Cara – cara berpindahnya energi dalam bentuk panas
Energi dapat berpindah dalam bentuk panas dari suatu zat ke lingkungannya atau zat lain apabila di antara kedua zat tersebut berbeda temperaturnya. Jadi beda temperatur merupakan potensial utama terjadinya perpindahan energi dalam bentuk panas yang sering atau lebih populer di singkat dengan perpindahan panas saja.
Dari studi pustaka diperoleh bahwa ada tiga cara perpindahan panas yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. Dari ketiga jenis cara perpindahan panas ini, apabila defenisi perpindahan panas hanya dibatasi sebagai akibat adanya beda temperatur saja, maka hanya konduksi dan radiasi yang cocok. Sedang pada konveksi, selain beda temperatur masih bergantung pula adanya transport massa mekanik. Namun karena pada konveksi ini beda temperatur juga merupakan faktor yang cukup penting untuk dapat terjadinya proses perpindahan panas maka istilah konveksi telah diterima pula secara umum sebagai salah satu cara perpindahan panas.
Tetapi pada kenyataannya dalam sebuah penukar panas, panas akan mengalir tidak dengan satu cara saja melainkan dengan beberapa cara secara bersamaan. Sehingga pada pembahasan perpindahan panas, selain dibahas satu per satu masing – masing modus akan di bahas pula gabungan mekanisme yang sering di jumpai di alam ini.
1.Konduksi
Konduksi adalah perpindahan panas yang mengalir dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur lebih rendah di dalam satu medium (padat, cair atau gas) atau antara medium – medium yang berlainan tetapi bersinggungan secara langsung (kontak langsung). Pada konduksi ini perpindahan panas terjadi akibat kontak langsung antara molekul – molekul dalam medium/zat tersebut tanpa adanya perpindahan molekul yang cukup besar. Konduksi ini adalah satu – satunya mekanisme perpindahan panas yang dapat terjadi atau mengalir dalam zat padat yang tak tembus cahaya. Suatu analisa teknik akan membuahkan arti fisikapabila dijabarkan secara kuantitatif. Untuk analisa ini pada persoalan perpindahan panas, perlu dikembangkan pengetahuan – pengetahuan tentang hukum – hukum fisik yang mengatur berbagai mekanisme perpindahan panas ini.
Untuk perpindahan panas konduksi ini telah diusulkan oleh ilmuwan Perancis I.B.I. Fourier, pada tahun 1992 sebuah hubungan laju perpindahan panas konduksi qk dalam suatu bahan tergantung pada konduktivitas termal bahan k, luas penampang perpindahan panas A yang diukur pada arah tegak lurus arah terjadinya perpindahan panas serta gradien dT/dX atau perubahan temperatur (T) terhadap jarak dalam arah aliran panas. Untuk dapat menuliskan formulasi ini secara matematik, perlu perjanjian tanda untuk gradien temperatur ini. Karena mengingat panas akan mengalir dari daerah yang bertemperatur lebih tinggi ke daerah yang bertemperatur lebih rendah maka laju perpindahan panas akan positif bila gradien temperaturnya negatif. Sehingga persamaan dasar konduksi satu dimensi dapat di tulis sebagai berikut :
(1)
2. Radiasi
Radiasi adalah proses dimana panas mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah dan kedua benda tersebut terpisah di dalam ruangan. Cara perpindahan panas ini melalui gelombang elektromagnetik dan dapat berlangsung walaupun diantara kedua benda tersebut terdapat ruang hampa. Setiap benda memancarkan panas radiasi secara terus menerus dan intensitas pancarannya bergantuing pada temperatur benda dan sifat permukaan. Energi radiasi bergerak dengan kecepatan cahaya dan gejalanya menyerupai radiasi cahaya. Memang menurut teori elektro magnetik yang membedakan antara keduanya hanyalah panjang gelombangnya.
Tadi sudah dikatakan bahwa jumlah energi yang meninggalkan suatu permukaan sebagai panas radiasi tergantung pada temperatur absolut dari permukaan tersebut serta sifat permukaannya sendiri. Suatu benda dikatakan radiator sempurna atau benda hitam akan memancarkan energi radiasi dengan laju q yang diberikan oleh persamaan berikut :
(2)
1.1. Konveksi
Konveksi ini seringkali dikaitkan dengan mekanisme perpindahan panas antara permukaan padat dengan fluida (cairan atau gas). Proses transport energinya merupakan gabungan antara konduksi, gerakan fluida yang bersifat mencampur partikel – partikel fluida dan penyimpanan energi di dalam fluida. Jadi secara singkat mekanisme konveksi adalah melalui beberapa tahapan sebagai berikut :
- Pertama panas mengalir secara konduksi dari permukaan padat ke partikel – partikel fluida yang didekatnya.
- Panas ini menaikkan temperatur fluida dan energi dalamnya. Kemudian partikel – partikel yang bertemperatur tinggi bergerak ke arah partikel – partikel yang bertemperatur lebih rendah sehingga mereka akan saling bercampur dan energi berpindah pula pada saat percampuran ini.
- Dengan demikian timbul aliran fluida dan energi secara simultan. Energi sebenarnya di simpan pula dalam partikel – partikel fluida dan diangkut sebagai akibat gerakan massa partikel – partikel tersebut.
Laju perpindahan panas konveksi dari sebuah permukaan benda padat ke fluida yang berada di sekelilingnya dinyatakan dengan persamaan berikut :
Dimana : qc = Laju perpindahan panas konveksi (btu/h atau watt)
A = Luas permukaan perpindahan panas (ft2 atau m2)
Tp = Temperatur permukaan padat (F atau K)
T∞ = Temperatur fluida yang jauh dari permukaan benda padat (F atau K)
hc = Koefisien perpindahan panas konveksi –
Energi dapat berpindah dalam bentuk panas dari suatu zat ke lingkungannya atau zat lain apabila di antara kedua zat tersebut berbeda temperaturnya. Jadi beda temperatur merupakan potensial utama terjadinya perpindahan energi dalam bentuk panas yang sering atau lebih populer di singkat dengan perpindahan panas saja.
Dari studi pustaka diperoleh bahwa ada tiga cara perpindahan panas yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. Dari ketiga jenis cara perpindahan panas ini, apabila defenisi perpindahan panas hanya dibatasi sebagai akibat adanya beda temperatur saja, maka hanya konduksi dan radiasi yang cocok. Sedang pada konveksi, selain beda temperatur masih bergantung pula adanya transport massa mekanik. Namun karena pada konveksi ini beda temperatur juga merupakan faktor yang cukup penting untuk dapat terjadinya proses perpindahan panas maka istilah konveksi telah diterima pula secara umum sebagai salah satu cara perpindahan panas.
Tetapi pada kenyataannya dalam sebuah penukar panas, panas akan mengalir tidak dengan satu cara saja melainkan dengan beberapa cara secara bersamaan. Sehingga pada pembahasan perpindahan panas, selain dibahas satu per satu masing – masing modus akan di bahas pula gabungan mekanisme yang sering di jumpai di alam ini.
1.Konduksi
Konduksi adalah perpindahan panas yang mengalir dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur lebih rendah di dalam satu medium (padat, cair atau gas) atau antara medium – medium yang berlainan tetapi bersinggungan secara langsung (kontak langsung). Pada konduksi ini perpindahan panas terjadi akibat kontak langsung antara molekul – molekul dalam medium/zat tersebut tanpa adanya perpindahan molekul yang cukup besar. Konduksi ini adalah satu – satunya mekanisme perpindahan panas yang dapat terjadi atau mengalir dalam zat padat yang tak tembus cahaya. Suatu analisa teknik akan membuahkan arti fisikapabila dijabarkan secara kuantitatif. Untuk analisa ini pada persoalan perpindahan panas, perlu dikembangkan pengetahuan – pengetahuan tentang hukum – hukum fisik yang mengatur berbagai mekanisme perpindahan panas ini.
Untuk perpindahan panas konduksi ini telah diusulkan oleh ilmuwan Perancis I.B.I. Fourier, pada tahun 1992 sebuah hubungan laju perpindahan panas konduksi qk dalam suatu bahan tergantung pada konduktivitas termal bahan k, luas penampang perpindahan panas A yang diukur pada arah tegak lurus arah terjadinya perpindahan panas serta gradien dT/dX atau perubahan temperatur (T) terhadap jarak dalam arah aliran panas. Untuk dapat menuliskan formulasi ini secara matematik, perlu perjanjian tanda untuk gradien temperatur ini. Karena mengingat panas akan mengalir dari daerah yang bertemperatur lebih tinggi ke daerah yang bertemperatur lebih rendah maka laju perpindahan panas akan positif bila gradien temperaturnya negatif. Sehingga persamaan dasar konduksi satu dimensi dapat di tulis sebagai berikut :
(1)
2. Radiasi
Radiasi adalah proses dimana panas mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah dan kedua benda tersebut terpisah di dalam ruangan. Cara perpindahan panas ini melalui gelombang elektromagnetik dan dapat berlangsung walaupun diantara kedua benda tersebut terdapat ruang hampa. Setiap benda memancarkan panas radiasi secara terus menerus dan intensitas pancarannya bergantuing pada temperatur benda dan sifat permukaan. Energi radiasi bergerak dengan kecepatan cahaya dan gejalanya menyerupai radiasi cahaya. Memang menurut teori elektro magnetik yang membedakan antara keduanya hanyalah panjang gelombangnya.
Tadi sudah dikatakan bahwa jumlah energi yang meninggalkan suatu permukaan sebagai panas radiasi tergantung pada temperatur absolut dari permukaan tersebut serta sifat permukaannya sendiri. Suatu benda dikatakan radiator sempurna atau benda hitam akan memancarkan energi radiasi dengan laju q yang diberikan oleh persamaan berikut :
(2)
1.1. Konveksi
Konveksi ini seringkali dikaitkan dengan mekanisme perpindahan panas antara permukaan padat dengan fluida (cairan atau gas). Proses transport energinya merupakan gabungan antara konduksi, gerakan fluida yang bersifat mencampur partikel – partikel fluida dan penyimpanan energi di dalam fluida. Jadi secara singkat mekanisme konveksi adalah melalui beberapa tahapan sebagai berikut :
- Pertama panas mengalir secara konduksi dari permukaan padat ke partikel – partikel fluida yang didekatnya.
- Panas ini menaikkan temperatur fluida dan energi dalamnya. Kemudian partikel – partikel yang bertemperatur tinggi bergerak ke arah partikel – partikel yang bertemperatur lebih rendah sehingga mereka akan saling bercampur dan energi berpindah pula pada saat percampuran ini.
- Dengan demikian timbul aliran fluida dan energi secara simultan. Energi sebenarnya di simpan pula dalam partikel – partikel fluida dan diangkut sebagai akibat gerakan massa partikel – partikel tersebut.
Laju perpindahan panas konveksi dari sebuah permukaan benda padat ke fluida yang berada di sekelilingnya dinyatakan dengan persamaan berikut :
Dimana : qc = Laju perpindahan panas konveksi (btu/h atau watt)
A = Luas permukaan perpindahan panas (ft2 atau m2)
Tp = Temperatur permukaan padat (F atau K)
T∞ = Temperatur fluida yang jauh dari permukaan benda padat (F atau K)
hc = Koefisien perpindahan panas konveksi –
