Chap4 Temperature

  • View
    239

  • Download
    1

Embed Size (px)

DESCRIPTION

tugas

Text of Chap4 Temperature

PERPINDAHAN PANASTEMPERATUR

NIKI FUJI WAHYUNI#1407164043APRIYANTO#1407164381CHANDRA MARZUKI N.#140716

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAUPEKANBARU2015TEMPERATUR

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 tU=Q/A tQ= Total Panas yang dipertukarkanA= LuasPemukaanBidangt= Beda Temperaturantaraduaaliran

1/U= 1/hi(Ai/A) + 1/hohi dan ho = koefisien perpindahan panas konveksi untuk aliran pada sisi dalam dan sisi luar pipaAi = 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 ditransferLMTD 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 aliran2. Laju alir massa fluida konstan3. Nilai kalor spesifik konstan disepanjang aliran4. 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 adL = 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 + Bt)2. Aliran berat konstan3. Panas spesifik konstan4. Fase parsial tidak berubahKeseluruhan:

Kesetimbangan panas untuk differansial dA dinyatakan:

di mana U adalah nilai rata-rata untuk kenaikan, atau

Ketika U = a (l + Bt) 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 + btc)

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/Rio = 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 kuan