makalah konduksi tunak-tak tunak
TRANSCRIPT
-
8/16/2019 Makalah Konduksi Tunak-Tak Tunak
1/21
MAKALAH I PERPINDAHAN KALOR
PERPINDAHAN KALOR KONDUKSIAMAN JUDUL
KELOMPOK 3
Arif Hendrawan 1406531763
Eliza Habna Lana 1406531611
i!riani Meiz"ira 14065654#3
$a%&'andi M&l%a (en!)'a 1406571470
Ma*di +a&fi, 1406531-13
PRO.RAM (+/DI +EKNIK KIMIA
DEPAR+EMEN +EKNIK KIMIA
AK/L+A( +EKNIK /NIER(I+A( INDONE(IA
DEPOK
MARE+ 016
-
8/16/2019 Makalah Konduksi Tunak-Tak Tunak
2/21
Makalah Perpindahan Kalor Konduksi – Kelompok PK !"
KA+A PEN.AN+AR
Pu#i s$ukur kepada %uhan &an' Maha Esa karena akhirn$a (im penulis dapa(
men$elesaikan laporan Perpindahan Kalor men'enai perpindahan kalor se)ara konduksi*
Dalam kehidupan sehari+hari, (er#adi -e'i(u -an$ak perpindahan kalor di sekelilin'ki(a $an' mun'kin (idak -e'i(u disadari* Ma(a kuliah Perpindahan Kalor men)akup peris(i.a+
p.ris(i.a (erse-u(, dari $an' sederhana sampai skala indus(ri* Pada skala indus(ri inilah peran
insin$ur (eknik kimia san'a( di-u(uhkan* Karena i(u, pela#aran Perpindahan Kalor ini
san'a(lah pen(in'*
/alaupun -an$ak kendala $an' dihadapi sepan#an' pem-ua(an laporan ini, (im
penulis (e(ap -er(ekad un(uk men$elesaikan laporan ini se-a'ai komi(men dan
(an''un'#a.a- demi memenuhi (u'as Perpindahan Kalor* Un(uk i(u, penulis men'u)apkan
(erima kasih kepada semua pihak $an' (elah mem-an(u dalam men$elesaikan laporan ini*
%im penulis men$adari -ah.a laporan ini masih #auh dari kesempurnaan* Oleh karena
i(u, (im penulis men'harapkan adan$a kri(ik ser(a saran supa$a laporan ini le-ih -aik la'i
un(uk kedepann$a*
%im penulis -erharap a'ar laporan ini -isa -erman0aa( -a'i para pem-a)a dan dapa(
menam-ah .a.asan kami khususn$a mahasis.a (eknik kimia*
Depok, Mare( 1!"2
%im Penulis
2
-
8/16/2019 Makalah Konduksi Tunak-Tak Tunak
3/21
Makalah Perpindahan Kalor Konduksi – Kelompok PK !"
DA+AR I(I
Halaman Judul "
Ka(a Pen'an(ar 1Da0(ar Isi
3a- I Pendahuluan 4
La(ar 3elakan' 4
Rumusan Masalah 4
%u#uan Penulisan 4
3a- II Pem-ahasan 5
Ino6asi Ala( Masakan 5
Soal " 7
Soal 1 "!
Soal "1
Soal 4 "4
Soal 5 "2
Kesimpulan 1!
Da0(ar Pus(aka 1"
Lampiran
3
-
8/16/2019 Makalah Konduksi Tunak-Tak Tunak
4/21
Makalah Perpindahan Kalor Konduksi – Kelompok PK !"
2A2 I PENDAH/L/AN
11 LA+AR 2ELAKAN.
Peris(i.a perpindahan panas merupakan sua(u peris(i.a $an' (idak (erelakkan dalam
indus(ri kimia* Panas $an' (er#adi aki-a( reaksi kimia, 'erakan 0luida, pem-akaran, dan lain+lain -an$ak diman0aa(kan oleh insin$ur (eknik kimia den'an )ara memindahkan panas
(erse-u( den'an -er-a'ai )ara* Dalam mempela#ari peris(i.a perpindahan kalor ini, per(ama
perlu dipela#ari (erle-ih dahulu -a'aimana kalor -erpindah dan -er-a'ai hal $an' (erkai(
den'an peris(i.a perpindahan kalor ini*
Konduksi adalah peris(i.a perpindahan kalor $an' mem-u(uhkan medium
peram-a(an dan kon(ak lan'sun'* Adan$a 'radien suhu men$e-a-kan perpindahan kalor dari
sua(u -enda ke -enda lainn$a* Konduksi -isa dianalisis dari sudu( pandan' sa(u dimensi
a(aupun mul(idimensi* Prinsip men'enai konduksi sudah -an$ak di'unakan dalam kehidupan
sehari+hari* Dalam makalah ini, pem-ahasan men'enai konduksi akan di(i(ik-era(kan pada
konduksi (unak dan (ak (unak ser(a aplikasin$a dalam sis(em insulasi* Se)ara umum
perpindahan kalor se)ara konduksi dapa( di-a'i men#adi dua -erdasarkan -eru-ah a(au
(idakn$a suhu (erhadap .ak(u, $ai(u konduksi (unak 8 steady9 dan konduksi (ak (unak
8unsteady9* Konduksi (unak dapa( di#elaskan se-a'ai konduksi ke(ika suhu $an' dihan(arkan
(idak -eru-ah a(au dis(ri-usi suhu kons(an (erhadap .ak(u* Se-alikn$a, konduksi (ak (unak
#ika suhu -eru-ah (erhadap .ak(u*
1 R/M/(AH MA(ALAH
a9 Apa $an' dimaksud perpindahan kalor se)ara konduksi:
-9 Apa $an' dimaksud den'an kondisi (unak dan (ak (unak pada perpindahan kalor:
)9 3a'aimana )ara men'iden(i0ikasi dan men'klasi0ikasi perpindahan kalor dalam
-er-a'ai kondisi:
d9 3a'aimana )ara men$elesaikan kasus perpindahan panas konduksi den'an -er-a'ai
me(ode dan sudu( pandan':
13 +/$/AN PEN/LI(AN
a9 Men'e(ahui dan memahami men'enai perpindahan kalor konduksi (unak dan (ak
(unak -eser(a prinsipn$a*
-9 Men'e(ahui dan dapa( men'aplikasikan )ara+)ara un(uk men'analisis perpindahankalor kondisi dalam -er-a'ai kondisi*
)9 Men'e(ahui dan dapa( men#elaskan aplikasi konduksi dalam sis(em insulasi*
d9 Men#elaskan 0enomena perpindahan konduksi panas
e9 Menerapkan Hukum ;ourier
09 Men$elesaikan kasus perpindahan panas konduksi den'an -er-a'ai me(ode dan
menen(ukan sudu( pandan'
4
-
8/16/2019 Makalah Konduksi Tunak-Tak Tunak
5/21
Makalah Perpindahan Kalor Konduksi – Kelompok PK !"
2A2 II PEM2AHA(AN
SOAL KASUS
Belakangan ini banyak sekali bermunculan produk-produk pemanas masakan yang menjanjikan banyak kemudahan dan hasil yang optimal pada masakan yang disajikan.
Hal ini tentu sangat menggiurkan dan menarik minat bagi kalangan ibu rumah tangga.
Berbagai jenis bentuk dan harga dari pemanas pun beragam. apatkah anda
menjelaskan! bagaimana prinsip kerja dari alat pemanas masakan yang sudah anda
ketahui" #ika anda ingin berino$asi menciptakan alat pemanas masakan! pertimbangan-
pertimbangan apa saja yang anda berikan dan bagaimana langkah-langkah yang anda
tempuh untuk mendesain alat tersebut"
Solusi%1 Prin'i Kera dari Ala! Peana' Ma'a8an
Ala( pemanas masakan $an' palin' umum saa( ini adalah Oven Microwave. Oven
Microwave (erdiri dari dua ka(a $ai(u Oven dan Microwave* Microwave adalah se-uah
'elom-an' elek(roma'ne(ik den'an pan#an' 'elom-an' an(ara " milime(er sampai "
me(er dan -er0rekuensi an(ara !! me'aher(< sampai !! 'i'aher(
" Arus lis(rik -olak+-alik den'an -eda po(ensial rendah dan arus searah den'an -eda
po(ensial (in''i diu-ah dalam -en(uk arus searah*
1 Ma'ne(ron men''unakan arus ini un(uk men'hasilkan 'elom-an' mikro den'an
0rekuensi 1,45 =H
-
8/16/2019 Makalah Konduksi Tunak-Tak Tunak
6/21
Makalah Perpindahan Kalor Konduksi – Kelompok PK !"
4 Waveguide meneruskan 'elom-an' mikro ke se-uah ala( $an' men$erupai kipas,
dise-u( den'an stirrer * Stirrer men$e-arkan 'elom-an' mikro di dalam ruan' oven.
5 =elom-an' mikro ini kemudian dipan(ulkan oleh dindin' dalam oven dan diserap
oleh molekul –molekul makanan*
2 Karena se(iap 'elom-an' mempun$ai se-uah komponen posi(i0 dan ne'a(i0, molekul+
molekul makanan didesak kedepan dan ke-elakan' selama 1 kali ke)epa(an 0rekuensi
'elom-an' mikro, $ai(u 4,? #u(a kali dalam se(iap de(ik*
Melalui perpindahan ener'i, panas dise-a-kan oleh per'erakan molekul+molekul*
Perpindahan ener'i ini dapa( (er#adi den'an )ara -er-eda, $ai(u>
• Konduksi
%er#adi karena adan$a kon(ak lan'sun' den'an sum-er panas, )on(oh papan
pen'oren'an $an' men#adi panas se(elah -ersen(uhan den'an sum-er api pada
kompor* Mode konduksi merupakan mode pindah panas dari molekul ke molekul*
Adan$a 'erakan a(au 6i-rasi molekul akan menin'ka(kan ke)epa(an pindah panas*
• Kon6eksiKon6eksi (er#adi ke(ika uap panas naik a(au uap -erpu(ar di dalam ruan'an (er(u(up
seper(i oven* Panas uap ini akan memanaskan -a'ian luar makanan dan di(eruskan
sampai -a'ian dalam makanan (erse-u(* Perpindahan panas se)ara kon6eksi akan
(er#adi pada permukaan -ahan $an' selan#u(n$a diim-an'i den'an perpindahan se)ara
konduksi (ak (unak dalam -ahan* Pemanasan dimulai dari -a'ian luar a(au permukaan
-ahan* Proses pemanasan a(au pemasakan diasumsikan -erlapis+lapis dari permukaan
kearah pusa( 'eome(ris seirin' den'an peru-ahan .ak(u proses* Mode kon6eksi
adalah mirip den'an pindah panas se)ara konduksi han$a perpindahann$a dikai(kan
den'an adan$a 'erakan -ahan se)ara )urah 8-ulk9 dari -ahan $an' -ersuhu (in''i ke
-a'ian -ahan $an' -ersuhu le-ih rendah*
• Radiasi
%er#adi karena adan$a 'elom-an' elek(roma'ne(ik $an' mem-ua( molekul+molekul
air -er'erak* Mode pindah panas se)ara radiasi, ener'i dipindahkan dalam -en(uk
'elom-an' elek(roma'ne( $an' dipan)arkan oleh -ahan $an' mempun$ai ener'i
(erse-u(* =elom-an' ini kemudian diserap oleh permukaan dan dikon6ersikan ke
dalam -en(uk ener'i panas*
Per!iban9aner!iban9an dala 2erin)"a'i Men:i!a8an Ala! Peana'
Ma'a8an
•
Material yang mempunyai daya hantar panas yang baik Ma(erial $an' men#adi -ahan u(ama pem-ua(an ala( pemanas masakan harus memiliki
da$a han(ar panas $an' -aik* Dalam proses pemanasan makanan (idak di-u(uhkan
panas $an' san'a( (in''i* Panas a(au suhu $an' di-u(uhkan rela(i0 ke)il di-andin'kan
den'an ala( pemanas di pa-rik* Hal ini -er(u#uan a'ar nu(risi di dalam masakan (idak
rusak, dan masakan (idak men#adi han'us sehin''a di-u(uhkan kemampuan
pen'han(ar panas $an' -aik a'ar panas dapa( men'alir mera(a ke semua -a'ian
masakan a'ar masakan han'a(@ma(an' mera(a*
• Efisiensi Panas dari Alat Pemanas Masakan
Pada pem-ua(an ala( pemanas masakan perlu diperha(ikan analisis e0esiensi panas
sehin''a (idak men''unakan (ena'a lis(rik $an' -esar dan konsumsi $an' (in''i*
Apa-ila pen''unaan ener'i ini (idak die0isiensikan, maka proses pemanasan masakan
6
-
8/16/2019 Makalah Konduksi Tunak-Tak Tunak
7/21
Makalah Perpindahan Kalor Konduksi – Kelompok PK !"
akan mem-u(uhkan -ia$a $an' san'a( -esar* E0esiensi panas pada ala( pemanas
masakan dapa( die0esienkan den'an men'hema( -ahan -akar seper(i 'as, ka$u -akar,
dan aran'* Proses pen'e0isiensian panas dapa( dilakukan den'an men'insulasi panas
a'ar (e(ap -erada di dalam mesin pemanas masakan* Hal ini dapa( dilakukan den'an
)ara men''unakan (u(up ka)a, seka( sili)on, (u(up -esi $an' rapa(, hin''a lapisaninsula(or pelapis ala( pemanas*
• eamanan Alat Pemanas Masakan
Ala( pememanas masakan ini akan di'unakan un(uk memanaskan masakan $an' akan
dikonsumsi oleh manusia, sehin''a diperlukan -ahan+-ahan $an' aman un(uk
-erkon(ak lan'sun' den'an makanan* Kemudian ala( pemanas masakan #u'a harus
memiliki desain $an' memenuhi prinsip KLL a'ar dalam proses pen''unann$a (idak
(er#adi ke)elakaan seper(i ke-akaran, kera)unan, (erluka, a(aupun ke#adian -er-aha$a
lainn$a* Perlu diperha(ikan -ah.a -a'ian pemanas dari ala( pemanas masakan akan
san'a( panas ke(ika di'unakan* Diperlukan (am-ahan -a'ian (er(en(u $an'
memun'kinkan un(uk pen''una meme'an'@memindahkan ala( (erse-u( ke(ikadi'unakan* Pem-erian 'a'an' plas(ik a(au ka$u dapa( men#adi solusi dari masalah ini*
• !entuk Alat Pemanas yang Mudah "igunakan
3en(uk ala( pemanas masakan san'a( peru diperha(ikan* Ala( pemanas $an' -aik
adalah $an' -ersi0a( prak(is un(uk di'unakan, (idak memakan space $an' (eralu
-an$ak di dapur* olume ala( pemanas masakan #u'a men#adi salah sa(u perha(ian
men'in'a( -e-erapa #enis masakan mem-u(uhkan ala( pemanas -erukuran -esar
seper(i ikan 'urame, a$am, dan lain+lain* Selain i(u, lapisan $an' -erkon(ak lan'sun'
den'an makanan harus lah an(i len'ke(, hal ini -er(u#uan a'ar (idak ada masakan $an'
menempel ke(ika proses pemanasan dan akhirn$a (er-uan' karena (idak la'i dapa(dikonsumsi**
• #arga dari Alat Pemanas Masakan
Har'a dari sua(u produk sna'a( men#adi per(im-an'an pada saa( ini* Har'a $an' (idak
ekonomis un(uk mas$araka( pada sua(u produk maka (idak akan -an$ak di-u(uhkan
oleh mas$araka(* Har'a $an' rela(i0 ekonomis den'an ma(erial ala( $an' -aik akan
men#adi in)aran dari mas$araka( sehin''a har'a men#adi per(im-an'an pen(in' dalam
mem-ua( sua(u ala( pemanas masakan*
3 Lan98a*lan98a* %an9 di!e&* &n!&8 Mende'ain Ala! Peana' Ma'a8an
Dalam mem-ua( ala( pemanas maskaan, lan'kah+lan'kah $an' harus di(empuh adalah
se-a'ai -eriku( >" %ahap Persiapan 8%in#auan Pus(aka9
%ahap ini ki(a -u(uh un(uk men)ari pus(aka men'enai konsep+konsep dari ala(
pemanas masakan* Pada lan'kah ini ki(a -isa men)ari (ahu dan mendapa(kan da(a
-a'aimana perkem-an'an ala( pemanas sekaran' ini, apa sa#a kekuran'an a(au
kelemahan dari ala( + ala( pemanas $an' sudah ada sekaran' dan ala( pemanas #enis
apakah $an' men#adi selera pasar sekaran' dalam lin'kup -en(uk, har'a, 0un'si dan
lain+lain* Pada (ahap ini -er(u#uan un(uk men'e(ahui selera pasar pada umumn$a dan
-er(u#uan un(uk mem-ua( ala( pemanas masakan $an' eknomis ser(a memiliki 0un'si
$an' maksimal
1 %ahap Peran)an'an Ala( Pemanas Masakan
7
-
8/16/2019 Makalah Konduksi Tunak-Tak Tunak
8/21
Makalah Perpindahan Kalor Konduksi – Kelompok PK !"
Pada (ahap ini,ki(a mulai memilih ma(erial dari ala( pemanas masakan $an' ki(a
in'inkan sesuai den'an kri(eria+kri(eria $an' (elah di(en(ukan un(uk men'hasilkan ala(
pemanas $an' memiliki 0un'si $an' maksimal* Kemudian, mem-ua( desain akhir dan
'am-ar (eknik
-erdasarkan hu-un'an dimensi komponen+komponen $an' sudah di(en(ukan sehin''a
ki(a akan mendapa(kan ilus(rasi produk ala( pemanas masakan $an' ki(a in'inkan*
Se(elah i(u, mene(apkan proses manu0ak(ur $an' (epa( un(uk proses pem-ua(an ala(
pemanas masakan (erse-u(*
%ahap Pem-ua(an
Pada (ahap ini, pem-ua(an ala( pemanas masakan dilakukan den'an (idak melepasan
prinsip+prinsip KLL* Di-u(uhkan #u'a ala(+ala( pendukun' un(uk mem-ua( ala(
pemanas masakan*
4 %ahap Akhir > E6aluasi dan Modi0ikasi
Pada (ahap ini, dilakukan un(uk men'e6aluasi apakah ada kekuran'an pada ala(
pemanas masakan $an' (elah di-ua(* Diskusi den'an meliha( 'am-ar produk -iasan$ale-ih mudah
-erkem-an' daripada han$a mem-a$an'kann$a sa#a* Pada (ahap ini perlu dilakukan
brainstorming un(uk mendapa(kan hasil $an' op(imal*
SOAL H&'U()A(
*. Sebuah peti es dibuat dari bahan busa styro+oam ,k !// 01m. ℃
2 dengan
dimensi dalam 34 5 6 5 * cm dan tebal dinding 4! cm. Bagian luar berada dalam
udara yang suhunya 34
℃
dengan h * 01
m2℃
. #ika peti berisi penuhdengan es! hitunglah 7aktu yang diperlukan sampai seluruh es mencair"
()l&'i
Dike(ahui>
k s($ro0oam B !,! /@m*oC
(e-al dindin' 8d9 B 5 )m B !,!5 mT ∞ B 15 oC
%! B !oC
h B "! /@m*oC
Les B 4! kJ@k'
ρes B ?1! k'@m ;
dimensi dalam pe(i B 15 4! "!! )m
Asumsi $an' di'unakan>
a* Perpindahan kalor dalam konduksi (unak*
-* Proses (rans0er -erlan'sun' " dimensi*
)* Konduk(i6i(as (ermal s($ro0oam kons(an*
d* Mula mula es -ersuhu !oC*
e* Permukaan dalam pe(i B suhu es B !oC*
0* Es men'isi penuh pe(i s($ro0oam (anpa ada )elah an(ara permukaan es dan pe(i sehin''a,6olume es sama den'an 6olume pe(i*
8
-
8/16/2019 Makalah Konduksi Tunak-Tak Tunak
9/21
Makalah Perpindahan Kalor Konduksi – Kelompok PK !"
'* %idak ada peru-ahan suhu, karena kalor $an' (erli-a( dian''ap kalor la(en $ai(u $an'
di'unakan un(uk men'u-ah seluruh .u#ud es men#adi )air*
h* Pe(i diasumsikan (erle(ak di dasar -idan', namun (rans0er panas dari -idan' (erse-u(
dia-aikan*
i* La#u perpindahan kalor di seluruh permukaan pe(i homo'en*
#* Kapasi(as kalor le-ur es 8L9 4! kJ@k'*
Sis(em dapa( di'am-arkan seper(i di -a.ah ini>
Luas permukaan pe(i s($ro0oam -a'ian dalam>
A i=(2 ) (0,25 ) (0,4 )+(2 ) (0,4 ) (1,0)+(2 ) (0,25 ) (1,0 )=1,5m2
Luas permukaan pe(i s($ro0oam -a'ian luar>
A ∞=(2 ) (0,35 ) (0,5 )+(2 ) (0,5 ) (1,1)+ (2 ) (0,35 ) (1,1 )=2,22m2
olume es a(au 6olume pe(i>
V =25cm x 40cm x100cm=105cm3=0,1m3
Men)ari kalor le-ur es
Q=mes x Les
Qlebur es=( ρes x V es ) x Les
Qlebur es=999,8 kg/m3 x 0,1m
3 x340kJ /kg
¿33993,2 kJ =3,4 x107J
Se(elah nilai kalor la(en un(uk mele-urkan seluruh es dike(ahui, maka selan#u(n$a $an' harusdi)ari adalah nilai la#u perpindahan kalorn$a 89* Pada kasus ini, kami men''unakan (eori
koe0isien perpindahan kalor men$eluruh un(uk proses kon6eksi dan konduksin$a* Per-edaan
luas permukaan kon6eksi 8dari lin'kun'an ke s($ro0oam9 dan konduksi 8dari permukaan luar
s($ro0oam ke permukaan dalam s($ro0oam9 akan dihi(un' sendiri+sendiri dan (idak di-ua(
per-andin'an*
Rkonveksi= 1
h A luar=
1
(10W /m0C )(2,22m2)=0,0450 C /W
9
-
8/16/2019 Makalah Konduksi Tunak-Tak Tunak
10/21
Makalah Perpindahan Kalor Konduksi – Kelompok PK !"
Rkonduksi= ∆ x
k Adalam=
0,05
(0,033 W m0C )(1,5m2)=1,010C /W
Roal=0,0450
C /W +1,010C /W =1,0550C /W
Sehin''a>
!= ∆ T
R oal= (25−0)0C
1,0550
C /W =23,697 J /s
Jadi, .ak(u $an' di-u(uhkan un(uk es men)air adalah>
=Qlebur es
! =
3,4 x 107J
23,697 J
s
=1434780,774 s=16hari
3. Suatu sistem isolasi dipilih untuk dinding tanur yang suhunya *89 dengan
menggunakan lapisan blok 7ol mineral dan diikuti dengan lapisan papan kaca-serat.
Bagian luar isolasi berada dalam lingkungan dengan suhu 689 dan h *4 01m3 .o9.
Hitunglah tebal masing-masing lapisan isolasi! jika suhu antar lapisan tidak lebih dari
689 dan suhu bagian luar tidak lebih dari 4489.
()l&'i<
Di8e!a*&i <%(anur B "!!!
oC
%. B 4!!oC
% p B 55oC
%l B 4!oC
h B "5 /@m1*oC
Di!an%a <
%e-al masin'+masin' lapisan isolasi :
$awab <
10
-
8/16/2019 Makalah Konduksi Tunak-Tak Tunak
11/21
Makalah Perpindahan Kalor Konduksi – Kelompok PK !"
=am-ar 1* Ilus(rasi Sis(em Isolasi Dindin' %anur
Sum-er > Dokumen(asi Penulis
Persamaan $an' di'unakan un(uk men$elesaikan soal (erse-u( adalah
!
A =k "
T anur−T "∆ x"
=k #T "−T #
∆ x #
3erdasarkan li(era(ur pada -uku Holman ed 2, maka didapa( da(a konduk(i6i(as (ermal sesuai
den'an #enis -ahan isolasi $an' di'unakan pada soal, $ai(u
%a-el " Jenis+#enis 3ahan Isolasi dan Penerapann$a
A'&'i <
Nilai k $an' dipakai adalah nilai (en'ah dari in(er6al konduk(i6i(as (ermal $an' -ersan'ku(an*
Nilai k w)l ineral
+ Suhu pada lapisan .ol mineral adalah suhu ra(a+ra(a an(ara suhu pada dindin' (anur $ai(u
"!!!oC den'an suhu pada lapisan .ol mineral $an' (idak -oleh dari 4!!oC
T́ =1000+400
2
=700o C
+ Maka didapa(kan nilai k p pada suhu 11F,5oC den'an men''unakan me(ode in(erpolasi dan
men''unakan da(a $an' (elah dike(ahui, $ai(u
In(er6al (empera(ur B 45! oC + "!!! oC
In(ernal konduk(i6i(as (ermal B 51 m/@m1*oC + "! m/@m1*oC
700−4501000−450
= k "−52
130−52
k "=87,45mW /m2
$o
C
11
q q
-
8/16/2019 Makalah Konduksi Tunak-Tak Tunak
12/21
Makalah Perpindahan Kalor Konduksi – Kelompok PK !"
k " %0,087W /m2
$oC
Nilai k aan 8a:a 'era!
+ Suhu pada lapisan papan ka)a sera( adalah suhu ra(a+ra(a an(ara suhu pada lapisan .ol
mineral $an' (idak -oleh dari 4!!oC den'an suhu pada lapisan papan ka)a sera( $an' (idak
-oleh le-ih dari 55oC
T́ =400+55
2=227,5o C
+ Maka didapa(kan nilai k p pada suhu 11F,5oC den'an men''unakan me(ode in(erpolasi dan
men''unakan da(a $an' (elah dike(ahui, $ai(u
In(er6al (empera(ur B 1! oC + 45! oC
In(ernal konduk(i6i(as (ermal B m/@m1*oC + 51 m/@m1*oC
227.5−20450−20
= k #−3352−33
k #=42,16mW /m2
$o
C
k # %0,042W /m2
$o
C
Nilai !ebal a'in9a'in9 lai'an
Un(uk mendapa(kan nilai (e-al masin'+masin' lapisan maka dapa( dihi(un' den'an
memasukkan nilai+nilai $an' (elah dike(ahui ke dalam persamaan -eriku( >
!
A =k "
T anur−T "∆ x"
=k #T "−T #
∆ x #
+ %e-al Lapisan /ol Mineral >
!
A =k "
T anur−T "∆ x"
h(T #−T l)=k "T anur−T "
∆ x"
15 W
m2
$o
C (55oC −40o C )=0,087W /m2$o C 1000
oC −400o C ∆ x"
∆ x"=0,232m
+ %e-al Lapisan Papan Ka)a Sera( >
!
A =k #
T "−T #∆ x #
12
-
8/16/2019 Makalah Konduksi Tunak-Tak Tunak
13/21
D = 9 in
2r = 4 in
L = 100 yard
Tanah
Pipa
Makalah Perpindahan Kalor Konduksi – Kelompok PK !"
h(T #−T l)=k #T "−T #
∆ x #
15 W
m2$oC
(55oC −40o C )=0,042W /m2 $o C 400oC −55
oC
∆ x"
∆ x #=0,064 m
(e*in99a didaa!8an nilai !ebal lai'an w)l ineral (∆ x" ) adala* 0=3 dan nilai
!ebal lai'an aan 8a:a 'era! (∆ x # ) adala* 0=064
/. Sebuah pipa uap ditanam di dalam tanah tanpa isolasi. iameter pipa 6 inchi! panjang
* yard! dan di dalamnya mengalir uap pada suhu tidak kurang dari /8:. ;ipa
ditanam pada kedalaman < inci diukur dari sumbu pipa. Asumsi% kondukti$itas termal
tanah *!3 01m3 .o9. =enurut Anda! amankah instalasi pipa tersebut"
()l&'i<
Dike(ahui>
- Konduk(i6i(as (ermal (anah, k B ",1 /@m1OC- Suhu uap, % B !!O; B "47,7?OC B 411,!7 K - Kedalaman pipa, D B ? in)i B !,1172 m- Diame(er pipa, 1r B 4 in)hi B !,"!"2 m- Jari+#ari pipa, r B 1 in)hi B !,!5!7 m- Pan#an' pipa, L B "!! $ard B ?",44 m
Asumsi>
- Suhu Permukaan %anah B "5oC- Uap $an' men'alir merupakan saturated steam
- Massa uap $an' men'alir B "! k'-
Men'hi(un' $onduction Shape %actor
13
=am-ar * Skema sis(em* Sum-er> pri-adi*
-
8/16/2019 Makalah Konduksi Tunak-Tak Tunak
14/21
Makalah Perpindahan Kalor Konduksi – Kelompok PK !"
r B 1 in, r B 2 in, D B ? in, maka DGr, L B ?",44 m, r B !,!5!7 m, maka LGGr, sehin''a
-erdasarkan (a-el +" men'enai conduction shape factor pada -uku #eat &ransfer '(th Ed)
oleh J*P* Holman, persamaan un(uk menen(ukan conduction shape factor n$a adalah
S B2 &L
ln ( (r ) B
2∈¿
9∈
¿
¿¿ln ¿
2 & $91,44 m¿
B 7",7 m
Men'hi(un' Hea( ;lo.
Un(uk men'hi(un' hea( 0lo. pada pipa (erse-u( men''unakan persamaan
B k*S*% B ",1 /@m1OC * 7",7 m * 8"47,7? – "59OC
B 2"4F,214 / B 2",5 k/ B 2",5 kJ@s
Men'hi(un' Ener'i $an' di-a.a uap
Ener'i $an' di-a.a oleh uap -erdasarkan asumsi $an' ada 8m B "! k', % B !!o;9
-erdasarkan steam table adalah 8h B 1F44,27 kJ@K'9
H B h * m B 1F44,27 kJ@K' * "! K' B 1F442,7 kJ
S$ara( a'ar ins(alasi pipa (er'olon' aman
A'ar ins(alasi pipa (er'olon' aman, maka hea( loss maksimal dari pipa (idak le-ih -esar dari
! ener'i (o(al $an' di-a.a uap, maka hea( loss makimum $an' diper-olehkan adalah
los( ma B !, * 1F442,7 kJ B 714,!4 kJ
Men'hi(un' .ak(u (empuh minimum uap a'ar hea( loss (idak mele-ihi -a(as maksimum
( B8234,04 kJ
61,35 kJ /s B "4,1 s
Men'hi(un' ke)epa(an minimum uap
6 B91,44m
134,2 s B !,27 m@s B 1,45 km@#am*
Kesimpulan
Karena nilai ke)epa(an minimum uap ini masuk akal dalam kehidupan n$a(a, maka ins(alasi
pipa uap ini sudah dapa( di-ilan' aman*
6. Sebuah bola kuarsa-lebur mempunyai di+usi$itas termal m3 1s! diameter 3!4 cm!
dan kondukti$itas termal *!43 01m.o9. Bola tersebut mula-mula berada pada suhu
seragam 34o9! dan secara tiba-tiba diberi lingkungan kon$eksi dengan suhu 3o9.
#ika koe+isien perpindahan kalor kon$eksi sebesar ** 01m3 .o9! hitunglah suhu pada
pusat bola setelah 6 menit. apatkah sistem di atas dianggap sebagai sistem dengan
14
-
8/16/2019 Makalah Konduksi Tunak-Tak Tunak
15/21
Makalah Perpindahan Kalor Konduksi – Kelompok PK !"
kapasitas kalor tergabung" =etode penyelesaian mana yang paling tepat untuk soal di
atas"
()l&'i<
+e)ri /&Dalam men$elesaikan permasalahan perpindahan kalor, harus diperha(ikan kondisi
peris(i.an$a* Pada soal di-eri(ahu keadaan di mana sua(u -ola kuarsa le-ur di-eri lin'kun'an
kon6eksi den'an suhu $an' -er-eda #auh dari suhu -enda, dan di(an$akan suhu pada pusa(
-ola se(elah .ak(u (er(en(u* Karena (erkai( den'an .ak(u dan per-edaan (empera(ur den'an
lin'kun'an, masa permasalahan ini (ermasuk kondisi (ak+(unak*
Un(uk men$elesaikan permasalahan kondisi (ak+(unak, ada -e-erapa me(ode $an'
dapa( dilakukan> lumped heat capacity, transient heat flow in a semi*infinite solid , dan
convention boundary condition*
Lumped hea( )apa)i($, a(au kapasi(as kalor (er'a-un', adalah me(ode pen$elesaian
aliran kalor (ak+(unak $an' dapa( diaplikasikan #ika resis(ensi kalor in(ernal san'a( ke)il,
sehin''a -isa dia-aikan, (erhadap resis(ensi kalor eks(ernal* Den'an ka(a lain, konduk(i6i(as
-enda -esar di-andin'kan den'an kon6eksi dari lin'kun'an* Un(uk men'e)ek apakah sua(u
sis(em dapa( dideka(i den'an kapasi(as kalor (er'a-un' adalah den'an parame(er -ilan'an
3io(*
)i=hs
k
h B koe0isien kon6eksi /@m1*oC
k B koe0isien konduksi /@m*oC
s B dimensi karak(eris(ik -enda pada(> 6olume di-a'i area m
Me(ode kapasi(as kalor (er'a-un' dapa( di'unakan apa-ila -ilan'an 3io( nilain$a
kuran' dari !,"*
Pada umumn$a, me(ode kapasi(as kalor (er'a-un' di'unakan pada -enda+-enda
den'an 6olume ke)il dan konduk(i6i(as (in''i* Selain i(u, pada me(ode ini, suhu pada -enda
han$a -er'an(un' kepada .ak(u dan (idak -er'an(un' kepada (empa(, $an' -erar(i pada
.ak(u $an' sama, suhu di se(iap (i(ik -enda dian''ap sama*
Selain me(ode (erse-u(, ada pula dua me(ode lain $an' dapa( di'unakan, $a(u aliran
kalor (ransien pada -enda pada( semi (ak -erhin''a dan kondisi -a(as kon6eksi* Me(ode ini
-erlaku ke(ika suhu -enda (idak -isa la'i dian''ap independen (erhadap lokasin$a* Suhu -enda akan -er'an(un' kepada .ak(u dan lokasi* 3enda pada( di sini dise-u( semi+(ak
-erhin''a* 3enda -isa dian''ap demikian #ika peru-ahan suhu pada -enda adalah aki-a( dari
sa(u permukaan sa#a, dan #u'a apa-ila le-ar -enda ke)il di-andin'kan den'an pan#an'n$a*
Dalam pen$elesaian permasalahan den'an dua me(ode di a(as, (erdapa( sua(u 'ra0ik
dis(ri-usi (empera(ur (ak (unak pada -enda, $an' di-ua( oleh Heisler* 3enda di sini di-a'i
men#adi (i'a -a'ian umum, $ai(u plane, cylinder+dan spherical * Ada masin'+masin' (i'a
'ra0ik Heisler un(uk ke(i'a -enda i(u> menen(ukan suhu di pusa( -enda saa( .ak(u (er(en(u,
menen(ukan suhu di lokasi lain pada .ak(u $an' sama dan dalam persamaan suhu pusa(, dan
(o(al perpindahan kalor sampai .ak(u (er(en(u*
15
-
8/16/2019 Makalah Konduksi Tunak-Tak Tunak
16/21
Makalah Perpindahan Kalor Konduksi – Kelompok PK !"
Peba*a'an ()al
&an' dike(ahui>
Di0usi6i(as (ermal> B ?,5"!+Fm1@s
Diame(er -ola> d B 1,5"!+1 m
Dari diame(er, luas permukaan 8A9 dan 6olume 89 dapa( di)ariA B & d
2
B ",?2"!+ m1
B1
6& d
3
B 7,"7"!+2 m
Konduk(i6i(as (ermal> k B ",51 /@m*oC
Koe0isien kon6eksi> h B ""! /@m*oC
Suhu a.al -enda> %i B 15oC
Suhu lin'kun'an> % B 1!!oC
&an' di(an$a>
Suhu pusa( -ola se(elah 4 meni(> %8, 9 B %8!, 14!9
Pen$elesaian
Akan diliha( me(ode apa $an' )o)ok un(uk men$elesaikan permasalahan ini* Per(ama
den'an menin#au me(ode kapasi(as kalor (er'a-un'*
3i Bh(
V
A )
k B !,!"5
Karena nilai -ilan'an 3io( mele-ihi !," maka me(ode kapasi(as kalor (er'a-un' (idak
dapa( di'uankan* Un(uk i(u, ki(a akan men''unakan me(ode lainn$a, $ai(u kondisi -a(as
kon6eksi dan meman0aa(kan 'ra0ik Heisler*
3i B
hr o
k B !,?" 1
)i B ","!5
;o B
*+
s2 B ",45?1
Dari 'ra0ik 4*? di -uku Holman, ki(a -isa men)ari nilai o@i den'an in(erpolasi*
16
T∞ = 200oC
Gambar 4 !"#ma $i$%#m
!&mb#r' pribadi
-
8/16/2019 Makalah Konduksi Tunak-Tak Tunak
17/21
Makalah Perpindahan Kalor Konduksi – Kelompok PK !"
1,4592−1,3751,5−1,375
=
o
1−0,04
0,05−0,04
o
i=0,0467
T o−T ∞T i−T ∞
=0,0467
%o B !,!42F8%i+%9 Q %
%o B !,!42F8+"F5oC9 Q 1!!oC%o B "?",7
oC
Ma8a= '&*& &'a! b)la 'e!ela* 4 eni! adala* 1#1=-3)>
4. Sepotong bahan keramik yang cukup tebal berada pada suhu seragam /o9. Untuk
menguji ketahanan bahan tersebut! dilakukan dengan menaikkan suhu
permukaannya menjadi 3 kali lipat semula secara tiba-tiba. =etode apakah yang Anda
gunakan untuk menyelesaikan problem di atas" #elaskan dasar Anda dalam memilih
metode tersebut. )ambarkan gra+ik distribusi suhu sebagai +ungsi 7aktu padakedalaman * cm! selama proses pengujian berlangsung?
()l&'i<
Ada -er-a'ai me(ode $an' dapa( di'unakan un(uk men$elesaikan pro-lem perpindahan
panas konduksi (ak (unak, dian(aran$a adalah den'an pendeka(an kapasi(as kalor (er'a-un',
den'an pendeka(an aliran kalor (ransien, dan den'an pendeka(an kondisi -a(as kon6eksi*
Me(ode $an' (epa( un(uk men$elesaikan pro-lem di a(as ialah den'an pendeka(an aliran
kalor (ransien pada -enda semi (ak (erhin''a* Pemilihan me(ode ini didasarkan pada -ahan
keramik* 3ahan keramik dike(ahui )ukup (e-al, (e(api (idak dike(ahui -erapa ke(e-alann$a
se)ara pas(i dan han$a dimensi ke(e-alan $an' dike(ahui, (idak ada dimensi lain $an'
17
-
8/16/2019 Makalah Konduksi Tunak-Tak Tunak
18/21
Makalah Perpindahan Kalor Konduksi – Kelompok PK !"
dike(ahui sehin''a asumsi $an' palin' (epa( di'unakan adalah den'an men'an''ap -enda
(erse-u( se-a'ai semi*infinite solid *
Un(uk men''am-arkan 'ra0ik dis(ri-usi suhu se-a'ai 0un'si .ak(u dan pan#an', ki(a
dapa( men'an''ap suhu 8%9 se-a'ai $ dan .ak(u 8 + 9 ser(a pan#an' 89* =ra0ik ini
merupakan 'ra0ik un(uk me(ode aliran kalor (ransien pada -enda semi (ak (erhin''a, den'an
persamaan di0erensial un(uk dis(ri-usi suhu %8, 9 ialah
-2
T
- x2 =
1- T
* - +
Kondisi a.al dan -a(asn$a ialah
T ( x ,0 )=T i
T (0, + )=T 0
.or + >0
Persoalan ini dapa( diselesaikan oleh ,aplace*transform techni-ue. Solusin$a di-erikan
se-a'ai -eriku(
T ( x , + )−T 0T i−T 0
=er. x
2√ *+
Dike(ahui da(a pada soal>
T i=300C 8%a.al a(au %inisial9
T 0=2 x 300
C =600 C 8% pada saa( + B !9
x=1cm=0,01mDen'an da(a dari li(era(ur>
K B !,7 /@moC
B 1F!! k'@m
) B !,7 kJ@k'oC B 7!! J@ k'oC
Den'an men'e(ahui da(a di a(as, ki(a -isa menen(ukan nilai di0usi6i(as (ermal un(uk keramik,
$ai(u
* = k
ρc=
0.8
2700/800=3,704/10−7
m2
s
Un(uk dis(ri-usi (empera(ur di'unakan persamaanT ( x , + )−T 0
T i−T 0=er.
x
2√ *+
T ( x , + )−T 0=(T i−T 0 )er. x
2√ *+
T ( x , + )=T 0+ (T i−T 0 )er. x
2√ *+
T ( x , + )=60+(30−60 ) er. 0.01
2√ 3,704/10−7
+
18
-
8/16/2019 Makalah Konduksi Tunak-Tak Tunak
19/21
Makalah Perpindahan Kalor Konduksi – Kelompok PK !"
T ( x , + )=60−30er. 0.01
2√ 3,704/10−7 +
Un(uk -e-erapa 6ariasi .ak(u diperoleh da(a -eriku( ini
%a-el 1* Dis(ri-usi %empera(ur
3erdasarkan da(a $an' ada diperoleh dis(ri-usi suhu pada B " )m selama .ak(u , $ai(u
se-uah persamaan 'aris $ B !,!F2 Q 1?,21
5 25 50 75 100 125 1500
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Gra(" Di$%rib&$i !&h& pada ) = 1 *m
+ ,$
T ,). +. oC
19
+ ?'@ 0.01
2√ 3.704/10−7 + er.
0.01
2√ 3.704/10−7 +
T ( x , + )
5 ,2F4!7F254 !,??????F? !,!!!!"
5 ",24"!"?5 !,?F?21 !,2""4
50 ","2"7475" !,7??" ,!1F
75 !,?472455 !,7"21F 5,5""?
100 !,71"55!?F5 !,F57" F,75F
15 !,F47"F5" !,F!"2F5 7,?57?7150 !,2F!F?521 !,252!7 4!,"F2
-
8/16/2019 Makalah Konduksi Tunak-Tak Tunak
20/21
Makalah Perpindahan Kalor Konduksi – Kelompok PK !"
KE(IMP/LAN
Perpindahan kalor (er#adi karena adan$a per-edaan suhu*
Perpindahan kalor konduksi (er#adi melalui media $an' molekuln$a (idak iku(
-erpindah selama proses perpindahan kalor*
3e-erapa hal $an' memen'aruhi perpindahan kalor konduksi adalah #enis media, luas
permukaan, per-edaan suhu, 'enerasi kalor*
Perpindahan kalor dapa( di(in#au dari sudu( pandan' (unak dan (ak (unak*
Se)ara sederhana, kondisi (ak (unak adalah ke(ika kalor dikalkulasi den'an
memperhi(un'kan .ak(u, semen(ara (unak adalah ke(ika kalor dian''ap (idak -eru-ah
(erhadap .ak(u*
Pada dasarn$a, semua perpindahan kalor adalah peris(i.a (ak (unak*
Sis(em insulasi adalah sua(u sis(em $an' di'unakan un(uk men'ham-a( dan
men'uran'i la#u perpindahan kalor*
20
-
8/16/2019 Makalah Konduksi Tunak-Tak Tunak
21/21
Makalah Perpindahan Kalor Konduksi – Kelompok PK !"
DA+AR P/(+AKA
Holman, J* P* 1!"!* #eat &ransfer '(th edition. Ne. &ork> M)=ra. Hill
Cen'el, &unus A* "??7* #eat &ransfer A Practical Approach. Ne. &ork> M)=ra. Hill
In)ropera, ;* P* and De/i((, D* P* 8"??!9* /ntroduction to #eat &ransfer) 0nd ed *, John /ile$
Sons, Ne. &ork*
21