1. Sebuah kolektor matahari, berbentuk plat rata berukuran 1m2, terletak miring

dengan sudut 20 terhadap horizontal. Permukaan panas berada pada suhu 160o⁰

dan tekanan 0,1 atm. Sejajar di atas permukaan panas tersebut dipasang jendela

transparan yang berfungsi melewatkan energi radiasi dari matahari. Jarak antara

jendela transparan dengan permukaan panas adalah 8 cm. Suhu jendela transparan

dipertahankan pada 40⁰C. Hitunglah perpindahan kalor konveksi alami yang

terjadi antara permukaan panas dengan jendela transparan.

Diketahui:

T pada plat panas (Tw) = 160oC

T jendela (T∞) = 40oC

Tekanan = 0,1 atm

A plat panas = 1 m2

Jarak antara kedua plat = 8 cm = 0.08 m

L = 1 m

θ terhadap sumbu horizontal = 20o

θ terhadap sumbu vertikal = 90o - 20o= 70o

Ditanya: Q = ?

Gambar 10. Gambar sistem

Penyelesaian:

Asumsi:

Perpindahan kalor konveksi alami yang terjadi pada ruang tertutup plat mriring horizontal

Fluida yang terdapat didalam ruang tersebut adalah udara.

T m=(160+40)0C

2=1000C=373.15K

Pada suhu 373.15 K, sifat-sifat udara (pada Daftar A.5, Holman hal.589) dari hasil interpolasi:

Ɵ

μ=2.172×10−5 kgm . s

k=0 . 0317W

m .0C

β= 1T f

=2. 68×10−3K−1

Pr=0 .69

ρ=P .MrR .T f

=10100Pa

287J

kg .K.373 . 15K

=0 . 0946kg /m3

Menghitung nilai Grδ .Pr

Grδ .Pr=g . ρ2 . β (T w−T ∞ ) . L3 . Pr

μ2

Grδ .Pr=

9.8ms2

.( 0.0946kgm3 )

2

.2 .68 .10−3

k(433.15K−313.15K ) .(0.08m)3.0.69

(2.172.10−5 kgm

. s) .2

Grδ .Pr=2.11 .104

Sudut kemiringan plat terhadap sumbu horizontal θ=200

Dari daftar 7.3 kita didapatkan:

c=0.212

n=14

K eK

=C (Gr δ Prcosθ)n=0.212(21100.cos20)1 /4=2.516

Besar perpindahan kalor konveksi alami yang terjadi antara permukaan panas dengan jendela

transparan:

q=K e (T w−T ∞ ) A

δ=

2.5160 .0317 .W

m0C(160−40 )0C .(1m)2

0.08m=120W