Kalkulator Perpindahan Panas

Kalkulator Perpindahan Panas menemukan laju pergerakan panas melalui suatu sistem berdasarkan konduksi, konveksi, atau radiasi. Masukkan sifat material atau permukaan, luas area, serta suhu panas dan dingin, lalu alat ini akan menampilkan laju perpindahan panas dalam watt, fluks panas, hambatan termal, dan total energi yang dipindahkan seiring waktu — lengkap dengan diagram aliran panas animasi serta rincian rumus langkah demi langkah. Alat ini dirancang untuk pelajar, insinyur, pembangun, dan siapa saja yang penasaran tentang seberapa cepat panas merambat.

Tiga Mode Perpindahan Panas

Panas selalu mengalir dari wilayah yang lebih panas ke wilayah yang lebih dingin, tetapi perambatannya melalui tiga cara yang berbeda. Kalkulator ini menangani masing-masing mode dengan hukum fisikanya sendiri.

Rumus Perpindahan Panas

Di mana:

• \(Q\) — laju perpindahan panas, dalam watt (W)
• \(k\) — konduktivitas termal material, dalam W/m·K
• \(h\) — koefisien perpindahan panas konveksi, dalam W/m²·K
• \(\varepsilon\) — emisivitas permukaan (0 hingga 1, tanpa dimensi)
• \(\sigma\) — konstanta Stefan–Boltzmann, \(5.67\times10^{-8}\) W/m²·K⁴
• \(A\) — luas permukaan, dalam m²
• \(\Delta T\) — perbedaan suhu antara kedua sisi
• \(d\) — ketebalan material, dalam meter
• \(T_h, T_c\) — suhu absolut panas dan dingin, dalam kelvin

Nilai Konduktivitas Termal Tipikal (k)

Koefisien Konveksi Tipikal (h) dan Emisivitas (ε)

Emisivitas berkisar dari sekitar 0,05 untuk logam yang dipoles hingga 0,90–0,98 untuk cat, bata, air, kulit, dan permukaan kusam lainnya, dengan benda hitam ideal tepat pada nilai 1,0.

Apa itu Fluks Panas, Hambatan Termal, dan Nilai-R?

Fluks panas adalah laju perpindahan panas per satuan luas (\(Q/A\)), diukur dalam W/m². Ini memberi tahu Anda seberapa terkonsentrasi aliran panas tersebut, terlepas dari seberapa besar permukaannya. Hambatan termal adalah penahanan terhadap aliran panas (dalam K/W); hambatan yang lebih tinggi berarti lebih sedikit panas yang bergerak untuk perbedaan suhu yang sama. Untuk material bangunan, ini dinyatakan sebagai nilai-R — semakin tinggi nilai-R, semakin baik isolasinya. Kalkulator ini menampilkan nilai-R satuan SI (RSI, dalam m²·K/W) dan nilai-R US yang digunakan pada kemasan isolasi.

Mengapa Radiasi Menggunakan Suhu Absolut

Konduksi dan konveksi hanya bergantung pada perbedaan suhu, dan perbedaan 10° adalah sama baik Anda mengukurnya dalam Celsius maupun kelvin. Radiasi berbeda: mode ini bergantung pada suhu absolut yang dipangkatkan empat, sehingga harus dihitung dalam kelvin, yang dimulai dari nol mutlak (−273,15 °C). Hubungan pangkat empat inilah yang menyebabkan permukaan yang dua kali lebih panas secara absolut memancarkan panas sebesar enam belas kali lebih banyak, dan mengapa radiasi sangat mendominasi pada suhu tinggi seperti pada api dan tungku pembakaran.

Cara Menggunakan Kalkulator Ini

1. Pilih mode perpindahan panas: Pilih Konduksi, Konveksi, atau Radiasi menggunakan tab di bagian atas formulir.
2. Masukkan material dan geometri: Pilih material, kondisi, atau permukaan dari pustaka bawaan (atau pilih "Nilai kustom" untuk mengetik nilai Anda sendiri), lalu masukkan luas permukaan — dan ketebalan untuk konduksi.
3. Masukkan suhu: Ketik suhu sisi panas dan sisi dingin lalu pilih °C, °F, atau K. Tambahkan durasi opsional dalam jam untuk melihat total energi yang ditransfer.
4. Klik Hitung: Tinjau laju perpindahan panas dalam watt, fluks panas, hambatan termal, energi seiring waktu, diagram aliran panas animasi, serta pengerjaan langkah demi langkah yang lengkap.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Apa saja tiga mode perpindahan panas?

Panas bergerak dengan tiga cara. Konduksi adalah panas yang mengalir melalui material padat dengan kontak langsung, seperti kehangatan yang melewati dinding. Konveksi adalah panas yang dibawa pergi oleh fluida yang bergerak seperti udara atau air, misalnya kipas angin yang mendinginkan permukaan yang panas. Radiasi adalah panas yang dipancarkan sebagai gelombang elektromagnetik inframerah, seperti kehangatan yang Anda rasakan dari api atau matahari, dan sama sekali tidak membutuhkan medium.

Bagaimana cara menghitung perpindahan panas dengan konduksi?

Konduksi menggunakan hukum Fourier: Q = k × A × ΔT / d, di mana k adalah konduktivitas termal material dalam watt per meter-kelvin, A adalah luas dalam meter persegi, ΔT adalah perbedaan suhu, dan d adalah ketebalan dalam meter. Hasil Q adalah laju perpindahan panas dalam watt.

Bagaimana cara menghitung perpindahan panas dengan konveksi?

Konveksi menggunakan hukum pendinginan Newton: Q = h × A × ΔT, di mana h adalah koefisien perpindahan panas konveksi dalam watt per meter persegi-kelvin, A adalah luas permukaan, dan ΔT adalah perbedaan antara suhu permukaan dan suhu fluida. Nilai h yang lebih besar berarti fluida bergerak lebih cepat yang membawa panas pergi dengan lebih cepat.

Bagaimana cara menghitung perpindahan panas dengan radiasi?

Radiasi menggunakan hukum Stefan–Boltzmann law: Q = ε × σ × A × (Th⁴ − Tc⁴), di mana ε adalah emisivitas antara 0 dan 1, σ adalah 5,67 × 10⁻⁸ watt per meter persegi-kelvin pangkat empat, A adalah luas, dan Th serta Tc adalah suhu absolut dalam kelvin. Karena suhu dipangkatkan empat, radiasi tumbuh sangat cepat seiring objek menjadi lebih panas.

Satuan apa yang digunakan oleh laju perpindahan panas?

Laju perpindahan panas Q adalah daya, yang diukur dalam watt (joule per detik). Satu watt berarti satu joule panas bergerak setiap detik. Kalkulator ini juga menunjukkan fluks panas dalam watt per meter persegi dan total energi yang ditransfer selama waktu yang dipilih dalam kilowatt-jam dan joule.

Mengapa suhu harus dikonversi ke Kelvin untuk radiasi?

Hukum Stefan–Boltzmann bergantung pada suhu absolut yang dipangkatkan empat, sehingga hanya berfungsi dengan kelvin, yang dimulai dari nol mutlak. Untuk konduksi dan konveksi, hanya perbedaan suhu yang berpengaruh, dan perbedaan dalam derajat Celsius sama dengan perbedaan yang sama dalam kelvin, sehingga mode-mode tersebut tidak dipengaruhi oleh pilihan antara Celsius dan Kelvin.

Sumber Daya Tambahan

• Heat Transfer - Wikipedia
• Thermal Conduction - Wikipedia
• Stefan–Boltzmann Law - Wikipedia