PERANCANGAN ALAT PEMANAS DAN PENDINGIN AIR MINUM BERTENAGA LISTRIK

KARYA AKHIR

PERANCANGAN ALAT PEMANAS DAN PENDINGIN AIR MINUM BERTENAGA LISTRIK UNTUK MEMENUHI PERSYARATAN MEMPEROLEH GELAR SARJANA SAINS TERAPAN

Disusun Oleh: IRWANSYAH PUTRA NIM : 025202047

PROGRAM STUDI TEKNOLOGI MEKANIK INDUSTRI PROGRAM DIPLOMA IV F A K U L T A S T E K N I K UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008

Universitas Sumatera Utara

Lembaran Pengesahan Karya Akhir Judul

: PERANCANGAN ALAT PEMANAS DAN PENDINGIN AIR MINUM BERTENAGA LISTRIK

Oleh : Nama NIM

: IRWANSYAH PUTRA : 025202047

Telah diperiksa : Reviewer I

Reviewer II

Ir. Tugiman, MT NIP. 131 459 557

Ir. Syahrul Abda, MSc NIP. 131 803 354

Disetujui oleh: Dosen Pembimbing

TULUS BURHANUDDIN S. ST, MT NIP. 132 282 136

Diketahui oleh: Ketua Program Studi Teknologi Mekanik Industri Program Diploma IV FT. USU

Ir. Alfian Hamsi, MSc NIP. 131654258


KATA PENGANTAR

Bismillaahirrahmaanirrahiim. Segala puji bagi Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia yang telah diberikan sehingga saya dapat menyelesaikan karya akhir ini. Shalawat dan salam semoga tercurah kepada nabi Muhammad SAW beserta keluarga dan sahabat. Karya akhir ini merupakan salah satu syarat bagi setiap mahasiswa untuk menyelesaikan studi di Jurusan Teknologi Mekanik Industri Fakultas Teknik Program Pendidikan Diploma IV Universitas Sumatera Utara. Adapun isi karya akhir ini adalah tentang pembuatan alat pemanas dan pendingin air bertenaga listrik dengan menggunakan peralatan yang sangat sederhana, yang nantinya dapat dipergunakan di Laboratorium. Saya menyadari bahwa karya akhir ini masih banyak kekurangan-kekurangan, untuk itu saya minta maaf dan masukan dari para pembaca untuk kelengkapan karya akhir ini. Pada kesempatan ini saya ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Kedua orang tua saya yang saya sayangi, Almarhum Ayahanda Marsuddin dan Ibunda Cut Rosdiana yang telah banyak berkorban untuk saya hingga saat ini yang tidak akan mungkin dapat saya membalasnya kecuali hanya doa untuk kebaikan mereka, serta untuk kakakku yang tercinta Lena, Yuni, dan Dewi yang selalu memberi dukungan, dan adik-adikku Muhazir, dan Ica yang selalu membawa keceriaan didalam keluarga.


2. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus. ST, MT, selaku pembimbing yang telah begitu sabar memberikan petunjuk dan tuntunan dalam penyelesaian karya akhir ini. 3. Bapak Ir. Alfian Hamsi, M.Sc, Ketua Program Studi Teknologi Mekanik Industri Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 4. Para dosen dan staf administrasi Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 5. Daniel P, Khairul Anwar, Muhammad Syawal, Efrianda, Antoni Rorin dan rekan dalam penyelesaian karya akhir yang telah sama-sama merasakan suka duka sejak awal pembuatan alat hingga selesainya karya akhir ini. 6. Eko kurniawan, M. Reza, Jantua Daud, Edelfin Septianto, serta rekanrekan mahasiswa angkatan ’02 yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah memberikan bantuan dan dukungan moril dalam penyelesaian karya akhir ini. Akhir kata saya sampaikan, semoga Karya Akhir ini bermamfaat bagi kita semua.

Medan, Juni 2007 Penulis

IRWANSYAH PUTRA 025202047


DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL DAFTAR LAMPIRAN DAFTAR NOTASI

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .............................................................................. 1 1.2 Tujuan Penulisan........................................................................... 2 1.3 Batasan Masalah ........................................................................... 3 1.4 Metode Penulisan........................................................................... 3 1.5 Sistematika Penulisan .................................................................... 4 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Konsep Dasar Perpindahan Kalor.................................................. 6 2.1.1

Suhu (t) ........................................................................ 7

2.1.2

Tekanan (P)................................................................. 7

2.1.3

Kalor Spesifik .............................................................. 8

2.1.4

Perubahan Temperature ............................................... 9

2.2 Sifat – Sifat Cairan Uap ................................................................. 10 2.3 Pemanasan dan Pendinginan.......................................................... 11 2.4 Beda Thermodinamika Dengan Perpindahan Kalor ...................... 12 2.5 Mekanisme Perpindahan Kalor...................................................... 12 2.5.1

Perpindahan Kalor Konduksi....................................... 13

2.5.2

Perpindahan Kalor Konveksi ....................................... 17

2.5.3

Perpindahan Kalor Radiasi .......................................... 22

2.5.4

Gabungan Konduksi, Konveksi dan Radiasi ............... 22


2.6 Analogi Panas dan Aliran Listrik.................................................. 24 2.7 Prinsip Dasar Mesin Pendingin...................................................... 24 2.7.1 Motor Penggerak (Motor Listrik) .................................... 25 2.7.2 Saringan ........................................................................... 26 2.7.3 Pipa Kapiler (keran expansi)............................................ 26 2.7.4 Thermostatik Expansion Valve........................................ 27 2.7.5 Refrigerant (bahan pendingin) ......................................... 27 2.8 Proses Pendinginan ........................................................................ 30 2.8.1 Kerja Kompresi............................................................... 30 2.8.2 Laju Pengeluaran Kalor .................................................. 31 2.8.3 Dampak Refrigerasi (Re) ................................................ 32 2.8.4 Koefisien Prestasi (COP) ................................................ 32

BAB III PERENCANAAN ALAT PEMANAS DAN PENDINGIN 3.1 Casing ............................................................................................ 33 3.2 Bagian Dari Alat Pemanas ............................................................. 34 3.2.1 Tabung Pemanas ............................................................. 34 3.2.2 Koil Pemanas .................................................................. 36 3.2.3 Termostate ...................................................................... 36 3.3 Bagian – Bagian Pada Alat Penndingin......................................... 38 3.3.1 Kotak Pendingin Dan Elamen Pendingin ....................... 39 3.3.2 Sensor Thermal ............................................................... 41 3.3.3 Elemen Pendingin Elektronik ......................................... 41 3.3.4 Sirip Pendingin ............................................................... 42 3.3.5 Kipas ............................................................................... 43 3.4 Rangkaian Kontrol Listrik ............................................................. 44 3.5 Saklar Listrik.................................................................................. 44 3.6 Lampu LED ................................................................................... 45 3.7 Lampu Standby .............................................................................. 45


3.8 Selang Karet................................................................................... 45 3.9 Keran.............................................................................................. 45 3.10 Skema Aliran Listrik.................................................................... 46

BAB IV MENGANALISA PERENCANAAN BEBAN PEMANAS DAN PENDINGINAIR 4.1 Perencanaan Beban Pada Alat Pemanas ....................................... 48 4.1.1 Berdasarkan Pengunaanya, Resistor Dapat di Bagi........ 50 4.1.2 Analisa Daya Perencanaan Pada Alat Pemanas.............. 51 4.2 Perencanaan Temperatur (Suhu) Alat Pemanas ........................... 53 4.3 Waktu Pemanasan ........................................................................ 57 4.4 Perencaan Beban Pada Alat Pendingin........................................ 58 4.4.1 Cara Kerja Alat Pendingin Elektronik ............................ 58 4.5 Analisa Beban Pada Alat Pendingin............................................. 59 4.6 Waktu Pendinginan ...................................................................... 61

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 51. KESIPULAN ............................................................................... 63 5.2 SARAN........................................................................................ 65

iii


DAFTAR GAMBAR

Gambar. 2.1

Diagram Rangka Hubungan Tekanan – Entalpi Air

9

Gambar. 2.2

Konduktivitas Thermal Beberapa Zat Cair

11

Gambar. 2.3

Diagram Temperature vs Posisi

13

Gambar. 2.4

Perpindahan Panas Konveksi

17

Gambar. 2.5

Konveksi Paksa

17

Gambar. 2.6

Gabungan Konveksi, Konduksi dan Radiasi

23

Gambar. 2.7

Daur Kompresi Uap Ideal dalam Diagram Tekanan – Entalpi

30

Gambar. 2.8

Diagram Aliran

31

Gambar. 3.1

Casing Alat Pemanas dan Pendingin Air

33

Gambar. 3.2

Tabung Pemanas

34

Gambar. 3.3

Thermostate

37

Gambar. 3.4

Prinsip Kerja Thermostate

38

Gambar. 3.5

Tabung Pendingin

39

Gambar. 3.6

Sensor Thermal

41

Gambar. 3.7

Elemen Pendingin Elektronik (Pelteir)

42

Gambar. 3.8

Sirip Pendingin

42

Gambar. 3.9

Kipas

43

Gambar. 3.10

Alat Pengontrol Listrik

44

Gambar. 3.11

Saklar

44

Gambar. 3.12

Keran

45

Gambar. 3.13

Skema Aliran Listrik


Gambar. 4.1

Simbol Resistor (AS dan Jepang)

51

Gambar. 4.2

Kawat

53

Gambar. 4.3

Grafik vs Temperatur Pemanasan Air

57

Gambar. 4.4

Rangkaian Arus Pada Alat Pendingin

58

Gambar. 4.5

Prinsip Kerja Pendingin Pelteir (Elemen Pendingin)

59

Gambar. 4.6

Grafik vs Temperatur Pendinginan Air

62


DAFTAR TABEL

Tabel. 2.1 Konduktivitas thermal berbagai bahan ........................................... 15 Tabel 2.2 Nilai kira – kira koefisien perpindahan kalor konveksi ................... 20 Tabel 2.3 Bahan pendingin (Refrigerant) ........................................................ 28 Tabel 4.1 Waktu VS Temperature pemanasan air ........................................... 57 Tabel 4.2 Waktu VS Temperature pendinginan air ......................................... 61


DAFTAR LAMPIRAN

1. Gambar Potongan 2. Tabel Sifat – Ssfat Logam 3. Tabel. Faktor Konveksi 4. Tabel. Emissivitas Total Normal dari Berbagai Permukaan 5. Tabel. Massa Jenis dan Massa Molekul Zat Cair 6. Tabel. Koefisien Perpindahan Panas Individual Konveksi Pada Berbagai Permukaan. 7. Tabel. Konduktivitas Panas Spesifik dan Massa Jenis Gravity Logam 8. Tabel. Konduktivitas Zat Cair 9. a. Tabel. Sifat – Sifat Thermodinamika Untuk Air b. Tabel. Sifat – Sifat Thermodinamika Untuk Uap c. Tabel. Sifat – Sifat Thermodinamika Untuk Udara 10. Tabel. Data Tabung Kondensor dan Penukar Panas.


DAFTAR NOTASI

Simbol

Keteranga

Satuan

q

Laju Perpindahan Panas

(Kj/det)

K

konduktivitas Thermal

(W/cm, K atau J/cm sK)

A

Luas Penampang

(cm 2 )

dT

Perbedaan Temperature

( 0C , 0 F , K )

dx

Perbedaan Jarak

(m/det)

∆t

Perubahan Suhu

( 0C , 0 F , K )

n

Jarak

(cm, m)

T

Temperature

( 0C , 0 F , K )

Flow

Aliran

(m/det)

Tw

Temperature Dinding

( 0C , 0 F , K )

T∞

Temperature Sekeliling

( 0C , 0 F , K )

h

Koefisien Perpindahan Panas Konveksi

(W , m 2 , 0 C )

R

Tahanan

(Ω)



Ketetapan Stefan Boltzman

(rad , s 2 )

T1,T2

Temperature Permukaan

( 0C , 0 F , K )

Ts

Temperature Sekitar

-

FE

Faktor Emisivitas

-

FG

Faktor Bentuk

-


I

Arus Listrik

(Ampere)

q/A

Arus Panas

( 0C , 0 F , K )

V

Beda Potensial

(Volt)

T

Beda Temperature

( 0C , 0 F , K )

Re

Tahanan Listrik

(Ohm atau V/A)

V

Volume

(m 3 )

P

Panjang

(cm, m)

L

Lebar

(cm, m)

T

Tinggi

(cm, m)

P

Daya

(Watt)

Cos 

Rugi Daya

-

P

Ketetapan Resivitas Baja Tahan Karat

-

L

Panjang Kawat

(cm)

A

Diameter Kawat ( r 2 )

(mm)

Tmax

Temperature Maksimum

( 0C , 0 F , K )

Tmin

Temperature Minmum

( 0C , 0 F , K )

 r2 . L

Volume Permukaan Kawat

(cm 3 )


PERANCANGAN ALAT PEMANAS DAN PENDINGIN AIR MINUM BERTENAGA LISTRIK

Recommend Documents