presentasi radiasi - kelompok 1

8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1

1/41

Perpindahan Kalor Secara Radiasi

Kelompok 1

Angela Susanti / 1206247303

Rexy Darmawan / 1206202103Reza Syandika / 1206240013

Seva Juneva / 1206241152

Wildan Nurasad / 1206202160


2/41

PERTANYAAN 1

Apa yang anda ketahui tentang radiasi termal?

Bagaimana perbedaannya dengan proses konveksi?


3/41

Radiasi termal : energi yang diemisikan permukaan benda

dengan temperatur tak no Dapat terjadi pada permukaan solid, gas , dan liquid

Gambar 1. Perpindahan Kalor Konduksi, Konveksi, dan Radiasi

(Sumber : Fundamentals of Heat and Mass Transfer , 7th Edition, Incropera, 2011)


4/41

Tabel 1. Perbandingan Beberapa Karakteristik antara Perpindahan Kalor Radiasi danKonveksi


5/41

PERTANYAAN 3

Apa yang anda ketahui tentang hukum Stefan-

Boltzman, Hukum Kirchoff, dan Asas Planck?


6/41

Asas Planck

Radiasi yang dipancarkan setiap benda terjadi secara

kontinu, dipancarkan dalam satuan kecil yang disebut

kuanta (energi kuantum)

E = h.v

di mana E adalah energi kuantum ( J ), h adalah tetapan

Planck, dan v adalah frekuensi.


7/41

Daya Emisi ,, = 2ℎ2

5 exp ℎ0 − 1

,, = ,, = 15

exp

2

−1

Gambar 2. Daya Emisi Spektral Benda Hitam

(Sumber: Incropera. 2011. Fundamentals of Heat

and Mass Transfer 7th Edition. halaman 811)

h = 6,626 x 10-34 J.s

kB = 1,381 x 10-23 J/K

c0 = 2,988 x 108 m/s

T merupakan temperatur benda hitam

dalam satuan Kelvin


8/41

Hukum Planck berbunyi:

• Radiasi emisi bervariasi secara kontinu sesuai dengan

panjang gelomang

• Pada panjang gelombang berapa pun, radiasi emisi

meningkat seiring peningkatan temperatur• Sebuah fraksi tertentu dari radiasi yang dipancarkan oleh

matahari, yang dapat diperkirakan sebagai black body ,

pada 5800 K, berada pada daearah visible dari spektrum.

Untuk T≤ 800 K, emisi didominasi di wilayah

inframerah dari spektrum dan tidak terlihat oleh mata


9/41

Hukum Stefan-Boltzmann

Total energi panas radiasi diemisikan dari permukaansebanding dengan suhu mutlak pangkat empat (Stefan,1879).

Jika E adalah energi panas radiasi yang dipancarkan darisatuan luas dalam satu detik dan T adalah temperatur absolut(dalam derajat Kelvin), maka

E = σT4

Denganσ

melambangkan konstanta Stefan –

Boltzman = 5,6697 x10-8 [W/(m2K 4 )]


10/41

Daya Emisi dari suatu benda hitam dapat dihitung melaluipersamaan berikut

Dengan menyelesaikan persamaan tersebut, didapatkan rumus

berikut

=

1

5 exp 2 − 1∞

0

= 4


11/41

Hukum Stefan-Boltzman menunjukkan :

• Efek radiasi pada umumnya tidak signifikan pada

temperatur yang relatif rendah karena nilai konstan

Boltzman sangat rendah

•Pada temperatur kamar, kira – kira 300 K, nilai Eb= 460(W/m2)

• Oleh sebab itu, pada T rendah, efek radiasi sering

diabaikan. Pada temperatur tinggi, efek radiasi perlu

diperhatikan bahkan sering mejadi faktor yang dominan

karena E berbanding lurus denganT4.


12/41

Hukum Kirchhoff

Gambar 3. Bagan Model Penurunan

Hukum Kirchoff(Sumber: Holman, 2010, halaman 382)

Pada keadaaan seimbang, energi yang

diserap oleh benda akan sama dengan

energi yang dipancarkan.


13/41

• Perbandingan daya emisi suatu benda dengan daya emisi benda

hitam pada suhu yang sama setara dengan absorptivitas benda

tersebut. Perbandingan tersebut disebut emisivitas

• Hukum Kirchhoff menyatakan bahwa pada keseimbangan termal,

tingkat emisi suatu benda atau permukaan setara dengan jumlah

penyerapannya

• Hukum Kirchhoff memiliki kesimpulan bahwa emisivitas tidak

bisa melebihi jumlah energi yang diserap (berdasarkan hukumkekekalan energi), sehingga tidak mungkin suatu benda

memancarkan energi radiasi yang lebih besar dibandingkan benda

hitam sempurna pada kesetimbangan


14/41

PERTANYAAN 5

Bagaimana cara menentukan Koefisien Perpindahan

Kalor Radiasi ? Faktor-faktor apa yangmempengaruhi nilai koefisien itu ?


15/41

Penentuan Koefisien Perpindahan Kalor

Radiasi


16/41

Tabel 1. Persamaan LajuAliran Kalor untuk Beberapa Jenis Sistem.

(Sumber : Cengel, 2002)


17/41

Faktor - Faktor yang Mempengaruhi

Koefisien Perpindahan Kalor Radiasi

Suhu

Emisivitas

Luas Permukaan


18/41

PERTANYAAN 7

Jelaskan mekanisme proses perpindahan kalor secara

radiasi antara 2 permukaan !


19/41

Radiasi Antar Dua Permukaan Pada

Benda Hitam

Gambar 4. Skema Laju Perpindahan Panas Radiasi Pada 2 Permukaan Benda Hitam

(Sumber: Heat Transfer,2nd Edition, Cengel, 2002)


20/41

Laju perpindahan panas total secara radiasi dari permukaan 1 ke

permukaan 2:

Hubungan resiprositas:

Apabila nilai Q 1-> 2 adalah negatif , ini menunjukan laju perpindahan

panas secara radiasi yang terjadi adalah dari permukaan 2 ke

permukaan 1.


21/41

Radiasi Antar Dua Permukaan Pada

Benda Abu - Abu

Gambar 5. Analogi Radiasi pada Dua Permukaan Benda Abu-Abu

(Sumber: Heat Transfer, 2nd Edition, Cengel, 2002)


22/41

Laju perpindahan panas secara radiasi yang terjadi dari permukaan i

ke permukaan j:

Dengan mengaplikasikan hubungan resiprositas persamaan menjadi :


23/41

Radiasi pada Dua Permukaan Tertutup

Gambar 6. Skema Perpindahan Panas Radiasi pada Dua Permukaan Tertutup

(Sumber: Heat Transfer, 2nd Edition, Cengel, 2002)


24/41

Laju perpindahan kalor secara radiasi dari permukaan 1 ke 2:


25/41

Tabel 2. Persamaan LajuAliran Kalor untuk Beberapa Jenis Sistem.

(Sumber : Cengel, 2002)


26/41

PERHITUNGAN

Gas hasil pembakaran terdiri atas 10,3 % (mol) H2O ,

11,4% CO2 dan sisanya gas inert, pada tekanan 1 atm.

Gas tersebut mengalir melalui pipa yang berdiameter 6

in dan mengalami perpindahan kalor secara radiasidengan udara luar. Suhu gas masuk 2000oF dengan suhu

permukaan ujung pipa 800oF, sedangkan suhu gas

keluar 1000oF dengan suhu permukaan ujung pipa

600o

F. Jika massa gas x Cp gas dianggap tetap sebesar 90BTU/JoF, hitunglah panjang pipa yang dibutuhkan agar

perpindahan kalor terjadi secara sempurna!


27/41

Sketsa Sistem

d = 6 in

Tg2 = 1000oF

Tw1 = 800oF Tw2 = 600

oF

Tg1 = 2000oF


28/41

Diketahui :

Komposisi gas : 10,3% (mol) H2O dan 11,4% CO2,

sisanya gas inert

Tekanan total 1 atm

m gas C p,gas = C = 90 Btu/JoF

Ditanya :

Panjang pipa yang dibutuhkan agar perpindahan kalor terjadi

secara sempurna


29/41

Persamaan Penting


30/41

Kondisi 1 saat masuk pipa)


31/41

Pada

T

g

= 2000 ºF = 1366 K


32/41

Pada T

w

= 800

o

F = 700 K


33/41

Menentukan

q


34/41

Kondisi 2 (saat keluar pipa)


35/41

Kondisi 2 (saat keluar pipa)


36/41

Menentukan

q


37/41

Kemudian, nilai-nilai yang diperoleh dimasukkan ke persamaan :

Menjadi :


38/41

Kesimpulan

Radiasi termal merupakan proses di mana energi diemisikan olehsuatu benda pada temperatur tak-nol melalui gelombangelektromagnetik.

Perbedaan utama antara radiasi termal dan konveksi adalah adatidaknya medium perantara yang terlibat selama proses

perpindahan kalor. Penentuan nilai bergantung pada sistem. Prinsip penentuan yang

digunakan adalah membagi nilai laju aliran kalor dengan , di manapersamaan untuk laju aliran kalor dapat diperoleh dari tabel yangada pada referensi.

Koefisien perpindahan kalor radiasi merupakan sebuah fungsi yangsangat tergantung pada suhu. Selain itu, koefisien perpindahankalor radiasi juga dipengaruhi oleh emisivitas dan luas permukaan

benda.


39/41

Kesimpulan

Laju perpindahan panas secara radiasi antar dua permukaan benda hitam adalah

Laju perpindahan panas secara radiasi antar dua permukaan

benda abu-abu adalah

Nilai negatif pada laju perpindahan panas secara radiasimenunjukkan bahwa laju perpindahan panas yang terjadi

dalam arah sebaliknya


40/41

Daftar Pustaka

Cengel, Y. 2006. Heat Transfer, 2nd Edition. USA: Mc Graw-Hill.

Holman, J.P. 1986. Heat Transfer, 6th Edition. Singapore: McGraw-

Hill Book Company.

Holman, J.P. 2009. Heat Transfer, 10th Edition. New York:

McGraw-Hill.

Incropera, F.P., et.al. 2011. Fundamentals of Heat and Mass

Transfer, 7th Edition. NJ : John Wiley & Sons, Inc.


41/41

Pertanyaan

Meli : Untuk gas selain karbon dioksida dan uap air,persamaan yang digunakan seperti apa? Apakah ada data

grafik untuk gas lain? Kapan suatu gas dapat dikatakan

transparan / tidak? Untuk benda dalam ruangan, apakah

ruangan dapat dianggap sebagai permukaan ketiga? Apaperbedaan antara metode dengan pendekatan langsung dan

metode jaringan?

Devi : Gas yang bersifat transparan itu seperti apa? Untuk

radiasi antara permukaan hitam dan abu seperti apa?

Oscar : Apa akibat dari transmisi ? Mengapa benda berwarna

tak – hitam dapat disebut sebagai benda hitam?

presentasi radiasi - kelompok 1

Documents