BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar BelakangKalor adalah bentuk energy yang dirasakan oleh manusia. Energy mewujudkan keadaan di mana jumlah energy yang dipindahkan antar manusia dan pesekitarnya mencapai keseimbangan secara termal ( weller anda Youlu, 1981). Perpindahan kalor merupakan sifat dasar alam persekitaran, yaitu Hukum Termodinamika. Hokum ini menyatakan bahwa apabila terdapat suatu kawasan dengann kandungan kalor yang tinggi, seperti suhu yang tinggi, dan satu lagi kawasan dengan kandungan suhu yang rendah, akan terdapat kecenderungan serta merta untuk kalor berpindah daripada kawasan yang tinggi kepada kawasan yang rendah.Terdapat tiga mekanisme perpindahan, yaotu radiasi, konveksi, konduksi dan perubahan bahan di mana setiapnya memiliki sifat tertentu.Radiasi termal merupakan mekanisme bahan aliran kalor dan penting di mana bumi menerima energinya daripada suria.Radiasi aliran energy melalui gelombang electromagnet yang melalui bahan vakum atau lut sinar.Seperti yang berlaku pada bahagian bangunan yang lain, perpindahan kalor pada atap terdiri daripada empat jenis yaitu konduksi, konveksi, radiasi dan evaporasi. Sebagian kalor yang di serrap daripada radiasi suria hilang melalui proses konveksi ke udara luar. Sebagian di lepaskan semua ke bagian ruang, dan sisanya dihantarkan melalui bahan atap untuk manaikkan suhu sisi bawah atap..apabila atap curam di susun dengan menggunakan lapisaan-lapisan nipis, dan memiliki keberaliran yang tinggi, akan berlaku kenaikkan suhu yang tinggi. Kalor dari sisi bawah atap ini di hantarkan dari atap ke siling seccara evaporasi dan radiasu gelombang panjang.

Mekamnisme perpindahan kalor cara konduksi dan konveksi merupakan pengangkutan energy yang disebabkan oleh perbedaan suhu. Prinsip yang sama denagn ini ialah perpindahan uap air secara penyerakan atau konveksi yaitu pengangkutan satu unsure daripada campuran yang sesuai dengan perbedaan tahap pekatan.Kalor adalah sebuah bentuk energy merupakan suatu kuantitas yang dapat diukur. Satuan kalor adalah Btu ( British Thermal Unit) yang berarti jumlah kalor yang di butuhkan untuk menaikkan suhu 1 pon air pada 60 derajat F adalah 1 derajat F.Dalam system metric ( SI ) satuan kalor disebut denagn kalori (kal) didefinisikan sebagai jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 pon air pada 15 derajat C, sebesar 1 derajat C. Bila dua benda atau lebih terjadi kontak termal maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah. Hingga tercapainya kesetimbangan termal.Proses perpindahan panas ini berlangsung dalam dalam 3 mekanisme, yaitu : konduksi, konveksi dan radiasi.

1.2 Pengertian

Konveksi adalah hantaran kalor yang disertai dengan perpindahan partikel perantaranya. Contoh dari peristiwa konveksi adalah seperti perpindahan kalor pada zat cair yang dipanaskan, ventilasi kamar, cerobong asap, pengaturan katub udara pada kompor, dan kipas angin. Umumnya konveksi terjadi pada gas dan zat cair.Energi kalor yang dipindahkan secara konveksi sebesar, Q = k A t .t

Kecepatan perpindahan kalor di sekitar suatu benda dirumuskan :

H= laju aliran kalor (J/s atau watt)Q= kalor yang dipindahkan (joule)t= waktu (s)h= koefisien konveksi (W/m2K)A= luas penampang melintang (m2)t= perubahan suhu (C)

1.3 TujuanUntuk lebih mememahi tentang perpindahan kalor atau panas secara konveksi.

1.4 Batasan Masalahmeskipun ada beberapa jenis perpindahan panas,namun penulis hanya membatasi tentang pengertian perpindahan panas secara konveksi dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

BAB IIPEMBAHASANPerpindahan panas secara konveksi diklasifikasikan dalam konveksi bebas(free convection) dan konveksi paksa (forced convection) menurut cara menggerakkan alirannya. Bila gerakan mencampur berlangsung semata mata sebagai akibat dari perbedaan kerapatan yang disebabkan oleh gradien suhu, maka disebut konveksi bebas atau alamiah (natural).Bila gerakan mencampur disebabkan oleh suatu alat dari luar seperti pompa atau kipas, maka prosesnya disebut konveksi paksa. Keefektifan perpindahan panas dengan cara konveksi tergantung sebagian besarnya pada gerakan mencampur fluida .akibatnya studi perpindahan panas konveksi didasarkan pada pengetahuan tentang ciri ciri aliran fluida.

Prinsip Prinsip KonveksiKoefisien Perpindahan Panas Konveksi, Laju perpindahan panas dengan carakonveksi antara batas benda padat dan fluida adalah :q permukaan ke fluida = A c ( Ts T ) Persamaan diatas adalah definisi konduktansi konveksi termal satuan rata-rata c dan bukannya hukum perpindahaan panas dengan cara konveksi. Koefisien perpindahan panas konveksi sebenarnya merupakan fungsi yang rumit dari aliran fluidanya, sifat-sifat medium fluidanya,dan geometri sistemnya. Harga angka pada suatu permukaan pada umunya tidak seragam, dan juga bergantung pada lokasi tempat mengukur suhu fluida T.Perpindahan panas antara batas benda padat dan fluida terjadi dengan adanya suatu gabungan dari konduksi dan angkutan (transport) massa. Bila suatu fluida mengalir sepanjang suatu permukaan yang bersuhu berlainan daripada suhu fluida, maka perpindahan panas terjadi dengan konduksi molekular di dalam fluida maupun bidang-antara (interface; permukaan-temu) fluida dan permukaan. Gerakan fluida tersebut dapat disebabkan oleh dua proses. Fluida dapat bergerak sebagai akibat dari perbedaan kerapatan yang disebabkan oleh perbedaan suhu di dalam fluida.Mekanisme ini disebut konveksi bebas (free convection) atau konveksi alamiah (natural convection). Contoh-contoh konveksi bebas adalah gerakan udara di padang pasir pada hari yang tenang setelah matahari terbenam.

Bila gerakan disebabkan oleh suatu energi luar, seperti pompa atau kipas, maka kita berbicara tentang konveksi paksa (forcedconvection).Contohnya ialah pendinginan radiator mobil dengan udara yang dihembuskan melintasinya oleh kipas.Bila fluida mengalir sepanjang suatu permukaan,baik alirannya laminar maupun turbulen, gerakan partikel-partikel di dekat permukaan diperlambat oleh gaya-gaya viskos.

Gambar Struktur medan aliran turbulen di dekat batas benda padat.

Teori lapisan batas yang lanjut memungkinkan kita untuk menghitung titik dimana aliran berpisah dari permukaan. Pada umumnya, lapisan batas turbulen tidak akan berpisah semudah lapisan batas laminar karena energy kinetik partikel-partikel fluidanya lebih besar dalam lapisan turbulen.Besarnya konveksi tergantung pada :a. Luas permukaan benda yang bersinggungan dengan fluida (A).b. Perbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida (T).c. koefisien konveksi (h), yang tergantung pada :# viscositas fluida# kecepatan fluida# perbedaan temperatur antara permukaan dan fluida# kapasitas panas fluida# rapat massa fluida# bentuk permukaan kontak

Konveksi Bebas (Free Convection)Konveksi bebas (free convection)terjadi karena fluida yang, karena proses pemanasan, berubah densitasnya dan bergerak naik. Gerakan fluida dalam konveksi bebas, baik fluida itu gas maupun zat cair terjadi karena gaya apung (bouyancy force) yang dialami apabila densitas fluida di dekat permukaan perpindahan kalor berkurang sebagai akibat proses pemanasan.

Gambar Aliran konveksis bebas diatas plat rata vertical

Perpindahan panas untuk plat rata vertikal dapat diekspresikan dalam penggunaan hukum Newton tentang pendinginan, yang mana memberikan hubungan antara perpindahan panas q dan beda temperatur antara permukaan dan sekitarnya: q = h.A(T w - T)

Konveksi Paksa (Forced Convection)Konveksi secara paksa membutuhkan persamaan matematis yang cukup rumit karena mempertimbangkan banyak hal seperti gradient tekanan, gradient temperatur, dan profil kecepatan aliran.Selain itu terdapat banyak sekali persamaan empiris terkait perpindahan panas konveksi paksa.Forced Convection umumnya dihitung pada aliran pada tabung, bola, tube tank, dan lain-lain.

Mekanisme perpindahan panas konveksiAdapun cara (mekanisme) perpindahannya dapat berupa hal-hal, berikut: Satu dimensi (mono dimensional): artinya perpindahan panas secara konveksi (perambatan panas dalam fluida) dan dalam satu arah (satu garis lurus), atau antara dua daerah (beda temperaturnya) dalam elemen yang masih dalam satu bidang. Laju perpindahan panas konveksi satu dimensi dari suatu permukaan fluida dapat dihitung, lihat Gambar 2.qc = hc A delta Tdimana:qc: laju aliran panas konveksi (Btu/h atau Watt/detik)hc: permukaan perpindahan panas atau koefisien perpindahan panas konveksi (Btu/h ft2 F atau Watt/detik m2 K)A: luas perpindahan panas (ft2 atau m2)delta T: beda temperatur permukaan Ts dan Tf (F atau K)

Untuk bidang datar (dwi dimensional): artinya perpindahan panas secara konveksi (perambatan panas dalam fluida) dalam satu arah (satu garis lurus), atau antara dua tempat (beda temperaturnya) bisa dalam dua bidang yang berlainan dalam perantara fluida. Arah Ruang tiga dimensi (tri dimensional): artinya perpindahan panas secara konveksi (perambatan dalam fluida) dalam satu arah (satu garis lurus), atau antara titik elemen (beda temperaturnya) bisa dalam ruang (bidang tiga) yang berlainan temperaturnya dan berarah lurus dalam bidang yang berbeda menurut elemen cairan.

APLIKASI PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI DALAM MEDAN ALIRAN PAKSA MENGGUNAKAN ALGORITMA SIMPLEAplikasi ini merupakan aplikasi pada geometri dua plat datar. Perpindahan kalor konveksi dalam medan aliran merupakan gejala yang dipengaruhi oleh distribusi kecepatan aliran dan sifat-sifat fluida setempat. Distribusi kecepatan dalam medan aliran ini harus memenuhi dua persamaan secara serentak. persamaan momentum dan persamaan kontinuitas. Bila harga tekanan yang tepat disubstitusi ke dalam persamaan momentum, maka medan kecepatan yang dihasilkan akan memenuhi persamaan kontinuitas.Algoritrna SIMPLE (Semi-Implicit Method fur Pressure-Linked Equalioiis, Patankar, 1972) merupakan salah satu metoda untuk mendapatkan medan tekanan yang "tepat" yang diawali dengan menebak medan tekanan dan kecepatan pada awal iterasi. Substitusi harga tebakan ini ke dalam persamaan momentum memberikan medan kecepatan yang selanjutnya dikoreksi agar memenuhi persamaan kontinuitas. Medan tekanan juga dikoreksi dengan suatu faktor relaksasi yang harus ditentukan untuk mendapatkan konvergensi solusi.Pada tugas akhir ini, algoritma SIMPLE, diterapkan ke dalam sistem aliran udara di antara dua plat datar yang dipanaskan.Simulasi dilakukan pada berbagai kondisi kecepatan aliran serta temperatur dan jarak antar plat. Persyaratan konvergensi yang dipilih untuk menghentikan iterasi adalah bahwa selisih harga antara kecepatan dari persamaan momentum dan kecepatan dari persamaan kontinuitas tidak melebihi 1% (relatif terhadap kecepatan setempat) untuk seluruh titik grid dalam medan aliran. Dari simulasi ini dapat diperoleh distribusi temperatur dan kecepatan pada seluruh titik dalam medan aliran udara di antara dua plat datar (sepanjang domain simulasi). Distribusi temperatur yang telah diperoleh selanjutnya dapat digunakan untuk menghitung distribusi bilangan Nusselt sepanjang arah aliran udara.Sebagai hasilnya, diperoleh distribusi bilangan Nusselt yang berubah secara asimtotik menuju harga yang bervariasi di sekitar 7,534 - 7,542.Hasil ini cukup dekat dengan data yang terdapat di dalam referensi (Ozisik, Iieul Iiwi /erj) di mana bilangan Nusselt berubah secara asimtotik menuju harga 7,541.

BAB IIIPENUTUP

KesimpulanPerpindahan panas secara konveksi diklasifikasikan dalam konveksi bebas(free convection) dan konveksi paksa (forced convection) menurut cara menggerakkan alirannya.SaranDalam pembuatan makalah sistem perpindahan panas secara konveksi,sebaiknya di masukan juga mekanisme radiasi dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

ReferensiKreith,Frank dan Arko prijono.prinsip-prinsip perpindahan panas.Edisi ketiga. Erlangga:Jakarta.1997.Holman, J.P., dan jasjfi.Perpindahan Kalor.Edisi keenam.Erlangga:Jakarta.1997Incropera, F.P., dan Dewitt, D.P., Fundamental of Heat and Mass Transfer, John Wiley & Sons, 2002.Kern, D.Q., Process Heat Transfer, Mc Graw Hill, New York, 1950.McCabe, Smith dan Harriots, Unit Operations in Chemical Engineering, Mc Graw Hill,1985.Holman, J.P., Heat Transfer, Mc Graw Hill, New York, 1987.http://ITBCentral Library.comhttp://E-LearningUSU-inherent/perpindahan panas.html