008_konveksi paksa

Perpindahan Panas Konveksi

Pendahuluan• Perpindahan Kalor adalah ilmu yang

mempelajari transfer/perpindahan energi diantara benda yang disebabkan karena perbedaan temperatur

BAGAIMANA PANAS BISA DI TRANSFER?

Konduksi? Konveksi? Radiasi?

BAGAIMANA PANAS BISA DI TRANSFER?

MEKANISME PERPINDAHAN PANAS

1. Konduksi panas: Perpindahan panas tanpa disertai perpindahan materi (panas mengalir melalui material statis )

2. Konveksi panas: Perpindahan panas disertai perpindahan materi (panas mengalir melalui media yang bergerak atau terbawa oleh medium yang bergerak (fluida))

3. Radiasi panas: Perpindahan panas terpancar (panas berpindah melalui ruang dengan atau tanpa media)

Perpindahan Panas Konveksi

Adalah transport energi dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan, energi dan gerakan mencampur. Proses terjadi pada permukaan padat (lebih panas atau dingin) terhadap cairan atau gas (lebih dingin atau panas).

q = h A (∆T)

Dimana :q = Laju perpindahan panas konveksih = Koefisien perpindahan panas konveksi (w/m2 0C)A = Luas penampang (m2)∆T = Perubahan atau perbedaan suhu (0C; 0F)

Perpindahan Panas Konveksi

Contoh:Udara pada suhu 20 0C bertiup diatas plat panas 50 x 75

cm. Suhu plat dijaga tetap 250 0C. Koefisien perpindahan kalor konveksi adalah 25 W/m2 0C. Hitunglah perpindahan kalor.

PenyelesaianDari persamaan :

q = h A (Tw - T∞)

= (25)(0,50)(0,75)(250 – 20)

= 2,156 kW

Perpindahan Panas Konveksi

Konveksi

Laju pindah panas

Dimanah = Koefisien pindah panas konveksi

hAdTQ

MACAM KONVEKSI

Pindah panas konveksi paksa

Pindah panas konveksi alami

Proses Konveksi• Zat cair dan gas tidak dapat

menghantarkan panas dengan baik. Pemindahan panas lewat zat cair dan gas terutama terjadi karena konveksi, yaitu karena adanya perbedaan suhu ( Van Harten, 1983 : 97 ).

Proses Konveksi• Tahap Pertama

Sumber Panas

Permukaan Benda

Benda lain

Energi

Panas akan mengalir dengan cara konduksi yaitu dari sumber panas menuju permukaan benda, kemudian energinya berpindah ke benda lainnya sehingga menaikkan suhu dan energi di sekitarnya.

Proses Konveksi• Tahap KeduaTahap kedua, partikel-partikel bergerak dari daerah yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah. Udara kemudian akan bercampur dan memindahkan sebagian energinya kepada partikel fluida yang lain. Proses perpindahan panas secara konveksi dalam ruangan dapat dilihat pada gambar berikut :

PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA

Rumus Empiris untuk aliran dalam pipa/tabung

m, Cp

Aliran

1 2L

Tb1 Tb2

q

Besarnya perpindahan kalor yang terjadi pada suatu penampang/saluran yang berbentuk pipa/tabung dapat dinyatakan dengan beda suhu limbak (bulk temperature):

q = m.Cp(Tb2 – Tb1) = h.A(Tw – Tb)

m = ρ.Um.A

Untuk mengetahui apakah alirannya laminar atau turbulen maka dibutuhkan bilangan Reynold:

dUm.Re

PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA

Dimana :m = laju aliran fluida (kg/s)Cp = Panas jenis (kj/kg.0C)Tb = Suhu limbakTw = Suhu dindingUm = Kec. Rata-rata (m/s)μ = Kekentalan (kg/m.s)ρ = Kerapatan (kg/m3)

PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA

Untuk Aliran Turbulen :

Nud = 0,023.Re0,8. Prn = h.d/k..............pipa licin

kdh

ffN

n

w

bud

.)1(Pr)8/(7,1207,1

Pr.Re)8/(3/22/1

Untuk pipa licin dgn faktor gesek

Dimana:n = 0,11 jika Tw

>Tbn = 0,25 jika Tw

< Tb

PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA

Untuk Aliran Laminar:

14,03/13/1 )/()/(Pr).(Re86,1 wud LdN

Contoh:Tabung yang diameternya 2 cm mempunyai kekasaran relatif 0,001 berada pada suhu dinding tetap 90 0C. Air masuk kedalam tabung pada suhu 40 0C dan yang keluar adalah 60 0C. Jika kecepatan masuk ialah 3 m/s hitunglah panjang tabung yang diperlukan.

PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA

Jwb :q = m.Cp(Tb2 – Tb1) = h.A(Tw – Tb) = ρ.Um.A.Cp(60 - 40) = ρ.Um.πr2.Cp(60 – 40)Untuk mendapatkan harga ρ dan Cp kita gunakan tabel dan menggunakan rumus interpolasi : Dari temperatur limbak :Tb = (60 +40)/2 = 50 0CMaka : ρ = 990 kg/m3

Cp = 4181 j/kg

Maka :q = 990.3. π.(0,01)2.4181(60

– 40)q = 77982 W

PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA

PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA

Untuk permukaan tabung dengan kekasaran relatif, temperatur rata-ratanya:Tf = (90+50)/2 = 70 0Cρ = 980 kg/m3

k = 0,660 w/m0CPr = 2,62υ = 0,421x10-6m2/sμ = ρ.υ = 4,126x10-4 kg/m.sRe = 142.510………..Turbulen

Maka rumus yang digunakan :

kdh

ffN

n

w

bud

.)1(Pr)8/(7,1207,1

Pr.Re)8/(3/22/1

PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA

Dari diagram mody didapat harga f = 0,0215Maka f/8 = 0,002688n = 0,11 karna Tw > Tbμb = ρb.vb = 990.0,568x10-6 = 5,62x10-4 kg/m.sμw = ρw.vw = 967 . 0,33x10-6 m2/s = 3,19x10-4 kg/m.s

maka :

kdhxxNud.

19,31062,5

)162,2()002688,0(7,1207,162,2142510)002688,0(

11,0

4

4

3/22/1

Nud = 640 =h.d/kh = (640x0,66)/0,02 = 21120 w/m2 0C

PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA

PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA

Maka panjang tabung :

)5090(..77982

dhL

)5090(02,014,32112077982

xxL

L = 1,47 m

q = h.A(Tw – Tb)

q = h. Π.d.L(Tw – Tb) = 77982 w

PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA

Konveksi Paksa1. Sistem suplai air panas

Prinsip kerja : Air panas di dalam ketel naik ke bagian atas tangki penyimpan. Air dingin di dalam tangki utama kemudian turun menuju ke ketel untuk dipanaskan. Tangki utama dihubungkan ke suplai air dingin oleh katup yang dikendalikan oleh pelampung. Jika ketinggian air di dalam tangki utama berada di bawah ketinggian minimum tertentu, maka pelampung akan membuka katup suplai air. Pipa luapan berfungsi mengalirkan luapan air panas yang dihasilkan ke dalam tangki utama.

Sistem Suplay Air Panas

Lemari es• Prinsip kerja : Udara dingin pada kompartemen

pendingin bergerak ke bawah, dan tempatnya digantikan oleh udara hangat yang naik dari bagian bawah dan didinginkan oleh pipa-pipa pendingin. Pergerakan udara ini menghasilkan arus konveksi alamiah udara. Arus konveksi udara ini akan mendinginkan semua makanan yang disimpan di dalam lemari es.

Lemari es

SECARA SIMULTAN KONDUKSI DAN KONVEKSI PERPINDAHAN PANAS

• KOEFISIEN PERPINDAHAN PANAS MENYELURUH (OVERALL HEAT TRANSFER COEFFICIENT, U)

Adalah merupakan aliran panas menyeluruh sebagai hasil gabungan proses konduksi dan konveksi.

• Koefisien perpindahan pana menyeluruh dinyatakan dengan W/m2.oC (Btu/h.ft2.oF)

KOEFISIEN PERPINDAHAAN PANAS MENYELURUH PADA BIDANG DATAR

• Suatu bidang datar, salah satu sisinya terdapat fluida pana A dan sisi lainnya terdapat fluida B yang lebih dingin.

• Perpindahan panas menyeluruh dinyatakan dengan :

Selain itu

Sehingga koefisien perpindahan panas menyeluruh dapat dinyatakan dengan :

Untuk bidang datar yang disusun seri,

Sehingga koefisien perpindahan panas menyeluruh dapat dinyatakan dengan:

Koefisien perpindahan panas menyeluruh pada silinder

• Suatu silinder berongga terkena lingkungan konveksi di permukaan bagian dalam dan luar oleh fluida A dan fluida B. suhu kedua fluida, Ta dan Tb. Zat alir mengalir melalui pipa pada suhu TA. Perpindahan panas dari zat alir ke pipa secara konveksi diteruskan lewat pipa secara konduksi dan selanjutnya ke zat alir yang ada diluar pipa pada suhu TB secara konveksi

Perpindahan panas menyeluruh dari zat alir di dalam pipa ke zat a;ir diluar pipa adalah

Luas permukaan untuk perpindahan panas zat alir :• Di dalam pipa, A1 = 2πr1L• Di luar pipa, A2 = 2πr2LSehingga,

Koefisien perpindahan panas menyeluruh dapat didasarkan atas bidang dalam atau bidang luar tabung

Koefisien perpindahan pana menyeluruh pada bola

• Perpindahan panas menyeuruh dari zat alir didalam pipa ke zat alir diluar pipa adalah

Koefisien perpindahaan panas menyeluruh

• Bidang dalam

• Bidang luar

TERIMA KASIH