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

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

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

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

2.2.4 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

2.7.1 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

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

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

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

0

m 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 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

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang.

Dalam kehidupan sehari-hari Manusia banyak mengkonsumsi air minum, karena air minum merupakan salah satu sumber cairan utama didalam tubuh. dalam keseharian di kala cuaca dingin, Air hangat diperlukan untuk menghangatkan tubuh dan sebaliknya di kala cuaca panas, air dingin dibutuhkan untuk menyegarkan tubuh. Maka untuk mendapatkan air panas dan air dingin tersebut harus memiliki alat pemanas dan pendingin tersebut, Pada umumnya dalam kehidupan sehari –hari 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 mendapatkan air panas dan air dingin tersebut, hanya dengan menunggu beberapa menit sudah langsung dapat menikmatinya yaitu dengan dispenser. Mesin dispenser adalah mesin pemanas dan pendingin air bertenaga listrik yang sangat sederhana, dan prinsip kerja dari alat tersebut cepat, praktis, dan aman.

Adapun cara penggunaan dispenser ini sangatlah praktis yaitu dengan menyediakan air yang sudah seteril atau air yang sudah layak untuk di minum misalnya seperti Air mineral kemasan gallon, air panas maupun dingin segera bisa dinikmati. 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 0,8 L/jam, tabung pemanas terbuat dari bahan stainless steel sedangkan tabung untuk pendingin terbuat

dari plastik. Suhu yang di hasilkan pemanas 80º - 90º, sedangkan untuk alat pendingin menghasilkan temperatur 150.

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, penulis tertarik untuk membuat karya akhir tentang perancangan alat pemanas dan pendingin air tersebut, penulis berkeinginan 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 tugas akhir ini adalah untuk mengaplikasikan mata perkuliahan yang penulis dapatkan selama ini dalam perkuliahan dan untuk meningkatkan pengetahuan penulis dalam perancangan alat pemanas dan pendingin air minum bertenaga listrik. Sehingga menjadi pedoman dalam dalam permasalahan kelak dan juga sebagai salah satu syarat menyelesaikan studi di Program Diploma IV Program Studi Teknologi Mekanik Industri.

1.3 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penulisan karya akhir ini adalah :

 Perancangan Ulang Alat Pemanas Dan Pendingin Air Minum  Spesifikasi Peralatan Dan Bahan

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 ilmiah yang berhubungan dengan masalah yang di hadapi.

 Konsultasi Dengan Dosen Pembimbing

Dalam penulisan karya akhir ini penulis mengadakan konsultasi/responsi dengan dosen pembimbing.

 Observasi Data

Penulis melakukan observasi data – data benda kerja melalui media internet dan dari hasil pengamatan langsung dengan benda kerja.

 Membuat Kesimpulan

Setelah penulis menyelesaikan laporan karya akhir penulis 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 Penulisan.

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 proses kerja alat pemanas dan pendingin serta pedoman pemakaian dari alat yang dirancang.

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pemilihan Baja Tahan Karat.

Salah satu cacat pada penggunaan baja adalah terjadinya karat, yang biasanya

dicegah dengan menggunakan pelapisan dan pengecatan. Baja tahan karat adalah

semua baja yang tidak dapat berkarat. Baja ini digolongkan secara metalurgi menjadi

baja tahan karat austenit, baja tahan karat ferit, baja tahan karat martensit, dan baja

tahan karat tipe pengerasan presipitasi.

2.1.1 Pengaruh Unsur-Unsur Paduan Pada Ketahanan Karat Dan Besi

Jika Cr dipadukan pada besi diatas 12-13 %, karat yang berwarna merah tidak

terbentuk, karena oleh adanya oksigen diudara terjadi permukaan yang stabil

(permukaan pasif). Oleh karena itu baja yang mengandung unsur tersebut dinamakan

baja tahan karat. Kalau baja mengandung lebih dari 17 % Cr akan terbentuk suatu

lapisan yang stabil. Karat dari lasan baja tahan karat 17 % Cr sering terjadi

disebabkan karena presipitasi karbida Cr pada batas butir dan oksidasi Cr dari

permukaan karenanya lapisan permukaan menjadi kekurangan Cr yang mengurangi

ketahanan karatnya.

Kalau Ni dipadukan pada besi, kehilangan berat yang disebabkan korosi

didalam asam berkurang dan ketahanan korosi bisa diperbaiki. Baja tahan karat

adalah baja paduan yangmemanfaatkan keefektifan unsur paduan tersebut seperti Cr

dalam baja martwensit dan ferit dan yang terakhir baja tahan karat austenit. Biasanya

Mo, Cu, dsb. Ditambahkan pada baja ini untuk memenuhi maksud tertentu pada

penggunaan.

2.1.2 Struktur Baja Tahan Karat

Unsur Cr menjadi komponen utama pada baja tahan karat, diagram fasa Fe-Cr

ditunjukkan pada diagram dibawah. Cr dapat larut dalam besi memperluas daerah α (ferit). Dalam baja dengan 12 % Cr pada temperature diatas 900 ºC terjadi fasa γ (austenit). Dalam paduan yang nyata, C dan N juga terkandung, jadi fasa γ duiperluas kedaerah yang mempunyai Cr lebih tinggi. Baja tahan karat 12% Cr biasa dipakai,

diaustenitkan dari 900 sampai 1000 ºC tergantung kadar C nya, dan dicelup dingin

pada minyak. Sehingga mempunyai struktur martensit menjadi baja tahan karat.

Pada diagram dibawah, Baja 18% Cr seharusnya mempunyai fasa α dimulai dari temperature pembekuan sampai pada temperature kamar, tetapi karena

sebenarnya mengandung 0,003-0,10% dan 0,01-0,02%N, maka kira-kira diatas 930

ºC terbentuk fasa γ. Oleh karena itu perlakuan panas untuk mendapat fasa α dilakukan dibawah 850 ºC, baja itu dinamakan baja tahan karat ferit.

Sumber : Lit. 1 Hal. 102

Gambar 2.1 Diagram fasa Fe-Cr

2.1.3 Jenis baja tahan karat.

Ada beberapa jenis baja tahan karat berdasarkanjumlah nikel yang ditambahkan

kedalam unsurnya, yaitu :

 baja tahan karat austenit

baja tahan karat austenit adalah baja tahan yang unsurnya terdiri atas

0,15 % karbon, sedikitnya 16% unsure logam pelapis nikel, hal ini berfungsi

agar baja tersebut tahan sampai dengan temperature lebur baja itu.

 Baja tahan karat ferrit

Baja tahan karat ferrit lebih baik kualitasnya dibandingkan dengan

10,5-27%.sedangkan unsur nikelnya sangat kecil. Secara umum nilai dari baja ferrit

meliputi : 18Cr-2Mo, 26Cr-4Mo, dan 29Cr-4Mo-2Ni.

 Baja tahan karat martensit

Baja martensit merupakan yang kuat walaupun diberikan pengerjaan

keras. Unsurnya terdiri atas pelapis 12-14%, molybdenum 0,2-1%, nikel

kurang dari 2% dan karbon 0,1-1%. Sehingga dalam hal ini baja ferrit agak

lebih rapuh dibandingkan yang lainnya.

 Baja tipe pengerasan presipitasi

Baja ini merupakan baja yang paling kuat dibandinkan dengan tipe baja

lainnya. Baja ini memiliki unsur pelapis sebesar 17% dan nikel 4%.

Tabel 2.1 Daftar Standarisasi Baja

EN – Standart

No. Baja

EN – Standart

Nama Baja ASTM / AISI Tipe Baja UNS 1.4016 1.4512 1.4130 1.4318 1.4307 1.4306 1.4311 1.4301 1.4948 X6Cr 17 X6CrTi 12 X10CrNi 18-8 X2CrNiN 18-7 X2CrNi 18-9 X2CrNi 19-11 X2CrNiN 18-10 X5CrNi 18-10 X6CrNi 18-11 430 409 301 301LN 304L 304L 304LN 304 304H S43000 S40900 S30100 N/A S30403 S30403 S30453 S30400 S30409

1.4303 1.4541 1.4878 1.4404 1.4401 1.4406 1.4432 1.4435 1.4436 1.4571 1.4429 1.4438 1.4539 1.4547 X5cRNi 18-12 X6CrNiTi 18-10 X12CrNiTi 18-9 X2CrNiMo 17-12-2 X5CrNiMo 17-12-2 X2CrNiMoN 17-12-2 X2CrNiMo 17-12-3 X2CrNiMo 18-14-3 X3CrNiMo 17-13-3 X6CrNiMoTi 17-12-2 X2CrNiMoN 17-13-2 X2CRNIMO 18-15-4 X1NICRMOCU 25-20-5 X1CrNiMoCuN 20-18-7 305 321 321H 316L 316 316LN 316L 316L 316 316Ti 316LN 317L 904L N/A S30500 S32100 S32109 S31603 S31600 S31653 S31603 S31603 S31600 S31635 S31653 S31703 N08904 S31254

Sumber : Lit. 11 Hal. website

2.2 Alat Perpindahan Panas.

Pemindah panas yang khas adalah alat yang dapat memindahkan panas atau

energi dari suatu fluida ke fluida yang lain melalui suatu permukaam yang padat.

Analisis perubahannya dan perancangannya melibatkan konveksi dan konduksi.

Dengankata lain, alat pemindah panas di industrui, terutama industri proses,

kebanyakan hanya melibatkan peristiwa konduksi dan konveksi.

Alat pemindah panas tersebut adalah panas penukar (Heat Exchanger =

 HE untuk memanasi ( contoh pemanas = heater)

 HE untuk mendinginkan ( contoh pendingin = cooler )

 HE untuk menguapkan ( contoh penguap = evaporator, ketel uap = boiler)

 HE untuk mengembunkan ( contoh pengembun = condensor)

Di dalam HE selalu melibatkan dua fluida melalui batasan dibawah ini :

 Fluida pendingin dan yang didinginkan

 Fluida pemanas dan yang dipanaskan

2.2.1 Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh

Koefisien perpindahan panas menyeluruh (overall heat transfer coefficient )

dimana perpindahan kalor melalui dinding bidang datar .

Gambar 2.3 Analogi aliran listrik

Dimana TA dan TB masing-masing ialah suhu fluida pada kedua sisi dinding

itu. Koefisien perpindahan-kalor menyeluruh U- didefinisikan oleh hubungan :

q =UA ∆Tmenyeluruh

2.2.2 Penukar Panas Dengan Pipa Ganda

Dari sudut pandang perpindahan kalor, dinding bidang datar jarang ada

penerapan nya. Kasus yang lebih penting untuk mendapatkan perhatian ialah penukar

kalor pipa ganda, dalam penerapan ini salah satu fluida mengalir didalam tabung yang

lebih kecil, sedang fluida yang satu lagi mengalir didalam ruang anulus diantara

kedua tabung. Koefisien konveksidihitung dengan metode yang telah diuraikan.

Gambar 2.5 Analogi listrik

Tabel 2.2 Nilai Kira-Kira Perpindahan – Kalor Menyeluruh

Situasi Fisis F ft h Btu U 0 2 . .

/ W m C

U 0 2

. /

Diniding luar bata,bagian dalam plester Dinding luar kayu,bagin dalam plester Tanpa isolasi

Dengan isolasi wol bantuan Jendela kaca lempeng

Jendela kaca lempeng rangkap dua Kondensor uap

Pemanas air umpan

Kondensor Freon 12 dengan mesin pendingin Penukar kalor air ke air

Penukar kalor tabung bersirip, air didalm tabung Penukar kalor air ke minyak

Uap ke minyak baker ringan Uap ke minyak baker berat Uap ke minyak tanah atau bensin

Penukar kalor tabung bersirip udara ,uap dalam tabung 0,45 0,25 0,07 1,10 0,40 200-1000 200-1500 50-150 150-300 5-10 20-60 30-60 10-30 50-200 5-50 2,55 1,42 0,4 6,2 2,3 1100-5600 1100-8500 280-850 850-1700 25-55 110-350 170-340 56-170 280-1140 28-280

Kondensor ammonia,air didalam tabung Kondensor alcohol, air didalam tabung Penukar kalor gas ke gas

150-250 45-120

2-8

850-1400 255-680

10-40

Sumber Lit. 8 Hal. 124

2.2.3 Faktor Pengotoran

Setelah dipakai beberapa lama, permukaan kalor perpindahan kalor penukar

kalor mungkin dilapisi oleh berbagai endapan yang biasa terdapat dalam system

aliran atau permukaan yang mungkin mengalami korosi sebagai akibat interaksi

antara fluida dengan bahan yang digunakan dalm konstruksi penukar kalor. Dalam

kedua hal diatas, lapisan itumemberikan tahanan tambahan terhadap aliran kalor,

dalam hal ini menyebabkan penurunan kinerja dari alat itu.

Factor pengotoran harus didapatkan dari percobaan yaitu dengan menentukan

U, untuk kondisi bersih dan kotor pada penukar kalor itu. Factor pengotoran

didefinisikan sebagai :

Rf =

Ukotor

1 -

Ubersih

Tabel 2.3 Harga Faktor Pengotoran Normal

Jenis fluida Faktor kekotoran

h-fr . F/Btu 2 0

m . C/W 2 0

Air laut 125 F Diatas 125 F

Treated boiler feedwater above 125 F Minyak bahan baker

Minyak Uap alcohol

Steam,non oil bearing Industrial air Refrigating liquid 0.0005 0.001 0.001 0.005 0.004 0.0005 0.0005 0.002 0.001 0.00009 0.0002 0.0002 0.00009 0.0007 0.00009 0.00009 0.0004 0.0002 Sumber Lit. 8 Hal. 126

Perbedaan temperature rata-rata logaritmatik

Dalam rangkaian pipa ganda,laju perpindahan panas didefenisikan :

q = UA ∆ Tm

Keterangan :

U = koefisien perpindahan panas menyeluruh

A = luas perpindahan panas

∆Tm = perbedaan temperature rata-rat yang melintasi plat penukar Untuk aliran paralel, laju perpindahan panas melalui elemen dA :

Dq = - h Ch dTh = c Cc dTc 0

m

0 m

Keterangan :

q = laju perpindahan panas ()

0

mh = laju aliran fluida panas

0

mc = laju perpindahan fluida dingin

Cc = kapasitas panas fluida dingin

Ch = kapasitas fluida panas

dTh = beda temperature fluida panas

dTc = beda temperature fluida dingin

Tipe panas penukar (HE)

 Pipa ganda (double pipe) Contoh : penukar panas

 Selongsong dan tabung

Contoh : banyak digunakan dalam penukar, pengembunan, penguap

(evaporator) dan pemanasan (reboiler).

 Coil (koil = lilitan) Contoh : bejana berkoil.

2.2.4 Jenis-jenis Penukar Kalor

Satu jenis penukar kalor yang telah disebutkan ialah susunan pipa ganda.

Dalam penukar kalor jenis ini dapat digunakan aliran searah atau aliran lawan arah,

baik dengan zat cair panas ataupun zat cair dingin tedapat dalam ruang anulus dan zat

industri kimia ialah model selonsong atau cangkang dan tabung (shell and tube).

Suatu fluida mengalir didalam tabung, sedang fluida yang satu lagi dialirkan melalui

selonsong melintasi luar tabung.

Untuk menjamin bahwa fluida disebelah selonsong mengalir melintasi tabung

dan dengan demikian menyebabkan perpindahan kalor lebih tinggi, maka didalam

selonsong itu dipasang sekat-sekat (baffles). Bergantung pada konstruksi bagian

kepala yang terletak diujung penukar kalor, dapatlah digunakan satu atau dua lintas

dalam tabung.

Penukar kalor aliran silang banyak dipakai dalam pemanasan dan pendinginan

udara atau gas. Dalam penukar kalor ini, fluida yang mengalir melintas tabung

disebut arus campur (mixed stream), sedang fluida didalam tabung disebut arus

takcampur (unmixed). Gas itu dikatakan bercampur karena dapat bergerak dengan

bebas didalam alat itu sambil menukar kalor. Fluida yang satu lagi terkurung didalam

tabung saluran penukar kalor dan tidak dapat bercampur selama proses perpidahan

kalor.

Penukar kalor arus silang jenis lain, gas mengalir melintas berkas tabung

bersirip dan arena terkurung didalam saluran-saluran diantara sirip-sirip, tidak

bercampur pada waktu mengalir melalui penukar kalor.

2.3 Faktor Pendinginan

Dalam pendinginan faktor kinerja dari instrument yang dipakai sangat

pemakaian komponen yang akan dipakai, harus diketahui karakteristik dari

komponen tersebut.

2.3.1 Koil Pendingin

Salah satu fungsi utama sistem refrigerasi adalah meurunkan suhu aliran

udara. Satu hal yang selalu terjadi secara alami bersamaan dengan penurunan suhu,

yaitu pengurangan kelembaban. Pada pengkondisian udara untuk kenyamanan atau

industri, penurunan kelembaban biasanya dianggap sebagai sasaran yang diinginkan.

Dalam hal ini di titik beratkan pada pemdinginan dan penurunan kelembaban udara

pada daerah suhu antara 5 hingga 35 oC.

Sebagian besar koil pendingin biasanya tersusun atas pipa dengan sirip-sirip

yang dilekatkan dibagian luarnya, dengan maksud untuk memperluas permukaan

yang bersentuhan dengan udara yang pada umumnya koefisien konveksinya lebih

rendah dibanding dengan air. Air mengalir didalam pipa, dan udara mengalir dibagian

luar pipa yang bersirip.

Beberapa istilah dan pengertian tentang konstruksi koil yang sering digunakan

adalah :

 Luas bidang muka koil (face area of the coil) : yaitu luas penampang aliran udara pada jalan masuk koil.

 Kecepatan udara (face velocity of the air) : yaitu laju volume aliran udara dibagi dengan luas bidang muka koil.

 Luas permukaan koil (surface area of the coil) : yaitu luas permukaan perpindahan kalor yang bersentuhan dengan udara.

 Jumlah jajar pipa (number of rows of tubes) : yaitu jumlah jajaran (tabung, pipa) yang berada dalam arah aliran udara.

2.3.2 Sirip

Dalam penerapan praktis, luas penampang sirip tidak seluruhnya seragam.

Dan juga sirip tersebut tidak mungkin terpasang pada permukaan bundar. Dalam hal

demikian luas bidang sirip harus dianggap sebagai variabel. Untuk menunjukkan

efektifitas sirip dalam memindahkan sejumlah kalor tertentu dirumuskan sebuah

parameter baru, yang disebut efisiensi sirip (fin efficiency) :

Efisiensi sirip = 

dasar suhu pada berada sirip muka seluruh kalau n dipindahka yang kalor n dipindahka sebenarnya yang kalor f

Maka efisiensi sirip menjadi :

f =

mL mL hPL mL hPkA o

otanh  tanh 



Sirip yang dibahas diatas diandaikan cukup dalam sehingga aliran kalor dapat

dianggap satu dimensi. Maka mL dapat dinyatakan sebagai berikut :

mL = L

kzt t z h L kA

hP (2 2 ) 

dimana z ialah kedalaman sirip dan t tebalnya. Jika sirip cukup dalam maka suku 2z

menjadi sangat besar dibandingkan dengan 2t, sehingga :

mL = L

kt h L

ktz

hz 2 2



jika pembilang dan penyebut dikalikan dengan L1/2, maka kita dapatkan :

mL = 2 _L32

kLt h

Lt ialah profil bidang sirip, yang kita definisikan sebagai :

Am = Lt

Sehingga :

mL = 2 _L32

kA h

(a) (b) (c) (d)

(e) (f) (g) (h) (i)

Gambar 2.6 berbagai jenis muka sirip menurut kern dan Kraus.

(a) sirip longitudinal profil siku empat, (b) tabung silinder profil bersiku empat, (c) sirip longitudinal

profil trapezoid, (d) sirip longitudinal profil parabola, (e) tabung silinder sirip radial profil siku empat, (f) tabung silinder sirip radial profil kerucut, (g) duri berbentuk silinder, (h) duri berbentuk kerucut terpotong, (i) duri berbentuk parabola

2.3.3 Kipas

Dalam perencanaan saluran kipas diperlukan kajian yang tepat terhadap

penempatan ruang yang sesuai dengan kipas, karena motor kipas banyak menyerap

Hukum-hukum Kipas

Hukum-hukum kipas adalah kumpulan relasi untuk menaksir pengaruh

kuantitas seperti kondisi udara, kecepatan putar dan ukuran kipas terhadap prestasi

kipas tersebut.

 Hukum I : kecepatan putar berubah-ubah massa jenis udara tetap. Q ~  SP ~ 2 P ~ 3

 Hukum II : massa jenis udara berubah-ubah, laju alir volume tetap.

Q = tetap SP ~  P ~ 

 Hukum III : massa jenis udara berubah-ubah, tekanan statik tetap. Q ~

 1

SP = tetap  ~

 1

P ~

 1

Manfaat dari hukum-hukum ini terletak pada kemampuannya untuk

meramalkan perubahan dari kondisi dasar. Hukum I mengisyaratkan apa yang terjasi

bila kecepatan kipas berubah-ubah. Hukum II mengantarkan pada perhitungan

perubahan tekanan statik dan daya pada kecepatan tetap. Hukum III menyatakan

perubahan kecepatan diperlukan untuk mempertahankan suatu kenaikan tekanan yang

tetap, bila massa udara berbeda dari kondisi dasar.

2.3.4 Saklar kontrol temperatur

Saklar kontrol temperatur juga disebut dengan : cold control, cooling control,

thermostat, saklar termal. Saklar kontrol temperatur dapat mempertahankan suhu

dapat dipakai untuk mengatur suhu : udara, air, air garam, cairan, dan sebagainya

didalam : kamar, cold storage, show case, lemari es, bejana air garam dan lain-lain.

Saklar kontrol temperatur dapat mengatur suhu dalam suatu ruangan, tanpa

haru banyak diperhatikan. Alat tersebut dapat secara otomatis memutuskan dan

menghubungkan kembali arus listrik dari saklar magnetik ke motor listrik, katup

solenoid, pemanas listrik dan lain-lain. Saklar kontrol temperatur untuk mesin

pendingin, apabila suhu ruangan turun, titik kontaknya akan membuka. Setelah suhu

ruangan naik lagi, kontaknya akan menutup kembali. Mesin pendingin yang besar

untuk mengatur suhu ruangan sekarang sudah tidak banyak yang memakai saklar

pemutus tekanan rendah, tetapi memakai saklar kontrol temperatur.

Saklar kontrol temperatur dapat dipakai untuk mengatur suhu rendah

(cooling) dan suhu tinggi (heating). Alat tersebut dapat ditempatkan didalam ruangan

yang sedang dikontrol suhunya atau ditempatkan diluar ruangan yang tidak diatur

suhunya, tetapi tabung sensor termal harus ditempatkan didalam ruangan atau pada

benda yang harus dikontrol suhunya.

Saklar kontrol temperatur untuk refrigerasi komersial, sensor termalnya

ditempatkan dalam ruangan yang didinginkan, sedangkan tombol dan alat

pengaturnya dapat ditempatkan diluar ruangan.

2.3.5 Tabung Sensor Termal

Tabung sensor termal juga disebut sensor temperatur, feeler bulb, sensing

bulb, remote bulb, control bulb, thermal bulb. Sensor termal untuk mengatur suhu

tidak berbentuk tabung hanya merupakan ujung pipa kapiler atau ujung pipa kapiler

tersbut dililit. Ujung pipa kapiler dapat dibuat : lurus (straight), dipilin (twisted)

digulung (coiled), untuk memperluas permukaan yang berhubungan dengan bagian

yang sedang diukur suhunya. Pipa kapiler panjangnya 1-5 m untuk memindahkan

tekanan dari sensor termal ke bellow atau diafragma.

Isi Elemen Daya (Power Element Fill)

Elemen daya harus diisi dengan jumlah dan macam cairan yang tertentu, agar

dapat dipakai pada suhu yang berlainan. Cairan yang diisikan untuk suhu tinggi harus

ada batasnya dengan maksimum tekanan yang masih dapat diterima oleh bellow.

Saklar control temperatur tidak perlu bekerja sampai tekanan didalam elemen daya

lebih rendah dari pada tekanan atmosfir, karena diferensial pada suhu rendah sangat

sulit diatur.

Saklar control temperatur agar dapat dipakai secara luas, elemen termal harus

diisi dengan cairan yang tertentu dan dipakai untuk batas suhu yang tertentu. Ada 3

macam pengisian yang banyak dipakai sesuai dengan batas temperatur yang

diperlukan :

1. Pengisian suhu rendah (-50 – -10oC) dengan gas.

2. Pengisian suhu tinggi (90 - 190oC) dengan cairan.

2.3.6 Termostat

Termostat adalah alat control untuk mengatur suhu udara dalam ruangan pada

batas suhu yang tertentu dengan membuka dan menutup kontak listrik secara

automatic. Mengatur suhu dapat dilakukan dari tombol, sedangkan diferensialnya

tertentu (fixed) dan telah ditentukan di pabrik. Thermostat dapat dipakai untuk

refrigerasi komersial dan untuk mengatur suhu dingin atau panas.

Thermostat banyak sekali perencanaannya dengan berbagai model dan bentuk.

Thermostat bekerjanya sangat sensitif terhadap perubahan tenperatur, maka harus

memakai sensor termal yang juga sensitif terhadap perubahan temperatur. Elemen

yang sensitif terhadap perubahan suhu dan dapat menyebabkan kontak listrik atau alat

mekanik yang lain membuka atau menutup, yaitu Bimetal.

Gambar 2.7 batang bimetal dengan dengan salah satu ujungnya dipegang

(A) pada suhu ruang, lurus dan sama panjang, (B) dipanasi melengkung kea rah invar, (C) didinginkan melengkung ke arah kuningan.

Bimetal dibuat dari 2 logam yang tidak sama jenisnya, tetapi pada suhu ruang

menjadi lebih panjang daripada yang lain. Hal ini disebabkan kedua logam tersebut

mempunyai koefisien muai yang berlainan. Logam untuk bimetal dibuat dari

kuningan dan invar yang dilekatkan menjadi satu dengan las, sehingga pada suhu

ruang membentuk batang yang lurus dan rata. Invar adalah nama dagang, terdiri dari

campuran nikel, besi dan logam lain yang mempunyai koefisien muai yang sangat

kecil. Kuningan mempunyai koefisien muai yang relatif lebih besar, jadi perubahan

muai kuningan lebih besar daripada invar.

Apabila bimetal dipanasi, akan melengkung kearah invar. Sebaliknya dengan

menurunkan suhunya akan menyebabkan bimetal melengkung kearah kuningan.

Setiap kali terjadi perubahan temperatur, juga diikuti oleh perubahan arah lengkungan

dari bimetal. Besarnya perubahan lengkungan dapat dipakai secara langsung atau

tidak langsung untuk mengubah kedudukan mekanik dan membuka kontak listrik.

Untuk mendapatkan gerakan yang lebih besar, bimetal digulung memutar (spiral).

Ujung bagian dalam diikat dan dihubungkan dengan rumahnya, sedangkan ujung

bagian luar dapat bergerak bebas memutar sesuai dengan perubahan suhu yang

diterimanya.

2. 4 Konsep Dasar Perpindahan Kalor

Perpindahan panas mencakup mengenai perpindahan energi karena perbedaan

temperature diantara dua benda atau material. Disamping itu perpindahan panas juga

Persamaan fundamental didalam perpindahan panas merupakan persamaan

kecepatan yang menghubungkan kecepatan perpindahan panas sebagai diantara dua

sistem dengan sifat termodinamis dalam sistem tersebut. Gabungan persamaan

kecepatan, kesetimbangan energi, dan persamaan keadaan termodinamis

menghasilkan persamaan yang dapat memberikan distribusi temperature dan

kecepatan perpindahan panas. Jadi, pada dasarnya teori perpindahan panas adalah

termodinamika dengan persamaan kecepatan yang ditambahkan.

2.4.1 Hukum Thermodinamika

Thermodinamika merupakan ilmu yang mempelajari tentang hubungan

( pertukaran ) antara panas dan kerja. Hubungan ini didasarkan pada Hukum

Thermodinamika Pertama dan Hukum Thermodinamika Kedua. Prinsip - prinsip dan

metode-metode Thermodinamika dipakai pada perencanaan-perencanaan

motor-motor bakar ( turbin ),pusat-pusat tenaga nuklir, pesawat-pesawat pendingin dengan

tenaga listrik, aliran panas dan kesetimbangan reaksi kimia.

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

2.4.2 Sifat Termodinamika

Bagian penting yang lain dalam menganalisis system termal adalah penentuan

sifat termodinamika yang bersangkutan.suatu sifat adalah setiap karakteristik atau

cirri bahan yang dijajaki secara kuantatif, seperti suhu, tekanan dan rapat massa.

Kerja perpindahan kalor dapat dijajaki dalam hal perubahan sifat-sifatnya, tetapui

keduanya bukan merupakan sifat itu sendiri. Suatu sifat adalah segala sesuatu yang

dimiliki bahan itu. Kerja dan perpindahan kalor adalah hal yang dilakukan terhadap

suatu system untuk mengubah sifat-sifatnya. Kerja dan kalor dapat diukur hanya

dengan pembatas system dan jumlah energi yang dipindahkan tergantung pada

terjadinya perubahan.

Oleh karena termodinamika berkisar pada energi maka seluruh sifat-sifat

termodinamika berkaitan dengan energi. Keadaan atau kondisi termodinamika suatu

system didefenisikan berdasarkan sifat-sifatnya.

2.4.3 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

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 ).

2.4.4 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 atmosfer standart adalah 1,01325 X 105 N/m2

Tekanan dapat diukur dengan 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

2.4.5 Kalor Spesifik

Kalor spesifik dari suatu alat bahan adalah jumlah energi yang diperlukan

untuk menaikkan suhu satu-satuan massa bahan tersebut sebesar 1ºK. 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 refrigasi dan

pengkondisian udara.

Nilai pendekatan untuk kalor spesifik dari beberapa bahan yang penting

adalah sebagai berikut,

Udara kering Air

Uap air Cp = 

     . / 88 , 1 . / 19 , 4 . / 0 , 1 kg kJ kg kJ kg kJ

Dengan J melambangkan satuan energi, joule.

2.4.6 Entalpi ( h ).

Apabila proses dengan tekanan tetap diatas ditambahkan batasan dengan

meniadakan kerja yang dilakukan terhadap bahan, misalnya pada sebuah compressor

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.

Sumber Lit. 7 Hal. 16

2.4.7 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 selam 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 kita 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

2.5 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, compressor atau mesin,

maka W = 0. karena itu persamaan energi disederhanakan menjadi.

q + mh1 = mh2 atau q = m ( h2 - h1 )

artinya, laju perpindahan kalor sama dengan dengan laju aliran massa

dikalikan dengan perubahan entalpi.

2.6 Mekanisme Perpindahan Kalor

Mekanisme Perpindahan Kalor dibagi menjadi tiga , yaitu :

Perpindahan Kalor Konduksi

Perpindahan Kalor Konveksi

2.6.1 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 2.9 Diagram Tempertur Vs Posisi

Persamaan Dasar Konduksi :

q = -kA

dX dT

Keterangan :

q = laju perpindahan panas

k = konduktifitas termal

2.6.1.1 Hukum Umum Konduksi

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 isotermal

n = jarak, diukur normal (tegak lurus) terhadap permukaan

q = laju aliran panas yang melintasi permukaan pada arah normal

T = temperatur

K = konduktifitas termal

2.6.1.2 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

Daftar Tabel 2.4 konduktivitas Termal Berbagai Bahan pada 00C

Konduktivitas termal

Bahan _{W m} 0_C

.

/ Btu/h . ft . ºF

logam

perak ( murni ) tembaga ( murni ) aluminium ( murni ) nikel ( murni ) besi ( murni ) Baja karbon, 1% C Timbal (murni) baja karbon-nikel ( 18% cr, 8% ni )

bukan logam

kuarsa ( sejajar sumbu ) magnesit

marmar batu pasir Kaca, jendela Kayu maple atau ek Serbuk gergaji Wol kaca 410 385 202 93 73 43 35 16,5 41,6 4,15 2,08-2,94 1,83 0,78 0,17 0,059 0,038 237 223 117 54 42 25 20,3 9,4 24 2,4 1,2-1,7 1,06 0,45 0,096 0,034 0,022

Zat cair

Air-raksa Air Amonia

Minyak lumas, SAE 50 Freon 12, CCI2F2

Gas

Hidrogen Helium Udara

Uap air ( jenuh ) Karbon dioksida

8,21 0,556 0,540 0,147 0,073

0,175 0,141 0,024 0,0206 0,0146

4,74 0,327 0,312 0,085 0,042

0,101 0,081 0,0139 0,0119 0,00844

Sumber Lit. 3 Hal. 9

Gambar 2.10 Konduktifitas Termal Beberapa Zat Cair

2.6.2 Perpindahan Kalor Konveksi

Perpindahan panas terjadi secara konveksi dari pelat ke sekeliling atau

sebaliknya. Perpindahan panas konveksi dibedakan menjadi dua yaitu konveksi bebas

Gambar 2.11 Perpindahan Panas Konveksi

Pada konveksi pelat akan mendingin lebih cepat

Adapun persamaan dasar konveksi, adalah :

TW > T

q = h A (Tw – T) Keterangan :

q = laju perpindahan panas

h = koefisien perpindahan panas konveksi

A= luas permukaan

Tw = temperature dinding

T= temperature sekeliling

2.6.2.1 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

2.6.2.2 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.

2.6.2.3 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

= h T Keterangan :

A q

= fluks kalor

h = konduktan konvektif

T = perbedaan temperature jika h dan t diketahui , maka 

A q

dapat dihitung. Untuk sebuah tahanan

R =

h

1

Dimana : R = tahanan termal konvektif

h = konduktan konvektif

Daftar Tabel 2.5 Nilai Kira - Kira Koefisien Perpindahan – Kalor Konveksi

h

Modus _{W m}2 0_C

.

/ 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 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 4,5 6,5 890 12 75 26 3500 180 0,79 1,14 157 2,1 13,2 11,4 616 32

Air mendidih

Dalam kolam atau bejana Mengalir dalam pipa Pengembunan uap air, 1 atm

Muka vertical

Di luar tabung horizontal

2500-35.000 5000-100.000

4000-11.300 9500-25.000

440-6200 880-17.600

700-2000 1700-4400

Sumber Lit. 3 Hal. 12

2.6.3 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 (T1 - T2 )

4 4

Keterangan :

q = laju perpindahan panas

A = luas permukaan

 = tetapan Stefan boltzman T1,T2 = temperature permukaan

Gabungan Konduksi, Konveksi & Radiasi

Gambar 2.13 Gabungan Konveksi, Konduksi, Dan Radiasi

2.6.3.1 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

2.6.3.2Analogi Aliran Panas Dan Aliran Listrik

Adapun persamaan dasar untuk aliran panas dan aliran listrik dalam hal ini

adalah :

Listrik Panas

i = Re

V 

A q

=

Rth T 

Keterangan :

i = Arus Listrik

q/A = Arus panas

 V = Beda Potensial  T = Beda Temperatur Re = Tahanan Listrik

R = Tahanan Panas

2.7 Bagian – Bagian Beban Pendingin

Dalam proses pendinginan air, ada beberapa factor yang menjadi beban dalam

proses kerjanya. Factor-faktor ini juga sangat besar pengaruhnya. Oleh karena itu

2.7.1 Beban dari dalam (internal loads)

Sumber- sumber utama perolehan kalor adalah lampu-lampu, penghuni,

peralatan-peralatan yang dioperasikan didalam ruang.beban-beban internal

merupakan factor utama bagi kebanyakan bangunan bukan rumah tinggal. Jumlah

perolehan kalor dari dalam ruang yang disebabkan oleh penerangan bergantung pada

daya/wattase lampu-lampu dan jenis/cara pemasangannya.

Energi radiasi lampu pertama-tama diserap oleh dinding lantai,dan

peralatan-peralatan didalam ruangan hingga suhunya naik dengan laju yang ditentukan oleh

massanya. Oleh karena suhu permukaan benda tersebut naik dioatas suhu udara ,

maka dari permukaan tersebut kalor dio dikonveksikan sehingga akhirnya menjadi

beban pada sistem pendingin.

Adapun rumusan untuk mengetahui perolehan kalor dari lampu-lampu :

q = (daya lampu, watt) (Fu) (Fb) (CLF)

Keterangan :

Fu = faktor penggunaan atau fraksi penggunaan lampu yang terpasang

Fb = factor balas untuk lampu-lampu fluorescent = 1,2 untuk

fluorescent biasa.

Tabel 2.6 Faktor Beban Pendinginan Dari Lampu. Lama –jam Setelah lampu Dinyalakan Pemasangan X† Lama-jam penyalaan

10 16

Pemasangan Y† Lama-jam penyalaan 10 16

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

0,08 0,19 0,62 0,72 0,66 0,75 0,69 0,77 0,73 0,80 0,75 0,82 0,78 0,84 0,80 0,85 0,82 0,87 0,84 0,88 0,85 0,89 0,32 0,90 0,29 0,91 0,26 0,92 0,23 0,93 0,21 0,94 0,19 0,94 0,17 0,40 0,15 0,36

0,01 0,05 0,76 0,79 0,81 0,83 0,84 0,87 0,88 0,89 0,90 0,91 0,92 0,93 0,93 0,94 0,95 0,95 0,96 0,96 0,97 0,97 0,22 0,98 0,18 0,98 0,14 0,98 0,12 0,99 0,09 0,99 0,08 0,99 0,06 0,24 0,05 0,20 Sumber Lit. 7 Hal. 67

2.7.2 Beban Panas Matahari Pada Permukaan Yang Tidak Tembus Cahaya

(opaque surfaces).

Proses perolehan bagi satu dinding opaque dilukiskan secara skematik dalam

gambar dibawah ini, sebagian dari energi matahari dipantulkan dan sisanya diserap.

Energi diterima ini sebagian dikonveksikan dan sebagian diradiasikan kembali ke

luar. Sisanya yang diserap diteruskan ke dalam dengan cara konduksi atau sementara

disimpan didalam dinding.

Faktor transmisi (penerusan), untuk permukaan yang tak tembus cahaya

(opaque) sama dengan nol, karena itu persamaan untuk dinding dan atap,  1 Sehingga persamaan menjadi :

A I h U

q w

w 0

 

Dengan menggunakan suhu udara – matahari, perhitungan beban panas

matahari pada permukaan tak tembus cahaya (opaque) lebih mudah dilakukan.

Pengaruh penyimpanan termal di dalam dinding – dinding yang tak tembus cahaya

tersebut cukup jelas sehingga penggunaan perbedaan suhu dapat menghasilkan

penaksiran beban yang berlebih (over estimate). Untuk menyelesaikan pengaruh

peyimpanan termal, telah di rumuskan satu beda ekivalen yang disebut beda suhu

penampang dinding yang umum digunakan. Flux cahaya matahari pada permukaan

dan kapasitas termal massa dinding, keduanya diperhitungkan.

Tabel 2.7 Beda Suhu Beban – Pendingin (Cltd) Untuk Atap,4K

Jenis atap *

Massa persatuan luas,

kg/m2

Kapasitas kalor,

kj/m k 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

matahari Waktu

Atap tanpa langit – langit

1 2 3 4 5 6 35 40 90 150 250 365 45 75 90 120 230 330

3 11 19 27 34 40 43 44 43 39 33 25 17 10 1 2 4 7 12 17 22 27 31 33 35 34 32 28

-2 1 5 11 18 25 31 36 39 40 40 37 32 25 1 0 2 4 8 13 18 24 29 33 35 36 35 32 4 4 6 8 11 15 18 22 25 28 29 30 29 27 9 8 7 8 8 10 12 15 18 20 22 24 25 26

Atap dengan langit – langit

1 2 3 4 5 6 45 50 100 150 260 360 50 85 100 130 240 340

0 5 13 20 28 35 40 43 43 41 37 31 23 15 1 2 4 7 12 17 22 27 31 33 35 34 32 28 0 0 2 6 10 16 21 27 31 34 36 36 34 30 6 4 4 4 6 9 12 16 20 24 27 29 30 30 12 11 11 11 12 13 15 16 18 19 20 21 21 21 13 13 13 12 12 13 13 14 15 16 16 17 18 18

BAB III

PERENCANAAN ALAT PEMANAS DAN PENDINGIN

3. 1 Alat Pemanas

Pada alat pemanas air pemakaian daya sebesar 300 watt dengan sumber daya

220 V / 50 HZ. Kapasitas pemanasan air adalah 5 liter / jam. Perencanaan beban pada

alat pemanas meliputi daya, besar arus yang direncanakan, rugi daya, tahanan dan

hambatan. Besar beban yang direncanakan pada perpindahan panas dan

termodinamika, adalah :

spesifikasi peralatan yang digunakan pada perencanaan alat pemanas adalah :

3.1.1 Tabung Pemanas

Tabung pemanas terbuat dari stainless steel tipe AISI 304, yang tahan karat.

dimensi yang direncanakan :

- Diameter Tabung = 10 cm

- Tinggi Tabung = 15 cm

Maka dapat diketahui volume tabung pemanas adalah :

V = ∏ r2 x t = 3.14 x 52 x 15

= 1177.5 cm3

= 1.1775 L

Gambar 3.1 Tabung Pemanas

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

 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.

dengan ukuran :

Tinggi = 2 cm

Diameter = ¼ inchi

 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 = ½ inchi

 Kaki penyangga

Kaki penyangga berfungsi sebagai penopang tabung pemanas didalam casing.

Kaki penyangga direncanakan dengan tinggi 5 cm.

3.1.2 Elemen pemanas

Elemen pemanas terdapat didalam tabung pemanasan. elemen pemanas yang

digunakan adalah tubular heater 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.

Berdasarkan keterangan diatas telah diketahui cara untuk menghitung daya

yang akan di rencanakan, dalam hal ini daya yang di rencanakan pada alat pemanas

adalah 300 watt daya perencanaan telah diketahui, jadi untuk mengetahui besar beban

yang di pakai dapat di hitung dengan menggunakan perumusan diatas:  Menganalisa daya perencanaan:

 PI . V . Cos...(a)  P1,5 A.220 V . 0,9297 watt

 Untuk mengetahui kuat arus:   Cos V P I .  ...(b)  A V W

I 1,5

9 , 0 . 220 300  

 Untuk mencari ketetapan rugi daya:  V I P Cos .  ...(c)

 0,9

220 . 5 , 1 297   Cos

 Untuk mencari besar tahanan: 

I V

R ...(d)

  146,7 

5 , 1 220

Dari hasil analisa di atas telah diketahui berapa beban dan tahanan alat

pemanas sesungguhnya ialah:

 Daya hasil dari analisa P = 297 Watt

 Besar arus I = 1,5 Ampere

 Rugi daya Cosφ = 0,9

 Besar hambatan R = 146,7 Ω

Analisa kalor spesifik di dalam tabung pemanas :

Berdasarkan data-data yang telah diketahui diatas maka dapat diketahui kalor

spesifik :

Jika suhu air normal pada tekanan atmosfer adalah 250C.

Diketahui cp air = 4,19 kJ/kg

Maka : kalor spesifik = cp. ∆T

= (4,19kJ/kg.K) (90-250C)

= 272,5 kJ/kg

3.1.3 Termostat

Termostat adalah alat kontrol untuk mengatur suhu didalam tabung pada batas

suhu yang tertentu dengan membuka dan menutup kontak listrik secara otomatik.

Thermostat ini sudah ditentukan sendiri differensialnya dari pabrikannya. Pada

dinding tabung pemanas direncanakan dipasang 2 buah thermostat.

Dengan spesifikasi :

Merek CQC

Gambar 3.2 Termostat

 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 air

didalam tabung pemanasan sudah mencapai 90oC.

3.2 Alat Pendingin

Pada alat pendingin pemakaian daya sebesar 50 watt dan sumber daya 220 V /

50 HZ. Kapasitas pendinginan 0,8 liter/jam. Adapun peralatan yang digunakan dalam

perencanaan pendinginan adalah :

3.2.1 Kotak Pendingin dan Elemen Pendingin.

Kotak pendingin dan elemen pendingin merupakan satu bagian alat yang telah

jadi dari pabrikannya, karena elemen pendingin ini berada pada kotak pendingin yang

Adapun spesifikasi dan dimensi dari kotak pendingin dan elemen pendingin :

 Dimensi kotak pendingin : Panjang = 8 cm

Lebar = 8 cm

Tinggi = 12 cm

Maka dapat diketahui volume dari kotak pendinginan : V = P x L x T

= 8 x 8 x 12

= 768 cm3

= 0.768 L

Maka volume dari kotak pendingin dibulatkan saja menjadi 0.8 L.

Sedangkan, pada elemen pendingin berdimensi 4 cm x 4 cm.

Gambar 3.3 Elemen Pendingin

Sehingga beban pendingin pada alat tersebut dapat dihitung:

 Daya pada pendingin :

 PI . V . Cos...(a)

watt P0,2 . 220 .1,148

Dari hasil analisa daya sesungguhnya pada pendingin, 48 watt.

 Kuat Arus :

  Cos V P I .  ...(b) A I 0,2

220 50

 

Arus yang di alirkan, 0,2 Ampere

 Ketetapan rugi daya :

 V I P Cos .  ...(c)

1,1

2 , 0 . 220 50   Cos

 Besar hambatan :



I V

R ...(d)

   1100 2 , 0 220 R

Analisa kalor spesifik di dalam kotak pendinginan :

Berdasarkan data-data yang telah diketahui diatas maka dapat diketahui kalor

spesifik :

Jika suhu air normal pada tekanan atmosfer adalah 250C.

Diketahui cp air = 4,19 kJ/kg

Maka : kalor spesifik = cp. ∆T

= (4,19kJ/kg.K) (25-150C)

= 41,9 kJ/kg

Sistem teknik pendinginannya ialah pendinginan transpirasi atau pemeluhan

(Transpiration cooling). Dimana peltier atau 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 lapisan batas dank arena itu juga

Gambar 3.4 Bagian-Bagian Elemen Pendingin

Kotak pendingin dibungkus dengan steroafoam atau gabus. Sterofoam ini

berfungsi untuk meningkatkan efesiensi kerja elemen pendingin dari pengaruh

temperature panas luar dari dalam casing.

Pada kotak pendingin terdapat 3 saluran air yang masing-masing berfungsi :

 Saluran masuk air kedalam kotak pendinginan. Dengan dimensi tinggi = 2 cm, diameter = ½ inchi.

 Saluran keluar air yang telah didinginkan.

Dengan dimensi tinggi = 2 cm, diameter = ½ inchi.

 Saluran pembuangan air.

3.2.2 Sensor termal.

Sensor termal berbentuk tabung atau pipa kapiler dapat dipasang pada semua sisi,

tetapi harus membuat kontak yang baik dengan bagian yang suhunya sedang diatur.

Sensor thermal harus ditempatkan pada daerah atau titik yang suhunya akan diatur.

Gambar 3.5 Sensor Termal

3.2.3 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 lebar 9.5 cm, tinggi 10 cm dan ketebalan 1 cm.

Sirip yang digunakan pada alat pendingin ini berjenis sirip longitudinal dengan

Analisa Perpindahan Kalor Pada Sirip

Berdasarkan data- data yang telah diketahui pada sirip pendingin yang dipasang

pada alat pendingin, maka dapat diketahui perpindahan kalor yang terjadi.

Perpindahan kalor pada sirip menggunakan kurva efisiensi sirip.

Parameter yang diperlukan ialah :

Lc = L + t/2 = 9,5 cm + 0,5 = 10 cm

Maka sisi miring sirip (r1) :

= 9,52 102 = 190,2

s1 = 13,8 cm

r2c = s1 + Lc

= 13,8 cm + 10 cm = 23,8 cm

r2c/s1=

cm 13,8

cm 23,8

= 1,72 cm

Am = t ( r2c – s1)

= 1 (23,8 – 13,8) (10-2) = 1 x 10-3

Untuk aluminium, k = 200 W/m . oC

L3/2 = 

  

 1/2

m kA h (0,01)3/2

 





2 / 1 3 10 1 200 9 , 41        x = 0,523

Maka q maks = (r2c – s1) h (To - T ) _

= (23,82 – 13,82) (10-4) (80 – 30 oC)

= (23,82 – 13,82) (10-4) (41,9) (50)

= 78,82 W

Perpindahan kalor sebenarnya ialah hasil perkalian aliran kalor dengan efisiensi sirip,

maka :

qsebenarnya = (0,82) (78,82) = 64,63 W

3.2.4 Kipas.

Untuk lebih meningkatkan efisiensi kerja dari elemen pendingin maka hawa

panas yang diserap oleh sirip pendingin akan ditarik oleh kipas untuk dibuang keluar

kalor panasnya.

Adapun spesifikasi dari kipas yang digunakan pada alat pendingin, yaitu :

- Merek Comwinton Electric

- Diameter kipas 3.5 inchi

- Jumlah daun kipas = 7 buah

- Tipe = PLG2S12M

Gambar 3.6 Kipas

3.2.5 Alat kontrol listrik

Alat kontrol listrtk adalah suatu alat yang bekerja memakai daya listrik dan

dapat mengatur arus listrik. Arus listrik yang mengalir kekumparan dapat membuat

magnet dan membangkitkan gerak mekanik, sehingga dapat membuka dan menutup

kontak listrik, lubang katup, juga dapat memutar rotor motor listrik dan lain-lain.

Alat kontrol listrik dapat dihubungkan dengan tegangan jaringan (line

voltage) 220 volt atau tegangan rendah (low voltage). Tegangan rendah yaitu

tegangan yang lebih rendah dari 25 volt, pada umumnya 20-24 volt. Alat kontrol

Gambar 3.7 Alat Kontrol Listrik

3. 3 Casing

Untuk pembuatan casing direncanakan terbuat dari bahan triplek lapis. Casing

ini berbentuk balok, dengan ukuran 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 stainless steel. Pemakaian

bahan staenless ini berfungsi untuk menjaga rembesan tumpahan air terhadap casing

yang berbahan triplek lapis. Sedangkan pada bagian tutup atas berbahan plastik ABS

(Acrylonitrile Butadiene Styrene) bahan anti gores.

3. 4 Saklar listrik.

Saklar listrik hanya mempunyai satu tugas yaitu untuk memutuskan atau

menghubungkan arus listrik ke rangkaian komponen elektronik. Tipe dari saklar yang

digunakan pada alat yang dirancang adalah tipe saklar dengan daya penggerak

mekanik atau saklar aliran (flow switch).

Gambar 3.9 Saklar Listik

Pada perancangan alas pemanas dan pendingin ini digunakan 2 saklar utama yang

lagi untuk alat pendingin. Saklar ini ditempatkan pada bagian belakang sisi atas

casing.

3. 5 Lampu Led

Lampu Led berfungsi sebagai lampu sinyal pada saat alat pemanas maupun

alat pendingin sedang dioperasikan. Lampu Led juga dapat berfungsi sebagai untuk

mengetahui kinerja alat pemanas dan pendingin. jadi, apabila alat pemanas dan

pendingin bekerja tidak maksimal maka akan dapat diketahui dari lampu Led ini.

Pada saat alat pemanas bekerja maka lampu LED akan menyala dengan warna

merah dan biru. Selama proses pemanasan berlangsung didalam tabung maka lampu

led akan terus menyala. Dan, apabila proses pemanasan telah selesai maka lampu led

akan mati.

Begitu juga hal nya dengan proses pendinginan, lampu led akan terus menyala

dengan cahaya yang dikeluarkan berwarna biru. Apabila air yang didinginkan sudah

mencapai suhu yang diinginkan, maka lampu led akan mati.

3. 6 Lampu Standby

Lampu standby hanya berfungsi sebagai lampu tambahan yang sifatnya hanya

sebagai hiasan saja atau tidak memiliki peranan dalam kinerja alat ini. Lampu standby

dipasang pada sisi depan casing, tepatnya diatas kran air. Lampu standby yang

3. 7 Selang Karet

Selang karet digunakan sebagai saluran keluar masuknya air. Selang karet

yang digunakan berbahan karet silicon, karena memiliki sifat yang tahan panas

meskipun dilalui fluida yang suhu deformasi thermalnya 200oC dan ketahanan dingin

yang juga sangat baik hingga mampu pada suhu -75oC. pada perancangan alat

pemanas dan pendingin ini, dibutuhkan selang dengan diameter 0,5 inchi dan 0,25

inchi.

Pada alat pemanas dibutuhkan selang karet dengan rincian sebagai berikut :

 Saluran air masuk panjangnya 30 cm, dengan diameter 0,5 inchi.

 Saluran air keluar panjangnya 15 cm, dengan diameter 0,5 inchi.

 Saluran kesetimbangan air panjangnya 20 cm, dengan diameter 0,25

inchi.

Pada alat pendingim dibutuhkan selang karet dengan rincian sebagai berikut :

 Saluran air masuk panjangnya 20 cm, dengan diameter 0,5 inchi.

 Saluran air keluar panjangnya 15 cm, dengan diameter 0,5 inchi Sedangkan pada saluran air biasa, membutuhkan selang dengan panjang 15 cm.

3.8 Kran Air

Kran air berfungsi sebagai sarana keluarnya air dari alat pemanas maupun

pendingin. pada alat yang dirancang ini digunakan 3 buah kran air dengan diameter

kran 0,5 inchi.. kran air yang digunakan terbuat dari bahan plastic PP

 Kran warna merah pada air panas

 Kran warna biru pada air dingin

 Kran warna biru muda pada air normal.

Gambar 3.10 Kran Air

3. 9 Perangkaian Alat Pemanas dan Pendingin

Didalam perangkaian komponen-komponen utama alat pemanas dan pendingin

dibutuhkan langkah-langkah kerja.

3.9.1 Perangkaian Alat Pemanas

Adapun langkah-langkah dalam perangkaian alat pemanas :

1. corong penampungan air memiliki 3 saluran yang masing-masing untuk saluran

2. Pada sisi luar atau dinding tabung pemanasan diselimuti dengan glass woll atau

serat kaca, yang berfungsi untuk mengurangi rugi-rugi panas pada saat pemanasan

berlangsung.

3. Didalam tabung pemanas dipasang satu buah elemen pemanas dengan tipe tubular

heater.

4. Pada dinding tabung dipasang dua buah termostat yang pemasangannya dengan

rangkaian seri terhadap elemen pemanas maupun lampu led. Pada saat thermostat

memutuskan arus listrik, maka seluruh sistem yang ada pada alat ini terputus

untuk sementara.

5. Kemudian alat pemanas ini dihubungkan ke arus listrik melalui rangkaian

komponen elektronik yang berfungsi sebagai alat kontrol listrik.

Berdasarkan pengamatan yang dilakukan pada alat pemanas maka dihasilkan,

Air panas dengan temperature 80 0C.

3.9.2 Perangkaian Alat Pendingin

Adapun langkah-langkah kerja dalam perangkain komponen-komponen utama

alat pendingin yaitu :

1. Saluran air dari corong penampungan dihubungkan kelubang yang terdapat pada

sisi atas kotak pendingin dengan pipa karet yang berdiameter 0,5 inchi.

3. Pada kotak pendingin dipasang sensor termal.

4. Kotak pendingin dibungkus dengan steroafoam atau gabus.

5. Pada bagian sisi belakang elemen pendingin yang terdapat pada kotak

pendinginan ditempelkan sirip pendingin dengan dua buah baut.

Gambar 3.11 Pemasangan Elemen Pendingin Dan Sirip

6. Kipas dipasang tepat dibelakang sirip pendingin, agar hawa panas yang diserap

sirip pendingin dari elemen pendingin dapat ditarik oleh kipas untuk dibuang

Gambar 3.12 Pemasangan Sirip Pendingin Dan Kipas

7. Kemudian alat pendinginan ini dihubungkan ke rangkaian listrik.

Berdasarkan pengamatan yang dilakukan pada alat pendingin maka dihasilkan,

Air dingin dengan suhu 15 0C.

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

PROSES KERJA DAN PEDOMAN PEMAKAIAN ALAT YANG DIRANCANG.

Untuk memaksimalkan kinerja dari alat yang dirancang, harus diketahui

system kerja alat dan pedoman pemakaiannya.

4.1 Proses Kerja Alat Pemanas.

Proses keja dari alat pemanas untuk memanaskan 1,2 L air untuk mencapai

temperatur 80oC dibutuhkan beberapa tahap kerja yaitu :

 Tahap I

Air dengan suhu noramal masuk kedalam tabung pemanas, melalui saluran

pipa yang berdiameter 0,5 inchi sampai memenuhi isi tabung pemanas.

Saluran kesetimbangan yang berada pada tutup atas tabung, akan terisi dengan

air. Hal ini menunjukkan bahwa tabung sudah terisi penuh. Pada saat ini

termostat belum bekerja, dan masih bertemperatur sama dengan tabung

sebelum pemanasan.

 Tahap II

Alat pemanas dihubungkan dengan arus listrik dengan pemakaian daya 300

watt, dengan cara menekan tombol saklar listrik pada posisi “ON”. Pada saai

ini thermostat yang terdapat pada dinding tabung pemanas mulai bekerja.

- Termostat I, mengalirkan arus listrik ke elemen pemanas.

 Tahap III

Pada tahap ini air yang berada didalam tabung dipanaskan sampai mencapai

suhu 80oC. Dengan waktu pemanasan (t) ± 12 menit.

 Tahap IV

Setelah air mencapai temperatur 80oC maka secara automatic dua buah

thermostat yang terpasang pada tabung pamanas akan memutuskan arus listrik

untuk sementara.

- Termostat I yang terdapat pada bagian atas, memutuskan arus listrik ke

elemen pemanas.

- Termostat II memutuskan arus listrik ke lampu led.

 Tahap V

Apabila temperatur air didalam tabung pemanas mengalami penurunan

menjadi ≤ 70oC, maka secara otomatik termostat akan bekerja kembali. - Termostat I kembali mengalirkan arus listrik ke elemen pemanas.

- Termostat II kembali mengalirkan arus listrik ke lempu led.

Maka, air didalam tabung kembali mengalami pemanasan ulang sampai

4.2 Proses Kerja Alat Pendingin

Proses kerja dari alat pendingin untuk mendinginkan 0,8 L air, untuk

mencapai temperatur 15oC membutuhkan beberapa tahap kerja, yaitu :

 Tahap I

Air dengan suhu normal masuk kedalam kotak pendingin melalui saluran pipa

yang berdiameter 0,5 inchi sampai tabung terisi penuh.

 Tahap II

Alat pendingin dihubungkan dengan arus listrik dengan pemakaian daya 50

watt. Maka dalam hal ini sensor termal akan bekerja terhadap katup ekspansi

yang terdapat pada elemen pendingin, sehingga katup ekspansi termostatik

mengalirkan arus kedalam pendingin untuk mendinginkan air sampai

temperature 15oC.

 Tahap III

Setelah air mencapai temperatur 15oC, maka secara outomatik sensor termal

akan mempegaruhi kerja katup ekspansi termostatik utuk memutuskan arus

listrik dari elemen pendingin.

 Tahap IV

Sensor termal kembali memberi pengaruh terhadap katup ekspansi termostatik

untuk mengalirkan arus listrik ke elemen pendingin, apabila temperature air

naik menjadi ≥ 20oC.

4.3 Pedoman Pengoperasian Alat yang Dirancang

Untuk menjaga kinerja alat pemanas dan pendingin tetap bekerja secara

optimal, maka diperlukan pedoman pengoperasian yang tepat, yaitu :

1. Pastikan penempatan alat pada tempat yang stabil, aman dan dekat dengan

stop kontak.

2. Keluarkan air dari kran ± 100 ml sebelum memasang power cord ke stop

kontak, untuk menghindari adanya udara didalam tabung pemanas maupun

kotak pendingin.

3. Sambungkan power cord ke stop kontak dan hidupkan kedua power switch.

4. Tunggu beberapa saat untuk memastikan alat ini siap dipergunakan, untuk

pemanasan awal dibutuhkan waktu (t) ± 12 menit dan pendinginan awal ± 60 menit.

5. Gunakan alat ini pada tegangan 220 volt.

6. Pastikan alat ini pada tempat yang kering dan jauh dari sinar matahari, dengan

jarak minimum bagian belakang dari dinding tidak kurang dari 1 ichi

(25,4 mm).

7. Alat ini harus bekerja pada temperatur lingkungan 10oC – 38oC, dengan

kelembapan relative 90%.

8. Jangan menggunakan cairan kimia (bensin, tiner, dll) untuk membersihkan

alat ini.

9. Bersikan bagian penampungan air secara berkala minimal 1 bulan sekali.

10.Jangan pernah mematikan alat ini dengan menarik kabel dari stop kontak,

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang didapat dalam perancangan alat pemanas dan pendingin

air adalah :

1. Pemakaian daya listrik pada alat pemanas sebesar 300 watt dengan sumber

daya 220 V/50 HZ.

2. Daya yang direncanakan pada pemanas adalah 297 watt.

3. Kuat arus pada elemen pemanas adalah : 1,5 ampere.

4. Ketetapan rugi daya pada elemen pemanas adalah : 0,9.

5. besar tahanan pada elemen pemanas adalah : 146,7 6. kalor spesifik pada pemanasan adalah : 272,5kJ/kg.

7. Temperatur panas yang dihasilkan alat pemanas air minum adalah ± 90 oC.

8. Tabung pemanas terbuat dari stainless steel tipe AISI 304.

Dengan dimensi :

- Diameter 10 cm.

- Tinggi 15 cm.

Maka, volume tabung pemanas adalah 1,2 L.

9. Pada sisi dinding tabung pemanas air terdapat dua termostat, dimana :

- Termostat 1 berfungsi sebagai pemutus arus listrik terhadap tabung

- Termostat 2 berfungsi sebagai pemutus aliran listrik terhadap lampu

yang berfungsi pada saat pemanasan.

10. Elemen pemanas yang digunakan pada alat pemanas adalah Tubular

Heater,yang berbentuk lilitan.

11. Pemakaian daya pada alat pendingin air adalah 50 watt, dengan sumber daya

220 V/ 50 HZ.

12. Pemakaian daya yang didapatkan pada analisa system pendinginan adalah 48

watt.

13. Kuat arus pada elemen pendingin adalah 0,2 A.

14. Ketetapan rugi daya pada elemen pendingin adalah 1,1

15. Besar hambatan pada elemen pendingin adalah 1100 

16. Kalor spesifik yang dihasilkan pada elemen pendingin adalah 41,9 kJ/kg.

17. Perpindahan kalor sebenarnya pada sirip pendingin adalah 64,63 W.

18. Sistem teknik pendinginannya adalah pendinginan transpirasi atau pemeluhan

(Tranpiration cooling).

19. Temperatur air yang dihasilkan alat pendingin adalah ± 15 oC.

20. Volume dari kotak pendingin adalah 0,8 L.

21. Sirip pendingin yang digunakan pada alat pendingin berjenis sirip longitudinal

5.2 Saran

Pada Perancangan Alat Pemanas Dan Pendingin Air Minum Bertenaga Listrik

ini, Sebaiknya menggunakan thermometer digital agar dapat diketahui temperatur air

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

11. Citing : www. google. com, search stainless steel

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Diagram fasa Fe-Cr……… 7

Gambar 2.2 perpindahan panas menyeluruh………. 10

Gambar 2.3 Analogi aliran listrik……… 11

Gambar 2.4 HE dengan pipa ganda……… 11

Gambar 2.5 Analogi listrik……….. 12

Gambar 2.6 berbagai jenis muka sirip menurut kern dan Kraus………. 20

Gambar 2.7 batang bimetal dengan dengan salah satu ujungnya dipegang……... 24

Gambar 2.8 Diagram Rangka Hubungan Tekanan Tekanan- Entalpi Air………. 30

Gambar 2.9 Diagram Tempertur Vs Posisi………. 33

Gambar 2.10 Konduktifitas Termal Beberapa Zat Cair……… 37

Gambar 2.11 Perpindahan Panas Konveksi……….. 38

Gambar 2.12 Kovensi Paksa………. 38

Gambar 2.13 Gabungan Konveksi, Konduksi, Dan Radiasi………. 43

Gambar 3.1 Tabung Pemanas……….. 50

Gambar 3.2 Termostat………. 54

Gambar 3.3 Elemen Pendingin……… 55

Gambar 3.4 Bagian-Bagian Elemen Pendingin……… 58

Gambar 3.5 Sensor Termal……….. 59

Gambar 3.6 Kipas………... 62

Gambar 3.9 Saklar Listik………... 64

Gambar 3.10 Kran Air………... 67

Gambar 3.11 Pemasangan Elemen Pendingin Dan Sirip……….. 69

Gambar 3.12 Pemasangan Sirip Pendingin Dan Kipas……….. 70