Mekanisme Konveksi Kalor

 Salah satu metode berpindahnya kalor adalah dengan cara konveksi, yaitu perpindahan kalor disertai dengan adanya pergerakan fluida. Pergerakan fluida ini dapat terjadi  secara alami (konveksi alami) dan secara paksa (konveksi paksa). Pada konveksi alami, pergerakan fluida diakibatkan oleh gaya apung/buoyancy. Sedangkan pada konveksi paksa, pergerakan fluida terjadi dengan adanya perangkat penggerak fluida seperti kipas atau pompa., Untuk lebih jelasnya perhatikan ilustrasi berikut:

Ilustrasi Konveksi alami

Pada gambar terlihat ada sebuah silinder yang betemperatur tinggi yang diletakkan di temperatur ruang sehingga terjadi konveksi secara alami. Karena ada perbedaan temperatur antara permukan silinder dengan udara sekitarnya maka terjadilah perpindahan kalor. Udara yang berada di dekat dengan permukaan silinder akan lebih panas dibandingkan dengan udara yang jauh dari permukaan silinder. Udara yang lebih panas akan memuai akibatnya massa jenisnya menjadi lebih ringan. Gaya apung terjadi karena perbedaan massa jenis antara udara yang lebih panas dengan yang lebih dingin. Oleh karenanya udara yang berada di dekat permukaan silinder akan begerak ke atas dengan kecepatan rendah. Tempat yang ditinggalkan oleh udara panas ini digantikan oleh udara yang lebih dingin yang kemudian menjadi panas juga karena dekat dengan permukan silinder. Proses ini terus berlangsung selama ada perbedaan temperatur.

Ilustrasi konveksi paksa (sumber gambar: https://www.cradle-cfd.com/)

Pada kasus konveksi paksa, aliran fluidanya adalah karena gaya eksternal seperti kipas atau pompa. Seperti terlihat pada gambar di atas, sebuah kipas menyebabkan aliran udara di atas permukaan yang panas. Saat udara melewati permukaan panas tersebut maka terjadi perpindahan kalor dari permukaan ke udara. Akibatnya udara yang bersentuhan atau dekat dengan permukaan tersebut menjadi lebih panas. Kemudian udara panas itu terus terdorong searah dengan aliran udara yang disebabkan oleh kipas.

Perpindahan kalor secara konveksi memerlukan perhitungan yang rumit jika ditinjau secara analitik karena terlalu banyak variable yang berkaitan dengan mekanika fluida dan termal seperti viskositas, beda temperatur, panjang karakteristik, bentuk geomteri, dan lain-lain. Oleh karena itu, pendekatan empiris, yaitu perumusan berdasarkan hasil eksperimen, terkadang dirasa lebih praktis dalam perhitungannya.  

(Tri Ayodha Ajiwiguna)