Tugas 1 Perpindahan Kalor Dasa r (Kelas B) Inderalaya, 21 Desember 2011 Dikumpul: 3 Januari 2012
description
Transcript of Tugas 1 Perpindahan Kalor Dasa r (Kelas B) Inderalaya, 21 Desember 2011 Dikumpul: 3 Januari 2012
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