008_konveksi paksa
TRANSCRIPT
![Page 1: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/1.jpg)
Perpindahan Panas Konveksi
![Page 2: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/2.jpg)
Pendahuluan• Perpindahan Kalor adalah ilmu yang
mempelajari transfer/perpindahan energi diantara benda yang disebabkan karena perbedaan temperatur
![Page 3: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/3.jpg)
BAGAIMANA PANAS BISA DI TRANSFER?
Konduksi? Konveksi? Radiasi?
![Page 4: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/4.jpg)
BAGAIMANA PANAS BISA DI TRANSFER?
![Page 5: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/5.jpg)
MEKANISME PERPINDAHAN PANAS
1. Konduksi panas: Perpindahan panas tanpa disertai perpindahan materi (panas mengalir melalui material statis )
2. Konveksi panas: Perpindahan panas disertai perpindahan materi (panas mengalir melalui media yang bergerak atau terbawa oleh medium yang bergerak (fluida))
3. Radiasi panas: Perpindahan panas terpancar (panas berpindah melalui ruang dengan atau tanpa media)
![Page 6: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/6.jpg)
Perpindahan Panas Konveksi
Adalah transport energi dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan, energi dan gerakan mencampur. Proses terjadi pada permukaan padat (lebih panas atau dingin) terhadap cairan atau gas (lebih dingin atau panas).
q = h A (∆T)
![Page 7: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/7.jpg)
Dimana :q = Laju perpindahan panas konveksih = Koefisien perpindahan panas konveksi (w/m2 0C)A = Luas penampang (m2)∆T = Perubahan atau perbedaan suhu (0C; 0F)
Perpindahan Panas Konveksi
![Page 8: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/8.jpg)
Contoh:Udara pada suhu 20 0C bertiup diatas plat panas 50 x 75
cm. Suhu plat dijaga tetap 250 0C. Koefisien perpindahan kalor konveksi adalah 25 W/m2 0C. Hitunglah perpindahan kalor.
PenyelesaianDari persamaan :
q = h A (Tw - T∞)
= (25)(0,50)(0,75)(250 – 20)
= 2,156 kW
Perpindahan Panas Konveksi
![Page 9: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/9.jpg)
Konveksi
Laju pindah panas
Dimanah = Koefisien pindah panas konveksi
hAdTQ
![Page 10: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/10.jpg)
MACAM KONVEKSI
Pindah panas konveksi paksa
Pindah panas konveksi alami
![Page 11: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/11.jpg)
Proses Konveksi• Zat cair dan gas tidak dapat
menghantarkan panas dengan baik. Pemindahan panas lewat zat cair dan gas terutama terjadi karena konveksi, yaitu karena adanya perbedaan suhu ( Van Harten, 1983 : 97 ).
![Page 12: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/12.jpg)
Proses Konveksi• Tahap Pertama
Sumber Panas
Permukaan Benda
Benda lain
Energi
Panas akan mengalir dengan cara konduksi yaitu dari sumber panas menuju permukaan benda, kemudian energinya berpindah ke benda lainnya sehingga menaikkan suhu dan energi di sekitarnya.
![Page 13: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/13.jpg)
Proses Konveksi• Tahap KeduaTahap kedua, partikel-partikel bergerak dari daerah yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah. Udara kemudian akan bercampur dan memindahkan sebagian energinya kepada partikel fluida yang lain. Proses perpindahan panas secara konveksi dalam ruangan dapat dilihat pada gambar berikut :
![Page 14: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/14.jpg)
PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA
Rumus Empiris untuk aliran dalam pipa/tabung
m, Cp
Aliran
1 2L
Tb1 Tb2
q
![Page 15: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/15.jpg)
Besarnya perpindahan kalor yang terjadi pada suatu penampang/saluran yang berbentuk pipa/tabung dapat dinyatakan dengan beda suhu limbak (bulk temperature):
q = m.Cp(Tb2 – Tb1) = h.A(Tw – Tb)
m = ρ.Um.A
Untuk mengetahui apakah alirannya laminar atau turbulen maka dibutuhkan bilangan Reynold:
dUm.Re
PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA
![Page 16: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/16.jpg)
Dimana :m = laju aliran fluida (kg/s)Cp = Panas jenis (kj/kg.0C)Tb = Suhu limbakTw = Suhu dindingUm = Kec. Rata-rata (m/s)μ = Kekentalan (kg/m.s)ρ = Kerapatan (kg/m3)
PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA
![Page 17: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/17.jpg)
Untuk Aliran Turbulen :
Nud = 0,023.Re0,8. Prn = h.d/k..............pipa licin
kdh
ffN
n
w
bud
.)1(Pr)8/(7,1207,1
Pr.Re)8/(3/22/1
Untuk pipa licin dgn faktor gesek
Dimana:n = 0,11 jika Tw
>Tbn = 0,25 jika Tw
< Tb
PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA
![Page 18: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/18.jpg)
Untuk Aliran Laminar:
14,03/13/1 )/()/(Pr).(Re86,1 wud LdN
Contoh:Tabung yang diameternya 2 cm mempunyai kekasaran relatif 0,001 berada pada suhu dinding tetap 90 0C. Air masuk kedalam tabung pada suhu 40 0C dan yang keluar adalah 60 0C. Jika kecepatan masuk ialah 3 m/s hitunglah panjang tabung yang diperlukan.
PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA
![Page 19: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/19.jpg)
Jwb :q = m.Cp(Tb2 – Tb1) = h.A(Tw – Tb) = ρ.Um.A.Cp(60 - 40) = ρ.Um.πr2.Cp(60 – 40)Untuk mendapatkan harga ρ dan Cp kita gunakan tabel dan menggunakan rumus interpolasi : Dari temperatur limbak :Tb = (60 +40)/2 = 50 0CMaka : ρ = 990 kg/m3
Cp = 4181 j/kg
Maka :q = 990.3. π.(0,01)2.4181(60
– 40)q = 77982 W
PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA
![Page 20: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/20.jpg)
PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA
![Page 21: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/21.jpg)
Untuk permukaan tabung dengan kekasaran relatif, temperatur rata-ratanya:Tf = (90+50)/2 = 70 0Cρ = 980 kg/m3
k = 0,660 w/m0CPr = 2,62υ = 0,421x10-6m2/sμ = ρ.υ = 4,126x10-4 kg/m.sRe = 142.510………..Turbulen
Maka rumus yang digunakan :
kdh
ffN
n
w
bud
.)1(Pr)8/(7,1207,1
Pr.Re)8/(3/22/1
PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA
![Page 22: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/22.jpg)
Dari diagram mody didapat harga f = 0,0215Maka f/8 = 0,002688n = 0,11 karna Tw > Tbμb = ρb.vb = 990.0,568x10-6 = 5,62x10-4 kg/m.sμw = ρw.vw = 967 . 0,33x10-6 m2/s = 3,19x10-4 kg/m.s
maka :
kdhxxNud.
19,31062,5
)162,2()002688,0(7,1207,162,2142510)002688,0(
11,0
4
4
3/22/1
Nud = 640 =h.d/kh = (640x0,66)/0,02 = 21120 w/m2 0C
PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA
![Page 23: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/23.jpg)
PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA
![Page 24: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/24.jpg)
Maka panjang tabung :
)5090(..77982
dhL
)5090(02,014,32112077982
xxL
L = 1,47 m
q = h.A(Tw – Tb)
q = h. Π.d.L(Tw – Tb) = 77982 w
PERPINDAHAN KALOR KONVEKSI PAKSA
![Page 25: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/25.jpg)
Konveksi Paksa1. Sistem suplai air panas
Prinsip kerja : Air panas di dalam ketel naik ke bagian atas tangki penyimpan. Air dingin di dalam tangki utama kemudian turun menuju ke ketel untuk dipanaskan. Tangki utama dihubungkan ke suplai air dingin oleh katup yang dikendalikan oleh pelampung. Jika ketinggian air di dalam tangki utama berada di bawah ketinggian minimum tertentu, maka pelampung akan membuka katup suplai air. Pipa luapan berfungsi mengalirkan luapan air panas yang dihasilkan ke dalam tangki utama.
![Page 26: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/26.jpg)
Sistem Suplay Air Panas
![Page 27: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/27.jpg)
Lemari es• Prinsip kerja : Udara dingin pada kompartemen
pendingin bergerak ke bawah, dan tempatnya digantikan oleh udara hangat yang naik dari bagian bawah dan didinginkan oleh pipa-pipa pendingin. Pergerakan udara ini menghasilkan arus konveksi alamiah udara. Arus konveksi udara ini akan mendinginkan semua makanan yang disimpan di dalam lemari es.
![Page 28: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/28.jpg)
Lemari es
![Page 29: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/29.jpg)
SECARA SIMULTAN KONDUKSI DAN KONVEKSI PERPINDAHAN PANAS
• KOEFISIEN PERPINDAHAN PANAS MENYELURUH (OVERALL HEAT TRANSFER COEFFICIENT, U)
Adalah merupakan aliran panas menyeluruh sebagai hasil gabungan proses konduksi dan konveksi.
• Koefisien perpindahan pana menyeluruh dinyatakan dengan W/m2.oC (Btu/h.ft2.oF)
![Page 30: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/30.jpg)
KOEFISIEN PERPINDAHAAN PANAS MENYELURUH PADA BIDANG DATAR
• Suatu bidang datar, salah satu sisinya terdapat fluida pana A dan sisi lainnya terdapat fluida B yang lebih dingin.
![Page 31: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/31.jpg)
• Perpindahan panas menyeluruh dinyatakan dengan :
Selain itu
Sehingga koefisien perpindahan panas menyeluruh dapat dinyatakan dengan :
![Page 32: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/32.jpg)
Untuk bidang datar yang disusun seri,
Sehingga koefisien perpindahan panas menyeluruh dapat dinyatakan dengan:
![Page 33: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/33.jpg)
Koefisien perpindahan panas menyeluruh pada silinder
• Suatu silinder berongga terkena lingkungan konveksi di permukaan bagian dalam dan luar oleh fluida A dan fluida B. suhu kedua fluida, Ta dan Tb. Zat alir mengalir melalui pipa pada suhu TA. Perpindahan panas dari zat alir ke pipa secara konveksi diteruskan lewat pipa secara konduksi dan selanjutnya ke zat alir yang ada diluar pipa pada suhu TB secara konveksi
![Page 34: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/34.jpg)
![Page 35: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/35.jpg)
Perpindahan panas menyeluruh dari zat alir di dalam pipa ke zat a;ir diluar pipa adalah
Luas permukaan untuk perpindahan panas zat alir :• Di dalam pipa, A1 = 2πr1L• Di luar pipa, A2 = 2πr2LSehingga,
![Page 36: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/36.jpg)
Koefisien perpindahan panas menyeluruh dapat didasarkan atas bidang dalam atau bidang luar tabung
![Page 37: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/37.jpg)
![Page 38: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/38.jpg)
Koefisien perpindahan pana menyeluruh pada bola
![Page 39: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/39.jpg)
• Perpindahan panas menyeuruh dari zat alir didalam pipa ke zat alir diluar pipa adalah
![Page 40: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/40.jpg)
Koefisien perpindahaan panas menyeluruh
• Bidang dalam
![Page 41: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/41.jpg)
• Bidang luar
![Page 42: 008_Konveksi Paksa](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061606/577ccf011a28ab9e788ea09b/html5/thumbnails/42.jpg)
TERIMA KASIH