Contoh Soal - Perpindahan Kalor [PDF]

Citation preview

1. Suatu pipa dengan diameter dalam 10 mm dan diameter luar 12 mm. Suhu dinding luar 90 oC dan suhu dinding dalamnya 9,oC. Dimana k pipa : 45,2 W/m.oC dan k isolator : 0,07 W/m.oC. Hitunglah: 1. Berapa panas yang hilang tiap meter panjang pipa, Q/l. 2. Berapa % panas yang dihemat bila pipa tersebut diisolasi dengan bahan isolator setebal 6 mm dan suhu dinding luarnya menjadi 25oC. Catatan: Untuk: 9,oC sesuai dengan no. absen di DPNA. Contoh no. absen 01 maka akan menjadi 90,1oC 02 maka akan menjadi 90,2oC a) Hitunglah perpindahan panas secara radiasi/pancaran) antara 2 bidang abu-abu yang ukurannya 5 ft x 5 ft , jarak antara kedua bidang = 10 ft dan berhadapan satu sama lain. Bidang suhunya 540 °F dengan ε1 = 0,6 dan bidang II suhunya 1040 °F dengan ε2 = 0,8 (Bidang sejajar). b) sama dengan (a) tetapi kedua bidang itu tegak lurus satu sama lain. JAWABAN a.) 2 bidang sejajar x = 5 ft y = 5 ft L = D = 10 ft  Bid. I → T1 = 540 + 460 = 1000 ° R , ε1 = 0,6  Bid. II → T2 = 1040 + 460 = 1500 ° R , ε2 = 0,8  q12 = ? x 5 = = 0,5 L 10 y 5 = = 0,5 L 10 A1 = A2 = 5 x 5 = 25 ft2 = A Eb 1 −Eb 2 q1-2 = 1−ε1 + 1 + 1−ε2 ε 1 A 1 A1 F12 ε 2 A



Rt =



Dari grafik → F 12 =0,06



2



σ (T 14−T 42 ) 1−ε 1 1−ε 2 1 + + ε1 A A1 F12 ε 2 A 2



1 1−ε 1 1−ε 2 1 + + ε 1 A 1 A1 F12 ε 2 A



A 1−0,6 1 1−0,08 + + 0,6 0,06 0,8



2



=



1



=



25 25 = 17,587 = 1,42 ft 2 0,667+16,67+0,25 q = 0,1714 x 10 -8 { (1500)4 - ( 1000)4 } ( 1,42) = 9887,6 Btu/jam



=



b) 2 bidang saling tegak lurus Ratio :



y 5 = = 1,0 x 5 Z 5 = =1,0 X 5 Dari grafik → F12 = 0,2 Eb 1 −Eb 2 q1-2 = 1−ε1 + 1 + 1−ε2 ε 1 A 1 A1 F12 ε 2 A



=



2



Rt =



1 1−ε 1 1−ε 2 1 + + ε 1 A 1 A1 F12 ε 2 A 2



σ (T 14−T 42 ) 1−ε 1 1−ε 2 1 + + ε1 A A1 F12 ε 2 A 2 1



=



A 1−0,6 1 1−0,8 + + 0,6 0,2 0,8



25 = 0,667+5+0,25 = 4,225 ft 2 q = 0,1714 x 10 -8 ( 4,225 ) { (1500)4 - ( 1000)4 } = 29.419 , 2 Btu/jam



Contoh ; 2. Air dengan Laju 68 kg/mi dipanaskan dari suhu 35°C hingga 75°C , dengan minyak yang mempunyai kalor spesifik 1,9 kj/kg ° C. Kedua fluida itu dipakai dalam penukar kalor pipa ganda secara counter current, dimana minyak masuk pada suhu 110°C dengan keluar pada 75°C. Koefisien perpindahan panas menyeluruh = 320 W m2 °C. a) Hitung Luas penukar kalor (A) ? b) Hitung luas penukar kalor jika digunakan HE 1-2 , dengan ketentuan sama dengan soal a). Penyelesaian :



qair = mw Cw ∆ Tw = 68 (4180) ( 75 -35) = 11,37 .106 kj/menit = 189,5 kw ∆ Tm = ∆ Tm =



( T h 2−T c2 ) −( T h2 −T c 2 ) ln [¿ ( T h 2−T c 2 ) / ( T h 2−T c2 ) ]¿ ( T h 2−T c 2 )−( T h 2−T c 2) ln (75−35)/ (110−75 )



q = U A ∆ Tm → A = A =



189,5. 103 (320)(37,44)



= 37,44



q U ∆ Tm



= 15,82 m2



b) Untuk HE 1-2



=



t 2−t 1 T 1−t 1



=



75−110 35−110



R =



T 1−T 2 t 2−t 1



=



35−75 75−110



P



= 0,467 = 1,143



gambar 10 - 8 → F = 0,81 q = U A F ∆ Tm A =



q UA T m



=



189,5 . 103 = 19,53 m ( 320 ) (0,81)(37,44)



2.4 Dinding komposit susunan kombinasi (seri dan paralel) dalam kondisi tunak (steady state) dan satu dimensi. Contoh soal 2.1: Perhatikan jendela kaca, seperti gambar, dengan dimensi tinggi 1,2 m dan lebar 2 m dan koefisien konduktivitas thermalnya k= 0,78 W/m. oC. Pada kondisi steady state, tentukan laju perpindahan panas melalui jendela kaca, temperatur permukaan sisi dalam dan luar dinding kaca dimana temperatur ruang dijaga pada 24oC sementara temperatur lingkungan luar adalah -5oC. Kemudian gunakan koefisien perpindahan panas konveksi untuk bagian dalam dan luar jendela adalah h1= 10 W/m2. oC dan h2= 25 W/m2. oC dan abaikan pengaruh perpindahan panas radiasinya. Diketahui : seperti soal dan gambar. Ditanaya : laju perpindahan panas pada jendela kaca, temperatur permukaan sisi dalam dan luar. Diasumsikan: Jendela kaca dalam kondisi steady state dan satu dimensi, konduktivitas thermal kaca adalah konstan dan perpindahan panas radiasi adalah diabaikan. Penyelesaian: Berdasarkan gambar sistem dan analogi tahanan thermalnya, maka dari persamaan:



atau



Contoh soal 2.2: Sebuah jendela kaca ganda, seperti gambar, memiliki tinggi 1,2 m, lebar 2 m, tebal 3 mm, dan koefisienkonduktivitas thermalnya (k) 0,78 W/m. oC dipisahkan dengan ruang udara stagnant dengan jarak 12 mm dan k= 0,026 W/m. oC. Tentukanlah laju perpindahan panas dalam keadaan steady melalui jendela kaca ganda tersebut dan temperatur permukaan sisi dalamnya dimana temperatur ruang dijaga pada 24oC sementara temperatur lingkungan luar adalah -5oC. Gunakan koefisien konveksi untuk sisi dalam dan luar jendela adalah h1= 10 W/m2.oC dan h2= 25 W/m2.oC dan abaikan perpindahan panas radiasi yang mungkin terjadi. Diketahui : seperti soal dan gambar. Ditanya : laju perpindahan panas pada jendela kaca dan temperatur setiap titiknya. Diasumsikan : Jendela kaca dalam kondisi steady state dan satu dimensi, konduktivitas thermal kaca dan udara adalah konstan dan perpindahan panas radiasi adalah diabaikan. Penyelesaian: Berdasarkan gambar dan analogi tahanan thermal sistem, maka dari persamaan:



atau



Contoh soal 2.3: Tentukan laju aliran energi panas pada dinding komposit, seperti gambar 2.7, asumsikan aliran energi panas 1 dimensi. Kemudian nilai konduktivitas setiap material masingmasing adalah: kA= 150 W/m. oC, kB = 30 W/m.oC, kC= 50 W/m.oC, kD = 70 W/m.oC, dan AB = AD. (Referensi: Heat Transfer, Tenth Edition, by J. P. Holman). Diketahui: dinding komposit seperti soal dan gambar 2.7 Ditanya: laju aliran panas pada dinding komposit Penyelesaian: Berdasarkan gambar dinding komposit adalah susunan seri dan paralel, maka dari persamaan,



3.2 Bidang silinder dinding komposit