makalah kelompok pemicu 2: perpindahan kalor 2013

Upload: rizqi-pandu-sudarmawan

Post on 10-Feb-2018

351 views

Category:

Documents


8 download

TRANSCRIPT

  • 7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013

    1/22

    MAKALAH PERPINDAHAN KALOR

    PEMICU II : PERPINDAHAN KALOR KONDUKSI TAK TUNAK

    DAN PROSES PENGOLAHAN PANGAN

    Kelompok 2

    Adilfi Finasthi Kusuma Putri (1106018594)

    Ikhsan Nur Rosid (1106007691)

    Nuri Liswanti Pertiwi (1106015421)

    Rizqi Pandu Sudarmawan (0906557045)

    Wahyudi Maha Putra (1106005742)

    Teknik Kimia

    Departemen Teknik Kimia

    Fakultas Teknik Universitas Indonesia

    Depok, 2013

  • 7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013

    2/22

    Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16

    Peta Konsep

  • 7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013

    3/22

    Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16

    Daftar Isi

    Peta Konsep ................................................................................................. 2

    Daftar Isi...................................................................................................... 3

    Pendahuluan

    Latar belakang ................................................................................. 4 Perumusan masalah ......................................................................... 4 Tujuan penulisan ............................................................................. 4

    Tugas 1

    Soal 1 ............................................................................................... 5 Soal 2 ............................................................................................... 6 Soal 3 ............................................................................................... 7

    Tugas 2

    Soal 1 ............................................................................................... Soal 2 ............................................................................................... Soal 3 ............................................................................................... Soal 4 ...............................................................................................

    Soal Perhitungan

    Soal 1 ............................................................................................... Soal 2 ...............................................................................................

    Kesimpulan .................................................................................................

    Daftar Pustaka

  • 7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013

    4/22

    Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16

    Pendahuluan

    I. Latar BelakangPerpindahan kalor/panas pada bahan pangan merupakan salah satu fenomena

    yang penting dalam pengolahan pangan. Panas digunakan untuk menaikkan

    suhu makanan atau panas diambil dari bahan makananan seperti halnya pada

    proses pendinginan atau pembekuan. Panas berperan dalam merangsang atau

    menghambat suatu reaksi kimiawi, misalnya dalam reaksi pencoklatan atau

    proses inaktivasi enzim. Pengambilan panas dalam refigerator dapat

    menurunkan kecepatan reaksi. Panas itu sendiri berpengaruh terhadap

    perubahan aroma, flavor, serta struktur bahan pangan yang diolah

    (Wirakartakusumah et al. 1992). Dengan mempelajari proses perpindahankalor sebagai fungsi waktu, diharapkan anda dapat mengoptimalkan proses

    pemanasan/pendinginan pada pengolahan pangan. Dalam makalah ini,

    pembahasan mengenai konduksi akan dititikberatkan pada konduksi tak-tunak

    dan aplikasinya dalam proses pengolahan pangan.

    II. Perumusan Masalah1. Apakah yang dimaksud perpindahan kalor secara konduksi tak-tunak?2. Prinsip apa yang digunakan pada perpindahan kalor secara konduksi tak-

    tunak?

    3. Metode analisis apa sajakah yang dapat digunakan dalam menyelesaikanpermasalahan perpindahan kalor konduksi tak-tunak?

    4. Bagaimana prinsip konduksi tunak diaplikasikan ke dalam prosespengolahan pangan?

    5. Bagaimana mengoptimalkan proses pemanasan/pendinginan padapengolahan pangan?

    III. Tujuan Penulisan1. Memahami berbagai macam metode untuk menganalisis kasus perpindahan

    kalor kondisi tak-tunak dalam berbagai kondisi.

    2. Memahami aplikasi perpindahan kalor konduksi tak-tunak dalam prosespengolahan pangan.

  • 7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013

    5/22

    Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16

    JAWABAN PERTANYAAN

    TUGAS I:

    1. Dapatkah anda menjelaskan mekanisme perpindahan kalor yang terjadi padasuatu bahan ketika mengalami proses pemanasan/pendinginan?

    Jawab:

    Mekanisme perpindahan kalor pada bahan makanan pada saat proses

    pemanasan/ pendinginan secara umum dapat dibagi menjadi tiga jenis:

    a. Radiasi, yakni perpindahan kalor yang tidak membutuhkan medium danmerambat melalui gelombang elektromagnetik. Contoh perpindahan kalor

    secara radiasi pada makanan adalah memanaskan makanan dengan

    menggunakan pemanggang elektrik.

    b. Konveksi, yakni perpindahan kalor yang terjadi pada fluida, yangdiakibatkan berkurangnya massa jenis suatu fluida saat suhunya naik.

    Perpindahan kalor ini membutuhkan kontak langsung dengan benda yang

    akan ditransfer kalornya. Konveksi dibagi lagi menjadi dua, yakni konveksi

    alami dan konveksi paksa. Proses konveksi alami tidak dibantu dengan

    menggunakan tenaga dari luar, contohnya adalah pembuatan es batu di

    freezer. Sementara itu, proses konveksi paksa terjadi akibat adanya gayabantu dari luar, seperti saat kita mengaduk campuran teh panas dan air

    dingin dengan menggunakan sendok agar menjadi teh hangat.

    c. Konduksi, yakni perpindahan kalor yang membutuhkan kontak langsungdengan benda yang akan ditransfer kalornya. Konduksi dibagi lagi menjadi

    dua, yaitu konduksi tunak dan tak tunak. Pada konduksi tunak, distribusi

    suhu tidak berubah terhadap waktu. Sementara itu, pada konduksi tak

    tunak, distribusi suhu berubah tergantung kepada waktunya. Kasus

    perpindahan panas dengan konduksi tak tunak lebih banyak dijumpai pada

    kehidupan sehari-hari, seperti contohnya perpindahan kalor dari makanan

    ke piring yang mewadahinya sehingga suhu di bagian bawah piring lama

    kelamaan naik.

    2. Dapatkah anda menghubungkan keberhasilan proses tersebut dengan kualitasbahan pangan yang dihasilkan?

    Jawab:

  • 7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013

    6/22

    Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16

    Tujuan dari pemanasan adalah untuk mematikan kinerja makhluk-makhluk

    organik di dalam makanan dengan cara mematikan enzim yang digunakan

    oleh makhluk-makhluk tersebut untuk bermetabolisme. Karena enzim yangdigunakan makhluk tersebut terurai pada suhu tinggi, maka otomatis bahan

    makanan yang dipanaskan tidak dapat bermetabolisme dan dapat terjaga

    kesegarannya. Namun, suhu pemanasan yang terlalu tinggi juga dapat

    menyebabkan hilangnya nutrisi di dalam makanan akibat denaturasi. Jadi,

    dapat dikatakan bahwa proses pemanasan yang berhasil adalah proses

    pemanasan yang tidak menyebabkan makanan kehilangan nutrisinya.

    Sementara itu, tujuan proses pendinginan juga adalah untuk menjaga

    kesegaran bahan makanan. Dalam proses pendinginan, kesegaran dijaga

    dengan cara menghambat aktivitas biokimia di dalam makanan yang

    terganggu akibat suhu yang rendah. Berbeda dengan proses pemanasan,

    proses pendinginan tidak merusak nilai gizi bahan makanan. Nilai gizi

    makanan sebelum dan sesudah dipanaskan relatif sama. Namun, jika proses

    pendinginan tidak berjalan dengan baik, maka dapat menyebabkan

    terbentuknya kristal pada makanan sehingga struktur di dalam makanan pun

    rusak. Rusaknya struktur di dalam makanan ini menyebabkan tekstur makanan

    menjadi lembek dan tidak menarik. Oleh karena itu, proses pendinginan yang

    berhasil ditandai oleh terjaganya kesegaran dan nilai gizi makanan tanpa

    merusak teksturnya.

    3. Parameter apa sajakah yang turut serta menentukan keberhasilan prosesperpindahan panas pada pengolahan bahan pangan?

    Jawab:

    Perpindahan panas merupakan satu unit operasi yang penting dalam industri

    pangan, karena hampir setiap proses pengolahan membutuhkan pemindahan

    panas baik dalam bentuk pemberian maupun pengambilan panas dari bahan

    untuk merubah sifat fisik, kimia dan karakteristik penyimpaan dari bahan

    tersebut.

    Keberhasilan proses perpindahan panas pada pengolahan makanan dapat

    ditentukan oleh parameter tertentu. Parameter tersebut antara lain:

    a. Menghilang atau berkurangnya aktivitas biologis yang tidak diinginkan,seperti aktivitas enzim dan mikroba.

    b. Kondisi kadar gizi serta faktor-faktor yang menentukan mutu bahanpangan, seperti warna, cita rasa dan tektur.

  • 7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013

    7/22

    Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16

    c. Jumlah panas yang dipindahkan pada proses perpindahan panas dalampengolahan bahan panagn.

    d. Tingkat panas (suhu) baik dalam sistem perpindahan panas maupunlingkungan sekitarnya.

    e. Tahanan terhadap perpindahan panas, dalam hal ini berkaitan dengan bahanatau material dari peralatan proses perpindahan panas yang digunakan.

    TUGAS II:

    1. Apa yang anda ketahui mengenai perpindahan kalor konduksi tak tunak?Dimana letak perbedaannya dengan perpindahan kalor konduksi tunak?

    Jawab:

    Konduksi dapat dibagi menjadi dua berdasarkan berubah atau tidaknya suhu

    terhadap waktu, yaitu konduksi tunak (steady) dan konduksi tak tunak

    (unsteady). Konduksi tunak dapat dijelaskan sebagai konduksi ketika suhu

    yang dihantarkan tidak berubah atau distribusi suhu konstan terhadap waktu.

    Sebaliknya, konduksi tak tunak jika suhu berubah terhadap waktu.

    Pada konduksi tunak, terjadi perpindahan energi dari bagian bersuhu tinggi ke

    bagian bersuhu rendah, dimana suhu tidak berubah terhadap fungsi waktu.

    Sedangkan, pada konduksi tak tunak, temperatur merupakan fungsi dari waktu

    dan jarak. Atau dengan kata lain, perpindahan kalor konduksi tunak terjadi

    jika suhu tidak berubah terhadap waktu dan konduksi tunak terjadi jikasuhunya berubah terhadap waktu, sehingga pada persamaan perpindahan kalor

    konduksi tak tunak terdapat suku . Persamaan perpindahan kalor

    konduksi tak tunak dapat dituliskan secara umum:

    (1)

    dimana merupakan difusifitas termal. Untuk keadaan tidak tunak atau

    terdapat sumber kalor di dalam benda, maka perlu dibuat neraca energi.

  • 7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013

    8/22

    Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16

    Tabel 1. Neraca Energi Konduksi Tak Tunak Dengan Sumber Kalor

    Sehingga persamaan konduksi tak tunak satu dimensi menjadi:

    (2)

    Untuk yang alirannya lebih dari 1 dimensi, kita hanya perlu memperhatikan

    kalor yang dihantarkan ke dalam dan keluar satuan volume itu dalam ketiga

    arah koordinat. Neraca energi di sini menghasilkan:

    (3)

    2. Batasan-batasan apa saja yang harus dipenuhi jika anda ingin menerapkananalisis kapasitas kalor tergabung dalam menyelesaikan permasalahan

    perpindahan kalor konduksi tak tunak?

    Jawab:

    Pada pembahasan pada sistem kapasitas kalor tergabung ini, pembahasan

    perpindahan kalor konduksi tak tunak dengan cara menganggap suhu sistem

    seragam dalam analisisnya. Analisis seperti ini disebut dengan metode

    kapastias kalor tergabung atau tergumpal (lumped-heat-capacity method).

    Sistem ini merupakan suatu idealisasi karena di dalam setiap bahan selalu ada

    gradient suhu (temperature gradient) apabila pada bahan tersebut ada kalor

    yang dikonduksi ke dalam atau ke luar. Pada umumnya, makin kecil ukuran

    benda makin realistis pula pengandaian tentang suhu seragam dan pada

    limitnya kita dapat menggunakan differensial volume seperti dalam penurunan

    persamaan umum konduksi kalor.

  • 7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013

    9/22

    Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16

    Jika sebuah bola baja panas dicelupkan ke dalam air dingin, kita boleh

    menggunakan metode analisis kapasitas-kalor-tergabung apabila kita dapat

    membenarkan pengandaian suhu seragam di dalam bola tersebut selamaproses pendinginan itu berlangsung. Dalam proses pendinginan ini berlaku

    proses konduksi tak tunak karena belum tercapainya keadaan suhu yang

    setimbang sehingga diperlukan analisis perubahan energi dalam ( internal

    energy) benda menurut waktu. Dapat diketahui bahwa distribusi suhu di

    dalam boa bergantung dari konduktivitas termal (thermal conductivity) bahan

    bola itu dan kondisi perpindahan kalor dari permukaan bola ke fluida di

    sekitarnya, yaitu koefisien perpindahan kalor konveksi-permukaan (surface-

    convection heat-transfer coefficient). Distribusi suhu yang cukup seragam di

    dalam bola bisa kita dapatkan jika tahanan terhadap perpindahan kalor

    konduksilebih kecil daripada dengan tahanan konveksi pada permukaan

    sehingga gradient suhu terdapat terutama pada lapisan fluida di permukaan

    bola. Oleh karena itu, analisis kapasitas kalor tergabung mengandaikan bhawa

    tekanan dalam benda dapat diabaikan terhadap tahanan luar.

    Rugi kalor konveksi dari suatu benda terihat dari penurunan energi dalam

    (internal energy) benda itu, seperti terlihat pada Gambar 1. Jadi,

    (4)di mana A adalah luas permukaan permukaan konveksi dan V adalah volume.

    Keadaan awal adalah

    pada = 0Sehingga penyelesaian Persamaan 1 adalah

    (5)

    Gambar 1. Nomenklatur untuk analisis kapasitas kalor satu gabungan

    (Sumber: Holman, J.P. 2009.Heat Transfer 10thEdition. New York: McGraw-Hill)

  • 7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013

    10/22

    Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16

    Jaringan termal untuk sistem kapasitas-tunggal (single-capacity system)

    ditunjukkan pada Gambar 1(b). Dalam jaringan ini terlihat bahwa kapasitas

    termal sistem mula-mula dimuati oleh potensial T0dengan menutup sakelar S.Kemudian bila sakelar itu dibuka, energi yang tersimpan dalam kapasitas

    termal dibuang melalui tahanan 1/hA. Analogi antara sistem termal ini dengan

    sistem listrik cukup kentara dan kita dengan mudah dapat menyusun sistem

    listrik yang tingkah lakunya sama dengan sistem termal, yaitu dengan

    membuat perbandingan

    (6)

    Sama dengan 1/di mana ialah tahanan dan adalah kapasitansi.Dalam sistem termal kita menyimpan energi sedangkan dalam sistem listrik

    kita menyimpan muatan listrik. Aliran energi dalam sistem termal disebut

    kalor, aliran muatan listrik disebut arus listrik. Besaran disebutkontanta waktu (time constant) dari sistem itu, karena mempunyai dimensi

    waktu.

    Bila

    Terlihatlah bahwa beda suhu -mempunyai nilai 36,8 persen dari bedaawal

    -

    .

    Telah diketahui bahwa analisis seperti kapasitas-tergabung mengandaikan

    distribusi suhu seragam pada seluruh benda padat tersebut. Pengandaian itu

    sama artinya dengan mengatakan bahwa tahanan konveksi-permukaan

    (surface-convection resistance) lebih besar daripada tahanan konduksi-dalam

    (internal conduction resistance). Analisis demikian dapat diharapkan akan

    menghasilkan perkiraan yang memadai apabila kondisi di bawah ini dipenuhi

    (8)Di mana k adalah konduktivitas termal benda padat itu. Apabila telah

    memenuhi kriteria tersebut maka analisis kapasitas tergabung bisa

    diaplikasikan.

    3. Bagaimana anda menerapkan analisis aliran kalor transien dalammenyelesaikan permasalahan perpindahan kalor konduksi tak tunak?

    Jawab:

  • 7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013

    11/22

    Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16

    Ada beberapa metode yang dapat digunakan dalam analisis aliran kalor

    transien, yaitu, kapasitas kalor tergabung, analisis dalam benda padat semi-

    tak-berhingga, bagan Heisler, grafik Schmidt, dan metode numerik. Dalammemilih metode-metode tersebut tahapan-tahapan yang harus dilewati adalah:

    a)Memeriksa apakah analisis kapasitas kalor tergabung dapat diterapkan.Bila dapat maka perhitungan menjadi lebih mudah.

    b)Memeriksa apakah bagan Heisler dapat digunakanc)Bila dua penyelesaian di atas tidak dapat digunakan, maka digunakan

    metode numerik.

    d)Bila belum ada penyelesaian, maka konduksi batas konveksi dan radiasimengandung banyak ketidakpastian (jangan memaksakan penggunaan node

    dalam jumlah besar dan operasi yang lama di mana sulit untuk

    memperbaiki ketidakpastian yang terdapat dalam kondisi batas).

    e)Perlu diingat bahwa jarang terdapat soal konduksi murni, selalui terdapatkonveksi dan radiasi.

    Pada sistem tak tunak atau kondisi transien seringkali kondisi batasnya

    berubah-ubah, oleh karena itu tidak mungkin menyelesaikannya secara

    matematis. Jika keadaannya seperti ini, lebih baik penyelesaiannya dilakukan

    dengan menggunakan metode numerik. Untuk lebih memudahkan

    penyelesaian, analisis dapat dibatasi hanya menjadi dua -imensi saja. Jika

    sudah memahaminya perluasan menjadi tiga-dimensi dapat dilaksanakan

    dengan mudah.Pada pembagian menjadi dua dimensi, posisi x ditandai dengan adanya

    subskrib m, sedangkan posisi y ditandai dengan adanya subskrib n. Hal ini

    dapat dilihat pada gambar benda dua-dimensi yang telah dibagi-bagi menjadi

    jenjang tambahan kecil (increment) seperti gambar di bawah ini.

  • 7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013

    12/22

    Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16

    Gambar 2 Increment pada benda dua dimensi

    (Sumber: Holman, J.P. 2009.Heat Transfer 10thEdition. New York: McGraw-Hill)

    Dalam benda padat persamaan diferensial yang mengatur aliran kalor adalah :

    Tc

    y

    T

    x

    Tk

    2

    2

    2

    2

    (9)

    dengan mengandaikan sifat-sifat tetap. Lalu derivatif parsial kedua dapat

    didekati dengan

    nmnmnm TTT

    xx

    T,,1,122

    2

    21

    (10)

    nmnmnm TTT

    yy

    T,,1,122

    2

    21

    (11)

    derivatif waktu dari persamaan (1) didekati dengan :

    p

    nm

    p

    nm

    TTT ,1

    ,

    (12)

    Dalam persamaan di atas, superscript menunjukkan tambahan waktu (time

    increment). Dengan menggabungkan hubungan-hubungan di atas, kita

    dapatkan persamaan beda yang setara dengan persamaan (9) :

    2

    ,,1,1 2

    x

    TTT pnmp

    nm

    p

    nm

    2

    ,,1,1 2

    y

    TTT pnmp

    nm

    p

    nm

    1

    2,1,1

    p

    nm

    p

    nm TT (13)

    Dengan demikian jika suhu pada setiap waktu di berbagai node diketahui,

    suhu sesudah tambahan waktu dapat dihitung dengan menuliskan

    persamaan seperti persamaan (13) untuk setiap waktu dan mendapatkan 1,pnmT .

    Prosedur ini dapat diulangi untuk mendapatkan distribusi suhu sesudah

    sejumlah tambahan waktu yang diingini, jika tambahan koordinat ruang dibuat

    sedemikian rupa sehingga x = y, persamaan untuk 1,

    pnmT menjadi :

  • 7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013

    13/22

    Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16

    1

    ,

    pnmT =

    21,1.,1,12

    41

    xTTTT

    x

    p

    nm

    p

    nm

    p

    nm

    p

    nm

    pnmT , (14)

    Jika tambahan waktu dan tambahan jarak dipilih sehingga

    4

    2

    x

    (15)

    maka kelihatan bahwa suhu node (m,n) sesudah tambahan waktu merupakan

    rata-rata aritmatika dari suhu pada awal tambahan waktu, dan keempat node

    yang mengelilinginya.

    4. Apa yang anda ketahui tentang batas konveksi, angka BIot, angka Fourier danbaga Heisler, serta bagaimana menerapkannya dalam menyelesaikan

    permasalahan perpindahan kalor konduksi tak tunak?Jawab:

    a. Batas konveksi dan bagan Heisler

    Konduksi kalor transien berhubungan dengan kondisi batas konveksi pada

    permukaan benda padat sebab kondisi batasnya akan digunakan untuk

    menghitung perpindahan kalor konveksi pada permukaan. Misalnya terdapat

    benda padat semi-tak berhingga seperti pada Gambar 5, perpindahan kalor

    konveksi pada permukaan dinyatakan dengan

    Gambar 3. Nomenklatur untuk aliran transien dalam benda padat semi tak berhingga

    (Sumber: Holman, J.P. 2009.Heat Transfer 10thEdition. New York: McGraw-Hill)

  • 7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013

    14/22

    Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16

    atau

    *+ (16)dengan penyelesaian

    *

    + *

    + (17)di mana ()

    Ti= suhu awal benda padat

    T~= suhu lingkungan

    Gambar 4. Distribusi suhu pada benda padat semi tak berhingga dengan kondisi batas

    konveksi

    (Sumber: Holman, J.P. 2009.Heat Transfer 10thEdition. New York: McGraw-Hill)

    Penyelesaian tersebut berupa grafik pada Gambar 5. Untuk bentuk

    geometri lain hasilnya disajikan dalam bentuk bagan Heisler. Bentuk-bentuk

    yang terpenting adalah yang berkaitan dengan plat yang ketebalannya kecil

    sekali dibandingkan dengan dimensi lainnya, silinder yang diameternya kecil

    dibandingkan dengan panjangnya, dan bola.

  • 7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013

    15/22

    Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16

    Dalam semua kasus tersebut, suhu lingkungan konveksi ditandai dengan T~

    dan suhu pusat untuk x=0 atau r=0 adalah T0. Pada t=0, setiap benda padat

    dianggap mempunyai suhu awal seragam Ti. Pada Gambar 4-7 sampai dengan4-13 (Holman, 2010) suhu dinyatakan sebagai fungsi waktu dan kedudukan.

    Dalam bagan-bagan tersebut berlaku definisi berikut

    atau

    (18) (19) (20)

    Jika suhu garis pusat yang dicari, hanya satu bagan yang diperlukan untuk

    mendapatkan dan , sedangkan untuk suhu di luar pusat diperlukan duabagan untuk menghitung hasil

    (21)Misalnya untuk menghitung suhu di luar pusat plat tak berhingga

    digunakan Gambar 5 (untuk mendapatkan nilai

    ) dan Gambar 6 (untuk

    mendapatkan nilai

    ) (Holman, 2009).

    Gambar 5. Suhu bidang tengah pada plat tak berhingga dengan ketebalan 2L

    (Sumber: Holman, J.P. 2009.Heat Transfer 10thEdition. New York: McGraw-Hill)

  • 7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013

    16/22

    Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16

    Gambar 6. Suhu sebagai fungsi dari suhu pusat ada plat tak berhingga dengan ketebalan 2L

    (Sumber: Holman, J.P. 2009.Heat Transfer 10thEdition. New York: McGraw-Hill)

    b. Angka Fourier dan angka Biot

    Bagan Heisler menggunakan dua parameter tak berdimensi yang disebut

    angka Biot dan angka Fourier: (22)

    (23)

    di mana s adalah setengah tebal untuk plat atau jari-jari untuk silinder dan

    bola. Angka biot adalah rasio antara besaran konveksi-permukaan dan tahanan

    konduksi-dalam, sedangkan angka Fourier adalah rasio antara dimensi

    karakteristik benda dengan kedalaman tembus gelombang suhu pada suatu

    waktu .

    Nilai Biot yang rendah berarti tahanan konduksi-dalam dapat diabaikan

    terhadap tahan konveksi-permukaan. Hal ini berarti pula bahwa suhu akan

    mendekati seragam di seluruh benda, dan tingkah laku ini dapat didekati

    dengan metode analisis kapasitas tergabung.

    Jika perbandingan V/Adianggap sebagai dimensi karakteristiks, maka

    (24)

  • 7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013

    17/22

    Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16

    c. Penerapan dalam menyelesaikan permasalahan kalor konduksi tak tunak

    Perhitungan untuk bagan Heisler dilakukan dengan memenggal

    penyelesaian deret tak berhingga menjadi beberapa suku saja. Bagan-baganHeisler terbatas pada nilai-nilai angka Fourier yang lebih besar dari 0,2.

    (25)Untuk nilai-nilai yang lebih rendah penyelesaian dapat dilakukan dengan

    metode lain.

    Contoh penggunaan bagan Heisler dapat dilihat pada kasus berikut.

    Misalnya terdapat lempeng dengan suhu awal Ti tiba-tiba diberi lingkungan

    permukaan konveksi dengan suhu T~, ditanyakan waktu yang diperlukan

    untuk mencapai suhu T pada kedalaman x. Pada dasarnya kasus ini dapat

    diselesaikan dengan persamaan (17), namun pada persamaan tersebut variabelsuhu muncul dua kali sehingga lebih mudah menggunakan grafik pada

    Gambar 4. Dengan menggunakan Gambar 4, cukup ditentukan nilai yang

    memenuhi nilai

    .

    Soal Perhitungan:

    1. Dalam proses pembuatan bakso, adonan bola daging berdiameter 5 cm dansuhu awal 25

    oC dimasukkan ke dalam air mendidih. Berapa waktu yang

    dibutuhkan agar bola daging tersebut matang dengan baik? Bola daging dapat

    dikatakan matang dengan baik apabila bagian tengah tidak kurang dari 60oC

    Jawab:

    DataD = 5 cm = 0,05 m

    R = 2,5 cm = 0,025 m

    Ti = 25oC

    T= 100oC

    T0 = 60oC

    = 1,6 . 10-7

    K bakso = 0,5414 W/ m KH air (100

    oC) = 3000 W/ m

    2K

    2

    Tujuan:Menghitung

    Asumsi:Bakso berbentuk bola sempurna dan hanya terdiri dari daging sapi.

  • 7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013

    18/22

    Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16

    Menentukan nilai dan

    Menentukan nilai 1/Bi

    Menentukan nilai Fo

    Gambar 7. Grafik hubungan Fo dan untuk sistem radial

    Dari Gambar 7 diperoleh nilai Fo = 0,375

    Menentukan nilai

    KesimpulanJadi waktu yang diperlukan untuk memasak bakso dengan kualitas baik adalah

    24,44 menit.

  • 7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013

    19/22

    Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16

    2. Sebuah panci yang baru saja digunakan untuk mendidihkan air, didinginkandengan cara mencelupkannya ke dalam air bersuhu 25

    oC. Setelah dicelupkan

    selama 10 detik, apakah menurut anda panci sudah aman untuk digunakankembali?

    Jawab:

    Data2L = 3 mm = 0,003 mL = 1,5 mm = 0,0015 m

    = 8,4 . 10-5

    K alumunium = 215 W/ m K

    H air = 3000 W/ m2K

    2

    Ti= 100oC

    T= 25oC

    T0 = 50oC Asumsi:

    Ketebalan panci adalah 3 mm.

    Panci terbuat dari alumunium murni.

    Panci merupakan plat pejal yang dibentuk menjadi silinder.

    Asumsikan batas aman suhu panci adalah 50oC.

    Menentukan nilai Menetukan nilai dan

    Menentukan nilai 1/Bi

  • 7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013

    20/22

  • 7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013

    21/22

  • 7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013

    22/22

    Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16

    DAFTAR PUSTAKA

    Adi, Agung Nugroho. 2011. Modul Perpindahan Panas Dasar. Yogyakarta: Jurusan

    Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri UII

    Cengel, Y. 2006.Heat Transfer 2nd

    Edition. USA: Mc Graw-Hill

    Haryanto, Bode dan Zuhrina Masyithah. 2006. Buku Ajar Perpindahan Panas.

    Medan: Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik USU

    Holman, J.P. 2009.Heat Transfer 10th

    Edition. New York: McGraw-Hill.

    Purwadi, PK. Metode Alternating Direction Implicit Pada Penyelesaian Persoalan

    Perpindahan Kalor Konduksi Dua Dimensi Keadaan Tak Tunak. SIGMA, Vol. 3,

    No.1, Januari 2000: 69-79