Perbedaan Antara Termodinamika dan Perpindahan Panas

Apa perbedaan mendasar antara termodinamika dan perpindahan panas?

Untuk memahami perbedaan antara termodinamika dan perpindahan panas, marilah kita memandang pendinginan sebuah batang baja panas yang dicelupkan ke dalam bak air. Termodinamika dapat digunakan untuk memprediksikan temperatur keseimbangan akhir dari gabungan temperatur batang baja dan temperatur air. Namun, termodinamika tidak dapat membantu kita untuk menentukan berapa lama waktu untuk mencapai kondisi keseimbangan atau berapa temperatur batang baja setelah beberapa saat sebelum kondisi keseimbangan tercapai.

Sedangkan perpindahan panas dapat digunakan untuk memprediksikan temperatur batang baja dan air sebagai fungsi dari waktu. Artinya di detik atau menit berapapun, perpindahan panas mampu memprediksikan temperatur  dari batang baja atau temperatur air.

Berikut poin-poin perbedaan antara Termodinamika dan Perpindahan Panas:

1. Termodinamika berhubungan dengan kondisi keseimbangan materi, dan tidak memperdulikan keberadaan gradien suhu. Sedangkan Perpindahan Panas pada dasarnya adalah proses non-keseimbangan (karena gradien suhu harus ada agar pertukaran panas terjadi). 
2. Ketika sistem berubah dari satu kondisi keseimbangan ke kondisi yang lainnya, termodinamika sangat membantu menentukan besarnya interaksi kerja dan panas. Termodinamika menggambarkan seberapa banyak panas yang bertukar/berpindah selama proses tetapi tidak mengisyaratkan bagaimana hal yang sama dapat dicapai. Perpindahan panas memprediksikan distribusi temperatur dan menentukan laju energi yang ditransfer melewati permukaan disebabkan gradien temperatur pada permukaan, dan perbedaan temperatur antara dua permukaan yang berbeda.

Referensi: A Text Book of Heat and Mass Transfer – Er. R. K. Rajput

Mode Perpindahan Panas Gabungan

Pada postingan sebelumnya, telah dibahas setiap mode perpindahan panas secara terpisah. Namun dalam prakteknya ketiga mode perpindahan panas (konduksi, konveksi dan radiasi) seringnya terjadi secara bersamaan. Sebagian besar mode perpindahan panas konduksi dan konveksi terjadi secara bersamaan ketika panas dari cairan panas ditransfer ke cairan dingin melalui sebuah penghalang. Perhatikan contoh berikut: Sebuah dinding menerima panas melalui konveksi dan radiasi di satu sisi. Setelah konduksi ke permukaan berikutnya, panas ditransfer ke lingkungan dengan konveksi dan radiasi.

Gambar 1. Mode Perpindahan panas gabungan

Flux Panas (Laju panas per luas penampang) dinyatakan dalam persamaan 1 di bawah ini:

Dimana  hr1 dan  hr2 adalah koefisien radiasi sedangkan h1 dan h2 adalah koefisien konveksi.

Contoh:

Sebuah lempengan setebal 0,2 m dengan konduktivitas termal 45 W/mK menerima panas dari  tungku pada temperatur 500 K secara konveksi dan radiasi. Koefisien konveksi memiliki nilai 50 W/m2K. Temperatur permukaannya adalah 400 K di sisi ini. Panas dipindahkan ke sekitarnya di T∞2 secara konveksi dan radiasi. Koefisien konveksi di sisi ini adalah 60 W /m2K. Tentukan suhu sekitarnya.
Asumsikan F = 1 untuk radiasi.
Solusi: Lihat Gambar 1. Anggap luas penampangnya 1 m2. Kondisi steady state.

Penyelesaian:

Perumnas 3 Bekasi Timur, 3092018, 14.25 WIB

Referensi: Fundamental of heat and mass transfer, Edisi revisi 3, C.P. Kothandaraman