168247912 Perpindahan Panas Secara Konveksi

PERPINDAHAN PANAS SECARA

KONVEKSI

Kelompok 2

Presented by :

Ariska Marcelia

Irpan

Widya Agustini

Konveksi adalah proses perpindahan kalor dari satu bagian

fluida ke bagian lain fluida oleh pergerakan fluida itu sendiri.

Konveksi dibedakan menjadi dua jenis, yaitu konveksi alamiah dan

konveksi paksa. Konveksi alamiah merupakan pergerakan fluida

yang terjadi akibat perbedaan massa jenis. Bagian fluida yang

menerima kalor/dipanasi memuai dan massa jenisnya menjadi lebih

kecil, sehingga bergerak ke atas. Kemudian tempatnya akan

digantikan oleh bagian fluida dingin yang jatuh ke bawah karena

massanya jenisnya lebih besar. Sedangkan pada konveksi paksa,

fluida yang telah dipanasi akan langsung diarahkan tujuannya oleh

sebuah blower atau pompa.

Besarnya konveksi dipengaruhi oleh :

Luas permukaan benda yang bersinggungan dengan fluida (A).

Perbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida (T).

Koefisien konveksi (h), yang tergantung pada :

• viscositas fluida

• kecepatan fluida

• perbedaan temperatur antara permukaan dan fluida

• kapasitas panas fluida

• rapat massa fluida

• bentuk permukaan kontak

LAJU PERPINDAHAN KALOR

Untuk menyatakan laju perpindahan panas dinyatakan

sebagai fluks kalor perhitungannya didasarkan atas luas

perpindahan panas sehingga fluks kalor didefenisikan sebagai laju

perpindahan panas persatuan luas dengan satuan Btu / jam s atau

Watt / m2 atas dasar luas bidang tempat berlangsungnya aliran

kalor.

Selanjutnya, fluks kalor dihubungkan dengan perbedaan

temperatur yang ditentukan melalui koefisien perpindahan panas

konveksi (konduktans konveksi) h yang didefenisikan sebagai

berikut :

Keterangan :

q = laju perpindahan panas (Kj/det atau W)

h = koefisien perpindahan panas konveksi (W/m2 . oC)

A = luas permukaan(ft2 atau m2)

Tw = temperatur dinding (oC,oF, K)

T = temperatur sekeliling (oC,oF, K)

jika h dan t diketahui , maka dapat dihitung. Untuk

sebuah tahanan termal dalam peristiwa konveksi didefinisikan

sebagai berikut :

Dimana :

R = tahanan termal konvektif

h = konduktan konvektif

R = h

1

KOEFISIEN PERPINDAHAN PANAS

MENYELURUH

Th = temperature rata-rata fluida panas

Tc = temperature rata-rata fluida dingin

t = perbedaan temperature

Panas yang dipindahkan pada peristiwa konveksi dapat

berupa panas laten dan panas sensible. Panas laten adalah panas

yang menyertai proses perubahan fasa, sedang panas sensible

adalah panas yang berkaitan dengan kenaikan atau penurunan

temperatur tanpa perubahan fasa.

PERPINDAHAN PANAS KE FLUIDA TANPA

PERUBAHAN FASA

1. Perpindahan Panas Aliran Laminar ke Pelat Rata

Kecepatan fluida yang mendatangi plat, dan pada tepi lapisan

batas , serta diluar lapisan batas OA adalah Vo.

Suhu fluida yang mendatangi plat, dan pada tepi lapisan batas

termal, serta diluar lapisan batas termal O’B adalah T .

Sifat-sifat fluida berikut ini adalah konstan dan tidak

bergantung pada suhu : densitas , konduktivitas k, kalor spesifik cp,

dan viskositas .

Hubungan persamaan untuk kondisi diatas:

Keterangan:

hx = konduktif konvektif pada arah x

X = jarak dari tepi depan

k = konduktivitas termal

xo = jarak antara lapisan hidrodinamik dengan

lapisan termal

...

1

332,0.3

3

4/3

o

o

x V

k

Cp

x

xk

Xh

(1) (2) (3)

A = dikenal sebagai angka Nusselt (NNu,x)

B = dikenal sebagai angka Prandtl (NPr)

C = dikenal sebagai angka Reynolds (NRe,x)

Bila pelat dipanaskan secara keseluruhan dan xo=0,

maka penyusunan kembali persamaan tersebut:

NNu,x = xNN Re,Pr .332,0

PERPINDAHAN PANAS ALIRAN LAMINAR

DIDALAM TABUNG

Hubungan persamaannya adalah:

Keterangan:

NFO = angka Fourier

rm = jari-jari tabung (m, cm, ft)

tT = total waktu pemanasan dan pendinginan

(sekon, menit, jam)

D = diameter tabung (m, cm, ft)

V = kecepatan fluida (m/s, ft/s)

L = panjang lintasan tabung (m, ft )

kL

CpmN

O

Gz , dimana: 2

4VDm

O

Angka Pecklet

Keterangan:

α = defasivitas termal

Npe = angka Peclet

Jadi,hubungan ketiga angka tersebut adalah:

PrRe .NNNPe k

CpVD

..

=Cp

kVD

k

DCpV

.

....

PERPINDAHAN PANAS ALIRAN

BERKEMBANG PENUH

Distribusi temperatur didefinisikan sebagai berikut:

Koefisien perpindahan panas individual (hi) ialah nilai rata-rata

di sepanjang pipa itu dan untuk kasus dimana suhu dinding

konstan, dihitung sebagai berikut:

Keterangan:

Tw = temperature dinding

Tb = temperature keluar

Ta = temperature masuk

PERPINDAHAN PANAS DENGAN

KONVEKSI DI DALAM ALIRAN TURBULEN

Persamaan empirik

Hubungan empirik untuk tabung dengan menggunakan

persamaan SIEDER-STATE:

Atau

Keterangan:

G = kecepatan massa fluida

μw = μ pada Tw

Øv = faktor korelasi viskositas

Untuk mencari nilai μw harus dicari terlebih dahulu Tw

(karena μw adalah harga μpada temperatur Tw).

Untuk Pemanasan : Tw = T + Ti

Untuk Pendinginan: Tw = T - Ti

ho adalah perpindahan panas individu pada permukaan tabung.

Ti T

hoDo

Di

hi

hi

1

1

CONTOH SOAL

1. Sebuah tabung berbentuk silinder berisi suatu cairan

bersuhu 24oC. Cairan ini dialirkan suatu sumber panas

yang bersuhu 108oC, sehingga suhu cairan berubah.

Jika laju perpindahan panas yang diberikan sebesar

216 W dan koefisien perpindahan panasnya ialah 180

W/m2.oC, Hitunglah diameter tabung tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui : Ditanya :

T1 = 24oC Diameter Tabung?

T2 = 108oC

q = 216 Wh = 180 W/m2.oC

Dijawab :

q = h A (T2- T1)

0143,0

24108./180

2162

12

CCmW

W

TTh

qA

oom

2

24/1 DA

Jadi, D 25,0

A = m0812,0

2. Benzena diembunkan pada temperatur 210oF diluar tabung

kondenser in dan diameter dalam tabung 1,084 in. Di

dalam tabung mengalir air pendingin pada temperatur rata-

rata 70oF. Koefisien perpindahan panas individu untuk air

pendingin (hi) adalah 150Btu/ft2.jam.oF dan untuk benzene

(ho) adalah 300Btu/ft2.jamoF. Bila tahanan dinding tabung

dapat diabaikan, berapa temperature dinding (Tw)?

Penyelesaian :

3. Benzena didinginkan dari suhu 141F menjadi 79F dialirkan di

dalam pipa tembaga 7/8 in. Kecepatan dari benzena itu adalah 5

ft/s . Hitunglah koefisien perpindahan panas untuk benzena?

Penyelesaian:

4. 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?

Penyelesaian :

Diketahui: ditanya :

T∞ = 20 0C q ... ?

Tw = 250 0C

A = 50 x 75 cm = 0,50 x 0,75 m

H = 25 W/m2 0C

dijawab:

q = h A (Tw - T∞)

= (25)(0,50)(0,75)(250 – 20)

= 2,156 kW

DAFTAR PUSTAKA

http://www.scribd.com/doc/49015811/tgas-papp

http://rezdy.blogsome.com/2008/12/06/konveksi/

http://fisikaxh3.blogspot.com/2008/03/konveksi-kegiatan-68-

hal-138.html

Mc.Cabe, W.L., Smith, J.C. dan Harriott, P., Unit

Operations of Chemical Engineering, Jilid1, McGraw-Hill,

Singapore, 1985.