presentasi makalah kelompok pemicu 3: perpindahan kalor 2013
Post on 10-Feb-2018
242 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
1/59
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
2/59
1. Apa yang anda ketahui
tentang perpindahan kalor
konveksi? Batasan apa yangharus dipenuhi agar suatu
proses perpindahan kalor bisa
dikatakan terjadi secara
konveksi alami?
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
3/59
Terjadi akibat adanya perbedaan suhu
Membutuhkan medium
Melibatkan pergerakan fluida
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
4/59
Terjadi oleh sebab alami, tanpa gaya paksa
dari luar
Contoh sebab: perbedaan densitas yang
menyebabkan gaya apung
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
5/59
Jelaskan apa yang anda ketahui tentangbuoyancy force dan body force?
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
6/59
Gaya apung tidak akan terjadiapabila fluida tersebut tidak
mengalami sesuatu gaya dari luarseperti gravitasi gaya berat) dan
gaya sentrifugal.
Gaya apung bouyancy force)adalah gaya angkat yang dialamisuatu fluida apabila densitas fluidadi dekat permukaan perpindahankalor berkurang sebagai akibat
proses pemanasan.
Gaya apung yang menyebabkanarus konveksi bebas disebut gaya
badan body force).
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
7/59
Bagaimana kedua gaya tersebut dapatmempengaruhi pergerakan fluidapada perpindahan kalor koveksi alamidalam sistem ventilasi rumah di atas?
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
8/59
Sirkulasi fluida dapat terjadi karenaadanya pemanasan perbedaan suhu)pada bagian tertentu di sekitar sistem
ruangan berventilasi.
Fluida yang terkena pemanasan akanmenjadi ringan dan berkurang massajenisnya. Pada saat itulah buoyancyforce muncul, sehingga fluida tersebut
bergerak ke atas, menggantikan fluidadengan massa jenis lebih besar yang
bergerak ke bawah.
Sistem ventilasi juga dipengaruhi olehbody force yang dapat berupa gaya
gravitasi dan gaya sentrifugal. Keduagaya inilah yang menyebabkan adanya
arus konveksi fluida pada sistemventilasi rumah.
Udara dapat masuk dan keluar secaraberkesinambungan dari ruangan yangdilengkapi sistem ventilasi.
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
9/59
1. Variabel-variabel apa sajakahyang mempengaruhi perpindahan
kalor konveksi?
penjelasan
Bilangan Reynold (Re)
Bilangan Nusselt (Nu)
Bilangan Prandtl (Pr)
Bilangan Grashof (Gr)
Bilangan Rayleigh (Ra)
Bilangan Graetz (Gz)
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
10/59
Bilangan Reynold (Re)
Digunakan sebagai kriteria untuk menunjukkan apakahperpindahan kalor konveksi dalam sebuah tabung, pipa atauplat rata tersebut tergolong laminar, turbulen, atau transisi.
Dengan : = kecepatan aliran bebasx = jarak dari tepi depanv =
= viskositas kinematik
D = diameter pipa
G = kecepatan massa fluida
GdxuDu
v
xu
Re
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
11/59
Bilangan Nusselt (Nu)
Menyatakan nilai perbandingan kalor konveksi dengankonduksi dan digunakan untuk menentukan koefisienperpindahan kalor konveksi alami ().
Dengan : = koefisien perpindahan kalor konveksik = konduktivitas termal
L = dimensi karakteristik (sesuai benda)
=
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
12/59
Bilangan Prandtl (Pr)
Merupakan suatu harga atau nilai yang digunakanuntuk menentukan distribusi temeperatur pada suatualiran.
Dimana : v = viskositas kinematik fluida
= difusivitas termal = viskositas dinamik fluida
k = konduktivitas termal
= kapasitas kalor jenis fluida= berat jenis
= =
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
13/59
Bilangan Grashof (Gr)
Merupakan perbandingan antara gaya apung dengan gayaviskos dalam sistem perpindahan kalor bebas.
Dimana : g = percepatan gravitasi
= koefisien muai termal= suhu permukaan
= suhu lingkungan= densitas fluida= viskositas fluida
L=x=panjang
v = viskositas kinematik
=()
=( )
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
14/59
Bilangan Rayleigh (Ra)
Merupakan perkalian antara bilangan Grashof denganbilangan Prandtl. Bilangan ini menggambarkan hubunganantara besar difusivitas momentum dan temperatur.
Dengan : g = kecepatan gravitasi
= koefisien muai termal
= suhu permukaan
= suhu lingkunganv = viskositas kinematik
= difusivitas termalL = dimensi karakteristik
= . =
( )
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
15/59
Bilangan Graetz (Gz)
Digunakan pada perhitungan konveksi gabungan(konveksi alami dan konveksi paksa) pada tabunghorizontal.
Dengan : D = diameter tabung
L = panjang tabung
x = koordinat rektangular
=
. =
.
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
16/59
2.Persamaan-persamaan empiris untuk menghitung koefisien
perpindahan kalorkonveksi didapat dari hasil percobaan
bertahun-tahun. Identifikasikan persamaan empiris untuk
sistem dengan suhu permukaan isotermal, pada benda-benda berikut.
Plat vertikal
Silinder vertikal
Silinder horizontalBola
Plat horizontal bentuk bujur sangkar/empat persegi panjang
Balok
Plat horizontal yang bentuknya tidak simetrisSistem ruangan tertutup
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
17/59
PLAT VERTIKAL
Fig.7-6
To Unsymmetrical Horizontal Plat
To Enclosed Spaces
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
18/59
PLAT VERTIKAL
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
19/59
PLAT VERTIKAL
Horizontal Cylinder
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
20/59
SILINDER VERTIKAL
Bila boundary layer lebih kecil daripadadiameter silinder, PK pada silinder vertikal
dapat dievaluasi sebagaimana pada plat
vertikal. Untuk itu, harus memenuhi batasan
berikut.
Sedangkan untuk silinder vertikal yang
terlalu kecil untuk memenuhi kriteria
tersebut, koefisien perpindahan kalor rata-ratanya harus dikalikan dengan faktor F,
dengan asumsi Pr = 0,7.
LIHAT DI SINI
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
21/59
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
22/59
SILINDER HORIZONTAL
BACK
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
23/59
BOLA
PK Konveksi Bebas dari Bola ke Udara [Yuge]
PK Konveksi Bebas dari Bola ke Air [Amato and
Tien]
PK Konveksi Bebas dari Bola Secara Umum
[Churchill]
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
24/59
PLAT HORIZONTAL BENTUK
BUJURSANGKAR
LIHAT DI SINI
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
25/59
BALOK
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
26/59
BALOK
Untuk 2 Sisi Vertikal dengan PanjangKarakteristik H
Untuk permukaan bagian atas (upper
surface of heated plates), denganpanjang karakteristik W/2
Untuk permukaan bagian bawah
(lower surface of heated place),dengan panjang karakteristik W/2
LIHAT DI SINI
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
27/59
PLAT HORIZONTAL TIDAK
SIMETRIS
Kasus plat horizontal tak simetris didefinisikan sebagaikeadaan dimana plat horizontal tidak berbentuk square,
rectangle atau circular shape. Kasus ini termasuk dalam
kasus benda irregular (irregular solids). Panjang
karakteristiknya adalah jarak yang ditempuh partikel fluida
sepanjang boundary layer.
LIHAT DI SINI
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
28/59
SISTEM RUANGAN
TERTUTUP
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
29/59
SISTEM RUANGAN
TERTUTUP
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
30/59
JELASKANMEKANISMEDANPERHITUNGAN
PERPINDAHANKALORPADAKEADAANSTEADY
YANGMELIBATKANMEKANISMEKONDUKSI,
KONVEKSIALAMIDANRADIASI?
Menggunakan prinsip tahanan termal.
penjelasan
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
31/59
Sistem yang dianalisis mula-mula digambar jaringan
termalnya. Kemudian, ditentukan tahanan termal
keseluruhannya.
Tahanan termal untuk konduksi pada kondisi steady pada
dinding horizontal :
= Sedangkan untuk silinder pejal :
= ln( )
Dengan k adalah konduktivitas termal, x adalah tebaldinding, dan r adalah jari-jari.
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
32/59
Sementara itu, untuk konveksi tahanan termalnya :
= 1
Dimana h adalah koefisien perpindahan kalor konveksi dan
A adalah luas permukaan.
Nilai tahanan termal iini kemudian dapat disubstitusikan kedalam persaan berikut untuk menentukan laju kalor secara
konduksi steady dan konveksi alami :
=
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
33/59
Sementara itu, laju kalor melalui radiasi dapat dirumuskan
sebagai :
= . . . . (4 4)
Perpindahan kalor keseluruhan kemudian dapat dihitung
dengan cara menjumlahkan perpindahan kalor secara
konduksi steady, konveksi alami dan radiasi tersebut.
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
34/59
3. JELASKANMEKANISMEDAN
PERHITUNGANPERPINDAHANKALOR
PADAKEADAANSTEADYYANG
MELIBATKANMEKANISMEKONDUKSI,
KONVEKSIALAMIDANRADIASI.
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
35/59
MEKANISMEPERPINDAHANKALOR
Sumber: http://www.mech.northwestern.edu/images/courses/377-
HeatTransport.jpg
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
36/59
PERHITUNGANPERPINDAHANKALOR
KONDUKSITUNAK
Menggunakan persamaan Fourier
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
37/59
PERHITUNGANPERPINDAHANKALOR
KONVEKSI
Menentukan suhu film
Menentukan koefisien muai volume
Menentukan bilangan Rayleigh
PrPrGr2
3
vdTTg w
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
38/59
PERHITUNGANPERPINDAHANKALOR
KONVEKSI
Menentukan bilangan Nusselt
Menentukan koefisien perpindahan kalor konveksi
rata-rata
Menghitung perpindahan kalor secara konveksi
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
39/59
PERHITUNGANPERPINDAHANKALORRADIASI
Perhitungan Perpindahan Kalor Total
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
40/59
SOAL PERHITUNGAN NOMOR 1
1. Suhu pada suatu permukaan dinding vertikal 4 ft x 10 ft
dipertahankan konstan 530oF sedangkan suhu udara di sekeliling
70oF dengan tekanan 1 atm.
a. Hitunglah kalor yang hilang dari permukaan dinding itu secara
konveksi alami ke udara.
b. Jika dinding itu disekat dengan bahan penyekat yang tebalnya 2
inchi dan konduktivitas termal = 0,121 BTU/jam ft2 oF, hitunglahkalor yang hilang secara konduksi dan konveksi bebas bila
dianggap suhu pada permukaan 250oF.
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
41/59
ASUMSI&SKEMA
SKEMA 1 SKEMA 2
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
42/59
SOLUSI 1(a)
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
43/59
SOLUSI I(a)
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
44/59
SOLUSI I(a)
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
45/59
SOLUSI I(b)
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
46/59
Suatu gas mengalir melalui sebuah pipayang mempunyai suhu permukaan 800oFditanam di dalam tanah. Jarak antarasumbu pipa dengan permukaan tanah 6 ft.Diameter luar pipa 2,38 in (tebal pipadiabaikan), panjang pipa = 50 ft, suhuudara luar 80oF, dan konduktivitas kalortanah = 1,4 Btu/(hr.ft.oF).
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
47/59
Soal 2a Hitunglah kalor yang
hilang dari permukaanpipa ke udara.
Asumsi: Tidak ada radiasi dari luar Nilai k tidak berubah Pipa dalam posisi
horizontal Sistem tunak h udara = 1,14
Btu/(h.ft2.oF) Sistem satu dimensi
T1= 800oF
T3= 80oF
D1= 2,38 in = 0,198 ft L = 50 ft r2= 6 ft D2= 12 ft ktanah = 1,4 Btu/(h.ft.
oF).
T1
R1
R2
T2T
3
Pipa
TanahUdara terbuka
Gas
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
48/59
Jawaban 2a
T1
R1
R2
T2
T3
Pipa
Tanah
Udara terbuka
Gas
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
49/59
Soal 2bJika pipa tadi diletakkan dalam ruangan yang suhunya
80oF, hitunglah kalor yang hilang secara konveksialami dan radiasi dari permukaan pipa ke udara. (pipa = 0,8).
T1= 800oF T3= 80
oF
D1= 2,38 in = 0,198 ft
L = 50 ft
r2= 6 ft
ktanah = 1,4 Btu/(h.ft.oF).
T
Tw
R
Gas
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
50/59
Nomor 2B
Menentukan Tf
Menentukan sifat fisik udara
Menentukan Gr.Pr, Nu dan h
Rugi kalor konveksi
Rugi kalor radiasi
Rugi kalor total
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
51/59
Jawaban 2b
Menentukan suhu film Menentukan sifat fisikudara
k = 0,04038 W/m 0C,
v = 37,90x 10-6 m2/s,
Pr = 0,680
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
52/59
Jawaban 2b
Menentukan nilai Gr.Pr
Menentukan nilai Nu
Pipa horizontal, maka C = 0.53 dan m = 0.25
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
53/59
Jawaban 2b
Menentukan nilai koefisien konveksi
Menentukan rugi kalor konveksi
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
54/59
Jawaban 2b
Menentukan rugi kalor radiasi
Menentukan rugi kalor total
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
55/59
Soal 2c
Jika pipa tadi diletakkan dalam ruangan yang suhunya80oF, hitunglah kalor yang hilang secara konveksialami dan radiasi dari permukaan pipa ke udara, tetapi
permukaan pipa dicat dengan cat dari alumuniumsehingga pipa = 0,3.
Menentukan rugi kalor konveksi
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
56/59
Jawaban 2c
Menentukan rugi kalor radiasi
Menentukan rugi kalor total
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
57/59
Soal 2d
Jika pipa tersebut diisolasi dengan isolator asbes (k = 0,04Btu/(hr.ft.oF)) setebal 2 in dan diluarnya diisolasi dengantanah diatomik tebal 1 in (k = 0,06 Btu/(hr.Ft.oF), hitunglahkalor yang hilang ke udara per satuan panjang pipa.
Asumsi : Tidak ada radiasi dari luar
Nilai k tidak berubah
Pipa dalam posisi horizontal Sistem tunak
h udara = 1,14 Btu/(h.ft2.oF)
Sistem satu dimensi
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
58/59
-
7/22/2019 Presentasi Makalah Kelompok Pemicu 3: Perpindahan Kalor 2013
59/59
Jawaban 2d
Menentuka kalor persatuan panjang
r1
r2
r3
T4
T3
T2
T1
Asbes
Tanah
Udara terbuka
top related