-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013
1/22
MAKALAH PERPINDAHAN KALOR
PEMICU II : PERPINDAHAN KALOR KONDUKSI TAK TUNAK
DAN PROSES PENGOLAHAN PANGAN
Kelompok 2
Adilfi Finasthi Kusuma Putri (1106018594)
Ikhsan Nur Rosid (1106007691)
Nuri Liswanti Pertiwi (1106015421)
Rizqi Pandu Sudarmawan (0906557045)
Wahyudi Maha Putra (1106005742)
Teknik Kimia
Departemen Teknik Kimia
Fakultas Teknik Universitas Indonesia
Depok, 2013
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013
2/22
Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16
Peta Konsep
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013
3/22
Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16
Daftar Isi
Peta Konsep ................................................................................................. 2
Daftar Isi...................................................................................................... 3
Pendahuluan
Latar belakang ................................................................................. 4 Perumusan masalah ......................................................................... 4 Tujuan penulisan ............................................................................. 4
Tugas 1
Soal 1 ............................................................................................... 5 Soal 2 ............................................................................................... 6 Soal 3 ............................................................................................... 7
Tugas 2
Soal 1 ............................................................................................... Soal 2 ............................................................................................... Soal 3 ............................................................................................... Soal 4 ...............................................................................................
Soal Perhitungan
Soal 1 ............................................................................................... Soal 2 ...............................................................................................
Kesimpulan .................................................................................................
Daftar Pustaka
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013
4/22
Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16
Pendahuluan
I. Latar BelakangPerpindahan kalor/panas pada bahan pangan merupakan salah satu fenomena
yang penting dalam pengolahan pangan. Panas digunakan untuk menaikkan
suhu makanan atau panas diambil dari bahan makananan seperti halnya pada
proses pendinginan atau pembekuan. Panas berperan dalam merangsang atau
menghambat suatu reaksi kimiawi, misalnya dalam reaksi pencoklatan atau
proses inaktivasi enzim. Pengambilan panas dalam refigerator dapat
menurunkan kecepatan reaksi. Panas itu sendiri berpengaruh terhadap
perubahan aroma, flavor, serta struktur bahan pangan yang diolah
(Wirakartakusumah et al. 1992). Dengan mempelajari proses perpindahankalor sebagai fungsi waktu, diharapkan anda dapat mengoptimalkan proses
pemanasan/pendinginan pada pengolahan pangan. Dalam makalah ini,
pembahasan mengenai konduksi akan dititikberatkan pada konduksi tak-tunak
dan aplikasinya dalam proses pengolahan pangan.
II. Perumusan Masalah1. Apakah yang dimaksud perpindahan kalor secara konduksi tak-tunak?2. Prinsip apa yang digunakan pada perpindahan kalor secara konduksi tak-
tunak?
3. Metode analisis apa sajakah yang dapat digunakan dalam menyelesaikanpermasalahan perpindahan kalor konduksi tak-tunak?
4. Bagaimana prinsip konduksi tunak diaplikasikan ke dalam prosespengolahan pangan?
5. Bagaimana mengoptimalkan proses pemanasan/pendinginan padapengolahan pangan?
III. Tujuan Penulisan1. Memahami berbagai macam metode untuk menganalisis kasus perpindahan
kalor kondisi tak-tunak dalam berbagai kondisi.
2. Memahami aplikasi perpindahan kalor konduksi tak-tunak dalam prosespengolahan pangan.
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013
5/22
Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16
JAWABAN PERTANYAAN
TUGAS I:
1. Dapatkah anda menjelaskan mekanisme perpindahan kalor yang terjadi padasuatu bahan ketika mengalami proses pemanasan/pendinginan?
Jawab:
Mekanisme perpindahan kalor pada bahan makanan pada saat proses
pemanasan/ pendinginan secara umum dapat dibagi menjadi tiga jenis:
a. Radiasi, yakni perpindahan kalor yang tidak membutuhkan medium danmerambat melalui gelombang elektromagnetik. Contoh perpindahan kalor
secara radiasi pada makanan adalah memanaskan makanan dengan
menggunakan pemanggang elektrik.
b. Konveksi, yakni perpindahan kalor yang terjadi pada fluida, yangdiakibatkan berkurangnya massa jenis suatu fluida saat suhunya naik.
Perpindahan kalor ini membutuhkan kontak langsung dengan benda yang
akan ditransfer kalornya. Konveksi dibagi lagi menjadi dua, yakni konveksi
alami dan konveksi paksa. Proses konveksi alami tidak dibantu dengan
menggunakan tenaga dari luar, contohnya adalah pembuatan es batu di
freezer. Sementara itu, proses konveksi paksa terjadi akibat adanya gayabantu dari luar, seperti saat kita mengaduk campuran teh panas dan air
dingin dengan menggunakan sendok agar menjadi teh hangat.
c. Konduksi, yakni perpindahan kalor yang membutuhkan kontak langsungdengan benda yang akan ditransfer kalornya. Konduksi dibagi lagi menjadi
dua, yaitu konduksi tunak dan tak tunak. Pada konduksi tunak, distribusi
suhu tidak berubah terhadap waktu. Sementara itu, pada konduksi tak
tunak, distribusi suhu berubah tergantung kepada waktunya. Kasus
perpindahan panas dengan konduksi tak tunak lebih banyak dijumpai pada
kehidupan sehari-hari, seperti contohnya perpindahan kalor dari makanan
ke piring yang mewadahinya sehingga suhu di bagian bawah piring lama
kelamaan naik.
2. Dapatkah anda menghubungkan keberhasilan proses tersebut dengan kualitasbahan pangan yang dihasilkan?
Jawab:
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013
6/22
Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16
Tujuan dari pemanasan adalah untuk mematikan kinerja makhluk-makhluk
organik di dalam makanan dengan cara mematikan enzim yang digunakan
oleh makhluk-makhluk tersebut untuk bermetabolisme. Karena enzim yangdigunakan makhluk tersebut terurai pada suhu tinggi, maka otomatis bahan
makanan yang dipanaskan tidak dapat bermetabolisme dan dapat terjaga
kesegarannya. Namun, suhu pemanasan yang terlalu tinggi juga dapat
menyebabkan hilangnya nutrisi di dalam makanan akibat denaturasi. Jadi,
dapat dikatakan bahwa proses pemanasan yang berhasil adalah proses
pemanasan yang tidak menyebabkan makanan kehilangan nutrisinya.
Sementara itu, tujuan proses pendinginan juga adalah untuk menjaga
kesegaran bahan makanan. Dalam proses pendinginan, kesegaran dijaga
dengan cara menghambat aktivitas biokimia di dalam makanan yang
terganggu akibat suhu yang rendah. Berbeda dengan proses pemanasan,
proses pendinginan tidak merusak nilai gizi bahan makanan. Nilai gizi
makanan sebelum dan sesudah dipanaskan relatif sama. Namun, jika proses
pendinginan tidak berjalan dengan baik, maka dapat menyebabkan
terbentuknya kristal pada makanan sehingga struktur di dalam makanan pun
rusak. Rusaknya struktur di dalam makanan ini menyebabkan tekstur makanan
menjadi lembek dan tidak menarik. Oleh karena itu, proses pendinginan yang
berhasil ditandai oleh terjaganya kesegaran dan nilai gizi makanan tanpa
merusak teksturnya.
3. Parameter apa sajakah yang turut serta menentukan keberhasilan prosesperpindahan panas pada pengolahan bahan pangan?
Jawab:
Perpindahan panas merupakan satu unit operasi yang penting dalam industri
pangan, karena hampir setiap proses pengolahan membutuhkan pemindahan
panas baik dalam bentuk pemberian maupun pengambilan panas dari bahan
untuk merubah sifat fisik, kimia dan karakteristik penyimpaan dari bahan
tersebut.
Keberhasilan proses perpindahan panas pada pengolahan makanan dapat
ditentukan oleh parameter tertentu. Parameter tersebut antara lain:
a. Menghilang atau berkurangnya aktivitas biologis yang tidak diinginkan,seperti aktivitas enzim dan mikroba.
b. Kondisi kadar gizi serta faktor-faktor yang menentukan mutu bahanpangan, seperti warna, cita rasa dan tektur.
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013
7/22
Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16
c. Jumlah panas yang dipindahkan pada proses perpindahan panas dalampengolahan bahan panagn.
d. Tingkat panas (suhu) baik dalam sistem perpindahan panas maupunlingkungan sekitarnya.
e. Tahanan terhadap perpindahan panas, dalam hal ini berkaitan dengan bahanatau material dari peralatan proses perpindahan panas yang digunakan.
TUGAS II:
1. Apa yang anda ketahui mengenai perpindahan kalor konduksi tak tunak?Dimana letak perbedaannya dengan perpindahan kalor konduksi tunak?
Jawab:
Konduksi dapat dibagi menjadi dua berdasarkan berubah atau tidaknya suhu
terhadap waktu, yaitu konduksi tunak (steady) dan konduksi tak tunak
(unsteady). Konduksi tunak dapat dijelaskan sebagai konduksi ketika suhu
yang dihantarkan tidak berubah atau distribusi suhu konstan terhadap waktu.
Sebaliknya, konduksi tak tunak jika suhu berubah terhadap waktu.
Pada konduksi tunak, terjadi perpindahan energi dari bagian bersuhu tinggi ke
bagian bersuhu rendah, dimana suhu tidak berubah terhadap fungsi waktu.
Sedangkan, pada konduksi tak tunak, temperatur merupakan fungsi dari waktu
dan jarak. Atau dengan kata lain, perpindahan kalor konduksi tunak terjadi
jika suhu tidak berubah terhadap waktu dan konduksi tunak terjadi jikasuhunya berubah terhadap waktu, sehingga pada persamaan perpindahan kalor
konduksi tak tunak terdapat suku . Persamaan perpindahan kalor
konduksi tak tunak dapat dituliskan secara umum:
(1)
dimana merupakan difusifitas termal. Untuk keadaan tidak tunak atau
terdapat sumber kalor di dalam benda, maka perlu dibuat neraca energi.
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013
8/22
Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16
Tabel 1. Neraca Energi Konduksi Tak Tunak Dengan Sumber Kalor
Sehingga persamaan konduksi tak tunak satu dimensi menjadi:
(2)
Untuk yang alirannya lebih dari 1 dimensi, kita hanya perlu memperhatikan
kalor yang dihantarkan ke dalam dan keluar satuan volume itu dalam ketiga
arah koordinat. Neraca energi di sini menghasilkan:
(3)
2. Batasan-batasan apa saja yang harus dipenuhi jika anda ingin menerapkananalisis kapasitas kalor tergabung dalam menyelesaikan permasalahan
perpindahan kalor konduksi tak tunak?
Jawab:
Pada pembahasan pada sistem kapasitas kalor tergabung ini, pembahasan
perpindahan kalor konduksi tak tunak dengan cara menganggap suhu sistem
seragam dalam analisisnya. Analisis seperti ini disebut dengan metode
kapastias kalor tergabung atau tergumpal (lumped-heat-capacity method).
Sistem ini merupakan suatu idealisasi karena di dalam setiap bahan selalu ada
gradient suhu (temperature gradient) apabila pada bahan tersebut ada kalor
yang dikonduksi ke dalam atau ke luar. Pada umumnya, makin kecil ukuran
benda makin realistis pula pengandaian tentang suhu seragam dan pada
limitnya kita dapat menggunakan differensial volume seperti dalam penurunan
persamaan umum konduksi kalor.
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013
9/22
Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16
Jika sebuah bola baja panas dicelupkan ke dalam air dingin, kita boleh
menggunakan metode analisis kapasitas-kalor-tergabung apabila kita dapat
membenarkan pengandaian suhu seragam di dalam bola tersebut selamaproses pendinginan itu berlangsung. Dalam proses pendinginan ini berlaku
proses konduksi tak tunak karena belum tercapainya keadaan suhu yang
setimbang sehingga diperlukan analisis perubahan energi dalam ( internal
energy) benda menurut waktu. Dapat diketahui bahwa distribusi suhu di
dalam boa bergantung dari konduktivitas termal (thermal conductivity) bahan
bola itu dan kondisi perpindahan kalor dari permukaan bola ke fluida di
sekitarnya, yaitu koefisien perpindahan kalor konveksi-permukaan (surface-
convection heat-transfer coefficient). Distribusi suhu yang cukup seragam di
dalam bola bisa kita dapatkan jika tahanan terhadap perpindahan kalor
konduksilebih kecil daripada dengan tahanan konveksi pada permukaan
sehingga gradient suhu terdapat terutama pada lapisan fluida di permukaan
bola. Oleh karena itu, analisis kapasitas kalor tergabung mengandaikan bhawa
tekanan dalam benda dapat diabaikan terhadap tahanan luar.
Rugi kalor konveksi dari suatu benda terihat dari penurunan energi dalam
(internal energy) benda itu, seperti terlihat pada Gambar 1. Jadi,
(4)di mana A adalah luas permukaan permukaan konveksi dan V adalah volume.
Keadaan awal adalah
pada = 0Sehingga penyelesaian Persamaan 1 adalah
(5)
Gambar 1. Nomenklatur untuk analisis kapasitas kalor satu gabungan
(Sumber: Holman, J.P. 2009.Heat Transfer 10thEdition. New York: McGraw-Hill)
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013
10/22
Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16
Jaringan termal untuk sistem kapasitas-tunggal (single-capacity system)
ditunjukkan pada Gambar 1(b). Dalam jaringan ini terlihat bahwa kapasitas
termal sistem mula-mula dimuati oleh potensial T0dengan menutup sakelar S.Kemudian bila sakelar itu dibuka, energi yang tersimpan dalam kapasitas
termal dibuang melalui tahanan 1/hA. Analogi antara sistem termal ini dengan
sistem listrik cukup kentara dan kita dengan mudah dapat menyusun sistem
listrik yang tingkah lakunya sama dengan sistem termal, yaitu dengan
membuat perbandingan
(6)
Sama dengan 1/di mana ialah tahanan dan adalah kapasitansi.Dalam sistem termal kita menyimpan energi sedangkan dalam sistem listrik
kita menyimpan muatan listrik. Aliran energi dalam sistem termal disebut
kalor, aliran muatan listrik disebut arus listrik. Besaran disebutkontanta waktu (time constant) dari sistem itu, karena mempunyai dimensi
waktu.
Bila
Terlihatlah bahwa beda suhu -mempunyai nilai 36,8 persen dari bedaawal
-
.
Telah diketahui bahwa analisis seperti kapasitas-tergabung mengandaikan
distribusi suhu seragam pada seluruh benda padat tersebut. Pengandaian itu
sama artinya dengan mengatakan bahwa tahanan konveksi-permukaan
(surface-convection resistance) lebih besar daripada tahanan konduksi-dalam
(internal conduction resistance). Analisis demikian dapat diharapkan akan
menghasilkan perkiraan yang memadai apabila kondisi di bawah ini dipenuhi
(8)Di mana k adalah konduktivitas termal benda padat itu. Apabila telah
memenuhi kriteria tersebut maka analisis kapasitas tergabung bisa
diaplikasikan.
3. Bagaimana anda menerapkan analisis aliran kalor transien dalammenyelesaikan permasalahan perpindahan kalor konduksi tak tunak?
Jawab:
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013
11/22
Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16
Ada beberapa metode yang dapat digunakan dalam analisis aliran kalor
transien, yaitu, kapasitas kalor tergabung, analisis dalam benda padat semi-
tak-berhingga, bagan Heisler, grafik Schmidt, dan metode numerik. Dalammemilih metode-metode tersebut tahapan-tahapan yang harus dilewati adalah:
a)Memeriksa apakah analisis kapasitas kalor tergabung dapat diterapkan.Bila dapat maka perhitungan menjadi lebih mudah.
b)Memeriksa apakah bagan Heisler dapat digunakanc)Bila dua penyelesaian di atas tidak dapat digunakan, maka digunakan
metode numerik.
d)Bila belum ada penyelesaian, maka konduksi batas konveksi dan radiasimengandung banyak ketidakpastian (jangan memaksakan penggunaan node
dalam jumlah besar dan operasi yang lama di mana sulit untuk
memperbaiki ketidakpastian yang terdapat dalam kondisi batas).
e)Perlu diingat bahwa jarang terdapat soal konduksi murni, selalui terdapatkonveksi dan radiasi.
Pada sistem tak tunak atau kondisi transien seringkali kondisi batasnya
berubah-ubah, oleh karena itu tidak mungkin menyelesaikannya secara
matematis. Jika keadaannya seperti ini, lebih baik penyelesaiannya dilakukan
dengan menggunakan metode numerik. Untuk lebih memudahkan
penyelesaian, analisis dapat dibatasi hanya menjadi dua -imensi saja. Jika
sudah memahaminya perluasan menjadi tiga-dimensi dapat dilaksanakan
dengan mudah.Pada pembagian menjadi dua dimensi, posisi x ditandai dengan adanya
subskrib m, sedangkan posisi y ditandai dengan adanya subskrib n. Hal ini
dapat dilihat pada gambar benda dua-dimensi yang telah dibagi-bagi menjadi
jenjang tambahan kecil (increment) seperti gambar di bawah ini.
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013
12/22
Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16
Gambar 2 Increment pada benda dua dimensi
(Sumber: Holman, J.P. 2009.Heat Transfer 10thEdition. New York: McGraw-Hill)
Dalam benda padat persamaan diferensial yang mengatur aliran kalor adalah :
Tc
y
T
x
Tk
2
2
2
2
(9)
dengan mengandaikan sifat-sifat tetap. Lalu derivatif parsial kedua dapat
didekati dengan
nmnmnm TTT
xx
T,,1,122
2
21
(10)
nmnmnm TTT
yy
T,,1,122
2
21
(11)
derivatif waktu dari persamaan (1) didekati dengan :
p
nm
p
nm
TTT ,1
,
(12)
Dalam persamaan di atas, superscript menunjukkan tambahan waktu (time
increment). Dengan menggabungkan hubungan-hubungan di atas, kita
dapatkan persamaan beda yang setara dengan persamaan (9) :
2
,,1,1 2
x
TTT pnmp
nm
p
nm
2
,,1,1 2
y
TTT pnmp
nm
p
nm
1
2,1,1
p
nm
p
nm TT (13)
Dengan demikian jika suhu pada setiap waktu di berbagai node diketahui,
suhu sesudah tambahan waktu dapat dihitung dengan menuliskan
persamaan seperti persamaan (13) untuk setiap waktu dan mendapatkan 1,pnmT .
Prosedur ini dapat diulangi untuk mendapatkan distribusi suhu sesudah
sejumlah tambahan waktu yang diingini, jika tambahan koordinat ruang dibuat
sedemikian rupa sehingga x = y, persamaan untuk 1,
pnmT menjadi :
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013
13/22
Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16
1
,
pnmT =
21,1.,1,12
41
xTTTT
x
p
nm
p
nm
p
nm
p
nm
pnmT , (14)
Jika tambahan waktu dan tambahan jarak dipilih sehingga
4
2
x
(15)
maka kelihatan bahwa suhu node (m,n) sesudah tambahan waktu merupakan
rata-rata aritmatika dari suhu pada awal tambahan waktu, dan keempat node
yang mengelilinginya.
4. Apa yang anda ketahui tentang batas konveksi, angka BIot, angka Fourier danbaga Heisler, serta bagaimana menerapkannya dalam menyelesaikan
permasalahan perpindahan kalor konduksi tak tunak?Jawab:
a. Batas konveksi dan bagan Heisler
Konduksi kalor transien berhubungan dengan kondisi batas konveksi pada
permukaan benda padat sebab kondisi batasnya akan digunakan untuk
menghitung perpindahan kalor konveksi pada permukaan. Misalnya terdapat
benda padat semi-tak berhingga seperti pada Gambar 5, perpindahan kalor
konveksi pada permukaan dinyatakan dengan
Gambar 3. Nomenklatur untuk aliran transien dalam benda padat semi tak berhingga
(Sumber: Holman, J.P. 2009.Heat Transfer 10thEdition. New York: McGraw-Hill)
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013
14/22
Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16
atau
*+ (16)dengan penyelesaian
*
+ *
+ (17)di mana ()
Ti= suhu awal benda padat
T~= suhu lingkungan
Gambar 4. Distribusi suhu pada benda padat semi tak berhingga dengan kondisi batas
konveksi
(Sumber: Holman, J.P. 2009.Heat Transfer 10thEdition. New York: McGraw-Hill)
Penyelesaian tersebut berupa grafik pada Gambar 5. Untuk bentuk
geometri lain hasilnya disajikan dalam bentuk bagan Heisler. Bentuk-bentuk
yang terpenting adalah yang berkaitan dengan plat yang ketebalannya kecil
sekali dibandingkan dengan dimensi lainnya, silinder yang diameternya kecil
dibandingkan dengan panjangnya, dan bola.
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013
15/22
Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16
Dalam semua kasus tersebut, suhu lingkungan konveksi ditandai dengan T~
dan suhu pusat untuk x=0 atau r=0 adalah T0. Pada t=0, setiap benda padat
dianggap mempunyai suhu awal seragam Ti. Pada Gambar 4-7 sampai dengan4-13 (Holman, 2010) suhu dinyatakan sebagai fungsi waktu dan kedudukan.
Dalam bagan-bagan tersebut berlaku definisi berikut
atau
(18) (19) (20)
Jika suhu garis pusat yang dicari, hanya satu bagan yang diperlukan untuk
mendapatkan dan , sedangkan untuk suhu di luar pusat diperlukan duabagan untuk menghitung hasil
(21)Misalnya untuk menghitung suhu di luar pusat plat tak berhingga
digunakan Gambar 5 (untuk mendapatkan nilai
) dan Gambar 6 (untuk
mendapatkan nilai
) (Holman, 2009).
Gambar 5. Suhu bidang tengah pada plat tak berhingga dengan ketebalan 2L
(Sumber: Holman, J.P. 2009.Heat Transfer 10thEdition. New York: McGraw-Hill)
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013
16/22
Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16
Gambar 6. Suhu sebagai fungsi dari suhu pusat ada plat tak berhingga dengan ketebalan 2L
(Sumber: Holman, J.P. 2009.Heat Transfer 10thEdition. New York: McGraw-Hill)
b. Angka Fourier dan angka Biot
Bagan Heisler menggunakan dua parameter tak berdimensi yang disebut
angka Biot dan angka Fourier: (22)
(23)
di mana s adalah setengah tebal untuk plat atau jari-jari untuk silinder dan
bola. Angka biot adalah rasio antara besaran konveksi-permukaan dan tahanan
konduksi-dalam, sedangkan angka Fourier adalah rasio antara dimensi
karakteristik benda dengan kedalaman tembus gelombang suhu pada suatu
waktu .
Nilai Biot yang rendah berarti tahanan konduksi-dalam dapat diabaikan
terhadap tahan konveksi-permukaan. Hal ini berarti pula bahwa suhu akan
mendekati seragam di seluruh benda, dan tingkah laku ini dapat didekati
dengan metode analisis kapasitas tergabung.
Jika perbandingan V/Adianggap sebagai dimensi karakteristiks, maka
(24)
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013
17/22
Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16
c. Penerapan dalam menyelesaikan permasalahan kalor konduksi tak tunak
Perhitungan untuk bagan Heisler dilakukan dengan memenggal
penyelesaian deret tak berhingga menjadi beberapa suku saja. Bagan-baganHeisler terbatas pada nilai-nilai angka Fourier yang lebih besar dari 0,2.
(25)Untuk nilai-nilai yang lebih rendah penyelesaian dapat dilakukan dengan
metode lain.
Contoh penggunaan bagan Heisler dapat dilihat pada kasus berikut.
Misalnya terdapat lempeng dengan suhu awal Ti tiba-tiba diberi lingkungan
permukaan konveksi dengan suhu T~, ditanyakan waktu yang diperlukan
untuk mencapai suhu T pada kedalaman x. Pada dasarnya kasus ini dapat
diselesaikan dengan persamaan (17), namun pada persamaan tersebut variabelsuhu muncul dua kali sehingga lebih mudah menggunakan grafik pada
Gambar 4. Dengan menggunakan Gambar 4, cukup ditentukan nilai yang
memenuhi nilai
.
Soal Perhitungan:
1. Dalam proses pembuatan bakso, adonan bola daging berdiameter 5 cm dansuhu awal 25
oC dimasukkan ke dalam air mendidih. Berapa waktu yang
dibutuhkan agar bola daging tersebut matang dengan baik? Bola daging dapat
dikatakan matang dengan baik apabila bagian tengah tidak kurang dari 60oC
Jawab:
DataD = 5 cm = 0,05 m
R = 2,5 cm = 0,025 m
Ti = 25oC
T= 100oC
T0 = 60oC
= 1,6 . 10-7
K bakso = 0,5414 W/ m KH air (100
oC) = 3000 W/ m
2K
2
Tujuan:Menghitung
Asumsi:Bakso berbentuk bola sempurna dan hanya terdiri dari daging sapi.
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013
18/22
Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16
Menentukan nilai dan
Menentukan nilai 1/Bi
Menentukan nilai Fo
Gambar 7. Grafik hubungan Fo dan untuk sistem radial
Dari Gambar 7 diperoleh nilai Fo = 0,375
Menentukan nilai
KesimpulanJadi waktu yang diperlukan untuk memasak bakso dengan kualitas baik adalah
24,44 menit.
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013
19/22
Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16
2. Sebuah panci yang baru saja digunakan untuk mendidihkan air, didinginkandengan cara mencelupkannya ke dalam air bersuhu 25
oC. Setelah dicelupkan
selama 10 detik, apakah menurut anda panci sudah aman untuk digunakankembali?
Jawab:
Data2L = 3 mm = 0,003 mL = 1,5 mm = 0,0015 m
= 8,4 . 10-5
K alumunium = 215 W/ m K
H air = 3000 W/ m2K
2
Ti= 100oC
T= 25oC
T0 = 50oC Asumsi:
Ketebalan panci adalah 3 mm.
Panci terbuat dari alumunium murni.
Panci merupakan plat pejal yang dibentuk menjadi silinder.
Asumsikan batas aman suhu panci adalah 50oC.
Menentukan nilai Menetukan nilai dan
Menentukan nilai 1/Bi
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013
20/22
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013
21/22
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 2: Perpindahan Kalor 2013
22/22
Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia 16
DAFTAR PUSTAKA
Adi, Agung Nugroho. 2011. Modul Perpindahan Panas Dasar. Yogyakarta: Jurusan
Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri UII
Cengel, Y. 2006.Heat Transfer 2nd
Edition. USA: Mc Graw-Hill
Haryanto, Bode dan Zuhrina Masyithah. 2006. Buku Ajar Perpindahan Panas.
Medan: Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik USU
Holman, J.P. 2009.Heat Transfer 10th
Edition. New York: McGraw-Hill.
Purwadi, PK. Metode Alternating Direction Implicit Pada Penyelesaian Persoalan
Perpindahan Kalor Konduksi Dua Dimensi Keadaan Tak Tunak. SIGMA, Vol. 3,
No.1, Januari 2000: 69-79