Gambar 3.3 Skema konveksi alami [3].
3.2.1 Pengetahuan Umum Konveksi
Konveksi terbagi menjadi dua jenis, yaitu konveksi alami dan konveksi paksa. Dimana konveksi alami adalah konveksi yang terjadi akibat pemaksaan oleh gaya
apung, dimana karena perbedaan massa jenis yang diakibatkan oleh variasi suhu pada fluida. Sedangkan konveksi paksa terjadi ketika aliran disebabkan oleh gaya dari luar,
seperti kipas, pompa, atau angin di atmosfer [3]. Laju perpindahan kalor suatu benda sebanding dengan beda temperatur antara
benda dengan fluida sekelilingnya. Dapat dirumuskan menjadi Q = h.A.T
o
- T
∞
. Dimana :
Q = laju perpindahan kalor W h = koefisien perpindahan panas Wm
2
K A = Luas permukaan objek m
2
T
o
= Temperatur permukaan objek K T
∞
= Temperatur lingkunganfluida K [4]. Laju perpindahan kalor Q merupakan besarnya perpindahan panas yang terjadi
terhadap suatu objek. Koefisien perpindahan panas h merupakan koefisien konveksi
80
aliran. Luas permukaan objek A adalah luas permukaan yang dikenakan perpindahan panas. Ada beberapa rumus luasan yaitu :
a. Pada plat datar A = P x L b. Pada silinder A
r
= 2πrL Gradien temperatur ∆T merupakan selisih temperatur antara temperatur objek dan
temperatur lingkunganfluida [5].
3.2.2 Tujuan Praktikum Konveksi Paksa
Tujuan dari praktikum ini adalah: 1.
Praktikan dapat menentukan koefisien perpindahan panas keseluruhan untuk variasi tertentu seperti laju alir, temperatur udara keluar dan temperatur dinding
pada pipa horizontal. 2.
Praktikan menemukan korelasi antara bilangan Reynolds untuk menentukan kecepatan laju alir dan bilangan Nusselt untuk mengetahui temperatur dinding
[1].
3.2.3 Rumus Perhitungan Konveksi Paksa
Rumusan konveksi paksa erat hubungannya dengan angka Reynolds Re, Prandtl Pr, Nusselt Nu. Ketiga bilangan ini membentuk persamaan:
Nu
d
= C . Re
d m
. Pr
n
Ket : Nu
d
=
Bilangan Nusselt Re
d
= Bilangan Reynold Pr
= Bilangan Prandtl n
= 0,4 Pemanasan 0,3 Pendinginan
Dimana C, m, dan n adalah konstanta yang harus ditentukan dari percobaan [6]. 1.
Bilangan Reynold Bilangan tak berdimensi yang mengukur rasio gaya inersia dari fluida dengan
viskositas. Digunakan untuk menentukan kriteria aliran laminar dan turbulen [5].
81
R e
d
= ρ μ
m
d μ
Ket: Re
d
= bilangan Reynold µ
m
= laju aliran udara ms ρ
= massa jenis kgm
3
d = diameter m
µ = viskositas fluida kgm.s
Batasan: - Aliran Laminar Re ≤ 2300
- Aliran Turbulen Re ≥ 2300 [1].
2. Bilangan Prandtl
Bilangan Prandtl merupakan bilangan yang digunakan sebagai perbandingan viskositas kinematik fluida terhadap difusivitas termal fluida.
Pr =
v a
=
c
p
.μ k
Dimana: v = viskositas kinematik
a = difusivitas termal m2s µ = viskositas dinamik kgm.s
Cp = koefisien panas gas kJkg.°C [6]. Untuk aliran dalam pipa, seperti halnya aliran melewati plat datar profil
kecepatan serupa dengan profil suhu untuk fluida yang mempunyai bilangan Prandtl satu.
3. Bilangan Nusselt
a. Aliran laminar berkembang penuh
Nu
d
= 1,86 ℜ
d
x Pr
1 3
D L
1 3
μ μ
w 1
3
Batasan Re
d
.Pr D
L 10
Ket: Nu
d
= bilangan Nusselt
82
µ = viskositas dinamik kgm.s µ
w
= viskositas dinding kgm.s D = diameter pipa m
L = panjang pipa m [6].
b. Aliran turbulen berkembang penuh
Berdasar Sneider Tate: Nu
d
= 0,027 ℜ
d 0,8
Pr
1 3
μ μ
w 0,14
Ket: Nu
d
= bilangan Nusselt µ = viskositas dinamik kgm.s
µ
w
= viskositas dinding kgm.s [1].
c. Aliran turbulen berkembang penuh pada tabung licin
Nu
d
= 0,023. Re
d 0,8
.Pr
n
Batasan : n = 0,4 Pemanasan
n = 0,3 Pendingin 0,6 Pr 100 untuk aliran turbulen yang tidak berkembang sepenuhnya
didalam tabung licin dan dengan beda suhu moderat antara dinding fluida [6].
4. Variabel perpindahan panas konveksi
Q=h . A
.∆T Keterangan :
� = Perpindahan Kalor joule
h = Koefisien Konveksi A = Luas Penampang m
2
T = Suhu kelvin
83
5. Koefisien Perpindahan Kalor
h= k
D N
ud
Wm
2
.
o
C
Dimana : h
= koefisien perpindahan kalor Wm
2
.°C K
= konduktivitas termal Wm.
o
C Nu
d
= Nusselt number [1].
6. Pemanas Heater
Q
heater
= h. 2π. r. L T
w
- T
b
Watt Ket:
Q = Banyaknya kalor Watt h = Koefisien perpindahan kalor Wm
2
.°C r
= Jari-jari m L
= Panjang Pipa m Tb = Temperatur udara keluar °C
Tw = Temperatur dinding °C [6].
7. Suhu LimbakSuhu Film
T
f
= T
w
+ T
b
2
Ket:
T
f
= Suhu film °C Untuk konsep suhu limbak bulk temperatur yaitu perpindahan kalor yang
melibatkan aliran dalam saluran tertutup, energi total yang ditambahkan dapat dinyatakan dengan beda suhu-limbak:
´ Q= ´m c
p
T
w
− T
b
Ket :
´ m
= massa per satuan waktu mkg c
p
= kalor jenis pada tekanan konstanJouleKg
o
C
84
T
w
= temperatur dinding C
T
b
= temperatur bulk C [6].
3.2.4 Aplikasi Konveksi Paksa
Kategori