Konveksi termasuk salah satu jenis mekanisme perpindahan kalor disamping konduksi dan radiasi. Tanpa sadar, pengaplikasian konveksi sudah ada dimana mana. Mulai dari industri automobil, elektronik, komponen rumah tangga dan masih banyak lagi.
Karena itu, penting bagi kalian untuk memahami apa yang dimaksud dengan konveksi dan bagaimana pengaruhnya dalam kehidupan kita sehari hari. Dengan demikian konveksi bisa lebih banyak membawa manfaat.
Artikel ini akan membahas secara singkat dan jelas konsep dasar tentang konveksi mulai dari apa itu konveksi, mekanisme, contoh fenomena, dan pemanfaatannya.
Apa Itu Konveksi?
Konveksi adalah suatu peristiwa perpindahan panas yang diikuti oleh medium zat perantaranya. Artinya, konveksi melibatkan pergerakan fluida sebagai zat perantara. Apabila fluida tersebut diam, maka bukan konveksi namanya. Fluida yang dimaksud mencakup gas ataupun cairan.
Contoh paling sederhana adalah proses perebusan air. Pada saat merebus air, air yang berada dekat dengan sumber panas di bagian penampang akan bergerak ke atas. Hal ini disebabkan oleh berkurangnya massa jenis air saat dipanaskan. Sementara air di atas yang memiliki suhu lebih rendah akan turun ke penampang. Hasilnya terlihat dengan adanya buih atau gejolak air dalam air tersebut.
Mekanisme Konveksi
Prinsip perpindahan panas via konveksi melibatkan pergerakan massa fluida. Untuk lebih detil nya, berikut proses bagaimana konveksi terjadi:
- Mekanisme dimulai dari proses perpindahan energi panas karena adanya perbedaan suhu. Secara mendasar, panas akan bergerak dari benda yang temperatur nya tinggi ke temperatur rendah.
- Konveksi ditandai dengan adanya fluida, maka dalam hal ini fluida akan memperoleh energi panas dan suhunya menjadi naik. Panas bisa berasal dari permukaan benda padat yang panas atau langsung dari sumber penghasil panas itu sendiri.
- Fluida bisa berubah udara, air, ammonia, nitrogen, helium dan cairan atau gas lainnya. Fluida yang dipanaskan akan memperoleh energi. Energi ini lantas membuat partikel fluida bergerak lebih cepat dan menyebar. Pergerakan inilah yang membuat partikel berkurang kepadatan nya.
- Partikel yang berkurang kepadatannya menjadi lebih ringan (massa jenis turun) sehingga bergerak naik ke atas karena adanya gaya Bouyancy. Dengan kata lain, partikel ini bergerak menuju ke tempat yang mempunyai suhu lebih rendah.
- Sementara itu, partikel fluida yang berada di atas memiliki suhu lebih rendah, kemudian turun mengisi bagian yang ditinggalkan partikel panas tadi. Bisa dikatakan kalau partikel yang memiliki suhu lebih rendah bergerak te tempat yang lebih panas. Singkatnya, kedua partikel ini bertukar tempat
- Siklus mekanisme ini akan terus terjadi sampai adanya kesetimbangan
- Perlu diperhatikan bahwa partikel fluida yang tersebar ketika dipanaskan akan mengisi ruang yang lebih luas.
Tipe Perpindahan Kalor Konveksi
Pada praktiknya, perpindahan panas secara konveksi ini terbagi menjadi 2 jenis, yakni konveksi alami (natural convection) dan konveksi paksa (forced convection). Konveksi paksa juga terbagi dua, konveksi internal dan eksternal. Tapi ini tidak akan kita bahas secara mendetail pada artikel ini.
1. Konveksi alami
Konveksi alami terjadi saat tidak ada gaya dorongan luar yang memaksa percepatan konveksi. Contohnya ketika kalian mendinginkan makanan di udara terbuka, panas pada makanan akan keluar dengan sendirinya.
Perpindahan panas akan terjadi dari makanan panas ke udara sekitar sampai suhu keduanya menjadi sama, itulah yang disebut dalam hukum fisika terkait kesetimbangan. Dengan konveksi alami, kalian tidak butuh usaha apapun untuk mendinginkan makanan, hanya saja waktu yang dibutuhkan akan relatif lama.
2. Konveksi paksa
Beda ceritanya kalau ingin agar makanan tersebut cepat panas, kalian biasanya akan meniup. Tiupan ini adalah contoh dari konveksi paksa. Konveksi paksa membutuhkan dorongan luar untuk mempercepat proses konveksi atau tujuan lainnya.
Untuk menguji pemahaman kalian, coba jawab pertanyaan simple ini.
Saat kalian meniup telur panas, jenis konveksi apa yang terjadi?
Kalau kalian menjawab konveksi paksa, berarti anda baru faham setengah. Jawaban yang benar adalah gabungan konveksi alami dan paksa. Meskipun efek konveksi alami tidak signifikan dibandingkan konveksi paksa, kalian tidak bisa menafikannya.
Contoh Aplikasi Konveksi
Di dalam keseharian, kalian mungkin sudah biasa menyaksikan sistem yang mengimplementasikan konveksi untuk tujuan tertentu, misalnya sistem pendingin mesin mobil yakni radiator. Hanya saja, kalian tidak sadar atau mungkin belum tahu aplikasi konveksi ini.
1. Kegiatan Rumah Tangga
Ada banyak kegiatan rumah tangga yang meliabtkan konveksi, mulai dari memasak air, memasukkan makanan ke oven, mendinginkan makanan di atas meja, melelehnya es dan masih banyak lagi tanpa kalian sadari.
Kegiatan seperti memasak air memanfaatkan konveksi agar air dingin bisa dipanaskan. Oven bekerja dengan membuat udara di dalamnya menjadi panas sehingga bisa ikut memanaskan masakan. Sebaliknya, kulkas menjadikan udara di dalamnya lebih dingin.
Peristiwa dingin nya makanan di atas meja karena panas dari makanan berpindah ke udara sekitar seperti yang sudah dijelaskan di atas. Begitu pula es yang meleleh, bisa terjadi karena panas yang ada di udara berpindah ke es sehingga menaikkan suhunya dan akhirnya meleleh. See?
2. Sebagai sistem pendingin kendaraan
Di luar fungsinya sebagai sumber tenaga kendaraan, mesin ternyata mempunyai output lainnya, salah satunya panas. Panas yang berlebihan bisa berakibat buruk buat mesin, mulai dari performa buruk sampai pada kerusakan yang lebih fatal. Karena itu, panas ini perlu didesain agar bisa keluar ke udara. Caranya?
Tentu dengan membuat sistem pendingin. Adanya perbedaan suhu antara mesin dan udara luar membuat panas berpindah via konduksi dan konveksi. Sayangnya, laju perpindahan panas akan sangat lambat jika hanya mengandalkan konveksi alami.
Di sinilah peranan konveksi paksa. Dalam sistem pendingin, ada beberapa komponen yang ditambahkan secara khusus untuk mendukung kinerja konveksi paksa sehingga bisa mengeluarkan lebih banyak panas. Salah satu sistem pendingin yang banyak dikenal adalah radiator.
Radiator bekerja dengan sistem konveksi dan konduksi. Sistem ini dapat memindahkan panas dari mesin melalui cairan ke tempat yang bersuhu lebih dingin.
Kemudian, uap maupun cairan panas yang masuk ke area dingin akan memadat dan dingin kembali. Dan cairan inilah yang bekerja dalam mendinginkan mesin setiap waktu.
Baca juga: Alat Ukur Massa Jenis (Densitas) Berdasarkan Jenis Zatnya
3. Pendingin komponen mini
Pernah dengan MCHS atau microchannel heat sink? Seperti namanya, MCHS adalah sistem pendingin yang ukuran nya sangat kecil, biasanya ada pada komponen yang berukuran mini. Sistem pendingin konvensional tidak dapat digunakan pada komponen berukuran kecil.
Pada MCHS, terdapat aliran fluida yang dipompa untuk mendukung kinerja perpindahan panas. Mekanismenya hampir sama dengan konveksi paksa internal, namun yang satu ini punya istilah sendiri, yaitu capacitive Resistance (Rcapa). Aliran fluida ini akan menyerap panas dan membawa nya keluar dari komponen.
4. Pergerakan Udara
Contoh nyatanya bisa kalian lihat dari sebuah balon udara. Balon udara dapat terbang karena adanya udara panas dalam balon. Seperti yang sudah dijelaskan, udara yang panas cenderung lebih ringan dan naik ke atas karena adanya gaya Bouyancy. Udara ringan yang terperangkap dalam balon mampu mengangkat beban berdasarkan kekuatan angkatnya.
Pada praktiknya, sebuah pemanas akan diletakkan di bawah balon. Hasil pemanasan membuat balon terus naik. Sebaliknya, ketika panas atau api ini dikecilkan, maka balon akan perlahan turun.
5. Contoh Konveksi dalam Meteorologi
Fenomena alam seperti cuaca juga tidak luput dari peristiwa konveksi. Salah satu contohnya adalah terbentuknya awan.
Terbentuknya awan bermula dari akumulasi udara hasil penguapan di permukaan bumi. Peristiwa ini dimulai dengan adanya udara yang cukup lembab di bawah. Udara tersebut dipanaskan oleh terik matahari dan kemudian menguap bergerak menuju ke langit.
Pada akhirnya, uap ini terperangkap dan membentuk awan. Dan bila penumpukan semakin besar, terjadilah badai.
Baca lebih lengkap: 11 Contoh Fenomena Peristiwa Konveksi
Kesimpulan
Sampai di sini, kalian sudah mempelajari definisi konveksi, mekanismenya, contoh peristiwa hingga pemanfaatan konveksi dalam kehidupan sehari hari. Semoga apa yang kami tulis bisa membawa manfaat. Kalau ada pertanyaan dan request, jangan segan segan untuk menulisnya di kolom komentar. Salam!
