chap4 temperature
Post on 30-Jan-2016
300 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
PERPINDAHAN PANAS
TEMPERATUR
NIKI FUJI WAHYUNI #1407164043
APRIYANTO #1407164381
CHANDRA MARZUKI N. #140716
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU
PEKANBARU
2015
TEMPERATUR
Temperatur.Temperatur adalah ukuran panas-dinginnya dari suatu benda. Panas-
dinginnya suatu benda berkaitan dengan energy termal yang terkandung dalam benda tersebut.
Makin besar energy termalnya, makin besar temperaturnya. Perbedaan temperatur, adalah
gaya yang menyebabkan perpindahan panas dari sumber panas kepenerima panas.
Jenis perpindahan panas berdasarkan susunan aliran fluida dibagi menjadi Pertukaran
panas dengan aliran searah (co-current/parallel flow) dan Pertukaran panas dengan aliran
berlawanan arah (counter current / flow)
a) Pertukaran panas dengan aliran searah (co-current/parallel flow) yaitu apabila arah aliran
dari kedua fluida di dalam penukar kalor adalah sejajar. Artinya kedua fluida masuk pada
sisi yang satu dan keluar dari sisi yang lain mengalir dengan arah yang sama. Karakter
penukar panas jenis ini temperature fluida yang memberikan energy akan selalu lebih
tinggi dibanding yang menerima energy sejak mulai memasuki penukar kalor hingga
keluar.
b) Pertukaran panas dengan aliran berlawanan arah (counter current / flow) yaitu bila kedua
fluida mengalir dengan arah yang saling berlawanan dan keluar pada sisi yang
berlawanan. Pada tipe ini masih mungkin terjadi bahwa temperature fluida yang
menerima panas (temperature fluida dingin) saat keluar penukar kalor lebih tinggi
disbanding temperature fluida yang memberikan kalor (temperature fluida panas) saat
meninggalkan penukar kalor.
T = Temperatur Fluida Panas
t = Temperatur Fluida dingin
Koefisien perpindahan panas menyeluruh, adalah merupakan aliran panas menyeluruh
sebagai hasil gabungan proses konduksi dan konveksi. Koefisien perpindahan panas menyeluruh
dinyatakan dengan U (W/m2. oC/ Btu/h.ft2.oF). Bentuk umum persamaan menurut fourier :
Q= U A ∆t
U=Q/A ∆t
Q= Total Panas yang dipertukarkan
A= LuasPemukaanBidang
∆t= Beda Temperaturantaraduaaliran
1/U= 1/hi(Ai/A) + 1/ho
hi dan ho = koefisien perpindahan panas konveksi untuk aliran pada sisi dalam dan
sisi luar pipa
Ai = luas permukaan sisi dalam pipa
Koefisien Controlling Film. Jika salah satu koefisien film lebih kecil dan yang lainnya
lebih besar, maka koefisien yang lebih kecil memberikan tahanan yang lebih dominan. Misal hi=
10 dan ho= 1000, sehingga Ri= 1/10= 0.1 dan Ro=1/1000= 0.001. Apabila perbandingan nilai
tahanannya sangat berbeda jauh maka koefisien yang lebih kecil akan menjadi Koefisien
Controlling Film.
Logarithmic Mean Temperature Difference juga dikenal dengan LMTD digunakan
untuk menentukan kekuatan pendorong suhu untuk perpindahan panas dalam system aliran,
terutama dalam penukar panas (heat exchangers). LMTD adalah rata-rata logaritmik dari
perbedaan suhu antara aliran panas dan dingin di setiap akhir exchanger. Semakin besar LMTD,
semakin banyak panas yang ditransfer
LMTD Counterflow. Untuk menurunkan persaaman dalam menentukan persamaan
mencari LMTD pada aliran counterflow asumsikan beberapa hal berikut :
1. Nilai koefisien perpindahan panas menyeluruh U nilainya konstan disepanjang aliran
2. Laju alir massa fluida konstan
3. Nilai kalor spesifik konstan disepanjang aliran
4. Tidak ada perubahan fase
Persamaan LMTD untuk counter flow :
LMTD Parallel Flow. Persamaan LMTD untuk parallel flow :
Contoh Perhitungan LMTD :
Hubungan antara Parallel flow dan Counterflow. Terdapat beberapa kerugian
menggunakan pola aliran parallel kecuali jika salah satu fluida pada kondisi isothermal.
Contoh :
Ketidak mampuan temperature fluida panas pada aliran parallel untuk lebih rendah dari
temperature keluaran fluida dingin menyebabkan kemampuan aliran parallel untuk merecovery
panas sangat kecil.
Nilai LMTD pada contoh diatas menunjukan nilai 0 untuk pola aliran parallel. Pola aliran
parallel biasanya digunakan untuk jenis fluida yang viscous.
Recovery panas pada aliran counter flow. Umumnya pada peralatan yang memiliki
pola counter flow nilai Panjang sudah ditentukan dan Luas Areanya tetap. Apabila terdapat dua
aliran dengan temperature masuk T1 dan t1 dan laju massa dan kapasitas panas W, C dan w, c
maka berapakah nilai temperature keluaran (T2 dan t2) dari peralatan tersebut?
Untuk Aliran Parallel :
Nilai t2 bisa dihitung dari persamaan neraca panas :
Temperature Fluida Rata-rata. Dari empat asumsi digunakan dalam derivasi dari
persamaan untuk LMTD, salah satu subjeck untuk deviasi terbesar adalah bahwa dari
keseluruhan transfer panas koefisien U konstan. Dalam perhitungan Bab 3, koefisien Film itu
dihitung untuk sifat-sifat fluida pada suhu antara inlet dan outlet, meskipun kebenaran
perhitungan ini tidak diverifikasi. Dalam pertukaran panas cairan-cairan fluida panas memiliki
sebuah viskositas masuk yang lebih besar sebagai fiuid mendingin. Cairan counterflow dingin
memasuk dengan viskositas yang menurun karena dipanaskan. Ada terminal T1 panas - t2 dan
terminal dingin Tp - tl, dan nilai-nilai h, dan hi (Ai / A) bervariasi panjang pipa untuk
menghasilkan U besar di terminal panas dari pada di terminal dingin. Sebagai contoh,
mengambil kasus koefisien perpindahan individu pada inlet dan outlet yang diperoleh dari data
Morris dan Whitman melalui penggunaan Persamaan. (3.42). dan outlet yang diperoleh dari data
Morris dan Whitman melalui penggunaan Persamaan. (3.42).
Contoh: Perhitungan h1 dan h2
Pada mean arimatik (114,3: F) ha = 174,5 dimana hanya 3,6 % kesalahan dari nilai 181
eksperimental, tetapi variasi terhadap hi pada aritmatik:
Dari penjelasan di atas terlihat bahwa di bawah kondisi yang sebenarnya variasi U
mungkin akan lebih besar daripada hi karena film luar koefisien h akan bervariasi pada waktu
yang sama dan dalam arah yang sama dengan hi. Variasi U dapat diperhitungkan oleh integrasi
numerik dari dq, panas ditransfer melalui panjang tambahan dari pipa a”dL = dA, dan
menggunakan nilai rata-rata U dari titik ke titik di diferensial dengan persamaan dq = Uav dA ∆t.
Penjumlahan dari titik ke titik kemudian memberikan Q = UA Pada sangat erat. Ini adalah
metode memakan waktu, dan peningkatan keakuratan hasilnya tidak menjamin usaha. Colburnl
telah melakukan pemecahan masalah dengan berbagai nilai-nilai U dengan mengasumsikan
variasi U menjadi linear dengan suhu untuk menurunkan perbedaan suhu yang sesuai. Rasio
LMTD untuk konstan U dan perbedaan suhu yang tepat untuk berbagai U kemudian digunakan
sebagai dasar untuk membangun keseluruhan koefisien tunggal yang merupakan rata-rata
daripada mean aritmetik.
Asusmi:
1. Variasi U dengan persamaan U = a’ (l + B’t)
2. Aliran berat konstan
3. Panas spesifik konstan
4. Fase parsial tidak berubah
Keseluruhan:
Kesetimbangan panas untuk differansial dA dinyatakan:
di mana U adalah nilai rata-rata untuk kenaikan, atau
Ketika U = a’ (l + B’t) substitusi U:
Dari keseimbangan panas dinyatakan T menjadi t dan terpisah menjadi bagian;
Menggunakan subscript 1 untuk menunjukkan terminal dingin dan 2 terminal panas saat ini,
Sebelumnya:
Dan Persamaan:
Kombinasi dengan Q = wc(t2-t1)
Persamaan diatas merupakan modifikasi dari persamaan sebelumnya untuk variasi U dengan
mengganti dengan U1 dan U2, di mana A = 0 dan A = A, secara efektif. Ini masih tidak
memuaskan, namun, karena memerlukan dua kali kalkulasi kedua koefisien Film individu untuk
mendapatkan Ul dan U2. Pembakaran untuk mendapatkan koefisien secara keseluruhan tunggal
U∞, di mana semua permukaan dapat dianggap untuk mentransfer panas pada LMTD. Kemudian
U∞ didefinisikan sebagai:
Substitusi U∞ = a’(1 + b’tc)
U∞ akan diidentifikasi dengan menemukan tc, temperatur dimana hi dan ho dihitung dari nilai U∞
yang sudah ada. Biarkan Fc menjadi pecahan. Dengan mengalikan kenaikan suhu pengendali
(film) aliran dengan Fc dan menambahkan kenaikan pecahan yang dihasilkan untuk suhu
terminal lebih rendah dari sungai, suhu diperoleh di mana untuk mengevaluasi sifat perpindahan
panas dan menghitung hi, ho, dan U∞.
tc adalah suhu kalori dari aliran dingin. Maka,
Dan substitusi dengan persamaan diatasnya:
Dimana:
Persamaan diatas diplot pada Gambar. 17 dalam Lampiran dengan
sebagai parameter, di mana c dan h mengacu pada terminal dingin dan panas, masing-masing.
The kalori fraksi Fc dapat diperoleh dari Gambar 17 dengan komputasi Kc dari Uh dan Uc dan ∆tc
/ ∆th untuk kondisi proses. Suhu kalori dari cairan Tc panas adalah:
Dan untuk fluida dingin:
Colburn telah mengkolerasikan Gambar 17 dengan nilai kc . Korelasi dari sistem ini dapat dibuat
dalam industri yang berkaitan dengan kelompok tertentu cairan oleh mendapatkan a’ dan b’ dari
sifat dan menghilangkan perhitungan Uk dan Uc. Jika transfer panas antara dua petroleum cut, cut
yang memberikan nilai terbesar Kc mengendalikan dan dapat digunakan langsung untuk
membangun Fc, untuk kedua aliran dari gambar. Dengan demikian, setiap kali ada perbedaan
yang cukup besar antara Uh dan Uc, LMTD bukan perbedaan suhu yang tepat untuk counterflow.
LMTD dapat dipertahankan, Namun, jika nilai U cocok digunakan untuk mengimbangi
penggunaannya
Temperatur Dinding Pipa. Suhu dinding pipa dapat dihitung dari suhu kalori ketika kedua hi
dan ho diketahui. Mengacu Gambar. 5.3 adalah kebiasaan untuk negIect suhu Perbedaan di
logam pipa tw - tp, dan untuk mempertimbangkan seluruh pipa berada di suhu permukaan luar
dinding tw. Jika temperatur luar adalah Tc dan temperatur dalam tc, dan 1/R io = hio = hi (Ai/A) =
hi x (ID/OD). Dimana io adalah nilai koefisien dalam pipa disebut permukaan luar pipa.
Ketika cairan panas di dalam pipa,
Representasi isotermal dari pemanas dan pendingin. Dalam aliran steam ketika fluida
mengalir secara isothermal, distribusi kecepatan diasumsikan menjadi parabola. Ketika kuantitas
tertentu fluida cair dipanaskan karena perjalanan sepanjang pipa, viskositas dekat dinding pipa
lebih rendah dibandingkan dengan Sebagian besar cairan. Cairan melalui dinding pada kecepatan
yang lebih cepat daripada secara isotermal mengalir dan memodifikasi distribusi kecepatan
parabola yang ditunjukkan dengan kurva pemanasan pada Gambar. 5.4
Jika cairan didinginkan, sebaliknya terjadi: Cairan dekat dinding mengalir di bawah kecepatan
dari aliran isotermal, memproduksi distribusi kecepatan diindikasikan untuk pendinginan. Untuk
cairan mengalir lebih cepat pada dinding selama pemanasan beberapa cairan dekat pusat sumbu
pipa harus mengalir ke luar ke arah dinding untuk mempertahankan kecepatan meningkat.
Ini adalah komponen kecepatan radial yang benar-benar mengubah sifat merampingkan aliran.
Jika data untuk memanaskan minyak di kisaran suhu tertentu diplot seperti pada Gambar. 3.10
bersama-sama dengan data untuk pendinginan minyak di Kisaran suhu yang sama, dua dari poin
diperoleh. Data pada pemanasan memberikan koefisien perpindahan panas yang lebih tinggi
daripada pada pendinginan. Colburnl melakukan untuk mengkonversi baik pemanasan dan
pendinginan data ke satu garis isotermal. Dia mampu mengembangkan persamaan dasar dari
bentukEq. (3.32) dengan mengalikan jangka kanan oleh rasio berdimensi (µ/ µ f)r’ dimana µ
adalah viskositas pada suhu kalori dan µf adalah viskositas pada suhu arbitrary film:
Untuk aliran turbulen:
Sieder dan Tate2 melakukan korelasi jumlah besar data dalam tabung, dan kedua pipa diperoleh
faktor berdimensi (µ/ µw)r’’ dimana µw adalah viskositas pada tabung-dinding suhu tw.
Menggunakan koreksi, Persamaan untuk aliran arus menjadi:
Untuk aliran turbulen:
Dengan menggabungkan faktor korelasi untuk pemanasan dan pendinginan di ini cara kurva
tunggal diperoleh untuk kedua pemanasan dan pendinginan, karena nilai µ/ µw lebih besar dari
1,0 untuk pemanasan cair dan lebih rendah dari 1,0 untuk pendingin cair. Karena viskositas gas
meningkat ketimbang menurun dengan suhu yang lebih tinggi, penyimpangan dari isotermal
yang distribusi kecepatan adalah kebalikan dari cairan.
top related