Slide 1

RADIASIDisusun Oleh :AMARDHIANAK2512014

Kegunaan Ilmu Perpindahaan PanasUntuk merencanakan alat-alat penukar panas (heat exchanger);Untuk menghitung kebutuhan media pemanas /pendingin pada suatu reboiler;Untuk perhitungan furnace/dapur;Untuk perancangan ketel uap/boiler;Untuk perancangan alat-alat penguap (evaporator);Untuk perancangan reaktor kimia Eksotermis butuh pendinginEndotermis butuh pemanas

Perpindahaan Kalor

Definisi:Ilmu yang mempelajari tentang laju perpindahan panas diantara material/benda karena adanya perbedaan suhu (panas dan dingin)

Panas akan mengalir dari tempat yang suhunya tinggi ketempat yang suhunya lebih rendah

Perpindahan KalorKonduksi KonveksiRadiasi

Pengertian RadiasiPerpindahan Kalor Radiasi :Energi yang dipancarkan oleh benda-benda pada suatu temperatur tertentu oleh gelombang elektromagnetik.Berbeda dengan perpindahan kalor secara konduksi atau konveksi yang membutuhkan adanya suatu media, perpindahan kalor radiasi tidak membutuhkan media malahan melalui ruangan vakum akan lebih efisien.

Lanjutan.....

Radiasi adalah proses mengalirnya panas dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah bila benda terpisah baik oleh udara/gas atau hampa (vakum). Istilah radiasi dipergunakan untuk segala jenis gelombang elektromagnetik, tetapi dalam ilmu ini dibatasi pada persoalan yang diakibatkan oleh suhu dan yang dapat mengangkut energi melalui medium tembus cahaya atau melalui ruang. Energi ini disebut radiasi termal.Permukaan 1, T1Permukaan 2, T2T1 > T2

Perpindahan kalor tanpa zat perantaraRADIASI

TAA = luas permukaan (m2)T = suhu mutlak permukaan (K)

Jenis Radiasi

1. Radiasi PengionRadiasi pengion adalah jenis radiasi yang dapat menyebabkan proses ionisasi (terbentuknya ion positif dan ion negatif) apabila berinteraksi dengan materi. Yang termasuk radiasi pengion adalah partikel alfa (), partikel beta (), sinar gamma (), sinar-X, partikel neutron.

2. Radiasi Non PengionRadiasi non-pengion adalah jenis radiasi yang tidak akan menyebabkan efek ionisasi apabila berinteraksi dengan materi dan biasanya terjadi di sekeliling kehidupan kita. Yang termasuk dalam jenis radiasi non-pengion antara lain :Gelombang radio (yang membawa informasi dan hiburan melalui radio dan televisi); Gelombang mikro (yang digunakan dalam microwave oven dan transmisi seluler handphone); Sinar inframerah (yang memberikan energi dalam bentuk panas); Cahaya tampak (yang bisa kita lihat); Sinar ultraviolet (yang dipancarkan matahari).

SIFAT-SIFAT RADIASISifat-sifat benda yang menerima energi radiasi :

= faktor refleksi (refleksivitas) = faktor absorpsi (absorpsivitas) = faktor transmisi (transmisivitas)

Kebanyakan benda padat tidak meneruskan radiasi thermal, = 0, sehingga

SIFAT-SIFAT RADIASISifat sifat radiasi benda :1.Benda yang sifatnya dapat menyerap energi yang datang seluruhnya (100%) disebut benda hitam (blackbody) = 1; = 0Emisi benda hitam, = 1 = = 1 2.Benda yang dapat memantulkan energi yang datang 100% disebut benda putih sempurna (absolutely white) = 1; = 03.Benda yang diantara black body dan white body disebut benda abu-abu (grey body)0 < < 1

Dalam perpindahan panas radiasi dikenal penyinar ideal/benda hitam yang dapat memancarkan energi dengan laju sebanding dengan pangkat empat suhu absolut benda itu

LAJU PERPINDAHAAN PANAS RADIASILaju perpindahan panas :

q = A (T14 - T24 )Dengan adalah konstanta Stefan-Boltzmann sebesar 5,67 x 10- 8 W/m2.K4 atau 0.1714 x 10- 8 Btu/hr.ft2.R4.Persamaan di atas mengandaikan energi teradiasi oleh benda hitam. Jika benda tidak hitam (seperti abu-abu), maka harus dimasukkan faktor emisivitas () atau pancaran :

q = A (T14- T24)

13

Rumus Laju Radiasi

= laju radiasi(J/s)e = emisivitas (0 < e < 1) = Tetapan Stefan-BoltzmanT = suhu mutlak(K)= 5,67 x 10-8 Wm-2K-4

LAJU RADIASI DENGAN ADANYA FAKTOR FRadiasi tidak seluruhnya sampai permukaan lain karena gelombang elektromagnetik berjalan menurut garis lurus dan sebagian hilang ke lingkungan. Untuk itu diperhitungkan faktor pandangan F :

q = F A (T14- T24)

15

FAKTOR PANDANGAN ( Fm-n) Faktor bentuk (shape factor)Faktor pandang(view factor)Faktor sudut (angle factor)Faktor konfigurasi (configuration factor)Faktor geometris (geometry factor)

F1 - 2 = fraksi energi yang meninggalkan permukaan 1 dan diterima oleh permukaan 2.F2 1 = fraksi energi yang meninggalkan permukaan 2 dan diterima oleh permukaan1Fm-n = fraksi energi yang meninggalkan permukaanm dan diterima oleh permukaan nPertukaran energi antara dua permukaan yang mempunyai suhu yang berlainan Permukaan 1 dan permukaan 2 saling meradiasi energi dipermukaan 1 bisa sampai dipermukaan 2 dan sebaliknya.

FAKTOR PANDANGAN ( Fm-n) Energi yang meninggalkan permukaan1 dan sampai dipermukaan 2 adalah : Energi yang meninggalkan permukaan 2 dan sampai dipermukaan 1 adalah : Pertukaran energi nettonya adalah:

Pada 2 permukaan m dan n berlaku hubungan resiprositas

Sehingga pertukaran kalor nettonya menjadi :

(SISTEM SATUAN)SI

British

Konduktivitas termal, k

W/m.C atau W/m.K

Koefisien perpindahan panas konveksi, h

W/m.2C atau W/m2.K

Laju perpindahan panas, q

Watt

Btu/hr.ft. OF

Btu/hr.ft2. OF

Btu/hr

Konversi :1 W/m. OC= 0,5778 Btu/hr.ft. OF1 W/m2. OC= 1 W/m2.K = 0.1761 Btu/hr.ft2. OFK = OC + 273T (0C)= (T(OF) 32)/1,8T (OF)= 1,8 T (OC) + 32

Laju Radiasi

= laju radiasi(J/s)e = emisivitas (0 < e < 1) = Tetapan Stefan-BoltzmanT = suhu mutlak(K)= 5,67 x 10-8 Wm-2K-4

Contoh 1:Dua buah benda seperti pada gambar, terjadi perpindahan panas secara radiasi, berapa besar laju pancaran dan laju perpindahan panas yang diserap?

Besarnya laju panas yang di pancarkan

Besarnya laju panas yang diserap

Contoh 2Sebuah pelat baja tipis berbentuk persegi dengan panjang sisi 10 cm dipanaskan dalam sebuah tungku sampai suhunya mencapai 7270C. Jika pelat baja itu memiliki emisivitas 0,9, berapa laju kalor radiasinya?

PenyelesaianS = 10 cm = 0,1 mA = S x S = 0,01 m2T = 7270 C = 1000 Ke = 0,9

Contoh 2

PenyelesaianS = 10 cm = 0,1 mA = S x S = 0,01 m2T = 7270 C = 1000 Ke = 0,9

PERTUKARAN KALOR ANTARA BENDA TAK HITAMPada perpindahan kalor radiasi antara permukaan hitam, semua energi 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.Radiositas jumlah energi yang dipancarkan (emisi) dan energi yang dipantulkan (refleksi) apabila tidak ada energi yang diteruskan (transmisi, = 0)

sehinggaEnergi netto yang meninggalkan permukaan adalah :

Masukkan persamaan G, akan diperoleh :

Dari persamaan diatas diperoleh :

Jaringan permukaan:

Jaringan radiasi merupakan gabungan antara jaringan permukaan dan jaringan ruang. Kedua unsur jaringan itu merupakan pokok-pokok metode jaringan radiasi(radiation network method).

PERPINDAHAN PANAS RADIASI ANTARA DUA PERMUKAAN PERMUKAANPerpindahan panas antara dua permukaan dan tidak ada permukaan lain dilingkungannya

Pertukaran panas nettonya adalah:

PERPINDAHAN PANAS RADIASI ANTARA TIGA PERMUKAAN

Untuk menghitung perpindahan panas antara tiga benda ini dapat diselesaikan dengan menerapkan hukum arus Kirchhoff: Jumlah semua arus yang memasuki suatu node ialah nol.Node I :Node II :Node III :

PERPINDAHAN PANAS RADIASI ANTARA DUA BIDANG DATAR YANG DIHUBUNGKAN DENGAN BIDANG YANG TIDAK DAPAT MENGHANTARKAN PANAS TETAPI DAPAT MEMANTULKAN SEMUA PANAS YANG DITERIMA

J3 tidak dihubungkan dengan tahanan permukaan radiasi karena permukaan 3 tidak bertukaran energi, sehingga

Contoh : Dua buah plat yang berada dalam ruangan yang besar. Karena luas ruang A3 sangat besar maka tahanan ruang

Untuk menghitung aliran panas pada masing-masing permukaan, kita cari radiositas J1dan J2dengan menggunakan hukum arus Kirchhoff.Node J1:Node J2:

Panas total yang dilepas plat 1: Panas total yang dilepas plat 2: Panas yang diterima dinding kamar :

Contoh perpindahan panas radiasi

Manfaat Radiasi1. KeamananPemeriksaan metal detector munggunakan radiasi sinar-x.2. PengukuranPerangkat khusus dan pengukur yang memanfaatkan radiasi digunakan di seluruh manufaktur dan industri untuk membuat pengukuran yang super akurat untuk mengukur barang yang umumnya tidak terdeteksi dengan cara konvensional lainnya.

3. Sterilisasi / IradiasiUntuk mengidentifikasi darah yang disumbangkan dengan radiasi agar sesuai dengan darah pasien, untuk membunuh antibodi yang tidak diinginkan sambil menjaga sel-sel darah merah tetap utuh. 4. Panel Surya Panel surya adalah suatu perangkat yang digunakan untuk menyerap radiasi dari matahari. Kalor radiasi dari matahari diserap oleh permukaan hitam dan dihantarkan secara konduksi melalui logam.

Kerugian RadiasiDapat menimbulkan gangguan kesehatan;Dalam jangka waktu lama, dengan paparan radiasi yang tinggi menyebabkan kanker;

TERIMA KASIH