PR 1 (Kelompok, Kelompok sesuai dengan pembagian)

MS3230 Perpindahan Panas II Kelas: Semua Kelas

Kumpul pada Tgl: 28 Januari 2015 Kerjakan sepuluh soal berikut. 1. Di sebuah kota, sistem transmisi listrik dilakukan melalui kabel bawah tanah. Dalam

suatu kasus, kabel dengan diameter 8,0 cm dikubur di dalam tanah pada kedalaman 1,3 m, dan tahanan listrik kabel adalah 1,1 10-4 /m. Bila tanah mempunyai konduktivitas termal sebesar 1,2 W/mK dan temperatur permukaannya adalah 25oC. Hitunglah arus maksimum yang boleh dialirkan kalau temperatur luar kabel tidak boleh melebihi 110oC.

2. Suatu komponen elektronik berbentuk piringan tipis berdiameter 10 mm, direkatkan dengan perekat epoxy pada blok aluminum yang mempunyai konduktivitas termal 237 W/mK. Jika blok aluminium dapat dianggap sebagai benda semi tak hingga bertemperatur 25oC, tahanan termal epoxy adalah 0,5 x 10-4 m2K/W, dan permukaan lainnya bersentuhan dengan udara yang bertemperatur 25oC dengan koefisien perpindahan panas 25 W/m2K, maka: a) Sketsa rangkaian termal, beri label pada setiap tahanan termal, tentukan arah

perpindahan panas, dan titik-titik temperatur blok aluminium dan udara. b) Jika temperatur komponen tidak boleh melebihi 100oC, tentukan daya

maksimum yang boleh dibangkitkan oleh komponen tersebut.

3. Turunkan persamaan beda hingga dari titik nodal m,n berikut: (a) (b) (c)

4. Tentukan temperatur titik-titik nodal berikut dan laju perpindahan panas dari permukaan ke udara

5. Pipa dengan diameter dalam (ID) 20 cm, ketebalan 5 mm, dan konduktivitas k = 41 W/m.K digunakan untuk mengalirkan uap pada 200oC. Koefisien konveksi antara uap dan permukaan dalam pipa adalah 1000 W/m2K. Untuk meminimalisasikan kerugian termal, pipa diisolasi dengan suatu bahan yang memiliki konduktivitas k = 0,06 W/mK setebal 6 cm. Kemudian, pipa dipendam di dalam tanah dengan kedalaman 2 m dari permukaan tanah. Jika temperatur permukaan tanah 20oC dan konduktivitas tanah k = 0,52 W/mK, hitunglah rugi panas per meter panjang pipa.

6. Suatu kasus konduksi dua dimensi pada suatu bahan menghasilkan distribusi temperatur seperti diperlihatkan pada gambar di bawah ini sebagai konsekuensi dari syarat batas yang dimilikinya.

a. Taksir laju perpindahan panas konveksi per satuan panjang (dalam arah

tegak lurus kertas) pada permukaan A. [W] b. Taksir pula berapa nilai konduktivitas bahan tersebut. [W/m.K]

7. Sebuah batang segi empat diisolasi pada dua sisi dan dua sisi lainnya bertemperatur

seragam 300 K seperti pada gambar di samping. Dalam batang terjadi bangkitan termal sebesar 5.107 W/m3 dan diketahui konduktivitas batang 20 W/m.K. Hitunglah temperatur nodal 1, 2 dan 3.

0,2 m

0,2 m

isolator

Permukaan A Konveksi dgn. h = 10 W/m2K

Permukaan B T = 500 K

T = 300 K

0,2 m

435 K

414 K

356 K

337 K

.

8. Distribusi temperatur dalam formulasi beda hingga untuk nodal interior pada suatu media dapat diberikan dalam bentuk hubungan sederhana berikut:

01004 nodebottomrighttopleft TTTTT Jelaskan dengan analisis atau alasan singkat untuk pertanyaan-pertanyaan berikut, (a) Apakah perpindahan panas yang berlangsung pada media tersebut kondisi tunak atau tidak, (b) berapa dimensi perpindahan panas tersebut, (c) apakah terjadi pembangkitan panas dalam media tersebut, (d) apakah konduktivitas termalnya konstan atau tidak.

9. Gas panas buangan industri mengalir melalui cerobong yang berpenampang bujur sangkar dengan panjang sisi-sisi 300 mm. Tebal dinding cerobong adalah 150 mm dan terbuat dari bahan bata berkonduktivitas termal 0,75 W/(mK). Bila temperatur permukaan dinding dalam dan dinding luar cerobong dipertahankan konstan masing-masing sebesar 350oC dan 35oC, hitung laju perpindahan panas melalui dinding per satuan panjang cerobong dengan metode beda hingga dimana jarak antar nodal adalah 75 mm.

10. Pelat uranium tebal L = 4 cm dan konduktivitas termal k = 28 W/mK yang panasnya dibangkitkan merata pada laju konstan 5 106 W/m3. Salah satu sisinya dijaga konstan 0oC dengan es sementara sisi yang lain kena udara lingkungan 30oC dengan koefisien perpindahan panas 45 W/m2 K sebagaimana ditunjukkan gambar berikut. Pertimbangkan media dalam tiga nodal dengan jarak yang sama, dua di batas dan satu di tengah. Dengan metode beda hingga estimasi temperatur pelat di modal tengah (1).

Selamat Bekerja