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
P R O G R A M D I P L O M A I V
F A K U L T A S T E K N I K
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Lembaran Pengesahan Karya Akhir
Judul : PERANCANGAN ALAT PEMANAS DAN PENDINGIN AIR MINUM BERTENAGA LISTRIK
Oleh :
Nama : IRWANSYAH PUTRA NIM : 025202047
Telah diperiksa :
Reviewer I Reviewer II
Ir. Tugiman, MT Ir. Syahrul Abda, MSc NIP. 131 459 557 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
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
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
rekan-rekan 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
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN
KATA PENGANTAR
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR TABEL
DAFTAR LAMPIRAN
DAFTAR NOTASI
BAB I PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang ... 1
1.2 Tujuan Penulisan... 2
1.3 Batasan Masalah ... 3
1.4Metode Penulisan... 3
1.5Sistematika Penulisan ... 4
BAB II LANDASAN TEORI 2.1Konsep 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
2.2Sifat – Sifat Cairan Uap ... 10
2.3Pemanasan dan Pendinginan... 11
2.4Beda Thermodinamika Dengan Perpindahan Kalor ... 12
2.5Mekanisme Perpindahan Kalor... 12
2.5.1 Perpindahan Kalor Konduksi... 13
2.5.2 Perpindahan Kalor Konveksi ... 17
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
3.8 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
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. 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
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
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
DAFTAR NOTASI
Simbol Keteranga Satuan
q Laju Perpindahan Panas (Kj/det)
K konduktivitas Thermal (W/cm, K atau J/cm sK)
A Luas Penampang (cm2)
dT Perbedaan Temperature (0C,0F,K)
dx Perbedaan Jarak (m/det)
∆t Perubahan Suhu (0C,0F,K)
n Jarak (cm, m)
T Temperature (0 ,0 , )
K F C
Flow Aliran (m/det)
Tw Temperature Dinding (0C,0F,K)
T∞ Temperature Sekeliling (0C,0F,K)
h Koefisien Perpindahan Panas Konveksi (W,m2,0C)
R Tahanan (Ω)
Ketetapan Stefan Boltzman (rad,s2)
T1,T2 Temperature Permukaan (0C,0F,K)
Ts Temperature Sekitar -
FE Faktor Emisivitas -
I Arus Listrik (Ampere)
q/A Arus Panas (0C,0F,K)
V Beda Potensial (Volt)
T Beda Temperature (0C,0F,K)
Re Tahanan Listrik (Ohm atau V/A)
V Volume (m3)
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 ( r2) (mm)
Tmax Temperature Maksimum (0C,0F,K)
Tmin Temperature Minmum (0C,0F,K)
2
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang.
Air banyak manfaat dan kegunaannya terutama bagi makhluk hidup. Dalam
kehidupan sehari – hari air digunakan untuk mandi, mencuci dan untuk di minum.
Mengkonsumsi air setiap hari sangat penting, karena air merupakan salah satu sumber
cairan utama di dalam tubuh, pada umumnya di dalam kehidupan sehari - hari apabila
cuaca dingin sangat di pererlukan air minum yang hangat untuk menghangatkan
tubuh dan sebaliknya apabila cuaca panas membutuhkan air dingin untuk
menyegarkan tubuh. Maka untuk mendapatkan air panas dan air dingin tersebut
harus memiliki alat pemanas dan pendingin tersebut, biasanya untuk mendapatkan air
panas masih menggunakan kompor minyak atau kompor gas elpiji dan untuk
mendapatkan air dingin memerlukan mesin pendingin (kulkas). Seiring dengan
perkembangan zaman telah di temukan cara yang sangat mudah dan praktis untuk
mendapatkn air panas dan air dingin tersebut, hanya dengan menunggu beberapa
menit sudah bisa langsung dapat menikmatinya, yaitu dengan alat dispenser. Mesin
dispenser adalah mesin pemanas dan pendingin air bertenaga listrik yang diracan
dengan sangat sederhana, dan prinsip kerja dari alat tersebut cepat, praktis, dan aman.
Adapun cara penggunaan dispenser ini sangatlah mudah, hanya tinggal
air mineral kemasan gallon. Karena pada dasarnya dispenser hanya di rancang untuk
pemanas dan pendingin saja, tidak untuk memasak atau untuk membuat es seperti
pada alat pemanas dan pendingin lainnya. Dispenser hanya menggunakan tabung atau
tangki tempat penampungan air yang akan dipanaskan dan didinginkan, kapsitas
tabung pemanas minimal 5 L/jam, dan kapasitas tabung pendingin 0,7 L/jam, tabung
pemanas terbuat dari bahan stainless steel sedangkan tabung untuk pendingin terbuat
dari plastik. Dengan suhu yang di hasilkan alat pemanas 80º - 90º, sedangkan untuk
temperatur alat pendingin 150C.
Dari spesifikasi yang ada dispenser di rancang dengan beban listrik relative
rendah agar bisa digunakan pada perumahan atau perkantoran, daya listrik yang
dibutuhkan pada dispenser 350 watt / 220 v.
Dalam hal ini untuk membuat karya akhir tentang perancangan alat pemanas
dan pendingin air tersebut, dan melakukan penelitian serta mencoba untuk merancang
ulang alat pemanas dan pendingin dengan memanfaatkan komponen – komponen
yang ada.
1.2 Tujuan Penulisan
Tujuan yang hendak dicapai dalam penulisan karya akhir ini adalah untuk
mengaplikasikan mata perkuliahan yang di dapatkan selama ini dalam perkuliahan
dan untuk meningkatkan pengetahuan dalam menganalisa perancangan alat pemanas
permasalahan kelak dan juga sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi
Teknologi Mekanik Industri, (D IV) FT. USU.
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penulisan karya akhir ini adalah :
Perancangan Ulang Alat Pemanas Dan Pendingin Air Minum
Spesifikasi Peralatan Dan Bahan
Analisa Perhitungan Beban Pemanasan
Analisa Perhitungan Beban Pendinginan
1.4 Metode Penulisan
Metode penulisan rancang ulang alat pemanas dan pendingin bertenaga listrik
antara lain:
Studi Literatur
Untuk menambah wawasan perlu studi literature dengan mempelajari buku –
buku tentang pemanas dan pendingin atau karya ilmiyah yang berhubungan dengan
Konsultasi Dengan Dosen Pembimbing
Dalam penulisan karya akhir ini perlu mengadakan konsultasi/responsi
dengan dosen pembimbing.
Observasi Data
Melakukan observasi data – data benda kerja melalui media internet dan dari hasil
pengamatan langsung dengan benda kerja.
Analisa data
Menghitung beban pemanas dan pendingin dengan menggunakan buku-buku
pedoman serta melakukan pengujian terhadap alat tersebut.
Membuat Kesimpulan
Setelah menyelesaikan laporan karya akhir dapat mengambil kesimpulan tentang
hasil dari perancangan dan analisa tersebut.
1.5 Sistematika Penulisan
Laporan Karya Akhir ini terdiri dari 5 bab, berdasarkan penulisan-penulisan
tertentu,yang nantinya diharapkan agar pembaca lebih mudah dalam memahaminya.
Sistematika penulisannya adalah sebagai berikut :
1). BAB I, Merupakan Pendahuluan yang berisikan tentang Latar Belakang,
Tujuan Penulisan, Batasan Masalah, Metode Penulisan Dan Sistematika
2). BAB II, Merupakan landasan teori yang mendukung mengenai perancangan
alat pemanas dan pendingin air minum bertenaga listrik ini.
3). BAB III, Merupakan spesifikasi peralatan yang digunakan , serta proses
kerja dari benda yang dirancang.
4). BAB IV, Merupakan pembahasan mengenai analisa dari perhitungan beban
pemanasan dan pendinginan dari alat yang dirancang.
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Konsep Dasar Perpindahan Kalor
Perpindahan panas mencakup mengenai perpindahan energi karena perbedaan
temperatur diantara dua benda atau material. Disamping itu perpindahan panas juga
meramalkan laju perpindahan panas pada kondisi tertentu.
Persamaan fundamental didalam perpindahan panas merupakan persamaan
kecepatan yang menghubungkan kecepatan perpindahan panas sebagai diantara dua
sistem dengan sifat termodinamis dalamsistem tersebut. Gabungan persamaan
kecepatan, kesetimbangan energi, dan persamaan keadaan termodinamis
menghasilkan persamaan yang dapat memberikan distribusi temperatur dan kecepatan
perpindahan panas. Jadi, pada dasarnya teori perpindahan panas adalah
termodinamika dengan persamaan kecepatan yang ditambahkan.
Berbagai konsep, model, dan hukum Thermodinamika dan perpindahan kalor
dikembangkan dari serangkaian konsep yang di kembangkan dari dunia fisika, model
khusus, dan juga hukum yang digunakan untuk memecah masalah dari system
rancangan.
Oleh karena termodinamika berkisar pada energi maka seluruh sifat-sifat
termodinamika berkaitan dengan energi. Keadaan atau kondisi termodinamika suatu
2.1.1 Suhu ( t )
Suhu dari suatu bahan menyatakan keadaan termalnya dan kemampuannya
untuk bertukar energi dengan bahan lain yang bersentuhan dengannya. Jadi suatu
bahan yang bersuhu lebih tinggi akan memberikan energi kepada bahan lain yang
suhunya lebih rendah . Titik acuan bagi skala celcius adalah titik beku air ( 0 ºC) dan
titik didih air 100 ºC .
Suhu absolute ( T ) adalah derajat diatas suhu nol absolute yang dinyatakan
dengan dengan Kelvin : ( K ) ; yaitu T = t ºC + 273. oleh karena itu interval antar
suhu pada kedua skala suhu tersebut identik maka beda suhu pada suhu Celcius
dinyatakan dengan Kelvin (K).
2.1.2 Tekanan ( p )
Tekanan adalah gaya normal (tegak lurus) yang diberikan oleh suatu fluida
per-satuan luas benda yang terkena gaya tersebut.tekanan absolute adalah tekanan
diatas nol (tekanan yang sebenarnya yang berada diatas nol ): tekanan pengukuran
( gauge pressure) diukur atas tekanan atmosfer suatu tempat ( nol tekanan pengukuran
= tekanan atmosfer ditempat atmosfer ditempat tersebut ).
Satuan yang dipakai untuk tekanan adalah newton per-meter kuadrat ( N/m ), juga
disebut pascal (Pa).newton adalah satuan gaya.
2
Tekanan dapat diukur dengan instrument seperti tera-ukur tekanan ( pressure
gauges) atau manometer yang diperlihatkan secara skematik, dipasang pada suatu
saluran udara.oleh karena salah satu ujung manometer terbuka ke atmosfer maka
pergeseran muka air dalam manometer hanya menunjukkan tekanan pengukuran.
2.1.3 Kalor Spesifik
Kalor spesifik dari suatu alat bahan adalah jumlah energi yang diperlukan
untuk menaikkan suhu satu-satuan massa bahan tersebut sebesar 1 ºK. Oleh karena
besaran ini dipengaruhi oleh cara proses berlangsung, maka cara kalor ditambahkan
atau dilepaskan harus disebutkan. Dua besaran yang umum adalah kalor spesifik pada
tekanan tetap (cp). Besaran yang kedua lebih banyak berguna bagi kita karena banyak
dipakai pada proses pemanasan dan pendinginan dalam teknik refrigerant dan
pengkondisian udara.
Nilai pendekatan untuk kalor spesifik dari beberapa bahan yang penting
adalah sebagai berikut:
Udara kering
2.1.4 Perubahan Temperature.
Apabila proses dengan tekanan tetap diatas ditambahkan batasan dengan
meniadakan kerja yang dilakukan terhadap bahan, misalnya pada sebuah compressor
maka jumlah kalor yang diberikan atau dilepaskan per-satuan massa adalah
perubahan entalpi dari bahan itu. Tabel dan grafik untuk berbagai bahan sudah
tersedia. Nilai entalpi ini didasarkan pada sejumlah bidang datar data yang dipilih
secara bebas. Sebagai contoh, bidang datar data untuk air dan uap air (steam) adalah
suatu nilai entalpi bagi air pada suhu 0 ºC . berlandaskan pada bidang datar tersebut
entalpi air pada suhu 100 ºC adalah 419,06 kJ/kg dan uap air pada (steam) pada 100
ºC adalah 2676 kJ/kg.
Sifat entalpi dapat juga menyatakan laju pemindahan kalor untuk proses yang
pada umumnya terjadi penguapan atau pengembunan, misalnya proses didalam ketel
air atau koil pendingin udara dimana uap air mengembun.
Entalpi, MJ/kg
Gambar 2.1 Diagram Rangka Hubungan Tekanan- Entalpi Air
2.2 Sifat –Sifat Cairan – Uap
Umumnya sistem pemanasan atau pendingin menggunakan aliran
substansi-substansi yang berupa cairan atau uap yang berubah-ubah keadaannya saat menjalani
pendauran. Contoh dari substansi ini adalah uap air dan refrigran. Oleh karena
tekanan, suhu, dan entalpi adalah sifat penentu selama perubahan, hubungan antara
sifat-sifat ini dimuat dalam table atau digambarkan pada grafik misalnya diagram
hubungan entalpi yang ditunjukkan pada diagram diatas.
Tiga daerah utama dalam diagram ini adalah (1) daerah cairan bawah dingin
(subcooled-liquid) pada bagian kiri, (2) daerah cairan uap dibagian tengah, dan (3)
daerah uap panas-lanjut (superheated-steam) pada bagian kanan. Dalam daerah 1
hanya terdapat cairan , dalam daerah 3 hanya terdapat uap, dan dalam daerah 2
terdapat cairan dan uap bersama-sama. Daerah 2 dan 3 dipisahkan oleh garis uap
jenuh. Bila bergeser dari kiri ke kanan sepanjang garis mendatar dengan tekanan
konstan, yaitu dari garis cair-jenuh, campuran cairan dan uap berubah dari 100 persen
cairan ke 100 persen uap.
Tiga garis suhu konstan yang diperlihatkan pada grafik diatas , untuk t = 50
ºC, t = 100 ºC, dan t = 150 ºC . air mendidih pada suhu yang lebih tinggi bila tekanan
lebih tinggi. Untuk tekanan pada 12,3 kPa, air mendidih pada suhu 50 ºC, tapi pada
Gambar 2.2 Konduktifitas Termal Beberapa Zat Cair
Sumber: Lit. 3. Halaman, 9
2.3 Pemanasan Dan Pendinginan
Pada kebanyakan proses pemanasan dan pendinginan, misalnya pada pemanas
air dan pada ketel., perubahan beberapa bagian energi diabaikan. Sering kali
perubahan energi kinetik sebesar 2/2 dan energi potensial dari titik yang lain sebesar 9,81z dapat diabaikan jika terlalu kecil dibandingkan dengan besarnya
perubahan entalpi, kerja yang dilakukan atau perpindahan kalor. Apabila dalam
proses tidak ada kerja yang dilakukan oleh pompa, Kompresor atau mesin,
maka W = 0. karena itu persamaan energi disederhanakan menjadi:
artinya, laju perpindahan kalor sama dengan dengan laju aliran massa
dikalikan dengan perubahan entalpy.
2.4 Beda Termodinamika Dengan Perpindahan Kalor
Analisis termodinamika difokuskan pada kondisi kesetimbangan
( meramalkan energi yang diperlukan untuk mengubah keseimbangan
yang satu menjadi sistem keseimbangan yang lain).
Analisis perpindahan panas difokuskan pada laju perpindahan panas.
Konsep temperature
Untuk aliran fluida yang tidak terdapat aliran massa atau aliran arus. Disini
perpindahan panas terjadi karena adanya perbedaan temperature atau adanya gradien
panas.
Konsep tegangan
Perpindahan panas dapat terjadi tanpa adanya perbedaan temperature.Tetapi
dengan perbedaan tegangan dapat terjadi perpindahan panas. Contohnya efek yang
terjadi pada termolistrik.
Sifat perpindahan panas
Jika suatu benda yang mengalami kontak termal, maka panas akan mengalir
2.5Mekanisme Perpindahan Kalor
Mekanisme Perpindahan Kalor dibagi menjadi tiga , yaitu :
Perpindahan Kalor Konduksi
Perpindahan Kalor Konveksi
Perpindahan Kalor Radiasi
2.5.1 Perpindahan Kalor Konduksi
Adanya gradient temperature akan terjadi perpindahan panas. Dalam benda
padat perpindahan panas timbul karena gerakan antar atom pada temperature yang
tinggi, sehingga atom-atom tersebut dapat memindahkan panas. Didalam cairan atau
gas, panas dihantar oleh tumbukan antar molekul.
Gambar 2.3 Diagram Tempertur Vs Posisi
Persamaan Dasar Konduksi :
- q = -kA
dX dT
Keterangan :
q = Laju Perpindahan Panas (kj / det)
k = Konduktifitas Termal (W / cm K atau j / cm sK)
A = Luas Penampang (cm2)
dT = Perbedaan Temperatur (0C,0F)
dX = Perbedaan Jarak (m / det)
ΔT = Perubahan Suhu (0C,0F)
Hukum Umum Konduks.
Hubungan dasar aliran panas melalui konduksi adalah perbandingan antara
laju aliran panas yang melintas permukaan isothermal dan gradient yang terdapat
pada permukaan tersebut berlaku pada setiap titik dalam suatu benda pada setiap titik
dalam suatu benda pada setiap waktu yang dikenal dengan hukum fourier, yaitu :
dA dq
= - k
n T
Keterangan :
A = luas permukaan isothermal (cm2)
n = jarak, diukur normal (tegak lurus) terhadap permukaan (cm, m)
q = lajualiran panas yang melintasi permukaan pada arah normal (kj/det)
T = temperatur (0C,0F)
Konduktivitas Termal
Tetapan kesebandingan (k) adalah sifat fisik bahan atau material yang disebut
konduktivitas termal. Satuan yang digunakan dalam konduktivitas termal adalah
kal/cm Sk. Untuk mengubah satuan ini ke Btu/ft jam ºR dikalikan dengan 242,9 dan
untuk mengubah menjadi W / cm K atau J / cm Sk dikalikan dengan 4,1866.
Berdasarkan rumusan itu maka dapatlah dilaksanakan pengukuran dalam percobaan
untuk menentukan konduktifitas termal berbagai bahan. Pada umumnya
konduktivitas termal itu sangat tergantung pada suhu.
Daftar Tabel 2.1 Konduktivitas Termal Berbagai Bahan pada 00C
bukan logam
kuarsa ( sejajar sumbu )
magnesit
marmar
batu pasir
Kaca, jendela
Kayu maple atau ek
Serbuk gergaji
Minyak lumas, SAE 50
2.5.2 Perpindahan Kalor Konveksi
Perpindahan panas terjadi secara konveksi dari pelat ke sekeliling atau
sebaliknya. Perpindahan panas konveksi dibedakan menjadi dua yaitu konveksi bebas
dan konveksi paksa.
Gambar 2.4 Perpindahan Panas Konveksi
Konveksi Pelat
Pada konveksi pelat akan mendingin lebih cepat dapat dilihat pada gambar
berikut:
Keterangan:
Flow = Aliran (m/detik)
U = Koefisien Perpindahan Panas (W /m2,0C)
U = Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh(W /m2,0C)
q = Laju Perpindahan Panas (kj/det atau W)
Tw = Temperatur Dinding(0C,oF)
T = Temperatur Sekeliling (0C,oF)
Persamaan Dasar Konveksi
TW > T
q = h A (Tw – T)
Keterangan :
q = laju perpindahan panas (kj/det atau W)
h = koefisien perpindahan panas konveksi (W/m2,0C)
A = luas permukaan (ft2atau m2)
Tw = temperature dinding (0C,oF,K)
Prinsip Perpindahan kalor Secara Konveksi
Panas yang dipindahkan pada peristiwa konveksi dapat berupa panas laten dan
panas sensible. Panas laten adalah panas yang menyertai proses perubahan fasa,
sedang panas sensible adalah panas yang berkaitan dengan kenaikan atau penurunan
temperature tanpa perubahan fasa.
Jenis Konveksi Menurut Proses Aliran Fluida
Jika proses aliran fluida diinduksi oleh pompa atau sistem sirkulasi yang lain,
maka peristiwa konveksi paksa. Jika aliran fluida yang disebabkan oleh pemanasan,
maka proses tersebut disebut peristiwa alamiah.
Laju Perpindahan kalor
Untuk menyatakan laju perpindahan panas dinyatakan sebagai fluks kalor
perhitungannya Didasarkan atas luas perpindahan panas sehingga fluks kalor
didefenisikan sebagai laju perpindahan panas persatuan luas dengan satuan Btu / jam
s atau Watt / m2 2 atas dasar luas bidang tempat berlangsung-nya aliran kalor.
Selanjutnya, fluks kalor dihubungkan dengan perbedaan temperature yang ditentukan
melalui koefisien perpindahan panas konveksi (konduktans konveksi) h yang
didefenisikan sebagai berikut :
A q
Keterangan :
A q
= fluks kalor
h = koefisien perpindahan panas konveksi
T = perbedaan temperatur
jika h dan t diketahui , maka
A q
dapat dihitung. Untuk sebuah tahanan
termal dalam peristiwa konveksi didefinisikan sebagai berikut :
R =
h
1
Dimana : R = tahanan termal konvektif
h = konduktan konvektif
Daftar Tabel 2.2 Nilai Kira - Kira Koefisien Perpindahan – Kalor Konveksi
h
Modus W m2 0C
.
/ Btu. ft2. 0F
Konveksi bebas,ΔT =30o
Plat vertical, tinggi 0,3 m
(1 ft) di udara
Silinder horizontal, diameter 5 cm
di udara
Silinder horizontal, diameter 2 cm
4,5
6,5
0,79
dalam air
Konveksi paksa
Aliran udara 2 m/s di atas plat
bujur sangkar 0,2 m
Aliran udara 35 m/s di atas plat
bujur sangkar 0,75 m
Udara 2 atm mengalir di dalam
tabung diameter 2,5 cm,
kecepatan 10 m/s
Air 0,5 kg/s mengalir di dalam
tabung 2,5 cm
Air udara melintas silinder
Diameter 5 cm, kecepatan
50 m/s
Air mendidih
Dalam kolam atau bejana
Mengalir dalam pipa
Pengembunan uap air, 1 atm
Muka vertical
Di luar tabung horizontal
890
2.5.3 Perpindahan Kalor Radiasi
Perpindahan panas oleh perjalanan foton yang tak terorganisasi. Setiap
benda-benda terus-menerus memancarkan foton secara serampangan didalam arah,waktu,
dan energi netto yang dipindahkan oleh foton tersebut, diperhitungkan sebagai panas.
Persamaan Dasar Radiasi :
q = A (T14- T24)
Keterangan :
q = laju perpindahan panas (Kj / menit)
A = luas permukaan (cm2)
= ketetapan Stefan boltzman (rad/s2)
T1,T2 = temperature permukaan (0C0F)
2.5.4 Gabungan Konduksi, Konveksi & Radiasi
Apabila perpindahan panas secara konduksi, konveksi, dan radiasi
Gambar 2.6 Gabungan Konveksi, Konduksi, Dan Radiasi
Hubungan Persamaan
Kalor Yang Dikonduksi = Kalor Radiasi + Kalor Konveksi
- k A
dX dT
= FE FG A (TW4 -TS4) + h A (TW-T)
Keterangan :
TW = temperatur dinding
TS = temperatur sekitar
T = temperatur fluida
FE = faktor emisivitas
2.6Analogi Aliran Panas Dan Aliran Listrik
Analogi aliran panas dan aliran listrik adalah sumber penyebab-penyebab
terjadinya perindahaan kalor.
Rumus aliran panas dan aliran listrik:
Listrik Panas
i = Re
V
A q
=
Rth T
Keterangan :
i = Arus Listrik (Ampere)
q/A = Arus panas (0C0F)
V = Beda Potensial (Volt)
T = Beda Temperatur (0C0F)
Re = Tahanan Listrik ( ohm atau V/A)
R = Tahanan Panas (ohm)
2.7Prinsip Dasar Mesin Pendingin
Pada dasarnya tiap-tiap mesin pendingin terdiri atas:
Motor penggerak
Kompresor
Pipa kapiler/keran expansi
Pipa penguapan (evaporator) dan
Refrigerant
2.7.1Motor pengerak (motorlistrik)
Dalam sitim kerja mesin pendingin motor listrik sebagai penggerak pada
kompresor, sedangkan kompresor bertugas untuk menghisap dan menekan refrigerant
sehingga refrigerant beredardalam unit mesin pendingin. Di sini kompresor dan
motor listrik benar-benar menjadi satu unit yang tertutup rapat.
Prinsip kerja mesin pendingin ialah jika motor penggerak berputar maka akan
memutar kompresornya. Dengan berputarnya kompresor maka refrigerant (yang
dalam wujud gas) akan naik suhu maupun tekanannya. Hal ini disebabkan
molekul-molekul dari refrigerant bergerak lebih cepat dan saling bertabrakan akibat adanya
kompresi.
Disini berlaku hukum Boyle, pada saat terjadinya kompresi (volume gas diperkecil).
Gas dimampatkan, maka tekanan gas akan naik. Volume gas berbanding terbalik
terhadap tekanannya (pada temperatur konstan).
tan) (
tan 2
2 1
1V PV kons Tkons
P
Dapat disimpulkan bahwa dengan kompresor, suhu dan tekanan gas refrigeran akan
2.7.2Saringan
Biasanya saringan terdiri atas silica gel dan screen. Silica gel fungsinya untuk
menyerap kotoran, air, sedangkan screen yang terdiri dari kawat kasa yang halus
gunanya untuk menyaring kotoran dalam sistim, umpamanya potongan timah, karat
dan lain sebagainya. Jadi dalam sistim tidak ikut mengalir: air, asam, serbuk-serbuk
atau kotoran-kotoran. Pada kompresor apa bila motornya terbakar, saringan harus
diganti yang baru. Apabila kotoran-kotoran akibat kawat yang terbakar tersebut
melewati pipa kapiler atau keran expansi, akan mengakibatkan saluran
buntu/tersumbat.
Apabila pipa kapiler/keran expansi (refrigerant control) buntu maka tidak akan
terjadi proses pendinginan. Waktu menyambung saringan dengan pipa kapiler/keran
expansi, bagian saringan yang disambung dengan refrigerant control letaknya
sebaiknya lebih rendah dibandingkan dengan bagian saringan yang disambung
dengan kondensor agar hanya refrigerant cair saja yang mengalir masuk ke refrigerant
control.
2.7.3Pipa Kapiler (keran expansi)
Pipa kapiler ini gunanya untuk menurunkan tekanan dan mengatur jumlah
cairan refrigerant yang mengalir, diameter dari pipa kapiler tergantung pada kapasitas
mesin pendinginnya. Penggunaan pipa kapiler pada mesin pendingin akan
mempermudah pada waktu start karna dengan menggunakan pipa kapiler pada saat
Pada waktu keluar dari pipa kapiler (sebelum masuk ke evaporator) suhu dan tekanan
dari refrigerant menjadi lebih rendah dari semula. Untuk lebih menurunkan suhu
cairan refrigerant maka dipergunakan sistim penukar panas (Heat Exchanger).
2.7.4 Katup Ekspansi (Thermostatic Expansion Valve)
Thermostatic expansion valve terdiri dari bagian-bagian yang hampir sama
dengan automatic expansion valve. Tambahannya adalah jarum yang dihubungkan
dengan flexible metal (bellow/diafragma) kedudukannya diatur oleh sensing bulb
yang peka terhadap pengaruh panas (secara otomatis).
Sensing bulb tersebut dipasang pada suction line dihubungkan dengan expansion
valvenya dengan perantaraan pipa kapiler, jika sensing bulb dingin maka tekanannya
rendah karena zat yang ada didalamnya sebagian berubah menjadi cair. Akibatnya
diafragma, jarum bergerak keatas menutup aliran cairan refrigerant. Sebaliknya
apabila sensing bulb panas, sebagian dari control fluid menguap sehingga tekanannya
naik, akibatnya diafragma jarum bergerak kebawah membuka aliran cairan
refrigerant.
2.7.5 Refrigeran (bahan pendingin)
Bahan pendingin adalah suatu zat yang mudah dirubah bentuknya dari gas
menjadi cair atau sebaliknya, dipakai untuk mengambil panas dari evaporator dan
Syarat-syarat untuk bahan pendingin adalah:
Tidak beracun
Tidak dapat terbakar atau meledak sendiri atau bila bercampur dengan udara,
pelumas dan lain sebagainya.
Tidak menyebabkan korosi terhadap logam yang dipakai pada sistim
pendingin.
Bila terjadi kebocoran mudah dicari.
Mempunyai titik didih dan tekanan kondensasi yang rendah.
Mempunyai susunan kimia yang stabil, tidak terurai setiap kali dimampatkan,
diembunkan dan diuapkan.
Perbedaan antara tekanan penguapan dan tekanan pengembusan (kondensasi)
harus sekecil mungkin.
Mempunyai panas latent penguapan yang besar agar panas yang diserap
evaporator besar jumlahnya, sebaliknya bahan pendingin sedikit.
Tabel. 2.3 Bahan pendingin didefinisikan dengan angka-angka tersebut dibelakang huruf R (refrigerant)
Nomor
Refrigerant
Kode warna
Cylinder
Nama dan rumus kimia
R-11
Trichloromonofluoromethane CCI3F
Dichlorodifluoromethane CCI2F2
R-500
Sumber: Lit. 4. Halaman
Untuk setiap mesin pendingin refrigerant yang digunakan berbeda-beda tergantung
penggunaanya / kapasitas, jenis kompresor dan lain-lainnya. Kadang satu type
refrigerant cocok untuk penggunaan beberapa penggunaan.
Domistic refrigerator R-12, R-22
Domistic food freezers R-12, R-22, R-502
Automobile air conditioning R-12
Home air conditioning R-22, R-500
Publik building air conditioning
Pemilihan type dari refigerant yang digunakan pada mesin pendingin sudah
ditentukan oleh pabrik dengan beberapa pertimbangan. Selain pertimbangan
mengenai penggunaan / kapasitas seperti telah dijelaskan diatas bahwa juga harus
dipertimbangkan jenis kompresor yang dipakai.
2.8 Proses Pendinginan
Proses mesin pendingin melalui beberapa tahap sebagai berikut:
2.8.1Kerja Kompresi
Kerja kompresi (Btu/lb) merupakan perubahan entalpy pada proses dibawah
ini:
Skema proses pendinginan dapat dilihat pada diagram aliran sebagai berikut:
Gambar.2.8 Diagram aliran
Hubungan ini diturunkan dari persamaan aliran energi tetap (steady flow of
energy):
2.8.2 Laju pengeluran Kalor
Pelepasan kalor dalam Btu/lb adalah perpindahan kalor dari refrigeran pada
proses kerja pendinginan. Pengetahuan ini juga berasal dari persamaan aliran energi
yang steady, dimana energi kinetik, energi potensial, dan kerja dikeluarkan.
2.8.3 Dampak Refrigerasi (Re)
Dampak refrigerasi dalam Btu/lb adalah kalor yang dipindahkan pada proses
. Besarnya harga bagian ini adalah sangat penting diketahui karna proses ini
merupakan tujuan utama dari seluruh sistim.
2 1 h
h
1 2 Reh h
Keterangan:
- Re = Efek Refrigerasi (Refrigration Effect)
2.8.4 Koefisien Perstasi (COP)
Koefisien prestasi dari dayr kompresi uap ideal adalah dampak refrigerasi
dibagi dengan kerja kompresi.
4 3
1 2
h h
h h COP
Keteranagan :
BAB III
Perencanaan Alat Pemanas dan Pendingin
3. 1 Casing
Untuk pembuatan casing direncanakan terbuat dari bahan triplek lapis. Casing
ini berbentuk balok, direncanakan tinggi = 45 cm, lebar = 30 cm, panjang = 30 cm.
Pada bagian atas casing dibuat lubang yang berfungsi sebagai tempat
dudukan. Pada lubang tersebut dibuat corong penampungan air dengan 3 lubang
saluran.
Pada bagian sisi atas casing dilapisi dengan plat baja yang tahan karat
(stainless). Pemakaian bahan stainless ini berfungsi untuk menjaga rembesan
tumpahan air terhadap casing yang berbahan triplek lapis.
3. 2 Bagian Dari Alat Pemanas
Pada alat pemanas air membutuhkan daya sebesar 300 watt listrik, dengan
spesifikasi peralatan yang digunakan pada perencanaan alat pemanas adalah :
3.2.1 Tabung Pemanas
Tabung pemanas terbuat dari baja tahan karat, dengan dimensi yang
direncanakan
Gambar. 3.2 Tabung Pemanas
- Diameter Tabung = 10 cm
- Tinggi Tabung = 15 cm
Maka dapat diketahui volume tabung pemanas adalah :
V = ∏ r2 x t
= 1177.5 cm3
= 1.1775 L
Maka dalam hal ini perencanaan pada tabung pemanas direncanakan
berkapasitas 1.2 L.
Pada tabung pemanas terdapat tiga saluran air, yakni :
Saluran air masuk.
Saluran air masuk terdapat pada bagian bawah tabung pemanas dengan
ukurannya : Tinggi = 2 cm
Diameter saluran = ½ inchi.
Saluran air keluar.
Saluran air keluar terdapat pada bagian tutup atas tabung, saluran ini berfungsi
untuk jalur keluarnya air yang telah dipanaskan menuju kran air.
Adapun ukurannya :
Tinggi = 2 cm
Diameter = ½ inchi
Saluran kesetimbangan air
Saluran ini berfungsi sebagai media kontrol air yang masuk kedalam tabung,
karena saluran ini memastikan bahwa tabung pemanas yang dioperasikan
benar-benar telah penuh dengan air.
Perencanaan ukuran pada saluran kesetimbangan air :
Tinggi = 2 cm
Saluran pembuangan air
Saluran pembuangan air dirancang untuk membuang air yang tedapat didalam
tabung pemanas, manakala pada kita membersihkan tabung.
Perencanaan ukuran dari saluran pembuangan air :
Tinggi = 2 cm
Diameter = ¼ inchi
Kaki penyangga
Kaki penyangga berfungsi sebagai penopang tabung pemanas didalam casing.
Kaki penyangga direncanakan dengan tinggi 8 cm.
3.2.2 Koil Pemanas
Koil pemanas terdapat didalam tabung pemanasan. Koil pemanas berbentuk 2
lilitan, dimana material dari koil pemanas tersebut direncanakan dari baja tahan karat.
Arus listrik yang dialirkan terhadap koil pemanas akan bereduksi panas, sehingga
mengakibatkan perpindahan panas menyeluruh terhadap air didalam tabung
pemanasan.
3.2.3 Termostat.
Termostat adalah alat kontrol untuk mengatur suhu didalam tabung pada batas
suhu yang tertentu dengan membuka dan menutup kontak listrik secara otomatik.
Gambar. 3.3 Thermostat
Pada dinding tabung pemanas direncanakan dipasang 2 buah thermostat
dengan spesifikasi :
Merek CQC
Tipe KSD 30183
Thermostat 1 direncanakan sebagai pemutus arus listrik terhadap tabung
pemanasan
Thermostat 2 direncanakan sebagai pemutus aliran lampu yang berfungsi
sebagai display pada saat pemanasan.
Kedua thermostat ini akan segera memutuskan aliran listrik, apabila suhu didalam
tabung pemanasan sudah mencapai 80oC. Adapun prinsip kerja thermostate
Terminal Arus
R IN PUT
(220-240)V
Pegas
Gambar. 3.4 Prinsip Kerja Thermostate
Apa bila suhu mencapai 80 maka pegas akan memuai dan mendorong
terminal arus sehingga arus putus atau berhenti, dan sebaliknya apa bila suhu menjadi
rendah maka pegas akan menyusut dan terminal arus akan terhubung kembali,
sehingga arus mengalir ke R (Resistor).
C
0
3.3 Bagian - Bagian Pada Alat Pendingin
Pada alat pendingin dibutuhkan daya sebesar 50 watt. Adapun peralatan yang
3.3.1
arena elemen pendingin ini berada pada kotak pendingin yang
ipasangkan senyawa.
Kotak pendingin dan elemen pendingin.
Kotak pendingin dan elemen pendingin merupakan satu bagian alat yang telah
jadi dari pabrikannya, k
d
Gambar 3.5 Tabung Pendingin
un spesifikasi dan dimensi dari kotak pendingin dan elemen
kotak pendingin.
etahui volume dari kotak pendinginan Adap
pendingin :
Dimensi
Panjang = 8 cm
Lebar = 8 cm
Tinggi = 12 cm
Maka dapat dik
V = P x L x T
= 768 cm3
= 0.768 L
Maka volume dari kotak pendingin dibula
tkan saja menjadi 0.8 L. Sedangkan,
pada el
san batas dank arena itu juga pada
karakte
kerja elemen pendingin dari pengaruh
temper
ang masing-masing berfungsi :
½ inchi.
cm, diameter = ½ inchi.
Dengan dimensi tinggi = 2 cm, diameter = 1/4. inchi. emen pendingin berdimensi 4 cm x 4 cm.
System teknik pendinginannya ialah pendinginan transpirasi atau pemeluhan
(Transpiration cooling). Dimana sebuah plat rata berpori diberi arus aliran kecepatan
tinggi. Sementara, fluida fluida didorong melalui plat pelapisan batas. Proses injeksi
membawa energi tambahan keluar dari daerah yang dekat dengan permukaan plat,
yaitu tambahan diatas energi yang biasanya dihantar kelapisan batas. Hal ini akan
memberi pengaruh profil kecepatan lapi
ristik serek-gesek (Frictional-Drag).
Kotak pendingin dibugkus dengan steroafoam atau gabus. Sterofoam ini
berfungsi untuk meningkatkan efesiensi
ature panas luar dari dalam casing.
Pada kotak pendingin terdapat 3 saluran air y
Saluran masuk air kedalam kotak pendinginan.
Dengan dimensi tinggi = 2 cm, diameter =
Saluran keluar air yang telah didinginkan.
Dengan dimensi tinggi = 2
3
ensor thermal harus ditempatkan pada daerah atau titik yang suhunya akan
diatur.
.3.2 Sensor thermal.
Sensor thermal berbentuk tabung atau pipa kapiler dapat dipasang pada semua
sisi, tetapi harus membuat kontak yang baik dengan bagian yang suhunya sedang
diatur. S
Gambar.3.6 Sensor Thermal
3.3.3
p panas
an dingin. Alat tersebut menggunakan arus searah (DC) positif dan negatif . Elemen Pendingin Elektronik (Peltier)
Pada perancangan alat pendingin ini tidak menggunakan kompresor,refrigeran
untuk proses pendinginan, tetapi menggunakan alat pendingin elektronik (PELTEIR).
Pelteir adalah sebuah elemen pendingin elektronik, alat tersebut bisa menyera
Gambar 3.7 Elemen Pendingin Elektronik (peltier)
3.3.4 Sirip pendingin.
Sirip pendingin berfungsi untuk mempercepat perpindahan laju kalor yang
berasal dari elemen pendingin agar tidak mempengaruhi suhu air yang dihasilkan dan
juga memaksimalkan kinerja dari elemen pendingin. Adapun dimensi dari sirip
pendingin yang digunakan adalah 9.5 cm x 10 cm.
Sirip yang digunakan pada alat pendingin ini berjenis sirip longitudinal dengan profil
parabola. Adapun bahan dari sirip ini adalah aluminium.
3.3.5Kipas.
Untuk lebih meningkatkan efisiensi kerja dari elemen pendingin maka hawa
dingin akan ditarik oleh kipas untuk dibuang keluar
kipas yang digunakan pada alat pendingin, yaitu :
- Merek Comwinton Electric
- Diameter kipas 3.5 inchi
- Jumlah daun kipas = 7 buah
- Tipe = PLG 2 S 12 M
- DC = 12 V, I = 0.20 A panas yang diserap oleh sirip pen
kalor panasnya.
Adapun spesifikasi dari
3.4 Rangkaian kontrol listrik
Kontrol listrtk adalah suatu alat yang bekerja memakai daya listrik dan dapat
mengatur arus listrik. Alat control listrik diantaranya terdiri dari saklar, solenoid,
kontaktor, pengaman motor listrik, lampu sinyal dan transformator.
Gambar. 3.10 Alat Pengontrol Pada Pendingin
3.5 Saklar listrik.
Pada perancangan alas pemanas dan pendingin ini digunakan 2 saklar utama
yang langsung terhubung dengan arus listrik. Saklar ini ditempatkan pada bagian
belakang sisi atas casing.
3. 6 Lampu LED
Lampu LED berfungsi sebagai lampu sinyal pada saat alat pemanas maupun
ng dioperasikan.
. 8 Selang Karet
ng karet digunakan sebagai saluran keluar masuknya air. Selang karet
3.9 Keran
pung dengan
menggunaka seluruhnya tiga buah, keran pertama
untuk air dingin, keran kedua untuk air bi
Gambar.3.12 Keran alat pendingin seda
3.7 Lampu Standby
Lampu standby yang dipasang pada casing membutuhkan arus 1 watt.
3
Sela
yang digunakan berbahan karet silicon, karena memiliki sifat yang tahan panas
meskipun dilalui fluida yang susu deformasi thermalnya 200oC dan ketahanan dingin
yang juga sangat baim hingga mampu pada suhu -75oC.
Keran digunakan untuk tempat air di keluarkan atau ditam
n gelas, cangkir. Jumlah keran
3.10 Skema Aliran Listik
Skema aliran listrik pada alat pemanas dan pendingin air minum ini dapat terlihat
pada gambar 3.13. dimana arus listrik yang merupakan sumber daya utama dapat
terlihat secara jelas system pembagian arus baik pada komponen pemanas maupun
BAB IV
MENGANALISA PERENCANAAN BEBAN PEMANAS DAN PENDINGIN AIR
Setelah alat pemanas dan pendingin air selesai di rakit, maka langkah
selanjutnya adalah melakukan pengujian (test run), yang di lakukan untuk pengujian
alat dengan cara menghitung analisa Termodinamika perancangan dan pengujian
secara langsung pada alat dengan menggunakan alat ukur. Dari hasil pengujian
dengan menggunakan alat ukur di dapat besar daya alat pemanas dan pendingin dapat
diketahui, dari hasil pengukuran dengan meggunakan alat ukur besar daya masing –
masing alat mempunyai perbedaan. Pada alat pemanas besar daya yang di dapat
adalah 300 watt -220 V, sedangkan daya pada alat pendingin adalah 50 watt-220 V,
jadi besar daya keseluruhan alat pemanas dan pendingin tersebut adalah 350 watt-220
V. Setelah besar daya diketahui maka di lakukan pengujian temperatur pada masing –
masing alat dengan menggunakan alat ukur suhu (THERMOMETER). Dari hasil
engujian dengan menggunakan alat ukur dapat diketahui suhu maksimum dari kedua
lat tersebut, suhu maksimum pada alat pemanas adalah 80oC dalam waktu 12-15
enit, sedangkan dari hasil pengukuran suhu maksimum pada alat pendingin adalah
5oC dalam waktu 25-30 menit. p
a
m
Adapun u t pemanas dan pendingin air
tersebut adalah:
perencanaan suhu
an pendingin diatas besar daya
kes a tersebut dibagi
ua antara pemanas dan pendingin. Besar daya masing – masing antara lain:
0 V
dengan kebutuhan. Perencanaan beban dilakukan agar beban
listrik dar , daya yang di rencanakan 300 watt – 220
volt. Dala an alat pemanas terlebih dahulu yang
harus di h
Besar arus perencanaan
ntuk pembahasan analisa perancagan ala
Menghitung perencanaan beban
Menghitung
Menghitung factor yang memepengaruhi temperatur
Menghitung kapasitas air yang akan dipanaskan dan di
dinginkan.
Pada perencanaan beban alat pemanas d
eluruhan yang di rencanakan adalah 350 watt-220 V, dimana day
d
pada alat pemanas 300 watt-22
pada alat pendingin di berikan daya 50 watt-220 V.
4.1Perencanaan beban pada alat pemanas
Alat pemanas air adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengkondisikan
temperatur ruang sesuai
i alat tersebut tidak terlalu besar
m setiap tahap awal perencanaan beb
itung adalah:
Daya perencanaan
Tahanan, hambatan (RESISTOR)
Berdasarkan di atas dapat di ketahui berapa besar beban yang akan
inamika, di rencanakan dengan menggunakan rumus perpindahan panas dan termod
sehingga untuk mencari daya digunakan rumus:
Cos V I
P . . ...(a)
Untuk mecari daya harus diketahui kuat arusnya sehingga digunakan rumus:
Setelah diketahui berapa besar daya dan kuat arus maka dapat dicari kerugian daya:
V I
P
.
Cos ...(c)
ahanan atau penghambat adalah suatu komponen elektronik yang dapat
menghambat gerak lajunya arus lis ambatan, tegangan, dan
arus, dapat disimpulkan melalui hukum berikut ini:
Panas yang terjadi pada alat pemanas di sebabkan karna adanya tahanan arus,
jadi dapat disimpulkan bahwa yang mempengaruhi temperatur adalah sebuah
tahanan, hambatan (RESISTOR).
T
trik, hubungan antara h
I V
di m
a ujung benda penghambat
ui penghambat (A)
R = Besar hambatan (Ω) P = Daya perencanaan (Watt) ana:
V = Beda potensial antara kedu I = Besar arus yang melal
Cos = Ketetapan rugi daya
4.1.1 Berdasarkan penggunaannya, resistor dapat dibagi:
. Resistor berubah (Variable), ialah sebuah resistor yang nilainya dapat berubah –
ative Tmperature Coeffisient), ialah Resistor yang nilainya akan bertambah kecil bila terkena suhu panas, sedangkan PTC (Positive Temperature Coeffisient), ialah Resistor yang nilainya bertambah besar
a.Resistor biasa (tetap nilainya), ialah sebuah resistor penghambat gerak arus, yang nilainya tidak dapat berubah, jadi selalu tetap (konstan)
b
ubah dengan jalan menggores atau memutar toggle pada alat tersebut, sehingga
nilainya dapat di tetapkan sesuai kebutuhan.
c. Resistor NTC dan PTC, NTC (Neg
d. LDR (light Dependent Resistor), ialah jenis resistor yang berubah hambatan karena pengaruh cahaya, bila cahaya gelap tahanannya semakin besar, sedangkan cahayanya terang nilainya semakin kecil.
Jenis-jenis Resistor (tahanan)
(a) Resistor
(b) Variable Resistor
nghitung daya
daya yang di rencanakan pada alat pemanas Gambar.4.1. Simbol Resistor (AS dan Jepang)
4.1.2 Analisa Daya Perencanaan Pada Alat Pemanas
Berdasarkan keterangan diatas telah diketahui cara untuk me
adalah 300 watt daya perencanaan telah diketahui, jadi untuk me
yang di pakai dapat di hitung dengan menggunakan perumusan diatas:
n:
ngetahui besar beban
Menganalisa daya perencanaa
...(a) Untuk mengetahui kuat aru
A
Untuk mencari rugi daya:
9
Untuk mencari besar tahanan:
146,7
Dari hasi diketahui berapa beba
pemanas sesungguhnya ialah:
Daya hasil dari ana isa P = 297 Watt
kawat pada alat pemanas 15 cm, kawat yang digunakan
an – karat . Kawat tersebut di bentuk
seperti pada gambar berikut:
(R)
( - ) sum er arus (+)
an dapat
ur (suhu) adalah sebagai berikut:
Menganalisa besar daya yang di bangkit pas
...(0.1)
Menganalisa tahanan kawat dihitung dari: 4.2Perencanaan Temperatur (Suhu) Alat Pemanas
Pada perancangan alat pemanas temperatur maksimum yang direncanakan
adalah 800 900C, panjang
pada tabung pemanas adalah kawat baja tah
b
Gambar 4.2 kawat
Menurut hukum termodinamika untuk menganalisa suhu perencana
ketahui setelah melalui beberapa tahap dalam menganalisa temperatur (suhu).
Adapun tahap-tahap menganalisa temperat
kan dalam kawat harus dile
melalui konveksi kedalam cairan:
A L R
Dari rumus di atas dapat dihitung tahanan kawat:
dL
di mana ρ adalah resivitas kawat. Luas permukaan kawat ialah , sehingga dari
persamaan (0.1):
q = Kalor yang di bangkitkan per satuan volum Menganalisa kalor yang di bangkitkan per satuan vol me q
Sehingga:
Akhirnya, suhu pusat kawat dapat dihitung dengan rumus:
max
adi suhu pusat kawat dapat diketahui dari hasil analisa = 1290C
4.3 Wa
uji coba bahwa waktu pemanasan pada air dapat dilihat pada tabel
Tabel. 4.1 Waktu vs Temperatur pemanasan air
Wa (t) temperatur (T)
ktu Pemanasan Dari hasil
pemanasan air dapat dilihat pada grafik berikut:
Dari keterangan tabel diatas maka perubahan waktu terhadap tem
G W u vs e pe u e s
4.4
unaka penyearah arus, arus yang di
pakai adalah arus searah (DC) positif – negatif. Perencanaan Beban Pada Alat Pendingin
Untuk menganalisa beban pada alat pendingin menggunakan perumusan yang
sama dengan perhitungan analisa alat pemanas air. Perencanaan alat pendingin ini
tidak menggunakan kompresor, refrigerant, sebagai sumber dari pendinginan seperti
pada alat-alat pendingin yang lain, alat pendingin ini menggunakan ELEMEN
PENDINGIN ELEKTRONIK yang sangat sederhana untuk mendinginkan air
tersebut. Pada alat pendingin elektronik mengg
Gambar. 4.4 Rangkaian arus pada alat pendingin
umber: Lit. 11
lektronik yang sangat
ederhana yang sudah di rangkai, seperti pada gambar berikut:
S
4.4.1 Cara kerja Alat Pendingin Elektronik
pada perencanaan tempertur pendingin adalah 150C, pada perencanaan ini alat pendingin yang akan di rancang memakai elemen pendingin e
Gambar 4.5 Prinsip kerja pendingin Pelteir
(elemen pendingin)
Sumber: Lit. 11
Pada bagian alat tersebut dapat menyerap panas dan dingin seperti pada gambar di
atas. Alat pelteir ini di satukan (dirangkai) dengan elemen – elemen yang lain antara
lain : plat pendingin, sirip pendingin, kipas.
4.5 Analisa Beban Pada Alat Pendingin
Agar bisa menganalisa daya harus diketahui terlebih dahulu Sepesifikasi dari alat
tersebut, berikut ini adalah sepesifikasi dari perencanaan alat pendingin:
Daya perencanaan (P) = 50 watt – 220 Volt
Temperatur maksimum (Tmax ) = 150C
Rugi daya ( Cos ) = 1,1
Kapasitas air yang akan didinginkan = 0,7 L
Dengan menggunakan data-data dari spesifikasi dapat dihitung dengan rumus:
Analisa kerugian daya:
V
Analisa tahanan
I V R
Keterangan:
V = Beda potensial antara kedua ujung benda penghambat I = Besar arus yang melalui penghambat
R = Besar hambatan
Sahingga beban pendingin pada alat tersebut dapat dihitung:
Daya pada pendingin :P0,2 . 220 .1,148 watt
Dari hasil analisa daya sesungguhnya pada pendingin, 48 watt.
Arus :I 0,2A
220 50
Arus yang di alirkan, 0,2 Ampere
Ketetapan rugi daya : 1,1
4.6 Waktu Pendinginan
Dari hasil uji coba bahwa waktu pendinginnan dapat dilihat pada tabel dan
grafik sebagai berikut:
Tabel. 4.2 Waktu vs Temperatur pendinginan air
Dari keterangan tabel diatas maka perubahan waktu terhadap temperatur
pendinginan air dapat dilihat pada grafik berikut:
p g
0 5 10 15 20 25 30
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu (t) x 2
T
em
p
era
tu
r (º
C
)
Kurva
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil pembahasan pada perancangan alat pemanas dan pendingin, dapat
diperoleh beberapa hasil yang merupakan tujuan dari pada penelitian ini. Hasil – hasil
penelitian dapat disimpukan antara lain:
1. Perencanaan daya perencanaan pada alat pemanas dan pendingin adalah:
Daya pada alat pemanas adalah 300 watt – 220 Volt dan
Daya alat pendingin adalah 50 watt.
Sehinngga beban keseluruhan pada alat adalah 350 Watt – 220 volt. Tujuan dari
perencanaan alat tersebut adalah agar beban pada alat tersebut tidak terlalu besar
dalam penggunaannya serta mencegah agar bebannya tidak berlebihan pada saat
digunakan.
2. Dari hasil analisa pada alat pemanas dapat disimpulkan bahwa daya sebenarnya
adalah:
Tahanan Kawat R = 0,001 Ω
Temperatur = 80 - 900C
Dari hasil analisa pada alat pemanas dapat diuraikan bahwa dengan beban =
297 Watt, arus = 1,5 A, tahanan kawat = 0.001Ω, Cos 0.9 dengan panjang kawat
= 15 cm, dan diameter kawat = 3 mm dapat memanaskan air sebanyak = 1,2 L/menit
yang berada didalam tabung stainlees steel (baja tahan karat) dengan temperatur 80 -
900C
3. Dari hasil analisa pada alat pendingin dapat disimpulkan bahwa daya sebenarnya
adalah:
Daya dari hasil analisa (P) = 48 watt – 220 Volt
Rugi daya ( Cos ) = 1,1
Kapasitas air yang akan didinginkan = 0,7 L
Tahanan (Re) = 1100 Ω
Temperatur maksimum (Tmax ) = 150C
Dari hasil analisa dari alat pendingin dengan menggunakan alat elektronik yang di
beri daya = 48 Watt, arus = 0,2 A, besar hambatan = 1100 Ω, Cos1,1, dapat
mendinginkan air sebanyak 0,7 L/menit dengan temperatur 150C.
5.2 SARAN
1. Kepada calon peneliti alat pemanas dan pendingin air, hendaknya untuk
menambahkan alat pengukur suhu digital pada alat tersebut agar waktu naik dan
DAFTAR PUSTAKA
1. Surdia, Tata Dan Saito Shinkoru. 1984. Pengetahuan Bahan Teknik.Jakarta :
Pradnya Paramita.
2. Nainggolan, Werlin. 1977. Termodinamika Teori dan Soal-Penyelesaian. Bandung
: Armico.
3. Holman, J.P. 1988. Perpindahan Kalor. Jakarta : Erlangga
4. Sumanto.1989. Dasar-Dasar Mesin Pendingin. Yogjakarta : Andi Offset
5. K, Handoko.1987. Alat Kontrol Mesin Pendingin. Jakarta : P.T. Ichtiar Baru
6. Cooper, William D. 1999. Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran.
Jakarta : Erlangga
7. Stoecker, W.F dan Jones, J.W. 1994. Refrigasi Dan Pengkondisian Udara. Jakarta
: Erlangga
8. Wuryani, Sri. 1995. Perpindahan Panas. Bandung. Penerbit Pusat Pengembang
Pendidikan Politeknik.
9. Citing : www. soft7. com
10. Citing : www. tellurex. com
IN PUT (220-240)V
SAKLAR PEMANAS
SAKLAR PENDINGIN
LAMPU DISPLAY PEMANAS
LAMPU DISPLAY PENDINGIN
TUBULAR HEATER
KIPAS PENDINGIN
SENSOR THERMAL SIRKUIT
ELEKTRONIK
SIRIP PENDINGIN
TABUNG PEMANAS
KOTAK PENDINGIN
THERMOSTAT
THERMOSTAT POSISI ON
THERMOSTAT POSISI OFF
