Pengertian Bilangan Biot dalam Termodinamika - Perhitungan dan Penerapannya

Formula:Bi-=-(h-*-L_c)-/-k

Dimana:

• h-=-Koefisien-perpindahan-panas-konveksi-(diukur-dalam-W/m²·K)
• L_c-=-Panjang-karakteristik-(diukur-dalam-meter)
• k-=-Konduktivitas-termal-material-(diukur-dalam-W/m·K)

Input-ini-membantu-mengevaluasi-proporsi-panas-yang-dikonduksi-dalam-material-dengan-panas-yang-ditransfer-dari-permukaannya.

Memecah-Formula

Untuk-benar-benar-memahami-Angka-Biot,-penting-untuk-memahami-setiap-komponen.

• Koefisien-Perpindahan-Panas-Konveksi-(h):-Koefisien-ini-mewakili-laju-perpindahan-panas-per-satuan-luas-dan-per-satuan-perbedaan-suhu-antara-permukaan-dan-fluida-sekitarnya.-Nilai-yang-lebih-tinggi-menunjukkan-perpindahan-panas-yang-efektif-melalui-konveksi.
• Panjang-Karakteristik-(L_c):-Ini-biasanya-didefinisikan-sebagai-volume-benda-yang-dibagi-dengan-luas-permukaannya.-Ini-memberikan-ukuran-skala-ukuran-benda-sehubungan-dengan-konduksi-panas.
• Konduktivitas-Termal-(k):-Properti-material-ini-menunjukkan-kemampuan-intrinsiknya-untuk-mengonduksi-panas.-Konduktivitas-termal-yang-lebih-tinggi-berarti-material-adalah-konduktor-panas-yang-baik.

Signifikansi-Praktis-Angka-Biot

Angka-Biot-sangat-penting-untuk-menentukan-model-perpindahan-panas-yang-tepat-untuk-digunakan.-Mari-kita-pertimbangkan-beberapa-skenario-praktis:

• Jika-Bi-<-0.1:

Ketika-Angka-Biot-kurang-dari-0.1,-resistensi-termal-internal-benda-jauh-lebih-kecil-daripada-resistensi-termal-eksternalnya.-Dalam-kasus-ini,-seluruh-benda-dapat-diasumsikan-berada-pada-suhu-seragam-(asumsi-sistem-lumped).

• Jika-Bi->-0.1:

Ketika-Angka-Biot-lebih-dari-0.1,-resistensi-termal-internal-sebanding-atau-lebih-besar-dari-resistensi-termal-eksternal.-Dalam-situasi-seperti-ini,-gradien-suhu-dalam-benda-tidak-boleh-diabaikan-dan-harus-dianalisis-menggunakan-metode-yang-lebih-kompleks-seperti-analisis-elemen-hingga.

Contoh-Kehidupan-Nyata

Mari-kita-selami-contoh-yang-menggambarkan-bagaimana-Angka-Biot-dihitung-dan-diinterpretasikan.-Bayangkan-kita-merancang-batang-logam-(panjang-karakteristik,-0.5-meter)-untuk-didinginkan-oleh-udara.-Parameternya-adalah:

• Koefisien-perpindahan-panas-konveksi-(h)-=-15-W/m²·K
• Panjang-karakteristik-(L_c)-=-0.5-meter
• Konduktivitas-termal-(k)-=-200-W/m·K

Menggunakan-formula-Angka-Biot,-kita-mendapatkan:

Bi-=-(15-*-0.5)-/-200-=-0.0375

Karena-Bi-<-0.1,-kita-dapat-menyimpulkan-bahwa-asumsi-sistem-lumped-valid,-dan-suhu-dalam-batang-dapat-dianggap-seragam-untuk-perhitungan-kita.

Tabel-Data-dan-Pertanyaan-Umum

Parameter-Umum-untuk-Berbagai-Skenario

Pertanyaan-yang-Sering-Diajukan

• Q:-Apa-perbedaan-antara-Angka-Biot-dan-Angka-Nusselt?
  A:-Sementara-Angka-Biot-membandingkan-resistensi-termal-internal-dan-eksternal,-Angka-Nusselt-(Nu)-mencirikan-perpindahan-panas-konveksi-relatif-terhadap-perpindahan-panas-konduktif-dalam-fluida.
• Q:-Bisakah-Angka-Biot-lebih-besar-dari-1?
  A:-Ya,-Angka-Biot-yang-lebih-besar-dari-1-menunjukkan-bahwa-resistensi-termal-internal-secara-signifikan-lebih-tinggi-daripada-resistensi-termal-eksternal,-memerlukan-analisis-rumit-untuk-pemodelan-perpindahan-panas-yang-akurat.

Kesimpulan

Memahami-Angka-Biot-dan-implikasinya-memungkinkan-insinyur-dan-ilmuwan-untuk-memilih-model-perpindahan-panas-yang-tepat-untuk-berbagai-aplikasi.-Ini adalah alat penting untuk memastikan analisis termal yang akurat dan efisien. Dengan memahami nuansa Angka Biot, Anda dapat membuat keputusan yang lebih terinformasi dalam manajemen dan desain termal.

Tags: Termodinamika, Panas Transfer, Bilangan Biot