analisis pengaruh perpindahan panas terhadap...
TRANSCRIPT
![Page 1: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/1.jpg)
ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP KARAKTERISTIK LAPISAN BATAS
PADA PELAT DATAR
Prof. DR. Basuki Widodo, M. Sc
Drs. Kamiran, M.Si
![Page 2: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/2.jpg)
Latar Belakang
Kemajuan
Teknologi
Industri
Aliran Fluida Perpindahan
Panas
Bagaimana
Hubungannya???
Kebutuhan
Manusia
![Page 3: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/3.jpg)
Rumusan Masalah
1. Bagaimana model matematika dari lapisan batas pada pelat datar.
3. Bagaimana visualisasi dari profil kecepatan(velocity) dan distribusi panas pada lapisan batas yang terjadi pada pelat datar ke fluida dalam bentuk grafik.
2. Bagaimana penyelesaian numerik dari model matematika dari lapisan batas pada pelat datar.
![Page 4: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/4.jpg)
Batasan Masalah
1. Jenis perpindahan panas yang digunakan
adalah konveksi alami.
2. Benda kerja yang digunakan adalah pelat
datar dengan panjang (L) dan lebar (W).
3. Tipe aliran yang dianalisis adalah aliran
laminer.
4. Jenis fluida yang digunakan adalah gas dalam
keadaan tak tunak (un-steady).
![Page 5: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/5.jpg)
Asumsi
1. Pelat yang digunakan bersifat licin atau gaya gesek sangat kecil sehingga dapat dianggap bernilai nol.
2. Konstanta-konstanta yang digunakan ditentukan berdasarkan jenis fluida yang digunakan yaitu gas.
3. Perpindahan panas terjadi di sepanjang pelat ke fluida sehingga diasumsikan panas pada pelat lebih besar daripada panas pada fluida.
![Page 6: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/6.jpg)
Tinjauan Pustaka Penelitian sebelumnya
Pada tahun 2008, telah dilakukan penelitian oleh Setyo
Budi Utami tentang distribusi aliran panas pada pelat besi
yang kemudian dibuat persamaan matematikanya dan
diselesaikan dengan metode volume hingga. Hasil penelitian
ini menunjukkan bahwa perubahan konsentrasi distribusi
aliran panas dipengaruhi oleh kecepatan, panjang pelat, dan
lebar pelat.
Sedangkan dalam penelitian ini dibahas tentang
pengaruh perpindahan panas pada pelat datar terhadap
karakteristik lapisan batas yang diketahui terbentuk akibat
gesekan antara permukaan pelat dengan aliran fluida.
![Page 7: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/7.jpg)
Tinjauan Pustaka
Dasar Teori yang digunakan dalam penelitian
ini adalah:
1. Konveksi Alami
2. Teori Lapisan Batas
3. Bilangan Tak Berdimensi
4. Persamaan-persamaan Lapisan Batas Pada
Pelat Datar
5. Metode Beda Hingga
![Page 8: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/8.jpg)
(1) Konveksi Alami
Konveksi
Paksa
Alami
![Page 9: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/9.jpg)
(2) Teori Lapisan Batas
![Page 10: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/10.jpg)
(3) Bilangan Tak Berdimensi • Bilangan Grashof
(1)
• Bilangan Rayleigh
(2)
: Aliran Laminer
: Aliran Transisi
: Aliran Turbulen
• Bilangan Prandtl(Pr)
(3)
![Page 11: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/11.jpg)
(4) Persamaan-persamaan
Lapisan Batas
• Persamaan Kontinuitas
(4)
• Persamaan Momentum
(5)
• Persamaan Energi
(6)
![Page 12: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/12.jpg)
(5) Metode Beda Hingga
• Beda Maju Orde Pertama
dan
(7)
• Beda Mundur Orde Pertama
dan
(8)
• Beda Tengah atau Pusat Orde Pertama
dan
(9)
• Beda Tengah atau Pusat Orde Kedua
dan
(10)
![Page 13: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/13.jpg)
Metodologi
Studi karakteristik lapisan batas
Menentukan model matematika
Menyelesaikan Model Matematika Secara Numerik
Membuat Visualisasi dari penyelesaian
![Page 14: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/14.jpg)
Penyelesaian Numerik (1)
• Variabel Referensi untuk non-dimensionalisasi Persamaan
![Page 15: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/15.jpg)
Penyelesaian Numerik (2)
• Persamaan lapisan batas non-dimensional
-
(11)
-
(12)
-
(13)
![Page 16: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/16.jpg)
Penyelesaian Numerik (3) • Diskritisasi Persamaan, didapat
- Persamaan Energi (14)
Dengan:
![Page 17: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/17.jpg)
Penyelesaian Numerik (4)
- Persamaan Momentum (15)
Dengan:
![Page 18: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/18.jpg)
Penyelesaian Numerik (5)
- Persamaan Kontinuitas
(16)
![Page 19: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/19.jpg)
Simulasi dan Pembahasan
Untuk
dan
diperoleh distribusi panas dan kecepatan
Profil Temperatur Profil Kecepatan
![Page 20: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/20.jpg)
Pembahasan Profil Temperatur
Gambar profil temperatur udara. Semakin besar
maka temperatur udara semakin mengecil dari 60 pada pelat sampai mencapai temperatur konstan 10 pada daerah lapisan batas. Hal ini terjadi karena pada daerah lapisan batas sudah tidak terjadi perpindahan panas, dimana efek panas yang ditimbulkan pelat sudah tidak ada, sehingga temperatur udara sama dengan temperatur arus bebas (free stream), yaitu 10.
![Page 21: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/21.jpg)
Pembahasan Profil Kecepatan
Profil kecepatan udara hasil penelitian dengan temperatur Pelat
dan temperatur fluida pada daerah arus bebas (freestream)
Gambar tersebut menunjukkan bahwa kecepatan yang diukur pada saat
dan temperatur rata-rata adalah
mengalami peningkatan dari
pada saat
hingga mencapai titik maksimum di
dengan kecepatan mencapai
dan kemudian turun secara bertahap sampai dengan
pada daerah lapisan batas.
![Page 22: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/22.jpg)
Simulasi dan Pembahasan
Untuk
dan
Profil Ketebalan
![Page 23: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/23.jpg)
Pembahasan Profil Ketebalan
ketebalan monoton naik mulai dari nol pada saat
dan terus meningkat hingga menghasilkan ketebalan maksimal yaitu
pada saat
.
![Page 24: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/24.jpg)
• Kecepatan udara yang diukur pada saat
dan temperatur rata-rata adalah
mengalami peningkatan
dari
pada saat
hingga mencapai titik maksimum di
dengan kecepatan mencapai
dan kemudian turun secara bertahap sampai dengan
pada daerah lapisan batas.
• Temperatur udara mengalami penurunan dari 60 yang bersinggungan dengan pelat, hingga mencapai 10, yaitu sama dengan temperatur arus bebas di daerah lapisan batas.
• ketebalan lapisan batas meningkat dengan bertambahnya dan bertambahnya temperatur.
Kesimpulan
![Page 25: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/25.jpg)
Daftar Pustaka
• Bar–Meir, Genick. 2010. Basics of Fluid Mechanics. Chicago
• Budi Utami, Setyo. 2008. Analisa Distribusi Aliran Panas pada Sebuah Pelat Besi dengan Menggunakan Metode Volume Hingga. Institut
Teknologi Sepuluh Nopember. Tugas Akhir S1 Jurusan Matematika. • Holman, J.P. 1995. Perpindahan Kalor. Edisi Ke Enam. Diterjemahkan oleh
Ir. E. Jasjfi, M.Sc. Jakarta: Erlangga.
• Munson, Bruce R., Young, Donald F., Okiishi, Theodore H. 1990. Fundamentals of Fluid Mechanic. New York: John Wiley and Sons.
• Ozgen, Serkan. 2004. Effect of Heat Transfer on Stability and Transition Characteristics of Boundary-layers 47, 4697-4712.
• Schlichting, H. 1979. Boundary-Layer Theory. New York: McGraw-Hill.
![Page 26: ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP …digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-16287-1207100705... · analisis pengaruh perpindahan panas terhadap karakteristik lapisan](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022013114/5cb4527988c9939d228ba691/html5/thumbnails/26.jpg)
Daftar Pustaka
• Kaprawi. 2008. Pengaruh Angka Prandtl dalam Perpindahan Panas Pada Suatu Benda Bulat. Jurnal Rekayasa Sriwijaya, no. 3 Vol. 17
• White, Frank M. 1991. Viscous Fluid Flow. Second edition. Singapore: McGraw-Hill
• Meyrawati, Zusnita. 2010. Pemodelan dan Simulasi Numerik Gas Dalam Saluran Pipa Menggunakan Metode Crank-Nicolson. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Tugas Akhir S1 Jurusan Matematika.
• http://www.ipb.ac.id~erizalmekfludmodul114.pdf. Diakses pada tanggal 14 Maret 2011 pukul 09.57 WIB
• http://www.reocities.com/CollegeParkDorm1421kuliahDasar RefrigerasiB2_Termodinamikadan_Perpindahan_Panas1109.pdf. Diakses pada tanggal 14 Maret 2011 pukul 10.47 WIB