Tugas Mata Kuliah Azas Teknik Kimia I , Semester 3 - Mei 2020
Soal : Jelaskan defenisi similaritas termal dan contoh aplikasinya dalam teknik kimia!
(Cyrilia Reneldy Kroon)
Jawab :
Similaritas termal yaitu kesamaan dalam bidang suhu dan fluks panas. Similaritas termal menentukan kondisi di mana sistem yang serupa secara geometris dan hidromekanis memiliki suhu yang serupa. Similaritas termal terjadi pada sistem-sistem yang ada aliran panasnya. Panas dapat mengalir dari satu titik ke titik yang lain dengan cara konduksi, konveksi, radiasi, gerakan keseluruhan (“bulk movement”) sistem karena perbedaan tekanan. Proses radiasi, konduksi, dan konveksi tergantung pada perbedaan temperature antara kedua titik tersebut. Sedang proses perpindahan panas yang terjadi karena gerakan atau aliran sistem tersebut.
Perbedaan temperature antara sepasang titik pada suatu sistem dengan sepasang titik yang homolog disebut beda temperature homolog. Jadi similaritas termal 2 sistem akan ada bila :
Ada similaritas kinematis
Rasio antar 2 beda temperature homolog adalah konstan.
Ada similaritas geometris
Bila diantara 2 sistem ada similaritas termal maka kecepatan aliran panas pada bagian-bagian yang homolog harus mempunyai rasio yang konstan. Namun, similaritas termal dapat terjadi hanya bila radiasi dan konveksi atau konduksi dan konveksi diabaikan.
Similaritas termal dalam bidang teknik kimia digunakan dalam penentuan angka tak berdimensi maupun studi model atau pilot plant dalam perancangan alat misalnya heat exhanger.
Berikut adalah dua system serupa yang memiliki similaritas termal, dua system ini dinyatakan dengan persamaan:
Misalkan, persamaan perpindahan panas yaitu
Ini berlaku untuk batas zat untuk proses pemanasan & pendinginan.
Persamaan ditulis untuk fenomena IInd,
Mengubah persamaan fenomena kedua menjadi fenomena pertama dengan bantuan persamaan similaritas.
Jika dalam kondisi unsteady state
Dengan demikian similaritas termal dari dua atau beberapa sistem membutuhkan nomor Fourier, Peclet, Nusseltt agar sama secara numerik pada setiap titik sistem yang sesuai.
Selanjutnya, berbagai modifikasi dilakukan untuk aplikasi praktis.
Di mana Pr = Nomor Prandtle
Penggantian seperti itu sangat berguna untuk aplikasi praktis. Nomor Reynold mencirikan kesamaan hidromekanis dan nomor Prandtle hanya terdiri dari parameter fisik fluida.
Prandtle Number mencirikan mekanisme pertukaran panas dan juga membuat perambatan panas dalam medium cair.
Tujuan dari setiap penelitian eksperimental aliran panas biasanya untuk mengetahui koefisien perpindahan panas α. Oleh karena itu, persamaan kriteria perpindahan panas dengan konveksi disajikan dalam bentuk Nusselt Number = f (Fo, Pe) atau f (Fo, Re, Pr), karena similaritas termal tidak mungkin tanpa kesamaan hidro mekanis. Oleh karena itu, kelompok tanpa dimensi Reynold dan Grashoff harus dimasukkan ke dalam persamaan kriteria sebagai variabel independen. Oleh karena itu persamaan kriteria akhir dari perpindahan panas dapat memiliki bentuk berikut
Nu = f (Fo, Re, Pe, Gr)
Persamaan kriteria umum dapat disederhanakan ketika diterapkan pada masalah individu misalnya - Nomor Fourier dihilangkan dalam kasus aliran steady state, dalam aliran turbulen paksa pengaruh konveksi bebas dapat diabaikan, oleh karena itu, nomor Grasshoff dihilangkan. Karenanya dalam kasus aliran paksa steady state, persamaan kriteria adalah
Nu = f (Re, Pr)
Sebaliknya jika aliran bebas dari fluida atau konveksi bebas, bilangan Reynolds dapat dihilangkan dan persamaan kriteria akan menjadi-
Nu = f (Gr, Pr)
Akhirnya untuk gas dengan valensi yang sama, yang angka Prandelnya sama dan konstan, persamaan kriterianya adalah
Nu = f (Re) ..untuk aliran paksa
Nu = f (Gr) ..untuk aliran bebas
Comments