada fluida yaitu zat cair dan zat gas Pergerakkan fluida yang terjadi pada panas konveksi terjadi dengan 2 cara yaitu terjadi secara alami (karena adanya perbedaan densitas) dan secara paksa (karena adanya gaya mekanik).
Dimana : q
= Kecepatan pindah panas
h
= Koefisien pindah panas Konveksi(W/m2oC)
Ts
= Suhu Permukaan( oC)
Ta
= Suhu lingkungan( oC)
A
= Luas permukaan (m2)
Contoh 1. Laju aliran panas dari lempengan (plat) metal adalah sebesar 1000 W/m2. Suhu permukaan plat tersebut adalah 120 oC. Perkirakan nilai koefisien pindah panasnya.
Penentuan koefisien pindah panas Konveksi Kemudahan panas mengalir dalam sistem fluida dinyatakan dengan koefisien pindah panas konveksi (h), tingginya nilai h menunjukan tingginya laju pindah panas yang terjadi. Nilai h berbeda-beda tergantung pada jenis fluidanya dan bagaimana konveksi panas dilakukan (spontan/ paksa) Nilai h dipengaruhi oleh beberapa parameter - Sifat fluida (newtonian/ Nonnewtonian) - Sifat aliran bahan (lamnier/ turbulen) - Perbedaan suhu dan sifat fisik fluida
Penentuan niali h untuk fluida newtonian dalam konveksi paksa Melibatkan beberapa bilangan tak berdimensi yaitu Reynold (Re); Prandel (Pr) dan Nusselt Number (Nu)
Untuk mengetahui nilai h, maka perlu diketahui nilai Nusselt Number . Sementara itu nilai dari Nusselt number adalah fungsi dari Reynold (Re); Prandel (Pr) Untuk cairan newtonian Reynold dan prandle dihitung dengan persamaan
A. Aliran Laminar dalam pipa Re <2100 Untuk cairan fluida yang mengalir dalam pipa horisontal, maka hubungan Pr, Re dan Nu dibagi menjadi 2 1. Untuk
2. Untuk
B. Aliran Turbulen dalam pipa jika (Re >4000)
Dimana : h = Koefisien pindah panas knveksi (W/m 2 oC) D = Karakteristik dimensi / Diameter (m) K = Konduktifitas panas fluida (W/m 2 oC) = Densitas fluida ( kg/m 3 ) Ρ V = Laju aliran fluida (m/s) µ = Viscositas fluida (pa.s) Cp = Panas jenis fluida (Kj/Kg oC) µb = viskositas keseluruhan (bulk) µw = Viscositas fluida pada dinding pipa
Contoh: Air mengalir dengan massa aliran 0,02 kg/s dipanaskan menjadi 20 C menjadi 60 C pada alt penukar panas pipa horisontal. Diamter pipa bagian dalam adalah 2,5 cm. Suhu permukaan dalam pipa adalah 90 C. Perkirakan koefisien pindah panas pada permukaan dalam pipa yang panjangnya 1 m tersebut jika diketahui µb 568,026 X 10 6 pa.s, panas jenis air 4,175 kJ/Kg C dan konduktivitas panas air 0,633 W/m C •
•
Langkah-langkah
•
1. hitung nilai Re unk mengetahui jenis aliran
•
2. hitung nilai Pr
•
3. Jika termasuk aliran laminar tentukan salah satu persamaan >100 atau <100
•
4 Hitung nilai Nu
•
5 nilai h dapat ditemukan .
Pindah panas Secara Radiasi •
Merupakan transfer energi tanpa media
•
Dimana
•
A
= Luas permukaan (m2)
•
T4
= Pangkat
•
σ
= Konstanta Stefan Boltzmann (5,76 x10-8 W/m2K2)
•
e
= emisivitas (putih =0; hitam =1)
4 suhu mutlak (K4)
•
•
Contoh dua plat hitam yang suhunya masingmasing 800 dan 300 oC saling bertukar kalor melalui panas. Hitunglah perpindahan kalor persatuan luas Hitung laju kalor yang hilang saat kita tertidur tanpa selimut dianggap bagian tubuh yang tidak ditutupi adalah ½ m2, suhu tubuh 37 0c suhu lingkungan 17 oC dan emisivitas tubuh 0,70
TUGAS •
Carilah contoh soal untuk masing2 model pindahan panas beserta penyelesaiannya.
Jawaban 1. 134000W/m2------ 100 C (142) 2. 10 W/m2 C (162) 3. 69,03 kW/ m2 40 W
