Lanjutan Tabel 2-2. Koefisien perpindahan panas konveksi Air–konveksi bebas
170–1500 Air–konveksi paksa
300–6000 Didihan air
3000–60.000 Kondensasi uap
6000–120.000
Apabila fluida tidak bergerak atau tanpa sumber penggerak maka perpindahan panas tetap ada karena adanya pergerakan fluida akibat perbedaan
massa jenis fluida. Peristiwa ini disebut dengan konveksi alami natural convection
atau konveksi bebas free convection. Lawan dari konveksi ini adalah konveksi paksa Forced convection yang terjadi apabila fluida dengan
sengaja dialirkan dengan suatu penggerak di atas plat.
2.4. Radiasi
Radiasi adalah perpindahan panas tanpa memerlukan zat perantara medium tetapi dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Sebagai contoh,
perpindahan panas dari matahari ke bumi. Panas dari matahari tidak dapat mengalir melalui atmosfer bumi secara konduksi karena antara bumi dan matahari
adalah hampa udara. Panas matahari tidak dapat sampai ke bumi melalui proses konveksi karena konveksi juga harus melalui pemanasan bumi terlebih dahulu.
Selain itu, konduksi dan konveksi memerlukan medium sebagai perantara untuk membawa panas. Jadi walaupun antara bumi dan matahari merupakan ruang
hanpa, panas matahari tetap akan sampai ke bumi melalui perpindahan panas secara radiasi.
Besarnya laju perpindahan panas secara radiasi adalah:
4 2
4 1
T T
A e
Q
2-15
dimana: Q = Laju perpindahan panas W
e = Emisivitas benda yang terkena radiasi 0 e 1
= Konstanta Stefan-Boltzman = 5, 67 x 10
-8
Wm
2
K
4
T
1
= Suhu benda
o
K T
2
= Suhu lingkungan
o
K
Universitas Sumatera Utara
Emisivitas benda adalah besaran yang bergantung pada sifat permukaan benda. Benda hitam sempurna black body memiliki harga emisivitas e = 1.
Benda ini merupakan pemancar dan penyerap yang paling baik. Permukaan pemantul sempurna memilki nilai e = 0.
2.5. Perpindahan Panas pada Kabel
Pada penghantar kawat telanjang yang dialiri arus listrik, arus akan menimbulkan panas pada penghantar. Perpindahan panas pada kawat telanjang
yang dialiri arus listrik berlangsung dengan konveksi seperti di tunjukkan Gambar 2-9.
i
r
i
T
T h,
h L
r
i
2 1
i
T
T
Gambar 2-9. Perpindahan panas pada kawat telanjang dan analogi listriknya Q
Q
Perpindahan panas yang terjadi adalah:
T T
A h
Q
i
Jika panjang kawat adalah L, maka luas permukaan luar kawat adalah: L
r A
i
2
sehingga
T T
h L
r Q
i i
2
Menurut persamaan di atas, seper tahanan termal adalah : h
L r
R
i th
2
1
atau h
L r
R
i th
2
1
2-16
Universitas Sumatera Utara
Perpindahan panas dapat dituliskan sebagai berikut:
h L
r T
T Q
i i
2
1
2-17
dimana: Q
= Laju perpindahan panas W
i
T = Suhu kawat
o
C
T
= Suhu lingkungan
o
C
i
r = Jari – jari kawat m
L = Panjang kawat m
h
= Koefisien perpindahan panas konveksi
C
m W
o 2
Perpindahan panas pada kabel yang dialiri arus listrik berlangsung dengan cara konduksi dan konveksi. Konduksi terjadi dari permukaan dalam isolasi atau
permukaan luar tembaga ke permukaan luar isolasi. Sedangkan secara konveksi, dari permukaan luar isolasi ke lingkungan. Dengan demikian tahanan thermal
yang dilalui panas adalah
konduksi
R dan
konveksi
R seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 2-10.
o
r
T h,
i
T
i
r
i
T
T
kL r
r R
i o
kond
2 ln
h
L r
R
o konv
2 1
Universitas Sumatera Utara
Dengan demikian perpindahan panas yang terjadi dapat dituliskan sebagai berikut:
h L
r k
L r
r T
T R
R T
T Q
o i
o i
konv kond
i
2 1
2 ln
h r
k r
r T
T L
Q
o i
o i
1 ln
2
2-18
dimana: Q
= Laju perpindahan panas W
i
T = Suhu permukaan dalam isolasi
o
C
T
= Suhu lingkungan
o
C
o
r = Jari – jari luar isolasi m
2 i
r = Jari – jari tembaga m
2
L = Panjang kabel m
k
= Konduktivitas thermal isolasi
C
m W
o
h
= Koefisien perpindahan panas konveksi
C
m W
o 2
Untuk kabel lapis rangkap dengan jenis isolasi yang berbeda seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-11, maka perpindahan panas yang terjadi adalah:
h r
k r
r k
r r
T T
L Q
B A
3 2
3 1
2 1
1 ln
ln 2
2-19
Universitas Sumatera Utara
1
T
1
r
2
T
2
r
3
r
3
T
A
R
R
B
R
1
T
2
T
3
T
T
L k
r r
A
2
ln
1 2
L k
r r
B
2
ln
2 3
h L
r
3
2 1
T h
2.6. Contoh Perhitungan
