Perpindahan Panas I - Konduksi [PDF]

Citation preview

PERPINDAHAN PANAS I Konduksi pada Plat Datar, Konduksi pada Silinder, dan Konduksi pada Bola



NAMA



: AGUS MAHENDRA



NIM



: 1419351018



JURUSAN



: TEKNIK MESIN NON REGULER



JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2014



Konduksi panas atau konduksi termal adalah penjalaran kalor tanpa disertaib perpindahan bagian-bagian zat perantaranya. Penjalaran ini biasanya terjadi pada benda padat. Kalor mengalir pada konduktor dari sisi yang bersuhu tinggi ke sisi yang bersuhu rendah. Jadi, pada konduktor, suhu terbagi sepanjang konduktor sehingga membuat semacam lintasan untuk mengalirkan panas dari tempat dengan jumlah panas lebih banyak (suhu tinggi) ke tempat dengan jumlah panas lebih sedikit (suhu rendah). Kuat penjalaran panas yang melewati kooduktor bergantung pada kemiringan pembagian suhu sepanjang konduktor sesuai hukum Fourier:



adalah kuat konduksi, panas.



pembagian suhu pada konduktor, dan



adalah konduktivitas



Konduksi pada Plat Datar



Pada gambar diatas kalor masuk dari sisi kiri dan kemudian merambat dalam dinding hingga mencapai permukaan kanan. Untuk menganalisa persamaan ini dapat digunakan Hukum Fourier yang adalah sbb :



jika persamaan ini diintegrasikan akan menjadi :



Dalam konduksi kalor dikenal juga apa yang dinamakan dengan konsep tahanan termal, dimana pada konsep ini aliran kalor dianalogikan sama dengan aliran listrik sehingga prinsip hukum Ohm dapat diterapkan dalam aliran kalor. Laju perpindahan kalor dapat dianggap sebagai arus aliran, beda suhu dianggap sebagai beda potensial sedangkan konduktivitas panas dan tebal bahan dianggap sebagai tahanan terhadap arus aliran. Dan persamaan Fourier dapat ditulis :



Jika :



Sehingga tahanan termal adalah :



Contoh soal dan penyelesaian : Sebuah Dinding rumah, dibuat dari batu bata dengan k = 0,72 W/m 0K. dinding mempunyai ukuran panjang 4 m, tinggi 2 m dan tebal 30 cm. Permukaan bagian dalam dinding mempunyai temperatur 20 0C dan permukaan bagian luar bertemperatur 0 0C. hitunglah laju aliran panas yang melalui dinding ?



Jawaban : Diketahui :



Ditanya :



Ukuran dinding = 4 m x 2 m Tebal dinding = 30 cm T0 = 20 0C = 293 0K T1 = 0 0C = 273 0K k = 0,72 W/m 0K q = …. ?



Asumsi yang di gunakan :



    



Steady State Material dinding homogeny Distribusi temperatur hanya pada arah x Pada range temperatur 0 0C s/d 20 0C sifat fisik material konstan Efek tepi dan sudut diabaikan



Jawab :



Dimana ∆x = L , sehingga :



Konduksi pada Silinder



Aliran panas radial dengan cara konduksi melalui silinder berpenampang lingkaran yang berlubang, misalnya konduksi pada pipa atau isolasi pipa, dihitung melalui persamaan : qk = k * A * (dT/dr) qk = (2 π k L) * (Ti – To)/ ln (ro/ri) qk = k * A~ * (Ti – To)/ (ro - ri). Keterangan : L = panjang silinder, (m) Ti = temperatur bagian dalam, (K) To = temperatur bagian luar, (K) ri = jari-jari luas bagian dalam, (m) ro = jari-jari luas bagian luar, (m) A~ = luas rata-rata logaritmik, (m2) A~= (2 π L) * (ro - ri)/ ln (ro/ri) A~ = (Ao – Ai) / ln (Ao / Ai) Contoh soal dan penyelesaian : Air panas mengalir melalui sebuah pipa yang mempunyai r 0 = 25 mm dan r1 = 40 mm seperti terlihat pada gambar dibawah. Temperatur air dalam pipa 300 0C. Temperatur udara sekeliling pipa 20 0C. konduktivitas panas pipa adalah 40 (W/m 0K). Hitunglah laju aliran panas per meter panjang pipa.



Jawaban : Diketahui :



r0 = 25 mm = 0,025 m r1 = 40 mm = 0,04 m t0 = 300 0C = 573 0K t1 = 20 0C = 293 0K k = 40 W/m 0K



Ditanya : q/L = …….? Asumsi :  Steady State  Sifat fisik pipa konstan tidak dipengaruhi temperature  Temperatur air masuk pipa sama dengan temperatur keluar pipa.



Penyelesaian :



Jika persamaan ini diintegralkan akan menjadi :







Konduksi pada Bola



Contoh soal dan penyelesaian :



Ruang kerja sebuah tanur laboratorium memiliki ukuran 6 * 8 * 12 m3 dengan tebal dinding 15 cm dan dipanaskan dengan energy ilistrik. Bila dinding terbuat dari batatahanapi, k = 1,09 W/mK dimana temperaturnya dipertahankan 1100OC pada bagian dalam dan 200OC pada bagian luar, tentukan laju aliran panas yang melewati dinding tersebut ! Jawaban : Diketahui :



temperature dinding, T1 = 1100OC = 1373 K temperatursekeliling, T2 = 200OC = 473 K tebal, x = 15 cm = 15 x 10-2 m koefisienperpanbatatahanapi, k = 1,09 W/mK



Ditanya : laju aliran panas yang melewati dinding tersebut =…? Jawab : Panas yang berpindah dari satu sisi kesisi lainnya pada dinding bata, terjadi dengan cara konduksi,,untuk perpindahan panas dengan cara konduksi, berlaku persamaan : qk = k * (A/x) * (Tpanas-Tdingin) qk = 1,09 (W/mK) * 432 (m2) (1373 -473) (K)/ 15 * 10-2 (m) qk = 2825280 W