PENDAHULUAN 1
Aplikasi 3
Mode/Mekanisme 4
- Kordinat Kartesius 10
- Kordinat Silinder 12
- Kordinat Bola 13
Ilmu yang mempelajari perpindahan panas dari suatu sistem ke sistem lainnya adalah perpindahan panas. Jika suhu kedua sistem sama atau berada dalam keadaan kesetimbangan termal, maka tidak terjadi perpindahan panas antar sistem. Namun tidak terjadi perpindahan panas antara ruangan dengan kaleng B, karena suhu ruangan dan kaleng B sama (kesetimbangan termal).
Karena pentingnya pengetahuan tentang perpindahan panas dalam bidang teknik, maka mata pelajaran Perpindahan Panas menjadi mata pelajaran inti dalam kurikulum Teknik Mesin. Cara perpindahan panas secara alami dari suhu tinggi ke suhu rendah disebut mode perpindahan panas atau mekanisme perpindahan panas. Ada tiga cara perpindahan panas yaitu konduksi, konveksi dan radiasi termal.
Konduksi diartikan sebagai cara perpindahan panas akibat perbedaan suhu antara benda-benda yang diam, baik padat, cair, atau gas. Jika perpindahan panas terjadi karena aliran fluida, maka cara perpindahan panas ini disebut konveksi.
Difusivitas Termal 16
- Laju perpindahan kalor 19
- Distribusi temperatur 20
Besarnya laju perpindahan panas konduksi yang terjadi pada konduksi dinding datar 1D seperti pada Gambar 3.1 dihitung menggunakan Persamaan. Jadi dapat disimpulkan bahwa karena h berubah maka laju perpindahan panas yang terjadi pada lapisan batas juga ikut berubah. Berapakah laju perpindahan panas secara konveksi yang lebih besar pada aliran laminar atau aliran turbulen?
KONVEKSI PAKSA ALIRAN INTERNAL 102
Analisa Hidrodinamik Aliran dalam Pipa 103
- Hydrodynamic entry length 103
- Kecepatan rata-rata fluida 104
- Profil kecepatan aliran laminar berkembang penuh 105
- Pressure gradient dan friction factor aliran berkembang penuh 108
Analisa Termal Aliran dalam Pipa 109
- Temperatur rata-rata 110
- Profil temperatur berkembang penuh 111
- Keseimbangan energi 114
Aliran Laminar dalam Pipa 121
Korelasi Konveksi Aliran Internal dalam Pipa 122
- Aliran laminar 122
- Aliran turbulen 125
- Liquid metal 126
Aliran dalam Pipa Annulus 127
Aliran Internal Non-Circular Duct 128
- Bilangan Reynolds 128
- Korelasi bilangan Nusselt aliran internal dalam non-circular duct 129
Selama perpindahan panas terjadi antara permukaan pipa dan cairan (dTm/dx ≠ 0), profil temperatur juga berubah seiring dengan jarak x (T (r)/dx ≠ 0). Misalnya, jika suhu pipa lebih tinggi dari suhu fluida (Ts > T∞), terjadi perpindahan panas konveksi dari pipa ke fluida. Laju panas yang ditimbulkan oleh pemanas pada permukaan pipa sama dengan perpindahan panas secara konveksi dari pipa ke air.
Dalam kasus suhu permukaan konstan, laju perpindahan panas total dan variasi suhu aksial berbeda dengan yang terjadi dalam kasus fluks panas konstan. Perpindahan panas terjadi pada kedua permukaan (luar dan dalam), menghasilkan hi dan ho serta Nui dan Nuo. Jika suhu udara disekitar pipa 20ºC, hitunglah laju perpindahan kalor secara konveksi alami dari pipa ke udara!
Pelat tersebut berada dalam ruangan yang bersuhu 14ºC, hitunglah laju perpindahan panas konveksi alami dari pelat ke ruangan tersebut, dengan memperhatikan letak pelat tersebut. Jika pendidihan terjadi pada Ts ≥ 300ºC, pengaruh radiasi terhadap perpindahan panas konveksi harus diperhitungkan. Koefisien perpindahan panas yang sangat tinggi dapat dicapai dengan kondensasi tetes (hingga 10 kali kondensasi film).
Pada HX pipa ganda seperti terlihat pada Gambar 10.8, perpindahan panas terjadi dari fluida panas (Ti) ke fluida dingin (To) secara konveksi-konduksi-konveksi. Performa HX dapat menurun akibat adanya kerak (fouling) pada permukaan pipa HX. Saat mendesain HX, parameter desain seperti laju perpindahan panas (q), perbedaan suhu (Δ) pada saluran masuk dan keluar, koefisien perpindahan panas keseluruhan (U) dan luas perpindahan panas (A) diperlukan.
Karena ΔT berbeda untuk setiap panjang tabung HX, maka digunakan Log Mean Temperature Difference (ΔTm). Efektivitas (ε) merupakan perbandingan perpindahan panas aktual yang terjadi pada HX dengan perpindahan panas maksimum yang dapat terjadi pada HX. Efektivitas HX berkaitan dengan jumlah unit transfer (NTU) dan rasio kapasitas panas (c = Cmin/Cmax).
KONVEKSI ALAMI 134
Konveksi Alami pada Pelat Vertikal 136
Konveksi Alami pada Pelat Miring 137
Konveksi Alami pada Pelat Horizontal 137
Konveksi Alami pada Pipa & Bola 141
Laju perpindahan panas konveksi untuk posisi vertikal, sisi panas horizontal menghadap ke atas, sisi panas horizontal menghadap ke bawah. Perpindahan panas terjadi dari permukaan padat ke aliran air dekat permukaan, bukan dari permukaan padat ke gelembung. Dari titik D, fluks panas meningkat seiring dengan meningkatnya suhu berlebih akibat peningkatan perpindahan panas radiasi.
Jika suhu uap lebih tinggi dari suhu permukaan benda (Ts < Tuap), maka uap akan melepaskan energi latennya ke permukaan benda dan terjadi perpindahan panas dari uap ke benda. Korelasi perpindahan panas kondensasi film pada pipa horizontal ℎ = 0,729 {𝑔 𝜌𝑙(𝜌𝑙−𝜌𝑣)ℎ𝑓𝑔. 9.27) Hubungan antara koefisien pipa vertikal dan pipa horizontal. Dengan koefisien konveksi yang sangat besar, luas kontak yang kecil dapat menghasilkan perpindahan panas dengan laju yang tinggi.
168 Heat exchanger (HX) atau alat penukar panas adalah peralatan yang digunakan untuk menukar panas antara dua fluida atau lebih yang mempunyai temperatur berbeda. Analisis multi-pass dan persamaan perpindahan panas HX (HX dengan tabung lapis baja) dan logaritma perbedaan suhu rata-rata untuk aliran balik dapat digunakan. Untuk mengatasi hal tersebut dapat digunakan metode efisiensi NTU (net transfer unit) (tipe HX, ukuran HX dan aliran massa diketahui, suhu masuk belum diketahui).
NTU merupakan parameter tak berdimensi yang pada prinsipnya sebanding dengan luas HXs (A), semakin besar NTU maka semakin besar pula ukuran HXsnya.
BOILING, CONDENSATION 144
Boiling 145
- Pool boiling 146
- Force convection boiling 154
Condensation 155
- Force convection boiling 156
- Film condensation pada pelat vertikal 158
- Film condensation pada pelat miring 159
- Film condensation pada pipa dan bola 160
- Dropwise Condensation 161
SEKILAS HX’s 167
Klasifikasi HX’s 168
- HX’s berdasarkan flow arrangement 168
- HX’s menurut konstruksinya 170
Overall Heat Transfer Coefficient 171
Fouling Factor 172
Analisa HX’s 175
- Log Mean Temperature Difference (LMTD-Method) 176
- Analisa HX’s: Effectiveness-NTU Method 182
Faktor-faktor pemilihan HX’s 187
Untuk menentukan koefisien perpindahan panas total (U), terlebih dahulu harus dicari tahanan termal total yang terjadi. Koefisien perpindahan panas total untuk pipa ganda dapat dihitung menggunakan Persamaan. 10.5), dengan asumsi pipa dalam keadaan halus dan baru, sehingga tidak terjadi kontaminasi pada permukaan pipa. Faktor pengotoran (Rf) adalah ketahanan termal akibat adanya kerak yang menempel pada permukaan pipa, seperti ditunjukkan pada Gambar 10.9.
Jika suhu rata-rata air 45ºC dan suhu minyak 80ºC, hitunglah koefisien perpindahan panas total. Karena tabungnya sangat tipis (dengan asumsi Di = Do), persamaan koefisien perpindahan panas total menjadi: hi adalah koefisien konveksi aliran air pendingin, sedangkan ho adalah koefisien konveksi aliran minyak. ingat bagaimana menentukan h untuk konveksi arus internal). Jika luas kontak seluruh pipa kondensor adalah 45 m2 dengan koefisien perpindahan panas total 2100 W/m2.C, hitunglah laju aliran air pendingin yang diperlukan dan laju aliran kondensasi.
Metode yang pertama, yaitu metode LMTD, dapat dengan mudah digunakan untuk menentukan perpindahan panas jika diketahui temperatur fluida masuk dan keluar. Hubungan efektivitas (𝜖) dengan jumlah unit transfer (NTU) dapat dilihat dari persamaan pada Tabel 10.3 untuk beberapa jenis HX. Hubungan antara 𝜖 dan NTU juga diberikan dalam bentuk grafik (Kays & London) seperti pada Gambar 10.15.
