BAB III KONDUKSI ALIRAN STEDI - DIMENSI BANYAK

dokumen-dokumen yang mirip
Konduksi Mantap 2-D. Shinta Rosalia Dewi

BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN. analitik dengan metode variabel terpisah. Selanjutnya penyelesaian analitik dari

Bab II Fungsi Kompleks

TUGAS MANDIRI KULIAH PERSAMAAN DIFERENSIAL BIASA Tahun Ajaran 2016/2017

BAB II KAJIAN TEORI. pada penulisan bab III. Materi yang diuraikan berisi tentang definisi, teorema, dan

DERIVATIVE (continued)

Perpindahan Panas. Perpindahan Panas Secara Konduksi MODUL PERKULIAHAN. Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh 02

PERPINDAHAN PANAS DAN MASSA

PENGANTAR MATEMATIKA TEKNIK 1. By : Suthami A

Diferensial Vektor. (Pertemuan III) Dr. AZ Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

BAB II TEORI ALIRAN PANAS 7 BAB II TEORI ALIRAN PANAS. benda. Panas akan mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang

BAB IV PRINSIP-PRINSIP KONVEKSI

Keep running VEKTOR. 3/8/2007 Fisika I 1

BAB VIII PERSAMAAN DIFERENSIAL PARSIAL

BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Sebagai bintang yang paling dekat dari planet biru Bumi, yaitu hanya berjarak sekitar

Konduksi Mantap Satu Dimensi (lanjutan) Shinta Rosalia Dewi

A B A B. ( a ) ( b )

BAB II MACAM-MACAM FUNGSI

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN

BAB IV DERET FOURIER

Fungsi dan Grafik Diferensial dan Integral

FUNGSI HIPERBOLIK Matematika

PENGARUH JUMLAH SUKU FOURIER PADA PENDEKATAN POLAR UNTUK SISTEM GEOMETRI KARTESIAN

KISI-KISI SOAL UJIAN SEKOLAH TAHUN PELAJARAN 2014/2015

BAB VII. FUNGSI TRANSEDEN. Perhatikan adanya kesenjangan tentang turunan berikut.

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

Kalkulus Multivariabel I

steady/tunak ( 0 ) tidak dipengaruhi waktu unsteady/tidak tunak ( 0) dipengaruhi waktu

Wardaya College. Tes Simulasi Ujian Nasional SMA Berbasis Komputer. Mata Pelajaran Matematika Tahun Ajaran 2017/2018

Evaluasi Belajar Tahap Akhir Nasional Tahun 1985 Matematika

Bab 2 TEORI DASAR. 2.1 Model Aliran Panas

Persamaan diferensial adalah suatu persamaan yang memuat satu atau lebih turunan fungsi yang tidak diketahui.

Seleksi Daerah, 3 Nov 2009, OSNPTI-2009 Pertamina bekerjasama dengan Universitas Indonesia 1

Aplikasi Persamaan Bessel Orde Nol Pada Persamaan Panas Dua dimensi

BERKAS SOAL BIDANG STUDI : FISIKA

Kurikulum 2013 Antiremed Kelas 11 Matematika

, ω, L dan C adalah riil, tunjukkanlah

Gambar 1. Bentuk sebuah tali yang direnggangkan (a) pada t = 0 (b) pada x=vt.

Pertemuan Minggu ke Keterdiferensialan 2. Derivatif berarah dan gradien 3. Aturan rantai

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

MA1201 MATEMATIKA 2A Hendra Gunawan

BAB 3 PERAMBATAN GELOMBANG MONOKROMATIK

Soal dan Pembahasan UN Matematika Program IPA 2008

GERAK HARMONIK SEDERHANA

2.1 Soal Matematika Dasar UM UGM c. 1 d d. 3a + b. e. 3a + b. e. b + a b a

DERET FOURIER. n = bilangan asli (1,2,3,4,5,.) L = pertemuan titik. Bilangan-bilangan untuk,,,, disebut koefisien fourier dari f(x) dalam (-L,L)

BAB II LANDASAN TEORI

Solusi Problem Dirichlet pada Daerah Persegi dengan Metode Pemisahan Variabel

(A) 3 (B) 5 (B) 1 (C) 8

MATERI 4 MATEMATIKA TEKNIK 1 DERET FOURIER

D. (1 + 2 ) 27 E. (1 + 2 ) 27

Bab 4 DINDING SINUSOIDAL SEBAGAI REFLEKTOR GELOMBANG

PREDIKSI UAS 1 FISIKA KELAS X TAHUN 2013/ Besaran-besaran berikut yang merupakan besaran pokok adalah a. Panjang, lebar,luas,volume

perpindahan, kita peroleh persamaan differensial berikut :

UJI KONVERGENSI. Januari Tim Dosen Kalkulus 2 TPB ITK

1. Akar-akar persamaan 2x² + px - q² = 0 adalah p dan q, p - q = 6. Nilai pq =... A. 6 B. -2 C. -4 Kunci : E Penyelesaian : D. -6 E.

ISTIYANTO.COM. memenuhi persamaan itu adalah B. 4 4 C. 4 1 PERBANDINGAN KISI-KISI UN 2009 DAN 2010 SMA IPA

dengan vektor tersebut, namun nilai skalarnya satu. Artinya

II LANDASAN TEORI. Besaran merupakan frekuensi sudut, merupakan amplitudo, merupakan konstanta fase, dan, merupakan konstanta sembarang.

PDP linear orde 2 Agus Yodi Gunawan

Pengoptimalan fungsi dua peubah Secara geometri diferensial

PENDAHULUAN Anda harus dapat

PERPINDAHAN PANAS. Pertemuan 9 Fisika 2. Perpindahan Panas Konduksi

PROPOSAL TUGAS AKHIR PENGARUH JUMLAH SUKU FOURIER PADA PENDEKATAN POLAR UNTUK SISTEM GEOMETRI KARTESIAN OLEH : IRMA ISLAMIYAH

F U N G S I A R U M H A N D I N I P R I M A N D A R I

Soal UN 2009 Materi KISI UN 2010 Prediksi UN 2010

02. Jika. 0, maka nilai x + y =... 3 = A. 14 B. 16 C. 18 D. 20 E. 21. ; a dan b bilangan bulat, maka a + b =... A. 3 B. 2 C. 2 D. 3 E.

Wardaya College. Tes Simulasi Ujian Nasional SMA Berbasis Komputer. Mata Pelajaran Matematika Tahun Ajaran 2017/2018

Matematika EBTANAS Tahun 1999

PENYELESAIAN PERSAMAAN DIFFERENSIAL ORDE 1 - I

K13 Revisi Antiremed Kelas 11 Matematika

BAB II PENGANTAR SOLUSI PERSOALAN FISIKA MENURUT PENDEKATAN ANALITIK DAN NUMERIK

Soal-Soal dan Pembahasan SNMPTN Matematika IPA Tahun Pelajaran 2010/2011 Tanggal Ujian: 01 Juni 2011

SOAL TRY OUT FISIKA 2

Hendra Gunawan. 27 November 2013

Aturan dasar pengintegralan Integral fungsi rasional Integral parsial Integral trigonometri Substitusi yang merasionalkan Strategi pengintegralan

Panas dan Hukum Termodinamika I

7. RESIDU DAN PENGGUNAAN. Contoh 1 Carilah titik singular dan tentukan jenisnya dari fungsi berikut a. f(z) = 1/z

FUNGSI. Berdasarkan hubungan antara variabel bebas dan terikat, fungsi dibedakan dua: fungsi eksplisit dan fungsi implisit.

Soal Babak Penyisihan OMITS 2008

Vektor. Vektor memiliki besaran dan arah. Beberapa besaran fisika yang dinyatakan dengan vektor seperti : perpindahan, kecepatan dan percepatan.

SOAL&PEMBAHASAN MATEMATIKATKDSAINTEK SBMPTN. yos3prens.wordpres.com

SOLUSI DINAS PENDIDIKAN KOTA BOGOR KELOMPOK KERJA KEPALA SEKOLAH (SMA/MA SE KOTA BOGOR) TES UJI COBA UJIAN NASIONAL TAHUN PELAJARAN 2013/2014

FT UNIVERSITAS SURABAYA VARIABEL KOMPLEKS SUGATA PIKATAN. Bab V Aplikasi

PREDIKSI SOAL UAN MATEMATIKA 2009 KELOMPOK TEKNIK

PEMODELAN PEREMBESAN AIR DALAM TANAH

BAB II KAJIAN PUSTAKA. untuk membuat agar bahan makanan menjadi awet. Prinsip dasar dari pengeringan

BAB III PEMBAHASAN. dengan menggunakan penyelesaian analitik dan penyelesaian numerikdengan. motode beda hingga. Berikut ini penjelasan lebih lanjut.

SOLUSI PREDIKSI SOAL MATEMATIKA UN 2015 TUGAS KELOMPOK 1 SATUAN PENDIDIKAN

DINAS PENDIDIKAN KOTA BOGOR KELOMPOK KERJA KEPALA SEKOLAH (SMA/MA SE KOTA BOGOR) TES UJI COBA UJIAN NASIONAL TAHUN PELAJARAN 2013/2014 LEMBAR SOAL

9.1. Skalar dan Vektor

PAKET 4 LATIHAN UJIAN NASIONAL SMA/MA TAHUN 2009 MATA PELAJARAN MATEMATIKA

4. Deret Fourier pada Interval Sebarang dan Aplikasi

BAB II KAJIAN PUSTAKA

Ujian Nasional Tahun Pelajaran 2005/2006

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

= definit postif untuk konstanta p yang = 0 mempunyai dua akar postif,

Departemen Pendidikan Nasional TRY OUT I MKKS DKI JAKARTA UJIAN NASIONAL Tahun Pelajaran

Persamaan Diferensial

Soal dan Solusi Materi Elektrostatika

Transkripsi:

BAB III KONDUKSI ALIRAN SEDI - DIMENSI BANYAK Untuk aliran stedi tanpa pembangkitan panas, persamaan Laplacenya adalah: + y 0 (6-) Aliran kalor pada arah dan y bisa dihitung dengan persamaan Fourier: q ka (6-) q y ka y y (6-3) Aliran kalor total pada suatu titik di suatu material adalah resultan q dan q y pada titik tersebut. Vektor aliran kalor total adalah tegak lurus pada garis isothermal seperti ditunjukkan gambar. Sehingga jika distribusi temperatur suatu material diketahui, kita dengan mudah bisa menentukan aliran panas.

Analisis Matematik Konduksi Kalor Dua Dimensi Misalkan sebuah pelat persegi seperti yang ditunjukkan gambar, tiga sisi pelat dijaga pada temperatur, dan sisi atas mempunyai distribusi temperatur tertentu. Distribusi temperatur tersebut bisa merupakan distribusi temperatur konstan atau bisa jadilebih kompleks, misalnya distribusi sinus. Solusi persamaan diferensial dari (6-) diasumsikan berbentuk: XY dimana X X() (6-4) Y Y(y) Distribusi temperatur berbentuk sinus, dan kondisi batas: pada y 0 pada 0 (6-5) pada π m sin + pada y H dimana m adalah amplitudo fungsi sinus. Substitusi persamaan (6-4) ke (6-) menghasilkan: 6

X d X d Y d Y dy (6-6) Masing-masing sisi persamaan diatas adalah tak bergantung karena dan y adalah variabel tak bergantung. Karenanya setiap sisi persamaan sama dengan suatu konstanta. Maka didapat dua persamaan: d X d d Y dy + λ X 0 (6-7) + λ Y 0 (6-8) dimana λ disebut konstanta separasi. Persamaan diatas diuji terhadap kondisi batas. Untuk λ 0: X C + C Y C 3 + C 4 y (6-9) (C + C )(C 3 + C 4 y) Fungsi ini tidak memenuhi kondisi batas fungsi sinus, jadi solusi untuk λ 0 tidak dipakai. Untuk λ < 0: X C 5 e -λ + C 6 e λ Y C 7 cos λy + C 8 sin λy (6-0) ( C 5 e -λ + C 6 e λ )( C 7 cos λy + C 8 sin λy) erlihat, bahwa kondisi batas fungsi sinus tak terpenuhi, jadi jawaban ini tidak digunakan. Untuk λ > 0: X C 9 cos λ + C 0 sin λ Y C e -λy + C e λy (6-) (C 9 cos λ + C 0 sin λ)( C e -λy + C e λy ) erlihat bahwa adalah mungkin memenuhi kondisi batas fungsi sinus, untuk memudahkan dalam penyelesaian matematik, misalkan: θ 63

Maka kondisi batas: θ 0 pada y 0 θ 0 pada 0 (6-) θ 0 pada θ m sin π pada y H Dengan menggunakan kondisi ini: 0 (C 9 cos λ + C 0 sin λ)( C + C ) (a) 0 C 9 ( C e -λy + C e λy ) (b) 0 (C 9 cos λ + C 0 sin λ)( C e -λy + C e λy ) (c) m sin π (C 9 cos λ + C 0 sin λ)( C e -λh + C e λh ) (d) Sehingga: C -C C 9 0 Dan dari (c) : 0 C 0 C sin λ ( e λy e -λ y ) Ini menghendaki: sin λ 0 (6-3) Perlu diingat bahwa λ adalah konstanta separasi yang belum ditentukan. Beberapa harga bisa memenuhi persamaan (6-3), dan bisa ditulis dengan: λ (6-4) dimana n adalah bilangan bulat. Jawaban akhir adalah deret tak terbatas: θ y Cn sin sinh n (6-5) Kondisi batas akhir: m π sin n H Cn sin sinh 64

Untuk n > maka C n 0, maka: sinh( π y / ) π m sin + sinh( π H / ) (6-6) Medan temperatur untuk persamaan ni ditunjukkan oleh gambar diatas. Catat bahwa garis aliran kalor adalah tegak lurus terhadap isothermal. Sekarang anggaplah kondisi batas sebagai berikut: pada y 0 pada 0 pada pada y H Dengan tiga kondisi batas pertama, diperoleh jawaban dalam bentuk persamaan (6-5): y Cn sin sinh n (6-7) Dengan menerapkan kondisi batas keempat menghasilkan: Cn sin sinh n H (6-8) Persamaan diatas adalah deret sinus Fourier, dan harga C n bisa dicari dengan mengembangkan perbedaan temperatur konstan pada deret Fourier dengan interval 0 < <. Deretnya adalah: n + ( ) + ( ) sin π n n (6-9) Dari persamaan (6-8) dan (6-9) diperoleh: C n ( π n + ( ) ) sinh( H / ) n + dan persamaan akhir adalah: 65

π n ( ) n n + + sin sinh( y / ) sinh( H / ) (6-0) Analisis Grafik Anggaplah sebuah sistem dua dimensi seperti yang ditunjukkan oleh gambar 3. Permukaan dalam diatur pada temperatur tertentu yaitu, dan bagian luar dijaga pada temperatur. Garis isotermal dan aliran panas telah digambar untuk memudahkan analisis. 66

Garis isotermal dan aliran kalor membentuk group gambar kurvalinier seperti gambar 3b. Aliran kalor melalui bidang kurva linier ini adalah: q k ( ) (6-) y Jika y maka: keseluruhan N dimana N adalah jumlah kenaikan temperatur antara permukaan bagian dalam dan permukaan luar. Jika M jumlah bidang aliran panas maka aliran panas total: q M N k keseluruhan M N k( ) (6-) Faktor Bentuk Konduksi Pada sistem dua dimensi dimana hanya ada dua batas temperatur, kita bisa mendefinisikan faktor bentuk konduksi S yaitu: q ks keseluruhan (6-3). Harga S telah dicari untuk berbagai bentuk benda dan ditabelkan pada tabel 67

68

69

Perlu dicatat bahwa invers cosinus hiperbolik dirumuskan: cosh ln( ± ) Untuk dinding tiga dimensi seperti pada dapur pemanas, faktor bentuk yang terpisah digunakan untuk menghitung aliran kalor pada bidang sisi dan sudut. Jika semua dimensi dalam lebih besar dari seperlima tebal dinding, S dinding A S sisi 0,54D S sudut 0,5L L Dimana: A luas dinding L tebal dinding D panjang sisi 70

Contoh soal 6-: Sebuah pipa horisontal dengan diameter 5 cm dan panjang 4 m dikubur didalam tanah dengan kedalaman 0 cm. emperatur dinding pipa adalah 75 o C, dan temperatur permukaan 5 o C. ermal konduktivitas tanah adalah 0,8 /m. o C. Hitunglah kerugian panas oleh pipa. Jawab: Faktor bentuk dari soal ini diberikan oleh tabel. Karena D < 3r, π L π (4) S 5,35 m cosh ( D / r) cosh (0/ 7,5) aliran kalor: q ks (0,8)(5,35)(75 5) 859,6 Contoh soal 6-: Sebuah dapur pemanas kubus dengan ukuran 50 50 cm pada sisi dalam dibuat dari bata tahan api (k,04 /m. o C) dengan tebal dinding 0 cm. Bagian dalam dapur dijaga suhunya pada 500 o C, dan suhu pada bagian luar adalah 50 o C. Hitunglah kerugian kalor melalui dinding. Jawab: Kita hitung faktor bentuk total dengan menjumlahkan faktor bentuk dari dinding, sisi dan sudut. A (0,5)(0,5) Dinding: S, 5 m L 0, Sisi: Sudut: S 0,54D 0,54 (0,5) 0,7 m S 0,5L 0,5 (0,) 0,05 m Ada 6 buah penampang dinding, sisi dan 8 sudut, sehingga faktor bentuk total: S (6)(,5) + ()(0,7) + (8)(0,05) 8,36 m Dan aliran kalor: q ks (,04)(8,36)(500 50) 8,59 k 7