Pengaruh Suhu Terhadap Nilai Konduktivitas

(1)

ANALISA PERPINDAHAN PANAS PADA PITOT TUBE 0856MG

Roy Indra Lesmana Roy Indra Lesmana

Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Mesin Universitas Jenderal

Universitas Jenderal Achmad Yani, Achmad Yani, Cimahi – BandCimahi – Bandungung Email: [email protected]

Email: [email protected] Abstrak

Abstrak Bongkahan es akan terbentuk pada ujung

Bongkahan es akan terbentuk pada ujung pitot tube pitot tube pesawpesawat at terbanterbang. g. DiperlDiperlukanukan pa

panas nas tertertententu tu untuntuk uk dapdapat at menmencegcegah ah terbterbententuknuknya ya bonbongkagkahan han es es agaagar r pit pitot ot tubetube tetaptetap berfu

berfungsingsi. . Panas yang diperlukaPanas yang diperlukan n dapat berubah sesuai yang dapat berubah sesuai yang diperldiperlukan agar ukan agar tidak merusak tidak merusak struktur pesawat. Diperlukan perhitungan secara konveksi dan konduksi untuk mengetahui struktur pesawat. Diperlukan perhitungan secara konveksi dan konduksi untuk mengetahui rata-rata perpindahan panas dan temperatur pemanas

rata-rata perpindahan panas dan temperatur pemanas pitot tube pitot tube.. Kata Kunci:

Kata Kunci: Pitot Tube Pitot Tube, Konveksi, Konduksi., Konveksi, Konduksi. Notasi

Notasi

==

T

T Temperatur / Suhu [F]Temperatur / Suhu [F]

==

ρ

ρ _{Masa jenis [lbm/ft}_{Masa jenis [lbm/ft}33_]]

==

ν

ν _{Kinematik viskositas [ft}_{Kinematik viskositas [ft}22_/s]_/s]

==

k

k Konduktivitas thermal [Btu/hr.ft.F]Konduktivitas thermal [Btu/hr.ft.F]

==

pr

pr _{Prandtl number}_{Prandtl number}

kecepatan 260 knots atau setara dengan 439 kecepatan 260 knots atau setara dengan 439 ft/s.

ft/s. P Pititot ot tutubebe b bererfufungngsi si sesebabagagai i alalatat nav

navigaigasi si pespesawaawat t untuntuk uk dapdapat at menmengetgetahuahuii ketinggian, kecepatan dan tekanan.

ketinggian, kecepatan dan tekanan. Prin

Prinsip sip kerkerjaja pi pitot tot tutubebe yayaitu itu dendengangan membandingkan tekanan antara tekanan total membandingkan tekanan antara tekanan total yang didapat dari

(2)

di

dipapasasangngkakan n sesebubuah ah sisiststem em yayang ng didikekenanall denga

dengan n istilaistilahh An Anti ti IciIcing ng SysSystetemm. . PrPrininsisipp ke

kerjrja a dadari ri sisiststem em inini i yayaititu u dedengngan an cacarara me

membmbererikikan an pepemamananas s papadada p pititot ot tutubebe.. Pemanas akan memberikan perlawanan suhu Pemanas akan memberikan perlawanan suhu terhadap suhu yang berasal dari lingkungan terhadap suhu yang berasal dari lingkungan ((ambient ambient ).).

Gambar 2. Aliran udara pada Pitot Tube Gambar 2. Aliran udara pada Pitot Tube

Pada kali ini akan dilakukan perhitungan Pada kali ini akan dilakukan perhitungan men

mengengenai ai perperpinpindahdahan an panpanas as yayang ng terjterjadiadi pada beberapa ketinggian pesawat pada saat pada beberapa ketinggian pesawat pada saat

Teori Dasar Teori Dasar

Sistem perpindahan panas dibagi menjadi Sistem perpindahan panas dibagi menjadi 3 jenis, yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. 3 jenis, yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. S

Seeccaarra a uummuumm, , keettiigk ga a jjeenniis s tteerrsseebbuutt dibedakan berdasarkan media dalam upaya dibedakan berdasarkan media dalam upaya me

memminindadahkhkan an enenerergi gi papananas. s. KoKondndukuksisi me

mennggggununakakan an memeddia ia ppadadatat, , kkononveveksksii me

mengnggugunanakakan n memedidia a flfluiuidada, , sesedadangngkakann ra

radidiasasi i memengnggugunanakakan n memedidia a gegelolombmbanangg el

elekektrotromamagngnetietik. k. PaPada da kakasusus s inini, i, memetotodede yang digunakan adalah secara konduksi dan yang digunakan adalah secara konduksi dan konveksi.

konveksi.

Proses perpindahan panas secara konduksi Proses perpindahan panas secara konduksi b

bilila a didililihahat t ssececarara a atatomomik ik mmererupupakakanan p

pertertukukaraaran n enenergergi i kikinenetik tik anantatar r momoleklekulul (a

(atotom)m), , didimamana na papartrtikikel el yayang ng enenergergininyyaa rendah dapat meningkat dengan menumbuk rendah dapat meningkat dengan menumbuk pa

partirtikel kel dendengan gan eneenergi rgi yayang ng leblebih ih tintinggiggi.. Untu

Untuk k perpinperpindahan dahan panas panas secara secara kondkonduksiuksi,, sseettiiaap p mmaatteerriiaal l mmeemmppuunnyyaai i nniillaaii konduktivitas panas (

konduktivitas panas (k k ) [Btu/hr ft F], yang) [Btu/hr ft F], yang me

mempmpenengargaruhuhi i bebesasar r peperprpinindadahahan n papananass yang dilakukan pada suatu material.

(3)

T T h h L L w w q q_cc

==

.. .. ..

∆∆

(2)(2) A

Aliliraran n flfluiuidda a papada da pplalat t ddatatar ar dadappatat digambarkan seperti pada gambar 4. digambarkan seperti pada gambar 4. Terda- pat dua jenis aliran yang mengalir pada plat pat dua jenis aliran yang mengalir pada plat datar yaitu laminar dan turbulen. Kedua jenis datar yaitu laminar dan turbulen. Kedua jenis alir

aliran an ini ini berberpenpengargaruh uh terhterhadaadap p besbesar ar per per-- pindahan panas yang terjadi.

pindahan panas yang terjadi.

Gambar 4. Aliran fluida pada plat datar Gambar 4. Aliran fluida pada plat datar

Un

Untutuk k memengngetetahahui ui peperprpinindadahahan n papananass pada aliran laminar, harus diketahui panjang pada aliran laminar, harus diketahui panjang

al

aliriran an lalamiminanar r teterlrlebebih ih dadahuhululu, , didimamanana panjang aliran laminar tersebut dipengaruhi panjang aliran laminar tersebut dipengaruhi

oleh nilai kinematik viskositas (

oleh nilai kinematik viskositas (vv), Reynold), Reynold

vis

viskokositsitas as menmenuruurut t “Wi“Withathakerker” ” dan dan untuntuk uk memep

memepertahanertahankan kan ketergketergantunantungan gan sifat-ssifat-sifatifat flu

fluida ida terhterhadaadap p susuhu, hu, makmaka a nilnilai ai kokoefsefsienien perpindahan panas dapat diperoleh:

perpindahan panas dapat diperoleh:

( (

ReRe 92009200

))

.. 036 036 ,, 0 0

_

00,,4343 00,,88

−−











==

_L_L L L L L pr pr x x k k h h ₍₆₎₍₆₎

Identifikasi Masalah dan perhitungan Identifikasi Masalah dan perhitungan

Pada analisa ini, pesawat dianggap diam Pada analisa ini, pesawat dianggap diam dan udara mengalir dengan kecepatan dan udara mengalir dengan kecepatan pesa-wat. Pada

wat. Pada pitot tube pitot tube, udara didalam lubang, udara didalam lubang pitot tube

pitot tube tidak tidak mengalir, mengalir, maka maka perhitunganperhitungan perpindahan panas dalam lubang diabaikan, perpindahan panas dalam lubang diabaikan, dan udara yang mengalir dipermukaan luar dan udara yang mengalir dipermukaan luar pi

pitot tot tubtube e diadiasumsumsiksikan an sepseperti erti udaudara ra yayangng mengalir pada plat datar. Kecepatan aliran mengalir pada plat datar. Kecepatan aliran udara yang terjadi diperkirakan sebesar 260 udara yang terjadi diperkirakan sebesar 260 knots atau sebesar 0,4 Mach, maka dari itu, knots atau sebesar 0,4 Mach, maka dari itu, perhitungan perpindahan panas yang terjadi perhitungan perpindahan panas yang terjadi tidak menggunakan perhitungan pada aliran tidak menggunakan perhitungan pada aliran

(4)

Untu

Untuk k menghmenghitung itung rata-ratrata-rata a perpiperpindahandahann panas secara konveksi, harus ditentukan dulu panas secara konveksi, harus ditentukan dulu panjang aliran laminar atau letak terjadinya panjang aliran laminar atau letak terjadinya transisi aliran. Dengan menggunakan transisi aliran. Dengan menggunakan persa-ma

maan an (3(3), ), bibisa sa didikeketatahuhui i papanjnjanang g alaliriranan lami

laminar nar dendengan gan nilnilai ai kinkinemaematik tik visviskoskositasitas di

didadapapat t dadari ri tabtabel el sisifafat t fisfisik ik ududarara a beberdrda- a-ssararkkan an tetempmpererataturur. . AgAgar ar lelebbih ih akakuurarat,t, parameter temperatur yang digunakan adalah parameter temperatur yang digunakan adalah

temp

temperateratur ur filmfilm. . ConContoh toh perperhithitungungan an akaakann dilakukan pada ketinggian 10000 ft.

dilakukan pada ketinggian 10000 ft. U

Untntuuk k mmenenggatatahahuui i tetempmpereratatur ur ppadadaa ketinggian tertentu bisa diketahui dari tabel ketinggian tertentu bisa diketahui dari tabel Int

Internaernatiotional nal StanStandard dard AtmoAtmosphesphere re (ISA(ISA)),, b

berderdasasarkarkan an tabtabel el ISISA, A, papada da keketintinggggianian 10

1000000 0 ft, ft, susuhu hu ududarara a sesekikitatar r 23 23 F, F, mamakaka untuk menjaga suhu ujung pitot minimal 32 untuk menjaga suhu ujung pitot minimal 32 F, besar suhu filmnya yaitu sebesar:

F, besar suhu filmnya yaitu sebesar:

F F T T T T T T T T film film s s film film 28 28 2 2 32 32 23 23 2 2

==

++

==

++

==

∞∞ F F ft ft hr hr Btu Btu h h h h pr pr x x k k h h cc cc cc cc cc .. .. // 79 79 ,, 56 56 )) 10 10 2 2 (( 72 72 ,, 0 0 065 065 ,, 0 0 0139 0139 ,, 0 0 664 664 ,, 0 0 Re Re .. 664 664 ,, 0 0 2 2 2 2 // 1 1 5 5 3 3 // 1 1 2 2 // 1 1 3 3 // 1 1

==

××













==













==

Koe

Koefisfisien ien perperpinpindahdahan an panpanas as sepsepanjanjangang al

alirairan n lamlamininar ar sesebebesasar r 5656,7,79 9 BtBtu/u/hrhr.f.ftt22_.F._.F. ni

nilalai i inini i akakan an beberurubabah h didipepengngaruaruhi hi ololeheh besa

besarnya rnya kondkonduktivuktivitas itas thermal dan thermal dan prandprandtltl number.

number. Panjang

Panjang pitot tube pitot tube adalah 0,65 ft. Sedang-adalah 0,65 ft. Sedang-ka

kan n babagigian an yayang ng teterkrkenena a alaliriran an lalamiminanar r adalah sebesar 0,065 ft. Maka sebagian besar adalah sebesar 0,065 ft. Maka sebagian besar atau sekitar 90% bagian

atau sekitar 90% bagian pitot tube pitot tube terkenaterkena aliran turbulent. Maka nilai Reynold number aliran turbulent. Maka nilai Reynold number disepanjang

disepanjang p pititot ot tutubebe (0(0,6,65 5 ftft) ) adadalalahah dengan menggunakan persamaan (5).

dengan menggunakan persamaan (5).

65 65 ,, 0 0 439 439 Re Re Re Re

××

==

∞∞ L L L L U U ν ν

(5)

( (

))

( (

))

hr hr Btu Btu q q q q T T T T h h L L w w q q T T h h L L w w q q cc cc s s cc cc // 86 86 ,, 77 77 23 23 32 32 15 15 ,, 67 67 65 65 ,, 0 0 206 206 ,, 0 0 .. .. .. .. .. ..

==

−−

××

==

−−

==

∆∆

==

∞∞ Dar

Dari i perperhithitungungan an diadiatastas, , besbesar ar ratarata-rat-rataa pe

perpirpindandahan han panpanas as konkonvekveksi si yayang ng terjterjadiadi antara aliran udara bebas dengan

antara aliran udara bebas dengan pitot tube pitot tube sseebbeessaar r 7777,,886 6 BttuB u//hhrr. . BBeerrddaassaarrkkaann pers

persamaan (7), amaan (7), besar rata-rata besar rata-rata perpiperpindahandahann secara konveks

secara konveksi i sama dengan besar sama dengan besar rata-ratarata-rata pe

perpirpindandahan han secsecara ara konkondukduksi. si. MakMaka a untuntuk uk men

menententukaukan n temtemperperatuatur r yayang ng dibdibutuutuhkahkann pemanas pitot tube untuk menjaga suhu pitot pemanas pitot tube untuk menjaga suhu pitot

tube minimal 32 F adalah: tube minimal 32 F adalah: Dimana : Dimana :

( (

))

( (

))

2 2 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 10 10 645 645 ,, 0 0 0295 0295 ,, 0 0 0328 0328 ,, 0 0 ft ft A A A A r r R R r r R R A A −−

××

==

−−

==

−−

==

−−

==

π π π π π π π π Analisa hasil

Analisa hasil perhitungaperhitungann

Gambar 6. Jarak transisi terhadap T Gambar 6. Jarak transisi terhadap T

Ga

Gambmbar ar 6 6 adadalalah ah grgrafiafik k peperbrbanandidingnganan antara

antara x xcc (jarak (jarak transtransisi) isi) terhadterhadap ap temperatemperatur tur ambien

ambient. t. Pada Pada grafik tersebut diperlihatkgrafik tersebut diperlihatkanan bahw

bahwa a terjaditerjadinya nya penambpenambahan jarak ahan jarak tempatempatt terj

terjadiadinynya a trantransissisi i aliraliran. an. SemSemakiakin n tintinggiggi temper

temperatur, atur, maka tempat maka tempat terjaditerjadinya nya transtransisiisi aliran semakin jauh. Analisa ini pada aliran aliran semakin jauh. Analisa ini pada aliran dengan kecepatan tetap.

(6)

Gambar 8. Perbandingan T ambient dengan T heat Gambar 8. Perbandingan T ambient dengan T heat

element element

Gambar 8 memperlihatkan grafik Gambar 8 memperlihatkan grafik perban-dingan antara temperatur ambient dan dingan antara temperatur ambient dan tem- pe

peraturatur r heaheat t eleelemenment t yayang ng memmempenpengargaruhiuhi p

pititoot t ttuubbee. . TTememppereraatutur r hheaeat t eellememeenntt menin

meningkat gkat dengadengan n tajam seiring tajam seiring perubperubahanahan keting

ketinggian. Perubahan temperatur gian. Perubahan temperatur heat heat ele- ele-men

ment t sansangat gat dipdipengengaruaruhi hi ratarata-rat-rata a perperpin pin--dahan panas yang terjadi.

dahan panas yang terjadi.

Kesimpulan dan Saran Kesimpulan dan Saran

•• Pada ketinggian 10000 ft, untuk menjagaPada ketinggian 10000 ft, untuk menjaga temperatur pitot tube minimal 32 F (0 temperatur pitot tube minimal 32 F (000_C)_C) diperlukan temperatur pemanas minimal diperlukan temperatur pemanas minimal 383.3 F (194.6

383.3 F (194.600_{C). dan untuk ketinggian}_{C). dan untuk ketinggian} 25000 ft diperlukan temperatur minimal 25000 ft diperlukan temperatur minimal 2661.05 F (1460.6

2661.05 F (1460.600_C)._C).

Dari analisa diatas ada beberapa saran, antara Dari analisa diatas ada beberapa saran, antara lain yaitu:

lain yaitu:

•• UntUntuk uk menmenententukaukan n matmateriaerial l pitpitot ot tubtube,e, henda

hendaknyknya a disesdisesuaikan uaikan dengadengan n karaktkarakte- e-ristik terbang pesawat tersebut, agar laju ristik terbang pesawat tersebut, agar laju p

pererpipindndahahan an papananas s yayang ng terterjadjadi i bibisasa seimb

seimbang ang dengadengan n perubperubahan ahan tempetemperatur ratur ambient.

ambient.

•• Menggantikan fungsi pitot tube denganMenggantikan fungsi pitot tube dengan b

bererbabagagai i sesensnsor or dadapapat t memeniningngkakatktkanan akuras

akurasi i dan dan meminmeminimalisimalisir ir pembopemborosanrosan yang ditimbulkan perangkat mekanik. yang ditimbulkan perangkat mekanik.

Referensi Referensi

(7)

Tabel 1. Sifat fisik udara dan hasil perhitungan Tabel 1. Sifat fisik udara dan hasil perhitungan

No No

Alt

Alt TT∞∞ TTfilmfilm ρ ρ ν ν k k pr pr x xcc hhcc ReRe L L hh L L qqcc T T asas 3 3 10 10 ×× fftt FF FF llbbmm//fftt33 33 10 10−−

×× ftft22_//ss _B_Bttu_u//h_hr_{r fft}_{t F}_F _fftt _B_Bttu_u//h_hr_{r fftt}22_F_F 55

10 10

×× Btu/hr ftBtu/hr ft22_F_F _B_Bttu_u//h_hrr _F_F 1 1 1010 223 3 228 8 00..00882 2 00..11443 3 00..0011339 9 00..772 2 0..000665 5 5566..779 9 1199..99554 4 6677..115 5 7777..886 6 338822..3300 2 2 1111 220 0 226 6 00..00882 2 0..101442 2 00..0011339 9 00..772 2 00..00665 5 5577..119 9 2200..00995 5 6677..556 6 111100..664 4 552299..7755 3 3 1212 116 6 224 4 00..00882 2 0..101441 1 00..0011338 8 00..772 2 00..00664 4 5577..118 8 2200..22337 7 6677..449 9 114422..669 9 667733..9966 4 4 1313 113 3 222 2 00..00883 3 0..101440 0 00..0011338 8 00..772 2 00..00664 4 5577..559 9 2200..33882 2 6677..991 1 117766..004 4 882244..0000 5 5 1414 9 9 221 1 00..00883 3 00..11440 0 00..0011338 8 00..772 2 00..00664 4 5577..559 9 2200..33882 2 6677..991 1 220088..551 1 997700..0044 6 6 1515 6 6 119 9 00..00883 3 00..11339 9 00..0011337 7 00..772 2 00..00663 3 5577..558 8 2200..55228 8 6677..884 4 224400..663 3 11111144..5577 7 7 1616 2 2 117 7 00..00883 3 00..11338 8 00..0011337 7 00..772 2 00..00663 3 5588..000 0 2200..66777 7 6688..227 7 227744..778 8 11226688..2222 8 8 1717 --2 2 115 5 00..00884 4 00..11337 7 00..0011337 7 00..772 2 00..00662 2 5588..442 2 2200..88228 8 6688..770 0 330099..228 8 11442233..4411 9 9 1818 --5 5 113 3 00..00884 4 00..11336 6 00..0011336 6 00..772 2 00..00662 2 5588..442 2 2200..99881 1 6688..664 4 334411..779 9 11556699..7700 1 100 1199 --9 9 112 2 00..00884 4 00..11336 6 00..0011336 6 00..773 3 0..000662 2 5588..669 9 2200..99881 1 6969..005 5 337766..883 3 11772277..3333 1 111 2200 --112 2 110 0 00..00884 4 00..11335 5 00..0011335 5 00..773 3 0..000662 2 5588..669 9 2211..11337 7 6868..998 8 440099..335 5 11887733..6633 1 122 2211 --116 6 8 8 00..00885 5 00..11334 4 00..0011335 5 00..773 3 0..000661 1 5599..113 3 2211..22994 4 6969..443 3 444455..119 9 22003344..8888 1 133 2222 --119 9 6 6 00..00885 5 00..11333 3 00..0011334 4 00..773 3 0..000661 1 5599..113 3 2211..44554 4 6969..336 6 447777..994 4 22118822..2200 1 144 2233 --223 3 4 4 00..00885 5 00..11332 2 00..0011334 4 00..773 3 0..000660 0 5599..558 8 2211..66117 7 6969..882 2 551144..336 6 22334466..0077 1 155 2244 --227 7 3 3 00..00886 6 00..11331 1 00..0011334 4 00..773 3 0..000660 0 6600..003 3 2211..77882 2 7070..228 8 555511..337 7 22551122..5544 1 166 2255 --330 0 1 1 00..00886 6 00..11330 0 00..0011333 3 00..773 3 0..000559 9 6600..004 4 2211..99550 0 7070..222 2 558844..338 8 22666611..0055 7 7 || P a g eP a g e