PERAMBATANPERAMBATAN / / PERPINDAHANPERPINDAHAN PANASPANAS((Heat TransferHeat Transfer))

Marfizal, ST, MTProgram Studi Teknik Mesin STITEKNAS Jambi

KONVEKSI

KONDUKSI

RADIASI

KUANTITAS KALOR

PENGANTAR

PERAMBATAN KALOR

Konsep lapisan batas pertama kali dikemukakan pada tahun 1904 oleh Ludwig Prandtl, seorang ahli aerodinamika Jerman. Analisa gerak aliran fluida umumnya dapat dibagi menjadi dua bagian yang pengaruh gesekannya besar yaitu di daerah lapisan batas dan di luarnya  adalah aliran yang tanpa pengaruh gesekan. 

Pada aliran fluida bergesekan, pengaruh gesekan akan menimbulkan lapisan batas. Lapisan Batas adalah daerah yang melingkupi  permukaan aliran, dimana tepat di bawah lapisan batas terdapat hambatan akibat pengaruh gesekan fluida dan tepat di atas lapisan batas aliran fluida adalah tanpa hambatan, sehingga untuk menganalisa pengaruh gesekan fluida, penting untuk diketahui konsep tentang lapisan batas tersebut. 

Lapisan Batas Lapisan Batas ((Boundary Boundary layerlayer))

Lapisan batas pada aliran internal akan berkembang terbatas sampai dapat meliputi seluruh penampang aliran fluida dan hanya  terjadi pada daerah di sekitar lubang masuk aliran sehingga pada umumnya dapat diabaikan dan aliran dianggap seragam. Namun pada aliran eksternal pertumbuhan lapisan batas tidak terbatas sehingga umumnya pembahasan perkembangan lapisan batas menjadi sangat penting. Lapisan batas ini akan berkembang terus sampai suatu panjang tertentu yang disebut sebagai panjang masukan (entrance length) kemudian lapisan batas tidak dapat berkembang lagi (Fully developed flow). Untuk aliran internal dan laminar yaitu dengan Re< 2300 maka panjang masukan, LE adalah fungsi angka Reynold yaitu:LE/D ≈ 0,06 ρ v D/µLE ≈ 0,06 x Re x D ≈138DSedangkan untuk aliran internal turbulen, dari hasil percobaan, panjang masukannya adalah antara 25D atau 40D.

Lapisan Batas (Lapisan Batas (Boundary layer)

Prinsip-Prinsip KonveksiPrinsip-Prinsip Konveksi

Perpindahan panas >>>

Prinsip-Prinsip KonveksiPrinsip-Prinsip Konveksi

Prinsip-Prinsip KonveksiPrinsip-Prinsip Konveksi

Prinsip-Prinsip KonveksiPrinsip-Prinsip KonveksiLapisan Batas Laminer Pada Plat

Rata Neraca Massa

Setelah dibagi dengan dydx diperoleh

(Persamaan kontinu)

Selisih Gaya Geser=

Selisih tekanan =

Perpindahan momenum:

Pers.momentum lapisan laminer

Diabaikan Konduksi panas arah x∂T/ ∂x = 0, sebab ∂T/ ∂x <<< ∂T/ ∂y

Persamaan Energi lapisan batas laminer

Prinsip-Prinsip KonveksiPrinsip-Prinsip KonveksiBila pada u∼u∞ dan y∼δ, maka

Sehingga dan Untuk aliran laminer (u rendah),

maka:

Def:

Jadi aliran viskos dan v kecil:

Pengaruh viskosPengaruh konduksi

u∞ =70 m/s T =20◦C =293 K p=1 atm, Pada kondisi cp =1005 J/kg ◦C and Pr =0.7, sehingga

Prinsip-Prinsip KonveksiPrinsip-Prinsip KonveksiBatas-batas TermalKoefisien panas konveksi padalapisan batas terma plat rata,dimana pemanasan dimulai pada x = xo:

Dimana: v = μ/ρ

Bila xo = 0, pemanasan pada satu titik:

Koefisien konveksi rata pada ruas-ruas plat:

:x/k

Prinsip-Prinsip KonveksiPrinsip-Prinsip KonveksiUntuk pemansan sepanjang plat :

Bila ∆T dinding dan fluida >>

Tf = suhu lapisan

Prinsip-Prinsip KonveksiPrinsip-Prinsip KonveksiBula fluks kalor tetap berlaku hubungan:

Atau dpt dinyatakan fluks kalor dinding dan beda suhu:

Beda suhu rata-rata sepanjang plat:

Prinsip-Prinsip KonveksiPrinsip-Prinsip KonveksiHubungan lain: bila Pr << pada

logam cair, atau Pr>> pada minyak berat persamaan adalah:

Prinsip-Prinsip KonveksiPrinsip-Prinsip KonveksiContoh:Udara pada 27◦C dan 1 atm mengalir

melalui plat dng kec. 2 m/s. Andaikan plat dipanaskan seluruhnya sampai 60oC. Hitung : q pada x= 20 cm dan x= 40 cm. Viscositas udara pada 27◦C = 1.85×10−5 kg/m· s.

Penyelesaian:Suhu film:Sifat fluida (App.3)

Prinsip-Prinsip KonveksiPrinsip-Prinsip KonveksiPada x = 20 cm:

Nilai rata-rata koef. h:

Aliran panas adalah:

Prinsip-Prinsip KonveksiPrinsip-Prinsip KonveksiAndaikan satu satuan kedalam arah z:

Pada x = 40 cm

Prinsip-Prinsip KonveksiPrinsip-Prinsip KonveksiContoh:

Hit. ∆T pada sepanjang plat dan tepi belakang

Penyelesaian:Tf = ? hitung kondisi aliran bebas

Q = 1 kW

Udara, 27oC, 1atm, u∞ = 5 m/s

Ukuran plat: 60 x 60 cm

Prinsip-Prinsip KonveksiPrinsip-Prinsip Konveksi

Pada tepi belakang , gunakan

Prinsip-Prinsip KonveksiPrinsip-Prinsip Konveksi Udara 1 atm dan 300 K mengalir melalui plat bujur

sangkar 20 cm dan kecepatan 20 m/s. Setangah plat terakhir dipanaskan untuk memerpoleh suhu 350 K. Hitung panas yang hilang pada plat.

Penyelesaian:Tentukan suhu T:

Untuk udara diperoleh harga :

Pemanasan dimulai pada posisi x = 0,1 m

Prinsip-Prinsip KonveksiPrinsip-Prinsip KonveksiLebar plat dipanaskan 0.2 m, sehingga panas yang

ditansfer adalah integrasi sepanjang xo<x<L

Setelah diintegrasikan diperoleh:

Nilai rata-rata koefisien perpindahan panas pejang daerah yang dipanaskan adalah:

W = lebar platUntuk memeudhkan perhitungan dapat gunakan

rumus: diperoleh:

Prinsip-Prinsip KonveksiPrinsip-Prinsip KonveksiHubungan antara Friksi Fluida dan

Perpindahan Panas

Def: