Chap4 Temperature

19
PERPINDAHAN PANAS TEMPERATUR NIKI FUJI WAHYUNI #1407164043 APRIYANTO #1407164381 CHANDRA MARZUKI N. #140716 PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU

description

tugas

Transcript of Chap4 Temperature

Page 1: Chap4 Temperature

PERPINDAHAN PANAS

TEMPERATUR

NIKI FUJI WAHYUNI #1407164043

APRIYANTO #1407164381

CHANDRA MARZUKI N. #140716

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU

PEKANBARU

2015

TEMPERATUR

Page 2: Chap4 Temperature

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.

Page 3: Chap4 Temperature

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,

Page 4: Chap4 Temperature

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 :

Page 5: Chap4 Temperature
Page 6: Chap4 Temperature

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.

Page 7: Chap4 Temperature

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

Page 8: Chap4 Temperature

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

Page 9: Chap4 Temperature

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;

Page 10: Chap4 Temperature

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∞.

Page 11: Chap4 Temperature

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

Page 12: Chap4 Temperature

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.

Page 13: Chap4 Temperature

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.

Page 14: Chap4 Temperature

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:

Page 15: Chap4 Temperature

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.