Perpindahan Panas Konduksi

Panas berpindah secara konduksi bila terdapat gradien suhu pada suatu benda sehingga terjadi perpindahan energi dari bagian bersuhu tinggi ke bagian yang bersuhu lebih rendah (Lienhard, 2004:4). Dapat dikatakan bahwa energi berpindah secara konduksi atau hantaran karena medium yang dilewati adalah padat. Laju perpindahan panas tersebut berbanding dengan gradient suhu normal dan berlaku hukum fourier (Holman, 1986:3).

Gambar 1. Dinding konduksi satu dimensi (Moran, 2003:243)

Konduksi pada dinding satu dimensi yang memiliki distribusi temperatur T(x), maka hukum fourier dapat dinyatakan dalam persamaan:

                                                                                                                                     (1)

fluk panas qx (W/m2) adalah nilai perpindahan panas yang searah dengan sumbu x per satuan luas sepanjang garis lurus arah perpindahan dan sesuai dengan gradien temperatur dT/dx. Tetapan k adalah konduktifitas termal (W/mK) yang merupakan karakteristik material. Tanda minus (-) menyatakan bahwa perpindahan panas selalu mengarah pada suhu yang lebih rendah. Pada konduksi steady-state yang diperlihatkan Gambar 1 dimana distribusi suhu adalah linier, gradient suhu dan fluk panas dapat dinyatakan dengan persamaan

dan

                                                                                                                            (2)

maka persamaan (2) di atas dapat ditulis

                                                                                                        (3)

Fluks panas dinyatakan oleh persamaan (3) yaitu nilai perpindahan panas per satuan luas, oleh karena itu seperti ditunjukkan pada Gambar.1 nilai panas karena konduksi (W) sepanjang permukaan dinding dengan luas A menghasilkan fluk sebesar dan persamaan (3) menjadi

                                                                                                 (4)

Volume material untuk analisis konduksi panas satu dimensi (Holman, 1986:3)

Aliran energi pada materi dengan ketebalan dx dapat dibuat ketika suhu berubah menurut waktu dan terdapat sumber panas dalam zat ( material) seperti diperlihatkan pada Gambar 2.2. Energi dihantarkan di sisi kiri ditambah energi yang dibangkitkan dalam unsur tersebut sama dengan perubahan energi dalam ( internal energy ) ditambah energi yang dihantarkan ke luar unsur itu melalui sisi kanan

                                            (5)

Energi di sisi kiri dinyatakan dengan  , sedangkan energi yang dibangkitkan dalam unsur adalah  dan perubahan energi dalam adalah . Notasi  adalah energi yang dibangkitkan per satuan volume (W/m²), c adalah  panas jenis bahan (J/kgºC) dan   menyatakan kerapatan bahan (kg/m³). Penggabungan  persamaan-persamaan tersebut dilakukan guna mendapatkan persamaan aliran kalor yang melalui materi, sehingga diperoleh (Holman, 1986:4) 

                                       (6)           

atau


                                                                                                             (7)


Referensi :
Holman, J.P (1986). Heat Transfer, 6^th ed. New York : McGraw-Hill.