3. Sebuah silinder vertikal dengan tinggi 1,8 meter, diameter 7,5 cm, dan suhu 93oC, berada dalam lingkungan dengan suhu 30oC.a. Hitunglah kalor yang dilepas melalui konveksi alami dari silinder tersebutb. Dapatkah silinder tersebut diperlakukan sebagai plat rata vertikal? Berapakah diameter minimum yang harus dimiliki oleh silinder tersebut agar dapat diasumsikan sebagai plat rata vertikal?c. Jika silinder tidak dapat dianalogikan dengan plat rata vertikal, bagaimanakah cara anda menyelesaikan permasalahan di atas?Jawab: Laju perpindahan kalor pada plat rata vertikal dan silinder harus dievaluasi pada suhu film:

, fluid properties (pada Daftar A.5, Holman hal.589) dari hasil interpolasi: a. Asumsi: Silinder vertikal diperlakukan sebagai plat rata vertikalDik:L = 1,8 mD = 7,5 cmTw = 930 CT = 300 CPertama, kita harus mengetahui nilai perkalian antara Grashoff dan Prandtl Karena diperlakukan sebagai plat vertikal maka persamaan tak-berdimensi untuk koefisien perpindahan-kalor adalah:

Maka Sehingga perpindahan-kalor konveksinya adalah:

b. Kriteria umum Silinder vertikal dapat dianalogikan sebagai plat rata vertikal apabila memenuhi syarat berikut:

, maka nilai GrLadalah:

0,085Dari hasil perhitungan, dapat dilihat bahwa (tidak memenuhi syarat, maka harus dikerjakan dengan persamaan silinder vertikal)Diameter minimum yang harus dimiliki oleh silinder tersebut agar dapat diasumsikan sebagai plat rata vertikal adalah:

Diameter minimumnya adalah 0,152 meter.c. Dengan menggunakan rumus silinder vertikal.Pertama yang harus dilakukan adalah mencari nilai Rayleigh karena nilai Ra terletak pada rentang maka dapat digunakan persamaan Churchill dan Chu:

Maka Sehingga perpindahan-kalor konveksinya adalah:

7. Sebuah sistem pemanas air menggunakan alat penukar kalor jenis selongsong-tabung. Uap panas mengalir dalam satu lintasan selongsong pada suhu 120oC, sedangkan air masuk pada suhu 30oC dan melakukan empat lintasan tabung dengan nilai U = 2000 W/m2.oC.a. Hitunglah luas penukar kalor, jika aliran air yang masuk sebesar 2,5 kg/detik dan air keluar pada suhu 100oCb. Jika setelah beroperasi selama beberapa waktu alat penukar kalor tersebut mengalami faktor pengotoran sebesar 0,0002 m2.oC/W, berapakah suhu air yang keluar pada kondisi tersebut?Jawab:Dik:, U = 2000 W/m2.oCcw = 4200 Joule/kgoCa. Asumsi: aliran air yang masuk sebesar 2,5 kg/detikair yang keluar suhunya 100oCPertama-tama, kita mencari temperaturuap yang keluar dari sistem pemanas air. Karena air keluar pada suhu 100oC, maka kita dapat mengasumsikan bahwa air tersebut keluar dalam keadaan mendidih sehingga terjadi perubahan fase. Oleh karena itu, kitadapat mengasumsikan bahwa nilai P atau R sama dengan nol. Faktor koreksi yang kita punya memiliki nilai 1 (penguapan).

Setelah kita mendapatkan besar temperatur uap yang keluar sistem,maka kita hitung logmean temperature difference (LMTD) dalam sistem:

Setelah mendapatkan LMTD pada sistem, kita dapat menghitung luas permukaan sistempemanas dengan persamaan berikut:

b. Asumsi:

Diasumsikan suhu lain selain suhu keluar air tetap.

Berdasarkan hasil perhitungan diketahui bahwa suhu air akhir berbeda jauh dibandingkan bila belum terjadi pengotoran karena koefisien perpindahan kalor menyeluruhnya menjadi berkurang dibandingkan yang seharusnya. Hal ini menyebabkan efisiensi alat penukar kalor menjadi lebih rendah karena dengan demikian dibutuhkan lebih banyak air agar dapat memindahkan panas sebanyak kondisi awal, yaitu sekitar 7,6 kali massa air pada kondisi ini (berdasarkan perbandingan q sebelum dan sesudah pengotoran).