BAB IV KONVEKSI PAKSA ALIRAN UDARA PIPA HORIZONTAL

BAB IV

KONVEKSI PAKSA ALIRAN UDARA PIPA HORIZONTAL

4.1 PENDAHULUAN

Cara perpindahan panas konveksi erat kaitannya dengan gerakan atau aliran fluida. Salah satu segi analisa yang paling penting adalah mengetahui apakah aliran fluida tersebut laminar atau turbulen. Dalam aliran laminar, aliran dari garis aliran (streamline) bergerak dalam lapisan-lapisan, dengan masing-masing partikel fluida mengikuti lintasan yang lancar serta malar (kontiniu). Partikel fluida tersebut tetap pada urutan yang teratur tanpa saling mendahului. Sebagai kebalikan dari gerakan laminar, gerakan partikel fluida dalam aliran turbulen berbentuk zig-zag dan tidak teratur. Kedua jenis aliran ini memberikan pengaruh yang besar terhadap perpindahan panas konveksi.

Konveksi terjadi pada dua peristiwa yaitu konveksi paksa dan konveksi alami. Konveksi paksa terjadi karena terjadinya percepatan konveksi yang dibantu oleh alat tambahan. Sedangkan konveksi alami terjadi dengan sendirinya tanpa alat bantu apapun. Konveksi paksa pada umumnya digunakan untuk mempercepat suatu pendinginan pada aliran panas yang terjadi pada suatu peristiwa.

(http://www.wikipedia.com/konv eksi)

4.2 DASAR TEORI

Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan partikel-partikelnya. Konveksi adalah proses perpindahan kalor dari satu bagianfluida kebagian lain fluida oleh pergerakan fluida itu sendiri. konveksi terjadikarena perbedaan massa jenis dan konveksi hanya terjadi pada zat cair dan gas.Untuk menyelidiki perpindahan kalor secara mengalir , digunakan alat

konveksiair dan alat konveksi udara. Proses perpindahan kalor secara konveksi dibedakanmenjadi dua yaitu konveksi alamiah dan konveksi paksa. Konveksi alamiahadalah perpindahan kalor yang terjadi secara alami, contoh: pemanasan air. Pada pemanasan air, massa jenis air yang dipanasi mengecil sehingga air yang panasnaik digantikan air yang massa jenisnya lebih besar.Konveksi paksa adalah konveksi yang terjadi dengan sengaja (dipaksakan),contoh: pada sistem pendingin mesin mobil. Peristiwa konveksi dapat dijumpai pada contoh berikut:

(1).Lampu minyak dan sirkulasi udara diruang tamu (2).Cerobong asap pabrik dan cerobong asap dapur (3).Terjadinya angin daratmaupun angin laut

(faculty.petra.ac.id/herisw/Fisika1/13-kalor.doc)

4.2.1 Pengetahuan Umum 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) 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. Cp.(Tb2−Tb1)

Ket: q = perpindahan kalor (Joule) m = massa (Kg)

Cp = Kalor jenis (Joule/Kg oC)

Tb1 = suhu limbak sisi 1( oC)

Tb2 = suhu limbak sisi 2(oC)

(Holman, J.P. Perpindahan Kalor. Hal.251)

Gambar 4.1 Perpindahan kalor menyeluruh dinyatakan dengan beda suhu limbak (Holman, J.P. Perpindahan Kalor. Hal.252)

4.2.2Tujuan 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 temperatur 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.

(jobsheet fenomena dasar 2012) 4.2.3 Rumus Perhitungan konveksi paksa

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 karakteristik termal fluida, dan bilangan Nusselt menggambarkan karakteristik proses perpindahan panas. Ketiga bilangan ini membentuk persamaan :

N ud=C . R ed m

. Ρ rn

Red = biangan reynold

Pr = bilangan prandtl n = 0,4(pemanasan)

= 0,3(pendinginan)

(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 :

 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 e_d=ρ μmd μ

Ket.: Red =bilangan reynold ρ = densitas fluida (kg/m3₎

v = kecepatan aliran (m/s)

μ _{= viskositas (kg/m.s)}

D = diameter pipa (m)

Gambar 4.2Pengembangan daerah aliran lapis batas di atas plat rata. (Yunus A.,Changel. Heat Transfer A Practical Aproach. hal.339)

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)

 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=v α= μ/ρ k/ρ cp =cpμ k

Keterangan : ν=viskositas kinematis (m2_/s)

μ=viskositas dinamis _(kg/m.s)

c_{p = kalor jenis pada tekanan konstan(kJ/kg}o_C)

k =koeffisien konduktivitas termal (W/mo_C)

(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.

Merupakan bilangan yang digunakan untuk menentukan distribusi suhu permukaan atau plat.

N u_d=hL k

Ket:Nud = bilangan nusselt

h = koeffisien perpindahan panas kenveksi(W/m2o_C)

L = panjang plat (m)

K = koeffisien konduktifitas termal(W/mo_C)

(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 (< 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 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

Pr ⁡ R ed.¿ ¿ N_ud=1,86.¿ Batasan R ed. Pr D L>10

(Holman, J.P. Perpindahan Kalor. hal.255)

N_ud=0.027. R e_d0.8_{. Pr}0.3

(

μ

μW

)

0.14

Dimana : = viskositas fluida (kg/m.s)

w = viskositas dinding (kg/m.s)

(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=k

DNud(W/m 2

. o C)

Ket : h = koefisien perpindahan kalor (W/m20_C)

k = konduktivitas termal (W/m 0_C)

D = diameter pipa (m) Nud =bilangan Nusselt

 Pemanas Heater

Q_heater=h.2π . r . L

(

T_w−T_b

)

Watt

Ket : h = koefisien perpindahan kalor (W/m20_C)

r = jari-jari (m) L = panjang pipa (m)

Tw _{= temperatur dinding (}0_C)

Tb _{= temperatur bulk (}0_C)

 Perpindahan kalor total ´

Q= ´m cp(Tw−Tb)

Ket : m´ = massa per satuan waktu (m/kg)

cp = kalor jenis pada tekanan konstan(Joule/Kg oC) Tw = temperatur dinding (0C)

Tb = temperatur bulk (0C)

(Yunus A. Cengel, Heat Transfer, Hal.422) 4.2.4 Aplikasi Konveksi Paksa

4.2.1. Aplikasi Konveksi Paksa

Contoh aplikasi konveksi paksa antara lain: 1. Pengasapan daging

Gambar 4.5 Pengasapan daging

(cityguide.kapanlagi.com) 2. Las Gas

Gambar 4.6 Las Gas

(hakikat-ilmu.blogspot.com)

Gambar 4.3 Evaporator

(ref: www.google.com/A_C_Evaporator.jpg) Evaporator berfungsi menyerap panas dari lingkungan dan

mengalirkannya secara konveksi ke refrigeran. 4. Kondenser

Gambar 4.4 Kondenser

(ref: www.google.com/Copper-Condenser-Refrigerator-Condenser-.jpg) Konveksi terjadi saat refrigeran membawa panas untuk dibuang ke luar. 5. Steam Pipe

Steam pipe berfungsi untuk mengalirkan uap panas.

Gambar 4.5 Steam Pipe

(ref: www.google.com/steam pipe.jpg) 4.2.5 Alat dan Prosedur Pengujian

Gambar 4.5Alat pengujian konveksi paksa. 1. Dioda Weatstone

Berfungsi untuk menyearahkan arus listrik

Gambar 4.6Dioda weatstone.

(lab.fenomena mesin UNDIP)

2. Anemometer

Berfungsi untuk mengukur kecepatan aliran udara (fluida)pada waktu awal dan suhu fluida keluar

Gambar 4. Anemometer

.

3. Watt meter

Berfungsi untuk mengukur daya yang masuk.

Gambar 4.8 Watt meter.

(lab.fenomena mesin UNDIP)

4. Asbestos

Berfungsi sebagai peredam panas yang akan merambat keluar melalui celah sambungan pipa

Gambar 4.9Asbestos.

5. Gips

Berfungsi sebagai isolator supaya panas dari pipa horizontal tidak keluar ke lingkungan

Gambar 4.10 Gips.

(lab.fenomena mesin UNDIP)

6. Kawat Filamen

Berfungsi untuk mendistribusikan panas ke pipa konveksi

Gambar4.11 Kawat filament

(lab.fenomena mesin UNDIP)

7. Regulator

Gambar 4.12 Regulator.

(lab.fenomena mesin UNDIP)

8. Pipa Konveksi

Berfungsi untuk arah aliran fluida (udara).

Gambar 4.13 Pipa konveksi

(lab.fenomena mesin UNDIP)

10. Thermo display

Berfungsi untuk menampilkan suhu terukur pada pipa konveksi(pada 4 titik).

Gambar 4.14 thermo display

(lab.fenomena mesin UNDIP)

11. Blower

Berfungsi untuk memberi hembusan (penghembus) udara ke pipa konveksi.

Gambar 4.15 Blower.

(lab.fenomena mesin UNDIP)

12. Thermo kopel

untuk mengukur suhu pada pipa konveksi (pada 4 titik).

Fine Thermocouple

Gambar 4.16 Sensor Thermokopel.

4.2.5.2 Prosedur Pengujian

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. Jika pengesettan laju/alir sudah ditentukan, kemudian mematikan motor blower.

3. Mencatat nilai awal posisi steady, temperatur dinding, temperatur keluar.

4. Mengeset daya pemanas 106 watt

5. Mencatat kenaikan temperatur dinding, temperatur udara keluar tiap 30 detik hingga mencapai posisi steady.

6. Setelah steady, mematikan heater kemudian menghidupkan blower sehingga akan terjadi proses penurunan temperatur.

7. Mencatat penurunan temperatur dinding, temperatur udara keluar tiap 30 detik hingga mencapai posisi steady.

8. Jika sudah tidak terjadi penurunan temperaturdinding dan temperatur keluar, maka pencatatan dihentikan

9. Mematikan motor blower.

4.3 DATA PERHITUNGAN DAN ANALISA 4.3.1 Data Hasil Percobaan

Tabel4.1 Kenaikan Temperatur No Waktu (s) Suhu Dinding (Tw) Suhu Udara Keluar T1 T2 T3 T4 T rata-rata (T5) 1 30 28 29 32 32 30,25 29,1 2 30 29 30 32 32 30,75 29,1 3 30 30 31 33 33 31,75 29,2 4 30 31 31 34 33 32,25 29,3 5 30 32 32 35 33 33 29,4 6 30 32 33 36 34 33,75 29,5 7 30 34 34 38 35 35,25 29,6 8 30 34 35 38 35 35,5 29,7 9 30 35 35 39 36 36,25 29,7 10 30 35 36 39 36 36,5 29,8 11 30 35 36 40 36 38,75 29,9 12 30 36 37 40 37 37,5 29,5 13 30 36 37 41 37 37,75 30,0 14 30 37 37 42 37 38,25 30,0 15 30 37 38 42 38 38,25 30,1 16 30 38 38 42 38 39 30,1 17 30 38 39 43 38 39,5 30,2 18 30 38 39 43 38 39,5 30,2 19 30 39 39 44 39 40,25 30,3 20 30 39 40 44 39 40,.5 30,3 21 30 39 40 45 39 40.,75 30,4 22 30 39 40 45 39 40,75 30,4 23 30 40 41 45 39 41,25 30,5 24 30 40 41 45 40 41,5 30,5 25 30 40 41 46 40 41,75 30,6 26 30 41 42 46 40 42,25 30,6 27 30 41 42 47 40 42,5 30,7 28 30 41 42 47 40 42,5 30,7 29 30 41 43 47 41 43 30,7 30 30 42 43 48 41 43,5 30,8 31 30 42 43 48 41 43,5 30,8 32 30 42 43 48 41 43,5 30,8

Tabel 4.2 Penurunan Temperatur No Waktu Suhu Dinding (Tw)

Suhu Udara Keluar T1 T2 T3 T4 T rata-rata (T5) 1 30 39 42 47 41 42,25 31,7 2 30 37 40 43 40 40 32,3 3 30 35 38 41 39 38,25 32,2 4 30 33 37 39 38 36,75 32,0 5 30 32 36 38 38 36 31,8 6 30 31 35 37 37 35 31,7 7 30 31 34 36 37 34 31,2 8 30 30 34 35 36 33,75 31,4 9 30 30 33 34 36 33,25 31,3 10 30 29 33 34 36 32,75 31,2 11 30 29 32 33 35 32,25 31,7 12 30 29 32 33 35 32,25 30,9 13 30 28 32 32 35 31,75 30,8 14 30 28 31 32 34 31,25 30,7 15 30 28 31 32 34 31,25 30,7 16 30 28 31 32 34 31,25 30,6 4.3.2 Perhitungan

Contoh Perhitungan Konveksi Alami ( Tabel 4.1 No. 1 )

Um = 0,1 m/s (Laju aliran udara)

Daya awal = 106 Watt

L = 175 cm = 1,75 m (Panjang pipa) Dluar = 6 cm = 0,06 m (Diameter luar pipa) Ddalam = 5,6 cm = 0,056 m (Diameter dalam pipa) Tebal pipa = 0,002 m

Tb = Suhu fluida

Suhu Awal :

Tabel4.3Temperatur Awal konveksi Alami

T1.1(oC) T1.2(oC) T1.3(oC) T1.4(oC) Trata-rata T1.5(oC)

28 29 32 32 30,25 29,1

 Suhu Limbak / Suhu Film T_f=Tw+Tb 2 Tf= (30,25+273)+(29,1+273) 2 T_f=303,25+302.1 2 =302.67K

Dengan melihat tabel A-5 (holman) dan melakukan interpolasi didapat: ρ = 1.1571 kg/m3

Tabel4.4Interpolasi temperatur dengan densitas

T Ρ

300 1.1774

302,67 _X

350 0.998

Cara melakukan interpolasi : x−batas bawah batasatas−batas bawah=

ρ_x−ρ_b ρa−ρb x−1,1774 0,998−1,1774= 302,67−300 350−300

x=

[

(

(

302,67−300

350−300

)

.(0,998−1,1774)

)

+1,1774

]

x=

[

(

(0.0534).(−0,1794)

)

+1,1774

_]

x=[−0,00957+1,1774

]=

1,1678

Dengan cara yang sama maka diperoleh data sebagai berikut : k = 0,0264 W/mo_C μ = 1,9879 x 10-5 _kg/m.s μw = 1,989 x 10-5 kg/m.s Pr = 0,7074 Angka Reynold R e_d=ρ μmd μ R e_d=

(

1.1571 kg m3

)

X0,1 m s X0,056m 1,9879X10−5 kg/m. s R ed= 0,00653 1,9879X10−5=328,971

Bilangan Reynold 2300 maka Alirannya laminer

Angka Nusselt

Pr ⁡ R ed.¿

¿

N_ud=1,86.¿

Dimana μ=viskositas saat Tfdan μW=viskositas saat Tw 1,1571

Nud=(1,86)X(328,971X0.7074) 0.3 X(0.056 1.75 ) 0.3 X

(

1,9879X10 −5 1,989X10−5

)

0.14 Nud=3,396

Koefisien perpindahan kalor konveksi h=k D. Nud h=0,0264W/m. C 0,056m X3,396 h=1,6039 W/m2 o_C Panas heater Q=h .2π . r . L .(Tw−Tb) Q=(1,6039) W m2_C.(2π).(0,028)m.(1,75)m.(30,25−29,1)C Q=0,5676watt

Tabel 4.5Hasil perhitungan data konveksi alami aliran pipa horizontal

No _(m/s)Um Red Nud h (W/m2 0_C) Q heater

(watt) (TW0_{C) (}TB0_C) 1 0,1 328,9712 3,396836187 1,603959661 0,567606037 30,25 29,1 2 0,1 328,6425 3,395628459 1,604538438 0,814685138 30,75 29,1 3 0,1 327,9198 3,393015171 1,605829558 1,260071973 31,75 29,2 4 0,1 327,52 6 3,391609 506 1,60654152 7 1,45837662 8 32,25 29,3

5 0,1 326,9683 3,389599637 1,607539418 1,780819307 33 29,4 6 0,1 326,4112 3,387589504 1,608534871 2,103657989 33,75 29,5 7 0,1 325,3635 3,3837665 1,610383723 2,799842129 35,25 29,6 8 0,1 325,1346 3,382964178 1,610803226 2,874922939 35,5 29,7 9 0,1 324,64 42 3,381151 342 1,61165627 8 3,24839959 8 36,25 29,7 10 0,1 324,4155 3,380348836 1,612074476 3,323652637 36,5 29,8 11 0,1 322,8816 3,374710799 1,614753016 4,397492414 38,75 29,9 12 0,1 323,9582 3,378526222 1,612805856 3,970340944 37,5 29,5 13 0,1 323,4686 3,376930302 1,613758106 3,848538744 37,75 30 14 0,1 323,1425 3,375721362 1,614322701 4,098264898 38,25 30 15 0,1 323,07 72 3,375522 961 1,61445627 3 4,04892394 7 38,25 30,1 16 0,1 322,58 83 3,373709 369 1,61530132 1 4,42383865 39 30,1 17 0,1 322,1973 3,3723017 1,615996738 4,624652999 39,5 30,2 18 0,1 322,1973 3,3723017 1,615996738 4,624652999 39,5 30,2 19 0,1 321,6439 3,370289195 1,61697117 4,950864965 40,25 30,3 20 0,1 321,4812 3,36968451 1,617251197 5,076137492 40,5 30,3 21 0,1 321,2535 3,368881134 1,617663628 5,152100123 40,75 30,4 22 0,1 321,25 35 3,368881 134 1,61766362 8 5,15210012 3 40,75 30,4 23 0,1 320,8633 3,367472902 1,61835486 5,353501694 41,25 30,5 24 0,1 320,7008 3,366868106 1,618633867 5,478946148 41,5 30,5 25 0,1 320,4733 3,366064499 1,619044866 5,555069221 41,75 30,6 26 0,1 320,1485 3,364854778 1,619601645 5,806171481 42,25 30,6 27 0,1 319,92 3,364051 1,62001162 5,88241774 42,5 30,7

12 014 9 7 28 0,1 319,92 12 3,364051 014 1,62001162 9 5,88241774 7 42,5 30,7 29 0,1 319,59 67 3,362841 147 1,62056696 6,13377463 9 43 30,7 30 0,1 319,2074 3,361432224 1,621252976 6,335927967 43,5 30,8 31 0,1 319,2074 3,361432224 1,621252976 6,335927967 43,5 30,8 32 0,1 319,2074 3,361432224 1,621252976 6,335927967 43,5 30,8

Contoh Perhitungan Konveksi Paksa ( Tabel 4.2 No. 1 )

Um = 5,3 m/s (Laju aliran udara)

Daya awal = 106 Watt

L = 175 cm = 1,75 m (Panjang pipa) Dluar = 6 cm = 0,06 m (Diameter luar pipa) Ddalam = 5,6 cm = 0,056 m (Diameter dalam pipa) Tebal pipa = 0,002 m

Tb = Suhu fluida

Tw = Suhu dinding

Suhu Awal :

Tabel4.6Temperatur Awal Konveksi Paksa

T1.1 (oC) T1.2 (oC) T1.3(oC) T1.4 (oC) Trata-rata T1.5 (oC)

39 42 47 41 42,25 31,7

T_f=Tw+Tb 2 Tf= (42,25+273)+(31,7+273) 2 T_f=315,25+304,7 2 =309,97

Dengan melihat tabel A-5 (holman) dan melakukan interpolasi didapat: ρ = 1.0788kg/m3

Tabel4.7Interpolasi temperatur dengan densitas

T ρ

300 1.1774

309,97 X

350 0.998

Cara melakukan interpolasi : x−batas bawah batasatas−batas bawah=

ρ_x−ρ_b ρa−ρb x−1,1774 0,998−1,1774= 309,97−300 350−300 x=

[

(

(

309,97−300 350−300

)

.(0,998−1.1774)

)

+1,1774

]

x=

[

(

(0,1994).(−0,1794)

)

+1.1774

_]

x=[−0,03577+1.1774

]=

1,1422

Dengan cara yang sama maka diperoleh data sebagai berikut : k = 0,0269 W/mo_C

μ = 2,0010 x 10-5 _kg/m.s μw = 2,0110 x 10-5 kg/m.s Pr = 0.7058 Angka Reynold R e_d=ρ μmd μ R ed=

(

1,0788 kg m3

)

X5,3 m s X0,056m 2,001X10−5_kg /m. s R e_d= 0,3390 2,001X10−5=16.898,397 Bilangan Reynold ≥ 2300 maka Alirannya turbulen

Angka Nusselt

N_ud=0.027. R e_d0.8_{. Pr}0.3

(

μ

μW

)

0.14

Dimana μ=viskositas saat Tfdan μW=viskositas saat Tw

N_ud=(0,027)X(16.898,397)0.8X(0,7058)0.3X

(

2,0010X10

−5

2,0110X10−5

)

0.14

N_ud=58,5894

Koefisien perpindahan kalor konveksi h=k

D. Nud

h=0.0269W/m .C

0.056m X58,5894 h=28,3531 W/m2 o_C

Panas heater

Q=h .2π . r . L .(Tw−Tb) Q=(28,3531) W

m2_C.(2π).(0,028)m.(1,75)m.(42,25−31,7)C

Q=92,0468watt

TABEL 4.8HASIL PERHITUNGAN DATA PENURUNAN TEMPERATUR KONVEKSI PAKSA ALIRAN PIPA HORISONTAL

No _(m/s)Um Red Nud _(W/mh2 o_C) Qheater (watt) Tw (o_C) Tb (o_C) 1 5,3 16984,70₂ 58,82875₀₁₁ 28,46891₃ 63,951313₅₂ 39 31,7 2 5,3 17021,87₉ 58,93174₂₄₇ 28,51875₃₉₅ 41,246217_{53 37 32,3} 3 5,3 17077,64₅ 59,08614₆₇₂ 28,59347₄₅₇ 24,636595_{19 35 32,2} 4 5,3 17136,06₆ 59,24779₅₄₄ 28,67170₁₀₁ 8,8228558_{34 33 32} 5 5,3 17167,93₃ 59,33592₀₉₉ 28,71434₇₄₈ 1,7671958₀₁ 32 31,8 6 5,3 17197,14₄ 59,41667₄₀₂ 28,75342₆₁₈ 6,1936030 -12 31 31,7 7 5,3 17210,42₁ 59,45337₀₈₇ 28,77118₄₈₃ 1,7706937 -99 31 31,2 8 5,3 17231,66₅ 59,51207₄₀₆ 28,79959₂₉₈ -12,407095 05 30 31,4 9 5,3 17234,32₁ 59,51941₀₉₄ 28,80314₃₅₁ 11,522294 -32 30 31,3 10 5,3 17263,53₂ 59,60010₁₇₁ 28,84219₂₀₈ 19,525702 -56 29 31,2 11 5,3 17250,25₄ 59,56342₇₄₇ 28,82444₄₃₇ -23,948616 65 29 31,7

12 5,3 17271,49₈ 59,62210₃₅₄ 28,85283₉₃₉ 16,869331 -9 29 30,9 13 5,3 17300,70₉ 59,70275₉₅₇ 28,89187₁₁₅ 24,893698 -45 28 30,8 14 5,3 17303,36₅ 59,71009₀₅₈ 28,89541₈₈₄ 24,007585 -37 28 30,7 15 5,3 17303,36₅ 59,71009₀₅₈ 28,89541₈₈₄ 24,007585 -37 28 30,7 16 5,3 17306,02 59,71742₁₃₇ 28,89896₆₄₂ 23,121253 -86 28 30,6

4.3.3 GRAFIK DAN ANALISA GRAFIK

a) Grafik hubungan temperature dinding dan waktu Data kenaikan temperatur

0 20 40 60 80 100 120

Grafik hubungan temperatur dinding dengan waktu

Suhu Dinding

Analisa grafik:

Grafik diatas menunjukkan hubungan kenaikan temperatur dinding terhadap waktu yang berbanding lurus walaupun pada kenyataannya garis yang terbentuk tidak linier sempurna. Maka dapat dianalisa bahwa semakin bertambahnya waktu maka semakin bertambah pula kenaikan temperatur pada dinding. Hal tersebut terjadi karena adanya perambatan panas pada heater ke dinding-dinding pipa horizontal, sehingga semakin lama waktu pemanasan temperatur pada dinding akan sama dengan temperatur heater. Peristiwa pada dinding tersebut disebut juga perpindahan panas konduksi.

Data penurunan temperatur

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Grafik hubungan temperatur dinding dengan waktu

suhu dinding

Gambar 4. 16Grafik hubungan penurunantemperatur dinding dengan waktu. Analisa Grafik:

Grafik diatas menunjukkan hubungan penurunan temperatur dinding terhadap waktu yang berbanding terbalik secara logaritmik. Walaupun secara teoritis (ideal) akan berbanding terbalik secara linier. Penurunan temperatur tersebut dikarenakan adanya pengaruh blower sebagai pendingin yang dialirkan pada pipa-pipa horizontal sehingga kalor yang keluar pada dinding-dinding tersebut diserap oleh udara yang dihasilkan oleh blower. perpindahan panas tersebut disebut juga perpindahan secara konveksi (paksa).

b) Grafik hubungan temperature udara keluar dan waktu Data kenaikan temperatur

28 28.5 29 29.5 30 30.5 31

Grafik hubungan temperatur udara keluar

temperatur udara keluar

Gambar 4.17Grafik Hubungan kenaikan Temperatur udara keluar dangan Waktu

Analisa grafik:

Grafik diatas menunjukkan hubungan kenaikan temperatur udara keluar terhadap waktu yang berbanding lurus walaupun pada kenyataannya garis yang terbentuk tidak linier sempurna. Dapat dianalisa bahwa semakin bertambahnya waktu maka semakin bertambah pula kenaikan temperatur pada dinding. Hal tersebut terjadi karena adanya perambatan panas konveksi secara alamiah dimana panas yang dihasilkan dinding pipa horizontal mengalir karena adanya gaya gravitasi (gaya apung) pada udara didalam pipa. Suhu dalam pipa lebih tinggi dari udara luar, sehingga terjadi aliran secara alamiah dari temperatur tinggi ke temperatur rendah.

Bentuk grafik diatas berbentuk kasar dikarenakan :

1. Pengisolasian dengan asbes/gips kurang tebal dan merata, sehingga tujuan dari isolasi kurang maksimal.

2. Praktikan dalam mengambil data percobaan kurang teliti dan terburu-buru. 3. Dalam percobaan konveksi paksa sensor yang dipasang kurang peka terhadap

perubahan suhu dan butuh kaliberasi. Data penurunan temperatur

29.5 30 30.5 31 31.5 32 32.5

Grafik hubungan temperatur udara keluar

temperatur udara keluar

Gambar 4. 18Grafik hubungan penurunantemperatur udara keluar dengan waktu.

Analisa Grafik:

Grafik diatas menunjukkan hubungan penurunan temperatur udara keluar terhadap waktu yang berbanding terbalik walaupun pada kenyataannya garis yang terbentuk tidak linier sempurna. Dapat dianalisa bahwa semakin bertambahnya waktu maka temperatur udara keluar akan semakin turun. Hal tersebut terjadi karena adanya perambatan panas konveksi secara paksa dimana panas yang dihasilkan dinding pipa horizontal mengalir karena adanya gaya paksaan (blower) pada udara didalam pipa. Suhu dalam pipa yang cukup tinggi didinginkan dengan hembusan angin blower, sehingga kalor dari udara dinding sekitar diserap dan terbawa keluar pipa horizontal.

Bentuk grafik diatas berbentuk kasar dikarenakan :

1. Pengisolasian dengan asbes/gips kurang tebal dan merata, sehingga tujuan dari isolasi kurang maksimal.

2. Praktikan dalam mengambil data percobaan kurang teliti dan terburu-buru. 3. Dalam percobaan konveksi paksa sensor yang dipasang kurang peka terhadap

4.4 KESIMPULAN DAN SARAN 4.4.1 Kesimpulan

1. Hasil yang didapat dari percobaan a. Sampel perhitungan konveksi alami:  Red = 328,971  Nud = 3,396  h = 1.6039W /m  T = 303,25 K  Tb2 = 302,1

b. Sampel perhitungan konveksi paksa:  Red = 16.898,397

 Nud = 58,5894  h = 28,3531 W/m  T = 315,25 K  Tb2 = 304,7 K

2. Korelasi bilangan Reynold dan laju kecepatan aliran dan bilangan Nusselt

Bilangan Reynold berbanding lurus dengan laju kecepatan aliran,jadi semakin besar bilangan Reynold maka laju kecepatan aliran juga semakin besar,dengan batasan:

Re ≤ 2300 Aliran laminar Re ≥ 2300 Aliran turbulen

Bilangan Reynold juga berbanding lurus dengan bilangan Nusselt yang menggambarkan karakteristik dari aliran tersebut.

3. Perpindahan panas didalam saluran pipa,dari percobaan diketahui bahwa panas mengalir pada kawat filamen, dengan bantuan blower panas berpindah dari pangkal pipa menuju ujung pipa hingga pada kondisi steady.

4. Dari percobaan diketahui bahwa koefisien perpindahan panas dapat memperangarui laju aliran,serta mempengaruhi temperatur udara keluarnya,sehungga perlu ditentukan terlebih dahulu konfigurasi yang baik untuk mendesain suatu heat ex-changer.

4.4.2. Saran

1. Pengisolasian dengan asbes/gips harus tebal, agar tidak terjadi retak sehingga kalor tidak menyebar ke luar samping pipa.

2. Praktikan dalam mengambil data percobaan sebaiknya teliti dan tidak terburu-buru agar data yang diperoleh akurat.

3. Dalam percobaan konveksi paksa sebaiknya sensor yang dipasang lebih peka