heat transfer ppt radiasi
DESCRIPTION
Radiasi merupakan transfer energi lewat gerak gelombang. Radiasi diartikan sebagai vibrasi medan listrik yang bergerak dalam ruang disertai vibrasi medan magnet dan memperlihatkan karakteristik gerak gelombang. Radiasi juga diartikan sebagi transmisi gelombang, objek atau informasi dari sebuah sumber ke medium atau tujuan sekitarnya. Radiasi adalah perpindahan panas yang terjadi karena pancaran/sinaran/radiasi gelombang elektro- magnetik, tanpa memerlukan media perantara. Dasarnya adalah Hukum Stefan-BoltzmanTRANSCRIPT
Emisivitas (ε) suatu benda sama dengan
absorpsivitas (α)-nyapada suhu yang sama
Emisivitassuatu
benda (ε) → perbandingan antara energi yangdapat dipancarkan oleh benda itu pada suhu T dibandingkan dengan
ε = E E
b energi yang dipancarkan
olehbenda hitam pada suhu yang sama
Energi yang dipancarkan
oleh suatu benda selalu lebih kecil darienergi yang dipancarkan oleh benda hitam sehingga harga ε≤ 1.
IDENTITAS KIRCHHOFF
‰
‰
‰
‰
‰
Faktor
Faktor
Faktor
Faktor
Faktor
bentuk (shape factor)
pandang (view factor)
sudut (angle factor)
konfigurasi (configuration factor)
geometris (geometry factor)
FAKTOR PANDANGAN (Fm-n)
Eb1
Eb2
T2
A2
T1
A1
Pertukaran energi antara dua permukaan yang mempunyai suhu yang berlainan
Permukaan 1 dan permukaan 2 saling meradiasipermukaan 1 bisa sampai di permukaan 2 dan sebaliknya.
energi di
F1-2 = fraksi energi yang meninggalkan permukaan 1 danoleh permukaan 2.fraksi energi yang meninggalkan permukaan 2 dan oleh permukaan 1fraksi energi yang meninggalkan permukaan m dan
diterima
F2-1 = diterima
Fm-n = diterimaoleh permukaan
n
Energi yang meninggalkan permukaan 1 dan sampai
di permukaan2
adalah: Eb1A1F12
Energi yang meninggalkan permukaan 2 dan sampai
di permukaan1
adalah: Eb2A2F21
Pertukaran energi nettonya adalah :
q1-2 = Eb1A1F12 - Eb2A2F21
Pada 2 permukaan m dan n berlaku hubungan resiprositas
AmFmn = AnFnm
Sehingga pertukaran kalor nettonya menjadi :
q1-2 = A1F12(Eb1-Eb2) = A2F21(Eb1-Eb2)
Benda-benda tidak bisa memandang dirinya sendiri : F11 = F22 = F33 = … = 0
Jika Fij adalah fraksi energi total yang meninggalkan
permukaan
idan sampai di permukaan j maka : n
=1∑ Fijj=1
Untuk lengkung tiga permukaan dapat kita tuliskan
:F11 + F12 + F13 = 1
F13
= 1F23
F11 = 0
= 1 –
F12
F21 + F22 + F23
F22 = 0
= 1 –
F21
Dari hubungan resiprositas :
A1F12 = A2F21
HUBUNGAN BERBAGAI FAKTOR BENTUK
Pada perpindahan kalor radiasi antara permukaanhitam,semuaenergi radiasi yang menimpa permukaan itu diserap.Pada benda tak hitam, tidak seluruh energi yang jatuh di permukaan diserap; sebagian dipantulkan kembali ke permukaan lain dalam system dan sebagian mungkin dipantulkan keluar system. Diandaikan semua permukaan bersifat difus (baur, menyebar) dan mempunyai suhu seragam, emisivitas dan refleksivitas konstan di seluruh permukaan.Didefinisikan :G = iradiasipanas radiasi total yang menimpa suatu permukaan sebuah benda per satuan waktu per satuan luasJ = radiositaspanas radiasi total yang meninggalkan suatu permukaan sebuah benda per satuan waktu per satuan luasDianggap seluruh permukaan mempunyai G dan J yang sama.
Pertukaran Kalor Diantara Benda Yang Tidak Hitam
Radiositas
→ jumlah
energi
yangdipancarkan
(emisi)
dan
energi
yangdipantulkan (refleksi) apabila tidak
ada energi
(transmisi, τ = 0)α + ρ = 1
ρ = 1 - α = 1 - ε
yang
diteruskan
sehingga J = εEb + ρG = εEb + (1 - ε)G
J − εE
b1− ε
G =
Energi netto
yang meninggalkan permukaan adalah
:
qA
= J − G
+ (1− ε)G − G
= εE
b
= εEb −
εG
Masukkan persamaan G, akan diperoleh :
εAq = − J
⎟⎞
⎜⎛
E1− ε ⎝
b ⎠
Dari persamaan di atas diperoleh
⎜ E − J ⎟q =b
⎛ ⎞beda potensial⎝ ⎠ ≅ Arus =
1− ε
tahanan permukaanεA
Jaringan permukaan
:
→ qEb J
1−ε εA
A1 A2
J1
J2
F21F12
Energi yang meninggalkan permukaan
1 dan
mencapai
permukaan2
adalah :J1A1F12
Energi yang meninggalkan permukaan
2 dan
mencapai
permukaan1
adalah :J2A2F21
Pertukaran kalor netto antara kedua permukaan adalah q12 = J1A1F12 – J2A2F21
Pertukaran energi radiasi antara permukaan A1 dan A2
Dari hubungan resiprositas :
A1F12 = A2F21
Sehingga :
q12 = A1F12(J1 – J2) = A2F21(J1 – J2)
(J− J
)beda potensial1 2
1q
=≅ Arus =
tahanan ruangA F
1 12
Jaringan ruang → q
J1 J2
1A1F
12
Jaringan radiasi
merupakan gabungan antara jaringan
permukaandan jaringan ruang. Kedua unsur jaringan itu merupakan
pokok-pokok metode jaringan radiasi (radiation network method).
Perpindahan panas antara dua
permukaan dan tidak ada permukaanlain dilingkunganny
aq
Eb1 J1 J2 Eb2
1− ε21− ε
11
A F ε Aε1A
1 1 12 2 2
Pertukaran panas nettonya adalah
:
σ⎜T 4 − T 4 ⎟⎛ ⎞
= E
b1 − Eb2Eb1 − Eb2 = ⎝ 1 2 ⎠ qq = net 1− ε1 + 1 +
1−
ε2
net ∑R 1− ε1 + 1 + 1−
ε2
ε1A1 A1F12 ε2A2ε1A1 A1F12 ε2A2
PERMUKAANPERPINDAHAN PANAS RADIASI ANTARA DUA
Contoh Soal :Dua buah piring
padasejajar berdiameter 60 cm,
terpisah jarak 15 cm. Suhu padapermukaan bagian atas adalah 250 K dan suhu
pada permukaan bagian bawah adalah 300 K. Andaikan semua permukaan hitam, berapakah laju perpindahan kalornya ?
qEb2J2Eb1 J1
1 1− ε
1− ε
21 A F ε A22
ε1A
11 12
1 1A2F
23
A1F13
J3
1− ε3
ε A33
Eb3
PERMUKAANPERPINDAHAN PANAS RADIASI ANTARA TIGA
diselesaikan dengan menerapkan hukum arus Kirchhoff
: Jumlahsemua
arusyang memasuki suatu node ialah nol.
Eb1 − J1 + J2 − J1 +
J3 −
J1
Node I : = 01−
ε1
1 1 A1F12 A1F13ε1A1
+ Eb2 − J2
J3 − J2
1
J1 − J2
1
Node II : + =
01− ε2A1F12 A2F23ε2A2
J1 − J3 + J2 − J3 +
Eb
− J
Node III:33
1= 0 1 1 −
ε3
A1F13 A2F23 ε3A3
Untuk menghitung perpindahan panas antara tiga benda ini dapat
qEb2J2Eb1 J1
1 1− ε
1− ε
21 A F ε A22
ε1A
11 12
1 1A2F
23
A1F13
J3= Eb3
J3 tidak dihubungkan dengan
tahanan
permukaan
radiasi karenapermukaan 3 tidak bertukaran energi,
sehingga J3 = Eb3 = σ T34
BIDANG DATAR YANG DIHUBUNGKAN DENGAN BIDANG YANG TIDAK DAPAT MENGHANTARKAN PANAS TETAPI DAPAT MEMANTULKAN SEMUA
PANAS YANG DITERIMA
PERPINDAHAN PANAS RADIASI ANTARA DUA
Karena luas ruang A3 sangat besar maka tahanan ruang
1− ε
3A
= 0
sehingga Eb3 = J3ε3 3
Untuk menghitung aliran panas padakita cari radiositas J1dan J2 denganKirchhoff.
masing-masingmenggunakan
permukaan,hukum
arus
Eb1 − J1 + J2 − J1
+
J3 − J1 = 0
Node J1 : 1− ε1 1 1 A1F12 A1⎜1− F12
⎟⎞
ε1A1⎛⎝ ⎠
Eb2 − J2Eb3 − J2
1 J1 − J2
1
+ + = 01− ε2Node J2 :
A1F12 A2⎜⎛1− F21
⎟⎞
ε2A2 ⎝ ⎠
Contoh : Dua buah plat yang berada dalam ruangan yang besar.
1 1− ε1
ε1A1
= E
b2 − J2Panas total yang dilepas plat 2 :
q2 1− ε2
ε2A2
Panas
yang diterima dinding kamar :
q 3 = q1 + q 2
J1 − J 3 J 2 − J 3 J1 − E b3 J 2 − E b3atau
q = + = +3 1 1 1
A
(1
− F
1
A
(1
− F
) )A F A F1 13 2 23 1 212 21
Panas total yang dilepas plat 1 : q = Eb1 − J1