BAB 2 DASAR TEORI

Konveksi merupakan bentuk perpindahan panas dimana molekul molekul benda membawa energi panas dari satu titik ke titik yang lainnya. Umumnya terjadi pada benda cair dan gas. Aliran konveksi dipengaruhi beberapa faktor, yaitu :a) Aliran horizontal atau vertikalb) Aliran laminer atau turbulenc) Permukaan rata atau melengkungd) Jenis fluidanya, zat cair atau gase) Sifat sifat fluida seperti viskositas, kalor jenis, dsbPerpindahan panas konveksi dibagi menjadi dua :1) Force ConvectionYaitu perpindahan panas karena adanya faktor kerja dari luar terhadap fluida perantara, misalnya konveksi dengan adanya bantuan fan, blower, air conditioning, dan sebagainya.2) Free Convection Yaitu perpindahan panas tanpa ada faktor luar melainkan karena bouyancy forceSecara umum, besarnya laju perpindahan panas konveksi dapat dirumuskan :q = h (Ts T~) , Ts > T~ q = h ( T~ - Ts) , T~ > Ts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.1)Dimana : h = koefisien perpindahan panas konveksi (W/mK)q = conduction heat flux (W/m)

Gambar 2.1. Thermal Boundary Layer pada isothermal datar

Thermal ResistanceRtot conv. = Ts T~ / q = 1 / h A

Gambar 2.2. Perpindahan panas secara konveksi

2.2. Konveksi pada plat datar secara aliran pararelKonveksi jenis ini banyak sekali dijumpai pada penerapan engineering. Pararel flow sepanjang plat datar ini dibagi menjadi 6 pembahasan : 2.2.1. Laminar flow over an isothermal plateDengan mengansumsikan steady incompressible, laminar flow dengan properti fluida konstan dan mengabaikan viskositas didapatkan persamaan boundary layer sebagai berikut :Continuity : u/k + u/y = 0Momentum : uu/x + vu/y = vu/yEnergy : uT/x + vT/y = T/ySpesies : uPa/x + vPA/y = DABPA/yKondisi kecepatan boundary layer tidak bergantung pada temperatur dan konsentrasi spesies. Perumusan masalah Hydrodynamics dapat didekati dengan persamaan aliran, dimana : u = /ydanv = -/xUntuk kasus laminer flow on isothermal dapat didekati dengan angka Nux, dimana :Nux = 0,38 + Rex . Y2 . Pr. 1/3 / [(1 + 0,408/85)^2/4]^1/4Dimana :Re = Reynold NumberPr = Prandit NumberPe = Pedit Number 2.2.2. Turbulent flow over on isothermal plateBerdasarkan hasil eksperimen untuk turbulent flow dengan reynold number mencapai 10 koefisien gesekan total dapat dirumuskan sebagaiCfx = 0,0592 Rex ^-1/5 , Rex.c Rex 10Dan dengan persamaan di atas dengan modifikasi reynold, local Nurself number untuk aliran turbulen adalah :Nux = St Rex Pr = 0,0296 Rex^4/5 Pr^1/3 , 0,6 Pr 60Dan local sherwood number adalah Shx = Stm Rex Sc = 0,0296 Rex^4/5 Sc^1/3 , 0,6 Sc 3000 2.2.3. Mixed Boundary Layer ConditionPada kubus mixed boundary layer dapat didekati dengan rumus : hL = 1/L (hLam. dx + hTurb. dx)Sehingga : NUL = (0,037 ReL^4/5 A) Pr^1/3[0,6 Pr 60][Rex,c ReL 10]Dengan mengaplikasikan analogi heat mass transfer didapatkan rumus sherwood numberShL = (0,037 ReL^4/5 A)Sc^1/3[0,6 Sc 60][Rex,L ReL 10] 2.2.4. Unheated Starting LengthAda daerah dimana tidak ada perpindahan panas pada jarak tertentu dimana 0 x adalah jarak boundary pada saat belum berpindah (no heat transfer). Dapat diilustrasikan sebagai berikut.

Nusselt number pada kasus iniNux = Nux | = 0 / [1 (/x)^3/4]^1/3

2.2.5. Flat Plate with constant heat flux conditionsAda kemungkinan uniform surface heat flux telah berpengaruh daripada uniform temperatur pada kondisi menilai Nusselt number dirumuskanNuL = 0,680 ReL^1/2 . Pr^1/3Pada perumusan di atas akan didapatkan hasil yang berbeda 2% hingga untuk analisa surface length dapat digunakanTs - T~ = qsi/kNuL 2.2.6. Limitation on Use of convection coefficientsMeskipun persamaan pada bagian ini cocok untuk kebanyakan perhitungan engineering, dalam prakteknya lebih sering digunakan nilai exact untuk koefisien konveksi. Mengacu pada free stream turbulent dan kekerasan permukaan dan kesalahan 25% dimungkinkan dalam persamaan ini.