PERPINDAHAN PANAS (HEAT TRANSFER) - Teknik …

1 PERPINDAHAN PANAS (HEAT TRANSFER) LuqmanBuchori, ST, MTJurusanTeknikKimiaFakultasTeknikUNDIP , , Process heat transfer , International Student Edition, McGraw Hill Kogakusha, Ltd., New , , heat transfer , sixth edition, McGraw Hill, Ltd., New York, , M., Fundamentals of heat transfer , John Willey & Sons Inc., New York, Witt, Fundamentals of heat transfer , John Willey & Sons Inc., New York, , heat transfer , a basic approach , , , heat Transmision , 3rd edition, McGraw Hill Book Company, Inc.

2 , New York. MATERI (Konduksi, Konveksi, Radiasi). mempelajari PERPINDAHAN PANAS : Persamaandifferensialbiasa/parsial Mekanikafluida KonsepneracaenergithermodinamikaDefinisi :Ilmuyang mempelajaritentanglajuperpindahanpanasdi antaramaterial/bendakarenaadanyaperbedaa nsuhu(panasdandingin) Panasakanmengalirdaritempatyang suhunyatinggiketempatyang suhunyalebihrendahKEGUNAAN ILMU PERPINDAHAN PANASU ntukmerencanakanalat-alatpenukarpanas(he at Zexchanger).ZUntukmenghitungkebutuhanmed ia pemanas/ (evaporator).ZUntukperancanganreaktorkim ia Eksotermisbutuhpendingin EndotermisbutuhpemanasMEKANISME PERPINDAHAN (hantaran) (sinaran) 1.

3 KONDUKSIA dalahprosesperpindahanpanasjikapanasmeng alirdaritempatyang suhunyatinggiketempatyang suhunyalebihrendah, denganmedia penghantarpanastetap. DasarDasar: : HukumHukumFourierFourier =dxdTkAqk =dxdTAkqkatauContohperpindahanpanaskondu ksiPerpindahanpanaskonduksipadabahandeng anketebalanberbeda, mana yang lebih lama naik suhunya ?Perpindahanpanaskonduksipadabahandengan panjangberbeda, manayang lebihlama panasnya? Perpindahanpanaskonduksipadabahandengan suhuberbeda, manayang lebihcepatkonduksinya? 2.

4 KONVEKSIY aituperpindahanpanasyang terjadiantarapermukaanpadatdenganfluiday ang mengalirdisekitarnya, denganmenggunakanmedia penghantarberupafluida(cairan/gas) DasarDasar: : HukumHukumNewtonNewton =sTwTchAcq =sTwTAchcqatauContohperistiwaperpindahan secarakonveksiPergerakanudarapadaperisti waperpindahankonveksidengansumberpanaspa dasalahsatusudutnyaMacam- (free convection/natural convection)perpindahanpanasyang disebabkanolehbedasuhudanbedarapatsajada ntidakadatenagadariluaryang mendorongnya. Contoh: plat PANAS dibiarkan berada di udara sekitar tanpa ada sumber gerakan dari (forced convection)perpindahanpanasalirangas ataucairanyang disebabkanadanyatenagadariluarContoh: plat PANAS dihembus udara dengan kipas/blower3.

5 RADIASIA dalah PERPINDAHAN PANAS yang terjadi karena pancaran/sinaran/radiasi gelombang elektro-magnetik, tanpa memerlukan media perantaraDasar: HukumStefan-Boltzman4 ATqr = PERPINDAHAN PANAS KONDUKSI, KONVEKSI, RADIASIP erpindahanpanaskonduksiketanahmelaluiblo kbetonPerpindahan PANAS konveksi alami dan/atau konveksi paksaanPanasradiasidarimatahariPanasyang dipancarkandandipantulkanPERPINDAHAN PANAS KONDUKSIPERPINDAHAN PANAS KONDUKSI, STEADY PERPINDAHAN PANAS KONDUKSI, STEADY STATE (TUNAK), KOORDINAT SATU DIMENSI STATE (TUNAK), KOORDINAT SATU DIMENSI zMeliputi : -bidang datar (x, y, z)-silinder(r, z, )-bola (r, , )HukumFourier untukperpindahanpanaskonduksi.

6 DxdTAkq =KoordinatCartesian arahz: arahx: arahy:dxdTAkxq =dzdTAkzq =dydTAkyq =KoordinatSilinder arah r: arah : arah z:dzdTAkzq = = ddTArkqdrdTAkrq =KoordinatBola arah : arah r: arah : = ddTArkqdrdTAkrq = = ddTAsinrkqKonduktivitas Thermal(Daya Hantar PANAS )Adalah sifat bahan yang menunjukkan seberapa cepat bahan itu dapat menghantarkan PANAS konduksiPada umumnya nilai k dianggap tetap, namun sebenarnya nilai k dipengaruhi oleh suhu (T).Konduktor bahan yang mempunyai konduktivitas yang baikContoh : logamIsolator bahan yang mempunyai konduktivitas yang jelekContoh : asbesPERPINDAHAN PANAS KONDUKSI PADA PERPINDAHAN PANAS KONDUKSI PADA BIDANG DATARBIDANG PANAS Konduksi Pada Satu Bidang Datar PERPINDAHAN PANAS Konduksi Pada Satu Bidang Datar (Slab)(Slab)qqprofilsuhu T xkAxTq =xTkAdxdTAkq = =Hk.

7 Fourier : Laju PERPINDAHAN PANAS , q aliranTemperatur potensialkonduktivitas thermal, ktebal bahan, xluas permukaan, AtahanantahananpotensialAliran=Analogili strik(Hk. Ohm) RVI= kAxTq =Bila aliran PANAS dinyatakan dengan analogi listrik menjadi :R qT1T2kAxTTRTq12 = = kAxTTRTq21 = =ContohSoal:Salah satu permukaan sebuah plat tembaga yang tebalnya 3 cm mempunyai suhu tetap 400oC, sedangkan suhu permukaan yang sebelah lagi dijaga tetap 100oC. Berapa PANAS yang berpindah melintas lempeng itu?

8 PANAS Konduksi Pada Satu Seri PERPINDAHAN PANAS Konduksi Pada Satu Seri BahanBahanzAliran PANAS dilewatkan pada bidang datar yang disusun berlapis-lapis dengan bahan yang Suhuantarmukamasing-masingnyaadalahT2dan T3. zContoh: padakonstruksifurnace, boiler, dll. xA xB xCqqT1T2T3T4kAkBkCABCA nalogi listrik bahan yang disusun secara seri :RARBRCT1T2T3T4qPersamaan aliran PANAS untuk seluruh bidang datar adalah : = disusunseri: Rth= RA+ RB+ RC+ ..Persamaanaliranpanasuntukbidangyang disusunseriadalah: CBARRRTthRmenyeluruhTq++ = = AkxAkxAkxTTqCCBBAA41 + + =Padakeadaansteady state, panasyang masukpadasisimukasebelahkiriharussamaden ganpanasyang meninggalkansisimukasebelahkanan, qinput= qoutputsehingga, CBAqqqq===CCBBAAthRTRTRTRTq = = = = AkxTTqCCC43 =AkxTTqAAA21 =AkxTTqBBB32 =ContohSoal:Dindingfurnace dilapisioleh3 lapisan: firebrick denganketebalan6 in (k= ), insulating brick (k= ) dancommon brick (k= ).

9 Suhumasukfirebrick, T1= 1800oF, suhumaksimuminsulating brick, T2= 1720oF dansuhuT3= 280oF .zHitunglah ketebalan lapisan insulating brick !zJikacommon brick tebalnya9 in, hitunglahsuhukeluar! PANAS Konduksi Melalui Bahan yang PERPINDAHAN PANAS Konduksi Melalui Bahan yang Disusun Seri dan ParalelDisusun Seri dan ParalelDinding yang terdiri atas beberapa macam bahan yang dihubungkan seri dan paralel dialiri PANAS . PERPINDAHAN PANAS konduksi dianggap berlangsung hanya satu arah (arah x). x1 x2 x3 x412a2b34a4b4cqT0T1T2T3T4qAnalogi listrik untuk susunan seri dan paralel :T0T1T2T3T4R1R2aR2bR3R4aR4bR4cRk1Rk2 Untuk menyelesaikan susunan di atas, maka tahanan yang disusun paralel harus diselesaikan lebih dahulu sehingga pada akhirnya akan terbentuk susunan susunan paralel : Persamaan aliran PANAS untuk susunan di atas adalah.

10 R1R1R1R1321+++=2k31k1 RRRRTthRTq+++ = = b2b2a2a221kAkAkxR+ =1111 AkxR =c4c4b4b4a4a442kAkAkAkxR++ =3333 AkxR =Penyelesaian persamaan aliran PANAS untuk susunan seri dan paralel adalah :c4c4b4b4a4a44333b2b2a2a2211140 AkAkAkxAkxAkAkxAkxTTq++ + ++ + = PERPINDAHAN PANAS KONDUKSI PADA PERPINDAHAN PANAS KONDUKSI PADA , jari-jariluarrodanpanjangL dialiripanassebesarq. SuhupermukaandalamTidansuhupermukaanluar To. TiToriroLAnalogi listrik :R qTiToAliran PANAS hanya berlangsung ke arah radial (arah r) bidang aliran PANAS dalam system silinder ini adalah :Ar= 2 rLSehinggahukumFourier menjadi: drdTrL2kdrdTrkAq = = Kondisibatas(Boundary Condition, BC) :(i) r = riT = Ti(ii) r = roT = ToDengan kondisi batas di atas, persamaan aliran PANAS untuk koordinat silinder adalah : =irorlnoTiTkL2q =irorlog3,2oTiTkL2qataukL2irorlnoTiTRTqt h = = kL2irorlnthR = Dalamhalinitahananthermalnyaadalah.