Pindah Panas 8/24/2011

dokumen-dokumen yang mirip
HEAT TRANSFER. In FOOD PROCESSING

Heat Transfer Nur Istianah-THP-FTP-UB-2015

Heat Transfer Nur Istianah-THP-FTP-UB-2016

Panas berpindah dari objek yang bersuhu lebih tinggi ke objek lain yang bersuhu lebih rendah Driving force perbedaan suhu Laju perpindahan = Driving

Satuan Operasi dan Proses TIP FTP UB

PEMBEKUAN PEMBEKUAN Tujuan

Perpindahan Panas Konveksi. Perpindahan panas konveksi bebas pada plat tegak, datar, dimiringkan,silinder dan bola

Taufik Ramuli ( ) Departemen Teknik Mesin, FT UI, Kampus UI Depok Indonesia.

DAFTAR ISI. KATA PENGANTAR... i. ABSTRAK... iv. DAFTAR ISI... vi. DAFTAR GAMBAR... xi. DAFTAR GRAFIK...xiii. DAFTAR TABEL... xv. NOMENCLATURE...

Unit Operation and Process Heat Transfer

BAB II DASAR TEORI 2.1 Pasteurisasi 2.2 Sistem Pasteurisasi HTST dan Pemanfaatan Panas Kondensor

RESPONSI MATA KULIAH: DASAR KETEKNIKAN PENGOLAHAN

SOLUSI ANALITIK DAN SOLUSI NUMERIK KONDUKSI PANAS PADA ARAH RADIAL DARI PEMBANGKIT ENERGI BERBENTUK SILINDER

BAB I PENDAHULUAN I.1.

PEMBEKUAN PEMBEKUAN PEMBEKUAN 10/15/2012

Lampiran A: Gambar Bagian- bagian dari Alat Penukar Kalor Berdasarkan Standar TEMA

1. BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang

Departemen Ilmu dan Teknologi Pangan Universitas Brawijaya

SIMULASI ALIRAN PANAS PADA SILINDER YANG BERGERAK. Rico D.P. Siahaan, Santo, Vito A. Putra, M. F. Yusuf, Irwan A Dharmawan

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH PITCH

Analisis Koesien Perpindahan Panas Konveksi dan Distribusi Temperatur Aliran Fluida pada Heat Exchanger Counterow Menggunakan Solidworks

INVESTIGASI KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS PADA DESAIN HELICAL BAFFLE PENUKAR PANAS TIPE SHELL AND TUBE BERBASIS COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD)

Konduksi Mantap Satu Dimensi (lanjutan) Shinta Rosalia Dewi

JURNAL TEKNIK ITS Vol. 5 No. 2 (2016) ISSN: ( Print) B-659

PERANCANGAN HEAT EXCHANGER

LAPORAN TUGAS AKHIR MODIFIKASI KONDENSOR SISTEM DISTILASI ETANOL DENGAN MENAMBAHKAN SISTEM SIRKULASI AIR PENDINGIN

BAB IV ANALISA DAN PERHITUNGAN

ANALISIS EFEKTIFITAS ALAT PENUKAR KALOR SHELL & TUBE DENGAN MEDIUM AIR SEBAGAI FLUIDA PANAS DAN METHANOL SEBAGAI FLUIDA DINGIN

BAB III METODE PENELITIAN

BAB II DASAR TEORI. ke tempat yang lain dikarenakan adanya perbedaan suhu di tempat-tempat

JURNAL TEKNIK ITS Vol. 5, No. 1, (2016) ISSN: ( Print) B13

BAB II LANDASAN TEORI

31 4. Menghitung perkiraan perpindahan panas, U f : a) Koefisien konveksi di dalam tube, hi b) Koefisien konveksi di sisi shell, ho c) Koefisien perpi

oleh : Ahmad Nurdian Syah NRP Dosen Pembimbing : Vivien Suphandani Djanali, S.T., ME., Ph.D

BAB II TEORI ALIRAN PANAS 7 BAB II TEORI ALIRAN PANAS. benda. Panas akan mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

WATER TO WATER HEAT EXCHANGER BENCH BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Tujuan Pengujian

ANALISIS PENGARUH KECEPATAN FLUIDA PANAS ALIRAN SEARAH TERHADAP KARAKTERISTIK HEAT EXCHANGER SHELL AND TUBE. Nicolas Titahelu * ABSTRACT

PEMBEKUAN PEMBEKUAN PEMBEKUAN 10/4/2012

Ditulis Guna Melengkapi Sebagian Syarat Untuk Mencapai Jenjang Sarjana Strata Satu (S1) Jakarta 2015

BAB lll METODE PENELITIAN

STUDI EKSPERIMENTAL PENINGKATAN PERPINDAHAN PANAS PADA PENUKAR KALOR PIPA KONSENTRIK DENGAN REGULARLY SPACED HELICAL SCREW TAPE INSERT

RANCANG BANGUN HEAT EXCHANGER TUBE NON FIN SATU PASS, SHELL TIGA PASS UNTUK MESIN PENGERING EMPON-EMPON

Karakteristik Perpindahan Panas pada Double Pipe Heat Exchanger, perbandingan aliran parallel dan counter flow

PERPINDAHAN PANAS Konduksi, Konveksi, Radiasi YUSRON SUGIARTO

BAB IV HASIL YANG DICAPAI DAN MANFAAT BAGI MITRA

STUDI NUMERIK PENGARUH PENAMBAHAN OBSTACLE BENTUK PERSEGI PADA PIPA TERHADAP KARAKTERISTIK ALIRAN DAN PERPINDAHAN PANAS.

Studi Numerik Pengaruh Gap Ratio terhadap Karakteristik Aliran dan Perpindahan Panas pada Susunan Setengah Tube Heat Exchanger dalam Enclosure

ANALISIS KEEFEKTIFAN ALAT PENUKAR KALOR TIPE SHELL AND TUBE SATU LALUAN CANGKANG DUA LALUAN TABUNG SEBAGAI PENDINGINAN OLI DENGAN FLUIDA PENDINGIN AIR

Lampiran 1. Produksi Kayu Bulat oleh Perusahaan Hak Pengusahaan Hutan Menurut Jenis Kayu, Lampiran 2. System pengeringan kayu Meranti

Re-design dan Modifikasi Generator Cooler Heat Exchanger PLTP Kamojang Untuk Meningkatkan Performasi.

Jurnal ELEMENTER. Vol. 1, No. 2, Nopember Jurnal Politeknik Caltex Riau Mustaza Ma a

Pembekuan. Shinta Rosalia Dewi

SIMULASI PERPINDAHAN PANAS GEOMETRI FIN DATAR PADA HEAT EXCHANGER DENGAN ANSYS FLUENT

T p = 84 0 C, T c = C. h ra = h ra = W/m 2.K. h c = v. T langit = (T udara ) 3/2. h rc = V angin = 1.

DESAIN DAN ANALISA PERFORMA GENERATOR PADA REFRIGERASI ABSORBSI UNTUK KAPAL PERIKANAN

BAB II LANDASAN TEORI

TRANSPORTASI FLUIDA di INDUSTRI PANGAN

Analisis variasi jarak pembuluh terhadap unjuk kerja kondensor

BAB II LANDASAN TEORI

Analisa Unjuk Kerja Secondary Superheater PLTGU Dan Evaluasi Peluang Peningkatan Effectiveness Dengan Cara Variasi Jarak, Jumlah dan Diameter Tube

ANALISIS KINERJA COOLANT PADA RADIATOR

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Analisa Perfomansi Alat Penukar Kalor Tiga Saluran Satu Laluan Dengan Aliran Yang Terbagi Dalam Konfigurasi Aliran Berlawanan Arah dan Searah

METODOLOGI PENELITIAN. Waktu dan Tempat Penelitian. Alat dan Bahan Penelitian. Prosedur Penelitian

BAB IV PENGUMPULAN DAN PERHITUNGAN DATA

UNIVERSITAS DIPONEGORO TUGAS SARJANA. Disusun oleh:

TUGAS AKHIR PERCOBAAN KUALITAS ETHYLENE DAN AIR PADA ALAT PERPINDAHAN PANAS DENGAN SIMULASI ALIRAN FLUIDA

Simulasi Numerik Aliran Fluida pada Permukaan Peregangan dengan Kondisi Batas Konveksi di Titik-Stagnasi

/ Teknik Kimia TUGAS 1. MENJAWAB SOAL 19.6 DAN 19.8

SIDANG HASIL TUGAS AKHIR

DOSEN PEMBIMBING : PROF. Dr. Ir. DJATMKO INCHANI,M.Eng. oleh: GALUH CANDRA PERMANA

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) ISSN: ( Print) B-198

KARAKTERISTIKA PERPINDAHAN PANAS TABUNG COOLER PADA FASILITAS SIMULASI SISTEM PASIF MENGGUNAKAN ANSYS

BAB III TUGAS KHUSUS

ANALISA KINERJA ALAT PENUKAR KALOR JENIS PIPA GANDA

MODEL MATEMATIKA DENGAN SYARAT BATAS DAN ANALISA ALIRAN FLUIDA KONVEKSI BEBAS PADA PELAT HORIZONTAL. Leli Deswita 1)

VERIFIKASI ULANG ALAT PENUKAR KALOR KAPASITAS 1 kw DENGAN PROGRAM SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER DESIGN

Electric Field. Wenny Maulina

perubahan baik fisik maupun kimiawi yang dikehendaki ataupun yang tidak dikehendaki. Di samping itu, setelah melalui proses pengolahan, makanan tadi

Karakteristik Perpindahan Panas dan Pressure Drop pada Alat Penukar Kalor tipe Pipa Ganda dengan aliran searah

Prinsip Kecukupan Proses Thermal

BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES

ANALISA HEAT EXCHANGER JENIS SHEEL AND TUBE DENGAN SISTEM SINGLE PASS

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH KECEPATAN UDARA (V) TERHADAP KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI PAKSA PELAT DATAR. Rikhardus Ufie * Abstract

Prinsip Kecukupan Proses Thermal

ANALISIS KEEFEKTIFAN ALAT PENUKAR KALOR TABUNG SEPUSAT ALIRAN BERLAWANAN DENGAN VARIASI PADA FLUIDA PANAS (AIR) DAN FLUIDA DINGIN (METANOL)

PENGARUH PEMASANGAN SIRIP TERHADAP JUMLAH PANAS YANG DIPINDAHKAN PADA ALAT PENUKAR PANAS ANULUS

KOEFISIEN PERPINDAHAN KALOR DUA FASA UDARA DAN AIR SEARAH DALAM PIPA VERTIKAL PADA DAERAH ALIRAN KANTUNG (SLUG FLOW)

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2013

5. RANCANGAN TEKNIK KENDALI TRANSPORTASI MINYAK SAWIT KASAR MODA PIPA

SKRIPSI. Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik. Oleh: INDRA WIJAYA NIM. I

TRANSPORT MOLEKULAR TRANSFER MOMENTUM, ENERGI DAN MASSA RYN. Hukum Newton - Viskositas RYN

Perancangan Termal Heat Recovery Steam Generator Sistem Tekanan Dua Tingkat Dengan Variasi Beban Gas Turbin

Penggunaan Pasco Capstone 14.1 untuk Menentukan Koefisien Konveksi Udara dengan Metode Pendinginan Air

SIFAT SIFAT TERMIS. Pendahuluan 4/23/2013. Sifat Fisik Bahan Pangan. Unit Surface Conductance (h) Latent heat (panas laten) h =

RANCANG BANGUN HEAT EXCHANGER TUBE FIN TIGA PASS SHELL SATU PASS UNTUK MESIN PENGERING EMPON-EMPON

/ Teknik Kimia TUGAS 1. MENJAWAB SOAL 19.6 DAN 19.8

SIMULASI DISTRIBUSI TEMPERATUR PADA SUATU RUANGAN BERATAP GENTENG BERBAHAN KOMPOSIT PLASTIK-KARET MENGGUNAKAN ANSYS FLUENT

Transkripsi:

Pindah Panas Lecture Note Principles of Food Engineering (IP 330) Dept of Food Science & echnology Faculty of Agricultural echnology Bogor Agricultural University BOGOR Pindah Panas ujuan Pembelajaran Mengerti prinsip dasar pindah panas untuk mengetahui bagaimana bahan pangan dipanaskan dan/atau didinginkan mengerti bagaimana pindah panas diukur menentukan laju pemanasan dan pendinginan bahan pangan Mengerti faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi (dan bagaimana pengaruhnya) aplikasi pindah panas dalam proses penanganan, pengolahan, distribusi dan pemanfaatan pangan Purwiyatno Hariyadi/IP/ /IP/Fateta Fateta/IPB Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 1

Pindah Panas Heat transfer - movement of energy due to a temperature difference Can only occur if a temperature difference exists Occurs through: 1. conduction, 2. convection, and 3. radiation, or 4. combination of above Purwiyatno Hariyadi/IP/ /IP/Fateta Fateta/IPB Heat ransfer (1) May be indicated as total transfer Identified by total heat flow (Q) with units of Btu Identified by rate of heat flow (q) or ΔQ/ Q/Δt with units of watts ot Btu/hr Also, may be expressed as heat transfer per unit area heat flux or q/a Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 2

Heat ransfer (2) Heat transfer can be classified as: 1. Steady-state: o all factors are stabilized with respect to time o temperatures are constant at all locations o steady-state state is sometimes assumed if little error results 2. Unsteady-state state (transient) heat transfer occurs when: o temperature changes with time o thermal processing of foods is an important example o must know time required for the coldest spot in can to reach set temperature Purwiyatno Hariyadi/IP/ /IP/Fateta Fateta/IPB CONDUCION HEA RANSFER Occurs when heat moves through a material (usually solid or viscous liquid) due to molecular action only HEA Heat/energy is transferred at molecular level No physical movement of material Heating/cooling of solid Heat flux is directly proportional to the temperature gradient, and inversely proportional to distance (thickness of material). Purwiyatno Hariyadi/IP/ /IP/Fateta Fateta/IPB Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 3

CONDUCION HEA RANSFER May occur simultaneously in one, or two, or three directions Many practical problems involve heat flow in only one or two directions Conduction along a rod heated at one end is an example of two dimensional conduction Heat flows along the length of the rod to the cooler end (one direction) If rod is not insulated, heat is also lost to surroundings Center warmer than outer surface Purwiyatno Hariyadi/IP/ /IP/Fateta Fateta/IPB CONDUCION HEA RANSFER - one dimensional (unidirectional) One dimensional conduction heat transfer is a function of: 1. temperature difference 2. material thickness 3. area through which heat flows 4. resistance of the material to heat flow Purwiyatno Hariyadi/IP/ /IP/Fateta Fateta/IPB Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 4

CONDUCION HEA RANSFER - one dimensional Fourier s Law Of Heat Conduction: ΔQ Δt q x - ka d dx q x X 1 X ΔQ Q otal heat flow 2 q x rate of heat flow in x direction by conduction, W k thermal conductivity, W/mC A area (normal to x-direction) through which heat flows, m 2 temperature, C x distance increment, variable, m Purwiyatno Hariyadi/IP/ /IP/Fateta Fateta/IPB SIGN CONVENION EMPERAURE direction of heat flow Δ Δ x d slope - dx emperature profile DISANCE Purwiyatno Hariyadi/IP/ /IP/Fateta Fateta/IPB Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 5

PH/PG/Fateta/IPB USING FOURIER S LAW 1 X 1 X 2 q -k A x 2 X X... 1 > 1 X X... 2 > 2 q x A dx d dx -kd q x Integrating : q X 1 x - kd A dx 1 X2 q x A ( x 1 - x ) k( 1-2 2 q1 (x - x 1 1 ) 2 ka 2 ( 1 - ) 2 q ka x (X 1 - X ) 2 ) Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 6

HEA CONDUCION IN MULILAYERED SYSEMS Composite Rectangular Wall (In Series) k A k B k C q q empe erature 1 x A x B x C emperature profile in a multilayered system 2 X k A k B k C q q q -ka x A x B x C USING FOURIER S LAW : Δ -q d dx Δ x ka Δ A Δ Δ B C -q -q -q Δ x k A A Δ x k k B A A Δ x C A B C Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 7

k A k B k C q 1 2 q 1 x A x B x C Δ 1 2 Δ 2 Δ - A + Δ q Δ X A k A B A + Δ C Δ X + k B B + Δ X k C C Δ A Δ Δ B C -q -q -q Δ x k A A Δ x k k B A A Δ x C A B C CONDUCION IN CYLINDRICAL OBJECS Fourier s law in cylindrical coordinates q r - ka q r -k d dr 2 πr r L d dr Boundary Conditions : i at o at r r i r r o dr r o Integrating g : q r dr o k o d 2πL r r i i q r o o Ln r k 2πL r i i 2π Lk( i o ) q r ln o ri r i Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 8

COMPOSIE CYLINDRICAL UBE r 2 r 3 i r 1 o FROM FOURIER S LAW: q r 2πLk( i o ) ro ln ri A? Let us define logarithmic mean area A m such that (i o ) q r ka m (ro ri ) (ro ri ) where A m 2πL ro ln r i i o q r (ro ri ) ka m q r 1 2 i 2 3 q o r q r r 1 (r (ka 2 (r (ka 3 m r 2 m ) 12 ) 1 r 2 23 r 3 r ) adding above two equations ( ) 1 3 Δ r Δ r + ka m ka m 12 ) 23 Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 9

Convection Heat ransfer ransfer of energy due to the movement of a heated fluid Movement of the fluid (liquid or gas) causes transfer of heat from regions of warm fluid to cooler regions in the fluid Natural Convection occurs when a fluid is heated and moves due to the change in density of the heated fluid Forced Convection occurs when the fluid is moved by other methods (pumps, fans, etc.) Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB CONVECIVE HEA RANSFER : heat transfer to fluid q a < s Surface area A s q h A( s - a ) q rate of heat transfer h convective heat transfer coefficient, W/m 2. o C s surface temperature a surrounding fluid temperature Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 10

Natural Convection Colder fluid (higher h density) Fluid absorbs heat (temperature increase: density decrease) PH/PG/Fateta/IPB HEA RANSFER O FLUID (Forced Convection) FLUID FLOW IN A PIPE Fluid flow can occur as - laminar flow - turbulent flow - transition between laminar and turbulent flow - direction of flow.. > parallel or perpendicular to the solid object Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 11

HEA RANSFER O FLUID > h? q h A ( s - a ) h f (density, velocity, diameter, viscosity, specific heat, thermal conductivity, viscosity of fluid at wall temperature he convective heat transfer coefficient is determined by dimensional analysis. A A series of experiment are conducted to determine relationships between following dimensionless numbers. HEA RANSFER O FLUID > h? Dimensionless Numbers In Convective Heat ransfer Nusselt Number N nu (hd)/k Prandtl Number N Pr μc p /k Reynolds Number Re (ρvd)/ vd)/μ Where D characteristic dimension k thermal conductivity it of fluid v velocity of fluid C p specific heat of fluid ρ density of fluid μ viscosity of fluid Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 12

HEA RANSFER O FLUID. > FORCED CONVECION N nu f (N Re, N Pr ) Laminar flow in pipes: If N Re <2100 For (N Re xn Pr x D/L) < 100 0.085085 D N Re xn Prx 3. 66 L μ N Nu + 0.66 1 0. 045 D + μ N Re xn Prx L For (N Re x N PR x D/L) > 100 0. 14 N Nu 1. 86 N RE xn PR D x L 0. 33 μ μw All physical properties are evaluated at bulk fluid temperature, except μ w (viscosity at the wall) b w 0.14 HEA RANSFER O FLUID. > FORCED CONVECION ransition Flow in Pipes N RE between 2100 and 10,000: use chart to determine h : diagram J Colburn factor (J) vs Re. 2 0.14 h Cp. μ 3 μ w J CpV k ρ μ Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 13

HEA RANSFER O FLUID. > FORCED CONVECION urbulent Flow in Pipes:. > N RE > 10,000: N NU 0. 023 N 0.33 Pr x μ μ w 0.14 HEA RANSFER O FLUID. > FREE CONVECION Free convection involves the dimensionless number called Grashof Number, N Gr N G r N Nu Gr 3 ( d ρ 2 gβ Δ ) h D k µ a 2 ( N N ) m G r Pr d Dimension of the system; ρ density; β koeff ekspansi volumetrik (koef muai volumetrik; 1/K); µviscosity; g gravity a and m constant Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 14

HEA RANSFER O FLUID. > FREE CONVECION N Nu h D k a ( N N ) m G r Pr Vl Value of a and m f(physical f(h configuration) Vertical surface Dvertical dim. < 1 mn Gr Gr N Pr Pr <10 4 a1.36 m1/5 Horizontal cylinder D dia < 20 cm N Gr N Pr <10-5 a0.49 m0 10-5< N Gr N Pr <1 a0.71 m1/25 1<N Gr N Pr <10 4 a1,09 m1/10 Horizontal flat surface Facing Upward 10 5 < N Gr N Pr <2x10 7 a0.54 m1/4 2x10 7 < N Gr N Pr <3x10 a0.14 m1/3 Facing downward 3x10 5 < N Gr N Pr <3x10 a0.27 m1/4 Equations for calculating heat transfer coefficient (h) in free convection from water to air (oledo, p. 271, able 7.3) Kondisi permukaan Silinder horisontal yang dipanaskan/didinginkan Fluida di atas plate horizontal yang dipanaskan. dt dst Nilai untuk C Persamaan Udara/Uap Air h C(Δ/D) 0.25 1.3196 291.1 h C(Δ) 0.25 2.4492 Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 15

HEA RANSFER O FLUID > U? emperature profile : conductive and convective heat transfer through a slab a 1 h i h o Q UA( a - b ) where U Overall heat transfer coefficient [] W/m 2 C 2 b HEA RANSFER O FLUID > U? Steady State : q i q x q o q q UA( a - b ) a 1 q i qh i A( a - 1 ) q x qka(1-2)/ 2)/Δx q o qh o A( 2 - b ) a - b ( a - 1 )+( 1-2 )+( 2 - b ) h i h o 2 b q U A 1 U Δ q + q x + h A ka 1 h i Δ + x + k 1 i h O q h A O Atau, umum : 1 U A i i A i A 1 h A A lm A i i + A o A Δ x ka lm + 1 h A O O Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 16

HEA RANSFER O FLUID > U? a r 2 1 a r 1 2 b h i h o Surrounding fluid temp; b < a 1 U 1 h Δ + r k + 1 i h O Atau, umum : 1 1 Δ + r U A h A ka i A lm i i A o ln i A i - A o A i lm + 1 h A O O HEA RANSFER O FLUID > U? r i r 1 inside radius of cylinder r 3 r o r 3 outside radius of cylinder i r 1 r 2 h i inside heat transfer coefficient i h o outside heat transfer coefficient o Calculating U based on outside radius of cylinder: 1 U 1 h + r o ln(r 2 /r 1 ) o k 1 + r o ln(r 3 /r 2 ) r o ln(r n /r n-1 ) r + + + o r i h i k 2 K n-1 r o Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 17

Contoh soal Hitung heat flux (q/a) yang melewati glass pane yang terbuat dari lapisan gelas dengan ketebalan 1.6 mm yang dipisahkan oleh 0.8 mm lapisan insulator. Koefisien pindah panas pada sisi yang satu pada 21 o C adalah 2.84 W/m 2 K dan pada sisi yang lain bersuhu -15 o C adalah 11.4 W/m 2 K. Konduktivitas panas gelas adalah 0.52 W/mK dan pada lapisan udara adalah 0.031 W/mK. Jawab: 1 21 o C h1 1.6mm 0.8mm 1.6mm h2 h1 2.84 W/m 2 K h2 11.4 W/m 2.K k1 0.52 W/mK 2-15 o C k2 0.031 W/mK k1 k2 k1 Heat flow erdapat 5 hambatan yang dialami selama proses pindah panas: 2 konveksi, 3 konduksi 1/U 1/h1 + x1/k1 + x2/k2 + x3/k3 + 1/h2 1/U 1/2.84 + 1.6 x 10-3 /0.52 + 0.8x10-3 /0.031 + 1.6x10-3 /0.52 + 1/11.4 0.352 + 0.0031 + 0.0258 + 0.0031 + 0.0877 0.4718 U 2.12 W/m 2 K q/a U Δ 2.12 (21-(-15) 76.32 W/m 2 Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 18

Soal 2 Hitung overall heat transfer coefficient (U) untuk heat exchanger dengan koefisien pindah panas 568/m 2 K di bagian dalam dan 5678 W/m 2 K di bagian luar. Dinding tube mempunyai konduktivitas panas (k) 55.6 W/mK. ube mempunyai diameter dalam 2.21 cm dan ketebalan 1.65 mm. Jika suhu fluida di dalam tube 80 o C dan di luar 120 o C, hitung juga suhu pada dinding tube sebelah dalam. (a) Menghitung U: 1 80 o C r i 1.105 cm r o 1.2701 cm h i 568 W/m 2 K h o 5678 W/m 2.K k 55.6 W/mK 2 120 o C ri 2.21/2 1.105 cm r o 1.105 + 0.1651 1.2701 cm erdapat 3 hambatan yang dialami selama proses pindah panas melalui heat exchanger: 2 konveksi, 1 konduksi 1/U r o /r i h i ++r + o ln(r o /r 1 )/k + 1/h o 1/U 1.2701x10-2 /[(1.105x10-2 )(568)] + 1.2701x10-2 ln(1.2701x10-2 /1.105x10-2 )/55.6 + 1/5678 20.236x10-4 + 0.318x10-4 + 1.76x10-4 22.315x10-4 U 448 W/m 2 K Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 19

(b) Suhu pada dinding tube sebelah dalam: q(overall) q (yang melewati konveksi) q (melewati konduksi) Lt Let: f suhu fluida di dalam tube; w suhu pada dinding tube) UA o Δ h i A i ( w f ) 448(2πr o L)(120-80) 568(2πr 1 L)(w-80) (w 80) 448(r o )(40)/568(r 1 ) 80 + 448(1.2701)(40)/568(1.105) 105) 80 + 36.3 116.3 o C PR. Ke dalam sebuah pipa baja berinsulasi (ID0.04089 m; OD0.04826 m) dialirkan uap air r (125 o C, hi11400 W/m 2 1 K). i k1 Ketebalan insulator adalah 5 cm k2 (k20.1 W/mK). Diketahui baja memiliki k145 W/mK, koefisien pindah panas di lingkungan/luar pipa (ho) adalah 6 W/m 2 K, dan suhu lingkungan g 20 o C. Hitunglah nilai U dan panas yang berpindah ke lingkungan (QUAΔ)). Uap panas 125 o C, hi 11400 W/m2K r 2 r 3 Lingkungan ( o 20C ho6 W/m 2 K) Baja Insulator Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 20

Soal 3 Air mengalir dengan laju 0.02 kg/s di dalam pipa penukar panas horizontal (ID 2.5 cm, k0.633 W/m o C), dan dipanaskan dari 20 o C menjadi 60 o C (µ air 658.026x10-6 Pas dan µ w 308.909x10-6 Pas). Suhu permukaan dalam pipa adalah 90 o C. Perkirakan koefisien pindah panas (h) pada permukaan dalam pipa yang panjangnya 1 m. C p air 4175 J/kg o C Jawab Soal 3 Air mengalir pada pipa horizontal, berarti ada proses pemompaan (forced convection). Maka h akan dipengaruhi nilai N Re, N Pr, D/L. N Re untuk Newtonian fluida: Re ρdv/µ Diketahui : µ air 658.026x10-6 Pas; µ w 308.909x10-6 Pas; C p air 4175 J/kg o C D 2.5 cm 2.5x10-2 m laju masa (ṁ) 0.2 kg/s, L pipa 1 m v (m/s) ṁ (kg/s) /ρ(kg/m 3 )(π(d/2) 2 (m 2 ), maka N Re 4ρD(ṁ/ρπD 2 µ) 4ṁ/πµD 4(0.02)/π (658.026x10-6 )(2.5x10-2 ) 1457.9 (Laminar) N Pr µcp/k (658.026x10-6 )(4175)/(0.633) 4.34 D/L 2.5x10-2 /1 2.5x10-2 Maka N Re x N Pr x D/L 1457.9 x 4.34 x 2.5x10-2 168 (>100) Maka gunakan persamaan empiris: Nu 1.86(N Re xn Pr xd/l) 0.33 (µ/µ w ) 0.14 Nu 1.86(1547.9x4.34x2.5x10-2)0.33(658.026x10-6 /308.909x10-6 ) 93 Nu hd/k 93 2.5x10-2/0.633 h 2355 w/m 2 C Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 21

PR Hitung berapa nilai h, bila kecepatan aliran dinaikkan menjadi 1.5 kg/s Soal 3 Hitunglah kecepatan kehilangan panas as ke lingkungan dari pipa baja (ID0.04089 m) berisi uap pada suhu 130 o C. Koefisien konveksi (h) pada sisi uap adalah 11400 W/m 2 K dan di luar pipa ke udara adalah 5.7 W/m 2 K. Suhu lingkungan ratarata 15 o C, konduktivitas panas (k) dinding pipa baja adalah 45 W/mK. Bila pipa diberi ihambatan bt (insulator) lt setebal tbl5 cm yang memiliki k0.07 W/mK (h uap dan udara seperti di atas), berapa energi yang dapat diselamatkan? Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 22

RANSIEN (UNSEADY-SAE) HEA RANSFER Purwiyatno Hariyadi/IP/ /IP/Fateta/IPB PH/PG/Fateta/IPB Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 23

PH/PG/Fateta/IPB RANSIEN (UNSEADY-SAE) HEA RANSFER Boiling water 100 o C Solid food material s, initial 35 o C r Change in temperature?? s f(t,r) Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 24

RANSIEN (UNSEADY-SAE) HEA RANSFER Importance of internal and external resistance to heat transfer relative importance of conductive and convective heat transfer Biot number, N Bi hd/k D / k N Bi 1/ h or NBi Internal External resistance resistant Boiling water 100 o C r to heat transfer to heat transfer Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB RANSIEN (UNSEADY-SAE) HEA RANSFER Negligible internal resistance. >N Bi < 0.1 q ρ V Cp d/dt h A ( a -) d h A d t h A t ln( ) a - a ρ CpV ρ C V a a - - o i e p t 0 - (h A/ ρ C V) t p Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 25

RANSIEN (UNSEADY-SAE) HEA RANSFER Finite Surface and Internal Resistance o Heat ransfer. > 0.1<N Bi < 40.. > m1/n Bi Negligible Surface Resistance o Heat ransfer. > N Bi > 40.. > m1/n Bi 0 Infinite Slab, infinite cylinder and sphere Use Gurnie-Lurie Chart and/or Heisler Chart > temperature-time time (-t) chart Dimensionless number : Fourier number (N Fo) N Fo kt ρ C D α t 2 D p 2 D characteristic dimension D sphere radius D inf cylinder radius D inf slab half thickness RANSIEN (UNSEADY-SAE) HEA RANSFER he physical meaning of Fourier Number : 1 k 2 D α t D N Fo 2 3 D ρ CpD t N Fo Rate of heat conduction Rate of heat storage across D in volume in volume D 3 D 3 (W/C) (W/C) Large value of N Fo indicates deeper penetration of heat into solid in a given period of time Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 26

RANSIEN (UNSEADY-SAE) HEA RANSFER Prosedur pengunaan diagram -t 1. Untuk silinder tak berbatas R - Suhu pusat (sumbu) silinder setelah pemanasan selama t? a. hitung N Fo, gunakan R sebagai D b. hitung N Bi, gunakan R sebagai D > hitung 1/N Bi mk/hd c. gunakan diagram untuk silinder tak berbatas, dari N Fo dan N Bi cari ratio Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB RANSIEN (UNSEADY-SAE) HEA RANSFER 1/N bi m N Fo Diagram -t : hubungan antara suhu di sumbu silinder dan N Fo Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 27

RANSIEN (UNSEADY-SAE) HEA RANSFER 2. Untuk lempeng tak berbatas ketebalan, X 2D lebar ; panjang ebalx Suhu di tengah (midplane) lempeng tak berbatas setelah pemanasan selama t?? a. hitung N Fo, gunakan (1/2)X sebagai D b. hitung N Bi, gunakan (1/2)X sebagai D > hitung 1/N Bi c. gunakan diagram untuk lempengtak berbatas, dari N Fo dan N Bi cari ratio Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB RANSIEN (UNSEADY-SAE) HEA RANSFER Diagram -t : hubungan suhu di midplane lempeng tak berbatas dan N Fo Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 28

RANSIEN (UNSEADY-SAE) HEA RANSFER Diagram -t : hubungan antara suhu di pusat bola dan N Fo Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB RANSIEN (UNSEADY-SAE) HEA RANSFER Diagram Gurnie-Lurie untuk LEMPENG : 1. Menentukan suhu setelah pemanasan/pendinginan cari nilai N Fo αt/δ 2 cari nilai N bi dan m1/n bi tentukan posisi dimana suhu ingin diketahui, n x/δ cari ratio suhu 2. Menentukan waktu pemanasan/pendinginan untuk mencapai suhu ttt cari rasio suhu, pada posisi ttt yang diketahui, n r/r cari nilai N Bi dan m1/n bi cari N Fo αt/δ 2 ; dan hitung t Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 29

RANSIEN (UNSEADY-SAE) HEA RANSFER Diagram Gurnie-Lurie untuk SILINDER : 1. Menentukan suhu setelah pemanasan/pendinginan cari nilai N Foαt/R 2 cari nilai N bi dan m1/n bi tentukan posisi dimana suhu ingin diketahui, n r/r cari ratio suhu 2. Menentukan waktu pemanasan/pendinginan untuk mencapai suhu ttt cari rasio suhu, pada posisi ttt yang diketahui, n r/r cari nilai N bi dan m1/n bi cari N fo αt/r 2 ; dan hitung t Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB RANSIEN (UNSEADY-SAE) HEA RANSFER Diagram Gurnie-Lurie untuk BOLA : 1. Menentukan suhu setelah pemanasan/pendinginan cari nilai N Fo αt/r 2 cari nilai N bi dan m1/n bi tentukan posisi dimana suhu ingin diketahui, n r/r cari ratio suhu 2. Menentukan waktu pemanasan/pendinginan untuk mencapai suhu ttt cari rasio suhu, pada posisi ttt yang diketahui, n r/r cari nilai N bi dan m1/n bi cari N fo αt/r 2 ; dan hitung t Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 30

RANSIEN (UNSEADY-SAE) HEA RANSFER Diagram Gurnie-Lurie :(oledo) Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB RANSIEN (UNSEADY-SAE) HEA RANSFER Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 31

RANSIEN (UNSEADY-SAE) HEA RANSFER Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB RANSIEN (UNSEADY-SAE) HEA RANSFER Finite object.. > finite slab (bentuk bata, panjangl, lebarw, tinggih) a a a a x x a i a i Inf. Slab a i Inf slab, a i Inf slab, Finite slab, l,w,h l w h length depth width Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 32

RANSIEN (UNSEADY-SAE) HEA RANSFER Finite object. > finite slab (bentuk kaleng, jari-jarir, jarir, tinggih) Infinite cylinder, radius R Infinite slab, thicknessh a a i Finite cylinder R, h a a i x Infinite cylinder R a a i Infinite slab (h) Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB RANSIEN (UNSEADY-SAE) HEA RANSFER Penentuan posisi pada benda berbatas R? Lokasi : tengah tutup kaleng - ditengah silinder : n0 - dipermukaan lempeng: n1 δ X1/2δ r 1/2R X? Lokasi x - n silinder r/r1/2 - n lempeng x/δ 1/2 Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 33

RANSIEN (UNSEADY-SAE) HEA RANSFER CONOH SOAL Apel didinginkan dari suhu 20 o C menjadi 8 o C, dengan menggunakan air dingin mengalir (5 o C). Aliran air dingin ini memberikan koef. Pindah panas konvensi sebesar 10 M/m 2.K. Asumsikan apel sebagai bola dengan diamater 8 cm. Nilai k apel 0.4 W/m/K, Cp apel 3.8 kj/kg.k dan densitasnya960 kg/m 3. Untuk pusat geometri apel mencapai suhu 8 o C, berapa lama harus dilakukan pendinginan? Jawab : 1. Cek N Bi ; apakah nilainya <0.1? 0,1<N Bi <40? atau N Bi >40?? N Bi (hr/k)1 > 0.1<N Bi <40 : gunakan diagram -t (m1/n Bi 1) Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB RANSIEN (UNSEADY-SAE) HEA RANSFER θ0.2 2. Hitung rasio suhu yang dikehendaki : (a-)/(a-i) (5-8)/(5-20) 0.2 3. Posisi? Di pusat geometri n0 4. Cari nilai N Fo, dan tentukan t n0 m1 N Fo αt/r 2 0.78 Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB N Fo αt/r 2 0.78 t 0.78R 2 /α t 0.78R 2 /[k/(ρ.cp)] t 0.78(0.04) 2 /[0.4/(960)(3800)] t 11,381 s t 3.16 h Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 34

PH/PG/Fateta/IPB PH/PG/Fateta/IPB Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 35

PH/PG/Fateta/IPB PH/PG/Fateta/IPB Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 36

PH/PG/Fateta/IPB PH/PG/Fateta/IPB Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 37

PH/PG/Fateta/IPB Selesai.. NEX Heat Exchangers Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 38

Soal 3 Hitung laju kehilangan panas (q) dari sebuah retort horizontal dengan diameter dalam 1.524 m dan panjang 9.144 m. Uap di dalam retort bersuhu 121 o C. Udara luar bersuhu 25 o C. Retort dibuat dari baja (k 42 W/mK) dan mempunyai ketebalan 0.635 m. Jawaban Soal 3 Diketahui udara melewati silinder Diketahui, udara melewati silinder horisontal, maka h 1.3196(Δ/Do) 0.25 Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 39

Soal 3 Hitung overall heat transfer coefficient (U) untuk saus tomat (densitas 995 kg/m 3, viskositas 0.676 Pas) yang dipanaskan dari suhu 20 o C ke 80 o C dalam stainless steel tube dengan panjang 5 m dengan inside diameter 1.034 cm dan ketebalan 2.77 mm. Uap ppanas di luar tube bersuhu 120 o C. Koefisien pindah panas steam di dalam tube 6000 W/m 2 K. Laju aliran (v) adalah 0.1 m/s. Soal 3 Hitung nilai koefisien e pindah panas as (h) dan overall heat transfer coefficient (U) untuk saus tomat (densitas 995 kg/m 3, n0.34 dan K 10.42 Pas; equivalent Newtonian viscosity (µ) 0.5 Pa.s, µ w 0.45 Pa.s, panas jenis3817 J/kg.K) yang dipompa dan dipanaskan dalam stainless steel tube. Saus masuk pada suhu 20 o C dan keluar pada suhu 80 o C. Stainless steel tube berdimensi panjang 5 m, inside diameter 1.034 cm, dan ketebalan 2.77 mm, konduktivitas panas (k) tube wall 17.3 W/mK. Uap panas di luar tube bersuhu 120 o C. Koefisien pindah panas steam di dalam tube 6000 W/m 2 K. Laju aliran rata-rata (v) adalah 0.1 m/s. Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 40

Dipompa, berarti forced convection Reynolds Number: Jawaban Soal 3 N Re n ρ 8( v ) 2-n ( R ) 3n + 1 K n N Re 8(0.1) 2-0.34 +(1.034x10-2 ) 0.34 *995 11.02 (Laminar) 10.42 [(3*0.34+1)/0.34] 0.34 Prandtl Number N Pr μcp/k 0.5*3817/17.3 110.3 D/L 1.034E-2/5 0.02 Maka: (NRexNPrxD/L)1102* NPr x 11.02 110.3 * 0.02 02 24.31 < 100 Maka, 0. 085 N 3. 66 + Nu h. 1 + 0. 045 N xn x Re Pr N xn x Re Pr D L D 0.66 L μ b μ w n 0. 14 (hd)/k Overall heat transfer coeffiecient: 1/U r o /r i h i + + r o ln(r o /r 1 )/k + 1/h o Maka : U??? PR.. Purwiyatno Hariyadi/IP/Fateta/IPB 41