2.4 Konveksi Paksa
Konveksi paksa merupakan konveksi yang diakibatkan oleh fluida yang terdapat pada permukaan pelat. Aliran fluida pada pelat dengan panjang L pada
suatu arah aliran seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.11
Laminar Turbulen
Xcr L
Ts T
∞ V
Gambar 2.11 Daerah batas laminar dan turbulen suatu aliran pada pelat
[3]
Koordinat x dihitung sepanjang permukaan pelat dari sisi terdepan pada arah aliran. Fluida mengenai permukaan pelat dalam arah x dengan kecepatan v dan
temperatur T ∞ yang seragam. Awalnya kecepatan bermula dengan batas aliran
laminar , tetapi jika pelat cukup panjang, aliran menjadi turbulen pada jarak x
cr
dari permukaan depan dimana bilangan Reynold memperoleh nilai kritis untuk daerah transisi.
Transisi dari aliran laminar ke turbulen bergantung pada geometri permukaan, kekasaran permukaan, kecepatan, temperatur permukaan, jenis fluida
dan lainnya yang menjadi karakter penentu bilangan Reynold. Bilangan Reynold pada jarak x dari sisi terdepan pelat datar dinyatakan sebagai
v Vx
Vx
x
= =
µ ρ
Re
2.12
Dicatat bahwa nilai bilangan Reynold bervariasi pada sebuah pelat datar sepanjang aliran. Untuk aliran transisi dari laminar ke turbulen diperoleh dengan
persamaan
5
10 5
Re x
Vx
cr cr
= =
µ ρ
2.13
20
Universitas Sumatera Utara
Nilai bilangan Reynold dari sebuah pelat datar bisanya bervariasi antara 10
5
hingga 3x10
6
, bergantung pada kekasaran permukaan. Bilangan Nusselt lokal pada lokasi x untuk aliran laminar sepanjang pelat
datar ditentukan dengan turunan persamaan energi yaitu
3 1
5 .
Pr Re
332 .
x x
x
k x
h Nu
= =
2.14
Sedangkan untuk aliran turbulen adalah
3 1
8 .
Pr Re
0296 .
x x
x
k x
h Nu
= =
2.15
Persamaan laminar digunakan apabila bilangan Re dibawah 5x10
5
dengan nilai Pr0.6. Hubungan antara koeffisien rata-rata perpindahan panas terhadap jenis
aliran dapat dilihat pada Gambar 2.12.
Laminar
Xcr Ts
Turbulen h
x
, laminar h rata-rata
h
x
, turbulen
Gambar 2.12 Grafik yang menunjukkan koeffisien perpindahan panas rata-rata untuk pelat datar dengan campuran antara aliran laminar dan turbulen
[3]
2.5 Konveksi Bebas