Konveksi Alami
∆∆
Konveksi alami
Konveksi Paksa
Konveksi alami
∆P ∆T
TT1
T T2
T1 > T2
Gaya apung: ada gerakan fluida Gaya apung karena perbedaan temperatur fluida
dinyatakan dalam koefisien ekspansi volume
Konveksi alami
Konveksi alami
Konveksi alami
Konveksi alami
Hk Newton II : dimana:
Percepatan arah x (ax) merupakan turunan pertama kecepatan, u(x,y) yaitu:
Konveksi alami
Gaya pada arah x adalah:
Masukkan persamaan di atas ke pers. Kekekalan Momentum:
Konveksi alami
Gaya yang bekerja pada elemen
Gradien tekanan arah-x dihasilkan dari perubahan ketinggian plat yaitu:
Subsitusi pers ini ke pers. Momentum diperoleh:
Koef ekaspansi volume:
Diperoleh:
Konveksi alami
Pers diatas dibangun dari: Gerakan fluida karena pengaruh gaya apung
Pers ini terdiri dari pers kontinu, momentum dan energi kemudian diselesaikan dengan persamaan differensial biasa orde dua dan diselesaikan dengan cara numerik.
Konveksi alami
Persamaan Emfiris untuk Konveksi Bebas h untuk konveksi bebas untuk
berbagai keadaan adalah:
indeks f menunjukkan sifat film pada suhu:
Bilangan Rayleight (Ra):
Konveksi alami
Dimendi karakteristikDitentukan dari jenis geometriPers umum :
Harga c dan m pada berbagai jenis geometri ditentukan dari tabelBentuk plat vertikal dan silinder horizontal hubungan antara Nu dengan Gr dan Pr dapat dilihat pada gambar.
Konveksi alami
Konveksi alami
Perpindahan panas dari plat vertikal
Konveksi alami
Perpindahan panas dari silinder horizontal
Konveksi alami
KONVEKSI BEBAS DARI PLAT VERTIKAL DA SILINDERPermukaan yang isothermalBila ketebalan lapisan tidak terlalu besar thd D silinder, maka perpindahan panas dihitung sebagai platKriteria umum menggunakan silinder vertikal dianggap sebagai plat vertikal
Konveksi alami
Hubungan berdasarkan angka RaL:
Konveksi alami
RaL Rumus
> 109
Permukaan dengan Fluks Panas KonstanPermukaan vetikal dan miring ke air:
Grx* : bil Grashop yng dimodifikasi
qw : fluks panas = q/A
Konveksi alami
Secara umum:h lokal menggunakan rumus
rata-rata dihitung dengan:
Konveksi alami
Rumus umum
Digunakan juga untuk menentukan h lokal
diperoleh:
Atau:
Konveksi alami
Contoh:
Hitung: suhu rata-rata di plat
Konveksi alami
2 m
3,5 m
qw = 800 W/m2
isolasi
Udara 30oC
Penyelesaian: Rumus
Masalahnya: Tf = ? Untuk mengetahui sifat-sifat fluida. Maka asumsikan h = 10 W/m2
Sehingga dapat dihitung ∆T:
Pada suhu 70oC sifat audara
Konveksi alami
Bila x = 3,5 m, maka
Harga h:
5,36 = hx << h = 10 yang diasumsikan, maka dihitung kembali ∆ T,
Konveksi alami
Sifat udara suhu : 104,5 oC
Konveksi alami
Contoh :
Hitung : q = ?
Konveksi alami
4 m
Suhu plat 60oC
10 m
Udara, 10oC
Udara, 10oC
Konveksi alami
Konveksi Bebas dari Silinder Horizontal
Sifat fluida pada suhu film (Tf)
Dari silinder horizintal ke cairan:
Konveksi alami
Contoh:
Konveksi alami
q = ???
2 cm
38oC
Air 27oC
Konveksi alami
Konveksi alami
Konveksi alami
Konveksi alami
Konveksi alami
Konveksi Bebas dari Plat Horizontal
h dihitung dari pers 7.25: dengan kontanta C dan m sesuai dengan
Tabel 7.1. Karekteristik dimensi (L) dihitung
menggunakan:A = luas permukaan platP = panjang perimeter sisi plat
Bila fluks panas konstanUntuk permukaan dipanaskan menghadap ke atas
Konveksi alami
Untuk permukaan dipanaskan menghadap ke bawah:
Sifat fluida ditentukan pada suhu Te:
Fluks panas rata-rata: Bilangan Nu :
Konveksi alami
Benda Bentuk tak beraturan:-Tak ada rumus umum- Bila silnder dng tinggi =diameter, maka C=0.775 and m=0.208- Bil. Nu dan Gr menggunakan D sbg panjang
karakteristik- Aliran laminer : C =
0,52 dan m =¼
Konveksi alami
Contoh Soal:
h = ???Jawab: Gunakan pendekatan benda tak teraturTf = (60+10)/2 = 36oC = 308 K
Sifat fluida:
Konveksi alami
20 cm
Udara 10oC
60oC
Lihat tabel 7.1. C = 0,52 dan n = ¼
Dan
Kubus ada 6 sisi: A = 6(0,2 x 0,2) = 0,24 m2
Sehingga:
Konveksi alami
Konveksi Bebas Pada Permukaan Miring
Grc : Grashof kritis
Bila :
Konveksi alami
Untuk silinder miring dan aliran laminer:
Pers. Sederhana untuk UdaraKoef perpindahan panas ditaksir sesuai tabel 7.2
Konveksi alami
Bila tekanan P tinggi maka kalikan dengan:
Konveksi alami
Konveksi Bebas dari BolaKonveksi bebas dari bola ke udara:
Atau dengan memasukkan bila Pr:
Konveksi alami
Konveksi Bebas dalam ruang Tertutup
Konveksi alami
Konveksi alami
Fluks panas dihitung:
ke = konduktivitas termal efektif
Konveksi alami
PP pada ruang tertutup horizontal:Bila Grδ < 1700
konduksi murni
Ciri mulai konveksi terbentuk
pola sel –sel heksagonalBila Grδ < 50.000 turbulen
Konveksi alamiah dalam silinder vertikal dan horizontal
pada Dimana L = panjang silinder
Konveksi alami
Konduktivitas termak afektif fluida antara dua bola konsentrik :
Berlaku untuk: dan
Total panas dalam sel:
Sifat fluida diukur:
rm = (ri + ro)/2
Konveksi alami
Hasil percobaan konveksi bebas tidak selalu cocok satu sama lain, tapi bentuk umum:
harga C, n dan m pada tabel sbb:
Konveksi alami
Contoh 7.8
Hitung q ??Penyelesaian:
Konveksi alami
0,5 m
15 mm 0,5 m
100oC
40oC
Udara
Konveksi alami
Konveksi alami
Contoh 7.8
Hitung q ??Penyelesaian:
20 c m
1 mm
20 cm
100oC
40oC
Udara
Konveksi alami
Konveksi alami
Konveksi alami
Konveksi alami
Kombinasa Konveksi Bebas dan Paksa
Bila Re >>> pengaruh konveksi bebas berkurang
Konveksi alami
Konveksi alami
UWT = uniform wall temperatureUHF = uinform heat fluks
T1
T2
T1 > T2
Konveksi alami
d
L
Untuk aliran laminer dapat digunakan pers:
Rumus ini lebih baik dari menggunakan grafik di atas
Konveksi alami
Top Related