soal perpindahan panas konveksi pada sistem silindrik

Nama                           : Teguh Setiawan

NIM                            : 41312120039

Fakultas/Jurusan          : Teknik / Teknik Mesin

 
Soal

Sebuah silinder system termal memiliki diameter luar 60 mm, tinggi 20 cm, dan temperatur permukaan luarnya 227 ^oC. silinder tersebut berada di dalam lingkungan udara atmosfir yang bertemperatur rata-rata 27 ^oC di mana udara bersirkulasi dengan koefisien perpindahan panas konveksi 50 W/m²K.

Perkirakan besarnya laju transmisi energy panas dari permukaan silinder ke udara di sekitarnya, dan tentukan besarnya tahanan termal konveksinya.

Pembahasan

Langkah 1 : Gambar sistem

Pertama-tama yang musti kita lakukan adalah memberikan gambar sistem bagi persoalan di atas, dan gambar sistemnya  dapat seperti di bawah ini.

Langkah 2 : penerapan konsep perpindahan panas konveksi

Tujuan pokok soal di atas adalah memperkirakan besarnya laju transmisi energy panas dari permukaan silinder ke udara di sekitarnya, dan besarnya tahanan termal konveksinya.

Dalam persoalan ini, kita anggap bahwa energy panas dari permukaan silinder ke udara di sekitarnya ditransmisikan secara konveksi. Sementara itu perpindahan panas radiasi dianggap kecil sehingga diabaikan. Temperatur permukaan luar silinder juga kita anggap seragam sebesar 227 ^oC.

Dengan anggapan-anggapan tersebut di atas maka sekarang kita dapat memperkirakan besarnya laju perpindahan panas konveksi dengan menggunakan persamaan :

Q₃₄       = h_oA_o ( T₃ – T₄)

Di sini,

T₃ temperatur permukaan luar silinder, diketahui sebesar 227 ^oC

T₄ temperatur udara luar, diketahui sebesar 27 ^oC

h_o koefisien perpindahan panas konveksi aliran udara yang berkontak dengan permukaan luar silinder, diketahui sebesar 50 W/m²K

A_o luas permukaan luar silinder yang berkontak dengan aliran udara.

Sementara itu, luas permukaan luar silinder dapat dihitung menggunakan persamaan :

A_o = π d_o.L

Di sini,

d_o diameter luar silinder , diketahui 60 mm = 0,060 m

L tinggi silinder, diketahui sebesar 20 cm = 0,20 m

A_o        = π d_o.L

            =(3,14)(0,06 m ) ( 0,02 m)

            = 0.038 m²

Langkah 3 : Perhitungan

Sekarang, dengan menggunakan data-data tersebut di atas maka kita dapat dengan mudah menghitung besarnya laju perpindahan panas konveksi.

Q₃₄       = h_oA_o ( T₃ – T₄)

            = 50 W/m²K . 0,038 m² (500 K – 300 K)

            =1,9 W/K ( 200 K )

            = 380 W

Maka besarnya tahanan termal koveksi aliran fluida yang bersirkulasi pada permukaan luar silinder (R_ho ), dapat dihitung menggunakan persamaan :

R_ho       = 1/h_oA_o

R_ho       = 1/ 50 W/m²K . 0,038 m²

R_ho       = 0,52 K/W

Jadi besarnya laju perpindahan panas konveksi adalah 380 W dan besarnya tahanan termal koveksi aliran fluida yang bersirkulasi pada permukaan luar silinder 0,52 K/W