PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI

KARAKTERISTIK WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 12 METER, DIAMETER 0,5 INCH DAN BERSIRIP

SKRIPSI Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin

Diajukan oleh SUPARNO NIM : 105214069

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2013 i


CHARACTERISTIC OF THE WATER HEATER WITH A 12 METERS LENGTH OF PIPE, A 0,5 INCHES OF DIAMETER AND FINNED FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By SUPARNO Student Number : 105214069

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2014

ii


iii


iv


PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Skripsi ini tidak terdapat karya

yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 29 J anuai 20I 4

Supamo


LEMBAR PER}TYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAI\ AKADEMIS Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata

Dharma:

Nama

:Suparno

Nomor Mahasiswa : IA5214069 Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul

:

Karakteristik Water Heater Dengan Panjang pipa 12 Meter Diameter 0,5 Inch dan Bersirip Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan

dalam bentuk media yang lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta

ijin dan saya maupun memberikan

royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pemyataan ini yang saya buat dengan sebenamya.

Yogyakarta, 29 J anuan 207 4

Yang menyatakan,

@ Suparno

VI


ABSTRAK Kebutuhan akan air hangat yang digunakan untuk mandi semakin meningkat. Alat yang dapat menghasilkan air hangat adalah pemanas air atau water heater. Dari ketiga jenis water heater yang ada, water heater dengan sumber energy dari gas LPG memiliki beberapa keunggulan bila dibandingkan dengan water heater yang lain. Sehingga penulis tertarik untuk mendalami dan mempelajari tentang water heater gas LPG dengan cara pembuatan dan penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : (a) Membuat alat water heater (b) Mengetahui karakteristik dari water heater dengan sumber energi gas LPG yang telah dibuat : (1) Mengetahui hubungan antara debit air yang masuk dengan suhu air yang keluar dari water heater(2) Mengetahui hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor yang diterima air (3) Mengetahui efisiensi dari water heater. Peralatan yang dipergunakan dalam penelitian termokopel, stopwacth, gelas ukur, timbangan. Variasi yang dilakukan adalah merubah besar kecilnya debit air yang masuk dan membuka tutup water heaterdengan 10 kali dan 20 kali putaran. Batasan yang dilakukan di dalam penelitian : (a)Suhu air yang masuk water heater sama dengan suhu air yang ada di kamar mandi sekitar 25 0C – 27 0 C (b) Bahan pipa yang digunakan adalah pipa tembaga dengan diameter 0,5 inch dan panjang 12 meter (c) Temperatur air panas yang dihasilkan minimal mempunyai suhu 40° C dengan debit 6 liter per menit (d) Menggunakan 2 lapisan pelat dan berlubang Hasil penelitian memberikan beberapa kesimpulan (a) Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran (b) temperatur yang dihasilkan sebesar 42,60C dengan debit 11,4 liter/menit pada kondisi tertutup rapat(c) Laju aliran kalor yang diterima air sebesar 11,651 kW-14,292 kW pada kondisi tertutup rapat (d) Nilai efisiensi yang dihasilkan water heater pada kondisi tertutup rapat berkisar antara 31,89%-39,12%. Kata kunci : Water heater, debit air, suhu air, efisiensi

vii


KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya sehingga penyusunan Skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik dan lancar. Skripsi ini merupakan salah satu syarat yang wajib untuk setiap mahasiswa jurusan Teknik Mesin sebagai syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penelitian dan penyusunan skripsi ini melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 2. Ir. Petrus KanisiusPurwadi, M.T., sebagai Dosen Pembimbing Skripsi. 3. I Gusti Ketut Puja S.T.M.T selaku Dosen Pembimbing Akademik 4. Seluruh staf dan pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik dan memberikan berbagai ilmu pengetahuan yang sangat membantu dalam penyusunan skripsi ini 5. Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Teknik Mesin dan semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu yang telah membantu dalam penyusunan Skripsi ini

viii


6. Kedua

orang tua saya Sutriyono dan Sadilah yang telah memberikan

dukungan, baik secara materi maupun spiritual

Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian dan penyusunan Skripsi ini masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu kami mengharapkan masukan,

kritik, dan saran dari berbagai pihak untuk

Semoga Skripsi

dapat menyempurnakannya.

ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca. Terima

kasih.

Yogyakarta, 29 J anuai 201 4

Penulis

IX


DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL........................................................................................ i TITLE PAGE ................................................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN ........................................................................ iii HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... iv HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ..................................... v LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ......................................... vi ABSTRAK ....................................................................................................... vii KATA PENGANTAR ..................................................................................... viii DAFTAR ISI .................................................................................................... x DAFTAR GAMBAR .......................................................................................

xii

DAFTAR TABEL ............................................................................................

xv

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1 1.1. Latar Belakang .............................................................................. 1 1.2. Tujuan............................................................................................ 2 1.3. Batasan Masalah ............................................................................ 3 1.4. Manfaat.......................................................................................... 3 BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ................................. 4 2.1. Dasar Teori .................................................................................... 4 2.2. Tinjauan Pustaka ........................................................................... 21 BAB III PEMBUATAN ALAT ....................................................................... 29

x


3.1. Persiapan ....................................................................................... 29 3.2. Alat dan Bahan .............................................................................. 29 3.3. Pembuatan Alat ............................................................................. 36 BAB IV METODOLOGI PENELITIAN ........................................................ 40 4.1. Benda Uji....................................................................................... 40 4.2. Skematik Alat Penelitian ............................................................... 42 4.3. Alat Bantu Penelitian .................................................................... 42 4.4. Alur Penelitian............................................................................... 43 4.5. Variasi Penelitian .......................................................................... 44 4.6. Cara Mendapatkan Data ................................................................ 44 4.7. Cara Mengolah Data...................................................................... 44 4.8. Cara Mendapatkan Kesimpulan .................................................... 45 BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .................................. 46 5.1. Hasil Penelitian ............................................................................. 46 5.2. Perhitungan.................................................................................... 47 5.3.1. Hasil Pengambilan Data Dalam Bentuk Grafik .......................... 53 5.3.2. Pembahasan ................................................................................ 60 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................... 64 6.1. Kesimpulan.................................................................................... 64 6.2. Saran .............................................................................................. 67 DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 68 LAMPIRAN ..................................................................................................... 69

xi


DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Water heater model 1 .................................................................... 5 Gambar 2.2 Water heater model 2 .................................................................... 6 Gambar 2.3 Water heatermodel 3 ..................................................................... 7 Gambar 2.4 Water heater model 4 .................................................................... 8 Gambar 2.5 Kompor gas ................................................................................... 15 Gambar 2.6 Selang regulator............................................................................. 15 Gambar 2.7 Penggunaan sirip pada pendingin ruangan .................................... 17 Gambar 2.8 Penggunaan sirip pada CPU komputer ......................................... 18 Gambar 2.9 Sirip yang dipasang pada saluran air ............................................. 18 Gambar 2.10 Efisiensi sirip siku empat dan segitiga .......................................... 19 Gambar 2.11 Grafik efisiensi sirip siku empat.................................................... 19 Gambar 2.12 Aliran fluida dalam saluran air ...................................................... 21 Gambar 2.13 Water heater gas LPG tipe WH1 .................................................. 22 Gambar 2.14 Water heater gas LPG tipe WH2 .................................................. 23 Gambar 2.15 Water heater gas LPG tipe WH3 .................................................. 24 Gambar 2.16 Water heatergas LPG tipe WH4 ................................................... 25 Gambar 3.2 Alat pemotong pipa ....................................................................... 29 Gambar 3.3 Mesin las ....................................................................................... 30 Gambar 3.4 Gunting plat ................................................................................... 30 Gambar 3.5 Bor tangan ..................................................................................... 31 Gambar 3.6 Gerinda tangan .............................................................................. 31

xii


Gambar 3.7 Penggaris ....................................................................................... 31 Gambar 3.8 Kunci pas ....................................................................................... 32 Gambar 3.9 Paku rivet....................................................................................... 32 Gambar 3.10 Pipa tembaga ................................................................................. 33 Gambar 3.11 Plat strip......................................................................................... 33 Gambar 3.12 Galvalum ....................................................................................... 34 Gambar 3.13 Besi naco ....................................................................................... 34 Gambar 3.14 Selang radiator............................................................................... 35 Gambar 3.15 Kaleng tiner ................................................................................... 35 Gambar 3.16 Pembentukan pipa ......................................................................... 36 Gambar 3.17 Pemasangan sirip ........................................................................... 36 Gambar 3.18 Pembentukan lingkaran ................................................................. 37 Gambar 3.19 Penyambungan kerangka............................................................... 37 Gambar 3.20 Membuat lubang untuk paku rivet ................................................ 38 Gambar 3.21 Pembuatan tabung bagian dalam ................................................... 38 Gambar 3.22 Tabung bagian dalam .................................................................... 39 Gambar 4.1 Pipa yang sudah dirol .................................................................... 40 Gambar 4.2 Water heater tampak samping ...................................................... 41 Gambar 4.3 Water heater tampak atas .............................................................. 41 Gambar 4.4 Skema rangkaian alat penelitian .................................................... 42 Gambar 5.1 Hubungan antara debit air dengan suhu air yang keluar Water heater pada kondisi tertutup rapat .................................... 54 Gambar 5.2 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor air pada

xiii


kondisi Water heater tertutup rapat ............................................. 54 Gambar 5.3 Hubungan antara debit air dengan efisiensi Water heater pada kondisi tertutup rapat .......................................................... 55 Gambar 5.4 Hubungan antara debit air dengan air suhu keluar Water heaterpada kondisi tutup terbuka 10 kali putaran............. 55 Gambar 5.5 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor pada Kondisi tutup Water heaterdibuka 10 kali putaran ..................... 56 Gambar 5.6 Hubungan antara debit air dengan efisiensi Water heater pada kondisi tutup dibuka 20 kali putaran ................................... 56 Gambar 5.7 Hubungan antaradebit air dengan suhu air keluar Water heaterpada kondisi tutup dibuka 20 kali putaran .............. 57 Gambar 5.8 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor pada kondisi tutup Water heaterdibuka 20 kali putaran .............. 57 Gambar 5.9 Hubungan antara debit air dengan efisiensi Water heater pada kondisi tutup terbuka 20 kali putaran.................................. 58 Gambar 5.10 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar Water heater pada kondisi tertutup rapat, tutup dibuka 10 kali putaran dan tutup dibuka 20 kali putaran ........................ 59

xiv


DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Nilai konduktifitas termal/bahan ....................................................... 11 Tabel 2.2 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan bahan bakar lainnya ................................................................... 14 Tabel 2.3 Sifat-sifat bahan logam ..................................................................... 16 Tabel 2.4 Sifat-sifat bahan bukan logam........................................................... 16 Tabel 5.1 Hasil pengujian pada kondisi ditutup rapat ....................................... 46 Tabel 5.2 Hasil pengujian pada kondisi dibuka 10 kali putaran ....................... 46 Tabel 5.3 Hasil pengujian pada kondisi tutup dibuka 20 kali putaran .............. 47 Tabel 5.4 Data laju aliran massa dan kalor pada kondisi ditutup rapat............. 50 Tabel 5.5 Data laju aliran massa dan kalor pada kondisi dibuka 10 kali putaran .............................................................................................. 50 Tabel 5.6 Data laju aliran massa dan kalor pada kondisi dibuka 20 kali putaran .............................................................................................. 51 Tabel 5.7 Data efisiensi Water heaterpada kondisi tertutup rapat .................... 52 Tabel 5.8 Data efisiensi Water heater pada kondisi dibuka 10 kali putaran .............................................................................................. 52 Tabel 5.9 Data efisiensi Water heater pada kondisi dibuka 20 kali putaran .............................................................................................. 53

xv


BAB I PENDAHULUAN

1.1.

Latar Belakang Seiring dengan perkembangan zaman dan pertambahan penduduk, berbagai

kebutuhan manusia untuk menunjang kenyamanan hidupnya semakin meningkat. Dengan memanfaatkan teknologi yang ada, manusia berusaha untuk memenuhi segala macam kebutuhan untuk menunjang kenyamanan hidupnya. Kebutuhan untuk menunjang kenyamanan hidup manusia diantaranya adalah kebutuhan air hangat yang biasa digunakan untuk mandi Salah satu alat yang digunakan untuk menghasilkan air hangat adalah pemanas air atau water heater. Pembuatan alat ini berdasarkan akan kebutuhan air hangat yang biasa digunakan untuk keperluan mandi. Semakin berkembangnya teknologi, semakin banyak penemuan alat pemanas air modern yang lebih canggih. Sumber energi yang digunakan juga bermacam-macam, diantaranya adalah energi listrik, energi panas matahari dan gas LPG. Sehingga ditinjau dari sumber energi untuk memanaskan air, water heater terdiri dari tiga jenis. Dari ketiga jenis water heater tersebut, water heater dengan sumber panas dari gas LPG memiliki beberapa keunggulan bila dibandingkan dengan water heater yang lain. Diantaranya adalah dapat digunakan dimanapun dan kapanpun sehingga kebutuhan akan air panas dapat tercukupi. Dikatakan dapat dipergunakan dimanapun karena water heater gas LPG ini dapat dipakai di berbagai tempat, seperti di hotel, rumah sakit, perindustrian, dan rumah tangga.

1


2

Dapat dikatakan kapanpun karena water heater gas LPG dapat digunakan ketika listrik padam atau di daerah yang tidak ada aliran listrik, di malam hari atau siang hari pada saat cuaca yang mendung. Selain itu water heater gas LPG, lebih cepat memanaskan air, sehingga tidak perlu waktu untuk menunggu. Demikian juga tidak terbatas dengan jumlah air panas yang akan dipergunakan untuk mandi. Dibandingkan dengan pemanas energi surya, water heater gas LPG kurang ramah lingkungan, karena menghasilkan gas buang hasil pembakaran gas LPG. Selain itu gas LPG akan habis bila dipakai terus menerus sehingga memerlukan waktu untuk mengisi kembali, berbeda dengan energi surya yang tidak akan pernah habis. Bila dibandingkan dengan pemanas energi listrik, water heater gas LPG lebih hemat listrik, tetapi ada biaya yang dipergunakan untuk membeli gas LPG. Selain itu dalam memanaskan air, penggunaan gas LPG lebih cepat dari penggunaan energi listrik, hanya saja kurang ramah lingkungan. Dengan latar belakang tersebut, penulis terpancing untuk mendalami water heater gas LPG dengan cara melakukan pembuatan dan penelitian tentang water heater. Diharapkan nilai efisiensi dari water heater yang dihasilkan dapat bersaing dengan water heater yang ada di pasaran atau dapat menghasilkan suhu air keluar dari water heater lebih tinggi dari suhu air keluar dari water heater yang ada di pasaran dengan debit yang sama. 1.2. Tujuan Tujuan dari penelitian tentang pemanas air atau water heater dengan sumber panas gas LPG ini adalah : a.

Membuat alat water heater dengan sumber energi gas LPG.


b.

3

Mengetahui karakteristik dari water heater dengan sumber energi gas LPG yang telah dibuat : 1. Mengetahui hubungan antara debit air yang masuk dengan suhu air yang keluar dari water heater. 2. Mengetahui hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor yang diterima air. 3. Mengetahui efisiensi dari water heater.

1.3. Batasan Masalah Batasan-batasan masalah yang diambil dalam pembuatan peralatan penelitian ini adalah : a.

Suhu air yang masuk water heater sama dengan suhu air yang ada di kamar mandi sekitar 25 0C – 27 0C

b.

Bahan pipa yang digunakan adalah pipa tembaga dengan diameter 0,5 inch dan panjang 12 meter.

c.

Temperatur air panas yang dihasilkan minimal mempunyai suhu 40° C dengan debit 6 liter per menit

d.

Menggunakan 2 lapisan pelat dan berlubang

1.4. Manfaat Manfaat penelitian tentang peralatan pemanas air dengan sumber panas dari gas LPG ini adalah : a.

Memperoleh data efisiensi water heater buatan sendiri dengan panjang pipa 12 meter, diameter 0,5 inch.


b.

4

Dapat menjadi referensi bagi peneliti lain yang akan melakukan penelitian tentang water heater.

c.

Dapat memberikan sumbangan bagi pengembangan ilmu pengetahuan tentang penukar kalor khususnya tentang water heater


BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Dasar Teori 2.1.1. Water heater yang ada di pasaran Saat ini banyak water heater yang beredar di pasaran dengan berbagai macam model dan bentuk. Ada 4 contoh Water heater yang akan dibahas, yang memiliki cara kerja yang berbeda-beda. a.

Water heater model 1 Semua Water heater memiliki cara kerja yang sederhana yaitu sama seperti

memasak air. Perbedaannya adalah terletak pada kondisi/keadaan air yang dipanaskan dan rangkaian dari water heater tersebut.

Gambar 2.1 Water Heater model 1

5


6

Untuk mendapatkan air panas dari water heater model ini adalah dengan cara melilitkan saluran pipa pada tabung yang panas. Tabung bisa menjadi panas karena adanya proses pembakaran di bagian bawah tabung. Pada model ini saluran pipa air tidak kontak langsung dengan api atau tidak kontak langsung dengan gas buang. Air yang dipanaskan yaitu air yang mengalir di dalam pipa. Pada model ini terdapat fan atau kipas yang berfungsi untuk membantu proses pembakaran dengan cara mengalirkan oksigen yang ada di udara. Gas buang hasil pembakaran yang sudah dingin dibuang melewati saluran yang berada di atas water heater b.

Water heater model 2 Pada water heater model 2 ini prinsip kerjanya sama seperti memasak air

tetapi ada pipa untuk aliran air. Berbeda dengan water heater model 1, pada water heater model 2 ini terdapat penampung air. Air dingin mengalir masuk melalui saluran masuk dan setelah panas keluar melalui saluran keluar.

Gambar 2.2 Water heater model 2


7

Dari Gambar 2.2 terlihat bahwa pipa aliran air masuk berwarna biru sedangkan pipa aliran keluar berwarna merah. Di dalam penampung air juga terdapat pipa untuk aliran gas buang. Jika dibandingkan dengan water heater model 1, water heater model 2 ini proses awal untuk memanaskan air lebih lama karena air berada pada penampung air dengan jumlah yang banyak sedangkan air pada water heater model 1 air yang dipanaskan lebih sedikit karena berada pada pipa yang langsung dipanaskan. c.

Water heater model 3 Untuk mendapatkan air panas dari Water Heater model 3 dilakukan dengan

cara memanaskan saluran pipa air secara langsung dengan api atau gas buang yang bersuhu tinggi.



8

Pipa saluran air yang digunakan untuk mengalirkan air ini berada di dalam tabung, dibuat spiral dan kontak langsung dengan api atau gas buang yang bersuhu tinggi. Terdapat fan yang berfungsi untuk mengalirkan oksigen dari luar. Air yang dipanaskan adalah air yang mengalir di dalam pipa yang langsung kontak dengan api atau gas buang yang bersuhu tinggi. d.

Water heater model 4 Cara kerja water heater model 4 ini hampir sama dengan water heater

model 2. Air yang dipanaskan berada di dalam penampung air. Perbedaannya terdapat pada caranya membuang gas buang yang dipergunakan untuk memanaskan air.



9

Di dalam saluran gas buang terdapat spiral yang mengarahkan jalan keluarnya gas buang. Dengan adanya spiral ini, diharapkan gas buang tidak langsung keluar. Gas buang dibuat berada lebih lama di dalam saluran, agar semua panas dapat dipindahkan ke pipa saluran air. Suhu keluar gas buang ketika keluar water heater tidak tinggi dan suhu air di dalam saluran pipa menjadi lebih tinggi (bila dibandingkan dengan water heater model 2). 2.1.2.

Perpindahan Kalor Kalor adalah energi yang dapat berpindah dari satu tempat ke tempat

lainnya. Perpindahan kalor ini disebabkan adanya perbedaan suhu di antara kedua tempat tersebut. Ada tiga cara perpindahan kalor, yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. a.

Perpindahan Kalor Konduksi Perpindahan kalor konduksi adalah perpindahan kalor melalui zat tanpa

disertai perpindahan partikel-partikel zat perantara. Peristiwa perpindahan kalor secara konduksi terjadi bila benda yang bersuhu tinggi bersentuhan dengan benda yang bersuhu rendah. Berdasarkan teori partikel, partikel penyusun benda yang bersuhu tinggi mempunyai energi kinetik yang tinggi pula. Hal ini berarti partikelnya bergerak dengan cepat. Sebaliknya pada benda yang bersuhu rendah, partikel-partikelnya bergerak lebih lambat. Dari hasil percobaan para ahli, ternyata ditemukan ada benda yang dapat menghantarkan kalor dengan baik dan ada benda yang sukar menghantarkan kalor. Pada water heater perpindahan kalor secara konduksi terjadi pada permukaan luar pipa ke permukaan bagian dalam pipa, dari sirip ke permukaan pipa.


b.

10

Perpindahan Kalor Konveksi Perpindahan kalor konveksi adalah perpindahan energi kalor yang diikuti

gerak partikel-partikel zat perantara atau mediumnya. Pada perpindahan kalor ini dapat terjadi pada zat cair dan gas. Sebagai contoh perpindahan kalor konveksi pada zat cair adalah pada saat kita memasak air, meskipun yang dipanaskan hanya air bagian bawah namun air bagian atas dapat berubah suhunya. Hal ini menunjukkan bahwa terjadi aliran kalor dari air bagian bawah ke air bagian atas. Sedangkan perpindahan kalor konveksi di udara adalah terjadinya angin laut pada siang hari dan angin darat pada malam hari. Terjadi angin laut dan darat karena adanya perbedaan suhu antara laut dengan darat yang menyebabkan perbedaan massa jenis udara diatas permukaan darat dan permukaan laut. Pada water heater perpindahan kalor secara konveksi terjadi dari permukaan dalam pipa menuju air yang ada di dalam pipa. c.

Perpindahan Kalor Radiasi Perpindahan kalor radiasi adalah perpindahan kalor yang dapat terjadi tanpa

melalui zat perantara. Ketika matahari bersinar terik pada siang hari, maka udara akan terasa panas. Atau saat berada di sekitar api unggun, orang yang berada di sekitar api unggun akan merasakan hangat walaupun tidak bersentuhan dengan api secara langsung. Pada water heater perpindahan kalor secara radiasi terjadi pada tabung bagian dalam menuju tabung bagian luar, dari tabung bagian luar ke udara di sekitar alat pemanas air


11

2.1.3. Perancangan pipa saluran air Untuk aliran air pada water heater ini menggunakan pipa tembaga yang dibentuk seperti spiral. Ada berbagai hal yang dipertimbangkan dalam pembuatan saluran air ini, diantaranya adalah : a.

Pemilihan bahan Pipa yang dipilih harus memiliki nilai konduktivitas termal yang tinggi.

Sehingga bahan mampu mengalirkan kalor konduksi yang besar, mampu memindahkan kalor yang diterima dari api menuju fluida yang mengalir di dalam pipa. Konduktivitas termal suatu benda adalah kemampuan suatu benda untuk memindahkan kalor melalui benda tersebut. Benda yang memiliki konduktivitas termal (k) besar merupakan penghantar kalor yang baik (konduktor termal yang baik). Sebaliknya, benda yang memiliki konduktivitas termal kecil merupakan penghantar kalor yang buruk (konduktor termal yang buruk). Semakin tinggi nilai konduktivitas termal bahan, semakin besar laju aliran kalornya. Selain itu dalam pemilihan saluran air juga harus mempertimbangkan harga dari saluran pipanya. Tabel 2.1 Nilai konduktivitas termal/bahan ( sumber: Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor)

1

Baja

Nilai konduktifitas termal Watt/m.ºC 40

2

Perak

419

3

Tembaga

380

4

Alumunium

204

5

Gabus

No

Bahan

0,042


12

Berdasarkan Tabel 2.1, dipilih bahan pipa dari tembaga yang memiliki nilai konduktivitas yang tinggi dengan harga yang terjangkau. b.

Pemilihan diameter pipa Pemilihan diameter pipa juga merupakan hal yang penting, semakin kecil

diameter pipa, semakin besar daya pompa. Semakin kecil diameter, semakin besar hambatannya. Ukuran diameter pipa dipilih sedemikian sehingga tidak menghasilkan daya pompa yang besar, tetapi harga jual water heater dapat terjangkau. c.

Hambatan pipa Hambatan yang terjadi ketika air mengalir diusahakan kecil. Dalam

pembentukan saluran pipa tidak dibuat pipa yang melengkung tajam agar hambatan yang dihasilkan tidak besar. Apabila terjadi pembelokan saluran, sudut pembelokan diusahakan lebih besar dari sudut 90°. Hal ini dimaksudkan agar gesekan yang terjadi antara fluida dan pipa semakin kecil dan daya pompa yang diperlukan untuk mendorong air lebih kecil. Dengan alasan tersebut, saluran pipa di buat berbentuk spiral. 2.1.4. Bahan Bakar Pada penelitian ini proses pembakarannya menggunakan bahan bakar dari gas yaitu gas LPG (Liquified Petroleum Gas). Di Indonesia ada tiga macam LPG yang diproduksi dan dipasarkan oleh PT. Pertamina yaitu bahan bakar gas LPG untuk rumah tangga, gas LPG Propana dan gas LPG Butana. Komponen utama bahan bakar LPG (dari hasil produksi kilang minyak dan gas) adalah gas propana

C3 H 8 

dan butana C 4 H 10  , dengan komposisi kurang lebih sebesar 99 %,


13

selebihnya adalah gas pentana C5 H12  yang dicairkan. Perbandingan komposisi propana dan butana adalah 30 : 70. LPG lebih berat dari udara dengan berat jenis sekitar 2,01 (dibandingkan dengan udara). Tekanan uap LPG cair dalam tabung sekitar 5 – 6,2 kg

cm 2

. Nilai kalori sekitar : 21.000 BTU/lb. zat mercaptan

umumnya ditambahkan ke LPG untuk memberikan bau khas, supaya kalau terjadi kebocoran, dapat segera terdeteksi dengan cepat dan mudah. Reaksi pembakaran propana

C3 H 8  ,

jika terbakar sempurna adalah

sebagai berikut :

C3 H 8

+

5 O2

→

propana + oksigen

3 CO2

+ 4 H 2 O + panas

→ karbondioksida + uap air + panas

Menurut wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut setara dengan 46000000 J/kg atau 46MJ/kg Reaksi pembakaran butana C4 H10  , jika terbakar sempurna adalah sebagai berikut : 13 O2

→

butana + oksigen

→

2 C4 H 10

+

8 CO2

+ 10 H 2 O + panas

karbondioksida + uap air + panas

Menurut wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut hampir sama dengan propana setara dengan 46 MJ/kg.


Sebagai gambaran :

Untuk menaikkan

1 gram air

14

sebesar 1°C

dibutuhkan energi sebesar 4,186 J. Untuk menaikkan suhu 1 liter air dari suhu ruangan (30°C) akan dibutuhkan energi sebesar 293,020 J. Pada tahap ini, air baru mencapai suhu 100°C dan belum mendidih. Diperlukan energi sebesar 2257 J/gr air untuk merubah air menjadi uap. Pada kondisi udara luar 1 kg propana memiliki volume sekitar 0,543. Satu Kg LPG memiliki energi yang setara untuk mendidihkan air 90 liter. Tabel 2.2 menyajikan daya pemanasan dari efisiensi alat masak LPG dengan bahan bakar gas. Terlihat bahwa efisiensi alat masak dengan gas LPG berkisar sebesar 60 % Tabel 2.2 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan bahan bakar lainnya (Sumber : http://aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-lpg-didapur-anda.pdf) Bahan Bakar

Daya Pemanasan

Efisiensi alat masak

Kayu bakar

4.000 kkal/kg

15%

Arang

8.000 kkal/kg

15%

Minyak tanah

11.000 kkal/kg

40%

Gas kota

4.500 kkal/m3

55%

Listrik LPG

860 kkal/kWh 11.900 kkal/kg

60% 60%

2.1.5 Sumber Api Sumber nyala api dapat diambil dari kompor. Ada berbagai macam kompor dengan bentuk geometri dan bahan bakar kompor yang berbeda. Bahan bakar kompor juga menentukan titik nyala api. Ada kompor yang mampu memberikan api yang besar tetapi ada pula yang mampu memberikan api yang


15

kecil. Pada kenyataanya setiap kompor menghasilkan bentuk api dan besar api yang khas. Semakin banyak api yang mampu dihasilkan kompor dan semakin banyak api yang mampu menyentuh sistem saluran pipa air dengan siripnya, tentu akan semakin besar kalor yang dapat dipindahkan ke dalam air melalui saluran pipa air. Dengan catatan proses pembakaran yang terjadi dalam peralatan water heater berlangsung dengan sempurna. Berikut ini adalah contoh sumber api berbahan bakar gas LPG yang terdapat di pasaran.

Gambar 2.5 Kompor gas

Gambar 2.6 Selang regulator

2.1.6. Isolator dan konduktor Dari hasil percobaan para ahli, ternyata ditemukan ada benda yang dapat menghantarkan kalor dengan baik dan ada benda yang sukar menghantarkan kalor. Berdasarkan kemampuan menghantarkan kalor tersebut, benda dibedakan menjadi dua yaitu : (a) Konduktor dan (b) Isolator


a.

16

Konduktor adalah benda-benda yang mudah menghantarkan kalor dari

suatu tempat ke tempat yang lain. Contohnya adalah besi, alumunium, tembaga, seng. Nilai sifat-sifat dari berbagai bahan dari logam dapat dilihat pada tabel 2.3 Tabel 2.3 Sifat-sifat bahan logam pada suhu 200C ( sumber: Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor)

b.

No

Bahan

k (W/mºC)

cp (kJ.kg.˚C)

ρ (kg/m3)

α (m2/sx102)

1 2 3 4 5 6

Perak Tembaga Alumunium Seng Besi Baja

419 385 204 112 58 54

0,2340 0,091 0,208 0,091 0,11 0,465

10,524 558 169 446 474 7,833

17,004 4,42 3,33 1,60 0,63 1,474

Isolator adalah benda-benda yang tidak dapat menghantarkan kalor dari

suatu tempat ke tempat yang lain. Contoh benda yang termasuk isolator adalah kayu, kain, gabus, dan air. Pada penelitian ini isolator diperlukan agar hasil pembakaran bahan bakar tidak banyak keluar dari water heater. Pemanas air ini memiliki tiga tabung yang berdiameter berbeda. Proses pembakaran terjadi di dalam tabung yang berdiameter kecil. Agar panas yang dihasilkan tidak banyak keluar diperlukan isolator. Yang dapat digunakan sebagai isolator adalah udara yang terdapat diantara tabung berdiameter kecil dan tabung berdiameter besar.


17

Tabel 2.4 Sifat-sifat bahan bukan logam ( sumber: Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor) No 1 2 3 4 5

Bahan Asbes Gabus Gelas Bata bangunan Udara

k (W/mºC) 0,154 0,045 0,78 0,69 0,009246

c (kJ/kg.˚C) 0,816 1,88 0,84 0,84 1.0266

ρ (kg/m3) 470-570 45-120 2700 1600 3.601

α (m2/sx107) 3,3-4 2-5,3 3,4 5,2 0.02501

2.1.7. Sirip Sirip sering digunakan pada alat penukar kalor untuk meningkatkan luasan perpindahan kalor antara permukaan utama dengan fluida di sekitarnya. Sirip biasa digunakan dalam pengkondisian udara dan juga peralatan elektronik, motor listrik dan lain-lain. Dalam semua peralatan tersebut udara digunakan sebagai media perpindahan panas. Idealnya, material sirip harus mempunyai konduktivitas termal yang tinggi sehingga dapat membantu perpindahan panas dari sumber api ke air. Semakin besar dan banyak sirip yang dipasang maka semakin besar pula kalor yang dipindahkan. Gambar 2.7 memperlihatkan contoh penggunaan sirip di evaporator yang merupakan alat penukar kalor.


18

Gambar 2.7 Penggunaan sirip pada pendingin ruangan

Gambar 2.8 Penggunaan sirip pada CPU komputer Pada penelitian ini, sirip yang digunakan berbahan dari pipa tembaga yang dipotong dan dikaitkan pada pipa saluran air.


19

Gambar 2.9 Sirip yang dipasang pada saluran air

Gambar 2.10 Efisiensi sirip siku empat dan segitiga ( sumber: Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor)


20

Gambar 2.11 Grafik efisiensi sirip siku empat ( sumber: Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor) 2.1.8. Saluran udara masuk Pada proses pembakaran diperlukan oksigen yang diambil dari udara bebas. Karena sumber api berada di bawah alat pemanas air sehingga harus ada saluran udara, agar udara bisa masuk sehingga proses pembakaran dapat terjadi dengan sempurna. Jika kekurangan oksigen dapat menyebabkan proses pembakaran yang tidak sempurna dan panas yang dihasilkan tidak sesuai yang diharapkan. Sehingga diantara alat pemanas air dengan sumber api diberi jarak atau celah yang bertujuan untuk memberikan ruang atau saluran udara masuk. 2.1.9. Saluran gas buang Pada proses pembakaran selain menghasilkan panas juga menghasilkan gas buang. Gas buang yang dihasilkan berupa gas dan uap air. Agar nyala api tidak terganggu oleh gas buang maka harus dibuat saluran gas buang supaya gas


buang

bisa

keluar.

Dalam

perancangan

saluran

gas

buang

21

perlu

mempertimbangkan besar kecilnya debit gas buang yang terjadi dan diusahakan gas buang dapat mengalir keluar dengan lancar. Selain itu perancangan saluran gas buang harus dipilih sedemikian rupa sehingga tidak menggangu pengguna dari water heater. Perancangan saluran gas buang juga menentukan nyala api yang dihasilkan. Jika saluran gas buang terancang dengan baik maka api akan berfungsi dengan baik untuk memanaskan air 2.1.10. Laju aliran kalor Laju aliran kalor yang diterima air ketika mengalir di dalam pipa dapat dihitung dengan persamaan (2.2). Sedangkan untuk menghitung laju aliran massa air menggunakan persamaan (2.1)

Gambar 2.12 Aliran fluida dalam saluran air mair  massa jenis luas penampang kecepatan air 

mair   r 2 u m  qair  mair cair Ti  To  Pada persamaan (2.1) dan (2.2)

q air

: laju aliran kalor yang diterima air, watt

mair

: laju aliran massa air, kg/detik

(2.1) (2.2)


c air

: kalor jenis air, 4179 J/kgoC.

Tin

: suhu air masuk water heater, oC

Tout

: suhu air keluar water heater, oC.

um

: kecepatan rata-rata fluida mengalir, m /s



: massa jenis fluida yang mengalir, kg/ m 3

d

: diameter saluran, m

22

Laju aliran kalor yang diberikan gas dapat dihitung dengan persamaan (2.3) q gas = m gasc gas

(2.3)

Pada persamaan (2.3) :

mgas : massa gas elpiji yang terpakai (kg/s) c gas : nilai kalor jenis elpiji ( J/kg), (1kkal = 4186,6 J)

2.1.11. Efisiensi Water Heater Efisiensi Water Heater dapat dihitung dengan persamaan (2.4)



q air x100% q gas

(2.4)

Pada persamaan (2.4) :



: Efisiensi water heater (%)

q air

: Laju aliran kalor yang diterima air, watt

q gas

: Laju aliran kalor yang diberikan gas, watt

2.2.1. Tinjauan Pustaka Saat ini banyak water heater yang beredar di pasaran. Bermacam – macam juga yang ditawarkan dari model bentuk, kapasitas air yang mengalir, suhu yang


23

dihasilkan dan bahan bakar yang digunakan. Referensi pembuatan water heater dengan bahan bakar gas LPG pada penelitian ini mengacu pada beberapa water yang beredar di pasaran, seperti pada gambar yang tersaji berikut : a.

Water Heater gas LPG tipe WH1

Gambar 2.13 Water heater gas LPG tipe WH1 Spesifikasi : •

Jenis

: Instan

•

Pemasangan

: Vertikal

•

Sumber pemanas

: Gas LPG

•

Bahan pipa saluran air

: Tembaga

Fitur Teknis :: •

Kapasitas (liter)

: 6 liter / menit

•

Tekanan air maksimum (bar)

: 0.8

•

Diameter pipa koneksi (inch)

: 0.4

•

Suhu (°celcius)

: 75

•

Kalori (kcal/h)

: 8600

•

Input gas (kg/h)

: 0.78


Dimensi Produk ::

b.

•

Panjang (cm)

: 30

•

Lebar (cm)

: 4.6

•

Tinggi (cm)

: 44

•

Berat (kg)

: 13


Gambar 2.14 Water heater gas LPG tipe WH 2 Spesifikasi : •

Jenis

: Instan

•

Pemasangan

: Vertikal

•

Sumber pemanas

: Gas

•

Bahan pipa saluran air

: Tembaga

Fitur Teknis :: •

Kapasitas (liter)

: 6 liter / menit

•

Tekanan air maksimum (bar)

: 0.8

•

Diameter pipa koneksi (inch)

: 0.4

•

Suhu (°celcius)

: 75

•

Kalori (kcal/h)

: 8600

•

Input gas (kg/h)

: 0.78

24


Dimensi Produk :

c.

•

Panjang (cm)

: 30

•

Lebar (cm)

: 4.6

•

Tinggi (cm)

: 44

•

Berat (kg)

: 13


Gambar 2.15 Water heater gas LPG tipe WH 3 Spesifikasi : 

Ukuran ( PxLxT) mm :



Pemasangan : Eksternal/ Internal*



P369 x L290 x T138



Berat

: 6, 1 Kg



Kapasitas air panas

: 5 ltr/ mnt



Gas Input

: 0, 5 Kg/ h



Ignition

: Baterai



Tekanan Gas

: 280 mm H2O



Suhu

: 60o C



Outlet Gas

: 1/ 2 "



Outlet Air Dingin

: 1/ 2 "

25




Outlet Air Panas

: 1/ 2 "



Tekanan Air Minimum

: 0, 2 kgf/ cm2



Instant Warm System

: No

d.


Gambar 2.16 Water heater gas LPG tipe WH 4 Spesifikasi : 

Instalasi

: Eksternal / Internal



Kapasitas

: 5 ltr/mnt



Ignition

: Baterai ukuran D



Tekanan Gas

: 280mm H20



Suhu

: 60o C



Outlet Gas

: ½”



Outles Air Dingin

: ½”



Outlet Air Panas

: ½”



Tekanan Air Minimum

: 0,2 kgf/cm²

26


27

2.2.2. Hasil penelitian Putra, P.H (2012) melakukan penelitian tentang karakteristik water heater dengan dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding luar 25 cm, diameter pada dinding dalam 20 cm, panjang pipa 20 meter, diameter bahan pipa 3/8 inci, 300 lubang masuk udara pada dinding luar, 1005 lubang pada dinding dalam water heater, dan 6 buah sirip dari pipa berdiameter 3/8 inci. Penelitian bertujuan (a) merancang dan membuat water heater, (b) mendapatkan hubungan antara debit air dengan suhu air yang keluar dari water heater, (c) mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor yang diterima air dan (d) mendapatkan hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater. Penelitian memperoleh hasil (a) water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran, mampu menghasilkan air panas dengan temperatur 42,9 °C pada debit 10 liter/menit, (b) hubungan antara debit air yang mengalir (m) dengan temperatur air keluar water heater (To) dapat dinyatakan dengan persamaan To = -0,027 m3 + 1,126 m2 – 16,52 m + 129,9 ( m dalam liter/menit, To dalam ° C) dan R2 = 0,997, (c) hubungan antara debit air yang mengalir dengan laju perpindahan kalor dinyatakan dengan persamaan Qair = 17,09 m3 – 489 m2 + 439 m + 3654 (m dalam liter/menit, Qair dalam watt) dan R2 = 0,94 (d) hubungan antara debit air yang mengalir dengan efisiensi water heater dapat dinyatakan dengan persamaan η = 0,077 m3 -2,208 m2 + 19,84 m + 16,50 (m dalam liter/menit, η dalam persen) dan R2 = 0,94 Setiawan, Eko (2012) melakukan penelitian tentang pemanas air dengan dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding luar 25 cm, diameter pada dinding


28

dalam 20 cm, panjang pipa 20 meter, diameter bahan pipa 3/8 inci, 150 lubang masuk udara pada dinding luar, 1005 lubang pada dinding dalam water heater, dan 6 buah sirip dari pipa berdiameter 3/8 inci yang bertujuan untuk (a) merancang dan membuat water heater, (b) mendapatkan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater, (c) mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor, (d) menghitung kalor yang diterima water heater (e) menghitung kalor gas LPG dan (f) menghitung efisiensi water heater. Penelitian ini memperoleh hasil (a) water heater dapat dibuat dengan baik dan mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran. Pada debit aliran : 14 liter/menit dan dengan suhu air yang keluar sebesar 45 ˚C, (b) Hubungan antara debit air yang masuk dengan temperatur air yang mengalir dinyatakan dengan persamaan : T out = 0,297

m 2 air –

9,566 mair + 121,9 ( mair dalam liter/menit, Tout dalam

˚C ) R2 = 0,990, (c) Hubungan antara debit air yang masuk dengan laju aliran kalor yang diperlukan dinyatakan dengan persamaan : qair = - 171,9 mair2 + 3154 mair + 6873 ( mair dalam liter/menit, qair dalam watt) R2 = 0,967, (d) kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara : 17551,8 – 14216,96 watt. Jumlah kalor terbesar 17551,8 watt, (e) kalor yang diberikan gas LPG sebesar : 22142,46 watt, (f) Hubungan antara debit air yang masuk dengan efisiensi water heater yang diperlukan dinyatakan dengan persamaan : n = - 0,776 mair2 + 14,24 mair + 31,04 (mair dalam liter/menit, n dalam %) R2 = 0,967


BAB III PEMBUATAN ALAT

3.1. Persiapan Persiapan-persiapan yang dilakukan sebelum pembuatan alat antara lain : a.

Membuat rancangan atau bentuk water heater

b.

Menentukan dan membeli bahan yang akan digunakan

c.

Menyiapkan beberapa peralatan yang digunakan

3.2. Alat dan Bahan Alat-alat yang digunakan adalah : a.

Alat rol pipa

b.

Pemotong pipa

Gambar 3.2 Alat pemotong pipa Alat ini digunakan untuk memotong pipa c.

Mesin las

29


Digunakan untuk menyambung besi naco dalam pembuatan kerangka maupun tutup water heater

Gambar 3.3 Mesin las d.

Gunting plat

Gambar 3.4 Gunting plat Alat ini digunakan untuk memotong plat galvalum e.

Bor tangan

30


Alat ini digunakan untuk membuat lubang pada plat galvalum

Gambar 3.5 Bor tangan f.

Gerinda tangan

Gambar 3.6 Gerinda tangan Alat ini digunakan untuk merapikan hasil las g.

Penggaris

Gambar 3.7 Penggaris

31


32

Alat ini digunakan untuk mengukur bahan-bahan yang digunakan. h.

Kunci pas

Gambar 3.8 Kunci pas Alat ini digunakan untuk memasang baut untuk menempelkan sirip pada pipa i.

Paku rivet

Gambar 3.9 Paku rivet


Alat ini digunakan untuk mengancing plat galvalum pada kerangka Bahan-bahan yang digunakan antara lain : a)

Pipa tembaga

Gambar 3.10 Pipa Tembaga Pipa tembaga dengan diameter 0,5 inch, untuk saluran air. b)

Plat strip

Gambar 3.11 Plat strip

33


34

Selain untuk kerangka, plat ini digunakan untuk menempelkan plat galvalum dengan bantuan paku rivet. c)

Galvalum

Gambar 3.12 Plat galvalum Plat galvalum ini sebagai lapisan tabung. d)

Besi naco

Gambar 3.13 Besi nako


35

Besi ini digunakan sebagai kerangka. e)

Selang radiator

Gambar 3.14 Selang radiator Selang radiator digunakan untuk penghubung antara ujung pipa tembaga dengan selang air f)

Kaleng tineer

Gambar 3.15 Kaleng tiner


36

Bahan ini digunakan sebagai dasar dari tabung bagian dalam 3.3. Pembuatan Alat a.

Mengerol pipa Pipa tembaga dipotong sesuai ukuran, pipa tersebut dibentuk sedemikian

rupa menggunakan alat rol sehingga berbentuk spiral. Proses ini menggunakan alat rol dengan bantuan rantang agar menjadi bentuk silinder.

Gambar 3.16 Pembentukan pipa b.

Memasang sirip Sirip yang dipasang ada empat buah yang ditempel pada pipa tembaga yang

sudah di rol di bagian dalam dan luar. Pemasangan ini menggunakan baut dan mur. Sirip dilubangi dulu menggunakan bor

Gambar 3.17 Pemasangan sirip


c.

37

Membuat kerangka water heater Karena water heater ini menggunakan dua tabung bagian luar dan satu

tabung di dalam pipa tembaga yang dibuat spiral, sehingga kerangka dibuat dua bagian. Pembuatan kerangka ini bertujuan untuk membantu agar water heater bisa berdiri kokoh dan tabung yang digunakan menjadi lebih rapi. Langkah pertama yang dilakukan yaitu membuat lingkaran dengan besi naco.

Gambar 3.18 Pembentukan lingkaran Setelah proses pembentukan besi naco menjadi lingkaran untuk atas dan bawah, langkah selanjutnya yaitu menyambung antara lingkaran dan plat strip dengan las listrik.

Gambar 3.19 Penyambungan kerangka


38

Langkah terakhir yaitu memasang galvalum untuk melapisi kerangka. sebelumnya pada titik penyambungan dengan las dirapikan dan dibersihkan menggunakan gerinda tangan. Agar galvalum bisa menempel pada kerangka dengan rapat, digunakan paku rivet. Sebelum menggunakan paku, galvalum ditempelkan pada kerangka dan dilubangi dengan bor. Sehingga paku bisa masuk.

Gambar 3.20 Membuat lubang untuk paku rivet d.

Membuat tabung bagian dalam Di dalam pipa tembaga yang dibuat spiral diberi sebuah tabung. Tabung ini

terbuat dari plat galvalum yang dililitkan pada kaleng. Karena bagian bawah tabung tidak berlubang sehingga digunakan kaleng sebagai dasar

Gambar 3.21 Pembuatan tabung bagian dalam


39

Tabung ini berfungsi untuk menampung udara dari luar water heater yang dibutuhkan untuk proses pembakaran.

Gambar 3.22 Tabung bagian dalam e.

Memasukkan pipa tembaga yang sudah dirol ke dalam kerangka Setelah proses pembuatan kerangka sudah jadi langkah selanjutnya yaitu

pipa tembaga yang digunakan untuk saluran air dimasukkan ke dalam kerangka. f.

Membuat lubang udara Galvalum yang terpasang pada kerangka kemudian dilubangi dengan bor.

Lubang udara ini tembus dari tabung luar hingga tabung bagian dalam.


BAB IV METODOLOGI PENELITIAN

4.1. Benda Uji Alat yang akan diuji dan dilakukan penelitian adalah Water heater bersirip dengan 2 tabung diluar pipa spiral dan 1 tabung di dalam pipa spiral yang bagian bawahnya tertutup. Gambar Water heater disajikan pada Gambar 4.1 sampai Gambar 4.3, Gambar 4.1 memperlihatkan pipa tembaga yang sudah dirol tampak dari samping. Gambar 4.2 memperlihatkan water heater tampak dari samping. Gambar 4.3 memperlihatkan water heater tampak dari atas.

Gambar 4.1 Pipa yang sudah dirol Setelah pipa dirol menjadi spiral seperti pada Gambar 4.1, kemudian dimasukkan ke dalam tabung yang memiliki kerangka.

40


Gambar 4.2 Water heater tampak samping

Gambar 4.3 Water heater tampak atas

41


42

4.2. Skematik Alat Penelitian Skematik pengujian alat penelitian telah tergambar dan disajikan pada Gambar 4.4

Gambar 4.4 Skema rangkaian alat penelitian Air mengalir yang akan digunakan untuk penelitian berasal dari air kran yang dihubungkan dengan selang menuju water heater. Kran digunakan untuk mengatur jumlah debit air yang mengalir di dalam water heater. Untuk menghindari selang yang meleleh karena pengaruh panas dari pipa digunakan selang radiator. Karena selang radiator ini tahan terhadap panas sehingga digunakan sebagai penghubung antara selang dan pipa tembaga yang panas. Kompor berbahan gas LPG digunakan untuk memanasi air yang mengalir di dalam water heater. 4.3. Alat Bantu Penelitian Alat – alat yang digunakan dalam penelitian water heater bersirip yang berbahan bakar LPG adalah sebagai berikut : a.

Kran, sebagai pengatur debit air


b.

43

Selang air, digunakan untuk mengalirkan air dari kran ke dalam water heater.

c.

Selang radiator sebagai penghubung antara selang air dan pipa tembaga yang panas

d.

Kompor dan gas LPG 3 Kg, sebagai pengatur debit gas dan penyuplai kalor

e.

Klem selang, sebagai pengunci sambungan selang

f.

Thermokopel, alat ukur yang digunakan untuk mengukur suhu air panas yang keluar.

g.

Stopwatch, untuk penunjuk waktu

h.

Kalkulator dan alat tulis digunakan untuk menulis dan mengolah data

i.

Gelas ukur, digunakan untuk mengukur banyaknya air per menit.

4.4. Alur Penelitian Penelitian ini terdiri dari beberapa tahap, yaitu : a.

Proses pemanasan Water heater dipanaskan di atas kompor yang menyala. Dibutuhkan waktu

beberapa saat untuk menunggu perpindahan kalor secara konveksi yang terjadi dari api dan udara sekitar menuju ke permukaan luar pipa spiral dan permukaan sirip dan mengalir ke permukaan dalam pipa. b.

Mengalirkan air Setelah pipa saluran air mulai panas, kran air yang terhubung dengan pipa

input dibuka. Sehingga air dapat mengalir ke dalam water heater. Air mengalir di dalam saluran pipa akan menerima aliran kalor dari sumber panas. Kalor mengalir


44

dari permukaan luar pipa menuju permukaan dalam pipa dan akhirnya mengalir ke air yang mengalir. c.

Pengukuran Dalam pengambilan data parameter yang diukur antara lain :

1)

Temperatur air masuk

2)

Temperatur air keluar

3)

Debit air yang mengalir dalam water heater

4)

Suhu udara sekitar

4.5. Variasi Penelitian Variasi yang dilakukan adalah merubah besar kecilnya debit air yang masuk ke dalam water heater dengan debit gas yang konstan pada water heater. Selain itu variasi yang dilakukan adalah variasi membuka tutup water heater. Variasi ini dilakukan dengan cara membuka tutup dengan 10 kali putaran dan 20 kali putaran. 4.6. Cara mendapatkan data Data debit air diperoleh dengan mengukur debit air yang mengalir mengggunakan gelas ukur dan stopwatch. Banyaknya air yang mengalir setiap menit dicatat setiap ada perubahan debit. Pengukuran suhu air dilakukan dengan memasang termokopel pada sisi air keluar water heater. Suhu air dicatat setiap ada perubahan debit air. 4.7. Cara mengolah data Dari data-data yang diperoleh, maka data tersebut dapat diolah. Data - data kemudian dipergunakan untuk mengetahui : a.

Hubungan antara debit air dengan suhu air yang keluar dari water heater.


45

b.

Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang keluar water heater.

c.

Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater. Perhitungan laju aliran kalor dilakukan dengan mempergunakan persamaan

(2.1). Untuk memudahkan mendapatkan kesimpulan data-data disajikan dalam bentuk grafik. 4.8. Cara mendapatkan kesimpulan Persamaan hubungan antara debit air dengan suhu air dari water heater menggunakan sirip berbahan bakar LPG dapat dilakukan dengan mempergunakan fasilitas dari Microsoft Excel.


BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN

5.1. Hasil Penelitian Hasil penelitian dari water heater, yang meliputi : Debit air, Suhu air masuk Tin, Suhu air keluar Tout disajikan pada Tabel 5.1, 5.2 dan 5.3 Tabel 5.1 Hasil pengujian pada kondisi ditutup rapat No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Debit air (liter/menit) 28,5 23,88 21,06 16,2 14,28 11,4 9,6 7,8 5,4 4,08

Suhu air masuk Tin (°C) 26 26 26 26 26 26 26 26 26 26

Suhu air keluar Tout (°C) 33,2 34,2 35,5 38,1 39,6 42,6 45,8 50,8 59,7 67

ΔT (°C) 7,2 8,2 9,5 12,1 13,6 16,6 19,8 24,8 33,7 41

Tabel 5.2 Hasil pengujian pada kondisi tutup dibuka 10 kali putaran No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Debit air (liter/menit) 28,2 24,78 20,88 14,94 12 8,7 5,1 3,3 2,1 0,9

Suhu air masuk Tin (°C) 26 26 26 26 26 26 26 26 26 26

46

Suhu air keluar Tout (°C) 32,8 34,1 35,5 39 41,7 47,6 58,2 71,9 88,1 98,2

ΔT (°C) 6,8 8,1 9,5 13 15,7 21,6 32,2 45,9 62,1 72,2


47

Tabel 5.3 Hasil pengujian pada kondisi tutup dibuka 20 kali putaran No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Debit air Suhu air masuk (liter/menit) Tin (°C) 39,6 26 37,2 26 28,68 26 26,4 26 22,8 26 19,2 26 16 26 11 26 7 26 2 26

Suhu air keluar Tout (°C) 28 30 31,3 32,3 33 34,7 37 41,4 48,1 79,9

ΔT (°C) 2 4 5,3 6,3 7 8,7 11 15,4 22,1 53,9

Pengujian dilakukan pada kondisi tekanan udara luar. Aliran gas pada kompor gas diposisikan pada posisi maksimum. Air yang digunakan adalah air dari kran. 5.2. Perhitungan Perhitungan kecepatan air rata rata Um, laju aliran massa air ṁair dan laju aliran kalor q yang diserap air dilakukan dengan mengggunakan data-data yang tersaji pada Tabel 5.1. Data lain yang dipergunakan adalah : Jari jari pipa saluran (r)

: 0,25 inci = 0,00635 m

Massa jenis air (ρ)

: 1000 kg/m3

Kalor jenis air (cp)

: 4179 J/(kgoC)

Laju aliran massa gas (mgas)

: 0,044 kg/menit

Kapasitas panas gas (Cgas)

: 11900 kkal/kg (=11900 x 4186,6 J/kg)


48

5.2.1. Perhitungan Kecepatan air rata-rata (Um ) Perhitungan kecepatan air rata rata um yang mengalir di dalam saluran pipa air mempergunakan persamaan :

um 

debit air debit air  luas penampang pipa r 2

m/ s

(5.1)

Sebagai contoh perhitungan, diambil data-data hasil pengujian saat debit aliran air sebesar 28,5 liter/menit. (Data lain pada Tabel 5.1). Satuan debit air diubah dalam satuan m3/s.

debit air 





28,5 liter 28,5 x10 3 m 3   0,475 x10 3 m 3 / s 60s  menit

(5.2)

Kecepatan air rata rata um :

um 

debit air r 2

um 

0,475 x10 3 m 3 / s 3,14 x0,0,00635 2 m 2

(5.3)

 3,75 m / s

Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap disajikan pada Tabel 5.4 5.2.2. Perhitungan laju aliran massa air (ṁair) Perhitungan laju aliran massa air ṁair di dalam saluran pipa air menggunakan persamaan (2.1)


49

ṁ air  massa jenis luas penampang kecepatan air  ṁ air  10003,14 x0,00635 2 3,75 kg / s  0,475kg / s

Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap disajikan pada Tabel 5.4 5.2.3. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air Perhitungan laju aliran kalor yang diserap oleh air di dalam saluran pipa mempergunakan Persamaan (2.2)

qair

 lajualiran massakalor jenis air Tout  Tin 

qair  0,475417933,2  26  (1985,025)(7,2) J / s 14,292kW

*Catatan : 1 watt = J/s 5.2.4. Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan oleh gas di luar saluran pipa mempergunakan Persamaan (2.3)

q gas = laju aliran massa gas . kapasitas panas gas q gas =

ṁgas.Cgas


50

q gas  (0,044 / 60).(11900.4186,6)  36,5kW

Tabel 5.4 Data laju aliran massa dan kalor pada kondisi ditutup rapat

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Debit air Tin (liter/menit) (°C) 28,5 26 23,88 26 21,06 26 16,2 26 14,28 26 11,4 26 9,6 26 7,8 26 5,4 26 4,08 26

Tout (°C) 33,2 34,2 35,5 38,1 39,6 42,6 45,8 50,8 59,7 67

ΔT (°C) 7,2 8,2 9,5 12,1 13,6 16,6 19,8 24,8 33,7 41

mair (kg/s) 0,475 0,398 0,351 0,270 0,238 0,190 0,160 0,130 0,090 0,068

Um (m/s) 3,75 3,14 2,77 2,13 1,88 1,50 1,26 1,03 0,71 0,54

Qair (kJ) 14,292 13,639 13,935 13,653 13,527 13,181 13,239 13,473 12,675 11,651

Debit air (m³/s) 0,000475 0,000398 0,000351 0,000270 0,000238 0,000190 0,000160 0,000130 0,000090 0,000068

Qgas (kWatt) 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535

Tabel 5.5 Data laju aliran massa dan kalor pada kondisi dibuka 10 kali putaran

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Debit air Tin (liter/menit) (°C) 28,2 26 24,78 26 20,88 26 14,94 26 12 26 8,7 26 5,1 26 3,3 26 2,1 26 0,9 26

Tout (°C) 32,8 34,1 35,5 39 41,7 47,6 58,2 71,9 88,1 98,2

ΔT mair Um Qair (°C) (kg/s) (m/s) (kJ) 6,8 0,470 0,93 13,356 8,1 0,413 0,82 13,980 9,5 0,348 0,69 13,816 13 0,249 0,49 13,527 15,7 0,200 0,39 13,122 21,6 0,145 0,29 13,089 32,2 0,085 0,17 11,438 45,9 0,055 0,11 10,550 62,1 0,035 0,07 9,083 72,2 0,015 0,03 4,526

Debit air (m³/s) 0,000470 0,000413 0,000348 0,000249 0,000200 0,000145 0,000085 0,000055 0,000035 0,000015

Qgas (kWatt) 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535


51

Tabel 5.6 Data laju aliran massa dan kalor pada kondisi dibuka 20 kali putaran

No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Debit air (liter/menit) 39,6 37,2 28,68 26,4 22,8 19,2 16 11 7 2

Tin (°C) 26 26 26 26 26 26 26 26 26 26

Tout (°C) 28 30 31,3 32,3 33 34,7 37 41,4 48,1 79,9

ΔT (°C) 2 4 5,3 6,3 7 8,7 11 15,4 22,1 53,9

mair (kg/s) 0,660 0,620 0,478 0,440 0,380 0,320 0,267 0,183 0,117 0,033

Um (m/s) 1,30 1,22 0,94 0,87 0,75 0,63 0,53 0,36 0,23 0,07

Qair (kJ) 5,516 10,364 10,587 11,584 11,116 11,634 12,258 11,799 10,775 7,508

Debit air (m³/s) 0,00066 0,00062 0,00048 0,00044 0,00038 0,00032 0,00027 0,00018 0,00012 0,00003

Qgas (kWatt) 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535

5.2.5. Efisiensi Water Heater Perhitungan Efisiensi (η) water heater menggunakan persamaan (2.4)



qair x100% q gas



14,292 x100% 36,535

 39,12%

Hasil semua perhitungan dari data-data yang diperoleh disajikan pada Tabel 5.7, Tabel 5.8, dan Tabel 5.9


52

Tabel 5.7 Data efisiensi Water heater pada kondisi ditutup rapat No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Debit air Tin Tout ΔT mair Um (liter/menit) (°C) (°C) (°C) (kg/s) (m/s) 28,5 23,88 21,06 16,2 14,28 11,4 9,6 7,8 5,4 4,08

26 26 26 26 26 26 26 26 26 26

33,2 34,2 35,5 38,1 39,6 42,6 45,8 50,8 59,7 67

7,2 8,2 9,5 12,1 13,6 16,6 19,8 24,8 33,7 41

0,475 0,398 0,351 0,270 0,238 0,190 0,160 0,130 0,090 0,068

3,75 3,14 2,77 2,13 1,88 1,50 1,26 1,03 0,71 0,54

Qair (kJ)

Qgas (kWatt)

 (%)

14,292 13,639 13,935 13,653 13,527 13,181 13,239 13,473 12,675 11,651

36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535

39,12 37,33 38,14 37,37 37,02 36,08 36,24 36,88 34,69 31,89

Tabel 5.8 Data efisiensi Water heater pada kondisi tutup dibuka 10 kali putaran No

Debit air (liter/menit)

Tin (°C)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

28,2 24,78 20,88 14,94 12 8,7 5,1 3,3 2,1 0,9

26 26 26 26 26 26 26 26 26 26

Tout ΔT mair Um (°C) (°C) (kg/s) (m/s) 32,8 34,1 35,5 39 41,7 47,6 58,2 71,9 88,1 98,2

6,8 8,1 9,5 13 15,7 21,6 32,2 45,9 62,1 72,2

0,470 0,413 0,348 0,249 0,200 0,145 0,085 0,055 0,035 0,015

0,93 0,82 0,69 0,49 0,39 0,29 0,17 0,11 0,07 0,03

Qair (kJ)

Qgas (kWatt)

13,356 13,980 13,816 13,527 13,122 13,089 11,438 10,550 9,083 4,526

36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535

 (%) 36,56 38,26 37,82 37,03 35,92 35,82 31,31 28,88 24,86 12,39


53

Tabel 5.9 Data Efisiensi Water Heater pada kondisi tutup dibuka 20 kali putaran No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Debit air Tin Tout ΔT mair Um (liter/menit) (°C) (°C) (°C) (kg/s) (m/s) 39,6 37,2 28,68 26,4 22,8 19,2 16 11 7 2

26 26 26 26 26 26 26 26 26 26

28 2 0,660 30 4 0,620 31,3 5,3 0,478 32,3 6,3 0,440 33 7 0,380 34,7 8,7 0,320 37 11 0,267 41,4 15,4 0,183 48,1 22,1 0,117 79,9 53,9 0,033

1,30 1,22 0,94 0,87 0,75 0,63 0,53 0,36 0,23 0,07

Qair (kJ)

Qgas (kWatt)

 (%)

5,516 10,364 10,587 11,584 11,116 11,634 12,258 11,799 10,775 7,508

36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535 36,535

15,10 28,37 28,98 31,71 30,43 31,84 33,55 32,29 29,49 20,55

5.3. Hasil pengambilan data dalam bentuk grafik dan pembahasan 5.3.1. Hasil pengambilan data dalam bentuk grafik Hasil pengujian dalam bentuk grafik dapat dilihat pada Gambar 5.1 sampai Gambar 5.9. Gambar 5.1, Gambar 5.4 dan Gambar 5.7 memperlihatkan hubungan antara debit air dengan suhu air yang keluar dari water heater. Gambar 5.2, Gambar 5.5 dan Gambar 5.8 memperlihatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air. Gambar 5.3, Gambar 5.6 dan Gambar 5.9 memperlihatkan hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater. Gambar grafik 5.1, 5.2, dan 5.3 adalah grafik hubungan pada kondisi water heater tertutup rapat. Gambar grafik 5.4, 5.5, dan 5.6 adalah grafik hubungan pada kondisi tutup water heater terbuka 10 kali putaran. Sedangkan Gambar grafik 5.7, 5.8 dan 5.8 adalah grafik hubungan pada kondisi tutup water heater terbuka 20 kali putaran.

Tout (0C)


80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30

54

Tout = 108,8(deb)-0,36.(liter/menit)0,36 0C (dengan deb adalah debit air)

0

5

10

15

20

25

30

Debit air (liter/menit) Grafik 5.1 Hubungan antara debit air dengan suhu air yang keluar water heater pada kondisi ditutup rapat

15 14 13 12

Qair = 10,92(deb)0,079.(liter/menit)-0,079 kJ (dengan deb adalah debit air)

Qair (kJ)

11 10 9 8 7 6 5 0

5

10

15

20

25

30

Debit air (liter/menit) Grafik 5.2 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor air pada kondisi water heater ditutup rapat


55

45 40 35

ɳ = 29.89(deb)0.079 .(liter/menit)-0,079 % (dengan deb adalah debit air)

ɳ water heater (%)

30 25 20 15 10 5 0 0

5

10

15

20

25

30

Debit air (liter/menit) Grafik 5.3 Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater pada kondisi ditutup rapat

120 100 Tout = 103,1(deb) 0,34.(liter/menit)-0,34 0C (dengan deb adalah debit air)

80

Tout (0C)

60 40 20 0 0

5

10

15

20

25

30

Debit air (liter/menit) Grafik 5.4 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater pada kondisi tutup dibuka 10 kali putaran


56

18 16 14 12

Qair (kJ)

10

Qair= 6,469(deb) 0,266.(liter/menit)-0,266 kJ (dengan deb adalah debit air)

8 6 4 2 0 0

5

10

15

20

25

30

Debit air (liter/menit) Grafik 5.5 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor pada kondisi tutup water heater dibuka 10 kali putaran.

45

ɳ Water heater (%)

40 35 30

ɳ = 17,70(deb)0,266.(liter/menit)-0,266 % (dengan deb adalah debit air)

25 20 15 10 5 0 0

5

10

15

20

25

30

Debit (liter/menit) Grafik 5.6 Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater pada kondisi tutup dibuka 20 kali putaran


57

90 80 70 T out = 96,31(deb) -0,33.(liter/menit)0,33 0C (dengan deb adalah debit air)

Tout(0C)

60 50 40 30 20 10 0 0

10

20

30

40

50

Debit air (liter/menit)

Grafik 5.7 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar Water Heater pada kondisi tutup dibuka 20 kali putaran 14 12 10

Qair (kJ)

8 6

Qair= -0,012(deb)2.(liter/menit)-2 + 0,496(deb).(liter/menit)-1 + 7,241 kJ (dengan deb adalah debit air)

4 2 0 0

10

20

30

40

50

Debit air (liter/menit) Grafik 5.8 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor air pada kondisi tutup water heater dibuka 20 kali putaran


58

40

ɳ Water heater (%)

35 30 25 20 15

ɳ = -0,034(deb)2.(liter/menit)-2 + 1,359(deb).(liter/menit)-1 + 19,82 % (dengan deb adalah debit air)

10 5 0 0

10

20

30

40

50

Debit air (liter/menit) Grafik 5.9 Hubungan antara debit air dengan efisiensi Water heater pada kondisi tutup dibuka 20 kali putaran


59

100

90

80

Tout 0C

70 kondisi tertutup rapat 60

Kondisi dibuka 10 kali putaran Kondisi dibuka 20 kali putaran

50

40

30

20 0

10

20

30

Debit (liter/menit)

Grafik 5.10 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater pada kondisi ditutup rapat, tutup dibuka 10 kali putaran dan tutup dibuka 20 kali putaran


60

5.3.2. Pembahasan Water heater yang dibuat mampu menghasilkan suhu temperatur air keluar 28oC – 98,2oC dengan kapasitas 0,9 liter/menit – 39,6 liter/menit. Dengan memperhatikan spesifikasi water heater yang ada di pasaran, maka hasil rancangan pemanas air yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran. Water heater yang dibuat pada debit 5,4 liter/menit mampu menghasilkan suhu air keluar sebesar 59,7oC dan pada debit sebesar 16 liter/menit mampu menghasilkan suhu air keluar sebesar 37oC. Dari Gambar 5.1 didapatkan informasi bahwa debit air berpengaruh terhadap tinggi rendahnya suhu air keluar dari water heater. Semakin kecil debit air yang masuk ke water heater maka temperatur air yang keluar semakin tinggi, sebaliknya jika debit air yang masuk ke water heater semakin tinggi maka temperatur air yang keluar semakin rendah. Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut, jika debit air rendah maka volume air persatuan waktu yang dipindahkan kecil. Jika kalor yang dialirkan oleh bahan bakar gas LPG tetap, maka kalor tersebut menjadikan perbedaan suhu antara air masuk dengan air keluar besar. Hubungan antara debit air dengan suhu keluar water heater dinyatakan dengan persamaan berikut : Pada kondisi ditutup rapat : Tout

= 108,8(debit)-0,36.(liter/menit)0,36 0C

R²

= 0,984


61

Persamaan tersebut berlaku untuk debit 4,08 liter/menit sampai dengan 28,5 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 26 0 C. Pada kondisi dibuka 10 kali putaran : T out

= 103,1(debit)0,34.(liter/menit)-0,34 0C

R²

= 0,983

Persamaan tersebut berlaku untuk debit 0,9 liter/menit sampai dengan 28,2 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 26 0 C. Pada kondisi dibuka 20 kali putaran : T out

= 96,31(debit)-0,33.(liter/menit)0,33 0C

R²

= 0,989

Persamaan tersebut berlaku untuk debit 2 liter/menit sampai dengan 39,6 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 26

0

C. Dengan karakteristik pemanas air ini, maka pemanas air hasil

rancangan dapat digunakan untuk keperluan mandi orang dewasa. Kenyamanan air hangat untuk mandi bersuhu sekitar 38 0C sampai 40 0C. Dari gambar 5.2 didapatkan infomasi besar debit air berpengaruh terhadap besar laju aliran kalor yang diterima air. Untuk Water heater yang dibuat hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air dapat dinyatakan dengan persamaan : Pada kondisi ditutup rapat : Qair

= 10,92(debit)0,079.(liter/menit)-0,079 kJ


62

Persamaan tersebut berlaku untuk debit 4,08 liter/menit sampai dengan 28,5 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 26 0 C. Pada kondisi dibuka 10 kali putaran : Qair

= 6,469(debit)0,266.(liter/menit)-0,266 kJ

Persamaan tersebut berlaku untuk debit 0,9 liter/menit sampai dengan 28,2 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 26 0 C. Pada kondisi dibuka 20 kali putaran : Qair

= -0,012(debit)2.(liter/menit)-2 + 0,496(debit).(liter/menit)-1 + 7,241 kJ

Persamaan tersebut berlaku untuk debit 2 liter/menit sampai dengan 39,6 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 26 0 C Dari Gambar 5.3 didapatkan informasi bahwa debit air yang mengalir berpengaruh terhadap nilai efisiensi water heater. Untuk water heater yang dibuat, hubungan antara debit air dengan efisiensi dapat dinyatakan dengan persamaan : Pada kondisi ditutup rapat : ɳ

= 29,89(debit)0,079.(liter/menit)-0,079 %

Persamaan tersebut berlaku untuk debit 4,08 liter/menit sampai dengan 28,5 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 26 0 C.


63

Pada kondisi terbuka 10 kali putaran : ɳ

= 17,70(debit)0,266.(liter/menit)-0,266 %

Persamaan tersebut berlaku untuk debit 0,9 liter/menit sampai dengan 28,2 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 26 0 C. Pada kondisi dibuka 20 kali putaran : ɳ

= -0,034(debit)2.(liter/menit)-2 + 1,359(debit).(liter/menit)-1 + 19,82

Persamaan tersebut berlaku untuk debit 2 liter/menit sampai dengan 39,6 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 26 0 C Dari gambar 5.10 didapatkan informasi bahwa dari variasi yang dilakukan, yaitu pembukaan tutup water heater hasil penelitian tidak ada perbedaan yang signifikan. Sehingga dapat dikatakan bahwa dengan membuka tutup water heater tidak mempengaruhi suhu air yang keluar.


BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN

6.1. Kesimpulan Dari penelitian yang telah dilakukan, dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu: a.

Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran, yang mampu menghasilkan air panas dengan temperatur 42,6 0C pada debit 11,4 liter/menit.

b.

Hubungan antara debit air yang masuk dengan suhu air yang keluar dari water heater dapat dinyatakan dengan persamaan : Pada kondisi tertutup rapat : Tout

= 108,8(deb)-0,36.(liter/menit)0,36 0C

R²

= 0,984

Berlaku untuk debit (deb) antara 4,08 liter/menit sampai dengan 28,5 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 26 0 C. Pada kondisi terbuka 10 kali putaran : T out

= 103,1(deb)0,34.(liter/menit)-0,34 0C

R²

= 0,983

Berlaku untuk debit (deb) antara 0,9 liter/menit sampai dengan 28,2 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 26 0 C.

64


65

Pada kondisi terbuka 20 kali putaran : T out

= 96,31(deb)-0,33.(liter/menit)0,33 0C

R²

= 0,989

Berlaku untuk debit (deb) antara 2 liter/menit sampai dengan 39,6 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 26 0 C. c.

Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air dapat dinyatakan dengan persamaan : Pada kondisi tertutup rapat : Qair

= 10,92(deb)0,079.(liter/menit)-0,079 kJ

Berlaku untuk debit (deb) antara 4,08 liter/menit sampai dengan 28,5 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 26 0 C. Pada kondisi terbuka 10 kali putaran : Qair

= 6,469(deb)0,266.(liter/menit)-0,266 kJ

Berlaku untuk debit (deb) antara 0,9 liter/menit sampai dengan 28,2 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 26 0 C. Pada kondisi terbuka 20 kali putaran : Qair

= -0,012(deb)2.(liter/menit)-2 + 0,496(deb).(liter/menit)-1 + 7,241 kJ

Berlaku untuk debit (deb) antara 2 liter/menit sampai dengan 39,6 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 26 0 C


d.

66

Hubungan debit air dengan efisiensi dapat dinyatakan dengan persamaan : Pada kondisi tertutup rapat : ɳ

= 29,89(deb)0,079.(liter/menit)-0,079 %

Berlaku untuk debit (deb) antara 4,08 liter/menit sampai dengan 28,5 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 26 0 C. Pada kondisi terbuka 10 kali putaran : ɳ

= 17,70(deb0,266).(liter/menit)-0,266 %

Berlaku untuk debit (deb) antara 0,9 liter/menit sampai dengan 28,2 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 26 0 C. Pada kondisi terbuka 20 kali putaran : ɳ = 0,034(deb)2.(liter/menit)-2 + 1,359(deb).(liter/menit)-1 + 19,82 % Berlaku untuk debit (deb) antara 2 liter/menit sampai dengan 39,6 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 26 0 C


67

6.2. Saran Dari proses penelitian yang telah dilakukan, ada beberapa saran yang dapat dikemukakan : a.

Penelitian dapat dikembangkan dengan variasi jumlah sirip, atau posisi letak sirip

b.

Penelitian dapat dikembangkan dengan variasi bentuk dan model tutup water heater

c.

Posisi lingkaran pipa sangat berpengaruh terhadap panas yang dihasilkan, usahakan ada celah antara lengkungan pipa saluran air

d.

Besar dan jumlah lubang saluran udara masuk dan saluran gas buang berpengaruh terhadap hasil yang diperoleh, sehingga pembuatannya perlu diperhatikan


68

DAFTAR PUSTAKA

Holman, J.P, 1993, Perpindahan Kalor, Edisi Keenam, Erlangga: Jakarta. http://aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-lpg-di-dapur-anda.pdf), diakses pada 13 Oktober 2013 http://gasgeyser.wozaonline.co.za/products, diakses pada 13 Oktober 2013 http://homerepair.about.com/od/plumbingrepair/ss/hwh_tank_gas.htm,

diakses

pada 13 Oktober 2013 http://lontar.ui.ac.id/file?file=digital/124886-R020885Perbandingan%20 temperatur-Literatur.pdf, diakses pada 16 Oktober 2013 http://www.auburndaleplumbing.com/Index.cfm?action=main.tankTypeWaterHea ters, diakses pada 13 Oktober 2013 http://www.gaswaterheater.co.za/types.html, diakses pada 13 Oktober 2013 Putra, P. H. (2012); Water Heater Dengan Panjang Pipa 20 Meter Dan 300 Lubang Masuk Udara Pada Dinding Luar, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma: Yogyakarta. Setiawan, E. (2012); Pemanas air dengan dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding luar 25 cm, diameter pada dinding dalam 20 cm, panjang pipa 20 meter, diameter bahan pipa 3/8 inci, 150 lubang masuk udara pada dinding luar, 1005 lubang pada dinding dalam water heater, dan 6 buah sirip dari pipa berdiameter 3/8 inci, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma: Yogyakarta.


LAMPIRAN

A.

Nilai sifat-sifat logam

69


B.


70


C.


71

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Recommend Documents