Staff Site Universitas Negeri Yogyakarta

PERAMBATAN PANAS

(

Heat Transfer

)

Ikhwanuddin, MT

FT-UNY

KONVEKSI KONDUKSI

RADIASI KUANTITAS KALOR

PENGANTAR

PENGANTAR

Apa pengertian kalor?

Apakah beda panas dan suhu?

Panas adalah •Dapat dirasakan •Bentuk energi •Dapat ditransfer

PENGANTAR

Suhu adalah

•Ukuran kehadiran panas •Tidak dapat ditransfer

Kalor adalah

•Sesuatu yang dipindahkan antara suatu sistem dan lingkungannya akibat perbedaan suhu

•Energi yang mengalir dari suatu benda ke benda lain karena perbedaan suhu antara keduanya

PENGANTAR

Satuan Kalor adalah

kalori (kal=cal;kcal=10-3 kcal) (SI)

1 kcal= 3,968 Btu (british thermal unit)

1 kcal = jml kalor yang diperlukan 1 kg air untuk menaikkan suhunya sebesar 1 ⁰C

Simbol kalor = Q

PENGANTAR

KUANTITAS KALOR

KUANTITAS KALOR

Menghitung kuantitas Kalor

1. Berdasarkan Kapasitas Kalor (C=heat capacity)

Kapasitas Kalor (C) adalah jumlah kalor (Q) yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebesar ΔT

Rumus: ... (1)

Jadi: ΔQ= C.ΔT ... (2)

T

Q

C

KUANTITAS KALOR

Menghitung kuantitas Kalor

2. Berdasarkan Kalor Jenis (c=cp=specific heat)

Kalor Jenis (cp) adalah kapasitas kalor (C) per satuan massa benda (m)

Rumus: = ... (3)

Jadi ΔQ = m.cp.ΔT ... (4)

KUANTITAS KALOR

Kalor Jenis (c=cp) beberapa zat

Zat Kalor jenis

(cal/gr⁰C) Kalor jenis (J/gr⁰C)

Aluminium 0,215 0,900

Karbon 0,121 0,507

Tembaga 0,0923 0,386

Timbal 0,0305 0,128

Perak 0,0564 0,236

PERAMBATAN KALOR

Bagaimana cara kalor merambat?

Ada 3 cara perambatan kalor,yaitu: 1. Konduksi (Conduction)

2. Konveksi (Convection ) 3. Radiasi (Radiation)

PERAMBATAN KALOR

• Perambatan kalor didalam benda padat

•Perambatan kalor antar benda padat yang bersentuhan secara langsung

• Perambatan kalor didalam zat cair atau udara

• Perambatan kalor antar benda padat melalui media liquid atau udara

• Perambatan kalor antar benda melalui pancaran langsung, tanpa media/perantara

PERHITUNGAN KONDUKSI

Suatu lempengan benda memiliki luas penampang A, tebal Δx, perbedaan suhu antar kedua permukaan ΔT. Akan dihitung kalor (ΔQ) yang mengalir pada lempeng benda selang waktu Δt.

T2 T1

L

PERHITUNGAN KONDUKSI

Berdasaran penelitian: • ΔQ sebanding Δt

• ΔQ sebanding A

• ΔQ sebanding ΔT/Δ x (asalkan ΔT/Δx kecil)

Dibuat persamaan : (kira-kira)

PERHITUNGAN KONDUKSI

• Laju aliran kalor dianalogikan dengan aliran fluida. • Laju aliran kalor (H) didefinisikan sebagai jumlah kalor

(ΔQ) yang mengalir pada suatu penampang per satuan waktu (Δt)

Dibuat persamaan: ... (5a)

Atau: ΔQ = H. Δt ... (5b)

t

Q

H

Skema Laju aliran kalor pada benda solid

ket: A: Luas permukaan, L: tebal , T1&T2: suhu

permukaan.

• Pada Δx yang sangat kecil, maka tebal lempeng=dx, dan beda suhu dT.

• Laju aliran kalor (H) dapat dinyatakan sebagai:

... (6a)

ket:

dT/dx=gradien suhu

dx

dT

A

k

H





.

.

PERHITUNGAN KONDUKSI BAHAN

BERLAPIS

Laju aliran kalor (H) dapat dinyatakan sebagai:

... (6b)

ket:

• k = konstanta konduktivitas termal (kcal/det.m.⁰C) • T1=suhu pada t1, dan T2= suhu pada t2

• Benda dengan k besar=konduktor yang baik

L

T

T

A

k

Konduktivitas panas (k) adalah:

kecepatan aliran panas melalui benda homogen pada permukaan seluas 1 m2 dan ketebalan 1 m. Satuan: J/s.m. oC

Konduktan panas (k’ ) adalah :

kecepatan aliran panas melalui benda homogen pada permukaan seluas1 m2, pada ketebalan tertentu (<1 m).Satuan J/s.oC

Konsep Konduktivitas dan Konduktan

Hubungan konduktan dan konduktivitas adalah:

ket:

k’ = konduktan panas Ln = tebal lapisan

kn = konduktivitas panas bahan ke-n

kn

Ln

k

'



L

T

T

A

k

H



(

2



1

)

Perhatikan rumus dasar laju aliran kalor (H) pada konduksi:

Bila terdapat n keping bahan, maka persamaan H:

Ket:

L1/k1...Ln/kn= k’=konduktan panas

n

k

L

k

L

T

T

A

H

...

2

2

1

1

)

1

2

(









Rumus “H” Dapat disederhanakan menjadi:

Ket:

k’_n=konduktan panas bahan ke-n

n

k

k

k

T

T

A

H

'

...

'

'

)

1

2

(

2

1









[image:27.780.164.764.22.525.2]

Tabel Konduktivitas termal beberapa benda

Benda Kcal/det.m.⁰C J/det.m. ⁰C

Alumunium 4,9x10-2 20 x101

Kuningan 2,6x10-2 _11x101

Tembaga 9,2x10-2 _39x101

Timbal 8,3x10-3 _35x101

Perak 9,9x10-2 _41x101

Baja 1,1x10-2 _46x101

Udara 5,7x10-6 _2,4x10-2

Asbestos 4,9x10-2 _8x10-2

Beton 4,9x10-2 _8x10-1

Kayu 4,9x10-2 _8x10-2

[image:28.780.173.766.25.530.2]

Tabel Konduktivitas Panas Bahan

bahan

Konduktivitas termal ( k) [J/(s-m-C)]

bahan

Konduktivitas termal ( k) [J/(s-m-C)]

Styrofoam 0.010 kaca 0.80

udara 0.026 beton 1.1

Wool 0.040 besi 79

kayu 0.15 Aluminum 240

- 0.20 perak 420

Diketahui: k baja= 14 J/s.m. ⁰ C,

luas area: 2 m2,

beda suhu 475 ⁰C,

jarak antar permukaan benda 10m

Ditanya: Berapa banyak energi dalam waktu 40 detik? Jawab:

Langkah ke-1

H= kA (T2 - T1)/L

H= 14 (2)(475)/10 H= 1330 J/s

Langkah ke-2

Q= Ht = 1330 J/sx(40) s Q= 5.32 x 104 J

Soal:

Berapa joule per detik jumlah energi panas yang merambat melalui dinding? (lihat gambar)

Diketahui:

k (insulasi) = 0.20 J/(s-m-C) k (kayu) = 0.80 J/(s-m-C)

CONTOH PERHITUNGAN

KONDUKSI

Ditanya: a) H insulasi?

b) H kayu? Jawab:

H Insulasi

H_ins = (0.20)(40)(25 - T)/0.076 (1) = 2631.6 -105.3 T (2)

H kayu

H_wood = (0.80)(40)(T - 4)/0.019 = 1684.2 T - 6736.8

konsep: H kayu=H insulasi

H_wood = H_ins

1684.2 T - 6736.8 = 2631.6 -105.3 T (3) 1789.5 T = 9368.4 (4) T = 5.235 C (5)

PERHITUNGAN KONVEKSI

Suatu Fluida berada didalam wadah, yang salah satu permukaannya seluas (A) lebih panas dari fluida

dengan selisih ΔT.

Laju aliran kalor (H) yang terdapat pada fluida adalah: ... (7)

hc : koefisien konveksi (W/m2.K)

A : luas permukaan (m2)

ΔT: beda suhu permukaan panas dan dingin (⁰K)

H : laju aliran kalor (J/sec)

)

.(

.

A

T

₂

T

₁

h

PERHITUNGAN RADIASI

Laju radiasi panas per detik dihitung dgn rumus Stefan-Boltzmann:

e = emissivitas (0-1)

σ = konstanta Stefan-Boltzmann = 5.67 x 10-8 _J/(s.m2_.K4₎

A = luas pemukaan (m2)

T = suhu benda(⁰Kelvin)

4

.

.

.

A

T

e

EMISIVITAS (e ) dan ABSORBSI (α ) panas

PERHITUNGAN RADIASI

• Emisivitas (e ) adalah kemampuan bahan untuk memancarkan kembali panas yang diterima

• Absorbsi panas (α ): kemampuan untuk menyerap panas

• Panas yang tertahan pada benda, disebut indek serapan panas (q). Dihitung dg rumus:

)

1

Konsep hubungan: Emisivitas (e ) dan Absorbsi (α ) panas

PERHITUNGAN RADIASI

Energi yang diterima =

CONTOH SOAL 1:

Berapa banyak energi panas yang dipancarkan oleh permukaan sebuah benda kubus dengan rusuk 5m yang bersuhu 500K dalam waktu 10 menit?

JAWABAN:

Diketahui: t = 10 x 60 seconds = 600 s Ditanya: Q?

Jawab:

H = esA T4

Q = H.t

Q = ((0.8)(5.67x10-8_)(5)(500)4 _{)x (600)}

= 8.5 x 106 J

H = e

σ

AT

4

CONTOH SOAL 2:

Berapa banyak radiasi dari kulit tubuh manusia?

JAWABAN:

Diketahui: suhu tubuh manusia (T)= 37 C = 37 +273 = 310 K, Perkiraan luas permukaan kulit ( A) = 1.5 m2

emisivitas = 0.70 Ditanya: H....?

Jawab: H = eA T4

= (0.70)(5.67 x 10-8_{)(1.5 m}2₎₍₃₁₀₎4

= 550 watts (5 light bulbs)

Ket: e=0,70. Matahari memancarkan ±1000 watt/m2 pada

permukaan bumi, 30% nya direfleksikan, sehingga absorbsinya 700 watt/m2.

1. Berapa kalori makanan yang harus dibakar oleh tubuh per jamnya, jika laju panas yang terbuang dari tubuh 219 J/det?

2. Berapa indeks panas yang diserap oleh suatu

bahan dengan e=0,6 dan α = 0,7?

Soal no.1

Diketahui:

1 Kilo kalori = 1000 al 1 jam= 3600 detik

H = 219 J/det Ditanya: Q=...?

Jawab: Q= ΔH x Δ t

Q= 219 x 3600 = Q= 7.88 x 105 J

Jadi Jumlah kalori makanan yang harus dibakar: 7.88 x 105 J / (4186 J/Kkal) = 188 Kkal

catatan: 4186 J = 1 Kkal

Soal no. 2:

Diketahui: α = 0,7.

e = 0,6. Hitung berapa indeks panas (q) yang ditahan oleh bahan tersebut!

Ditanya: q= ...?

Jawab: q= (α).(1- e) = (0,7)(1- 0,6)

= (0,7) (0,4) = 0,28

SELESAI

Selamat Istirahat

Menyehatkan badan

Aduhai senyumnya