A : Luas permukaan benda yang tegak lurus arah perpindahan kalor m
2
k : Konduktivitas termal bahan Thermal conductivity : Perbedaan suhu
℃ dx : Tebal benda m
Tanda minus digunakan untuk memenuhi hukum kedua termodinamika, yaitu kalor akan mengalir ketempat yang lebih rendah dalam skala suhu.
Persamaan 2.1 disebut hukum Fourier tentang konduksi kalor.
2.3 Konduksi Termal
Konduktivitas termal k merupakan perhitungan kapasitas hantar panas suatu bahan, atau bisa juga dikatakan konduktivitas adalah sifat bahan yang
menunjukkan seberapa cepat bahan itu menghantarkan panas konduksi. Persamaan konduktivitas kalor k adalah
.
Nilai konduktivitas termal suatu bahan dapat diukur berdasarkan hukum Fourier.
Nilai konduktivitas termal bahan dapat dilihat dalam Tabel 2.1, untuk memperlihatkan urutan besaran yang mungkin didapatkan dalam praktek. Pada
umumnya konduktivitas termal bahan sangat tergantung pada suhu dan struktur atomik bahan.
Tabel 2.1 Nilai konduktivitas termal beberapa bahan J.P.Holman, Sixth Edition hal 8
Bahan
℃
Logam :
Perak murni 410
237 Tembaga murni
385 223
Alumunium murni 202
117 Nikel murni
93 54
Besi murni 73
42 Baja karbon 1
43 25
Timbal murni 34
20,3 Baja krom-nikel 18 Cr, 8
Ni 16,3
9,4
Bukan logam :
Kuarsa sejajar sumbu 41,6
24 Magnesit
4,15 2,4
Marmer 2,08-2,94
1,2-1,7 Batu pasir
1,83 1,06
Kaca jendela 0,78
0,45 Wol kaca
0,038 0,02
Zat cair
Air raksa 8,21
4,74 Air
0,556 0,327
Amoniak 0,54
0,312 Minyak pelumas SAE 50
0,147 0,085
Freon 12 0,073
0,042
Gas
Hidrogen 0,175
0,101 Helium
0,141 0,081
Udara 0,024
0.0139 Uap air jenuh
0,0206 0,119
Nilai k semakin besar artinya kalor dapat mengalir dengan mudah dan cepat. Bahan logam, umumnya memiliki nilai konduktivitas termal yang lebih
baik dibandingkan dengan bahan yang bukan logam.
2.4 Perpindahan kalor konveksi
Perpindahan kalor konveksi adalah proses transfer panas cairan atau gas fluida yang suhunya lebih tinggi mengalir ke permukaan benda yang suhunya
lebih rendah. Fluida mengalir melalui permukaan benda yang suhunya berbeda, energi panas akan mengalir diantara permukaan benda yang suhunya lebih tinggi
ke benda yang suhunya lebih rendah. Laju aliranya tergantung pada sifat fisik fluida dan macam aliran fluida J.P.Holman, 1995. Dengan kata lain,
perpindahan kalor konveksi adalah perpindahan aliran panas melalui molekul– molekul. Contoh, pada waktu kita merebus air, air panas yang dibawah naik ke
atas. Contoh aplikasi pada motor, pada radiator.
Gambar 2.2 Skema perpindahan kalor konveksi Persamaan Perpindahan kalor konveksi adalah:
q = h.A.
-
.................................................................................................2.2 dengan :
q : Laju perpindahan kalor konveksi Watt A : Luas permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida m
2
h : Koefisien Perpindahan kalor konveksi dengan satuan : Suhu permukaan benda
℃ : Suhu fluida
℃ Perpindahan kalor konveksi terjadi jika ada medium yang bergerak,
misalnya fluida udara, air, gas. Perpindahan kalor konveksi dibedakan menjadi 2 yaitu: konveksi alami dan konveksi paksa. Persamaan 2.2 disebut hukum
Newton tentang konveksi kalor.
2.4.1 Konveksi alamiah
Perpindahan kalor konveksi alamiah adalah perpindahan panas karena beda suhu dan beda kerapatan fluida, tidak ada energi luar yang mendorongnya.
Perbedaan suhu antara permukaan benda padat dengan fluida mengakibatkan panas mengalir. Permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida mengalami
perubahan kerapatan, perubahan kerapatan mengakibatkan fluida yang lebih berat mengalir ke bawah, dan fluida yang lebih ringan akan mengalir ke atas.
Arus konveksi bebas dan arus konveksi paksa berfungsi mentransferkan energi panas yang tersimpan dalam fluida. Perbedaannya adalah intensitas
gerakan pencampurannya, konveksi bebas umumnya memiliki nilai koefisien perpindahan kalor konveksi lebih kecil dibandingkan konveksi paksa.
2.4.2 Konveksi paksa
Perpindahan kalor konveksi paksa adalah perpindahan panas yang terjadi karena adanya beda suhu, aliran fluida disebabkan karena energi luar yang
mendorongnya; yang berasal dari pompa, kipas fan.
2.5 Koefisien perpindahan kalor konveksi
Koefisien perpindahan kalor konveksi h bervariasi terhadap: jenis aliran laminer dan turbulen, bentuk ukuran benda dan area yang dialiri fluida, sifat-
sifat dari fluida, suhu rata-rata dan posisi sepanjang permukaan benda. Selain pengaruh diatas, nilai koefisien perpindahan kalor konveksi h juga
dipengaruhi mekanisme perpindahan panas dengan konveksi paksa gerakan fluida karena bantuan pompa atau kipas, atau dengan konveksi bebas. Pada Tabel
2.2 disajikan nilai Koefisien perpindahan kalor konveksi h dengan kondisi yang berbeda.
2.6 Efisiensi dan Efektivitas sirip
