PERAMBATAN PANAS Heat Transfer PENGANTAR KUANTITAS KALOR PERAMBATAN

PERAMBATAN PANAS (Heat Transfer) PENGANTAR KUANTITAS KALOR PERAMBATAN KALOR KONDUKSI KONVEKSI RADIASI Ikhwanuddin, MT FT-UNY

PENGANTAR Apakah beda panas dan suhu? Apa pengertian kalor? Apa satuan dan simbol kalor?

PENGANTAR 1. Beda Panas dan Suhu Panas adalah • Dapat dirasakan • Bentuk energi • Dapat ditransfer Suhu adalah • Ukuran kehadiran panas • Tidak dapat ditransfer

PENGANTAR 2. Pengertian kalor 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 A B LINGKUNGAN

PENGANTAR 3. Satuan dan simbol kalor 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

KUANTITAS KALOR Bagaimana cara menghitung jumlah kalor suatu benda?

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: Jadi: . . (1) ΔQ= C. ΔT. . . (2)

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 Catatan: Kalor Jenis (cp) air = 1 cal/g ⁰C

PERAMBATAN KALOR Bagaimana cara kalor merambat? Bagaimana menghitung jumlah kalor yang merambat?

PERAMBATAN KALOR Cara kalor merambat atau berpindah Ada 3 cara perambatan kalor, yaitu: 1. Konduksi (Conduction) 2. Konveksi (Convection ) 3. Radiasi (Radiation)

KONDUKSI • Perambatan kalor didalam benda padat • Perambatan kalor antar benda padat yang bersentuhan secara langsung

KOMVEKSI • Perambatan kalor didalam zat cair atau udara • Perambatan kalor antar benda padat melalui media liquid atau udara

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

PERHITUNGAN RAMBATAN KALOR

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. T 1 A L T 2

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: . . (5 a) Atau: ΔQ = H. Δt . . (5 b)

PERHITUNGAN KONDUKSI Skema Laju aliran kalor pada benda solid ket: A: Luas permukaan, L: tebal , T 1&T 2: suhu permukaan.

PERHITUNGAN KONDUKSI • Pada Δx yang sangat kecil, maka tebal lempeng=dx, dan beda suhu d. T. • Laju aliran kalor (H) dapat dinyatakan sebagai: . . . . (6 a) ket: d. T/dx=gradien suhu

PERHITUNGAN KONDUKSI BAHAN BERLAPIS Laju aliran kalor (H) dapat dinyatakan sebagai: . . . (6 b) ket: • k = konstanta konduktivitas termal (kcal/det. m. ⁰C) • T 1=suhu pada t 1, dan T 2= suhu pada t 2 • Benda dengan k besar=konduktor yang baik

PERHITUNGAN KONDUKSI BAHAN BERLAPIS Konsep Konduktivitas dan Konduktivitas panas (k) adalah: kecepatan aliran panas melalui benda homogen pada permukaan seluas 1 m 2 dan ketebalan 1 m. Satuan: J/s. m. o. C Konduktan panas (k’ ) adalah : kecepatan aliran panas melalui benda homogen pada permukaan seluas 1 m 2, pada ketebalan tertentu (<1 m). Satuan J/s. o. C

PERHITUNGAN KONDUKSI BAHAN BERLAPIS Hubungan konduktan dan konduktivitas adalah: ket: k’ = konduktan panas Ln = tebal lapisan kn = konduktivitas panas bahan ke-n

PERHITUNGAN KONDUKSI BAHAN BERLAPIS Perhatikan rumus dasar laju aliran kalor (H) pada konduksi:

PERHITUNGAN KONDUKSI BAHAN BERLAPIS Bila terdapat n keping bahan, maka persamaan H: Ket: L 1/k 1. . . Ln/kn= k’=konduktan panas

PERHITUNGAN KONDUKSI BAHAN BERLAPIS Rumus “H” Dapat disederhanakan menjadi: Ket: k’n=konduktan panas bahan ke-n

PERHITUNGAN KONDUKSI BAHAN BERLAPIS Tabel Konduktivitas termal beberapa benda Kcal/det. m. ⁰C J/det. m. ⁰C Benda Alumunium 4, 9 x 10 -2 20 x 101 Kuningan 2, 6 x 10 -2 11 x 101 Tembaga 9, 2 x 10 -2 39 x 101 Timbal 8, 3 x 10 -3 35 x 101 Perak 9, 9 x 10 -2 41 x 101 Baja 1, 1 x 10 -2 46 x 101 Udara 5, 7 x 10 -6 2, 4 x 10 -2 Asbestos 4, 9 x 10 -2 8 x 10 -2 Beton 4, 9 x 10 -2 8 x 10 -1 Kayu 4, 9 x 10 -2 8 x 10 -2

Tabel Konduktivitas Panas Bahan 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 air 0. 60 intan 2450

CONTOH PERHITUNGAN KONDUKSI Diketahui: k baja= 14 J/s. m. ⁰ C, luas area: 2 m 2, beda suhu 475 ⁰C, jarak antar permukaan benda 10 m Ditanya: Berapa banyak energi dalam waktu 40 detik? Jawab: Langkah ke-1 H= k. A (T 2 - T 1)/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

CONTOH PERHITUNGAN KONDUKSI Soal: Berapa joule per detik jumlah energi panas yang merambat melalui dinding? (lihat gambar)

CONTOH PERHITUNGAN KONDUKSI Diketahui: k (insulasi) = 0. 20 J/(s-m-C) k (kayu) = 0. 80 J/(s-m-C) Ditanya: a) H insulasi? b) H kayu? Jawab: H Insulasi Hins = (0. 20)(40)(25 - T)/0. 076 (1) = 2631. 6 -105. 3 T (2) H kayu Hwood = (0. 80)(40)(T - 4)/0. 019 = 1684. 2 T - 6736. 8 konsep: H kayu=H insulasi Hwood = Hins 1684. 2 T - 6736. 8 = 2631. 6 -105. 3 T (3) 1789. 5 T = 9368. 4 (4) T = 5. 235 C (5) H= Hwood = Hins (6) H= 1684. 2 (5. 235) - 6736. 8 = 2080 J/s (7) H= 2631. 6 - 105. 3 (5. 235) = 2080 J/s (8)

PERHITUNGAN KONVEKSI

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/m 2. K) A : luas permukaan (m 2) ΔT: beda suhu permukaan panas dan dingin (⁰K) H : laju aliran kalor (J/sec)

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. m 2. K 4) A = luas pemukaan (m 2) T = suhu benda(⁰Kelvin)

PERHITUNGAN RADIASI EMISIVITAS (e ) dan ABSORBSI (α ) panas • 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:

PERHITUNGAN RADIASI Konsep hubungan: Emisivitas (e ) dan Absorbsi (α ) panas Energi yang diterima = Energi yang dipantulkan + diserap + dipancarkan kembali

CONTOH PERHITUNGAN RADIASI CONTOH SOAL 1: Berapa banyak energi panas yang dipancarkan oleh permukaan sebuah benda kubus dengan rusuk 5 m yang bersuhu 500 K dalam waktu 10 menit? JAWABAN: Diketahui: t = 10 x 60 seconds = 600 s Ditanya: Q? Jawab: H = es. A T 4 Q = H. t Q = ((0. 8)(5. 67 x 10 -8)(5)(500)4 )x (600) = 8. 5 x 106 J H = eσAT 4

CONTOH PERHITUNGAN RADIASI 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 m 2 emisivitas = 0. 70 Ditanya: H. . ? Jawab: H = es. A T 4 = (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/m 2 pada permukaan bumi, 30% nya direfleksikan, sehingga absorbsinya 700 watt/m 2.

LATIHAN SOAL RADIASI 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?

Kunci Jawaban: 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

Kunci Jawaban: 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 Menyehatkan badan Aduhai senyumnya Wajah polos tanpa dosa Mencari ketenangan jiwa Selamat Istirahat