Upload
dharigra-alcita
View
203
Download
11
Embed Size (px)
Citation preview
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
BAB IV
KONVEKSI PAKSA ALIRAN UDARA PIPA HORIZONTAL
4.1 PENDAHULUAN
4.1.1 TUJUAN 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
temperature 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.
5. Praktikan dapat membandingkan konveksi alami dan konveksi paksa.
(referensi : jobsheet fenomena dasar 2010)
4.1.2 PRINSIP KERJA PERPINDAHAN PANAS 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)
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
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 .C p .(T b 2−T b1)
dengan syarat cp sepanjang aliran itu tetap.
Gambar 4.1 Perpindahan kalor menyeluruh dinyatakan dengan beda suhu limbak
(Holman, J.P. Perpindahan Kalor. Hal.252)
4.1.3 RUMUS PERHITUNGAN
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
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
karakteristik termal fluida, dan bilangan Nusselt menggambarkan karakteristik
proses perpindahan panas. Ketiga bilangan ini membentuk persamaan :
N ud=C . R edm . Ρ rn
(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 :
R ed=ρ μm d
μ
(Holman, J.P. Perpindahan Kalor. hal.195)
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)
Adapun rumus perhitungan lain yang digunakan dalam konveksi paksa adalah :
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 ed=ρ μm d
μ
Gambar 4.2 Pengembangan daerah aliran lapis batas di atas plat rata.
(Yunus A. ,Changel. Heat Transfer A Practical Aproach. hal.339)
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
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= vα
= μ/ ρk / ρ c p
=c p μ
k
Keterangan : ν=viskositas kinematis
μ=viskositasdinamis
c p=kalor jenis pada tekanan konstan
k=koefisien konduktivitas temal
(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.
Bilangan Nusselt
Merupakan bilangan yang digunakan untuk menentukan distribusi suhu
permukaan atau plat.
N ud=hLk
(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 (
LDH < 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
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
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
Nud=1,86.¿
Batasan R ed . PrDL
>10
(Holman, J.P. Perpindahan Kalor. hal.255)
Aliran Turbulen berkembang penuh
Nud=0.027 . R ed0.8 . Pr0.3( μ
μW )0.14
Dimana : μ = suhu fluida
μ w = suhu dinding
(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= kD
Nud(W /m2 . oC)
(Holman, J.P. Perpindahan Kalor. hal.212)
Pemanas Heater
Qheater=h .2 π .r . L (T w−Tb ) Watt
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
Perpindahan kalor total
Q=mc p(T w−T b)
Laju aliran massa
m= Qc p(T w−T b)
(kg/s)
Perhitungan suhu udara yang keluar
T w=Q˙mc p
+T b=QhA
+T b
Suhu Limbak / Suhu Film
T f=T w+T b
2
(Yunus A. Cengel, Heat Transfer, Hal.422)
4.2 ALAT DAN PROSEDUR PENGUJIAN
4.2.1 Bagian – Bagian Alat Beserta Fungsinya
Gambar 4.3 Alat pengujian konveksi paksa.
1. Dioda Weatstone
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
Berfungsi untuk menyearahkan arus listrik
Gambar 4.4 Dioda weatstone.
2. Hot Wire Anemometer
Berfungsi untuk mengukur kecepatan aliran udara (fluida) pada waktu awal.
Gambar 4.5 Hot wire anemometer.
3. Watt meter
Berfungsi untuk mengukur daya yang masuk.
Gambar 4.6 Watt meter.
4. Asbestos
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
Berfungsi sebagai peredam panas yang akan merambat keluar melalui celah
sambungan pipa
Gambar 4.7 Asbestos.
5. Gips
Berfungsi sebagai isolator supaya panas dari pipa horizontal tidak keluar ke
lingkungan
Gambar 4.8 Gips.
6. Heater
Berfungsi untuk mendistribusikan panas ke pipa konveksi
Gambar 4. 9 Heater.
7. Regulator
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
Berfungsi untuk memberi daya pemanasan pada heater..
Gambar 4.10 Regulator.
8. Pipa Konveksi
Berfungsi untuk arah aliran fluida (udara).
Gambar 4.11 Pipa konveksi.
10. Display sensor Thermokopel
Berfungsi untuk menampilkan suhu terukur pada pipa konveksi (pada 4 titik).
Gambar 4.12 display sensor thermokope.
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
11. Blower
Berfungsi untuk memberi hembusan (penghembus) udara ke pipa konveksi.
Gambar 4.13 Blower.
12. Thermo kopel
untuk mengukur suhu pada pipa konveksi (pada 4 titik).
Fine Thermocouple
Gambar 4.14 Sensor Thermokopel.
4.2.2 Prosedur Pengujian
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
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. Mengeset pemanas, dengan menggunakan Regulator sehingga mencapai
temperatur tertentu.
3. Jika pengesettan laju/alir sudah ditentukan, kemudian mematikan motor
blower.
4. Mencatat nilai awal posisi steady, temperatur dinding, temperatur keluar.
5. Mengeset daya pemanas 175 watt
6. Mencatat kenaikan temperatur dinding, temperatur udara keluar tiap satu
menit hingga mencapai posisi steady.
7. Setelah steady, mematikan heater kemudian menghidupkan blower sehingga
akan terjadi proses penurunan temperatur.
8. Mencatat penurunan temperatur dinding, temperatur udara keluar tiap satu
menit hingga mencapai posisi steady.
9. Jika sudah tidak terjadi penurunan temperatur dinding dan temperatur
keluar, maka pencatatan dihentikan
10. Mematikan motor blower.
4.3 DATA PERHITUNGAN DAN ANALISA
4.3.1 Data Hasil Percobaan
Tabel 4.1 Kenaikan Temperatur
no Waktusuhu dinding (Tw) suhu udara keluar
T1 T2 T3 T4 T rata-rata (T5)1 30 32 32 33 31 32 292 30 35 35 37 33 35 293 30 37 36 39 34 36,5 294 30 38 38 40 35 37,75 295 30 39 39 42 36 39 296 30 40 40 43 37 40 307 30 41 41 43 37 40,5 30
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
8 30 41 42 46 38 41,75 309 30 43 43 47 38 42,75 3010 30 44 43 48 39 43,5 3011 30 45 44 49 40 44,5 3112 30 45 45 50 40 45 3113 30 46 46 50 41 45,75 3114 30 47 46 51 41 46,25 3115 30 48 47 52 42 47,25 3116 30 48 48 53 42 47,75 3117 30 49 48 53 43 48,25 3218 30 49 49 53 43 48,5 3219 30 50 50 54 44 49,5 3220 30 51 50 55 44 50 3221 30 51 51 56 44 50,5 3222 30 52 52 57 45 51,5 3323 30 52 52 57 45 51,5 3324 30 53 53 58 45 52,25 3325 30 54 54 59 45 53 3326 30 54 54 59 46 53,25 3427 30 54 54 60 46 53,5 3428 30 55 55 60 47 54,25 3429 30 55 55 61 47 54,5 3430 30 56 56 61 47 55 3431 30 56 56 62 47 55,25 3532 30 56 57 62 48 55,75 3533 30 57 57 63 48 56,25 3534 30 57 58 63 48 56,5 3535 30 58 58 64 49 57,25 3536 30 58 59 64 49 57,5 3537 30 58 59 65 49 57,75 3638 30 59 60 65 50 58,5 3639 30 59 60 66 50 58,75 3640 30 59 60 66 50 58,75 3641 30 60 61 66 50 59,25 3642 30 60 61 67 50 59,5 3743 30 60 62 67 51 60 3744 30 61 62 68 51 60,5 3745 30 61 62 68 51 60,5 3746 30 61 63 68 51 60,75 3747 30 62 63 69 52 61,5 3848 30 62 63 69 52 61,5 3849 30 62 64 70 52 62 38
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
50 30 62 64 70 52 62 3851 30 63 64 70 53 62,5 3952 30 63 65 71 53 63 3953 30 63 65 71 53 63 3954 30 64 66 72 53 63,75 4055 30 64 66 72 53 63,75 4056 30 64 66 72 53 63,75 4057 30 65 67 72 54 64,5 4158 30 65 67 73 54 64,75 4159 30 65 67 73 54 64,75 4160 30 65 67 73 54 64,75 4161 30 66 68 74 54 65,5 4162 30 66 68 74 54 65,5 4263 30 66 68 74 55 65,75 4264 30 66 68 75 55 66 4265 30 66 69 75 55 66,25 4266 30 66 69 75 55 66,25 4267 30 67 69 75 55 66,5 4368 30 67 70 75 55 66,75 4369 30 67 70 76 56 67,25 4370 30 67 70 76 56 67,25 4371 30 68 71 76 56 67,75 4372 30 68 71 77 56 68 4373 30 68 71 77 56 68 4374 30 68 71 77 56 68 4375 30 68 71 77 56 68 4476 30 68 72 77 56 68,25 4477 30 68 72 78 57 68,75 4478 30 69 72 78 57 69 4479 30 69 72 78 57 69 4480 30 69 72 78 57 69 4481 30 69 72 78 57 69 4482 30 70 73 79 57 69,75 4483 30 70 73 79 57 69,75 4484 30 70 73 79 57 69,75 4485 30 70 73 79 57 69,75 44
Tabel 4.2 Penurunan Temperatur
no Waktusuhu dinding (Tw) suhu udara keluar
T1 T2 T3 T4 T rata-rata (T5)
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
1 30 60 66 71 55 63,00 402 30 55 63 66 53 59,25 403 30 52 61 62 52 56,75 404 30 49 58 60 51 54,50 395 30 47 56 57 50 52,50 386 30 46 54 55 49 51,00 387 30 44 52 52 48 49,00 388 30 43 51 52 47 48,25 379 30 42 50 51 46 47,25 3710 30 41 49 49 45 46,00 3711 30 40 48 48 44 45,00 3612 30 40 47 47 44 44,50 3613 30 39 46 46 43 43,50 3614 30 38 45 45 42 42,50 3615 30 38 44 45 42 42,25 3516 30 37 43 44 41 41,25 3517 30 37 43 43 41 41,00 3518 30 36 42 42 40 40,00 3519 30 36 41 42 39 39,50 3420 30 35 40 41 39 38,75 3421 30 35 40 41 39 38,75 3422 30 35 39 40 38 38,00 3323 30 35 39 40 38 38,00 3324 30 35 39 40 38 38,00 3325 30 34 39 39 37 37,25 3226 30 34 38 39 37 37,00 3227 30 34 38 39 37 37,00 3228 30 34 37 38 36 36,25 3229 30 33 37 38 36 36,00 3230 30 33 37 37 36 35,75 3131 30 33 36 37 36 35,50 3132 30 33 36 36 35 35,67 3133 30 33 36 36 35 35,67 3134 30 33 35 36 35 35,33 3135 30 32 35 36 35 35,33 3136 30 32 35 35 34 34,67 3137 30 32 35 35 34 34,67 3038 30 32 34 35 34 34,33 3039 30 32 34 35 34 34,33 3040 30 31 34 34 34 34,00 3041 30 31 34 34 33 33,67 3042 30 31 33 34 33 33,33 30
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
43 30 31 33 34 33 33,33 3044 30 31 33 34 33 33,33 3045 30 31 33 34 33 33,33 30
4.3.2 Perhitungan
Contoh Perhitungan Konveksi Alami ( Tabel 4.1 No. 1 )
Um = 0,1 m/s (Laju aliran udara)
Daya awal = 175 Watt
V = 79,9 volt (Tegangan)
I = 2,42 A (Arus)
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 :
Tabel 4.3 Temperatur Awal konveksi Alami
T1.1 (oC) T1.2 (oC) T1.3(oC) T1.4 (oC) Trata-rata T1.5 (oC)
32 32 33 31 32 29
Suhu Limbak / Suhu Film
T f =T w+T b
2
T f =(32+273 )+(29+273)
2
T f =305+302
2=303,5 K
Dengan melihat tabel A-5 (holman) dan melakukan interpolasi didapat:
ρ = 1.1648 kg/m3
Tabel 4.4 Interpolasi temperatur dengan densitas
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
T ρ
300 1.1774303,5 X
350 0.998
cara melakukan interpolasi :
x−batasbawahbatas atas−batas bawah
=ρx− ρb
ρa−ρb
x−1,17740,998−1,1774
=30 3,5−300350−300
x=[(( 30 3,5−300350−300 ) . (0,998−1,1774 ))+1,1774 ]x=[ ( (0,07 ) . (−0,1794 ) )+1,1774 ]
x=[−0,0 12558+1,1774 ]=1,16 48
Dengan cara yang sama maka diperoleh data sebagai berikut :
k = 0,0265 W/moC
μ = 1,8622 x 10-5 kg/m.s
μw = 1,8691 x 10-5 kg/m.s
Pr = 0,7069
Angka Reynold
R ed=ρ μm d
μ
R ed=(1,1648
kgm3 )X 0,1
ms
X 0,056 m
1,8622 X 10−5 kg /m . s
R ed=0,0065228 8
1,8622 X 10−5=350,2878
Bilangan Reynold ≤ 2300 maka Alirannya laminer
Angka Nusselt
Nud=1,86.¿
Dimana μ=viskositas saat T f dan μW=viskositas saat T w
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
Nud=(1,86) X (350 , 2878 X 0.70 69)0.3 X ( 0.0561.75
)0.3
X (1,8622 X 10−5
1,8791 X 10−5 )0.14
Nud=3,45 96
Koefisien perpindahan kalor konveksi
h= kD
. N ud
h=0,0265W /m. C0,056 m
X 3,45 96
h=1,6375W/m2 oC
Panas heater
Q=h .2 π .r . L.(Tw−Tb)
Q= (1,6375 ) W
m2C. (2π ) . (0,028 ) m. (1,75 ) m. (32−29)C
Q=1,51165 watt
Tabel 4.5 Hasil perhitungan data konveksi alami aliran pipa horizontal
NoUm
Red Nudh
Qheater Tw Tb
(m/s)(W/m2
oC) (watt) (oC) (oC)
1 0,1350,287786
2 3,45961,6374
71,5116
5 32 29
2 0,1347,388875
8 3,44881,6393
43,0267
5 35 29
3 0,1345,947390
5 3,44341,6402
63,7855
6 36,5 29
4 0,1344,750182
9 3,43891,6410
34,4185
5 37,75 29
5 0,1343,556621
3 3,43441,6417
95,0521
2 39 29
6 0,1 341,654465 3,42841,6435
55,0575
4 40 30
7 0,1337,877756
4 3,41801,6478
65,3243
5 40,5 30
8 0,1339,997646
8 3,4221 1,6446 5,9464 41,75 30
9 0,1339,054046
9 3,4185 1,64526,4548
1 42,75 30
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
10 0,1338,347845
6 3,41581,6456
46,8363
5 43,5 30
11 0,1336,470893
6 3,40981,6473
76,8435
3 44,5 31
12 0,1336,003070
9 3,40811,6476
67,0982
5 45 3113 0,1 335,302394 3,4054 1,6481 7,4805 45,75 31
14 0,1334,835979
4 3,40361,6483
97,7354
5 46,25 31
15 0,1333,904833
8 3,40011,6489
78,2455
9 47,25 31
16 0,1333,440100
7 3,39831,6492
68,5007
9 47,75 31
17 0,1332,049248
3 3,39411,6506
78,2540
7 48,25 32
18 0,1331,817926
3 3,39321,6508
18,3817
8 48,5 32
19 0,1330,894024
5 3,38961,6513
88,8928
4 49,5 32
20 0,1330,432903
5 3,38791,6516
6 9,1485 50 32
21 0,1329,972334
5 3,38611,6519
59,4042
4 50,5 32
22 0,1328,135558
5 3,38021,6536
29,4137
4 51,5 33
23 0,1328,135558
5 3,38021,6536
29,4137
4 51,5 33
24 0,1327,449027
5 3,37751,6540
49,7978
6 52,25 33
25 0,1 326,763724 3,37491,6544
510,182
2 53 33
26 0,1325,624270
4 3,37161,6556
99,8076
4 53,25 34
27 0,1325,396786
4 3,37071,6558
29,9358
4 53,5 34
28 0,1324,715145
9 3,36801,6562
410,320
6 54,25 34
29 0,1324,488202
4 3,36721,6563
810,448
8 54,5 34
30 0,1324,034719
8 3,36541,6566
510,705
5 55 34
31 0,1322,903366
3 3,36211,6578
710,330
7 55,25 35
32 0,1322,451763
6 3,36031,6581
410,587
5 55,75 3533 0,1 322,000695 3,3586 1,6584 10,844 56,25 35
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
9 1 4
34 0,1321,775362
3 3,35771,6585
510,972
9 56,5 35
35 0,1321,100161
6 3,35511,6589
511,358
5 57,25 35
36 0,1320,875360
9 3,35421,6590
8 11,487 57,5 35
37 0,1319,753348
7 3,35091,6602
911,112
2 57,75 36
38 0,1319,081730
3 3,34831,6606
911,498
1 58,5 36
39 0,1318,858121
6 3,34741,6608
211,626
8 58,75 36
40 0,1318,858121
6 3,34741,6608
211,626
8 58,75 36
41 0,1318,411299
7 3,34571,6610
911,884
2 59,25 36
42 0,1317,296546
3 3,34241,6622
811,509
1 59,5 37
43 0,1316,851563
1 3,34061,6625
411,766
7 60 37
44 0,1316,407103
2 3,3389 1,662812,024
4 60,5 37
45 0,1316,407103
2 3,3389 1,662812,024
4 60,5 37
46 0,1316,185069
1 3,33801,6629
312,153
3 60,75 37
47 0,1314,634477
5 3,33301,6643
712,035
8 61,5 38
48 0,1314,634477
5 3,33301,6643
712,035
8 61,5 38
49 0,1 314,19262 3,33121,6646
312,293
7 62 38
50 0,1 314,19262 3,33121,6646
312,293
7 62 38
51 0,1312,870150
6 3,32711,6659
3 12,047 62,5 39
52 0,1312,430358
7 3,32531,6661
812,305
2 63 39
53 0,1312,430358
7 3,32531,6661
812,305
2 63 39
54 0,1310,895130
1 3,3203 1,667612,187
4 63,75 40
55 0,1310,895130
1 3,3203 1,667612,187
4 63,75 4056 0,1 310,895130 3,3203 1,6676 12,187 63,75 40
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
1 4
57 0,1 309,366161 3,3153 1,66912,069
2 64,5 41
58 0,1309,148245
7 3,31441,6691
212,198
5 64,75 41
59 0,1309,148245
7 3,31441,6691
212,198
5 64,75 41
60 0,1309,148245
7 3,31441,6691
212,198
5 64,75 41
61 0,1308,495260
2 3,3118 1,669512,586
6 65,5 41
62 0,1307,626383
7 3,30941,6705
212,080
2 65,5 42
63 0,1307,409480
1 3,30851,6706
412,209
6 65,75 42
64 0,1307,192702
4 3,30771,6707
6 12,339 66 42
65 0,1306,976050
6 3,30681,6708
812,468
5 66,25 42
66 0,1 306,9761 3,30681,6708
812,468
5 66,25 42
67 0,1306,976050
6 3,30651,6707
512,081
9 66,5 43
68 0,1305,678776
9 3,30271,6721
412,220
6 66,75 43
69 0,1305,247354
3 3,30091,6723
812,479
7 67,25 43
70 0,1305,247354
3 3,30091,6723
812,479
7 67,25 43
71 0,1304,816431
2 3,29921,6726
212,738
8 67,75 43
72 0,1304,601156
7 3,29831,6727
412,868
4 68 43
73 0,1304,601156
7 3,29831,6727
412,868
4 68 43
74 0,1304,601156
7 3,29831,6727
412,868
4 68 43
75 0,1303,741303
3 3,29591,6737
512,361
1 68 44
76 0,1303,526650
5 3,29501,6738
712,490
7 68,25 44
77 0,1303,097716
9 3,2933 1,674112,750
1 68,75 44
78 0,1302,883435
8 3,29251,6742
212,879
8 69 4479 0,1 302,883435 3,2925 1,6742 12,879 69 44
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
8 2 8
80 0,1302,883435
8 3,29251,6742
212,879
8 69 44
81 0,1302,883435
8 3,29251,6742
212,879
8 69 44
82 0,1302,241334
4 3,28991,6745
7 13,269 69,75 44
83 0,1302,241334
4 3,28991,6745
7 13,269 69,75 44
84 0,1302,241334
4 3,28991,6745
7 13,269 69,75 44
85 0,1302,241334
4 3,28991,6745
7 13,269 69,75 44
Contoh Perhitungan Konveksi Paksa ( Tabel 4.2 No. 1 )
Um = 4,4 m/s (Laju aliran udara)
Daya awal = 175 Watt
V = 79,9 volt (Tegangan)
I = 2,42 A (Arus)
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 :
Tabel 4.6 Temperatur Awal Konveksi Paksa
T1.1 (oC) T1.2 (oC) T1.3(oC) T1.4 (oC) Trata-rata T1.5 (oC)
60 66 71 55 63 40
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
Suhu Limbak / Suhu Film
T f =T w+T b
2
T f =(63+273 )+(40+273)
2
T f =336+313
2=324 , 5
Dengan melihat tabel A-5 (holman) dan melakukan interpolasi didapat:
ρ = 1.0895 kg/m3
Tabel 4.7Interpolasi temperatur dengan densitas
T ρ
300 1.1774324,5 X
350 0.998
cara melakukan interpolasi :
x−batasbawahbatas atas−batas bawah
=ρx− ρb
ρa−ρb
x−1,17740,998−1,1774
=324 ,5−300350−300
x=[(( 324 ,5−300350−300 ) . (0,998−1.1774 ))+1,1774]x=[ ( (0,49 ) . (−0,1794 ) )+1.1774 ]
x=[−0,0 87906+1.1774 ]=1 , 0895
Dengan cara yang sama maka diperoleh data sebagai berikut :
k = 0,0281 W/moC
μ = 1,9583 x 10-5 kg/m.s
μw = 2,0109 x 10-5 kg/m.s
Pr = 0.7026
Angka Reynold
R ed=ρ μm d
μ
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
R ed=(1,0895
kgm 3 )X 4,4
ms
X 0,056 m
1,9583 X 10−5 kg /m. s
R ed=0,2684528
1,9640 X 10−5=13708,3019
Bilangan Reynold ≥ 2300 maka Alirannya turbulen
Angka Nusselt
Nud=0.027 . R ed0.8 . Pr0.3( μ
μW )0.14
Dimana μ=viskositas saat T f dan μW=viskositas saat T w
Nud=(0,027) X (13708,3019)0.8 X (0,7026)0.3 X ( 1,9583 X 10−5
2,0109 X 10−5 )0.14
Nud=49 , 3574
Koefisien perpindahan kalor konveksi
h= kD
. N ud
h=0.0281W /m. C0.056 m
X 49 , 3574
h=24 , 7643 W/m2 oC
Panas heater
Q=h .2 π .r . L.(Tw−Tb)
Q= (24,7 64 3 ) W
m2C. (2π ) . (0,028 ) m. (1,75 ) m.(63−40)C
Q=175,2709 watt
TABEL 4.8 HASIL PERHITUNGAN DATA PENURUNAN TEMPERATUR KONVEKSI PAKSA ALIRAN PIPA HORISONTAL
NoUm Red Nud h Qheater Tw Tb
(m/s) (W/m2
oC) (watt) (oC)(
oC)
1 4,413708,30
1949,357
424,764
3175,270
9 63,00 402 4,4 13850,14 49,800 24,863 147,278 59,25 40
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
32 0 0 7
3 4,413950,86
3950,118
724,934
6128,520
7 56,75 40
4 4,414079,00
9450,504
027,082
8129,175
7 54,50 39
5 4,414197,80
9950,859
725,087
8111,940
0 52,50 38
6 4,414257,52
7751,046
625,128
2100,521
7 51,00 38
7 4,414337,48
3251,296
925,181
9 85,2388 49,00 38
8 4,414407,35
4851,498
825,220
4 87,3092 48,25 37
9 4,414447,64
2451,624
825,247
1 79,6328 47,25 37
10 4,414498,54
1951,783
825,280
7 70,0145 46,00 37
11 4,414579,65
0752,020
125,325
7 70,1390 45,00 36
12 4,414599,98
8852,083
625,339
0 66,2772 44,50 36
13 4,414640,73
8152,210
925,365
6 58,5413 43,50 36
14 4,414681,58
5552,338
625,392
2 50,7889 42,50 36
15 4,414732,37
2952,479
825,416
7 56,7038 42,25 35
16 4,414773,44
1152,608
025,443
2 48,9336 41,25 35
17 4,414784,13
5152,641
225,450
0 46,9888 41,00 35
18 4,414825,32
8452,769
825,476
4 39,1980 40,00 35
19 4,414887,30
5252,945
425,507
4 43,1703 39,50 34
20 4,414917,96
3453,041
225,527
0 37,3121 38,75 34
21 4,414917,96
3453,041
225,527
0 37,3121 38,75 34
22 4,414991,10
1453,251
025,564
6 39,3337 38,00 33
23 4,414991,10
1453,251
025,564
6 39,3337 38,00 33
24 4,414991,10
1453,251
025,564
6 39,3337 38,00 3325 4,4 15063,71 52,797 25,284 40,8478 37,25 32
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
61 0 5
26 4,415074,59
3053,493
125,608
4 39,4010 37,00 32
27 4,415074,59
3053,493
125,608
4 39,4010 37,00 32
28 4,415105,58
7953,589
825,627
8 33,5163 36,25 32
29 4,415116,49
1353,623
525,634
5 31,5530 36,00 32
30 4,415168,58
7353,767
625,658
3 37,5040 35,75 31
31 4,415179,53
153,801
525,665
0 35,5393 35,50 31
32 4,415172,79
553,780
325,660
7 36,8495 35,67 31
33 4,415172,79
553,780
325,660
7 36,8495 35,67 31
34 4,415186,26
853,822
625,669
2 34,2287 35,33 31
35 4,415186,26
853,822
625,669
2 34,2287 35,33 31
36 4,415214,93
453,911
425,686
8 28,9826 34,67 31
37 4,415257,17
554,024
425,704
1 36,9117 34,67 30
38 4,415270,71
454,066
925,712
5 34,2865 34,33 30
39 4,415270,71
454,066
925,712
5 34,2865 34,33 30
40 4,415285,11
154,111
425,721
3 31,6598 34,00 30
41 4,415299,51
954,156
025,730
0 29,0314 33,67 30
42 4,415313,09
254,198
625,738
5 26,4009 33,33 30
43 4,415313,09
254,198
625,738
5 26,4009 33,33 30
44 4,415313,09
254,198
625,738
5 26,4009 33,33 30
45 4,415313,09
254,198
625,738
5 26,4009 33,33 30
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
4.3.3 GRAFIK DAN ANALISA GRAFIK
a) Grafik hubungan temperature dinding dan waktu
Data kenaikan temperature
0.5 3.5 6.5 9.512.5
15.518.5
21.524.5
27.530.5
33.536.5
39.542.5
0
10
20
30
40
50
60
70
Grafik hubungan temperatur dinding dan waktu
suhu dinding
waktu ( menit )
tem
pera
tur
oC
Gambar 4.16 Grafik hubungan kenaikan temperatur dinding dangan
waktu
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
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
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 temperature
0.5 2 3.5 5 6.5 8 9.5 1112.5 14
15.5 1718.5 20
21.530.00
35.00
40.00
45.00
50.00
55.00
60.00
65.00
Grafik hubungan temperatur dinding dan waktu
Suhu Dinding
waktu (menit )
Tem
pera
tur o
C
Gambar 4. 17 Grafik hubungan penurunan temperatur 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).
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
b) Grafik hubungan temperature udara keluar dan waktu
Data kenaikan temperature
0.5 4.5 8.512.5
16.520.5
24.528.5
32.536.5
40.520222426283032343638404244464850
Grafik hubungan temperatur udara keluar
temperatur udara keluar
tepm
pera
tur o
C
Gambar 4.18 Grafik 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
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
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
0.5 2.5 4.5 6.5 8.510.5
12.514.5
16.518.5
20.522.5
2527293133353739414345
Grafik hubungan temperatur udara keluar
temperatur udara keluar
waktu (menit)
tem
pera
tur
oC
Gambar 4. 19 Grafik hubungan penurunan temperatur 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
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
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 perubahan suhu dan butuh kaliberasi.
4.4 KESIMPULAN DAN SARAN
4.4.1 Kesimpulan
1. Faktor-faktor yang mempengaruhi konveksi paksa adalah kecepatan udara,
panjang pipa, diameter pipa, jenis isolasi, serta besarnya kalor yang dapat
dihasilkan heater.
2. Hasil yang didapat dari percobaan sampel perhitungan konveksi alami:
Red = 350 , 2878
Nud = 3,45 96
h = 1.63747 W /m2 ° C
Tw = 30 5 K
Tb2 = 302 K
3. Hasil yang didapat dari percobaan sampel perhitungan konveksi paksa:
Red = 13708,3019
Nud = 49,3574
h = 24,7643 W/m2 ° C
Tw = 336 K
Tb2 = 313 K
4. Dari grafik kenaikan temperatur dapat disimpulkan bahwa temperatur
berbanding lurus dengan waktu, sedangkan pada grafik penurunan
temperatur dapat disimpulkan pula bahwa temperatur berbanding terbalik
terhadap waktu walaupun keduanya tidak membentuk garis linier sempurna.
LAPORAN PARAKTIKUM FENOMENA
KELOMPOK 8
Pada percobaan kenaikan temperatur terjadi fenomena perpindahan panas
konduksi yaitu dari heater ke dinding pipa horizontal serta konveksi alami
yaitu pada aliran udara keluar dari pipa, sedangkan pada percobaan
pendinginan (penurunan temperatur) terjadi fenomena perpindahan panas
konveksi secara paksa yaitu pada udara yang ditiupkan blower terhadap
panas dalam pipa horizontal.
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 terhadap perubahan suhu.