ltm_1_perpindahan_kalor_pemicu_2

8/18/2019 LTM_1_PERPINDAHAN_KALOR_PEMICU_2

1/6

1

LTM 1 PERPINDAHAN KALOR PEMICU 2

Nama : Elgusta Masanari

NPM : 1406531901

Kelompok : 8Outline : Prandtl Number, Nusselt Number, Density, Viscosity, Surface Tension,

Compressibility, Capillarity.

Pembahasan

Lapisan Batas Termal

Lapisanbatastermal (thermal boundary layer ) yaitudaerah di mana

terdapatgradiensuhudalamaliran. Gradiensuhuituakibat proses

pertukaranpanasantaradindingdenganfluida. Bentukprofilkecepatan didalamlapisanbatasbergantungpadajenisalirannya. Sebagaicontoh,

perhatikanlahaliranudaramelewatisebuahpelatdatar, yang

ditempatkandenganpermukaansejajarterhadapaliran. Padatepidepan (leading edge) pelat

(x = 0 dalam Gb 1.), hanyapartikel-partikelfluida yang

langsungbersinggungandenganpermukaantersebut yang menjadilambatgerakannya,

sedangkanfluidaselebihnyaterusbergerakdengankecepatanaliranbebas ( free stream) yang

tidakterganggu di depan plat. Denganmajunyasepanjangpelat, gaya-

gayagesermenyebabkanterhambatnyasemakinbanyakfluida,

danteballapisanbatasmeningkat.

Gambar 1. Profil-profilkecepatanuntuklapisanbatas laminar danturbulendalamaliranmelewati plat datar.

Terbentuknyalapisanbatastermalpadaaliranfluidadiatas plat rata

untukperpindahanpanasfluidadengansuhu T∞mengalirdengankecepatan

U∞melewatipermukaandindingbersuhuTssedangkanteballapisanbatastermalδt.


2/6

2

Padadindingkecepatanaliranadalahnol,

danperpindahankalorkefluidaberlangsungsecarakonduksi.

Sehinggaflukskalorsetempatpersatuanluasqs”sesuaihukum Fourier’s adalah

" = = − darihukumpendinginan Newton,

" = ℎ − ∞ hadalahkoefisienkonveksi, sehinggakeduapersamaan di atasmenjadi

ℎ =−

− ∞

Gambar 2. Profilsuhupadalapisanbatastermal.

Prandtl Number

BilanganPrandtlmerupakanperbandinganantaraketebalan lapis

bataskecepatandenganketebalan lapis batastermal. BilanganPrandtl (Pr) merupakansifat-

sifatfluidasajadanhubunganantaradistribusisuhudandistribusikecepatan.

BilabilanganPrandtlnyalebihkecildarisatu, gradient suhu di

dekatpermukaanlebihlandaidaripadagradienkecepatan, danbagifluida yang

bilanganPrandtlnyalebihbesardaripadasatu gradient

suhunyalebihcuramdaripadagradienkecepatan.

BilanganPrandtldinyatakandenganpersamaan

= =

di mana

cp = kalorspesifikfluidapadatekanantetap, J/kg.K

k = konduktivitastermal, W/m.K


3/6

3

μ = viskositas, kg/s.m

v = viskositaskinematik, m2/s

α = difusivitastermal, m2/s

NilaibilanganPrandtlberkisarpadanilai 0.01 untuklogamcair, 1 untuk gas,10 untuk air,

dan 10000 untukminyakberat.

Difusivitaskalorakanberlangsungdengancepatpadalogamcair (Pr>1).

PadaumumnyanilaibilanganPrandtlditentukanmenggunakantabelsifatzat.

Tabel 1. RentangnilaibilanganPrandtluntukfluida.

Cairan Pr

Logamcair 0.004 – 0.03

Gas 0.7 – 1.0

Air 1.7 – 13.7

Cairan organic ringan 5 – 50

Minyak 50 – 100000

Gliserin 2000 - 100000

Nusselt Number

Perpindahankalor yang terjadipadasuatulapisanfluidaterjadimelalui

proseskonduksidankonveksi.

BilanganNusseltmenyatakanperbandinganantaraperpindahankalorkonveksipadasuatulapis

anfluidadibandingkandenganperpindahankalorkonduksipadalapisanfluidatersebut. Dapat

di tulisdenganpersamaan

= ℎ

= 0.023 0.8

di mana

h = koefisienperpindahanpanaskonveksi, W/m2.K

L = panjangkarakteristik, m

k = konduktivitasbahan, W/m.K

n = 0.5 for heating (Ts> Tm), 0.3 for cooling (Ts< Tm)

SemakinbesarnilaibilanganNusseltmakakonveksi yang terjadisemakinefektif.

BilanganNusselt yang bernilai 1 menunjukkanbahwaperpindahankalor yangterjadipadalapisanfluidatersebuthanyamelaluikonduksi.


4/6

4

Sifat-sifatFluida

Semuafluidanyata (gas danzatcair) memilikisifat-sifatkhusus yang dapatdiketahui,

antara lain: rapatmassa (density), kekentalan (viscosity), kemampatan (compressibility),

teganganpermukaan ( surface tension), dankapilaritas (capillarity).

Beberapasifatfluidapadakenyataannyamerupakankombinasisifat-sifatfluidalainnya.

a. Rapat Massa, BeratJenisdanRapatRelatif

Rapatmassa (ρ)

adalahukurankonsentrasimassazatcairdandinyatakandalambentukmassa (m) per satuan

volume (V). Beratjenis (γ) adalahberat per satuan volume

padatemperaturdantekanantertentu, danberatjenissuatubendaadalahhasil kali

antararapatmassa (ρ) danpercepatangravitasi (g). Rapatrelatif (s)

adalahperbandinganantararapatmassasuatuzatdanrapatmassa air,

atauperbandinganantaraberatjenissuatuzatdanberatjenis air.

b. Kekentalan (viscosity)

Viskositasmenunjukkanresistensisatulapisanuntukmeluncur (sliding)

diataslapisanlainnya. Definisi lain dariviskositasdikaitkandenganadatidaknyageseran

(shear). Dengandemikian,

viskositasberhubunganlangsungdenganbesarnyafriksidantegangangeser yang

terjadipadapartikel-partikelfluida. Dalamhalini, fluidabisadibedakanmenjadi viscous

fluid dan inviscid fluid (kadangkaladisebut juga nonviscous fluid atau frictionless

fluid). Sebetulnya, semuafluidapastimemilikiviskositasbetapapunkecilnya.

Namunketikaviskositasnyasangatkecildanbisadiabaikan,

makabiasanyadiasumsikansebagai inviscid fluid.

Fluida yang beradadidalam lapis batas (boundary layer) biasanyadiperlakukansebagai

viscous, sedangkanfluida yang beradadiluar lapis batasdiperlakukansebagai inviscid.

Fluida yang beradadalam lapis batas, sebagaiakibatdarisifatviskositasnya,

akanmembentukgradienkecepatan.

Padafluida Newtonian, gradienkecepatanberubahsecara linier (membentukgarislurus)

terhadapbesarnyategangangeser. Sebaliknya, padafluida non-Newtonian,

hubunganantaragradienkecepatandanbesarnyategangangesertidaklah linier.

c.

Kemampatan (compressibility)


5/6

5

Dalamhalini, fluidabisadibagimenjadicompressible fluid danincompressible fluid .

Secaraumum, cairanbersifatcompressiblesedangkan gas bersifatincompressible.

Kemampuansuatufluidauntukbisadikompresibiasanyadinyatakandalambulk

compressibility modulus.

Istilahcompressible fluid danincompressible

fluid hendaknyadibedakandenganistilahcompressible flowdanincompressible flow.

Compressible

flowadalahalirandimanadensitasfluidanyatidakberubahdidalammedanaliran ( flow

field ), misalnyaaliran air. Sedangkanincompressible

flowadalahalirandimanadensitasfluidanyaberubahdidalammedanaliran,

misalnyaaliranudara.

d. TeganganPermukaan ( surface tension)

Adalahbesarnyagayatarik yang bekerjapadapermukaanfluida

(cair).Definisilainnyaadalahintensitasdayatarik-menarikmolekular per

satuanpanjangpadasuatugarismanapundaripermukaanfluida.

Dimensidariteganganpermukaanadalahgaya per panjang.

Contohbagaimanaefekdariteganganpermukaanadalah,

jikasebuahpisausiletdiletakkansecaraperlahandiatas air

makapisausilettersebuttidakakantenggelamakibatadanyateganganpermukaan air.

e.

Kapilaritas (capillarity)

Kapilaritasterjadiakibatadanyagayakohesidanadesiantarmolekul,

jikakohesilebihkecildaripadaadesimakazatcairakannaikdansebaliknyajikalebihbesarma

kazatcairakanturun. Kenaikanataupenurunanzatcair di

dalamsuatutabungdapatdihitungdenganmenyamakangayaangkat yang

dibentukolehteganganpermukaandengangayaberat.


6/6

6

Gambar 3. Kenaikandanpenurunankapilaritas.

Untukperhitungansecaramatematisnyayaitu

ℎ = 2 di mana

h = kenaikanataupenurunanzatcair

σ = teganganpermukaan

γ = beratjeniszatcair

θ = akansamadengan 0ountuk air dan 140ountuk air raksa

r = jari-jaritabung

Referensi

Holman, J. (1995), PerpindahanKalor, EdisikeEnam. DiterjemahkanOleh Ir. E. Jasjfi, M.Sc,

Erlangga, Jakarta.

Destyanto, W. (2007), SimulasiNumerikPerpindahanPanasKonveksipadaAliran Laminar,

UniversitasSebelasMaret, Skripsi S1 TeknikMesin.

White, F. M. (1991), Viscous Fluid Flow, Second Edition, McGraw-Hill, Singapore.

ltm_1_perpindahan_kalor_pemicu_2

Documents