Nama : Muhammad Zakwan
Paraf Asisten :
NMP : 1606824894 Prodi : Teknik Kimia
Tanggal Pengumpulan:
Kelompok: 11 I.
OUTLINE 1. Perpindahan Panas Konveksi Alami
1.1 Perpindahan Panas Secara Konveksi Pada Permukaan Miring 1.2 Perpindahan Panas Secara Konveksi Dalam Ruang Tertutup
II.
PEMBAHASAN 1. Perpindahan Panas Konveksi Alami
Perpindahan panas secara alami merupakan salah satu bagian dari perpindahan panas secara konveksi. Berbeda halnya dengan perpindahan panas konveksi secara paksa yang memerlukan bantuan, pada perpindahan ini hanya berjalan sesuai dengan gradien suhu. Perpindahan panas secara konveksi melalui fluida yang melibatkan mekanisme yang kompleks. Laju perpindahan panas pada konveksi lebih besar dibandingkan dengan konduksi, yang dimana semakin cepat kecepatan aliran fluida, maka laju perpindahan panas secara konveksi akan semakin cepat. Berdasarkan percobaan empiris yang dilakukan, perpindahan panas secara konveksi dipengaruhi oleh viskositas dinamis ( μ); konduktivitas termal (k); densitas ( ρ); kapasitas panas (c p); kecepatan aliran; geometri padatan; dan jenis aliran (turbulensi atau laminar).
1.1. Perpindahan Panas Secara Konveksi Pada Permukaan Miring Mir ing Perpindahan panas pada permukaan miring terjadi pada perpindahan panas konveksi secara alami (tanpa batuan dari luar, misalnya bantuan kipas angina yang menghembuskan panas). Sebelum kita mempelajari mengenai konveksi panas pada permukaan benda miring maka, kita akan mempelajari terlebih dahulu mengenai perpindahan panas melalui permukaan.
Seperti yang dijelaskan diatas, konveksi alami pada suatu permukaan tergantung pada geometri dari permukaanya (apakah miring, horizontal, vertical, silinder ataupun bola) dan juga pada variasi suhu pada permukaan serta sifat termofisika/termodinamika (perilaku zat dibawah pengaruh kalor dan perubahan 1
lain yang menyertainya) dari fluida yang berkaitan. Secara umum, untuk suatu sistem dalam perpindahan panas melalui aliran suatu fluida.
̇ =ℎ. . ~
1
Dalam perpistiwa perpindahan secara konveksi alami, dikenal suatu bilangan yang merupakan korelasi empiris sederhana, yang paling dikenal dan banyak digunakan yaitu Nusselt Number (Nu).nilai koefisien perpindahan panas (h) pada perpindahan panas konveksi sering dinyatakan dalam suatu bilangan tak berdimensi
= ℎ = 2
Dengan Lc adalah panjang karakteristik. Dan Ra L adalah bilangan Rayleigh yang dihasilkan dari bilangan Grashof dan Prandtl
Dimana
Pr= = = g = percepatan gravitasi
= koefisien ekspansi volum (1/T f ); 1/K
= ~ 2
v = viskositas kinematika fluida, m 2/s Ts = suhu permukaan benda (K)
~
T = suhu pada jarak tak hingga (K) Lc = panjang karakteristik (m)
Ketika nilai rata-rata dari bilangan Nusselt dan nilai coefficient konvektif diketahui, laju perpindahan panas secara alami dari suatu permukaan padatan pada temperatur Ts ke lingkungan fluida adalah
̇ =ℎ ~
4
Adapun bentuk geometri dari suatu permukaan antara lain:
2
Gambar1. Geomentri permukaan benda padat
Gambar 2. Aliran konveksi alami pada permukaan atas dan bawah dari plat panas yang miring 1.2. Perpindahan Panas Secara Konveksi Dalam Ruang Tertutup 3
Karakteristik dari perpindahan panas melalui ruang tertutup tergantung pada posisi panas ataupun dingin dari plat. Ketika bagian panasnya berada diatas, arus konveksi tidak dihasilkan, karena fluida yang memiliki berat ringan/densitas ringan (light fluid ) akan selalu berada diatas fluida yang berat (heavier fluid ). Dalam hal ini, perpindahan panas murni terjadi secara konveksi, sehingga
=1
Gambar 3. Aliran tanpan konveksi dan ketika ada konveksi
Gambar b yaitu ketika bagian panas berada pada bagian bawah, heavier fluid akan berada pada bagian atas, akan ada kecenderungan light fluid berada diatas
heavier fluid , dimana akan ada kontak dengan plat yang lebih dingin dan menjadi dingin. Ketika itu terjadi, perpindahan panas akan dilakukan secara konduksi (Nu= 1). Ketika nilai Ra > 1708, nilai gaya apung ( buoyant force) mengalahkan tahanan fluida dan memulai konveksi alami dan dapat diamati menjadi bentuk hexagonal yang disebut Benard cells. Untuk Ra> 3.10 5, cells akan hancur dan aliran menjadi turbulen
3 = Pr
T1 = suhu panas (K)
5
T2 = suhu dingin Lc = jarak antara titik panas dan dingin Semua sifat fluida dievaluasi pada temperatur rata-ratanya (Taverage = (T1+T2)/2)
Ketika bilangan Nusselt diketahui, laju alir panas dapat diketahui melalui 4
̇ =ℎ ~= 6
Karena h = kNu/Lc, laju konduksi melalui dinding dengan ketebalan Lc dan area As dan termal konduktifitas (k) dapat dinyatakan
̇ =
7
Dengan membandingkan persamaan 6 dan 7, menyatakan bahwa perpindahan panas konveksi dalam ruang tertutup dapat dianalogikan seperti perpindahan panas konduksi melewati suatu lapisan yang mana konduktifitas termalnya diganti dengan kNu.
=
Yang perlu diingat adalah, untuk kasus Nu = 1, konduktifitas termal efektif dari ruang tertutup menjadi sama dengan konduktifitas fluida. Saat ini terjadi, kasusnya adalah murni konduksi.
Gambar 4. Nusselt bernilai 3, yang artinya perpindahan panas konveksi melalui ruang tertutup 3 kali lipat dari konduksi
Untuk persamaan (2)
=
C dan n adalah nilai kontan, yang nilainya cukup akurat, namun terbatas untuk jarak bilangan Prandtl,Rayleigh dan ratio tertentu.
5
a) H orizontal Rectangular E nclosures (θ = 0)
= 0.195/ = 0.195/ = 0.069/3 .
Untuk 105
Untuk 4.10 5
Untuk 3.10 5
+ 1708 =11. 4 4(1 )
+ 3 1
18
Untuk Ra L< 108 (oleh Holland). Untuk diketahui bahwa, jika nilai dari [] + adalah negative, maka di set menjadi sama dengan nol
Gambar 4. H orizontal Rectangular E nclosures b) I nclined Rectangular E nclorsures (0 < Untuk ratio (H/L)
≥12
θ < 90)
, RaL>105 dan 0 <
θ < 90
+ + . 1708 1708 si n 1. 8 =11. 4 4(1 ) 1 cos
+ 3 cos 1
Gambar 5. I nclined Rectangular E nclorsures 6
18
c) Vertical R ectangular E nclorsures (θ = 0) Oleh Cotton
. . =0.18(0.2) . −/ . =0. 2 (0.2) ( )
Untuk 1
10 3
Untuk 2
Gambar 6. Vertical R ectangular E nclorsures
III. DAFTAR PUSTAKA
Cengel Y, Ghajar. 2015. Heat Transfer and Mass Transfer. Fifth edition. New York: McGraw-Hill EducationAnonim. 2015. Buku Panduan Praktikum: Kimia Fisika dan Kimia Analitik. Depok: Departemen Teknik Kimia UI Wilson, Rorrer, Welty, Wicks. 2004. Fundamentals of Momentum, Heat and Mass transfer. Diterjemahkan oleh Ir. Gunawan Prasetyo. Edisi ke-4. Jakarta: Penertbit Erlangga Holman. 2010. Heat Transfer . 8th edition. New York: McGraw-Hill Companies “Pengantar
Perpindahan
Panas
Konveksi ”
diakses
melalui
pada tanggal 3 April 2018
7
web
