Bab IX PERPINDAHAN PANAS RADIASI ANTAR PERMUKAAN

Transkripsi

1 Perpndahan Panas I Hmsar AMBAITA Bab IX PEPINDAHAN PANAS ADIASI ANTA PEMUKAAN..Perpndahan panas radas antar permukaan dapat danalogkan sepert susunan tahan lstrk.. Pada bagan sebelumnya telah dbahas faktor pandangan atau vew factor yang merupakan suatu parameter yang menyatakan bagan dar energ dar suatu permukaan yang sampa ke permukaan lannya. Faktor n sangat dperlukan pada bab n untuk melakukan analss perpndahan panas radas antar permukaan. Pada bagan awal akan dlakukan pembahasan perpndahan panas radas dar satu benda tdak htam. Kemudan akan dlanutkan dengan perpndahan panas antara dua permukaan dan banyak permukaan. Pada bagan berkutnya akan dlakukan pembahasan tentang pesangan persa panas radas (sheld. I. Perpndahan Panas adas permukaan abu-abu Analyss perpndahan panas radas pada permukaan tertutup yang berwarna htam relatf mudah dselesakan. Tetap ka permukaan tdak htam, maka penyelesaannya menad rumt, kecual ka menggunakan asums untuk mempermudah analyss. Beberapa asums yang dgunakan antara lan: permukaan bersfat tdak tembus pandang (opaq, dfuse, dan abu-abu serta temperatur permukaan bersfat seragam. adostas (adosty adostas adalah total energ radas yang mennggalkan suatu permukaan persatuan waktu persatuan luas sepert pada Gambar. Q A J AG ( Substtus persamaan G dar persamaan ( ke persamaan ( akan memberkan: A ( Eb J ( Persamaan n dapat dsusun dengan membentuk sstem tahanan termal Eb J ( Dmana adalah tahanan termal radas akbat warna permukaan, yang drumuskan: (6 A Analog n dapat dgambarkan pada Gambar berkut. G ρg E b A Gambar adostas pada sebuah permukaan Untuk permukaan yang dasumskan abu-abu dan tdak transparan ( α dan α + ρ, radostas dapat dtulskan sebaga berkut: J E + ( G ( Dmana b Eb σt adalah daya ems benda htam permukaan. Persamaan ( dapat dmodfkas untuk mendapatkan persamaan adas yang sampa ke permukaan : J E G b ( Lau perpndahan panas total dar sebuah permukaan ddefenskan dengan radostas yang mennggalkan permukaan dkurang dengan radas yang sampa ke permukaan tersebut. Drumuskan dengan Gambar adas dar sebuah permukaan II. Perpndahan panas radas antara permukaan Lau perpndahan panas radas antara dua permukaan dan permukaan ddefenskan dengan radas dar permukaan yang menuu permukaan dkurang dengan radas yang mennggalkan permukaan yang menuu permukaan. Defens n dapat drumuskan dengan persamaan berkut: Q A J F A J F (7 Karena sfat tmbal balk vew factor persamaan n dapat dtuls menad: A F A F, maka Sustanable Energy esearch Group Mechancal Engneerng, USU

2 Perpndahan Panas I ( J J Q A F (8 Persamaan n dapat dubah dalam bentuk analog tahanan termal radas: J J (9 Dmana adalah tahanan termal radas antara permukaan dan permukaan, yang drumuskan dengan: (0 A F Sstem tahanan termal antara dua permukaan n dtamplkan pada Gambar. A, T, A, T, Hmsar AMBAITA Gambar radas benda kecl d dalam ruang tertutup. Plat paralel sangat panang Pada dua permukaan paralel yang sangat panang sepert pada Gambar dgunakan asums A A dan F. Persamaan ( dapat dubah menad: ( T σa T ( + Q A F A, T, A, T, Gambar Analog tahanan termal radas antara dua permukaan Pada gambar dapat dlhat bahwa tahanan termal radas antara dua permukaan benda tdak htam, tergantung kepada radostas kedua permukaan ( J dan J. Karena susunan tahanan tersebut adalah ser, maka lau perpndahan panas dapat dtulskan dengan persamaan: Eb Eb ( + + A A F A Atau ka ems permukaan htam dabarkan, menad: ( T T ( Q A σ + A F + A Berdasarkan persamaan n, untuk kasus-kasus khusus radas antara dua permukaan dapat drumuskan.. Benda kecl d dalam ruang tertutup Pada ruang tertutup sepert gambar d bawah, ka dgunakan asums A A 0 dan nla vew factor F, maka persamaa ( dapat dubah menad: Q Aσ T ( ( T Gambar radas pada plat datar seaar sangat panang. Slnder sepusat sangat panang Pada slnder sepusat yang sangat panang, ka dgunakan asums F, maka lau perpndahan panas radasnya adalah: ( T T A σ ( r + r r r Gambar 6 radas pada slnder sepusat sangat panang Sustanable Energy esearch Group Mechancal Engneerng, USU

3 Perpndahan Panas I Hmsar AMBAITA. Bola Sepusat r 8 ( ,, W 0,7 + 0,7 0,7 0 Catatan: tanda mnus menyatakan bahwa perpndahan panas dar ppa bagan luar masuk ke ppa bagan dalam. r III. adas ke banyak banyak permukaan Gambar 7 radas pada bola sepusat Pada bola sepusat sepert pada Gambar 7, perpndahan panas radas dapat drumuskan dengan persamaan: Aσ ( T T (6 Q r + r Contoh soal []. Sebuah benda kecl luasnya A 0 cm, mempunya temperatur 7 o C dan emsvtasnya sebesar 0,6 berada d dalam ruangan tertutup yang luas serta dsolas. Jka temperatur dndng ruangan adalah 00K, tentukanlah lau perpndahan panas radas antara benda kecl tersebut dengan dndng ruangannya. Penyelesaan: Jka benda kecl dasumskan sebaga permukaan dan dndng ruangan sebaga permukaan, maka lau perpndahan panas radasnya adalah: Aσ T ( T Dmana T K, A 0 0,6, maka dperoleh: 8 0 0,67 0 0,6 700 ( 00,78 W 0 m, []. Sebuah sstem pemanas ar yang mengunakan ppa sepusat yang mempunya ar-ar r cm dan r 0 cm. Pada saat doperaskan temperatur bagan dalam permukaan ppa luar adalah 600K dan permukaan ppa dalam 00K. Jka emsvtas masngmasng permukaan adalah 0,7, maka tentukanlan lau perpndahan panas dar permukaan ppa kecl ke ppa besar per satuan panang ppa Penyelesaan: Dberkan ppa sepusat dmana r dan r 0 cm, T 00K, T 600K, dan 0,7. A r luas permukaan ppa kecl π L 0, m lau perpndahan panas radas dhtung dengan menggunakan persamaan (: Pada kasus radas yang melbatkan lebh dar dua permukaan, maka persamaan yang dtamplkan pada bagan sebelumnya harus dmodfkas. Illustras radas antara lebh dar dua permukaan dtamplkan pada Gambar 8 d bawah n. q q q N q N Gambar 8 radas pada banyak permukaan Pada gambar dtamplkan ada N permukaan yang menerma radas dar permukaan. adosty dar permukaan ( J akan dterma oleh masng-masng permukaan. Lau perpndahan panas dar permukaan merupakan umlah lau perpndahan panas pada masngmasng cabang dan dapat drumuskan dengan persaman: N q (7 Lau perpndahan panas pada masng-masng cabang ( q dapat dabarkan dengan mengunakan persamaan (9. Dengan mensubsttus persamaan (8 ke persaman (7 akan dperoleh N ( J J A F (8 Bagan kr persamaan n merupakan dapat dabarkan lag dengan menggunakan persamaan (. A N ( Eb J A F ( J J Dengan mengelmnas A dan menabarkan persamaan (9 dapat dubah menad (9 E b maka Sustanable Energy esearch Group Mechancal Engneerng, USU

4 Perpndahan Panas I N ( J J σ T J + F (0 Parameter yang umumnya harus dcar dalam menyelesaakan kasus perpndahan panas radas pada permukaan banyak adalah radostas ( J pada masngmasng permukaan. Persamaan yang dapat dgunakan untuk menyelesakannya adalah persamaan (0 atau persamaan (8. Metode menyelesaakan kasus perpndahan panas radas yang melbatkan banyak permukaan dapat dbag atas bagan. Metode pertama adalah metode langsung (Drect Method or Matrx Method dan metode analog arngan lstrk. Pada metode langsung, cara yang dlakukan adalah dengan menerapkan persamaan (0 pada masng-masng permukaan. Penerapan persamaan n akan menghaslkan beberapa persamaan yang dapat dselesakan dengan menggunakan cara elemnas. Sementara metode analog arngan lstrk adalah dengan cara menggabarkan sstem tahanan termal sepert yang dtamplkan pada Gambar 8. Kemudan radstas akan danalogkan sebaga hambatan dan lau perpndahan panas sebaga kuat arus. Dengan menggunaan persamaanpersamaan rangkaan lstrk parameter yang dcar akan ddapat. Contoh soal []. Sebuah boler mn berbentuk balok dengan ss atas dan bawah berbentuk buursangkar sepert pada gambar d bawah. 0, 0,8 Permukaan atas ( memlk emsvtas 0,8 dan permukaan bawah ( memlk emsvtas 0, dan 600K. Karena berbentuk smetr keempat ss sampng dapat danggap satu permukaan ( dan bersfat htam sempurna. Pada saat beroperas temperatur masng-masng daga konstan pada T 800K, T 600K, dan T 00K. Tentukanlah lau perpndahan panas radas pada masng-masng permukaan. Hmsar AMBAITA Penyelesaan: Asums yang akan dgunakan dalam menyelesakan soal n adalah konds stead, permukaan bersfat tdak transparan, dan perpndahan panas konveks dabakan. Langkahlangkah penyelesaannya adalah sebaga berkut: Mula I. Htung vew factor F II. Htung radosty masng-masng permukaan (Persamaan 0 III. Htung lau perpndahan panas pada masng-masng permukaan Luas masng-masng permukaan A m dan A ( 8 m A Gunakan grafk atau persamaan untuk menghtung F Untuk L D 0, dan L D 0, dperoleh F 0,07 Dengan menggunakan sfat F + F + F 0,07 0 F 0,9 Gunakan sfat tmbal-balk (recprocty untuk menghtung F. A F A F F 0, 9 0,6 8 Karena bersfat smetr, maka F 0,6 dan F 0,9. F F Htung radosty ( J dengan menggunakan persamaan (0 pada masng-masng permukan: Permukaan atas ( σ T J + { F ( J J + F ( J J } ( Permukaan atas ( σ T J + { F( J J + F ( J J } ( Permukaan atas ( σ T J + { F( J J + F ( J J } ( Substtus nla T, F, dan untuk masng-masng permukaan. Sebaga catatan, untuk permukaan, karena htam, nla 0. Ketga persamaan datas menad:, J +0,07( J J +0,( J J ( 78, J +0,0( J J +,9 ( J J (,8 J ( Jka ketga persamaan n dsederhakan, akan dperoleh dua persamaan lner:, J - 0,07 J 08, (v -0,0 J +, J 9,9 (v Sustanable Energy esearch Group Mechancal Engneerng, USU

5 Perpndahan Panas I Hmsar AMBAITA Jka kedua persamaan n dselesakan akan dperoleh: J 98,79, J 78, dan J,8 Htung lau perpndahan panas dengan menggunakan persamaan (8 A [ F ( J J + F ( J J ] 6, W A [ F( J J + F ( J J ] 080, W A F J J + F J -670 W [ ( ( ] J E b J J E b J Catatan: Jka dtotal umlah lau perpndahan panas dar ketga permukaan n akan sama dengan nol. Artnya umlah panas yang dpancarkan oleh permukaan dan akan sama dengan yang dterma oleh permukaan, karena temperaturnya lebh rendah. Contoh soal []. uang pemanas plat berbentuk segtga sama ss sangat panang sepert dtunukkan pada gambar d bawah. Permukaan plat pemanas memlk emsvtas 0,8 dan daga pada temperatur 00 K. Permukaan lannya memlk emsvtas 0,6 dan dsolas. Plat yang akan dpanaskan dpasang pada salah satu ss segtga dan memlk emsvtas 0, serta daga konstan pada temperatur 00 K. Panang masngmasng ss adalah m. E b Karena permukaan dsolas, maka tdak ada lau panas yang masuk ke permukaan. Artnya 0 atau E b. Sehngga gambar datas dapat dubah menad: J J Q J E b p J E b J J E b E b Pada konds stead, tentukanlah: (a panas yang dbutuhkan untuk menaga suhu plat pemanas 00 K dan (b temperatur yang dsolas. Penyelesaan: Dberkan pemanas berbentuk segtga sepert pada gambar. Data masng-masng permukaan adalah 0,8, T 00K, 0,6, 0 (dsolas, 0, dan T 00K. Sstem tahanan termal untuk kasus n dtamplkan pada gambar berkut: Dengan menggunakan analog susunan tahanan termal, penyederhanaan dapat dlakukan. Pada gambar sebelah kanan, tahanan termal,, dan dapat dsusun, menad satu tahanan. Dengan demkan, lau p perpndahan panas dapat dhtung dengan persamaan: E E b b ( + + p Langkah penyelesaan soal n adalah sebaga berkut: Htung tahanan termal masng-masng menggunakan persamaan (6 dan persamaan (0. Sebaga catatan, perhtungan akan dlakukan untuk per satuan panang segtga, maka A A A. 0,8 A 0,8 0,76 Dengan cara yang sama dperoleh. 0,6667, dan Karena bersfat smetr, maka F F F 0,. Maka tahanan berkutnya dapat dhtung. A F 0, Dengan cara yang sama dperoleh. Sederhanakan Tahanan termal Sustanable Energy esearch Group Mechancal Engneerng, USU

6 Perpndahan Panas I + atau p, p + Htung lau alran panas menggunakan persaman (, tetap nla E b dan E b harus dhtung lebh dulu. 8 E b σt, ,6 Dengan cara yang sama dperole: E b, 0 Maka,6 0, 0 0,76 +, + (Jawaban pertanyaan a 6, kw 0 Pertanyaan b dapat dawab ka nla radostas J pada masng-masng ttk dapat dperoleh. Masngmasng tahaan harus dpsahkan: Pada ttk dapat dgunakan analog arus antara ttk dan J : E J,6 0 J b 6 0,76 Dperoleh J, 0 Tahanan antara ttk J dan akan memberkan persamaan: J E Q b Q Jka dselesakan akan memberkan J 6,67 0. Nla J akan dapat dhtung ka lau perpndahan panas dperoleh. Pada percabangan d ttk J, dapat dbuat persamaan: + ( Q Karena J dan J sudah dperoleh, maka dapat dhtung: J J 07, W Gunakan persamaan ( untuk menghtung : 07, W Q Sekarang analog tahanan termal antara ttk J dan J dapat dgunakan: J J, 0 J 07, Dperoleh J,09 0. Maka temperatur permukaan dapat dhtung: E b J σt T atau J σ 76 K Catatan: Metode penyelesaan yang dgunakan dalam menyelesakan contoh soal n adalah analog tahanan termal. Metode lan yang dapat dgunakan adalah dengan menerapkan persamaan (0 pada masng-masng permukaan. Hmsar AMBAITA Contoh soal []. Sebuah ruang bakar berbentuk slnder dtanam d dalam tanah dan permukaan atasnya dtutup dengan sebuah lngkatan sepert pada gambar d bawah. Permukaan atas memlk emsvtas 0,7 dan daga konstan pada temperatur 00K. Permukaan 0,9 dasar ruang bakar mempunya emsvts daga konstan sebesar 600K, sementara dndngnya memlk emsvtas 0,6 dan temperaturnya 000K. Tentukanlah: a. Lau perpndahan panas pada permukaan dan b. Jka penutup tungku (permukaan dbuka maka berapakah lau perpndahan panas radas dar permukaan dan ke lngkungan yang mempunya temperatur 7 o C. Penyelesaan: Dberkan ruang bakar berbentuk slnder tertutup dengan temperatur permukaan konstan. Permukaan akan dbag atas, bagan sepert yang dtamplkan pada gambar d soal. Data yang dberkan adalah sebaga berkut: Permukaan : lngkaran : 0,7 dan T 00K Permukaan : lngkaran : 0,9 dan T 600K Permukaan : dndng 0,6 dan T 000K Pertanyaan: a. dan? b. Jka permukaan dbuka dan? Soal n dapat dselesakan dengan dua cara, yatu dengan menggabarkan tahanan thermal atau menggunakan metode langsung. Pada penyelesaaan n akan dgunakan metode langsung. Langkahnya adalah sebaga berku: Lengkap luas permukaan 8 A πd, 0, 0,0 m A πdl, m dan A A 0,0 m Htung tahanan termal masng-masng 0,8 A Dengan cara yang sama dperoleh 0,6 Htung Vew factor 0, dan Sustanable Energy esearch Group 6 Mechancal Engneerng, USU

7 Perpndahan Panas I Gunakan grafk untuk mendapatkan F 0, Hukum penumlahan: F + F + F Karena F 0, maka F 0,877 Gunakan sfat tmbal-balk: A F A dperoleh F 0,7 F Aplkaskan persamaan (0 pada masng-masng permukaan: Permukaan : σ T J + { F ( J J + F ( J J } Permukaan : σ T J + { F( J J + F ( J J } Permukaan : σ T J + { F ( J J + F ( J J } Jka semua nla yang ada dsubsttuskan, maka dperoleh sstem persamaan lner berkut:,86 J -0,07 J -0,70 J, ( -0,07 J +, J -0,097 J 8,06 Sustanable Energy esearch Group 0 ( 0-0,69 J -0,69 J +,9 J 8,77 ( Jka sstem persamaan n dselesakan, maka akan dperoleh: J, 0, J 7,99 0, J 8,09 Maka masng-masng pertanyaan dapat dawab: a. Lau perpndahan panas dar permukaan dan E J T J b σ 0, Dengan cara yang sama dperoleh, 0 b. Jka penutup tungku dbuka, maka permukaan akan langsung terhubung dengan atosfer dan permukaannya dapat danggap sebaga benda htam. Sehngga, data yang dketahu menad: T 00K dan. Maka parameternya menad E b J σt 9,7 Sstem persamaan lner akan berubah menad:, J -0,0977 J 8,06 0 (v -0,69 J +,9 J 8,77 0 (v Jka sstem persamaan lner n dselesakan, maka akan dperoleh J 7, dan J 7,86 0. Maka lau radas yang keluar dar tungku ke atmosfer dapat dhtung: J J J J tot q + q + (v Dmana: 6,8 dan A F A F,69 Dengan mensubsttus nla yang ada, maka akan dperoleh total panas yang hlang ke atmosfer adalah: 7 0,9 +,6,9 W tot 0 0 IV. Persa Penahan Panas adas 0 Hmsar AMBAITA Lau perpndahan panas dar suatu permukaan ke permukaan lan dapat dkurang dengan menggunakan permukaan penahan radas, umumnya dsebut dengan persa (sheld. Persa radas yang umum dgunakan adalah lapsan tps yang mempunya koefsen reflektvtas yang tngg dan koefsen emsvtas yang rendah. Permukaan yang dpasang persa radas dlsutraskan pada Gambar 9. Pada gambar dtamplkan, permukaan yang panas memancarkan radas ke permukaan. Jka tdak ada persa dantara kedua permukaan, maka lau perpndahan panas radas antara kedua permukaan dapat dhtung dengan persamaan (: ( T σa T ( + Pada Gambar 9, dtamplkan sebuah persa yang dpasang dantara kedua permukaan. Akbat penambahan persa, maka tahanan termal akan bertambah, dan ssunannya ser, sepert yang dtamplkan pada bagan bawa gambar. Persa J J, E b J, J Eb E b,, Gambar 9 Tahanan termal sstem persa Untuk kasus persa sepert pada Gambar 9, tahanan termal masng-masng dapat durakan, maka lau perpndahan panasnya menad: Eb Eb, p ( total Dmana tahanan termal total dapat drumuskan dengan persamaan:,, tot ( A A F A A A F A,, Untuk plat paralel yang sangat panang, maka dasumskan F F dan A A A A, maka persaman ( dan persamaan ( dapat dsederhanakan menad: ( T T Aσ, p ( + + +,, Mechancal Engneerng, USU

8 Perpndahan Panas I Adakalanya dalam aplkasnya dpasang beberapa lapsan persa. Jka umlah persa ada sebanyak N plat, maka tahanan termal total menad: + + tot (,, N, N, Jka emsvtas seluruh permukaan sama, maka lau perpndahan panas menad: ( T T A σ, Np (6 N + ( N + + Dmana adalah lau perpndahan panas radas Q, Np antara permukaan dan ka tdak ada persa dan adalah lau perpndahan panasnya ka tdak ada persa. Contoh Soal [6]. Dua permukaan berbentuk plat paralel yang daga pada temperatur T 000K dan T 00K mempunya emsvtas masng-masng 0, dan 0,8. Sebuah persa tps yang terbuat dar alumnum dengan emsvtas 0, pada kedua ssnya dtempatkan dantara kedua plat. Tentukanlah lau perpndahan panas radas per satuan luas antara kedua permukaan tanpa persa dan ka ada persa. Penyelesaan: Dberkan T 000K dan T 00K, 0, dan 0,8 dan pada persa 0,. Gambar 9 dapat,, dgunakan untuk menglusttraskan soal n. Dtanya: (a tanpa persa dan (b ada persa (a Jka tdak menggunakan persa lau perpndahan panas dhtung dengan menggunakan persamaan ( 8 ( T,67 0 ( σa T 0090W + + 0, 0,8 (b Jka menggukan satu persa, persamaan ( dapat dgunakan: 8 ( ,67 0, p 0 W , 0,8 0, 0, Catatan: Dengan pemasangan persa terad pengurangan lau perpndahan panas radas sebesar 87,% [7]. Sebuah ppa ar panas mempunya ar-ar 0 cm dan emsvtas permukaan 0, serta temperatur permukaan 00 K. Ppa tersebut dtutup dengan ppa yang lebh besar berar-ar 0 cm dan memlk emsvtas 0, dan temperaturnya 00 K. Jka sebuah persa tps berar-ar 0 cm terbuat dar alumnum dan memlk emsvtas 0, dpasang dantara kedua ppa, tentukanlah lau perpndahan panas radas per satuan panang antara kedua ppa sesudah dpasang persa. Jka ar-ar persa Hmsar AMBAITA dperbesar menad 0 cm, tentukan lau perpndahan panasnya. Penyelesaan: Dberkan ppa yang dber persa sepert pada gambar d bawah. r r T T Data yang dberkan r 0 cm, 0, dan T 00K serta r 0 cm, 0,8 dan T 00K. Persa 0, (sama d kedua ss. Htung ka r 0 cm dan ka r 0 cm. Langkah penyelesaan soal n adalah sebaga berkut: (a Jka r 0 cm Tahanan termal sstem n dtamplkan pada gambar berkut: P ers a,, Htung tahanan termal masng-masng 0,,9 A π 0, 0, 0, 0,0796 A π 0, 0,8 0,,,,777 A π 0, 0, 0,796 A F 0,08 A F Htung tahanan totalnya tot ,9,, Lau perpndahan panas totalnya adalah σt tot σt,76 W 8,67 0 (00,9 00 (b Jka persa dperbesar menad r 0 cm Tahanan termal yang akan berubah adalah:,8,,8, dan 0,98,, Maka tahanan total menad tot 9,6 Sustanable Energy esearch Group 8 Mechancal Engneerng, USU

9 Perpndahan Panas I Lau alran panas radas menad 0,7W Catatan: Pada kasus n memperbesar ar-ar ustru memperbesar lau perpndahan panas radas. Hmsar AMBAITA dndng kolektor. Susunan tahanan termalnya dapat dgambarkan pada gambar berkut J Q r V. Perpndahan Panas Gabungan αg Q conv Pada bagan datas telah dbahas perpndahan panas radas yang berdr sendr. Artnya mekansme perndahan panas lannya (konduks dan konveks dabakan. Pada kasus-kasus sebenarnya d lapangan, adakalanya hal n berlaku. Msalnya karena temperatur permukaan cukup tngg sehngga perpndahan panas secara konveks relatf kecl sehngga dapat dabakan atau karena solas yang cukup bak maka perpndahan panas konduks dapat dabakan. Tetap ka lau perpndahan panas konduks dan konveks sebandng dengan lau perpndahan panas radas, maka seluruh mekansme perpndahan panas tersebut harus dperhtungkan. Jka seluruh lau perpndahan panas harus dperhtungkan, maka rangkaan lstrk perpndahan panasnya harus dgambarkan. Kemudan hukum kekepalan energ dapat dterapkan. Salah satu contoh kasus yang harus dselesakan dengan menggunakan metode perpndahan panas gabungan adalah analyss kolektor surya plat datar. Mekansme perpndahan panasnya dgambarkan pada Gambar 0 d bawah. Pada gambar dtamplkan kolektor surya plat datar yang dtutup oleh dndng solator dan meda transparan (permukaan yang memungknkan radas surya masuk ke dalam kolektor. G J T conv Q cond Gambar Tahanan termal pada plat kolektor Penerapan hukum kekekalan energ pada plat kolektor p, akan memberkan: α GA r + conv + cond (7 Dmana α adalah koefsen absorbs plat kolektor dan A adalah luar permukaan plat kolektor yang menerma radas. Jka dabarkan, persamaan (7 dapat dtuls menad: α A( E T T b J ( p b GA + ha( Tp T + ka ( x (8 Dmana h adalah koefsen konveks rata-rata dan k adalah koefsen konduks. Jka persamaan n dselesakan maka akan dperoleh parameter yang dcar. Persamaan yang dtamplkan d atas hanyalah sebuah llustras dar perpndahan panas gabungan yang melbatkan radas, konveks dan konduks. Pada aplkasnya bsa saa bentuknya tdak sepert yang dgambarkan d atas. Tetap prnsp dasar penyelesaaanya adalah sama dengan yang dtamplkan. Soal-soal Lathan []. Sebuah ruang bakar berbentuk setengah bola dengan dameter 6 m sepert gambar d bawah n. 0,8, E b T p cond, wall 0,7 Gambar 0 Illustras perpndahan panas gabungan pada kolektor surya Mekasnsme perpndahan panas pada kolektor n dapat delaskan sebaga berkut. Intenstas radas surya ( G akan dabsorps oleh plat kolektor (permukaan sehngga suhunya nak. Akbat kenakan suhunya maka dar plat kolektor akan terad perpndahan panas secara radas, konveks dan konduks. Perpndahan panas radas terad dar permukaan ke lngkungan dan ke plat vertkal (permukaan. Perpndahan panas konveks dar plat kolektor melalu udara ke lngkungan, dan perpndahan panas konduks dar plat kolektor ke lngkungan melalu T b Pada saat doperaskan temperatur permukaan dasar dan atap ruang bakar daga konstan pada T 000K dan T 600K. Tentukanlah lau perpndahan panas radas dar permukaan dasar ke atap ruang bakar []. Dua slnder sepusat yang sangat panang dengan dameter masng-masng D 0, m dan D 0,6 m daga konstan pada temperatur T 60K dan 00K. Jka emsvtas masng-masng permukaan T adalah 0,6 dan 0,9, maka tentukanlah lau perpndahan panas radas antara kedua permukaan tersebut. Sustanable Energy esearch Group 9 Mechancal Engneerng, USU

10 Perpndahan Panas I Hmsar AMBAITA []. Sebuah sstem pemanas dmana pemanas dan benda yang dpanaskan berbentuk prngan sepert yang dtamplkan pada gambar berkut. D H D 0 cm D 80cm Prngan pemanas mempunya emsvtas dan benda yang dpanaskan memlk emsvtas 0,8. Kedua prngan terpsah pada arak 0, m. Kedua prngan berada pada ruangan yang mempunya temperatur 00K dan temperatur benda yang akan dpanaskan daga pada temperatur 00K. Untuk melakukan pemanasan n dbutuhkan daya lstrk W pada prngan bagan atas. Tentukanlah temperatur permukaan prngan atas dan panas radas yang dterma oleh prngan bagan bawah. D [6]. Sebuah persa berbentuk slnder berar-ar cm dan memlk emsvtas permukaan dalam dan permukaan luar masng-masng 0,0 dan 0, dgunakan untuk mengurang kehlangan panas dar ppa yang dpanaskan sepert pada gambar d bawah. T T Ppa panas r,,o []. uang pemanas plat berbentuk segtga sama ss sangat panang sepert dtunukkan pada gambar d bawah. r Dvacum Ppa panas d dalam sstem mempunya ar-ar cm dan memlk emsvtas 0,9. Bagan luar sstem n berada pada lngkungan yang mempunya temperatur 7 o C. Bagan luar persa mengalam konveks dengan lngkungan dengan koefsen konveks W/m K. Tentukanlah temperatur ppa d dalam ka tempertur persas daga o C. Permukaan plat pemanas memlk emsvtas 0,8 dan daga pada temperatur 000 K. Permukaan lannya memlk emsvtas 0,7 dan dsolas. Plat yang akan dpanaskan dpasang pada salah satu ss segtga dan memlk emsvtas 0,6 serta daga konstan pada temperatur 00 K. Panang masng-masng ss adalah 0, m. Pada konds stead, tentukanlah: (a panas yang dbutuhkan untuk menaga suhu plat pemanas 000 K dan (b temperatur plat yang dsolas. []. Sebuah ruang bakar berbentuk kerucut terpotong yang tnggnya H cm sepert dtunukkan gambar. Bagan dasar ruang bakar mempunya dameter 0 cm dan mempunya emsvtas 0,8 serta bagan atasnya mempunya dameter 0 cm dan emsvtasnya 0,7. Bagan ssnya mempuya emsvtas 0, dan dsolas. Jka permukaan dasar daga konstan pada temperatur 000 K dengan memberkan flux panas 00 W/m, maka tentukanlah temperatur permukaan atas dan ss kerucut. [7]. Alumnum car pada temperatur 900 K berada d dalam kontaner berbentuk slnder yang dsolas sempurna sepert pada gambar d bawah. Pada suatu konds T sur 00K temperatur alumnum car adalah 900K dan mempunya emsvtas mm L 00 D 0 mm T 900K 0, 6 0,6. Smtem n berada pada lngkungan yang mempunya temperatur 00K. Bagan atas permukaan alumnum car dengan bagan atas kontaner mempunya arak 00 mm. Tentukanlah lau perpndahan panas dar permukaan alumnum car tersebut Sustanable Energy esearch Group 0 Mechancal Engneerng, USU

11 Perpndahan Panas I Sustanable Energy esearch Group Hmsar AMBAITA Mechancal Engneerng, USU

12 Perpndahan Panas I Sustanable Energy esearch Group Hmsar AMBAITA Mechancal Engneerng, USU