6
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori 2.1.1 Perpindahan Kalor
Perpindahan kalor dapat didefinisikan sebagai berpindahnya energi kalor dari satu daerah ke daerah yang lain karena adanya perbedaan suhu dari kedua daerah
tersebut. Kalor berpindah dari daerah yang memiliki suhu tinggi ke daerah yang memiliki suhu lebih rendah. Ilmu perpindahan kalor menjelaskan bagaimana energi
itu berpindah dari satu daerah ke daerah yang lain serta meramalkan laju perpindahan kalor yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu. Ilmu perpindahan
kalor melengkapi hukum pertama dan kedua Thermodinamika yang berisikan tentang kekekalan energi dan arah perpindahan kalor yang berlangsung pada arah
tertentu.
Perpindahan kalor pada umumnya dibagi menjadi tiga cara perpindahan kalor yaitu secara konduksi, konveksi dan radiasi. Masing-masing cara perpindahan kalor
ini akan diuraikan tersendiri, akan tetapi karena perpindahan kalor radiasi yang terjadi sangat kecil maka dapat diabaikan.
2.1.2 Perpindahan Kalor Konduksi
Perpindahan kalor konduksi adalah perpindahan kalor yang terjadi di dalam suatu medium atau antara medium-medium yang berlainan yang bersinggungan
secara langsung atau dapat dikatakan secara hantaran. Pada perpindahan kalor konduksi, perpindahan energi terjadi karena adanya hubungan molekul secara
langsung tanpa adanya perpindahan molekul yang cukup besar. Contoh perpindahan kalor konduksi diperlihatkan pada Gambar 2.1 yang menunjukkan
perpindahan kalor konduksi antara dua buah tabung yang berisi fluida cair yang memiliki perbedaan suhu yang bersinggungan langsung dan arah aliran kalor dari
fluida B yang memiliki suhu yang lebih tinggi ke fluida A yang memiliki suhu yang lebih rendah.
7
Gambar 2.1. Contoh Perpindahan Kalor Konduksi Persamaan perpindahan kalor konduksi dapat dilihat pada persamaan 2.1 :
………………………………………………………………. 2.1 pada persamaan 2.1 :
q = Laju perpindahan kalor W
k = Konduktivitas thermal Wm°C
A = Luas penampang medium yang mengalami perpindahan kalor dan tegak
lurus dengan arah perpindahan kalor m
2
= Gradien suhu ke arah perpindahan kalor Tanda minus diberikan agar memenuhi hukum kedua Thermodinamika yaitu
bahwa arah aliran kalor mengalir ke medium yang memiliki suhu yang lebih rendah. Gambaran persamaan 2.1 diperlihatkan pada Gambar 2.2.
8
Gambar 2.2. Arah Perpindahan Kalor Konduksi Persamaan 2.1 disebut juga hukum Fourier yang merupakan persamaan
dasar tentang konduktivitas thermal. Dengan persamaan 2.1 kita dapat melakukan percobaan untuk menentukan konduktivitas thermal untuk berbagai bahan. Nilai-
nilai konduktivitas thermal beberapa bahan dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1. Nilai Konduktivitas Thermal Beberapa Bahan Bahan
k Wm°C
Logam Perak murni
Tembaga murni Aluminium murni
Nikel murni Besi murni
Timbal murni Baja Carbon 1C
Baja Krom-Nikel 18Cr,8Ni 410
385 202
93 73
35 43
16,3
Bahan k
9
Wm°C
Non Logam Kuarsa sejajar sumbu
Magnesit Marmar
Batu Pasir Kaca Jendela
Kayu Mapel atau Ek Serbuk Gergaji
Wol Kaca 41,6
4,15
2,08 – 2,94 1,83
0,78 0,17
0,059 0,038
Zat Cair Air Raksa
Air Amonia
Minyak Pelumas SAE 50 Freon 12 CCl
2
F
2
8,21 0,556
0,540 0,147
0,073
Gas Hidrogen
Helium Udara
Uap Air Jenuh Karbondioksida
0,175 0,141
0,024
0,0206 0,0146
Sumber : Perpindahan Kalor, Holman, 1996, hal. 7 Pada umumnya konduktivitas thermal itu sangat tergantung pada suhu. Dapat
diperhatikan jika satuan laju perpindahan kalor dinyatakan dalam Watt, sedangkan satuan konduktivitas thermal dinyatakan dalam Watt per Celcius. Laju perpindahan
kalor dan nilai konduktivitas thermal menunjukkan seberapa cepat kalor mengalir dalam bahan tertentu.
2.1.3 Perpindahan Kalor Konveksi
Kategori