BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangDalam kehidupan sehari-hari sering dijumpai berbagai macam proses pepindahan panas. Begitupun di industri, banyak alat yang berprinsip pada proses perpindahan panas, contohnya heat exchanger. Panas akan mengalir dari suhu tinggi ke suhu yang rendah. Dalam ilmu teknik kimia diperlukan memahami tentang proses perpindahan. Ilmu perpindahan panas brguna untuk merencanakan alat-alat penukar panas, menghitung kebutuhan mdia pemanas/ pendingin pada reboiler atau kondensor dalam kolom destilasi, untuk perhitungan furnace, perancangan ketel uap,perancangan evaporator, dan perancangan reaktor kimia. Oleh karena itu dilakukan percobaan ini untuk memahami proses perpindahan panas sederhana sehingga kelak dapat diaplikasikan di industri.

1.2 Batasan masalah Air yang digunakan adalah air kran. Gelas yang digunakan berdiameter 7,5 cm dengan ketebalan 0,25 cm. Pengambilan data dilakukan setiap 3 menit. Temperatur awal air adalah 75oC dan temperatur akhirnya 50oC. Perpidahan panas pada gelas diabaikan.

1.3 Tujuan Percobaan Mempelajari proses perpindahan energi dari temperatur tinggi (sistem) ke temperatur yang lebih rendah (lingkungan). Membandingkan hasil percobaan dengan perhitungan menggunakan Matlab.

13BAB IITINJAUAN PUSTAKA

Perpidahan energi dalam bentuk kalor berlangsung dalam banyak proses kimaiwi maupun proses-proses lainnya. Perpindahan kalor biasanya berlangsung bersamaan dengan satuan operasi teknik kimia lain, seperti pengeringan, distilasi, pembakaran, penguapan dan sebagainya. Perpindahan kalor terjadi karena adanya perbedaan suhu sebagai gaya penggeraknya. Kalor mengalir dari bagian yang bersuhu lebih tinggi ke bagian bersuhu lebih rendah.Perpindahan kalor seperti peristiwa perpindahan lainnya dapat dinyatakan oleh persaman : Jika perpindahan kalor hanya berlangsung secara konduksi, berlaku Hukum Fourier yaitu peristiwa perpindahan secara molekuler baik perpindahan momentum, perpindahan kalor maupun massa dinyatakan oleh persamaan dasar yang sama, yaitu :

qx= laju perpindahan kalor ke arah x, wattA= luas penampang yang tegak lurus arah perpindahan, m2 T= suhu, Kx= jarak perpindaha, mqx/A= fluks kalor, W/m2dT/dx= gradien suhu dalam arah x

q|x=xq|x=x+xxxx+xyzPenerapan persamaan 4 pada neraca keadaan tak tunak unutk volume banding yang memiliki luas penampang A, seperti pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Neraca kalor tak tunak dalam suatu volume bandingPenerapan persamaan 1 pada neraca keadaan tidak tunak dapat dituliskan sebagai berikut :

Jika laju pembentukan kalor dianggap nol, maka persamaan menjadi :

Jika perpindahan kalor terjadi pada dinding silinder, seperti perpindahan kalor pada dinding pipa, dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Lr2r1qdr

Gambar 2.2 Perpindahan panas pada dinding silinderPada gambar 2.2 silinder yang panjangnya L, memiliki radius dalam r1 dan bersuhu T1, radius luar r2 dan bersuhu T2. Jika dapat dianggap bahwa perpindahan kalor hanya berlangsung kea rah radial dari dalam ke luar, hokum Fourier dapat ditulis :

Luas penampang yang tegak lurus terhadap arah aliran kalor :

Neraca kalor pada keadaaan tak tunak pada dinding silinder, yaitu :

Pada percobaan ini data k, Cp dan pada air 75oC (348,15 K) diperoleh dari Appendix A.2-11 (Geankoplis, 2013). Berikut data yang diperlukan :Tabel 2.1 Data k, Cp dan air pada 75oC kCp

kg/m3W/mKkJ/kgK

989,080,64354,185

BAB IIIMETODOLOGI PERCOBAAN

Percobaan ini dilakukan dengan cara mendinginkan air dalam gelas kimia yang ditutupi plastik dari 75oC sampai dengan 50oC. Termometer yang digunakan sebanyak 2 buah, ditempatkan di tengah dan disamping gelas kimia (mendekati dinding gelas bagian dalam). Kemudian mencatat perubahan temperaturnya setiap 3 menit.

3.1 Diagram Alir Percobaan

Gambar 3.1 Diagram alir percobaan

3.2 Alat yang digunakan Gelas kimia Termometer Heater Stopwatch Plastik3.2 Bahan yang digunakan Air kran

BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil PercobaanTabel 4.1 Hasil pecobaan , hasil perhitungan, dan % error pendinginan air krant (detik)T PercobaanT Perhitungan% Error

T samping (K)T Tengah (K)T samping (K)T Tengah (K)T samping (K)T Tengah (K)

0348,15350,15348,15350,5510,000%0,11%

180345,15347,15348,1523331,13580,862%4,84%

360343,15344,95347,7654328,9771,327%4,86%

540340,65342,15346,0628327,97931,564%4,32%

720338,65340,15343,5232327,36771,419%3,90%

900336,15337,65340,6753326,94781,328%3,27%

1080334,65335,65337,835326,64260,943%2,76%

1260333,15334,15335,2858326,40830,637%2,37%

1440331,15332,15333,2035326,21870,616%1,82%

1620329,65330,65331,5316326,06270,568%1,41%

1800328,15329,15330,084325,93830,586%0,99%

1980326,65327,15328,7771325,84130,647%0,40%

2160325,15326,15327,7153325,76130,783%0,12%

2340324,15325,15326,9568325,69070,858%0,17%

2520323,15323,65326,3593325,63170,983%0,61%

2580322,65323,15326,0582325,61981,045%0,76%

Gambar 4.1 Kurva hubungan antara temperatur (K) dengan waktu (detik) hasil Percobaan

Gambar 4.2 Kurva hubungan antara temperatur (K) dengan waktu (detik) hasil perhitungan menggunakan Matlab

4.2 PembahasanPada percobaan ini bertujuan untuk membandingkan penurunan temperatur air dari 75oC sampai dengan 50oC per 3 menit secara percobaan dengan perhitungan menggunakan Matlab. Dari hasil percobaan tersebut dapat diketahui bahwa temperatur air pada titik pusat memiliki suhu yang lebih tinggi dibandingkan temperatur air pada bagian samping dan temperatur air pada bagian samping lebih cepat mengalami penurunan yang dapat dilihat pada Gambar 4.1. Hal tersebut dikarenakan air yang berada pada bagian sisi gelas kimia memiliki transfer panas dengan lingkungan (temperatur lingkungan lebih rendah) lebih cepat dibandingkan air yang berada di titik pusat. Dari hasil perhitungan menggunakan Matlab, sama halnya dengan hasil percobaan. Temperatur air pada titik pusat memiliki suhu yang lebih tinngi dibandingkan temperatur air pada bagian samping dan temperatur air pada bagian samping lebih cepat mengalami penurunan yang dapat dilihat pada Gambar 4.2. Akan tetapi hasil percobaan dan hasil perhitungan memiliki nilai yang berbeda. Sehingga diperoleh persen error seperti yang tercantum pada Tabel 4.1. Perbedaan nilai ini terjadi dikarenakan pada percobaan ini perpindahan panas pada gelas diabaikan.

BAB VKESIMPULAN

Dari percobaan tersebut dapat disimpulkan :1. Temperatur air pada bagian samping lebih cepat mengalami penurunan karena transfer panas pada lingkugan lebih cepat. 2. Dari hasil percobaan dengan hasil perhitungan menggunakan Matlab didapatkan hasil yang tidak jauh berbeda.

DAFTAR PUSTAKA

Geankoplis, C. J. (2003). Transport Processes and Separation Process Principle (Includes Unit Operations), fourth edition, Upper Saddle River, New Jersey.

LAMPIRAN

1. Penyelesaian menggunakan MatlabRumusan formula :1. %persamaan transfer panas2. function dTdt=tugaspp4(t,T)3. %parameter yang diketahui4. dens=989.08;%kg/m35. cp=4185;%J/kg.K6. Tair=323.15;%K7. R=0.0375;%m8. n=30;9. dr=R/n;10. k=0.6435;%W/m.K11. alpha=k/(dens*cp);12. r(1)=dr;13. dTdt(1,:)=(alpha/r(1))*(((1/(dr))*(T(2)-T(1)))+(((r(1))/((dr^2)))*(T(2)-(2*T(1))+T(1))));14. for i=2:2815. r(i)=i*dr;16. dTdt(i,:)=(alpha/r(i))*(((1/(dr))*(T(i+1)-T(i-1)))+(((r(i))/((dr^2)))*(T(i+1)-(2*T(i))+T(i-1))));17. end18. r(29)=29*dr;19. dTdt(29,:)=(alpha/r(29))*(((1/(dr))*(Tair-T(28)))+(((r(29))/((dr^2)))*(Tair-(2*T(29))+T(28))));

Formula untuk memplot waktu, temperatur dan jari-jari :1. %persamaan ode2. clear3. clc4. To=ones(1,29)*348.15;5. [t T]=ode23('tugaspp4',[0:60:3000],To);6. R=0.0375;7. n=30;8. dr=R/n;9. Tr0=T(:,1);10. TrR=T(:,(n-1))./(1-dr/R);11. TTot=[Tr0 T TrR];12. r=[0:R/n:R];13. figure(1)14. surf(r,t,TTot)15. title('profil temperatur sepanjang lapisan')16. xlabel('r(m)')17. ylabel('t(s)')18. zlabel('T(K)')Kemudian pada formula ke-2 di run, sehingga diperoleh kurva :

Gambar L.1 Profil penurunan suhu pada setiap lapisan