Konveksi Pada Plat Miring

Orientasi kemiringan pelat apakah permukaannya mengahdap atas atau ke bawah merupakan salah satu factor yang mempengaruhi bilangan Nusselt. Untuk membuat perbedaan ini maka diberikan tanda .

Gambar 1. Konsep Negatif dan Positif pada Permukaan Miring (Sumber: Holman, 2010)

Nu = dan 105 (1) Untuk plat kemiringan kecil dan permukaan panas mengahadap ke bawah: (2)

Untuk plat dengan kemiringan dan permukaan panas mengahadap ke atas, dalam jangkaun :

(3)Perhitungan Penukar Kalor

Metode LMTDPada penukar kalor pipa ganda, fluidanya dapat mengalir dalam aliran sejajar maupun aliran lawan arah. Perpindahan kalor dalam susunan pipa ganda dapat dicari dengan menggunakan rumus :

(4)Di mana : = Koefisien Perpindahan Kalor Menyeluruh = Luas Permukaan= Beda Suhu Rata Rata

Beda suhu rata rata log (LMTD) adalah beda suhu pada satu ujung penukar kalor dikurangi beda suhu pada ujung yang satu lagi dibagi dengan logaritma alamiah dari perbandingan kedua beda suhu tersebut.

(5)Di mana subskrip h dan c masing masing menandai fluida panas dan fluida dingin.Jika suatu penukar kalor yang bukan jenis pipa ganda digunakan, maka perpindahan kalor dihitung dengan menggunakan faktor koreksi terhadap LMTD untuk susunan pipa ganda aliran lawan arah dengan suhu fluida panas dan suhu fluida dingin yang sama. Oleh karena itu, bentuk persamaan perpindahan kalor menjadi : (6)Nilai faktor koreksi F dapat ditentukan dari grafik yang disesuaikan dengan jenis penukar kalornya. Bila terdapat perubahan fase, seperti kondensasi atau penguapan, fluida biasanya berada pada suhu yang tetap sehingga persamaan di atas menjadi lebih sederhana. Untuk kondisi ini, nilai F = 1.

Metode NTU-Efektivitas

efektivitasnya:

1. Sebuah kolektor sinar matahari, berbentuk plat rata dengan ukuran 1 m 2, terletak miring dengan sudut 20o terhadap horizontal. Permukaan panas berada pada suhu 160o dan tekanan 0,1 atm. Sejajar diatas permukaan plat panas tersebut , dipasang jemdela transparan yang berfungsi untuk melewatkan energi radiasi matahari. Jarak antara jendela dengan permukaan panas adalah 8cm. Suhu jendela transparan dipertahankan 40o. Hitunglah perpindahan kalor konveksi alami antara permukaan panas dan jendela transparan. Dik: A = 1 m2 = 20 (terhadap horizontal) = 70 (terhadap vertikal) T2 = 60 P2 = 0,1 atm T1 = 40 L = 8 cm = 8x10-2 mDit: Q = ....Asumsi: Konveksi terjadi pada ruang tertutup Plat menghadap ke bawah Konveksi yang terjadi konveksi alamiah dengan fluida berupa udara

40 C

8 cm

160C 0,1 atm

Gambar 2. Perpindahan kalor konveksi alamiah pada plat miring (sumber:penulis)

Jawab:

Suhu rujukan Te dan Tm (untuk menetukan ) Te = T1-0.25 (T1- T2) = 160OC- 0.25(160-40)oC = 130OC = 403 KTm = T2 +0.50 (T1-T2) = 40 OC + 0.50 (160-40)oC = 100 OC= 373 K

Dengan menggunakan interpolasi data dari tabel 2 (tabel A-5 buku Heat Transfer J.P. Holman), didapatkan sifat-sifat udara pada 403 K : k = 0.03386 W/m.k Pr = 0.68864 0.0946 kg/m3 kg/m.s

Adapun nilai pada suhu 373 K = = 0.002681

Menentukan angka NuNu = (berlaku untuk dan 105 ) = 0.56 Nu = 5.02

Mencari nilai h = = 2.12 W/m2.oC

Mencari Nilai kalor yang berpindahq = h. A. = (2.12 W/m2.oC) (1m2) (160-40) oC = 254.4 WJadi, pada peristiwa ini banyaknya kalor yang terpindahkan antara jendela transparan dan permukaan panas yang memiliki kemiringan 20o terhadap horizon adalah 254,4 W6. Dalam sebuah alat penukar kalor aliran silang, digunakan gas panas (Cp = 1,09 kJ/kg oC) untuk memanaskan 2,5 kg/s air dari suhu 35oC hingga 85oC. Gas masuk pada suhu 200oC dan keluar pada suhu 93oC. Koefisien perpindahan kalor menyeluruh sebesar 180 W/m2C. Hitunglah luas penukar kalor dengan menggunakana) LMTDb) Metode NTU-efektifitasDik: Cp = 1,09 kJ/kg oC = 2,5 kg/s TC1 = Tw1 = 35 C TC2 = Tw2 = 85 C Th1 = 200 C TC2 = 93 CDit: A=...Asumsi: Heat Exchanger yang digunakan aliran silang sekali lintas Kedua fluida tak campur Kalor spesifik fluida tidak berubah menurut suhu Koefisien perpindahan kalor konveksi tetap untuk seluruh penukar kalor Terjai perubahan fase pada gas, sehingga harus menggunakan faktor koreksi Tidak ada pengotor

Gambar 3. Penukar kalor aliran silang, kedua fluida tidak bercampur (Sumber: Holman, 2010)

Jawab: Perpindahan kalor total ditentukan dari energi yang diserap air:

Oleh karena semua suhu fluida diketahui, LMTD dapat dihitung dengan menggunakan skema suhu pada Gambar(3) ialah

Gambar 4. Skema suhu penukar kalor aliran silang sekali lintas, kedua fluida tak-campur (Sumber: Holman, 2010) Perhitungan parameter P dan R untuk menghitung faktor koreksi:

Gambar 5. Grafik faktor koreksi penukar kalor aliran silang sekali lintas, kedua fluida tak-campur (Sumber: Holman, 2010)

Dengan menggunakan grafik pada Gambar (4), faktor koreksi yang didapat adalah 0,92. Perpindahan panas: , sehingga:

b. Perhitungan NTU

Suhu akhir dari alat penukar panas adalah