BAB IV RANCANG BANGUN KOTAK PENDINGIN
Dalam rancang bangun kotak pendingin, akan dibahas mengenai perhitungan kekuatan material bahan, aliran dalam kotak pendingin, biaya
pembuatan kotak pendingin serta desain menggunakan AutoCAD. 4.1
Rancang Bangun Kotak Pendingin
Lempengan aluminium sebagai pelapis bagian dalam dari styrofoam di bentuk dengan ukuran 36,8 cm x 27,9 cm x 26,7 cm sehingga berbentuk seperti
sebuah kotak tanpa tutup. Kemudian dibentuk tutup dari lempengan aluminium dengan ukuran 36,8 cm x 27,9 cm x 1,1 cm.
Adapun pemilihan penggunaan aluminium sesuai dengan karakteristik aluminium pada tabel 4.1 :
Tabel 4.1 Karakteristik logam Aluminium Nama, Simbol, Nomor Atom
Aluminium, Al, 13 Wujud
Padat Massa Jenis
2,70 gramcm
3
Massa Jenis pada wujud cair 2,375 gramcm
3
Titik Lebur 933,47 K 660,32
o
C Titik Didih
2792 K 2519
o
C Kalor Jenis 25
o
C 24,2 Jmol.K
Konduktivitas Termal 300 K 237 Wm.K
Pemuaian termal 25
o
C 23,1 µmm.K
Modulus Young 70 Gpa
Modulus Geser 26 Gpa
Poisson Ratio 0,35
Yield Stress 199,73 Nmm
2
Dikarenakan titik lebur dan titik didih aluminium sangat tinggi, sehingga material aluminium digunakan untuk mengisolasi bagian dalam styrofoam. Beban
maksimal yang dapat diterima styrofoam adalah 30 kg x 10 ms
2
= 300 N.
Dari beban maksimal yang dapat diterima oleh styrofoam, maka digunakan lempengan aluminium dengan tebal 1 mm. Asumsikan bahwa benda kerja bekerja
dalam keadaan setimbang sehingga lempengan aluminium berada dalam keadaan normal. Asumsikan bahwa beban yang diterima oleh aluminium adalah sebesar 20
kg sehingga F = 20 kg x 10 ms
2
= 200 N. Distribusi gaya dan beban pada aluminium yang diakibatkan oleh benda yang akan didinginkan ditunjakan pada
gambar 4.1.
`
Gambar 4.1 Distribusi gaya dan beban pada aluminium Dari gambar 4.3 , dicari momen inersia dari penampang dengan menggunakan
rumus
[38]
: I = b x h
3
12 dimana,
I : Momen Inersia mm
4
b : Lebar Plat mm h : Tebal Plat mm
Sehingga momen inersia dari lempengan aluminium dengan ketebalan 1 mm dan lebar 27,9 cm adalah
I = 279 x 1
3
12 = 23,25 mm
4
Kemudian dicari modulus penampang dengan menggunakan rumus
[38]
: Z = I y
maks
dimana, Z = Modulus penampang mm
3
I = Momen Inersia mm
4
F Beban yang diberikan
N Gaya Normal Ay
By Bx
Ax
y
maks
= jarak dari sumbu netral ke tegangan normal mm Perhitungan modulus penampang pada lempengan aluminium adalah
Z = I y
maks
= 23,25 0,5 = 46,5 mm
3
Setelah itu maka dicari momen lentur pada lempengan dengan menggunakan rumus
[38]
: M = F x A
dimana, M = Momen lentur
F = Beban yang diberikan A = Luas Penampang Aluminium
Maka besar momen lentur penampang adalah M = F x A
= 200 x 279 x 0,5 = 2.790 Nmm
2
Dari perh itungan diatas di cari nilai σ maks dengan menggunakan rumus
[38]
: σ
maks
= M x y
maks
I dimana,
σ
maks
= Tegangan lentur maksimum Nmm
2
M = Momen lentur y
maks
= jarak sumbu netral ke tengangan normal tengangan lentur yang didapatkan adalah
σ
maks
= M x y
maks
I = 2.790 x 0,5 23,25
= 112,45 Nmm
2
Dilihat dari tabel 4.1 untuk tegangan elastis aluminium adalah 199,73 Nmm
2
. Dengan koefisien keselamatan 0,6 , maka bahan aluminium hanya diperbolehkan
menerima tegangan sebesar 0,6 x 199,73 = 119,838 Nmm
4
. Berdasarkan hasil perhitungan, tegangan lentur yang diperoleh sebesar 112,45 Nmm
4
jauh dibawah batas ambang yang telah ditetapkan. Dengan demikian maka desain dengan
menggunakan bahan aluminium tebal 1 mm dapat diterima.
Triplek sebagai pelapis bagian luar dari styrofoam dibentuk dengan ukuran 41,4 cm x 32,8 cm x 32 cm sehingga berbentuk kotak tanpa tutup. Dari kedua sisi
kanan kiri dari triplek di buat lubang persegi dengan ukuran 8,3 cm x 6,8 cm yang digunakan untuk penempatan thermoelektrik dengan termoelektrik.
Kemudian bagian tutup dari styrofoam dibuat dengan ukuran 41,6 cm x 32,7 cm x 2,4 cm. Adapun pemilihan penggunaan triplek sesuai dengan
karakteristik triplek pada tabel 4.2 : Tabel 4.2 Karakteristik kayu triplek
Nama Plywood
Wujud Padat
Massa Jenis 1,500 gramcm
3
Massa Jenis pada wujud cair 1,537 gramcm
3
Titik Lebur 370 K 100
o
C Titik Didih
390 K 120
o
C Kalor Jenis 25
o
C 14,5 Jmol.K
Konduktivitas Termal 300 K 126,3 Wm.K
Pemuaian termal 25
o
C 23,1 µmm.K
Modulus Young 40 Gpa
Modulus Geser 12 Gpa
Poisson Ratio 0,13
Yield Stress 92,67 Nmm
2
Dari beban maksimal yang dapat diterima oleh styrofoam, maka digunakan triplek dengan tebal 5 mm. Asumsikan bahwa benda kerja bekerja dalam keadaan
setimbang sehingga triplek berada dalam keadaan normal. Asumsikan bahwa beban yang diterima oleh triplek adalah sebesar 20 kg sehingga F = 20 kg x 10
ms
2
= 200 N. Distribusi gaya dan beban pada triplek yang diakibatkan oleh benda yang akan didinginkan ditunjakan pada gambar 4.2.
`
Gambar 4.2 Distribusi gaya dan beban pada triplek Dari gambar 4.3 , dicari momen inersia dari penampang dengan menggunakan
rumus
[38]
: I = b x h
3
12 dimana,
I : Momen Inersia mm
4
b : Lebar Plat mm h : Tebal Plat mm
Sehingga momen inersia dari lempengan aluminium dengan ketebalan 5 mm dan lebar 32,8 cm adalah
I = 328 x 5
3
12 = 3416,7 mm
4
Kemudian dicari modulus penampang dengan menggunakan rumus
[38]
: Z = I y
maks
dimana, Z = Modulus penampang mm
3
I = Momen Inersia mm
4
y
maks
= jarak dari sumbu netral ke tegangan normal mm Perhitungan modulus penampang pada lempengan aluminium adalah
Z = I y
maks
= 3416,7 2,5 = 1366,7 mm
3
Setelah itu maka dicari momen lentur pada lempengan dengan menggunakan rumus
[38]
: F Beban yang diberikan
N Gaya Normal Ay
By Bx
Ax
M = F x A dimana,
M = Momen lentur F = Beban yang diberikan
A = Luas Penampang Aluminium Maka besar momen lentur penampang adalah
M = F x A = 200 x 414 x 1
= 8.280 Nmm
2
Dari perhitungan diatas di cari nilai σ maks dengan menggunakan rumus
[38]
: σ
maks
= M x y
maks
I dimana,
σ
maks
= Tegangan lentur maksimum Nmm
2
M = Momen lentur y
maks
= jarak sumbu netral ke tengangan normal tengangan lentur yang didapatkan adalah
σ
maks
= M x y
maks
I = 8.280 x 2,5 3416,7
= 50,45 Nmm
2
Dilihat dari tabel 4.2 untuk tegangan elastis triplek adalah 92,67 Nmm
2
. Dengan koefisien keselamatan 0,6 , maka bahan triplek hanya diperbolehkan menerima
tegangan sebesar 0,6 x 92,67 = 55,602 Nmm
4
. Berdasarkan hasil perhitungan, tegangan lentur yang diperoleh sebesar 50,45 Nmm
4
jauh dibawah batas ambang yang telah ditetapkan. Dengan demikian maka desain dengan menggunakan bahan
triplek tebal 5 mm dapat diterima.
4.2 Pemasangan Fotovoltaik
PV
Fotovoltaik PV yang telah dibeli kemudian disambungkan dengan kabel dengan tebal ± 4 mm, dihubungkan ke solar charge controller kemudian
fotovoltaik di pasang di atas gedung Laboratorium Sistem Pendingin dengan arah menghadap ke selatan dan dipasang dengan kemiringan sesuai dengan garis
lintang dari tempat pemasangan menghadap ke khatulistiwa sebesar ± 4
o
. Pemasangan seperti pada gambar 4.3
Kategori