Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013

7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013

1/24

MAKALAH PERPINDAHAN KALOR

PEMICU III: PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI ALAMI DAN SISTEM

VENTILASI RUMAH

Kelompok 2

Adilfi Finasthi Kusuma Putri (1106018594)

Ikhsan Nur Rosid (1106007691)

Nuri Liswanti Pertiwi (1106015421)

Rizqi Pandu Sudarmawan (0906557045)

Wahyudi Maha Putra (1106005742)

Departemen Teknik Kimia

Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Depok 2013


2/24

Makalah Konveksi Alami-Kelompok 2 2

Peta Konsep

Konveksi Alami

Konsep Dasar

Definisi

Perbedaan Konveksi Alami dan

Konveksi Paksa

Mekanisme

Buoyancy Force

Body Force

Boundary Layer

Velocity Boundary Layer

Thermal Boundary

Layer

Persamaan Empiris

Variabel yang

Mempengaruhi

Faktor Bentuk

Jenis Fluida

Kecepatan Fluida

Bilangan Tak

Berdimensi

Bilangan Rayleigh

Bilangan Reynold

Bilangan Nusselt

Bilangan Grashof

Bilangan Prandtl

Aplikasi Ventilasi Rumah


3/24


Daftar Pustaka

Peta Konsep ................................................................................................. 2

Daftar Isi...................................................................................................... 3

Pendahuluan

Latar Belakang ................................................................................... 4 Perumusan Masalah ........................................................................... 4 Tujuan Penulisan ............................................................................... 4

Jawaban Pertanyaan

1. Tugas I Soal 1 ........................................................................................ 5 Soal 2 ........................................................................................ 5 Soal 3 ........................................................................................ 6

2. Tugas II Soal 1 ........................................................................................ 6 Soal 2 ........................................................................................ 9 Soal 3 ........................................................................................ 12

3. Soal Perhitungan Soal 1 ........................................................................................ 13 Soal 2 ........................................................................................ 16

Kesimpulan ................................................................................................. 23

Daftar Pustaka ............................................................................................. 24


4/24


Pendahuluan

I. Latar BelakangPerpindahan kalor konveksi adalah salah satu mekanisme perpindahan kalor

yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari. Perpindahan kalor konveksi terjadi

karena adanya gradien suhu, namun mekanismenya sedikit berbeda dengan

perpindahan kalor konduksi yang juga terjadi akibat adanya gradien suhu.

Peristiwa konveksi dapat dibagi menjadi dua, yakni konveksi alami dan

konveksi paksa. Konveksi alami dipengaruhi oleh berbagai macam faktor,

yang nantinya dapat mempengaruhi nilai laju kalor. Dalam konveksi alami,

sejumlah bilangan-bilangan tak berdimensi diperkenalkan dan digunakan

untuk mempermudah analisis laju kalor. Konveksi alami juga dapat kita amatilangsung fenomenanya dalam kehidupan sehari-hari, seperti pada ventilasi

rumah. Makalah ini akan lebih memfokuskan pembahasan mengenai konveksi

alami dan aplikasinya pada ventilasi rumah.

II. Perumusan Masalah1. Apakah yang dimaksud dengan konveksi alami?2. Apa saja perbedaan antara konveksi alami dan paksa?3. Faktor-faktor apa yang mempengaruhi laju kalor dalam konveksi alami?4. Persamaan apa yang digunakan untuk menganalisis konveksi alami?5. Bilangan-bilangan tak berdimensi apa saja yang digunakan dalam analisis

konveksi alami?

6. Bagaimana aplikasi konveksi alami pada ventilasi rumah?

III. Tujuan Penulisan1. Memahami definisi konveksi alami dan perbedaannya dengan konveksi

paksa.

2. Mengetahui faktor-faktor yang dapat mempengaruhi konveksi alami.3. Mengetahui dan dapat menggunakan angka-angka tak berdimensi untuk

menganalisis perpindahan kalor konveksi alami.

4. Mengetahui aplikasi konveksi alami pada ventilasi rumah.


5/24


Jawaban Pertanyaan

Tugas I:

1. Apa yang anda ketahui tentang perpindahan kalor konveksi? Batasan apa yangharus dipenuhi agar suatu proses perpindahan kalor bisa dikatakan terjadi secara

konveksi alami?

Jawab:

Perpindahan kalor konveksi terjadi akibat adanya perbedaan suhu, dimana kalor

berpindah dari tempat yang bersuhu lebih tinggi ke tempat yang bersuhu lebih

rendah. Perpindahan kalor secara konveksi dan konduksi sama-sama

membutuhkan medium, tetapi dalam konveksi, aliran kalor juga melibatkanpergerakan fluida.

Konveksi dapat terjadi secara alami maupun paksa. Suatu konveksi dikatakan

terjadi secara alami apabila aliran kalor terjadi akibat adanya sebab alami, bukan

akibat adanya gaya paksa dari luar. Contoh dari sebab alami ini adalah buoyancy

forceatau gaya apung, yang timbul akibat adanya perbedaan densitas pada fluida

setelah menerima kalor.

2. Jelaskan apa yang anda ketahui tentang buoyancy forcedan body force?Jawab:

Gerakan fluida dalam konveksi bebas, baik fluida tersebut gas maupun cair,

terjadi karena adanya gaya apung (buoyancy force) yang dialaminya. Gaya apung

(bouyancy force)dari suatu fluida ialah gaya angkat yang dialami suatu fluida

apabila densitas fluida di dekat permukaan perpindahan kalor berkurang sebagai

akibat proses pemanasan. Gaya apung tidak akan terjadi apabila fluida tersebut

tidak mengalami gaya dari luar seperti gravitasi (gaya berat). Walaupun gravitasi

bukanlah satu-satunya medan gaya luar yang dapat menghasilkan arus konveksibebas, fluida yang terkurung dalam mesin rotasi mengalami medan gaya

sentrifugal, dan area tersebut mengalami arus konveksi bebas bila salah satu atau

beberapa permukaannya yang dalam kontak dengan fluida itu dipanaskan. Jadi,

jika densitas fluida di dekat permukaan dinding berkurang, maka fluida akan

bergerak ke atas membawa kalor, dan digantikan dengan fluida di atasnya yang


6/24


densitasnya lebih besar. Densitas fluida ini juga akan berkurang akibat

pemanasan, kemudian bergerak ke atas membawa kalor. Dan fluida berikutnya

yang densitasnya lebih besar bergerak ke permukaan dinding, begitu seterusnya.

Gaya apung yang menyebabkan arus konveksi bebas disebut gaya badan (body

force).

3. Bagaimana kedua gaya tersebut dapat mempengaruhi pergerakan fluida padaperpindahan kalor koveksi alami dalam sistem ventilasi rumah di atas?

Jawab:

Pada sistem ventilasi rumah, buoyancy forcedan body forcemerupakan driving

forces terjadinya pergerakan fluida dengan perpindahan kalor konveksi alami.

Kedua gaya tersebut bekerja secara berkaitan dalam proses sirkulasi fluida di

sistem ventilasi rumah.

Sirkulasi fluida dapat terjadi karena adanya pemanasan pada bagian tertentu di

sekitar sistem ruangan berventilasi. Fluida yang terkena pemanasan akan menjadi

ringan dan berkurang massa jenisnya. Pada saat itulah buoyancy forcemuncul,

sehingga fluida tersebut bergerak ke atas, menggantikan fluida dengan massa

jenis lebih besar yang bergerak ke bawah. Sistem ventilasi juga dipengaruhi oleh

body force yang dapat berupa gaya gravitasi dan gaya sentrifugal. Kedua gaya

inilah yang menyebabkan adanya arus konveksi fluida pada sistem ventilasi

rumah. Sehingga udara dapat masuk dan keluar secara berkesinambungan dari

ruangan yang dilengkapi sistem ventilasi.

TUGAS II:

1. Variabel-variabel apa sajakah yang mempengaruhi perpindahan kalor konveksi?Jawab:

Variabel-variabel tak berdimensi yang mempengaruhi perpindahan kalor konveksi

adalah bilangan Reynold, Nusselt, Prandtl, Grashof, Graetz dan Rayleigh.

Bilangan ReynoldAngka Reynold (Re) digunakan sebagai kriteria untuk menunjukkan

apakah aliran kalor konveksi dalam sebuah tabung, pipa atau plat rata itu


7/24


laminar atau turbulen. Bilangan ini umumnya dipakai dalam analisis sistem

konveksi paksa. Rumus umum dari bilangan Reynold yaitu :

vDRe

...(1)

dengan adalah densitas zat alir, adalah viskositas zat alir, v adalah

kecepatan alir, G adalah kecepatan massa fluida linier dan D adalah

diameter pipa.

Dalam analisis konveksi pada plat rata, persamaan Re yang dipergunakan

adalah:

(4)

Dimana u adalah kecepatan aliran bebas, x adalah jarak dari tepi ke

depan dan v = /yang merupakan viskositas kinematik.

Jika persamaan tersebut dapat dipenuhi, maka sistem tersebut berada dalam

keadaan transisi dari aliran laminer menjadi turbulen.

Sedangkan pada pipa atau tabung, persamaan Re yang dipergunakan adalah

seperti di bawah ini.

...(5)

Aliran tersebut umumnya adalah turbulen. Sekali lagi pada daerah transisi

terdapat suatu jangkauan angka Re yang bergantung dari kekasaran pipa

dan kehalusan aliran. Jangkau transisi yang biasanya dipergunakan adalah

2000 < Red< 4000

Angka Nusselt (Nu)Angka Nusselt (Nu) merupakan bilangan tak berdimensi lainnya yang

sering dipergunakan dalam konveksi alami yang menggunakan sistem plat.

Angka Nusselt (Nu) dapat ditentukan melalui persamaan :

(6)

55 10u x u x

v

Re 2300mdu d

v

xh x

Nuk


8/24


Dimana h adalah koefisien transfer panas, x adalah jarak (misalnya

diameter tabung) sedangkan k adalah konduktivitas termal fluida.

Atau untuk plat yang dipanaskan pada keseluruhan panjangnya x0= 0:

...(7)

Angka Nusselt ini memberikan nilai lokal koefisien perpindahan kalor

dengan menggunakan jarak dari tepi depan dam sifat-sifat fluida. Angka

Nusselt untuk setiap geometri adalah berbeda satu sama lainnya.

Bilangan PrandtlBilangan Prandtl merupakan parameter yang menghubungkan ketebalan

relatif antara lapisan batas hidrodinamik dan lapisan batas termal serta

penghubung antara medan kecepatan dengan medan suhu. Bilangan Prandtl

didefinisikan sebagai perbandingan antara difusivitas momentum dengan

difusivitas termal yang dapat dinyatakan dalam bentuk:

k

c

ck

p

p

/

/vPr

(9)

Dimana v adalah viskositas kinematik / difusivitas momentum fluida,

adalah difusivitas termal, cp adalah kapasitas kalor jenis zat fluida,

adalah viskositas fluida dankadalah konduktivitas termal.

Angka Grashof (Gr)Angka Grashof dapat ditaksirkan secara fisis sebagai suatu gugus tak

berdimensi yang menggambarkan perbandingan antara gaya apung dengan

gaya viskos di dalam sistem aliran konveksi bebas. Peranannya sama

dengan peranan angka Reynold dalam sistem konveksi paksa dan

merupakan variabel utama yang digunakan sebagai kriteria transisi dari

aliran lapisan batas laminer menjadi turbulen. Untuk udara dalam konveksi

bebas di atas plat rata vertikal, angka Gr kritis menurut pengamatan adalah

kira-kira 4 x 108. Nilai antara 108 dan 109 biasa diamati untuk berbagai

fluida dan lingkungan tingkat turbulen.

Angka Grashof ini dapat ditentukan melalui persamaan :

...(10)

1/ 3 1/ 20,332Pr Rex xNu

3

2

( )w

x

g T T xGr

v


9/24


Dimana adalah koefisien pemuaian termal fluida, g adalah percepatan

gravitasional, adalah densitas fluida, L adalah panjang signifikan, T

adalah beda temperatur, serta adalah viskositas fluida.

Bilangan RayleighRa = Gr.Pr ....(11)

Bilangan-bilangan tersebut dapat membantu kita dalam menyelesaikan

berbagai permasalahan pada kasus konveksi, misalnya pada suatu aliran

perpindahan kalor pada bangunan/geometri tertentu atau keterlibatan

viskositas, densitas dan karakteristik termal yang dimiliki oleh bidang

tersebut, bilangan tak berdimensi akan menunjukkan perbedaan

perpindahan kalor pada koordinat tertentu dalam bidang tersebut, sehingga

kita dapat mengetahui kalor yang masuk atau lepas serta suhu yang

terdapat pada koordinat itu.

2. Persamaan-persamaan empiris untuk menghitung koefisien perpindahan kalorkonveksi didapat dari hasil percobaan bertahun-tahun. Identifikasikan persamaan

empiris untuk sistem dengan suhu permukaan isotermal, yaitu pada plat atau

silinder vertikal, pada bola dan balok, pada silinder horizontal, pada plat

horizontal bentuk bujur sangkar/empat persegi panjang, pada plat horizontal yang

bentuknya tidak simetris, serta sistem ruangan tertutup.

Jawab:

Plat Rata Vertikal (12)

Plat Vertikal () (13)


10/24


Gambar 2. Koefisien perpindahan panas dari plat vertikal isotermal.

(Sumber: Holman, J.P. 2009.Heat Transfer 10thEdition. New York: McGraw-Hill, hal 335)

Konstanta untuk permukaan isothermal dapat dilihat di buku Perpindahan Kalor

edisi 6 karangan J.P. Holman di halaman 304.

Churchill dan Chu:

Silinder Vertikal

Bila ketebalan boundary layer lebih kecil daripada diameter silinder,

perpindahan kalor pada silinder vertikal dapat dievaluasi sebagaimana pada plat

vertikal. Untuk itu, harus memenuhi batasan berikut.

Maka persamaan (13) dengan nilai konstanta pada Tabel 1 dapat digunakan.

Selain itu juga dapat digunakan Gambar 1 serta persamaan yang didefinisikan

oleh Churchill dan Chu, yaitu persamaan (14) dan (15).

Sedangkan untuk silinder vertikal yang terlalu kecil untuk memenuhi kriteria

persamaan (16), koefisien perpindahan kalor rata-ratanya harus dikalikan dengan

faktor F, dengan asumsi Pr = 0,7.

BolaYuge mendefinisikan persamaan empiris untuk perpindahan panas konveksi

bebas dari bola ke udara sebagai berikut.

Modifikasi persamaan (16) untuk menyertakan bilangan Prandtl dalam

persamaan, menghasilkan persamaan (17) untuk rentang bilangan Grashof yang

sama.

()

Amato dan Tien mendefinisikan persamaan empiris untuk perpindahan panaskonveksi bebas dari bola ke air sebagai berikut.

() Churchill mendefinisikan persamaan empiris yang lebih umum untuk

perpindahan kalor konveksi bebas pada bola sebagai berikut.


11/24


Plat Horizontal Bentuk Bujursangkar

Gambar 3. (a) Lower surface of heated plates, (b) Upper surface of heated plates

(c) Lower surface of cooled plates, (d) Upper surface of cooled plates(Sumber:http://www.pathways.cu.edu.eg/ec/Text-PDF/Part%20B-7.pdf)

Untuk berbagai macam kasus plat horizontal pada Gambar 3, persamaan empiris

perpindahan kalor konveksi bebas dapat menggunakan persamaan (13) dengan

nilai konstanta pada Tabel 1.

Balok

Gambar 4. Skema aliran udara dalam balok dengan suhu permukaan luar isotermal dan diekspos pada

suhu lingkungan

(Sumber:http://www.pathways.cu.edu.eg/ec/Text-PDF/Part%20B-7.pdf)

Untuk 2 sisi vertikal dengan panjang karakteristik H, dapat digunakan persamaan

(13), (14) atau persamaan (15). Untuk permukaan bagian atas (uppper surface of

heated plates), dengan panjang karakteristik , dapat digunakan persamaan (13)dan konstanta pada Tabel 1. Sedangkan untuk permukaan bagian bawah ( lower

surface of heated place), dengan panjang karakteristik juga dapat digunakan

persamaan (13) dan konstanta pada Tabel 1.

Plat Horizontal Tidak Simetris
http://www.pathways.cu.edu.eg/ec/Text-PDF/Part%20B-7.pdfhttp://www.pathways.cu.edu.eg/ec/Text-PDF/Part%20B-7.pdfhttp://www.pathways.cu.edu.eg/ec/Text-PDF/Part%20B-7.pdfhttp://www.pathways.cu.edu.eg/ec/Text-PDF/Part%20B-7.pdfhttp://www.pathways.cu.edu.eg/ec/Text-PDF/Part%20B-7.pdfhttp://www.pathways.cu.edu.eg/ec/Text-PDF/Part%20B-7.pdfhttp://www.pathways.cu.edu.eg/ec/Text-PDF/Part%20B-7.pdfhttp://www.pathways.cu.edu.eg/ec/Text-PDF/Part%20B-7.pdf


12/24


Kasus plat horizontal tak simetris didefinisikan sebagai keadaan dimana plat

horizontal tidak berbentuk square, rectangle atau circular shape. Kasus ini

termasuk dalam kasus benda irregular (irregular solids). Panjang

karakteristiknya adalah jarak yang ditempuh partikel fluida sepanjang boundary

layer.

Gambar 5. Jarak yang ditempuh partikel fluida pada permukaan irregular.

(Sumber:http://www.pathways.cu.edu.eg/ec/Text-PDF/Part%20B-7.pdf)

Pada Gambar 5, panjang karakteristiknya adalah H + . Dalam kasus ini dapat

digunakan persamaan (13) sebagai persamaan empiris dan nilai konstanta dari

Tabel 1.

Sistem Ruangan Tertutup

Konstanta untuk persamaan (22) dapat dilihat di bukuHeat Transfer 10

thEdition

karangan J.P. Holman halaman 350

3. Jelaskan mekanisme dan perhitungan perpindahan kalor pada keadaan steadyyang melibatkan mekanisme konduksi, konveksi alami dan radiasi.

Jawab:

Untuk melakukan perhitungan perpindahan kalor pada keadaan steady yang

melibatkan konduksi, konveksi alami dan radiasi, maka dapat digunakan prinsip

tahanan termal. Sistem yang dianalisis mula-mula digambar jaringan termalnya,

kemudian ditentukan tahanan termal keseluruhannya. Tahanan termal untuk

konduksi pada kondisi steady pada dinding horizontal adalah:

(23)Sedangkan untuk silinder pejal adalah: (24)

Dengan k adalah konduktivitas termal, x adalah tebal dinding, dan r adalah jari -

jari. Sementara itu, untuk konveksi, tahanan termalnya adalah:

(25)
http://www.pathways.cu.edu.eg/ec/Text-PDF/Part%20B-7.pdfhttp://www.pathways.cu.edu.eg/ec/Text-PDF/Part%20B-7.pdfhttp://www.pathways.cu.edu.eg/ec/Text-PDF/Part%20B-7.pdfhttp://www.pathways.cu.edu.eg/ec/Text-PDF/Part%20B-7.pdf


13/24


Dimana h adalah koefisien perpindahan kalor konveksi dan A adalah luas

permukaan. Nilai tahanan termal ini, kemudian dapat disusbstitusikan ke dalam

persamaan berikut untuk menentukan laju kalor secara konduksi steady dan

konveksi alami:

(26)Sementara itu, laju kalor melalui radiasi dapat dirumuskan sebagai:

(27)

Perpindahan kalor keseluruhan kemudian dapat dihitung dengan cara

menjumlahkan perpindahan kalor secara konduksi steady, konveksi alami dan

radiasi.

SOAL PERHITUNGAN

1. Suhu pada suatu permukaan dinding vertikal 4 ft x 10 ft dipertahankan konstan530

oF sedangkan suhu udara di sekeliling 70

oF dengan tekanan 1 atm.

a.Hitunglah kalor yang hilang dari permukaan dinding itu secara konveksi alamike udara.

b.Jika dinding itu disekat dengan bahan penyekat yang tebalnya 2 inchi dankonduktivitas termal = 0,121 BTU/jam ft

2 oF, hitunglah kalor yang hilang

secara konduksi dan konveksi bebas bila dianggap suhu pada permukaan

250oF.

Jawab:

Asumsi:1. Tinggi permukaan dinding vertikal = x = 4 ft.2. Lebar permukaan dinding vertikal = y = 10 ft.3. Permukaan dinding tidak rata.4. Percepatan gravitasi (g) = 32,2 ft/s25. Dinding terbuat dari bata dengan konduktivitas termal, k1 = 0,0215

Btu/jam ftoF

6. Suhu pada permukaan luar isolasi = 250oF.

Bagian a


14/24


Perhitungan suhu film (Tf)

Perhitungan koefisien muai volume

Sifat-sifat udara pada 70oF (294,261 K) dan 1 AtmData sifat-sifat udara diperoleh dari Tabel A-5 buku Heat Transfer 10

th

Editionkarangan J.P Holman halaman 658.

v28,46 = 306,354

k = = 3,254

Pr =

Perhitungan Bilangan Rayleigh (Ra)

(29)

Perhitungan Bilangan Nusselt (Nu)


15/24


Untuk perhitungan ini, kita dapat menggunakan persamaan (13) dengan

konstanta dari Tabel 1 maupun persamaan (14) dan (15). Kami memilih

menggunakan persamaan (15) karena walaupun lebih kompleks tapi lebih

akurat dan dapat digunakan dalam rentang bilangan Rayleigh yang lebih

luas.

1,018

Perhitungan Koefisien Perpindahan Kalor Konveksi Bebas Rata-rata ( )

Perhitungan Kalor yang hilang secara konveksi alami dari dinding ke udara

Bagian b

Perhitungan Tahanan konduksi (Rkond)

Perhitungan Tahanan isolasi (Riso)t = 2 inchi = 0,167 ft


16/24


Perhitungan Tahanan konveksi (Rkonv)

[

] Perhitungan Kalor yang hilang secara konduksi dan konveksi bebas (q final)

2. Suatu gas mengalir melalui sebuah pipa yang mempunyai suhu permukaan 800oFditanam di dalam tanah. Jarak antara sumbu pipa dengan permukaan tanah 6 ft.

Diameter luar pipa 2,38 in (tebal pipa diabaikan), panjang pipa = 50 ft, suhu

udara luar 80oF, dan konduktivitas kalor tanah = 1,4 Btu/(hr.ft.

oF).

a. Hitunglah kalor yang hilang dari permukaan pipa ke udara.b. Jika pipa tadi diletakkan dalam ruangan yang suhunya 80oF, hitunglah kalor

yang hilang secara konveksi alami dan radiasi dari permukaan pipa ke udara.

( pipa = 0,8).

c. Idem (b) tetapi permukaan pipa dicat dengan cat dari alumunium sehingga pipa = 0,3.

d. Jika pipa tersebut diisolasi dengan isolator asbes (k = 0,04 Btu/(hr.ft.oF))setebal 2 in dan diluarnya diisolasi dengan tanah diatomik tebal 1 in (k =

0,06 Btu/(hr.Ft.oF), hitunglah kalor yang hilang ke udara per satuan panjang

pipa.

Penyelesaian :

Bagian a

Diketahui :

Suhu permukaan pipa = T1= 800oF

Suhu udara = T3= 80oF


17/24


Diameter pipa = D1= 2,38 in = 0,198 ft

Panjang pipa = L = 50 ft

Jari-jari tanah = r2= 6 ft

Diameter tanah =D2= 12 ft

Konduktivitas kalor tanah = ktanah = 1,4 Btu/(h.ft.oF).

Asumsi :

1. Tidak ada radiasi dari luar2.Nilai k tidak berubah3. Pipa dalam posisi horizontal4. Sistem tunak5. h udara = 1,14 Btu/(h.ft2.oF)6. Sistem satu dimensiJawab :

Gambar 6. Penampang Melintang Pipa

Aliran kalor bermula dari aliran fluida gas yang panas. Fluida gas mempunyai suhu

yang lebih besar disbanding dengan suhu udara, oleh karena itu kalor akan mengalir

dari fluida ke udara. Pertama, kalor mengalir dari fluida dengan suhu T1 mnembus

pipa dengan jari-jari R1. Peristiwa perpindahan kalor yang terjadi pada proses ini

adalah konveksi. Setelah melewati pipa, kalor merambat ke tanah dengan cara

konduksi. Kemudian dari tanah ke udara, kalor mengalir dengan cara konveksi.

Berikut adalah persamaan untuk menghitung laju kalor yang keluar.

Udara terbuka

T1R1

R2

T2

T3

Pipa

Tanah

Gas


18/24


Bagian b

Diketahui :

Suhu permukaan pipa = Tw= 800oF= 700 K

Diameter pipa = d = 2,38 in = 0,06 m

Panjang pipa = L = 50 ft = 15,24 m

Suhu ruangan = T= 80

oF = 300 K

pipa = 0,8

Asumsi :

1. Nilai k konstan terhadap temperatur2. Pipa dalam posisi horizontalDitanya :

kalor yang hilang secara konveksi alami dan radiasi dari permukaan pipa ke udara?

Jawab :

Menentukan rugi kalor akibat konveksi

Gambar 7. Ilustrasi Nomor 2b

Menentukan suhu film

T

Tw

R

Gas


19/24


Berdasarkan suhu film ini makadiperoleh sifat-sifat udara yang dapat dilihat pada

daftar A-5 lampiran A buku Holman yaitu:Tabel 4. Sifat Fisik Udara

k = 0,04038 W/m0C, nilai

v = 37,90x 10-6

m2/s,

Pr = 0,680

Menentukan Gr.Pr

PrPrGr

2

3

v

dTTg w

Menentukan nilai Nu

Asumsi pipa pada keadaan horizontal, dan dari appendix pada buku Holman dengan

bilangan Gr.Pr diantara 104-10

9diperoleh:

C= 0,53

m=

sehingga

Menentukan koefisien konveksi dari fluida gas

Dengan mengetahui bilanganNusselt, maka kita akan tahu nilai koefisien perpindahan

kalor dan perpindahan kalor per satuan panjang yang diperoleh dari rumus :


20/24


Menentukan rugi kalor dari konveksi

Menentukan rugi kalor radiasi

Menentukan rugi kalor total

Bagian c

Diketahui :

Suhu permukaan pipa = Tw= 800oF= 700 K

Diameter pipa = d = 2,38 in = 0,06 m

Panjang pipa = L = 50 ft = 15,24 m

Suhu ruangan = T= 80oF = 300 K

pipa = 0,8

Asumsi :

Nilai k konstan terhadap temperatur Pipa dalam posisi horizontal

Ditanya :


21/24


kalor yang hilang secara konveksi alami dan radiasi dari permukaan pipa ke udara?

Jawab :

Menentukan rugi kalor dari konveksi

Menentukan rugi kalor radiasi

Menentukan rugi kalor total

Bagian d

Diketahui :

Suhu permukaan pipa = T1= 800oF

Suhu udara = T4= 80oF

Diameter pipa = D1= 2,38 in

Jari-jari pipa = R1= 1,19 in

Panjang pipa = L = 50 ft

Jari-jari isolator asbes = R2= 2 in + 1,19 in = 3,19 in

Konduktivitas kalor asbes = kA= 0,04 Btu/(h.ft.oF)

Jari-jari isolator asbes = R3=1 in + 3,19 in = 4,19 in

Konduktivitas kalor asbes = kB= 0,06 Btu/(h.ft.oF)

Asumsi :

1. Tidak ada radiasi dari luar


22/24


2. Nilai k tidak berubah3. Pipa dalam posisi horizontal4. Sistem tunak5. h udara = 1,14 Btu/(h.ft2.oF)6. Sistem satu dimensi

Gambar 8. Ilustrasi Penampang Melintang dari Pipa

Jawab :

Menentukan kalor yang hilang ke udara per satuan panjang pipa

r1

r2

r3

T4

T3

T2

T1

Asbes

Tanah

Udara terbuka

Pipa, Gas


23/24


Kesimpulan

1. Konveksi terjadi akibat adanya perbedaan suhu, membutuhkan medium danmelibatkan aliran fluida. Perbedaan konveksi alami dan paksa adalah sebab

terjadinya konveksi. Konveksi alami terjadi akibat adanya sebab alami sepertigaya apung, sementara konveksi paksa terjadi akibat adanya gaya luar.

2. Faktor-faktor yang mempengaruhi konveksi alami adalah faktor bentuk,kecepatan fluida dan jenis fluida.

3. Angka-angka tak berdimensi yang digunakan untuk perhitungan konveksi alamiadalah bilangan Reynold, Prandtl, Grashof, Graetz dan Nusselt.

4. Ventilasi memanfaatkan adanya gaya apung yang menyebabkan terjadinyakonveksi alami, sehingga udara dapat bersirkulasi ke luar.


24/24


Daftar Pustaka

Cengel, Y. 2006.Heat Transfer 2

nd

Editon. USA: McGraw-Hill

Holman, J.P. 2009.Heat Transfer 10th

Edition. New York:McGraw-Hill

Anonim. 2011. Free Convection. Diakses dari

http://www.pathways.cu.edu.eg/ec/Text-PDF/Part%20B-7.pdf
http://www.pathways.cu.edu.eg/ec/Text-PDF/Part%20B-7.pdfhttp://www.pathways.cu.edu.eg/ec/Text-PDF/Part%20B-7.pdf

Documents

Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013