Ketergantungan Konduktivitas Termal terhadap Suhu dan Tekanan
TEMPERATURE AND PRESSURE DEPENDENCE OF THERMAL CONDUCTIVIT
Ketika data konduktivitas termal untuk suatu senyawa tertentu tidak dapat ditemukan, kita bisa memperkirakan menggunakan grafik keadaan-kesesuaian pada Gambar 9.2-1, yang didasarkan pada data konduktivitas termal untuk beberapa zat monatomik. Grafik ini, yang mirip dengan grafik viskositas pada Gambar 1.3-1, adalah plot dari konduktivitas termal yang direduksi kᵣ = k/kₒ, yaitu konduktivitas termal pada tekanan p dan suhu T dibagi dengan konduktivitas termal pada titik kritis. Kuantitas ini dipetakan sebagai fungsi dari suhu yang direduksi Tᵣ = T/Tₒ dan tekanan yang direduksi pᵣ = p/pₒ. Gambar 9.2-1 didasarkan pada data eksperimen terbatas untuk zat monatomik, tetapi dapat digunakan untuk perkiraan kasar untuk bahan poliatomik. Grafik ini sebaiknya tidak digunakan di sekitar titik kritis.
Terlihat bahwa konduktivitas termal gas mendekati fungsi batas dari suhu pada tekanan rendah; untuk sebagian besar gas, batas ini tercapai pada sekitar 1 atm. Konduktivitas termal gas pada kepadatan rendah meningkat seiring suhu, sedangkan konduktivitas termal sebagian besar cairan menurun dengan kenaikan suhu. Korelasi ini kurang dapat diandalkan di wilayah cairan; cairan polar atau terasosiasi, seperti air, mungkin menunjukkan maksimum dalam kurva k versus suhu. Keuntungan utama grafik keadaan-kesesuaian adalah memberikan gambaran umum tentang perilaku konduktivitas termal gas dan cairan.
Kuantitas kᵣ dapat diperkirakan dengan dua cara: (i) diberikan k pada suhu dan tekanan tertentu, sebaiknya mendekati kondisi di mana k akan diperkirakan, kita dapat membaca kᵣ dari grafik dan menghitung k_c = k/kᵣ; atau (ii) memperkirakan nilai k di wilayah kepadatan rendah dengan metode yang diberikan di §9.3, lalu lanjutkan seperti pada (i). Nilai kᵣ yang diperoleh dengan metode (i) tersedia di Lampiran E.
Untuk campuran, konduktivitas termal dapat diperkirakan dengan metode serupa yang dijelaskan di §9.3. Namun, akurasi prosedur pseudokritis dalam konduktivitas termal belum banyak diketahui, terutama karena data pada campuran dengan tekanan tinggi masih sangat terbatas.
Example 9.2-1: Pengaruh Tekanan terhadap Konduktivitas Termal
Perkirakan konduktivitas termal etana pada 153°F dan 191,9 atm dari nilai eksperimen k = 0,0159 Btu/hr·ft·°F pada 1 atm dan 153°F.
SOLUTION
Karena nilai k yang terukur sudah diketahui, kita menggunakan metode (i). Pertama, kita hitung pᵣ dan Tᵣ pada kondisi nilai yang terukur:
Dari Gambar 9.2-1, kita baca kᵣ = 0,36. Jadi, k_c adalah:
Pada 153°F (Tᵣ = 1,115) dan 191,9 atm (pᵣ = 3,98), kita baca dari grafik kᵣ = 2,07. Konduktivitas termal yang diprediksi adalah:
Nilai yang diamati 0,0453 Btu/hr·ft·°F telah dilaporkan. Ketidaksesuaian yang buruk menunjukkan bahwa kita tidak sebaiknya terlalu bergantung pada korelasi ini untuk zat poliatomik atau kondisi dekat titik kritis.