Date post: | 07-Jan-2016 |
Category: |
Documents |
Upload: | muhmammad-nur-hasbi |
View: | 253 times |
Download: | 2 times |
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 1/33
ZK-2010 1
by
M Zahri Kadir
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNSRI
( TKM 301 )
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 2/33
ZK-2010 2
1. F. P. I!r"#$ra% &. P. &$'i% Fundamentals of Heat and
Mass Transfer % h Edii"% J"h *i+$y , S"% 200.
2. J.P./"+a% Heat Transfer % h Edii"% M! ra' /i++ "
Sia#"r$% 1442% IS5N 0-0-11266-0 .
3. Fra7 Kr$ih% Mar7 S 5"h% Principles of Heat Transfer,
6h Edii"% /ar#$r "++i P8b+ih$r% N$' 9"r7% 14:%
IS5N 0-0-063:;-;
6. 988 A $$+% Heat and Mass Transfer (SI Units), A
Practical Approach% 3rd Edii"% 200
T$<b""7=
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 3/33
ZK-2010 3
> A#a KAL?R i8
> 5aaiaa Ka+"r 5$r#idah
> 5aaiaa M$7ai$ Fii7ya
> 5aaiaa $hi8ya
> M$a#a P$i M$#$+a@ariya
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 4/33
ZK-2010 6
M$7ai$ P$r#idaha ENERI% $+a+8i 3 !ara=
SISTEM
* %'"r7
%h$a
ϴ%a B+"'
(Adaya% T)
KALOR (HEAT) =
ENERGI ya $da b$r#idah 7ar$a adaya BEDA TEMPERATUR
(Adaya% P)
(Adaya% F)
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 5/33
ZK-2010 ;
KALOR BERPINDAH dalam 3 modus :
RADIASIKONDUKSI KONVEKSI
$+a+8i $dia #ada
aa8 B+8ida dia
aara #$r87aa
d B+8ida b$r$ra7
#$r87ara 7a+"r
aara d8a #$r87aa
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 6/33
ZK-2010
IlustrasiM?&US P$r#idaha Ka+"r
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 7/33
ZK-2010
Mekanisme fsik Perpindahan kalor
KONDUKSI(perpindahan energi dari partikel zat yg lebih energitik ke partikel
yg kurang energitik
Mekanisme Fisiknya: > a7iCiaD $ra7a rad" "+$78+$r (#d B+8ida) → diB8i $$ri
(#"ii "+$78+ r$+ai# $a#)
> a7iCia a"i7 da+a b$87 +ai!$ Cibrai" ( #d "+id)> $ra7a ra+ai $+$7r"2 b$ba ( #d 7"d87"r)
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 8/33
ZK-2010 :
MEKANISME PERPINDAHAN KALOR KONDUKSI
DALAM PHASE ZAT ANG BERBEDA
• Pada solid! merupakan kombinasiadanya vibrasi molekul2 dalam
sebuah lattice dan transport energioleh elektron2 bebas.
• Pada "as dan #i$uid!
karena adanya tumbukan(collision) dan difusi molekul2yang bergerak random.
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 9/33
ZK-2010 4
&ari $7#$ri$ F"8ri$r% dida#a=
dx
dT Ak .−=
LA!U PERPINDAHAN KALOR KONDUKSI
!
∆
∆ΤΑ∝
aa8
dx
dT k " −=
&iaa= " # 7"d87iCia $ra+ baha% *D "
/$a F+"' ra$ (+a@8 #$r#idaha 7a+"r )% *
DA /$a B+8< (B+87 7a+"r)% *D2
A L8a bida #$r#idaha 7a+"r ($a7 +8r8 arah a+ira 7a+"r)% 2.
#
T T
k 12 −
Α=⇒
&a+a b$87 diBB$r$ia+=
+i ΔX G0
T$ T%
L
A
→ Fourier$s #a%&
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 10/33
ZK-2010 10
&a+a b$87 C$!"r #$r 7"d87i (/7 F"8ri$r) =
/$a B+8<
(*D2 )
" Hk ∇T
Temperature 'radient (
D℃ )Thermal conductiit
( *D.℃ )
K"d87i di$i-a8 $di $+a+8i didi daar d$a thermal
conductiit konstan &
#
T T k "
#T T k
dxdT k "
x
x
21
12
−=
−−=−=
LA!U PERPINDAHAN KALOR KONDUKSI
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 11/33
ZK-2010 11
%ahan mana yangmengkonduksikan
kalor lebih baik&ahan yang mempunyaikonduktivitas termalyang rendah disebutinsulator
KONDUKTIVITAS TERMAL& "
G'Ga*+"
Ko,du"-+.+-as -/mal '/'a0a+ 'a1a, 2ada su1u "ama
• !ide"nisikan#
• kemampuan suatu bahanmengkonduksikan kalor
• tidak sama untuk tiapbahan
$ada suhu kamar#k% &.'& *m & + utk air
(,ater)
k% &.2 *m & + utk besi(iron)
)D( xT
"k x
∂∂−=
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 12/33
ZK-2010 12
KONVEKSI
Mekanisme Fisiknya: $ra7a rad" "+$78+$r (diBB8i) $ra7a a7r"7"#i7D b8+7 B+8ida
($r@adi #$r#idaha aa).
P$r#idaha 7a+"r aara 8a8 #$r87aa d$a B+8ida ya b$r$ra7.
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 13/33
ZK-2010 13
LA!U PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI
N/-o,4s La o* 5ool+,0:
#a*u perpindahan kalor koneksi (pendin'inan se+uah +enda)se+andin' den'an+eda suhu antara +enda dan sekelilin'na
R$+ai K"C$7i $rhada# a+ira $+a+8i 8a8 #$r87aa% da #$r8b8ha +a#ia
baa (b"8dary +ay$r) 7$!$#aa da $ra+=
-ote# uhu fluida padapermukaan samadengan suhu solid(heated surface)/ 0
y%&%0
s
)(∞
•
−= T T hA S S con(
h % koe1sien perpindahan kalor/*m2.& +
% Luas permukaan
0 % suhu permukaan
03 % suhu 4uida bebas
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 14/33
ZK-2010 16
K?NEKSI 5E5ASK?NEKSI PAKSA
&i+iha dari #$y$bab $r@adiya $ra7aDa+ira B+8idaya% 7"C$7i dibai d8a=
A+ira B+8ida di$bab7a "+$h $$ri+8ar. Fluida sudah men'alir se+elum
ter*adi perpindahan kalor .
A+ira B+8ida di$bab7a aya a#8 7ar$a
adaya b$da d$ia da+a B+8ida. 5$da
d$ia ii di7ar$a7a adaya b$da 8h8
#ada baia B+8ida a7iba $r@adiya
#$r#idaha 7a+"r. Fluida men'alir setelah
ter*adi perpindahan kalor
(Fr$$ "C$!i")
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 15/33
ZK-2010 1;
D+-+,6au da+ Pos/s 2/2+,da1a, "alo& "o,./"s+ d+0olo,0"a,:
a) 7o8/d 5o,./8-+o,& ') 7//9Na-ual
5o,./8-+o,
8) Bo+l+,0& d) 5o,d/,sa-+o,
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 16/33
ZK-2010 1
5h6 bukan sifat 4uida/ditentukan secarae7perimental/ tergantung
pada#
8 geometri permukaan
8 aliran* gerakan4uida
8 sifat8sifat 4uida
8 kecepatan 4uida
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 17/33
ZK-2010 1
Mengapa terdapat angin pada pantai ?
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 18/33
ZK-2010 1:
Sumber Udara Dingin
Dimanakahruang freezer
terletak dalamsebuah lemari
es ?
RuangFreezer
Ruang freezer
terletak di bagianatas (menjadikan
tempat sumber udaradingin) sehigga udaradingin mengalir turun
ke bawahmendinginkan makanan
Ruang bagian bawahlebih hangat, sehingga
udara hangat naik danterjadilah arus
konveksi.
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 19/33
ZK-2010 14
RA&IASI
Mekanisme Fisiknya:
&ira#"rai7a $+a+8i $+"ba $+$7r"a$i7 aa8 #h""
(a#a $di8 #$raara)
E$ri ya di#a!ar7a "+$h b$da di$bab7a #$r8baha 7"Bi8rai $+$7r" a"
aa8 "+$78+ b$da $r$b8 da dira#"rai7a $baai $+"ba
$+$7r"a$i7 aa8 #h"".
""h Radiai
E$ri aahari $!a#ai b8i
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 20/33
ZK-2010 20
89adiasi termal# bentuk radiasi yang dipancarkan olehbenda karena suhunya.
8entuk lain radiasi elektromagnetik: X8rays/ gamma rays/micro,aves/ dan television ,aves tidak berhubungan
dengan suhu.
S/mua '/,da '/su1u d+a-as ,ol a'solu- m/ma,8a"a,
ad+as+ -/mal> Tida7 $b88h7a $di8 #$raara
> M$raba d$a 7$!$#aa !ahaya.> &a#a $+$'ai r8a Ca78
A++ b"di$ a a $#$ra8r$ ab"C$ ab"+8$
$r" $i h$ra+ radiai"
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 21/33
ZK-2010 21
LA!U PERPINDAHAN KALOR RADIASI
La;u radiasi maksimum yang dapat dipancarkan dari sebuah
permukaan/ menurut hukum S-/*a,Bol-;ma,, #
6
a<% S S emit T A σ =
• 7"aa S$Ba-5"+a
;. × 10-: *D2.K 6.
A L8a #$r87aa% 2
T 8h8 ab"+8 #$r87aa% K$+Ci
enda hitam (lack body) atau9adiator ideal adalah sebuahpermukaan yang diidealisasikanyang memancarkan radiasi denganla;u maksimum (sesuai hukumtefan8olt<mann)
P$r87aa R$a+ $a!ar7a radiai +$bih 7$!i+% yai8=
6
S S emit T A εσ =
•ε
10 ≤≤ ε =ntuk benda real
=ntuk benda hitam1=ε
EiiCia #$r87aa
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 22/33
ZK-2010 22
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 23/33
ZK-2010 23
)( 66
surr s srad T T A −=∈
•
σ
)(∞
•
−= T T Ah s scom+ined rad
>asus khusus9adiasi permukaan kecil yang dilingkupi oleh permukaan
Radiai biaaya r$+aiB b$ar $rhada# 7"d87i aa8 7"C$7i b$ba $a#i r$+aiB 7$!i+ $rhada#
7"C$7i #a7a. Ma7a radiai da+a a#+i7ai 7"C$7i #a7a biaaya diabai7a% 7h88ya bi+a
$+iba7a #$r87aa $iiCia r$dah da "d$ra $#$ra8r r$dah.
h!"bi$d = ab8a $B$7 7"C$7i da radiai
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 24/33
ZK-2010 26
SI7AT RADIASI DARI SEBUAH PERMUKAAN
> Em+ss+.+-as ( ɛ )
> Ab"r#iCia ( )> TraiiCia ( )> R$B+$!iCiy ( ? )
-enda hitam (-lack+od) merupakan&
.mitter sempurna ( /0 ) dan A+sor+er sempurna(ɛ 1 /0)
($$ri y di#a8+7a)
($$ri y di$ra#)
($$ri y di$r87a)
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 25/33
ZK-2010 2;
r$$h"8$ EBB$!
Radiai aahari $rdiri
dari 7"#"$ $+"ba
#a@a da #$d$7. Ji7a
radiai ii @a8h #ada
$b8ah $di8
$ira#ara% $#$ri air
aa8 $+a% d8a ha+ a7a
$r@adi $rhada# baia
radiai ya ida7
di#a8+7a. K"#"$
$+"ba #a@a a7a
di$ra# #$r87aa
$di8% da 7"#"$$+"ba #$d$7 a7a
di$r87a "+$h
#$r87aa.
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 26/33
ZK-2010 2
)( 66
surr S S rad T T A −=
•
εσ
)(∞
•
−= T T AhS S com+ined total
>oe1sien perpindahan kalorgabungan (hcombined ) mencakup
efek konveksi dan radiasi/dalam contoh perpindahan
kalor konduksi diabaikan.
K"biai P$r#idaha Ka+"r
Radiai da K"C$7i
h !"bi$d hrad h!"C
hrad ɛ O(T2 T8rr
2 )(T T8rr )
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 27/33
ZK-2010 2
alaupun terdapat tiga mekanismeperpindahan kalor/ pada sebuah mediumhanya dapat ter;adi secara simultan(serentak) hanya dua modus.
@akum# $erpindahan kalor melaluiruang vakum hanya dapat ter;adidalam modus 9adiasi.
Aluida# 8konduksi dan radiasi (bila 4uida
diam)
8konveksi dan radiasi (bila 4uidabergerak)
8konduksi dan konveksi (no radiation)
M"d8 #$r#idaha 7a+"r ya $r@adi $!ara $r$a7
S"+id= 7"d87i da radiai
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 28/33
ZK-2010 2:
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 29/33
ZK-2010 24
M$id$Bi7ai M"d8 P$r#idaha Paa
No.1
Modus perpindahan kalor yang terjadi pada saat memasak
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 30/33
ZK-2010 30
No.2
Mekanisme kehilangan kalor dari tubuh seseorang pada saat duduk
beristirahat.
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 31/33
ZK-2010 31
No.3
Modus perpindahan kalor yang terjadi pada termos botol air panas
1 = 7"C$7i b$ba dari !"BB$ 7$ B+a7
2 = 7"d87i $+a+8i B+a7
3 = 7"C$7i b$ba dari B+a7 7$ air (8dara)6 = 7"C$7i b$ba dari 8dara 7$ !"C$r
; = radiai $" aara #$r87aa +8ar B+a7 da #$r87aa da+a !"C$r
= 7"d87i $+a+8i !"C$r
= 7"C$7i b$ba dari !"C$r 7$ 8dara 7aar
: = radiai $" aara #$r87aa +8ar !"C$r da $7$+i+i
7/17/2019 01PKD Modus Perpindahan Kalor
http://slidepdf.com/reader/full/01pkd-modus-perpindahan-kalor 32/33
ZK-2010 32
Kom/,-a u,-u" ,o3P$rbai7a ra!aa da#a di+a787a d$a=
1. M$8a7a #$r87aa y dia+8ii ($iiCia r$dah) 887 B+a7 da !"C$r
$hia radiai $" da#a di78rai
2. M$Ca787a r8a 8dara (air #a!$) aa8 $8a7a baha #$ii Di"+a"r 887
$hi+a7a 7"C$7i b$ba.
P$r87aa $7i+a# $a8+7a 7a+"r radiai% R8a Ca78 $!$ah
7"C$7i da 7"d87i% I8+a"r $8rai 7"d87i.