BAB II LANDASAN TEORI

BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Teori Perpindahan Panas
2.1.1. Pengertian Perpindahan Panas
Perpindahan panas akan terjadi dari suatu sistem yang mempunyai
temperatur yang lebih tinggi ke suatu sistem yang mempuntai temperatur
yang lebih rendah sampai terjadi keseimbangan temperatur pada sistem
tersebut.
2.1.2. Jenis-jenis Perpindahan Panas
Perpindahan panas dari sumber panas terjadi dalam tiga cara, yaitu :
•
Perpindahan panas secara konduksi
•
Perpindahan panas secara konveksi
•
Perpindahan panas secara radiasi
7
1) Perpindahan Panas Secara Konduksi
Perpindahan panas secara konduksi adalah perpindahan panas dari suatu
benda atau pada satu benda yang berhubungan dengan benda lain karena
adanya pergerakan molekul pada benda tersebut. Perpindahan panas
secara konduksi ini terjadi pada benda padat dan cair.
Gambar dibawah ini memperlihatkan contoh perpindahan panas secara
konduksi :
Temperatur
Temperatur
Konduktivitas Thermal
k
Aliran Panas
Gambar 2.1 Perpindahan Panas Secara Konduksi
Perpindahan panas secara konduksi secara sederhana dapat dinyatakan
dengan :
. . . . . . . . . . . . . . . (1)
(1) Bahan Ajar Perpindahan Panas, Julian Alfijar. 2008
Tabel 2.1, Sumber : Bahan Ajar Perpindahan Panas, Julian Alfijar. 2008
8
Dimana :
q
= laju perpindahan panas (w)
K
= konduktivitas thermal bahan (w/m°C)
A
= luas penampang dimana panas mengalir (m2)
dT/dx = gradien suhu pada penampang, atau laju perubahan suhu T
terhadap jarak dalam arah aliran panas x
a. Konduktivitas Termal (Daya Hantar Panas)
Daya hantar panas atau konduktivitas thermal adalah sifat bahan yang
menunjukkan seberapa cepat bahan itu dapat menghantarkan panas
konduksi. Atau (k) adalah jumlah panas yang mengalir tiap satuan
waktu melalui tebal dinding 1 ft yang luasnya 1 ft apabila diberi beda
suhu 1°.
Bahan yang mempunyai konduktivitas yang baik disebut Konduktor,
misalnya logam (tembaga, alumunium, perak, dsb). Sedangkan bahan
yang mempunyai konduktivitas yang tidak baik atau buruk disebut
Isolator, contohnya adalah asbes, wol, dsb.
2) Perpindahan Panas Secara Konveksi
Perpindahan panas secara konveksi adalah bentuk perpindahan panas
yang dihasilkan dari pergerakan cairan atau gas.
9
Gambar dibawah ini memperlihatkan contoh perpindahan panas secara
konveksi :
Gambar 2.2 Perpindahan Panas Secara Konveksi
Perpindahan panas secara konveksi secara sederhana dapat dinyatakan
dengan :
. . . . . . . . . . . . . . . (2)
Dimana :
q
= laju perpindahan panas konveksi
h
= koefisien perpindahan panas konveksi (w/m2°C)
A
= luas penampang (m2)
ΔT
= perubahan atau perbedaan suhu (°C ; °F)
(2) Bahan Ajar Perpindahan Panas, Julian Alfijar. 2008
Gambar 2.2, Sumber : Bahan Ajar Perpindahan Panas, Julian Alfijar. 2008
10
3) Perpindahan Panas Secara Radiasi
Perpindahan panas secara radiasi adalah bentuk perpindahan panas
dengan cara pergerakan gelombang elektromagnetis. Dalam penyegaran
udara, perpindahan panas secara radiasi ini terjadi karena adanya radiasi
sinar matahari, lampu, dan panas yang dipancarkan oleh peralatan listrik
yang terdapat di ruangan tersebut.
Gambar dibawah ini memperlihatkan contoh perpindahan panas secara
radiasi :
Gambar 2.3 Perpindahan Panas Secara Radiasi
Perpindahan panas secara konveksi secara sederhana dapat dinyatakan
dengan :
(T14 – T24)
. . . . . . . . . . . . . . . (2)
(3) Bahan Ajar Perpindahan Panas, Julian Alfijar. 2008
Gambar 2.3, Sumber : Bahan Ajar Perpindahan Panas, Julian Alfijar. 2008
11
Dimana :
= konstanta Stefan-Boltzman 5,669 x 10-8 w/m2 k4
A
= luas penampang
T
= temperatur
2.2. Teori Mengenai Kalor
Kalor adalah suatu materi yang tidak terlihat, yang mengalir dari benda yang
bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah.
Satuan kalor adalah kalori, dimana 1 kalori adalah kalor yang diperlukan
untuk menaikkan temperature 1 gr air dari 14,5°C menjadi 14,5°C.
2.3. Teori Dasar Mengenai Kaca
2.3.1. Pengertian Kaca
Kaca adalah bahan yang tidak padat, karena molekul-molekulnya
tersusun acak seperti halnya zat cair, namun kohesinya membuat bentuknya
menjadi stabil. Karena susunannya acak seperti zat cair itulah maka kaca
terlihat transparan.
12
2.3.2. Sifat-sifat Kaca
Sifat-sifat yang dimiliki oleh kaca antara lain adalah sebagai berikut :
a) Mampu Meneruskan Cahaya dan Panas
Karena sifat tembus pandangnya, kaca meneruskan cahaya yang
berarti juga kaca meneruskan panas matahari. Hal ini sangat
berpengaruh terutama di daerah tropis seperti Indonesia dimana
masyarakatnya memilih menghindari panas.
b) Mampu Memantulkan Cahaya
Kaca memiliki kemampuan untuk memantulkan cahaya dan bayangan
di sekelilingnya, dan tidak menghantarkan listrik.
c) Tahan Terhadap Zat-zat Kimia
Kaca merupakan bahan yang tahan akan zat-zat kimia, karena itu kaca
banyak digunakan sebagai tabung/bejana kimia.
d) Mudah Dibentuk Dalam Keadaaan Cair
Kaca dapat dibentuk pada suhu diatas 1200°C (cair). Pada saat
keadaan cair, material kaca sangat mudah dibentuk, dan pada saat
dingin dan menjadi padat dapat diukir seperti batu.
e) Rapuh dan Mudah Pecah
Kaca memiliki sifat rapuh dan mudah pecah, namun masih memiliki
sifat elastis (kembali ke bentuk semula setelah lendutan akibat beban).
13
f) Tembus Pandang
Kaca biasanya merupakan material yang tembus pandang, namun
dalam pemakaiannya dapat dibuat buram (sedikit tembus pandang)
atau tidak tembus pandang sama sekali. Dapat juga digabungkan
dengan warna yang dimasukkan saat keadaan cair.
2.3.3. Pembuatan Kaca
Pembuatan kaca terdiri dari beberapa unsur seperti bahan baku, bahan
pewarna dan proses pembuatannya.
a) Bahan Baku Kaca
Bahan baku pembuat kaca yang utama adalah pasir kuarsa dan soda.
Tetapi ada bahan-bahan lain yang digunakan untuk memperkuat ataupun
untuk penambahan sifat-sifat lainnya.
Tabel 2.1 Bahan Baku Kaca
Bahan Baku
Persentase
(%)
Keterangan
Pasir kuarsa
58,6
Bahan baku dengan titik lebur tinggi
Soda dan potas
21,5
Bahan baku untuk mempermudah
Kapur
10,4
Dolomit
10
Sulfat/feldspar, dll
3,5
Bahan penjernihan
(3) Bahan Ajar Perpindahan Panas, Julian Alfijar. 2008
Gambar 2.3, Sumber : Bahan Ajar Perpindahan Panas, Julian Alfijar. 2008
14
b) Bahan Pewarna Kaca
Bahan pewarna kaca ditambahkan dalam proses pembuatan kaca untuk
menghasilkan kaca dengan warna sesuai yang diinginkan.
Tabel 2.2 Bahan Pewarna Kaca
Coloring Material
Percentage in
Glass
Color Produced
Copper
0.003 to 0.1
Ruby
Copper oxide
0.2 to 2.0
Blue-green
Cadmium sulfoseleneide
0.003 to 0.1
Ruby and orange
Cadmium sulfide
0.003 to 0.1
Yellow
Ferride oxide
Up to 4.0
Yellow-green
Chromium oxide
0.005 to 0.2
Green to yellow-green
Ferrous oxide
Gold
Blue-green
0.001 to 0.003
Carbon & sulfur
compounds
Ruby
Amber
Iron oxide & manganese
oxide
1.0 to 2.0
Amber
Uranium oxide
0.1 to 1.0
Yellow with green
fluoresence
Selenium
Pink
Seleneides
Amber
Manganese oxide
0.5 to 3.0
Pink-purple
Nickel oxide
0.05 to 0.5
Brown & purple
Neodymium oxide
Up to 2.0
Pink
Cobalt oxide
0.001 to 0.1
Blue
Tabel 2.2, Sumber : Adryanta 2008, Kaca Sebagai Struktur Pada Bangunan
15
c) Metode Pembuatan Kaca Lembaran
Kaca lembaran yang sering dijumpai dapat dibuat dengan beberapa
metode, antara lain sebagai berikut :
• Metode Tarik
Metode ini adalah jenis metode yang paling murah. Kaca yang sudah
dalam keadaan cair akan ditarik oleh rol-rol yang saling berhadapan,
dimana jarak antara rol-rol tersebut adalah ketebalan kaca yang
dihasilkan.
• Metode Tuang
Metode ini memerlukan wadah yang biasanya terbuat dari besi. Kaca
cair dituangkan kedalam wadah ini, dimana tebal kaca yang dihasilkan
tergantung pada tinggi wadah yang dipakai.
•
Metode Apung
Metode ini dilakukan dengan cara mengapungkan cairan kaca di atas
cairan timah. Tebal kaca yang dihasilkan tergantung pada jumlah
cairan kaca yang dituang keatas cairan timah tersebut.
16
2.3.4. Jenis-jenis Kaca
Kaca terdiri dari beberapa jenis, seperti dijelaskan berikut ini :
a) Silika Lebur
Silika lebur atau silika vitreo dibuat melalui pirolisis silikon tetraklorida
pada suhu tinggi, atau dari peleburan kuarsa atau pasir murni. Secara
salah kaprah, kaca ini sering disebut kaca kuarsa (quartz glass). Kaca ini
mempunyai ciri-ciri nilai ekspansi rendah dan titik pelunakan tinggi.
Karena itu, kaca ini mempunyai ketahanan termal lebih tinggi daripada
kaca lain. Kaca ini juga sangat transparan terhadap radiasi ultraviolet.
Kaca jenis inilah yang sering digunakan sebagai kuvet untuk
spektrometer UV-Visible yang harganya sekitar dua jutaan per kuvet.
b) Alkali Silikat
Alkali silikat adalah satu-satunya kaca dua komponen yang secara
komersial, penting. Untuk membuatnya, pasir dan soda dilebur bersamasama, dan hasilnya disebut Natrium silikat. Larutan silikat soda juga
dikenal sebagai kaca larut air (water soluble glass) banyak dipakai
sebagai adhesif dalam pembuatan kotak-kotak karton gelombang serta
memberi sifat tahan api.
17
c) Kaca Soda Gamping
Kaca soda gamping (soda-lime glass) merupakan 95 persen dari semua
kaca yang dihasilkan. Kaca ini digunakan untuk membuat segala macam
bejana, kaca lembaran, jendela mobil dan barang pecah belah.
d) Kaca Timbal
Dengan menggunakan oksida timbal sebagai pengganti kalsium dalam
campuran kaca cair, didapatlah kaca timbal (lead glass). Kaca ini sangat
penting dalam bidang optik, karena mempunyai indeks refraksi dan
dispersi yang tinggi. Kandungan timbalnya bisa mencapai 82% (densitas
8,0, indeks bias 2,2). Kandungan timbal inilah yang memberikan
kecemerlangan pada “kaca potong” (cut glass). Kaca ini juga digunakan
dalam jumlah besar untuk membuat bola lampu, lampu reklame neon,
radiotron, terutama karena kaca ini mempunyai tahanan (resistance)
listrik tinggi. Kaca ini juga cocok dipakai sebagai perisai radiasi nuklir.
e) Kaca Borosilikat
Kaca borosilikat biasanya mengandung 10 sampai 20% B 2 O 3 , 80%
sampai 87% silika, dan kurang dari 10% Na 2 O. Kaca jenis ini
mempunyai koefisien ekspansi termal rendah, lebih tahan terhadap
kejutan dan mempunyai stabilitas kimia tinggi, serta tahanan listrik
tinggi. Perabot laboratorium yang dibuat dari kaca ini dikenal dengan
nama dagang pyrex. Kaca borosilikat juga digunakan sebagai isolator
18
tegangan tinggi, pipa lensa teleskop seperti misalnya lensa 500 cm di Mt.
Palomer (AS).
f) Kaca Khusus
Kaca berwarna , bersalut, opal, translusen, kaca keselamatan,fitokrom,
kaca optik dan kaca keramik semuanya termasuk kaca khusus.
Komposisinya berbeda-beda tergantung pada produk akhir yang
diinginkan.
g) Serat kaca (fiber glass)
Serat kaca dibuat dari komposisi kaca khusus, yang tahan terhadap
kondisi cuaca. Kaca ini biasanya mempunyai kandungan silika sekitar
55%, dan alkali lebih rendah.
2.4. Faktor Transmisi Dari Jendela
Berikut adalah tabel faktor transmisi dari jendela :
Tabel 2.3 Faktor Transmisi Dari Jendela
Kaca
Tanpa Penutup
Dengan Jendela
0,95
0,50
1. kaca biasa
0,70
0,50
2. menyerap diluar
0,60
0,40
Kaca setengah cermin
0,4
Kaca biasa
Kaca ganda
Tabel 3.1, Sumber : Adryanta 2008, Kaca Sebagai Struktur Pada Bangunan
19
2.5. Faktor Bayangan
Berikut adalah tabel faktor bayangan :
Tabel 2.4 Faktor Bayangan
Type of shading device
Coefisien
canvas awning
0,25
insert venetian blind at 45° light colour
0,55
insert venetian blind at 45° dark colour
0,88
roller shade fully drawn, light colour
0,25
roller shade fully drawn, dark colour
0,59
single glass : regular sheet
0,64
roof overhang or marque full shading window shade
building surface setback from external
0,90
outside shading
0,30
2.6. Koefisien Transmisi Kalor Melalui Jendela Kaca
Berikut adalah tabel koefisien transmisi kalor melalui jendela kaca :
Tabel 2.5 Koefisien Transmisi Kalor Melalui Jendela Kaca
Satu Plat Kaca
Tidak bergantung pada tebalnya
5,5 kcal/m2 jam
Kaca ganda
-
2,2 kcal/m2 jam
Blok kaca
-
5,5 kcal/m2 jam
Tabel 2.4, Sumber : Adryanta 2008, Kaca Sebagai Struktur Pada Bangunan
Tabel 2.5, Sumber : Adryanta 2008, Kaca Sebagai Struktur Pada Bangunan
20