Jumat, 14 Oktober 2011

pinpan humanbody


Perpindahan Panas dari Tubuh Manusia

Agung Sudrajat, Rizki Frimasari, Sartika
Jurusan Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian Universitas Sriwijaya, Kampus Indralaya, Jl.Raya Palembang-Prabumulih KM.32 Indralaya, Ogan Ilir-Palembang 30662, sartika08006@gmail.com

Abstract
Tubuh manusia dapat mengeluarkan panas dari dalam tubuhnya ke lingkungan sekitarnya yang memiliki suhu lebih rendah. Perpindahan panas ini melalui beberapa cara yaitu konduksi, konveksi, radiasi, dan evaporasi. Tujuan tubuh mengeluarkan panas adalah untuk menyeimbangkan suhu tubuh dengan member kenyamanan pada suhu tubuh dan lingkungan. Bila laju perpindahan panas tubuh terlalu lambat maka tubuh akan memberi peringatan kepada kita melalui keringat yang berlebih sedangkan bila perpindahan panas terlalu cepat maka yang terjadi adalah menggigil. Panas yang dihasilkan berupa panas sensible, dan panas laten. Kehilangan panas oleh penguapan maksimal terjadi saat kulit benar-benar basah oleh keringat.  Dengan memakai pakaian ketahanan terhadap penguapan lebih tinggi, dan tingkat penguapan dalam tubuh berpakaian tergantung pada permeabilitas kelembaban pakaian.  Tingkat penguapan maksimum untuk seorang pria rata-rata sekitar 1 L / jam (0,3 g / s), yang merupakan batas atas dari 730 W untuk laju pendinginan evaporative.
Keywords: konduksi, konveksi, radiasi, panas sensible, panas laten, perbedaan
       suhu, laju pindah panas.



Pembahasan
Tubuh manusia dapat menghasilkan kalor atau panas pancaran, dari setiap permukaan yang suhunya lebih tinggi dan akan kehilangan panas atau memancarkan panas ke setiap objek atau permukaan yang lebih dingin dari diri sendiri.  Panas pancaran yang diperoleh atau hilang tidak dipengaruhi oleh gerakan udara, juga tidak oleh suhu udara antara permukaan – permukaan atau objek yang memancar.
Beberapa cara yang digunakan oleh tubuh untuk memindahkan panas tubuh ke
udara sekitarnya adalah :
1.      Konduksi (Conduction), Perpindahan panas melalui kontak langsung antara Permukaan. Contoh, Ketika tangan kita kedinginan kita akan merasa nyaman memegang gelas panas atau pada saat panas kita berbaring diatas lantai yang sejuk.
2.      Konveksi (Convection), Perpindahan panas berdasarkan gerakan fluida dalam hal ini adalah udara, artinya panas tubuh dapat dihilangkan bergantung pada aliran udara yang melintasi tubuh manusia. Contoh, Kita akan merasa nyaman bila terkena hembusan angina pada saat kita berkeringat.
3.      Radiasi ( Radiation), perpindahan panas berdasrkan gelombang eletromagnetik, tubuh manusia mendapat panas dari pancaran panas yang lebih tinggi dan tubuh manusia dapat akan memancarkan panasnya secara radiasi ke setiap objek yang mempunyai suhu lebih dingin dari manusia, Contoh, Kita akan merasa lebih panas berada di bawah atap seng saat matahari
terik, hal ini disebabkan suhu seng jauh diatas suhu tubuh manusia sehingga akan memancarkan panasnya ke tubuh kita melalui rambatan panas.
4.      Penguapan ( Evaporation), perpindahan panas karena perbedaan lapisan udara (steck effect) yaitu lapisan udara panas akan terdorong naik oleh lapisan udara dingin.
Jika panas yang berlebih terjadi pada tubuh manusia maka hal ini akan mengganggu kenyamanan kita dalam beraktivitas, keseimbangan suhu pada manusia harus dipertahankan atau dikendalikan agar kenyamanan suhu dapat tercapai. Kenyamanan termal adalah suatu kondisi termal yang dirasakan oleh manusia yang dikondisikan oleh lingkungan dan benda- benda sekitarnya. Tubuh manusia mempunyai mekanisme untuk mempertahankan keseimbangan suhu tersebut, mekanisme itu adalah berkeringat atau menggigil.  Bila laju perpindahan panas tubuh terlalu lambat maka tubuh akan memberi peringatan kepada kita melalui keringat yang berlebih sedangkan bila perpindahan panas terlalu cepat maka yang terjadi adalah menggigil. Panas yang dihasilkan metabolisme dalam tubuh disalurkan ke lingkungan melalui kulit dan paru-paru dengan konveksi dan radiasi sebagai panas sensibel.  Panas laten merupakan panas penguapan air seperti menguap di paru-paru dan pada kulit dengan menyerap panas tubuh, dan panas laten yang dilepaskan sebagai uap air mengembun  pada permukaan dingin. Pemanasan dari udara merupakan  perpindahan panas di paru-paru dan sebanding dengan kenaikan suhu menghirup udara. Tingkat total kehilangan panas dari tubuh dapat dinyatakan sebagai Q  antara lain:
Q tubuh, total        = Q kulit +  Q paru-paru
                            Q sensible  + Qpanas kulit + Q sensible  + Q panas paru-paru
    Q  konveksi + Q radiasi + Q panas kulit + Q konveksi + Q panas paru-paru  
Kehilangan panas sensible dari kulit tergantung pada suhu kulit ,lingkungan dan permukaan sekitarnya serta gerakan udara. Misal panas yang dihasilkan pada panas sensible dari kulit yang berpakaian adalah ditransfer ke pakain dan dari pakaian ke lingkungan. Terjadinya konveksi dan radiasi menimbulkan  kerugian panas dari permukaan luar tubuh berpakaian dapat dinyatakan sebagai Q yaitu:
Q konv =  h konv A pakaian (T pakaian – T ambient)
Q rad     = h rad A pakaian ( T pakaian – T lingkungan)
Dimana:
Hconv =  koefisien perpindahan panas konveksi, sebagaimana diberikan dalam Tabel 12-5
hrad =  koefisien perpindahan panas radiasi, 4,7 · W/m2 ° C selama dalam ruangan khas kondisi; pancaran diasumsikan 0,95, yang khas
 A clothing =  permukaan luar daerah orang berpakaian
T clothing  = suhu rata-rata terkena kulit dan pakaian
T ambient = suhu udara ambient
T surr =  rata-rata suhu permukaan sekitarnya
Artinya suhu tubuh dan suhu lingkungan  menyebabkan terjadi pertukaran panas antara konveksi dan radiasi tergantung suhu pakaian yang di gunakan. Sehingga total kehilangan panas terjadi yaitu:
Q conv + rad  = h combinasi A pakaian ( T pakaian – T operative)
                        =( hconv + hrad) A pakaian ( T pakaian – T operative)
Dimana suhu T operative operasi adalah rata-rata dari T ambien dipengaruhi oleh masing-masing dan konveksi radiasi koefisien perpindahan panas dapat dinyatakan sebagai :
T operative      =   
Bahwa koefisien perpindahan panas T operative rata- rata terjadi secara konveksi pada permukaan dan perpindahan panas radiasi secara langsung dengan dipengaruhi T lingkungan dan T kelembapan   yang menimbulkan suhu efektif, tanpa dipengaruhi suhu pada respon terhadap aktivitas seseorang. Sehingga perpindahan panas melalui pakaian dapat dinyatakan sebagai Q.
Q conv + rad = 
Dimana  R pakaian memiliki ketahanan thermal unit pakaian di m2 · ° C / W, yang melibatkan efek gabungan dari konduksi, konveksi, dan radiasi antara kulit dan permukaan luar pakaian. The termal resistensi pakaian biasanya dinyatakan dalam unit Clo Clo 1 mana= 0,155 m2 · ° C / W= 0,880 ft2 · ° h ° F / Btu.  Hambatan termal dari celana panjang, kemeja lengan panjang, sweater lengan panjang, dan T-shirt 1.0 Clo, atau 0,155 m2 · ° C / W. Summer pakaian seperti celana panjang ringan dan kemeja lengan pendek telah nilai insulasi 0,5 Clo, sedangkan pakaian musim dingin seperti berat celana panjang, kemeja lengan panjang, dan sweater atau jaket memiliki nilai insulasi 0,9 Clo. Kemudian kerugian panas total dapat dinyatakan sensible dari segi
suhu kulit bukannya suhu pakaian nyaman sebagai berikut:
Q   conv + rad =
Pada keadaan kenyamanan termal, suhu rata-rata kulit tubuh
diamati 33 ° C (91,5 ° F). Tidak ada ketidaknyamanan dialami sebagai kulit
suhu berfluktuasi oleh= 1,5 ° C (2.5 ° F).
Menguapkan atau laten kehilangan panas dari kulit sebanding dengan perbedaan
antara tekanan uap air pada kulit dan udara ambien,
dan wettedness kulit, yang merupakan ukuran dari jumlah kelembaban pada
kulit. Hal ini karena efek gabungan dari penguapan keringat dan
difusi air melalui kulit, dan dapat dinyatakan sebagai
Q yaitu :
Q panas laten = m vapor hfg
Dimana :
m uap = laju penguapan dari kg, badan / s
hfg = entalpi penguapan air =2430 kJ / kg pada suhu 30 ° C
Kehilangan panas oleh penguapan maksimal saat kulit benar-benar dibasahi.  Juga, pakaian menawarkan ketahanan terhadap penguapan, dan tingkat penguapan dalam tubuh berpakaian tergantung pada permeabilitas kelembaban pakaian.  Tingkat penguapan maksimum untuk seorang pria rata-rata sekitar 1 L / jam (0,3 g / s), yang merupakan batas atas dari 730 W untuk laju pendinginan evaporative.
Seseorang bisa kehilangan sebanyak 2 kg air per jam selama latihan pada
panas hari, tetapi setiap slide kelebihan keringat dari permukaan kulit tanpa penguapan. Oleh karena itu, tubuh kehilangan kedua panas sensibel oleh
konveksi dan panas laten oleh penguapan dari paru-paru, dan ini dapat
dinyatakan sebagai Q. ·
Q conv , paru-paru=  m udara, paru-paru Cp, udara (T exhale – T ambient)
Q laten, paru-paru = m uap, paru-paru hfg = m udara, paru-paru (wambient wexhale) hfg
Dimana:
m udara, paru-paru = Tingkat asupan udara ke paru-paru, kg / s
Cp, udara panas =  spesifik udar = 1,0 kJ / kg · ° C
T exhale = suhu udara dihembuskan
w  = rasio kelembaban (massa air per satuan massa udara kering)
Tingkat asupan udara ke paru-paru adalah berbanding lurus dengan metabolism Tingkat Qmet bertemu. Tingkat kehilangan panas total dari paru-paru melalui respirasi dapat diekspresikan kira-kira sebagai
Q conv + laten, paru- paru = 0.0014 Q met ( 34 – T ambient ) + 0.0173 Qmet ( 5.87 –Pv, ambient)
Dimana P v, ambient adalah tekanan uap dari udara ambien di kPa. Fraksi panas sensibel bervariasi dari sekitar 40 persen dalam kasus berat bekerja untuk sekitar 70 persen selama pekerjaan ringan. Sisa dari energi tersebut Paru ditolak dari tubuh oleh keringat dalam bentuk panas laten.
CONTOH
Pengaruh Pakaian pada Kenyamanan Thermal.  Hal ini juga ditetapkan bahwa berpakaian atau tidak merasa nyaman saat suhu kulit sekitar 33 ° C. Pertimbangkan seorang pria rata-rata mengenakan musim panas pakaian yang thermal resistance 0,6 Clo. Pria itu merasa sangat nyaman sambil berdiri di sebuah ruangan dipertahankan pada 22 ° C. Gerakan udara dalam ruangan diabaikan,
dan suhu permukaan interior ruangan adalah sama dengan
suhu udara.
Jika orang ini adalah untuk berdiri di kamar tidak mengenakan baju , menentukan suhu di mana ruangan harus dijaga agar dia merasa
termal nyaman.
 SOLUSI
 Seorang pria mengenakan baju musim panas terasa nyaman di sebuah ruangan di
22 ° C. Suhu ruangan di mana orang ini akan merasa nyaman termal
saat tidak berpakaian akan ditentukan.
 ASUMSI
1 kondisi Steady ada. 2 Panas laten rugi dari orang tersebut
tetap sama. 3 Koefisien perpindahan panas yang tetap sama.
Analisis Tubuh kehilangan panas dalam bentuk sensibel dan laten, dan masuk akal
panas terdiri dari konveksi dan transfer radiasi panas. Pada kecepatan udara rendah, koefisien perpindahan panas konveksi untuk seorang pria berdiri diberikan dalam Tabel 12-5 menjadi 4,0 W/m2 · ° C.  Koefisien panas di dalam ruangan khas transfer radiasi kondisi adalah 4,7 · W/m2 ° C. Oleh karena itu, perpindahan panas permukaan koefisien orang berdiri untuk gabungan konveksi dan radiasi :
h combined = hconv + hrad = 4.0 + 4.7 + 8.7 W/m2 · ° C
Hambatan termal pakaian diberikan untuk:
Rclothing = 0.6Clo =0.6 x 0,155 m2 · ° C / W = 0,093 m2 · ° C / W
Memperhatikan bahwa luas permukaan seorang pria rata-rata 1,8 m2, rugi panas sensibel dari orang ini ketika berpakaian bertekad untuk menjadi
Q sensibel, pakaian ==  = =  = 95,2 W
Dari sudut pandang perpindahan panas, mengambil pakaian off setara dengan menghapus
insulasi pakaian atau pengaturan Rcloth = 0. Transfer panas dalam
kasus dapat dinyatakan sebagai:
Q sensible, tidak berpakaian = Q   conv + rad = As(Tskin            Tambient) /1/hcombinen
= (1.8 m2)(33  Tambient)°C/ /8.7 W/m2 · °C = 26.9 °C
Untuk menjaga kenyamanan termal setelah mengambil tidak berpakaian , suhu kulitorang dan tingkat perpindahan panas dari dia harus tetap sama.
Kemudian pengaturan persamaan di atas sama dengan 95,2 W memberikan
T
ambient = 26.9°C
Oleh karena itu, suhu udara perlu ditingkatkan dari 22 sampai 26.9 ° C untuk memastikanbahwa orang tersebut akan merasa nyaman dalam ruangan setelah ia mengambil pakaiannya off.  Perhatikan bahwa pengaruh pakaian pada panas laten dianggap diabaikan dalam larutan di atas. Kami juga diasumsikan luas permukaan
berpakaian dan telanjang orang harus sama untuk kesederhanaan, dan kedua
efek harus melawan satu sama lain.
CONTOH
Sebuah ayam rata-rata (1,82 kg atau 4,0 LBM) memiliki basal laju metabolisme 5,47 W dan tingkat metabolisme rata-rata 10.2W (3,78 dan 6,42 Wsensible Wlatent) selama aktivitas normal. Jika ada 100 ayam di ruang pembibitan, menentukan laju pembangkitan panas total dan laju produksi air di dalam ruangan. Ambil panas penguapan air untuk menjadi 2430 kJ / kg.
JAWAB
Ada 100 ayam di ruang penangkaran. Tingkat panas yang dihasilkan total dan laju produksi air di ruangan ini, harus ditentukan.
Asumsi : Semua kelembaban dari ayam yang kental oleh sistem pendingin udara.
Properties Panas laten penguapan air yang diberikan untuk 2430 kJ / kg. Tingkat metabolisme rata-rata ayam selama kegiatan normal adalah 10,2 W (3,78 W masuk akal dan 6,42 laten W).
Analisis total tingkat panas yang dihasilkan dari ayam di ruang berbiak
Q gen, total = Q gen, total (jumlah ayam)
= (10.2 w/ ayam)(100 ayam) = 1020 W
Laten panas yang dihasilkan oleh ayam dan laju produksi air yang
:
Q gen, total = Q gen, total (jumlah ayam)
             = (6.42 W/ ayam) (100 ayam) = 642 W =0.642 kW
M uap = Q gen laten / hfg = 0.642 kJ/s / 2430 kJ/ kg = 0.000264 kg / s = 0.264 g/s
CONTOH
Pertimbangkan sebuah kelas besar dengan 150 siswa yang panas
hari musim panas. Semua lampu dengan 4.0 kW daya pengenal disimpan
pada. Ruangan tidak memiliki dinding luar, dan dengan demikian mendapatkan panas melalui
dinding dan atap diabaikan. Udara dingin tersedia di
15 ° C dan suhu udara kembali tidak melebihi
25 ° C. Tentukan laju aliran udara yang dibutuhkan, dalam kg / s, yang
perlu diberikan ke kamar. Jawaban: 1,45 kg / s
JAWAB
Udara dingin adalah untuk mendinginkan ruangan dengan membuang panas yang dihasilkan dalam kelas terisolasi besar dengan lampu dan mahasiswa. Laju aliran udara yang dibutuhkan yang harus dipasok ke ruangan yang akan ditentukan.
Asumsi 1 Kadar air yang dihasilkan oleh badan meninggalkan ruangan tanpa kondensasi uap apapun, dan dengan demikian kelas tidak memiliki beban panas laten. 2 mendapatkan Panas melalui dinding dan atap diabaikan.
Properties panas spesifik udara pada suhu kamar adalah 1,00 kJ / kg
° × C (Tabel A-15). Tingkat rata-rata metabolisme panas yang dihasilkan oleh seseorang duduk atau melakukan pekerjaan ringan adalah 115 W (70 W masuk akal, dan 45 laten W).
Analisis laju pembangkitan panas sensibel oleh orang di ruangan itu dan tingkat total generasi panas sensibel internal
:
Q gen,sensible = Qgen, sensible ( jumlah orang)
                        = (70 W/orang) (1150 orang) = 10,500 W
Q total, sensible = Q gen,sensible+Q penerangan
                           = 10,500 + 4000 =14500W
Kemudian laju aliran massa udara yang dingin yang diperlukan menjadi:
M udara = Q total, sensible / Cp ∆T
   = 14.5 kJ/s / (10 kJ/s.°C)(25-15) °C = 1.45 kg/s

 .







Tidak ada komentar:

Posting Komentar