BAB III

PENGUJIAN KONVEKSI

3.1 PENDAHULUAN

Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi karena adanya gerakan curah fluida, dimana gerakan ini dapat diamati secara makro. Mekanisme perpindahan panas konveksi berbeda dengan perpindahan panas konduksi atau radiasi. Konveksi terjadi pada dua peristiwa yaitu konveksi paksa dan konveksi alami.

Gambar 3.1 Skema perpindahan panas konveksi

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 tidak teratur. Kedua jenis aliran ini memberikan pengaruh yang besar terhadap perpindahan panas konveksi.

Konveksi sangat penting peranannya dalam mengatur fenomena arus samudra, pembentukan angin laut/darat, pembentukan mikro struktur logam selama pendinginan logam cair, pemanfaatan energi surya, gerakan udara panas ketika terjadi kebakaran, pembakaran hutan, emisi gas buang kendaraan, dsb. Aplikasi paling umum di industri adalah pada pendinginan udara pada chip komputer dan peralatan-peralatan besar. [1]

3.2 DASAR TEORI

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 konveksi air dan alat konveksi udara. Proses perpindahan kalor secara konveksi dibedakan menjadi dua yaitu konveksi alamiah dan konveksi paksa. Konveksi alamiah adalah perpindahan kalor yang terjadi secara alami, contoh: pemanasan air. Pada pemanasan air, massa jenis air yang dipanasi mengecil sehingga air yang panas naik digantikan air yang massa jenisnya lebih besar.Konveksi paksa adalah konveksi yang terjadi dengan sengaja (dipaksakan),contoh: pada sistem pendingin mesin mobil.

(a) (b)

Gambar 3.2 Skema konveksi (a) paksa dan (b) bebas [2]

3.2.1 Pengetahuan Umum Konveksi

Perpindahan kalor secara konveksi bebas terjadi secara alamiah karena adanya gradien (perbedaan) massa jenis (densitas) fluida akibat adanya gradien temperatur. Gaya penggerak konveksi bebas adalah gaya apung (buoyancy), sehingga keberadaan gravitasi atau gaya sejenis sangat penting dalam perpindahan kalor konveksi bebas. [3]

Perpindahan kalor secara konveksi paksa terjadi karena adanya pengaruh dari luar/paksaan yang memaksa fluida untuk mengalir sesuai dengan arah yang dipaksakan. Paksaan atau gaya yang diberikan dapat berupa kipas, pompa, blower, kompresor dsb.

(a) (b)

Gambar 3.3 (a) konveksi paksa (b) konveksi bebas [4]

Laju perpindahan kalor suatu benda sebanding dengan beda temperatur antara benda dengan fluida sekelilingnya. Dapat dirumuskan menjadi Q = h.A.(To - T). Dimana :

Q = laju perpindahan kalor (W)

h = koefisien perpindahan panas (W/m2K)

A = Luas permukaan objek (m2)

To = Temperatur permukaan objek (K)

T = Temperatur lingkungan/fluida (K) [5]

Laju perpindahan kalor (Q) merupakan besarnya perpindahan panas yang terjadi terhadap suatu objek. Koefisien perpindahan panas (h) merupakan koefisien konveksi aliran. Luas permukaan objek (A) adalah luas permukaan yang dikenakan perpindahan panas. Ada beberapa rumus luasan yaitu :

a. Pada plat datar (A = P x L)

b. Pada silinder (Ar = 2rL)

Gradien temperatur (T) merupakan selisih temperatur antara temperatur objek dan temperatur lingkungan/fluida. [6]

3.2.2 Tujuan Praktikum

Tujuan dari praktikum konveksi paksa aliran udara pada pipa horizontal adalah:

1. Mencari nilai koefisien perpindahan panas keseluruhan untuk variasi tertentu seperti laju alir, temperatur udara keluar dan temperatur dinding pada pipa horizontal.

2. Praktikan menemukan korelasi antara bilangan Reynolds untuk menentukan kecepatan laju alir dan bilangan Nusselt untuk mengetahui temperatur dinding. [7]

3.2.3 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 :

Ket. : Nud= bilangan nusselt

Red= biangan reynold

Pr= bilangan prandtl

n= 0,4(pemanasan)

= 0,3(pendinginan)

Dimana C, m, dan n adalah konstanta yang harus ditentukan dari percobaan. Berikut rumus bilangan-bilangan tersebut. [8]

(a) 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.

Ket.: Red =bilangan reynold

= densitas fluida (kg/m3)

um = kecepatan aliran (m/s)

= viskositas (kg/m.s)

D = diameter pipa (m)

Gambar 3.4 Pengembangan daerah aliran lapis batas di atas plat rata. [9]

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 [10]

(b) 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.

Keterangan : (m2/s)

(kg/m.s)

= kalor jenis pada tekanan konstan(kJ/kgoC)

k =koeffisien konduktivitas termal (W/moC)

Untuk aliran dalam pipa,seperti halnya aliran melewati plat datar profil kecepatan serupa dengan profil suhu untuk fluida yang mempunyai bilangan Prandtl satu. [11]

(c) Bilangan Nusselt

Merupakan bilangan yang digunakan untuk menentukan distribusi suhu permukaan atau plat. [12]

Ket: Nud = bilangan nusselt

h = koeffisien perpindahan panas kenveksi(W/m2oC)

L = panjang plat (m)

K = koeffisien konduktifitas termal(W/moC)

Nilai bilangan Nusselt dipengaruhi oleh beberapa jenis aliran yaitu :

1. Aliran Laminar berkembang penuh [13]

Batasan

2. Aliran Turbulen berkembang penuh [14]

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

w = viskositas dinding(kg/m.s)

Untuk aliran turbulen yang sudah jadi atau berkembang penuh (fully developed turbulent flow) dalam tabung licin, digunakan persamaan berikut :

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 ). [15]

(d) Koefisien Perpindahan Kalor

Ket : h = koefisien perpindahan kalor (W/m2 0C)

k = konduktivitas termal (W/m 0C)

D = diameter pipa (m)

Nud =bilangan Nusselt [16]

(e) Pemanas Heater

Ket : h = koefisien perpindahan kalor (W/m2 0C)

= jari-jari (m)

L = panjang pipa (m)

= temperatur dinding (0C)

= temperatur bulk (0C)

(f) Perpindahan kalor total

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

cp = kalor jenis pada tekanan konstan(Joule/Kg oC)

Tw = temperatur dinding (0C)

Tb = temperatur bulk (0C) [17]

3.2.4 Aplikasi Konveksi Paksa

1. Sistem suplai air panas

Prinsip kerja : Air panas di dalam ketel naik ke bagian atas tangki penyimpan. Air dingin di dalam tangkiutama kemudian turun menuju keketel untuk dipanaskan.Tangki utama dihubungkan ke suplai air dingin oleh katup yang dikendalikan oleh pelampung. Jikaketinggian air di dalam tangki utama berada di bawah ketinggian minimum tertentu, maka pelampungakan membuka katup suplai air. Pipa luapan berfungsi mengalirkan luapan air panas yang dihasilkan kedalam tangki utama.

Gambar 3.5 Skema perpindahan panas pada sistem suplai air panas [18]

3.2.5Alat dan Prosedur Pengujian

3.2.5.1 Bagian Bagian Alat Beserta Fungsinya

Heater

Display termo kopel

Blower

Pipa A

Pipa B+Kain asbestos+gips

Gambar 3.6 Alat pengujian konveksi paksa.[19]

1. Dioda Weatstone

Berfungsi untuk menyearahkan arus listrik

Gambar 3.7 Dioda weatstone. [19]

2. Anemometer

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

Gambar 3.8 Anemometer. [19]

3. Watt meter

Berfungsi untuk mengukur daya yang masuk.

Gambar 3.9 Watt meter.[19]

4. Asbestos

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

Gambar 3.10 Asbestos [19]

5. Gips

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

Gambar 3.11 Gips[19]

6. Kawat Filamen

Berfungsi untuk mendistribusikan panas ke pipa konveksi

Gambar 3.12 Kawat filament [19]

7. Regulator

Berfungsi untuk mengatur daya yang dikeluarkan

Gambar 3.13 Regulator [19]

8. Pipa Konveksi

Berfungsi untuk arah aliran fluida (udara).

Gambar 3.14 Pipa konveksi. [19]

9. Thermo display

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

Gambar 3.15 thermo display [19]

10. Blower

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

Gambar 3.16 Blower [19]

11. Thermo kopel

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

Gambar 3.17 Sensor Thermokopel (Fine Thermocouple) [19]

12. Stopwatch

Berfungsi mengukur waktu sampai terjadi kondisi steady state.

Gambar 3.17 stopwatch [19]

3.2.5.2 Prosedur Pengujian

Prosedur pengujian praktikum konveksi alami dan konveksi paksa aliran udara pipa horizontal adalah:

1. Menyambungkan alat-alat ke sumber listrik.

2. Mengatur daya keluaran dengan regulator sebesar 60 watt yang terukur pada watt meter

3. Mencatat suhu dinding awal pada thermo display dan suhu keluaran awal dengan anemometer.

4. Mencatat perubahan suhu dinding dan suhu keluaran setiap 30 detik dengan stopwatch hingga mencapai steady state (saat suhu dinding dan suhu keluaran tetap sama selama 5 kali pengambilan)

5. Setelah mencapai steady state, nyalakan blower untuk pengambilan data penurunan suhu.

6. Mencatat suhu dinding awal, suhu keluaran awal, dan kecepatan awal aliran

7. Mencatat perubahan suhu dinding, suhu keluaran, dan kecepatan aliran setiap 30 detik hingga mencapai steady state.

8. Setelah mencapai steady state, pencatatan dihentikan.

9. Mematikan blower.

3.3DATA PERHITUNGAN DAN ANALISA

3.3.1 Data Hasil Percobaan

Tabel 3.1 Kenaikan Temperatur

No.

Waktu (s)

Suhu Dinding (oC)

Suhu Udara Keluar (oC)

Kecepatan aliran (m/s

T1

T2

T3

T4

Trata-rata

T5

Um

1.

0

36

38

41

35

37,50

31

0,1

2.

30

37

39

42

35

38,25

31

0,1

3.

60

38

39

42

36

38,75

32

0,1

4.

90

38

40

43

36

39,25

32

0,1

5.

120

38

40

43

36

39,25

32

0,1

6.

150

39

40

43

36

39,35

32

0,1

7.

180

39

40

44

36

39,75

32

0,1

8.

210

39

41

44

36

40,00

32

0,1

9.

240

40

41

45

37

40,75

32

0,1

10.

270

40

41

45

37

40,75

32

0,1

11.

300

40

41

45

37

40,75

32

0,1

12.

330

40

42

45

37

41,00

32

0,1

13.

360

41

42

46

37

41,50

32

0,1

14.

390

41

42

46

37

41,50

32

0,1

15.

420

41

43

46

37

41,75

32

0,1

16.

450

41

43

46

37

41,75

32

0,1

17.

480

41

43

46

38

42,00

32

0,1

18.

510

42

43

47

38

42,50

32

0,1

19.

540

42

43

47

38

42,50

32

0,1

20.

570

42

43

47

38

42,50

32

0,1

21.

600

42

43

47

38

42,50

32

0,1

22.

630

42

43

47

38

42,50

32

0,1

Tabel 3.2 Penurunan Temperatur

No.

Waktu (s)

Suhu Dinding (oC)

Suhu Udara Keluar (oC)

Kecepatan aliran (m/s)

T1

T2

T3

T4

Trata-rata

T5

Um

1.

0

42

43

47

38

42,50

34

2,8

2.

30

39

43

45

38

41,00

34

2,8

3.

60

39

42

45

38

41,00

34

2,8

4.

90

38

41

44

38

40,25

34

2,8

5.

120

38

41

44

38

40,25

34

3,0

6.

150

38

41

44

38

40,25

34

2,8

7.

180

37

41

43

38

39,75

34

2,9

8.

210

37

40

43

38

39,50

34

3,0

9.

240

37

40

43

38

39,50

34

2,8

10.

270

37

40

43

38

39,50

34

2,8

11.

300

37

40

43

37

39,25

34

2,8

12.

330

36

40

43

38

39,25

34

2,8

13.

360

36

40

42

37

38,75

34

2,9

14.

390

36

39

42

37

38,50

34

2,7

15.

420

36

39

42

37

38,50

34

2,8

16.

450

36

39

42

37

38,50

34

2,8

17.

480

36

39

42

37

38,50

34

2,8

18.

510

36

39

42

37

38,50

34

2,8

3.3.2Perhitungan Ralat

a. Sampel perhitungan dari tabel data kenaikan suhu (konveksi alami), diketahui:

Tabel 3.3 Sampel Data Konveksi Alami Pada t = 0 detik

Tn

T (Suhu), oC

(Tn-)2

T1

36

2,25

T2

38

0,25

T3

41

12,25

T4

35

6,25

Trata-rata

= 37,5

= 21

Galat (eror)

= 4 %

= -1,33 %

= -9,33 %

= 6,66 %

T

= 1,322876

Nilai T sesungguhnnya = ( T)

= (37,5 1.322876) oC

Ralat Nisbi =

= 3,52 %

Keseksamaan =

= 96,472 %

No.

Waktu

(detik)

T

Ralat Nisbi (%)

Keseksamaan (%)

Galat (%)

T1

T2

T3

T4

1

0

1,322876

3,52

96,47

4,00

-1,33

-9,33

6,67

2

30

1,493039

3,90

96,09

3,27

-1,96

-9,80

8,50

3

60

1,25

3,22

96,77

1,94

-0,65

-8,39

7,10

4

90

1,493039

3,80

96,19

3,18

-1,91

-9,55

8,28

5

120

1,493039

3,80

96,19

3,18

-1,91

-9,55

8,28

6

150

1,443376

3,65

96,34

1,27

-1,27

-8,86

8,86

7

180

1,652019

4,15

95,84

1,89

-0,63

-10,69

9,43

8

210

1,683251

4,20

95,79

2,50

-2,50

-10,00

10,00

9

240

1,652019

4,05

95,94

1,84

-0,61

-10,43

9,20

10

270

1,652019

4,05

95,94

1,84

-0,61

-10,43

9,20

11

300

1,652019

4,05

95,94

1,84

-0,61

-10,43

9,20

12

330

1,683251

4,10

95,89

2,44

-2,44

-9,76

9,76

13

360

1,848423

4,45

95,54

1,20

-1,20

-10,84

10,84

14

390

1,848423

4,45

95,54

1,20

-1,20

-10,84

10,84

15

420

1,887459

4,52

95,47

1,80

-2,99

-10,18

11,38

16

450

1,887459

4,52

95,47

1,80

-2,99

-10,18

11,38

17

480

1,683251

4,00

95,99

2,38

-2,38

-9,52

9,52

18

510

1,848423

4,34

95,65

1,18

-1,18

-10,59

10,59

19

540

1,848423

4,34

95,65

1,18

-1,18

-10,59

10,59

20

570

1,848423

4,34

95,65

1,18

-1,18

-10,59

10,59

21

600

1,848423

4,34

95,65

1,18

-1,18

-10,59

10,59

22

630

1,848423

4,34

95,65

1,18

-1,18

-10,59

10,59

Tabel 3.4 Hasil Perhitungan Ralat Kenaikan Temperatur (Konveksi Alami)

b. Sampel perhitungan dari tabel data penurunan suhu (konveksi paksa), diketahui:

Tabel 3.5 Sampel Data Konveksi Paksa Pada t = 0 detik

T (Suhu), oC

(T-)2

T1

42

0,25

T2

43

0,25

T3

47

20,25

T4

38

20,25

Trata-rata

= 42,5

= 41

Galat (eror)

= 1,18 %

= -1,18 %

= -10,59 %

= 10,59 %

T

= 1,848423

Nilai T sesungguhnnya = ( T)

= (42,5 1.848423) oC

Ralat Nisbi =

= 4,34 %

Keseksamaan =

= 95,65 %

Tabel 3.6 Hasil Perhitungan Ralat Penurunan Temperatur (Konveksi Paksa)

No.

Waktu

(detik)

T

Ralat Nisbi (%)

Keseksamaan (%)

Galat (%)

T1

T2

T3

T4

1

0

1,848423

4,34

95,65

1,18

-1,18

-10,59

10,59

2

30

1,652019

4,00

95,99

5,45

-4,24

-9,09

7,88

3

60

1,581139

3,85

96,14

4,88

-2,44

-9,76

7,32

4

90

1,436141

3,56

96,43

5,59

-1,86

-9,32

5,59

5

120

1,436141

3,56

96,43

5,59

-1,86

-9,32

5,59

6

150

1,436141

3,56

96,43

5,59

-1,86

-9,32

5,59

7

180

1,376893

3,46

96,53

6,92

-3,14

-8,18

4,40

8

210

1,322876

3,34

96,65

6,33

-1,27

-8,86

3,80

9

240

1,322876

3,34

96,65

6,33

-1,27

-8,86

3,80

10

270

1,322876

3,34

96,65

6,33

-1,27

-8,86

3,80

11

300

1,436141

3,65

96,34

5,73

-1,91

-9,55

5,73

12

330

1,493039

3,80

96,19

8,28

-1,91

-9,55

3,18

13

360

1,376893

3,55

96,44

7,10

-3,23

-8,39

4,52

14

390

1,322876

3,43

96,56

6,49

-1,30

-9,09

3,90

15

420

1,322876

3,43

96,56

6,49

-1,30

-9,09

3,90

16

450

1,322876

3,43

96,56

6,49

-1,30

-9,09

3,90

17

480

1,322876

3,43

96,56

6,49

-1,30

-9,09

3,90

18

510

1,322876

3,43

96,56

6,49

-1,30

-9,09

3,90

3.3.3Perhitungan Data Hasil Praktikum

Contoh Perhitungan Konveksi Alami (Tabel 3.1)

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

L = 175 cm = 1,75 m (Panjang pipa)

DI= 5,6 cm = 0,056 m (Diameter dalam pipa)

Tb=Suhu fluida

Tw=Suhu dinding

Diperoleh dari tabel 3.1 pada no. 1

Tw = Trata-rata = 37,50 oC = 310,5 K

Tb = T dikota Semarang pada 1 atm = 32 oC = 305 K

a. Suhu Limbak / Suhu Film

307,75 K

Dengan melihat tabel A-5 (holman) dan melakukan interpolasi didapat:

= 1.149593 kg/m3

Tabel 3.7 Interpolasi temperatur dengan densitas

T

300

1.1774

X

350

0.998

Cara melakukan interpolasi :

1,149593kg/m3

Dengan cara yang sama maka diperoleh data sebagai berikut :

k = 0,0264 W/moC

= 1,9879 x 10-5 kg/m.s

w = 1,989 x 10-5 kg/m.s

Pr = 0,7074

b. Angka Reynold

323,8453

Bilangan Reynold 2300 maka Alirannya laminar

c. Angka Nusselt

Dimana

d. Koefisien perpindahan kalor konveksi

W/m2 oC

e. Panas heater

Contoh Perhitungan Konveksi Paksa (Tabel 3.2)

Um= 2,8 m/s(Laju aliran udara)

L = 175 cm = 1,75 m (Panjang pipa)

Ddalam= 5,6 cm = 0,056 m (Diameter dalam pipa)

Tb=Suhu fluida

Tw=Suhu dinding

Diperoleh dari tabel 3.2 pada no. 1

Tw = Trata-rata = 42,50 oC = 315,5 K

Tb = T dikota semarang pada saat 1 atm = 32 oC = 305 K

a. Suhu Limbak / Suhu Film

Dengan melihat tabel A-5 (holman) dan melakukan interpolasi didapat:

= 1.140623 kg/m3

Tabel 3.8 Interpolasi temperatur dengan densitas

T

300

1.1774

311,25

X

350

0.998

Cara melakukan interpolasi :

x = 1,140623

Dengan cara yang sama maka diperoleh data sebagai berikut :

k = 0,0269 W/moC

= 2,0010 x 10-5 kg/m.s

w = 2,0110 x 10-5 kg/m.s

Pr= 0.7058

b. Angka Reynold

Bilangan Reynold 2300 maka Alirannya turbulen

c. Angka Nusselt

Dimana

d. Koefisien perpindahan kalor konveksi

W/m2 oC

e. Panas heater

3.3.4 Tabel Hasil Pengolahan Data

Tabel 3.9 Hasil perhitungan data konveksi alami aliran pipa horizontal

No.

Um (m/s)

Red

Nud

h (W/m2 0C)

Q heater (watt)

Tw (0C)

Tb (0C)

1.

0,1

323,8453

3,612963

1,703254

2,882689

37,5

32

2.

0,1

323,4663

3,611553

1,702589

3,274505

38,25

32

3.

0,1

323,2136

3,610612

1,702146

3,535544

38,75

32

4.

0,1

322,9609

3,609671

1,701702

3,796446

39,25

32

5.

0,1

322,9609

3,609671

1,701702

3,796446

39,25

32

6.

0,1

322,9104

3,609483

1,701613

3,84861

39,35

32

7.

0,1

322,7082

3,608729

1,701258

4,057212

39,75

32

8.

0,1

322,5819

3,608258

1,701036

4,187543

40

32

9.

0,1

322,2028

3,606845

1,70037

4,57833

40,75

32

10.

0,1

322,2028

3,606845

1,70037

4,57833

40,75

32

11.

0,1

322,2028

3,606845

1,70037

4,57833

40,75

32

12.

0,1

322,0765

3,606373

1,700147

4,708524

41

32

13.

0,1

321,8238

3,60543

1,699703

4,968809

41,5

32

14.

0,1

321,8238

3,60543

1,699703

4,968809

41,5

32

15.

0,1

321,6974

3,604958

1,69948

5,098899

41,75

32

16.

0,1

321,6974

3,604958

1,69948

5,098899

41,75

32

17.

0,1

321,5711

3,604486

1,699258

5,228956

42

32

18.

0,1

321,3184

3,603541

1,698812

5,488965

42,5

32

19.

0,1

321,3184

3,603541

1,698812

5,488965

42,5

32

20.

0,1

321,3184

3,603541

1,698812

5,488965

42,5

32

21.

0,1

321,3184

3,603541

1,698812

5,488965

42,5

32

22.

0,1

321,3184

3,603541

1,698812

5,488965

42,5

32

Tabel 3.10 Hasil perhitungan data konveksi paksa aliran pipa horizontal

No.

Um

(m/s)

Red

Nud

h

(W/m2 oC)

Qheater

(watt)

Tw

(oC)

Tb

(oC)

1.

2,8

8938,015

34,80279

16,71777

54,01612

42,5

32

2.

2,8

8959,102

34,86846

16,74932

46,38689

41

32

3.

2,8

8959,102

34,86846

16,74932

46,38689

41

32

4.

2,8

8969,646

34,90129

16,76508

42,56135

40,25

32

5.

3

9610,335

36,88179

17,71643

44,97653

40,25

32

6.

2,8

8969,646

34,90129

16,76508

42,56135

40,25

32

7.

2,9

9297,27

35,91746

17,25321

41,14597

39,75

32

8.

3

9621,631

36,91647

17,73309

40,9262

39,5

32

9.

2,8

8980,189

34,9341

16,78085

38,72851

39,5

32

10.

2,8

8980,189

34,9341

16,78085

38,72851

39,5

32

11.

2,8

8983,704

34,94504

16,7861

37,44929

39,25

32

12.

2,8

8983,704

34,94504

16,7861

37,44929

39,25

32

13.

2,9

9311,83

35,96245

17,27482

35,8817

38,75

32

14.

2,7

8673,024

33,97486

16,32007

32,64307

38,5

32

15.

2,8

8994,247

34,97785

16,80186

33,60674

38,5

32

16.

2,8

8994,247

34,97785

16,80186

33,60674

38,5

32

17.

2,8

8994,247

34,97785

16,80186

33,60674

38,5

32

18.

2,8

8994,247

34,97785

16,80186

33,60674

38,5

32

3.4PEMBAHASAN

3.4.1 Grafik dan Analisa Grafik

a. Grafik & Analisa Tw vs t

Gambar 3.18 Grafik data kenaikan dan penurunan suhu dinding terhadap waktu

Analisa grafik :

Grafik diatas menunjukkan hubungan antara kenaikan dan penurunan suhu dinding terhadap waktu yang berbanding lurus walaupun pada kenyataannya garis yang terbentuk tidak linier sempurna. Dapat dianalisa bahwa pada data kenaikan suhu dinding, 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. Sedangkan pada data penurunan suhu dinding, penurunan 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 & Analisa Tout vs t

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. sedangkan pada data penurunan, temperatur keluarannya konstan dan mengalami kenaikan. Hal tersebut terjadi karena adanya pengaruh gaya dari blower yang diberikan menyebabkan temperatur dalam pipa horizontal mengalir dengan temperatur luaran yang relatif konstan. Suhu dalam pipa yang cukup tinggi didinginkan dengan hembusan angin blower, sehingga kalor dari udara dinding sekitar diserap dan terbawa keluar pipa horizontal.

c. Grafik Analisa Um vs h

Analisa grafik :

Grafik diatas menunjukkan hubungan antara kecepatan aliran dengan koefisien panas konveksi pada data penurunan suhu. Kecepatan aliran sangat mempengaruhi bilangan reynold yang berkaitan dengan bilangan nusselt. Besarnya kofisien panas konveksi sangat bergantung pada besarnya bilangan reynold. Dapat dianalisa bahwa kecepatan aliran sebanding dengan koefisien perpindahan panas konveksi. Semakin besar kecepatan alirannya maka koefisien konveksinya juga semakin besar.

3.5KESIMPULAN DAN SARAN

3.5.1 Kesimpulan

Hasil perhitungan yang didapat dari percobaan :

a. Sampel perhitungan konveksi alami:

Red =

Nud =

h = /m

T = 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

Dapat disimpulkan bahwa :

1. 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.

2. 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.

3. 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.

3.5.2. 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.

4. Dalam percobaan ini sebaiknya dilakukan pada tempat yang memiliki kondisi steady sehingga tidak mempengaruhi data percobaan.

Grafik Suhu Dinding terhadap Waktu

Data kenaikan030609012015018021024027030033036039042045048051054057060063037.538.2538.7539.2539.2539.3539.754040.7540.7540.754141.541.541.7541.754242.542.542.542.542.5Data penurunan030609012015018021024027030033036039042045048051054057060063042.5414140.2540.2540.2539.7539.539.539.539.2539.2538.7538.538.538.538.538.5

Waktu (s)

Temperatur ( oC)

Grafik Suhu Keluaran terhadap Waktu

Data kenaikan suhu keluaran030609012015018021024027030033036039042045048051054057060063031313232323232323232323232323232323232323232Data penurunan suhu keluaran0306090120150180210240270300330360390420450480510540570600630343434343434343434343434343434343434

Waktu (s)

Temperatur (oC)

Grafik Koefisien Konveksi terhadap Kecepatan Aliran

Koefisien konveksi2.82.82.82.832.82.932.82.82.82.82.92.72.82.82.82.80.239478117631094140.239666298267357550.239666298267357550.239760277870456590.245338086891437550.239760277870456590.242644594659846110.245434177516270810.239854183856284870.239854183856284870.239885469517068990.239885469517068990.242771193206492650.23708767942559880.239979277570455340.239979277570455340.239979277570455340.23997927757045534

Kecepatan aliran (m/s)

Koefisien konveksi (W/m2 oC)

%

100

-

=

T

Tn

T

T

e

%

100

5

.

37

36

5

.

37

1

-

=

T

e

%

100

5

.

37

38

5

.

37

2

-

=

T

e

%

100

5

.

37

41

5

.

37

3

-

=

T

e

%

100

5

.

37

35

5

.

37

4

-

=

T

e

(

)

(

)

1

2

-

-

S

=

n

n

T

Tn

(

)

1

4

4

21

-

=

%

100

T

T

d

%

100

5

,

37

1.322876

=

%

100

1

-

T

T

d

%

100

5

,

37

1.322876

1

-

=

%

100

5

.

42

42

5

.

42

1

-

=

T

e

%

100

5

.

42

43

5

.

42

2

-

=

T

e

%

100

5

.

42

47

5

.

42

3

-

=

T

e

%

100

5

.

42

38

5

.

42

4

-

=

T

e

(

)

(

)

1

2

-

-

S

=

n

n

T

T

(

)

1

4

4

41

-

=

%

100

5

,

42

1,848423

=

%

100

5

,

42

1,848423

1

-

=

2

C

w