Praktikum Konveksi AlamiKelompok 20

Data Percobaan Konveksi Alami

Keterangan :T-1 = T Inlet = Suhu air masukT-2 = T Steam = Suhu Steam MasukT-3 = T Selang = Suhu Air KeluarT-4 = Tkondensat= Suhu Steam KeluarT-5 = T Tube = Suhu Air Keluar Pipa

Valve : 0.25

Weir Percobaan T Tube ( C )

T Selang

( C )

T Kondesat

( C )

T Stea

m ( C )

T Inlet ( C )

V Kondensat (

C )

0.25

I 71 52 50 82 25 8

II 76 54 46 81 25 5

III 80 55 45 83 25 7

Valve : 0.25

Weir PercobaanT

Tube ( C )

T Selang

( C )

T Kondesa

t ( C )

T Steam ( C )

T Inlet ( C )

V Kondensat

( C )

0.75

I 78 53 39 83 25 5.5

II 84 56 42 81 25 6.5

III 82 58 44 83 25 5

Valve : 0.25

Weir PercobaanT

Tube ( C )

T Selang

( C )

T Kondesa

t ( C )

T Steam ( C )

T Inlet ( C )

V Kondensat

( C )

1

I 83 61 41 85 25 6.5

II 83 62 46 84 25 5

III 81 64 44 84 25 6

Perhitungan DataMencari nilai rata-rata dari T1- T5 dan V Kondensat.

Dengan persamaan diatas. Maka, didapatkan hasil perhitungan menggunakan Microsoft Excel sebagai berikut.

Weir T Tube ( C )

T Selang ( C )

T Kondesat ( C )

T Steam ( C )

T Inlet ( C )

V Kondensat ( ml )

0.25 75.67 53.67 47 82 25 6.67

0.75 81.33 55.67 41.67 82.33 25 5.67

1 82.33 62.33 45 84.33 25 5.833

Mencari T bulkUntuk mencari T bulk, maka kita harus mencari

suhu fluida (Tf) serta suhu steam (Tw). Berikut persamaan yang digunakan.

Maka, dengan menggunakan perhitungan Excel didapatkan hasil seperti berikut.

Weir Tf Tw Tb

0.25 50.33 64.5 57.4167

0.75 53.167 62 57.583

1 53.667 64.67 59.167

Mencari densitas (ρ), viskositas (μ), konduktivitas termal (k), dan kapasitas kalor (Cp)

Untuk mencari densitas, viskositas, konduktivitas termal dan kapasitas kalor dapat menggunakan Appendix A-9 dan menginterpolasi dengan menggunakan suhu limbak (Tb).

Dengan menggunakan perhitungan excel, maka didapatkan hasil seperti berikut. Weir = 0.25

T ρ μ k Cp

48.89 988.8 5.62 0.644 417457.4166666

7305.361956

24.92159616

0.651674767

4177.837384

60 98.3 4.71 0.654 4179

Weir : 0.75

Weir : 1

T ρ μ k Cp

48.89 988.8 5.62 0.644 4174

57.58333333

292.0031203

4.907944794

0.651824782

4177.912391

60 98.3 4.71 0.654 4179

T ρ μ k Cp

48.89 988.8 5.62 0.644 4174

59.16666667

165.0941794

4.778256826

0.653249925

4178.624962

60 98.3 4.71 0.654 4179

Mencari Nilai Koefisien Perpindahan Panas

Kita mencari konstanta perpindahan dengan persamaan berikut.

Berdasarkan literatur, besar diameter Test Chamber adalah sebesar 0.5” (0.0127 m). Sedangkan, panjang pipa kondensor tembaga yang digunakan sebagai tempat keluarnya air dari tube adalah sepanjang 24” (0.6096 m).

Sedangkan, nilai M merupakan nilai debit pada setiap bukaan. Karena pada konveksi alami ini hanya menggunakan bukaan 0.25, maka nilai M = 0.0000174 m3/s.

Sehingga, nilai konstanta perpindahan panas (h) adalah sebagai berikut.

Weir : 0.25

Weir : 0.75

Weir : 1

Mencari Nilai NusseltUntuk mencari Bilangan Nusselt, maka kita

dapat menggunakan persamaan seperti berikut.

Dengan Menggunakan perhitungan Excel, maka didapatkan hasil sebagai berikut.

Weir k h Nu

0.250.65167476

76.0399 0.117924702

0.750.65182478

210.383 0.202299918

10.65324992

510.147 0.19727044

Mencari Bilangan PrandtlUntuk mencari Bilangan Prandtl, kita dapat

menggunakan rumus seperti dibawah.

Dengan Perhitungan Excel, maka didapatkan Bilangan Prandtl dari masing-masing weir sebagai berikut.

Weir μ k Cp Pr

0.250.0004921

60.652 4177.837 3.155

0.750.0004921

60.653 4177.912 3.1545

10.0004921

60.653 4178.625 3.148

Mencari Bilangan Grashoff

Untuk mencari Bilangan Grashoff, menggunakan rumus seperti berikut.

Berikut adalah hasil perhitungan dengan menggunakan Microsoft Excel.

Weir Tb ρ μ k Cp β ∆T Gr

0.25 57.42 305.360.000492

10.65167 4177.84 0.0199 14.167

857834.9645

0.75 57.58 292.003 0.00049 0.6518 4177.91 0.019 8.8333703564.3

52

1 59.167 165.0940.000492

160.6532 4178.625 0.0186 11

1457595.025

Mencari Bilangan Nusselt (Literatur)Berdasarkan buku Holman, Bilangan Nusselt

dapat ditentukan dengan persamaan berikut.

Berikut merupakan hasil perhitungan dengan menggunakan Excel.

Weir Gr Pr Nu

0.25857834.96

453.155 24.453

0.753703564.3

523.1545 34.946

11457595.0

253.148 27.803

% Kesalahan

Weir Nu Nu %Error

0.25 0.117924702 24.453 98.13

0.75 0.202299918 34.945 97.42

1 0.19727044 27.803 98.29

Grafik I

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.10

5

10

15

20

25

30

35

40

f(x) = 6.82654367422629 x + 24.5164659533237R² = 0.236606205436746

f(x) = 0.114788048 x + 0.095972988R² = 0.85781779939134

Grafik Hubungan Antara Weir dengan Bi-langan Nusselt

Weir Vs. NuLinear (Weir Vs. Nu)Weir Vs. Nu LiteraturLinear (Weir Vs. Nu Literatur)

Weir

Nu

Grafik II

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.10

2

4

6

8

10

12

f(x) = 5.91876118668632 x + 4.91451493198232R² = 0.861081070909283

Grafik Hubungan Antara Weir dengan Konstanta Perpindahan Panas

Weir Vs. hLinear (Weir Vs. h)

Weir

h

PembahasanPenggunaan persamaan (7-28) yang ada

pada buku Holman dikarenakan konveksi berlangsung secara alami dan berada pada silinder vertikal. Selain itu, karena pada praktikum terdapat variasi ketinggian weir, maka fluks kalor yang terdapat pada sistem juga tidak tetap. Hal ini dikarenakan ketinggian weir mempengaruhi flow rate nya yang dimana juga dipengaruhi dari semakin membesarnya tekanan pada feed tank jika weir semakin tinggi. Sehingga, hal ini membuat laju alir massanya menjadi besar dan fluks kalor menjadi tidak konstan.

Pada modul memang sudah terdapat persamaan yang digunakan untuk mencari Bilangan Nusselt yang berdasarkan literatur. Akan tetapi, pada persamaan itu telah diketahui alirannya berlangsung secara laminer. Sedangkan, kita tidak dapat menentukan jenis aliran yang terdapat pada sistem, karena kita juga tidak dapat menentukan bagaimana besar kecepatan fluidanya. Sehingga, kita jadi menggunakan persamaan yang menggunakan parameter Bilangan Rayleigh.

Setelah didapatkan Bilangan Nusselt yang sesuai dengan literatur yang ada, maka didapatkan persentase kesalahan. Persentase kesalahan yang dihasilkan dari praktikum ini sangatlah besar. Hal ini dikarenakan terdapat kesalahan yang dilakukan selama kalibrasi yang berdampak pada perhitungan konveksi alami.

Tidak hanya itu, selama praktikum, praktikan juga kurang menutup W-2. Sehingga menyebabkan suhu air yang berada pada chamber test menjadi saturated sehingga tidak bisa lagi menyerap kalor dari steam dengan baik dan kondensat yang keluarpun juga akan semakin sedikit.