Perpindahan Panas: latihan soal dan soal ujian

Konduksi melalui dinding, jaringan tahanan termal, konveksi, dan perancangan penukar panas dengan beda suhu rata-rata logaritmik.

Latih mata kuliah ini secara gratisLatih mata kuliah iniIkuti ujian simulasi5 soal gratis setiap hari. Tanpa kartu kredit.

Paket kilat (PDF)Lembar rumus, langkah-langkah metode, dan soal latihan dengan pembahasan lengkap, siap dicetak.

Topik dalam mata kuliah ini

  1. Konduksi panasdinding tunggal · dinding komposit · dinding dengan konveksihitungan
  2. Penukar panas (LMTD)LMTD · luas yang diperlukan · desain lengkaphitungan

Tips ujian untuk Perpindahan Panas

  • Tahanan termal yang tersusun seri dijumlahkan, sama seperti resistor listrik.
  • Beda suhu bernilai sama dalam K dan °C, jadi beda suhu boleh tetap dalam °C.
  • Untuk LMTD, ambil ΔT di setiap ujung penukar panas; aliran searah dan aliran berlawanan memasangkan suhu-suhunya secara berbeda.

Contoh dengan pembahasan

Konduksi panasMudah
Kayu, k = 0,17150 mm20 °C-9 °CQ̇ = ?

Dinding kayu setebal 150 mm dan luasnya 6 m². Permukaannya dijaga pada 20 °C dan -9 °C. Cari laju konduksi panas Q̇ melalui dinding.

k = 0,17 W/(m·K)L = 150 mmA = 6 m²T1 = 20 °CT2 = -9 °C

Tentukan Q̇ (W)

Tampilkan petunjuk
  1. Hukum Fourier untuk dinding datar: Q̇ = k·A·ΔT/L.
  2. Ubah tebal ke meter agar satuan k cocok.
  3. ΔT = 29 K.
Tampilkan jawaban dan penyelesaian langkah demi langkah

Tahanan termal: aliran panas tunak melalui lapisan seri berperilaku seperti arus melalui resistor seri: Q̇ = ΔT/ΣR, dengan R = L/(kA) untuk lapisan konduksi dan R = 1/(hA) untuk permukaan konveksi. Penurunan suhu pada setiap lapisan sebanding dengan tahanannya.

Hukum Fourier

ΔT = 20 − (-9) = 29 K
Q̇ = kAΔT/L = 0,17·6·29/(150/1000) = 197,2 W

Jawaban

Q̇ = 197,2 W
Penukar panas (LMTD)Sedang
panjangT165 °C115 °C10 °C80 °CΔT₁ΔT₂aliran searah

Penukar panas aliran searah memindahkan 60 kW. Fluida panas mendingin dari 165 ke 115 °C dan fluida dingin memanas dari 10 ke 80 °C. Koefisien perpindahan panas menyeluruhnya 500 W/(m²·K). Cari luas perpindahan panas A yang diperlukan.

Q̇ = 60 kWU = 500 W/(m²·K)Th: 165 → 115 °CTc: 10 → 80 °C

Tentukan A (m²)

Tampilkan petunjuk
  1. Gunakan Q̇ = U·A·ΔTlm lalu selesaikan untuk A.
  2. Pada aliran searah, kedua masukan berada di ujung yang sama, dan kedua keluaran di ujung lainnya.
  3. ΔTlm = 80,64 K.
Tampilkan jawaban dan penyelesaian langkah demi langkah

Metode LMTD: selisih suhu antar aliran berubah di sepanjang penukar panas, jadi persamaan laju memakai rata-rata logaritmiknya: Q̇ = U·A·ΔTlm, dengan ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂), di mana ΔT₁ dan ΔT₂ selisih di kedua ujung. Untuk suhu masuk dan keluar yang sama, aliran berlawanan memberi ΔTlm lebih besar daripada aliran searah.

Selisih suhu di ujung

Pada aliran searah, kedua masukan berada di ujung yang sama, dan kedua keluaran di ujung lainnya.

ΔT₁ = Th,in − Tc,in = 165 − 10 = 155 K
ΔT₂ = Th,out − Tc,out = 115 − 80 = 35 K

Selisih suhu rata-rata logaritmik

ΔTlm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (155 − 35)/ln(155/35) = 80,64 K

Luas

A = Q̇/(U·ΔTlm) = 60000/(500·80,64) = 1,488 m²

Jawaban

A = 1,488 m²

Cara kerja latihan

  • “Latih mata kuliah ini” mencampur soal dari semua topiknya, seperti ujian sungguhan.
  • Setiap soal memakai nilai baru, sehingga Anda mempelajari metodenya, bukan menghafal jawabannya.
  • Buntu? Buka petunjuk kecil terlebih dahulu, dan penjelasan lengkap hanya jika Anda membutuhkannya.
  • Ujian simulasi memiliki batas waktu dan tanpa petunjuk, dan di akhir Anda mendapat skor serta tinjauan lengkap.

Kalkulator untuk mata kuliah ini

Kalkulator konduksi panasKalkulator LMTD (beda suhu rata-rata logaritmik)

Mata kuliah terkait

Latihan ujian FE ChemicalLatihan ujian FE MechanicalStatikaMekanika BahanDinamikaTermodinamika 1Mekanika FluidaFisika Dasar untuk Teknik
Latih mata kuliah ini secara gratisLatih mata kuliah iniIkuti ujian simulasi5 soal gratis setiap hari. Tanpa kartu kredit.