Pp Konveksi

8/15/2019 Pp Konveksi

1/11

KONVEKSI

Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan partikel-

partikelnya. Konveksi adalah proses perpindahan kalor dari satu bagian fluida kebagian lain

fluida oleh pergerakan fluida itu sendiri. konveksi terjadi karena 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. Besarnya konveksi tergantung

pada :

a. uas permukaan benda yang bersinggungan dengan fluida !"#.

b. $erbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida !

c. Koefisien konveksi !h#, yang tergantung pada :

%# viscositas fluida

kecepatan fluida

'# perbedaan temperatur antara permukaan dan fluida

(# kapasitas panas fluida

)# rapat massa fluida

*# bentuk permukaan kontak

$roses perpindahan kalor secara konveksi dibedakan menjadi dua yaitu konveksi alamiah

dan konveksi paksa.


2/11

KONVEKSI ALAMIAH

Konveksi alamiah adalah perpindahan kalor yang terjadi secara alami atau pergerakan

fluida yang terjadi akibat perbedaan massa jenis, contoh: pemanasan air. Bagian fluida yang

menerima kalor+dipanasi memuai dan massa jenisnya menjadi lebih kecil, sehingga bergerak ke

atas. Kemudian tempatnya akan digantikan oleh bagian fluida dingin yang jatuh ke baah karena

massanya jenisnya lebih besar. $ada pemanasan air, massa jenis air yang dipanasi mengecil

sehingga air yang panas naik digantikan air yang massa jenisnya lebih besar.

Aplikasi konveksi alami

proses pemanasan air menggunakan pemanas listrik juga mirip dengan kasus di atas. lemen

pemanas memiliki suhu yang lebih tinggi sedangkan air yang berada di sekitarnya memiliki suhu

yang lebih rendah. Karena terdapat perbedaan suhu, maka kalor mengalir dari elemen pemanas

menuju air yang menempel dengannya. $erpindahan kalor dari elemen pemanas menuju air

terjadi secara konduksi. ebaliknya, proses perpindahan kalor dalam air terjadi secara konveksi.

arus konveksi udara yang membantu asap bergerak naik atau cerobong asap.


3/11

Ketika kita memanaskan air menggunakan kompor, kalor mengalir dari

nyala api !suhu lebih tinggi# menuju dasar adah !suhu lebih rendah#.

Karena mendapat tambahan kalor, maka suhu dasar adah meningkat.

/ngat ya, yang bersentuhan dengan nyala api adalah bagian luar dasar

adah. Karena terdapat perbedaan suhu, maka kalor mengalir dari

bagian luar dasar adah !yang bersentuhan dengan nyala api# menuju

bagian dalam dasar adah !yang bersentuhan dengan air#. uhu bagian

dalam dasar adah pun meningkat. Karenaair yang berada di permukaan adah memiliki suhu

yang lebih kecil, maka kalor mengalir dari dasar adah !suhu lebih tinggi# menuju air !suhu

lebih rendah#.$erlu diketahui baha perpindahan kalor pada adah terjadi secara

konduksi.$erpindahan kalor dari dasar adah menuju air yang berada di permukaannya juga

terjadi secara konduksi."danya tambahan kalor membuat air yang menempel dengan dasar

adahmengalami peningkatan suhu. "kibatnya air tersebut memuai. Ketika memuai,volume air

bertambah. Karena volume air bertambah maka massa jenis air berkurang. Kalau bingung, ingat

lagi persamaan massa jenis alias kerapatan!massa jenis 0 massa + volume#.

1assa air yang memuai tidak berubah, yang berubah hanya volumeya saja. Karena volume air

bertambah, maka massa jenisnya berkurang. Berkurangnya massa jenis air menyebabkan si air

bergerak keatas !kita bisa mengatakan air tersebut mengapung#.

1irip seperti gabus atau kayukering yang terapung jika dimasukan ke dalam air. 2abus atau

kayu kering bisaterapung karena massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis air.Karena bergerak

ke atas maka posisi air tadi digantikan oleh temannyayang berada di sebelah atas. Kali ini

temannya yang menempel dengan dasar adah. Karena terdapat perbedaan suhu, maka kalor

mengalir dari dasar adahmenuju temannya. 3emannya ikut&an kepanasan juga !suhu

meningkat# sehinggamassa jenisnya berkurang. Karena massa jenisnya berkurang maka ia

bergerak keatas. $osisinya digantikan oleh temannya yang berada di sebelah atas. 4emikian

seterusnya sampai semua air yang berada dalam adah mendapat jatah kalor.


4/11

KONVEKSI PAKSA

Konveksi paksa adalah konveksi yang terjadi dengan sengaja !dipaksakan#,contoh: pada sistem

pendingin mesin mobil. 5ontoh peristia konveksi diantaranya:

!%#.ampu minyak dan sirkulasi udara diruang tamu

!.5erobong asap pabrik dan cerobong asap dapur

!'#. 3erjadinya angin darat maupun angin laut

Aplikasi konveksi Paksa:

%. istem suplai air panas

$rinsip kerja : "ir panas di dalam ketel naik ke bagian atas tangki penyimpan. "ir dingin

di dalam tangki utama kemudian turun menuju ke ketel untuk dipanaskan. 3angki utama

dihubungkan ke suplai air dingin oleh katup yang dikendalikan oleh pelampung. 6ika

ketinggian air di dalam tangki utama berada di baah ketinggian minimum tertentu,

maka pelampung akan membuka katup suplai air. $ipa luapan berfungsi mengalirkan

luapan air panas yang dihasilkan ke dalam tangki utama.


5/11

&. emari es

$rinsip kerja : Udara dingin pada kompartemen pendingin bergerak ke baah, dan

tempatnya digantikan oleh udara hangat yang naik dari bagian baah dan didinginkan

oleh pipa-pipa pendingin. $ergerakan udara ini menghasilkan arus konveksi alamiah

udara. "rus konveksi udara ini akan mendinginkan semua makanan yang disimpan di

dalam lemari es.

istem konveksi udara pada lemari es

Rumus-rumus konveksi paksa dan konveksi alami

Konveksi paksa

aju perpindahan kalor suatu benda sebanding dengan beda temperatur antara benda dengan

fluida sekelilingnya. 4apat dirumuskan menjadi


6/11

7 0 h.".!3o - 38#.

4imana :

7 0 laju perpindahan kalor !9#

h 0 koefisien perpindahan panas !9+m&K#

" 0 uas permukaan objek !m

3o 0 3emperatur permukaan objek !K#

38 0 3emperatur lingkungan+fluida !K# (;.

aju perpindahan kalor !7# merupakan besarnya perpindahan panas yang terjadi terhadap suatu

objek. Koefisien perpindahan panas !h# merupakan koefisien konveksi aliran. uas permukaan

objek !"# adalah luas permukaan yang dikenakan perpindahan panas. "da beberapa rumus

luasan yaitu :

$ada plat datar !" 0 $ < #

$ada silinder !"r 0 &=r#

2radien temperatur !>3# merupakan selisih temperatur antara temperatur objek dan temperatur

lingkungan+fluida);.

?umusan konveksi paksa erat hubungannya dengan angka ?eynolds !?e#, $randtl !$r#, @usselt

!@u#. Ketiga bilangan ini membentuk persamaan:

@ud 0 5 . ?edm . $rn

Ket : @ud 0 Bilangan @usselt

?ed 0 Bilangan ?eynold

$r 0 Bilangan $randtl

n 0 A,( !$emanasan#


7/11

A,' !$endinginan#

4imana 5, m, dan n adalah konstanta yang harus ditentukan dari percobaan *;.

Bilangan ?eynold

Bilangan tak berdimensi yang mengukur rasio gaya inersia dari fluida dengan viskositas.

4igunakan untuk menentukan kriteria aliran laminar dan turbulen );.

Ket: ?ed 0 bilangan ?eynold

m 0 laju aliran udara !m+s#

C 0 massa jenis !kg+m'#

d 0 diameter !m#

0 viskositas fluida !kg+m.s#

Batasan:

"liran aminar !?e D &'AA#

"liran 3urbulen !?e E &'AA# %;.

Bilangan $randtl

Bilangan $randtl merupakan bilangan yang digunakan sebagai perbandingan viskositas

kinematik fluida terhadap difusivitas termal fluida.

$r 0 a

v

0 k

c p µ .

4imana: v 0 viskositas kinematik


8/11

a 0 difusivitas termal !m&+s#

0 viskositas dinamik !kg+m.s#

5p 0 koefisien panas gas !k6+kg.F5#*;.

Untuk aliran dalam pipa, seperti halnya aliran meleati plat datar profil kecepatan serupa dengan

profil suhu untuk fluida yang mempunyai bilangan $randtl satu.

Bilangan @usselt

"liran laminar berkembang penuh

Batasan ?ed.$r

Ket: @ud0 bilangan @usselt


0 viskositas dinding !kg+m.s#

4 0 diameter pipa !m#

0 panjang pipa !m#*;.

"liran turbulen berkembang penuh

Berdasar neider G 3ate:


9/11

Ket: @ud 0 bilangan @usselt


0 viskositas dinding !kg+m.s# %;.

"liran turbulen berkembang penuh pada tabung licin

@ud 0 A,A&'. ?edA,H.$rn

Batasan : n 0 A,( !$emanasan#

n 0 A,' !$endingin#

A,* I $r I %AA !untuk aliran turbulen yang tidak berkembang sepenuhnya di dalam tabung licin

dan dengan beda suhu moderat antara dinding fluida#.

Jariabel perpindahan panas konveksi

.>3

Keterangan : 0 $erpindahan Kalor !joule#

h 0 Koefisien Konveksi

" 0 uas $enampang !m

3 0 uhu !kelvin#

Koefisien $erpindahan Kalor

ud N D

k h =

!9+m&.o5#

4imana : h 0 koefisien perpindahan kalor !9+m&.F5#


10/11

K 0 konduktivitas termal !9+m.o5#

@ud 0 @usselt number %;.

$emanas eater

7heater 0 h. &=. r. ! 3- 3b # !9att#

Ket: 7 0 Banyaknya kalor !9att#

h 0 Koefisien perpindahan kalor !9+m&.F5#

r 0 6ari-jari !m#

0 $anjang $ipa !m#

3b 0 3emperatur udara keluar !F5#

3 0 3emperatur dinding !F5#*;.

uhu imbak+uhu Lilm

&

bw f

T T T

+=

Ket: f T

0 uhu film !F5#

Untuk konsep suhu limbak !bulk temperatur# yaitu perpindahan kalor yang melibatkan

aliran dalam saluran tertutup,energi total yang ditambahkan dapat dinyatakan dengan beda suhu-

limbak:

Ket : 0 massa per satuan aktu !m+kg#

cp 0 kalor jenis pada tekanan konstan!6oule+Kg o5#


11/11

3 0 temperatur dinding !A5#

3b 0 temperatur bulk !A5#

4aratan yang memiliki suhu lebih rendah mendinginkan udara yang berada di atasnya.

"kibatnya suhu udara yang berada di atas daratan menurun.$enurunan suhu udara menyebabkan

massa jenis udara bertambah. Udara yang berada di atas daratan segera meluncur ke laut

!ampai pada ketinggian tertentu, udara yang bergerak ke atas mendingin!suhunya menurun#.

$enurunan suhu menyebabkan massa jenis udara bertambah.i udara pun meluncur ke baah,

menggantikan posisi udara yang meluncur kelaut tadi !'#. $roses ini terjadi terus menerus

sehingga terbentuk arus konveksiudara sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar di atas.

4irimu menyebutnyadengan julukan angin darat. 4i sebut angin darat karena udara yang berada

didaratan melakukan pengungsian massal menuju laut. "ngin darat hanya terjadi pada malam

hari.

Documents

Pp Konveksi