Salah satu prosedur umum untuk mengukur kecepatan aliran udara melibatkan pemasangan kawat yang dipanaskan secara elektrik (disebut anemometer kawat panas) ke dalam aliran udara, dengan sumbu kawat diposisikan tegak lurus terhadap arah aliran. Energi listrik yang dilepaskan pada kawat diasumsikan berpindah ke udara melalui konveksi paksa. Oleh karena itu, untuk daya listrik tertentu, suhu kawat bergantung pada koefisien konveksi, yang pada gilirannya bergantung pada kecepatan udara. Tinjau sebuah kawat dengan panjang $L = 20 \text{ mm}$ dan diameter $D = 0,5 \text{ mm}$, yang telah memiliki persamaan kalibrasi $V = 6,25 \times 10^{-5} \ h^2$. Kecepatan $V$ dan koefisien konveksi $h$ masing-masing memiliki satuan $\text{m/s}$ dan $\text{W/m}^2 \cdot \text{ K}$. Dalam suatu aplikasi yang melibatkan udara bersuhu $T_{\infty} = 298,15 \text{ K}$, suhu permukaan anemometer dijaga pada $T_s = 348,15 \text{ K}$ dengan penurunan tegangan sebesar $5 \text{ V}$ dan arus listrik sebesar $0,1 \text{ A}$. Berapakah kecepatan udara tersebut?
Kita hitung daya listrik terlebih dahulu
$$P = V \times I$$
$$P = 5 \times 0,1$$
$$P = 0,5 \text{ W}$$
Energi listrik yang disuplai ke kawat anemometer akan dilepaskan seluruhnya ke aliran udara sekitar melalui mekanisme konveksi paksa pada kondisi tunak (steady-state).
$$q_{\text{konv}} = P_{\text{listrik}}$$
$$q_{\text{konv}} = 0,5 \text{ W}$$
Kita identifikasi data yang diperlukan
- Panjang Kawat ($L$): $2 \times 10^{-2} \text{ m}$
- Diameter Kawat ($D$): $5 \times 10^{-4} \text{ m}$
- Suhu Permukaan Kawat ($T_s$): $348,15 \text{ K}$
- Suhu Udara Sekitar ($T_\infty$): $298,15 \text{ K}$
- Persamaan Kalibrasi Kecepatan ($V$): $V = 6,25 \times 10^{-5} \ h^2$
Kita hitung luas permukaan
$$A = \pi \cdot D \cdot L$$
$$A = 3,142 \cdot 5 \times 10^{-4} \cdot 2 \times 10^{-2}$$
$$A = 3,142 \times 10^{-5} \text{m}^2$$
Kita hitung koefisien perpindahan panas konveksi dengan menggunakan hukum konveksi Newton
$$q_{konv} = h \cdot A \cdot (T_s – T_{\infty})$$
$$0,5 = h \cdot 3,142 \times 10^{-5} \cdot (348,15 – 298,15)$$
$$0,5 = h \cdot 3,142 \times 10^{-5} \cdot 50$$
$$0,5 = h \cdot 1,571 \times 10^{-3}$$
$$h = \frac{0,5}{1,571 \times 10^{-3}}$$
$$h = 318,268 \text{ W/m}^2 \cdot \text{K}$$
Dengan mengetahui nilai koefisen perpindahan panas konveksi, kita bisa mencari nilai kecepatan
$$V = 6,25 \times 10^{-5} \ h^2$$
$$V = 6,25 \times 10^{-5} (318,268)^2$$
$$V = 6,25 \times 10^{-5} 101294,519$$
$$\mathbf{V = 6,330 \text{ m/s}}$$
