PERPINDAHAN PANAS pada Silinder PDF

Preview

Summary

    BA 12 PBME3162 11     BUKU BAHAN AJAR       PERPINDAHAN PANAS       Penyusuan Bahan Ajar Dalam Kurikulum Berbasis Kompetensi (Kurikulum 2007) ini dibiayai dari PHKI   Politeknik Negeri Bandung Departemen Pendidikan Nasional Tahun Anggaran 2012 Disusun Oleh : Dr. Ir. Haryadi, MT (NIP : 19640826 1...

Description

   

BA

12

PBME3162 11

   

BUKU BAHAN AJAR    

 

PERPINDAHAN PANAS

       

Penyusuan Bahan Ajar Dalam Kurikulum Berbasis Kompetensi (Kurikulum 2007) ini dibiayai dari PHKI Politeknik Negeri Bandung Departemen Pendidikan Nasional Tahun Anggaran 2012

Disusun Oleh : Dr. Ir. Haryadi, MT (NIP : 19640826 199003 1002) Ir. Ali Mahmudi M.Eng (NIP : 19580606 199003 1001)

PROGRAM S TUDI D4 TEKNIK PERANCANGAN JURUS AN TEKN IK MES IN POLITEKNIK N EGERI BANDUNG 2012

 

     

HALAMAN PENGESAHAN

   

1.    

  Identitas Bahan Ajar

a. Judul Bahan Ajar b. M ata Kuliah / Semester c. SKS (T-P) /Jam (T-P) d. Jurusan   e. Program Studi   e. Nomor Kode M ata Kuliah

: : : : : :

Perpindahan Panas Perpindahan Panas/ V 2(2-4)/(2-4) Teknik M esin Teknik M esin PBM E3162

: : : : : :

Dr. Ir. Haryadi, MT / Ir. Ali M ahmudi M .Eng 19640826 199003 1002/19580606 199003 1001 III.d /IV.a Lektor/Lektor Kepala Teknik M esin Teknik M esin Bandung, 21 Nopember 2012

 

2. Penulis a. Nama b. NIP c. Pangkat / Golongan d. Jabatan Fungsional e. Program Studi f. Jurusan

M engetahui, Ketua KBK

Penulis,

Adri M aldi Subardjah, M .Sc. NIP. 19630329 199403 1002

Dr. Ir. Haryadi, MT NIP. 19640826 199003 1002 M enyetujui, Ketua Jurusan Teknik M esin

Ir. Ali M ahmudi, M .Eng. NIP. 19580606 199003 1001

Perpindahan Panas  

i

     

DAFTAR ISI

   

  AN PENGESAHAN............................................................................................ i HALAM  

DAFTAR ISI..................................................................................................................... ii

 

DAFTAR GAM BAR........................................................................................................ v DAFTAR TABEL........................................................................................................... vii  

DESKRIPSI M ATA KULIAH ......................................................................................... 1  

CARA PENGGUNAAN................................................................................................... 3  

BAB I ................................................................................................................................ 4 PENGANTAR PEREPINDAHAN KALOR.................................................................... 4 1.1 Konsep dasar perpindahan panas ....................................................................... 4 1.1.1 Konduksi ..................................................................................................... 5 1.1.2 Konveksi ..................................................................................................... 6 1.1.3 Radiasi......................................................................................................... 6 1.1.4 Perpindahan Panas yang Sebenarnya .......................................................... 7 1.2 Sifat-sifat Termal M aterial ................................................................................. 8 1.3 Analogi panas/kalor dan listrik........................................................................... 9 1.4 Isolator Termal ................................................................................................. 10 1.5 Kesimpulan....................................................................................................... 11 1.6 Soal-soal ........................................................................................................... 11 BAB II............................................................................................................................. 12 PERPINDAHAN PANAS KONDUKSI ........................................................................ 12 2.1 Konduksi pada Dinding Datar Satu Dimensi ................................................... 12 2.1.1 Konduksi Tunak pada Dinding Datar Lapis Rangkap .............................. 12 2.1.2 Konduksi pada Dinding Paralel ................................................................ 14 2.1.3 Susunan Kombinasi Seri-Paralel............................................................... 14 2.2 Konduksi pada Silinder .................................................................................... 15 2.2.1 Silinder Tunggal........................................................................................ 15 2.2.2 Silinder Ganda Konsentris ........................................................................ 16 2.3 Sirip .................................................................................................................. 16 2.4 Kesimpulan....................................................................................................... 20 2.5 Soal-soal ........................................................................................................... 20 BAB III ........................................................................................................................... 22 KONDUKSI TUNAK DUA DIM ENSI ......................................................................... 22 Perpindahan Panas

 

ii

   

 

3.1 Penyusunan M odel Persamaan Diferensial ...................................................... 22 3.2   Solusi Analitik Konduksi Tunak Dua Dimensi ................................................ 24 3.3 M etode Grafis................................................................................................... 26 3.4 Kesimpulan....................................................................................................... 30 3.5   Soal-soal ........................................................................................................... 31 BAB IV   ........................................................................................................................... 32

   

 

KONDUKSI TRANSIEN ............................................................................................... 32 4.1 M etode Kapasitas Panas Bongkah (Lump Capacitance).................................. 32 4.2 Slab Semi-takhingga......................................................................................... 35 4.3 Padatan Semi-Takhingga.................................................................................. 36   4.4 Kesimpulan....................................................................................................... 39 4.5   Soal-soal: .......................................................................................................... 39 BAB V............................................................................................................................. 41 ANALISIS NUM ERIK PADA KONDUKSI ................................................................. 41 5.1 Konduksi Tunak Satu Dimensi......................................................................... 41 5.1.1 Penyusunan Persamaan Difference ........................................................... 41 5.1.2 Kondisi Batas ............................................................................................ 42 5.1.3 M etode Penyelesaian................................................................................. 42 5.2 Konduksi Transien Satu Dimensi..................................................................... 44 5.2.1 Penyusunan Persamaan Difference ........................................................... 44 5.2.2 Syarat-syarat batas: ................................................................................... 44 5.2.3 Penyelesaian.............................................................................................. 44 5.3 Konduksi Tunak dan Transien Dua dimensi .................................................... 46 5.3.1 Syarat batas konduksi transien dua dimensi ............................................. 47 5.4 Kesimpulan....................................................................................................... 49 5.5 Soal-soal ........................................................................................................... 50 BAB VI ........................................................................................................................... 51 KONVEKSI .................................................................................................................... 51 6.1 Aliran Laminer di dalam Pipa .......................................................................... 52 6.2 Aliran Turbulen di dalam Pipa ......................................................................... 52 6.3 Aliran di Luar Pipa ........................................................................................... 52 6.4 Aliran Konveksi pada Susunan Kelompok Pipa .............................................. 54 6.5 Kesimpulan....................................................................................................... 55 6.6 Soal-soal ........................................................................................................... 55 BAB VII .......................................................................................................................... 56 DASAR PENUKAR PANAS......................................................................................... 56 7.1 Jenis Penukar kalor........................................................................................... 56 7.1.1 Penukar kalor pipa ganda ( Concentric tube heat exchanger ).................. 56 7.1.2 Penukar Panas Selongsong dan Pipa (Shell and Tube) ............................. 57 Perpindahan Panas

 

iii

   

 

7.1.3 Penukar Panas Alir Silang ( Cross-flow Heat Exchanger ) ...................... 60   7.1.4 Penukar Kalor Kompak (Compact heat exchanger) ................................. 60 7.2 Perhitungan Kapasitas Penukar Panas.............................................................. 61 7.2.1 M etode LMTD.......................................................................................... 61   7.2.2 M etode NTU ............................................................................................. 62 7.3 Kesimpulan....................................................................................................... 63   7.4 Soal-soal ........................................................................................................... 63

 

REFERENSI ................................................................................................................... 65

 

LAMPIRAN 1 SIFAT-SIFAT M ATERIAL................................................................... 66 LAMPIRAN 2 FUNGSI ERROR ................................................................................... 73    

 

Perpindahan Panas  

iv

     

DAFTAR GAMBAR

         

Gambar I-1 Konduksi pada kawat .................................................................................... 5 Gambar I-2 Konduksi satu dimensi pada dinding pelat ................................................... 5 Gambar I-3 Konveksi....................................................................................................... 6   I-4 Radiasi .......................................................................................................... 7 Gambar

Gambar   I-5 Konduktivitas berbagai material................................................................... 8  

Gambar I-6 Konduktivitas berbagai padatan ................................................................... 8 Gambar I-7 Konduktivitas berbagai gas .......................................................................... 9 Gambar I-8 Konduksi dan konveksi .............................................................................. 10 Gambar II-1 Konduksi tunak pada dinding datar lapis rangkap .................................... 13 Gambar II-2 Konduksi pada diding datar paralel........................................................... 14 Gambar II-3 Konduksi tunak pada dinding datar kombinasi seri dan paralel ............... 15 Gambar II-4 Konduksi tunak pada silinder.................................................................... 15 Gambar II-5 Konduksi silider ganda konsentris ............................................................ 16 Gambar II-6 Sirip ........................................................................................................... 16 Gambar II-7 Berbagai bentuk sirip ................................................................................ 18 Gambar II-8 Efisiensi sirip persegi dan segitiga ............................................................ 19 Gambar II-9 Efisiensi sirip lingkaran............................................................................. 19 Gambar II-10 Sirip lingkaran ......................................................................................... 20 Gambar III-1Konduksi satu dimensi.............................................................................. 22 Gambar III-2 Volume atur konduksi satu dimensi......................................................... 23 Gambar III-3 Kondisi batas pada konduksi dua dimensi ............................................... 25 Gambar III-4 Pola suhu dan aliran panas pada konduksi dua dimensi .......................... 26 Gambar III-5 Prosedur penggambaran garis isotermal dan aliran panas ....................... 27 Gambar III-6 Pipa di dalam tanah.................................................................................. 29 Gambar III-7 M edan potensial pipa di dalam tanah ...................................................... 30 Gambar III-8 Tungku ..................................................................................................... 31 Gambar III-9 Batang H .................................................................................................. 31 Gambar IV-1 Konstanta waktu ...................................................................................... 34 Gambar IV-2 Temperatur terhadap watu pada pencelupan ........................................... 35 Gambar IV-3 Konduksi tunak pada slab semi takhingga .............................................. 36 Perpindahan Panas

 

v

   

Gambar IV-4 Padatan semi takhingga ........................................................................... 36  

  Gambar IV-5 Penusunan temperatur pada berbagai kasus perpindahan panas pada padatan semi takhingga ........................................................................... 38

Gambar IV-6 Pipa didalam tanah................................................................................... 38  

Gambar IV-7 Setrika ...................................................................................................... 40   V-1 Diskritisasi konduksi tunak satu dimensi.................................................. 41 Gambar    

Gambar V-2 Flowchart metode Jacobi .......................................................................... 43 Gambar V-3 Diagram alir penyelesaian konduksi transien satu dimensi ...................... 45 Gambar V-4 Batang panjang.......................................................................................... 49   V-5 Alloy bus bar............................................................................................. 50 Gambar

Gambar   VI-1 Konveksi pada dinding luar silinder ........................................................ 53  

Gambar VI-2 Susunan kelompok pipa: (a) Tegak (b) M iring ...................................... 54 Gambar VI-3 Soal konveksi........................................................................................... 55 Gambar VII-1 Penukar panas pipa ganda, paralel dan berlawanan arah ....................... 56 Gambar VII-2 Jenis-jenis selongsong menurut TEM A ................................................. 57 Gambar VII-3 Jenis-jenis susunan pipa ......................................................................... 58 Gambar VII-4 Pengaturan deretan pipa 1 ...................................................................... 59 Gambar VII-5 Pengaturan deretan pipa 2 ...................................................................... 59 Gambar VII-6 Penukar panas kompak........................................................................... 60 Gambar VII-8 Faktor koreksi untuk penukar panas selongsong pipa............................ 61 Gambar VII-7 Distribusi temperatur pada penukar panas pipa ganda........................... 61 Gambar VII-9 Efektivitas untuk penukar panas seongsong pipa................................... 63

Perpindahan Panas  

vi

     

DAFTAR TABEL

         

Tabel I-1 Analogi listrik - kalor ........................................................................................ 9 Tabel II-1 Distribusi temperatur dan laju perpindahan panas pada sirip ........................ 18 Tabel III-1 Faktor bentuk dari beberapa sistem perpindahan panas ............................... 28   Tabel VI-1 Harga khas koefisien perpindahan panas konveksi ..................................... 52

Tabel VI-2 Harga C dan m untuk aliran melintang pipa tunggal.................................... 53    

Tabel VI-3 Harga C dan m untuk persamaan konveksi pada sekelompok pipa ............. 54

Perpindahan Panas  

vii

     

DESKRIPSI MATA KULIAH

   

  Mata Kuliah Identitas    

Judul M ata Kuliah

: Perpindahan Panas

Nomor Kode / SKS

: KBM E 2082 / 2

Semester / Tingkat

: III / 1

  Prasyarat

: Termodinamika

Jumlah Jam/M inggu  

: 4

 

Ringkasan Topik / S ilabus M ata Perpindahan Panas membahas fenomena perpindahan panas konduksi, konveksi dan radiasi, dengan penekanan pada konduksi, sebagai pengantar untuk menguasai dan M enjelaskan metoda komputasional dalam menyelesaikan berbagai masalah keteknikan, khususnya dalam bidang konversi energi. Kompetensi Yang Ditunjang 1. Pengusaan dan pemahaman teknik komputasi dalam bidang konversi energi. 2. Rancang bangun alat-alat konversi energi. Tujuan Pembelajaran Umum 1. M ahasiswa dapat menjelaskan dasar-dasar perpindahan panas untuk perhitungan penukar kalor. 2. M enjelaskan prinsip perpindahan panas konduksi tunak (steady) dan diagram termal pada dinding datar dan silinder. 3. M enjelaskan prinsip perpindahan panas konduksi tunak dua dimansi serta berbagai cara penyelesaiannya. 4. M ahasiswa dapat menjelaskan prinsip perpindahan panas konduksi transien sederhana. 5. M ahasiswa mampu menyelesaikan masalah konduksi panas secara numerik. 6. M enjelaskan prinsip perpindahan panas konveksi paksa di dalam dan di luar pipa, serta kelompok pipa. 7. M ahasiswa dapat menjelaskan cara kerja penukar panas dan dapat mengitung kapasitasnya. Tujuan Pembelajaran Khusus M ahasiswa mampu: 1. M enjelaskan hubungan termodinamika dan perpindahan panas, dan prinsip dasar mekanisme perpindahan panas konduksi, konveksi dan radiasi 2. M enjelaskan sifat-sifat bahan dalam perpindahan panas

Perpindahan Panas  

1

   

3. M enjelaskan besaran dan satuan perpindahan panas  

4. M enjelaskan analogi panas/kalor dan listrik.  

5. M enjelaskan material-material penghatar dan isolator (penyekat panas). 6.   M enjelaskan prinsip perpindahan panas konduksi tunak (steady) dan Dia...