makalah kelompok perpindahan kalor: konveksi paksa 2012

7/22/2019 Makalah Kelompok Perpindahan Kalor: Konveksi Paksa 2012

1/56


2/56

2-5 3-1a 3-1b 3-2a 3-2b

1-1 1-2 1-3 2-1 2-2 2-3

Apa yang anda ketahui tentang alat

penukar kalor dan bagaimana prinsip

kerjanya?


3/56

2-5 3-1a 3-1b 3-2a 3-2b

1-1 1-2 1-3 2-1 2-2 2-3

ALAT PENUKAR KALOR : sistem yang

digunakan untuk pertukaran kalor antara

dua fluida yang dibatasi oleh suatu dinding

pembatas atau antara dua fluida yangberada di antara interfase


4/56

2-5 3-1a 3-1b 3-2a 3-2b

1-1 1-2 1-3 2-1 2-2 2-3

KLASIFIKASIBerdasarkan jumlah fluida yang mengalir:

Dua jenis fluida

Tiga jenis fluida

N-jenis fluida


5/56

2-5 3-1a 3-1b 3-2a 3-2b

1-1 1-2 1-3 2-1 2-2 2-3

KLASIFIKASIBerdasarkan konstruksi:

Shell and tube

Dengan luas permukaan diperluas


6/56

2-5 3-1a 3-1b 3-2a 3-2b

1-1 1-2 1-3 2-1 2-2 2-3

KLASIFIKASIBerdasarkan pengaturan aliran:

Berlawanan

Searah

Melintang

Terbagi


7/56

2-5 3-1a 3-1b 3-2a 3-2b

1-1 1-2 1-3 2-1 2-2 2-3


8/56

3-1a 3-1b 3-2a 3-2b 1-1

1-2 1-3 2-1 2-2 2-3 2-4

Bagaimana fenomena foulingdan pressure

dropdapat menurunkan kinerja dari alat

penukar kalor?


9/56

3-1a 3-1b 3-2a 3-2b 1-1

1-2 1-3 2-1 2-2 2-3 2-4

FAKTOR PENGOTOR : akumulasi

endapan yang tidak diinginkan pada

permukaan perpindahan panas alatpenukar kalor


10/56

3-1a 3-1b 3-2a 3-2b 1-1

1-2 1-3 2-1 2-2 2-3 2-4

PENURUNAN TEKANAN : penggantian

energi yang hilang akibat perlawanan

terhadap gaya geser


11/56

1-23-1b 3-2a 3-2b 1-1

1-3 2-1 2-2 2-3

Selain kedua hal tersebut, faktor-faktor apa

saja yang dapat mempengaruhi kinerja dari

sebuah alat penukar kalor?

2-4 2-5


12/56

1-23-1b 3-2a 3-2b 1-1

1-3 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI APK

Koefisien perpindahan panas

Konduktivitas termal

Aliran fluida yang bertukar kalor

Jarak sekat (baffle)


13/56

1-31-23-2a 3-2b 1-1

2-1 2-2 2-3

Berikan penjelasan tentang suhu ruah. Bagaimana

suhu ruah dapat membantu anda dalammenyelesaikan permasalahan yang berkaitan

dengan konveksi paksa?

2-4 2-5 3-1a


14/56

1-31-23-2a 3-2b 1-1

2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 3-1a

SUHU RUAH: suhu fluida (zat alir) rata-rataseluruh penampang tabung (pipa) tempat

fluida itu mengalir


15/56

1-31-23-2a 3-2b 1-1

2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 3-1a

0

0

0

0

2

2

r

p

r

p

b

ucdrr

Tucdrr

TT

x

TruTT oocb

2

96

7

x

TruTT oocw

2

16

3

Atau angka Nu


16/56

2-11-31-23-2b 1-1

2-2 2-3

Apa yang anda ketahui tentang koefisien gesek

dari suatu fluida dan bagaimana hubungannyadengan profil aliran dalam proses perpindahan

kalor secara konveksi?

2-4 2-5 3-1a 3-1b


17/56

2-11-31-23-2b 1-1

2-2 2-3 2-4 2-5 3-1a 3-1b

KOEFISIEN GESEK: faktor yang

menentukan besarnya friksi fluida dengan

dinding tabung


18/56

2-11-31-23-2b 1-1

2-2 2-3 2-4 2-5 3-1a 3-1b

2/1Re332,02

xfxC

Dengan

Dimana

2/13/2 RePr332,0PrRe

NuSt

xx

x

p

xx

uc

h

2/13/2 Re332,0PrSt xx

c

m

g

u

d

Lfp2

2

2

PrSt 3/2 fx

x

C


19/56

2-22-11-31-21-1

2-3

Bagaimana mekanisme dan hubungan empiris untuk

perpindahan kalor konveksi paksa pada aliran di dalampipa? Bagaimana pula pada aliran yang menyilang

silinder, bola, dan rangkunan tabung?

2-4 2-5 3-1a 3-1b 3-2a


20/56

2-22-11-31-21-1

2-3 2-4 2-5 3-1a 3-1b 3-2a

ALIRAN PADA SILINDER:

n

RbDbDb PNu 8.0

Re023.0n

w

d

df

fNu

)1(Pr)8/(7,1207,1

PrRe)8/(3/22/1

2

10 )64,1Relog82,1( df

3/2Re)/(04.01Re)/(0668.0

66.3

RD

RDD

PLD

PLDNu

14,0

31

Pr

W

H NuJ

14,0

31

W

PHi

k

C

D

kJh


21/56

2-22-11-31-21-1

2-3 2-4 2-5 3-1a 3-1b 3-2a

ALIRAN PADA BOLA DAN SILINDER:


22/56

2-22-11-31-21-1

2-3 2-4 2-5 3-1a 3-1b 3-2a

ALIRAN PADA BOLA DAN SILINDER:


23/56

2-22-11-31-21-1

2-3 2-4 2-5 3-1a 3-1b 3-2a

ALIRAN PADA RANGKUNAN TABUNG:

3/1

Pr

n

ff v

du

Ck

hd

14,02'2

b

wmaksNGfp

4/1

36,0

,Pr

PrPrRe

w

n

maksdCk

dhNu


24/56

2-22-11-31-21-1

2-3 2-4 2-5 3-1a 3-1b 3-2a

ALIRAN PADA RANGKUNAN TABUNG:

Korelasi Grimson

Nilai faktor gesek empiris(Jakob)

Korelasi Zukauskas

16,0

maks08,1 Re

]/)[(

118,025,0'

ddSf

n

0,15-

mak/13,143,0 Re

]/)[(

/08,0044,0' sSd

n

p

p

ddS

dSf

dS

Suu

n

nmaks


25/56

2-32-22-11-31-2

2-4

Jelaskan pengaruh faktor pengotoran

terhadap kinerja dari suatu alat penukar

kalor.

2-5 3-1a 3-1b 3-2a 3-2b


26/56

2-32-22-11-31-2

2-4 2-5 3-1a 3-1b 3-2a 3-2b

Pengotoran tersebut dapat menganggu atau

mempengaruhi temperatur fluida yang

mengalir, temperatur dinding tube serta

kecepatan aliran fluida serta menurunkanatau mempengaruhi koefisien perpindahan

panas menyeluruh dari fluida tersebut


27/56

2-42-32-22-11-3

2-5

Jelaskan tentang pendekatan LMTD dan Metode

NTU-Efektivitas serta keunggulannya. Kapan

pendekatan/metode ini dapat diaplikasikan?

3-1a 3-1b 3-2a 3-2b 1-1


28/56

2-42-32-22-11-3

2-5 3-1a 3-1b 3-2a 3-2b 1-1

LOG MEAN TEMPERATURE DIFFERENCE

(LMTD)

LMTD: perbedaan temperatur pada ujung yang

satu dari heat exchanger dikurangi perbedaan

temperatur pada ujung yang satu lagi dari heat

exchanger dibagi dengan logaritma natural dari

rasio kedua perbedaan temperatur tersebut


29/56

2-42-32-22-11-3

2-5 3-1a 3-1b 3-2a 3-2b 1-1


(LMTD)


30/56

2-42-32-22-11-3

2-5 3-1a 3-1b 3-2a 3-2b 1-1


(LMTD)

11

22

1122

lnch

ch

chchm

TTTT

TTTTT

mTFAUq


31/56

2-42-32-22-11-3

2-5 3-1a 3-1b 3-2a 3-2b 1-1

NTU EFEKTIVITAS

NTU-efektivitas: metode untuk

menentukan efektivitas dari suatu

alat penukar kalor


32/56

2-42-32-22-11-3

2-5 3-1a 3-1b 3-2a 3-2b 1-1

NTU EFEKTIVITAS


33/56

2-42-32-22-11-3

2-5 3-1a 3-1b 3-2a 3-2b 1-1

NTU EFEKTIVITAS

Diaplikasikan ketika harus

menentukan suhu masuk atau suhu

keluar pada suatu sistem penukar

kalor


34/56

2-52-42-32-22-1

3-1a

Dalam sebuah alat penukar kalor aliran silang, digunakan gas panas

(Cp = 1,09 kJ/kg.C) untuk memanaskan 2,5 kg/detik air dari suhu 35C

menjadi 85C. Gas masuk pada suhu 200C dan keluar pada suhu 93C.Koefisien perpindahan kalor menyeluruh sebesar 180 W/m2.C.

Hitunglah luas penukar kalor dengan menggunakan:

a. Metode Pendekatan LMTD

3-1b 3-2a 3-2b 1-1 1-2

2 52 42 32 22 1


35/56

2-52-42-32-22-1

3-1a 3-1b 3-2a 3-2b 1-1 1-2

Diketahui:

Ditanya:

mw= 68 kg/menit

Tc2= 35oC

Tc1= 75oC

cgas = 1,9 kJ/kgoC

U = 180 W/ m2.oC

Th1=200oC

Th2=93oC

A = ?

2 52 42 32 22 1


36/56

2-52-42-32-22-1

3-1a 3-1b 3-2a 3-2b 1-1 1-2

Diasumsikan APK berupa pipa ganda

2 52 42 32 22 1


37/56

2-52-42-32-22-1

3-1a 3-1b 3-2a 3-2b 1-1 1-2

Diasumsikan bukan pipa ganda, fluida tak campur

2 52 42 32 22 1


38/56

2-52-42-32-22-1

3-1a 3-1b 3-2a 3-2b 1-1 1-2

Diasumsikan bukan pipa ganda, fluida campur

2 52 42 32 22 1


39/56

2-52-42-32-22-1

3-1a 3-1b 3-2a 3-2b 1-1 1-2

Diasumsikan APK selongsong sekali lintas

2 52 42 32 22 1


40/56

2-52-42-32-22-1

3-1a 3-1b 3-2a 3-2b 1-1 1-2

Diasumsikan APK selongsong 2x lintas

3 1a2 52 42 32 2


41/56

3-1a

Dalam sebuah alat penukar kalor aliran silang, digunakan gas panas

(Cp = 1,09 kJ/kg.C) untuk memanaskan 2,5 kg/detik air dari suhu 35C

menjadi 85C. Gas masuk pada suhu 200C dan keluar pada suhu 93C.Koefisien perpindahan kalor menyeluruh sebesar 180 W/m2.C.

Hitunglah luas penukar kalor dengan menggunakan:

b. Metode NTU-Efektivitas

2-52-42-32-2

3-1b 3-2a 3-2b 1-1 1-2 1-3

3 1a2 52 42 32 2


42/56

3-1a2-52-42-32-2

3-1b 3-2a 3-2b 1-1 1-2 1-3

Diketahui:

Ditanya:

mw= 68 kg/menit

Tc2= 35oC

Tc1= 75oC

cgas = 1,9 kJ/kgoC

U = 180 W/ m2.oC

Th1=200oC

Th2=93oC

A = ?

3 1a2 52 42 32 2


43/56

3-1a2-52-42-32-2

3-1b 3-2a 3-2b 1-1 1-2 1-3

3 1a2 52 42 32 2


44/56

3-1a2-52-42-32-2

3-1b 3-2a 3-2b 1-1 1-2 1-3

Fluida minimum adalah gas panas maka beda suhu

maksimum:

648,035200

93200

.

.)min(

11

12

CC

CC

TT

TT

HEdalamdimakssuhubeda

fluidaToo

oo

ch

cc

3 1a2 52 42 32 2


45/56

3-1a2-52-42-32-2

3-1b 3-2a 3-2b 1-1 1-2 1-3

Berdasarkan Daftar 10-4 NTU untuk aliran silang dengan

Cmaks dan Cmintak campur

3 1a2 52 42 32 2


46/56

3-1a2-52-42-32-2

3-1b 3-2a 3-2b 1-1 1-2 1-3

Hasil yang diperoleh tidak jauh berbeda

antara NTU dengan LMTD saat asumsi satu

fluida campur kedua metode dapat

digunakan

3-1b3-1a2-52-42-3


47/56

3-1b

Sebuah sistem pemanas air menggunakan alat penukar kalor jenis

selongsong tabung. Uap panas mengalir dalam satu lintasan

selongsong pada suhu 120C, sedangkan air masuk pada suhu 30Cdan melakukan empat lintasan tabung dengan nilai U=2000Wm2.C.Hitunglah luas penukar kalor, jika aliran air yang masuk sebesar 2,5

kg/detik dan air keluar pada suhu 100C.

3-1a2-52-42-3

3-2a 3-2b 1-1 1-2 1-3 2-1

3-1b3-1a2-52-42-3


48/56

3-1b3-1a2-52-42-3

3-2a 3-2b 1-1 1-2 1-3 2-1

Diketahui:

Ditanya:

3-1b3-1a2-52-42-3


49/56

3-1b3-1a2-52-42-3

3-2a 3-2b 1-1 1-2 1-3 2-1

Jawab:

Terjadi pendidihan F = 1 P = 0

3-1b3-1a2-52-42-3


50/56

3-1b3-1a2-52-42-3

3-2a 3-2b 1-1 1-2 1-3 2-1

Mencari Tm :

3-1b3-1a2-52-42-3


51/56

3 1b3 1a2 52 42 3

3-2a 3-2b 1-1 1-2 1-3 2-1

Mencari luas APK:

3-2a3-1b3-1a2-52-4


52/56

3 2a3 1b

Sebuah sistem pemanas air menggunakan alat penukar kalor jenis

selongsong tabung. Uap panas mengalir dalam satu lintasan

selongsong pada suhu 120C, sedangkan air masuk pada suhu 30C

dan melakukan empat lintasan tabung dengan nilai U=2000Wm2.C.

Jika setelah beroperasi selama beberapa waktu alat penukar kalor

tersebut mengalami faktor pengotoran sebesar 0,0002 m2.C/W,

berapakah suhu air yang keluar pada kondisi tersebut?

3 1a2 52 4

3-2b 1-1 1-2 1-3 2-1 2-2

3-2a3-1b3-1a2-52-4


53/56

3 2a3 1b3 1a2 52 4

3-2b 1-1 1-2 1-3 2-1 2-2

Diketahui:

Ditanya:

3-2a3-1b3-1a2-52-4


54/56

3 2a3 1b3 1a2 52 4

3-2b 1-1 1-2 1-3 2-1 2-2

3-2a3-1b3-1a2-52-4


55/56

3 2a3 1b3 1a2 52 4

3-2b 1-1 1-2 1-3 2-1 2-2

Diasumsikan suhu lain selain suhu air keluar tetap

3-2a3-1b3-1a2-52-4


56/56

3 2a3 1b3 1a2 52 4

3-2b 1-1 1-2 1-3 2-1 2-2

Suhu air turun U turun turun massa

air harus naik agar laju perpindahan kalor

seperti kondisi awal

makalah kelompok perpindahan kalor: konveksi paksa 2012

Documents