contoh soal konveksi panas

Upload: muhammad-hasdar

Post on 06-Jul-2018

240 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • 8/16/2019 Contoh Soal Konveksi Panas

    1/4

    Contoh Soal:

    1. Sebuah bola berdiameter 2,5 cm berada pada suhu 38˚C, akan dibenamkan ke dalam

    suatu wadah yang berisi air dengan suhunya 15˚C.

    a. agaimana anda men!elaskan pengaruh dimensi dan ukuran wadah tersebut

    terhadap mekanisme perpindahan kalor yang ter!adi pada system di atas"

     b. #ika wadah yang digunakan adalah suatu be!ana yang berukuran 8$%$& cm3,

     bagaimana anda menentukan la!u perpindahan kalornya"

    c. 'pa yang men!adi pertimbangan anda dalam menentukan persamaan empiris yang

    akan digunakan untuk menyelesaikan problem diatas"

    #awab(

    a. )roses perpindahan kalor kon*eksi adalah perpindahan kalor yang diikuti oleh

     perpindahan partikel + partikel at perantaranya. )ada mekanisme perpindahan

    kalor diatas adalah perpindahan kalor kon*eksi dari permukaan bola menu!u ke

    -luida wadahnya. )ada peristiwa ini, termasuk dalam peristiwa perpindahan panas

    kon*eksi dua dimensi yaitu, perpindahan panas kon*eksi antara dua bidang yang

     berlainan dalam perantara -luida. )erpindahan panas menganut asas black, yaitu

    kalor yang dilepas akan sama dengan dengan kalor yang diterima. #adi kalor yang

    akan dilepas oleh bola akan sama dengan kalor yang diterima oleh -luida yang ada

    dan wadahnya. kuran dari wadahnya akan mempengaruhi suhu setimbang dari

    sistem yang ada pada soal, ketika suhu bola sama, *olume -luida sebanding

    dengan besar wadah, maka !ika wadah -luida kecil suhu setimbang akan men!adi

    lebih besar dibanding dengan suhu setimbang pada wadah yang lebih besar.

     b. 'sumsi(

    )erpindahan kalor dari bola ke air

    Semua si-at di e*aluasi pada suhu -ilm

    /iketahui(

    /0 2,5 cm0 ,25 m

    w038˚C

    015˚C

    Tf =Tw+T ∞

    2

    Tf =38+15

    2=26,5 ˚ C 

    Si-at dari air ditin!au pada suhu -ilm, maka diperoleh(

    4ambar %. lustrasi Soal no 2

     

    Gambar 3. Ilustrasi

  • 8/16/2019 Contoh Soal Konveksi Panas

    2/4

    6 0 ,&17

    gβ ρ2Cp

     μ k   =1,9 x

     1010

    m3

      .˚ C 

    GrPr=gβ ρ2Cp (Tw−T ∞) d3

     μ k   =1,9 x1010 (38−15 ) (0,025 )3=6,83 x106

    /engan menggunakan rumus dibawah untuk nilai 3$ 15  4r)r 8$ 18

     Nu=2+0,05(GrPr )1 /4=2+0,05(6,83 x 106)1/4=27,56

    h= Nu . k 

    d  =676,87W /m2 ˚ C 

    q=h x A x ∆ T  

    q=676,879 (4 π ) (0,0125 )2 x (38−15)=30,55W 

    2. Sebuah silinder *ertical dengan tinggi 1,8 m, diameter %,5 cm, dan suhu 93˚C, berada

    dalam lingkungan dengan suhu 3˚C.

    a. :itunglah kalor yang dilepas melalui kon*eksi alami dari silinder ini; b. /apatkah silinder tersebut diperlakukan sebagai plat rata *ertical" erapakah

    diameter minimum yang harus dimiliki oleh silinder tersebut agar dapat

    diasumsikan sebagai plat rata *ertical"

    c. #ika silinder tidak dapat dianalogikan dengan plat rata *ertical, bagaimanakah cara

    anda menyelesaikan permasalahan diatas"

    #awab(

    a. 'sumsi(

    - Soal adalah kon*eksi bebas, sehingga nilai h adalah 1

  • 8/16/2019 Contoh Soal Konveksi Panas

    3/4

     b. Sebuah silinder dapat diasumsikan sebagai plat rata *ertical ketika( D

     L ≥

      35

    Gr1 /4

    Gr=

    gβ (Tw−T ∞ ) d3

    v2

    Gr=(9,8 )(2,99 x10−3)(93−30)(0.075)3

    (19,1883 x10−6)2  =2,115 x106

     D

     L=

      35

    2,115 x 106 =1,655 x 10−5

     D=1,655 x10−5 x1,8=2.98 x10−5 m

     Diameter minimum silinder agar dapat diasumsikan sebagai plat rata vertical

    adalah  D=2.98 x10−5m

    c. #ika silinder tidak dapat dianalogikan sebagai plat rata *ertical, maka silinder

    diselesaikan menggunakan penyelesian menggunakan silinder *ertical

    /iketahui(

    >=t 0 1,8 m

    / 0 ,%5 m

    w 0 93˚C

    0 3˚C

      'sumsi(

    - Suhu -ilm adalah suhu yang digunakan untuk menentukan karakteristik dari -luida- Suhu lingkungan dan suhu silinder seragam dan tetap

    Si-at ?luida(

    -  Tf =

    Tw+T ∞2

    -  Tf =

    93+302

    -  Tf =61,5 ˚ C 

    -

      β=1/Tf  

     β=1/61,5 ˚C  

    -   v=19,1883 x 10−6

    -  Pr=0,7004

    -  k =0,02886

    #awab(

    Gr=gβ (Tw−T ∞ ) d3

    v2

      =(9,8)(2,99 x10−3)(93−30 )(0.075)3

    (19,1883 x10−6)2

    4ambar 8. lustrasi soal 3

     

  • 8/16/2019 Contoh Soal Konveksi Panas

    4/4

    Gr=2,115 x106

    GrPr=2,115 x106 x Pr=2,115 x106 x0.7004=1,48. 106

    @enggunakan da-tar %A1 untuk menentukan nilai C dan m, yang digunakan untuk

    menyelesaikan soal.

     Nu=C (GrPr)m=0,59 (1,48 x 106)1

    4=20,58

    h=k Nu

    d  =

    0,02886(20,58)0.075

    =7,92W  /m2 ˚ C 

    q=h x (π DL+1

    4π D

    2) x ∆ T 

    q=7,92 x (π (0,075) (1,8 )+ 14 π (0,075 )2) x (93−30 )=213,712W 

     Jadi, kalor yang dilepas adalah213,712W