NAMA: LIA FITRI FUJIARSI

NIM

: 061330400319

KELAS: 4 KB

KONVEKSIKonveksi adalah perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan partikel-partikelnya. Konveksi adalah proses perpindahan kalor dari satu bagian fluida kebagian lain fluida oleh pergerakan fluida itu sendiri. konveksi terjadi karena perbedaan massa jenis dan konveksi hanya terjadi pada zat cair dan gas.Untuk menyelidiki perpindahan kalor secara mengalir , digunakan alat konveksiair dan alat konveksi udara. Besarnya konveksi tergantung pada :a. Luas permukaan benda yang bersinggungan dengan fluida (A).b. Perbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida (c. Koefisien konveksi (h), yang tergantung pada :

1) viscositas fluida

2) kecepatan fluida

3) perbedaan temperatur antara permukaan dan fluida

4) kapasitas panas fluida

5) rapat massa fluida

6) bentuk permukaan kontak

Proses perpindahan kalor secara konveksi dibedakan menjadi dua yaitu konveksi alamiah dan konveksi paksa.

KONVEKSI ALAMIAHKonveksi alamiah adalah perpindahan kalor yang terjadi secara alami atau pergerakan fluida yang terjadi akibat perbedaan massa jenis, contoh: pemanasan air. Bagian fluida yang menerima kalor/dipanasi memuai dan massa jenisnya menjadi lebih kecil, sehingga bergerak ke atas. Kemudian tempatnya akan digantikan oleh bagian fluida dingin yang jatuh ke bawah karena massanya jenisnya lebih besar. Pada pemanasan air, massa jenis air yang dipanasi mengecil sehingga air yang panas naik digantikan air yang massa jenisnya lebih besar.Aplikasi konveksi alami

Proses pemanasan air menggunakan pemanas listrik juga mirip dengan kasus di atas. Elemen pemanas memiliki suhu yang lebih tinggi sedangkan air yang berada di sekitarnya memiliki suhu yang lebih rendah. Karena terdapat perbedaan suhu, maka kalor mengalir dari elemen pemanas menuju air yang menempel dengannya. Perpindahan kalor dari elemen pemanas menuju air terjadi secara konduksi. Sebaliknya, proses perpindahan kalor dalam air terjadi secara konveksi. arus konveksi udara yang membantu asap bergerak naik atau cerobong asap.

Ketika kita memanaskan air menggunakan kompor, kalor mengalir dari nyala api (suhu lebih tinggi) menuju dasar wadah (suhu lebih rendah). Karena mendapat tambahan kalor, maka suhu dasar wadah meningkat. Ingat ya, yangbersentuhan dengan nyala api adalah bagian luar dasar wadah. Karena terdapatperbedaan suhu, maka kalor mengalir dari bagian luardasar wadah (yangbersentuhan dengan nyala api) menuju bagian dalam dasar wadah (yangbersentuhan dengan air). Suhu bagian dalam dasar wadah pun meningkat. Karenaair yang berada di permukaan wadah memiliki suhu yang lebih kecil, maka kalormengalir dari dasar wadah (suhu lebih tinggi) menuju air (suhu lebih rendah).Perlu diketahui bahwa perpindahan kalor pada wadah terjadi secara konduksi. Perpindahan kalor dari dasar wadah menuju air yang berada di permukaannyajuga terjadi secara konduksi.Adanya tambahan kalor membuat air yang menempel dengan dasar wadah mengalami peningkatan suhu. Akibatnya air tersebut memuai. Ketika memuai,volume air bertambah. Karena volume air bertambah maka massa jenis airberkurang. Kalau bingung, ingat lagi persamaan massa jenis alias kerapatan(massa jenis = massa / volume).

Massa air yang memuai tidak berubah, yangberubah hanya volumeya saja. Karena volume air bertambah, maka massajenisnya berkurang. Berkurangnya massa jenis air menyebabkan si air bergerak keatas (kita bisa mengatakan air tersebut mengapung).

Mirip seperti gabus atau kayukering yang terapung jika dimasukan ke dalam air. Gabus atau kayu kering bisaterapung karena massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis air.Karena bergerak ke atas maka posisi air tadi digantikan oleh temannyayang berada di sebelah atas. Kali ini temannya yang menempel dengan dasarwadah. Karena terdapat perbedaan suhu, maka kalor mengalir dari dasar wadahmenuju temannya. Temannya ikut2an kepanasan juga (suhu meningkat) sehinggamassa jenisnya berkurang. Karena massa jenisnya berkurang maka ia bergerak keatas. Posisinya digantikan oleh temannya yang berada di sebelah atas. Demikian seterusnya sampai semua air yang berada dalam wadah mendapat jatah kalor.

KONVEKSI PAKSAKonveksi paksa adalah konveksi yang terjadi dengan sengaja (dipaksakan),contoh: pada sistem pendingin mesin mobil. Contoh peristiwa konveksi diantaranya:

(1).Lampu minyak dan sirkulasi udara diruang tamu(2).Cerobong asap pabrik dan cerobong asap dapur(3). Terjadinya angin darat maupun angin laut

Aplikasi konveksi Paksa:

1. Sistem suplai air panasPrinsip kerja : Air panas di dalam ketel naik ke bagian atas tangki penyimpan. Air dingin di dalam tangki utama kemudian turun menuju ke ketel untuk dipanaskan. Tangki utama dihubungkan ke suplai air dingin oleh katup yang dikendalikan oleh pelampung. Jika ketinggian air di dalam tangki utama berada di bawah ketinggian minimum tertentu, maka pelampung akan membuka katup suplai air. Pipa luapan berfungsi mengalirkan luapan air panas yang dihasilkan ke dalam tangki utama.

2. Lemari esPrinsip kerja : Udara dingin pada kompartemen pendingin bergerak ke bawah, dan tempatnya digantikan oleh udara hangat yang naik dari bagian bawah dan didinginkan oleh pipa-pipa pendingin. Pergerakan udara ini menghasilkan arus konveksi alamiah udara. Arus konveksi udara ini akan mendinginkan semua makanan yang disimpan di dalam lemari es.

Sistem konveksi udara pada lemari es

Rumus-rumus konveksi paksa dan konveksi alamiKonveksi paksa

Laju perpindahan kalor suatu benda sebanding dengan beda temperatur antara benda dengan fluida sekelilingnya. Dapat dirumuskan menjadi

Q = h.A.(To - T).

Dimana :

Q = laju perpindahan kalor (W)

h = koefisien perpindahan panas (W/m2K)

A = Luas permukaan objek (m2)

To = Temperatur permukaan objek (K)

T = Temperatur lingkungan/fluida (K) [4].

Laju perpindahan kalor (Q) merupakan besarnya perpindahan panas yang terjadi terhadap suatu objek. Koefisien perpindahan panas (h) merupakan koefisien konveksi aliran. Luas permukaan objek (A) adalah luas permukaan yang dikenakan perpindahan panas. Ada beberapa rumus luasan yaitu :

Pada plat datar (A = P x L)

Pada silinder (Ar = 2rL)

Gradien temperatur (T) merupakan selisih temperatur antara temperatur objek dan temperatur lingkungan/fluida.Rumusan konveksi paksa erat hubungannya dengan angka Reynolds (Re), Prandtl (Pr), Nusselt (Nu). Ketiga bilangan ini membentuk persamaan:

Nud = C . Redm . Prn

Ket :Nud= Bilangan Nusselt

Red = Bilangan Reynold

Pr= Bilangan Prandtl

n= 0,4 (Pemanasan)

0,3 (Pendinginan)

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

Bilangan tak berdimensi yang mengukur rasio gaya inersia dari fluida dengan viskositas. Digunakan untuk menentukan kriteria aliran laminar dan turbulen [5].

Ket: Red= bilangan Reynold

m= laju aliran udara (m/s)

= massa jenis (kg/m3)

d= diameter (m)

= viskositas fluida (kg/m.s)

Batasan:

Aliran Laminar (Re 2300)

Aliran Turbulen (Re 2300) [1].

Bilangan Prandtl

Bilangan Prandtl merupakan bilangan yang digunakan sebagai perbandingan viskositas kinematik fluida terhadap difusivitas termal fluida.

Pr = =

Dimana:v = viskositas kinematik

a = difusivitas termal (m2/s)

= viskositas dinamik (kg/m.s)

Cp = koefisien panas gas (kJ/kg.C)[6].

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

Aliran laminar berkembang penuh

Batasan Red.Pr

Ket:Nud= bilangan Nusselt

= viskositas dinamik (kg/m.s)

w= viskositas dinding (kg/m.s)

D = diameter pipa (m)

L = panjang pipa (m)[6].

Aliran turbulen berkembang penuh

Berdasar Sneider & Tate:

Ket:Nud = bilangan Nusselt

= viskositas dinamik (kg/m.s)

w= viskositas dinding (kg/m.s) [1].

Aliran turbulen berkembang penuh pada tabung licin

Nud = 0,023. Red0,8.Prn

Batasan : n = 0,4 (Pemanasan)

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).Variabel perpindahan panas konveksi

.T

Keterangan : = Perpindahan Kalor (joule)

h = Koefisien Konveksi

A = Luas Penampang (m2)

T = Suhu (kelvin)

Koefisien Perpindahan Kalor

(W/m2.oC)

Dimana : h = koefisien perpindahan kalor (W/m2.C)

K= konduktivitas termal (W/m.oC)

Nud = Nusselt number [1].

Pemanas Heater

Qheater = h. 2. r. L ( Tw- Tb ) (Watt)

Ket:Q= Banyaknya kalor (Watt)

h= Koefisien perpindahan kalor (W/m2.C)

r = Jari-jari (m)

L= Panjang Pipa (m)

Tb = Temperatur udara keluar (C)

Tw = Temperatur dinding (C)[6].

Suhu Limbak/Suhu Film

Ket:

= Suhu film (C)

Untuk konsep suhu limbak (bulk temperatur) yaitu perpindahan kalor yang melibatkan aliran dalam saluran tertutup,energi total yang ditambahkan dapat dinyatakan dengan beda suhu-limbak:

Ket : = massa per satuan waktu (m/kg)

cp = kalor jenis pada tekanan konstan(Joule/Kg oC)

Tw = temperatur dinding (0C)

Tb = temperatur bulk (0C) Daratan yang memiliki suhu lebih rendah mendinginkan udara yangberada di atasnya. Akibatnya suhu udara yang berada di atas daratan menurun.Penurunan suhu udara menyebabkan massa jenis udara bertambah. Udara yangberada di atas daratan segera meluncur ke laut (2)Sampai pada ketinggian tertentu, udara yang bergerak ke atas mendingin(suhunya menurun). Penurunan suhu menyebabkan massa jenis udara bertambah.Si udara pun meluncur ke bawah, menggantikan posisi udara yang meluncur kelaut tadi (3). Proses ini terjadi terus menerus sehingga terbentuk arus konveksiudara sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar di atas. Dirimu menyebutnyadengan julukan angin darat. Di sebut angin darat karena udara yang berada didaratan melakukan pengungsian massal menuju laut. Angin darat hanya terjadipada malam hari.

_1488875576.unknown

_1488875579.unknown

_1488875580.unknown

_1488875577.unknown

_1488875575.unknown