KONVEKSI PAKSACreated by :

Group 2 (5 EGB)

Maya Elvisa

Raden Innu Romi Fahlevi

KONVEKSI PAKSA

Berdasarkan sumber gerakan fluida konveksi dibagi lagi menjadi konveksi

paksa dan konveksi alamiah. Konveksi paksa terjadi jika gerakan

fluida disebabkan oleh suatu sumber gerak eksternal, misalnya

pompa, fan, atau juga angin.

Perpindahan kalor konveksi yang terjadi dari

permukaan panas ke udara sekitarnya

Berdasarkan hukum pendinginan Newton laju perpindahan kalor konveksi dinyatakan dengan Persamaan :

Dengan :

h = koefisien perpindahan kalor konveksi, W/m2.°C

A = luas permukaan perpindahan kalor, W/m2.°C

Ts = temperatur permukaan, °C

T∞ = temperatur fluida, °C

BILANGAN TAK BERDIMENSI PADA KONVEKSI PAKSA

1. Bilangan Nuselt

Bilangan Nusselt menyatakan perbandingan antara perpindahan kalor konveksi pada suatu lapisan fluida dibandingkan dengan perpindahan kalor konduksi pada lapisan fluida tersebut.

Dimana :

h = koefisien perpindahan panas konveksi

D = panjang karakteristik

k = konduktivitas bahan

k

hDNNu

BILANGAN TAK BERDIMENSI PADA KONVEKSI PAKSA

2. Bilangan Reynolds

Pada aliran laminar molekul molekul fluida mengalir mengikuti garis-garis aliran secara teratur. Aliran turbulen terjadi saat molekul-molekul fluida mengalir secara acak tanpa mengikuti garis aliran. Aliran transisi adalah aliran yang berada di antara kondisi laminar dan turbulen, biasanya pada kondisi ini aliran berubah-ubah antara transien dan turbulen sebelum benar-benar memasuki daerah turbulen penuh.

Dimana;

D = diameter

v = laju alir

ρ = densitas

µ = viskositas

Nilai bilangan Reynolds yang kecil (< 2100) menunjukkan aliran bersifat laminar sedangkan nilai yang besar menunjukkan aliran turbulen(> 4000).

Dv

N Re

BILANGAN TAK BERDIMENSI PADA KONVEKSI PAKSA

3 Bilangan Prandtl

Bilangan tak berdimensi selanjutnya adalah Bilangan Prandtl yang merupakan perbandingan antara ketebalan lapis batas kecepatan dengan ketebalan lapis batas termal.

Cp adalah kalor spesifik fluida, dan k adalah konduktivitas termal, dan µ adalah viskositas

KONVEKSI PAKSA DALAM PIPA DENGAN ALIRAN LAMINAR

Dimana NRe < 2100, dapat digunakan persamaan Sieder dan Tate

Dimana;

= Bilangan Nusselt

= Bilangan Prandtl

= Bilangan Reynold

D = diameter pipa

L = panjang pipa

µb = viskositas fluida pada suhu rata rata

µw = viskositas fluida pada suhu dinding

14,03

1

PrRe86,1

w

baNu L

DNN

k

DhN

k

hDNNu

k

cN pPr

Dv

N Re

KONVEKSI PAKSA DALAM PIPA DENGAN ALIRAN TURBULENT

Untuk NRe >6000 ; 0,7 < NPr < 16000 dan L/D > 60

Dimana;

= Bilangan Nusselt

= Bilangan Prandtl

= Bilangan Reynold

D = diameter pipa

L = panjang pipa

µb = viskositas fluida pada suhu rata rata

µw = viskositas fluida pada suhu dinding

14,0

3

1

Pr8,0

Re027,0

w

bLNu NN

k

DhN

k

hDNNu

k

cN pPr

Dv

N Re

KONVEKSI PAKSA MELINTASI PERMUKAAN RATA

Pada bagian ini dibahas tentang perpindahan kalor dan gaya hambat (drag force) yang terjadi saat fluida melintasi suatu permukaan rata.

sifat fluida bervariasi terhadap temperatur, maka untuk penentuan sifat-sifat fluida pada perhitungan didasarkan pada temperatur film (Tf), yaitu :

Aliran Laminer

Koefisien gesek rata-rata untuk aliran laminar adalah :

Bilangan Nusselt rata-rata untuk aliran laminar adalah :

Aliran Turbulent

Pada aliran turbulen koefisien gesek rata-rata adalah :

sedangkan bilangan Nusselt rata-rata untuk aliran turbulen adalah :

Kombinasi Aliran Laminar dan Turbulent

Seringkali pada aliran melintasi plat rata, panjang plat melebihi panjang kritis sehingga aliran telahturbulen namun masih belum cukup panjang untuk dapat mengabaikan aliran laminar, digunakan persamaan koefisien gesek rata-rata :

serta bilangan Nusselt rata-rata

KONVEKSI PAKSA DALAM ALIRAN MELINTANG DAN BOLA

Secara praktis sering ditemui aliran melintang silinder dan bola, misalnya pada penukar kalor jenis aliran silang.

Untuk Re < 2´105 maka aliran yang terjadi adalah laminar Re > 2´105 aliran yang terjadi adalah aliran turbulen. Bilangan Nusselt rata-rata untuk aliran melintang silinder ditentukan menggunakan persamaan Churchill Bernstein :

Untuk aliran melintang bola digunakan persamaan Whitaker

APLIKASI PERPINDAHAN PANAS

• Sistem suplai air panas

SOAL

1. Udara dingin pada temperatur 10°C dipaksakan melalui plat tipis yang memiliki temperatur 40°C. Koefisien perpindahan kalor (h) = 30 W/(m2. °C).Tentukan laju aliran dari plat ke udara melalui plat dengan luas permukaan A = 2 m2.

PENYELESAIAN

Diberikan: Tf = 10°C, Tw = 40°C, dan h = 30 W/(m2.°C).

Kemudian aliran kalor yang melalui luasan A = 2 m2 menjadi:

SOAL

2. Udara atmosfir pada temperatur 10°C melaju dengan kecepatan 5 m/s melalui tabung berdiameter luar (outside diameter = OD) 1 cm dan panjang 5 m dimana bagian permukaan dipertahankan pada temperature 110°C, sebagaimana di ilustrasikan pada gambar dibawah. Tentukan laju aliran kalor dari permukaan tabung ke udara atmosfir.

PENYELESAIAN

Perpindahan kalor pada luasan A yang berada di bagian permukaan luar tabungA  = p.D.L    = p x 0,01 m x 5 m    = 0,05 p = 0,157 m2

 Untuk konveksi paksa yang melewati diameter tabung D = 0,01 m dengan Vm = 5 m/s, koefisien perpindahan kalor diantara permukaan luar dengan udara atmosfir seperti ditunjukkan dalam table 1.1 dimana h = 85 W/(m2.°C). Persamaan 1.3 digunakan untuk menghitung fluks kalor, diketahui Tf = 10 °C, Tw = 110°C, dan h = 85 W/(m2.°C),

 sehingga q diperoleh dengan :

 

q =  h (Tw  - Tf)

        = 85 W/(m2.°C) x (110 - 10) °C = 8500 W/m2

Laju aliran kalor yang melewati  A = 0,05 p m2   menjadi :

 

Q = q.A

    = 8500 W/m2 x 0,05 p m2

    = 1335,18 W = 1,335 kW

DANKE…..