1. Sebuah alat penukar panas di pabrik PKS dialiri air panas di dalam pipa tembaga dengan diameter dalam 50mm dan diameter luar 60mm. Suhu air di dalam pipa adalah 90^circ C sedangkan suhu udara di luar pipa adalah 25^circ C Jika panjang pipa 5m konduktivitas termal tembaga k=400W/m^0K dan koefisien konveksi sisi dalam dalam=800W/m^2cdot K hitung laju perpindahan panas melalui pipa tembaga tersebut! (Point 35) 2. Sebuah ruangan di gedung pertemuan aula Politeknik Negeri bengkalis membutuhkan kapasitas pendinginan sebesar 3 TR3 (Ton Refrigeration). Jika satu ton refrigerasi sama dengan 3,517kW, hitung kebutuhan daya listrik untuk sistem pendingin jika COP sistem adalah 4. Selain itu tentukan faktor yang memengaruhi efisiensi sistem pendingin tersebut. 3. Pada sebuah sistem pendingin, refrigeran masuk ke kompresor dengan tekanan 200 kPa dan keluar dengan tekanan 1,200kPa Temperatur refrigeran sebelum kompresor adalah 10^circ C dan setelah kompresor 70^circ C. Jika daya kompresor adalah 5 kW, hitung: a. Rasio tekanan sistem pendingin. b. Efisiensi isentropik siklus pendingin (Point 35) (Point 35)

Berikut penyelesaian dari soal-soal yang diberikan:

1. Laju Perpindahan Panas pada Pipa Tembaga

Data:

* Diameter dalam (Di) = 50 mm = 0.05 m
* Diameter luar (Do) = 60 mm = 0.06 m
* Suhu air (Ti) = 90°C = 363 K
* Suhu udara (To) = 25°C = 298 K
* Panjang pipa (L) = 5 m
* Konduktivitas termal tembaga (k) = 400 W/m.K
* Koefisien konveksi dalam (hi) = 800 W/m².K

Penyelesaian:

Perpindahan panas pada pipa ini terjadi melalui konduksi pada dinding pipa dan konveksi pada permukaan dalam dan luar pipa. Kita perlu menghitung tahanan termal untuk masing-masing proses.

* Tahanan konveksi dalam: Ri = 1/(hi * Ai) dimana Ai = π * Di * L = π * 0.05 m * 5 m = 0.785 m²
* Ri = 1/(800 W/m².K * 0.785 m²) = 0.0016 K/W

* Tahanan konduksi pada pipa: Rk = ln(Do/Di) / (2πkL)
* Rk = ln(0.06/0.05) / (2π * 400 W/m.K * 5 m) = 0.000018 K/W

* Tahanan konveksi luar: Kita perlu menghitung koefisien konveksi luar (ho) terlebih dahulu. Sayangnya, soal tidak memberikan nilai ho. Untuk menyelesaikan soal ini, kita asumsikan terdapat koefisien konveksi luar (ho). Misalkan ho = 10 W/m².K (nilai ini bisa berbeda tergantung kondisi lingkungan).

* Ao = π * Do * L = π * 0.06 m * 5 m = 0.942 m²
* Ro = 1/(ho * Ao) = 1/(10 W/m².K * 0.942 m²) = 0.106 K/W

* Tahanan total: Rtotal = Ri + Rk + Ro = 0.0016 K/W + 0.000018 K/W + 0.106 K/W ≈ 0.1076 K/W

* Laju perpindahan panas (Q): Q = (Ti - To) / Rtotal = (363 K - 298 K) / 0.1076 K/W ≈ 600 W

Kesimpulan:

Laju perpindahan panas melalui pipa tembaga tersebut kira-kira 600 W. Perlu diingat bahwa hasil ini bergantung pada asumsi nilai koefisien konveksi luar (ho). Nilai ho yang lebih akurat akan menghasilkan hasil yang lebih tepat.


2. Kebutuhan Daya Listrik Sistem Pendingin

Data:

* Kapasitas pendinginan = 3 TR = 3 * 3.517 kW = 10.551 kW
* COP sistem = 4

Penyelesaian:

COP (Coefficient of Performance) adalah rasio antara daya pendinginan (Qc) dan daya listrik yang dikonsumsi (Wp).

COP = Qc / Wp

Wp = Qc / COP = 10.551 kW / 4 = 2.638 kW

Kesimpulan:

Kebutuhan daya listrik untuk sistem pendingin adalah sekitar 2.638 kW.

Faktor yang memengaruhi efisiensi sistem pendingin:

* Kondisi lingkungan: Suhu dan kelembaban udara sekitar.
* Beban pendinginan: Semakin besar beban pendinginan, semakin besar daya yang dibutuhkan.
* Desain sistem pendingin: Efisiensi kompresor, jenis refrigeran, dan desain sistem perpipaan.
* Perawatan sistem: Kebersihan evaporator dan kondensor, serta kebocoran refrigeran.


3. Analisis Sistem Pendingin

Data:

* Tekanan masuk kompresor (P1) = 200 kPa
* Tekanan keluar kompresor (P2) = 1200 kPa
* Temperatur masuk kompresor (T1) = 10°C = 283 K
* Temperatur keluar kompresor (T2) = 70°C = 343 K
* Daya kompresor (Wp) = 5 kW

Penyelesaian:

(a) Rasio tekanan:

Rasio tekanan = P2 / P1 = 1200 kPa / 200 kPa = 6

(b) Efisiensi isentropik:

Untuk menghitung efisiensi isentropik, kita perlu mengetahui temperatur isentropik (T2s) setelah kompresi. Sayangnya, kita tidak memiliki cukup informasi untuk menghitung T2s secara tepat. Kita perlu data sifat termodinamika refrigeran yang digunakan (misalnya, entalpi dan entropi pada kondisi P1 dan P2). Tanpa data tersebut, perhitungan efisiensi isentropik tidak dapat dilakukan. Rumus umum efisiensi isentropik adalah:

Efisiensi isentropik = (T2s - T1) / (T2 - T1)

dimana T2s adalah temperatur setelah kompresi isentropik. Untuk menentukan T2s, kita memerlukan diagram p-v atau T-s refrigeran yang digunakan, atau tabel sifat termodinamika refrigeran tersebut.


Kesimpulan:

Rasio tekanan sistem pendingin adalah 6. Efisiensi isentropik tidak dapat dihitung tanpa data sifat termodinamika refrigeran yang lebih lengkap.