Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

29

Transcript of Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

Page 1: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6
Page 2: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

PendahuluanProses dalam kehidupan bergantung pada transfer panas dan massa.Misalkan:– Pertukaran karbon dioksida antara daun dan

atmosfer– Kebutuhan oksigen oleh mikroorganisme– Pertukaran oksigen dengan karbon dioksida

pada paru-paru binatang– Kehilangan panas secara konduksi dari

permukaan kulit binatang

Bagian penting dalam kajian ekologi biofisika

Page 3: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

Tujuan

Page 4: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

Kebergantungan yang kuat antara konduktivitas hidrolik pada potensial air dalam dalam tanah yang tidak jenuh diindikasikan dengan K (ψ) 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 fluks

Page 5: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

Hukum – Hukum Transfer Panas dan Massa:

Hukum Newton’s dari viskositas untuk perpindahan momentum

Hukum Fluks untuk perpindahan difusi dari material

Hukum Fourier’s untuk perpindahan panas

Hukum Darcy untuk aliran fluida ( air ) pada medium serap ( tanah)

Page 6: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

Resistor Seri

Konduktor Seri

tco rHrHrHrH

tca gHgHgH

gH111

1

Page 7: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

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

Page 8: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

Rangkaian Seri

Contoh :Contoh :Aliran panas dari inti hewan ke udara Aliran panas dari inti hewan ke udara sekitar. Resistansi aliran panas sekitar. Resistansi aliran panas ditunjukkan pada gambar 1. Disini ditunjukkan pada gambar 1. Disini TTaa

adalah temperatur udara, adalah temperatur udara, TTss adalah adalah temperatur permukaan lapisan, temperatur permukaan lapisan, TToo adalah adalah temperatur permukaan kulit, dan temperatur permukaan kulit, dan TTbb adalah adalah temperatur inti tubuh. Resistansi temperatur inti tubuh. Resistansi ditunjukkan oleh lapisan pembatas dari ditunjukkan oleh lapisan pembatas dari udara, untuk lapisan, dan untuk jaringan. udara, untuk lapisan, dan untuk jaringan.

Page 9: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

Resistor paralel

Konduktor paralel

vsvc

v

rr

r11

1

vsvcv ggg

Page 10: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

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:

Konduktor dalam rangkaian paralel: penyebaran uap yang melewati permukaan daun

Page 11: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

Dalam 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 :

j

jajsjajsjj r

CCCCgF

)()(

Page 12: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

Hal yang perlu diketahui :Konsentrasi uap pada evaporasi

permukaanKonsentrasi uap dari udaraResistansi total untuk transfer uap

diantara evaporasi permukaan dan udara

Page 13: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

Cari 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.

Page 14: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

Kelembaban pada evaporasi permukaan di dalam daun adalah utamanya 1, (persamaan (4.13), dengan ψ = -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 pembatas

1-2-

1-2-1-2-

sm mol 33,0

sm mol 5,0

1

sm mol 1

11

vg

./042,0101/24,41/ molmolkPakPapTehC assrsvs

Page 15: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

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,

1-2-1-2-

-1-2

sm mmol 71,10sm mol 10,0107

)009,0042,0(sm mol 331,0

E

sm

kg

mol

kg

sm

mol2

4

21092.1

018.00107.0

Page 16: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

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

22471440000107.0

m

W

mol

J

sm

molE

Page 17: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

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-1

Page 18: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

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.

.

Page 19: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

Konduktansi tanah adalah 0.03 mol mֿ² sֿ¹/5 = 0.006 mol mֿ² sֿ¹

Asumsikan bahwa suhu dari lahan yang basah di bawah lapisan yang kering adalah 30˚C, sama seperti di dalam contoh yang sebelumnya

Hitung 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 mֿ² sֿ¹, dan tingkat evaporasinya adalah

E = 0.0059 mol mֿ² sֿ¹ (0.042-0.0099) = 0.2 mmol mֿ² sֿ¹

Page 20: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

Contoh 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 22˚C, dan kelembaban laboratorium adalah 0.53. Luas permukaan dari kentang itu adalah 310 cm².

Page 21: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

Penyelesaian:Berdasarkan persamaan

vavsv CC

Eg

Nilai evaporasinya adalah

sm

mol

cmm

cm

gmol

sjam

jamg

waktuluas

hilangyangmassaE

2

22

22

000124.0

1001

310

181

36001

123

j

jajsjajsjj r

CCCCgF

)()(

maka didapat persamaan konduktansi :

Page 22: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

Berdasarkan tabel A.3, tekanan uap jenuh pada suhu 22˚C adalah 2.64 kPa. Dari bab 3, perbedaan fraksi molnya adalah

mol

mol

kPa

kPa

P

hTeCC

a

rasvavs 012.0

101

53.0164.21

Konduktansinya adalah

sm

mmol

mol

molsm

mol

g v 2

2

3.10012.0

00124.0

Page 23: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

Contoh 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 5˚C, jika konduktansi lapis batas adalah 1 mol mֿ² s ֿ¹!

Page 24: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

Penyelesaian

Dari tabel A.3, tekanan uap jenuh pada 5˚C adalah 0.87 kPa, dan pada 0˚C (suhu permukaan dari pelelehan salju) adalah 0.61 kPa. Kerapatan fluks kalor yang pantas adalah

22

1475013.29m

WCC

sm

mol

Cmol

JH

Page 25: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

Kalor laten dari penguapan dikalikan dengan persamaan

22114

101

87.061.0144000

m

W

kPa

kPakPa

sm

mol

mol

JE

j

jajsjajsjj r

CCCCgF

)()(

Maka didapat kerapatan fluks kalor laten :

Page 26: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

Tanda negatif menunjukkan bahwa fluks tersebut adalah untuk permukaan

Total fluks kalor untuk permukaan adalah 261 W/m²

Hal yang menarik tentang perhitungan ini yaitu bahwa fluks kalor laten hampir setengah dari total.

Page 27: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

Contoh 5:Seseorang mempunyai sleeping bag yang

konduktansi termalnya sebesar 0.05 mol mֿ² sֿ¹. Daya hantar panas orang tersebut ketika sedang tidur adalah sekitar 0.5 mol mֿ² sֿ¹. Perpindahan panas melalui lingkungan dengan radiasi dan konveksi. Daya hantar konveksinya adalah 0.25 mol mֿ² sֿ¹ dan daya hantar radiasinya adalah 0.1 mol mֿ² sֿ¹. Berapa temperatur terdingin dari sleeping bag yang dapat digunakan ketika seseorang memiliki metabolis rata-rata 50 W/m² dan temperatur badannya 30˚C?

Page 28: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6
Page 29: Bab 6 Transfer Panas Dan Massa Kel 6

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

Penyelesaian:

1204.0

5.01

05.01

1.025.01

1

smmolgH