Perpindahan Panas Konveksi

Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi dari permukaan media padat atau fluida yang diam menuju fluida yang mengalir (begerak) atau sebaliknya, dimana diantara keduanya terdapat perbedaan temperatur . Pergerakan fluida ditimbulkan oleh adanya bouyancy dari perubahan densitas fluida akibat perbedaan temperatur yang disebut free convection. Sedangkan pergerakan fluida akibat gaya dari luar seperti tiupan atau hisapan dari pompa, fan, kompressor dan lainnya disebut force convection.

 

Gambar 1. Perpindahan panas secara konveksi.

Persamaan perpindahan panas konveksi dikenal sebagai hukum Newton untuk pendinginan (Newton’s Law of Cooling) yang dipersamaankan sebagai berikut:

JikaT_s>T_∞ maka :

Dengan,

qKonv	:	Laju perpindahan panas konveksi (Watt)
h	:	Koefisien perpindahan panas konveksi (W/m2 .K)
A	:	Luas permukaan perpindahan panas (m2)
T∞	:	Temperatur permukaan (K)
Ts		Temperatur fluida (K)

Besarnya perpindahan panas konveksi juga ditentukan oleh besarnya koefisien perpindahan panas konveksi (h) yang tergantung dari dimensi dan kondisi aliran. Kondisi aliran untuk konveksi alami ditentukan dari Rayleigh Number (Ra_L) yaitu perkalian antara Grashof Number (Gr_L) dengan Prandtl Number (Pr), sehingga secara matematis dapat ditulis sebagai berikut :

 

Dengan,

g	:	Percepatan gravitasi (m/s2)
β	:	Koefisien ekspansi volume (1/K)
Ts	:	Temperatur permukaan (K)
T∞	:	Temperatur dari fluida (K)
Lc	:	Panjang karakteristik (m)
v	:	Viskositas kinematik fluida (m2/s)

Apabila : Ra_L > 10⁹ aliran adalah turbulen ; Ra_L ≈ 10⁹ kondisi kritis ; Ra_L < 10⁹ aliran adalah laminar.

Untuk perpindahan panas konveksi alami pada plat datar vertikal Nusselt Number ditentukan dengan persamaan :

Sedangkan untuk perpindahan panas konveksi alami pada plat datar horizontal penentuan harga Nusselt Number dibagi menjadi dua :

• Untuk plat horizontal dengan arah perpindahan panas ke atas,

Nu = 0,54 Ra_L^1/4 untuk 10=<Ra_L<10⁷

Nu = 0,15,Ra_L^1/3 untuk 10⁷<Ra_L<10¹¹

• Untuk plat horizontal dengan arah perpindahan panas ke bawah,

Nu = 0,27 Ra_L ^¼  dengan : 10⁵<Ra_L<10¹¹

Koefisien perpindahan panas konveksi (h) ditentukan dengan Nusselt Number (Nu).

Nu =HL_c/K  sehingga Nu =Nuk/L_c

Dengan,

Nu	:	Nusselt Number
H	:	Koefisien perpindahan panas konveksi (W/m2 .K)
K	:	Konduktivitas temal fluida (W/m .K)
Lc	:	Panjang karakteristik (m)

Refrensi :

Frank.P  Incropera  dan David P. DeWitt. Fundamentals of Heat Transfer, 4rd ed.. John Wiley & Sons, Inc., New York, 1996.