Effisiensi alat pembuat es krim Kapasitas alat pembuat es krim Perpindahan kalor konduksi

2.5 Effisiensi alat pembuat es krim

Perbandingan daya yang dibutuhkan untuk menggerakan tabung es dengan daya output dari motor penggerak dapat dihitung dengan rumus berikut : erak motorpengg smisi sistemtran P P = η 2.1

2.6 Kapasitas alat pembuat es krim

Kapasitas es krim dapat dihitung dengan rumus berikut : Waktu adonan massa Q = 2.2 Kapasitas dapat ditentukan dari hasil percobaan biasanya kecepatan produksi pada awal pengerjaan agak lama bila dibandingkan dengan proses yang ke dua.

2.7 Perpindahan kalor konduksi

Jika pada suatu benda terdapat gradien suhu Temperatur Gradient, maka menurut pengalaman akan terjadi perpindahan energi dari bagian bersuhu tinggi kebagian bersuhu rendah. Dapat dikatakan bahwa energi berpindah secara konduksi berbanding dengan gradien suhu normal : x T A q ∂ ∂ ~ Jika dimasukkan konstanta proposionalitas atau tetapan kesebandingan, maka : x T KA q ∂ ∂ − = 2.3 Dimana q adalah laju perpindahan kalor dan x T ∂ ∂ merupakan gradien suhu ke arah perpindahan kalor. Konstanta positif k disebut konduktifitas thermal benda, Universitas Sumatera Utara sedangkan tanda minus diselipkan agar memenuhi hukum thermodinamika, yaitu bahwa kalor mengalir ketempat yang lebih rendah. Pada persamaan diatas disebut juga hukum Fourier tentang konduksi kalor, yaitu menurut nama ahli matematika fisika bangsa Perancis, Joseph Fourier yang telah memberi sumbangan yang sangat penting dalam pengolahan analitis masalah perpindahan kalor konduksi.

2.7.1 Bidang Silinder

Perhatikan suatu silinder panjang dengan jari-jari dalam r i , jari-jari luar r O , dan panjang L, seperti pada gambar 2.2. Silinder mengalami beda suhu T i - T o rL A r π 2 = . Untuk silinder yang panjangnya sangat besar dibandingkan dengan diameternya, dapat diandaikan bahwa aliran kalor berlangsung menurut arah radial, sehingga koordinat ruang yang diperlukan untuk menentukan sistem ini adalah r . Hukum Fourier digunakan lagi dengan menyisipkan rumus luas yang sesuai. Luas bidang aliran kalor dalam sistem silinder adalah Sehingga hukum Fourier menjadi dr dT kA q r r − = Universitas Sumatera Utara kL ri ro R th π 2 ln = ri dr r ro q L To Ti q kL ri ro R th π 2 ln = Gambar 2.2 Aliran kalor satu-dimensi melalui silinder bolong dan analogi listriknya Atau dr dT krL q r π 2 − = 2.4 Dengan kondisi batas T= T i pada r = r T = T i o pada r = r Penyelesaian persamaan 2.18 adalah o ln 2 i o o i r r T T kL q − = π J.P. Holman: Perpindahan Kalor hal 30 2.5 Dimana: q = Laju perpindahan kalor W k = Konduktifitas thermal benda Wm.ºC L = Panjang benda m o i T T − = Beda temperatur di dalam silinder dengan luar silinder ºC r o = Jari-jari luar silinder m r i = Jari-jari dalam silinder m Universitas Sumatera Utara T4 r4 T3 r3 T2 r2 T1 r1 q C B A RA RB RC T1 T2 T3 T4 q L k r r A π 2 1 2 ln L k r r B π 2 2 3 ln L k r r C π 2 3 4 ln Konsep tahanan thermal dapat juga digunakan untuk dinding lapis rangkap berbentuk silinder, seperti halnya dengan dinding datar. Untuk sistem tiga lapis seperti pada gambar 2.8 penyelesaiannya adalah : C B A k r r k r r k r r T T L q ln ln ln 2 3 4 2 3 1 2 4 1 + + − = π 2.6 Sistem berbentuk bola dapat ditangani sebagai suatu dimensi apabila suhu berfungsi sebagai jari-jari saja aliran kalornya menjadi : o i o i r r T T k q 1 1 4 − − = π 2.7 Gambar 2.3 Aliran kalor satu-dimensi melalui penampang silinder dan analogi listriknya 2.7.2 Konduktivitas Termal Persamaan 2.17 merupakan persamaan dasar tentang konduktivitas termal. Berdasarkan rumus itu maka dapatlah dilaksanakan pengukuran dalam percobaan untuk menentukan nilai kondiktivitas termal berbagai bahan. Untuk meramalkan konduktivitas termal zatcair dan zat padat ada teori-teori yang digunakan dalam berbagai situasi tertentu. Mekanisme konduktivitas termal pada gas cukup sederhana. Energi kinetik molekul ditunjukan oleh suhunya, jadi pada bagian bersuhu tinggi molekul-molekul mempunyai kecepatan yang lebih tinggi dari pada Universitas Sumatera Utara yang berada dibagian yang bersuhu rendah, molekul-molekul ini selalu berada dalam gerakan acak saling bertumbukan satu sama lain dinama terjadi pertukaran energi dan momentum. Jika suatu molekul bergerak dari daerah yang bersuhu tinggi kedaerah yang bersuhu rendah, maka molekul itu akan mengangkut energi kebagian sistem suhu yang lebih rendah Nilai konduktivitas termal beberapa bahan diberikan pada tabel 2.1 dibawah ini. Tabel 2.1 Konduktivitas Termal Konduktivitas termal Bahan Wm.ºC Btuh.ft. ºF Logam Perak murni Tembaga murni Alumunium murni Nikel murni Besi murni Baja karbon Timbal murni Baja krom nikel 18 Cr, 8Ni Zinc murni 410 385 202 93 73 43 35 16,3 112,2 237 223 117 54 42 25 20,3 9,4 Bukan logam Kuarsa Magnesit Marmar Batu pasir Kaca jendela Kayu mapel Serbuk gergaji Wol kaca 41,6 4,15 2,08-2,94 1,83 0,78 0,17 0,59 0,038 24 2,4 1,2-1,7 1,06 0,45 0,096 0,034 0,022 Zat cair Air raksa Air Amonia Minyak lumas SAE 50 Freon 12, CCl 2 F 2 8,21 0,556 0,540 0,147 0,073 4,47 0,327 0,312 0,085 0,042 Gas Hidrogen Helium Udara Uap air Karbon dioksida 0,175 0,141 0,024 0,0206 0,0146 0,101 0,081 0,0139 0,0119 0,00844 J.P. Holman: Perpindahan Kalor hal 7 Universitas Sumatera Utara

BAB III PERENCANAA DAN SPESIFIKASI MESIN PEMBUAT ES KRIM

3.1 Fluida yang diaduk.