proses perpindahan
DESCRIPTION
Tugas Proses PerpindahanTRANSCRIPT
2
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam kehidupan sehari-hari sering dijumpai berbagai macam proses
pepindahan panas. Begitupun di industri, banyak alat yang berprinsip pada proses
perpindahan panas, contohnya heat exchanger. Panas akan mengalir dari suhu
tinggi ke suhu yang rendah. Dalam ilmu teknik kimia diperlukan memahami
tentang proses perpindahan. Ilmu perpindahan panas brguna untuk merencanakan
alat-alat penukar panas, menghitung kebutuhan mdia pemanas/ pendingin pada
reboiler atau kondensor dalam kolom destilasi, untuk perhitungan furnace,
perancangan ketel uap,perancangan evaporator, dan perancangan reaktor kimia.
Oleh karena itu dilakukan percobaan ini untuk memahami proses perpindahan
panas sederhana sehingga kelak dapat diaplikasikan di industri.
1.2 Batasan masalah
Air yang digunakan adalah air kran.
Gelas yang digunakan berdiameter 7,5 cm dengan ketebalan 0,25 cm.
Pengambilan data dilakukan setiap 3 menit.
Temperatur awal air adalah 75oC dan temperatur akhirnya 50oC
Perpidahan panas pada gelas diabaikan.
1.3 Tujuan Percobaan
Mempelajari proses perpindahan energi dari temperatur tinggi (sistem) ke
temperatur yang lebih rendah (lingkungan).
Membandingkan hasil percobaan dengan perhitungan menggunakan
Matlab.
2
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Perpidahan energi dalam bentuk kalor berlangsung dalam banyak proses
kimaiwi maupun proses-proses lainnya. Perpindahan kalor biasanya berlangsung
bersamaan dengan satuan operasi teknik kimia lain, seperti pengeringan, distilasi,
pembakaran, penguapan dan sebagainya. Perpindahan kalor terjadi karena adanya
perbedaan suhu sebagai gaya penggeraknya. Kalor mengalir dari bagian yang
bersuhu lebih tinggi ke bagian bersuhu lebih rendah.
Perpindahan kalor seperti peristiwa perpindahan lainnya dapat dinyatakan
oleh persaman :
Jika perpindahan kalor hanya berlangsung secara konduksi, berlaku
Hukum Fourier yaitu peristiwa perpindahan secara molekuler baik perpindahan
momentum, perpindahan kalor maupun massa dinyatakan oleh persamaan dasar
yang sama, yaitu :
qx = laju perpindahan kalor ke arah x, watt
A = luas penampang yang tegak lurus arah perpindahan, m2
T = suhu, K
x = jarak perpindaha, m
qx/A = fluks kalor, W/m2
2
dT/dx = gradien suhu dalam arah x
Penerapan persamaan 4 pada neraca keadaan tak tunak unutk volume banding
yang memiliki luas penampang A, seperti pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Neraca kalor tak tunak dalam suatu volume banding
Penerapan persamaan 1 pada neraca keadaan tidak tunak dapat dituliskan
sebagai berikut :
Jika laju pembentukan kalor dianggap nol, maka persamaan menjadi :
q|x=x q|x=x+Δx
xΔx
x+Δx
Δy
Δz
2
Jika perpindahan kalor terjadi pada dinding silinder, seperti perpindahan kalor
pada dinding pipa, dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Perpindahan panas pada dinding silinder
Pada gambar 2.2 silinder yang panjangnya L, memiliki radius dalam r1 dan
bersuhu T1, radius luar r2 dan bersuhu T2. Jika dapat dianggap bahwa
perpindahan kalor hanya berlangsung kea rah radial dari dalam ke luar, hokum
Fourier dapat ditulis :
Luas penampang yang tegak lurus terhadap arah aliran kalor :
Neraca kalor pada keadaaan tak tunak pada dinding silinder, yaitu :
L r2
r1 q
dr
2
Pada percobaan ini data k, Cp dan ρ pada air 75oC (348,15 K) diperoleh dari
Appendix A.2-11 (Geankoplis, 2013). Berikut data yang diperlukan :
Tabel 2.1 Data k, Cp dan ρ air pada 75oC
ρ k Cpkg/m3 W/mK kJ/kgK
989,08 0,6435 4,185
2
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
Percobaan ini dilakukan dengan cara mendinginkan air dalam gelas kimia
yang ditutupi plastik dari 75oC sampai dengan 50oC. Termometer yang digunakan
sebanyak 2 buah, ditempatkan di tengah dan disamping gelas kimia (mendekati
dinding gelas bagian dalam). Kemudian mencatat perubahan temperaturnya setiap
3 menit.
3.1 Diagram Alir Percobaan
Gambar 3.1 Diagram alir percobaan
2
Gambar 3.2 Rangkaian alat percobaan
3.2 Alat yang digunakan
Gelas kimia
Termometer
Heater
Stopwatch
Plastik
3.2 Bahan yang digunakan
Air kran
2
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Percobaan
Tabel 4.1 Hasil pecobaan , hasil perhitungan, dan % error pendinginan air kran
t
(detik)
T Percobaan T Perhitungan % Error
T tengah
(K)
T samping
(K)
T tengah
(K)
T samping
(K)
T tengah
(K)
T samping
(K)
0 348,15 350,15 348,15 350,551 0,000% 0,11%
180 345,15 347,15 348,1523 331,1358 0,862% 4,84%
360 343,15 344,95 347,7654 328,977 1,327% 4,86%
540 340,65 342,15 346,0628 327,9793 1,564% 4,32%
720 338,65 340,15 343,5232 327,3677 1,419% 3,90%
900 336,15 337,65 340,6753 326,9478 1,328% 3,27%
1080 334,65 335,65 337,835 326,6426 0,943% 2,76%
1260 333,15 334,15 335,2858 326,4083 0,637% 2,37%
1440 331,15 332,15 333,2035 326,2187 0,616% 1,82%
1620 329,65 330,65 331,5316 326,0627 0,568% 1,41%
1800 328,15 329,15 330,084 325,9383 0,586% 0,99%
1980 326,65 327,15 328,7771 325,8413 0,647% 0,40%
2160 325,15 326,15 327,7153 325,7613 0,783% 0,12%
2340 324,15 325,15 326,9568 325,6907 0,858% 0,17%
2520 323,15 323,65 326,3593 325,6317 0,983% 0,61%
2580 322,65 323,15 326,0582 325,6198 1,045% 0,76%
2
Gambar 4.1 Kurva hubungan antara temperatur (K) dengan waktu (detik) hasil
Percobaan
Gambar 4.2 Kurva hubungan antara temperatur (K) dengan waktu (detik) hasil
perhitungan menggunakan Matlab
2
4.2 Pembahasan
Pada percobaan ini bertujuan untuk membandingkan penurunan
temperatur air dari 75oC sampai dengan 50oC per 3 menit secara percobaan
dengan perhitungan menggunakan Matlab. Dari hasil percobaan tersebut dapat
diketahui bahwa semakin jauh dari titik pusat jari-jari maka temperatur semakin
sulit mengalami penurunan. Hal ini disebabkan oleh air yang berada jauh di titik
pusat jari-jari berbatasan langsung dengan material gelas yang memiliki
konduktivitas lebih besar dari pada air. Temperatur pada material gelas lebih
tinggi dari pada temperatur air sehingga mempengaruhi temperatur air yang
berbatasan langsung dengan material gelas tersebut.
Dari hasil perhitungan menggunakan Matlab, sama halnya dengan hasil
percobaan. Semakin jauh dari titik pusat jari-jari , temperatur air semakin sulit
mengalami penurunan. Akan tetapi hasil percobaan dan hasil perhitungan
memiliki nilai yang berbeda. Sehingga diperoleh persen error seperti yang
tercantum pada tabel 4.1. Perbedaan nilai ini terjadi dikarenakan pada percobaan
ini perpindahan panas pada gelas diabaikan.
2
BAB V
KESIMPULAN
Dari percobaan tersebut dapat disimpulkan :
1. Semakin jauh dari titik pusat jari-jari, temperatur air semakin sulit
mengalami penurunan.
2. Dari hasil percobaan dengan hasil perhitungan menggunakan Matlab
didapatkan hasil yang tidak jauh berbeda.
2
DAFTAR PUSTAKA
Geankoplis, C. J. (2003). Transport Processes and Separation Process Principle
(Includes Unit Operations), fourth edition, Upper Saddle River, New
Jersey.
2
LAMPIRAN
1. Penyelesaian menggunakan Matlab
Rumusan formula :
1. %persamaan transfer panas
2. function dTdt=tugaspp4(t,T)
3. %parameter yang diketahui
4. dens=989.08;%kg/m3
5. cp=4185;%J/kg.K
6. Tair=323.15;%K
7. R=0.0375;%m
8. n=30;
9. dr=R/n;
10. k=0.6435;%W/m.K
11. alpha=k/(dens*cp);
12. r(1)=dr;
13. dTdt(1,:)=(alpha/r(1))*(((1/(dr))*(T(2)-T(1)))+(((r(1))/((dr^2)))*(T(2)-
(2*T(1))+T(1))));
14. for i=2:28
15. r(i)=i*dr;
16. dTdt(i,:)=(alpha/r(i))*(((1/(dr))*(T(i+1)-T(i-1)))+(((r(i))/((dr^2)))*(
T(i+1)-(2*T(i))+T(i-1))));
17. end
18. r(29)=29*dr;
19. dTdt(29,:)=(alpha/r(29))*(((1/(dr))*(Tair-T(28)))+(((r(29))/
((dr^2)))*(Tair-(2*T(29))+T(28))));
2
Formula untuk memplot waktu, temperatur dan jari-jari :
1. %persamaan ode
2. clear
3. clc
4. To=ones(1,29)*348.15;
5. [t T]=ode23('tugaspp4',[0:60:3000],To);
6. R=0.0375;
7. n=30;
8. dr=R/n;
9. Tr0=T(:,1);
10. TrR=T(:,(n-1))./(1-dr/R);
11. TTot=[Tr0 T TrR];
12. r=[0:R/n:R];
13. figure(1)
14. surf(r,t,TTot)
15. title('profil temperatur sepanjang lapisan')
16. xlabel('r(m)')
17. ylabel('t(s)')
18. zlabel('T(K)')
Kemudian pada formula ke-2 di run, sehingga diperoleh kurva :
Gambar L.1 Profil penurunan suhu pada setiap lapisan