Nama: Akwila Eka MelianiNPM: 1306413725Jurusan: Teknik Kimia

Perpindahan Panas KonduksiPerpindahan kalor () merupakan besaran vektor. Menurut perantara perpindahannya, perpindahan kalor dibagi menjadi tiga cara: konduksi, konveksi, dan radiasi, yang terjadi jika ada perbedaan suhu dan kalor selalu berpindah dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah. Dalam makalah ini, akan dijelaskan mengenai perpindahan kalor konduksi.Perpindahan kalor konduksi adalah perpedaan kalor yang disebabkan perbedaan temperaturdan ada kontak termal. Secara mikroskopik, konduksi berhubungan dengan aliran elektron bebas, getaran kisi, dan tumbukan molekuler. Namun, secara makroskopik, konduksi tidak melibatkan perpindahan massa. Laju alir konduksi digambarkan sebagai

(1)dengan k merupakan konduktivitas termal, yaitu nilai atau ukuran kemampuan suatu bahan untuk mengalirkan panas (satuan: W/m.K). Jika persamaan (1) diambil limit x 0, akan menjadi

(2)

Persamaan (2) disebut sebagai Hukum Fourier dengan dT/dx sebagai gradien temperatur, yaitu kemiringan kurva T-x. Tanda negatif (-) pada persamaan menunjukkan hubungan suhu (T) yang berbanding terbalik dengan ketebalan benda (x).Konduksi merupakan fungsi tiga dimensi terhadap waktu atau T = T(x,y,z,t). Konduksi dikatakan tunak (steady-state) jika suhu tidak berubah terhadap waktu, sedangkan tak tunak (unsteady-state) jika suhu berubah terhadap waktu. Konduksi dikatakan satu dimensi jika peristiwa konduksi yang terjadi hanya pada satu dimensi yang dianggap penting, sedangkan multidimensi jika peristiwa konduksi ditinjau dari lebih dari satu dimensi (dua dimensi atau tiga dimensi). Ada tiga sistem koordinat yang dibedakan berdasarkan bentuknya, yaitu rektanguler (titik x, y, z), silinder (titik r, , z) dan sferis (titik r, , ).

Konduksi TunakAda beberapa konduksi tunak yang akan dijelaskan sebagai berikut.Konduksi Tunak Satu Dimensi pada Bidang Datar

Gambar x. Aliran kalor melalui dinding adalah satu dimensi saat suhu dinding berubah terhadap satu dimensi saja (Sumber: Heat Transfer: A Practical Approach, Cengel, Yunus A.)

Secara umum, neraca energi plat datar satu dimensi dalam keadaan tunak adalah

(3)Persamaan (3) masih dalam bentuk turunan, jadi perlu diintegralkan dan dimasukkan kondisi batasnya.

Konduksi Tak TunakBerikut ini beberapa sistem analisis konduksi tak tunak.Sistem Kalor TergabungMerupakan sistem analisis saat temperature suatu zat padat berubah terhadap waktu, tetapi tidak berubah terhadap jarak atau ketebalan zat. Untuk menggunakan sistem ini, perlu ditentukan panjang karakteristik, (: volume zat, : luar permukaan) dan bilangan Biot, (: koefisien konveksi, : konduktivitas termal). Sistem kalor tergabung dapat digunakan jika Bi 0,1. Neraca energinya:

(4)

dengan , disebut konstanta waktu. Jumlah perpindahan kalor antara sistem dan sekeliling medium:(5)

A. Contoh kasus: Desain dinding rumahBeberapa fenomena kehidupan sehari-hari yang terkait dengan perpindahan kalor secara konduksi telah dipaparkan di atas. Dapatkah anda menggambarkan dan menjelaskan mekanisme perpindahan kalor yang terjadi pada dinding rumah, serta persamaan-persamaan konduksi yang terlibat dalam penjelasan mekanisme tersebut?Jawab: Untuk menjelaskan kasus ini, penulis mengasumsikan bahwa perpindahan konduksi terjadi secara tunak (steady) satu dimensi. Aliran kalor yang dijelaskan yaitu dari luar rumah sampai ke dalam rumah. Mekanisme perpindahan kalor pada dinding rumah terdiri atas tiga proses: konveksi konduksi konveksi.

Gambar x. Mekanisme Aliran Kalor pada Dinding Rumah (Sumber: Heat Transfer 10th Ed., Holman, J.P.)

Awalnya, kalor dari luar rumah berpindah ke dinding rumah secara konveksi sebesar TA. Kemudian, saat mencapai sisi dinding, suhu turun menjadi T1. Sepanjang ketebalan dinding, misalkan tebal dinding adalah L, suhu mengalami penurunan (sesuai dengan kurva T-x) dari T1 menjadi T2. Lalu, aliran kalor kembali secara konveksi ke dalam rumah dan suhu menurun menjadi TB. Jadi, dapat disimpulkan bahwa suhu semakin menurun dari luar ke dalam rumah karena kalor mengalir dari suhu yang lebih tinggi ke suhu yang lebih rendah. Persamaan konduksi yang terlibat adalah persamaan perpindahan kalor menyeluruh (Holman, 2010) karena perpindahan kalor terjadi secara konduksi-konveksi. Persamaan perpindahan kalor menyeluruh:

()

Unsteady6. Sebuah bola tembaga diameter 5 cm pada mulanya berada pada suhu 250oC. Bola tersebut tiba-tiba ditempatkan pada lingkungan dengan suhu 30oC dan h = 28 W/m2.oC. Hitunglah waktu yang diperlukan untuk mencapai suhu bola 90oC.Dik:d = 5 cm, r = 2,5 cmk = 371,5 W/m2.oC (pada 250oC)Ti = 250oCT = 30oCh = 28 W/m2.oCT(t) = 90oCDit: Jawab:Menentukan harga Karena sistem di atas tak tunak, digunakan analisis sistem tak tunak. Untuk memeriksa apakah sistem kalor tergabung dapat digunakan, dicari bilangan Bi:

Karena Bi 0,1, sistem kalor tergabung dapat dipakai. dengan

Daftar PustakaCengel, Yunus A. (2002). Heat Transfer: A Practical Approach 2nd Edition. USA: McGraw-Hill.Hawkins, George A, & Jakob, M. (1957). Elements of Heat Transfer 3rd Edition. New York: John Wiley & Sons, Inc.Wolf, H. (1983). Heat Transfer. New York: Harper & Row, Publishers.