Upload
rusliana-apriliasari
View
99
Download
13
Embed Size (px)
DESCRIPTION
tentang pengujian konveksi paksa yang dialirkan dalam tabung dan gaya tambahan dari aliran van
Citation preview
BAB III
PENGUJIAN KONVEKSI
3.1 PENDAHULUAN
Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi karena adanya gerakan curah fluida, dimana gerakan ini dapat diamati secara makro. Mekanisme perpindahan panas konveksi berbeda dengan perpindahan panas konduksi atau radiasi. Konveksi terjadi pada dua peristiwa yaitu konveksi paksa dan konveksi alami.
Gambar 3.1 Skema perpindahan panas konveksi
Cara perpindahan panas konveksi erat kaitannya dengan gerakan atau aliran fluida. Salah satu segi analisa yang paling penting adalah mengetahui apakah aliran fluida tersebut laminar atau turbulen. Dalam aliran laminar, aliran dari garis aliran (streamline) bergerak dalam lapisan-lapisan, dengan masing-masing partikel fluida mengikuti lintasan yang lancar serta malar (kontiniu). Partikel fluida tersebut tetap pada urutan yang teratur tanpa saling mendahului. Sebagai kebalikan dari gerakan laminar, gerakan partikel fluida dalam aliran turbulen berbentuk tidak teratur. Kedua jenis aliran ini memberikan pengaruh yang besar terhadap perpindahan panas konveksi.
Konveksi sangat penting peranannya dalam mengatur fenomena arus samudra, pembentukan angin laut/darat, pembentukan mikro struktur logam selama pendinginan logam cair, pemanfaatan energi surya, gerakan udara panas ketika terjadi kebakaran, pembakaran hutan, emisi gas buang kendaraan, dsb. Aplikasi paling umum di industri adalah pada pendinginan udara pada chip komputer dan peralatan-peralatan besar. [1]
3.2 DASAR TEORI
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 konveksi air dan alat konveksi udara. Proses perpindahan kalor secara konveksi dibedakan menjadi dua yaitu konveksi alamiah dan konveksi paksa. Konveksi alamiah adalah perpindahan kalor yang terjadi secara alami, contoh: pemanasan air. Pada pemanasan air, massa jenis air yang dipanasi mengecil sehingga air yang panas naik digantikan air yang massa jenisnya lebih besar.Konveksi paksa adalah konveksi yang terjadi dengan sengaja (dipaksakan),contoh: pada sistem pendingin mesin mobil.
(a) (b)
Gambar 3.2 Skema konveksi (a) paksa dan (b) bebas [2]
3.2.1 Pengetahuan Umum Konveksi
Perpindahan kalor secara konveksi bebas terjadi secara alamiah karena adanya gradien (perbedaan) massa jenis (densitas) fluida akibat adanya gradien temperatur. Gaya penggerak konveksi bebas adalah gaya apung (buoyancy), sehingga keberadaan gravitasi atau gaya sejenis sangat penting dalam perpindahan kalor konveksi bebas. [3]
Perpindahan kalor secara konveksi paksa terjadi karena adanya pengaruh dari luar/paksaan yang memaksa fluida untuk mengalir sesuai dengan arah yang dipaksakan. Paksaan atau gaya yang diberikan dapat berupa kipas, pompa, blower, kompresor dsb.
(a) (b)
Gambar 3.3 (a) konveksi paksa (b) konveksi bebas [4]
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) [5]
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 :
a. Pada plat datar (A = P x L)
b. Pada silinder (Ar = 2rL)
Gradien temperatur (T) merupakan selisih temperatur antara temperatur objek dan temperatur lingkungan/fluida. [6]
3.2.2 Tujuan Praktikum
Tujuan dari praktikum konveksi paksa aliran udara pada pipa horizontal adalah:
1. Mencari nilai koefisien perpindahan panas keseluruhan untuk variasi tertentu seperti laju alir, temperatur udara keluar dan temperatur dinding pada pipa horizontal.
2. Praktikan menemukan korelasi antara bilangan Reynolds untuk menentukan kecepatan laju alir dan bilangan Nusselt untuk mengetahui temperatur dinding. [7]
3.2.3 Rumus Perhitungan konveksi paksa
Rumusan konveksi paksa erat hubungannya dengan angka Reynolds (Re), Prandtl (Pr), Nusselt (Nu). Bilangan Reynolds dapat menggambarkan apakah aliran tersebut laminar atau turbulen, sedangkan bilangan Prandtl menunjukkan karakteristik termal fluida, dan bilangan Nusselt menggambarkan karakteristik proses perpindahan panas. Ketiga bilangan ini membentuk persamaan :
Ket. : Nud= bilangan nusselt
Red= biangan reynold
Pr= bilangan prandtl
n= 0,4(pemanasan)
= 0,3(pendinginan)
Dimana C, m, dan n adalah konstanta yang harus ditentukan dari percobaan. Berikut rumus bilangan-bilangan tersebut. [8]
(a) Bilangan Reynold
Merupakan bilangan tak berdimensi yang diperoleh dari rasio gaya inersia dengan viskositas. Bilangan Reynold digunakan untuk menentukan karakteristik suatu aliran fluida laminar atau turbulen.
Ket.: Red =bilangan reynold
= densitas fluida (kg/m3)
um = kecepatan aliran (m/s)
= viskositas (kg/m.s)
D = diameter pipa (m)
Gambar 3.4 Pengembangan daerah aliran lapis batas di atas plat rata. [9]
Dengan bilangan Reynolds kita dapat mengetahui apakah aliran fluida tersebut laminar atau turbulen dengan melihat batasan berikut.
Re 2300 Aliran laminar
Re 2300 Aliran turbulen [10]
(b) Bilangan Prandtl
Bilangan prandtl merupakan Bilangan yang digunakan sebagai perbandingan viskositas kinematik fluida terhadap difusivitas termal fluida. Viskositas kinematik memberikan informasi tentang laju difusi momentum dalam fluida dan difusitas termal memberikan informasi tentang difusi kalor dalam fluida.
Keterangan : (m2/s)
(kg/m.s)
= kalor jenis pada tekanan konstan(kJ/kgoC)
k =koeffisien konduktivitas termal (W/moC)
Untuk aliran dalam pipa,seperti halnya aliran melewati plat datar profil kecepatan serupa dengan profil suhu untuk fluida yang mempunyai bilangan Prandtl satu. [11]
(c) Bilangan Nusselt
Merupakan bilangan yang digunakan untuk menentukan distribusi suhu permukaan atau plat. [12]
Ket: Nud = bilangan nusselt
h = koeffisien perpindahan panas kenveksi(W/m2oC)
L = panjang plat (m)
K = koeffisien konduktifitas termal(W/moC)
Nilai bilangan Nusselt dipengaruhi oleh beberapa jenis aliran yaitu :
1. Aliran Laminar berkembang penuh [13]
Batasan
2. Aliran Turbulen berkembang penuh [14]
Dimana : = viskositas fluida(kg/m.s)
w = viskositas dinding(kg/m.s)
Untuk aliran turbulen yang sudah jadi atau berkembang penuh (fully developed turbulent flow) dalam tabung licin, digunakan persamaan berikut :
Batasan:n = 0,4 pemanas
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 ). [15]
(d) Koefisien Perpindahan Kalor
Ket : h = koefisien perpindahan kalor (W/m2 0C)
k = konduktivitas termal (W/m 0C)
D = diameter pipa (m)
Nud =bilangan Nusselt [16]
(e) Pemanas Heater
Ket : h = koefisien perpindahan kalor (W/m2 0C)
= jari-jari (m)
L = panjang pipa (m)
= temperatur dinding (0C)
= temperatur bulk (0C)
(f) Perpindahan kalor total
Ket : = massa per satuan waktu (m/kg)
cp = kalor jenis pada tekanan konstan(Joule/Kg oC)
Tw = temperatur dinding (0C)
Tb = temperatur bulk (0C) [17]
3.2.4 Aplikasi Konveksi Paksa
1. Sistem suplai air panas
Prinsip kerja : Air panas di dalam ketel naik ke bagian atas tangki penyimpan. Air dingin di dalam tangkiutama kemudian turun menuju keketel untuk dipanaskan.Tangki utama dihubungkan ke suplai air dingin oleh katup yang dikendalikan oleh pelampung. Jikaketinggian air di dalam tangki utama berada di bawah ketinggian minimum tertentu, maka pelampungakan membuka katup suplai air. Pipa luapan berfungsi mengalirkan luapan air panas yang dihasilkan kedalam tangki utama.
Gambar 3.5 Skema perpindahan panas pada sistem suplai air panas [18]
3.2.5Alat dan Prosedur Pengujian
3.2.5.1 Bagian Bagian Alat Beserta Fungsinya
Heater
Display termo kopel
Blower
Pipa A
Pipa B+Kain asbestos+gips
Gambar 3.6 Alat pengujian konveksi paksa.[19]
1. Dioda Weatstone
Berfungsi untuk menyearahkan arus listrik
Gambar 3.7 Dioda weatstone. [19]
2. Anemometer
Berfungsi untuk mengukur kecepatan aliran udara (fluida)pada waktu awal dan suhu fluida keluar
Gambar 3.8 Anemometer. [19]
3. Watt meter
Berfungsi untuk mengukur daya yang masuk.
Gambar 3.9 Watt meter.[19]
4. Asbestos
Berfungsi sebagai peredam panas yang akan merambat keluar melalui celah sambungan pipa
Gambar 3.10 Asbestos [19]
5. Gips
Berfungsi sebagai isolator supaya panas dari pipa horizontal tidak keluar ke lingkungan
Gambar 3.11 Gips[19]
6. Kawat Filamen
Berfungsi untuk mendistribusikan panas ke pipa konveksi
Gambar 3.12 Kawat filament [19]
7. Regulator
Berfungsi untuk mengatur daya yang dikeluarkan
Gambar 3.13 Regulator [19]
8. Pipa Konveksi
Berfungsi untuk arah aliran fluida (udara).
Gambar 3.14 Pipa konveksi. [19]
9. Thermo display
Berfungsi untuk menampilkan suhu terukur pada pipa konveksi(pada 4 titik).
Gambar 3.15 thermo display [19]
10. Blower
Berfungsi untuk memberi hembusan (penghembus) udara ke pipa konveksi.
Gambar 3.16 Blower [19]
11. Thermo kopel
Berfungsi untuk mengukur suhu pada pipa konveksi (pada 4 titik).
Gambar 3.17 Sensor Thermokopel (Fine Thermocouple) [19]
12. Stopwatch
Berfungsi mengukur waktu sampai terjadi kondisi steady state.
Gambar 3.17 stopwatch [19]
3.2.5.2 Prosedur Pengujian
Prosedur pengujian praktikum konveksi alami dan konveksi paksa aliran udara pipa horizontal adalah:
1. Menyambungkan alat-alat ke sumber listrik.
2. Mengatur daya keluaran dengan regulator sebesar 60 watt yang terukur pada watt meter
3. Mencatat suhu dinding awal pada thermo display dan suhu keluaran awal dengan anemometer.
4. Mencatat perubahan suhu dinding dan suhu keluaran setiap 30 detik dengan stopwatch hingga mencapai steady state (saat suhu dinding dan suhu keluaran tetap sama selama 5 kali pengambilan)
5. Setelah mencapai steady state, nyalakan blower untuk pengambilan data penurunan suhu.
6. Mencatat suhu dinding awal, suhu keluaran awal, dan kecepatan awal aliran
7. Mencatat perubahan suhu dinding, suhu keluaran, dan kecepatan aliran setiap 30 detik hingga mencapai steady state.
8. Setelah mencapai steady state, pencatatan dihentikan.
9. Mematikan blower.
3.3DATA PERHITUNGAN DAN ANALISA
3.3.1 Data Hasil Percobaan
Tabel 3.1 Kenaikan Temperatur
No.
Waktu (s)
Suhu Dinding (oC)
Suhu Udara Keluar (oC)
Kecepatan aliran (m/s
T1
T2
T3
T4
Trata-rata
T5
Um
1.
0
36
38
41
35
37,50
31
0,1
2.
30
37
39
42
35
38,25
31
0,1
3.
60
38
39
42
36
38,75
32
0,1
4.
90
38
40
43
36
39,25
32
0,1
5.
120
38
40
43
36
39,25
32
0,1
6.
150
39
40
43
36
39,35
32
0,1
7.
180
39
40
44
36
39,75
32
0,1
8.
210
39
41
44
36
40,00
32
0,1
9.
240
40
41
45
37
40,75
32
0,1
10.
270
40
41
45
37
40,75
32
0,1
11.
300
40
41
45
37
40,75
32
0,1
12.
330
40
42
45
37
41,00
32
0,1
13.
360
41
42
46
37
41,50
32
0,1
14.
390
41
42
46
37
41,50
32
0,1
15.
420
41
43
46
37
41,75
32
0,1
16.
450
41
43
46
37
41,75
32
0,1
17.
480
41
43
46
38
42,00
32
0,1
18.
510
42
43
47
38
42,50
32
0,1
19.
540
42
43
47
38
42,50
32
0,1
20.
570
42
43
47
38
42,50
32
0,1
21.
600
42
43
47
38
42,50
32
0,1
22.
630
42
43
47
38
42,50
32
0,1
Tabel 3.2 Penurunan Temperatur
No.
Waktu (s)
Suhu Dinding (oC)
Suhu Udara Keluar (oC)
Kecepatan aliran (m/s)
T1
T2
T3
T4
Trata-rata
T5
Um
1.
0
42
43
47
38
42,50
34
2,8
2.
30
39
43
45
38
41,00
34
2,8
3.
60
39
42
45
38
41,00
34
2,8
4.
90
38
41
44
38
40,25
34
2,8
5.
120
38
41
44
38
40,25
34
3,0
6.
150
38
41
44
38
40,25
34
2,8
7.
180
37
41
43
38
39,75
34
2,9
8.
210
37
40
43
38
39,50
34
3,0
9.
240
37
40
43
38
39,50
34
2,8
10.
270
37
40
43
38
39,50
34
2,8
11.
300
37
40
43
37
39,25
34
2,8
12.
330
36
40
43
38
39,25
34
2,8
13.
360
36
40
42
37
38,75
34
2,9
14.
390
36
39
42
37
38,50
34
2,7
15.
420
36
39
42
37
38,50
34
2,8
16.
450
36
39
42
37
38,50
34
2,8
17.
480
36
39
42
37
38,50
34
2,8
18.
510
36
39
42
37
38,50
34
2,8
3.3.2Perhitungan Ralat
a. Sampel perhitungan dari tabel data kenaikan suhu (konveksi alami), diketahui:
Tabel 3.3 Sampel Data Konveksi Alami Pada t = 0 detik
Tn
T (Suhu), oC
(Tn-)2
T1
36
2,25
T2
38
0,25
T3
41
12,25
T4
35
6,25
Trata-rata
= 37,5
= 21
Galat (eror)
= 4 %
= -1,33 %
= -9,33 %
= 6,66 %
T
= 1,322876
Nilai T sesungguhnnya = ( T)
= (37,5 1.322876) oC
Ralat Nisbi =
= 3,52 %
Keseksamaan =
= 96,472 %
No.
Waktu
(detik)
T
Ralat Nisbi (%)
Keseksamaan (%)
Galat (%)
T1
T2
T3
T4
1
0
1,322876
3,52
96,47
4,00
-1,33
-9,33
6,67
2
30
1,493039
3,90
96,09
3,27
-1,96
-9,80
8,50
3
60
1,25
3,22
96,77
1,94
-0,65
-8,39
7,10
4
90
1,493039
3,80
96,19
3,18
-1,91
-9,55
8,28
5
120
1,493039
3,80
96,19
3,18
-1,91
-9,55
8,28
6
150
1,443376
3,65
96,34
1,27
-1,27
-8,86
8,86
7
180
1,652019
4,15
95,84
1,89
-0,63
-10,69
9,43
8
210
1,683251
4,20
95,79
2,50
-2,50
-10,00
10,00
9
240
1,652019
4,05
95,94
1,84
-0,61
-10,43
9,20
10
270
1,652019
4,05
95,94
1,84
-0,61
-10,43
9,20
11
300
1,652019
4,05
95,94
1,84
-0,61
-10,43
9,20
12
330
1,683251
4,10
95,89
2,44
-2,44
-9,76
9,76
13
360
1,848423
4,45
95,54
1,20
-1,20
-10,84
10,84
14
390
1,848423
4,45
95,54
1,20
-1,20
-10,84
10,84
15
420
1,887459
4,52
95,47
1,80
-2,99
-10,18
11,38
16
450
1,887459
4,52
95,47
1,80
-2,99
-10,18
11,38
17
480
1,683251
4,00
95,99
2,38
-2,38
-9,52
9,52
18
510
1,848423
4,34
95,65
1,18
-1,18
-10,59
10,59
19
540
1,848423
4,34
95,65
1,18
-1,18
-10,59
10,59
20
570
1,848423
4,34
95,65
1,18
-1,18
-10,59
10,59
21
600
1,848423
4,34
95,65
1,18
-1,18
-10,59
10,59
22
630
1,848423
4,34
95,65
1,18
-1,18
-10,59
10,59
Tabel 3.4 Hasil Perhitungan Ralat Kenaikan Temperatur (Konveksi Alami)
b. Sampel perhitungan dari tabel data penurunan suhu (konveksi paksa), diketahui:
Tabel 3.5 Sampel Data Konveksi Paksa Pada t = 0 detik
T (Suhu), oC
(T-)2
T1
42
0,25
T2
43
0,25
T3
47
20,25
T4
38
20,25
Trata-rata
= 42,5
= 41
Galat (eror)
= 1,18 %
= -1,18 %
= -10,59 %
= 10,59 %
T
= 1,848423
Nilai T sesungguhnnya = ( T)
= (42,5 1.848423) oC
Ralat Nisbi =
= 4,34 %
Keseksamaan =
= 95,65 %
Tabel 3.6 Hasil Perhitungan Ralat Penurunan Temperatur (Konveksi Paksa)
No.
Waktu
(detik)
T
Ralat Nisbi (%)
Keseksamaan (%)
Galat (%)
T1
T2
T3
T4
1
0
1,848423
4,34
95,65
1,18
-1,18
-10,59
10,59
2
30
1,652019
4,00
95,99
5,45
-4,24
-9,09
7,88
3
60
1,581139
3,85
96,14
4,88
-2,44
-9,76
7,32
4
90
1,436141
3,56
96,43
5,59
-1,86
-9,32
5,59
5
120
1,436141
3,56
96,43
5,59
-1,86
-9,32
5,59
6
150
1,436141
3,56
96,43
5,59
-1,86
-9,32
5,59
7
180
1,376893
3,46
96,53
6,92
-3,14
-8,18
4,40
8
210
1,322876
3,34
96,65
6,33
-1,27
-8,86
3,80
9
240
1,322876
3,34
96,65
6,33
-1,27
-8,86
3,80
10
270
1,322876
3,34
96,65
6,33
-1,27
-8,86
3,80
11
300
1,436141
3,65
96,34
5,73
-1,91
-9,55
5,73
12
330
1,493039
3,80
96,19
8,28
-1,91
-9,55
3,18
13
360
1,376893
3,55
96,44
7,10
-3,23
-8,39
4,52
14
390
1,322876
3,43
96,56
6,49
-1,30
-9,09
3,90
15
420
1,322876
3,43
96,56
6,49
-1,30
-9,09
3,90
16
450
1,322876
3,43
96,56
6,49
-1,30
-9,09
3,90
17
480
1,322876
3,43
96,56
6,49
-1,30
-9,09
3,90
18
510
1,322876
3,43
96,56
6,49
-1,30
-9,09
3,90
3.3.3Perhitungan Data Hasil Praktikum
Contoh Perhitungan Konveksi Alami (Tabel 3.1)
Um= 0,1 m/s(Laju aliran udara)
L = 175 cm = 1,75 m (Panjang pipa)
DI= 5,6 cm = 0,056 m (Diameter dalam pipa)
Tb=Suhu fluida
Tw=Suhu dinding
Diperoleh dari tabel 3.1 pada no. 1
Tw = Trata-rata = 37,50 oC = 310,5 K
Tb = T dikota Semarang pada 1 atm = 32 oC = 305 K
a. Suhu Limbak / Suhu Film
307,75 K
Dengan melihat tabel A-5 (holman) dan melakukan interpolasi didapat:
= 1.149593 kg/m3
Tabel 3.7 Interpolasi temperatur dengan densitas
T
300
1.1774
X
350
0.998
Cara melakukan interpolasi :
1,149593kg/m3
Dengan cara yang sama maka diperoleh data sebagai berikut :
k = 0,0264 W/moC
= 1,9879 x 10-5 kg/m.s
w = 1,989 x 10-5 kg/m.s
Pr = 0,7074
b. Angka Reynold
323,8453
Bilangan Reynold 2300 maka Alirannya laminar
c. Angka Nusselt
Dimana
d. Koefisien perpindahan kalor konveksi
W/m2 oC
e. Panas heater
Contoh Perhitungan Konveksi Paksa (Tabel 3.2)
Um= 2,8 m/s(Laju aliran udara)
L = 175 cm = 1,75 m (Panjang pipa)
Ddalam= 5,6 cm = 0,056 m (Diameter dalam pipa)
Tb=Suhu fluida
Tw=Suhu dinding
Diperoleh dari tabel 3.2 pada no. 1
Tw = Trata-rata = 42,50 oC = 315,5 K
Tb = T dikota semarang pada saat 1 atm = 32 oC = 305 K
a. Suhu Limbak / Suhu Film
Dengan melihat tabel A-5 (holman) dan melakukan interpolasi didapat:
= 1.140623 kg/m3
Tabel 3.8 Interpolasi temperatur dengan densitas
T
300
1.1774
311,25
X
350
0.998
Cara melakukan interpolasi :
x = 1,140623
Dengan cara yang sama maka diperoleh data sebagai berikut :
k = 0,0269 W/moC
= 2,0010 x 10-5 kg/m.s
w = 2,0110 x 10-5 kg/m.s
Pr= 0.7058
b. Angka Reynold
Bilangan Reynold 2300 maka Alirannya turbulen
c. Angka Nusselt
Dimana
d. Koefisien perpindahan kalor konveksi
W/m2 oC
e. Panas heater
3.3.4 Tabel Hasil Pengolahan Data
Tabel 3.9 Hasil perhitungan data konveksi alami aliran pipa horizontal
No.
Um (m/s)
Red
Nud
h (W/m2 0C)
Q heater (watt)
Tw (0C)
Tb (0C)
1.
0,1
323,8453
3,612963
1,703254
2,882689
37,5
32
2.
0,1
323,4663
3,611553
1,702589
3,274505
38,25
32
3.
0,1
323,2136
3,610612
1,702146
3,535544
38,75
32
4.
0,1
322,9609
3,609671
1,701702
3,796446
39,25
32
5.
0,1
322,9609
3,609671
1,701702
3,796446
39,25
32
6.
0,1
322,9104
3,609483
1,701613
3,84861
39,35
32
7.
0,1
322,7082
3,608729
1,701258
4,057212
39,75
32
8.
0,1
322,5819
3,608258
1,701036
4,187543
40
32
9.
0,1
322,2028
3,606845
1,70037
4,57833
40,75
32
10.
0,1
322,2028
3,606845
1,70037
4,57833
40,75
32
11.
0,1
322,2028
3,606845
1,70037
4,57833
40,75
32
12.
0,1
322,0765
3,606373
1,700147
4,708524
41
32
13.
0,1
321,8238
3,60543
1,699703
4,968809
41,5
32
14.
0,1
321,8238
3,60543
1,699703
4,968809
41,5
32
15.
0,1
321,6974
3,604958
1,69948
5,098899
41,75
32
16.
0,1
321,6974
3,604958
1,69948
5,098899
41,75
32
17.
0,1
321,5711
3,604486
1,699258
5,228956
42
32
18.
0,1
321,3184
3,603541
1,698812
5,488965
42,5
32
19.
0,1
321,3184
3,603541
1,698812
5,488965
42,5
32
20.
0,1
321,3184
3,603541
1,698812
5,488965
42,5
32
21.
0,1
321,3184
3,603541
1,698812
5,488965
42,5
32
22.
0,1
321,3184
3,603541
1,698812
5,488965
42,5
32
Tabel 3.10 Hasil perhitungan data konveksi paksa aliran pipa horizontal
No.
Um
(m/s)
Red
Nud
h
(W/m2 oC)
Qheater
(watt)
Tw
(oC)
Tb
(oC)
1.
2,8
8938,015
34,80279
16,71777
54,01612
42,5
32
2.
2,8
8959,102
34,86846
16,74932
46,38689
41
32
3.
2,8
8959,102
34,86846
16,74932
46,38689
41
32
4.
2,8
8969,646
34,90129
16,76508
42,56135
40,25
32
5.
3
9610,335
36,88179
17,71643
44,97653
40,25
32
6.
2,8
8969,646
34,90129
16,76508
42,56135
40,25
32
7.
2,9
9297,27
35,91746
17,25321
41,14597
39,75
32
8.
3
9621,631
36,91647
17,73309
40,9262
39,5
32
9.
2,8
8980,189
34,9341
16,78085
38,72851
39,5
32
10.
2,8
8980,189
34,9341
16,78085
38,72851
39,5
32
11.
2,8
8983,704
34,94504
16,7861
37,44929
39,25
32
12.
2,8
8983,704
34,94504
16,7861
37,44929
39,25
32
13.
2,9
9311,83
35,96245
17,27482
35,8817
38,75
32
14.
2,7
8673,024
33,97486
16,32007
32,64307
38,5
32
15.
2,8
8994,247
34,97785
16,80186
33,60674
38,5
32
16.
2,8
8994,247
34,97785
16,80186
33,60674
38,5
32
17.
2,8
8994,247
34,97785
16,80186
33,60674
38,5
32
18.
2,8
8994,247
34,97785
16,80186
33,60674
38,5
32
3.4PEMBAHASAN
3.4.1 Grafik dan Analisa Grafik
a. Grafik & Analisa Tw vs t
Gambar 3.18 Grafik data kenaikan dan penurunan suhu dinding terhadap waktu
Analisa grafik :
Grafik diatas menunjukkan hubungan antara kenaikan dan penurunan suhu dinding terhadap waktu yang berbanding lurus walaupun pada kenyataannya garis yang terbentuk tidak linier sempurna. Dapat dianalisa bahwa pada data kenaikan suhu dinding, semakin bertambahnya waktu maka semakin bertambah pula kenaikan temperatur pada dinding. Hal tersebut terjadi karena adanya perambatan panas pada heater ke dinding-dinding pipa horizontal, sehingga semakin lama waktu pemanasan temperatur pada dinding akan sama dengan temperatur heater. Peristiwa pada dinding tersebut disebut juga perpindahan panas konduksi. Sedangkan pada data penurunan suhu dinding, penurunan tersebut dikarenakan adanya pengaruh blower sebagai pendingin yang dialirkan pada pipa-pipa horizontal sehingga kalor yang keluar pada dinding-dinding tersebut diserap oleh udara yang dihasilkan oleh blower. perpindahan panas tersebut disebut juga perpindahan secara konveksi (paksa).
b. Grafik & Analisa Tout vs t
Analisa grafik :
Grafik diatas menunjukkan hubungan kenaikan temperatur udara keluar terhadap waktu yang berbanding lurus walaupun pada kenyataannya garis yang terbentuk tidak linier sempurna. Dapat dianalisa bahwa semakin bertambahnya waktu maka semakin bertambah pula kenaikan temperatur pada dinding. Hal tersebut terjadi karena adanya perambatan panas konveksi secara alamiah dimana panas yang dihasilkan dinding pipa horizontal mengalir karena adanya gaya gravitasi (gaya apung) pada udara didalam pipa. Suhu dalam pipa lebih tinggi dari udara luar, sehingga terjadi aliran secara alamiah dari temperatur tinggi ke temperatur rendah. sedangkan pada data penurunan, temperatur keluarannya konstan dan mengalami kenaikan. Hal tersebut terjadi karena adanya pengaruh gaya dari blower yang diberikan menyebabkan temperatur dalam pipa horizontal mengalir dengan temperatur luaran yang relatif konstan. Suhu dalam pipa yang cukup tinggi didinginkan dengan hembusan angin blower, sehingga kalor dari udara dinding sekitar diserap dan terbawa keluar pipa horizontal.
c. Grafik Analisa Um vs h
Analisa grafik :
Grafik diatas menunjukkan hubungan antara kecepatan aliran dengan koefisien panas konveksi pada data penurunan suhu. Kecepatan aliran sangat mempengaruhi bilangan reynold yang berkaitan dengan bilangan nusselt. Besarnya kofisien panas konveksi sangat bergantung pada besarnya bilangan reynold. Dapat dianalisa bahwa kecepatan aliran sebanding dengan koefisien perpindahan panas konveksi. Semakin besar kecepatan alirannya maka koefisien konveksinya juga semakin besar.
3.5KESIMPULAN DAN SARAN
3.5.1 Kesimpulan
Hasil perhitungan yang didapat dari percobaan :
a. Sampel perhitungan konveksi alami:
Red =
Nud =
h = /m
T = K
Tb2 = 302,1
b. Sampel perhitungan konveksi paksa:
Red = 16.898,397
Nud = 58,5894
h = 28,3531 W/m
T = 315,25 K
Tb2 = 304,7 K
Dapat disimpulkan bahwa :
1. Korelasi bilangan Reynold dan laju kecepatan aliran dan bilangan Nusselt. Bilangan Reynold berbanding lurus dengan laju kecepatan aliran,jadi semakin besar bilangan Reynold maka laju kecepatan aliran juga semakin besar,dengan batasan:
Re 2300 Aliran laminar
Re 2300 Aliran turbulen
Bilangan Reynold juga berbanding lurus dengan bilangan Nusselt yang menggambarkan karakteristik dari aliran tersebut.
2. Perpindahan panas didalam saluran pipa, dari percobaan diketahui bahwa panas mengalir pada kawat filamen, dengan bantuan blower panas berpindah dari pangkal pipa menuju ujung pipa hingga pada kondisi steady.
3. Dari percobaan diketahui bahwa koefisien perpindahan panas dapat memperangarui laju aliran,serta mempengaruhi temperatur udara keluarnya,sehungga perlu ditentukan terlebih dahulu konfigurasi yang baik untuk mendesain suatu heat ex-changer.
3.5.2. Saran
1. Pengisolasian dengan asbes/gips harus tebal, agar tidak terjadi retak sehingga kalor tidak menyebar ke luar samping pipa.
2. Praktikan dalam mengambil data percobaan sebaiknya teliti dan tidak terburu-buru agar data yang diperoleh akurat.
3. Dalam percobaan konveksi paksa sebaiknya sensor yang dipasang lebih peka terhadap perubahan suhu.
4. Dalam percobaan ini sebaiknya dilakukan pada tempat yang memiliki kondisi steady sehingga tidak mempengaruhi data percobaan.
Grafik Suhu Dinding terhadap Waktu
Data kenaikan030609012015018021024027030033036039042045048051054057060063037.538.2538.7539.2539.2539.3539.754040.7540.7540.754141.541.541.7541.754242.542.542.542.542.5Data penurunan030609012015018021024027030033036039042045048051054057060063042.5414140.2540.2540.2539.7539.539.539.539.2539.2538.7538.538.538.538.538.5
Waktu (s)
Temperatur ( oC)
Grafik Suhu Keluaran terhadap Waktu
Data kenaikan suhu keluaran030609012015018021024027030033036039042045048051054057060063031313232323232323232323232323232323232323232Data penurunan suhu keluaran0306090120150180210240270300330360390420450480510540570600630343434343434343434343434343434343434
Waktu (s)
Temperatur (oC)
Grafik Koefisien Konveksi terhadap Kecepatan Aliran
Koefisien konveksi2.82.82.82.832.82.932.82.82.82.82.92.72.82.82.82.80.239478117631094140.239666298267357550.239666298267357550.239760277870456590.245338086891437550.239760277870456590.242644594659846110.245434177516270810.239854183856284870.239854183856284870.239885469517068990.239885469517068990.242771193206492650.23708767942559880.239979277570455340.239979277570455340.239979277570455340.23997927757045534
Kecepatan aliran (m/s)
Koefisien konveksi (W/m2 oC)
%
100
-
=
T
Tn
T
T
e
%
100
5
.
37
36
5
.
37
1
-
=
T
e
%
100
5
.
37
38
5
.
37
2
-
=
T
e
%
100
5
.
37
41
5
.
37
3
-
=
T
e
%
100
5
.
37
35
5
.
37
4
-
=
T
e
(
)
(
)
1
2
-
-
S
=
n
n
T
Tn
(
)
1
4
4
21
-
=
%
100
T
T
d
%
100
5
,
37
1.322876
=
%
100
1
-
T
T
d
%
100
5
,
37
1.322876
1
-
=
%
100
5
.
42
42
5
.
42
1
-
=
T
e
%
100
5
.
42
43
5
.
42
2
-
=
T
e
%
100
5
.
42
47
5
.
42
3
-
=
T
e
%
100
5
.
42
38
5
.
42
4
-
=
T
e
(
)
(
)
1
2
-
-
S
=
n
n
T
T
(
)
1
4
4
41
-
=
%
100
5
,
42
1,848423
=
%
100
5
,
42
1,848423
1
-
=
2
C
w