Perpindahan Panas (Teknik Mesin)

Dalam terminologi keteknikan, panas (heat) dimaksudkan sebagai salah satu bentuk energi. Ini tentunya berbeda dengan terminologi secara umum, yakni panas adalah sesuatu yang suhunya diatas suhu normal, sebagai contoh pada kalimat “badannya panas”, “airnya panas” dll.

Misalkan, bila dua benda saling bersentuhan, benda pertama suhunya( -5°C)  dan benda kedua suhunya (-30°C). Bila kita menggunakan terminologi umum, maka antara keduanya tidak akan terjadi perpindahan panas karena kedua benda tersebut berada dalam keadaan dingin!. Tetapi karena kita menggunakan terminologi keteknikan, maka sudah pasti akan terjadi perpindahan panas dari benda pertama ke benda kedua. Mengapa ?, karena kedua benda tersebut suhunya berbeda, maka pasti akan terjadi perpindahan panas.

Materi perpindahan panas secara mendalam diajarkan di mata kuliah Perpindahan Panas. Dalam bahasan ini hanya akan membicarakan secara ringkas tentang berbagai mode perpindahan panas yang ada.

Dalam proses perpindahan panas dikenal istilah isotermal (isothermal)  dan adiabatis (adiabatic).

Proses isotermal adalah proses yang terjadi pada keadaan suhu yang tidak berubah selama berlangsungnya proses tersebut. Untuk menggambarkannya saya ambil contoh proses anda menyetrika pakaian anda. Pasti anda sepakat bila sedang menyeterika pakaian anda, anda harus mempertahankan suhu setrika agar selalu tetap menggunakan pengatur suhu. Bagaimana kalau anda membiarkan suhu ini terus bertambah tinggi selama proses anda menyetrika…saya kira, anda perlu membeli pakaian baru untuk mengganti pakaian yang anda setrika tersebut.  Inilah penyebab kenapa kita perlu yang namanya proses isotermal.

Bagaimana dengan proses adiabatis.

Proses adiabatis adalah proses dimana tidak terjadi interaksi panas antara sistem dengan lingkungan. Untuk menggambarkannya bayangkanlah ketika anda tidur didaerah yang dingin katakanlah di gunung. Sudah pasti anda akan menggunakan selimut, semakin tebal selimutnya maka semakin nyaman anda tidur. Kenapa menggunakan selimut?, agar suhu lingkungan yang dingin tidak bersentuhan dengan tubuh anda. Sekarang, apakah tubuh anda bisa menjadi hangat dengan menggunakan selimut tersebut?. Jawabannya pasti ya. Mengapa?, karena tubuh anda sendiri mengeluarkan panas, dan panas ini tidak dapat melewati selimut anda. Akibatnya, panas yang terus menerus dikeluarkan oleh tubuh akan semakin meningkatkan suhu didalam selimut anda hingga tercapai suatu saat anda akan merasa suhu tersebut sudah terlalu panas dan menyebabkan anda bahkan berkeringat.

Demikian pula dengan proses adiabatis secara engineering. Dalam proses adiabatis, walaupun tidak ada panas yang dapat melintasi batas sistem, tetapi suhu sistem tetap dapat berubah akibat adanya aktivitas interaksi energi didalam sistem itu sendiri.

Sebagai energi, panas memiliki satuan kJ (SI) atau Btu (British Thermal Unit). Besarnya Energi yang berpindah selama proses perpindahan panas disimbolkan dengan : Q. Bila besarnya energi ini dihitung atas dasar per satuan massa maka simbolnya ditulis dengan : q

Sementara laju perpindahan panas merupakan besarnya energi panas yang berpindah persatuan waktu yang satuannya adalah kJ/detik atau kW. Dalam selang waktu tertentu (dari t1 hingga t2), besarnya energi panas yang berpindah merupakan integral dari laju perpindahan panas pada selang waktu tersebut.

Bila laju perpindahan panas sepanjang selang waktu tersebut adalah konstan, maka rumusan diatas dapat disederhanakan menjadi:

Panas dapat berpindah melalui tiga mekanisme yakni: konduksi, konveksi dan radiasi. Konduksi adalah perpindahan panas yang terjadi akibat adanya interaksi partikel zat dari yang lebih berenergi ke yang kurang berenergi. Terjadi pada umumnya melalui media padat. Pada media cair yang diam, perpindahan panas konduksi juga dapat terjadi, tetapi bila media cair tersebut mulai bergerak, maka analisis yang digunakan adalah analisis konveksi.

Konveksi adalah perpindahan panas dari permukaan media padat ke fluida yang bergerak diatas permukaan media padat tersebut. Sementara radiasi adalah perpindahan panas sebagai akibat terjadinya emisi dari gelombang elektromagnetis.