Contoh Soal Konveksi

Contoh Soal 3

Udara dingin pada temperatur 10°C dipaksakan melalui plat tipis yang memiliki temperatur 40°C. Koefisien perpindahan kalor (h) = 30 W/(m2. °C).Tentukan laju aliran dari plat ke udara mel

alui plat dengan luas permukaan A = 2 m2.

Penyelesaian

Diberikan: Tf = 10°C, Tw = 40°C, dan h = 30 W/(m2.°C).

Kemudian aliran kalor yang melalui luasan A = 2 m2 menjadi:

Contoh Soal 4

Udara atmosfir pada temperatur 10°C melaju dengan kecepatan 5 m/s melalui tabung berdiameter luar (outside diameter = OD) 1 cm dan panjang 5 m dimana bagian permukaan dipertahankan pada temperatur 110°C, sebagaimana diilustrasikan pada gambar dibawah. Tentukan laju aliran kalor dari permukaan tabung ke udara atmosfir.

Penyelesaian:

Perpindahan kalor pada luasan A yang berada di bagian permukaan luar tabung

A  = p.D.L

    = p x 0,01 m x 5 m

    = 0,05 p = 0,157 m2

Untuk konveksi paksa yang melewati diameter tabung D = 0,01 m dengan Vm = 5 m/s, koefisien perpindahan kalor diantara permukaan luar dengan udara atmosfir seperti ditunjukkan dalam tabel 1.1 dimana h = 85 W/(m2.°C). Persamaan 1.3 digunakan untuk menghitung fluks kalor, diketahui Tf = 10 °C, Tw = 110°C, dan h = 85 W/(m2.°C), sehingga q diperoleh dengan :

q =  h (Tw  - Tf)

        = 85 W/(m2.°C) x (110 - 10) °C = 8500 W/m2

Laju aliran kalor yang melewati  A = 0,05 p m2   menjadi :

Q = q.A

    = 8500 W/m2 x 0,05 p m2

    = 1335,18 W = 1,335 kW

Contoh soal 5

Permukaan dalam sebuah lapisan isolasi bertemperatur T1 = 200°C dan permukaan luar melepaskan kalor dengan cara konveksi ke udara pada Tf  = 20°C. Lapisan isolator memiliki ketebalan 5 cm dan konduktivitas termal sebesar 1,5 W/(m.°C). Berapa besar koefisien perpindahan kalor konveksi minimum pada permukaan luar, jika temperatur T2 pada permukaan luar tidak boleh lebih dari 100°C?

Penyelesaian:

Kondisi dibawah keadaan steady, untuk keseimbangan energi pada permukaan, fluks kalor konduksi yang melewati lapisan isolasi harus sama dengan fluks kalor konveksi dari permukaan luar ke udara, seperti diilustrasikan pada gambar  disamping, sehingga kita memiliki :

diberikan T1  = 200°C, T2 = 100°C, Tf  = 20°C, L = 0,05 m, dan k = 1,5 W/(m.°C), sehingga diperoleh: