Laman

Friday, February 14, 2014

Contoh soal perpindahan panas secara konduksi

Konduksi
Konduksi adalah perpindahan kalor yang terjadi pada suatu medium padat. Dalam proses perpidahan panas secara konduksi yang berpindah hanyalah panas sementara mediumnya tidak ikut berpindah. Contohnya ketika kita memanaskan sebatang besi maka pada bagian ujung yang tidak dipanaskan dalam jarak (x) tertentu dari sumber panas,  seiring waktu (s) akan terasa menjadi terasa lebih panas (T2), hal ini menggambarkan bahwa panas yang berasal dari perapian dengan temperatur lebih panas (T1) berpindah (q) dari ujung besi yang dipanaskan ke ujung lain yang tidak dipanaskan. Itulah contoh sederhana proses berlangsungnya perpindahan panas.


Nilai perpindahan panas ini dinamakan laju perpindahan panas dan dirumuskan sebagai panas yang mengalir persatuan waktu. Laju perpidahan panas secara koduksi dirumuskan sebagai perkalian antara konduktivitas panas (Thermal Conductivity, k) dengan luas penampang (A) dan selisih suhu kedua titik (T2-T1) dibagi dengan jarak kedua titik (x). Rumus laju perpindahan panas secara metematis dapat dirumuskan kedalam persamaan berikut :

Hukum Fourier menyatakan perpindahan panas secara konduksi dalam persamaan :
q = k A dT / s ..................................................................................................................................................................................... (1)
where
q
= Laju perpindahan panas (W, J/s, Btu/s)
A
= Luas permukaan (m2, ft2)
k
= Konduktivitas bahan (Thermal conductivity) (W/m oC, Btu/(hr oF ft2/ft))
dT
= Beda temperatur (T2-T1) (K atau  oC, oF)
s
= Ketebalan benda (Jarak)   (m, ft)

Contoh:
Sebuah besi dengan ketebalan 50 mm memiliki panjang 1 m dan lebar 1 m, jika diketahui nilai konduktivitas thermal besi adalah  70 W/moC, berapakah nilai perpindahan panas konduksi yang terjadi jika diketahui temperature permukaan besi pada sisi A = 150oC dan temperatur pada sisi B sebesar 80oC.
Laju perpindahan panas secara konduksi adalah :
q   = (70 W/moC x 1 m x 1 m x (150 oC - 80 oC) / 0.05 m
    = 98,000 (W)
    = 98 (kW)


Heat Transfer through Plane Walls In Series
Heat conducted through several walls in good thermal contact can be expressed as :
q = (T1 - Tn) / ((s1/k1A) + (s2/k2A) + ... + (sn/knA)) ............................................................................................................ (2)

Whrere :
T1 = temperature inside surface (K or oC, oF)
Tn = temperature outside surface (K or oC, oF)

Example : 
Heat Transfer through a Furnace Wall
A furnace wall of 1 m2 consists of a 1.2 cm thick stainless steel inner layer covered with a 5 cm this outside insulation layer of asbestos board insulation. The inside surface temperature of the steel is 800 K and the outside surface temperature of the asbestos is 350 K. The thermal conductivity of stainless steel is 19 W/m.K and for asbestos board 0.7 W/m.K. The conductive heat transport through the wall can be calculated as
q        =((800 K) - (350 K)) / (((0.012 m) / (19 W/mK) (1 m2)) + ((0.05 m) / (0.7 W/m.K) (1 m2)))
          = 6245 (W)



Thermal Conductivity Constant Table of Common Materials



Material
Constant (Calorie/cm.C.s)
Silica Aerogel
9.554E-8 - 9.554E-7
Air
5.97125e-7
Wood
9.554E-7 - 9.554E-6
Hollow Fill Fibre Insulation Polartherm
1E-7
Alcohols and Oils
0.000002388 - 0.00000501585
Polypropylene
0.00000597125
Mineral Oil
0.00000329613
Rubber
0.0000038216
LPG
0.00000549355 - 0.0000062101
Cement
0.00000692665
Epoxy (silica-filled)
0.0000071655
Epoxy (unfilled)
0.00001409215
Water
0.000014331
Thermal grease
0.00001672 - 0.000071655
Thermal epoxy
0.000023885 - 0.0001672
Glass
0.0000262735
Soil
0.0000358275
Concrete, stone
0.0000406045
Ice
0.00004777
Sandstone
0.000057324
Stainless steel
0.00029 - 0.001075
Lead
0.00084314
Aluminium (pure)
0.005661
Aluminium (alloys)
0.0028662 - 0.0042993
Gold
0.00759543
Copper
0.009577885
Silver
0.010246665
Diamond
0.0214965 - 0.0554132
Graphene
0.1051 - 0.1381

1 comment: