Tugas 1 Perpindahan Kalor Dasa r (Kelas B) Inderalaya, 21 Desember 2011 Dikumpul: 3 Januari 2012

1. Tugas 1Perpindahan Kalor Dasar (Kelas B)Inderalaya, 21 Desember 2011Dikumpul: 3 Januari 2012 Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya

2. Solusi: Ujian Tengah Semester (UTS): “Perpindahan Kalor Dasar” Tanggal / Waktu : 30-11-2011 / 75 menit1. Untuk penyaluran uap pada suatu pabrik digunakan sistem perpipaan yang memiliki panjang pipa 200 (m) dan tebal pipa 3 (mm) serta diameter dalam pipa 72 (mm). Konduktivitas termal pipa tersebut adalah 52 (W/m.C) pada 200 C dan 50 (W/m.C) pada 300 C. Pipa tersebut dilapisi dengan suatu bahan isolasi yang mempunyai konduktivitas termal 0,204 (W/m.C). Temperatur dinding dalam pipa adalah 280 C sedangkan temperatur ruangan dimana pipa tersebut melintas adalah 77 F.

3. Koefisien perpindahan kalor konveksi antara isolasi dengan udara ruang adalah 5,10 (W/m2.C) sedangkan koefisien perpindahan kalor konveksi antara uap dengan dinding dalam pipa 10,5 (W/m2.C). Dengan memperhitungkan konduktivitas termal pipapada temperatur dinding dalam pipa, hitunglah: a. Laju aliran kalor (dalam satuan W dan 2 decimal points) jika tebal isolasi adalah tebal isolasi kritisnya. …b. Laju aliran kalor (dalam satuan W dan 2 decimal points) tanpa isolasi, jika koefisien perpindahan kalor konveksinya sama dengan koefisien perpindahan kalor konveksi antara bahan isolasi dengan udara ruang. ………………….

4. c. Temperatur dinding luar pipa dan temperatur uap pada kondisi a.) dalam satuan C (1 decimal point).d. Tebal isolasi (dalam mm dengan satu decimal point) yang dibutuhkan agar terjadi pengurangan kehilangan kalor sebesar 20 % dari yang terjadi bila tanpa isolasi. e. Energi kalor yang dilepas uap selama 1,5 jam pada kondisi a.) dalam satuan kJ (dalam 2 decimal points).

5. Solusi:Panjang pipa, L = 200 (m)Tebal pipa, t = 3 (mm)Temperatur ruangan, Tr = 77 F = (77 – 32)/1,8 = 25 CTemperatur dinding dalam pipa, Tp,i = 280 CKoefisien perpindahan kalor konveksi antara isolasi dengan udara ruang, ho = 5,10 (W/m2.C)Koefisien perpindahan kalor konveksi antara uap dengan dinding dalam pipa, hi = 10,5 (W/m2.C)

6. Diameter dalam pipa, dp,i = 72 (mm) Jari-jari dalam pipa, rp,i = 72/2 = 36 (mm) = 0,036 (m)Jari-jari luar pipa, rp,o = rp,i + t = 36 + 3 = 39 mm = 0,039 (m)Pada 200 C: Konduktivitas termal pipa, kp = 52 (W/m.C)Pada 300 C: Konduktivitas termal pipa, kp = 50 (W/m.C)Dengan interpolasi didapat konduktivitas termal pipa pada 280 C adalah:kp280 C = 52 + 0,8 (50 – 52) = 50,4 (W/m.C)

7. Jari-jari kritis isolasi, rc =dimana:ki = konduktivitas termal bahan isolasi = 0,204 (W/m.C)ho = koefisien perpindahan kalor konveksi antara isolasi dengan udara ruang (W/m2.C) = 5,10 (W/m2.C)Jadi: rc = = 0,040 (m)

8. a. Kerugian kalor dari pipa tersebut jika dibalut dengan bahan isolasi dengan jari-jari sama dengan jari-jari kritis isolasi dapat dicari dari persamaan berikut:Qc = = 63.703,64 (W)b). Kerugian kalor dari pipa tersebut tanpa isolasi dapat dicari dari persamaan berikut:

9. Qnaked = = = 63.683,58 (W).c. Menentukan temperatur dinding luar pipa pada kondisi a.), Tp,o Qa). =63.703,64 =

10. 280 – Tp,o = Tp,o = 279,9 CJadi temperatur dinding luar pipa, Tp,o = 279,9 CMenentukan temperatur uap pada kondisi a.), TuQa). =

11. 63.703,64 =Tu – 280 =Tu = 414,2 CJadi temperatur uap, Tu = 414,2 C