MODUL PERCOBAAN III
PERPINDAHAN PANAS DALAM TANGKI
1. Tujuan Percobaan
Menentukan pengaruh pengadukan terhadap koefisien perpindahan panas keseluruhan (U) dan besarnya kehilangan panas.
2. Dasar Teori
Perpindahan energi dalam bentuk panas (heat) terjadi dalam banyak proses kimia dan proses-proses lainnya. Perpindahan panas (heat transfer) adalah proses perpindahan energi dari suatu benda atau sistem ke benda atau sistem lain sebagai akibat dari gaya dorong (driving force) perbedaan temperatur. Perpindahan panas sering terjadi dalam unit-unit operasi seprti pengeringan makanan, distilasi, pembakaran bahan bakar dan evaporasi. Panas mengalir dari bagian temperatur tinggi kebagian temperatur rendah. Perpindahan panas ini dapat terjadi secara konduksi, konveksi dan radiasi.
Kalor dapat diangkut dengan tiga macam cara yaitu:
1. Pancaran, sering juga dinamakan radiasi.
2. Hantaran, sering juga disebut konduksi.
3. Aliran, sering juga disebut radiasi.
Bila dalam suatu sistem terdapat gradien temperatur atau bila dua sistem yang temperaturnya berbeda disinggungkan maka akan terjadi perpindahan energi yang disebut panas (heat) atau dengan kata lain bila dua benda atau lebih terjadi kontak termal maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah, hingga tercapainya kesetimbangan termal.
Energi ini tidak dapat diukur atau diamati secara langsung tetapi arah perpindahan dan pengaruhnya dapat diamati dan diukur.
2.1 Konduksi
Konduksi ialah pengangkutan kalor melalui satu jenis zat. Sehingga perpindahan kalor secara hantaran/konduksi merupakan satu proses pendalaman karena proses perpindahan kalor ini hanya terjadi di dalam bahan. Arah aliran energi kalor, adalah dari titik bersuhu tinggi ke titik bersuhu rendah. Perpindahan secara konduksi ini dapat lebih mudah ditinjau jika perpindahan kalor terjadi didalam zat padat isotropik, isotropik artinya adalah media tidak mempunyai kecenderungan arah tertentu terhadap variable yang ditinjau dalam perpindahan panas secara konduksi (Bird, dkk., 1960)
Persamaan Dasar Konduksi :
q = -k A dT/dx (1)
Keterangan :
q = Laju Perpindahan Panas (kJ/ det)
k = Konduktifitas Termal (W / cm K atau J / cm s K) A = Luas Penampang (cm2)
dT = Perbedaan Temperatur ( oF ,oC ) dx = Perbedaan Jarak (m / det)
2.2 Konveksi
Perpindahan panas secara konveksi terjadi ketika panas bergerak dari satu tempat ke tempat lain dengan cara mengalir dengan menggunakan medium fluida. Aliran itu disebut aliran konveksi dan dihasilkan dari perubahan densitas yang dibawa oleh pengembangan panas pada fluida (Geankoplis, 1993).
Gerakan konstan yang terjadi karena molekul berpindah dari satu posisi dan digantikan posisinya oleh molekul lainnya atau dapat dikatakan berpindahnya suatu kalor disertai pergerakan fluida akibat gradient densitas pada fluida sekitar plat.
Peristiwa ini dinamakan konveksi alami. Sedangkan jika perpindahan molekul dipengaruhi oleh gerakan atau dorongan dari luar atau fluida yang segaja dihembuskan diatas plat dinamakan konveksi paksa. Untuk menyatakan pengaruh menyeluruh konduksi, kita gunakan hukum newton tentang pendinginan (Hermawan, 2011). :
q = hA(Tw − T ) (3)
h adalah koefisien perpindahan kalor konveksi Tw adalah suhu permukaan dinding
T adalah suhu fluida
Dapat dilihat profil temperature untuk perpindahan panas dengan konveksi dari fluida panas ke fluida dingin.
Gambar 3.1 profil aliran perpindahan panas 2.3 Radiasi
Yang dimaksud dengan pancaran (radiasi) ia1ah perpindahan ka1or mela1ui gelombang dari suatu zat ke zat yang lain. Semua benda memancarkan ka1or. Keadaan ini baru terbukti setelah suhu meningkat. Pada hakekatnya proses perpindahan ka1or radiasi terjadi dengan perantaraan foton dan juga gelombang elektromagnet. Terdapat dua teori yang berbeda untuk menerangkan bagaimana proses radiasi itu terjadi. Semua bahan pada suhu mutlak tertentu akan menyinari sejumlah energi ka1or tertentu.
Semakin tinggi suhu bahan tadi maka semakin tinggi pula energy ka1or yang disinarkan. Proses radiasi adalah fenomena permukaan. Proses radiasi tidak terjadi pada bagian da1am bahan. Tetapi suatu bahan apabila menerima sinar, maka banyak ha1 yang boleh terjadi. Apabila sejumlah energi ka1or menimpa suatu permukaan, sebahagian akan dipantulkan, sebahagian akan diserap ke da1am bahan, dan sebagian akan menembusi bahan dan terus ke luar. Jadi da1am mempelajari perpindahan ka1or radiasi akan dilibatkan suatu fisik permukaan.
3. Prosedur percobaan 1. ALAT-ALAT
a. Tangki 1 buah
b. Motor 1 buah
c. Termometer 9 buah
d. Batang Statis 1 buah
e. Voltmeter 1 buah
f. Pengaduk 1 buah
g. Heater 1 buah
h. Timbangan 1 buah
i. Stopwatch 1 buah
j. Rol 1 buah
k. Wayer 1 buah
2. BAHAN a. Air
A. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Hubungkan cok voltmeter ke saklar yang ada di laboratorium.
2. Hubungkan cok wayer ke saklar voltmeter.
3. Hubungkan skala voltmeter (jarum penunjuk) ke wayer.
4. Pasangkan motor ke batang statis, lalu sambungkan coknya ke wayer.
5. Masukkan sejumlah fluida (air) ke dalam tangki sesuai dengan penugasan yang diberikan. Lalu timbang beratnya (W1) dan ukur tinggi air yang ada di dalam tangki tersebut sesuai dengan penugasan yang diberikan.
6. Lalu letakkan tangki yang telah terisi air di atas batang statis, kemudian pasang heater pada motor lalu sambungkan cok heater pada wayer.
7. Letakkan termometer masing-masing : a. Pada dinding tangki bagian dalam.
b. Pada dinding tangki bagian luar.
c. Pada dasar tangki bagian dalam.
d. Pada dasar tangki bagian luar.
e. Pada heater.
f. Pada permukaan fluida.
g. Di atas permukaan fluida.
h. Di tengah-tengah antara permukaan fluida dan dasar tangki.
i. Di lingkungan atau ruangan
8. Setelah semua termometer dipasang pada tempatnya, catat temperatur awal tiap- tiap termometer sebelum proses perpindahan panas dalam tangki berlangsung.
Selanjutnya tekan tombol on yang ada pada wayer untuk menjalankan prosesnya.
9. Kemudian hidupkan stopwatch, lalu diamati dan dicatat temperatur fluida pada masing-masing termometer yang dipasang dalam interval waktu tertentu sesuai penugasan yang diberikan sampai temperaturnya mencapai konstan.
10. Setelah temperatur fluida konstan, kemudian ditimbang sisa fluida yang ada dalam tangki (W2) dan diukur sisa tinggi fluidanya.
11. Percobaan dilakukan berulang kali dengan memvariasikan besaran voltase heater, baik dengan pengaduk maupun tanpa menggunakan pengaduk sesuai dengan penugasan yang diberikan.
12. Setelah selesai percobaan, matikan semua peralatan dan putuskanlah sumber arus listrik
a. Tekan tombol OFF untuk mematikan sumber arus listrik, lalu mencabut cok heater dari wayer.
b. Mencabut skala voltmeter (jarum penunjuk) dari wayer.
c. Mencabut cok wayer dari saklar voltmeter.
d. Mencabut cok voltmeter dari saklar yang ada dalam laboratorium
4. Penugasan
• Volume fluida : %
• Kecepatan pengadukan : 0 rpm, 60 rpm, 80 rpm,100 rpm, 120 rpm, 150 rpm
• Voltase : 100 volt, 120 volt, 150 volt, 180 volt, 200 volt 5. Data Pengamatan
1.1 Untuk tangki tanpa pengaduk Tabel 1.1 ...
Waktu (Mnt)
Temperatur
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
Tinggi air sebelum pemanasan = cm Massa air awal = kg Tinggi air sesudah pemanasan
Tabel 1.2 ...
= cm Massa air akhir = kg
Waktu (Mnt)
Temperatur
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9
0 10 20 30
40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
Tinggi air sebelum pemanasan = Tinggi air sesudah pemanasan =
cm cm
Massa air awal = Massa air akhir =
kg kg 1.2 Untuk tangki berpengaduk
Tabel 1.3 ....
Waktu (Mnt)
Temperatur
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
Tinggi air sebelum pemanasan = cm Massa air awal = kg Tinggi air sesudah pemanasan = cm Massa air akhir = kg
Tabel 1.4..
Waktu (Mnt)
Temperatur
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
Tinggi air sebelum pemanasan = cm Massa air awal = kg Tinggi air sesudah pemanasan = cm Massa air akhir = kg
