bab 4 konveksi

LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA

KELOMPOK 8

BAB IV

KONVEKSI PAKSA ALIRAN UDARA PIPA HORIZONTAL

4.1 PENDAHULUAN

4.1.1 TUJUAN PRAKTIKUM

Tujuan dari praktikum konveksi paksa aliran udara pada pipa horizontal adalah:

1. Praktikan menemukan korelasi antara bilangan Reynolds untuk menentukan

kecepatan laju aliran dan bilangan Nusselt untuk mengetahui distribusi

temperatur.

2. Praktikan dapat menentukan koefisien perpindahan panas secara keseluruhan

untuk variasi tertentu seperti jalu aliran, temperatur udara keluar dan

temperature dinding.

3. Praktikan mampu memilih konfigurasi dengan koefisien perpindahan panas

yang paling baik.

4. Praktikan mempelajari peristiwa atau fenimena perpindahan panas melalui

percobaan penukar panas didalam saluran dengan jenis kawat filament.

5. Praktikan dapat membandingkan konveksi alami dan konveksi paksa.

(referensi : jobsheet fenomena dasar 2010)

4.1.2 PRINSIP KERJA PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI PAKSA

Perpindahan kalor secara konveksi paksa terjadi karena adanya pengaruh dari

luar/paksaan yang memaksa fluida untuk mengalir sesuai dengan arah yang

dipaksakan. Contohnya :

Pendinginan kendaraan bermotor dimana kalor yang ditimbulakan dalam

bahan baker dipindahkan ke tempat lain dengan menghembuskan udara ke

bagian yang panas untuk menghembuskan digunakan kipas atau kompresor.

Penggunaan Hair dryer (Pengering rambut) dimana kipas menarik udara di

sekitarnya dan ditiupkannya udara tersebut dengan menggunakan elemen

pemanas sehingga dihasilkan arus konveksi udara panas.

(Yunus A. Cengel ,Heat Transfer, Hal.334)


KELOMPOK 8

Pengertian Aliran Turbulent dan Aliran Laminar

Aliran turbulent adalah aliran yang partikel fluidanya bergerak mengikuti alur

yang tida beraturan baik ditinjau terhadap ruang maupun waktu. Dan

pengertian yang lain, aliran turbulen adalah aliran yang struktur alirannya

bergerak secara acak, dimana partikel fluidanya bergerak ke segala arah

Aliran laminar adalah aliran yang partikel fluidannya bergerak mengikuti alur

tertentu da aliran tampak seperti gerakan serat-serat yang paralel. Dan

menurut pengertian yang lain, aliran laminer adalah aliran yang strukturnya

bergerak secara teratur atau halus didalam saluran.

Suhu limbak (bulk-temperature) sangat penting dalam soal-soal perpindahan

kalor yang melibatkan aliran dalam saluran tertutup. Suhu limbak menunjukkan

energi rata-rata atau kondisi ”mangkuk pencampur”. Jadi untuk aliran tabung

seperti pada gambar 4.1, energi total yang ditambahkan dapat dinyatakan dengan

beda suhu limbak :

q=m .C p .(T b 2−T b1)

dengan syarat cp sepanjang aliran itu tetap.

Gambar 4.1 Perpindahan kalor menyeluruh dinyatakan dengan beda suhu limbak

(Holman, J.P. Perpindahan Kalor. Hal.252)

4.1.3 RUMUS PERHITUNGAN

Rumusan konveksi paksa erat hubungannya dengan angka Reynolds (Re),

Prandtl (Pr), Nusselt (Nu). Bilangan Reynolds dapat menggambarkan apakah

aliran tersebut laminar atau turbulen, sedangkan bilangan Prandtl menunjukkan


KELOMPOK 8

karakteristik termal fluida, dan bilangan Nusselt menggambarkan karakteristik

proses perpindahan panas. Ketiga bilangan ini membentuk persamaan :

N ud=C . R edm . Ρ rn

(Holman, J.P. Perpindahan Kalor. hal.253)

Dimana C, m, dan n adalah konstanta yang harus ditentukan dari percobaan.

Bilangan Reynolds mempunyai rumus sebagai berikut :

R ed=ρ μm d

μ


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


Adapun rumus perhitungan lain yang digunakan dalam konveksi paksa adalah :

Bilangan Reynold

Merupakan bilangan tak berdimensi yang diperoleh dari rasio gaya

inersia dengan viskositas. Bilangan Reynold digunakan untuk menentukan

karakteristik suatu aliran fluida laminar atau turbulen.

R ed=ρ μm d

μ

Gambar 4.2 Pengembangan daerah aliran lapis batas di atas plat rata.

(Yunus A. ,Changel. Heat Transfer A Practical Aproach. hal.339)


KELOMPOK 8

Bilangan Prandtl

Bilangan prandtl merupakan Bilangan yang digunakan sebagai

perbandingan viskositas kinematik fluida terhadap difusivitas termal fluida.

Viskositas kinematik memberikan informasi tentang laju difusi momentum

dalam fluida dan difusitas termal memberikan informasi tentang difusi kalor

dalam fluida.

Ρ r= vα

= μ/ ρk / ρ c p

=c p μ

k

Keterangan : ν=viskositas kinematis

μ=viskositasdinamis

c p=kalor jenis pada tekanan konstan

k=koefisien konduktivitas temal


Untuk aliran dalam pipa,seperti halnya aliran melewati plat datar

profil kecepatan serupa dengan profil suhu untuk fluida yang mempunyai

bilangan Prandtl satu.

Bilangan Nusselt

Merupakan bilangan yang digunakan untuk menentukan distribusi suhu

permukaan atau plat.

N ud=hLk


Selain bilangan Reynold dan Prandtl factor lain yang mempengaruhi

kondisi perpindahan panas dengan cara konveksi paksa adalah ukuran lubang

masuk.Bila salurannya pendek (

LDH < 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


KELOMPOK 8

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.¿

Batasan R ed . PrDL

>10


Aliran Turbulen berkembang penuh

Nud=0.027 . R ed0.8 . Pr0.3( μ

μW )0.14

Dimana : μ = suhu fluida

μ w = suhu dinding


Untuk aliran turbulen yang sudah jadi atau berkembang penuh (fully

developed turbulent flow) dalam tabung licin, digunakan persamaan berikut :

Nud=0.023 . R ed0.8. Prn

Batasan: n = 0,4 pemanas

n = 0,3 pendingin

0,6 < Pr < 100 (untuk aliran turbulen yang tidak berkembang

sepenuhnya di dalam tabung licin dan dengan beda suhu moderat antara

dinding fluida )


Koefisien Perpindahan Kalor

h= kD

Nud(W /m2 . oC)


Pemanas Heater

Qheater=h .2 π .r . L (T w−Tb ) Watt


KELOMPOK 8

Perpindahan kalor total

Q=mc p(T w−T b)

Laju aliran massa

m= Qc p(T w−T b)

(kg/s)

Perhitungan suhu udara yang keluar

T w=Q˙mc p

+T b=QhA

+T b

Suhu Limbak / Suhu Film

T f=T w+T b

2

(Yunus A. Cengel, Heat Transfer, Hal.422)

4.2 ALAT DAN PROSEDUR PENGUJIAN

4.2.1 Bagian – Bagian Alat Beserta Fungsinya

Gambar 4.3 Alat pengujian konveksi paksa.

1. Dioda Weatstone


KELOMPOK 8

Berfungsi untuk menyearahkan arus listrik

Gambar 4.4 Dioda weatstone.

2. Hot Wire Anemometer

Berfungsi untuk mengukur kecepatan aliran udara (fluida) pada waktu awal.

Gambar 4.5 Hot wire anemometer.

3. Watt meter

Berfungsi untuk mengukur daya yang masuk.

Gambar 4.6 Watt meter.

4. Asbestos


KELOMPOK 8

Berfungsi sebagai peredam panas yang akan merambat keluar melalui celah

sambungan pipa

Gambar 4.7 Asbestos.

5. Gips

Berfungsi sebagai isolator supaya panas dari pipa horizontal tidak keluar ke

lingkungan

Gambar 4.8 Gips.

6. Heater

Berfungsi untuk mendistribusikan panas ke pipa konveksi

Gambar 4. 9 Heater.

7. Regulator


KELOMPOK 8

Berfungsi untuk memberi daya pemanasan pada heater..

Gambar 4.10 Regulator.

8. Pipa Konveksi

Berfungsi untuk arah aliran fluida (udara).

Gambar 4.11 Pipa konveksi.

10. Display sensor Thermokopel

Berfungsi untuk menampilkan suhu terukur pada pipa konveksi (pada 4 titik).

Gambar 4.12 display sensor thermokope.


KELOMPOK 8

11. Blower

Berfungsi untuk memberi hembusan (penghembus) udara ke pipa konveksi.

Gambar 4.13 Blower.

12. Thermo kopel

untuk mengukur suhu pada pipa konveksi (pada 4 titik).

Fine Thermocouple

Gambar 4.14 Sensor Thermokopel.

4.2.2 Prosedur Pengujian


KELOMPOK 8

Prosedur pengujian praktikum konveksi paksa aliran udara pipa horizontal adalah:

1. Mengeset bukaan dumper blower sampai kecepatan yang dikehendaki

(variasi), dengan menggunakan alat anemometer, pengecekan dilakukan di

ujung pipa.

2. Mengeset pemanas, dengan menggunakan Regulator sehingga mencapai

temperatur tertentu.

3. Jika pengesettan laju/alir sudah ditentukan, kemudian mematikan motor

blower.

4. Mencatat nilai awal posisi steady, temperatur dinding, temperatur keluar.

5. Mengeset daya pemanas 175 watt

6. Mencatat kenaikan temperatur dinding, temperatur udara keluar tiap satu

menit hingga mencapai posisi steady.

7. Setelah steady, mematikan heater kemudian menghidupkan blower sehingga

akan terjadi proses penurunan temperatur.

8. Mencatat penurunan temperatur dinding, temperatur udara keluar tiap satu

menit hingga mencapai posisi steady.

9. Jika sudah tidak terjadi penurunan temperatur dinding dan temperatur

keluar, maka pencatatan dihentikan

10. Mematikan motor blower.

4.3 DATA PERHITUNGAN DAN ANALISA

4.3.1 Data Hasil Percobaan

Tabel 4.1 Kenaikan Temperatur

no Waktusuhu dinding (Tw) suhu udara keluar

T1 T2 T3 T4 T rata-rata (T5)1 30 32 32 33 31 32 292 30 35 35 37 33 35 293 30 37 36 39 34 36,5 294 30 38 38 40 35 37,75 295 30 39 39 42 36 39 296 30 40 40 43 37 40 307 30 41 41 43 37 40,5 30


KELOMPOK 8

8 30 41 42 46 38 41,75 309 30 43 43 47 38 42,75 3010 30 44 43 48 39 43,5 3011 30 45 44 49 40 44,5 3112 30 45 45 50 40 45 3113 30 46 46 50 41 45,75 3114 30 47 46 51 41 46,25 3115 30 48 47 52 42 47,25 3116 30 48 48 53 42 47,75 3117 30 49 48 53 43 48,25 3218 30 49 49 53 43 48,5 3219 30 50 50 54 44 49,5 3220 30 51 50 55 44 50 3221 30 51 51 56 44 50,5 3222 30 52 52 57 45 51,5 3323 30 52 52 57 45 51,5 3324 30 53 53 58 45 52,25 3325 30 54 54 59 45 53 3326 30 54 54 59 46 53,25 3427 30 54 54 60 46 53,5 3428 30 55 55 60 47 54,25 3429 30 55 55 61 47 54,5 3430 30 56 56 61 47 55 3431 30 56 56 62 47 55,25 3532 30 56 57 62 48 55,75 3533 30 57 57 63 48 56,25 3534 30 57 58 63 48 56,5 3535 30 58 58 64 49 57,25 3536 30 58 59 64 49 57,5 3537 30 58 59 65 49 57,75 3638 30 59 60 65 50 58,5 3639 30 59 60 66 50 58,75 3640 30 59 60 66 50 58,75 3641 30 60 61 66 50 59,25 3642 30 60 61 67 50 59,5 3743 30 60 62 67 51 60 3744 30 61 62 68 51 60,5 3745 30 61 62 68 51 60,5 3746 30 61 63 68 51 60,75 3747 30 62 63 69 52 61,5 3848 30 62 63 69 52 61,5 3849 30 62 64 70 52 62 38


KELOMPOK 8

50 30 62 64 70 52 62 3851 30 63 64 70 53 62,5 3952 30 63 65 71 53 63 3953 30 63 65 71 53 63 3954 30 64 66 72 53 63,75 4055 30 64 66 72 53 63,75 4056 30 64 66 72 53 63,75 4057 30 65 67 72 54 64,5 4158 30 65 67 73 54 64,75 4159 30 65 67 73 54 64,75 4160 30 65 67 73 54 64,75 4161 30 66 68 74 54 65,5 4162 30 66 68 74 54 65,5 4263 30 66 68 74 55 65,75 4264 30 66 68 75 55 66 4265 30 66 69 75 55 66,25 4266 30 66 69 75 55 66,25 4267 30 67 69 75 55 66,5 4368 30 67 70 75 55 66,75 4369 30 67 70 76 56 67,25 4370 30 67 70 76 56 67,25 4371 30 68 71 76 56 67,75 4372 30 68 71 77 56 68 4373 30 68 71 77 56 68 4374 30 68 71 77 56 68 4375 30 68 71 77 56 68 4476 30 68 72 77 56 68,25 4477 30 68 72 78 57 68,75 4478 30 69 72 78 57 69 4479 30 69 72 78 57 69 4480 30 69 72 78 57 69 4481 30 69 72 78 57 69 4482 30 70 73 79 57 69,75 4483 30 70 73 79 57 69,75 4484 30 70 73 79 57 69,75 4485 30 70 73 79 57 69,75 44

Tabel 4.2 Penurunan Temperatur

no Waktusuhu dinding (Tw) suhu udara keluar

T1 T2 T3 T4 T rata-rata (T5)


KELOMPOK 8

1 30 60 66 71 55 63,00 402 30 55 63 66 53 59,25 403 30 52 61 62 52 56,75 404 30 49 58 60 51 54,50 395 30 47 56 57 50 52,50 386 30 46 54 55 49 51,00 387 30 44 52 52 48 49,00 388 30 43 51 52 47 48,25 379 30 42 50 51 46 47,25 3710 30 41 49 49 45 46,00 3711 30 40 48 48 44 45,00 3612 30 40 47 47 44 44,50 3613 30 39 46 46 43 43,50 3614 30 38 45 45 42 42,50 3615 30 38 44 45 42 42,25 3516 30 37 43 44 41 41,25 3517 30 37 43 43 41 41,00 3518 30 36 42 42 40 40,00 3519 30 36 41 42 39 39,50 3420 30 35 40 41 39 38,75 3421 30 35 40 41 39 38,75 3422 30 35 39 40 38 38,00 3323 30 35 39 40 38 38,00 3324 30 35 39 40 38 38,00 3325 30 34 39 39 37 37,25 3226 30 34 38 39 37 37,00 3227 30 34 38 39 37 37,00 3228 30 34 37 38 36 36,25 3229 30 33 37 38 36 36,00 3230 30 33 37 37 36 35,75 3131 30 33 36 37 36 35,50 3132 30 33 36 36 35 35,67 3133 30 33 36 36 35 35,67 3134 30 33 35 36 35 35,33 3135 30 32 35 36 35 35,33 3136 30 32 35 35 34 34,67 3137 30 32 35 35 34 34,67 3038 30 32 34 35 34 34,33 3039 30 32 34 35 34 34,33 3040 30 31 34 34 34 34,00 3041 30 31 34 34 33 33,67 3042 30 31 33 34 33 33,33 30


KELOMPOK 8

43 30 31 33 34 33 33,33 3044 30 31 33 34 33 33,33 3045 30 31 33 34 33 33,33 30

4.3.2 Perhitungan

Contoh Perhitungan Konveksi Alami ( Tabel 4.1 No. 1 )

Um = 0,1 m/s (Laju aliran udara)

Daya awal = 175 Watt

V = 79,9 volt (Tegangan)

I = 2,42 A (Arus)

L = 175 cm = 1,75 m (Panjang pipa)

Dluar = 6 cm = 0,06 m (Diameter luar pipa)

Ddalam = 5,6 cm = 0,056 m (Diameter dalam pipa)

Tebal pipa = 0,002 m

Tb = Suhu fluida

Tw = Suhu dinding

Suhu Awal :

Tabel 4.3 Temperatur Awal konveksi Alami

T1.1 (oC) T1.2 (oC) T1.3(oC) T1.4 (oC) Trata-rata T1.5 (oC)

32 32 33 31 32 29


T f =T w+T b

2

T f =(32+273 )+(29+273)

2

T f =305+302

2=303,5 K

Dengan melihat tabel A-5 (holman) dan melakukan interpolasi didapat:

ρ = 1.1648 kg/m3

Tabel 4.4 Interpolasi temperatur dengan densitas


KELOMPOK 8

T ρ

300 1.1774303,5 X

350 0.998

cara melakukan interpolasi :

x−batasbawahbatas atas−batas bawah

=ρx− ρb

ρa−ρb

x−1,17740,998−1,1774

=30 3,5−300350−300

x=[(( 30 3,5−300350−300 ) . (0,998−1,1774 ))+1,1774 ]x=[ ( (0,07 ) . (−0,1794 ) )+1,1774 ]

x=[−0,0 12558+1,1774 ]=1,16 48

Dengan cara yang sama maka diperoleh data sebagai berikut :

k = 0,0265 W/moC

μ = 1,8622 x 10-5 kg/m.s

μw = 1,8691 x 10-5 kg/m.s

Pr = 0,7069

Angka Reynold

R ed=ρ μm d

μ

R ed=(1,1648

kgm3 )X 0,1

ms

X 0,056 m

1,8622 X 10−5 kg /m . s

R ed=0,0065228 8

1,8622 X 10−5=350,2878

Bilangan Reynold ≤ 2300 maka Alirannya laminer

Angka Nusselt

Nud=1,86.¿

Dimana μ=viskositas saat T f dan μW=viskositas saat T w


KELOMPOK 8

Nud=(1,86) X (350 , 2878 X 0.70 69)0.3 X ( 0.0561.75

)0.3

X (1,8622 X 10−5

1,8791 X 10−5 )0.14

Nud=3,45 96

Koefisien perpindahan kalor konveksi

h= kD

. N ud

h=0,0265W /m. C0,056 m

X 3,45 96

h=1,6375W/m2 oC

Panas heater

Q=h .2 π .r . L.(Tw−Tb)

Q= (1,6375 ) W

m2C. (2π ) . (0,028 ) m. (1,75 ) m. (32−29)C

Q=1,51165 watt

Tabel 4.5 Hasil perhitungan data konveksi alami aliran pipa horizontal

NoUm

Red Nudh

Qheater Tw Tb

(m/s)(W/m2

oC) (watt) (oC) (oC)

1 0,1350,287786

2 3,45961,6374

71,5116

5 32 29

2 0,1347,388875

8 3,44881,6393

43,0267

5 35 29

3 0,1345,947390

5 3,44341,6402

63,7855

6 36,5 29

4 0,1344,750182

9 3,43891,6410

34,4185

5 37,75 29

5 0,1343,556621

3 3,43441,6417

95,0521

2 39 29

6 0,1 341,654465 3,42841,6435

55,0575

4 40 30

7 0,1337,877756

4 3,41801,6478

65,3243

5 40,5 30

8 0,1339,997646

8 3,4221 1,6446 5,9464 41,75 30

9 0,1339,054046

9 3,4185 1,64526,4548

1 42,75 30


KELOMPOK 8

10 0,1338,347845

6 3,41581,6456

46,8363

5 43,5 30

11 0,1336,470893

6 3,40981,6473

76,8435

3 44,5 31

12 0,1336,003070

9 3,40811,6476

67,0982

5 45 3113 0,1 335,302394 3,4054 1,6481 7,4805 45,75 31

14 0,1334,835979

4 3,40361,6483

97,7354

5 46,25 31

15 0,1333,904833

8 3,40011,6489

78,2455

9 47,25 31

16 0,1333,440100

7 3,39831,6492

68,5007

9 47,75 31

17 0,1332,049248

3 3,39411,6506

78,2540

7 48,25 32

18 0,1331,817926

3 3,39321,6508

18,3817

8 48,5 32

19 0,1330,894024

5 3,38961,6513

88,8928

4 49,5 32

20 0,1330,432903

5 3,38791,6516

6 9,1485 50 32

21 0,1329,972334

5 3,38611,6519

59,4042

4 50,5 32

22 0,1328,135558

5 3,38021,6536

29,4137

4 51,5 33

23 0,1328,135558

5 3,38021,6536

29,4137

4 51,5 33

24 0,1327,449027

5 3,37751,6540

49,7978

6 52,25 33

25 0,1 326,763724 3,37491,6544

510,182

2 53 33

26 0,1325,624270

4 3,37161,6556

99,8076

4 53,25 34

27 0,1325,396786

4 3,37071,6558

29,9358

4 53,5 34

28 0,1324,715145

9 3,36801,6562

410,320

6 54,25 34

29 0,1324,488202

4 3,36721,6563

810,448

8 54,5 34

30 0,1324,034719

8 3,36541,6566

510,705

5 55 34

31 0,1322,903366

3 3,36211,6578

710,330

7 55,25 35

32 0,1322,451763

6 3,36031,6581

410,587

5 55,75 3533 0,1 322,000695 3,3586 1,6584 10,844 56,25 35


KELOMPOK 8

9 1 4

34 0,1321,775362

3 3,35771,6585

510,972

9 56,5 35

35 0,1321,100161

6 3,35511,6589

511,358

5 57,25 35

36 0,1320,875360

9 3,35421,6590

8 11,487 57,5 35

37 0,1319,753348

7 3,35091,6602

911,112

2 57,75 36

38 0,1319,081730

3 3,34831,6606

911,498

1 58,5 36

39 0,1318,858121

6 3,34741,6608

211,626

8 58,75 36

40 0,1318,858121

6 3,34741,6608

211,626

8 58,75 36

41 0,1318,411299

7 3,34571,6610

911,884

2 59,25 36

42 0,1317,296546

3 3,34241,6622

811,509

1 59,5 37

43 0,1316,851563

1 3,34061,6625

411,766

7 60 37

44 0,1316,407103

2 3,3389 1,662812,024

4 60,5 37

45 0,1316,407103

2 3,3389 1,662812,024

4 60,5 37

46 0,1316,185069

1 3,33801,6629

312,153

3 60,75 37

47 0,1314,634477

5 3,33301,6643

712,035

8 61,5 38

48 0,1314,634477

5 3,33301,6643

712,035

8 61,5 38

49 0,1 314,19262 3,33121,6646

312,293

7 62 38

50 0,1 314,19262 3,33121,6646

312,293

7 62 38

51 0,1312,870150

6 3,32711,6659

3 12,047 62,5 39

52 0,1312,430358

7 3,32531,6661

812,305

2 63 39

53 0,1312,430358

7 3,32531,6661

812,305

2 63 39

54 0,1310,895130

1 3,3203 1,667612,187

4 63,75 40

55 0,1310,895130

1 3,3203 1,667612,187

4 63,75 4056 0,1 310,895130 3,3203 1,6676 12,187 63,75 40


KELOMPOK 8

1 4

57 0,1 309,366161 3,3153 1,66912,069

2 64,5 41

58 0,1309,148245

7 3,31441,6691

212,198

5 64,75 41

59 0,1309,148245

7 3,31441,6691

212,198

5 64,75 41

60 0,1309,148245

7 3,31441,6691

212,198

5 64,75 41

61 0,1308,495260

2 3,3118 1,669512,586

6 65,5 41

62 0,1307,626383

7 3,30941,6705

212,080

2 65,5 42

63 0,1307,409480

1 3,30851,6706

412,209

6 65,75 42

64 0,1307,192702

4 3,30771,6707

6 12,339 66 42

65 0,1306,976050

6 3,30681,6708

812,468

5 66,25 42

66 0,1 306,9761 3,30681,6708

812,468

5 66,25 42

67 0,1306,976050

6 3,30651,6707

512,081

9 66,5 43

68 0,1305,678776

9 3,30271,6721

412,220

6 66,75 43

69 0,1305,247354

3 3,30091,6723

812,479

7 67,25 43

70 0,1305,247354

3 3,30091,6723

812,479

7 67,25 43

71 0,1304,816431

2 3,29921,6726

212,738

8 67,75 43

72 0,1304,601156

7 3,29831,6727

412,868

4 68 43

73 0,1304,601156

7 3,29831,6727

412,868

4 68 43

74 0,1304,601156

7 3,29831,6727

412,868

4 68 43

75 0,1303,741303

3 3,29591,6737

512,361

1 68 44

76 0,1303,526650

5 3,29501,6738

712,490

7 68,25 44

77 0,1303,097716

9 3,2933 1,674112,750

1 68,75 44

78 0,1302,883435

8 3,29251,6742

212,879

8 69 4479 0,1 302,883435 3,2925 1,6742 12,879 69 44


KELOMPOK 8

8 2 8

80 0,1302,883435

8 3,29251,6742

212,879

8 69 44

81 0,1302,883435

8 3,29251,6742

212,879

8 69 44

82 0,1302,241334

4 3,28991,6745

7 13,269 69,75 44

83 0,1302,241334

4 3,28991,6745

7 13,269 69,75 44

84 0,1302,241334

4 3,28991,6745

7 13,269 69,75 44

85 0,1302,241334

4 3,28991,6745

7 13,269 69,75 44

Contoh Perhitungan Konveksi Paksa ( Tabel 4.2 No. 1 )

Um = 4,4 m/s (Laju aliran udara)

Daya awal = 175 Watt

V = 79,9 volt (Tegangan)

I = 2,42 A (Arus)

L = 175 cm = 1,75 m (Panjang pipa)

Dluar = 6 cm = 0,06 m (Diameter luar pipa)

Ddalam = 5,6 cm = 0,056 m (Diameter dalam pipa)

Tebal pipa = 0,002 m

Tb = Suhu fluida

Tw = Suhu dinding

Suhu Awal :

Tabel 4.6 Temperatur Awal Konveksi Paksa

T1.1 (oC) T1.2 (oC) T1.3(oC) T1.4 (oC) Trata-rata T1.5 (oC)

60 66 71 55 63 40


KELOMPOK 8


T f =T w+T b

2

T f =(63+273 )+(40+273)

2

T f =336+313

2=324 , 5

Dengan melihat tabel A-5 (holman) dan melakukan interpolasi didapat:

ρ = 1.0895 kg/m3

Tabel 4.7Interpolasi temperatur dengan densitas

T ρ

300 1.1774324,5 X

350 0.998

cara melakukan interpolasi :

x−batasbawahbatas atas−batas bawah

=ρx− ρb

ρa−ρb

x−1,17740,998−1,1774

=324 ,5−300350−300

x=[(( 324 ,5−300350−300 ) . (0,998−1.1774 ))+1,1774]x=[ ( (0,49 ) . (−0,1794 ) )+1.1774 ]

x=[−0,0 87906+1.1774 ]=1 , 0895

Dengan cara yang sama maka diperoleh data sebagai berikut :

k = 0,0281 W/moC

μ = 1,9583 x 10-5 kg/m.s

μw = 2,0109 x 10-5 kg/m.s

Pr = 0.7026

Angka Reynold

R ed=ρ μm d

μ


KELOMPOK 8

R ed=(1,0895

kgm 3 )X 4,4

ms

X 0,056 m

1,9583 X 10−5 kg /m. s

R ed=0,2684528

1,9640 X 10−5=13708,3019

Bilangan Reynold ≥ 2300 maka Alirannya turbulen

Angka Nusselt

Nud=0.027 . R ed0.8 . Pr0.3( μ

μW )0.14

Dimana μ=viskositas saat T f dan μW=viskositas saat T w

Nud=(0,027) X (13708,3019)0.8 X (0,7026)0.3 X ( 1,9583 X 10−5

2,0109 X 10−5 )0.14

Nud=49 , 3574

Koefisien perpindahan kalor konveksi

h= kD

. N ud

h=0.0281W /m. C0.056 m

X 49 , 3574

h=24 , 7643 W/m2 oC

Panas heater

Q=h .2 π .r . L.(Tw−Tb)

Q= (24,7 64 3 ) W

m2C. (2π ) . (0,028 ) m. (1,75 ) m.(63−40)C

Q=175,2709 watt

TABEL 4.8 HASIL PERHITUNGAN DATA PENURUNAN TEMPERATUR KONVEKSI PAKSA ALIRAN PIPA HORISONTAL

NoUm Red Nud h Qheater Tw Tb

(m/s) (W/m2

oC) (watt) (oC)(

oC)

1 4,413708,30

1949,357

424,764

3175,270

9 63,00 402 4,4 13850,14 49,800 24,863 147,278 59,25 40


KELOMPOK 8

32 0 0 7

3 4,413950,86

3950,118

724,934

6128,520

7 56,75 40

4 4,414079,00

9450,504

027,082

8129,175

7 54,50 39

5 4,414197,80

9950,859

725,087

8111,940

0 52,50 38

6 4,414257,52

7751,046

625,128

2100,521

7 51,00 38

7 4,414337,48

3251,296

925,181

9 85,2388 49,00 38

8 4,414407,35

4851,498

825,220

4 87,3092 48,25 37

9 4,414447,64

2451,624

825,247

1 79,6328 47,25 37

10 4,414498,54

1951,783

825,280

7 70,0145 46,00 37

11 4,414579,65

0752,020

125,325

7 70,1390 45,00 36

12 4,414599,98

8852,083

625,339

0 66,2772 44,50 36

13 4,414640,73

8152,210

925,365

6 58,5413 43,50 36

14 4,414681,58

5552,338

625,392

2 50,7889 42,50 36

15 4,414732,37

2952,479

825,416

7 56,7038 42,25 35

16 4,414773,44

1152,608

025,443

2 48,9336 41,25 35

17 4,414784,13

5152,641

225,450

0 46,9888 41,00 35

18 4,414825,32

8452,769

825,476

4 39,1980 40,00 35

19 4,414887,30

5252,945

425,507

4 43,1703 39,50 34

20 4,414917,96

3453,041

225,527

0 37,3121 38,75 34

21 4,414917,96

3453,041

225,527

0 37,3121 38,75 34

22 4,414991,10

1453,251

025,564

6 39,3337 38,00 33

23 4,414991,10

1453,251

025,564

6 39,3337 38,00 33

24 4,414991,10

1453,251

025,564

6 39,3337 38,00 3325 4,4 15063,71 52,797 25,284 40,8478 37,25 32


KELOMPOK 8

61 0 5

26 4,415074,59

3053,493

125,608

4 39,4010 37,00 32

27 4,415074,59

3053,493

125,608

4 39,4010 37,00 32

28 4,415105,58

7953,589

825,627

8 33,5163 36,25 32

29 4,415116,49

1353,623

525,634

5 31,5530 36,00 32

30 4,415168,58

7353,767

625,658

3 37,5040 35,75 31

31 4,415179,53

153,801

525,665

0 35,5393 35,50 31

32 4,415172,79

553,780

325,660

7 36,8495 35,67 31

33 4,415172,79

553,780

325,660

7 36,8495 35,67 31

34 4,415186,26

853,822

625,669

2 34,2287 35,33 31

35 4,415186,26

853,822

625,669

2 34,2287 35,33 31

36 4,415214,93

453,911

425,686

8 28,9826 34,67 31

37 4,415257,17

554,024

425,704

1 36,9117 34,67 30

38 4,415270,71

454,066

925,712

5 34,2865 34,33 30

39 4,415270,71

454,066

925,712

5 34,2865 34,33 30

40 4,415285,11

154,111

425,721

3 31,6598 34,00 30

41 4,415299,51

954,156

025,730

0 29,0314 33,67 30

42 4,415313,09

254,198

625,738

5 26,4009 33,33 30

43 4,415313,09

254,198

625,738

5 26,4009 33,33 30

44 4,415313,09

254,198

625,738

5 26,4009 33,33 30

45 4,415313,09

254,198

625,738

5 26,4009 33,33 30


KELOMPOK 8

4.3.3 GRAFIK DAN ANALISA GRAFIK

a) Grafik hubungan temperature dinding dan waktu

Data kenaikan temperature

0.5 3.5 6.5 9.512.5

15.518.5

21.524.5

27.530.5

33.536.5

39.542.5

0

10

20

30

40

50

60

70

Grafik hubungan temperatur dinding dan waktu

suhu dinding

waktu ( menit )

tem

pera

tur

oC

Gambar 4.16 Grafik hubungan kenaikan temperatur dinding dangan

waktu

Analisa grafik:

Grafik diatas menunjukkan hubungan kenaikan temperatur dinding

terhadap waktu yang berbanding lurus walaupun pada kenyataannya garis yang

terbentuk tidak linier sempurna. Maka dapat dianalisa bahwa semakin

bertambahnya waktu maka semakin bertambah pula kenaikan temperatur pada

dinding. Hal tersebut terjadi karena adanya perambatan panas pada heater ke


KELOMPOK 8

dinding-dinding pipa horizontal, sehingga semakin lama waktu pemanasan

temperatur pada dinding akan sama dengan temperatur heater. Peristiwa pada

dinding tersebut disebut juga perpindahan panas konduksi.

Data penurunan temperature

0.5 2 3.5 5 6.5 8 9.5 1112.5 14

15.5 1718.5 20

21.530.00

35.00

40.00

45.00

50.00

55.00

60.00

65.00

Grafik hubungan temperatur dinding dan waktu

Suhu Dinding

waktu (menit )

Tem

pera

tur o

C

Gambar 4. 17 Grafik hubungan penurunan temperatur dinding dengan

waktu.

Analisa Grafik:

Grafik diatas menunjukkan hubungan penurunan temperatur dinding

terhadap waktu yang berbanding terbalik secara logaritmik. Walaupun secara

teoritis (ideal) akan berbanding terbalik secara linier. Penurunan temperatur

tersebut dikarenakan adanya pengaruh blower sebagai pendingin yang dialirkan

pada pipa-pipa horizontal sehingga kalor yang keluar pada dinding-dinding

tersebut diserap oleh udara yang dihasilkan oleh blower. perpindahan panas

tersebut disebut juga perpindahan secara konveksi (paksa).


KELOMPOK 8

b) Grafik hubungan temperature udara keluar dan waktu

Data kenaikan temperature

0.5 4.5 8.512.5

16.520.5

24.528.5

32.536.5

40.520222426283032343638404244464850

Grafik hubungan temperatur udara keluar

temperatur udara keluar

tepm

pera

tur o

C

Gambar 4.18 Grafik Hubungan kenaikan Temperatur udara keluar

dangan Waktu

Analisa grafik:

Grafik diatas menunjukkan hubungan kenaikan temperatur udara keluar

terhadap waktu yang berbanding lurus walaupun pada kenyataannya garis yang

terbentuk tidak linier sempurna. Dapat dianalisa bahwa semakin bertambahnya

waktu maka semakin bertambah pula kenaikan temperatur pada dinding. Hal

tersebut terjadi karena adanya perambatan panas konveksi secara alamiah

dimana panas yang dihasilkan dinding pipa horizontal mengalir karena adanya


KELOMPOK 8

gaya gravitasi (gaya apung) pada udara didalam pipa. Suhu dalam pipa lebih

tinggi dari udara luar, sehingga terjadi aliran secara alamiah dari temperatur

tinggi ke temperatur rendah.

Bentuk grafik diatas berbentuk kasar dikarenakan :

1. Pengisolasian dengan asbes/gips kurang tebal dan merata, sehingga tujuan

dari isolasi kurang maksimal.

2. Praktikan dalam mengambil data percobaan kurang teliti dan terburu-buru.

3. Dalam percobaan konveksi paksa sensor yang dipasang kurang peka

terhadap perubahan suhu dan butuh kaliberasi.

Data penurunan temperatur

0.5 2.5 4.5 6.5 8.510.5

12.514.5

16.518.5

20.522.5

2527293133353739414345

Grafik hubungan temperatur udara keluar

temperatur udara keluar

waktu (menit)

tem

pera

tur

oC

Gambar 4. 19 Grafik hubungan penurunan temperatur udara keluar

dengan waktu.

Analisa Grafik:

Grafik diatas menunjukkan hubungan penurunan temperatur udara keluar

terhadap waktu yang berbanding terbalik walaupun pada kenyataannya garis

yang terbentuk tidak linier sempurna. Dapat dianalisa bahwa semakin

bertambahnya waktu maka temperatur udara keluar akan semakin turun. Hal

tersebut terjadi karena adanya perambatan panas konveksi secara paksa dimana

panas yang dihasilkan dinding pipa horizontal mengalir karena adanya gaya

paksaan (blower) pada udara didalam pipa. Suhu dalam pipa yang cukup tinggi


KELOMPOK 8

didinginkan dengan hembusan angin blower, sehingga kalor dari udara dinding

sekitar diserap dan terbawa keluar pipa horizontal.

Bentuk grafik diatas berbentuk kasar dikarenakan :

1. Pengisolasian dengan asbes/gips kurang tebal dan merata, sehingga tujuan

dari isolasi kurang maksimal.

2. Praktikan dalam mengambil data percobaan kurang teliti dan terburu-buru.

3. Dalam percobaan konveksi paksa sensor yang dipasang kurang peka

terhadap perubahan suhu dan butuh kaliberasi.

4.4 KESIMPULAN DAN SARAN

4.4.1 Kesimpulan

1. Faktor-faktor yang mempengaruhi konveksi paksa adalah kecepatan udara,

panjang pipa, diameter pipa, jenis isolasi, serta besarnya kalor yang dapat

dihasilkan heater.

2. Hasil yang didapat dari percobaan sampel perhitungan konveksi alami:

Red = 350 , 2878

Nud = 3,45 96

h = 1.63747 W /m2 ° C

Tw = 30 5 K

Tb2 = 302 K

3. Hasil yang didapat dari percobaan sampel perhitungan konveksi paksa:

Red = 13708,3019

Nud = 49,3574

h = 24,7643 W/m2 ° C

Tw = 336 K

Tb2 = 313 K

4. Dari grafik kenaikan temperatur dapat disimpulkan bahwa temperatur

berbanding lurus dengan waktu, sedangkan pada grafik penurunan

temperatur dapat disimpulkan pula bahwa temperatur berbanding terbalik

terhadap waktu walaupun keduanya tidak membentuk garis linier sempurna.


KELOMPOK 8

Pada percobaan kenaikan temperatur terjadi fenomena perpindahan panas

konduksi yaitu dari heater ke dinding pipa horizontal serta konveksi alami

yaitu pada aliran udara keluar dari pipa, sedangkan pada percobaan

pendinginan (penurunan temperatur) terjadi fenomena perpindahan panas

konveksi secara paksa yaitu pada udara yang ditiupkan blower terhadap

panas dalam pipa horizontal.

4.4.2. Saran

1. Pengisolasian dengan asbes/gips harus tebal, agar tidak terjadi retak sehingga

kalor tidak menyebar ke luar samping pipa.

2. Praktikan dalam mengambil data percobaan sebaiknya teliti dan tidak

terburu-buru agar data yang diperoleh akurat.

3. Dalam percobaan konveksi paksa sebaiknya sensor yang dipasang lebih

peka terhadap perubahan suhu.

bab 4 konveksi

Documents