Perpindahan Panas: Konveksi
Perpindahan panas dapat didefenisikan sebagai berpindahnya energi dari satu daerah ke daerah lainnya sebagai akibat dari beda suhu antara daerah – daerah – daerah tersebut. Hal ikhwal aliran panas bersifat universal yang berkaitan dengan tarikan gravitasi. Secara umum ada tiga cara perpindahan panas yang berbeda yaitu : konduksi (conduction;dikenal (conduction;dikenal dengan istilah hantaran), radiasi (radiation) dan konveksi (convection; dikenaldengan istilah aliran). Jika kita berbicara secara tepat, maka hanya konduksi dan radiasi dapat digolongkan sebagai proses perpindahan panas, karena hanya kedua mekanisme ini yang tergantung pada beda suhu. Sedang konveksi, tidak secara tepat memenuhi definisi perpindahan panas, karena untuk penyelenggaraanya bergantung pada transport massa mekanik pula. Tetapi karena konveksi juga menghasilkan pemindahan energi dari daerah yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih r endah, maka istilah “perpindahan panas dengan cara konveksi telah diterima secara umum.
Konveksi
Konveksi adalah proses transport energi dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan energi dan gerakan mencampur. Konveksi sangat penting sebagaimekanisme perpindahan perpindahan energi antara permukaan benda padat, cairan atau gas. Perpindahan panas secara konveksi diklasifikasikan dalam konveksi bebas(free convection) dan konveksi paksa (forced convection) menurut cara menggerakkan alirannya. Bila gerakan mencampur berlangsung semata – semata – mata sebagai akibat dari perbedaan kerapatan yang disebabkan oleh gradien suhu, maka disebut konveksi bebas atau alamiah (natural). Bila gerakan mencampur disebabkan oleh suatu alat dari luar seperti pompa atau kipas, maka prosesnya disebut konveksi paksa. Keefektifan perpindahan panas dengan cara konveksi tergantung sebagian besarnya pada gerakan mencampur fluida . akibatnya studi perpindahan panas konveksi didasarkan pada pengetahuan tentang ciri – ciri – ciri aliran fluida. Prinsip – Prinsip – Prinsip Konveksi Koefisien Perpindahan Panas Konveksi, Laju perpindahan panas dengan cara konveksi antara batas benda padat dan fluida adalah : q permukaan ke fluida = A c ( Ts – Ts – T∞ ) Persamaan diatas adalah definisi konduktansi konveksi termal satuan rata-rata c dan bukannya hukum perpindahaan panas dengan cara konveksi. Koefisien perpindahan panas konveksi sebenarnya sebenarnya merupakan fungsi yang rumit dari aliran fluidanya, sifat-sifat medium fluidanya,dan geometri sistemnya. Harga angka pada suatu permukaan pada umunya tidak seragam, dan juga bergantung pada lokasi tempat mengukur suhu fluida T∞. Perpindahan panas antara batas benda padat dan fluida terjadi dengan adanya suatu gabungan dari konduksi dan angkutan (transport) massa. Bila suatu fluida mengalir sepanjang suatu permukaan yang bersuhu berlainan daripada suhu fluida, maka perpindahan panas terjadi dengan konduksi molekular di dalam fluida maupun bidang antara (interface; permukaan-temu) fluida dan permukaan. Gerakan fluida tersebut dapat disebabkan oleh dua proses. Fluida dapat bergerak sebagai akibat dari perbedaan kerapatan yang disebabkan oleh perbedaan suhu di dalam fluida. Mekanisme ini disebut konveksi bebas (free convection) atau konveksi alamiah (natural convection). Contoh konveksi bebas adalah gerakan udara di padang pasir pada hari yang
tenang setelah matahari terbenam Bila gerakan disebabkan oleh suatu energi luar, seperti pompa atau kipas, maka kita berbicara tentang konveksi paksa (forcedconvection). Contohnya ialah pendinginan radiator mobil dengan udara yang dihembuskan melintasinya oleh kipas. Bila fluida mengalir sepanjang suatu permukaan,baik alirannya laminar maupun turbulen, gerakan partikel-partikel di dekat permukaan diperlambat oleh gaya-gaya viskos. Teori lapisan batas yang lanjut memungkinkan kita untuk menghitung titik dimana aliran berpisah dari permukaan. Pada umumnya, lapisan batas turbulen tidak akan berpisah semudah lapisan batas laminar karena energy kinetik partikel-partikel fluidanya lebih besar dalam lapisan turbulen. Besarnya konveksi tergantung pada : a. Luas permukaan benda yang bersinggungan dengan fluida (A). c. koefisien konveksi (h), yang tergantung pada : # viscositas fluida # kecepatan fluida # perbedaan temperatur antara permukaan dan fluida # kapasitas panas fluida # rapat massa fluida # bentuk permukaan kontak Konveksi Bebas (Free Convection) Konveksi bebas (free convection)terjadi karena fluida yang, karena proses pemanasan, berubah densitasnya dan bergerak naik. Gerakan fluida dalam konveksi bebas, baik fluida itu gas maupun zat cair terjadi karena gaya apung (bouyancy force) yang dialami apabila densitas fluida di dekat permukaan perpindahan kalor berkurang sebagai akibat proses pemanasan. Perpindahan panas untuk plat rata vertikal dapat diekspresikan dalam penggunaan hukum Newton tentang pendinginan, yang mana memberikan hubungan antara perpindahan panas q dan beda temperatur antara permukaan dan sekitarnya: q = h.A(T w - T∞) Konveksi Paksa (Forced Convection) Konveksi secara paksa membutuhkan persamaan matematis yang cukup rumit karena mempertimbangkan banyak hal seperti gradient tekanan, gradient temperatur, dan profil kecepatan aliran. Selain itu terdapat banyak sekali persamaan empiris terkait perpindahan panas konveksi paksa. Forced Convection umumnya dihitung pada aliran pada tabung, bola, tube tank, dan lain-lain.
Aplikasi konveksi
Ada dua macam konveksi, yaitu konveksi alami dan konveksi paksa. Konveksi alami terjadi misalnya pada proses terjadinya angin laut dan angin darat . Sedangkan konveksi paksa misalnya terjadi pada proses pendinginan mesin menggunakan air pada radiator mobil dan proses pengeringan mengguanakan hair dryer .
Terjadinya angin laut dan angin darat Air laut mempunyai kalor jenis yang lebih tinggi daripada daratan, sehingga matahari hanya memberikan efek yang sangat kecil pada suhu lautan. Sebaliknya, daratan menjadi panas sepanjang siang dan menjadi dingin dengan cepat sepanjang malam. Di dekat pesisir, perbedaan suhu antara daratan dan lautan ini menimbulkan angin laut pada siang hari dan angin darat pada malam hari. Radiator mobil Pada sistem pendingin mesin mobil (radiator ), air di paksa mengalir melalui pipa-pipa dengan batuan pompa air (water pump). Panas mesin yang tidak di kehendaki dibawa oleh sirkulasi air tersebut menuju radiator. Di dalam radiator, air di dinginkan dengan bantuan udara. Air yang telah mendingin ini kemudian di pompa untuk mengulang kembali proses transfer panas dari mesin mobil ke radiator. Jadi, dalam hal ini terjadi konveksi paksa. Ingat bahwa proses konveksi melibatkan fluida (dalam kasus ini di wakili oleh air) sebagai penghantar panas. Air yang di gunakan dalam radiator lama-lama akan berkurang akibat penguapan dan akhirnya akan habis. Oleh karena itu, radiator perlu di isi air kembali untuk memastikan lancarnya proses pendinginan mesin selama mobil berjalan. Pengering rambut (Hair dryer ) pada alat pengering rambut (hair dryer ), kipas angin menarik udara di sekitarnya dan meniupkannya kembali setelah di lewatkan pada elemen pemanas di dalamnya. Dengan proses ini di peroleh arus konveksi paksa udara panas.Hair dryer bekerjadenganmempercepatpenguapanair dipermukaanrambut.Udarapanasyang dipancarkanhair dryer, meningkatkansuhudisekitarrambut.Hal tersebutmenyebabkanmolekul-molekulair mengalami kohesi dan berpindah darikeadaancairkekeadaangas. Hair dryer menggunakankipasyang digerakkanolehmotor danheating element untukmengubahenergilistrikmenjadipanas(convective heat).Kipastersebutmengubahenergilistrikmenjadialiranudara.Motor memutarkipasketikadiberikanenergilistrik, sehinggagerakansentrifugaldari baling-baling menarikudaramasukmelaluilubangudarabulatkecildisisicasing hair dryer. Aliranudarayang dihasilkanolehkipasangindiarahkankebawahlarashair dryer danmelaluielemenpemanas.Ketika udara mengalir melalui elemen pemanas, panas yang dihasilkan menghangatkan udara dengan konveksi paksa. Aliran udara panas keluar dari ujung hair dryer
.
NAMA : Wegig Wijana NRP : 2112105039
Sumber : http://www.scribd.com/doc/112145928/Perpindahan-Panas http://www.blogberbagi.com/2012/03/aplikasi-konduksi-konveksi-danradiasi.html#.UUSjhTfxi5g
