BAB IV PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT
Pemanas air yang akan dirancang dan dibuat pada penelitian ini adalah pemanas air dengan menggunakan siklus kompresi uap hybrid. Pemanas air ini
memanfaatkan panas buang dari kondensor untuk memanaskan air pada tangki . Dengan adanya pemanas air ini, aliran panas dari kompresor dibelokkan dulu
kedalam tangki air dingin sebelum masuk ke kondensor sehingga terjadi kontak perpindahan panas dari pipa refrigerant dan air di dalam tangki.
4.1 Penentuan Dimensi dan Pembuatan Tangki Pemanas
Salah satu komponen utama pemanas air yang akan dirancang adalah tangki pemanas. Tangki pemanas dirancang sesuai dengan kapasitas air yang akan
dipanaskan. Kapasitas air yang akan dipanaskan pada penelitian adalah adalah 120 liter dengan dimensi 50×50×70 cm. Bahan yang digunakan untuk
pembuatan tangki adalah fiber glass dengan ketebalan 0.5 cm.Tangki dibuat 5 lubang yaitu dua lubang sebagai sisi masuk air dan sisi keluar keluar air, dua
lubang lagi sebagai sisi keluaran dari kompresor dan sisi menuju kondensor dan yang satu lagi untuk lubang drainpembuangan. Gambar dibawah adalah tangki
yang akan dirancang.
Gambar 4.1 Tangki Pemanas yang dirancang Setelah tangki dilubangi, maka dipasang katup kran pada sisi masuk dan
sisi keluar, kemudian dipasang penutup drain, tepatnya dibawah tangki.Kemudian
Universitas Sumatera Utara
koil pipa tembaga yang sudah dibending dengan beberapa lekukan dipasang ke dalam lubang yang telah ditentukan. Jika lubang koil masih renggang, maka
dipasang karet disekelilingnya agar lubang nya ketat.Hal ini dilakukan agar udara luar tidak masuk ke dalam tangki dan untuk mencegah kehilangan panas pada saat
water heater beroperasi. Kemudian tangki diisolasi dengan piralo dengan ketebalan 20 mm,setelah
dilapisi dengan piralo, tangki diisolasi lagi dengan aluminium. Jadi tangki diisolasi dua kali tujuannya untuk menjaga agar suhu di dalam tangki tetap
terjaga, dan panas yang dihasilkan juga maksimum.Setelah itu penutup tangki juga diisolasi dua kali seperti pengisolasian tangki diatas agar tidak ada udara luar
yang masuk ke dalam tangki.
Gambar 4.2 Tutup Tangki Pemanas Yang dirancang
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.3 Tangki Pemanas Yang Telah Diisolasi
4.2 Penentuan Dimensi Dan Pembuatan Koil
Berikutnya adalah perancangan koil, koil terbuat dari pipa tembaga dengan panjang 5 meter, dan diameter 10 mm. Koil dibengkokkan dengan menggunakan
bending, jumlah lekukan koil disesuaikan dengan besar tangki pemanas, dan dalam perancangan ini koil dibuat sebanyak duabelas lekukan.
4.2.1 Perancangan panjang koil
Pada water heater yang dirancang, koil didominasi oleh pipa yang vertikal.Maka persamaan konveksi natural yang digunakan yaitu pada pipa
vertikal.Sebelum menentukan panjang koil maka terlebih dahulu dicari kalor yang diserap oleh air.
Kalor yang diserap oleh air Untuk mencari besarnya kalor yang diserap oleh air, maka digunakan
persamaan : max
. .
To T
Cp m
Q −
= Dimana : Q = kalor yang diserap oleh air J
Cp = panas jenis JKg C
m = volume air kg T
max
= Temperatur maksimum C
Universitas Sumatera Utara
T = Temperatur awal
C Maka diperoleh :
MJ J
C C
Kg J
Kg To
T Cp
m Q
10 10584000
26 47
4200 120
max .
.
= =
− ×
× =
− =
Setelah itu maka dicari nilai dari bilangan Grashof yang dirumuskan sebagai berikut :
2 3
2
µ β
ρ
L T
T g
Gr
r s
L
− =
Dimana : Gr
L
= Bilangan Grashof ρ = massa jenis Kgm
3
g = gravitasi ms
2
ß = koefisien ekspansi T
s =
Temperatur pada koil C
T
r
= Temperatur fluida C
L = Tinggi koil m μ = viskositas Nsm
2
dari persamaan diatas, maka dapat dihitung besarnya bilangan Grashof:
2 3
2
µ β
ρ
L T
T g
Gr
r s
L
− =
9 2
4 3
4 2
10 .
86 ,
3 10
. 08
, 6
31 .
38 50
10 .
15 ,
4 81
, 9
63 ,
990 =
× −
× ×
× =
− −
L L
Gr Gr
Setelah bilangan grashof didapat, maka dicari lagi bilangan Rayleigh dari persamaan berikut :
Pr ×
=
L L
Gr Ra
Dimana : Ra
L
= Bilangan Rayleigh Gr
L
= Bilangan Grashof Pr = Bilangan Prandtl 3,99
Universitas Sumatera Utara
Maka besarnya bilangan Rayleigh adalah :
Kemudian dicari nilai h dari persamaan sebagai berikut :
L k
Nu h
× =
Tetapi sebelum mencari nilai h, harus dicari terlebi dahulu nilai dari bilangan Nusselt.Untuk mencari bilangan Nusselt ditentukan dengan
syarat
3 1
1 ,
Nu
L
Ra =
untuk
13 9
10 10
≤
L
Ra
Untuk menghitung diameter dari koil ditentukan dengan syarat :
25 ,
35
L
Gr L
D ≥
0435 ,
01 ,
10 .
86 ,
3 31
, 35
01 ,
25 ,
9
≥ ×
≥
Oleh karena syarat untuk menentukan diameter terpenuhi, maka sekarang dapat dihitung besarnya nilai dari bilangan Nusselt dengan persamaan
sebagai berikut :
2 3
1 10
3 1
10 .
49 ,
2 10
. 54
, 1
1 ,
1 ,
= ×
= =
Nu Nu
Ra Nu
L
Setelah bilangan Nusselt diperoleh, maka dapat dihitung nilai dari h,
L k
Nu h
× =
Dimana : Nu = Bilangan Nusselt k = konduktivitas Wm.K
= 0.636 Wm.K L = Tinggi koil m
= 0,31 m
10 9
10 .
54 ,
1 99
, 3
10 .
86 ,
3 Pr
= ×
= ×
=
L L
L L
Ra Ra
Gr Ra
Universitas Sumatera Utara
Maka dapat diperoleh :
2 2
10 .
11 ,
5 31
, 636
, 10
. 49
, 2
= ×
= ×
=
h h
L k
Nu h
Persamaan untuk mencari koefisien perpindahan panas pada koil,yaitu: t
T A
h Q
× ∆
× ×
=
Dimana : Q= Kalor yang diserap air J h = Koefisien perpindahan panas Wm
2
. C
A = Luas penampang m
2
∆T = Selisih Temperatur C
t = waktu second 3 jam Dari persamaan diatas, maka dapat diperoleh nilai dari Luas penampang A
2 2
1598 ,
10800 38
50 .
511 10584000
m A
s C
C m
W J
A t
T h
Q A
t T
A h
Q
= ×
− ×
= ×
∆ ×
= ×
∆ ×
× =
Setelah diperoleh nilai dari luas penampang dari koil, maka dapat dihitung berapa besar panjang dari koil,dari persamaan dibawah :
m L
L d
A L
08 ,
5 01
, 14
, 3
1598 ,
= ×
= ×
= π
Maka panjang koil yang dibutuhkan dalam perancangan adalah 5,08 meter.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.4 Proses Membending Koil
Setelah koil selesai dibending, maka koil digantung di dalam tangki,untuk menggantung koil maka koil harus ditopang dari dasar tangki,untuk menopang
koil dari bawah maka antara koil yang digantung dan koil penopang harus disambung dengan cara dilas. Proses pengelasan koil harus rapi dan jangan
sampai ada kebocoran. Proses pengelasan koil dapat dilihat pada gambar 4.5 dibawah.
Gambar 4.5 Proses Pengelasan Koil Setelah selesai pengelasan, koil dimasukkan ke dalam tangki pemanas
sesuai dengan posisi masing-masing.Dan koil harus ketat dipasang agar tidak ada lubang udara. Kemudian koil di dasar tangki dilem dengan dasar tangki agar
menyatu.Berikut gambar koil setelah dipasang kedalam tangki.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.6 Koil Setelah Dipasang ke Dalam Tangki
4.3 Penentuan Dimensi dan Pembuatan Dudukan Pemanas Air
Dudukan pemanas air dan outdoor unit yaitu kondensor unit dirancang sekaligus, karena pemanas air water heater dan kondensor diletakkan
berdekatan. Pemanas air dan kondensor harus diletakkan berdekatan untuk mengurangi kehilangan panas pada saat bersirkulasi,dan panas yang dihasilkan
pun maksimal.Dudukan pemanas air terbuat dari besi siku yang disambung dengan cara pengelasan.Dimana panjang besi siku 152 cm dan tingginya 40
cm.Berikut gambar proses pembuatan dudukan pemanas air .
Gambar 4.7 Proses Pembuatan Dudukan Pemanas Air
Universitas Sumatera Utara
Setelah selesai pengelasan kemudian permukaan besi yang dilas diperhalus dengan cara digerinda agar permukaannya rata.
Gambar 4.8 Proses Penggerindan Besi Siku
Gambar dibawah merupakan dudukan pemanas air yang telah selesai dilas dan digerinda.
Gambar 4.9 Dudukan Pemanas Air Setelah dudukan pemanas air selesai dipabrikasi, maka tangki pemanas air dan
kondensor unit dipasang ke dalam dudukan yang telah dirancang,untuk memudahkan pemasangan.
Universitas Sumatera Utara
4.4 Pemasangan water heater
Kategori