HEAT TRANSFER

Transfer energi pada panas terjadi dengan praktis dalam proses rekayasa.Konsep mendasar dan teori transfer panasnya bisa dipakai pada semua masalah proses rekayasa.Konsepan dari panas itu sendiri dipercaya dapat mentransfer dari bahan tang bersuhu tinggi ke yang lain pada suhu rendah.Ketika kedua bahn tersebut berkontak satu sama lain, panas akan mentransfer langsung dengan cara konduksi.Dan ketika bahan tersebut tidak berkontak langsung, panas masih mentransfer ke yang lain dengan konveksi atau radiasi.

Konduksi adalah transfer panas dari salah satu bagian bahan ke bagian bahan yang sama, atau diantara dua bahan tersebut berkontak fisik secara signifikan.Pemindahan transfer panas itu menuju ke partikel bagian bahan.

Konveksi adalah transfer panas dari satu titik ke titik lain dengan tinjauannya yaitu fluida, diantara fluida padat dengan fluida cair. Jika fluida bergerak dengan adanya perbedaan densitas maupun perbedaan suhu, maka peristiwa tersebut disebut dengan konveksi alamiah.

Radiasi adalah transfer panas dengan adanya penyerapan energy penyinaran. Gelombang elektromagnetik dari semua bahan dan pada suhu yang sama, dan yang paling terpenting dari gelombang elektromagnetik adadlah menghantarkan energi.

Dalam pokok persoalan transfer energy ke panas adalah menyelesaikan lebih dari satu bentuk transfer panas. Di dalam semua pokok persoalan, total nilai transfer dapat dirumuskan sebagai berikut :

=

Dimana : = dasar dari transfer panas (Btu/hr)

t = Waktu

T1 = suhu pada titik pertama ( f )

T2 = suhu pada titik kedua (F)

U = koefisien titik tengah transfer panas

A = Luas permukaan

Pada gambar 398A, menggambarkan aliran panas untuk hambatan yang dapat ditulis pada persamaan berikut.

=

Dimana R = hambatan

K = Konduktansi

HEAT EXCHANGER EQUIPMENT

Bagian pokok dari Unit Transfer Panas suatu fluida ke fluida lainnya, dengan melewati sebuah permukaan padat seperti dinding pipa. Bentuk dan material yang digunakan untuk memisahkan dua fluida itu sangat penting. Masalah kedua pada alat penukar panas dibatasi satu atau keduanya dari dua fluida yang dilibatkan dalam proses.

Pembatas Satu Fluida

Suatu jenis penukar panas sederhana yang terdiri dari satu fluida yang dibatasi adalah air panas “Radiator”. Pada alat ini, air biasanya bertukar antara tungku dan radiator terjadi secara konveksi alami. Udara diruangan bertukar keruang panas secara konveksi alami. Pertukaran / konveksi alami terjadi semata-mata karena adanya perbedaan densitas akhir antara fluida panas dan fluida dingin.

Jenis lain yang semacam dari penukar panas adalah air heater. Panas dari bagian dalam pipa condensing steam ditransfer ke air flowing di bagian luar pipa. Fig. 399 menunjukkan unit pipa-pipa (finn) untuk meningkatkan kontak permukaan transfer dengan udara. Steam masuk di stas dari sebuah unit tersebut, dan kondensatnya menetes meninggalkan bagian bawah unit tersebut.

Fig. 400 memberikan seluruh koeffisien transfer panas U dalam Btu/(hr) (0F). koeffisien adalah fungsi dari kecepatan pada keadaan minimum yang dinyatakan dalam feet per mminuts pada ukuran temperature udara standar 70 0F.

Pembatas Dua Fluida

Alat transfer panas yang paling simple yang membatasi kedua fluidanya adalah duble-pipe heat exchanger. Fluida yang satu mengalir di dalam pipa ketika fluida yang kedua salah satunya mengalir searah atau berlawanan arah di dalam annulus diantara sebuah pipa besar dan di luar sebelah dalam pipa membawa fluida yang pertama. Fig. 402a menunjukkan sebuah double-pipe heat exchanger dibuat dari kacadan bagian luar adalah pipa biasa. Panjang pipa pada proses pemasangan dibatasi dan pinggir pipa digunakan untuk mendapatkan area yang diinginkan.

Keseluruhan koeffisien transfer panas untuk jenis sebuah unit tertanggung pada fluida-fluidanya. Dan kecepatannya di dalam pipa dan juga di dalam annuls. Koeffisien dari 90 – 100 Btu/ (hr) (0F).

Shell and tube exchanger sangat luas digunakan/penggunaannya. Fig. 403 adalah sebuah single-pass shel and tube unit dengan baffle untuk mengontrol aliran fluida di luar pipa. Table 47 Daftar Eimeensi sandar exchanger dan Pipa kondensor.

HEAT TRANSFER I

Jenis jenis buffle. Exchanger pada gambar. 403 memiliki buffle segmental.

Batas pada range temperatur fluida untuk shell dan tubes exchanger memiliki lapisan tubes antara tubes dan shellnya. Batasny mungkin sangat serius ketika material tubes memiliki kesamaan material dengan shell tetapi memiliki perbedaan temperatur untuk menghindari tekanan panas pada tubes yang disebabkan oleh perbedaan temperatur, satu tubes harus dipindahkan secara teratur.

_

HEAT EXCHANGER⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪

⨪⨪HEAT TRANSFER⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪a 75 btu/(hr)(f/ft)(sq ft). Lihat⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪⨪THEORI AND FORMULATION

Persamaan 356 dan 358 memberikan reaksi rata-rata segera pada transfer panas. Jika temperatur tidak bertemu dengan waktu, reaksi rata-rata sisa segera konstan

dengan waktu. Seperti keluaran kondisi keadaan setimbang air mendidih di dalam teko di atas kompor listrik. Perluasan transfer panas oleh radiasi dan konduksi dari pemanasan listrik ke teko, oleh kesiapan konduksi di bawah teko dan oleh konveksi dari kesiapan air mendidih di teko. Temperatur air mendidih dan temperatur panas listrik adalah konstan. Bagian bawah seperti kondisi kesetimbangan rata-rata transfer panas sisa konstan dengan waktu dan ukuran sebuah transfer panas total berakhir pada ukuran interval waktu yang di berikan transfer panas untuk kondisi yang ada selama pengukuran.

Keadaan yang tidak setimbang adalah membicarakan perbedaan beberapa matematik dari keadaan setimbang. Air dingin pada sebuah teko ketika ditempatkan di akhir burner panas, disana terjadi pertemuan temperatur air dan teko dengan waktu (pada keadaan yang tidak setimbang). Keduanya bertemu temperatur rata-rata transfer panas dengan waktu dan kuantitas total temperatur panas beberapa interval waktu memungkinkan hanya memperhitungkan oleh penggabungan persamaan 356 dan 358 yang berakhir pada interval waktu yang tepat.

Konduksi

Di indikasikan, memenuhi transfer panas sebuah padatan biasanya satu langkah di dalam beberapa langkah komplikasi pada transfer panas. Konsep dasar persamaan 356 yang di aplikasikan ke konduksi mengikuti persamaan hukum Fouriers.

dQ/dt = - k A dT/dz (360)

Dimana : k = konduksi kimia padatan Btu/(hr)(sq ft)(F/ft)

dan tidak keliru denagn konduktannya

A = area angels kanan untuk aliran panas secara langsung (sq ft)

x = jarak (ft)

Konduktifitas air adalah 0,34 Btu/(F/ft)(hr)(sq ft) di 60 F dan 25 waktu di dalam air.

Konduksi Keadaan Setimbang

Jika simbol q digunakan mempresentasikan nilai konstan untuk dQ/dt, persamaan 360 dapat ditulis menjadi:

q ∫dx/A = - ∫k dT (361)

Untuk kasus dalam area konstan seperti Fig. 415, dan konduksi kimia konstan bebas temperatur, persamaan 361 menjadi:

_

q/a (x2-x1) = - k(T2-T1) (362)

atau q = kA(T1-T2)/(x2-x1) = T1-T2/(∆x/kA) (362a)

Jika konduktivitas adalah fungsi linier temperatur T. Ketika dipresentasikan oleh persamaan yang berbentuk k = a + bT , dan sebuah nilai inti km memungkinkan digunakan dan bentuk persamaan dapat ditulis :

q = km Am (T1-T2)/ x2-x1 = km Am (-∆T) /∆x

= -∆T/ (∆x/kmAm) (362b)

Resistance untuk transfer panas oleh konduksi dibawah kondisi keadaan setimbang dipresentasikan oleh ∆x/kmAm or L/kAm

Bentuk keadaan pertemuan padatan di dalam transfer panas d sebuah cilinder seperti penyekatan pipa di tengah-tengah ditunjukkan di Fig. 415. Untuk transfer panas pada keadaan setimbang oleh konduksi radial sebuah cilinder yang sudah siap, 2∏rb sesuai untuk A persamaan 360 dan

q = dQ/dt = - k (2∏rb)dT/dr (363)

Dimana : b =panjang cilinder

r =jarak radial

Penyusunan kembali persamaan 363:

dr/r = -k/q 2∏rb dT

Integral dengan k konstan pada nilai km:

Ln(r2/r1) = km/q 2∏rb(T1-T2) (364)

q = 2∏rbkm(T1-T2)/ Ln(r2/r1) (364a)

atau q = 2∏rbkm(T1-T2)(r2-r1)/ (r2-r1)Ln(r2/r1)

Substitusi persamaan 2∏brm untuk Am di persamaan 362b menjadi:

q = 2∏rmbkm(T1-T2) )/ (r2-r1) (364b)

Persamaan dapat di tulis menjadi

q = 2∏rmb/∆x {km(T1-T2)} (365)

Pada umumnya beberapa integral mengikuti kebebasan nilai variabel yang menggunakan indikasi di dalam Table 49.

Konduksi yang sesuai Seri Padatan

Untuk kesetimbangan panas aliran yang sesuai seri padatan diilustrasikan di Fig. 398a, kuantitas panas dari 1 ke 2 sama dari 2 ke 3 dan 3 ke 4.

Pemecahan untuk penurunan temperatur jarak setiap padatan dan substitusi untuk penurunan temperatur di dalam

T1-T4 = (T1-T2) + (T2-T3) + (T3-T4)

T1-T4 = q/(k1-2A1-2/x2-x1) + q/(k2-3A2-3/x3-x2) + q/(k3-4A3-4/x4-x3)

q = T1-T4/[(x2-x1/ k1-2A1-2) + (x3-x2/k2-3A2-3) + (x4-x3/k3-4A3-4)]

Konveksi

Tranfer panas oleh konveksi untuk transfer keadaan setimbang diantara permukaan padatan dan fluida di tunjukkan sbb:

q = hA(T1-T2)

dimana h adalah koefisien konveksi transfer panas diantara padatan dan fluida Btu/(hr)(F)(sq ft).

Persamaan h ekuivalen dengan k/∆x di persamaan 362a.

Inti Perbedaan Temperatur

Jika fluda mengikuti di bawah kondisi keadaan setimbang, tanpa menghiraukan countercurrent yang ditunjukkan secara matematis untuk perbedaan element luas transfer panas:

-(Cp)AWAdTA = U (TA-Tc)dA

= (Cp)cWcdTc

Dimana Cp = spesifik kapasitas panas Btu/(lb)(F)

W = aliran massa rata-rata keadaan setimbang (lb/hr)

dT = temperatur (F)

U = koefisien keseluruhan transfer panas Btu/(hr)(F)(sq ft).

dA = perbedaan element trasfer panas (sq ft).