Konduksi adalah salah satu proses transfer panas yang paling umum terjadi. Pada dasarnya, konduksi terjadi ketika panas bergerak melalui zat padat dari satu titik ke titik lainnya tanpa perpindahan massa secara keseluruhan. Adanya perbedaan suhu antara bagian-bagian zat padat menyebabkan panas bergerak dari area yang lebih panas ke area yang lebih dingin.
Dalam fisika, peristiwa konduksi dapat dijelaskan dengan menggunakan hukum Fourier yang menyatakan bahwa laju aliran panas (Q) melalui suatu material akan berbanding lurus dengan luas penampang (A) material tersebut, perbedaan suhu (ΔT) antara dua ujung material, dan invers berbanding lurus dengan ketebalan (d) material tersebut.
Namun, didalam konduksi terdapat nilai yang penting yang juga memengaruhi transfer panas tersebut, yaitu “Nomor”. Nomor ini menunjukkan seberapa besar peran konduksi dalam proses perpindahan panas.
Berikut adalah beberapa Nomor yang dapat menunjukkan peristiwa konduksi:
1. Nomor Biot (Bi)
Nomor Biot (Bi) merupakan rasio antara resistansi konduksi internal suatu zat dengan resistansi konveksi luarnya. Secara matematis, Nomor Biot didefinisikan sebagai perbandingan antara perpindahan panas konveksi dengan konduksi pada suatu benda.
Rumus untuk menghitung Nomor Biot adalah:
\[ Bi = \frac{hL}{k} \]
Dimana:
– \( h \) = koefisien perpindahan panas konveksi (W/m^2*K)
– \( L \) = panjang karakteristik (m)
– \( k \) = konduktivitas termal bahan (W/m*K)
Jika nilai Bi suatu sistem lebih kecil dari 0.1, maka konduksi cenderung dominan daripada konveksi. Namun, jika nilai Bi lebih besar dari 10, maka konveksi akan menjadi dominan daripada konduksi.
2. Nomor Nusselt (Nu)
Nomor Nusselt (Nu) merupakan rasio antara laju perpindahan panas konveksi dan konduktif. Nilai Nu dipengaruhi oleh bentuk geometri benda, arus fluida, serta perbedaan suhu antara benda dan aliran fluida sekitarnya.
Rumus untuk menghitung Nomor Nusselt adalah sebagai berikut:
\[ Nu = \frac{hL}{k} \]
Dimana:
– \( h \) = koefisien perpindahan panas konveksi (W/m^2*K)
– \( L \) = panjang karakteristik (m)
– \( k \) = konduktivitas termal bahan (W/m*K)
Nilai Nu yang besar menunjukkan bahwa konveksi mendominasi proses perpindahan panas, sedangkan nilai Nu yang kecil menunjukkan dominasi konduksi.
3. Nomor Prandtl (Pr)
Nomor Prandtl (Pr) digunakan untuk menentukan seberapa cepat lapisan perbatasan pada permukaan suatu benda dapat mengalami transmisi panas. Nilai Pr juga dapat mengindikasikan jenis aliran yang terjadi.
Rumus untuk menghitung Nomor Prandtl adalah:
\[ Pr = \frac{\nu}{\alpha} \]
Dimana:
– \( \nu \) = viskositas kinematik fluida (m^2/s)
– \( \alpha \) = difusivitas termal fluida (m^2/s)
Nilai Pr yang lebih besar dari 1 menunjukkan bahwa momentum kinetik lebih dominan daripada transmisi panas. Sebaliknya, nilai Pr yang lebih kecil dari 1 menunjukkan bahwa transmisi panas lebih dominan dibandingkan momentum kinetik.
4. Nomor Grashof (Gr)
Nomor Grashof (Gr) digunakan untuk mengukur intensitas efek gravitasi terhadap aliran fluida atau perpindahan panas.
Rumus untuk menghitung Nomor Grashof adalah:
\[ Gr = \frac{gL^3\Delta T}{\nu^2} \]
Dimana:
– \( g \) = percepatan gravitasi (m/s^2)
– \( L \) = panjang karakteristik (m)
– \( \Delta T \) = perbedaan suhu antara benda dan fluida (K)
– \( \nu \) = viskositas kinematik fluida (m^2/s)
Nilai Gr yang lebih besar dari 10^9 menunjukkan adanya aliran turbulen, sementara nilai Gr yang lebih kecil dari 10^9 menunjukkan adanya aliran laminar.
Kesimpulan
Dalam peristiwa konduksi, terdapat beberapa Nomor yang dapat menjelaskan seberapa besar peran konduksi dalam proses perpindahan panas. Dengan memahami dan menghitung nilai Nomor tersebut, kita dapat menentukan seberapa besar kontribusi konduksi dibandingkan dengan konveksi atau jenis perpindahan panas lainnya. Semakin mendalam pemahaman kita terhadap Nomor ini, semakin baik pula kita dalam menganalisis dan mengoptimalkan proses perpindahan panas.
