5 Metode Perpindahan Panas dalam Rekayasa Termal: Pelajari cara konduksi, konveksi, radiasi, perpindahan dengan perubahan fase, dan perpindahan dengan campuran bekerja
5 Metode Perpindahan Panas dalam Rekayasa Termal
Perpindahan panas adalah salah satu konsep dasar dalam rekayasa termal yang mempelajari bagaimana energi panas berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Ada berbagai metode perpindahan panas yang digunakan dalam rekayasa termal untuk mengelola suhu dalam sistem. Artikel ini akan mengupas lima metode utama perpindahan panas dalam rekayasa termal.
1. Konduksi
Konduksi adalah transfer panas melalui zat padat tanpa pergerakan massa zat itu sendiri. Dalam metode ini, panas bergerak melalui material dari molekul yang lebih panas ke molekul yang lebih dingin. Hukum Fourier untuk aliran panas konduksi diberikan sebagai:
q = –k \(\frac{dT}{dx}\)
di mana q adalah aliran panas per satuan luas, k adalah konduktivitas termal material, dan \(\frac{dT}{dx}\) adalah gradien suhu.
2. Konveksi
Konveksi melibatkan transfer panas melalui pergerakan fluida. Ada dua jenis konveksi: konveksi alami yang terjadi karena perbedaan densitas dalam fluida, dan konveksi paksa yang disebabkan oleh sumber eksternal seperti kipas atau pompa. Hukum pendinginan Newton untuk konveksi dapat diringkas sebagai:
q = hA(Ts – T∞)
di mana q adalah aliran panas, h adalah koefisien perpindahan panas konveksi, A adalah area permukaan, Ts adalah suhu permukaan, dan T∞ adalah suhu fluida di sekitarnya.
3. Radiasi
Radiasi adalah metode perpindahan panas yang tidak memerlukan medium. Panas dipancarkan dalam bentuk gelombang elektromagnetik, umumnya dalam spektrum inframerah. Hukum Stefan-Boltzmann untuk radiasi termal dinyatakan sebagai:
q = \(\sigma \epsilon A (Ts4 – T∞4 )
di mana σ adalah konstanta Stefan-Boltzmann, ε adalah emisivitas permukaan, A adalah area permukaan, Ts adalah suhu permukaan, dan T∞ adalah suhu lingkungan.
4. Perpindahan Panas Gabungan
Dalam banyak aplikasi praktis, transfer panas terjadi melalui kombinasi dari dua atau lebih metode yang disebutkan di atas. Sebagai contoh, di dalam radiator mobil, panas berpindah dari mesin ke radiator melalui konduksi, lalu dari radiator ke udara melalui konveksi dan sedikit radiasi.
5. Perpindahan Panas dengan Perubahan Fase
Perubahan fase seperti mencair, membeku, menguap atau mengembun juga melibatkan transfer panas. Tekanan dan suhu di mana perubahan fase terjadi sangat penting dalam desain sistem termal. Contoh umum adalah pemanasan air hingga mendidih menjadi uap dalam boiler atau pendinginan uap menjadi cair di kondensor.
Dalam rangka meningkatkan efisiensi perpindahan panas dalam sistem rekayasa termal, memahami dan mengaplikasikan metode-metode ini secara tepat sangatlah penting. Kombinasi yang tepat dari metode perpindahan panas ini akan membantu enjinir dalam mendesain sistem yang efisien dan handal.