heat transfer 1
DESCRIPTION
.TRANSCRIPT
QUIZ Steady Heat Conduction
Hendi Saryanto, ST, M. Eng
Mengidenfikasi proses/modus perpindahan kalor
SOAL .Persoalan berikut ini melibatkan perpindahan kalor radiasi matahari dan lingkungan luar.Seperti diketahui radiasi matahari terdiri dari komponen gelombang panjang dan pendek. Jika radiasi ini jatuh pada sebuah medium semitransparan, seperti air atau kaca, dua hal akan terjadi terhadap bagian radiasi yang tidak dipantulkan. Komponen gelombang panjang akan diserap permukaan medium, dan komponen gelombang pendek akan diteruskan oleh permukaan.
1). Jumlah lapisan kaca sebuah jendela sangat mempengaruhi kehilangan kalor dari sebuah ruangan yang dipanaskan ke udara luar. Komparasikanlah kehilangan kalor dari ruangan yang berjendela kaca tunggal dan kaca ganda, tunjukkan dengan mengidentifikasi proses (modus) perpindahan kalor yang terjadi pada tiap jenis jendela tersebut.2). Pada sebuah kolektor energi surya tipe pelat-datar, energi diserap oleh fluida kerja yang bersirkulasi dalam pipa (water tubing) yang ditempelkan secara rapat pada permukaan belakang pelat absorber. Pada bagian permukaan belakang pelat absorber diisolasi dari sekelililingnya. Radiasi matahari melalui pelat penutup transparan (Cover glass) diterima oleh permukaan depan atas pelat absorber. Identifikasilah proses perpindahan kalor: a). Jika pelat absorber tanpa pelat penutup
b). Jika pelat absorber ditutup dengan sebuah pelat penutup transparan. 3). Rancangan sebuah kolektor enegi surya yang digunakan di bidang pertanian seperti terlihat pada gambar. Udara dihembuskan melalui sebuah saluran panjang berpenampang segitiga samakaki. Sebuah sisi dari saluran segitiga tersebut ditutup dengan dua lapis bahan semitransparan (Double-paned cover), sedangkan dua sisi lainnya terbuat dari pelat aluminum yang permukaan dalamnya dicat hitam, dan permukaan luarnya dilapisi bahan insulasi styrofoam. Selama matahari bersinar, udara yang melalui sistem terpanasi dan selanjutnya disalurkan ke rumah kaca, unit pengering gabah, atau sebuah sistem penyimpan. Identifikasilah semua proses perpindahan kalor yang berhubungan dengan pelat penutup semitransparan, pelat absorber (pelat aluminum hitam) dan udara.4) Kolektor solar pipa-vakum (Evacuated-tube solar collectors) mempunyai performansi lebih baik dari kolektor solar pelat datar. Konstruksinya terdiri dari sebuah pipa dalam (inner tube) yang berada didalam sebuah pipa luar transparan (outer tube). Ruang annular antara tube divakumkan. Radiasi surya diserap oleh permukaan luar inner tube, dan selanjutnya energi ini diterima oleh fluida kerja yang berada dalam inner tube. Pada rancangan kolektor ini, barisan tube diletakkan didepan/ diatas sebuah panel pemantul (Reflecting panel). Identifikasikanlah semua proses perpindahan kalor yang relevan terhadap performansi alat.Jawaban :
1) Proses perpindahan kalor yang terjadi pada system kerja tersebut adalah sebagai berikut :
Gambar. 1 Ruangan yang terdiri dari 2 lapisan kaca dan 1 lapisan kaca Proses perpindahan kalor terhadap sistem pada kaca ganda (double pane)
Air Space Daouble pane
Keterangan :
= radiasi netto
= perpindahan kalor
q1= Konveksi dari udara ruangan ke permukaan dalam kaca pertamaq2= Pertukaran radiasi netto antara didnding ruangan dengan permukaan dalam kaca pertama
q3= Konduksi melalui kaca pertama
q4= Konveksi dari permukaan luar kaca pertama ke udara diantara kaca pertama dan kedua
q5= Pertukaran radiasi netto antara permukaan luar kaca pertama dengan permukaan dalam
kaca ke dua
q6= Konveksi dari udara (air) ke permukaan dalam kaca kedua
q7 = Konduksi melalui kaca kedua
q8= Konveksi dari permukaan luar kaca kedua ke udara luar
q9= Pertukaran radiasi netto antara permukaan luar kaca kedua dengan udara luar (lingkungan)
qs.m= Radiasi sinar matahari yang menimpa permukaan luar kaca kedua Proses perpindahan kalor terhadap sistem pada kaca tunggal (single pane)
Keterangan :
= radiasi netto
= perpindahan kalor
q1= Konveksi dari udara ruangan ke permukaan dalam kaca q2= Pertukaran radiasi netto antara didnding ruangan dengan permukaan dalam kaca
q3= Konduksi melalui kaca
q4= Konveksi dari permukaan luar kaca ke udara luarq5= Pertukaran radiasi netto antara permukaan luar kaca dengan udara luar (lingkungan)
qs.m= Radiasi sinar matahari yang menimpa permukaan luar kacaJawaban :2) Proses perpindahan kalor yang terjadi pada system kerja tersebut adalah sebagai berikut :
a. Jika pelat absorber tanpa pelat penutup
Water Tubing
Keterangan :
= radiasi netto
= perpindahan kalor
q1(s.m)= Radiasi matahari yang menimpa pelat absorber langsung, sebagian besar diserap oleh pelat absorberq2= Pertukaran radiasi netto antara pelat absorber dan lingkungan sekelilingq3= Konveksi plat absorbed ke udara luar (lingkungan)
q4= Konveksi ke fluida kerja
q5= Konduksi melalui insulation
b. Jika pelat absorber ditutup dengan sebuah pelat penutup transparan
Keterangan :
= radiasi netto
= perpindahan kalor
q1(s.m)= Radiasi matahari yang menimpa permukaan luar pelat absorber langsung, sebagian besar diserap oleh pelat absorberq2= Konduksi pada cover glassq3= Konveksi dari permukaan dalam cover glass dengan lapisan udara (antara cover glass dan
absorbed plate)q4= Konveksi dari udara ke permukaan luar absorbed plate
q5= Konveksi ke fluida kerjaq6= Konduksi melalui insulation
q7= Pertukaran radiasi netto antara permukaan dalam cover glass dan permukaan luar absorbed plate.
Jawaban :
3) Proses perpindahan kalor yang terjadi pada system kerja tersebut adalah sebagai berikut :
Keterangan :
= radiasi netto
= perpindahan kalor
q1(s.m)= Radiasi matahari yang menimpa permukaan luar pane yang pertama.
q2= Konduksi melaui cover pane pertama
q3= Konveksi dari permukaan dalam pane cover pertama ke lapisan udara antara pane pertama
dan kedua
q4= Perpindahan radiasi netto dari permukaan dalam pane cover pertama ke permukaan luar
pane keduaq5= Konveksi dari lapisan udara ke permukaan luar cover pane kedua
q6= Konduksi melaui cover pane kedua
q7= Konveksi dari permukaan dalam cover pane kedua ke lapisan udara antara cover pane
kedua dan lapisan plate alumunium yang di cat berwarna hitam, q8= Perpindahan radiasi netto dari permukaan dalam pane cover kedua dengan permukaan luar
absorbed plate
q9= Konveksi dari lapisan udara ke permukaan plate alumunium yang di cat berwarna hitam
(absorbed plate), sehingga terjadi penyerapan kalor yang cukup besar pada lapisan plate alumunium ini karena dicat berwarna hitam (emansivitas = 0.98)
q10= Konduksi melalui arbsobed plate yang dicat berwarna hitam (alumunium plate)
q11= Konduksi melalui insulation (styrofoam)Jawaban :
4) Proses perpindahan kalor yang terjadi pada system kerja tersebut adalah sebagai berikut :
Keterangan :
= radiasi netto
= perpindahan kalor
q1(s.m)= Radiasi sinar matahari langsung yang menimpa permukaan luar transparan outer tube.
q2= Konduksi melalui transparan outer tube
q3= Radiasi dari lapisan permukaan dalam tranparan outer tube ke lapisan luar inner tube
q4= Konveksi ke fluida kerja
q5= Radiasi sinar matahri yang mengenai lapisan luar dari reflection panel.q6= Konduksi melalui lapisan reflection panel
q7= Konveksi dari lapisan luar reflection panel ke udara luar.q8= Konveksi dari lapisan udara antara reflection panel dengan permukaan luar dari
transparan outter tube.q9= q2
q10= q3
q11= q4q8
q4
Room Air
q1
Ambient Air
q7
Matahari
qsinar matahari
q3
q5
q9
q2
q6
Dinding ruangan
Room Air
Ambient Air
q4
q1
qsinar matahari
Matahari
q3
q5
q2
Pane space (lapisan kaca)
Matahari
Air
qsinar matahari
q3
q2
Absorbed Plate
q4
q4
q4
Insulation
q5
Matahari
qsinar matahari
q2
Cover glass
q3
q7
Air space
q4
Absorbed Plate
q5
q5
q5
Water tubing
Insulation
q6
Matahari
Alumunium Plate
qsinar matahari
q8
q11
q4
q7
q10
q9
q2
q7
q6
q5
q3
Absorbed Plate
q9
Air Space
q10
q11
S t y r o f o a m
Double pane cover
Matahari
Solar radiation
q1(sinar matahari)
q2
q11
q9
q7
q4
Reflection Panel
Vacum space
Working fluid
Inner tube
Transparan outer tube
q3
q10
q5
q5
q5
q5
q8
q5
q7
q7
q7
q7
q6
q6
q6
q6