contoh soal konveksi panas

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


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


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


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

contoh soal konveksi panas

Documents