Gambar 2-15. Konduktivitas termal beberapa zat padat Sumber: lit 3 hal 9
2.4.3 Konveksi
Konveksi adalah proses transver energi dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan energi dan gerakan mencampur. Konveksi sangat
penting sebagai mekanisme perpindahan energi antara permukaan benda padat dan cairan atau gas.
Perpindahan energi dengan cara konveksi dari suatu permukaan yang suhunya diatas suhu fluida sekitarnya berlangsung dalam beberapa tahap.
Pertama, panas akan mengalir dengan cara konduksi dari permukaan ke partikel – partikel fluida yang berbatasan. Energi yang berpindah dengan cara demikian
akan menaikkan suhu dan energi dalam partikel fluida ini. Kemudian partikel fluida tersebut akan bergerak ke daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam fluida
dimana partikel tersebut akan bercamp\ur dan memindahkan sebaian energinya pada partikel fluida lainnya. Dalam hal ini alirannya adalah aliran fluida maupun
energi. Energi disimpan didalam partikel – partikel fluida dan diangkut sebagai akibat gerakan massa partikel tersebut.
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
Perpindahan panas konveksi diklasifikasikan dalam konveksi bebas free convectiondan konveksi paksa forced convection menurut cara menggerakkan
cara alirannya. Bila gerakan mencampur berlangsung semata-mata sebagai akibat dari perbedaaan kerapatan yang disebabkan oleh gradient suhu, maka proses ini
yang disebut dengan konveksi bebas atau alamiah natural. Bila gerakan mencampur disebabkan oleh suatu alat dari luar, seperti pompa atau kipas, maka
prosesnya disebut konveksi paksa.
Aliran Arus bebas
T
∞
u q
T
w
dinding
Gambar 2-16. Perpindahan kalor konveksi dari suatu plat
Pada Gambar 2-16 suhu plat ialah T
w
dan suhu fluida T
∞
. Kecepatan aliran seperti Gambar 2-16 yaitu nol pada permukaan plat sebagai akibat aksi
kental viskos viscous action. Oleh karena kecepatan lapisan fluida pada dinding fluida adalah nol maka disini kalor hanya dapat berpindah dengan cara konduksi
saja. Jadi, dapat dihitung perpindahan kalornya dengan menggunakan rumus konduksi Persamaan 2-10,dengan menggunakan konduktivitas termal fluida dan
gradien suhu pada dinding. Gradien suhu bergantung pada laju fluida membawa kalor dari permukaan-dalam plat tersebut. Kecepatan yang tinggi akan
menyebabkan gradien suhu yang besar, demikian juga sebaliknya. Gradien suhu pada dinding bergantung dari medan aliran.
Pengaruh konduksi secara menyeluruh pada fluida disebut dengan perpindahan kalor secara konveksi. Rumus empiris perpindahan kalor konveksi
digunakan hukum Newton tentang pendinginan:
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
................................. 2-11 lit 3 hal 11 Dimana:
h = Koefisien perpindahan kalor konveksi W m
2 o
C A
= Luas permukaan m
2
T
w
= Temperatur dinding
o
C T
∞
= Temperatur fluida
o
C Q
= Laju perpindahan panas konveksi Watt
Disebut pendinginan karena fluida yang dialirkan melalui plat tersebut digunakan untuk mendinginkan plat itu juga. Laju perpindahan kalor dihubungkan
dengan beda suhu menyeluruh antara dinding dan fluida, dan luas permukaan A. Perpindahan kalor konveksi bergantung pada viskositas fluida disamping
ketergantungannya pada sifat – sifat termal fluida kondukt ivitas termal, kalor spesifik, densitas. Hal ini dapat dimengerti karena viskositas mempengaruhi
profil kecepatan, dan karena itu mempengaruhi laju perpindahan energi didaerah dinding.
2.5 Perpindahan kalor di sepanjang pipa
Uraian perhitungan perpindahan kalor disepanjang pipa seperti Gambar 2-17 adalah sebagai berikut.
Gambar 2-17. Volume kendali untuk analisis energi dalam tabung
Suhu dinding ialah T
w
, jari – jari tabung r
o
, dan kecepatan pada pusat tabung u
o.
Distribusi kecepatan diturunkan dengan memperhatikan unsur unsur fluida seperti Gambar 2-18 dibawah ini.
Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara
Kategori