4. Apa saja kekurangan dari persamaan empiris dalam penyelesaian permasalahan konveksi? Bagaimana antisipasi Anda untuk mengatasinya?

Kekurangan dari persamaan empiris antara lain:

1. Korelasi empiris sangat bergantung pada geometri situasi konveksi. Korelasi konveksi pada silinder dan bola akan berbeda dengan korelasi empiris pada plat datar, demikian pula dengan tube banks (rangkunan tbung).

2. Sifat – sifat fluida sangat mempengaruhi penggunaan persamaan empiris. Untuk menggunakan persamaan empiris maka harus diketahui sifat - sifat fluida tersebut, compressible atau incompressible dan harus diketahui viskositas serta densitasnya. Hal ini penting karena persamaan empiris diperoleh dari percobaan – percobaan yang dilakukan pada fluida tersebut. Maka persamaan empiris tersebut hanya berlaku / sesuai untuk fluida yang memiliki sifat – sifat yang sama dengan fluida yang digunakan dalam percobaan.

3. Persamaan empiris dipengaruhi oleh jenis aliran fluida. Untuk mengetahui jenis aliran fluida (laminar atau turbulen) maka harus dicari bilangan Reynold-nya. Apabila NRe < 2100 maka aliran fluida tersebut adalah laminar. Jika NRe > 4500 maka aliran fluida merupakan turbulen. Dengan diketahuinya jenis aliran maka dapat ditentukan persamaan yang sesuai untuk menghitung laju perpindahan kalor secara konveksi.

4. Persamaan empiris hanya sesuai untuk fluida dengan geometri situasi konveksi dan fluida dengan sifat – sifat sesuai dengan fluida percobaan. Maka dari itu persamaan empiris sangat banyak dan beragam. Penggunaannya harus disesuaikan dengan kondisi dan sifat fluida tersebut. Apabila salah pengaplikasiannya maka hasil bisa bias. Sebagai contoh, laju perpindahan konveksi pada plat apabila dihitung menggunakan persamaan empiris silinder maka hasil menjadi bias dan melenceng jauh.

Untuk mengatasinya, maka sebelum menghitung laju perpindahan kalor harus dianalisis terlebih dahulu kondisi fluida tersebut. Hal – hal yang perlu diperhatikan agar kekurangan persamaan empiris dapat teratasi antara lain:

1. Menganalisis geometri kondisi konveksi2. Mengetahui sifat – sifat fluida3. Mengetahui jenis aliran fluida (laminar / turbulen)

Setelah ketiga hal tersebut diketahui maka dapat ditentukan persamaan yang sesuai untuk kondisi fluida tersebut.

4. Berikan contoh sistem dimana terjadi perpindahan kalor secara konveksi bebas dan paksa secara simultan!

Ketika suatu fluida dialirkan di atas permukaan yang panas dengan kecepatan agak rendah, maka akan terjadi perpindahan kalor konveksi bebas dan paksa secara simultan. Hal ini terjadi karena bersamaan dengan kecepatan aliran paksa, terdapat pula kecepatan konveksi yang timbul karena gaya apung akibat berkurangnya densitas fluida di sekitar permukaan yang panas. Berdasarkan arah alirannya, gabungan konveksi bebas dan paksa dibagi menjadi dua, yaitu:

1) Aliran menunjang (aiding flow)Aiding flow adalah kondisi konveksi gabungan ketika arus konveksi paksa dan konveksi bebas mempunyai arah yang sama.

2) Aliran berlawanan (opposing flow)Opposing flow adalah kondisi konveksi gabungan ketika konveksi bebas dan konveksi paksa memiliki arah yang berlawanan.

Sebagai ukuran pengaruh konveksi bebas daat dirasiokan dengan:

Grℜ2 ∝

gaya apunggaya inersia

Hubungan dan kondisi perpindahan kalor terdapat pada gambar 8-10 dan 8-11 Buku “Schaum Teori dan Soal-Soal Perpindahan Kalor” oleh Donald R. Pitts dan Leighton E. Sissom (terj. E Jasifi)

Untuk Grℜ2 > 1,0 konveksi bebas memiliki peranan yang sangat penting.

1. Konveksi bebas terjadi ketika Gr >> Re2

2. konveksi paksa terjadi ketika Gr << Re2

3. campuran konveksi bebas dan konveksi paksa terjadi ketika Gr ≈Re2

grafik – grfik tersebut digunakna untuk memastikan apakah perimpitan konveksi bebas penting untuk

10−2<Pr DL

<1,0

Angka Grashof dibentuk dengan diameter tabung sebagai panjang karakteristik dan dengan perbedaan antara suhu dinding tabung dan suhu fluida lindak. Pada tabung horizontal, Angka Graetz didefinisikan sebagai

Gz=ℜPr DL

Referensi:

Holman, J.P. 1986. “Perpindahan Kalor” (terj. E. Jasifi). Jakarta : Erlangga.

Pitts, Donald R. dan Leighton E. Sissom. 1977. “Seri Buku Schaum Teori dan Soal – Soal Perpindahan Kalor” (terj. E. Jasifi). Jakarta : Erlangga.