DASAR PERPINDAHAN PANAS

MAKALAH

Untuk memenuhi tugas matakuliah

Perpindahan Panas

yang dibina oleh Bapak Didik Nurhadi

Oleh

Ahmad Zunaidi 110513428019

Ahmad Zakky Husada 110513428040

Gogik Ibnu Sartono 110513428020

Tiwit Nor Hidayat 110513428025

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK MESIN

September 2012

1. PENGERTIAN PERPINDAHAN PANAS

Panas telah diketahui dapat berpindah dari tempat dengan temperatur lebih tinggi ketempat dengan tempeatur lebih rendah. Hukum percampuran panas juga terjadi karenapanas itu berpindah, sedangkan pada kalorimeter, perindahan panas dapat terjadi dalambentuk pertukaran panas dengan luar sistem.

Jadi pemberian atau pengurangan panas tidak saja mengubah temperatur atau fasazat suatu benda secara lokal, melainkan panas itu merambat ke atau dari bagian lainbenda atau tempat lain. Peristiwa ini disebut perpindahan panas.

Menurut penyelidikan, perpindahan tenaga panas dapat dibagi dalam beberapa golongancara perpindahan. Panas itu dapat merambat dari suatu bagian ke bagian lain melaluizat atau benda yang diam. Panasjuga dapat dibawa oleh partikel-partikel zat yang mengalir.Pada radiasi panas, tenaga panas berpindah melalui pancaran yang merupakan juga satucara perindahan panas. Umumnya perindahan panas berlangsung sekaligus dengan ketigacara ini.

Perindahan panas melalui cara pertama disebut perpindahan panas melalui kondoksi.Cara kedua, perindahan panas melalui konveksi dan cara ketiga melalui radiasi.

Di sini kita mepyelidiki peristiwa berlangsungnya perindahan panas itu. Kalau kitamenganggap perindahan panas berlangsung secara mengalir analogi dengan aliran listrikatau aliran fluida, maka aliran panas ini kita namakan arus panas.

Kita definisikan arus panas ini sebagai jumlah tenaga panas per satuan waktu ataudaya panas melalui penampang tegak lurus kepada arah arus. Oleh sebab itu arus panasrata-rata adalah

H=∆Q∆τ

dengan ∆ τ sebagai waktu perpindahan panas yang dipandang.Karena arus panas dapat berubah-ubah menurut waktu, maka arus panas pada

setiapsaat adalah

H= lim∆τ→ 0

∆Q∆ τ

=dQdτ

(1)Perindahan panas dapat kita ketahui melalui perubahan temperatur. Oleh

karenanyaperlu ditentukan hubungan antara arus panas dan perubahan atau perbedaan temperatur.

Bagi kalorimeter yang mengalami pertukaran panas dengan luar sistem, akibat perpindahanpanas, Newton memberikan suatu koreksi yang dikenal sebagai hukum pendinginanatau pemanasan Newton.

2. MACAM PERPINDAHAN PANAS1. Konduksi2. Konveksi3. Radiasi

PENGERTIAN KONDUKSI PANASTenaga panas dari suatu bagian benda bertemperatur lebih tinggi akan mengalir melaluizat benda itu ke bagian lainnya yang bertemperatur lebih rendah. Sebagai arus panas,perpindahan panas ini memenuhi definisi (1). Zat atau partikel zat dari benda yangdilalui panas ini sendiri tidak mengalir sehingga tenaga panas berpindah dari satu partikelke lain partikel dan meneapai bagian yang dituju. Perpindahan panas seeara ini disebutkonduksi panas; arus panasnya adalah arus panas konduksi dan zatnya itu mempunyaisifat konduksi panas. Konduksi panas ini bergantung kepada zat yang dilaluinyan danjuga kepada distribusi temperatur dari bagian benda sedangkan, menurut penyelidikan,selanjutnya juga bergantung sedikit banyak kepada temperatur itu sendiri. Berlangsungnyakonduksi panas melalui zat dapat diketahui oleh perubahan temperatur yang terjadi.

Ditinjau dari sudut teori molukuler, yakni benda atau zat terdiri dari molekul,pemberian panas pada zat menyebabkan molekul itu bergetar. Getaran ini makin bertambahjika panas ditambah, sehingga tenaga panas berubah menjadi tenaga getaran. Molekulyang bergetar ini tetap pada tempatnya tetapi getaran yang lebih hebat ini akan menyebabkangetaran yang lebih keeil dari molekul di sampingnya, bertambah getarannya, dandemikian seterusnya sehingga akhirnya getaran molekul pada bagian lain benda akanlebih hebat. Sebagai akibatnya, temperatur pada bagian lain benda itu akan naik dan kitalihat bahwa panas berpindah ke tempat lain.

Jadi pada konduksi panas, tenaga panas dipindahkan dari satu partikel zat ke partikeldi sampingnya, berturut-turut sampai meneapai bagian lain zat yang bertemperatur lebihrendah.

KONDUKSI PANAS PADA KEADAAN TETAP

Apabila temperatur dari suatu benda pada dua tempat adalah tetap dan berlainan, makaakan terjadi konduksi panas. Konduksi panas demikian yakni antara bagian dengantemperatur tetap disebut konduksi panas pada keadaan tetap. Arus konduksi tentunyabergantung juga kepada distribusi temperatur tetap ini pada benda itu, di samping bentukbenda itu sendiri.

Di sini kita akan melihat hanya hal-hal yang sederhana, yakni keadaan dengan hanyadua temperatur tetap yang terletak simetris pada benda bersangkutan. Pada keadaanseimbang, arus panas antara kedua tempeatur tetap ini akan tetap harganya.

Pada gambar 19 terlihat suatu keping datar plan-paralel, dengan luas kedua permukaanbidang yang berhadapan adalah A dan masing-masing mempunyai temperaturetetap t1 dan t2 (t1 > t2).

t 1 t2

A H1

Gambar 1Konduksi panas pada keping plan-parale!.

Tebal keping adalab I dan arus panas H mengalir dari t1 ke t2. Setelah mencapaikeseimbangan, maka menurut hasil eksperimen dari Biot dan Fourier, arus panas tetapH berbanding lurns dengan luas penampang yang tegak lurns pada arab arus panas, berbandinglurns dengan beda temperatur tetap itu (t1 - t2), dan berbanding terbalik denganpanjang jalan yang ditempuh arus panas. Dengan membubuhi suatu faktor pembandingK, kita peroleh hubungan.

H=K A t 1−t 2l

atau umumnya dapat ditulis

H=K A ∆ t∆ x

(2)dengan x sebagai jalan yang ditempuh arus panas. Apabila perubaban temperatur bergantungkepada jalan arus panas, maka (2) dapat ditulis menjadi

H=K A lim∆ x→0

∆ t∆ x

=−K A dtdx

(3)dengan tanda negatif menyatakan babwa arab arus menuju ke arab turunnya temperatur.

Faktor dtdx

disebut juga sebagai gradient temperatur.

Konstanta K disebut koefisien konduktivitas panas atau konduktivitas panas. Ternyatakemudian bahwa konduktivitas panas ini juga tidak konstan tetapi bergantungkepada temperatur. Untuk batas temperatur tertentu dapat diambil harga rata-ratanyayakni konduktivitas panas rata. Kita pandang di sini zat dengan konduktivitas panas yang isotropis.

PENGERTIAN KONVEKSI

Konveksi ialah perpindahan panas pada fluida dan dipengaruhi oleh sifat-sifat fluida itu sendiri, misalnya kekentalan, panas jenis, kecepatan aliran dan sebagainya.

KONVEKSI BEBAS

Konveksi panas terjadi karena partikel zat yang bertemperatur lebih tinggi berpindahtempat secara mengalir sehingga dengan sendirinya terjadi perindahan panas melaluiperpindahan massa. Oleh sebab itu penyelidikan tentang konveksi panas perlu didahuluioleh dan berhubungan sangat erat dengan arus zat atau arus fluida.Aliran zat atau fluida, dapat berlangsung sendiri sebagai akibat perbedaan massajenis karena perbedaan temperatur, dan dapat juga sebagai akibat paksaan melalui pompakompresor, sehingga kita mengenal aliran zat atau fluida bebas dan paksaan. Konveksipanas pada aliran bebas disebut konveksi bebas dan pada aliran paksaan disebut konveksipaksaan. Pada konveksi paksaan, sifat konveksi tentu bergantung kepada bentuk dancara paksaan itu.

Bergantung kepada kecepatan aliran dan bentuk saluran, kita mengenal aliran yangdisebut aliran laminer atau stream-line dan aliran turbulen. Aliran larniner terjadi pada arus berkeeepatan kecil sehingga partikel zat bergerak menurut garis yang kira-kira sejajar,berbentuk lengkungan kontinu yang mengikuti bentuk saluran. Hal ini dapat diselidikidengan membubuhi zat warna pada aliran itu. Pada keeepatan aliran yang besar partikelzat bergerak seeara bergolak dan kita peroleh aliran turbulen. Batas kedua jenis aliran initidak tajam dan jelas dan penentu jenis aliran dilakukan menurut rumus empiris. Konveksipanas pada kedua jenis aliran ini berbeda.

Konveksi panas pada aliran massa ini dapat juga dipandang sebagai arus panas yangselain bergantung kepada aliran, juga pada luas penampang A, dan pada beda temperatur∆ t, yakni

H = h A ∆ t

Dengan h sebagai koefisien konveksi panas. Dalam hal ini kita hanya akan menyinggung sedikit tentang konveksi bebas.

3. HUKUM FOURIER & NEWTON

HUKUM FOURIER

Menurut hukum FOURIER kecepatan aliran panas (Q) akan sebanding dengan luas permukaan yang dilalui (A), sebanding dengan beda suhu kedua permukaan dinding (dT) dan berbanding terbalik dengan tebal dinding (dX).

Q≅ A dTdX

Q=−k A dTdX

k : angka konduksi panas, dalam satuan Wattmᵒ C

Tanda minus (-) menyatakan bahwa semakin tebal dinding yang dilalui, akan semakin turun suhu dibalik dinding itu.

Konveksi ialah perpindahan panas pada fluida dan dipengaruhi oleh sifat-sifat fluida itu sendiri, misalnya kekentalan, panas jenis, kecepatan aliran dan sebagainya.

Hukum Newton :

q = h A (T1 – T2)

Dimana :

q = Laju perpindahan panas konveksi

h = Koefisien perpindahan panas konveksi (w/m2 0C)

A = Luas penampang (m2)

∆T = Perubahan atau perbedaan suhu (0C;0F)

4. Aplikasi Perpindahan Panas

1. Aplikasi Konduksi

a.      Memasak air menggunakan panci logam

Dalam kehidupan sehari-hari, peristiwa konduksi dapat di amati misalnya pada saat memasak air menggunakan panci logam di atas api kompor. Aliran panas dari api akan merambat melalui atom-atom dalam logam. Logam kemudian meneruskan panas yang di terimanya dari api ke molekul-molekul air. Logam merupakan konduktor panas yang baik sehingga panas dari apa akan cepat di hantarkan dan menyebabkan air segera mendidih.

b. Solder Listrik

Untuk melekatkan komponen elektronika ke papan rangkaian kita menggunakan carian timah dengan menyoldernya. Solder listrik akan menerima panas dari konversi energi listrik. Panas dari energi listrik ini akan di teruskan ke ujung logam pada solder yang di sentuhkan ke timah yang di posisikan di kaki-kaki komponen elektronika yang akan di lekatkan. Setelah beberapa saat,timah akan meleleh dan pada saat itu solder kita angkat. Timah akan segera mendingin  dan membeku, melekatkan kaki komponen elektronika tadi ke papan rangkaian dengan kuat.

c.       Setrika listrik

Untuk merapikan dan mensterilkan pakaian, kita memerlukan sesuatu yang panas namun tidak merusak. Karena itulah kita perlu konduktor untuk mentransfer panas dari sumber panas tertentu ke pakaian kita. Kita memerlukan sebuah setrika. Setrika akan mentransfer panas dari sumber panas(misalnya panas dari konversi energi listrik) ke pakaian. Panas di bagian logam pada setrika bertahan cukup lama sehingga memungkinkan kita menggunakannya untuk merapikan pakaian kita.

2.       Aplikasi konveksi

Ada dua macam konveksi, yaitu konveksi alami dan konveksi paksa. Konveksi alami terjadi misalnya pada proses terjadinya angin laut dan angin darat. Sedangkan konveksi paksa misalnya terjadi pada proses pendinginan mesin menggunakan air pada radiator mobil dan proses pengeringan mengguanakan hair dryer.

a.       Terjadinya angin laut dan angin darat

Air laut mempunyai kalor jenis yang lebih tinggi daripada daratan, sehingga matahari hanya memberikan efek yang sangat kecil pada suhu lautan. Sebaliknya, daratan menjadi panas sepanjang siang dan menjadi dingin dengan cepat sepanjang malam. Di dekat pesisir, perbedaan suhu antara daratan dan lautan ini menimbulkan angin laut pada siang hari dan angin darat pada malam hari.

b.      Radiator mobil

Pada sistem pendingin mesin mobil (radiator), air di paksa mengalir melalui pipa-pipa dengan batuan pompa air (water pump). Panas mesin yang tidak di kehendaki dibawa oleh sirkulasi air tersebut menuju radiator. Di dalam radiator, air di dinginkan dengan bantuan udara. Air yang telah mendingin ini kemudian di pompa untuk mengulang kembali proses transfer panas dari mesin mobil ke radiator. Jadi, dalam hal ini terjadi konveksi paksa. Ingat bahwa proses konveksi melibatkan fluida (dalam kasus ini di wakili oleh air) sebagaipenghantar panas.

Air yang di gunakan dalam radiator lama-lama akan berkurang akibat penguapandan akhirnya akan habis. Oleh karena itu, radiator perlu di isi air kembali untuk memastikan lancarnya proses pendinginan mesin selama mobil berjalan.

c.       pengering rambut  (Hair dryer)

pada alat pengering rambut (hair dryer), kipas angin menarik udara di sekitarnya dan meniupkannya kembali setelah di lewatkan pada elemen pemanas di dalamnya. Dengan proses ini di peroleh arus konveksi paksa udara panas.

3.       Aplikasi radiasi

Peristiwa radiasi kalor merupakan proses perpindahan pasa melalui radiasi gelombang elektromagnetik, tanpa perlu medium. Peristiwa radiasi ini dapat anda simpulkan dari adanya perambatan panas tanpa ada medium berupa fluida (misalnya angin, air, atau asap) maupun zat padat (misalnya logam) yang menjadi perantaranya.

a.      Oven microwave

Gelombang mikro (microwave) merupakan salah satu bentuk radiasi elektromagnetik yang mudah di serap oleh molekul-molekul air. Pada oven microwave, gelombang mikro didistribusikan dari logam yang berputar serta logam pada dinding-dindingnya. Gelombang mikro mampu menembus plastik pembungkus makanan atau piring keramik dan akhirnya di serap oleh molekul-molekul air dalam makanan yang sedang di masak. Penyerapan

energi gelombang mikro ini akan memanaskan makanan dan menjadikannya matang, siap di hidangkan.

b.      Radiasi panas dari tungku perapian

Di daerah berhawa dingin, biasanya di negra yang mengenal musim dingin(salju),penduduk memiliki tungku perapian untuk menghangatkan diri di saat dingin. Orang-orang hanya perlu berada di dekat tungku perapian yang menyala untuk bisa merasakan udara hangat. Jadi, mereka tak perlu menempatkan diri di dalam asap perapian atau menggunakan logam yang di bakar untuk merasakan hangatnya perapian. Mereka hanya cukup mendekat saja dan radiasi elektromagnetik dari api (yang tak mereka lihat) akan menghantarkan hangatnya api ke tubuh mereka.

Daftar Rujukan

www.Wikipedia.comwww.Google.comwww.Skrip.comwww.Blogberbagi.comwww.Elearning.gunadarma.ac.idwww.Tekim.undip.ac.idwww.Pelatihanguru.netwww.Mengerjakantugas.blogspot.com