LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA KELOMPOK 8 BAB IV KONVEKSI PAKSA ALIRAN UDARA PIPA HORIZONTAL 4.1 PENDAHULUAN 4.1.1 TUJUAN PRAKTIKUM Tujuan dari praktikum konveksi paksa aliran udara pada pipa horizontal adalah: 1. Praktikan menemukan korelasi antara bilangan Reynolds untuk menentukan kecepatan laju aliran dan bilangan Nusselt untuk mengetahui distribusi temperatur. 2. Praktikan dapat menentukan koefisien perpindahan panas secara keseluruhan untuk variasi tertentu seperti jalu aliran, temperatur udara keluar dan temperature dinding. 3. Praktikan mampu memilih konfigurasi dengan koefisien perpindahan panas yang paling baik. 4. Praktikan mempelajari peristiwa atau fenimena perpindahan panas melalui percobaan penukar panas didalam saluran dengan jenis kawat filament. 5. Praktikan dapat membandingkan konveksi alami dan konveksi paksa. (referensi : jobsheet fenomena dasar 2010) 4.1.2 PRINSIP KERJA PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI PAKSA
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
BAB IV
KONVEKSI PAKSA ALIRAN UDARA PIPA HORIZONTAL
4.1 PENDAHULUAN
4.1.1 TUJUAN PRAKTIKUM
Tujuan dari praktikum konveksi paksa aliran udara pada pipa horizontal adalah:
1. Praktikan menemukan korelasi antara bilangan Reynolds untuk menentukan
kecepatan laju aliran dan bilangan Nusselt untuk mengetahui distribusi
temperatur.
2. Praktikan dapat menentukan koefisien perpindahan panas secara keseluruhan
untuk variasi tertentu seperti jalu aliran, temperatur udara keluar dan
temperature dinding.
3. Praktikan mampu memilih konfigurasi dengan koefisien perpindahan panas
yang paling baik.
4. Praktikan mempelajari peristiwa atau fenimena perpindahan panas melalui
percobaan penukar panas didalam saluran dengan jenis kawat filament.
5. Praktikan dapat membandingkan konveksi alami dan konveksi paksa.
(referensi : jobsheet fenomena dasar 2010)
4.1.2 PRINSIP KERJA PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI PAKSA
Perpindahan kalor secara konveksi paksa terjadi karena adanya pengaruh dari
luar/paksaan yang memaksa fluida untuk mengalir sesuai dengan arah yang
dipaksakan. Contohnya :
Pendinginan kendaraan bermotor dimana kalor yang ditimbulakan dalam
bahan baker dipindahkan ke tempat lain dengan menghembuskan udara ke
bagian yang panas untuk menghembuskan digunakan kipas atau kompresor.
Penggunaan Hair dryer (Pengering rambut) dimana kipas menarik udara di
sekitarnya dan ditiupkannya udara tersebut dengan menggunakan elemen
pemanas sehingga dihasilkan arus konveksi udara panas.
(Yunus A. Cengel ,Heat Transfer, Hal.334)
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
Pengertian Aliran Turbulent dan Aliran Laminar
Aliran turbulent adalah aliran yang partikel fluidanya bergerak mengikuti alur
yang tida beraturan baik ditinjau terhadap ruang maupun waktu. Dan
pengertian yang lain, aliran turbulen adalah aliran yang struktur alirannya
bergerak secara acak, dimana partikel fluidanya bergerak ke segala arah
Aliran laminar adalah aliran yang partikel fluidannya bergerak mengikuti alur
tertentu da aliran tampak seperti gerakan serat-serat yang paralel. Dan
menurut pengertian yang lain, aliran laminer adalah aliran yang strukturnya
bergerak secara teratur atau halus didalam saluran.
Suhu limbak (bulk-temperature) sangat penting dalam soal-soal perpindahan
kalor yang melibatkan aliran dalam saluran tertutup. Suhu limbak menunjukkan
energi rata-rata atau kondisi ”mangkuk pencampur”. Jadi untuk aliran tabung
seperti pada gambar 4.1, energi total yang ditambahkan dapat dinyatakan dengan
beda suhu limbak :
q=m .C p .(T b 2−T b1)
dengan syarat cp sepanjang aliran itu tetap.
Gambar 4.1 Perpindahan kalor menyeluruh dinyatakan dengan beda suhu limbak
(Holman, J.P. Perpindahan Kalor. Hal.252)
4.1.3 RUMUS PERHITUNGAN
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
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
karakteristik termal fluida, dan bilangan Nusselt menggambarkan karakteristik
proses perpindahan panas. Ketiga bilangan ini membentuk persamaan :
N ud=C . R edm . Ρ rn
(Holman, J.P. Perpindahan Kalor. hal.253)
Dimana C, m, dan n adalah konstanta yang harus ditentukan dari percobaan.
Bilangan Reynolds mempunyai rumus sebagai berikut :
R ed=ρ μm d
μ
(Holman, J.P. Perpindahan Kalor. hal.195)
Dari rumus diatas dapat dilihat bahwa bilangan Reynolds didapat dari
perbandingan gaya inersia dengan gaya viscous sistem aliran fluida. 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
(Holman, J.P. Perpindahan Kalor. hal.195)
Adapun rumus perhitungan lain yang digunakan dalam konveksi paksa adalah :
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.
R ed=ρ μm d
μ
Gambar 4.2 Pengembangan daerah aliran lapis batas di atas plat rata.
(Yunus A. ,Changel. Heat Transfer A Practical Aproach. hal.339)
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
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.
Ρ r= vα
= μ/ ρk / ρ c p
=c p μ
k
Keterangan : ν=viskositas kinematis
μ=viskositasdinamis
c p=kalor jenis pada tekanan konstan
k=koefisien konduktivitas temal
(Holman, J.P. Perpindahan Kalor. hal.213)
Untuk aliran dalam pipa,seperti halnya aliran melewati plat datar
profil kecepatan serupa dengan profil suhu untuk fluida yang mempunyai
bilangan Prandtl satu.
Bilangan Nusselt
Merupakan bilangan yang digunakan untuk menentukan distribusi suhu
permukaan atau plat.
N ud=hLk
(Holman, J.P. Perpindahan Kalor. hal.214)
Selain bilangan Reynold dan Prandtl factor lain yang mempengaruhi
kondisi perpindahan panas dengan cara konveksi paksa adalah ukuran lubang
masuk.Bila salurannya pendek (
LDH < 50 ) maka pengaruh lubang masuk
menjadi lebih penting. Bila fluida memasuki suatu saluran dengan kecepatan
seragam maka fluida yang langsung berbatasan dengan dindingnya akan
langsung berhenti bergerak. Jika turbulensi aliran fluida yang masuk besar
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
maka lapisan batas tersebut akan cepat menjadi turbulen. Baik itu lapisan
batas turbulen ataupun laminar, tebalnya akan meningkat sampai lapisan
batas itu memenuhi seluruh saluran.
Aliran Laminar berkembang penuh
Nud=1,86.¿
Batasan R ed . PrDL
>10
(Holman, J.P. Perpindahan Kalor. hal.255)
Aliran Turbulen berkembang penuh
Nud=0.027 . R ed0.8 . Pr0.3( μ
μW )0.14
Dimana : μ = suhu fluida
μ w = suhu dinding
(Holman, J.P. Perpindahan Kalor. hal.254)
Untuk aliran turbulen yang sudah jadi atau berkembang penuh (fully
developed turbulent flow) dalam tabung licin, digunakan persamaan berikut :
Nud=0.023 . R ed0.8. Prn
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 )
(Holman, J.P. Perpindahan Kalor. hal.252)
Koefisien Perpindahan Kalor
h= kD
Nud(W /m2 . oC)
(Holman, J.P. Perpindahan Kalor. hal.212)
Pemanas Heater
Qheater=h .2 π .r . L (T w−Tb ) Watt
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
Perpindahan kalor total
Q=mc p(T w−T b)
Laju aliran massa
m= Qc p(T w−T b)
(kg/s)
Perhitungan suhu udara yang keluar
T w=Q˙mc p
+T b=QhA
+T b
Suhu Limbak / Suhu Film
T f=T w+T b
2
(Yunus A. Cengel, Heat Transfer, Hal.422)
4.2 ALAT DAN PROSEDUR PENGUJIAN
4.2.1 Bagian – Bagian Alat Beserta Fungsinya
Gambar 4.3 Alat pengujian konveksi paksa.
1. Dioda Weatstone
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
Berfungsi untuk menyearahkan arus listrik
Gambar 4.4 Dioda weatstone.
2. Hot Wire Anemometer
Berfungsi untuk mengukur kecepatan aliran udara (fluida) pada waktu awal.
Gambar 4.5 Hot wire anemometer.
3. Watt meter
Berfungsi untuk mengukur daya yang masuk.
Gambar 4.6 Watt meter.
4. Asbestos
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
Berfungsi sebagai peredam panas yang akan merambat keluar melalui celah
sambungan pipa
Gambar 4.7 Asbestos.
5. Gips
Berfungsi sebagai isolator supaya panas dari pipa horizontal tidak keluar ke
lingkungan
Gambar 4.8 Gips.
6. Heater
Berfungsi untuk mendistribusikan panas ke pipa konveksi
Gambar 4. 9 Heater.
7. Regulator
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
Berfungsi untuk memberi daya pemanasan pada heater..
Gambar 4.10 Regulator.
8. Pipa Konveksi
Berfungsi untuk arah aliran fluida (udara).
Gambar 4.11 Pipa konveksi.
10. Display sensor Thermokopel
Berfungsi untuk menampilkan suhu terukur pada pipa konveksi (pada 4 titik).
Gambar 4.12 display sensor thermokope.
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
11. Blower
Berfungsi untuk memberi hembusan (penghembus) udara ke pipa konveksi.
Gambar 4.13 Blower.
12. Thermo kopel
untuk mengukur suhu pada pipa konveksi (pada 4 titik).
Fine Thermocouple
Gambar 4.14 Sensor Thermokopel.
4.2.2 Prosedur Pengujian
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
Prosedur pengujian praktikum konveksi paksa aliran udara pipa horizontal adalah:
1. Mengeset bukaan dumper blower sampai kecepatan yang dikehendaki
(variasi), dengan menggunakan alat anemometer, pengecekan dilakukan di
ujung pipa.
2. Mengeset pemanas, dengan menggunakan Regulator sehingga mencapai
temperatur tertentu.
3. Jika pengesettan laju/alir sudah ditentukan, kemudian mematikan motor
blower.
4. Mencatat nilai awal posisi steady, temperatur dinding, temperatur keluar.
5. Mengeset daya pemanas 175 watt
6. Mencatat kenaikan temperatur dinding, temperatur udara keluar tiap satu
menit hingga mencapai posisi steady.
7. Setelah steady, mematikan heater kemudian menghidupkan blower sehingga
akan terjadi proses penurunan temperatur.
8. Mencatat penurunan temperatur dinding, temperatur udara keluar tiap satu
menit hingga mencapai posisi steady.
9. Jika sudah tidak terjadi penurunan temperatur dinding dan temperatur