Perpindahan Panas

1. FAKHRI BURHANUDDIN
41313120068
TEKNIK MESIN – PERPINDAHAN PANAS
Diketahui :
APK Double Tube dengan inner tube size ¾ in
di = 0,02093m
do = 0,02667m
K = 52 W/mK
Media yang didinginkan (oil)
m= 3kg/s
Thi = 700
C =343K
Tho = 500
C = 323K
 T = 343K-323K=20K
Fluida pendingin
T = 250
C = 298K
m= 2kg/s
Annulus
D0 = 0,0525m
L = 4,5m
Ditanya : berapa banyak jumah hairpin yang diperlukan?
Dijawab :
Tabel
Sifat-sifat fisik Engine oil Sea water
1. Massa jenis (kg/m3
)
2. Panas jenis tekanan
885
1,902
1013
4,004

2. konstan (kJ/kgK)
3. Viskositas dinamik
(kg/ms)
4. Konduktivitas termal
(W/mK)
5. Bilangan Prandtl
0,075
0,1442
1050
0,000964
0,639
6,29
hp
total
hp
A
A
N
1
  A1hp = 3,14 do L
= 3,14 x 0,02667m x 4,5m
= 0,377 m2
.......(1)
- Pelepasan energi panas oleh oli
Qh = Cph ( Thi - Tho )
= (1902 J/kgK) (20K)
= 38040 J/kg
- temperatur aliran air pendingin saat keluar meninggalkan APK
Qc = Cpc ( Tco - Tci )
Qc / cpc = Tco - Tci
(38040 J/kg) / (4004 J/kgK) = Tco –Tci
9,5K = Tco – Tci
Tco = 307,5K
- Perhitungan ΔTm beda temperatur rata-rata logaritmik di dalam APK
ΔT1 = 343K - 307,5K = 35,5K
ΔT2 = 323K - 298K = 25K
ΔTm = 35,5K - 25K
ln(35,5K - 25K)
=10,5K
2,35
=4,46K
- Perhitungan koefisien perpindahan panas global (U) dalam keadaan “clean”
o
ioo
ii
o
c hk
ddd
dh
d
U
1
2
)/ln(1

............ (2)
- Koefisien perpindahan panas konveksi (hi) dihitung melalui bilangan Nusselt (Nu)
mTAUQ  ..
)/ln()/ln( 12
12
21
21
TT
TT
TT
TT
Tm






4
2
i
p
d
A



3. di = 0,02093m di 2
= 4,38 . 10-4
Ap = 3.14 . 4,38 . 10 -4
m2
4
= 3,44. 10-4
m2
= 2 kg/s
1013 kg/m3 .
3,44. 10-4
m2
= 5,74 m/s
1013 kg/m3
5,74 m/s 0,02093m
0,000964 kgm/s2
= 126244,8
= [ 1,58 ln (0,000964) - 3,28]-2
= 4,92.10-3
(4,92.10-3
/2) (126244,8) (6,29)
1 + 8,7 (4,92.10-3
/2)0,5
(6,29-1)
= 1954,7= 595,5
3,28
p
c
m
A
m
u



 imdu
Re
  2
28,3Reln58,1

f
)1(Pr)2/(7,81
PrRe)2/(
5,0


f
f
Nui

4. hi = (Nui) (Kc)/ di
hi = (595,5) (0,639W/mK) / 0,02093m
= 18180,8 W/m2
K
- Perhitungan ho : koefisien perpindahan panas konveksi aliran di dalam bagian annulus
De = (0,0525m)2
-(0,02093m)2
(0,02093m)
De = (2,76.10-3
m2
)-(4,38.10-4
m2
)
(0,02093m)
De =0,002318m2
(0,02093m)
De = 0,11m
Ac = 3,14(2,76.10-3
m2
)-(4,38.10-4
m2
)
4
Ac =3,14( 0,002318m2
)
4
Ac =0,00182m2
2 kg/s
= 1013 kg/m3 .
0,00182m2
= 1,84 m/s
c
ii
i
k
dh
Nu 
o
oi
e
d
dD
D
22


)(
4
22
oic dDA 

c
h
m
A
m
u


oi
w
c
h dD
p
A
D 
4

5. = (0,0525m)-(0,02093m)
= 0,03157m
1013 kg/m3
1,84 m/s 0,03157m
0,000964 kgm/s2
= 61041,5
= [ 3,64 ln (61041,5) - 3,28]-2
= 7,37. 10-4
(7,37. 10-4
/2) (61041,5) (6,29)
1 + 8,7 (7,37. 10-4
/2)0,5
(6,29-1)
= 141,5 = 139,14
1,02
ho = Nuo . kh
De
= (139,14) (0,639W/mK)
0,11m
=808,3 W/m2
K
menggunakan besaran-besaran ( do , di , k ) yang juga telah diketahui, maka kita dapat menghitung
koefisien Uc dengan menggunakan persamaan 2
= 0,02667m + 0,02667m ln(0,02667m /0,02093m) + 1

 hm Du
Re
  2
28,3Relog64,3

f
)1(Pr)2/(7,81
PrRe)2/(
5,0


f
f
Nuo
h
eo
o
k
Dh
Nu 
o
ioo
ii
o
c hk
ddd
dh
d
U
1
2
)/ln(1


6. (18180,8 W/m2K)(0,02093m) 2 (52 w/mK) 808,3
W/m2
K
= 7. 10 -5
m2
K/W + 6,2. 10 -5
m2
K/W + 1,2. 10 -3
m2
K/W
= 1,332. 10 -3
m2
K/W
Uc = 1/1,332. 10 -3
m2
K/W
= 750,75 w/ m2
K
Kemudian dimasukkan ke persamaan 1
A = Q / U ΔTm
= 38040 J/s
750,75 w/ m2
K 4,46K
= 11,36 m2
Ahp = 3,14xdoxL
= 3,14 x 0,02667m x 4,5m
= 0,377 m2
= 11,36 m2
0,377m2
= 30,13
Jadi, jumlah hairpin yang diperlukan untuk APK tersebut adalah 30 buah
mTAUQ  ..
hp
total
hp
A
A
N
1
