BAB II PERPINDAHAN PANAS
2.1. Umum
Perpindahan panas adalah perpindahan energi yang terjadi pada benda atau material yang bersuhu tinggi ke benda atau material yang bersuhu rendah, hingga
tercapainya kesetimbangan panas. Kesetimbangan panas terjadi jika panas dari sumber panas sama dengan jumlah panas benda yang dipanaskan dengan panas
yang disebarkan oleh benda tersebut ke medium sekitarnya. Proses perpindahan
panas ini berlangsung dalam 3 mekanisme, yaitu: 1.
Konduksi. 2.
Konveksi. 3.
Radiasi. Dalam prakteknya ketiga proses perpindahan panas tersebut sering terjadi secara
bersama–sama. Dalam bab ini akan dijelaskan teori perpindahan panas secara konduksi,
konveksi, dan radiasi.
2.2. Konduksi
2.2.1. Laju Perpindahan Panas
Konduksi adalah proses perpindahan panas dari suatu bagian benda padat atau material ke bagian lainnya. Perpindahan panas secara konduksi dapat
berlangsung pada benda padat, umumnya logam. Jika salah satu ujung sebuah batang logam diletakkan di atas nyala api,
sedangkan ujung yang satu lagi dipegang, bagian batang yang dipegang ini suhunya akan naik, walaupun tidak kontak secara langsung dengan nyala api.
Pada perpindahan panas secara konduksi tidak ada bahan dari logam yang berpindah. Yang terjadi adalah molekul-molekul logam yang diletakkan di atas
nyala api membentur molekul-molekul yang berada di dekatnya dan memberikan sebagian panasnya. Molekul-molekul terdekat kembali membentur molekul-
molekul terdekat lainnya dan memberikan sebagian panasnya, dan begitu seterusnya di sepanjang bahan sehingga suhu logam naik.
Universitas Sumatera Utara
Jika pada suatu logam terdapat perbedaan suhu, maka pada pada logam tersebut akan terjadi perpindahan panas dari bagian bersuhu tinggi ke bagian
bersuhu rendah. Besarnya laju perpindahan panas q berbanding lurus dengan luas bidang A dan perbedaan suhu
x T
pada logam tersebut seperti
ditunjukkan pada Gambar 2-1. Secara matematis dinyatakan sebagai : x
T A
q
2-1
T
2
T
1
T x
Dengan memasukkan konstanta kesetaraan yang disebut konduktivitas thermal didapatkan persamaan berikut yang disebut juga dengan hukum Fourier tentang
konduksi: x
T kA
q
2-2
dimana : q
= Laju perpindahan panas W k
= Konduktivitas termal Wm
o
C A
= Luas penampang m
2
x T
= Gradien suhu,yaitu laju perubahan suhu T dalam arah aliran x
o
Cm Tanda minus - menunjukkan arah perpindahan panas terjadi dari bagian yang
bersuhu tinggi ke bagian yang bersuhu rendah.
Nilai kondukitivitas thermal suatu bahan menunjukkan laju perpindahan panas yang mengalir dalam suatu bahan. Konduktivitas thermal kebanyakan
bahan merupakan fungsi suhu, dan bertambah sedikit kalau suhu naik, akan tetapi variasinya kecil dan sering kali diabaikan. Jika nilai konduktivitas thermal suatu
Universitas Sumatera Utara
bahan makin besar, maka makin besar juga panas yang mengalir melalui benda tersebut. Karena itu, bahan yang harga
k-nya besar adalah penghantar panas yang baik, sedangkan bila
k-nya kecil bahan itu kurang menghantar atau merupakan isolator. Nilai Konduktivitas thermal berbagai bahan diberikan pada Tabel 2-1.
Tabel 2-1. Konduktivitas thermal berbagai bahan
Bahan kWm.
o
C Bahan
kWm.
o
C
Logam Bukan Logam
Perak 410
Kuarsa 41,6
Tembaga 385
Magnesit 4,15
Aluminium 202
Marmar 2,08 – 2,94
Nikel 93
Batu pasir
1,83 Besi
73 Kaca,
jendela 0,78
Baja karbon 43
Kayu 0,08
Timbal 35
Serbuk gergaji
0,059 Baja krom-nikel
16,3 Wol kaca
0,038 Emas
314 Karet
0,2 Polystyrene
0,157 Polyethylene
0,33 Polypropylene
0,16 Polyvinyl
Chlorida 0,09
Kertas 0,166
Zat Cair Gas
Air raksa
8,21 Hidrogen
0,175 Air
0,556 Helium
0,141 Amonia
0,540 Udara
0,024
Minyak lumas SAE 50
0,147 Uap air jenuh
0,0206 Freon
12 0,073
Karbondioksida 0,0146
Universitas Sumatera Utara
2.2.2. Konduksi pada bidang Datar
Kategori