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