Perpindahan kalor konveksi Perpindahan kalor konveksi dan alat penukar kalordan alat penukar kalor

Prinsip-pinsip perpindahan kalor konveksi • Pada pembicaraan yang lalu perpindahan kalor

konveksi hanya sejauh masalah yang berhub dg perpind kalor konduksi.

• Pembicaraan lebih jauh mengenai metode per-hitungan perpind kalor konveksi, cara menen-tukan nilai koef perpind kalor konveksi (h).

• Ada analisa dinamika fluida, masalah perpind kalor konveksi memerlukan neraca energi atau prinsip kekekalan energi.

• Pembahasan masalah perpind kalor konveksi bersifat analitik dan dibatasi pada perpindahan kalor konveksi paksa.

Koef perpind. kalor konveksi (h) ditentukan:

a. sifat fluida: konduktivitas termal, panas jenis, densitas, viskositas

b. jenis aliran fluida: laminer, turbulen

c. geometri: plat datar, silinder, bola

Perpindahan kalor konveksi:

Q = h . As . (∆T)

Aliran fluida

• aliran laminer fluida bergerak menurut lapisan-lapisan tertentu dan tiap partikel mengikuti lintasan yang kontinyu. Tidak terjadi penyimpangan diantara garis aliran.

• aliran turbulen tiap-tiap partikel fluida bergerak tidak teratur, dengan mengakibatkan pertukaran momentum dari satu bagian fluida ke bagian yang lain. Turbulensi membangkitkan tegangan geser yang lebih besar di seluruh fluida & mengakibatkan kerugian.

Persamaan kontinuitas

Q = A . Um

dengan:Q = volume flow rate (laju aliran), m3/dt A = luas penampang aliran, m2

Um = kecepatan rerata aliran, m/dt

.xU

μ

.xUρ.Rex

.LU

μ

.LUρ.ReL

1. Pada aliran melintas di atas plat datar

Re < 5 x 105, adalah jenis aliran laminer

Re > 1 x 106, adalah jenis aliran turbulen

Bilangan Reynold

dan

2. Untuk aliran melintas silinder dan bola

.dUμ

.dUρ.dRe

3. Untuk aliran di dalam pipa

.dUm.dUmρ.dRe

. d .

m . 4d

Re

. d .Q . 4

dRe

Red < 2000, laminerRed > 4000, turbulen

Saluran bukan penampang lingkaran Utk penampang segiempat atau bentuk lain, pada saluran udara, pada penukar kalor dsb.

Pw4.A

dhdh = diameter hidraulik A = luasan penampang saluranPw = keliling basah

)bh(2

h.b.4dh

segiempat b = lbr dan h = tinggi,

A = h . b dan Pw = 2 ( h + b )

ar12.h

dh

ar = h/b, utk ar = 1, dh = h. 1/3 < ar < 3

hh .dUm.dUmρ.

dReRed < 2000 laminerRed > 4000 turbulen

Bilangan Nusselt (Nu)

k.x h

x Nu k.L h

L Nu

1. Pada aliran melintas plat datar,

dan

2. Untuk aliran melintas silinder dan aliran dalam pipa

k.d h

d Nu

x = jarak dari tepi depanL = panjang platd = diameter dalam pipa, mh = koefisien perpindahan kalor konveksi, W/m2.Kk = koefisien perpindahan kalor konduksi, W/m.K

Bilangan Prandlt (Pr)Bil. Prandlt merupakan parameter yang menghubungkan ketebalan relatif antara lapis batas hidrodinamik dan lapis batas termal. Bil. Prandlt juga merupakan perbandingan antara difusi momentum dan diffusivitas kalor di dalam fluida.

Bilangan Peclet (Pe)Bil Peclet adalah parameter bebas perpindahan kalor tanpa satuan.

Pe = Red . Pr

Penggunaan rumus-rumus empiris

Permasalahan perpind kalor konveksi tidak selalu dapat diselesaikan dengan cara analitik, shg sering terpaksa menggunakan cara-cara eksperimental untuk mendapatkan data.

Data-data eksperimental biasanya dinyatakan dalam bentuk rumus empiris. Rumus empiris terhadap soal yang serupa digunakan sebagai korelasi data untuk penyelesaiannya.

Untuk menganalisis perpindahan kalor konveksi dikelompokkan terhadap geometri dan jenis aliran fluida

Aliran melintas di atas plat datar

RexPr0,332Nux1/21/3

RexPr0,453Nux1/21/3

k x. h

Nux

laminer ( Re < 5 x 105 ) turbulen ( Re > 1 x 106 )

kL . h

NuL

1. Untuk aliran laminer ( Re < 5 x 105 )

Untuk plat yang dipanaskan seluruhnya,

Bila fluk kalor tetap:

RexPr0,664 1/21/3 k

L . hNuL

Nilai koefisien perpindahan kalor rerata ;

Catatan: sifat pd Tf dan suhu dinding dijaga tetap

) - ( 850Re0,037 LPrNuL0,8

31

μw

μ9200Re ( LPr 0,036NuL

4/1

) - 0,80,43

2. Untuk aliran turbulen ( Re > 1 x 106 ) Untuk plat yang dipanaskan seluruhnya, oleh Nusselt

dengan ketentuan:0,6 < Pr < 60 5 x 105 < Re < 108

Sedangkan Whitaker menyatakan bahwa:

dengan ketentuan:sifat fluida dievaluasi pada suhu film Tf kecuali dan w

0,7 < Pr < 380

105 < Re < 5,5 x 106