Karena memang temperatur tidak diketahui, maka temperatur yang digunakan pada persamaan adalah temperatur rata-rata, dan
dirumuskan dengan persamaan:
h q
T T
r s
′′ =
−
Dengan menggunakan persaman ini bilangan RaR
L
R dapat dihitung. Kemudian, bilangan Nu dapat dihitung dengan
menggunakan persaman yang diajukan oleh Churchill dan Chu 1975.
2 27
8 16
9 6
1
] Pr
437 ,
1 [
387 ,
825 ,
Nu
+
+ =
L
Ra
Meskipun semua parameter dapat dihitung tetapi permasalahannya tidak sederhana untuk diselesaikan. Perhatikan
persamaan 2.14 untuk menghitung beda temperatur harus diketahui koefisien konveksi rata-rata h. Sementara ini masih harus dihitung
pada persamaan 2.15. Oleh karena itu masalah ini harus diselesaikan dengan trial and error dengan menebak dulu nilai h, kemudian
dilanjutkan dengan menghitung beda temperatur. Beda temperatur ini akan digunakan menghitung RaR
L
R, dan akhirnya Nu dapat dihitung. Nilai h hasil tebakan harus dicek lagi dengan menggunakan nilai Nu
yang baru didapat. Jika tidak berbeda jauh atau bedanya dapat diterima, maka perhitungan bisa dihentikan. Tetapi jika tidak maka
perhitungan harus diulang lagi sampai hasilnya sama atau perbedaannya dapat diterima.
2.4.3.2 . Bidang miring
Bidang vertikal dapat dianggap sebagai bidang miring dengan kemiringan 90P
o
P. Dengan kata lain bidang miring adalah bidang vertikal yang sudut kemiringannya kurang dari 90P
o
P. Jika fakta ini dibawa ke kasus konveksi natural, maka semua persamaan pada bidang vertikal
dengan satu catatan kemiringannya harus diperhitungkan. Untuk lebih
Universitas Sumatera Utara
jelasnya sebuah plat yang panas dimiringkan dengan sudut kemiringan terhadap vertikal ditampilkan pada Gambar 2.1.
Gambar 2.2 Konveksi natural pada bidang miring Pada gambar dapat dilihat bahwa pada bidang miring dengan sudut
kemiringan terhadap vertikal, percepatan gravitasi dapat diproyeksikan
menjadi yang sejajar dengan bidang. Ini berarti bidang miring dapat
dianggap sebagai plat vertikal tetapi percepatan gravitasinya menjadi . Maka untuk bidang miring semua persamaan pada kasus bidang
vertikal dengan dan
konstan dapat digunakan. Tetapi gravitasi harus diganti menjadi
saat menghitung bilangan Ra.
Setelah menghitung bilangan Ra, maka semua persamaan untuk plat vertikal, persamaan 2.10 sampai dengan persamaan 2.15 dapat
digunakan. Kita tinggal memilih persamaan mana yang sesuai untuk kasus yang sedang dibahas.
2.4.3.3 . Bidang horizontal
Meskipun sampai bagian ini yang sudah dijelaskan adalah konveksi natural pada bidang vertikal dan bidang miring, bukan berarti pada bidang
horizontal tidak terjadi konveksi natural. Yang menjadi pertanyaan di sini
Universitas Sumatera Utara
adalah bagaimana mendefenisikan panjang perpindahan panas. Hal ini perlu dijelaskan karena percepatan gravitasi adalah tegak lurus terhadap
bidang horizontal. Pada kasus konveksi natural pada bidang horizontal panjang yang digunakan menghitung bilangan RaR
L
R adalah panjang karakteristik yang didefenisikan dengan persamaan:
Dimana menyatakan luas bidang horizontal dan
adalah kelilingya. Dengan menggunakan panjang karakteristik ini bilngan RaR
L
R dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.8. Pola konveksi
natural pada permukaan horizontal dapat dibagi dua. Masing-masing dijelaskan pada bagian berikut:
1. Permukaan atas yang panas atau permukan bawah yang dingin.
Pola ini ditunjukkan pada Gambar 2.2 Pada bagian kiri gambar tersebut bidang horizontal yang panas berada pada fluida yang lebih
dingin. Sebagai akibatnya fluida yang bersentuhan dengan permukaan akan lebih ringan karena lebih panas dan akan mengalir naik. Pada
bagian kiri digambarkan sebaliknya bidang horizontal yang dingin berada pada fluida yang lebih panas. Fluida yang bersentuhan dengan bidang
akan lebih dingin. Karena lebih dingin akan menjadi lebih berat dan akan mengalir turun.
Gambar 2.3 Konveksi natural pada bidang horizontal type a Persamaan bilangan Nu untuk kedua bagian gambar ini adalah
sama. Hanya arah alirannya saja yang berbeda. Persamaan menghitung
Universitas Sumatera Utara
bilangan Nu dapat digunakan persamaan yang diajukan oleh Llyod dan Moran 1974:
Untuk :
Untuk
2. Permukaan atas yang dingin atau permukaan bawah yang panas
Pola ditunjukkan pada Gambar 2.3 Pada bagian kiri gambar ditunjukkan bahwa fluida yang panas akan terdesak dari permukaan yang
panas dan mengalir ke sebelah luar. Untuk mengisi kekosongan akibat aliran ini maka fluida dibawahnya akan mengalir ke atas. Hal yang sama
tetapi dengan arah yang berbeda ditampilkan pada bagian kanan gambar tersebut.
Gambar 2.4 Konveksi natural pada bidang horizontal type b Persamaan menghitung bilangan Nu untuk kasus ini dapat
digunakan persamaan yang dituliskan pada buku Incropera 2006.
Persamaan ini berlaku untuk .
3. Konveksi natural pada ruang tertutup yang dipanasi dari sisi bawah.
Solar kolektor plat datar umumnya mempunyai penutup kaca yang fungsinya meneruskan sinar matahari tetapi mengurangi panas
terbuang ke lingkungan. Susunan absorber dengan penutup kaca ini akan
Universitas Sumatera Utara
membentuk ruang tertutup persegi yang miring dan didalamnya terjadi konveksi natural. Bilangan Nusselt Nu untuk kasus ini dapat dihitung
berdasarkan persamaan diajukan oleh Holland dkk 1976 dengan Ra
L
10
5
, yaitu [23]: �� = 1 + 1,44 �1 −
1708 ��
�
�
+
+ �
��
� 13
18
− 1�
+
Dimana, Nu
L
= Bilangan Nusselt Ra
L
= Bilangan Rayleigh
Gambar 2.5 Konveksi natural pada ruang tertutup
Universitas Sumatera Utara
BAB III METODOLOGI
3.1.Objek
Dalam skripsi ini yang menjadi objek perancangan adalah Insulation Material pada elemen pemanas dari mixer, dimana penulis menggunakan
Rockwoll dan pelat aluminiumsebagai insulation materialnya. Pengaruh rockwool terhadap panas yang diserapnya dari elemen pemanas, kehilangan panas,
keuntungan dan kerugian rockwool dapat di lihat dalam skripsi ini.
3.2.Metode Perancangan
Dalam karyanyaDiscourse On Methoda, Descartes, A. Rene. 2007 dikemukakanprinsip metodologi yaitu menjelaskan kaidah-kaidah pokok tentang
metode yang akan dipergunakan dalam aktivitas ilmiah maupun penelitian. Menurut Julesayer, B. Alred. 2007 dalam karyanya yang berjudul Language,
Truth and Logic yang terkait dengan prinsip metodologi adalah prinsip verifikasi.
Adapun metode perancangan yang dilakukan penulis adalah metode studi kasus berdasarkan survey di lapangan.Survey dilakukan untuk mengetahui
bagaimana mesin mixer beroperasi dan pengumpulan data survey, kemudian dianalisa dan dihitung setiap bagian-bagian alat mesin mixer, serta dilakukan
pengujian langsung dengan menggunakan bahan thermoplastic. Selanjutnya dilakukan studi literatur agar perancangan yang dilakukan memiliki pedoman
yang kuat.
Universitas Sumatera Utara
