Critical insulation thickness

Isolasi dipasang pada suatu dinding alat dimaksudkan agar panas yang merambat di sekeliling alat itu sekecil mungkin. Selain itu juga faktor safety, yaitu agar orang yang bekerja di sekitar alat itu tidak merasa terlalu kepanasan.

Harga isolasi tidaklah murah, oleh karenanya perlu perhitungan yang cukup teliti dalam menentukan tebal isolasi yang dibutuhkan suatu alat. Berikut ini contoh penentuan tebal isolasi suatu pipa. Ditinjau: Suatu fluida panas bersuhu Ta, koefisien perpindahan panas hi, mengalir dalam pipa setebal (R2-R1) sepanjang L, berkonduktivitas kd dan diisolasi dengan konduktivitas kiso. Pipa berkontak dengan udara lebih dingin bersuhu Tu. Dicari: tebal isolasi yang memberikan perpindahan panas maksimum. Penyelesaian:

a. Skema profil suhu dari pusat pipa.

b. Asumsi: Steady state, transfer panas satu arah ( T=f(r)), sifat-sifat bahan konstan. c. Analisis: Pada saat steady state panas yang dipindahkan adalah sama, yaitu Q (panas/waktu). Perpindahan panas konveksi dari fluida di dalam pipa ke dinding pipa per satuan panjang:

Q= hi. (2 π R1) ( T1-Ta)

)Rhi(2

QTa)(T1

1π=−

Perpindahan panas dalam dinding pipa setiap satuan panjang:

dr

dTπr2kQ d−=

Distribusi suhu pada berbagai jarak dari pusat dievaluasi dengan NP di elemen volum setebal �r :

Rate of heat Input - Rate of heat output = accumulation

R1

R2

R3 Udara hu, Tu

Ta

T1 T2

T3

Tu

hi

Q

hu

)2R

1Rln(

πk2Q

2)T1(T

1R

2Rln

)T(Tkπ2Q : maka

Cπ2Q dr

dTπr2kQ dengan,

1R

2Rln

)T(TkC

R1

R2ln C)T(Tk

r

drCdTk

Cdr

dTrk

:fourier hukum Substitusi

Crq

0dr

d(rq)

0∆r

rqq∆r)(rlim

0∆r))π(r(2qπr)(2q

d

12d

d

12d

12d

d

d

r∆rr0∆r

∆rrr

=−

−=

=

−=

−=

=−−

=−

=−

=

=

=−+=+−

+→

+

Perpindahan panas di dalam isolasi diperoleh dengan cara yang sama dengan transfer panas di dinding pipa, diperoleh:

3R

2Rln

πk2Q

3)T2(Tiso

=−

Perindahan panas dari permukaan isolasi ke udara secara konveksi :

)πRhu(2

QTu)3(T

3

=−

Nilai Q dicari dengan menjumlahkan ke-4 persamaan suhu di atas, sehingga diperoleh:

)πRhu(2

1

πk22R

3Rln

πkd21R

2Rln

)πRhi(2

1R

tahanantotalRdengan

R

Tu)(TaQ

)πRhu(2

Q

2R

3Rln

πk2Q

1R2R

ln

πkd2Q

)πRhi(2

QTu)(Ta

3iso1

3iso1

+++=

=

−=

+++=−

∑

∑

Transfer panas terbesar jika tebal isolasi minimum, atau:

hu

K3R

0)R3hu(

1

R3k

1

maka,

0dR

Rd

0dR

dQ

iso

2iso

3

3

=

=−

=

=

∑

Pada kondisi ini, R3 merupakan tebal isolasi minimum atau kritis, dimana jika tebal isolasi lebih kecil dari R3 kritis ini maka Q semakin besar. Oleh karena dalam penentuan tebal isolasi harus lebih besar dari R3 kritis ini.

Meskipun semakin besar R3 maka panas yang ditransfer semakin kecil, tetapi semakin tebal isolasi berarti biaya isolasi semakin tinggi pula. Oleh karenanya perlu diperhatikan tebal isolasi optimum atau economic insulation thickness. Telah banyak artikel yang menulis rule of thumb tebal isolasi ekonomis. Keyword: recommended hot insulation thickness. Tebal ini sangat dipengaruhi suhu alat dan jenis isolasi.

Tampak bahwa penentuan jenis isolasi mempengaruhi tebal isolasi kritis. Tebal isolasi kritis perlu dievaluasi, dan selanjutkan perlu dipilih tebal isolasi yang ekonomis. Disarikan dari: Kern, ”Heat Transfer”. Incropera, “Fundamental of Heat and Mass Transfer“. Oleh : Sperisa Distantina.