documentpk

Pemicu 2: Konduksi Tak Tunak

NO 1, 2, 3, 5, DAN 8

1. Bagaimana anda menjelaskan fenomena perpindahan panas konduksi secara tak tunak pada kasus pemakanan dalam oven dan microwave? Dimana letak perbedaannya dengan perpindahan kalor konduksi tunak?

Perpindahan Panas Konduksi Tak Tunak dalam Microwave

Kondisi Transien dalam Microwave

Perbedaan

2. Bagaimana peranan jenis material, bentuk, dan ukuran wadah makanan yang digunakan dalam proses pemanasan menggunakan oven atau mocrowave tersebut?

Faktor yang memengaruhi laju perpindahan panas

Perbedaan Temperatur Luas Permukaan Material Ketebalan material/jarak

Perbedaan TemperaturPerpindahan kalor akan terjadi apabila terdapat perbedaan temperatur di dua tempat. Panas berpindah dari suhu yang lebih tinggi ke suhu yang lebih rendah.Laju perpindahan kalor berbanding lurus dengan besarnya perbedaan suhu



Luas PermukaanSetiap partikel di permukaan sebuah benda terlibat dalam proses perpindahan kalor secara konduksi. Benda dengan luas permukaan yang lebih besar memiliki lebih banyak partikel pada permukaan yang bekerja untuk mengkonduksikan panas. Maka, laju perpindahan panas berbanding lurus dengan luas permukaan yang mengalami konduksi.


MaterialEfek dari jenis material terhadap laju perpindahan panas biasa disebut dengan koefisien perpindahan panas (k).Semakin besar nila k suatu benda, maka laju perpindahan panas pada benda tersebut akan semakin besar. Benda dengan nilai k yang relatif tinggi disebut dengan konduktor dan benda dengan nilai k yang relatif kecil disebut dengan insulator termal.


Ketebalan Material atau JarakVariabel terakhir adalah jarak dimana perpindahan panas terjadi. Laju perpindahan panas berbanding terbalik dengan ketebalan atau jarak.

3. Batasan-batasan apa saja yang harus dipenuhi jika ingin menerapkan analisis kapasitas kalor tergabung dalam menyelesaikan permasalahan perpindahan kalor konduksi tak tunak?

Batasan yang harus dipenuhi agar suatu permasalahan dapat diselesaikan dengan analisis kalor tergabung :

Nilai biot kecil (kurang dari 0,1) Suhu benda dianggap seragam pada waktu yang sama Peninjauan kondisi benda melibatkan lingkungan tempat sekitar

benda berada Proses konduksi diabaikan (konduksi <<< konveksi dari

lingkungan)

5. Apa yang anda ketahui tentang batas konveksi, angka Biot, angka Fourier dan bagan Heisler, serta bagaimana menerapkannya dalam menyelesaikan permasalahan perpindahan kalor konduksi tak tunak?

Angka Biot

Angka Biot adalah rasio antara besaran konveksi-permukaan dan tahanan konduksi-dalam

Nilai Biot yang rendah berarti tahanan konduksi-dalam dapat diabaikan terhadap tahan konveksi-permukaan.

Angka Fourier

Angka Fourier adalah rasio antara dimensi karakteristik benda dengan kedalaman tembus gelombang suhu pada suatu waktu τ.

Batas Konveksi dan Bagan Heisler

Batas konveksi digunakan untuk menghitung perpindahan kalor konveksi pada permukaan pada kasus konduksi kalor transien.

Batas Konveksi dan Bagan HeislerPerpindahan kalor konveksi pada permukaan dinyatakan dengan:

ataudengan penyelesaian:

dimana Ti = suhu awal benda padatT∞ = suhu lingkungan

Penyelesaian persamaan di atas berupa grafik pada gambar disamping.

Distribusi suhu pada benda padat semi tak berhingga dengan kondisi batas konveksi

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

Untuk bentuk geometri lain hasilnya disajikan dalam bentuk bagan Heisler.

Batas Konveksi dan Bagan Heisler

Penerapan dalam Permasalahan Kalor Konduksi Tak tunak

Bagan-bagan Heisler digunakan pada permasalahan perpindahan kalor pada batas nilai angka Fourier yang lebih besar dari 0,2.

TUGAS PERHITUNGAN – PEMICU 2NOMOR 8

SoalDalam proses pembuatan bakso, adonan bola daging berdiameter 5 cm dan suhu awal 25oC dimasukkan ke dalam air mendidih. Berapakah waktu yang dibutuhkan agar bola daging tersebut matang dengan baik? Bola daging dapat dikatakan matang dengan baik jika suhu bagian tengah tidak kurang dari 60oC.

Diketahui Bahan baku bakso adalah daging sapi giling Konduktivitas termal daging sapi gilng adalah K= 0,453

W/m oC Difusivitas termal daging sapi giling adalah α = 1,6 x 10-7

Koefisien perpindahan kalor konveksi h= 20 W/m2 oC D bakso = 5 cm = 0,05 m To = 25oC T∞ = 100oC T = 60oC

Asumsi

Bakso berbentuk bola sempurna dan hanya terdiri dari daging sapi

Perhitungan

Untuk mencari waktu, digunakan persamaan berikut

Dimana dalam hal ini, nilai Fo dapat diperoleh berdasarkan grafik Heisler untuk suhu pusat bola, jari-jari r0, yang terdapat pada buku “Perpindahan Kalor, Edisi Kesepuluh” karya Holman, pada halaman 154. Dimana untuk mencari nilai dari F0, dibutuhkan terlebih dahulu nilai dari dan .

Perhitungan

Sebelumnya, kita harus memastikan bahwa soal dapat dikerjakan dengan menggunanakan analisis sistem kapasitas kalor tergabung terlebih dahulu, dimana dalam hal ini berarti syarat berikut harus terpenuhi

< 0,1

Perhitungan

Namun ketika dilakukan perhitungan sebagai berikut,

= = = 0,368Yang berarti, kondisi tidak terpenuhi, sehingga

perhitungan harus dilakukan menggunakan bagan Heisler

Perhitungan

Perhitungan

Menentukan nilai θo dan θi, dimana

Menentukan nilai 1/Bi

Perhitungan

PerhitunganBerdasarkan grafik Helsler seperti pada gambar tersebut, maka diketahui bahwa Fo bernilai 0,375

Dari nilai Fo yang diperoleh, maka dapat dicari nilai τ nya, yakni: = 1.464,84375 s = 24,41 menit

documentpk

Documents