Laporan Perpan Gelas (Semester Project) - 1 [PDF]

Citation preview

LAPORAN SEMESTER PROJECT PERPINDAHAN PANAS I ANALISIS GELAS YANG PANAS KARENA PENUANGAN AIR PANAS diajukan sebagai persyaratan dalam menyelesaikan studi mata kuliah Perpindahan Panas I Jurusan Teknik Mesin S1 Fakultas Teknik Universitas Singaperbangsa Karawang dosen pengampu: Ing. Reza Setiawan, M.T.



Disusun oleh: Bagus Afrian Mukti



NPM. 1910631150061



Fabiyan Bayhaqi Muluk



NPM. 1910631150155



Magada Nandika Adicakra



NPM. 1910631150167



PROGRAM STUDI S1 TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SINGAPERBANGSA KARAWANG 2021



ANALISIS GELAS YANG PANAS KARENA PENUANGAN AIR PANAS A. Pengertian Dasar Kalor adalah energi yang bisa berpindah dari dari benda bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Contoh sederhananya saat kita mengaduk teh panas dengan sendok logam, maka sendok logam juga akan terasa panas. Ini karena terjadi perpindahan energi panas dari teh ke logam yang tadinya tidak bermuatan panas. Atau juga saat air panas dituangkan ke dalam gelas kaca, maka gelas juga lama-lama akan terasa panas dan bahkan bisa pecah apabila energi panas yang diterima sangat besar. Inilah yang disebut sebagai perpindahan kalor atau perpindahan panas secara konduksi. Selebihnya akan dianalisis apa penyebab dan berapa besar jumlah panas yang mengakibatkan gelas tersebut sehingga bisa pecah. B. Prinsip Kerja Gelas kaca dapat pecah karena diisi air panas karena reaksi pemuaian, pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena reaksi perubahan suhu menerima kalor. Pemuaian dapat terjadi pada 3 zat yaitu pemuaian pada zat padat, pada zat cair, dan pada zat gas. Pada saat gelas kaca diisi air panas permukaan gelas kaca bagian dalam bereaksi terlebih dahulu akibat menerima kalor terjadilah pemuaian partikel zat mengalami penambhan energi dan membutuhkan ruang lebih besar sehingga mendesak permukaan gelas bagian luar yang bereaksi terhadap kalor lebih lama, dan mengakibatkan gelas menjadi pecah Gelas yang pecah terjadi saat suhu bagian dalam permukaan meningkat. Suhu yang meningkat ini akan dengan cepat merambat ke arah lapisan luar gelas. Ketika gelas tidak mampu meneruskan kecepatan rambatan panas tersebut, terjadilah pemuaian yang berakhir pada pecahnya gelas tersebut. Gelas bening terbuat dari pasir kuarsa dan campuran bahan lain yang mudah memuai bila kena panas. Jika proses pemuaian tersebut dipaksa, yaitu dengan air panas yang baru mendidih, maka gelas akan pecah. panas air dituangkan ke dalam gelas. Tebal gelas kaca sangat mempengaruhi reaksi pecahnya gelas, semakin tebal kaca gelas, semakin besar resiko kaca menjadi pecah jika diisi air panas, hal ini terjadi karena reaksi permukaan gelas bagian luar dan bagian dalam saat menerima panas, apabila tempo reaksi masuknya kalor ke kedua permukaan tersebut berdekatan, maka resiko pecahnya gelas tersebut semakin kecil. Konduksi adalah perpindahan panas pada benda padat sebagai perantaranya, gelas benda padat. 2



C. Mekanisme Perpindahan Panas Gelas yang pecah terjadi saat suhu bagian dalam permukaan meningkat. Suhu yang meningkat ini akan dengan cepat merambat ke arah lapisan luar gelas. Ketika gelas tidak mampu meneruskan kecepatan rambatan panas tersebut, terjadilah pemuaian yang berakhir pada pecahnya gelas tersebut. Gelas bening terbuat dari pasir kuarsa dan campuran bahan lain yang mudah memuai bila kena panas. Jika proses pemuaian tersebut dipaksa, yaitu dengan air panas yang baru mendidih, maka gelas akan pecah. panas air dituangkan ke dalam gelas. Tebal gelas kaca sangat mempengaruhi reaksi pecahnya gelas, semakin tebal kaca gelas, semakin besar resiko kaca menjadi pecah jika diisi air panas, hal ini terjadi karena reaksi permukaan gelas bagian luar dan bagian dalam saat menerima panas, apabila tempo reaksi masuknya kalor ke kedua permukaan tersebut berdekatan, maka resiko pecahnya gelas tersebut semakin kecil. Konduksi adalah perpindahan panas pada benda padat sebagai perantaranya, gelas benda padat. D. Bagian-Bagian Termometer



3



























Tabung gelas merupakan badan termometer yang di dalamnya berisi komponen utama termometer seperti pipa kapiler dan juga skala termometer. Pipa kaca (pipa kapiler) merupakan tabung sempit berisi zat cair dalam hal ini raksa. Fungsi dari pipa kapiler ini adalah tempat terjadinya pemuaian raksa. Ketika raksa memuai (bertambah volume) maka raksa akan naik ke atas pipa kapiler, sebaliknya jika raksa menyusut, maka akan turun ke bawah. Skala merupakan bagian termometer berupa garis-garis berisi angka. Fungsi dari skala ini adalah untuk menunjuk derajat suhu suatu benda. Semakin besar angka yang ditunjukkan pada skala maka semakin besar pula suhu benda tersebut, begitupun sebaliknya. Zat cair pengisi termometer (raksa) merupakan bagian yang paling penting, karena berfungsi sebagai komponen untuk mengindikasikan derajat suhu suatu benda. Ketika suhu benda tinggi (panas), maka raksa akan memuai. Sebaliknya, apabila suhu benda rendah (dingin), maka raksa akan menyusut. Lekukan biasanya terdapat pada kolom raksa sebuah termometer badan. Lekukan ini berfungsi supaya zat cair yang telah memuai tidak mudah turun kembali. Jadi, sebelum termometer badan digunakan, kita harus mengibas-ngibaskan termometer tersebut terlebih dahulu supaya raksa turun. Tandon (reservoir) merupakan bagian paling bawah pada termometer yang berfungsi sebagai titik tempat kontak antara benda yang akan diukur suhunya dengan termometer. Ketika terjadi kontak (sentuhan) antara tandon dengan benda, maka akan terjadi perpindahan kalor secara konduksi, akibatnya, suhu tandon akan berubah mengikuti suhu benda dan zat cair di dalam pipa kapiler akan memuai atau menyusut sesuai derajat suhu benda.



E. Analisa Perpindahan Panas dengan Perhitungan a. Analisa Energi Energi listrik timbul akibat adanya arus listrik yang mengalir akibat adanya beda potensial (tegangan listrik). Energi panas: Energi panas yang ada pada oven terjadi akibat adanya gelombang micro dalam sebuah oven microwave dihasilkan secara elektronik dan didistribusikan



4



melalui pemantulan oleh kipas dan dinding-dinding metal. Tingkat temperatur suhu energi panas didalam oven dapat dijaga tetap konstan dengan alat kontrol thermometer. b. Perhitungan Kasus Contoh kasus : Sebuah oven hanya menggunakan satu jenis heater yaitu jenis spiral dengan gulungan heater berdiameter 10,5 mm. Keseluruhan heater berjumlah 24 pcs dengan panjang keseluruhan heater 43,2 m. Suhu yang diharapkan dalam oven yaitu 220°C dengan suhu mula-mula dalam oven 30°C. Hitunglah laju perpindahan panas dari heater ke ruang pemanasan Element Assy.



Suhu rata-rata : Tf =



Tw +T ∞ 30 ° C +220 ° C = =125° C=398 K 2 2 Dari daftar tabel sifat-sifat udara pada tekanan atmosfer dengan interpolasi didapatkan : 1. ρ f = 0,887216 kg/m 3 2. k f = 0,0335052 W/m°C 3. μf = 2,27756 x 105 kg/m.s 4. Pr f = 0,68932 Maka : ℜd f =ρ f



U ∞.d 15,6 m/s x 0,0105 m, =0,887216 =6380,775075 μf 2,27756 x 105 kg/m.s



Menurut teori Hilbert : hd =C ( ℜd f )n Pr f ⅓ kf 5



Dari tabel untuk konstanta persamaan diatas didapat :



C = 0,193 n = 0,618



Sehingga : hd =C ( ℜd f )n Pr f ⅓ kf h x 0,0105 =0,193 ( 6380,775075 )0,618 x 0,68932⅓ 0,0335052 h x 0,0105 =0,193 x 224,60105057 x 0,8833655213 0,0335052 h x 0,0105=38,292131055 x 0,0335052 h=



1,2829855094 0,0105



h=122,18909613 W/m 2 .°C Jadi, laju perpindahan panas yang terjadi : q=hA (Tw−T ∞) dengan A=πdL q=(122,18909613 W/m2 .°C) ( π x 0,0105 m x 43,2 m)( 220−30) q=33066,539491Watt q=33,0665 kW F. Usulan Perbaikan Dari hasil perhitungan yang telah dilakukan, oven ini mempunyai daya hantar panas yang cukup besar tetapi membutuhkan waktu yang lumayan lama. Oleh karena itu kita harus menunggu beberapa menit untuk mendapatkan suhu yang diinginkan. Supaya mendapatkan waktu yang cepat maka kita harus menambah 1 heater lagi pada bagian atas



6



agar mendapatkan suhu yang diinginkan 2 kali lebih cepat. Selain itu panas yang dihasilkan akan lebih merata. G. Kesimpulan Berdasarkan data pengamatan serta analisis yang telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan: 1. Oven adalah suatu alat yang biasa digunakan untuk memasak ataupun memanaskan makanan. Lain halnya dengan oven microwave yang memanfaatkan gelombang elektromagnetik hanya untuk memanaskan makanan. Gelombang elektromagnetik atau gelombang micro tersebut bersumber dari arus listrik yang dialirkan ketika oven microwave tersebut digunakan. Perpindahan panas yang terjadi pada oven microwave adalah radiasi. 2. Hasil dari perhitungan contoh kasus laju perpindahan panas yang dihasilkan hanya dari 1 heater saja membutuhkan waktu yang cukup lama untuk mendapatkan suhu yang diinginkan. Oleh karena itu kami mengusulkan penambahan 1 heater lagi pada bagian atas oven untuk mendapatkan suhu yang diinginkan 2 kali lebih cepat. Karena dengan adanya double heater tersebut.



7