BAB III

PENGUJIAN KONVEKSI

3.1 PENDAHULUAN

Pada peristiwa perpindahan panas secara konveksi, perpindahan panas terjadi karena

terbawa aliran fluida. Secara termodinamika, konveksi dinyatakan sebagai aliran

entalpi, bukan aliran panas [1].

Gambar 3.1 Skema Perpindahan Panas Konveksi [2].

Pengelompokan aliran pada perpindahan konveksi berdasarkan dari bilangan

reynolds. Jenis aliran ada 2 yaitu aliran laminar dan aliran turbulen. Aliran laminar

dimana bilangan Reynold ≤ 2300 dan aliran turbulen jika bilangan Reynold ≥ 2300.

Perpindahan panas secara konveksi penting hal ini karena banyaknya penggunaan

perpindahan panas konveksi dalam kehindupan sehari-hari contohnya yaitu pendinginan

radiator pada mesin mobil. Pendinginan air radiator pada mobil memanfaatkan

perpindahan panas secara konveksi.

78

3.2 DASAR TEORI

Penyelesaian soal-soal perpindahan kalor secara kuantitatif biasanya didasarkan

pada neraca energi dan perkiraan laju perpindahan kalor. Perpindahan panas akan terjadi

apabila ada perbedaan temperatur antara dua bagian benda. Panas akan berpindah dari

temperatur tinggi ke temperatur yang lebih rendah. Panas dapat berpindah dengan tiga

cara, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Panas akan berpindah secara estafet dari

suatu partikel ke partikel yang lainnya dalam medium tersebut. Pada peristiwa konveksi,

perpindahan panas terjadi karena terbawa aliran fluida. Secara termodinamika, konveksi

dinyatakan sebagai aliran entalpi, bukan aliran panas [1].

Konveksi terbagi menjadi dua jenis, yaitu konveksi alami dan konveksi paksa.

Dimana konveksi alami adalah konveksi yang terjadi akibat pemaksaan oleh gaya

apung, dimana karena perbedaan massa jenis yang diakibatkan oleh variasi suhu pada

fluida. Sedangkan konveksi paksa terjadi ketika aliran disebabkan oleh gaya dari luar,

seperti kipas, pompa, atau angin di atmosfer [3].

Gambar 3.2 menunjukkan skema dari konveksi paksa

Gambar 3.2 Skema konveksi paksa [3].

79

Gambar 3.3 menunjukkan skema dari konveksi alami

Gambar 3.3 Skema konveksi alami [3].

3.2.1 Pengetahuan Umum Konveksi

Konveksi terbagi menjadi dua jenis, yaitu konveksi alami dan konveksi paksa.

Dimana konveksi alami adalah konveksi yang terjadi akibat pemaksaan oleh gaya

apung, dimana karena perbedaan massa jenis yang diakibatkan oleh variasi suhu pada

fluida. Sedangkan konveksi paksa terjadi ketika aliran disebabkan oleh gaya dari luar,

seperti kipas, pompa, atau angin di atmosfer [3].

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) [4].

80

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 = 2πrL)

Gradien temperatur (∆T) merupakan selisih temperatur antara temperatur objek dan

temperatur lingkungan/fluida [5].

3.2.2 Tujuan Praktikum Konveksi Paksa

Tujuan dari praktikum ini adalah:

1. Praktikan dapat menentukan 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

[1].

3.2.3 Rumus Perhitungan Konveksi Paksa

Rumusan konveksi paksa erat hubungannya dengan angka Reynolds (Re),

Prandtl (Pr), Nusselt (Nu). Ketiga bilangan ini membentuk persamaan:

Nud = C . Redm . Prn

Ket : Nud = Bilangan Nusselt

Red = Bilangan Reynold

Pr = Bilangan Prandtl

n = 0,4 (Pemanasan)

0,3 (Pendinginan)

Dimana C, m, dan n adalah konstanta yang harus ditentukan dari percobaan [6].

81

1. Bilangan Reynold

Bilangan tak berdimensi yang mengukur rasio gaya inersia dari fluida dengan

viskositas. Digunakan untuk menentukan kriteria aliran laminar dan turbulen [5].

R ed=ρ μm d

μ

Ket: Red = bilangan Reynold

µm = laju aliran udara (m/s)

ρ = massa jenis (kg/m3)

d = diameter (m)

µ = viskositas fluida (kg/m.s)

Batasan:

- Aliran Laminar (Re ≤ 2300)

- Aliran Turbulen (Re ≥ 2300) [1].

2. Bilangan Prandtl

Bilangan Prandtl merupakan bilangan yang digunakan sebagai perbandingan

viskositas kinematik fluida terhadap difusivitas termal fluida.

Pr =

va =

c p . μ

k

Dimana: v = viskositas kinematik

a = difusivitas termal (m2/s)

µ = viskositas dinamik (kg/m.s)

Cp = koefisien panas gas (kJ/kg.°C) [6].

82

Untuk aliran dalam pipa, seperti halnya aliran melewati plat datar profil

kecepatan serupa dengan profil suhu untuk fluida yang mempunyai bilangan

Prandtl satu.

3. Bilangan Nusselt

a. Aliran laminar berkembang penuh

Nud=1,86(ℜd x Pr)13 ( D

L )13 ( μ

μw)

13

Batasan Red.Pr DL

>10

Ket: Nud= bilangan Nusselt

µ = viskositas dinamik (kg/m.s)

µw= viskositas dinding (kg/m.s)

D = diameter pipa (m)

L = panjang pipa (m) [6].

b. Aliran turbulen berkembang penuh

Berdasar Sneider & Tate:

Nud=0,027 ℜd0,8 Pr

13 ( μ

μw)

0,14

Ket: Nud = bilangan Nusselt

µ = viskositas dinamik (kg/m.s)

µw= viskositas dinding (kg/m.s) [1].

c. Aliran turbulen berkembang penuh pada tabung licin

Nud = 0,023. Red0,8.Prn

Batasan : n = 0,4 (Pemanasan)

n = 0,3 (Pendingin)

0,6 < Pr < 100 (untuk aliran turbulen yang tidak berkembang sepenuhnya

didalam tabung licin dan dengan beda suhu moderat antara dinding fluida) [6].

83

4. Variabel perpindahan panas konveksi

Q=h . A.∆T

Keterangan : 𝑸 = Perpindahan Kalor (joule)

h = Koefisien Konveksi

A = Luas Penampang (m2)

T = Suhu (kelvin)

5. Koefisien Perpindahan Kalor

h= kD

Nud (W/m2.oC)

Dimana : h = koefisien perpindahan kalor (W/m2.°C)

K = konduktivitas termal (W/m.oC)

Nud = Nusselt number [1].

6. Pemanas Heater

Qheater = h. 2π. r. L ( Tw- Tb ) (Watt)

Ket: Q = Banyaknya kalor (Watt)

h = Koefisien perpindahan kalor (W/m2.°C)

r = Jari-jari (m)

L = Panjang Pipa (m)

Tb = Temperatur udara keluar (°C)

Tw = Temperatur dinding (°C) [6].

84

7. Suhu Limbak/Suhu Film

T f=T w+T b

2

Ket: T f = Suhu film (°C)

Untuk konsep suhu limbak (bulk temperatur) yaitu perpindahan kalor yang

melibatkan aliran dalam saluran tertutup, energi total yang ditambahkan dapat

dinyatakan dengan beda suhu-limbak:

Q=mc p(T w−T b)

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

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

Tw = temperatur dinding (0C)

Tb = temperatur bulk (0C) [6].

3.2.4 Aplikasi Konveksi Paksa

Gambar 3.5 Skema Perpindahan Panas pada Radiator [7].

85

Salah satu aplikasi konveksi paksa adalah kipas pada radiator mobil. Konveksi paksa

terjadi ketika kipas radiator pada mobil berputar dan menghasilkan tekanan udara ke

radiator yang menyebabkan cairan radiator pada mesin temperaturnya turun.

3.2.5 Alat dan Prosedur Pengujian

3.2.5.1 Bagian – Bagian Alat Beserta Fungsinya

Gambar 3.6 Skema Peralatan Konveksi Paksa [1].

1. Dioda Weatstone

Berfungsi untuk menyearahkan arus listrik

Gambar 3.7 Dioda Weatstone [8].

2. Anemometer

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

suhu fluida keluar

86

Pipa B + Kain asbestos +gips

Pipa A Blower

Display Termo kopel

Heater

Gambar 3.8 Anemometer [9].

3. Watt Meter

Berfungsi untuk mengukur daya yang masuk

Gambar 3.9 Watt Meter [8].

4. Asbestos

Berfungsi sebagai peredam panas yang akan merambat keluar melalui celah

sambungan pipa

Gambar 3.10 Asbestos [8].

5. Gips

Berfungsi sebagai isolator supaya panas dari pipa horizontal tidak keluar ke

lingkungan

87

Gambar 3.11 Gips [8].

6. Kawat Filamen

Berfungsi untuk mendistribusikan panas ke pipa konveksi

Gambar 3.12 Kawat filament [10].

7. Regulator

Berfungsi untuk mengatur tegangan yang dikeluarkan

Gambar 3.13 Regulator [8].

8. Pipa Konveksi

Berfungsi untuk arah aliran fluida (udara).

88

Gambar 3.14 Pipa konveksi [8].

9. Thermo display

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

Gambar 3.15 Thermo display [8].

10. Blower

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

Gambar 3.16 Blower [8].

11. Thermo kopel

Untuk mengukur suhu pada pipa konveksi (pada 4 titik).

89

Gambar 3.17 Sensor Thermokopel [8].

12. Stopwatch

Untuk meegukur waktu kenaikan dan penurunan temperatur .

Gambar 3.18 Stopwatch[8].

3.2.5.2 Prosedur Pengujian

Langkah-langkah pada pengujian ini 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.

90

4. Mencatat perubahan/kenaikan suhu dinding dan suhu keluaran setiap 30 detik

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.

3.3 DATA PERHITUNGAN DAN ANALISA

3.3.1 Data Hasil Percobaan

Tabel 3.1 Kenaikan Temperatur (Konveksi Alami)

NoWaktu

(s)

Suhu dinding (Tw)

Suhu udara keluar

T1 T2 T3 T4TRata-

rataT5

1 0 33 34 36 32 33,75 31,502 30 33 34 37 32 34,00 31,603 60 33 35 37 32 34,25 31,704 90 34 35 38 33 35,00 31,705 120 34 35 38 33 35,00 31,706 150 35 36 38 33 35,50 31,807 180 35 36 39 33 35,75 31,808 210 35 36 39 33 35,75 31,809 240 35 36 39 33 35,75 31,8010 270 36 36 39 33 36,00 31,8011 300 36 37 40 34 36,75 31,9012 330 36 37 40 34 36,75 31,9013 360 36 37 40 34 36,75 31,9014 390 36 37 40 34 36,75 31,9015 420 36 37 40 34 36,75 31,90

91

Tabel 3.2 Penurunan Temperatur (Konveksi Paksa)

NoWaktu Suhu dinding (Tw)

U (m/s)(s) T1 T2 T3 T4

TRata-rata

T5

1 0 36 37 40 34 36,75 32,30 4,002 30 35 37 40 34 36,50 32,40 4,203 60 35 37 40 34 36,50 32,40 4,304 90 35 37 40 34 36,50 32,40 4,405 120 35 37 40 34 36,50 32,40 4,506 150 35 37 40 34 36,50 32,40 4,50

3.3.2 Perhitungan Ralat

1. Sample perhitungan dari tabel konveksi alami pada 0 detik, diketahui :

Tabel 3.3 Sample Data Konveksi Alami Pada t = 0 detik

T (Suhu) 0C (T -)2

T1 33 0,5625T2 34 0,0625T3 36 5,0625T4 32 3,0625

T Rata-rata T = 33,75 Σ = 8,75

a. Galat (Error)

ɛT = |−Tn❑ |x 100 %

ɛT1 = |33,75−3333,75 |x 100 % = 2,22 %

ɛT2 = |33,75−3433,75 |x 100 % = 0,74 %

ɛT3 = |33,75−3633,75 |x 100 % = 6,66 %

ɛT4 = |33,75−3233,75 |x 100 % = 5,18 %

b. Standar Deviasi

92

δT = √ Σ¿¿¿¿ = √ 8,74 (4−1 )

= 0,853913

c. Nilai T sesungguhnya = (T ± δT)

T = (33,75 ± 0,851469) 0C

d. Ralat Nisbi

Ralat Nisbi = ( δT

T )×100 %=

0,85146933,75 x 100 % = 2,522872

e. Keseksamaan

Keseksamaan = (1−δT

T )×100 % =

(1−0,85146933,75 )

x100 %

= 97,47713 %

Tabel 3.4 Hasil Perhitungan Ralat Data Temperatur Konvensi Alami Aliran Pipa Horizontal

No.

Waktu Galat (%) Ralat Keseksa-maan (%)(detik) T1 T2 T3 T4

Nisbi (%)

1 02,22222

20,74074

16,66666

75,18518

50,854 2,53 97,47

2 302,94117

60,00000

08,82352

95,88235

31,080 3,18 96,82

3 603,64963

52,18978

18,02919

76,56934

31,109 3,24 96,76

4 902,85714

30,00000

08,57142

95,71428

61,080 3,09 96,91

5 1202,85714

30,00000

08,57142

95,71428

61,080 3,09 96,91

6 1501,40845

11,40845

17,04225

47,04225

41,041 2,93 97,07

7 1802,09790

20,69930

19,09090

97,69230

81,250 3,50 96,50

8 2102,09790

20,69930

19,09090

97,69230

81,250 3,50 96,50

9 2402,09790

20,69930

19,09090

97,69230

81,250 3,50 96,50

93

10 2700,00000

00,00000

08,33333

38,33333

31,225 3,40 96,60

11 3002,04081

60,68027

28,84353

77,48299

31,250 3,40 96,60

12 3302,04081

60,68027

28,84353

77,48299

31,250 3,40 96,60

13 3602,04081

60,68027

28,84353

77,48299

31,250 3,40 96,60

14 3902,04081

60,68027

28,84353

77,48299

31,250 3,40 96,60

15 4202,04081

60,68027

28,84353

77,48299

31,250 3,40 96,60

2. Sample perhitungan dari tabel konveksi paksa pada 0 detik, diketahui :

Tabel 3.5 Sample Data Konveksi Paksa Pada t = 0 detikT (Suhu) 0C (T -)2

T1 36 0,5625T2 37 0,0625T3 40 10,563T4 34 7,563

T Rata-rata T = 36,75 Σ = 8,75

a. Galat (Error)

ɛT = |−Tn❑ |x 100 %

ɛT1 = |36,75−3636,75 |x 100 % = 2,04 %

ɛT2 = |33,75−3736,75 |x 100 % = 0,68 %

ɛT3 = |33,75−4036,75 |x 100 % = 8,84 %

ɛT4 = |33,75−3436,75 |x 100 % = 7,48 %

b. Standar Deviasi

δT = √ Σ¿¿¿¿ = √ 8,74 (4−1 )

94

= 1,250000

c. Nilai T sesungguhnya = (T ± δT)

T = (36,75 ± 1,250000) 0C

d. Ralat Nisbi

Ralat Nisbi = ( δT

T )×100 %=

1,25000036,75 x 100 % = 3,401361 %

e. Keseksamaan

Keseksamaan = (1−δT

T )×100 % =

(1−1,25000036,75 )

x100 %

= 96,59864 %

Tabel 3.6 Hasil Perhitungan Ralat Data Temperatur Konveksi Paksa Aliran Pipa Horizontal

No.

Waktu Galat (%) Ralat Keseksa-maan (%)(detik) T1 T2 T3 T4

Nisbi (%)

1 02,04081

60,68027

28,84353

77,48299

31,25000

03,40 96,60

2 304,10958

91,36986

39,58904

16,84931

51,32287

63,62 96,38

3 604,10958

91,36986

39,58904

16,84931

51,32287

63,62 96,38

4 904,10958

91,36986

39,58904

16,84931

51,32287

63,62 96,38

5 1204,10958

91,36986

39,58904

16,84931

51,32287

63,62 96,38

6 1504,10958

91,36986

39,58904

16,84931

51,32287

63,62 96,38

95

3.3.3 Perhitungan 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 = 33,75 oC = 306,75 K

Tb = 32 oC = 305 K (Suhu standar 1 atm kota Semarang)

a. Suhu Limbak / Suhu Film

T f =T w+T b

2=306,75+305

2

T f =¿305,875 K

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

ρ = 1.1563 kg/m3

Tabel 3.7 Interpolasi temperatur dengan densitas

T ⍴

300 1,1774

305,875 X

96

350 0.998

Cara melakukan interpolasi :

batas x−batas bawahbatas atas−batas bawah

=ρx− ρb

ρa−ρb

305,875−300350−300

= x−1,17740,998−1,1774

x=[((−0,179450 ) . (5,875 ))+1,1774 ]

x=¿1,1563kg/m3

Dengan cara yang sama maka diperoleh data sebagai berikut :

k = 0,0264 W/moC

μ = 1,9879 x 10-5 kg/m.s

μw = 1,989 x 10-5 kg/m.s

Pr = 0,7074

b. Angka Reynold

R ed=ρ um d

μ

R ed=(1.1563

kgm 3 )X 0,1

ms

X 0,056 m

1,9879 X 10−5 kg/m . s

R ed=¿325,7405

Bilangan Reynold 2300 maka Alirannya laminar

97

c. Angka Nusselt

Nud=1,86.¿

Dimana μ=viskositas saat T f dan μW=viskositas saat T w

Nud=(1,86) X (325,7405 x 0.7074)0.3 x( 0.0561.75

)0.3

x( 1,9879 X 10−5

1,989 X 10−5 )0.14

Nud=3,6199

d. Koefisien perpindahan kalor konveksi

h= kD

. N ud

h=0,0264 W /m .C0,056 m

X 3,6199

h=1,7065W/m2 oC

e. Panas heater

Q=h .2 π .r . L.(Tw−Tb)

Q= (1,7065 ) W

m2C. (2π ) . (0,028 ) m. (1,75 ) m. (33,75−32)C

Q=0,9190Watt

Contoh Perhitungan Konveksi Paksa (Tabel 3.2)

Um = 4,0 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

98

Tw = Trata-rata = 36,75 oC = 309,75 K

Tb = 32 oC = 305 K (Suhu Standar 1 atm kota Semarang)

a. Suhu Limbak / Suhu Film

T f =T w+T b

2

T f =309,75+305

2=307,375

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

ρ = 1.1509 kg/m3

Tabel 3.8 Interpolasi temperatur dengan densitas

T ρ

300 1.1774

307,375 X

350 0.998

Cara melakukan interpolasi :

batas x−batas bawahbatas atas−batas bawah

=ρx− ρb

ρa−ρb

307,375−300350−300

= x−1,17740,998−1,1774

x=[((−0,179450 ) . (7,375 ))+1,1774 ]

x = 1,1509

99

Dengan cara yang sama maka diperoleh data sebagai berikut :

k = 0,0269 W/moC

μ = 2,0010 x 10-5 kg/m.s

μw = 2,0110 x 10-5 kg/m.s

Pr = 0.7058

b. Angka Reynold

R ed=ρ μm d

μ

R ed=(1,1509

kgm 3 )X 2,0110 X 10−5 m

sX 0,056 m

2,001 X 10−5kg /m .s

R ed=12884,67

Bilangan Reynold ≥ 2300 maka Alirannya turbulen

c. Angka Nusselt

Nud=0.027 . R ed0.8 . Pr0.3( μ

μW )0.14

Dimana μ=viskositas saat T f dan μW=viskositas saat T w

Nud=(0,027) x (12884,67)0.8 x (0,7058)0.3 x ( 2,0010 X 10−5

2,0110 X 10−5 )0.14

Nud=0,5631

d. Koefisien perpindahan kalor konveksi

h= kD

. N ud

h=0.0269W /m. C0.056 m

x0,5631

h=0,2705W/m2 oC

100

e. Panas heater

Q=h .2 π .r . L.(Tw−Tb)

Q= (0,2705 ) W

m2C. (2π ) . (0,028 ) m . (1,75 )m .(36,75−32)C

Q=0,3954 watt

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. 0,1 325,740 3,619 1,706 0,919 33,75 32

2. 0,1 325,614 3,619 1,706 1,050 34 32

3. 0,1 325,487 3,619 1,706 1,181 34,25 32

4. 0,1 325,108 3,617 1,705 1,574 35 32

5. 0,1 325,108 3,617 1,705 1,574 35 32

6. 0,1 324,856 3,616 1,705 1,836 35,5 32

7. 0,1 324,729 3,616 1,704 1,967 35,75 32

8. 0,1 324,729 3,616 1,704 1,967 35,75 32

9. 0,1 324,729 3,616 1,704 1,967 35,75 32

10. 0,1 324,603 3,615 1,704 2,098 36 32

11. 0,1 324,224 3,614 1,703 2,490 36,75 32

12. 0,1 324,224 3,614 1,703 2,490 36,75 32

13. 0,1 324,224 3,614 1,703 2,490 36,75 32

101

14. 0,1 324,224 3,614 1,703 2,490 36,75 32

15. 0,1 324,224 3,614 1,703 2,490 36,75 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. 4,0 12884,07 0,563 0,270 0,395 36,75 32

2. 4,2 13533,54 0,572 0,274 0,380 36,5 32

3. 4,3 13855,77 0,576 0,277 0,383 36,5 32

4. 4,4 14178 0,581 0,279 0,386 36,5 32

5. 4,5 14500,23 0,585 0,281 0,389 36,5 32

6. 4,5 14500,23 0,585 0,281 0,389 36,5 32

3.4 PEMBAHASAN

3.4.1 Grafik dan Analisa Grafik

a) Data Kenaikan Temperatur

102

0 30 60 90 12015018021024027030033036039042032.0032.5033.0033.5034.0034.5035.0035.5036.0036.5037.00

Grafik Hubungan Temperatur Dinding dengan Waktu

Konveksi Alami

Waktu (s)

Tem

pera

tur (

0C)

Gambar 3.6 Grafik Hubungan Temperatur Dinding dengan Waktu pada

konveksi alami

Analisa Grafik

Grafik diatas menunjukan hubungan kenaikan temperatur dinding dengan waktu.

Dari grafik tersebut terjadi kenaikan temperatur mengikuti bertambahnya waktu. Dari

grafik tersebut ditunjukkan juga terdapat kestabilan temperatur pada beberapa waktu.

Hal tersebut karena adanya perambatan panas dari heater pemanas ke dinding pipa,

sehingga temperatur pipa akan sama dengan temperatur heater pemanas.

103

0 30 60 90120

150180

210240

270300

330360

390420

31.30

31.40

31.50

31.60

31.70

31.80

31.90

32.00

Grafik Hubungan Temperatur Udara Keluar dengan Waktu

Konveksi Alami

Waktu (s)

Tem

pera

tur (

0C)

Gambar 3.7 Grafik Hubungan Temperatur Udara Keluar dengan Waktu pada

konveksi alami

Analisa Grafik

Grafik diatas menunjukkan hubungan temperatur udara keluar dengan waktu.

Dari grafik dapat terlihat bahwa suhu meningkat seiring dengan bertambahnya waktu.

Dari grafik tersebut juga didapati beberapa waktu yang memiliki kestabilan temperatur

pada percobaan. Hal tersebut karena adanya konveksi alami yang terjadi pada pipa.

104

b) Data Penurunan Temperatur

0 30 60 90 120 15036.35

36.40

36.45

36.50

36.55

36.60

36.65

36.70

36.75

36.80

Grafik Hubungan Temperatur Dinding dengan Waktu

Konveksi Paksa

Waktu (s)

Tem

pera

tur (

0C)

Gambar 3.8 Grafik Hubungan Temperatur Dinding dengan Waktu pada

konveksi paksa

Analisa Grafik

Grafik diatas menunjukan penurunan temperatur pada dinding pipa seiring

bertambahnya waktu. Hal tersebut dikarenakan adanya pengaruh blower yang

memberikan tekanan udara keluar pipa membawa kalor keluar pipa sehingga temperatur

pipa menjadi turun. Perpindahan panas ini dapat disebut perpindahan panas secara

konveksi paksa.

105

0 30 60 90 120 15032.2432.2632.2832.3032.3232.3432.3632.3832.4032.42

Grafik Hubungan Temperatur Udara Keluar dengan Waktu

Konveksi Paksa

Waktu (s)

Tem

pera

tur (

0C)

Gambar 3.9 Grafik Hubungan Temperatur Udara Keluar dengan Waktu pada

konveksi paksa

Analisa Grafik

Grafik diatas merupakan grafik hubungan temperatur udara keluar dengan

waktu. Dari grafik diatas didapati peningkatan temperatur pada udara keluar yang

terukur pada anemometer. Hal ini terjadi karena adanya udara yang diberikan blower

membawa kalor dari dinding pipa keluar sehingga udara keluar yang diterima

anemometer naik suhunya.

106

4 4.2 4.3 4.4 4.50.264

0.266

0.268

0.27

0.272

0.274

0.276

0.278

0.28

0.282

0.284

Grafik Hubungan Kecepatan dan Koefisien Perpindahan Kalor

Konveksi Paksa

Um(m/s)

h(W

/m2

oC)

Gambar 3.10 Grafik Hubungan Kecepatan dan Koefisien Perpindahan Kalor

pada Konveksi Paksa

Analisa Grafik

Grafik diatas adalah grafik hubungan kecepatan dan koefisien perpindahan kalor

pada konveksi paksa. Dari grafik diatas didapati bahwa laju aliran besarnya berbanding

lurus dengan koefisien perpindahan panasnya. Hal ini terjadi karena laju aliran yang

diberikan blower membantu panas dari pipa keluar sehingga koefisien perpindahan

panasnya akan semakin besar.

3.5 KESIMPULAN DAN SARAN

3.5.1 Kesimpulan

Dari penghitungan konveksi alami dapat diperoleh hasil berupa laju fluida (U),

bilangan reynold (Red), bilangan Nusselt (Nud), koefisiensi perpindahan panas (h),

panas heater (Q), suhu dinding (Tw), dan suhu udara (Tb). Hasil yang didapat dari

penghitungan tersebut antara lain bilangan reynold terbesar adalah 325,740 dan terkecil

adalah 3244,224. Nilai bilangan Nusselt terbesar adalah 3,619 dan terkecil 3,614.

107

Koefisiensi perpindahan panas terbesar adalah 1,706 W/m20C dan yang terkecil adalah

1,703 W/m20C. Temperatur dinding paling besar adalah 36,75 oC dan paling kecil 33,75 oC. Temperatur udara keluar paling besar adalah 31,900C dan paling kecil 31,500C.

Dari penghitungan konveksi paksa dapat diperoleh hasil berupa laju fluida (U),

bilangan reynold (Red), bilangan Nusselt (Nud), koefisiensi perpindahan panas (h),

panas heater (Q), suhu dinding (Tw), dan suhu udara (Tb). Laju fluida yang terbesar 4,5

m/s dan terkecil 4,0 m/s. Bilangan reynold terbesar 14500,23 dan terkecil adalah

12884,07. Bilangan Nusselt terbesar adalah 0,585 dan terkecil 0,563. Koefisiensi

perpindahan panas terbesar adalah 0,281 W/m2 oC dan terkecil 0,270 W/m2 oC.

Temperatur dinding terbesar adalah 36,75 oC dan terkecil 36,5 oC. Temperatur udara

keluar paling besar adalah 32,400C dan terkecil 32,300C.

Dari pengujian konveksi alami dan konveksi paksa, diperoleh grafik waktu (t) vs

suhu udara keluar (Tout) dan waktu (t) vs suhu dinding (Tw). Pada konveksi alami

didapatkan grafik yang berbanding lurus antara waktu (t) dengan suhu dinding (Tw).

Jadi semakin lama waktu pemanasan maka semakin besar temperatur dindingnya. Pada

konveksi alami juga didapatkan grafik yang berbanding lurus antara waktu (t) dengan

suhu udara keluar (Tout). Jadi semakin lama waktu pemanasan maka semakin besar

temperatur udara keluar. Pada konveksi paksa didapatkan grafik yang berbanding

terbalik antara waktu (t) dengan suhu dinding (Tw). Jadi semakin lama waktunya maka

temperatur dindingnya menurun. Pada konveksi paksa juga didapatkan grafik yang

berbanding lurus antara waktu (t) dengan suhu udara keluar (Tout). Jadi semakin lama

waktunya maka temperatur udara keluar semakin besar. Pada konveksi paksa juga

didapatkan grafik berbanding lurus antara kecepatan (v) dengan koefisien perpindahan

kalor (h). Jadi semakin besar laju aliran maka semakin besar koefisiensi perpindahan

panasnya.

3.5.2 Saran

1. Dalam mengambil data, praktikan sebaiknya teliti dan tidak terburu-buru.

2. Sebelum praktikum sebaiknya praktikan mempelajari dasar teori agar tidak

terjadi kesalahan ketika pengambilan data.

3. Untuk perkembangan penellitian objek penelitian diperluas dengan menambah

variabel yang mempengaruhi

108

DAFTAR PUSTAKA

[1] Job Sheet Praktikum Fenomena Dasar 2014

[2] Buchori, Luqman. 2004. Diktat Kuliah Perpindahan Panas. Semarang: Teknik

Kimia Universitas Diponegoro

[3] Incropera, Frank P. 2006. Fundamental of Heat and Mass Transfer 6 th ed. New

York : Wiley.

[4] http://id.wikipedia.org/wiki/Koefisien_pindah_panas diakses 27/05/2014

[5] Bruce R, Munson. 2002. Fundamentals of Fluid Mechanics. New York : Willey

[6] Holman, J. P. 1980. Perpindahan Kalor. Bandung : Erlangga

[7] http://otomotif-spot.blogspot.com diakses 27/05/2014 02:21

[8] Laboratorium Termofluida Universitas Diponegoro

[9] http://www.sgimportaciones.cl diakses 29/05/2014 02:14

[10] www.bangoalloy.com diakses 29/05/2014 02:18

109