Tinjauan Pustaka Konveksi Alami Natural Convection Lapis Batas Boundary Layer

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Rolando A Chavez 2004 menggunakan metode numerik untuk menghitung koefisien perpindahan panas konveksi alami dan menyelesaikan persamaan lapis batas plat datar vertikal panas pada fluida superkritis. Chavez menggunakan bahasa pemrograman Fortran untuk menghitung kecepatan dan temperatur di sepanjang plat. Hasil dari penelitian Chavez menunjukkan bahwa profil kecepatan meningkat dengan bertambahnya jarak tegak lurus terhadap plat sampai mencapai titik maksimum, kemudian menurun sampai mencapai batas lapis aliran. Profil temperatur mengalami penurunan dengan semakin bertambahnya jarak tegak lurus terhadap plat, hingga menjadi sama dengan temperatur arus bebas.

2.2 Konveksi Alami Natural Convection

Sudah umum diketahui bahwa plat logam panas akan menjadi lebih cepat dingin ketika diletakkan di depan kipas angin dibandingkan dengan ketika diletakkan di udara tenang. Dikatakan bahwa kalor dikonveksi atau diili keluar dan proses terjadinya perpindahan panas ini disebut perpindahan kalor secara konveksi atau ilian Holman, 1997. Perpindahan panas konveksi adalah proses perpindahan energi dari permukaan benda ke fluida yang mengalir di atasnya karena perbedaan suhu diantara keduanya benda – fluida Oosthuizen, 1999. Konveksi alami terjadi karena fluida, yang karena proses pemanasan, berubah densitasnya kerapatannya dan bergerak ke atas. Gerakan fluida pada konveksi alami terjadi karena gaya apung buoyancy force yang timbul apabila densitas fluida berkurang akibat proses pemanasan Holman, 1997.

2.3 Lapis Batas Boundary Layer

Daerah lapis batas Boundary Layer adalah daerah atau lapisan tipis yang dekat permukaan benda, yang masih berada dalam pengaruh viskositas fluida dan perpindahan panas fluida. Tebal lapis batas dibagi menjadi dua, yaitu lapis batas kecepatan dan lapis batas termal. Tebal lapis batas kecepatan δ adalah jarak yang diukur dari permukaan benda sampai suatu titik dimana efek viskositas sudah tidak berpengaruh lagi. Tebal lapis batas termal δ T adalah jarak yang diukur dari permukaan benda sampai suatu titik dimana efek perpindahan panas sudah tidak berpengaruh. Fluida disekitar permukaan plat panas menjadi lebih ringan dibandingkan dengan fluida yang lebih jauh dari permukaan plat. Sifat ringan fluida ini yang menyebabkan terjadinya pergerakan ke atas, bergesekan dengan dinding dan memindahkan panas dari dinding panas. Fluida yang jauh dari dinding tidak terpengaruh oleh efek panas yang ditimbulkan plat Bejan, 1993. Pada plat datar vertikal panas gambar 2.1a akan terbentuk lapis-batas boundary layer konveksi alami. Pada dinding, kecepatannya adalah nol karena terdapat kondisi tanpa gelincir no-slip. Kecepatan bertambah sampai mencapai suatu nilai maksimum, kemudian turun secara bertahap sampai nol pada tepi lapisan batas. Perkembangan awal lapisan batas adalah laminar, tetapi pada suatu jarak tertentu dari tepi depan, bergantung pada sifat-sifat fluida dan beda suhu antara dinding dan lingkungan, terbentuk pusaran-pusaran dan transisi ke lapisan batas turbulen akan terbentuk Ozisik, 1988. Plat vertikal panas X u V . y Lapis batas Profil kecepatan Plat vertikal panas X u V . y Lapis batas Termal Profil Temperatur a b Gambar 2.1 Daerah Lapis Batas, a Profil Kecepatan, b profil temperatur pada konveksi alami

2.4 Metode Beda Hingga