4. Transfer Panas Dan Massa

download 4. Transfer Panas Dan Massa

of 30

  • date post

    10-Nov-2015
  • Category

    Documents

  • view

    227
  • download

    10

Embed Size (px)

Transcript of 4. Transfer Panas Dan Massa

Slide 1

Transfer Panas dan Massa1PendahuluanProses dalam kehidupan bergantung pada transfer panas dan massa.Misalkan:Pertukaran karbon dioksida antara daun dan atmosferKebutuhan oksigen oleh mikroorganismePertukaran oksigen dengan karbon dioksida pada paru-paru binatangKehilangan panas secara konduksi dari permukaan kulit binatang Bagian penting dalam kajian ekologi biofisika2Tujuan

3Kebergantungan yang kuat antara konduktivitas hidrolik pada potensial air dalam dalam tanah yang tidak jenuh diindikasikan dengan K () Difusivitas memiliki ukuran yang sama dan mereka memiliki kesamaan temperatur dan ketergantungan tekanan (dapat dituliskan dengan teori kinetik)Transfer panas dan massa dapat dianalogikan dengan hukum ohm dalam bentuk makroskopikResistansi digunakan untuk menghitung pertukaran panas dan massaKonduktansi menunjukkan nilai fluks4Hukum Hukum Transfer Panas dan Massa:Hukum Newtons dari viskositas untuk perpindahan momentumHukum Fluks untuk perpindahan difusi dari materialHukum Fouriers untuk perpindahan panasHukum Darcy untuk aliran fluida ( air ) pada medium serap ( tanah)

5Resistor Seri

Konduktor Seri

Rangkaian Seri

Rangkaian SeriGambar 1:Resistor seri : resistansi dan temperatur dari inti hewan ke udara sekitar.

Contoh :Aliran panas dari inti hewan ke udara sekitar. Resistansi aliran panas ditunjukkan pada gambar 1. Disini Ta adalah temperatur udara, Ts adalah temperatur permukaan lapisan, To adalah temperatur permukaan kulit, dan Tb adalah temperatur inti tubuh. Resistansi ditunjukkan oleh lapisan pembatas dari udara, untuk lapisan, dan untuk jaringan.

Rangkaian SeriResistor paralel

Konduktor paralel

Rangkaian Paralel

Contoh: Pada penguapan air dari permukaan daun. Air dapat menguap melalui stomata dan secara langsung melalui kultikula daun. Hal ini ditunjukkan secara paralel melalui penguapan, seperti pada gambar dibawah ini:

Rangkaian Paralel

Konduktor dalam rangkaian paralel: penyebaran uap yang melewati permukaan daunDalam kasus untuk meghitung rata-rata dari pertukaran uap atau pertukaran kalor laten diantara kanopi tumbuhan dan atmosfir, atau diantara kehidupan organisme dan lingkungan menggunakan rumus :

Perhitungan FluksHal yang perlu diketahui :Konsentrasi uap pada evaporasi permukaanKonsentrasi uap dari udaraResistansi total untuk transfer uap diantara evaporasi permukaan dan udara

Perhitungan FluksCari rata-rata dari penguapan tumbuhan. Asumsikan suhu kanopi adalah 30oC, tekanan uap air adalah 1.0 kPa, konduktansi kanopi adalah 1 mol m-2s-1, dan lapisan pambatas konduktansi adalah 0.5 mol m-2 s-1.Contoh 1Kelembaban pada evaporasi permukaan di dalam daun adalah utamanya 1, (persamaan (4.13), dengan = -1000 J/kg ), jadi

Konsentrasi uap Cva = 1,0 kPa/101kPa = 0,0099. Konduktansi total dari pertukaran uap adalah kombinasi seri dari kanopi dan konduktansi lapisan pembatasPenyelesaian

Penguapan yang hilang adalah

Kerapatan massa fluksnya adalah

Untuk mendapatkan beberapa perkiraan magnitudo dari nomor ini, jika penguapan terus menerus dengan cara demikian selama satu jam,

3600 s x 0,000192 kgm-2s-1 = 0,7 kg/m2 akan diuapkan. Satu adalah 1 mm kedalaman air di atas satu meter kuadrat. Oleh karena itu 1 kg/m2, 0.7 mm air akan menguap dalam satu jam. Panas yang diperlukan untuk menguapkan jumlah air ini adalah

satu joule per detik sama dengan satu watt

Penguapan dari permukaan lahan basah adalah serupa dengan penguapan dari suatu hasil. Ketika permukaan lahan basah, air potensialnya adalah mendekati nol, dan tekanan uap di permukaannya adalah mendekati kejenuhan. Bagian depan yang basah, atau ujung pada lahan di mana mundur ke dalam lahan, dan total (penjumlahan dari hambatan bauran melalui lapis batas dari udara di atas lahan) peningkatan-peningkatan Satu cm lapisan tebal dari lahan yang kering mempunyai suatu konduktansi yang bersifat memencar untuk uap air kira-kira 0,03 mol m-2 s-1Contoh 2:Berapakah tingkat evaporasi dari suatu lahan lembab yang mempunyai ketebalan sebesar 5 cm pada lapisan tanah kering? Asumsikan suhu permukaan yang sama dan kondisi-kondisi tekanan uap air udara seperti pada contoh yang sebelumnya.

. 18Konduktansi tanah adalah 0.03 mol m s/5 = 0.006 mol m sAsumsikan bahwa suhu dari lahan yang basah di bawah lapisan yang kering adalah 30C, sama seperti di dalam contoh yang sebelumnyaHitung fluks uap air seperti contoh yang sebelumnya, tetapi dengan konduktansi lahan secara urut dengan konduktansi lapis batas. Konduktansi keseluruhan uap air adalah 0.0059 mol m s, dan tingkat evaporasinya adalahE = 0.0059 mol m s (0.042-0.0099) = 0.2 mmol m s19Contoh 3:Cari konduktansi uap air (lapis batas kulit lebih) dari suatu kentang, ketika menuju 12 jam pada ruang kerja laboratorium dan kehilangan 3 g air. Suhu Ubi dan laboratorium adalah 22C, dan kelembaban laboratorium adalah 0.53. Luas permukaan dari kentang itu adalah 310 cm.

20Penyelesaian:Berdasarkan persamaan

Nilai evaporasinya adalah

maka didapat persamaan konduktansi :21Berdasarkan tabel A.3, tekanan uap jenuh pada suhu 22C adalah 2.64 kPa. Dari bab 3, perbedaan fraksi molnya adalah

Konduktansinya adalah

22Contoh 4:Angin dengan kelembaban yang hangat dapat secara cepat melelehkan substansi bagian dalam dari salju. Perpindahan kalor ke salju dapat dideteksi dengan baik. Bandingkan kalor laten dan fluks kalor yang pantas pada salju yang mengapung dari udara jenuh pada suhu 5C, jika konduktansi lapis batas adalah 1 mol m s!23PenyelesaianDari tabel A.3, tekanan uap jenuh pada 5C adalah 0.87 kPa, dan pada 0C (suhu permukaan dari pelelehan salju) adalah 0.61 kPa. Kerapatan fluks kalor yang pantas adalah

24Kalor laten dari penguapan dikalikan dengan persamaan

Maka didapat kerapatan fluks kalor laten :Tanda negatif menunjukkan bahwa fluks tersebut adalah untuk permukaan

Total fluks kalor untuk permukaan adalah 261 W/m

Hal yang menarik tentang perhitungan ini yaitu bahwa fluks kalor laten hampir setengah dari total.26Contoh 5:Seseorang mempunyai sleeping bag yang konduktansi termalnya sebesar 0.05 mol m s. Daya hantar panas orang tersebut ketika sedang tidur adalah sekitar 0.5 mol m s. Perpindahan panas melalui lingkungan dengan radiasi dan konveksi. Daya hantar konveksinya adalah 0.25 mol m s dan daya hantar radiasinya adalah 0.1 mol m s. Berapa temperatur terdingin dari sleeping bag yang dapat digunakan ketika seseorang memiliki metabolis rata-rata 50 W/m dan temperatur badannya 30C?27

Jaringan konduktor dari sleeping bag dan lingkungan ditunjukkan pada diagram persamaan (6.10) dan (6.11) dapat digunakan untuk menghitung konduktansi total. Konduktansi keseluruhannya adalahPenyelesaian:

29Jika penurunan temperatur udara dibawah -5.5C. Suhu badan setiap orang akan turun, atau metabolis rata-ratanya harus meningkat.

Tinjau kembali persamaan (6.8) untuk mendapatkan temperatur :30