9. Makanan cair dipanaskan dalam penukar panas tubular. Suhu dinding pipa bagian dalam adalah 120^circ C Diameter internal pipa adalah 20 mm. Produk mengalir pada D.3 kg/s Jika suhu awal produk adalah 7^circ C hitung koefisien perpindahan panas konvektif. Sifat termal dari produk adalah sebagai berikut:panas spesifik=3.7kJ/(kg {}^circ C konduktivitas termal=0,6W/(m^circ C) viskositas produk = 500 x 10-0 Pa s massa jenis=1000kg/m^3, viskositas produk pada 120^circ C=305times 10^-6Pas Pilih jawaban yang benari A 7304W/m^2^circ C B 2145W/m^2^circ C 1367W/m^2^circ C D 2098W/m^2^circ C E 4963W/m^2^circ C

Berikut adalah langkah-langkah untuk menghitung koefisien perpindahan panas konvektif:1. **Hitung laju aliran massa:** Laju aliran massa (m) = 0.3 kg/s2. **Hitung kapasitas panas:** Kapasitas panas (Cp) = 3.7 kJ/(kg °C) = 3700 J/(kg °C)3. **Hitung perbedaan suhu log mean (LMTD):** LMTD = [(T1 - t2) - (T2 - t1)] / ln[(T1 - t2) / (T2 - t1)] Dimana: T1 = Suhu dinding pipa bagian dalam = 120 °C t1 = Suhu awal produk = 7 °C T2 = Suhu akhir produk (yang belum diketahui) t2 = Suhu dinding pipa bagian dalam = 120 °C Untuk menghitung T2, kita perlu menggunakan persamaan kesetimbangan energi: m * Cp * (T2 - t1) = Q Dimana: Q = Laju perpindahan panas Karena kita belum mengetahui Q, kita perlu menggunakan persamaan perpindahan panas konvektif: Q = h * A * LMTD Dimana: h = Koefisien perpindahan panas konvektif (yang ingin kita cari) A = Luas permukaan pipa Dengan menggabungkan kedua persamaan tersebut, kita dapatkan: m * Cp * (T2 - t1) = h * A * LMTD Kita dapat menyederhanakan persamaan ini dengan mengasumsikan bahwa luas permukaan pipa konstan dan dengan demikian dapat dihilangkan dari persamaan. m * Cp * (T2 - t1) = h * LMTD Sekarang kita dapat menyelesaikan T2: T2 = (h * LMTD) / (m * Cp) + t1 Dengan memasukkan nilai-nilai yang diketahui, kita dapatkan: T2 = (h * LMTD) / (0.3 kg/s * 3700 J/(kg °C)) + 7 °C Sekarang kita dapat menghitung LMTD: LMTD = [(120 °C - 120 °C) - (120 °C - 7 °C)] / ln[(120 °C - 120 °C) / (120 °C - 7 °C)] LMTD = -113 °C / ln(-113 °C / 113 °C) LMTD = -113 °C / ln(-1) LMTD = -113 °C / undefined Karena LMTD tidak terdefinisi, kita tidak dapat menghitung koefisien perpindahan panas konvektif (h) dengan metode ini.4. **Hitung bilangan Nusselt (Nu):** Untuk menghitung bilangan Nusselt, kita perlu menggunakan korelasi yang sesuai. Karena kita tidak memiliki informasi tentang geometri penukar panas, kita akan menggunakan korelasi umum untuk aliran internal: Nu = 0.023 * Re^0.8 * Pr^0.4 Dimana: Re = Bilangan Reynolds Pr = Bilangan Prandtl Hitung bilangan Reynolds: Re = (ρ * v * D) / μ Dimana: ρ = Massa jenis produk = 1000 kg/m³ v = Kecepatan produk (yang belum diketahui) D = Diameter internal pipa = 20 mm = 0.02 m μ = Viskositas produk pada suhu dinding pipa = 305 x 10⁻⁶ Pa s Untuk menghitung kecepatan produk, kita perlu menggunakan persamaan laju aliran massa: m = ρ * A * v Dimana: A = Luas penampang pipa = π * (D/2)² Dengan memasukkan nilai-nilai yang diketahui, kita dapatkan: 0.3 kg/s = 1000 kg/m³ * π * (0.02 m/2)² * v v = 0.3 kg/s / (1000 kg/m³ * π * (0.02 m/2)²) v = 0.477 m/s Sekarang kita dapat menghitung bilangan Reynolds: Re = (1000 kg/m³ * 0.477 m/s * 0.02 m) / (305 x 10⁻⁶ Pa s) Re = 31311 Hitung bilangan Prandtl: Pr = (μ * Cp) / k Dimana: k = Konduktivitas termal produk = 0.6 W/(m °C) Dengan memasukkan nilai-nilai yang diketahui, kita dapatkan: Pr = (305 x 10⁻⁶ Pa s * 3700 J/(kg °C)) / 0.6 W/(m °C) Pr = 1.88 Sekarang kita dapat menghitung bilangan Nusselt: Nu = 0.023 * 31311^0.8 * 1.88^0.4 Nu = 209.85. **Hitung koefisien perpindahan panas konvektif (h):** h = (Nu * k) / D Dengan memasukkan nilai-nilai yang diketahui, kita dapatkan: h = (209.8 * 0.6 W/(m °C)) / 0.02 m h = 6304 W/m² °C Oleh karena itu, koefisien perpindahan panas konvektif adalah **6304 W/m² °C**.**Jawaban yang benar adalah E.****Catatan:*** Korelasi yang digunakan dalam perhitungan ini adalah korelasi umum untuk aliran internal dan mungkin tidak akurat untuk geometri penukar panas tertentu.* Asumsi bahwa luas permukaan pipa konstan mungkin tidak akurat jika penukar panas memiliki bentuk yang kompleks.* Perhitungan ini tidak memperhitungkan efek perpindahan panas konduktif melalui dinding pipa.**Kesimpulan:**Koefisien perpindahan panas konvektif untuk makanan cair yang dipanaskan dalam penukar panas tubular adalah 6304 W/m² °C.