makalah pemicu 1

Makalah I Perpindahan Kalor: Konduksi Tunak 1

Pemicu 1

Topik: Konduksi Tunak

oleh

Kelompok: 2

Anggota:

1. Adilfi Finasthi Kusuma Putri (1106018594)

2. Ikhsan Nur Rosid (1106007691)

3. Nuri Liswanti Pertiwi (1106015421)

4. Rizqi Pandu S. (0906557045)

5. Wahyudi Maha Putra (1106005742)

Departemen Teknik Kimia FTUI

Universitas Indonesia

Depok 2013


Peta Konsep

Konduksi Tunak

Definisi

Penyebab

Faktor yang mempengaruhi

Mekanisme

Hukum Fourier

Cara menentukan laju perpindahan

kalor

Analisis satu dimensi

Analisis multi dimensi

Aplikasi konduksi

Isolasi

Kasus yang membutuhkan

isolasi

Faktor yang mempengaruhi

isolasi

Mekanisme sistem isolasi

Menentukan bahan isolator


Daftar Isi

Peta Konsep ................................................................................................. 2

Daftar Isi...................................................................................................... 3

Pendahuluan

Latar belakang ................................................................................. 4

Perumusan masalah ......................................................................... 4

Tujuan penulisan ............................................................................. 4

Tugas 1

Soal 1 ............................................................................................... 5

Soal 2 ............................................................................................... 6

Soal 3 ............................................................................................... 7

Tugas 2

Soal 1 ............................................................................................... 9

Soal 2 ............................................................................................... 13

Soal 3 ............................................................................................... 16

Soal 4 ............................................................................................... 17

Soal Perhitungan

Soal 1 ............................................................................................... 19

Soal 2 ............................................................................................... 20

Kesimpulan ................................................................................................. 22

Daftar Pustaka


Pendahuluan

I. Latar Belakang

Konduksi adalah peristiwa perpindahan kalor yang membutuhkan medium

perambatan dan kontak langsung. Adanya gradien suhu menyebabkan perpindahan

kalor dari suatu benda ke benda lainnya. Konduksi bisa dianalisis dari sudut pandang

satu dimensi ataupun multidimensi. Prinsip mengenai konduksi sudah banyak

digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Dalam makalah ini, pembahasan mengenai

konduksi akan dititikberatkan pada konduksi tunak dan aplikasinya dalam sistem

insulasi

.

II. Perumusan Masalah

1. Apa itu perpindahan kalor secara konduksi tunak?

2. Prinsip apa yang digunakan pada perpindahan kalor secara konduksi tunak?

3. Bagaimana cara menghitung perpindahan kalor pada konduksi tunak pada

berbagai kondisi?

4. Bagaimana prinsip konduksi tunak diaplikasikan ke dalam sistem insulasi?

III. Tujuan Penulisan

1. Mengetahui dan memahami mengenai perpindahan kalor konduksi tunak dan

prinsipnya.

2. Mengetahui dan dapat mengaplikasikan cara-cara untuk menganalisis

perpindahan kalor kondisi tunak dalam berbagai kondisi.

3. Mengetahui dan dapat menjelaskan aplikasi konduksi tunak dalam sistem

insulasi.


Jawaban Pertanyaan

Tugas 1

1. Jelaskan mekanisme kerja suatu sistem insulasi

Insulasi adalah suatu cara yang dilakukan untuk mencegah terjadinya perpindahan

panas. Insulasi terbagi menjadi tiga jenis, yaitu insulasi terhadap konduksi, konveksi,

dan radiasi.

a. Mekanisme insulasi pada konduksi

Konduksi merupakan salah satu peristiwa perpindahan panas yang

membutuhkan medium dan kontak langsung. Pada konduksi, misalnya pada

logam, bagian logam yang dipanaskan akan mendapatkan energi dari sumber

panas. Energi yang didapat dari sumber pemanas akan menyebabkan atom

logam tersebut bergetar. Ketika suatu atom bergetar maka ia akan

menggetarkan atom di sekelilingnya dengan memberikan energi getarnya.

Atom yang bergetar akan menghantarkan energi panas. Bahan yang susunan

atomnya lebih rapat akan mudah mengalami konduksi karena lebih mudah

dalam menghantarkan energi getaran. Untuk bahan yang sama, fasa padat

akan lebih mudah menghantarkan konduksi dibanding fasa gas.

Mekanisme insulasi yaitu suatu cara yang dilakukan dengan meredam

energi vibrasi pada atom. Untuk melakukan insulasi pada konduksi artinya

mencari suatu bahan yang susunan atomnya sulit untuk menghantarkan energi

vibrasi yang dihasilkan oleh sumber panas, yaitu bahan yang mempunyai

konduktivitas termal yang rendah. Cara lain yang dapat dilakukan diantaranya

mempertebal bahan karena dengan begitu akan semakin banyak pula energi

panas yang digunakan oleh atom tersebut sehingga panas yang dihantarkan

akan berkurang.

b. Mekanisme insulasi pada konveksi

Konveksi merupakan perpindahan panas yang pada fluida akibat

pergerakannya (Cengel). Konveksi terjadi ketika partikel yang berenergi

tinggi berpindah dan tempatnya digantikan oleh partikel yang energinya lebih

rendah. Cairan dan gas akan ekspansi volume ketika dipanaskan sehingga

massa jenisnya menjadi lebih kecil. Massa jenis zat yang lebih besar akan

menuju area dengan sumber panas sehingga timbulah pergerakan yang disebut

dengan arus konveksi. Mekanisme pada insulasi salah satunya dilakukan


dengan memotong atau menghambat arus konveksi ini. Arus konveksi

dihambat dengan cara menghambat pergerakan fluida.

c. Mekanisme insulasi pada radiasi

Radiasi adalah peristiwa perpindahan panas yang tidak membutuhkan

medium dan tidak membutuhkan kontak langsung. Pada radiasi, energi panas

merambat sebagai gelombang elektromagnetik. Hal yang dilakukan untuk

insulasi terhadap radiasi yaitu dengan perlindungan melalui bahan reflektif

(kurtus, 2006). Contoh perlindungan terhadap radiasi yaitu cat yang berwarna

perak pada sistem perpipaan atau atau alat industri lainnya.

2. Faktor-faktor apa saja yang perlu dipertimbangkan dalam desain suatu

sistem insulasi?

Berikut merupakan faktor-faktor yang dapat kita pertimbangankan dalam pemilihan

suatu isolator dalam suatu sistem insulasi, yaitu:

a. Jembatan termal

Material yang lembab dapat kehilangan sebagian besar sifat isolasinya karena

terkandung air yang merupakan penghantar listrik. Pemilihan isolasi juga

bergantung pada kemampuan material untuk mengatur kelembaban pada salah

satu sisinya.

b. Efek kelembaban

Material yang lembab dapat kehilangan sebagian besar sifat isolasinya karena

terkandung air yang merupakan penghantar listrik. Pemilihan isolasi juga

bergantung pada kemampuan material untuk mengatur kelembaban pada salah

satu sisinya

c. Ketebalan isolasi optimal

Dari segi ekonomi serta kepraktisan, penggunaan terlalu banyak isolasi tidak

disarankan. Dalam aplikasinya isolasi dibuat dengan pemanfaatan udara yang

seefisien mungkin (airtightness). Setelah itu ketebalan isolator ditentukan

berdasarkan rule of thumb mengenai biaya, iklim, dan kenyamanan

d. Jenis material pembentuk isolator

Karena setiap isolator mempunyai perbedaan fungsi dan keadaan

e. Jenis bahan isolator

Jenis ini menunjukkan konduktivitas termal dari bahan tesebut. Semakin kecil

konduktivitas termalnya maka proses isolasi makin baik

f. Bentuk isolator

g. Suhu lingkungan

Semakin kecil beda suhu lingkungan dan suhu sistem, maka proses isolasi akan

semakin baik


h. Temperatur maksimum yang dapat dicapai isolator

i. Pengaruh mekanis / kimia lain yang merugikan

3. Karakteristik apa sajakah yang perlu dimiliki oleh suatu bahan / material

bila ingin dimanfaatkan sebagai isolator?

Isolator adalah suatu bahan/ material yang sulit untuk menghantarkan panas.

Suatu bahan dapat dikatakan isolator yang baik apabila memiliki faktor-faktor

berikut:

a. Konduktivitas termal

Konduktivitas termal dari sebuah bahan didefinisikan sebagai laju

perpindahan panas yang melewati suatu bahan dengan ketebalan tertentu per

luas, per perbedaan temperatur (cengel). Konduktivitas termal dari suatu

bahan menunjukkan kemampuan bahan tersebut untuk menghantarkan panas.

Nilai konduktivitas termal yang besar artinya bahan tersebut merupakan

konduktor yang baik. Semakin rendah nilai konduktivitas termal, maka bahan

tersebut sulit menghantarkan panas sehingga memungkinkan untuk

melindungi isinya dari panas di lingkungan atau sebaliknya.

Tabel 1. Konduktivitas termal dari beberapa bahan pada temperature ruang (sumber:

cengel, 2002)


b. Difusivitas termal

Difusivitas termal menggambarkan seberapa cepat panas berdifusi

melewati suatu bahan (cengel). Difusivitas termal didefinisikan dengan

persamaan berikut

Perlu diingat bahwa nilak k menggambarkan seberapa baik suatu

material menghantarkan panas, sedangkan kapasitas panas merepresentasikan

seberapa banyak energi dari suatu bahan yang disimpan per unit volume.

Difusivitas termal merupakan rasio dari panas yang dihantarkan terhadap

panas yang disimpan per satuan volume. Semakin besar nilai difusivitas

termal maka semakin cepat panas melewati mediumnya.

c. R-value

Properti fisik yang paling penting untuk dipertimbangkan saat memilih

bahan isolasi adalah sifat tahan panasnya, yaitu kemampuannya untuk

menahan perpindahan panas dari satu sisi dari dirinya sendiri ke sisi yang lain.

Tahanan termal dinyatakan sebagai R-value, yaitu rasio suhu di seluruh materi

dan perpindahan panas melaluinya (Gillespie). Semakin tinggi R-value suatu

bahan, semakin baik sifat isolasinya terhadap perpindahan panas

d. Air permeability

Permeabilitas udara adalah sifat bahan suatu bahan yang

memungkinkan udara untuk melewati pori porinya (orwell, mark). Hal ini

sering dikaitkan dengan bahan seperti yang digunakan dalam pembuatan

pakaian. Permeabilitas udara yang tinggi berarti semakin kecil nilai

konduktivitas termalnya dan semakin sulit untuk menghantarkan panas.

e. Massa jenis atau densitas

Densitas suatu bahan dapat menentukan sifatnya dalam

menghantarkan panas. Semakin besar nilai densitas, maka semakin mudah

dalam menghantarkan panas, atau termasuk isolator yang buruk. Hal ini

disebabkan susunan atom yang semakin rapat akan lebih mudah

menghantarkan energi panas.

f. Suhu jangkauan

Suhu jangkauan artinya suhu dari lingkungan yang dapat dilindungi oleh

bahan tersebut. suhu jangkauan penting untuk mengetahui apakah suatu bahan


dapat bersifat sebagai konduktor yang baik pada suhu tertentu. Faktor ini juga

merupakan yang harus diperhatikan dalam memilih isolor yang baik.

Tugas 2

1. Apa yang anda ketahui mengenai perpindahan kalor konduksi? Dan apa pula

yang anda ketahui mengenai perpindahan kalor konduksi tunak?

Jawab:

Perpindahan kalor secara konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa

disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Perpindahan panas yang dihasilkan

berasal dari kontak langsung antara permukaan-permukaan benda. Konduksi terjadi

hanya dengan menyentuh atau menghubungkan permukaan-permukaan yang

mengandung panas. Setiap benda mempunyai konduktivitas termal (kemampuan

mengalirkan panas) tertentu yang akan mempengaruhi panas yang dihantarkan dari

sisi yang panas ke sisi yang lebih dingin. Semakin tinggi nilai konduktivitas termal

suatu benda, semakin cepat ia mengalirkan panas yang diterima dari satu sisi ke sisi

yang lain. Untuk menghitung laju perpindahan kalor konduksi, digunakan Persamaan

Fouries sebagai berikut.

… (1)

Persamaan umum untuk konduksi kalor 3 dimensi adalah

… (2)

Bila konduktivitas termal konstan, persamaan (2) menjadi

… (2-1)

Persamaan (2-1) dapat diubah ke dalam koordinat silindris (Persamaan 2-1a) atau

feris (Persamaan 2-1b).

… (2-1a)

… (2-1b)


Sedangkan yang dimaksud dengan perpindahan kalor konduksi tunak adalah

perpindahan kalor secara konduksi (tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat

tersebut) dimana sistem berada dalam kondisi setimbang atau tidak berubah terhadap

waktu. Perpindahan kalor konduksi tunak dapat dibedakan menjadi kategori satu

dimensi dan dimensi rangkap.

Pada perpindahan kalor konduksi tunak 1D, gradien suhu dinyatakan dalam satu

koordinat ruang saja. Berikut ini adalah persamaan – persamaan yang digunakan

dalam menyelesaikan beberapa kasus perpindahan kalor konduksi tunak 1D.

Dinding datar :

… (3)

Bila konduktivitas termal berubah terhadap suhu, persamaan (3) menjadi

… (3-1)

Dinding datar lapis rangkap:

Gambar 1. Perpindahan kalor 1D melalui dinding komposit

(Sumber: Holman, J.P. 2009. Heat Transfer 10th

Edition. New York: McGraw-Hill, hal 28)

… (4)


Sistem Radial-Silinder:

Gambar 2. Perpindahan kalor 1D melalui silinder berlubang.



… (5)

Silinder komposit:

Gambar 3. Perpindahan kalor 1D melalui silinder komposit.



… (6)

Pada perpindahan kalor konduksi tunak 2D, gradien suhu dinyatakan dalam dua

koordinat ruang saja. Dengan menganggap bahwa konduktivitas termal konstan,

berlaku persamaan Laplace sebagai berikut.

… (7)


Maka, aliran kalor dalam arah x dan y adalah

… (7-1)

… (7-2)

q resultan = qx + qy … (7-3)

Kasus-kasus perpindahan kalor 2D dapat diselesaikan dengan metode analisis

matematik, analisis grafik, dan metode analisis numerik. Kasus yang sering dijumpai

dalam perpindahan kalor 2 D yaitu kasus yang melibatkan faktor bentuk konduksi

(S). Laju perpindahan kalornya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

berikut.

… (8)

Berikut ini adalah faktor bentuk konduksi untuk beberapa kasus.

Tabel 3-1. Faktor bentuk konduksi.

(Sumber: Holman, J.P. 2009. Heat Transfer 10

th Edition. New York: McGraw-Hill, hal 84)


2. Apa yang Anda ketahui tentang persamaan Fourier dan nilai konduktivitas

termal suatu bahan?

Persamaan Fourier

Panas berpindah secara konduksi bila terdapat gradien suhu pada suatu benda

sehingga terjadi perpindahan energi dari bagian bersuhu tinggi ke bagian yang

bersuhu lebih rendah. Dapat dikatakan bahwa energi berpindah secara konduksi atau

hantaran karena medium yang dilewati adalah padat. Laju perpindahan panas tersebut

berbanding dengan gradient suhu normal dan berlaku hukum fourier.

Konduksi pada dinding satu dimensi seperti gambar, yang memiliki distribusi

temperatur T(x), maka hukum fourier dapat dinyatakan dalam persamaan:

(1)

Dimana, fluks panas qx (W/m2) adalah nilai perpindahan panas yang searah dengan

sumbu x per satuan luas sepanjang garis lurus arah perpindahan dan sesuai dengan

gradien temperatur dT/dx. Tetapan k adalah konduktifitas termal (W/mK) yang

merupakan karakteristik material. Tanda minus (-) menyatakan bahwa perpindahan

panas selalu mengarah pada suhu yang lebih rendah. Pada konduksi steady-state yang

diperlihatkan gambar dimana distribusi suhu adalah linier, gradient suhu dan fluks

panas dapat dinyatakan dengan persamaan:


Dan

(2)

maka persamaan (2) di atas dapat ditulis:

(3)

Fluks panas dinyatakan oleh persamaan (3) yaitu nilai perpindahan panas per satuan

luas, oleh karena itu seperti ditunjukkan pada Gambar di atas nilai panas karena

konduksi qx (W) sepanjang permukaan dinding dengan luas A menghasilkan fluks

sebesar qxA dan persamaan (3) menjadi

(4)

Konduktivitas Termal

Konduktivitas atau keterhantaran termal, k, adalah suatu besaran intensif bahan yang

menunjukkan kemampuannya untuk menghantarkan panas. Besaran ini didefinisikan

sebagai panas, Q, yang dihantarkan selama waktu t melaui ketebalan L, dengan arah

normal ke permukaan dengan luas A yang disebabkan oleh perbedaan suhu ΔT dalam

kondisi tunak dan jika perpindahan panas hanya tergantung dengan perbedaan suhu

tersebut.

Dari hukum Fourier, konduktivitas termal dinyatakan dengan:

Secara umum, konduktivitas termal benda padat lebih besar daripada gas. Seba

gaimana diilustrasikan pada gambar dibawah, konduktivitas termal benda padat lebih

tinggi dari pada gas.


Benda yang memiliki konduktivitas termal (k) besar merupakan penghantar kalor

yang baik (konduktor termal yang baik). Sebaliknya, benda yang memiliki

konduktivitas termal yang kecil merupakan merupakan penghantar kalor yang buruk

(konduktor termal yang buruk).


3. Bagaimana menentukan nilai koefisien perpindahan kalor menyeluruh dan

ketebalan kritis suatu isolator?

Koefisien perpindahan kalor menyeluruh digunakan pada sistem dimana terdapat

peristiwa konduksi dan konveksi. Salah satu contoh sistem yang menggunakan

koefisien perpindahan kalor menyeluruh adalah sistem dinding datar dengan dua

fluida yang berbeda di kedua sisinya.

Pada sistem tersebut, menurut buku “Perpindahan Kalor Edisi 6” karya J.P.

Holman, perpindahan kalor dapat dinyatakan dengan:

….()

dimana k adalah konduktivitas termal dan h adalah koefisien perpindahan kalor

konduksi. TA dan TB menunjukkan suhu fluida, sedangkan T1 dan T2 menunjukkan

suhu pada dinding.

Perpindahan kalor kemudian dapat ditentukan dengan cara menganalogikan

sistem dengan rangkaian sistem. Laju perpindahan kalor adalah arus, lalu perbedaan

tegangan yang menyebabkan adanya aliran listrik adalah perbedaan suhu pada

perpindahan kalor, sedangkan hambatan dalam perpindahan kalor adalah tahanan

konveksi dan konduksi. Tahanan konveksi dan konduksi dapat dirumuskan dengan

persamaan berikut yang juga didapatkan dari buku karya Holman:

….()

….()

Selanjutnya, persamaan untuk menghitung perpindahan kalor akan menjadi:

….()

Bentuk persamaan di atas dapat disederhanakan kembali menjadi bentuk:

….()

dimana U adalah koefisien perpindahan kalor menyeluruh. Oleh karena itu,

didapatkanlah persamaan untuk menghitung koefisien perpindahan kalor menyeluruh

yakni:

…()


Tebal kritis suatu isolator adalah besaran yang menggambarkan tebal dimana

perpindahan kalor bernilai maksimum. Tebal kritis biasanya digunakan untuk

menganalisis sistem dengan luas penampang berbentuk lingkaran. Persamaan tebal

kritis adalah:

…()

Saat tebal suatu isolator berada di bawah tebal kritisnya, maka penambahan

tebal akan menyebabkan laju perpindahan kalor meningkat. Namun, saat tebal

isolator tersebut berada di atas tebal kritisnya, maka penambahan tebak akan

menyebabkan laju perpindahan kalor berkurang.

4. Bagaimana menentukan nilai laju perpindahan kalor konduksi tunak pada

sistem dengan penampang yang berbeda dan sistem dengan sumber kalor?

Menentukan laju perpindahan kalor pada sistem dengan penampang yang

berbeda

Pada analisis satu dimensi, maka persamaan yang digunakan untuk

menentukan laju perpindahan kalor adalah persamaan Fourier. Jika penampang

yang digunakan memiliki penampang yang berbeda, maka yang harus

diperhatikan dalam menggunakan persamaan Fourier untuk menentukan laju

kalor adalah luasnya. Persamaan luas yang digunakan harus sesuai dengan

penampang yang digunakan. Pada sistem dengan penampang persegi, maka

rumus luas yang disubstitusikan ke dalam persamaan Fourier adalah luas persegi.

Begitu pula jika penampangnya berbentuk persegi panjang, segitiga, atau bentuk-

bentuk lainnya.

Kasus yang sedikit berbeda adalah jika penampang sistem berbentuk radial

atau lingkaran. Persamaan Fourier untuk penampang radial setelah

disubstitusikan persamaan untuk luas penampang lingkaran adalah:

…()

Dari persamaan di atas, didapatkanlah persamaan untuk tahanan termal sistem

dengan penampang lingkaran yakni:

…()

Tahanan termal di atas dapat digunakan untuk mempermudah perhitungan laju

perpindahan kalor, dengan cara menganalogikan sistem yang kita analisis

menjadi rangkaian listrik.

Untuk sistem dengan penampang berbentuk bola, maka persamaan yang

digunakan untuk menghitung laju perpindahan kalor adalah:

…()


Sedangkan untuk analisis dua dimensi, maka persamaan yang digunakan

adalah:

….()

dimana S adalah faktor bentuk untuk konduksi. Nilai faktor bentuk ini dapat

dilihat dalam buku “Perpindahan Kalor Edisi 6” oleh J.P. Holman pada tabel 3.1.

Menentukan laju perpindahan kalor pada sistem dengan sumber kalor

Dalam menentukan laju perpindahan kalor pada sistem dengan sumber kalor,

persamaan umum yang digunakan adalah:

…()

Persamaan di atas kemudian dapat disederhanakan dengan mengintegrasikan

kondisi-kondisi batas pada sistem yang dianalisis.

Pada sistem dinding datar dimana kalor dibangkitkan dari dalam, maka

kondisi batas yang digunakan adalah:

pada

dimana Tw adalah suhu dinding luar dan L adalah jarak dinding luar dari pusat

dinding. Kondisi batas tersebut kemudian digunakan untuk mengitegrasi

persamaan () sehingga didapatkan:

…()

Karena suhu pada kedua sisi dinding harus sama, maka nilai C1 adalah nol. Pada

bagian tengah dinding, nilai x yang merupakan jarak dari sebuah titik ke bagian

tengah dinding adalah nol, sehingga didapatkan bahwa T0 atau suhu pada bagian

tengah dinding adalah C2. Persamaan distribusi suhu pun didapatkan menjadi:

…()

Persamaan umum yang digunakan untuk sistem berbentuk silinder dengan

sumber kalor adalah:

…()

Sedangkan kondisi batas yang digunakan adalah pada r = R dan

. Integral dari persamaan umum yang telah dibagi

terlebih dahulu seluruh sukunya dengan r akan menghasilkan:

dan

Dari kondisi batas yang kedua, maka didapatkan:


Berdasarkan persamaan di atas, maka dapat disimpulkan bahwa C1 adalah nol,

karena fungsi akan menjadi tidak terhingga saat r = R.

Dengan mensubstitusikan hasil dari kondisi batas dua ke hasil integral, maka

untuk kondisi batas pertama didapatkan:

sehingga

Distribusi suhu pun akan didapatkan menjadi:

…()

Pada silinder bolong, kondisi batas yang digunakan adalah T = Ti pada r = ri

di bagian muka dalam dan T = To pada r = ro di bagian muka luar. Penyelesaian

dari integrasi kondisi batas ke dalam persamaan umum akan menghasilkan:

…()

Dengan C1 didapatkan dengan persamaan:

…()

Soal Perhitungan

1. Usulkan suatu sistem insulasi untuk sebuah oven pemanas yang beroperasi

pada suhu 200 oC. Sistem insulasi tersebut diharapkan dapat menahan laju

kalor sebesar 225 W/m2 dan menjadikan suhu di bagian luar oven menjadi

40 oC.

Jawab:

Pemilihan Bahan:

Untuk mendapatkan fungsi isolasi yang optimum, maka penentuan bahan

merupakan faktor utama dalam perancangan sistem insulasi untuk oven. Jika

dilihat dari nilai konduktivitas termalnya, maka fiberglass merupakan bahan yang

sangat baik untuk digunakan sebagai isolator sebuah sistem. Hal itu dikarenakan

nilai konduktivitas termal fiberglass yang relatif kecil yaitu 0.6 W/moC.

Perhitungan Ukuran Oven:

Berdasarkan persamaan Fourier, maka dapat dicari ukuran yang tepat dari

rancangan oven dengan isolator fiberglass yang diinginkan:


2. Di dalam pipa 2 inch stainless steel jenis 40S mengalir saturated steam pada

tekanan 2 bar. Pipa ini ditanam di bawah permukaan tanah sehingga cukup

aman. Berapakah laju panas yang dapat ditahan, jika pipa ditanam 50 cm

di bawah permukaan tanah?

Jawab:

Asumsi:

1. Konduktivitas termal tanah = 0,8 W/m oC

2. Suhu permukaan tanah = 5 oC

3. Aliran saturated water steam

4. Pipa diletakkan dalam arah horizontal

5. Pipa mempunyai permukaan isotermal dan panjangnya 10 m

Aliran saturated water steam pada P = 2 bar

Data aliran saturated water steam diperoleh dari Tabel A-3 buku

Fundamentals of Engineering Thermodynamics 5th

Edition karangan

Michael J. Moran dan Howard N. Shapiro.

P = 2 bar T =120,2

oC


Pipa 2 inch stainless steel jenis 40S

Data-data dimensi pipa diperoleh dari Tabel A-11 buku Heat Transfer

10th

Ed karangan J.P Holman.

Perhitungan Faktor Bentuk

OD = Diameter luar pipa = 2,375 in

r = Jari-jari pipa =

= 1,1875 in = 0,03 m = 3 cm

3r = 0,09 m

D = jarak dari titik pusat pipa ke permukaan tanah = 50 cm – r = 47 cm = 0,47 m

L = 10 m

Karena L > r dan D > 3r, maka digunakan faktor bentuk yang

diperoleh dari Tabel 3-1 buku Heat Transfer 10th

Ed karangan J.P

Holman.

S =

=

22,835 m

Perhitungan Kalor yang dilepas pipa

k = 0,8 W/m oC

S = 22,835 m

T aliran = T dinding pipa = 120,2 oC

T permukaan tanah = 5 oC

ΔT = T dinding pipa – T permukaan tanah = (120,2 – 5) oC = 115,2

oC

q = k S ΔT = (0,8 W/m oC) x (22,835 m) x (115,2

oC) = 2104,474 W


Kesimpulan

Perpindahan kalor secara konduksi tunak adalah perpindahan kalor dimana

distribusi suhunya tidak berubah terhadap waktu. Perpindahan kalor ini terjadi bila

ada gradien suhu. Hukum yang mendasari analisis untuk laju kalor dalam konduksi

tunak adalah hukum Fourier. Selanjutnya, hukum Fourier dapat digunakan untuk

menghitung laju kalor pada luas penampang yang berbeda-beda dengan cara

mensubstitusikan luas penampang sistem yang kita amati dan kondisi batas pada

sistem tersebut.

Salah satu aplikasi perpindahan kalor konduksi tunak adalah sistem insulasi

pipa. Insulasi dilakukan untuk mencegah kalor ditransfer. Ada tiga mekanisme sistem

insulasi, yaitu insulasi dari konduksi, konveksi dan radiasi. Dalam merancang sistem

insulasi, perlu diperhatikan beberapa faktor yang dapat mempengaruhi keefektifan

insulasi, seperti memilih bahan isolator yang tepat. Memilih bahan isolator yang tepat

pun memiliki kriteria tersendiri, yang kemudian dapat disesuaikan dengan keadaan

yang ada.


Daftar Pustaka

Anonim. 2011.

http://coolcosmos.ipac.caltech.edu/cosmic_classroom/light_lessons/thermal/transfer.h

tml (diakses 12 Maret 2013 pukul 02.19)

Anonim. 2011.

http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/aqa_pre_2011/energy/heatrev1.sht

ml#top (diakses 12 Maret 2013 pukul 02.09)

Cengel, Y. 2006. Heat Transfer 2nd

Edition. USA: Mc Graw-Hill

Holman, J.P. 1986. Perpindahan Kalor Edisi 6. Jakarta: Erlangga

Kurtus, R. 2011. http://www.school-for-

champions.com/science/thermal_insulation.htm (diakses 12 Maret 2013 pukul 01.49)

http://coolcosmos.ipac.caltech.edu/cosmic_classroom/light_lessons/thermal/transfer.html

http://coolcosmos.ipac.caltech.edu/cosmic_classroom/light_lessons/thermal/transfer.html

http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/aqa_pre_2011/energy/heatrev1.shtml#top

http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/aqa_pre_2011/energy/heatrev1.shtml#top

http://www.school-for-champions.com/science/thermal_insulation.htm

http://www.school-for-champions.com/science/thermal_insulation.htm

makalah pemicu 1

Documents