presentasi makalah kelompok pemicu 3: perpindahan kalor 2013

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

1/59


2/59

1. Apa yang anda ketahui

tentang perpindahan kalor

konveksi? Batasan apa yangharus dipenuhi agar suatu

proses perpindahan kalor bisa

dikatakan terjadi secara

konveksi alami?


3/59

Terjadi akibat adanya perbedaan suhu

Membutuhkan medium

Melibatkan pergerakan fluida


4/59

Terjadi oleh sebab alami, tanpa gaya paksa

dari luar

Contoh sebab: perbedaan densitas yang

menyebabkan gaya apung


5/59

Jelaskan apa yang anda ketahui tentangbuoyancy force dan body force?


6/59

Gaya apung tidak akan terjadiapabila fluida tersebut tidak

mengalami sesuatu gaya dari luarseperti gravitasi gaya berat) dan

gaya sentrifugal.

Gaya apung bouyancy force)adalah gaya angkat yang dialamisuatu fluida apabila densitas fluidadi dekat permukaan perpindahankalor berkurang sebagai akibat

proses pemanasan.

Gaya apung yang menyebabkanarus konveksi bebas disebut gaya

badan body force).


7/59

Bagaimana kedua gaya tersebut dapatmempengaruhi pergerakan fluidapada perpindahan kalor koveksi alamidalam sistem ventilasi rumah di atas?


8/59

Sirkulasi fluida dapat terjadi karenaadanya pemanasan perbedaan suhu)pada bagian tertentu di sekitar sistem

ruangan berventilasi.

Fluida yang terkena pemanasan akanmenjadi ringan dan berkurang massajenisnya. Pada saat itulah buoyancyforce muncul, sehingga fluida tersebut

bergerak ke atas, menggantikan fluidadengan massa jenis lebih besar yang

bergerak ke bawah.

Sistem ventilasi juga dipengaruhi olehbody force yang dapat berupa gaya

gravitasi dan gaya sentrifugal. Keduagaya inilah yang menyebabkan adanya

arus konveksi fluida pada sistemventilasi rumah.

Udara dapat masuk dan keluar secaraberkesinambungan dari ruangan yangdilengkapi sistem ventilasi.


9/59

1. Variabel-variabel apa sajakahyang mempengaruhi perpindahan

kalor konveksi?

penjelasan

Bilangan Reynold (Re)

Bilangan Nusselt (Nu)

Bilangan Prandtl (Pr)

Bilangan Grashof (Gr)

Bilangan Rayleigh (Ra)

Bilangan Graetz (Gz)


10/59

Bilangan Reynold (Re)

Digunakan sebagai kriteria untuk menunjukkan apakahperpindahan kalor konveksi dalam sebuah tabung, pipa atauplat rata tersebut tergolong laminar, turbulen, atau transisi.

Dengan : = kecepatan aliran bebasx = jarak dari tepi depanv =

= viskositas kinematik

D = diameter pipa

G = kecepatan massa fluida

GdxuDu

v

xu

Re


11/59

Bilangan Nusselt (Nu)

Menyatakan nilai perbandingan kalor konveksi dengankonduksi dan digunakan untuk menentukan koefisienperpindahan kalor konveksi alami ().

Dengan : = koefisien perpindahan kalor konveksik = konduktivitas termal

L = dimensi karakteristik (sesuai benda)

=


12/59

Bilangan Prandtl (Pr)

Merupakan suatu harga atau nilai yang digunakanuntuk menentukan distribusi temeperatur pada suatualiran.

Dimana : v = viskositas kinematik fluida

= difusivitas termal = viskositas dinamik fluida

k = konduktivitas termal

= kapasitas kalor jenis fluida= berat jenis

= =


13/59

Bilangan Grashof (Gr)

Merupakan perbandingan antara gaya apung dengan gayaviskos dalam sistem perpindahan kalor bebas.

Dimana : g = percepatan gravitasi

= koefisien muai termal= suhu permukaan

= suhu lingkungan= densitas fluida= viskositas fluida

L=x=panjang

v = viskositas kinematik

=()

=( )


14/59

Bilangan Rayleigh (Ra)

Merupakan perkalian antara bilangan Grashof denganbilangan Prandtl. Bilangan ini menggambarkan hubunganantara besar difusivitas momentum dan temperatur.

Dengan : g = kecepatan gravitasi

= koefisien muai termal

= suhu permukaan

= suhu lingkunganv = viskositas kinematik

= difusivitas termalL = dimensi karakteristik

= . =

( )


15/59

Bilangan Graetz (Gz)

Digunakan pada perhitungan konveksi gabungan(konveksi alami dan konveksi paksa) pada tabunghorizontal.

Dengan : D = diameter tabung

L = panjang tabung

x = koordinat rektangular

=

. =

.


16/59

2.Persamaan-persamaan empiris untuk menghitung koefisien

perpindahan kalorkonveksi didapat dari hasil percobaan

bertahun-tahun. Identifikasikan persamaan empiris untuk

sistem dengan suhu permukaan isotermal, pada benda-benda berikut.

Plat vertikal

Silinder vertikal

Silinder horizontalBola

Plat horizontal bentuk bujur sangkar/empat persegi panjang

Balok

Plat horizontal yang bentuknya tidak simetrisSistem ruangan tertutup


17/59

PLAT VERTIKAL

Fig.7-6

To Unsymmetrical Horizontal Plat

To Enclosed Spaces


18/59

PLAT VERTIKAL


19/59

PLAT VERTIKAL

Horizontal Cylinder


20/59

SILINDER VERTIKAL

Bila boundary layer lebih kecil daripadadiameter silinder, PK pada silinder vertikal

dapat dievaluasi sebagaimana pada plat

vertikal. Untuk itu, harus memenuhi batasan

berikut.

Sedangkan untuk silinder vertikal yang

terlalu kecil untuk memenuhi kriteria

tersebut, koefisien perpindahan kalor rata-ratanya harus dikalikan dengan faktor F,

dengan asumsi Pr = 0,7.

LIHAT DI SINI


21/59


22/59

SILINDER HORIZONTAL

BACK


23/59

BOLA

PK Konveksi Bebas dari Bola ke Udara [Yuge]

PK Konveksi Bebas dari Bola ke Air [Amato and

Tien]

PK Konveksi Bebas dari Bola Secara Umum

[Churchill]


24/59

PLAT HORIZONTAL BENTUK

BUJURSANGKAR

LIHAT DI SINI


25/59

BALOK


26/59

BALOK

Untuk 2 Sisi Vertikal dengan PanjangKarakteristik H

Untuk permukaan bagian atas (upper

surface of heated plates), denganpanjang karakteristik W/2

Untuk permukaan bagian bawah

(lower surface of heated place),dengan panjang karakteristik W/2

LIHAT DI SINI


27/59

PLAT HORIZONTAL TIDAK

SIMETRIS

Kasus plat horizontal tak simetris didefinisikan sebagaikeadaan 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.

LIHAT DI SINI


28/59

SISTEM RUANGAN

TERTUTUP


29/59

SISTEM RUANGAN

TERTUTUP


30/59

JELASKANMEKANISMEDANPERHITUNGAN

PERPINDAHANKALORPADAKEADAANSTEADY

YANGMELIBATKANMEKANISMEKONDUKSI,

KONVEKSIALAMIDANRADIASI?

Menggunakan prinsip tahanan termal.

penjelasan


31/59

Sistem yang dianalisis mula-mula digambar jaringan

termalnya. Kemudian, ditentukan tahanan termal

keseluruhannya.

Tahanan termal untuk konduksi pada kondisi steady pada

dinding horizontal :

= Sedangkan untuk silinder pejal :

= ln( )

Dengan k adalah konduktivitas termal, x adalah tebaldinding, dan r adalah jari-jari.


32/59

Sementara itu, untuk konveksi tahanan termalnya :

= 1

Dimana h adalah koefisien perpindahan kalor konveksi dan

A adalah luas permukaan.

Nilai tahanan termal iini kemudian dapat disubstitusikan kedalam persaan berikut untuk menentukan laju kalor secara

konduksi steady dan konveksi alami :

=


33/59

Sementara itu, laju kalor melalui radiasi dapat dirumuskan

sebagai :

= . . . . (4 4)

Perpindahan kalor keseluruhan kemudian dapat dihitung

dengan cara menjumlahkan perpindahan kalor secara

konduksi steady, konveksi alami dan radiasi tersebut.


34/59

3. JELASKANMEKANISMEDAN

PERHITUNGANPERPINDAHANKALOR

PADAKEADAANSTEADYYANG

MELIBATKANMEKANISMEKONDUKSI,

KONVEKSIALAMIDANRADIASI.


35/59

MEKANISMEPERPINDAHANKALOR

Sumber: http://www.mech.northwestern.edu/images/courses/377-

HeatTransport.jpg


36/59


KONDUKSITUNAK

Menggunakan persamaan Fourier


37/59


KONVEKSI

Menentukan suhu film

Menentukan koefisien muai volume

Menentukan bilangan Rayleigh

PrPrGr2

3

vdTTg w


38/59


KONVEKSI

Menentukan bilangan Nusselt

Menentukan koefisien perpindahan kalor konveksi

rata-rata

Menghitung perpindahan kalor secara konveksi


39/59

PERHITUNGANPERPINDAHANKALORRADIASI

Perhitungan Perpindahan Kalor Total


40/59

SOAL PERHITUNGAN NOMOR 1

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

dipertahankan konstan 530oF sedangkan suhu udara di sekeliling

70oF dengan tekanan 1 atm.

a. Hitunglah kalor yang hilang dari permukaan dinding itu secara

konveksi alami ke udara.

b. Jika dinding itu disekat dengan bahan penyekat yang tebalnya 2

inchi dan konduktivitas termal = 0,121 BTU/jam ft2 oF, hitunglahkalor yang hilang secara konduksi dan konveksi bebas bila

dianggap suhu pada permukaan 250oF.


41/59

ASUMSI&SKEMA

SKEMA 1 SKEMA 2


42/59

SOLUSI 1(a)


43/59

SOLUSI I(a)


44/59

SOLUSI I(a)


45/59

SOLUSI I(b)


46/59

Suatu gas mengalir melalui sebuah pipayang mempunyai suhu permukaan 800oFditanam di dalam tanah. Jarak antarasumbu pipa dengan permukaan tanah 6 ft.Diameter luar pipa 2,38 in (tebal pipadiabaikan), panjang pipa = 50 ft, suhuudara luar 80oF, dan konduktivitas kalortanah = 1,4 Btu/(hr.ft.oF).


47/59

Soal 2a Hitunglah kalor yang

hilang dari permukaanpipa ke udara.

Asumsi: Tidak ada radiasi dari luar Nilai k tidak berubah Pipa dalam posisi

horizontal Sistem tunak h udara = 1,14

Btu/(h.ft2.oF) Sistem satu dimensi

T1= 800oF

T3= 80oF

D1= 2,38 in = 0,198 ft L = 50 ft r2= 6 ft D2= 12 ft ktanah = 1,4 Btu/(h.ft.

oF).

T1

R1

R2

T2T

3

Pipa

TanahUdara terbuka

Gas


48/59

Jawaban 2a

T1

R1

R2

T2

T3

Pipa

Tanah

Udara terbuka

Gas


49/59

Soal 2bJika pipa tadi diletakkan dalam ruangan yang suhunya

80oF, hitunglah kalor yang hilang secara konveksialami dan radiasi dari permukaan pipa ke udara. (pipa = 0,8).

T1= 800oF T3= 80

oF

D1= 2,38 in = 0,198 ft

L = 50 ft

r2= 6 ft

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

T

Tw

R

Gas


50/59

Nomor 2B

Menentukan Tf

Menentukan sifat fisik udara

Menentukan Gr.Pr, Nu dan h

Rugi kalor konveksi

Rugi kalor radiasi

Rugi kalor total


51/59

Jawaban 2b

Menentukan suhu film Menentukan sifat fisikudara

k = 0,04038 W/m 0C,

v = 37,90x 10-6 m2/s,

Pr = 0,680


52/59

Jawaban 2b

Menentukan nilai Gr.Pr

Menentukan nilai Nu

Pipa horizontal, maka C = 0.53 dan m = 0.25


53/59

Jawaban 2b

Menentukan nilai koefisien konveksi

Menentukan rugi kalor konveksi


54/59

Jawaban 2b

Menentukan rugi kalor radiasi

Menentukan rugi kalor total


55/59

Soal 2c

Jika pipa tadi diletakkan dalam ruangan yang suhunya80oF, hitunglah kalor yang hilang secara konveksialami dan radiasi dari permukaan pipa ke udara, tetapi

permukaan pipa dicat dengan cat dari alumuniumsehingga pipa = 0,3.

Menentukan rugi kalor konveksi


56/59

Jawaban 2c

Menentukan rugi kalor radiasi

Menentukan rugi kalor total


57/59

Soal 2d

Jika pipa tersebut diisolasi dengan isolator asbes (k = 0,04Btu/(hr.ft.oF)) setebal 2 in dan diluarnya diisolasi dengantanah diatomik tebal 1 in (k = 0,06 Btu/(hr.Ft.oF), hitunglahkalor yang hilang ke udara per satuan panjang pipa.

Asumsi : Tidak ada radiasi dari luar

Nilai k tidak berubah

Pipa dalam posisi horizontal Sistem tunak

h udara = 1,14 Btu/(h.ft2.oF)

Sistem satu dimensi


58/59


59/59

Jawaban 2d

Menentuka kalor persatuan panjang

r1

r2

r3

T4

T3

T2

T1

Asbes

Tanah

Udara terbuka

presentasi makalah kelompok pemicu 3: perpindahan kalor 2013

Documents