KONVEKSI

Apabila kalor berpindah dengan cara gerakan partikel yang telah dipanaskan dikatakan perpindahan kalor secara konveksi. Perpindahan kalor secara koveksi ialah perpindahan kalor melalui zat disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Konveksi merupakan mekanisme perpindahan panas antara permukaan benda padat dan fluida (cairan atau gas) yang bergerak. Konveksi terjadi karena partikel zat yang bertemperatur lebih tinggi berpindah tempat secara mengalir sehingga dengan sendirinya terjadi perpindahan panas. Misal, pada saat memanaskan air di kompor menggunakan sebuah panci, akan terjadi perambatan kalor dari air yang ada di dasar panci ke permukaan secara konveksi. Perpindahan tersebut terjadi kerena adanya perbedaan massa jenis. Akibat panas, massa jenis zat di bagian bawah (yang lebih dekat dengan sumber panas) akan berkurang, sehingga akan lebih ringan daripada zat yang ada di atasnya. Hal ini yang menyebabkan zat ringan tersebut bergerak ke atas, sedangkan zat yang lebih berat akan bergerak ke bawah. Demikian seterusnya, sehingga air dalam panci akan berputar terus naik dan turun.

Macam-macam Konveksi:

Konveksi bebas/konveksi alamiah (free convection/natural convection)Konveksi yang terjadi karena proses pemanasan yang menyebabkan fluida berubah densitasnya (kerapatannya) dan bergerak naik Gerakan fluida dalam konveksi bebas terjadi karena gaya buoyancy (apung) yang dialaminya apabila kerapatan fluida di dekat permukaan perpindahan kalor berkurang sebagai akibat proses pemanasan. Misal, peristiwa terjadinya angin darat dan angin laut.

Air laut mempunyai kalor jenis yang lebih tinggi daripada daratan, sehingga matahari hanya memberikan efek yang sangat kecil pada suhu lautan. Sebaliknya, daratan menjadi panas sepanjang siang dan menjadi dingin dengan cepat sepanjang malam. Di dekat pesisir, perbedaan suhu antara daratan dan lautan ini menimbulkan angin laut pada siang hari dan angin darat pada malam

hari. Sedangkan untuk angin darat terjadi karena pada malam hari daratan lebih cepat dingin daripada lautan. Hal ini mengakibatkan udara panas di permukaan air laut akan naik dan tempat tersebut diisi oleh udara dingin dari daratan, sehingga terjadi gerakan udara dari darat menuju ke laut yang biasa disebut angin darat. Angin darat terjadi pada malam hari, biasa digunakan oleh nelayan tradisional untuk melaut mencari ikan.

Konveksi PaksaSementara konveksi paksa terjadi karena bergeraknya fluida bukan karena faktor alamiah. Fluida bergerak karena adanya alat yang digunakan untuk menggerakkan fluida tersebut, seperti kipas, pompa, blower dan sebagainya. Misalnya pada radiator mobil dan hair dryer. Pada sistem pendingin mesin mobil (radiator), air dipaksa mengalir melalui pipa-pipa dengan batuan pompa air (water pump). Panas mesin yang tidak di kehendaki dibawa oleh sirkulasi air tersebut menuju radiator. Di dalam radiator, air di dinginkan dengan bantuan udara. Air yang telah mendingin ini kemudian di pompa untuk mengulang kembali proses transfer panas dari  mesin mobil ke radiator. Pada alat pengering rambut (hair dryer), kipas angin menarik udara di sekitarnya dan meniupkannya kembali setelah di lewatkan pada elemen pemanas di dalamnya. Dengan proses ini di peroleh arus konveksi paksa udara panas.

Newton’s Law of Cooling

Hukum Newton menyatakan bahwa koefisien perpindahan panas konstan, sebagaimana dalam pernyataannya  bahwa tingkat kehilangan panas tubuh sebanding dengan perbedaan suhu antara tubuh dan sekitarnya.

Dari permasalahan konveksi ini akan didapat bahwa rambatan kalor secara konveksi bergantung pada koefisien konveksi termal zat yang memindahkan kalor, luas permukaan perpindahan kalor, serta beda suhu antara tempat kalor dialirkan dengan tempat pembuangan kalor. Secara matematis, dapat dinyatakan dengan persamaan berikut :

di mana :Q : energi termal (W)h : Koefisien perpindahan panas secara konveksi (W/m2K)A : luas permukaan panas yang ditransfer (m2)Ts : suhu permukaan objek (K)Tf  : suhu fluida pada lingkungan (K)

Koefisien konveksi bukan merupakan properti dari suatu fluida. Koefisien konveksi merupakan parameter yang diperoleh berdasarkan experimen yang mana nilainya bergantung kepada semua variabel yang mempengaruhi proses konveksi seperti geometri permukaan, sifat aliran fluida, properti fluida dan kecepatan fluida.

Contoh peristiwa perpindahan secara konveksi

Pergerakan udara pada peristiwa perpindahan konveksi dengan sumber panas pada salah satu sudutnya.