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
M E D A N
2008
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
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 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
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
2.6 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
iii
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 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
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 ( 2) cm dT Perbedaan Temperature (0 ,0 , ) K F C
dx Perbedaan Jarak (m/det) ∆t Perubahan Suhu (0 ,0 , ) K F C n Jarak (cm, m) T Temperature (0 ,0 , ) K F C
Flow Aliran (m/det)
Tw Temperature Dinding (0C,0F,K)
T∞ Temperature Sekeliling (0 ,0 , )
K F C
h Koefisien Perpindahan Panas Konveksi ( , 2,0 )
C m W
R Tahanan (Ω)
Ketetapan Stefan Boltzman ( , 2)
s rad T1,T2 Temperature Permukaan (0C,0F,K) Ts Temperature Sekitar - FE Faktor Emisivitas - FG Faktor Bentuk -
I Arus Listrik (Ampere) q/A Arus Panas (0 ,0 , )
K F C
V Beda Potensial (Volt) T Beda Temperature (0 ,0 , )
K F C
Re Tahanan Listrik (Ohm atau V/A)
V Volume ( 3) m 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 ( 2)
r (mm)
Tmax Temperature Maksimum (0C,0F,K)
Tmin Temperature Minmum (0C,0F,K)
2
