Bab II membahas teori dasar tentang konveksi dan perpindahan panas. Konveksi terjadi pada cairan dan gas di mana molekul membawa energi panas dari satu titik ke titik lain. Ada dua jenis konveksi yaitu force convection yang melibatkan faktor eksternal dan free convection yang terjadi karena gaya apung. Laju perpindahan panas konveksi ditentukan oleh koefisien konveksi dan selisih suhu. Pada plat datar, konveksi dibagi men

1. BAB II
DASAR TEORI
Gambar 2.1 Thermal boundary layer pada isothermal plat datar
Konveksi merupakan bentuk perpindahan panas dimana molekul-molekul benda
membawa energi panas dari satu titik ke titik lainnya. Umumnya terjadi pada benda cair dan
gas. Aliran konveksi dipengaruhi beberapa faktor yaitu :
1. Aliran horizontal atau vertikal.
2. Aliran laminer atau turbulen.
3. Permukaan rata atau melengkung.
4. Jenis fluidanya, zat cair atau gas.
5. Sifat-sifat fluida seperti viskositas, kalor jenis, dsb.
Perpindahan panas konveksi dibagi menjadi dua :
1. Force Convection
Yaitu perpindahan panas karena adanya faktor kerja dari luar terhadap fluida
perantara, misalnya konveksi dengan adanya bantuan ban, blower, air conditioning,
dsb.
2. Free Convection
Yaitu perpindahan panas tanpa adanya faktor luar melainkan karena adanya bouyancy
Force.
Secara umum, besarnya laju perpindahan panas konveksi dapat dirumuskan :

2. 푞" = ℎ(푇푠 − 푇∞), 푇푠 > 푇∞ ...(2.1)
푞" = ℎ(푇∞ − 푇푠), 푇∞ > 푇푠 ...(2.2)
Dimana : ℎ = 푘표푒푓푖푠푖푒푛 푝푒푟푝푖푛푑푎ℎ푎푛 푝푎푛푎푠 푘표푛푣푒푘푠푖 ( 푊
푚2 .퐾
)
푞” = 푐표푛푣푒푐푡푖표푛 ℎ푒푎푡 푓푙푢푥 ( 푊
푚2 )
Thermal Resistance :
푅푡,푐표푛푣 = 푇푠 − 푇∞
푞
= 푙
ℎ퐴
...(2.3)
Ts
푇∞,ℎ
2.2 Konveksi pada plat datar secara aliran paralel
Konveksi jenis ini sering dijumpai pada penerapan engineering. Paralel flow sepanjang
plat datar ini dibagi menjadi enam pembahasan.
2.2.1 Laminar flow Dover on isothermal plat
Dengan mengasumsikan steady incompressible, laminar flow dengan properti fluida
konstan dan mengabaikan viskositas didapatkan persamaan boundary layer sebagai berikut :
Continuity :
휕푢
휕푥
+ 휕푣
휕푦
= 0 ...(2.4)
Momentum : 푢 휕푢
휕푥
+ 푣 휕푢
휕푦
= 푣 휕2 푢
휕푦2 ...(2.5)
Energi : 푢 휕푇
휕푥
+ 푣 휕푇
휕푦
= 훼 휕2 푇
휕푦2 ...(2.6)
Species : 푢 휕휌퐴
휕푥
+ 푣 휕휌퐴
휕푦
= 퐷퐴퐵
휕2 휌퐴
휕푦2 ...(2.7)
COLD

3. Gambar 2.3 The flat plate in parallel flow
Kondisi kecepatan boundary layer tidak bergantung pada temperatur dan konsentrasi
spesies. Perumusan persamaan hydrodynamics dapat didekati dengan persamaan aliran
dimana :
푢 = 휕휑
휕푦
푑푎푛 푣 = − 휕휑
휕푥
...(2.8)
Untuk kasus laminar Low on isothermal plat dapat didekati dengan angka flux dimana
푁푢푥 = 0,338+푅푒푥
1/2푃푟1/3
[1+(0,0468/푃푟)2/3]
1/4 푃푒푥 ≳ 100 ...(2.9)
Dimana : Re : Reynold Number
Pr : Prandth Number
Pe : Peclet Number
2.2.2 Turbulent flow over on isothermal plate
Berdasarkan hasil eksperimen untuk turbulen flow dengan reynold number mencapai
108 koefisien gesekan lokal dengan dirumuskan sebagai
퐶푓,푥 = 0,0592푅푒푥
−1/5 푅푒푥,푐 ≲ 푅푒푥 ≲ 108 ...(2.10)
Dengan persamaan di atas dan modifikasi reynold, lokal Nusselt number untuk aliran
tersebut adalah
푁푢푥 = 푆푡 푅푒푥 푃푟 = 0,0296푅푒푥
4/5푃푟1/3 0,6 ≲ 푃푟 ≲ 60 ...(2.11)
Dan lokal Sherwood number adalah

4. 푆ℎ푥 = 푆푡푚 푅푒푥 푆푐 = 0,0296푅푒푥
4/5 푆푐1/3 0,6 ≲ 푆푐 ≲ 3000 ...(2.12)
2.2.3 Mixed boundary layer condition
Pada kasus mixed boundary layer condition dapat didekati dengan rumus
ℎ푙 = 1
퐿
퐿
푥푐
푥푐
0
(∫ ℎ푙푎푚푑푥 + ∫ ℎ푡푢푟푏푑푥
) ...(2.13)
Sehingga
푁푢푙 = (0,037푅푒푙
4/5 − 퐴)푃푟1/3 ...(2.14)
0,6 ≲ 푃푟 ≲ 60
푅푒푥 ,푐 ≲ 푅푒푥 ≲ 108]
[
Dengan mengaplikasikan analogi heat dan mass transfer didapatkan rumus Sherwood
number
푆ℎ푙 = (0,037푅푒푙
4/5 − 퐴)푆푐1/3 ...(2.15)
0,6 ≲ 푃푟 ≲ 60
푅푒푥 ,푐 ≲ 푅푒푥 ≲ 108]
[
2.2.4 Unheated starting length
Ada daerah dimana tidak ada perpindahan panas pada jarak tertentu dimana 0 ≤ x ≤ 3
adalah jarak boundary Ayer pada saat belum berpindah (no hebat transfer). Dapat di
ilustrasikan sebagai berikut :
Gambar 2.4 Paralel flow with unheated starting length
Nusselt number pada kasus ini

5. 푁푢푥 =
푁푢푥|휉=0
[1−(휉/푥)9/10]
1/9 ...(2.16)
2.2.5 Flat plate with constant heat flux conditions
Ada kemungkinan uniform surface heat flux lebih berpengaruh daripada uniform
temperatur pada kondisi ini nilai Nusselt number dirumuskan :
1/2 푃푟1/3 ...(2.17)
푁푢푙 = 0,680푅푒푙
Pada perumusan di atas akan didapatkan hasil yang berbeda 2%, sehingga untuk
analisa surface length nature dapat digunakan
(푇푠 − 푇∞) = 푞"푠퐿
푘푁푢퐿
...(2.18)
2.2.6 Limitation on use on convection coefficient
Meskipun persamaan pada bagian ini sesuai untuk kebanyakan perhitungan
engineering, dalam prakteknya lebih sering digunakan nilai exact untuk koefisien konveksi.
Mengacu pada free Steam turbulen dan kekasaran permukaan dan kesalahan 25%
dimungkinkan dimana dalam persamaan ini.