analisa heat transfer 222
Post on 01-Dec-2015
115 Views
Preview:
TRANSCRIPT
PERANCANGAN RUANG PENGERING BERKAPASITAS 0,5
Kg BAHAN BASAH DENGAN PENAMBAHAN BUFFLE
UNTUK MENGARAHKAN SIKLUS UDARA PANAS DI
DALAM OVEN
Disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah perpindahan panas
yang dibimbing oleh Bapak Purwoko, ST., MT.
Oleh : kelompok 1:
HARIS ADITYA PUTRA 1041220034
HUDAN SANDI UTAMA 1041220037
IBNU ZAQI FIRDAUS 1041220046
JOHAN ADI PADMA 1041220012
PROGRAM STUDI D-IV TEKNIK OTOMOTIF ELEKTRONIK
JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI MALANG
2013
POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1
KATA PENGANTAR
Puji syukur penyusun panjatkan kehadirat Allah SWT, yang atas rahmat-Nya
sehingga penyusun dapat menyelesaikan Laporan analisis yang berjudul
“Perancangan ruang pengering berkapasitas 0,5 kg bahan basah dengan
penambahan buffle untuk mengarahkan siklus udara panas di dalam oven”
dan dilaksanakan di Politeknik Negeri Malang.
Dalam Penulisan laporan ini penyusun merasa masih banyak kekurangan-
kekurangan baik pada teknis penulisan maupun materi, mengingat akan
kemampuan yang dimiliki penyusun. Untuk itu kritik dan saran dari semua pihak
sangat penyusun harapkan demi penyempurnaan pembuatan laporan ini.
Dalam penulisan laporan analisis ini penyusun menyampaikan ucapan
terima kasih yang tak terhingga kepada pihak-pihak yang membantu dalam
penyelesaikannya, khususnya kepada :
1. Kedua orang tua kami, saudara-saudara dan teman-teman kami yang telah
memberi dukungan dan dorongan moril dalam menyelesaikan laporan analisis
ini.
2. Bapak Purwoko,ST,.M.T. sebagai dosen Perpindahan Panas dijurusan Teknik
Mesin Politeknik Negeri Malang yang telah memberikan saran dan
bimbingan dalam pelaksanaaan analisis tersebut.
3. Kepada seluruh teman-teman yang telah mendukung dan bekerja sama dalam
melakukan analisis perpindahan panas tersebut.
Akhirnya penyusun berharap semoga Allah SWT memberikan imbalan yang
setimpal pada mereka yang telah memberikan bantuan, dan dapat menjadikan
semua bantuan ini sebagai ibadah, Amiin Yaa Robbal ‘Alamiin.
Malang, 9 Juni 2013
Penyusun
LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 2
POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR …………………….…………………………………..2
DAFTAR ISI …………………………………………………………………...3
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang......................................................................................4
1.2 Rumusan Masalah.................................................................................4
1.3 Batasan Masalah....................................................................................4
1.4 Tujuan...................................................................................................5
1.5 Manfaat.................................................................................................5
1.6 Sistematika Penyusunan........................................................................5
BAB II TEORI DASAR
2.1 Dasar Teori............................................................................................7
BAB III PEMBAHASAN
3.1 Pengertian..............................................................................................13
3.2 Prinsip Kerja Mesin Pengering Keripik................................................13
3.3 Analisis Data.........................................................................................15
BAB IV PENUTUP
4.1 Kesimpulan...........................................................................................19
DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................20
LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 3
POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pada zaman sekarang ini ilmu adalah hal yang paling dibutuhkan di dunia ini,
berbagai ilmu telah dikembangkan oleh para ahli, semakin berkembangnya suatu
ilmu, maka tuntutan untuk mempelajarinya semakin tinggi.
Perpan (perpindahan panas) adalah suatu ilmu yang mempelajari tentang
suatu proses perpindahan unsur panas dari satu benda ke benda lain. Dari ilmu
perpan ini, banyak penerapan-penerapan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari,
salah satunya adalah proses pengeringan.
Oleh karena itu, kami selaku mahasiswa ingin mempelajari ilmu perpan lebih
dalam dengan menganalisis pengeringan kentang dengan menggunakan media
ruang pengering dan gas Liquid Petroleum Gas (LPG) sebagai salah satu sumber
terciptanya panas. Pengering ini berfungsi sebagai penanganan pasca panen untuk
menjamin mutu kentang dengan mempercepat proses pengeringan Semoga
dengan pembuatan laporan analisis ini dapat menambah ilmu bagi kami semua.
1.2. Rumusan Masalah
Dengan penjelasan latar belakang yang telah disebutkan diatas, terdapat
beberapa masalah yang dirumuskan dan akan dibahas dalam laporan ini, yaitu:
1.Bagaimana analisis perhitungan perpindahan panas yang teradi pada ruangan
pengering ?
1.3 Batasan Masalah
1. Dalam perhitungan diasumsikan
Kondisi steady state
Permukaan plat penyerap rata
Efek radiasi diabaikan
Kompor berbahan bakar LPG dianggap sebagai sumber panas
Temperatur dan kelembapan udara diluar alat pengering dianggap
konstan
LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 4
POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1
2. Penulis tidak membahas karakteristik aliran udara yang melalui kentang
3. Penulis hanya membas proses perpindahan panas secara umum
4. Tidak membahas rancangan kontruksi alat dan kontrol
1.4. Tujuan
1. Untuk menghasilkan rancangan oven dengan buffle dengan cara
mengetahuitingkat keberhasilan alat pengering alat pengering
kentang
2. Untuk mengetahui distribusi temperatur dan kelembaban dalam
alat pengering kentang.
3. Untuk mengetahui laju perpindahan panas pada alat pengering
kentang..
LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 5
POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Data Input
1. Beberapa Data Yang Diperlukan
Dimensi model Alat Pengering
Panjang = 55 cm = 0,55 m
Lebar = 55 cm = 0,55 m
Tinggi = 75 cm = 0.75 m
Data dinding
5. Bahan Dinding
Triplek (softwood)
Tebal (L) = 1,2 cm = 0,012 m
Konduktivitas termal (k) = 0,12 W/m°K
6. Luas permukaan dinding
bagian depan (A1) = (0,55 x 0,55)m2 = 0,3025m
2
bagian kanan(A2) = (0,55 x 0,55)m2 + (
1/2x0,55x0,01)m
2 = 0,33m
2
bagian kiri (A3)=(A2 ) = 0,33m2
bagian belakang (A4) = (0,55 x 0,75) = 0.4125 m2
bagian atas (A5) = (0,55 x 0,5)m2 = 0,275m
2
bagian cerobong (A6) = (0,55 x 0,07)m2
=0,0385m2
7. Data rak dan bak penampung lemak cair
Panjang = 52cm = 0,52m
Lebar = 45cm = 0,45m
LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 6
POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1
8. Ukuran lubang udara
Panjang = 55cm = 0,55m
Lebar = 3cm = 0,03m
(Av) = (0,55 x 0,03)m2 = 0,0165m
2
9. Data bahan ( kentang )
Jari – jari ® = 0,045 m
Luas permukaan bahan (As) = ( 3,14 x (0,045m)2) = 0,0064 m
2
gambar 1 Ruangan pengering kentang
LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 7
POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1
2.2 Perhitungan
1. Perhitungan koefisien konveksi
LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 9
POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1
BAB III
PEMBAHASAN
3.1.Pengertian
Mesin pengering keripik kentang adalah mesin pemindah panas (Heat
Exchanger) yang menggunakan fluida udara sebagai perantaranya. Menggunakan
perpindahan panas secara konveksi mesin pengering keripik ini memindahkan
panas yang berasal dari gas elpiji untuk digunakan mengeringkan keripik kentang
dengan cara ditiupkan uap panas pada permukaan kentang. Suhu udara yang
ditiupkan dijaga suhunya sebesar 1200 C agar keripik tidak menjadi hangus.Mesin
pengering ini memanfaatkan hukum kekekalan energy kalor.Energy kalor ini
berasal dari pembakaran gas elpiji dengan udara.
3.2.Prinsip Kerja Mesin Pengering Keripik.
Prinsip Kerja dari Mesin Pengering Keripik ini seperti pada gambar dibawah
ini :
LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 15
POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1
Gambar 3.1. Prinsip Kerja Mesin Pengering Keripik Kentang
Dari gambar diatas maka dapat dilihat bahwa mesin terdiri dari 2
ruangan.Ruangan yang pertama adalah ruang pemanasan.
Ruang pemanasan ini digunakan untuk memanaskan udara masuk yang berasal
dari luar lingkungan. Sedangkan ruang berikutnya adalah ruang pengeringan
yang berisi keripik kentang. Keripik kentang pada ruang ini dinaikan suhunya
sehingga kadar air dalam kentang dapat menguap. Ruang pemanasan dan ruang
pengeringan dihubungkan oleh saluran udara.Dan untuk mengalirkan udara maka
dibutuhkan kipas udara.Dan kemudian udara sisa dialirkan keluar lingkungan
kembali.
Mesin Keripik kentang ini memiliki prinsip kerja dengan menghilangkan
kadar air yang terdapat pada kentang. Kadar air awal diperkirakan sebesar 78 %.
Dengan kadar air seperti ini maka air di dalam kentang perlu dikurangi dengan
cara penguapan hingga kelembabannya sebesar kira-kira 12 %. Keadaan awal
yang masih basah maka akan membuat keripik kentang tidak renyah pada saat
digoreng nantinya.
Untuk menguapkan kadar air tersebut maka massa air yang terdapat pada
keripik kentang harus dinaikan terlebih dahulu suhunya hingga mencapai suhu
LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 16
POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1
penguapan air sebesar 1000 C. Pada suhu tersebut maka air dapat mulai menguap
ke udara. Kemudian untuk menguapkan massa air tersebut diperlukan kalor untuk
membakar. Sesuai dengan hukum kekekalan energy maka energy yang
dibutuhkan untuk menguapkan air pada kentang akan sama dengan senergi kalor
yang diberikan oleh udara pada kentang dengan selang waktu tertentu.
Suhu kentang pada saat awal adalah hampir sama dengan suhu air normal
yaitu berkisar 240 C. Pada suhu tersebut maka diperlukan sejumlah kalor yang
digunakan untuk menaikan suhu udara menjadi 1000C dan kemudian air tersebut
diubah fasa nya menjandi uap dengan sejumlah kalor. Kalor tersebut berasal dari
udara panas yang ditransferkan sevara konveksi.
Udara yang digunakan untuk mentransferkan kalor tersebut merupakan udara
luar yang bersuhu berkisar 270C.kemudian dinaikan menjadi 1200C untuk
kemudian ditiupkan ke ruang pengeringan yang berisi kentang tersebut. Untuk
menaikan suhu tersebut maka diperlukan sejumlah kalor yang berasal dari
pembakaran gas elpiji.
Gas Elpiji merupakan gabungan dua senyawa gas yaitu propane dan butane
yang memiliki perbandingan 80% berbanding 20%.
Gas Elpiji ini akan memberikan laju kalor sejumlah 50 Hp. Kalor tidak dapat
ditransferkan secara sempurna karena terdapat sebagian kalor yang hilang keluar.
Akibatnya efisiensi alat ini diperkirakan hanya sebesar 50% saja.Sehingga kalor
yang digunakan untuk mengeringkan nantinya hanya sebesar 25 Hp saja.
3.3.Analisis Perhitungan Kalor dan laju Massa pada Mesin Keripik Kentang
Dengan menggunakan tabel kalor properties dan dari pemabahasan prinsipk
kerja diatas maka dapat diketahui data-data perhitungansebagai berikut :
1.Jumlah kalor yang dihasilkan oleh gas elpiji / laju kalor (Q)= 5 Hp= 3728,56
J/dt
2.Kalor specific udara pada temperature 120°C, tekanan 1atm= 1011
J/Kg.K=1,011 KJ/Kg.K
3.Kalor specific air (Cp air) = 4,18 KJ/Kg.K.
4.Kalor Laten air pada tekanan 1atm (hfg)= 2257 KJ/Kg
5.Nilai Kalor Spesifik gas LPG = +21.000 Btu/Lb =46,1 MJ/Kg
LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 17
POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1
Asumsi :
1.Bahan keripik adalah kentang dengan kelembapan 78% kemudian dikeringkan
hingga memiliki kelembaban sebesar 12 %.
2.Efisiensi perpindahan kalor pada alat sebesar 50%.
3.Kelembapan (x) adalah perbandingan massa air dan massa bahan sehingga
berlaku rumus :
X =massa air
massa bahan=
mwmb
4.Suhu awal kripik kentang adalah suhu rata-rata air pada kondisi normal yaitu
24°C atau 297 K
5.Udara masuk adalah udara luar dengan kondisi normal pada tekanan 1atm
dengan suhu (T1) = 27°C atau 300 K.
6.Udara keluar adalah dari pemanas diharapkan bersuhu 120°C atau 393 K.
7.Bahan bakar berupa gas LPG (Liquified Petroleum Gas) dengan kadar propane
(C3H8) 80% dan Butana (C4H10) 20%.
8.LPG Diasumsikan memiliki temperature 25°C sehingga kalor specific gas
tersebut :
a) n-Butane, C4H10 (Cp) = 1,694 KJ/Kg.K
b) Propane, C3H8 (Cp) = 1,669 KJ/Kg.K
Penyelesaian :
Untuk mengeringkan keripik, cara yang dilakukan adalah menguapkan kadar
air yang terdapat pada keripik. Penguapan dilakukan dengan memanaskan udara
menggunakan gas LPG dan kemudian ditiupkan ke dalam kripik.Laju kalor yang
ditransferkan sebesar 50 Hp dengan efisiensi 50 %. Diharapkan suhu udara sisa
sama dengan suhu udara luar. Sehingga tidak ada kalor yang terbuang pada udara
sisa.Kecepatan dan tekanan udara diabaikan dalam sistem ini.
Untuk menguapkan air yang yang terkandung dalam keripik , maka cara yang
diperlukan dengan menaikkan suhu air tersebut hingga suhu air tersebut mencapai
suhu uap seperti pada grafik dibawah ini :
LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 18
POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1
Gambar.3.2. Grafik Penguapan Air
1.Laju aliran massa gas LPG
Laju aliran massa gas LPG adalah jumlah massa gas LPG yang dibutuhkan
dalam pembakaran setiap detiknya. Laju aliran massa LPG memiliki satuan
(Kg/dtk). Untuk menghasilkan laju kalor 3,72 KJ/s dan menaikkan suhu udara
dari 300 K menjadi 393 K maka dapat dicari menggunakan persamaan kalor
sebagai berikut :
QP = mP x Specific Caloric Value (Nilai kalori)
3,7285 [KJ/s] =mP x 46,1 x 103 [KJ/Kg]
mP = 0,0808 x 10−3 Kg/s
=8,08 x 10−5 Kg/s
Nilai kalori LPG adalah jumlah kalori yang dihasilkan oleh reaksi
pembakaran LPG (Wikipedia). Dari perhitungan diatas maka didapatkan laju
aliran massa gas LPG sebesar 8,08 x 10−5 Kg/s.
2.Laju Aliran Massa Udara
Laju aliran massaudara adalah jumlah massa udara yang dibutuhkan untuk
mentransferkan kalor setiap detiknya. Laju aliran udara memiliki satuan
(Kg/dtk).Jika udara dengan temperature 27°C diberikan kalor sebesar 3,72856
KJ/s dan temperature akhir sebesar 120° C maka laju aliran massa udara tersebut
sebesar :
QP = mP x Cp (Udara) x ΔT
QP = mP x Cp x (T2 – T1)
LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 19
POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1
3,728= mP x 1,011 [KJ/Kg.K] x (393 K- 300 K)
mP = 0,0396 Kg/s
maka laju aliran massa udara yang mengalir sebesar 0,0396 Kg/s. Jika udara
bersuhu 120°C memiliki massa jenis 0,8977 Kg/m3 , maka debit/ Laju aliran udara
sebesar :
V= m�ρ =
0,03960,8977 = 0,0441m3/s
3.Laju aliran Massa Kripik kentang.
Laju aliran massakeripik kentang adalah jumlah massa keripik kentang yang
dikeringkanoleh mesin setiap detiknya. Laju aliran massa keripik kentang
memiliki satuan (Kg/dtk). Jika efisiensi perpindahan panas sebesar 50% maka
didapatkan laju kalor sebesar(QP) = 0,5 x 3,728 KJ/sec= 1,864 KJ/sec yang
digunakan untuk mengeringkan keripik kentang.
Kelembaban :
(x) = massa air
massa bahan =
m�wm�b
= 0,78 ……………………………. 65%
mPw = 0,78 mPb
(x) = massa air
massa bahan=
m�wm�b
= 0,12 …………………………... 12%
mPw = 0,12 mPb
jadi, laju aliran massa penguapan air pada kentang adalah :
mPw = (x) 78 % - (x) 12 %
= 0,78 mPb – 0,12 mPb
mPw = 0,66 mPb
Laju Kalor Penguapan Air pada Kentang
Laju kalor Air = Kalor pemanasan + Kalor penguapan
QP = QPH + QPhfg
1,864 [KJ/dt] = [mPair x Cpair x ΔT] + [mPair x Chfg]
=[ 0,66 mPb x 4,18 KJ/Kg.K x (373-297) K ]+ [0,66 mPb x 2257 KJ/Kg]
= 1699,28 mPb
mPb = 1,0969 x 10−3 Kg/s
maka laju aliran massa keripik kentang yang dapat dikeringkan setiap detiknya
dalah sebesar 1,0969 x 10−3 Kg/s
LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 20
POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1
4.Perbandingan massa batu bara dan massa keripik.
Massa batu bara : massa keripik = 8,08x 10−5
1,0969 x 10−3
= 1
0,135 x10−5
= 1
13,5
Dari data penghitungan diatas maka dengan efisiensi perpindahan panas 50%,
alat pengering dapat mengeringkan 13,5 Kg keripik dengan menggunakan 1Kg
gas LPG.
BAB IV
KESIMPULAN
1.Prinsip Kerja dari mesin pengering keripik kentang ini adalah dengan
menguapkan kadar air yang terdapat pada kentang hingga memiliki kedar air yang
kecil. Untuk mengeringkan tersebut dilakukan dengan cara meniupkan udara
panas ke permukaan keripik. Udara merupakan media penghantar kalor secara
konveksi. Sumber kalor dari mesin ini berasal dari pembakaran gas Elpiji.
Sehingga kalor yang dihasilkan oleh gas elpiji digunakan oleh udara untuk
mengeringkan keripik kentang.
2.Perhitungan dari kalor menggunakan hukum kekekalan energy kalor dengan
efisiensi perpindahan panas sebesar 50% dan laju kalor yang dibutuhkan sebesar
50 Hp. Kalor tersebut dihasilkan oleh pembakaran gas LPG dengan laju aliran
massa gas Elpiji sebesar 8,08 x 10−5 Kg/s. Laju massa gas Elpiji adalah massa gas
LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 21
POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1
elpiji yang dibutuhkan dalam pembakaran untuk menghasilkan daya sebesar 50
Hp.
3.Laju massa keripik kentang adalah jumlah massa keripik kentang yang dapat
dikeringkan oleh mesin setiap satuan waktu. Laju massa keripik kentang adalah
massa keripik kotor dikurangi massa air yang telah diuapkan. Dengan daya sebsar
50 Hp dan efisiensi perpindahan panas sebesar 50 % maka jumlah massa keripik
kentang yang dapat dikeringkan sebesar 1,0969 x 10−3 Kg/s. Dari perhitungan
tersebut maka didapatkan perbandingan jumlah massa gas LPG dengan massa
keripik kentang sebesar 1 : 13.
DAFTAR PUSTAKA
http://id.wikipedia.org/wiki/Keripik_kentang
[
file://localhost/E:/_University's%20Document-/Semester%20VI /perpan/Pengertian/ KALOR%20_%20Dunia%20Fisika.mht
[
file://localhost/E:/_University's%20Document-/Semester%20VI/perpan/ Pengertian/RumusRumus%20Fisika%20Lengkap_Kalor%20%20Wikibuku.mht
file://localhost/E:/_University's%20Document-/Semester%20VI/perpan/ Pengertian/ Perpindahan%20Kalor.mht
[
file://localhost/E:/_University's%20Document-/Semester%20VI/perpan/ Pengertian/kelembapan%20%20Wikipedia%20bahasa% 20Indonesia,%20ensiklopedia%20bebas.mht
LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 22
top related