bab iii. pendekatan teoritik

BAB III. PENDEKATAN TEORITIK
3.1 PINDAH PANAS
Pindah panas merupakan proses penghantaran suatu energi dari satu
tempat ke tempat lain. Prosen pindah panas sendiri dibedakan menjadi 3 macam
yaitu konveksi, konduksi, dan radiasi.
Konveksi merupakan proses perpindahan energi yang merupakan
gabungan dari konduksi panas, penyimpan energi, gerakan pencampuran.
Konveksi merupakan mekanisme yang penting pada pindah panas antara benda
padat dengan fluida atau gas (Kreith 1976).
…………………………….................................................
1
Konduksi merupakan proses dimana aliran panas dari daerah yang
temperaturnya lebih panas ke daerah yang temperaturnya lebih rendah pada suatu
media (padat, cair, atau gas) atau antara media yang berbeda pada kontak fisik
secara langsung (Kreith 1976).
………………………………………………………….
2
Radiasi adalah proses perpindahan energi dalam bentuk gelombang
elektromagnetik karena perubahan konvigurasi elektronik dari atom-atom atau
molekul-molekul. Proses ini dapat terjadi walaupun dalam kondisi hampa udara
dan inilah cara matahari hingga cahayanya dapat mencapai bumi.
) …………………….….…………………………
3
Nilai σ merupakan konstanta Stefan-Boltzmann yang bernilai 5.67 x 10-8
W/m2 . K4 atau 0.1714 x 10-8 Btu/h . ft2 . R4. Permukaan yang dapat memancarkan
radiasi dengan nilai emisifitas maksimum disebut dengan black body. Nilai
emisifitas permukaan berkisar 0 ≤ ε ≤ 1 (Cengel 2003).
Transmitansi panas merupakan besar laju aliran panas yang melalui suatu
bahan dan dapat dinyatakan dengan persamaan:
……………………………………………..
4
……………………………………………………...
5
3.2 HUKUM BERNOULLI
Hukum Bernoulli menyatakan bahwa dimana kecepatan aliran fluida
tinggi, tekanan fluida tersebut menjadi rendah. Sebaliknya jika kecepatan
aliran fluida rendah, tekanannya menjadi tinggi.
Persamaan Bernoulli diturunkan dengan menerapkan teorema usaha dan
energi pada fluida dalam daerah tabung alir. Karena diturunkan berdasarkan
prinsip usaha dan energi maka merupakan suatu bentuk hukum kekekalan energi.
Gambar 5. Aliran fluida dalam pipa.
Warna buram dalam tabung alir pada Gambar 7 menunjukkan aliran fluida
sedangkan warna putih menunjukkan tidak ada fluida. Fluida pada luas
penampang 1 (bagian kiri) mengalir sejauh L1 dan memaksa fluida pada
penampang 2 (bagian kanan) untuk berpindah sejauh L2. Karena luas penampang
2 di bagian kanan lebih kecil, maka laju aliran fluida pada bagian kanan tabung
alir lebih besar, ini sesuai dengan prinsip kontinuitas yaitu:
Perbedaan luas penampang permukaan ini menyebabkan perbedaan
tekanan antara penampang 2 (bagian kanan tabung alir) dan penampang 1 (bagian
kiri tabung alir). Fluida yang berada di sebelah kiri penampang 1 memberikan
tekanan P1 pada fluida di sebelah kanannya dan melakukan usaha sebesar :
Karena
Sehingga
Pada penampang 2 (bagian kanan tabung alir), usaha yang dilakukan
pada fluida adalah :
Tanda negatif menunjukkan bahwa gaya yang diberikan berlawanan
dengan arah gerak. Jadi fluida melakukan usaha di sebelah kanan penampang 2.
Di samping itu, gaya gravitasi juga melakukan usaha pada fluida. Pada kasus di
atas, sejumlah massa fluida dipindahkan dari penampang 1 sejauh L1 ke
penampang 2 sejauh L2, di mana volume fluida pada penampang 1 (A1L1) sama
dengan volume fluida pada penampang 2 (A2L2). Usaha yang dilakukan oleh
gravitasi adalah :
Tanda negatif disebabkan karena fluida mengalir ke atas, berlawanan
dengan arah gaya gravitasi. Dengan demikian, usaha total yang dilakukan pada
fluida sesuai dengan gambar di atas adalah :
Teorema usaha-energi menyatakan bahwa usaha total yang dilakukan pada
suatu sistem sama dengan perubahan energi kinetiknya. Dengan demikian, Usaha
(W) dapat digantikan dengan perubahan energi kinetik (Ek2 – Ek1). Sehingga
persamaan di atas menjadi:
Berdasarkan hukum kekekalan massa dimana massa fluida yang mengalir
sejauh L1 pada penampang A1 sama dengan massa fluida yang mengalir sejauh L2
(penampang A2). Sejumlah massa fluida itu, sebut saja m, mempunyai volume
sebesar A1L1 dan A2L2, di mana A1L1 = A2L2 (L2 lebih panjang dari L1).
Maka massa fluida dapat ditulis menjadi:
Sehingga
Dan didapat persamaan Bernoulli sebagai berikut:
………………………………… 6