Tugas 1Perpindahan Kalor Dasar (Kelas B)

Inderalaya, 21 Desember 2011Dikumpul: 3 Januari 2012

Program Studi Teknik MesinFakultas Teknik

Universitas Sriwijaya

Solusi: Ujian Tengah Semester (UTS): “Perpindahan Kalor Dasar”

Tanggal / Waktu : 30-11-2011 / 75 menit

1. Untuk penyaluran uap pada suatu pabrik digunakan sistem

perpipaan yang memiliki panjang pipa 200 (m) dan tebal pipa 3

(mm) serta diameter dalam pipa 72 (mm). Konduktivitas termal

pipa tersebut adalah 52 (W/m.C) pada 200 C dan 50 (W/m.C)

pada 300 C. Pipa tersebut dilapisi dengan suatu bahan isolasi

yang

mempunyai konduktivitas termal 0,204 (W/m.C). Temperatur

dinding dalam pipa adalah 280 C sedangkan temperatur ruangan

dimana pipa tersebut melintas adalah 77 F.

Koefisien perpindahan kalor konveksi antara isolasi dengan

udara ruang adalah 5,10 (W/m2.C) sedangkan koefisien

perpindahan kalor konveksi antara uap dengan dinding dalam

pipa 10,5 (W/m2.C). Dengan memperhitungkan konduktivitas

termal pipa

pada temperatur dinding dalam pipa, hitunglah:

a. Laju aliran kalor (dalam satuan W dan 2 decimal points)

jika

tebal isolasi adalah tebal isolasi kritisnya. …

b. Laju aliran kalor (dalam satuan W dan 2 decimal points) tanpa

isolasi, jika koefisien perpindahan kalor konveksinya sama

dengan koefisien perpindahan kalor konveksi antara bahan

isolasi dengan udara ruang. ………………….

c. Temperatur dinding luar pipa dan temperatur uap pada

kondisi a.) dalam satuan C (1 decimal point).

d. Tebal isolasi (dalam mm dengan satu decimal point) yang

dibutuhkan agar terjadi pengurangan kehilangan kalor

sebesar

20 % dari yang terjadi bila tanpa isolasi.

e. Energi kalor yang dilepas uap selama 1,5 jam pada kondisi a.)

dalam satuan kJ (dalam 2 decimal points).

Solusi:

Panjang pipa, L = 200 (m)

Tebal pipa, t = 3 (mm)

Temperatur ruangan, Tr = 77 F = (77 – 32)/1,8 = 25 C

Temperatur dinding dalam pipa, Tp,i = 280 C

Koefisien perpindahan kalor konveksi antara isolasi dengan

udara ruang, ho = 5,10 (W/m2.C)

Koefisien perpindahan kalor konveksi antara uap dengan dinding

dalam pipa, hi = 10,5 (W/m2.C)

Diameter dalam pipa, dp,i = 72 (mm)

Jari-jari dalam pipa, rp,i = 72/2 = 36 (mm) = 0,036 (m)

Jari-jari luar pipa, rp,o = rp,i + t = 36 + 3 = 39 mm = 0,039 (m)

Pada 200 C: Konduktivitas termal pipa, kp = 52 (W/m.C)

Pada 300 C: Konduktivitas termal pipa, kp = 50 (W/m.C)

Dengan interpolasi didapat konduktivitas termal pipa pada 280 C

adalah:

kp280 C = 52 + 0,8 (50 – 52) = 50,4 (W/m.C)

Jari-jari kritis isolasi, rc =

dimana:

ki = konduktivitas termal bahan isolasi = 0,204 (W/m.C)

ho = koefisien perpindahan kalor konveksi antara isolasi dengan

udara ruang (W/m2.C)

= 5,10 (W/m2.C)

Jadi: rc = = 0,040 (m)10,5

204,0

o

i

h

k

a. Kerugian kalor dari pipa tersebut jika dibalut dengan bahan

isolasi dengan jari-jari sama dengan jari-jari kritis isolasi dapat

dicari dari persamaan berikut:

Qc =

= 63.703,64 (W)

b). Kerugian kalor dari pipa tersebut tanpa isolasi dapat dicari

dari persamaan berikut:

5,10 x 0,0401

0,204

,039)ln(0,040/0

50,4,036)ln(0,039/0

25) - (280 x 200 x 3,14 x 2

Qnaked = =

= 63.683,58 (W).

c. Menentukan temperatur dinding luar pipa pada kondisi a.), Tp,o

Qa). =

63.703,64 =

oop,p

ip,op,

rip,

h . r

1

k

)/rln(r

)T - (T L π2

5,10 x 0,0391

50,4

,036)ln(0,039/025) - (280 x 200 x 3,14 x 2

p

ip,op,

op,ip,

k

)/rln(r

)T - (T L π2

50,4,036)ln(0,039/0

)T - (280 x 200 x 3,14 x 2 op,

280 – Tp,o =

Tp,o = 279,9 C Jadi temperatur dinding luar pipa, Tp,o = 279,9 C Menentukan temperatur uap pada kondisi a.), Tu

Qa). =

200 x 3,14 x 250,4

36)(0,039/0,0ln x 63.703,64

iip,

ip,u

h x r

1

)T - (T L π2

63.703,64 =

Tu – 280 =

Tu = 414,2 C Jadi temperatur uap, Tu = 414,2 C

10,5 x 0,0361

280) - (T x 200 x 3,14 x 2 u

200 x 3,14 x 210,5 x 0,036

1 x 63.703,64