PERANCANGAN ULANG ALAT PEMANAS DAN PENDINGIN AIR MINUM BERTENAGA LISTRIK

KARYA AKHIR

PERANCANGAN ULANG ALAT PEMANAS

DAN PENDINGIN AIR MINUM BERTENAGA LISTRIK

UNTUK MEMENUHI PERSYARATAN MEMPEROLEH GELAR SARJANA SAINS TERAPAN

Disusun Oleh:

DANIEL PARLINDUNGAN P NIM : 025202023

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

2007

JURUSAN TEKNOLOGI MEKANIK INDUSTRI AGENDA : /KA/2007 PROGRAM DIPLOMA-IV (D-IV) DITERIMA TGL : / /2007 FAKULTAS TEKNIK USU PARAF :

KARYA AKHIR

N A M A : DANIEL PARLINDUNGAN P

NIM : 025202023

MATA PELAJARAN : KONVERSI ENERGI

SPESIFIKASI : PERANCANGAN ULANG ALAT PEMANAS DAN PENDINGIN AIR MINUM BERTENAGA LISTRIK.

SPESIFIKASI :

- TABUNG PEMANAS :

KAPASITAS 1,2 LITER, DAYA 300 WATT - KOTAK PENDINGIN :

KAPASITAS 0,8 LITER, DAYA 50 WATT.

TUGAS MELIPUTI :

- PEMBAHASAN BAHAN YANG DIGUNAKAN - PERANGKAIAN ALAT – ALAT

- SISTEM ALIRAN LISTRIK

- PEMBAHASAN PROSES KERJA ALAT

DIBERIKAN TANGGAL : 09/11/2007 SELESAI TANGGAL :

MEDAN, JANUARI 2008 KETUA JURUSAN DOSEN PEMBIMBING

Ir. ALFIAN HAMSI, MSc Ir. MULFI HAZWI, MSc NIP. 131 654 258 NIP. 130 905 356

KATA PENGANTAR

Puji dan Syukur yang tak terhingga penulis panjatkan kepada Allah Bapa Yang Maha Kuasa karena atas Rahmat dan Berkat-Nya lah penulis dapat menyelesaikan Karya Akhir ini, dengan judul “ Perancangan Ulang Alat Pemanas Dan Pendingin Air Minum Bertenaga Listik.

Adapun laporan Karya Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi pada Program Diploma IV Jurusan Teknologi Mekanik Industri Universitas Sumatera Utara, Guna memperoleh gelar Sarjana Sains Terapan.

Dalam penulisan Karya Akhir ini penulis banyak mendapat bantuan dari Pembimbing, Teman-teman Seangkatan, Maupun dari pihak lain. Maka pada lembaran Kata Pengantar ini penulis mengucapkan Terima Kasih yang sebesar- besarnya kepada :

1. Bapak Ir. Mulfi hazwi MSc, sebagai Dosen Pembimbing pada karya akhir ini.

2. Bapak Ir. Alfian Hamsi MSc, Ketua Jurusan Teknologi Mekanik Industri.

3. Bapak Tulus Burhanuddin, ST.MT

4. Bapak Ir. Isril Amir, sebagai Dosen Wali Penulis.

5. Seluruh Staf Pengajar Jurusan Teknologi Mekanik Industri dan Seluruh Pegawai Jurusan Teknologi Mekanik Industri.

6. Teman-teman Angkatan 2002 yang begitu solid seperti : Syawal, Putra, Sastra, Irul, Haposan, Joy, Andak, Reza, Eko Dan Semua Teman-Teman Mekanik Industri.

7. Teman-teman yang tergabung dalam Tembok FC, seperti Tulang Kepling, Bu Ida, Tante Netty, Ando, Andrew, Ogie, Sago, Don, Anthony, Makasih buat dukungan kalian semua.

8. Teman-teman di Kamboja FC, seperti Om Heri, Obet, Agus Juntak, Toni, Eko, Wyne, Bang Ligat, Bang Joko, Rika dan Icha.

Penulis juga mengucapkan Terima Kasih dan Penghormatan yang sebesar- besarnya kepada Kedua Orang Tua, Abang dan Kakak, Serta semua

ii Keponakan yang telah memberikan dukungan penuh kepada penulis baik moril maupun spirituil. Demikian penulis sampaikan dengan harapan semua bimbingan, saran, dan bantuan yang diberikan dapat melengkapi karya akhir ini.

Penulis sangat menyadari sepenuhnya bahwa Karya Akhir ini masih jauh dari sempurna, Oleh karena itu dengan kerendahan hati, Penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan laporan ini.

Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Medan, Januari 2008

Penulis

Daniel Parlindungan

DAFTAR ISI

Halaman Lembar Pengesahan

Kata Pengantar ………... i

Daftar Isi……….. iii

Daftar Tabel………. vii

Daftar Gambar……… viii

Daftar Simbol……….. x

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang……….. 1

1.2 Tujuan Penulisan……….. 2

1.3 Batasan Masalah……… 2

1.4 Metode Penulisan……….. 3

1.5 Sistematika Penulisan……… 3

BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pemilihan Baja Tahan Karat………. 5

2.1.1 Pengaruh Unsur-Unsur Paduan Pada Ketahanan Karat Dan Besi……….. 5

2.1.2 Struktur Baja Tahan Karat……… 6

2.1.3 Jenis baja tahan karat……… 7

2.2 Alat Perpindahan Panas……… 9

2.2.1 Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh………… 10

2.2.2 Penukar Panas Dengan Pipa Ganda……….. 11

2.2.3 Faktor Pengotoran………. 13

2.2.4 Jenis-jenis Penukar Kalor………. 15

2.3 Faktor Pendinginan……….. 16

2.3.1 Koil Pendingin……….. 17

2.3.2 Sirip……… 18

2.3.3 Kipas……….. 20

2.3.4 Saklar kontrol temperature……… 21

2.3.5 Tabung Sensor Termal………. 22

2.3.6 Termostat ……….. 24

2.4 Konsep Dasar Perpindahan Kalor………. 25

2.4.1 Hukum Thermodinamika………. 26

2.4.2 Sifat Termodinamika……… 27

2.4.3 Suhu ( t )……….. 27

2.4.4 Tekanan ( p )……… 28

2.4.5 Kalor Spesifik………. 29

2.4.6 Entalpi ( h )………. 29

2.4.7 Sifat –Sifat Cairan – Uap……… 31

2.5 Pemanasan Dan Pendinginan……….. 32

2.6 Mekanisme Perpindahan Kalor……….. 32

2.6.1 Perpindahan Kalor Konduksi……… 33

2.6.1.1 Hukum Umum Konduksi………. 34

2.6.1.2 Konduktivitas Termal………. 34

2.6.2 Perpindahan Kalor Konveksi……… 37

2.6.2.1 Prinsip Perpindahan kalor Secara Konveksi………. 39

2.6.2.2 Jenis Konveksi Menurut Proses Aliran Fluida……… 40

2.6.2.3 Laju Perpindahan kalor……… 40

2.6.3 Perpindahan Kalor Radiasi……… 42

2.6.3.1 Hubungan Persamaan……….. 43

2.6.3.2 Analogi Aliran Panas Dan Aliran Listrik………... 44

2.7 Bagian – Bagian Beban Pendingin………. 44

2.7.1 Beban dari dalam (internal loads)……… 45

2.7.2 Beban Panas Matahari Pada Permukaan Yang Tidak Tembus Cahaya (opaque surfaces)………… 47

BAB III PERENCANAAN ALAT PEMANAS DAN PENDINGIN 3. 1 Alat Pemanas………... 49

3.1.1 Tabung Pemanas ………. 49

3.1.2 Elemen pemanas ………. 51

3.1.3 Termostat………. 53

3.2 Alat Pendingin………. 54

3.2.1 Kotak Pendingin dan Elemen Pendingin………... 54

3.2.2 Sensor termal……… 59

3.2.3 Sirip pendingin………. 61

3.2.4 Kipas……… 62

3.2.5 Alat kontrol listrik……… 63

3. 3 Casing………. 64

3. 4 Saklar listrik……….. 65

3. 5 Lampu Led……… 65

3. 6 Lampu Standby………. 65

3. 7 Selang Karet……….. 66

3. 8 Kran Air……… 66

3. 9 Perangkaian Alat Pemanas dan Pendingin……… 67

3.9.1 Perangkaian Alat Pemanas………. 67

3.9.2 Perangkaian Alat Pendingin……….. 68

3.10 skema aliran listrik………... 70

vi BAB IV PROSES KERJA DAN PEDOMAN PEMAKAIAN

ALAT YANG DIRANCANG

4.1 Proses Kerja Alat Pemanas……… 72

4.2 Proses Kerja Alat Pendingin………. 74

4.3 Pedoman Pengoperasian Alat yang Dirancang…… 75

4.4 Gangguan dan Cara Memperbaiki……… 76

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan……….. 78

5.2 Saran ……… 80 DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Daftar Standarisasi Baja……… 8

Tabel 2.2 nilai kira-kira perpindahan – kalor menyeluruh……… 12

Tabel 2.3 harga factor pengotoran normal ……… 14

Tabel 2.4 konduktivitas Termal Berbagai Bahan pada 0⁰C………. 35

Tabel 2.5 Nilai Kira - Kira Koefisien Perpindahan – Kalor Konveksi………….. 41

Tabel 2.6 faktor beban pendinginan dari lampu……… 45

Tabel 2.7 Beda suhu beban – pendingin (CLTD) untuk atap, K⁴ ………... 48

DAFTAR SIMBOL (NOMENKLATUR)

A luas permukaan perpindahan panas m² a” luas permukaan pipa luar per lin ft m² B tinggi agritator dari dasar bejana mm

C kapasitas panas kJ/kg ⁰C

D diameter m

F laju aliran umpan kg/jam

Fc fraksi kalorik ---

FT factor perbedaan temperature ---

F factor friksi ---

G laju aliran massa kg/jam HD entalpi spesipik distilat kJ/kg h koefisien perpindahan panas individual W/m².⁰C

hfg panas laten kJ/kg

hp daya pada bejana aduk W/m².⁰C ID sisi dalam diameter mm j faktor perpindahan panas pada koil atau jaket ---

k konduktifitas termal W/m².⁰C

L laju aliran liquid KJ/jam m 0 laju aliran massa kg/jam

NTU number of transfer units --- Q laju aliran panas kJ/jam q laju perpindahan panas W R perbandingan refluks ---

Re bilangan reynold ---

r jari-jari pipa luar mm S group temperatur ( T1-T2 ) / ( t1-t2 ) ---

s massa jenis ---

T temperatur ⁰C

U koefisien perpindahan panas menyeluruh W/m.⁰C V laju aliran uap kg/jam W laju aliran massa kg/jam

Huruf Yunani

γ tetapan ---

∆F turunan tekanan N/m²

∆PT total turunan tekanan N/m²

∆T perbedaan temperature ⁰C ε efektifitas penukar panas ---

λ panas laten kJ/kg

ρ massa jenis kg /m³

ρv massa jenis uap kg /m³