Pengujian Dan Analisa Ketel Uap Bertenaga Listrik (Electric Boiler) Dengan Daya Elemen Pemanas 750 Watt

KARYA AKHIR

PENGUJIAN DAN ANALISA KETEL UAP

BERTENAGA LISTRIK (ELECTRIC BOILER)

DENGAN DAYA ELEMEN PEMANAS 750 WATT

DEVIN BARUS 035202050

KARYA AKHIR YANG DIAJUKAN UNTUK MEMENUHI SALAH SATU SYARAT MEMPEROLEH

IJAZAH SARJANA SAINS TERAPAN

PROGRAM STUDI TEKNOLOGI MEKANIK INDUSTRI

PROGRAM DIPLOMA-IV FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2007

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmat dan hidayah-NYA sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan karya akhir ini dengan judul ““PENGUJIAN DAN ANALISA KETEL UAP BERTENAGA LISTRIK DENGAN DAYA ELEMEN PEMANAS 750

WATT.

Penyusunan laporan Karya Akhir ini dilakukan guna untuk menyelesaikan Study di Prog. Studi Teknologi Mekanik Industri Universitas Sumatera Utara, sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains Terapan.

Dalam kegiatan penulis untuk menyelesaikan Karya Akhir ini, penulis telah banyak mendapat bantuan berupa bimbingan, arahan dan saran dari berbagai pihak. Untuk itu maka dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Tulus Burhanuddin S, ST. MT, sebagai Dosen Pembimbing penulis

2. Bapak Ir. Alfian Hamsi, Msc, selaku Ketua Program Studi Teknologi Mekanik Industri Program Diploma-IV, FT-USU.

3. Bapak Terang UHSG, ST, MT selaku Koordinator Lab. DIPA USU, yang sudah banyak memberikat kesempatan untuk memakai rungan dan fasilitas Lab

4. Ayah dan Mama’ tercinta yang senantiasa memberikan dukungan semangat dan materi serta mendoakan penulis.

6. Pegawai Departemen Teknik Mesin kak Is, kak Sonta, bang Syawal, bang Izhar Fauzi, bang Yono, bang Rustam dan bang Marlon.

7. Rekan satu tim dalam penelitian Karya Akhir M. Kelana.

8. Rekan mahasiswa Koko wiradinata, SST yang sudah banyak membantu. 9. Rekan-rekan mahasiswa di Program Studi Teknologi Mekanik Industri,

Program Diploma-IV, FT. USU stambuk ‘ 03 yang telah memberi dukungan dan motivasi dalam penyelesaian karya akhir ini.

Penulis menyadari bahwa laporan ini masih belum sempurna adanya, karena masih banyak kekurangan baik dari segi ilmu maupun susunan bahasanya. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran demi menyempurnakan laporan ini.

Akhir kata bantuan dan budi baik yang telah penulis dapatkan, menghaturkan terima kasih dan hanya Tuhan Yang Maha Esa yang dapat memberikan limpahan berkat yang setimpal. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua dan bagi penulis sendiri tentunya.

Medan, Oktober 2007 Penulis

U

DEVIN BARUS

0B

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR... i

DAFTAR ISI... iii

DAFTAR GAMBAR... v

DAFTAR TABEL ... vi

DAFTAR NOTASI... vii

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan dan Mamfaat Pengujian ... 3

1.3. Sistematika Penulisan ... 3

1.4. Batasan Masalah ... 4

1.5 Metode Pengujian ... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pengertian Ketel Bertenaga Listrik (Electric Boiler)... 6

2.2. Klasifikasi Ketel... 7

2.3. Pembentukan Uap ... 13

2.3.1 Jenis-jenis Uap ... 14

2.4 Susunan umum dari Ketel-ketel Uap ... 16

2.5 Effisiensi Ketel... 17

BAB III PROSEDUR PENGUJIAN

3.1. Tempat dan waktu pengujian ... 19

3.2 Pengujian terhadap ketel bertenaga listrik (electric boiler) ... 19

3.2.1 Alat... 19

3.3 Prosedur pengujian... 21

BAB IV HASIL DAN ANALISA 4.1 Hasil dan Analisa banyak uap per menitnya... 23

4.2 Hasil dan Analisa kebutuhan energi untuk penguapan ... 28

4.3 Hasil dan Analisa tekanan dan temperatur uap... 31

4.4 Hasil dan Analisa effisiensi ketel... 34

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 37

5.2 Saran... 38

DAFTAR PUSTAKA ... 39

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Ketel Bertenaga Listrik (Electric Boiling) ... 7

Gambar 2.2 Ketel lokomotif dan loko mobile ... 8

Gambar 2.3 Ketel B dan W ... 9

Gambar 2.4 Ketel Scotch. ... 10

Gambar 2.5 Ketel Benson ... 11

Gambar 2.6 Ketel uap bertenaga listrik... 12

Gambar 2.7 Air yang tidak bersirkulasi ... 13

Gambar 3.1 Alat penimbang ... 19

Gambar 3.2 Temperatur air dan Temperatur uap... 20

Gambar 3.3 Pengukur tekanan uap ... 20

Gambar 3.4 Ketel uji ... 21

Gambar 3.5 Diagram alir pengujian terhadap ketel bertenaga listrik (electric boiler) ... 22

Gambar 4.1 Grafik perbandingan temperatur pemanas dengan banyak uap . 26 Gambar 4.2 Grafik perbandingan Volume air dengan pembentukan uap/10ºC 27 Gambar 4.3 Grafik perbandingan temperatur pemanas dengan energi... 30

Gambar 4.4 Grafik perbandingan temperatur pemanas dengan Tekanan uap 33 Gambar 4.5 Grafik temperatur pemanasan dengan effisiensi ketel ... 36

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1 Data tekanan uap, waktu dan massa uap pada percobaan sampai

temperatur pemanas sampai 100, 110, 120, 130, 140 dan 150 ºC. 23

Tabel 4.2 Data hasil perhitungan banyaknya uap air yang terbentuk. ... 24

Tabel 4.3 Data hasil perhitungan kebutuhan energi untuk penguapan ... 28

Tabel 4.4 Data tekanan uap dan temperatur uap dari percobaan ... 31

DAFTAR NOTASI

Lambang Keterangan Satuan

hsat Enthalpi uap saturasi kJ/kg

X Fraksi uap

ha Enthalpi air permulaan kJ/kg

L Panas laten kJ/kg

sup

h _{Enthalpi uap super heater kJ/kg}

Cp Panas jenis uap rata-rata kJ/kg ºC

sup

t Temperatur uap superheater ºC

sat

t Temperatur uap saturasi ºC

sl Entropi selama penguapan kJ / kg ºC

k

 _{Effesiensi ketel %}

mu Massa uap kg

mf Massa bahan bakar kg

W _{Energi listrik J}

V Beda potensial Volt

I Kuat arus Ampere

t Waktu sekon

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Uap (steam) dalam pembicaraan selanjutnya dimaksudkan uap air yaitu uap yang timbul akibat perubahan fase air ( cair ) menjadi uap dengan cara pendidihan ( boiling ). Untuk melakukan proses pendidihan diperlukan energi panas yang diperoleh dari sumber panas , misalnya dari pembakaran bahan bakar ( padat, cair, dan gas ) tenaga listrik dan gas panas sebagai sisa proses kimia serta tenaga nuklir.

Penguapan bisa saja terjadi disembarang tempat dan waktu pada tekanan normal , bila diatas permukaan zat cair tekanan turun dibawah tekanan mutlak. Uap yang dihasilkan dengan cara demikian tidak mempunyai energi potensial, jadi tidak dapat digunakan sebagai sumber energi.

Sudah beribu-ribu tahuan manusia bersahabat dengan uap air, yaitu semenjak manusia melakukan pekerjaan merebus ( boiling ), tetapi hanya baru dua abad ini mereka baru menemui bagaimana untuk mempergunakan uap bagi kepentingan mereka.

Para insinyur Yunani dan Romawi telah mempunyai pengetahuan menarik tentang sifat-sifat uap dan air panas, tetapi tidak mencoba untuk memakai ilmunya tersebut. Hero dari Iskandar dengan Whirling Aeolipyle mengembangkan prinsip turbin reaksi dan mesin jet sekarang dalam bentuk sederhana, tetapi pada waktu itu direncanakan hanya sebagai permaianan.

Tahun 1606 Giovanni Battista Della Porta merencanakan dua buah laboratorium percobaan yang memperlihatkan tenaga uap dan sistem kondensasi.

Ketel sangat diperlukan di semua industri, baik industri kimia, tekstil maupun industri mekanik lainnya, serta merupakan alat utama pada pembangkit tenaga listrik (PLTU) juga merupakan kebutuhan di rumah-rumah sakit, perhotelan, dan dikalangan transportasi laut (pada kapal laut).

Dengan melihat kenyataan yang ada, bahwa pemilihan teknologi tepat guna, maka didalam penggunaan /pemakaian ketel, setiap pengoprasian dari alat tersebut harus melaksanakan ketentuan-ketentuan yang berlaku pada undang-undang dan peraturannya serta standar yang ada untuk keselamatan kerjanya.

Ditinjau dari aspek keselamatan kerja, jadi jenis ketel listrik yang dioperasikan akan menimbulkan bahaya yang tidak diinginkan seperti : peledakan, bahaya kebakaran, ataupun yang sifatnya merugikan, maka perlu diawasi secara terus menerus, mengingat peralatan yang dioperasikan tersebut dalam keadaan aman serta tenaga kerja yang bekerja disekitarnya berhak mendapat perlindungan dan terjaminnya terhadap keselamatan, untuk itu perlu dilakukan pengawasan dan evaluasi terhadap alat yang bekerja secara priodik untuk mencegah bahaya yang lebih besar lagi.

Suatau hal yang wajar apabila ketel tersebut mengalami suatu perubahan terhadap penilaian kekuatan konstruksi setelah dioperasikan selama 15 tahun, hal itu diakibatkan olah cara kerja dari ketel, sistem penggunaan/pengoperasiannya, baik terhadap air pengisi ketel yang dipakai ataupun faktor pada perencanaan yang dibuat.

1.2 Tujuan dan ManfaatPengujian

Tujuan dari pengujian yaitu :

1. Mengetahui banyaknya air yang menguap perjamnya

2. Mengetahui jumlah energi yang dibutuhkan untuk menguapkan air per kg air. 3. Untuk mengetahui tekanan dan temperatur dari uap yang dihasilkan ketel

bertenaga listrik..(Electric Boiler)

4. Mengetahui Keefesiensian ketel bertenaga listrik..(Electric Boiler). Manfaat dari pengujian :

1. Mengetahui kelebihan dan kekurangan dari ketel bertenaga listrik (Electric Boiler).

2. Sebagai tambahan referensi bagi dunia pendidikan perguruan tinggi dan badan– badan / instansi terkait.

1.3 Sistematika Penulisan

Di dalam karya akhir ini akan di bahas mengenai pengujian terhadap ketel bertenaga listrik (Electric Boiler). Adapun sistematis penulisan karya akhir ini adalah sebagai berikut:

Bab 1. Pendahuluan. Pada bab ini akan dibahas mengenai Latar

Belakang, Tujuan dan Manfaat Pengujian, Sistematis Penulisan, Batasan Masalah dan Metode Pengujian.

Bab II. Tinjauan Pustaka. Pada bab ini akan dibahas mengenai

pengertian tentang ketel bertenaga listrik (Electric Boiler), klasifikasi ketel, uap dan pembentukan uap, jenis-jenis uap air, susunan umum dari ketel uap dan effisiensi ketel.

Bab III. Prosedur Pengujian. Bab ini memberikan informasi mengenai

tempat dan waktu pelaksanaan pengujian, bahan dan peralatan yang dipakai serta tahapan dan prosedur pengujian.

Bab IV. Hasil dan Analisa Pengujian. Bab ini membahas tentang hasil

data yang diperoleh dari setiap pengujian melalui pembahasan perhitungan dan penganalisaan dengan memaparkan kedalam bentuk tabel dan grafik.

Bab V. Kesimpulan. Pada bab ini akan memaparkan kesimpulan dari

analisa beberapa pengujian..

Daftar Pustaka. Referensi yang mendukung karya akhir ini akan secara

lengkap disajikan untuk kemudahan dalam mencari data maupun bahan kajian berikutnya.

Lampiran. Segala data hasil survey, data pendukung rancangan serta

beberapa lampiran yang digunakan dalam penulisan Karya Akhir ini dilampirkan guna memudahkan dalam mencari maupun sebagai bahan kajian berikutnya.

1.4 Batasan Masalah

Dalam penulisan karya akhir ini, pembahasan dibatasi sebagai berikut : 1. Analisa banyaknya uap yang terbentuk perjamnya

2. Analisan kebutuhan energi untuk menguapkan air.

1.5 Metode Pengujian

Metode yang dilakukan dalam pengujian yaitu yang pertama dengan menguji banyaknya uap yang dihasilkan kemudian yang kedua menguji kebutuhan energi untuk menguapkan air dan yang terakhir menguji berapa tekanan dan temperatur yang dihasilkan.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Ketel Bertenaga Listrik (Electric Boiler)

Ketel ini adalah merupakan salah satu jenis dari pada ketel yang ditinjau dari sumber panas (Heat Source) untuk pembuatan uap dengan menggunakan elemen pemanas.

Fungsi dari ketel pada umumnya untuk mengubah air menjadi uap, dimana uap ini diperoleh dengan memberikan sejumlah kalor terhadap air yang diperoleh dari elemen pemanas dengan perkataan lain merupakan pesawat konversi energi yang mengkonversikan energi listrik dari elemen pemanas menjadi energi panas (uap) yang selanjutnya dapat digunakan untuk kepentingan pada proses industri (dapat digunakan sebagai pembangkit listrik melalui turbin dan dapat dimamfaatkan untuk proses pengolahan pada suatu pabrik industri).

Ketel bertenaga listrik pada dasarnya terdiri dari suatu bejana bertekanan dimana didalamnya terdapat rangkaian elemen-elemen pemanas yang dialiri oleh arus listrik. Ketel bertenaga listrik ini merupakan pembangkit tenaga uap yang sangat sederhana sekali, dan terbatas hanya untuk tekanan uap yang relatif rendah.

Gambar 2.1 Ketel Bertenaga Listrik (Electric Boiling)

2.2 Klasifikasi Ketel

Ketel pada dasarnya terdiri dari drum yang tertutup pada ujung pangkalnya dan dalam perkembanganya dilengkapi dengan pipa api maupun pipa air. Banyak orang mengklasifikasikan ketel uap tergantung kepada sudut pandang masing-masing.

Dalam hal ini ketel diklasifikasikan dalam kelas yaitu :

1. Berdasarkan fluida yang mengalir dalam pipa, maka ketel diklasifikasikan sebagai :

a. Ketel pipa api (Fire tube boiler), fluida yang mengalir dalam pipa adalah gas nyala yang membawa energi panas yang segera mentransfernya ke air ketel melalui bidang pemanas.

b. Ketel pipa air (Water tube boiler), fluida yang mengalir dalam pipa adalah air, energi panas ditransferkan dari luar pipa ke air ketel.

2. Berdasarkan pemakaiannya, ketel dapat diklasifikasikan sebagai :

a. Ketel Stasioner (stasionary boiler) yaitu ketel-ketel yang didudukan diatas pondasi yang tetap, seperti boiler untuk pembangkit tenaga, industri dan lain-lain.

b. Ketel Mobil (Mobile boiler) yaitu ketel yang dipasang pada pondasi yang berpindah-pindah seperti boiler lokomotif dan loko mobil.

Gambar 2.2 Ketel lokomotif dan loko mobile

3. Berdasarkan letak dapur (Furnace position), ketel uap diklasifikasikan sebagai berikut :

a. Ketel dengan pembakaran dalam (internally fired steam boiler), kebanyakan ketel pipa api memakai sistem ini.

b. Ketel dengan pembakaran luar (outternally fired steam boiler), kebanyakan ketel pipa air memakai system ini.

4. Menurut jumlah lorong (boiler tube), ketel diklasifikasikan sebagai :

a. Ketel dengan lorong tunggal (single tube steam boiler). Pada ketel ini hanya terdapat satu lorong saja, apakah itu lorong api atau saluran air saja contoh : Cornish boiler dan simple vertical boiler.

b. Ketel dengan lorong ganda (multi tube steam boiler). Misalnya ketel B dan W.

Gambar 2.3 Ketel B dan W

5. Tergantung kepada poros tutup drum (shell), ketel diklasifikasikan sebagai : a. Ketel tegak (vertikal steam boiler), seperti Ketel Cochran, Clarkson. b. Ketel mendatar (harizontal steam boiler), seperti ketel Cornish,

Gambar 2.4 Ketel Scotch.

6. Menurut bentuk dan letak pipa, ketel uap diklasifikasikan sebagai :

a. Ketel dengan pipa lurus, bengkok dan berlekuk (straight, bent and sinous tube heating surfance).

b. Ketel dengan pipa miring-datar dan miring –tegak (harizontal, inclined or vertical tube heating surface).

7. Menurut sistem peredaran air ketel (water sirkulation), ketel uap diklasifikasikan sebagai :

a. Ketel dengan peredaran alam (natural circulation steam boiler), peredaran air dalam ketel terjadi secara alami, yaitu air yang ringan

naik sedangkan air yang berat turun, sehingga terjadi konveksi secara alami. Contoh ketel Lancarshire, ketel B &W

b. Ketel dengan peredaran paksa (forced circulation steam boiler), aliran paksa diperoleh dari sejumlah pompa sentrifugal yang digerakan dengan elektrik motor. Contoh La-mont boiler, Benson boiler, Loeffer boiler dan Vencal boiler.

Gambar 2.5 Ketel Benson

8. Tergantung kepada sumber panasnya (heat source) untuk pembuatan uap, ketel uap dapat diklasifikasikan sebagai :

a. Ketel dengan bahan bakar alami

Contoh dari bahan bakar alami adalah bahan bakar kayu (wood), sekam padi (rice husk), serutan kayu (sawdust), batubara coklat (lignite), batubara bituminous (seperti aspal), batubara jenis antrasit (antrasite coal).

b. Ketel dengan bahan bakar buatan.

Contoh dari bahan bakar buatan adalah bahan bakar arang kayu (wood charcoal), kokas (coke), briket (briquette), ampas (misal serabut kelapa sawit atau ampas tebu)

c. Ketel dengan dapur listrik

Ketel dengan dapur listrik yaitu ketel dengan menggunakan energi listrik dimana terdapat elemen pemanas sebagai pemanas air ketel.

d. Ketel dengan energi panas.

Energi panas yang diperoleh dapat berupa energi panas matahari ataupun energi panas bumi.

2 3 Pembentukan Uap

Supaya konstruksi dari ketel uap dapat dipahami betul-bentul, haruslah diketahui sifat-sifat dari uap dan pristiwa pembentukan pada uap, dalam bentuknya yang sederhana , dapat dimisalkan ketel uap sebagai tong logam yang sebahagian berisi dengan air. Air merupakan fluida yang sukar untuk merambat panas, sehingga dengan demikian perpindahan panas didalam air yang ada didalan ketel uap hampir berlangsung secara konveksi. Bila didalam sebuah tempat terdapat air dingin didalamnya, yang kemudian dipanasi bada bagian bawahnya maka air akan menjadi panas. Air menjadi panas karena berat jenisnya menjadi berkurang, maka akan naik keatas. Pada bagian bawah akan digantikan oleh air dingin dibagian atas, yang berat jenisnya lebih besar dibandingkan dengan air panas tersebut. Air yang tidak turut beredar dalam ketel uap dinamai air yang tidak bersirkulasi, jadi temperatur air ini tidak secepat air yang beredar naiknya. Ini dapat membahayakan bagi ketel karena air didalam ketel tidak akan merata panasnya. Pemuaian ketel tidak sama dan karena ini mungkin terjadi tekanan-tekanan yang besar dalam pelat-pelat ketel ataupun pada sambungan-sambungannya.

Gambar 2.7 memperlihatkan bagai mana pengaruh letak pemanas pada peredaran air. Ketika seluruh temperatur air 100 ºC, gelembung-gelembung uap yang dibentuk dalam seluruh zat cair, sampai pada permukaan dan lepas dari zat cair, karena tong ini terbuka, uap yang terbentuk lepas keluar melalui bahagian yang terbuka. Dikatakan sekarang air mendidih. Jadi mendidih adalah suatu peristiwa dimana pembentukan uap terjadi didalam seluruh massa zat-cair.

Titik didih dari suatu zat cair tergantung kepada tekanan yang dilakukan pada permukaan zat cair. Pada tong yang terbuka, tekanan udara luar yang dilakukan pada permukaan air, besarnya 1 atmosfer (1,0332 kg / cm2) pada tekanan ini air mendidih pada 100 ºC, kalau tekanan lebih besar dari 1 atm umpamanya 5 kg / cm2, air akan mendidih pada temperatur 151,1 ºC. Bila tekanan rendah dari 1 atm , umpamanya 0,12575 kg / cm2 air mendidih pada temperatur 50ºC.

2.3.1 Jenis-jenis Uap

Uap yang terbentuk ada tiga jenis yaitu : a. Uap basah

b. Uap kering c. Uap adi panas

Uap basah dan kering

Uap basah adalah uap yang mengandung air. Bila 1 kg uap basah terdiri dari : - mu kg/kg uap kering

- mw kg/kg air, maka dinyatakan bahwa kadar uap tersebut :

ms X



XL h

h_sat  _w  ...(kJ/kg)

Dimana: hsat = enthalpi uap saturasi (kJ/kg)

ha = enthalpi air permulaan (kJ/kg)

L = panas laten (kJ/kg) Untuk uap saturasi kering , maka

L h

h_sat  _a  ...(kJ/kg)

Entalpi uap adi panas

...(kJ/kg) )

(_sup

sup hsat Cp t tsat

h   

Dimana : h_sup = enthalpi uap super heater (kJ/kg) Cp = panaas jenis uap rata-rata (kJ/kg ºC)

= temperatur uap superheater (ºC)

sup

t

sat

t = temperatur uap saturasi (ºC)

Kenaikan entropi selama penguapan

Bila air menguap dengan sempurna, maka dia menyerap seluruh panas laten L pada temperature T (K) yang konstan. Maka kenaikan entropi selama peristiwa penguapan :

T L

sl  ...(kJ / kg ºC)

sl = entropi selama penguapan (kJ / kg ºC)

bila uap basah dengan kadar X maka :

T XL

sl  ...(kJ / kg ºC)

Sbasah = s +

sat

T XL

atau Sbasah =

273 lnTsat

+

sat

T XL

………...(kJ / kg ºC)

Kenaikan entropi uap kering :

Skering = s +

sat

T L

atau Skering =

273 lnTsat +

sat

T L

...(kJ / kg ºC)

2 4 Susunan umum dari Ketel-ketel Uap

Ketel uap adalah pesawat untuk mengubah air yang mengisi sebahagian dari ketel, menjadi uap dengan jalan pemanasan. Kekuatan ketel uap bergantung kepada material dari ketel. ketel yang kuat terhadap tekanan dari dalam adalah ketel bulat cembung, karena ketel ini tidak dapat diubah oleh tekanan dari dalam. Akan tetapi konstruksinya amat sulit dikerjakan. Jadi ketel bulat cembung tidak dipakai untuk ketel-ketel uap, walaupun bagian-bagian ketel setengah bulat cembung ada juga dipakai sesekali.

Dinding-dinding yang datar tidak begitu kuat menahan tekanan yang besar, karena itu jarang digunakan.

Bahan untuk ketel haruslah mempunyai kualitas yang bagus, karena bekerja dalam temperatur yang sangat tinggi, ketel ini harus dapat menahan tenaga-tenaga yang besar. Berhubung dengan ini dipakai orang sebagai bahan untuk ketel uap adalah baja Siemens-martin yang liat, amat kuat dan mudah dikerjakan. Tiap-tiap ketel uap pada waktu membuatnya haruslah berada dibawah pengawasan pegawai-pegawai dari jawatan uap. Para pegawai akan memberikan berbagai syarat tentang bahan dan konstruksi dari ketel. Umpamanya hukum ini

tembaga yakni kalau tekanan uap yang sebenarnya dalam ketel sebesar 20 kg / cm2 atau temperatur tinggi 210 ºC, maka bahan tersebut akan kehilangan kekuatannya. Disamping syarat-syarat hukum, haruslah ketel dibuat sedemikian rupa, sehingga sebanyak mungkin dari panas api dipindahkan kepada air-ketel. Jadi dapat menghemat pemakaian bahan bakar.

Permukaan yang dipanaskan adalah jumlah luas seluruhnya dari bagian-bagian yang dipanaskan oleh nyala api dan gas-gas asap dan pada sisi baliknya bersinggungan dengan air-ketel. Pada permukaan yang dipanaskan yang besar, gas-gas pembakaran yang panas lebih banyak mendapat kesempatan menyerap panas kedinding-dinding ketel yang meneruskan panas kepada air.

Kehematan dari sebuah ketel uap, berhubung dengan pemakaian bahan pembakaran, biasanya dinyatakan dengan kelipatan penguapan. Dengan kelipatan penguapan dari sebuah ketel uap dimaksud jumlah banyak kg uap dari tekanan yang dimestikan, yang dapat terbentuk dari persediaan, dengan 1 kg bahan bakar.

2.5 Effisiensi Ketel

Effisiensi ketel adalah perbandingan antara konsumsi panas dengan suplai panas. Jadi effesiensi dapat dihitung dengan :

LHV mf

h h mu

k sat a

 

 ( )

 ...(2.1) Dimana : k = Effesiensi ketel

mu = massa uap (kg)

mf = massa bahan bakar (kg) hsat = enthalpi uap saturasi (kJ/kg)

tetapi dalam ketel listrik effesiensi ketelnya menjadi : t pemanas daya mu L T cp ma k       ( )  ...(2.2) Dimana : ma = massa air (gram)

Cp = panas jenis untuk air 4,186 J/g ºC L = panas laten (2260 J/gram)

2.6 Hubungan energi dengan daya listrik

Disini terjadi perubahan energi yaitu energi listrik menjadi energi kalor, maka besarnya energi listrik dapat dicari dengan rumus :

...(2.3)

VIt

W 

Dimana : W = energi listrik (J) V = Beda potensial (Volt) I = Kuat arus (Ampere) t = Waktu (sekon)

Sedangkan untuk daya listrik dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut : ...(2.4)

VI

P

Dimana : P = daya listrik (watt)

Dari persamaan 2.13dan 2.4 maka hubungan energi dengan daya listrik adalah :

t P

W   ...(Joule = watt × sekon) atau

t W

BAB III

PROSEDUR PENGUJIAN

3.1 Tempat dan waktu pengujian

Pengujian eksperimental ini dilaksanakan di Laboratorium Prestasi Mesin Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dengan jangka waktu kurang lebih 1 (satu) bulan.

3.2 Pengujian terhadap ketel bertenaga listrik (electric boiler)

Dari pengujian ini nantinya dapat diketahui banyaknya uap yang dapat terbentuk, tekanan dan temperatur dari uap yang dihasilkan, serta banyaknya energi listrik yang dibutuhkan untuk menguapkan air.

3.2.1 Alat

1. Alat penimbang

Alat Penimbang dengan kapasitas kurang lebih 10 kg dan ketelitian 1 gr. Alat ini digunakan untuk menimbang massa air.

2. Termometer

Termometer digunakan untuk mengukur temperatur air dan temperatur uap air, dengan ketelitian 25 ºC untuk termometer air dan 10 ºC untuk termometer uap air.

Gambar 3.2 Temperatur air dan Temperatur uap 3. Alat pengukur tekanan

Alat pengukur tekanan digunakan untuk mengukur tekanan uap yang dihasilkan dengan satuan kg/cm2.

Gambar 3.3 Pengukur tekanan uap 4. Stopwatch

Stopwatch diggunakan untuk mencatat waktu yang dibutuhkan sampai air mendidih atau sampai pada temperature yang diinginkan

5. Ketel uji

Ketel uji yang digunakan adalah ketel bertenaga listrik (electric boiler) dengan kapasitas air sebanyak 5 liter.

Gambar 3.4 Ketel uji

3.3 Prosedur pengujian

Dalam pengujian akan diuji dengan volume air 3, 3,5, 4, 4,5 dan 4,7 liter Adapun prosedur pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Mengisi ketel dengan air 3 liter air, tetapi sebelumnya dicatat temperatur dan laju aliran air masuk ketel

2. Mengaliri elemen pemanas dengan arus listrik.

3. Mencatat lamanya elemen pemanas memanaskan air sampai temperatur 100, 110, 120 , 130, 140 dan 150ºC

4. Mencatat juga tekanan dan temperatur uap yang dihasilkan. 5. Mencatat sisa air pengisi ketel.

a

Mulai

Catat massa air (ma) gram

Catat temperatur air masuk ketel (Ta) ºC

Mengaliri elemen pemanas dengan arus listrik dan catat waktu yang dibutuhkan untuk memanaskan air sampai temperatur 100,110, 120, 130, 140 dan 150 ºC.

Ketika air mencapai temperatur tersebut catat tekanan (P) dan Tempetaur uap (Tu)

Melakukan percobaan 3,5, 4, 4,5 dan 4,7 liter air Catat sisa air pengisi ketel

a

 Panas jenis Cp air = 4,186 J/g ºC

 Kalor laten L = 2260 J/g

 Volume air 1 Liter

 Temperatur udara 30 º C

Berhenti

BAB IV

HASIL DAN ANALISA

4.1 Hasil dan Analisa banyak uap per menitnya

Data hasil percobaan untuk 3, 3,5, 4, 4,5 dan 4,7 liter air untuk temperatur pemanasan sampai dengan 100, 110, 120, 130, 140 dan 150 ºC dapat dilihat pada tabel 4.1

Tabel 4.1 Data tekanan uap, waktu dan massa uap pada percobaan sampai temperatur pemanas sampai 100, 110, 120, 130, 140 dan 150 ºC.

Volume air Temp. Air Temp. Air Tekanan Uap Waktu Massa Uap (L) Awal (ºC) Akhir (ºC) (kgf/cm²) (Menit) (Gram)

30 100 0,33 42,12 200

30 110 0,665 48,075 250

30 120 1,00 54,03 300

30 130 1,34 59,99 350

30 140 1,67 65,95 400

3

30 150 2,01 71,91 450

Volume air Temp. Air Temp. Air Tekanan Uap Waktu Massa Uap (L) Awal (ºC) Akhir (ºC) (kgf/cm²) (Menit) (Gram)

30 100 0,42 53,64 225

30 110 0,71 59,39 262,5

30 120 1,00 65,13 300

30 130 1,29 70,88 337,5

30 140 1,59 76,63 375

3,5

30 150 1,88 82,37 412,5

Volume air Temp. Air Temp. Air Tekanan Uap Waktu Massa Uap (L) Awal (ºC) Akhir (ºC) (kgf/cm²) (Menit) (Gram)

30 100 0,50 65,17 225.00

30 110 0,75 70,7 312,5

30 120 1,00 76,23 400

30 130 1,25 81,77 487,5

30 140 1,50 87,30 575

4

Volume air Temp. Air Temp. Air Tekanan Uap Waktu Massa Uap (L) Awal (ºC) Akhir (ºC) (kgf/cm²) (Menit) (Gram)

30 100 0,59 76,69 250

30 110 0,79 82,01 325

30 120 1,00 87,33 400

30 130 1,21 92,65 475

30 140 1,42 97,98 550

4,5

30 150 1,62 103,30 625

Volume air Temp. Air Temp. Air Tekanan Uap Waktu Massa Uap (L) Awal (ºC) Akhir (ºC) (kgf/cm²) (Menit) (Gram)

30 100 0,62 81,30 260

30 110 0,90 85,44 330

30 120 1,18 89,57 400

30 130 1,45 93,71 470

30 140 1,73 97,85 540

4,7

30 150 2,01 101,98 610

Jadi untuk mengihitung banyaknya uap yang terbentuk per menitnya, untuk 3 liter air sampai temperatur pemanasan 100 ºC adalah :

75 , 4 12 , 42 200 *    t mu m gram/menit 

m = Banyak Uap (gram/menit)

Dengan cara yang sama seperti diatas maka banyaknya uap yang terbentuk untuk 3,5, 4,5 dan 4,7 liter dengan temperatur pemanasan air sampai 110, 120, 130, 140 dan 150ºC dapat dihitung dan dilihat pada tabel 4.2.

Tabel 4.2 Data hasil perhitungan banyaknya uap air yang terbentuk.

Volume air (L) Temp. Air Akhir (ºC) Tekanan Uap (kgf/cm²) Waktu (Menit) Massa Uap (Gram) Banyak uap (gram /menit)

100 0,33 42,12 0,33 4,75

110 0,665 48,075 0,665 5,20

120 1,00 54,03 1,00 5,55

130 1,34 59,99 1,34 5,83

140 1,67 65,95 1,67 6,07

3

150 2,01 71,91 2,01 6,26

100 0,42 53,64 225 4,19

110 0,71 59,39 262,5 4,42

120 1,00 65,13 300 4,61

130 1,29 70,88 337,5 4,76

140 1,59 76,63 375 4,89

100 0,50 65,17 225.00 3,45

110 0,75 70,7 312,5 4,42

120 1,00 76,23 400 5,25

130 1,25 81,77 487,5 5,96

140 1,50 87,30 575 6,59

4

150 1,75 92,83 662,5 7,14

100 0,59 76,69 250 3,26

110 0,79 82,01 325 3,96

120 1,00 87,33 400 4,58

130 1,21 92,65 475 5,13

140 1,42 97,98 550 5,61

4.5

150 1,62 103,30 625 6,05

100 0,62 81,30 260 3,20

110 0,90 85,44 330 3,86

120 1,18 89,57 400 4,47

130 1,45 93,71 470 5,02

140 1,73 97,85 540 5,52

4.7

150 2,01 101,98 610 5,98

 Pada temperatur pemanasan air sampai 100 ºC, banyak uap yang terbentuk pada volume 3 liter adalah yang paling banyak yaitu 4,75 gram / menit. Dan banyaknya uap yang paling sedikit adalah pada volume 4,7 liter yaitu 3,20 gram / menit.

 Pada temperatur pemanasan air sampai 110 ºC, banyak uap yang terbentuk pada volume 3 liter adalah yang paling banyak yaitu 5,20 gram / menit. Dan banyaknya uap yang paling sedikit adalah pada volume 4,7 liter yaitu 3,86 gram / menit.

 Pada temperatur pemanasan air sampai 120 ºC, banyak uap yang terbentuk pada volume 3 liter adalah yang paling banyak yaitu 5,50 gram / menit. Dan banyaknya uap yang paling sedikit adalah pada volume 4,7 liter yaitu 4,47 gram / menit.

banyaknya uap yang paling sedikit adalah pada volume 3,5 liter yaitu 4,75 gram / menit.

 Pada temperatur pemanasan air sampai 140 ºC, banyak uap yang terbentuk pada volume 4 liter adalah yang paling banyak yaitu 6,59 gram / menit. Dan banyaknya uap yang paling sedikit adalah pada volume 3,5 liter yaitu 4,89 gram / menit.

 Pada temperatur pemanasan air sampai 150 ºC, banyak uap yang terbentuk pada volume 4 liter adalah yang paling banyak yaitu 7,14 gram / menit. Dan banyaknya uap yang paling sedikit adalah pada volume 3,5 liter yaitu 5,01 gram / menit.

100 110 120 130 140 150

3 4 5 6 7 8

Banyak Uap (gram/menit)

T

e

m

p

er

at

u

r (

C

)

3 Liter 3.5 Liter 4 Liter 4.5 liter 4.7 Liter

Persentase pembentukan banyaknya uap yang terbanyak ketika temperatur air sampai 150 ºC pada volume air 4 liter yaitu 7,14 gram / menit dan yang terkecil ketika temperatur air 100 ºC pada volume air 4,7 liter yaitu 3,20 gram / menit.

Besar kecilnya pembentukan banyaknya uap dipengaruhi oleh temperatur dan waktu. Semakin tinggi temperatur, maka semakin besar pula pembentukan uap yang dihasilkan.

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80

2.5 3 3.5 4 4.5 5

Volume air (L)

B

a

ny

a

k

ua

p /

1

0

(

C

)

Gambar 4.2 Grafik perbandingan Volume air dengan pembentukan uap/10ºC Untuk keseluruhan pengujian maka pembentukan uap untuk tiap kenaikan 10 ºC yang dimulai dari temperatur 100 sampai 150 ºC pada volume 4 liter air adalah yang paling tinggi yaitu 0,74 gram / menit untuk tiap kenaikan 10 ºC. Sedangkan pada volume 3,5 liter adalah yang paling rendah yaitu 0,16 gram / menit untuk tiap kenaikan 10 ºC. Tetapi jika dilihat untuk volume air 3 liter maka pembentukan uapnya lebih tinggi yaitu 0,30 gram / menit untuk tiap kenaikan 10 ºC bila dibandingkan dengan volume air 3,5, maka disini terjadi kenaikan dan penurunan pembentukan uap untuk tiap volume air pengujian, hal ini dipengaruhi oleh ruang sisa didalam ketel, karena volume maksimal ketel adalah 5 liter air

4.2 Hasil dan Analisa kebutuhan energi untuk penguapan

Elemen pemanas yang digunakan adalah dibuat dari tembaga berdiameter 1 cm dengan panjang 75 cm dibentuk melingkar dengan diameter 15 cm dan daya 750 Watt.

Dari tabel 4.1 maka dapat dihitung kebutuhan energi untuk 3, 3,5, 4, 4,5 dan 4,7 liter air dengan temperatur pemanasan 100, 110, 120, 130, 140 dan 150 ºC.

Untuk 3 liter air dengan temperatur pemanasan 100 ºC 1895250

60 12 , 42

750  

 

P t

E =1895,25 kJ

Dengan cara yang sama seperti diatas maka kebutuhan energi untuk menguapkan air untuk 3,5, 4, 4,5 dan 4,7 liter dengan temperatur pemanasan air sampai dengan 100, 110, 120, 130, 140 dan 150 ºC dapat dihitung dan dilihat pada tabel 4.3. Tabel 4.3 Data hasil perhitungan kebutuhan energi untuk penguapan.

No Volume air (L) Temp. Air Awal (ºC) Temp. Air Akhir (ºC) Waktu (Menit) Daya pemanas (Watt) Energi (Joule)

1 30 100 42,12 750 1895250

2 30 110 48,075 750 2163375

3 30 120 54,03 750 2431500

4 30 130 59,99 750 2699625

5 30 140 65,95 750 2967750

6

3

30 150 71,91 750 3235875

1 30 100 53,64 750 2413875

2 30 110 59,39 750 2672437,5

3 30 120 65,13 750 2931000

4 30 130 70,88 750 3189562,5

5 30 140 76,63 750 3448125

6

3.5

30 150 82,37 750 3706687,5

1 30 100 65,17 750 2932500

2 30 110 4,42 750 3181500

3 30 120 76,23 750 3430500

4 30 130 81,77 750 3679500

5 30 140 87,30 750 3928500

6

4

1 30 100 76,69 750 3451125

2 30 110 82,01 750 3690562,5

3 30 120 87,33 750 3930000

4 30 130 92,65 750 4169437,5

5 30 140 97,98 750 4408875

6

4,5

30 150 103,30 750 4648312,5

1 30 100 81,30 750 3658575

2 30 110 85,44 750 3844706,25

3 30 120 89,57 750 4030837,5

4 30 130 93,71 750 4216968,75

5 30 140 97,85 750 4403100

6

4,7

30 150 101,98 750 4589231,25

 Pada temperatur pemanasan air sampai 100 ºC, energi yang terbentuk pada volume 3 liter adalah yang paling sedikit yaitu 1895250 Joule. Dan energi yang paling besar adalah pada volume 4,7 liter yaitu 36585725 Joule.

 Pada temperatur pemanasan air sampai 110 ºC, energi yang terbentuk pada volume 3 liter adalah yang paling sedikit yaitu 2163375 Joule. Dan energi yang paling besar adalah pada volume 4,7 liter yaitu 3844706,25Joule.

 Pada temperatur pemanasan air sampai 120 ºC, energi yang terbentuk pada volume 3 liter adalah yang paling sedikit yaitu 2431500 Joule. Dan energi yang paling besar adalah pada volume 4,7 liter yaitu 4030837,5Joule.

 Pada temperatur pemanasan air sampai 130 ºC, energi yang terbentuk pada volume 3 liter adalah yang paling sedikit yaitu 2699625 Joule. Dan energi yang paling besar adalah pada volume 4,7 liter yaitu 4216968,75Joule.

 Pada temperatur pemanasan air sampai 140 ºC, energi yang terbentuk pada volume 3 liter adalah yang paling sedikit yaitu 2967750 Joule. Dan energi yang paling besar adalah pada volume 4,5 liter yaitu 4408875Joule.

100 110 120 130 140 150

1500 2500 3500 4500

Energi (kJ)

Te

m

pe

ra

tur

(

C

)

3 Liter 3.5 Liter 4 Liter 4.5 liter 4.7 Liter

 Pada temperatur pemanasan air sampai 150 ºC, energi yang terbentuk pada volume 3 liter adalah yang paling sedikit yaitu 3235875 Joule. Dan energi yang paling besar adalah pada volume 4,5 liter yaitu 4648312,5 Joule.

Gambar 4.3 Grafik perbandingan temperatur pemanas dengan energi

Energi yang terbanyak ketika temperatur air sampai 150 ºC pada volume air 4,5 liter 4648312,5 Joule dan yang terkecil ketika temperatur air 100 ºC pada volume air 3 liter yaitu 18925250 Joule.

Besar kecilnya energi tergantung pada lamanya pemanasan air dan volume air Semakin lama pemanasan air maka temperatur air akan semakin naik, maka semakin besar pula energi yang dibutuhkan.

Jika dilihat pada grafik 4.3 mulai dari temperatur 140 ºC untuk volume air 4,5 liter membutuhkan energi yang lebih besar bila dibandingkan dengan 4,7 liter tetapi bedanya hanya 1,28 % karena pada temperatur 140 ºC uap yang terbentuk untuk volume air 4,5 liter lebih sedikit sehingga massa airnya lebih banyak.sehingga membutuhkan energi yang lebih besar untuk menaikkan temperatur.

4. 3 Hasil dan Analisa tekanan dan temperatur uap

Tekanan dan temperatur uap pada 3, 3,5, 4, 4,5 dan 4,7 liter air untuk temperatur pemanasan 100, 110, 120, 130, 140 dan 150 ºC diperoleh dari hasil percobaan dan dapat dilihat pada tabel 4.4

Tabel 4.4 Data tekanan uap dan temperatur uap dari percobaan

Volume air (L) Temp. Air Awal (ºC) Temp. Air Akhir (ºC) Tekanan Uap (kgf/cm²) Waktu (Menit) Temp.Uap (ºC)

30 100 0,33 42,12 104

30 110 0,665 48,075 116

30 120 1,00 54,03 122

30 130 1,34 59,99 134

30 140 1,67 65,95 145

3

30 150 2,01 71,91 152

30 100 0,42 53,64 107

30 110 0,71 59,39 112

30 120 1,00 65,13 120

30 130 1,29 70,88 135

30 140 1,59 76,63 142

3.5

30 150 1,88 82,37 154

30 100 0,50 65,17 102

30 110 0,75 70,7 110

30 120 1,00 76,23 122

30 130 1,25 81,77 130

30 140 1,50 87,30 140

4

30 150 1,75 92,83 150

30 100 0,59 76,69 102

30 110 0,79 82,01 114

30 120 1,00 87,33 122

30 130 1,21 92,65 134

30 140 1,42 97,98 140

4.5

30 150 1,62 103,30 152

30 100 0,62 81,30 102

30 110 0,90 85,44 112

30 120 1,18 89,57 122

30 130 1,45 93,71 130

30 140 1,73 97,85 140

4.7

30 150 2,01 101,98 150

 Pada temperatur pemanasan air sampai 100 ºC, tekanan uap yang terbentuk pada volume 3 liter adalah yang paling sedikit yaitu 0,33 kgf/cm2. Dan

 Pada temperatur pemanasan air sampai 110 ºC, tekanan uap yang terbentuk pada volume 3 liter adalah yang paling sedikit yaitu 0,665 kgf/cm2. Dan tekanan uap yang paling besar adalah pada volume 4,7 liter yaitu 0,90 kgf/cm2.

 Pada temperatur pemanasan air sampai 120 ºC, tekanan uap yang terbentuk pada volume 3, 3,5, 4 dan 4,5 liter adalah yang paling sedikit yaitu 1 kgf/cm2. Dan tekanan uap yang paling besar adalah pada volume 4,7 liter yaitu 1,18 kgf/cm2.

 Pada temperatur pemanasan air sampai 130 ºC, tekanan uap yang terbentuk pada volume 4,5 liter adalah yang paling sedikit yaitu 1,21 kgf/cm2. Dan tekanan uap yang paling besar adalah pada volume 4,7 liter yaitu 1,45 kgf/cm2.

 Pada temperatur pemanasan air sampai 140 ºC, tekanan uap yang terbentuk pada volume 4,5 liter adalah yang paling sedikit yaitu 1,42 kgf/cm2. Dan tekanan uap yang paling besar adalah pada volume 4,7 liter yaitu 1,73 kgf/cm2.

 Pada temperatur pemanasan air sampai 150 ºC, tekanan uap yang terbentuk pada volume 4,5 liter adalah yang paling sedikit yaitu 1,62 kgf/cm2. Dan tekanan uap yang paling besar adalah pada volume 3 dan 4,7 liter yaitu 2,01 kgf/cm2.

100 110 120 130 140 150

0 1 2 3

Tekanan Uap (Kgf/cm2)

T

e

m

p

er

at

u

r (

C

) _{3 Liter}

3.5 Liter 4 Liter 4.5 liter 4.7 Liter

Gambar 4.4 Grafik perbandingan temperatur pemanas dengan Tekanan uap Tekanan terbesar terjadi pada temperatur pemanasan 150 ºC yaitu pada volume air 3 dan 4,7 liter sedangkan tekanan terendah terjadi pada temperatur 100 ºC pada volume air 3 liter, jadi tekanan uap dipengaruhi oleh temperatur. Semakin tinggi temperatur maka semakin tinggi tekanan yang dihasilkan.

Tetapi pada temperatur 120 ºC mempunyai tekanan yang sama untuk volume air 3, 3,5, 4, dan 4,5 liter yaitu 1 kgf/cm2 bedanya hanya 1,5 % bila dibandingkan dengan volume air 4,7 liter pada temperatur yang sama karena ruang sisa untuk uap yang dihasilkan lebih sedikit sehingga bila temperatur semakin naik maka tekanan yang dihasilkan akan semakin naik pula.

4.4 Hasil dan Analisa effisiensi ketel

Dari tabel 4.1 dapat dihitung effisiensi ketel untuk 3 liter dengan temperatur pemanasan air sampai 100 ºC

23 , 70 100 1895250 ) 200 2260 ( ) 70 186 , 4 3000 ( 100 ) ( ) (               E mu L T Cp ma  %

Dengan cara yang sama seperti diatas maka effisiensi ketel untuk 3,5, 4, 4,5 dan 4,7 liter dengan temperatur pemanasan 100, 110, 120, 130, 140 dan 150ºC dapat dihitung dan dilihat pada tabel 4.5

Tabel 4.5 Data hasil perhitungan effisiensi ketel

Volume air (L)

Temp. Air Akhir (ºC)

Eff (η)% 100 70,23 110 72,56 120 74,37 130 75,82 140 77,01 3 150 78,00 100 63,55 110 66,06 120 68,12 130 69,85 140 71,32 3.5 150 72,58 100 57,31 110 64,30 120 70,28 130 75,45 140 79,96 4 150 83,94 100 54,58 110 60,73 120 66,14 130 70,93 140 75,19 4.5 150 79,02 100 53,70 110 60,34 120 66,36 130 71,84 140 76,87 4.7 150 81,48

 Pada temperatur pemanasan air sampai 100 ºC, effisiensi terbentuk pada volum 3 liter adalah yang paling besar yaitu 70,23 %. Dan effisiensi paling kecil adalah pada volum 4,7 liter yaitu 53,70 %.

 Pada temperatur pemanasan air sampai 110 ºC, effisiensi terbentuk pada volum 3 liter adalah yang paling besar yaitu 72,56 %. Dan effisiensi paling kecil adalah pada volum 4,7 liter yaitu 60,34 %.

 Pada temperatur pemanasan air sampai 120 ºC, effisiensi terbentuk pada volum 3 liter adalah yang paling besar yaitu 74,37 %. Dan effisiensi paling kecil adalah pada volume 4 liter yaitu 64,30 %.

 Pada temperatur pemanasan air sampai 130 ºC, effisiensi terbentuk pada volum 3 liter adalah yang paling besar yaitu 75,82 %. Dan effisiensi paling kecil adalah pada volume 4,5liter yaitu 70,93 %.

 Pada temperatur pemanasan air sampai 140 ºC, effisiensi terbentuk pada volum 4 liter adalah yang paling besar yaitu 79,96 %. Dan effisiensi paling kecil adalah pada volume 3,5 liter yaitu 71,32 %.

 Pada temperatur pemanasan air sampai 150 ºC, effisiensi terbentuk pada volume 4 liter adalah yang paling besar yaitu 83,94 %. Dan effisiensi paling kecil adalah pada volume 3,5 liter yaitu 72,58 %.

100 110 120 130 140 150

50 60 70 80 90

Effisiensi (% )

T

e

m

p

er

at

ur

(

C

)

3 Liter 3.5 Liter 4 Liter 4.5 liter 4.7 Liter

Gambar 4.5 Grafik temperatur pemanasan dengan effisiensi ketel Effisiensi ketel yang tertinggi ketika temperatur air sampai 150 ºC pada volume air 4 liter yaitu 83,94 % dan yang terkecil ketika temperatur air 100 ºC pada volume air 4,7 liter yaitu 53,70 %

Besar kecilnya effisiensi ketel dipengaruhi oleh temperatur dan waktu. Semakin tinggi temperatur, maka semakin besar pula effisiensi ketel yang dihasilkan.

Grafik effisiensi ketel hampir sama dengan grafik banyaknya uap karena yang mempengaruhi kenaikan effisiensi adalah sama dengan yang mempengaruhi kenaikan untuk terbentuknya uap

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Pembentukan banyaknya uap dipengaruhi oleh temperatur dan waktu. Semakin tinggi temperatur, maka semakin besar pula pembentukan uap yang dihasilkan.

2. Pembentukan uap rata-rata adalah 0,46 gram/menit untuk keseluruhan pengujian untuk tiap kenaikan 10 ºC yang dimulai dari temperatur 100 sampai 150 ºC.

3. Kebutuhan energi bergantung kepada lamanya pemanasan air dan volume air Semakin lama pemanasan air maka temperatur air akan semakin naik, maka semakin besar pula energi yang dibutuhkan.

4. Kebutuhan energi rata-rata untuk keseluruhan pengujian adalah 3470,89 kJ 5. Pada temperatur 140 ºC terjadi penyimpangan untuk kebutuhan energi pada

volume air 4,7 liter sekitar 1,28 % terhadap volume air 4,5 liter pada temperatur yang sama dikarenakan pada temperatur 140 ºC uap yang terbentuk untuk volume air 4,5 liter lebih sedikit sehingga massa airnya lebih banyak.sehingga membutuhkan energi yang lebih besar untuk menaikan temperatur.

6. Tekanan uap dipengaruhi oleh temperatur. Semakin tinggi temperatur maka semakin tinggi tekanan yang dihasilkan. Tetapi pada temperatur 120 ºC mempunyai tekanan yang sama untuk volume air 3, 3,5, 4, dan 4,5 liter yaitu 1 kgf/cm2 bedanya hanya 1,5 % bila dibandingkan dengan volume air 4,7 liter.

7. Effisiensi ketel dipengaruhi oleh temperatur dan waktu. Semakin tinggi temperatur, maka semakin besar pula effisiensi ketel yang dihasilkan.

8. Effisiensi rata-rata keseluruhan adalah 70,26 %

9. Total biaya dengan menggunakan elemen pemanas 750 Watt untuk waktu pemanasan air 103,30 menit (Waktu maksimal untuk 4,5 liter pemanasan sampai temperatur 150º) adalah Rp. 697,275 (harga per kWh = Rp 540).

5.2 Saran

1. Untuk mendukung kelancaran dan akurasi hasil pengujian sebaiknya dilakukan pemeriksaan dan kalibrasi terhadap instrumentasi dan alat ukur setiap kali pengujian akan dilakukan.

2. Sebaiknya daya elemen pemanas dapat diperkecil agar dapat digunakan pada rumah-rumah yang memiliki daya hanya 450 Watt.

DAFTAR PUSTAKA

1. Bailis Rob, Damon Ogle and Dean Still. The Water Boiling Test, Version 1.5. Household Energy and Health Programme, Shell Foundation.

2. Chatae, Ketel Uap dan Kelengkapanya, Pradnya Paramitha, Jakarta, 1975. 3. Daryanto, Teknik Pesawat Tenaga, Bumi Aksara, Jakarta, 1987.

4. Djokosetyardjo, Pembahasan Lebih Lanjut Tetang Ketel Uap, Pradnya Paramitha, Jakarta, 1990.

5. Holman, J.P. Perpindahan Kalor. Edisi ke-6. Erlangga. Jakarta. 1988

6. Muin, Syamsiar A. Pesawat-pesawat Konversi Energi (Ketel uap). Rajawali Pers. Jakarta. 1988.

LAMPIRAN A

Daftar A-1 Faktor Konversi

Panjang : Energi :

12 in = 1 ft 1 ft. lbf = 1.356 J 2.54 cm = 1 in 1 kWh = 3413 Btu 1 μm = 10-6 m = 10—4 cm 1 hp. h = 2545 Btu

Massa : 1 Btu = 252 cal

1 kg = 2.205 lbm 1 Btu = 778 ft. lbf 1 slug = 32.16 lbm Tekanan :

450 g = 1 lbfm 1 atm = 14.696 lbf / in2 = 2116 lbf / ft2

Gaya : 1 atm = 1.01325 105 Pa

1 dyn = 2.248 10-6 lbf 1 in Hg = 70.73 lbf / ft2 1 lbf = 4.48 N

105 dyn = 1 N

Konversi ke Satuan SI

Panjang : Volume :

1in = 0.0254 m 1 in3 = 1.63871  10-5 m3 1ft = 0.3048 m 1 ft3 = 0.0283168 m3

1mi = 1.60934 km 1 gal = 231 in3 = 0.0037854 m3

Luas : Massa :

1in2 = 0.0254 m 1 lbm = 0.45359237 kg 1ft2 = 0.3048 m Densitas :

1mi2 = 1.60934 km 1 lbm / in3 = 2.76799  104 kg / m3

Tekanan : 1 lbm / ft3 = 16.0185 kg / m3

1 N/m2 = 1 Pa Gaya :

1 atm = 1.01325  105 Pa 1 dyn = 10-5 N 1 lbf / in2 = 6894.76 Pa 1 lbf = 4.44822 N

Energi :

1 erg = 10-7 J 1 Btu = 1055.04 J 1 ft. lbf = 1.35582 J 1 cal (15ºC) = 4.1855 J

Daya :

1 hp = 745.7 W 1 Btu / h = 0.293 W

LAMPIRAN B

Daftar B-1 Data tekanan uap, waktu dan massa uap pada percobaan sampai temperatur pemanas sampai 100, 110, 120, 130, 140 dan 150 ºC.

Volume air Temp. Air Temp. Air Tekanan Uap Waktu Massa Uap (L) Awal (ºC) Akhir (ºC) (kgf/cm²) (Menit) (Gram)

30 100 0,33 42,12 200

30 110 0,665 48,075 250

30 120 1,00 54,03 300

30 130 1,34 59,99 350

30 140 1,67 65,95 400

3

30 150 2,01 71,91 450

Volume air Temp. Air Temp. Air Tekanan Uap Waktu Massa Uap (L) Awal (ºC) Akhir (ºC) (kgf/cm²) (Menit) (Gram)

30 100 0,42 53,64 225

30 110 0,71 59,39 262,5

30 120 1,00 65,13 300

30 130 1,29 70,88 337,5

30 140 1,59 76,63 375

3,5

30 150 1,88 82,37 412,5

Volume air Temp. Air Temp. Air Tekanan Uap Waktu Massa Uap (L) Awal (ºC) Akhir (ºC) (kgf/cm²) (Menit) (Gram)

30 100 0,50 65,17 225.00

30 110 0,75 70,7 312,5

30 120 1,00 76,23 400

30 130 1,25 81,77 487,5

30 140 1,50 87,30 575

4

30 150 1,75 92,83 662,5

Volume air Temp. Air Temp. Air Tekanan Uap Waktu Massa Uap (L) Awal (ºC) Akhir (ºC) (kgf/cm²) (Menit) (Gram)

30 100 0,59 76,69 250

30 110 0,79 82,01 325

30 120 1,00 87,33 400

30 130 1,21 92,65 475

30 140 1,42 97,98 550

4,5

30 150 1,62 103,30 625

Volume air Temp. Air Temp. Air Tekanan Uap Waktu Massa Uap (L) Awal (ºC) Akhir (ºC) (kgf/cm²) (Menit) (Gram)

30 100 0,62 81,30 260

30 110 0,90 85,44 330

30 120 1,18 89,57 400

30 130 1,45 93,71 470

Daftar B-2 Data hasil perhitungan banyaknya uap air yang terbentuk Volume air (L) Temp. Air Akhir (ºC) Tekanan Uap (kgf/cm²) Waktu (Menit) Massa Uap (Gram) Banyak uap (gram /menit)

100 0,33 42,12 0,33 4,75

110 0,665 48,075 0,665 5,20

120 1,00 54,03 1,00 5,55

130 1,34 59,99 1,34 5,83

140 1,67 65,95 1,67 6,07

3

150 2,01 71,91 2,01 6,26

100 0,42 53,64 225 4,19

110 0,71 59,39 262,5 4,42

120 1,00 65,13 300 4,61

130 1,29 70,88 337,5 4,76

140 1,59 76,63 375 4,89

3,5

150 1,88 82,37 412,5 5,01

100 0,50 65,17 225.00 3,45

110 0,75 70,7 312,5 4,42

120 1,00 76,23 400 5,25

130 1,25 81,77 487,5 5,96

140 1,50 87,30 575 6,59

4

150 1,75 92,83 662,5 7,14

100 0,59 76,69 250 3,26

110 0,79 82,01 325 3,96

120 1,00 87,33 400 4,58

130 1,21 92,65 475 5,13

140 1,42 97,98 550 5,61

4.5

150 1,62 103,30 625 6,05

100 0,62 81,30 260 3,20

110 0,90 85,44 330 3,86

120 1,18 89,57 400 4,47

130 1,45 93,71 470 5,02

140 1,73 97,85 540 5,52

4.7

Daftar B-3 Data hasil perhitungan kebutuhan energi untuk penguapan Volume air (L) Temp. Air Awal (ºC) Temp. Air Akhir (ºC) Waktu (Menit) Daya pemanas (Watt) Energi (Joule)

30 100 42,12 750 1895250

30 110 48,075 750 2163375

30 120 54,03 750 2431500

30 130 59,99 750 2699625

30 140 65,95 750 2967750

3

30 150 71,91 750 3235875

30 100 53,64 750 2413875

30 110 59,39 750 2672437,5

30 120 65,13 750 2931000

30 130 70,88 750 3189562,5

30 140 76,63 750 3448125

3.5

30 150 82,37 750 3706687,5

30 100 65,17 750 2932500

30 110 4,42 750 3181500

30 120 76,23 750 3430500

30 130 81,77 750 3679500

30 140 87,30 750 3928500

4

30 150 92,83 750 4177500

30 100 76,69 750 3451125

30 110 82,01 750 3690562,5

30 120 87,33 750 3930000

30 130 92,65 750 4169437,5

30 140 97,98 750 4408875

4.5

30 150 103,30 750 4648312,5

30 100 81,30 750 3658575

30 110 85,44 750 3844706,25

30 120 89,57 750 4030837,5

30 130 93,71 750 4216968,75

30 140 97,85 750 4403100

4.7

Daftar B-4 Data tekanan uap dan temperatur uap dari percobaan Volume air (L) Temp. Air Awal (ºC) Temp. Air Akhir (ºC) Tekanan Uap (kgf/cm²) Waktu (Menit) Temp.Uap (ºC)

30 100 0,33 42,12 104

30 110 0,665 48,075 116

30 120 1,00 54,03 122

30 130 1,34 59,99 134

30 140 1,67 65,95 145

3

30 150 2,01 71,91 152

30 100 0,42 53,64 107

30 110 0,71 59,39 112

30 120 1,00 65,13 120

30 130 1,29 70,88 135

30 140 1,59 76,63 142

3.5

30 150 1,88 82,37 154

30 100 0,50 65,17 102

30 110 0,75 70,7 110

30 120 1,00 76,23 122

30 130 1,25 81,77 130

30 140 1,50 87,30 140

4

30 150 1,75 92,83 150

30 100 0,59 76,69 102

30 110 0,79 82,01 114

30 120 1,00 87,33 122

30 130 1,21 92,65 134

30 140 1,42 97,98 140

4.5

30 150 1,62 103,30 152

30 100 0,62 81,30 102

30 110 0,90 85,44 112

30 120 1,18 89,57 122

30 130 1,45 93,71 130

30 140 1,73 97,85 140

4.7

Daftar B-5 Data hasil perhitungan effisiensi ketel Volume air (L) Temp. Air Akhir (ºC) Eff (η)% 100 70,23 110 72,56 120 74,37 130 75,82 140 77,01 3 150 78,00 100 63,55 110 66,06 120 68,12 130 69,85 140 71,32 3.5 150 72,58 100 57,31 110 64,30 120 70,28 130 75,45 140 79,96 4 150 83,94 100 54,58 110 60,73 120 66,14 130 70,93 140 75,19 4.5 150 79,02 100 53,70 110 60,34 120 66,36 130 71,84 140 76,87 4.7 150 81,48

LAMPIRAN A

Daftar A-1 Faktor Konversi

Panjang : Energi :

12 in = 1 ft 1 ft. lbf = 1.356 J

2.54 cm = 1 in 1 kWh = 3413 Btu

1 μm = 10-6 m = 10—4 cm 1 hp. h = 2545 Btu

Massa : 1 Btu = 252 cal

1 kg = 2.205 lbm 1 Btu = 778 ft. lbf

1 slug = 32.16 lbm Tekanan :

450 g = 1 lbfm 1 atm = 14.696 lbf / in 2

= 2116 lbf / ft 2

Gaya : 1 atm = 1.01325



105 Pa

1 dyn = 2.248



10-6 lbf 1 in Hg = 70.73 lbf / ft 2

1 lbf = 4.48 N

105 dyn = 1 N

Konversi ke Satuan SI

Panjang : Volume :

1in = 0.0254 m 1 in3 = 1.63871



10-5 m3 1ft = 0.3048 m 1 ft3 = 0.0283168 m3

1mi = 1.60934 km 1 gal = 231 in3 = 0.0037854 m3

Luas : Massa :

1in2 = 0.0254 m 1 lbm = 0.45359237 kg

1ft2 = 0.3048 m Densitas :

1mi2 = 1.60934 km 1 lbm / in 3

= 2.76799



104 kg / m3

Tekanan : 1 lbm / ft

3

= 16.0185 kg / m3

1 N/m2 = 1 Pa Gaya :

1 atm = 1.01325



105 Pa 1 dyn = 10-5 N 1 lbf / in

2

= 6894.76 Pa 1 lbf = 4.44822 N

Energi : 1 erg = 10-7 J 1 Btu = 1055.04 J 1 ft. lbf = 1.35582 J

1 cal (15ºC) = 4.1855 J Daya :

1 hp = 745.7 W 1 Btu / h = 0.293 W

41

LAMPIRAN B

Daftar B-1 Data tekanan uap, waktu dan massa uap pada percobaan sampai

temperatur pemanas sampai 100, 110, 120, 130, 140 dan 150 ºC.

Volume air Temp. Air Temp. Air Tekanan Uap Waktu Massa Uap (L) Awal (ºC) Akhir (ºC) (kgf/cm²) (Menit) (Gram)

30 100 0,33 42,12 200

30 110 0,665 48,075 250

30 120 1,00 54,03 300

30 130 1,34 59,99 350

30 140 1,67 65,95 400

3

30 150 2,01 71,91 450

Volume air Temp. Air Temp. Air Tekanan Uap Waktu Massa Uap (L) Awal (ºC) Akhir (ºC) (kgf/cm²) (Menit) (Gram)

30 100 0,42 53,64 225

30 110 0,71 59,39 262,5

30 120 1,00 65,13 300

30 130 1,29 70,88 337,5

30 140 1,59 76,63 375

3,5

30 150 1,88 82,37 412,5

Volume air Temp. Air Temp. Air Tekanan Uap Waktu Massa Uap (L) Awal (ºC) Akhir (ºC) (kgf/cm²) (Menit) (Gram)

30 100 0,50 65,17 225.00

30 110 0,75 70,7 312,5

30 120 1,00 76,23 400

30 130 1,25 81,77 487,5

30 140 1,50 87,30 575

4

30 150 1,75 92,83 662,5

Volume air Temp. Air Temp. Air Tekanan Uap Waktu Massa Uap (L) Awal (ºC) Akhir (ºC) (kgf/cm²) (Menit) (Gram)

30 100 0,59 76,69 250

30 110 0,79 82,01 325

30 120 1,00 87,33 400

30 130 1,21 92,65 475

30 140 1,42 97,98 550

4,5

30 150 1,62 103,30 625

Volume air Temp. Air Temp. Air Tekanan Uap Waktu Massa Uap (L) Awal (ºC) Akhir (ºC) (kgf/cm²) (Menit) (Gram)

30 100 0,62 81,30 260

30 110 0,90 85,44 330

30 120 1,18 89,57 400

30 130 1,45 93,71 470

30 140 1,73 97,85 540

4,7

30 150 2,01 101,98 610

Daftar B-2 Data hasil perhitungan banyaknya uap air yang terbentuk

Volume air

(L)

Temp. Air Akhir (ºC)

Tekanan Uap (kgf/cm²)

Waktu (Menit)

Massa Uap (Gram)

Banyak uap (gram /menit)

100 0,33 42,12 0,33 4,75

110 0,665 48,075 0,665 5,20

120 1,00 54,03 1,00 5,55

130 1,34 59,99 1,34 5,83

140 1,67 65,95 1,67 6,07

3

150 2,01 71,91 2,01 6,26

100 0,42 53,64 225 4,19

110 0,71 59,39 262,5 4,42

120 1,00 65,13 300 4,61

130 1,29 70,88 337,5 4,76

140 1,59 76,63 375 4,89

3,5

150 1,88 82,37 412,5 5,01

100 0,50 65,17 225.00 3,45

110 0,75 70,7 312,5 4,42

120 1,00 76,23 400 5,25

130 1,25 81,77 487,5 5,96

140 1,50 87,30 575 6,59

4

150 1,75 92,83 662,5 7,14

100 0,59 76,69 250 3,26

110 0,79 82,01 325 3,96

120 1,00 87,33 400 4,58

130 1,21 92,65 475 5,13

140 1,42 97,98 550 5,61

4.5

150 1,62 103,30 625 6,05

100 0,62 81,30 260 3,20

110 0,90 85,44 330 3,86

120 1,18 89,57 400 4,47

130 1,45 93,71 470 5,02

140 1,73 97,85 540 5,52

4.7

43

Daftar B-3 Data hasil perhitungan kebutuhan energi untuk penguapan

Volume air (L)

Temp. Air Awal (ºC)

Temp. Air Akhir (ºC)

Waktu (Menit)

Daya pemanas

(Watt)

Energi (Joule)

30 100 42,12 750 1895250

30 110 48,075 750 2163375

30 120 54,03 750 2431500

30 130 59,99 750 2699625

30 140 65,95 750 2967750

3

30 150 71,91 750 3235875

30 100 53,64 750 2413875

30 110 59,39 750 2672437,5

30 120 65,13 750 2931000

30 130 70,88 750 3189562,5

30 140 76,63 750 3448125

3.5

30 150 82,37 750 3706687,5

30 100 65,17 750 2932500

30 110 4,42 750 3181500

30 120 76,23 750 3430500

30 130 81,77 750 3679500

30 140 87,30 750 3928500

4

30 150 92,83 750 4177500

30 100 76,69 750 3451125

30 110 82,01 750 3690562,5

30 120 87,33 750 3930000

30 130 92,65 750 4169437,5

30 140 97,98 750 4408875

4.5

30 150 103,30 750 4648312,5

30 100 81,30 750 3658575

30 110 85,44 750 3844706,25

30 120 89,57 750 4030837,5

30 130 93,71 750 4216968,75

30 140 97,85 750 4403100

4.7

30 150 101,98 750 4589231,25

Daftar B-4 Data tekanan uap dan temperatur uap dari percobaan

Volume air

(L)

Temp. Air Awal (ºC)

Temp. Air Akhir (ºC)

Tekanan Uap (kgf/cm²)

Waktu (Menit)

Temp.Uap (ºC)

30 100 0,33 42,12 104

30 110 0,665 48,075 116

30 120 1,00 54,03 122

30 130 1,34 59,99 134

30 140 1,67 65,95 145

3

30 150 2,01 71,91 152

30 100 0,42 53,64 107

30 110 0,71 59,39 112

30 120 1,00 65,13 120

30 130 1,29 70,88 135

30 140 1,59 76,63 142

3.5

30 150 1,88 82,37 154

30 100 0,50 65,17 102

30 110 0,75 70,7 110

30 120 1,00 76,23 122

30 130 1,25 81,77 130

30 140 1,50 87,30 140

4

30 150 1,75 92,83 150

30 100 0,59 76,69 102

30 110 0,79 82,01 114

30 120 1,00 87,33 122

30 130 1,21 92,65 134

30 140 1,42 97,98 140

4.5

30 150 1,62 103,30 152

30 100 0,62 81,30 102

30 110 0,90 85,44 112

30 120 1,18 89,57 122

30 130 1,45 93,71 130

30 140 1,73 97,85 140

4.7

45

Daftar B-5 Data hasil perhitungan effisiensi ketel

Volume air (L)

Temp. Air Akhir (ºC)

Eff (η)% 100 70,23 110 72,56 120 74,37 130 75,82 140 77,01 3

150 78,00 100 63,55 110 66,06 120 68,12 130 69,85 140 71,32 3.5

150 72,58 100 57,31 110 64,30 120 70,28 130 75,45 140 79,96 4

150 83,94 100 54,58 110 60,73 120 66,14 130 70,93 140 75,19 4.5

150 79,02 100 53,70 110 60,34 120 66,36 130 71,84 140 76,87 4.7

150 81,48