Post on 07-Jul-2018
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
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
2/41
PERTANYAAN 1
Apa yang anda ketahui tentang radiasi termal?
Bagaimana perbedaannya dengan proses konveksi?
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
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)
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
4/41
Tabel 1. Perbandingan Beberapa Karakteristik antara Perpindahan Kalor Radiasi danKonveksi
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
5/41
PERTANYAAN 3
Apa yang anda ketahui tentang hukum Stefan-
Boltzman, Hukum Kirchoff, dan Asas Planck?
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
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.
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
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
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
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
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
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 )]
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
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
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
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.
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
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.
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
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
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
14/41
PERTANYAAN 5
Bagaimana cara menentukan Koefisien Perpindahan
Kalor Radiasi ? Faktor-faktor apa yangmempengaruhi nilai koefisien itu ?
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
15/41
Penentuan Koefisien Perpindahan Kalor
Radiasi
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
16/41
Tabel 1. Persamaan LajuAliran Kalor untuk Beberapa Jenis Sistem.
(Sumber : Cengel, 2002)
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
17/41
Faktor - Faktor yang Mempengaruhi
Koefisien Perpindahan Kalor Radiasi
Suhu
Emisivitas
Luas Permukaan
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
18/41
PERTANYAAN 7
Jelaskan mekanisme proses perpindahan kalor secara
radiasi antara 2 permukaan !
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
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)
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
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.
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 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)
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
22/41
Laju perpindahan panas secara radiasi yang terjadi dari permukaan i
ke permukaan j:
Dengan mengaplikasikan hubungan resiprositas persamaan menjadi :
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
23/41
Radiasi pada Dua Permukaan Tertutup
Gambar 6. Skema Perpindahan Panas Radiasi pada Dua Permukaan Tertutup
(Sumber: Heat Transfer, 2nd Edition, Cengel, 2002)
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
24/41
Laju perpindahan kalor secara radiasi dari permukaan 1 ke 2:
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
25/41
Tabel 2. Persamaan LajuAliran Kalor untuk Beberapa Jenis Sistem.
(Sumber : Cengel, 2002)
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
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!
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
27/41
Sketsa Sistem
d = 6 in
Tg2 = 1000oF
Tw1 = 800oF Tw2 = 600
oF
Tg1 = 2000oF
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
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
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
29/41
Persamaan Penting
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
30/41
Kondisi 1 saat masuk pipa)
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
31/41
Pada
T
g
= 2000 ºF = 1366 K
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
32/41
Pada T
w
= 800
o
F = 700 K
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
33/41
Menentukan
q
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
34/41
Kondisi 2 (saat keluar pipa)
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
35/41
Kondisi 2 (saat keluar pipa)
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
36/41
Menentukan
q
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
37/41
Kemudian, nilai-nilai yang diperoleh dimasukkan ke persamaan :
Menjadi :
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
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.
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
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
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
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.
8/18/2019 Presentasi Radiasi - Kelompok 1
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?