BAB I

I. LATAR BELAKANG MASALAH

Panas telah diketahui dapat berpindah dari tempat dengan temperatur lebih

tinggi ke tempat dengan tempeatur lebih rendah. Hukum percampuran panas juga

terjadi karena panas itu berpindah, sedangkan pada kalorimeter, perindahan panas

dapat terjadi dalam bentuk pertukaran panas dengan luar sistem.

Jadi pemberian atau pengurangan panas tidak saja mengubah temperatur

atau fasa zat suatu benda secara lokal, melainkan panas itu merambat ke atau dari

bagian lain benda atau tempat lain. Peristiwa ini disebut perindahan panas.

Apabila dua benda yang berbeda temperature dikontakkan, maka panas

akan mengalir dari benda bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur lebih

rendah.

Menurut penyelidikan, perpindahan tenaga panas dapat dibagi dalam

beberapa golongan cara perpindahan. Panas itu dapat merambat dari suatu bagian

ke bagian lain melalui zat atau benda yang diam. Panasjuga dapat dibawa oleh

partikel-partikel zat yang mengalir. Pada radiasi panas, tenaga panas berpindah

melalui pancaran yang merupakan juga satu cara perindahan panas. Umumnya

perindahan panas berlangsung sekaligus dengan ketiga cara ini.

Perindahan panas melalui cara pertama disebut perpindahan panas melalui

konduksi. Cara kedua, perindahan panas melalui konveksi dan cara ketiga melalui

radiasi

Konveksi merupakan perpindahan panas yang terjadi antara permukaan padat

dengan fluida yang mengalir disekitarnya, dengan menggunakan media

penghantar berupa fluida (cairan/gas). Arus fluida yang melintas pada suatu

permukaan, maka akan ikut terbawa sejumlah enthalphi. Aliran enthalphi ini

disebut aliran konveksi kalor atau konveksi. Konveksi merupakan suatu fenomena

macroskopik dan hanya berlangsung bila ada gaya yang bekerja pada partikel atau

ada arus fluida yang dapat membuat gerakan melawan gaya gesek

[McCabe,1993]

Konveksi paksa ( forced convection ) terjadi karena arus fluida yang terjadi

digerakkan oleh suatu peralatan mekanik ( contoh : pompa, pengaduk ), jadi arus

fluida tidak hanya tergantung pada perbedaan densitas. Contoh perpindahan panas

secara konveksi paksa antara lain : pemanasan air yang disertai pengadukan.

Aliran fluida pada konveksi paksa

Untuk mendapatkan sebuah ilustrasinya maka perlu adanya sebuah alat yang

mampu menjelaskan dan mensimulasikan secara jelas bagaimana konveksi paksa

dapat terjadi pada pipa annulus.

Dimana alat peraga ini akan direncanakan pada bab selanjutnya. Dallam hal

ini sebuah pipa annulus akan digunakan untuk menstimulasikan kalor sehingga

mengalir melewatinya. Dimana pipa- pipa annulus ini memiliki kalor jenis yang

berbeda-beda sesuai dari bahan yang digunakan.

Dengan alat ini nantinya maka akan dapat dihitung kalor yang mengalir

melewati pipa annulus sehingga didapatkan penjelasan yang jelas mengenai

proses konveksi paksa pada pipa annulus.

II. IDENTIFIKASI MASALAH

Apabila dua benda yang berbeda temperatur dikontakkan, maka panas akan

mengalir dari benda bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur lebih

rendah. Mekanisme perpindahan panas yang terjadi dapat berupa konduksi,

konveksi, atau radiasi. Dalam aplikasinya, ketiga mekanisme ini dapat saja

berlangsung secara simultan.

T1 T2

Arus fluida yang melintas pada suatu permukaan, maka akan ikut terbawa

sejumlah enthalphi. Aliran enthalphi ini disebut aliran konveksi kalor atau

konveksi. Konveksi merupakan suatu fenomena makroskopik dan hanya

berlangsung bila ada gaya yang bekerja pada partikel atau ada arus fluida yang

dapat membuat gerakan melawan gaya gesek [McCabe,1993] . Contoh sederhana

pepindahan panas secara konveksi adalah aliran air yang dipanaskan dalam

belanga.

Profil temperature pada aliran co-curent[McCabe,1993]

Ada suatu perbedaan antara kalor (heat) dan energy dalam dari suatu bahan.

Kalor hanya digunakan bila menjelaskan perpindahan energy dari satu tempat ke

tempat yang lain.

Kalor adalah energi yang dipindahkan akibat adanya perbedaan temperatur.

Sedangkan energy dalam (termis) adalah energy karena temperaturnya.

kalor T1>T2

simulasi perpindahan kalor

Apabila kalor berpindah dengan cara gerakan partikel yang telah

dipanaskan dikatakan perpindahan kalor secara konveksi. Bila perpindahannya

dikarenakan perbedaan kerapatan disebut konveksi alami (natural convection) dan

bila didorong, missal dengan fan atau pompa disebut konveksi paksa (forced

convection).

Besarnya konveksi tergantung pada :

a. Luas permukaan benda yang bersinggungan dengan fluida (A).

b. Perbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida (T).

koefisien konveksi (h), yang tergantung pada :

# viscositas fluida

# kecepatan fluida

# perbedaan temperature antara permukaan dan fluida

# kapasitas panas fluida

# rapat massa fluida

# bentuk permukaan kontak

Konveksi : H = h x A x T

Untuk memberikan gambaran dalam proses terjadinya konveksi paksa

maka diperlukan alat peraga yang mampu menjelaskan proses terjadinya sebuah

konveksi paksa pada sebuah tabung annulus.

Maka dari itu perancangan ini bertujuan untuk membuat sebuah alat

peraga konveksi paksa pada tabung annulus dan diharapkan mampu membantu

dalam pembelajaran proses perpindahan panas konveksi khususnya yang terjadi

pada tabung annulus .

III. BATASAN MASALAH

Untuk dapat merancang sebuah alat simulasi konveksi paksa pada pipa

annulus maka menimbang dari hal – hal diatas proses perancangan alat konveksi

paksa dibatasi dalam beberapa hal :

1. Perpindahan panas yang terjadi pada alat ini adalah Konveksi paksa

2. Media konveksi yang digunakan dalam alat ini merupakan pipa

annulus

3. Proses perpindahan panas berlangsung Secara Steady state.

4. Jarak bebas rata-rata molekul adalah kecil jika dibandingkan tebal

lapisan batas.

5. Fluida dianggap tipis sehingga meluncur atau menggelincir sepancang

permukaan.

IV. RUMUSAN MASALAH

Proses transport energy dengan kerja gabungan dari konduksi panas,

penyimpanan energy dan gerakan mencampur. Konveksi sangat penting sebagai

mekanisme perpindahan energy antara permukaan benda padat, cairan atau gas.

Konveksi paksa terjadi karena arus fluida yang terjadi digerakkan oleh suatu

peralatan mekanik ( contoh : pompa, pengaduk ), jadi arus fluida tidak hanya

tergantung pada perbedaan densitas. Contoh perpindahan panas secara konveksi

paksa antara lain : pemanasan air yang disertai pengadukan.

Untuk memberikan gambaran dan juga menghitung besar konveksi paksa

yang terjadi perlu adanya sebuah alat uji konveksi paksa.

Dalam hal ini permasalahan diatas dapat dipecahkan apa bila ada suatu alat uji

konveksi paksa pipa annulus.

Oleh karena itu sangatlah penting dalam merekayasa sebuah alat uji konveksi

paksa agar dapat digunakan dalam berbagai penelitian tentang konveksi paksa

khususnya yang terjadi pada pipa annulus.

V. TUJUAN

Berdasarkan kebutuhan kebutuhan diatas maka perlu dibuat sebuah alat

simulasi penukar kalor secara konveksi pada pipa annulus. Dimana secara garis

besar memiliki tujuan sebagai berikut:

a. Memberikan penjelasan yang jelas tentang proses konveksi paksa.

b. Mampu menjadikan sebuah alat media pembelajaran dalam bidang

konveksi paksa khususnya pada pipa annulus.

c. Menambah khasanah ilmu pengetahuan dalam perpindahan panas

konveksi paksa.

VI. MANFAAT

Adapun manfaat yang dapat dicapai dalam perencanaan ALAT UJI

KONVEKSI PAKSA PADA PIPA ANULUS ini antara lain adalah

1. Bagi mahasiswa.

a. Menjadikan sarana belajar dalam hal perpindahan panas konveksi

b. Memberikan tambahan alat peraga belajar sebagai pelengkap proses

pembelajaran.

c. Merupakan karya nyata mahasiswa dalam bidang ilmu pengetahuan

dan teknologi.

2. Bagi dunia pendidikan

a. Membuat alat peraga yang mampu menjelaskan proses terjadinya

perpindahan panas terutama konveksi paksa terutama pada pipa

annulus.

b. Menambah model alat peraga pembelajaran perpindahan panas

konveksi.