Perpindahan Panas Pada Ketel Uap
Secara Radiasi (pancaran)
Secara Konveksi (aliran)
Secara Konduksi (rambatan)
1. Perpindahan panas secara radiasi adalah perpindahan panas antara suatu benda ke benda yang lain melalui gelombang-gelombang elektromagnetis. dari benda bertemperatur tinggi kebenda bertemperatur rendah yang terpisah satu sama lain tanpa media penghantar. Pada ketel proses radiasi terjadi pada ruang bakar yaitu
dari badan api ke dinding ruang bakar.
QP = CZ x A x [(TAPI : 100)4 – (TBENDA : 100)4] Kilojoule/jam
dimana :
QP = panas pancaran (radiasi) dengan satuan Kilojoule/jam,
CZ = konstanta pancara dari stephan-bolztmann yang
dinyatakan dalam Kilojoule/m2.jam.K4,
A = luas bidang yang dipanasi dengan satuan meter persegi
T = temperature dengan satuan Kelvin
2. Perpindahan panas secara konveksi adalah perpindahan panas melalui molekul - molekul suatu fluida (cair atau gas). Perpindahan kalor secara Konveksi.Yaitu proses perpindahan panas oleh kombinasi proses konduksi, penyimpanan energy dan gerak pencampuran. Dengan kata lain konveksi adalah konduksi yang berlansung secara serentak dengan aliran fulida.Pada ketel proses konveksi terjadi pada: Gas asap dengan dinding pipa gas asap.-
Dinding pipa gas asap ke air
Qk = h x A x Λ T Kilojoule/jam,
dimana
Qk = panas konveksi dengan satuan Kilojoule/jam,
h = Kooefisien konveksi,
A = luas bidang kontak,
Λ T = perubahan temperature
3. Perpindahan panas secara konduksi adalah perpindahan panas dari suatu benda padat ke benda padat yang lain terjadi karna kontak fisik tanpa terjadi perpindahan molekul. Pada ketel proses konduksi ini terjadi pada:- Dinding ruang bakar, Dinding pipa gas asap, Dinding pipa air : dimana
QR = panas konduksi,
K = koefisien konduktivitas panas,
A = luas permukaan atau luas bidang kontak
dT/dX = perubahan suhu terhadap jarak
Perpindahan Panas
Bila dua system yang suhunya berbeda disinggungkan akan terjadi perpindahan energi, proses dengan nama transport energi itu berlangsung disebut perpindahan panas. Apa yang ada dalam perpindahan panas yang disebut heat, tidak dapat diukur atau diamati secara langsung tetapi pengaruh nya dapat diukur atau diamati. Dari titik pandang kerekayasaan (engineering) masalah kuncinya adalah penentuan laju perpindahan panas pada beda suhu yang ditentukan. Untuk menaksir biaya, kelayakan dan besarnya peralatan yang diperlukan untuk memindahkan sejumlah panas tertentu dalam waktu yang ditentukan harus diadakan analisa perpindahan panas yang terinci. Ukuran ketel, pemanas, mesin pendingin dan penukar panas bergantung tidak hanya pada kondisi-kondisi yang ditentukan. Beroperasinya dengan baik komponen-komponen peralatan tergantung pada kemungkinan pendinginan bagian-bagian logam tertentu dengan membuang panas secara terus menerus pada laju yang tinggi dari satu permukaan. Dari hal diatas menunjukkan bahwa hampir semua cabang perekayasaan dijumpai masalah perpindahan panas yang tidak dapat dipecahkan dengan penalaran thermodinamika saja, tetapi memerlukan analisa yang didasarkan ilmu perpindahan panas. Adapun perpindahan panas dapat dilakukan :
Secara molekuler yang disebut dengan konduksi.
Konduksi adalah perpindahan panas yang tidak disebabkan gerak mikroskopik medianya, tetapi disebabkan oleh gerak molekuler medianya. Dan berpindahnya panas dari daerah yang bersuhu lebih tinggi kedaerah yang suhunya lebih rendah didalam suatu medium (padat, cair, atau gas) atau antara medium-medium yang berlainanan dan bersinggungan secara langsung.
Secara aliran yang disebut konveksi.
Konveksi adalah perpindahan panas dari suatu daerah ke daerah lain dalam suatu cairan atau gas dengan cara mencampurkan suatu bagian dari cairan itu dengan cairan yang lain. Dalam
konveksi alamiah gerak dari cairan itu secara keseluruhan merupakan hasil dari perbedaan density karena perbedan suhu.
Secara gelombang electromagnet yang disebut radiasi.
Radiasi adalah perpindahan panas dari suatu benda ke benda yang lain yang tidak bersentuhan dengan benda itu dengan perantara gerak gelombang melalui ruang. Perpindahan panas secara radiasi terjadi akibat perbedaan suhu dan dapat mengangkut energi melalui energi melalui medium yang tembus cahaya. Berikut gambar II.8 (sistem aliran fluida dalam economizer).
Gambar II.8 : Aliran Fluida dalam Economizer
http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/18324/3/Chapter%20II.pdf
1.1. Pancaran (Radiasi)
Yang dimaksud dengan pancaran (radiasi) ialah perpindahan kalor melalui gelombang dari suatu zat ke zat yang lain. Semua benda memancarkan kalor. Keadaan ini baru terbukti setelah suhu meningkat. Pada hakekatnya proses perpindahan kalor radiasi terjadi dengan perantaraan foton dan juga gelombang elektromagnet. Terdapat dua teori yang berbeda untuk menerangkan bagaimana proses radiasi itu terjadi. Semua bahan pada suhu mutlak tertentu akan menyinari sejumlah energi kalor tertentu. Semakin tinggi suhu bahan tadi maka semakin tinggi pula energy kalor yang disinarkan. Proses radiasi adalah fenomena permukaan. Proses radiasi tidak terjadi pada bagian dalam bahan. Tetapi suatu bahan apabila menerima sinar, maka banyak hal yang boleh terjadi. Apabila sejumlah energi kalor menimpa suatu permukaan, sebahagian akan dipantulkan, sebahagian akan diserap ke dalam bahan, dan sebagian akan menembusi bahan dan terus ke luar. Jadi dalam mempelajari perpindahan kalor radiasi akan dilibatkan suatu fisik permukaan. Bahan yang dianggap mempunyai ciri yang sempurna adalah jasad hitam. Disamping itu, sama seperti cahaya lampu, adakalanya tidak semua sinar mengenai permukaan yang dituju. Jadi dalam masalah ini kita mengenal satu faktor pandangan yang lazimnya dinamakan factor bentuk. Maka jumlah kalor yang diterima dari satu sumber akan berbanding langsung sebahagiannya terhadap faktor bentuk ini. Dalam pada itu, sifat terma permukaan bahan juga penting. Berbeda dengan proses konveksi, medan aliran fluida disekeliling permukaan tidak penting, yang penting ialah sifat terma saja. Dengan demikian, untuk memahami proses radiasi dari satu permukaan kita perlu memahami juga keadaan fisik permukaan bahan yang terlibat dengan proses radiasi yang berlaku.
Proses perpindahan kalor sering terjadi secara serentak. Misalnya sekeping plat yang dicat hitam. Lalu dikenakan dengan sinar matahari. Plat akan menyerap sebahagian energi matahari. Suhu plat akan naik ke satu tahap tertentu. Oleh karena suhu permukaan atas naik maka kalor akan berkonduksi dari permukaan atas ke permukaan bawah. Dalam pada itu, permukaan bagian atas kini mempunyai suhu yang lebih tinggi dari suhu udara sekeliling, maka jumlah kalor akan disebarkan secara konveksi. Tetapi energi kalor juga disebarkan secara radiasi. Dalam hal ini dua hal terjadi, ada kalor yang dipantulkan dan ada kalor yang dipindahkan ke sekeliling.
Gambar l.l. Perpindahan panas radiasi
(a) pada permukaan, (b) antara permukaan dan lingkungan
Berdasarkan kepada keadaan terma permukaan, bahan yang di pindahkan dan dipantulkan ini dapat berbeda. Proses radiasi tidak melibatkan perbedaan suhu. Keterlibatan suhu hanya terjadi jika terdapat dua permukaan yang mempunyai suhu yang berbeda. Dalam hal ini, setiap permukaan akan menyinarkan energi kalor secara radiasi jika permukaan itu bersuhu T dalam unit suhu mutlak. Lazimnya jika terdapat satu permukaan lain yang saling berhadapan, dan jika
permukaan pertama mempunyai suhu Tl mutlak sedangkan permukaan kedua mempunyai suhu T2 mutlak, maka permukaan tadi akan saling memindahkan kalor Selanjutnya juga penting untuk diketahui bahwa :
Kalor radiasi merambat lurus.
Untuk perambatan itu tidak diperlukan medium (misalnya zat cair atau gas)
l.2. Hantaran (Konduksi)
Yang dimaksud dengan hantaran ialah pengangkutan kalor melalui satu jenis zat. Sehingga perpindahan kalor secara hantaran/konduksi merupakan satu proses pendalaman karena proses perpindahan kalor ini hanya terjadi di dalam bahan. Arah aliran energi kalor, adalah dari titik bersuhu tinggi ke titik bersuhu rendah.
Gambar l.2. Perpindahan panas konduksi dan difusi energi akibat aktivitas molekul
Sudah diketahui bahwa tidak semua bahan dapat menghantar kalor sama sempurnanya. Dengan demikian, umpamanya seorang tukang hembus kaca dapat memegang suatu barang kaca, yang beberapa cm lebih jauh dari tempat pegangan itu adalah demikian panasnya, sehingga bentuknya dapat berubah. Akan tetapi seorang pandai tempa harus memegang benda yang akan ditempa dengan sebuah tang. Bahan yang dapat menghantar kalor dengan baik dinamakan konduktor. Penghantar yang buruk disebut isolator. Sifat bahan yang digunakan untuk menyatakan bahwa
bahan tersebut merupakan suatu isolator atau konduktor ialah koefisien konduksi terma. Apabila nilai koefisien ini tinggi, maka bahan mempunyai kemampuan mengalirkan kalor dengan cepat. Untuk bahan isolator, koefisien ini bernilai kecil. Pada umumnya, bahan yang dapat menghantar arus listrik dengan sempurna (logam) merupakan penghantar yang baik juga untuk kalor dan sebaliknya. Selanjutnya bila diandaikan sebatang besi atau sembarang jenis logam dan salah satu ujungnya diulurkan ke dalam nyala api. Dapat diperhatikan bagaimana kalor dipindahkan dari ujung yang panas ke ujung yang dingin. Apabila ujung batang logam tadi menerima energi kalor dari api, energi ini akan memindahkan sebahagian energi kepada molekul dan elektron yang membangun bahan tersebut. Molekul dan elektron merupakan alat pengangkut kalor di dalam bahan menurut proses perpindahan kalor konduksi. Dengan demikian dalam proses pengangkutan kalor di dalam bahan, aliran electron akan memainkan peranan penting . Persoalan yang patut diajukan pada pengamatan ini ialah mengapa kadar alir energi kalor adalah berbeda. Hal ini disebabkan karena susunan molekul dan juga atom di dalam setiap bahan adalah berbeda. Untuk satu bahan berfasa padat molekulnya tersusun rapat, berbeda dengan satu bahan berfasa gas seperti udara. Molekul udara adalalah renggang sekali. Tetapi dibandingkan dengan bahan padat seperti kayu, dan besi , maka molekul besi adalah lebih rapat susunannya daripada molekul kayu. Bahan kayu terdiri dari gabungan bahan kimia seperti karbon, uap air, dan udara yang terperangkat. Besi adalah besi. Kalaupun ada bahan asing, bahan kimia unsur besi adalah lebih banyak.
l.3. Aliran (Konveksi)
Yang dimaksud dengan aliran ialah pengangkutan kalor oleh gerak dari zat yang dipanaskan. Proses perpindahan kalor secara aliran / konveksi merupakan satu fenomena permukaan. Proses konveksi hanya terjadi di permukaan bahan. Jadi dalam proses ini struktur bagian dalam bahan kurang penting. Keadaan permukaan dan keadaan sekelilingnya serta kedudukan permukaan itu adalah yang utama. Lazimnya, keadaan keseirnbangan termodinamik di dalam bahan akibat proses konduksi, suhu permukaan bahan akan berbeda dari suhu sekelilingnya. Dalam hal ini dikatakan suhu permukaan adalah Tl dan suhu udara sekeliling adalah T2 dengan Tl>T2. Kini terdapat keadaan suhu tidak seimbang diantara bahan dengan sekelilingnya. Perpindahan kalor dengan jalan aliran dalam industri kimia merupakan cara pengangkutan kalor yang paling banyak dipakai. Oleh karena konveksi hanya dapat terjadi melalui zat yang mengalir, maka bentuk pengangkutan ka1or ini hanya terdapat pada zat cair dan gas. Pada pemanasan zat ini terjadi aliran, karena masa yang akan dipanaskan tidak sekaligus di bawa kesuhu yang sama tinggi. Oleh karena itu bagian yang paling banyak atau yang pertama dipanaskan memperoleh masa jenis yang lebih kecil daripada bagian masa yang lebih dingin. Sebagai akibatnya terjadi sirkulasi, sehingga kalor akhimya tersebar pada seluruh zat.
Gambar 1.3. Perpindahan panas konveksi. (a) konveksi paksa, (b) konveksi alamiah,(c) pendidihan, (d) kondensasi
Pada perpindahan kalor secara konveksi, energi kalor ini akan dipindahkan ke sekelilingnya dengan perantaraan aliran fluida. Oleh karena pengaliran fluida melibatkan pengangkutan masa, maka selama pengaliran fluida bersentuhan dengan permukaan bahan yang panas, suhu fluida akan naik. Gerakan fluida melibatkan kecepatan yang seterusnya akan menghasilkan aliran momentum. Jadi masa fluida yang mempunyai energi terma yang lebih tinggi akan mempunyai momentum yang juga tinggi. Peningkatan momentum ini bukan disebabkan masanya akan bertambah. Malahan masa fluida menjadi berkurang karena kini fluida menerima energi kalor.
Fluida yang panas karena menerima kalor dari permukaan bahan akan naik ke atas. Kekosongan tempat masa bendalir yang telah naik itu diisi pula oleh masa fluida yang bersuhu rendah. Setelah masa ini juga menerima energi kalor dari permukan bahan yang kalor dasi, masa ini juga akan naik ke atas permukaan meninggalkan tempat asalnya. Kekosongan ini diisi pula oleh masa fluida bersuhu renah yang lain. Proses ini akan berlangsung berulang-ulang. Dalam kedua proses konduksi dan konveksi, faktor yang paling penting yang menjadi penyebab dan pendorong proses tersebut adalah perbedaan suhu. Apabila perbedaan suhu .terjadi maka keadaan tidak stabil terma akan terjadi. Keadaan tidak stabil ini perlu diselesaikan melalui proses perpindahan kalor.
Dalam pengamatan proses perpindahan kalor konveksi, masalah yang utama terletak pada cara mencari metode penentuan nilai h dengan tepat. Nilai koefisien ini tergantung kepada banyak faktor. Jumlah kalor yang dipindahkan, bergantung pada nilai h. Jika cepatan medan tetap, artinya tidak ada pengaruh luar yang mendoromg fluida bergerak, maka proses perpindahan ka1or berlaku. Sedangkan bila kecepatan medan dipengaruhi oleh unsur luar seperti kipas atau peniup, maka proses konveksi yang akan terjadi merupakan proses perpindahan kalor konveksi paksa. Yang membedakan kedua proses ini adalah dari nilai koefisien h-nya.
Perpindahan Panas
Kalor merupakan suatu bentuk energi yang dapat pindah dari suatu tempat ke tempat lain. Perpindahan kalor melalui tiga cara yaitu konduksi,konveksi dan radiasi.
1 Konduksi
Apabila sebatang besi berbentuk balok kemudian diletakkan di suatu tempat, kemudian dipanasi salah satu sisi dari balok besi tersebut, maka dalam waktu tertentu sisi yang lain dari balok akan panas. Dari peristiwa tersebut dapat dikatakan bahwa kalor berpindah dari satu sisi balok besi ke sisi yang lain melalui proses konduksi. Jadi konduksi adalah proses perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Adapun perumusannya adalah sebagai berikut dengan
•Q = laju aliran kalor dal J/s
k = adalah konduktivitas termal bahan dalam J/msK
A= luas permukaan dalam m2
dT/dX = adalah gradient suhu
Gambar 2.48 Perpindahan kalor konduksi pada sebuah plat
2. Konveksi
Proses pendidihan air di dalam suatu bejana apabila kita panasi akan terjadi aliran air dari bagian bawah bejana yang kena panas menuju permukaan kemudian air yang dingin dipermukaan turun ke dasar bejana, peristiwa tersebut terus-menerus sampai semua air di dalam bejana menjadi panas dan kemudian mendidih. Perpindahan kalor dengan cara demikian disebut dengan konveksi. Jadi konveksi adalah proses perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Perumasannya adalah:
Q = h A ΔT
dengan
•Q = laju aliran kalor dal J/s
h = koefesien konveksi dalam J/s4.m2.K4
ΔT = perbedaan suhu yang dipanasi K
A = luas permukaan dalam m2
Perpindahan kalor konveksi ada dua yaitu:
Konveksi Alamiah. Proses pemanasan air dalam bejana, atau ketel. Air yang kena panas menjadi lebih ringan sehingga naik ke permukaan digantikan oleh air yang dingin yang lebih berat.
Konveksi Paksa. Proses pendinginan pada radiator mobil akan lebih cepat kalau dipasang kipas
3. Radiasi
Ruangan yang tertutup dari lingkungan dan diisolasi dengan kaca tembus cahaya sehingga tidak ada panas masuk melalui konduksi dan konveksi, tetapi terjadi kenaikan temperatur di dalam ruangan, kenaikan temperatur tersebut karena terjadi perpindahan panas radiasi matahari.Perumusannya adalah sebagai berikut:
Q = AΔT 4 σ
•dengan
•Q = laju aliran kalor dal J/s
σ = konstanta dalam J/s.m2.K4
A = luas permukaan dalam m2
ΔT = perbedaan suhu yang dipanasi K
Gambar 2.50 Proses perpindahan kalor radiasi pada jendela rumah
http://duniaebook.net/teknik-mesin-industri#
DAFTAR PUSTAKA
http://sonjaya45.wordpress.com/2010/03/09/boiler-3/
http://www.scribd.com/doc/52922965/KETEL-UAP
http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/18324/3/Chapter%20II.pdf
file:///D|/E-Learning/Perpindahan%20Panas/Textbook/02%20Perpindahan%20panas%20konduksi.html
http://duniaebook.net/teknik-mesin-industri#
Secara Radiasi (pancaran)
Secara Konveksi (aliran)
Secara Konduksi (rambatan)
1. Perpindahan panas secara radiasi adalah perpindahan panas antara suatu benda ke benda yang lain melalui gelombang-gelombang elektromagnetis. dari benda bertemperatur tinggi kebenda bertemperatur rendah yang terpisah satu sama lain tanpa media penghantar. Pada ketel proses radiasi terjadi pada ruang bakar yaitu
dari badan api ke dinding ruang bakar.
QP = CZ x A x [(TAPI : 100)4 – (TBENDA : 100)4] Kilojoule/jam
dimana :
QP = panas pancaran (radiasi) dengan satuan Kilojoule/jam,
CZ = konstanta pancara dari stephan-bolztmann yang
dinyatakan dalam Kilojoule/m2.jam.K4,
A = luas bidang yang dipanasi dengan satuan meter persegi
T = temperature dengan satuan Kelvin
2. Perpindahan panas secara konveksi adalah perpindahan panas melalui molekul - molekul suatu fluida (cair atau gas). Perpindahan kalor secara Konveksi.Yaitu proses perpindahan panas oleh kombinasi proses konduksi, penyimpanan energy dan gerak pencampuran. Dengan kata lain konveksi adalah konduksi yang berlansung secara serentak dengan aliran fulida.Pada ketel proses konveksi terjadi pada: Gas asap dengan dinding pipa gas asap.-
Dinding pipa gas asap ke air
Qk = h x A x Λ T Kilojoule/jam,
dimana
Qk = panas konveksi dengan satuan Kilojoule/jam,
h = Kooefisien konveksi,
A = luas bidang kontak,
Λ T = perubahan temperature
3. Perpindahan panas secara konduksi adalah perpindahan panas dari suatu benda padat ke benda padat yang lain terjadi karna kontak fisik tanpa terjadi perpindahan molekul. Pada ketel proses konduksi ini terjadi pada:- Dinding ruang bakar, Dinding pipa gas asap, Dinding pipa air : dimana
QR = panas konduksi,
K = koefisien konduktivitas panas,
A = luas permukaan atau luas bidang kontak
dT/dX = perubahan suhu terhadap jarak
Perpindahan Panas
Bila dua system yang suhunya berbeda disinggungkan akan terjadi perpindahan energi, proses dengan nama transport energi itu berlangsung disebut perpindahan panas. Apa yang ada dalam perpindahan panas yang disebut heat, tidak dapat diukur atau diamati secara langsung tetapi pengaruh nya dapat diukur atau diamati. Dari titik pandang kerekayasaan (engineering) masalah kuncinya adalah penentuan laju perpindahan panas pada beda suhu yang ditentukan. Untuk menaksir biaya, kelayakan dan besarnya peralatan yang diperlukan untuk memindahkan sejumlah panas tertentu dalam waktu yang ditentukan harus diadakan analisa perpindahan panas yang terinci. Ukuran ketel, pemanas, mesin pendingin dan penukar panas bergantung tidak hanya pada kondisi-kondisi yang ditentukan. Beroperasinya dengan baik komponen-komponen peralatan tergantung pada kemungkinan pendinginan bagian-bagian logam tertentu dengan membuang panas secara terus menerus pada laju yang tinggi dari satu permukaan. Dari hal diatas menunjukkan bahwa hampir semua cabang perekayasaan dijumpai masalah perpindahan panas yang tidak dapat dipecahkan dengan penalaran thermodinamika saja, tetapi memerlukan analisa yang didasarkan ilmu perpindahan panas. Adapun perpindahan panas dapat dilakukan :
Secara molekuler yang disebut dengan konduksi.
Konduksi adalah perpindahan panas yang tidak disebabkan gerak mikroskopik medianya, tetapi disebabkan oleh gerak molekuler medianya. Dan berpindahnya panas dari daerah yang bersuhu lebih tinggi kedaerah yang suhunya lebih rendah didalam suatu medium (padat, cair, atau gas) atau antara medium-medium yang berlainanan dan bersinggungan secara langsung.
Secara aliran yang disebut konveksi.
Konveksi adalah perpindahan panas dari suatu daerah ke daerah lain dalam suatu cairan atau gas dengan cara mencampurkan suatu bagian dari cairan itu dengan cairan yang lain. Dalam
konveksi alamiah gerak dari cairan itu secara keseluruhan merupakan hasil dari perbedaan density karena perbedan suhu.
Secara gelombang electromagnet yang disebut radiasi.
Radiasi adalah perpindahan panas dari suatu benda ke benda yang lain yang tidak bersentuhan dengan benda itu dengan perantara gerak gelombang melalui ruang. Perpindahan panas secara radiasi terjadi akibat perbedaan suhu dan dapat mengangkut energi melalui energi melalui medium yang tembus cahaya. Berikut gambar II.8 (sistem aliran fluida dalam economizer).
Gambar II.8 : Aliran Fluida dalam Economizer
http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/18324/3/Chapter%20II.pdf
1.1. Pancaran (Radiasi)
Yang dimaksud dengan pancaran (radiasi) ialah perpindahan kalor melalui gelombang dari suatu zat ke zat yang lain. Semua benda memancarkan kalor. Keadaan ini baru terbukti setelah suhu meningkat. Pada hakekatnya proses perpindahan kalor radiasi terjadi dengan perantaraan foton dan juga gelombang elektromagnet. Terdapat dua teori yang berbeda untuk menerangkan bagaimana proses radiasi itu terjadi. Semua bahan pada suhu mutlak tertentu akan menyinari sejumlah energi kalor tertentu. Semakin tinggi suhu bahan tadi maka semakin tinggi pula energy kalor yang disinarkan. Proses radiasi adalah fenomena permukaan. Proses radiasi tidak terjadi pada bagian dalam bahan. Tetapi suatu bahan apabila menerima sinar, maka banyak hal yang boleh terjadi. Apabila sejumlah energi kalor menimpa suatu permukaan, sebahagian akan dipantulkan, sebahagian akan diserap ke dalam bahan, dan sebagian akan menembusi bahan dan terus ke luar. Jadi dalam mempelajari perpindahan kalor radiasi akan dilibatkan suatu fisik permukaan. Bahan yang dianggap mempunyai ciri yang sempurna adalah jasad hitam. Disamping itu, sama seperti cahaya lampu, adakalanya tidak semua sinar mengenai permukaan yang dituju. Jadi dalam masalah ini kita mengenal satu faktor pandangan yang lazimnya dinamakan factor bentuk. Maka jumlah kalor yang diterima dari satu sumber akan berbanding langsung sebahagiannya terhadap faktor bentuk ini. Dalam pada itu, sifat terma permukaan bahan juga penting. Berbeda dengan proses konveksi, medan aliran fluida disekeliling permukaan tidak penting, yang penting ialah sifat terma saja. Dengan demikian, untuk memahami proses radiasi dari satu permukaan kita perlu memahami juga keadaan fisik permukaan bahan yang terlibat dengan proses radiasi yang berlaku.
Proses perpindahan kalor sering terjadi secara serentak. Misalnya sekeping plat yang dicat hitam. Lalu dikenakan dengan sinar matahari. Plat akan menyerap sebahagian energi matahari. Suhu plat akan naik ke satu tahap tertentu. Oleh karena suhu permukaan atas naik maka kalor akan berkonduksi dari permukaan atas ke permukaan bawah. Dalam pada itu, permukaan bagian atas kini mempunyai suhu yang lebih tinggi dari suhu udara sekeliling, maka jumlah kalor akan disebarkan secara konveksi. Tetapi energi kalor juga disebarkan secara radiasi. Dalam hal ini dua hal terjadi, ada kalor yang dipantulkan dan ada kalor yang dipindahkan ke sekeliling.
Gambar l.l. Perpindahan panas radiasi
(a) pada permukaan, (b) antara permukaan dan lingkungan
Berdasarkan kepada keadaan terma permukaan, bahan yang di pindahkan dan dipantulkan ini dapat berbeda. Proses radiasi tidak melibatkan perbedaan suhu. Keterlibatan suhu hanya terjadi jika terdapat dua permukaan yang mempunyai suhu yang berbeda. Dalam hal ini, setiap permukaan akan menyinarkan energi kalor secara radiasi jika permukaan itu bersuhu T dalam unit suhu mutlak. Lazimnya jika terdapat satu permukaan lain yang saling berhadapan, dan jika
permukaan pertama mempunyai suhu Tl mutlak sedangkan permukaan kedua mempunyai suhu T2 mutlak, maka permukaan tadi akan saling memindahkan kalor Selanjutnya juga penting untuk diketahui bahwa :
Kalor radiasi merambat lurus.
Untuk perambatan itu tidak diperlukan medium (misalnya zat cair atau gas)
l.2. Hantaran (Konduksi)
Yang dimaksud dengan hantaran ialah pengangkutan kalor melalui satu jenis zat. Sehingga perpindahan kalor secara hantaran/konduksi merupakan satu proses pendalaman karena proses perpindahan kalor ini hanya terjadi di dalam bahan. Arah aliran energi kalor, adalah dari titik bersuhu tinggi ke titik bersuhu rendah.
Gambar l.2. Perpindahan panas konduksi dan difusi energi akibat aktivitas molekul
Sudah diketahui bahwa tidak semua bahan dapat menghantar kalor sama sempurnanya. Dengan demikian, umpamanya seorang tukang hembus kaca dapat memegang suatu barang kaca, yang beberapa cm lebih jauh dari tempat pegangan itu adalah demikian panasnya, sehingga bentuknya dapat berubah. Akan tetapi seorang pandai tempa harus memegang benda yang akan ditempa dengan sebuah tang. Bahan yang dapat menghantar kalor dengan baik dinamakan konduktor. Penghantar yang buruk disebut isolator. Sifat bahan yang digunakan untuk menyatakan bahwa
bahan tersebut merupakan suatu isolator atau konduktor ialah koefisien konduksi terma. Apabila nilai koefisien ini tinggi, maka bahan mempunyai kemampuan mengalirkan kalor dengan cepat. Untuk bahan isolator, koefisien ini bernilai kecil. Pada umumnya, bahan yang dapat menghantar arus listrik dengan sempurna (logam) merupakan penghantar yang baik juga untuk kalor dan sebaliknya. Selanjutnya bila diandaikan sebatang besi atau sembarang jenis logam dan salah satu ujungnya diulurkan ke dalam nyala api. Dapat diperhatikan bagaimana kalor dipindahkan dari ujung yang panas ke ujung yang dingin. Apabila ujung batang logam tadi menerima energi kalor dari api, energi ini akan memindahkan sebahagian energi kepada molekul dan elektron yang membangun bahan tersebut. Molekul dan elektron merupakan alat pengangkut kalor di dalam bahan menurut proses perpindahan kalor konduksi. Dengan demikian dalam proses pengangkutan kalor di dalam bahan, aliran electron akan memainkan peranan penting . Persoalan yang patut diajukan pada pengamatan ini ialah mengapa kadar alir energi kalor adalah berbeda. Hal ini disebabkan karena susunan molekul dan juga atom di dalam setiap bahan adalah berbeda. Untuk satu bahan berfasa padat molekulnya tersusun rapat, berbeda dengan satu bahan berfasa gas seperti udara. Molekul udara adalalah renggang sekali. Tetapi dibandingkan dengan bahan padat seperti kayu, dan besi , maka molekul besi adalah lebih rapat susunannya daripada molekul kayu. Bahan kayu terdiri dari gabungan bahan kimia seperti karbon, uap air, dan udara yang terperangkat. Besi adalah besi. Kalaupun ada bahan asing, bahan kimia unsur besi adalah lebih banyak.
l.3. Aliran (Konveksi)
Yang dimaksud dengan aliran ialah pengangkutan kalor oleh gerak dari zat yang dipanaskan. Proses perpindahan kalor secara aliran / konveksi merupakan satu fenomena permukaan. Proses konveksi hanya terjadi di permukaan bahan. Jadi dalam proses ini struktur bagian dalam bahan kurang penting. Keadaan permukaan dan keadaan sekelilingnya serta kedudukan permukaan itu adalah yang utama. Lazimnya, keadaan keseirnbangan termodinamik di dalam bahan akibat proses konduksi, suhu permukaan bahan akan berbeda dari suhu sekelilingnya. Dalam hal ini dikatakan suhu permukaan adalah Tl dan suhu udara sekeliling adalah T2 dengan Tl>T2. Kini terdapat keadaan suhu tidak seimbang diantara bahan dengan sekelilingnya. Perpindahan kalor dengan jalan aliran dalam industri kimia merupakan cara pengangkutan kalor yang paling banyak dipakai. Oleh karena konveksi hanya dapat terjadi melalui zat yang mengalir, maka bentuk pengangkutan ka1or ini hanya terdapat pada zat cair dan gas. Pada pemanasan zat ini terjadi aliran, karena masa yang akan dipanaskan tidak sekaligus di bawa kesuhu yang sama tinggi. Oleh karena itu bagian yang paling banyak atau yang pertama dipanaskan memperoleh masa jenis yang lebih kecil daripada bagian masa yang lebih dingin. Sebagai akibatnya terjadi sirkulasi, sehingga kalor akhimya tersebar pada seluruh zat.
Gambar 1.3. Perpindahan panas konveksi. (a) konveksi paksa, (b) konveksi alamiah,(c) pendidihan, (d) kondensasi
Pada perpindahan kalor secara konveksi, energi kalor ini akan dipindahkan ke sekelilingnya dengan perantaraan aliran fluida. Oleh karena pengaliran fluida melibatkan pengangkutan masa, maka selama pengaliran fluida bersentuhan dengan permukaan bahan yang panas, suhu fluida akan naik. Gerakan fluida melibatkan kecepatan yang seterusnya akan menghasilkan aliran momentum. Jadi masa fluida yang mempunyai energi terma yang lebih tinggi akan mempunyai momentum yang juga tinggi. Peningkatan momentum ini bukan disebabkan masanya akan bertambah. Malahan masa fluida menjadi berkurang karena kini fluida menerima energi kalor.
Fluida yang panas karena menerima kalor dari permukaan bahan akan naik ke atas. Kekosongan tempat masa bendalir yang telah naik itu diisi pula oleh masa fluida yang bersuhu rendah. Setelah masa ini juga menerima energi kalor dari permukan bahan yang kalor dasi, masa ini juga akan naik ke atas permukaan meninggalkan tempat asalnya. Kekosongan ini diisi pula oleh masa fluida bersuhu renah yang lain. Proses ini akan berlangsung berulang-ulang. Dalam kedua proses konduksi dan konveksi, faktor yang paling penting yang menjadi penyebab dan pendorong proses tersebut adalah perbedaan suhu. Apabila perbedaan suhu .terjadi maka keadaan tidak stabil terma akan terjadi. Keadaan tidak stabil ini perlu diselesaikan melalui proses perpindahan kalor.
Dalam pengamatan proses perpindahan kalor konveksi, masalah yang utama terletak pada cara mencari metode penentuan nilai h dengan tepat. Nilai koefisien ini tergantung kepada banyak faktor. Jumlah kalor yang dipindahkan, bergantung pada nilai h. Jika cepatan medan tetap, artinya tidak ada pengaruh luar yang mendoromg fluida bergerak, maka proses perpindahan ka1or berlaku. Sedangkan bila kecepatan medan dipengaruhi oleh unsur luar seperti kipas atau peniup, maka proses konveksi yang akan terjadi merupakan proses perpindahan kalor konveksi paksa. Yang membedakan kedua proses ini adalah dari nilai koefisien h-nya.
Perpindahan Panas
Kalor merupakan suatu bentuk energi yang dapat pindah dari suatu tempat ke tempat lain. Perpindahan kalor melalui tiga cara yaitu konduksi,konveksi dan radiasi.
1 Konduksi
Apabila sebatang besi berbentuk balok kemudian diletakkan di suatu tempat, kemudian dipanasi salah satu sisi dari balok besi tersebut, maka dalam waktu tertentu sisi yang lain dari balok akan panas. Dari peristiwa tersebut dapat dikatakan bahwa kalor berpindah dari satu sisi balok besi ke sisi yang lain melalui proses konduksi. Jadi konduksi adalah proses perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Adapun perumusannya adalah sebagai berikut dengan
•Q = laju aliran kalor dal J/s
k = adalah konduktivitas termal bahan dalam J/msK
A= luas permukaan dalam m2
dT/dX = adalah gradient suhu
Gambar 2.48 Perpindahan kalor konduksi pada sebuah plat
2. Konveksi
Proses pendidihan air di dalam suatu bejana apabila kita panasi akan terjadi aliran air dari bagian bawah bejana yang kena panas menuju permukaan kemudian air yang dingin dipermukaan turun ke dasar bejana, peristiwa tersebut terus-menerus sampai semua air di dalam bejana menjadi panas dan kemudian mendidih. Perpindahan kalor dengan cara demikian disebut dengan konveksi. Jadi konveksi adalah proses perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Perumasannya adalah:
Q = h A ΔT
dengan
•Q = laju aliran kalor dal J/s
h = koefesien konveksi dalam J/s4.m2.K4
ΔT = perbedaan suhu yang dipanasi K
A = luas permukaan dalam m2
Perpindahan kalor konveksi ada dua yaitu:
Konveksi Alamiah. Proses pemanasan air dalam bejana, atau ketel. Air yang kena panas menjadi lebih ringan sehingga naik ke permukaan digantikan oleh air yang dingin yang lebih berat.
Konveksi Paksa. Proses pendinginan pada radiator mobil akan lebih cepat kalau dipasang kipas
3. Radiasi
Ruangan yang tertutup dari lingkungan dan diisolasi dengan kaca tembus cahaya sehingga tidak ada panas masuk melalui konduksi dan konveksi, tetapi terjadi kenaikan temperatur di dalam ruangan, kenaikan temperatur tersebut karena terjadi perpindahan panas radiasi matahari.Perumusannya adalah sebagai berikut:
Q = AΔT 4 σ
•dengan
•Q = laju aliran kalor dal J/s
σ = konstanta dalam J/s.m2.K4
A = luas permukaan dalam m2
ΔT = perbedaan suhu yang dipanasi K
Gambar 2.50 Proses perpindahan kalor radiasi pada jendela rumah
http://duniaebook.net/teknik-mesin-industri#
DAFTAR PUSTAKA
http://sonjaya45.wordpress.com/2010/03/09/boiler-3/
http://www.scribd.com/doc/52922965/KETEL-UAP
http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/18324/3/Chapter%20II.pdf
file:///D|/E-Learning/Perpindahan%20Panas/Textbook/02%20Perpindahan%20panas%20konduksi.html
http://duniaebook.net/teknik-mesin-industri#
