ERPINDAHAN ANAS ONDUKSI DAN ONVEKSI ECARA IMULTAN
•
•
Principles of Steady-state Heat Transfer in Conduction and Convection (Part 2)
Code : N10B2118
Contoh Konveksi dalam Kehidupan Sehari-hari
N10B2118 Pindah Panas : Ilmu yang mempelajari tentang laju perpindahan panas di antara material/ benda karena adanya perbedaan suhu (panas dan dingin)
apaian
embelajaran
Mengetahi prinsip dasar pindah panas konduksi dan konveksi Mengetahui prinsip perpindahan panas konduksi dan konveksi dalan berbagai bentuk dimensi media, bidang datar, silinder, dsb. Mengerti prinsip dasar pindah panas (konduksi dan konveksi); untuk mengetahui bagaimana bahan pangan dipanaskan atau didinginkan. Mengerti bagaimana pindah panas (konduksi dan konveksi) diukur; menentukan laju pemanasan dan pendinginan bahan pangan Mengerti faktor-faktor yang mempengaruhi aplikasi pindah panas (konduksi dan koveksi) dalam proses pengolahan pangan
ontents
Combined Conduction and Convection and Overall Heat Transfer Coefficient PLANE WALL (bidang datar) HOLLOW CYLINDER (Silinder Berrongga) HOLLOW SPHERE (Bola Berrongga)
ontoh onduksi dan onveksi ehidupan ehari- ari
alam
Panas akan transfer dari kompor panas di atas kompor ke dalam panci atau wajan. Sebuah sendok logam menjadi panas dari air mendidih dalam panci. Permen cokelat di tangan Anda akhirnya akan mencair sebagai panas dilakukan dari tangan Anda untuk cokelat. Ketika menyetrika rok, besi panas dan panas ditransfer ke rok.
erpindahan
anas
imultan :
Perpindahan panas Simultan adalah perpindahan panas Konduksi dan perpindahan panas Konveksi. Perpindahan panas Konveksi Yaitu perpindahan panas yang terjadi antara permukaan padat dengan fluida yang mengalir “disekitarnya” , dengan menggunakan media penghantar berupa fluida (cairan/gas). Rumusannya :
qC
h A TS Tw
TS Tw 1 h A
I
V1 V2
Keterangan : qc=laju panas konveksi (W/s); h= koefisien kalor konveksi (W/m.oC) A= luas bahan (m2) Ts= suhu pada permukaan bahan (oC; K) Tw=suhu disekitar permukaan bahan (oC;K)
R
Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh ( Overall Heat Transfer Coefficient , U), Bidang Datar. Adalah merupakan aliran panas menyeluruh sebagai hasil gabungan proses konduksi dan konveksi. Aliran laju kalor sekitar dan didalam bahan sama, diperoleh : kA T2 T3 h 0 A T3 T4 q h i AT1 T2 Δx
T1 qC
T2 q
Konveksi
T3
Konduksi
qC
Konveksi
T4
I V1
I
R 1
V2
R 2
I V3 R 3
V4
Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh ( Overall Heat Transfer Coefficient , U) q h1AT1 T2 Diperoleh :
kA Δx
T2 T3 h 2AT3 T4
Sehingga :
q
T1 T4
1 h i A Δx
kA 1 h o A
Atau :
UAT T q 1 h Δx k 1 h A T1 T4
1
i
o
1 U 1 h i Δx k 1 h o
4
Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh ( Overall Heat Transfer Coefficient , U), Silinder Berrongga.
Aliran laju kalor arah radial sekitar dan didalam bahan sama, diperoleh : 2 πkL T2 T3 h 2 A 2 T3 T4 q h1A1 T1 T2 r 2 ln r
Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh ( Overall Heat Transfer Coefficient , U), Silinder Berrongga. q h1A1 T1 T2
diperoleh :
q
Sehingga :
2 πkL T2 T3 h 2 A 2 T3 T4 r 2 ln r 1
T1 T4
r 2 r 1 1 1 h i A i 2 πkL h o A o ln
Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh ( Overall Heat Transfer Coefficient , U), Silinder Berrongga. Bagian dalam Silinder Ai
2 π r 1 L
Ai
2 π r 2 L
Bagian luar Silinder Sehingga : q
T1 T4
r 2 ln r 1 1 1 h1 2 πr 1L 2 πkL h 2 2 πr 2 L q
2 πkL(T1 T4 )
r 2 ln r 1 1 1 k h1r 1 h 2 r 2
Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh ( Overall Heat Transfer Coefficient , U), Silinder Berrongga. Bagian dalam Silinder Ai 2 π r 1 L
q U1A1 T1 T4 U 2 A 2 T1 T4
U 1 q A1 (T1 T4 )
U 1
2 πr 1L(T1 T4 )
r 2 ln r 1 1 1 h1 2 πr 1L 2 πkL h 2 2 πr 2 L 1
r 2 r 1ln r r 1 1 1 1 k h1 r 2 h 2
Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh ( Overall Heat Transfer Coefficient , U), Silinder Berrongga. Bagian luar Silinder Ai 2 π r 2 L
q U1A1 T1 T4 U 2 A 2 T1 T4
U 2 qA 2 (T1 T4 )
U 2
2 πr 2 L(T1 T4 )
r 2 ln r 1 1 1 h1 2 πr 1L 2 πkL h 2 2 πr 2 L 1
r 2 r 2 ln r 1 1 r 2 1 k h1 r 1 h 2
Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh ( Overall Heat Transfer Coefficient , U), Silinder Berrongga. Since the areas depends on inside diameter and outside diameter
q U i A i T1 T4 U o A o T1 T4
Where,
Ui
1 h i A i ln r o /r i
1
2 πkL A
i
Overall
Aoho
Coefficients of inside area
and
Uo
1
A o A i h i A o ln r o /r i
Overall
2 πkL 1 h
Coefficients o
of outside area
ry
his
Water flows at 50 C inside a 2.5 cm inside diameter tube such that hi=3500 W/m2. C. The 1 m tube has a wall thickness of 0.8 mm with a thermal conductivity of 16 W/m. C. The outside of tube heat loss by convection in air with h o= 7.6 W/m2. C. Calculate the overall heat transfer coefficient and heat loss to surrounding air at 20 C.
(Answers; Uo=7.58 W/m2. C, q=19 W)
Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh ( Overall Heat Transfer Coefficient , U), Bola Berrongga. Bola :
Penampang Bola berrongga:
Aliran laju kalor arah radial sekitar dan didalam bahan sama, T1 T2 V1 V2 diperoleh : q
1 1 4 πk 4 πk r
1
r
2
I
R
Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh ( Overall Heat Transfer Coefficient , U), Bola Berrongga.
Aliran laju kalor arah radial sekitar dan didalam bahan sama, diperoleh :
q h i Ai T1 T2
T2 T3 1 1 r r 1 2
4 πk
h 0 Ao T3 T4
Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh ( Overall Heat Transfer Coefficient , U), Bola Berrongga. Dari persamaan :
q h1A1 T1 T2
T2 T3 1 1 r r 1 2
4 πk
Sehingga:
T 1 T 4
q 1 h1A1
1 1 r r 1 2 4 πk
1 h 2A 2
h 2 A 2 T3 T4
Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh ( Overall Heat Transfer Coefficient , U), Bola Berrongga. Jari-jari bola bagian dalam Ai
4 π r 12
q U1A1 T1 T4 U 2 A 2 T1 T4
4 πr 12 (T1 T4 )
qA1 (T1 T4 )
1 h1 4 πr 12
1 1 r r 1 2
4 πk
1 h 2 4 πr 22
(T1 T4 )
U1 1 h1
1
1 r r r 2 1 k 2 1
1 r 2 1 2 2
h 2 r
Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh ( Overall Heat Transfer Coefficient , U), Bola Berrongga. Jari-jari bola bagian luar
Ai
4 πr 2 2
q U1A1 T1 T4 U 2 A 2 T1 T4
4
qA 2 (T1 T4 ) 1 h1 4 U2
2 πr 2
2 πr 1
(T1 T4 )
1 1 r r 1 2
4 πk
1 h2 4
1
1 r 2 2 2 1
h1 r
1 1 r 2 r 1 r 2 2
k
1 h2
2 πr 2
ry
his
Sebuah bola lowong terbuat dari alumunium (k = 202 W/m.oC) dengan diameter dalam 4 cm dan diameter luar 8 cm. Suhu bagian dalam adalah 100 oC dan suhu luar 50oC. Hitunglah perpindahan kalornya! Jika bola diatas dilapisi dengan bahan isolasi yang mempunyai k = 50 mW/m.oC setebal 1 cm. Bagian luarisolasi ini bersentuhan dengan lingkungan yang mempunyai h = 20 W/m2.oC danTs = 10oC. Bagian dalam bola tetap dijaga suhunya 100 oC, hitunglah perpindahan kalor dalam kondisi ini!
EBAL SOLASI Silinder Terisolasi
RITIS
Sebuah pipa bundar dipasang selapis isolasi di sekelilingnya. Suhu dinding dalam isolasi adalah Ti sedang suhu luarnya terkena konveksi sebesar Ts.
Temperatur permukaan bagian dalam isolasi T1, sedangkan temperatur permukaan luar isolasi T2 dan temperatur fluida luar adalah T3.
EBAL SOLASI
RITIS
Persamaan untuk aliran kalor pada isolasi adalah : q
2 πL(Ti TC )
r C ln 1 r i k hr C Sekarang kita olah persamaan ini untuk menentukan jari jari permukaan luar isolasi rc agar perpindahan kalor maksimum. Kondisi maksimum adalah :
dq dr C
2 πL(Ti TC )(
0
1 kr C
1 2 C
hr
r C ln 1 r i k hr C
)
0
EBAL SOLASI
RITIS
Jari-jari kritis rc , diperoleh : k r C h Jika rc<
ℎ
→perpindahan
panas meningkat
dengan penambahan tebal isolasi. Jika rc>
ℎ
→perpindahan
penambahan tebal isolasi.
panas menurun dengan
EBAL SOLASI
RITIS
Bola Terisolasi :
q
4 π(Ti TS ) 1 1 r r C i
k
1
dq dr c
0 r C
2 k h
r C2 h
Contoh Soal : Sebuah benda berbentuk pipa berdiameter 5 cm dan bersuhu 200 oC diisolasi dengan menggunakan asbes (k = 0,17 W/m.oC). Benda tersebut terkena udara kamar yang suhunya 20oC dengan h = 3,0 W/m2.oC. a) Turunkan persamaan untuk jari-jari kritis isolasi tersebut ! b) Hitunglah jari-jari kritis isolasi asbes ! c) Hitung panas yang hilang pada jari-jari kritis ! d) Hitung panas yang hilang jika tanpa isolasi !
