Perpindahan Panas

Bambang SAJurs. ITP FP UNS

Perpindahan Panas

Ilmu yang mempelajari tentang laju perpindahan panas diantara material/benda karena adanya perbedaan suhu (panas dan dingin)

Panas akan mengalir dari tempat yang suhunya tinggi ketempat yang suhunya lebih rendah

Guna Transfer Panas• Untuk merencanakan alat-alat penukar panas (heat

exchanger).• Untuk menghitung kebutuhan media pemanas/pendingin

pada suatu reboiler atau kondensor dalam kolom destilasi.• Untuk perhitungan furnace/dapur • Untuk perancangan ketel uap/boiler.• Untuk perancangan alat-alat penguap(evaporator).• Untuk perancangan reaktor kimia

Mekanisme Perpindahan Panas

• Konduksi (hantaran)• Konveksi• Radiasi (sinaran)

KonduksiAdalah proses perpindahan panas jika panas mengalir dari tempat yang suhunya tinggi ketempat yang suhunya lebih rendah, dengan media penghantar panas tetap.

dx

dTkAqx

dx

dTkA

qxatau

Dasar : Hukum Fourier

Contoh Konduksi

Perpindahan panas konduksi pada bahan dengan ketebalan berbeda, mana yang lebih cepat ?

Contoh500 oC

500 oC

L 1

L 2

Contoh

25 oC 100 oC

500 oC25 oC

Perpindahan panas dengan beda suhu yang berbeda, mana yang lebih cepat

KonveksiPerpindahan panas yang terjadi antara permukaan padat dengan fluida yang mengalir disekitarnya, dengan menggunakan media penghantar berupa fluida(cairan/gas)

Dasar : Hukum Newton

)( 21 TTAhq cc

Contoh : Konveksi

Perpindahan panas dalam ruangan

Macam-macam Konveksi1. Konveksi Bebas/alamiah (free convection/natural convection)

2. Konveksi Paksaan Konveksi paksaan (forced convection)

Perpindahan panas yang disebabkan oleh beda suhu dan beda rapat saja dan tidak ada tenaga dari luar yang mendorongnya.

Perpindahan panas aliran gas atau cairan yang disebabkan adanya tenaga dari luar

Contoh: kopi panas yg dibiarkan saja diudara sampai dingin

Contoh: kopi panas yg ditiup sampai dingin

RadiasiAdalah perpindahan panas yang terjadi karena pancaran/sinaran/radiasi gelombang elektro-magnetik, tanpa memerlukan media perantara

Dasar: HukumStefan-Boltzman

4ATqr

Perpindahan panas : terjadi secara simultan

Konduksi

RadiasiRadiasi

Konveksi

Koduksi Steady State (Tunak), koordinat satu demensi

Meliputi : - bidang datar (x, y, z)

- silinder(r, z, θ)

dx

dTkAq

Hukum Fourier untuk perpindahan panas konduksi:

Konduktifitas termal (k)

Sifat bahan yg menunjukkan seberapa besar kemampuan bahan tersebut menghantarkan panasSatuan : kcal s -1 m-1 oC Joule s-1m-1 oC Watt m-1 oC

T1

T2q

L

dx

dTkAq

2

1

1

0

T

T

x

x

dTkAdxq )( 21 TTL

kAq

Contoh

Sebuah dinding cool storage terbuat dari kayu dengan ketebalan 10 cm. Suhu dalam dipertahankan -20 oC dan suhu luar ruangan 30 oC. Hitung laju perpindahan panas ! (k kayu = 0,0002 cal s-1 cm-1 (oC)-1 )

Jawab:

cm 10

20) (30 x C cms cal 0,0002

A

q 0-1o-1-1 C

Analogi : arus listrik dg aliran panas

R

VI

kALTT

q)( 21

T1T2q

L

Seri dan paralel

T1 T2T5T4

T3

q3q2

q1

q4

L1 L2 L3 L4

AkLTT

q

1

1

311

)(

AkL

TTq

4

4

254

)(

AkL

TTq

3

3

543

)(

AkL

TTq

2

2

432

)(

R

TTq

)( 21

4321 qqqqq

Ak

L

Ak

L

Ak

L

Ak

LR

4

4

3

3

2

2

1

1

Seri dan paralel

Sebuah dinding cool storage digunakan untuk menyimpan udang dengan kapasitas 100 ton udang. Panas yang timbul dalam gudang disebabkan oleh udang, lampu, mesin, orang yang bekerja, frekuensi bukaan pintu, dan panas yang berasal dari luar gudang merambat melalui dinding gudang. Jika dinding gudang terdiri dari batu-bata, kayu, gabus dan baja dengan ketebalan masing-masing 10 cm, 5 cm, 15 cm dan 2 cm dengan nilai konduktifitas masing-masing 0,0015; 0,0002; 0,0001 dan 0,12 cal s-1 cm-1 (oC)-1. Jika suhu dalam gudang dipertahankan -20 oC dan suhu luar gudang rata-rata sebesar 30 oC, berapa panas yang ditransfer melalui dinding? Koefisien konveksi dalam gudang 0,424 x 10 -4 dan luar gudang 0,567 x 10 -4 cal s-1 cm -2 oC -1.

Contoh Soal

T1 T2T5T4T3

q3q2

q1

q4

L1 L2 L3 L4

AhAk

L

Ak

L

Ak

L

Ak

L

AhR

24

4

3

3

2

2

1

1

1

11

T6 T7

rL2A

dr

dTrLkq 2

dTLkr

drq 2

o

o

rrTTLk

qln

)(2 1

rro

L

Contoh SoalSebuah pasta tomat akan didinginkan menjadi 30 oC, mengalir dalam pipa dengan debit 500 kg/jam dengan suhu 100 oC. Pasta tersebut akan didinginkan dengan menggunakan air yang memiliki suhu 10 oC. Jika koefisien konduktifitas gabungan dinding pipa sebesar 0,14 cal s -1 cm -1 oC -

1, berapa jumlah air yang dibutuhkan (jika beda suhu air keluar pendingin tidak boleh lebih 10 oC dan berapa panjang pipa yang dibutuhkan jika digunakan ukuran diameter pipa 4 in? (Panas jenis pasta tomat 2,4 cal/(gram.oC))

r4

r3

r2

r1

Lk

rr

Lk

r

r

Lk

rr

R 3

3

4

2

2

3

1

1

2

2

ln

2

ln

2

ln

R

TTq

)( 21

T1

T2

Perpindahan panasTiga Dimensi

Bambang S AmantoJur. Ilmu dan Teknologi Pangan

UNS 2012

Hukum II dari Fourierunsteady-state

dx

dy

dz

qx

qzqydx

dTkAqx

dz

dTkAqz

dy

dTkAqy

Terima kasih