BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Proses Perpindahan Panas Konveksi Alamiah dalam Peralatan Pengeringan
Prinsip dasar proses pengeringan adalah terjadinya pengurangan kadar air atau penguapan kadar air oleh udara karena perbedaan kandungan uap air antara udara
sekeliling dan bahan yang dikeringkan. Penguapan ini terjadi dikarenakan kandungan air di udara mempunyai kelembaman yang cukup rendah [7].
Pada saat proses pengeringan, akan berlangsung beberapa proses, yaitu: -
Proses perpindahan massa, proses perpindahan massa uap air atau pengalihan kelembaban dari permukaan bahan ke sekeliling udara.
- Proses perpindahan panas, akibat penambahan perpidahan energi panas
terjadilah proses penguapan air dari dalam bahan ke permukaan bahan atau proses perubahan fasa cair menjadi fasa uap.
Kedua proses tersebut diatas dilakukan dengan cara menurunkan kelembaban relatif udara dengan mengalirkan udara panas disekeliling bahan sehingga tekanan uap air
bahan lebih besar dari tekanan uap air di udara sekeliling bahan yang di keringkan. Perbedaan tekanan ini menyebabkan terjadinya aliran uap air dari bahan ke udara luar.
Untuk meningkatkan perbedaan tekanan udara antara permukaan bahan dengan udara sekelilingnya dapat dilakukan dengan memanaskan udara yang dihembuskan ke bahan.
Universitas Sumatera Utara
Makin panas udara yang dihembuskan mengeliling bahan, maka banyak pula uap air yang dapat di ditarik oleh udara panas pengering [2].
Energi panas yang berasal dari hasil pembakaran menyebabkan naiknya temperatur ruang pembakaran. Karena adanya perbedaan temperatur antara ruang pembakaran
dengan lemari pengering, maka terjadi perpindahan panas konveksi alamiah di dalam alat pengering. Udara panas didalam lemari pengering mempunyai densitas yang
lebih kecil dari udara panas di ruang pembakaran sehingga terjadi aliran udara [6]. Cara perpindahan panas konveksi erat kaitannya dengan gerakan atau aliran
fluida. Salah satu segi analisa yang paling penting adalah mengetahui apakah aliran fluida tersebut laminar atau turbulen. Dalam aliran laminar, aliran dari garis aliran
streamline bergerak dalam lapisan-lapisan, dengan masing-masing partikel fluida mengikuti lintasan yang lancar serta malar kontiniu. Partikel fluida tersebut tetap
pada urutan yang teratur tanpa saling mendahului. Sebagai kebalikan dari gerakan laminar, gerakan partikel fluida dalam aliran turbulen berbentuk zig-zag dan tidak
teratur. Kedua jenis aliran ini memberikan pengaruh yang besar terhadap perpindahan panas konveksi.
Bila suatu fluida mengalir secara laminar sepanjang suatu permukaan yang mempunyai suhu berbeda dengan suhu fluida, maka perpindahan panas terjadi dengan
konduksi molekular dalam fluida maupun bidang antara interface fluida dan permukaan. Sebaliknya dalam aliran turbulen, mekanisme konduksi diubah dan
dibantu oleh banyak sekali pusaran-pusaran eddies yang membawa gumpalan-
Universitas Sumatera Utara
gumpalan fluida melintasi garis aliran. Partikel-partikel ini berperan sebagai pembawa energi dan memindahkan energi dengan cara bercampur dengan partikel
fluida tersebut. Karena itu, kenaikan laju pencampuran atau turbulensi akan juga menaikkan laju perpindahan panas dengan cara konveksi [11].
Pengaruh aliran laminar dan turbulen telah diselidiki dalam konveksi alamiah, aliran laminar terjadi bila 10
4
Ra 10
9
, transisi dari aliran laminar ke turbulen terjadi pada Ra ~ 10
9
dan aliran turbulen terjadi bila 10
9
Ra 10
12
, bergantung pada sistem geometrik [12] dan [13].
Karakteristik perpindahan panas alamiah dapat dinyatakan dengan
menggunakan Angka Rayleigh dan Angka Nusselt [14].
Untuk menganalisa distribusi temperatur dan laju perpindahan panas pada Peralatan pengeringan, diperlukan neraca energi disamping analisis dinamika fluida
dan analisis lapisan batas yang terjadi. Setelah kita melakukan neraca energi terhadap sistem aliran itu, dan kita tentukan pengaruh aliran itu terhadap beda temperatur
dalam fluida maka distribusi temperatur dan laju perpindahan panas dari permukaan yang dipanaskan ke fluida yang ada diatasnya dapat diketahui [15].
Keseimbangan energi panas dapat di lihat dari rumusan berikut :
air air
in p
ud udout
Lh m
Q dT
C m
Q =
= =
2-1 Perpindahan panas konveksi dinyatakan dalam bentuk :
Q
konveksi
= hc. A. dT 2-2
Universitas Sumatera Utara
Pada sistem konveksi bebas dikenal suatu variabel tak berdimensi baru yang sangat penting dalam penyelesaian semua persoalan konveksi alami, yaitu angka
Grashof Gr yang peranannya sama dengan peranan angka Reynolds dalam sistem konveksi paksa, didefenisikan sebagai perbandingan antara gaya apung dengan
gaya viskositas di dalam sistem aliran konveksi alami [15] ;
Gr
f
=
2 3
. v
L g
ΔΤ β
2-3
Dimana koefisien muai volume β untuk gas ideal, β = 1T.
Koefisien perpindahan panas konveksi bebas rata-rata untuk berbagai situasi dapat dinyatakan dalam bentuk fungsi :
Nu
f
=
L k
h
c
.
= C Gr
f
Pr
f m
2-4 dimana subskrip
f menunjukkan bahwa semua sifat-sifat fisik harus dievaluasi pada suhu film,
2
w f
T T
T +
=
∞
2-5 Produk perkalian antara angka grashof dan angka Prandtl disebut angka Rayleigh :
Ra = Gr . Pr 2-6
2.2 Konveksi Bebas dan Aliran Fluida Pada Plat Miring
Kategori