Analisa Heat Transfer 222

29
PERANCANGAN RUANG PENGERING BERKAPASITAS 0,5 Kg BAHAN BASAH DENGAN PENAMBAHAN BUFFLE UNTUK MENGARAHKAN SIKLUS UDARA PANAS DI DALAM OVEN Disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah perpindahan panas yang dibimbing oleh Bapak Purwoko, ST., MT. Oleh : kelompok 1: HARIS ADITYA PUTRA 1041220034 HUDAN SANDI UTAMA 1041220037 IBNU ZAQI FIRDAUS 1041220046 JOHAN ADI PADMA 1041220012 PROGRAM STUDI D-IV TEKNIK OTOMOTIF ELEKTRONIK

Transcript of Analisa Heat Transfer 222

PERANCANGAN RUANG PENGERING BERKAPASITAS 0,5

Kg BAHAN BASAH DENGAN PENAMBAHAN BUFFLE

UNTUK MENGARAHKAN SIKLUS UDARA PANAS DI

DALAM OVEN

Disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah perpindahan panas

yang dibimbing oleh Bapak Purwoko, ST., MT.

Oleh : kelompok 1:

HARIS ADITYA PUTRA 1041220034

HUDAN SANDI UTAMA 1041220037

IBNU ZAQI FIRDAUS 1041220046

JOHAN ADI PADMA 1041220012

PROGRAM STUDI D-IV TEKNIK OTOMOTIF ELEKTRONIK

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI MALANG

2013

POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1

KATA PENGANTAR

Puji syukur penyusun panjatkan kehadirat Allah SWT, yang atas rahmat-Nya

sehingga penyusun dapat menyelesaikan Laporan analisis yang berjudul

“Perancangan ruang pengering berkapasitas 0,5 kg bahan basah dengan

penambahan buffle untuk mengarahkan siklus udara panas di dalam oven”

dan dilaksanakan di Politeknik Negeri Malang.

Dalam Penulisan laporan ini penyusun merasa masih banyak kekurangan-

kekurangan baik pada teknis penulisan maupun materi, mengingat akan

kemampuan yang dimiliki penyusun. Untuk itu kritik dan saran dari semua pihak

sangat penyusun harapkan demi penyempurnaan pembuatan laporan ini.

Dalam penulisan laporan analisis ini penyusun menyampaikan ucapan

terima kasih yang tak terhingga kepada pihak-pihak yang membantu dalam

penyelesaikannya, khususnya kepada :

1. Kedua orang tua kami, saudara-saudara dan teman-teman kami yang telah

memberi dukungan dan dorongan moril dalam menyelesaikan laporan analisis

ini.

2. Bapak Purwoko,ST,.M.T. sebagai dosen Perpindahan Panas dijurusan Teknik

Mesin Politeknik Negeri Malang yang telah memberikan saran dan

bimbingan dalam pelaksanaaan analisis tersebut.

3. Kepada seluruh teman-teman yang telah mendukung dan bekerja sama dalam

melakukan analisis perpindahan panas tersebut.

Akhirnya penyusun berharap semoga Allah SWT memberikan imbalan yang

setimpal pada mereka yang telah memberikan bantuan, dan dapat menjadikan

semua bantuan ini sebagai ibadah, Amiin Yaa Robbal ‘Alamiin.

Malang, 9 Juni 2013

Penyusun

LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 2

POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR …………………….…………………………………..2

DAFTAR ISI …………………………………………………………………...3

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang......................................................................................4

1.2 Rumusan Masalah.................................................................................4

1.3 Batasan Masalah....................................................................................4

1.4 Tujuan...................................................................................................5

1.5 Manfaat.................................................................................................5

1.6 Sistematika Penyusunan........................................................................5

BAB II TEORI DASAR

2.1 Dasar Teori............................................................................................7

BAB III PEMBAHASAN

3.1 Pengertian..............................................................................................13

3.2 Prinsip Kerja Mesin Pengering Keripik................................................13

3.3 Analisis Data.........................................................................................15

BAB IV PENUTUP

4.1 Kesimpulan...........................................................................................19

DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................20

LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 3

POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pada zaman sekarang ini ilmu adalah hal yang paling dibutuhkan di dunia ini,

berbagai ilmu telah dikembangkan oleh para ahli, semakin berkembangnya suatu

ilmu, maka tuntutan untuk mempelajarinya semakin tinggi.

Perpan (perpindahan panas) adalah suatu ilmu yang mempelajari tentang

suatu proses perpindahan unsur panas dari satu benda ke benda lain. Dari ilmu

perpan ini, banyak penerapan-penerapan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari,

salah satunya adalah proses pengeringan.

Oleh karena itu, kami selaku mahasiswa ingin mempelajari ilmu perpan lebih

dalam dengan menganalisis pengeringan kentang dengan menggunakan media

ruang pengering dan gas Liquid Petroleum Gas (LPG) sebagai salah satu sumber

terciptanya panas. Pengering ini berfungsi sebagai penanganan pasca panen untuk

menjamin mutu kentang dengan mempercepat proses pengeringan Semoga

dengan pembuatan laporan analisis ini dapat menambah ilmu bagi kami semua.

1.2. Rumusan Masalah

Dengan penjelasan latar belakang yang telah disebutkan diatas, terdapat

beberapa masalah yang dirumuskan dan akan dibahas dalam laporan ini, yaitu:

1.Bagaimana analisis perhitungan perpindahan panas yang teradi pada ruangan

pengering ?

1.3 Batasan Masalah

1. Dalam perhitungan diasumsikan

Kondisi steady state

Permukaan plat penyerap rata

Efek radiasi diabaikan

Kompor berbahan bakar LPG dianggap sebagai sumber panas

Temperatur dan kelembapan udara diluar alat pengering dianggap

konstan

LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 4

POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1

2. Penulis tidak membahas karakteristik aliran udara yang melalui kentang

3. Penulis hanya membas proses perpindahan panas secara umum

4. Tidak membahas rancangan kontruksi alat dan kontrol

1.4. Tujuan

1. Untuk menghasilkan rancangan oven dengan buffle dengan cara

mengetahuitingkat keberhasilan alat pengering alat pengering

kentang

2. Untuk mengetahui distribusi temperatur dan kelembaban dalam

alat pengering kentang.

3. Untuk mengetahui laju perpindahan panas pada alat pengering

kentang..

LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 5

POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Data Input

1. Beberapa Data Yang  Diperlukan

Dimensi  model  Alat Pengering

Panjang = 55 cm = 0,55 m

Lebar = 55 cm = 0,55 m

Tinggi = 75 cm = 0.75 m

Data dinding

5. Bahan Dinding

Triplek  (softwood)

Tebal (L) = 1,2 cm = 0,012 m

Konduktivitas termal (k)  = 0,12 W/m°K

6. Luas permukaan  dinding

bagian depan  (A1) = (0,55 x 0,55)m2 = 0,3025m

2

bagian kanan(A2) = (0,55 x 0,55)m2 + (

1/2x0,55x0,01)m

2 = 0,33m

2

bagian kiri  (A3)=(A2 )  = 0,33m2

bagian belakang  (A4)  =  (0,55 x 0,75)  = 0.4125 m2

bagian atas (A5) = (0,55 x 0,5)m2  = 0,275m

2

bagian cerobong  (A6)  = (0,55 x 0,07)m2

=0,0385m2

7. Data rak dan bak penampung lemak  cair

Panjang = 52cm = 0,52m

Lebar = 45cm = 0,45m

LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 6

POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1

8. Ukuran  lubang  udara

Panjang = 55cm  = 0,55m

Lebar = 3cm = 0,03m

(Av) = (0,55 x 0,03)m2  = 0,0165m

2

9. Data  bahan  (  kentang  )

Jari – jari  ® = 0,045 m

Luas permukaan  bahan (As) = ( 3,14 x (0,045m)2) = 0,0064 m

2

gambar 1 Ruangan pengering kentang

LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 7

POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1

10. Data alat pengering

LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 8

POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1

2.2 Perhitungan

1. Perhitungan koefisien konveksi

LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 9

POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1

LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 10

POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1

LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 11

POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1

LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 12

POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1

LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 13

POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1

LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 14

POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1

BAB III

PEMBAHASAN

3.1.Pengertian

Mesin pengering keripik kentang adalah mesin pemindah panas (Heat

Exchanger) yang menggunakan fluida udara sebagai perantaranya. Menggunakan

perpindahan panas secara konveksi mesin pengering keripik ini memindahkan

panas yang berasal dari gas elpiji untuk digunakan mengeringkan keripik kentang

dengan cara ditiupkan uap panas pada permukaan kentang. Suhu udara yang

ditiupkan dijaga suhunya sebesar 1200 C agar keripik tidak menjadi hangus.Mesin

pengering ini memanfaatkan hukum kekekalan energy kalor.Energy kalor ini

berasal dari pembakaran gas elpiji dengan udara.

3.2.Prinsip Kerja Mesin Pengering Keripik.

Prinsip Kerja dari Mesin Pengering Keripik ini seperti pada gambar dibawah

ini :

LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 15

POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1

Gambar 3.1. Prinsip Kerja Mesin Pengering Keripik Kentang

Dari gambar diatas maka dapat dilihat bahwa mesin terdiri dari 2

ruangan.Ruangan yang pertama adalah ruang pemanasan.

Ruang pemanasan ini digunakan untuk memanaskan udara masuk yang berasal

dari luar lingkungan. Sedangkan ruang berikutnya adalah ruang pengeringan

yang berisi keripik kentang. Keripik kentang pada ruang ini dinaikan suhunya

sehingga kadar air dalam kentang dapat menguap. Ruang pemanasan dan ruang

pengeringan dihubungkan oleh saluran udara.Dan untuk mengalirkan udara maka

dibutuhkan kipas udara.Dan kemudian udara sisa dialirkan keluar lingkungan

kembali.

Mesin Keripik kentang ini memiliki prinsip kerja dengan menghilangkan

kadar air yang terdapat pada kentang. Kadar air awal diperkirakan sebesar 78 %.

Dengan kadar air seperti ini maka air di dalam kentang perlu dikurangi dengan

cara penguapan hingga kelembabannya sebesar kira-kira 12 %. Keadaan awal

yang masih basah maka akan membuat keripik kentang tidak renyah pada saat

digoreng nantinya.

Untuk menguapkan kadar air tersebut maka massa air yang terdapat pada

keripik kentang harus dinaikan terlebih dahulu suhunya hingga mencapai suhu

LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 16

POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1

penguapan air sebesar 1000 C. Pada suhu tersebut maka air dapat mulai menguap

ke udara. Kemudian untuk menguapkan massa air tersebut diperlukan kalor untuk

membakar. Sesuai dengan hukum kekekalan energy maka energy yang

dibutuhkan untuk menguapkan air pada kentang akan sama dengan senergi kalor

yang diberikan oleh udara pada kentang dengan selang waktu tertentu.

Suhu kentang pada saat awal adalah hampir sama dengan suhu air normal

yaitu berkisar 240 C. Pada suhu tersebut maka diperlukan sejumlah kalor yang

digunakan untuk menaikan suhu udara menjadi 1000C dan kemudian air tersebut

diubah fasa nya menjandi uap dengan sejumlah kalor. Kalor tersebut berasal dari

udara panas yang ditransferkan sevara konveksi.

Udara yang digunakan untuk mentransferkan kalor tersebut merupakan udara

luar yang bersuhu berkisar 270C.kemudian dinaikan menjadi 1200C untuk

kemudian ditiupkan ke ruang pengeringan yang berisi kentang tersebut. Untuk

menaikan suhu tersebut maka diperlukan sejumlah kalor yang berasal dari

pembakaran gas elpiji.

Gas Elpiji merupakan gabungan dua senyawa gas yaitu propane dan butane

yang memiliki perbandingan 80% berbanding 20%.

Gas Elpiji ini akan memberikan laju kalor sejumlah 50 Hp. Kalor tidak dapat

ditransferkan secara sempurna karena terdapat sebagian kalor yang hilang keluar.

Akibatnya efisiensi alat ini diperkirakan hanya sebesar 50% saja.Sehingga kalor

yang digunakan untuk mengeringkan nantinya hanya sebesar 25 Hp saja.

3.3.Analisis Perhitungan Kalor dan laju Massa pada Mesin Keripik Kentang

Dengan menggunakan tabel kalor properties dan dari pemabahasan prinsipk

kerja diatas maka dapat diketahui data-data perhitungansebagai berikut :

1.Jumlah kalor yang dihasilkan oleh gas elpiji / laju kalor (Q)= 5 Hp= 3728,56

J/dt

2.Kalor specific udara pada temperature 120°C, tekanan 1atm= 1011

J/Kg.K=1,011 KJ/Kg.K

3.Kalor specific air (Cp air) = 4,18 KJ/Kg.K.

4.Kalor Laten air pada tekanan 1atm (hfg)= 2257 KJ/Kg

5.Nilai Kalor Spesifik gas LPG = +21.000 Btu/Lb =46,1 MJ/Kg

LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 17

POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1

Asumsi :

1.Bahan keripik adalah kentang dengan kelembapan 78% kemudian dikeringkan

hingga memiliki kelembaban sebesar 12 %.

2.Efisiensi perpindahan kalor pada alat sebesar 50%.

3.Kelembapan (x) adalah perbandingan massa air dan massa bahan sehingga

berlaku rumus :

X =massa air

massa bahan=

mwmb

4.Suhu awal kripik kentang adalah suhu rata-rata air pada kondisi normal yaitu

24°C atau 297 K

5.Udara masuk adalah udara luar dengan kondisi normal pada tekanan 1atm

dengan suhu (T1) = 27°C atau 300 K.

6.Udara keluar adalah dari pemanas diharapkan bersuhu 120°C atau 393 K.

7.Bahan bakar berupa gas LPG (Liquified Petroleum Gas) dengan kadar propane

(C3H8) 80% dan Butana (C4H10) 20%.

8.LPG Diasumsikan memiliki temperature 25°C sehingga kalor specific gas

tersebut :

a) n-Butane, C4H10 (Cp) = 1,694 KJ/Kg.K

b) Propane, C3H8 (Cp) = 1,669 KJ/Kg.K

Penyelesaian :

Untuk mengeringkan keripik, cara yang dilakukan adalah menguapkan kadar

air yang terdapat pada keripik. Penguapan dilakukan dengan memanaskan udara

menggunakan gas LPG dan kemudian ditiupkan ke dalam kripik.Laju kalor yang

ditransferkan sebesar 50 Hp dengan efisiensi 50 %. Diharapkan suhu udara sisa

sama dengan suhu udara luar. Sehingga tidak ada kalor yang terbuang pada udara

sisa.Kecepatan dan tekanan udara diabaikan dalam sistem ini.

Untuk menguapkan air yang yang terkandung dalam keripik , maka cara yang

diperlukan dengan menaikkan suhu air tersebut hingga suhu air tersebut mencapai

suhu uap seperti pada grafik dibawah ini :

LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 18

POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1

Gambar.3.2. Grafik Penguapan Air

1.Laju aliran massa gas LPG

Laju aliran massa gas LPG adalah jumlah massa gas LPG yang dibutuhkan

dalam pembakaran setiap detiknya. Laju aliran massa LPG memiliki satuan

(Kg/dtk). Untuk menghasilkan laju kalor 3,72 KJ/s dan menaikkan suhu udara

dari 300 K menjadi 393 K maka dapat dicari menggunakan persamaan kalor

sebagai berikut :

QP = mP x Specific Caloric Value (Nilai kalori)

3,7285 [KJ/s] =mP x 46,1 x 103 [KJ/Kg]

mP = 0,0808 x 10−3 Kg/s

=8,08 x 10−5 Kg/s

Nilai kalori LPG adalah jumlah kalori yang dihasilkan oleh reaksi

pembakaran LPG (Wikipedia). Dari perhitungan diatas maka didapatkan laju

aliran massa gas LPG sebesar 8,08 x 10−5 Kg/s.

2.Laju Aliran Massa Udara

Laju aliran massaudara adalah jumlah massa udara yang dibutuhkan untuk

mentransferkan kalor setiap detiknya. Laju aliran udara memiliki satuan

(Kg/dtk).Jika udara dengan temperature 27°C diberikan kalor sebesar 3,72856

KJ/s dan temperature akhir sebesar 120° C maka laju aliran massa udara tersebut

sebesar :

QP = mP x Cp (Udara) x ΔT

QP = mP x Cp x (T2 – T1)

LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 19

POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1

3,728= mP x 1,011 [KJ/Kg.K] x (393 K- 300 K)

mP = 0,0396 Kg/s

maka laju aliran massa udara yang mengalir sebesar 0,0396 Kg/s. Jika udara

bersuhu 120°C memiliki massa jenis 0,8977 Kg/m3 , maka debit/ Laju aliran udara

sebesar :

V= m�ρ =

0,03960,8977 = 0,0441m3/s

3.Laju aliran Massa Kripik kentang.

Laju aliran massakeripik kentang adalah jumlah massa keripik kentang yang

dikeringkanoleh mesin setiap detiknya. Laju aliran massa keripik kentang

memiliki satuan (Kg/dtk). Jika efisiensi perpindahan panas sebesar 50% maka

didapatkan laju kalor sebesar(QP) = 0,5 x 3,728 KJ/sec= 1,864 KJ/sec yang

digunakan untuk mengeringkan keripik kentang.

Kelembaban :

(x) = massa air

massa bahan =

m�wm�b

= 0,78 ……………………………. 65%

mPw = 0,78 mPb

(x) = massa air

massa bahan=

m�wm�b

= 0,12 …………………………... 12%

mPw = 0,12 mPb

jadi, laju aliran massa penguapan air pada kentang adalah :

mPw = (x) 78 % - (x) 12 %

= 0,78 mPb – 0,12 mPb

mPw = 0,66 mPb

Laju Kalor Penguapan Air pada Kentang

Laju kalor Air = Kalor pemanasan + Kalor penguapan

QP = QPH + QPhfg

1,864 [KJ/dt] = [mPair x Cpair x ΔT] + [mPair x Chfg]

=[ 0,66 mPb x 4,18 KJ/Kg.K x (373-297) K ]+ [0,66 mPb x 2257 KJ/Kg]

= 1699,28 mPb

mPb = 1,0969 x 10−3 Kg/s

maka laju aliran massa keripik kentang yang dapat dikeringkan setiap detiknya

dalah sebesar 1,0969 x 10−3 Kg/s

LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 20

POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1

4.Perbandingan massa batu bara dan massa keripik.

Massa batu bara : massa keripik = 8,08x 10−5

1,0969 x 10−3

= 1

0,135 x10−5

= 1

13,5

Dari data penghitungan diatas maka dengan efisiensi perpindahan panas 50%,

alat pengering dapat mengeringkan 13,5 Kg keripik dengan menggunakan 1Kg

gas LPG.

BAB IV

KESIMPULAN

1.Prinsip Kerja dari mesin pengering keripik kentang ini adalah dengan

menguapkan kadar air yang terdapat pada kentang hingga memiliki kedar air yang

kecil. Untuk mengeringkan tersebut dilakukan dengan cara meniupkan udara

panas ke permukaan keripik. Udara merupakan media penghantar kalor secara

konveksi. Sumber kalor dari mesin ini berasal dari pembakaran gas Elpiji.

Sehingga kalor yang dihasilkan oleh gas elpiji digunakan oleh udara untuk

mengeringkan keripik kentang.

2.Perhitungan dari kalor menggunakan hukum kekekalan energy kalor dengan

efisiensi perpindahan panas sebesar 50% dan laju kalor yang dibutuhkan sebesar

50 Hp. Kalor tersebut dihasilkan oleh pembakaran gas LPG dengan laju aliran

massa gas Elpiji sebesar 8,08 x 10−5 Kg/s. Laju massa gas Elpiji adalah massa gas

LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 21

POLITEKNIK NEGERI MALANG KELOMPOK 1

elpiji yang dibutuhkan dalam pembakaran untuk menghasilkan daya sebesar 50

Hp.

3.Laju massa keripik kentang adalah jumlah massa keripik kentang yang dapat

dikeringkan oleh mesin setiap satuan waktu. Laju massa keripik kentang adalah

massa keripik kotor dikurangi massa air yang telah diuapkan. Dengan daya sebsar

50 Hp dan efisiensi perpindahan panas sebesar 50 % maka jumlah massa keripik

kentang yang dapat dikeringkan sebesar 1,0969 x 10−3 Kg/s. Dari perhitungan

tersebut maka didapatkan perbandingan jumlah massa gas LPG dengan massa

keripik kentang sebesar 1 : 13.

DAFTAR PUSTAKA

http://id.wikipedia.org/wiki/Keripik_kentang

[

file://localhost/E:/_University's%20Document-/Semester%20VI /perpan/Pengertian/ KALOR%20_%20Dunia%20Fisika.mht

[

file://localhost/E:/_University's%20Document-/Semester%20VI/perpan/ Pengertian/RumusRumus%20Fisika%20Lengkap_Kalor%20%20Wikibuku.mht

file://localhost/E:/_University's%20Document-/Semester%20VI/perpan/ Pengertian/ Perpindahan%20Kalor.mht

[

file://localhost/E:/_University's%20Document-/Semester%20VI/perpan/ Pengertian/kelembapan%20%20Wikipedia%20bahasa% 20Indonesia,%20ensiklopedia%20bebas.mht

LAPORAN ANALISIS PERPINDAHAN PANAS 22