15
Wira Pratama : Pengembangan Perangkat Lunak Open Source Untuk Penyelesaian Peristiwa Perpindahan Kalor 2 Dimensi Dengan Metode Elemen Hingga, 2010.
Sehingga hanya perlu mendapatkan gradien distribusi temperatur pada dinding untuk menilai koefisien perpindahan kalor konveksi. Artinya harus didapat
persamaan tentang distribusi temperatur. Hasil perhitungan menghasilkan bahwa harga h dapat dinyatakan sebagai bilangan Nusselt, di mana bilangan tersebut
diekspresikan dengan Nu = fRe,Pr
2.5 di mana :
Nu = Bilangan Nusselt, hL
Nu k
= 2.6
Re = Bilangan Reynolds, Re
U x µ
∞ =
2.7
Pr = Bilangan Prandtl, Pr
Cp k
µ =
2.8
2.2.3 Perpindahan Kalor Radiasi
Setiap benda akan mengemisikan energi dalam bentuk radiasi, yang disebut sebagai daya emisi yang besarnya sebanding dengan pangkat empat dari temperatur
absolutnya. Untuk benda hitam ideal black body, atau disebut ideal radiator besarnya daya emisi dinyatakan dengan persamaan Stefan-Boltszman sebagai [3]:
E = σ T
4
2.9 Di mana
σ adalah konstanta proprosional yang disebut sebagai konstanta Boltzman dan berharga 5,669 x 10
-8
Wm
2
K
4
. Daya emisi suatu benda nyata dinyatakan dalam hubungan :
E = ε E
b
= ε σ T
4
2.10 Radiasi termal yang diemisikan oleh dua benda dengan luas permukaan A
1
dan A
2
pada temperatur T
1
dan T
2
adalah q
1
= ε
1
A
1
σ T
1 4
dan q
2
= ε
2
A
2
σ T
2 4
2.11
16
Wira Pratama : Pengembangan Perangkat Lunak Open Source Untuk Penyelesaian Peristiwa Perpindahan Kalor 2 Dimensi Dengan Metode Elemen Hingga, 2010.
Pertukaran kalor antara kedua benda juga dipengaruhi oleh geometri dari kedua benda tersebut. Sehingga pertukaran kalor dinyatakan sebagai :
q = F
12
A
1
T
1 4
– T
2 4
= F
21
A
2
T
2 4
– T
1 4
2.12 di mana
F
12
A
1
dan F
21
A
2
disebut sebagai faktor bentuk yang bergantung pada ε
1,
ε
2,
geometri dan orientasi kedua benda.
2.2.4 Konduktivitas Termal
Persamaan dasar tentang konduktivitas termal terdapat pada persamaan 2.1. Mekanisme konduksi termal pada gas cukup sederhana. Energi kinetik molekul
ditunjukkan oleh suhu, bagian bersuhu tinggi molekul-molekul mempunyai kecepatan yang lebih tinggi dari pada yang berada pada bagian suhu rendah [3].
Molekul-molekul berada dalam gerakan rambang, saling bertumbukan satu sama lain, di mana terjadi energi dan momentum. Jika suatu molekul bergerak dari
daerah bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah, maka molekul mengangkut energi kinetik ke bagian yang suhunya lebih rendah, dan menyerahkan energinya pada
waktu bertumbukan dengan molekul yang lebih rendah. Mekanisme fisik kondiksi energi-termal dalam zat cair secara kualitatif tidak
berbeda dari gas, namun situasinya jauh lebih rumit karena molekul-molekul lebih berdekatan satu sama lain, sehingga medan gaya molecular force field lebih besar
pengaruhnya pada pertukaran energi dalam proses tubrukan molekul. Dalam konduktor listrik yang baik, di mana terdapat elektron bebas yang bergerak bebas di
dalam struktur kisi bahan, elektron tersebut di samping dapat mengangkut muatan listrik, dapat pula membawa energi termal dari daerah yang bersuhu lebih tinggi ke
daerah yang bersuhu lebih rendah
17
Wira Pratama : Pengembangan Perangkat Lunak Open Source Untuk Penyelesaian Peristiwa Perpindahan Kalor 2 Dimensi Dengan Metode Elemen Hingga, 2010.
Gambar 2.2 Konduktivitas termal beberapa zat cair khas Energi termal dihantarkan dalam zat padat melalui 2 cara yaitu dengan :
1. Melalui getaran kisi lattice vibritation
2. Angkutan melalui elektron bebas
Energi dapat pula bergerakberpindah sebagai energi getaran dalam struktur kisi bahan. Namun, perpindahan energi melalui getaran ini tidaklah sebanyak dengan cara
angkutan elektron. Karena itu, penghantar listrik yang baik selalu merupakan penghantar kalor yang baik pula.
Masalah teknis yang cukup penting adalah masalah pengangkutan dan penimbunan zat-zat cair krogenik, seperti hydrogencair, untuk waktu yang lama.
Masalah tersebut telah menyebabkan dikembangkannya superisolator untuk pemakaian pada suhu rendah sampai kira-kira -250
o
C. Superisolator yang paling efektif terdiri dari lapisan-lapisan rangkap yang terbuat dari bahan yang berdaya
refleksi tinggi dengan isolator-isolator sebagai pengantar. Keseluruhan sistem ini dihampakan agar kondukt ivitas melalui udara menjadi minimum. Dengan demikian
konduktivitas termal sampai serendah 0,3 mWm
o
C dapat dicapai.
18
Wira Pratama : Pengembangan Perangkat Lunak Open Source Untuk Penyelesaian Peristiwa Perpindahan Kalor 2 Dimensi Dengan Metode Elemen Hingga, 2010.
