BAB IIPENGUJIAN KONVEKSI

2.1 PENDAHULUANPada peristiwa perpindahan panas secara konveksi, perpindahan panas terjadi karena terbawa aliran fluida. Secara termodinamika, konveksi dinyatakan sebagai aliran entalpi, bukan aliran panas. [1]

Gambar 2.1 Skema Perpindahan Panas Konveksi [2] Pengelompokan aliran pada perpindahan konveksi berdasarkan dari bilangan reynolds. Jenis aliran ada 2 yaitu aliran laminar dan aliran turbulen. Aliran laminar dimana bilangan Reynold 2300 dan aliran turbulen jika bilangan Reynold 2300.Perpindahan panas secara konveksi penting hal ini karena banyaknya penggunaan perpindahan panas konveksi dalam kehindupan sehari-hari pada ricecooker. Pemanasan beras memanfaatkan perpindahan panas secara konveksi. Selain itu dalam dunia industri juga penggunaan perpindahan panas secara konveksi dipergunakan pada tungku-tungku pabrik.

2.2 DASAR TEORIPenyelesaian soal-soal perpindahan kalor secara kuantitatif biasanya didasarkan pada neraca energi dan perkiraan laju perpindahan kalor. Perpindahan panas akan terjadi apabila ada perbedaan temperatur antara dua bagian benda. Panas akan berpindah dari temperatur tinggi ke temperatur yang lebih rendah. Panas dapat berpindah dengan tiga cara, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Panas akan berpindah secara estafet dari suatu partikel ke partikel yang lainnya dalam medium tersebut. Pada peristiwa konveksi, perpindahan panas terjadi karena terbawa aliran fluida. Secara termodinamika, konveksi dinyatakan sebagai aliran entalpi, bukan aliran panas. [1] 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]Berikut skema dari konveksi paksa dan konveksi alami.

Gambar 2.2 Skema konveksi paksa [3]

Gambar 2.3 Skema konveksi alami [3]2.1.1 Pengetahuan Umum KonveksiKonveksi bisa diartikan sebagai perpindahan kalor melalui zat penghantar yang disertai dengan perpindahan bagian-bagian zat itu. Konveksi juga bisa diartikan sebagai perpindahan kalor pada suatu zat yang disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Konveksi sendiri terjadi karena adanya perbedaan massa jenis zat. Konveksi dibagi menjadi dua macam, yaitu konveksi paksa dan konveksi alami.2.2.1.1Konveksi Paksa Konveksi paksa merupakan suatu kejadian dimana aliran panas dipaksa dialirkan ke tempat yang dituju dengan bantuan alat tertentu. Dengan kata lain konveksi paksa mendapatkan gaya dari luar untuk perpindahannya. Contohnya misal dengan kipas atau blower. Pada gambar 2.1 dijelaskan bahwa konveksi paksa terjadi karena bantuan dari blower/kipas.

Gambar 2.4 Mekanisme konveksi paksa.[4]2.2.1.2Konveksi Alami Sedangkan konveksi alami merupakan pergerakan fluida yang terjadi akibat perbedaan massa jenis, perpindahan dikarenakan perbedaan kerapatan. Dengan kata lain konveksi alami terjadi karena murni dari pergerakan fluidanya sendiri tanpa mendapatkan gaya dari luar, seperti blower atau kipas. Pada gambar 2.4 dijelaskan bahwa konveksi alami terjadi tanpa mendapat gaya dari luar.

Gambar 2.5 Mekanisme konveksi alami.[4]Dan laju perpindahan kalor secara konveksi bergantung pada luas permukaan benda yang bersentuhan dan beda suhu antara benda dengan fluida.[4].2.2.2 Tujuan Praktikum KonveksiTujuan dari praktikum konveksi adalah praktikan diharapkan mampu:1. Mencari nilai 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]2.2.3 Rumus Perhitungan KonveksiRumusan perpindahan panas secara konveksi erat hubungannya dengan angka Reynolds (Re), Prandtl (Pr), Nusselt (Nu). Bilangan Reynolds dapat menggambarkan apakah aliran tersebut laminar atau turbulen, sedangkan bilangan Prandtl menunjukkan karakteristik termal fluida, dan bilangan Nusselt menggambarkan karakteristik proses perpindahan panas. Dari semua itu dikaitkan dalam menentukan nilai koefisien perpindahan panas (h) dengan macam-macam variasinya. Untuk lebih jelasnya dibahas pada sub bab 2.2.3.1 sampai 2.2.3.3.2.2.3.1 Bilangan Reynolds Bilangan reynolds mempunyai rumus sebagai berikut :

Dimana :Um :Laju aliran udara (m/s) :densitas (kg/m)D : diameter pipaRe : angka Reynold : suhu fluida[5]

Dari rumus diatas dapat dilihat bahwa bilangan Reynolds didapat dari perbandingan gaya inersia dengan gaya viscous sistem aliran fluida. Dengan bilangan Reynolds kita dapat mengetahui apakah aliran fluida tersebut laminar atau turbulen dengan melihat batasan berikut Re 2300 Aliran laminar Re 2300 Aliran turbulen

Gambar 2.6 Struktur aliran perpindahan panas secara konveksi.[5]2.2.3.2 Bilangan PrandtlBilangan prandtl merupakan bilangan yang digunakan sebagai perbandingan viskositas kinematik fluida terhadap difusivitas termal fluida

Pr = = Dimana :Pr : angka Prandtlk : Konduktivitas termalCp : kalor spesifik pada tekanan konstan : suhu fluida[5] Untuk aliran dalam pipa, seperti halnya aliran melewati plat datar profil kecepatan serupa dengan profil suhu untuk fluida yang mempunyai bilangan Prandtl satu.2.2.3.3 Bilangan NusseltMerupakan bilangan yang digunakan untuk menentukan distribusi suhu permukaan atau plat.

Nud = Dimana :Nu: angka Nusselth : koefisien perpindahan kalork : konduktivitas termal [5]Nusslet akan membentuk sebuah persamaan baru apabila digabungkan dengan bilangan Reynold dan Pradtl. Persamaannya yaitu :

Dimana :Nu: angka NusseltRe: angka ReynoldPr: angka PrandtlC: koefisien perpindahan panas. [5]Dimana C, m, dan n adalah konstanta yang harus ditentukan dari percobaan.

Selain bilangan Reynold dan Prandtl factor lain yang mempengaruhi kondisi perpindahan panas dengan cara konveksi paksa adalah ukuran lubang masuk. Bila salurannya pendek (< 50 ) maka pengaruh lubang masuk menjadi lebih penting. Bila fluida memasuki suatu saluran dengan kecepatan seragam maka fluida yang langsung berbatasan dengan dindingnya akan langsung berhenti bergerak. Jika turbulensi aliran fluida yang masuk besar maka lapisan batas tersebut akan cepat menjadi turbulen. Baik itu lapisan batas turbulen ataupun laminar,tebalnya akan meningkat sampai lapisan batas itu memenuhi seluruh saluran. Aliran Laminar berkembang penuh

Nud = 1,86(Red x Pr) 1/3 1/30,14Dimana : Nu: angka NusseltRe : angka Reynold Pr : angka Prandtl D : diameter pipa L: panjang pipa : suhu fluida

w : suhu dinding

Batasan Red.Pr > 10 [5] Aliran Turbulen berkembang penuh

Dimana : Nu : angka NusseltRe: angka Reynold

: suhu fluida

w : suhu dinding [5]Untuk aliran turbulen yang sudah jadi atau berkembang penuh (fully developed turbulent flow) dalam tabung licin, digunakan persamaan berikut :

Batasan n = 0,4 pemanasn = 0,3 pendingin0,6 < Pr < 100 [5]

Koefisien Perpindahan Kalor

(W/m2.oC)Dimana :Nu: angka Nusselth : koefisien perpindahan kalorD : diameter pipaK: konduktivitas termal [5] Pemanas HeaterQheater = h. 2. r. L ( Tw- Tb ) (Watt)Dimana :h : koefisien perpindahan kalorTw : suhu dindingTb : suhu fluidaL : panjangr : jari-jari [5]

Perpindahan Panas TotalDimana :Q : Laju perpindahan panas total m : Massa (kg)Cp : Panas Spesifik (KJ/kg. K)Tw : Suhu dinding (K)Tb : suhu fluida [5] Suhu Limbak / Suhu Film

Dimana :Tf : suhu limbakTw: suhu dindingTb : suhu fluida [5]2.2.4 Aplikasi Konveksi2.2.4.1 Aplikasi Dalam Kehidupan Sehari-hariMenanak nasi dengan ricecooker merupakan salah satu contoh aplikasi konveksi dalam kehidupan sehari-hari, terjadi akibat adanya pemanasan nasi yang di ikuti dengan perpindahan partikel-partikel lainnya.[6]

Gambar 2.7 Skema cara kerja ricecooker [6]

2.2.4.2. Aplikasi Dalam Dunia IndustriPembuatan cerobong asap pada tungku-tungku pabrik merupakan salah satu contoh aplikasi dari konveksi dalam dunia industri. Hal ini terjadi akibat ketika dalam pembuatan cerobong asap pada tungku-tungku memberikan panas yang kemudian berpindah ke material cerobong asap dengan di ikuti perpindahan partikel-partikel lainnya. [6]

Gambar 2.8 Skema pembuatan cerobong asap [6]2.2.3 Alat dan Prosedur PengujianPada saat melaksanakan praktikum pengujian konveksi ada beberapa alat praktikum yang digunakan dan prosedur yang digunakan dalam melaksanakan pengujian tersebut. Alat apa saja yang digunakan dijelaskan pada subab 2.2.5.1 dan prosedur pengujian akan dijelaskan pada sub bab 2.2.5.22.2.5.1 Bagian Bagian Alat Beserta FungsinyaPipa B+Kain asbestos+gips

Display termo kopelHeaterBlowerPipa A

Gambar 2.9 Skema dan alat pengujian konveksi [7]1. Dioda WeatstoneBerfungsi untuk menyearahkan arus listrik

Gambar 2.10 Dioda weatstone [7]2. AnemometerBerfungsi untuk mengukur kecepatan aliran udara (fluida)pada waktu awal dan suhu fluida keluar

Gambar 2.11 Anemometer [7]

3. Watt meter Berfungsi untuk mengukur daya yang masuk.

Gambar 2.12 Watt meter [7]4. AsbestosBerfungsi sebagai peredam panas yang akan merambat keluar melalui celah sambungan pipa

Gambar 2.13 Asbestos [7]5. Gips Berfungsi sebagai isolator supaya panas dari pipa horizontal tidak keluar ke lingkungan

Gambar 2.14 Gips [7]

6. Kawat FilamenBerfungsi untuk mendistribusikan panas ke pipa konveksi

Gambar 2.15 Kawat filamen [7]7. Regulator Berfungsi untuk mengatur daya yang dikeluarkan

Gambar 2.16 Regulator [7]

8. Pipa KonveksiBerfungsi untuk arah aliran fluida (udara).

Gambar 2.17 Pipa konveksi [7]

9. Thermo displayBerfungsi untuk menampilkan suhu terukur pada pipa konveksi(pada 4 titik).

Gambar 2.18 Thermo display [7]

10. BlowerBerfungsi untuk memberi hembusan (penghembus) udara ke pipa konveksi.

Gambar 2.19 Blower [7]11. TermokopelBerfungsi untuk mengukur suhu pada pipa konveksi (pada 4 titik).

Gambar 2.20 Termokopel (Fine Thermocouple) [7]

12. StopwatchBerfungsi mengukur waktu sampai terjadi kondisi steady state.

Gambar 2.21 Stopwatch [7]2.2.5.2 Prosedur PengujianProsedur pengujian praktikum konveksi paksa aliran udara pipa horizontal adalah:1. Menyambungkan alat-alat ke sumber listrik.2. Mengatur daya keluaran dengan regulator sebesar 60 watt yang terukur pada watt meter3. Mencatat suhu dinding awal pada thermo display dan suhu keluaran awal dengan anemometer.4. Mencatat perubahan/kenaikan suhu dinding dan suhu keluaran setiap 30 detik hingga mencapai steady state (saat suhu dinding dan suhu keluaran tetap sama selama 5 kali pengambilan)5. Setelah mencapai steady state, nyalakan blower untuk pengambilan data penurunan suhu dan memulai proses pengujian konveksi paksa.6. Mencatat suhu dinding awal, suhu keluaran awal, dan kecepatan awal aliran7. Mencatat perubahan suhu dinding, suhu keluaran, dan kecepatan aliran setiap 30 detik hingga mencapai steady state sebanyak 5 kali.8. Setelah mencapai steady state, pencatatan dihentikan.9. Mematikan blower. [1]2.3 DATA PERHITUNGAN DAN ANALISA2.3.3 Data Hasil PraktikumTabel 2.1 Perubahan Temperatur (Konveksi Alami)NoWaktu (detik)Suhu DindingSuhu Udara Keluar

T1T2T3T4Trata-rata

T5

102930312829.5028.5

2303030312829.7528.6

3603031322930.5028.7

4903132332931.2528.8

51203132332931.2528.8

61503233333032.0028.8

71803233343032.2528.9

82103333353032.7528.9

92403333353133.0029

102703334353133.2529

113003334363133.5029

123303434363133.7529

133603435363134.0029.1

143903435363134.0029.1

154203435373234.5029.1

164503536373235.0029.2

174803536383235.2529.2

185103536383235.2529.2

195403536383235.2529.2

205703636383235.5029.2

216003636383235.5029.2

226303636383235.5029.2

236603636383235.5029.2

246903637393336.2529.2

257203637393336.2529.2

267503637393336.2529.2

277803637393336.2529.2

288103637393336.2529.2

298403637393336.2529.2

308703738403337.0029.5

319003738403337.0029.5

329303738403337.0029.5

339603738403437.2529.5

349903739403437.5029.5

3510203839413438.0029.5

3610503839413438.0029.5

3710803839413438.0029.5

3811103839413438.0029.5

3911403839413438.0029.5

4011703839413438.0029.5

Tabel 2.2 Perubahan Temperatur (Konveksi Paksa)NoWaktu (detik)Suhu DindingSuhu Udara KeluarKecepatan

T1T2T3T4Trata-rata

T5

103840413438.25301

2303839413538.2530.10.9

3603839413538.2530.20.7

4903839413538.2530.20.9

51203739413538.00301.1

61503739413538.0030.71.5

71803739413538.00311.2

82103739413538.00311.4

92403739413538.00311.5

102703739413538.0031.31.2

113003739413538.0031.41.5

123303739413538.0031.31.5

133603739413538.0031.51.7

143903739413538.0031.51.7

154203739413538.0031.61.7

164503739423638.5031.81.7

174803739423638.5031.81.6

185103739423638.5031.81.7

195403739423638.5031.81.7

205703739423638.5031.81.7

216003739423638.5031.81.8

226303739423638.5031.81.8

236603740423638.7531.81.8

246903740423638.7531.91.8

257203740423638.75321.8

267503740423638.75321.7

277803740423638.75321.7

288103740423638.75321.7

298403740423638.75321.7

308703740423638.75321.7

2.3.2 Perhitungan Ralat2.3.2.1 Sampel perhitungan dari tabel data kenaikan suhu (konveksi alami), diketahui:Tabel 2.3 Sampel Data Konveksi Alami Pada t = 0 detikTnT (Suhu) C(Tn-)2

T1290.25

T2300.25

T3312.25

T4282.25

Trata-rataT = 29.5 = 5

Galat (eror)

T = 0.645

Nilai T sesungguhnnya = (T T) = (29.5 0.645) oC

Ralat Nisbi =

= = 2.186 %

Keseksamaan=

= = 97.81 %

Tabel 2.4 Hasil Perhitungan Ralat Perubahan Temperatur (Konveksi Alami)

NoWaktu (detik)Galat (%)TRalat Nisbi (%)Keseksamaan (%)

T1T2T3T4

101.691.695.085.080.6452.18897.81

2300.840.844.205.880.6292.11597.89

3601.641.644.924.920.6452.11697.88

4900.802.405.607.200.8542.73397.27

51200.802.405.607.200.8542.73397.27

61500.003.133.136.250.7072.21097.79

71800.782.335.436.980.8542.64897.35

82100.760.766.878.401.0313.14796.85

92400.000.006.066.060.8162.47497.53

102700.752.265.266.770.8542.56897.43

113001.491.497.467.461.0413.10796.89

123300.740.746.678.151.0313.05496.95

133600.002.945.888.821.0803.17796.82

143900.002.945.888.821.0803.17796.82

154200.002.948.825.881.0413.01796.98

164500.002.865.718.571.0803.08696.91

174800.712.137.809.221.2503.54696.45

185100.712.137.809.221.2503.54696.45

195400.712.137.809.221.2503.54696.45

205701.411.417.049.861.2583.54596.46

216001.411.417.049.861.2583.54596.46

226301.411.417.049.861.2583.54596.46

236601.411.417.049.861.2583.54596.46

246900.692.077.598.971.2503.44896.55

257200.692.077.598.971.2503.44896.55

267500.692.077.598.971.2503.44896.55

277800.692.077.598.971.2503.44896.55

288100.692.077.598.971.2503.44896.55

298400.692.077.598.971.2503.44896.55

308700.002.708.1110.811.4723.97896.02

319000.002.708.1110.811.4723.97896.02

329300.002.708.1110.811.4723.97896.02

339600.672.017.388.721.2503.35696.64

349901.334.006.679.331.3233.52896.47

3510200.002.637.8910.531.4723.87496.13

3610500.002.637.8910.531.4723.87496.13

3710800.002.637.8910.531.4723.87496.13

3811100.002.637.8910.531.4723.87496.13

3911400.002.637.8910.531.4723.87496.13

4011700.002.637.8910.531.4723.87496.13

2.3.2.2 Sampel perhitungan dari tabel data kenaikan suhu (konveksi paksa) pada sampel 1 dan detik ke-0Tabel 2.5 Sampel Data Konveksi Alami Pada t = 0 detikTnT (Suhu) C(Tn-)2

T1380.06

T2403.06

T3417.56

T43418.06

Trata-rataT = 38.25 = 28.75

Galat (eror)

T = 1.55

Nilai T sesungguhnnya = (T T) = (38.25 1.55) oC

Ralat Nisbi =

= = 4.05 %

Keseksamaan=

= = 95.95 %

Tabel 2.6 Hasil Perhitungan Ralat Perubahan Temperatur (Konveksi Paksa)

NoWaktu (detik)Galat (%)TRalat Nisbi (%)Keseksamaan (%)

T1T2T3T4

100.654.587.1911.111.554.0595.95

2300.651.967.198.501.253.2796.73

3600.651.967.198.501.253.2796.73

4900.651.967.198.501.253.2796.73

51202.632.637.897.891.293.4096.60

61502.632.637.897.891.293.4096.60

71802.632.637.897.891.293.4096.60

82102.632.637.897.891.293.4096.60

92402.632.637.897.891.293.4096.60

102702.632.637.897.891.293.4096.60

113002.632.637.897.891.293.4096.60

123302.632.637.897.891.293.4096.60

133602.632.637.897.891.293.4096.60

143902.632.637.897.891.293.4096.60

154202.632.637.897.891.293.4096.60

164503.901.309.096.491.323.4496.56

174803.901.309.096.491.323.4496.56

185103.901.309.096.491.323.4496.56

195403.901.309.096.491.323.4496.56

205703.901.309.096.491.323.4496.56

216003.901.309.096.491.323.4496.56

226303.901.309.096.491.323.4496.56

236604.523.238.397.101.383.5596.45

246904.523.238.397.101.383.5596.45

257204.523.238.397.101.383.5596.45

267504.523.238.397.101.383.5596.45

277804.523.238.397.101.383.5596.45

288104.523.238.397.101.383.5596.45

298404.523.238.397.101.383.5596.45

308704.523.238.397.101.383.5596.45

2.3.3 Perhitungan Data Hasil Praktikum2.3.3.1 Contoh Perhitungan Konveksi Alami (Tabel 2.1)Um= 0.1 m/s(Laju aliran udara)L = 175 cm = 1,75 m (Panjang pipa)DI= 5,6 cm= 0,056 m (Diameter dalam pipa)Tb=Suhu fluidaTw=Suhu dindingDiperoleh dari tabel 2.1 pada no. 1Tw = Trata-rata = 29.5 oC = 302.5 KTb = T udara keluar = 28.5oC = 301.5 Ka. Suhu Limbak / Suhu Film

302 KDengan melihat tabel A-5 (holman) dan melakukan interpolasi didapat: = 1,17022 kg/m3Tabel 2.7 Interpolasi temperatur dengan densitasT

3001,1774

302X

3500,998

Cara melakukan interpolasi:

1,17022 kg/m3Dengan cara yang sama maka diperoleh data sebagai berikut:k = 0,0263 W/moC = 1,8553 x 10-5 kg/m.sw = 1,8576 x 10-5 kg/m.sPr = 0,70756b. Angka Reynold

353.21Bilangan Reynold 2300 maka alirannya laminarc. Angka Nusselt

Dimana

d. Koefisien perpindahan kalor konveksi

W/m2 oCe. Panas heater

Contoh Perhitungan Konveksi Paksa (Tabel 2.2)Um= 1 m/s(Laju aliran udara)L = 175 cm = 1,75 m (Panjang pipa)DI= 5,6 cm= 0,056 m (Diameter dalam pipa)Tb=Suhu fluidaTw=Suhu dindingDiperoleh dari tabel 2.1 pada no. 1Tw = Trata-rata = 38.25 oC = 311.25 KTb = T udara keluar = 30oC = 303 Kf. Suhu Limbak / Suhu Film

307.125 KDengan melihat tabel A-5 (holman) dan melakukan interpolasi didapat: = 1.15183 kg/m3Tabel 2.8 Interpolasi temperatur dengan densitasT

3001,1774

307.125X

3500,998

Cara melakukan interpolasi:

1,15183 kg/m3Dengan cara yang sama maka diperoleh data sebagai berikut:k = 0,02678 W/moC = 1,8788 x 10-5 kg/m.sw = 1,8976 x 10-5 kg/m.sPr = 0,7064

g. Angka Reynold

Bilangan Reynold 2300 maka alirannya turbulenh. Angka Nusselt

Dimana

i. Koefisien perpindahan kalor konveksi

W/m2 oCj. Panas heater

2.3.4Tabel Hasil Pengolahan DataTabel 2.9 Hasil Perhitungan Data Konveksi Alami Aliran Pipa HorizontalNo.Um (m/s)RedNudh (W/m2Q heater (watt)Tw (oC)Tb (oC)

10.1353.6443.7201.7530.54029.528.5

20.1353.3673.7191.7530.62129.7528.6

30.1352.8193.7161.7540.97230.528.7

40.1352.2723.7131.7551.32431.2528.8

50.1352.2723.7131.7551.32431.2528.8

60.1351.8663.7101.7561.7303228.8

70.1351.5893.7091.7561.81132.2528.9

80.1351.3183.7071.7572.08232.7528.9

90.1351.0423.7061.7572.1643329

100.1350.9073.7051.7572.29933.2529

110.1350.7713.7041.7572.43533.529

120.1350.6363.7041.7582.57033.7529

130.1350.3603.7021.7582.6523429.1

140.1350.3603.7021.7582.6523429.1

150.1350.0903.7011.7582.92334.529.1

160.1349.6783.6991.7593.1413529.2

170.1349.5433.6981.7593.27735.2529.2

180.1349.5433.6981.7593.27735.2529.2

190.1349.5433.6981.7593.27735.2529.2

200.1349.4083.6971.7593.41235.529.2

210.1349.4083.6971.7593.41235.529.2

220.1349.4083.6971.7593.41235.529.2

230.1349.4083.6971.7593.41235.529.2

240.1349.0023.6941.7603.82036.2529.2

250.1349.0023.6941.7603.82036.2529.2

260.1349.0023.6941.7603.82036.2529.2

270.1349.0023.6941.7603.82036.2529.2

280.1349.0023.6941.7603.82036.2529.2

290.1349.0023.6941.7603.82036.2529.2

300.1348.1763.6911.7614.0663729.5

310.1348.1763.6911.7614.0663729.5

320.1348.1763.6911.7614.0663729.5

330.1348.0413.6901.7614.20237.2529.5

340.1347.9063.6891.7614.33837.529.5

350.1347.6353.6871.7624.6113829.5

360.1347.6353.6871.7624.6113829.5

370.1347.6353.6871.7624.6113829.5

380.1347.6353.6871.7624.6113829.5

390.1347.6353.6871.7624.6113829.5

400.1347.6353.6871.7624.6113829.5

Tabel 2.10 Hasil Perhitungan Data Konveksi Paksa Aliran Pipa HorizontalNo.Um (m/s)RedNudh (W/m2Q heater (watt)Tw (oC)Tb (oC)

113468.0316.4797.88220.02138.2530

20.93119.9715.1427.24418.17638.2530.1

30.72425.6712.3815.92414.68138.2530.2

40.93118.7215.1387.24317.95138.2530.2

51.13816.3117.7928.50720.9533830

61.55189.4622.75610.89224.4793830.7

71.24146.5719.0199.10719.6263831

81.44837.6621.51510.30222.2023831

91.55183.2122.73610.88723.4623831

101.24141.5819.0029.10318.7773831.3

111.55174.9022.70910.88022.1083831.4

121.55176.9722.71610.88222.4473831.3

131.75862.5325.09412.02424.0633831.5

141.75862.5325.09412.02424.0633831.5

151.75860.1825.08712.02223.6893831.6

161.75850.9125.05112.01824.79038.531.8

171.65506.7423.86511.44923.61638.531.8

181.75850.9125.05112.01824.79038.531.8

191.75850.9125.05112.01824.79038.531.8

201.75850.9125.05112.01824.79038.531.8

211.86195.0826.22412.58025.95038.531.8

221.86195.0826.22412.58025.95038.531.8

231.86192.6626.21312.57926.91638.7531.8

241.86190.1826.20512.57726.52538.7531.9

251.86187.6926.19812.57626.13438.7532

261.75843.9325.02712.01324.96638.7532

271.75843.9325.02712.01324.96638.7532

281.75843.9325.02712.01324.96638.7532

291.75843.9325.02712.01324.96638.7532

301.75843.9325.02712.01324.96638.7532

2.4PEMBAHASAN2.4.1Grafik dan Analisa Grafika. Data Kenaikan Temperatur

Gambar 2.19 Grafik hubungan temperatur dinding dengan waktu pada konveksi alami.

Analisa GrafikGrafik di atas menunjukan hubungan antara temperatur dinding dengan waktu. Dari grafik tersebut dapat dicermati bahwa temperatur mengalami kenaikan seiring bertambahnya waktu. Dari grafik juga dapat dilihat adanya kestabilan temperatur pada 5 sampel terakhir. Kenaikan temperatur dinding disebabkan oleh adanya gradien temperatur heater dengan temperatur dinding. Temperatur heater lebih tinggi menyebabkan kalor mengalir ke dinding. Keadaan steady state disebabkan oleh temperatur heater dan dinding sudah sama.

Gambar 2.20 Grafik hubungan temperatur udara keluar dengan waktu pada konveksi alami.

Analisa GrafikGrafik di atas menunjukan hubungan antara temperatur udara keluar dengan waktu. Dari grafik tersebut dapat dicermati bahwa pada bagian awal percobaan temperatur mengalami peningkatan, sedangkan pada bagian akhir temperatur mengalami penurunan. Peningkatan temperatur disebabkan oleh energi kalor dari dinding berpindah ke udara yang ada di dalamnya, memanfaatkan gaya apung yang membuat udara dengan suhu lebih rendah mendekati dinding pipa. Penurunan temperatur disebabkan oleh dinding sudah tidak lagi meneruskan kalor dari heater.

b. Data Penurunan Temperatur

Gambar 2.21 Grafik hubungan temperatur dinding dengan waktu pada konveksi paksa.

Analisa GrafikGrafik di atas menunjukkan hubungan temperatur dinding dengan waktu. Dari grafik tersebut dapat dicermati bahwa temperatur dinding tidak berubah selama percobaan konveksi paksa. Hal ini disebabkan kalor yang masuk ke dinding dari heater besarnya sama dengan kalor yang keluar dari dinding ke udara.

Gambar 2.22 Grafik hubungan temperatur udara keluar dengan waktu pada konveksi paksa.

Analisa GrafikGrafik di atas menunjukkan hubungan antara temperatur udara keluar dengan waktu. Dapat dicermati bahwa temperatur udara keluar mengalami peningkatan seiring bertambahnya waktu. Dari grafik juga dapat dilihat kestabilan temperatur pada 5 sampel terakhir. Peningkatan temperatur ini disebabkan oleh semakin besarnya energi kalor yang berpindah dari dinding ke udara yang dihembuskan blower. Kestabilan temperatur disebabkan oleh heat flux konstan.

Gambar 2.23 Grafik hubungan kecepatan dan koefisien perpindahan kalor pada konveksi paksa.

Analisa GrafikGrafik di atas menunjukkan hubungan antara kecepatan dan koefisien perpindahan kalor. Dari grafik tersebut dapat dicermati bahwa koefisien perpindahan panas meningkat apabila kecepatan udara meningkat. Hal ini disebabkan oleh laju aliran udara yang semakin besar memperbesar laju perpindahan kalor. Hal ini dapat dibuktikan dengan persamaan , dimana h berbanding lurus dengan besarnya angka Nusselt. Dari persamaan , diketahui bahwa angka Nusselt berbanding lurus dengan Reynold. Angka Reynold sangat bergantung pada besarnya kecepatan aliran fluida.

2.5KESIMPULAN DAN SARAN2.5.1Kesimpulan1. Nilai koefisien perpindahan panas konveksi dipengaruhi oleh angka Reynolds, Prandtl dan Nusselt.2. Dari percobaan konveksi alami diperoleh nilai koefisien perpindahan panas pada suhu dinding terbesar Tw = 38,75 oC adalah 1,764 W/m2oC dan suhu dinding terkecil Tw = 29 oC adalah 1,755 W/m2oC. Pada suhu udara keluar terbesar T5 = 31,8 oC nilai koefisien perpindahan panasnya adalah 1,762 W/m2oC sedangkan pada suhu udara keluar terkecil T5 = 31,6 oC nilai koefisien perpindahan panasnya adalah 1,755 W/m2oC. Terdapat pula hubungan antara angka Nusselt dengan suhu dinding pipa. Pada suhu dinding pipa terbesar Tw = 38,75 oC didapat Nud = 3,677 dan suhu dinding terkecil Tw = 29 oC didapat Nud = 3,710. Semakin tinggi suhu dinding maka angka Nusselt menjadi semakin rendah.3. Pada percobaan konveksi paksa diperoleh nilai koefisien perpindahan panas pada suhu udara keluar terbesar T5 = 32,7 oC nilai koefisien perpindahan panasnya adalah 27,989 W/m2oC sedangkan pada suhu udara keluar terkecil T5 = 31,8 oC nilai koefisien perpindahan panasnya adalah 26,645 W/m2oC. Pada laju alir udara terbesar Um = 5 m/s nilai koefisien perpindahan panasnya adalah 28,458 W/m2oC dan pada laju alir udara terkecil Um = 4,6 m/s nilai koefisien perpindahan panasnya adalah 26,645. Didapat hubungan antara angka Reynolds dengan laju alir udara. Pada laju alir udara terbesar Um = 5 m/s didapat Red = 17153,77 dan laju alir udara terkecil sebesar Um = 4,6 m/s didapat Red = 15819,5. Semakin tinggi laju alir udara maka angka Reynolds menjadi semakin tinggi. Terdapat pula hubungan antara angka Nusselt dengan suhu dinding pipa.

2.5.2Saran1. Sebelum memulai praktikum, semua alat ukur yang akan digunakan pada praktikum harus dikalibrasi terlebih dahulu sehingga ketelitian dan kepresisian alat ukur dapat terjaga.2. Pada percobaan konveksi dan konduksi yang membutuhkan kecermatan dalam membaca temperatur pada rentang waktu yang ditentukan, praktikan harus teliti agar nilai hasil pencatatan valid.3. Posisi anemometer sangat mempengaruhi nilai yang terukur pada panel display-nya. Oleh sebab itu, praktikan harus memperhatikan hal ini agar data hasil pengukuran valid.

DAFTAR PUSTAKA

[1] 2015. Jobsheet Praktikum Fenomena Dasar. Teknik Mesin Universitas Diponegoro. Semarang[2] 2015.Diktat Kuliah Teknik Kimia Universitas Diponegoro. Semarang[3] Incropera, Frank P. (2006). Fundamental of Heat and Mass Transfer 6 th ed. New York : Wiley.[4] Cengel,A, Yunus, Heat Transfer, Second Edition, WCB/ McGraw-Hill,United States of America, 2003[5] Holman, J. P. (1980). Perpindahan Kalor. Bandung : Erlangga[6] www.yumasia.co.uk. (2008). Ricecooker dari http://www.yumasia.co.uk/yum-factor diakses 12 Mei 2015[7] 2015. Laboratorium Thermofluida Jurusan Teknik Mesin Universitas Diponegoro. Semarang