PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI

KARAKTERISTIK WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 8 METER, DIAMETER 0,5 INCI DAN BERSIRIP

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan Mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin

Diajukan oleh

GREGORIUS EGA BUDDHI PRASONGKO NIM : 105214060

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2014


CHARACTERISTIC OF THE WATER HEATER WITH A 8 METERS LENGTH OF PIPE, A 0,5 INCHES DIAMETER AND FINNED

FINAL PROJECT

As Partial Fulfilment Of The Requirement To Obtain The Sarjana Teknik Degrre in Mechanical Engineering

By

GREGORIUS EGA BUDDHI PRASONGKO Student Number : 105214060

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

ii


iii


iv


PERIryATAAN IGASLIAI\ 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 sayajuga tidak terdapatkarya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 22 J anuari 201 4

Gregorius Ega Buddhi Prasongko

\


LEMBAR PERIIYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH TJNTUK KEPBNTINGAN

AKADEMIK Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata

t

Dharma: : Gregorius Ega Buddhi Prasongko

Nama

NomorMahasiswa :105214060 Demi pengembangan ilmu pengetuhan, saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul

:

Karakteristikl/uter Heater Dengan Panjang Pipa 8 Meter, Diameter 0.5Inchi 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 dari saya maupun memberikan

royalti kepada saya selamatetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Yogyakarta, 22 J anuari 20 1 4 Yang menyatakan,

Gregorius Ega Buddhi Prasongko

VI


ABSTRAK Pada masa saat ini penggunaan air panas semakin luas. Kebanyakan air panas tersebut digunakan untuk keperluan mandi air hangat. Selain untuk mandi, air panas juga banyak digunakan untuk keperluan bisnis. Dengan water heater air panas dapat diperoleh dengan cepat sehingga mampu memenuhi kebutuhan air panas dalam waktu yang cepat, murah dan efisien. Tujuan penelitian adalah : (a) Merancang dan membuat alat water heater yang menggunakan energi gas LPG.(b) Mengetahui karakteristik dari water heater gas LPG. Lokasi penelitian di laboratorium Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Water heater yang dibuat berbentuk tabung dengan tinggi 30 cm, berdiameter 30 cm. Memiliki 3 tabung yang diberi lubang udara. Tabung dalam berdiameter 10 cm dengan 156 lubang udara berdiameter 0,5 cm. Tabung tengah berdiameter 25 cm dengan 70 lubang udara berdiameter 1,5 cm. Tabung luar berdiameter 30 cm dengan 95 lubang udara berdiameter 1,5 cm. Pipa air tebuat dari tembaga diameter 0,5 inci, panjang 8 meter dengan pengerolan bertingkat dan bersirip. Tutup water heater bisa diatur ketinggiannya. Variasi penelitian adalah mengatur besar debit air yang mengalir dalam water heater dan pembukaan tutup water heater. Hasil penelitian didapatkan (a) Water heater mampu menghasilkan air panas dengan temperatur 43,1 oC dengan debit 9 liter/menit pada kondisi tutup water heater tertutup rapat. Pada kondisi tutup terbuka 10 putaran, water heater mampu menghasilkan debit 8,4 liter/menit dengan suhu 42,8 oC. Pada kondisi tutup terbuka 20 putaran, water heater mampu menghasilkan debit 7,2 liter/menit dengan suhu 43,4 oC. (b) Laju aliran kalor yang diterima air pada kondisi tutup tertutup rapat sebesar 9,027-10,757 kW. Pada kondisi tutup terbuka 10 putaran sebesar 7,226-11,033 kW. Pada kondisi tutup terbuka 20 putaran sebesar 7,05012,178 kW. (c) Nilai efisiensi yang dihasilkan water heater : Pada kondisi tutup water heater tertutup rapat nilai efisiensi water heater berkisar antara 24,71% 29,44%. Pada kondisi tutup terbuka 10 putaran nilai efisiensi water heater berkisar antara 19,89% - 30,20%. Pada kondisi tutup terbuka 20 putaran nilai efisiensi water heater berkisar antara 19,30% - 33,33%. (d) Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG sebesar 36,535 kW. Kata kunci : Water heater, debit air, suhu air, efisiensi, laju aliran kalor


KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya yang telah diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini. Skripsi ini merupakan salah satu syarat wajib untuk menyelesaikan pendidikan dan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Adapun judul skripsi ini adalah “ Karakteristik Water Heater Dengan Panjang Pipa 8 Meter, Diameter 0,5 Inchi dan Bersirip” Dalam Skripsi ini tidak terlepas dari bantuan dan dukungan yang diberikan oleh berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terimakasih sebesar-besarnya kepada : 1. Ir. PK. Purwadi, M.T, selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakata dan selaku Dosen Pembimbing Skripsi. 2. Dr. Drs. Vet Asan Damanik selaku Dosen Pembimbing Akademik. 3. Seluruh Staf Pengajar di Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma. 4. Ambrosius Witono dan Indaryanti sebagai orang tua, atas semua dukungan baik secara materi maupun spiritual yang diberikan kepada saya selama belajar di Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.65

ii


7

.

8.

Seluruh Staf Sekretariat Fakultas Sains dan Teknologi. Semu4 pihak yang telah membantu dalamproses menyelesaikan skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penelitian dan penyusunan

Skripsi ini masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu penulis mengharapkan,

kritik, dan saran dari berbagai pihak untuk

menyempurnakannya. Semoga Skripsi

ini

dapat

dapat bermanfaat, baik bagi penulis

maupun pembaca. Terimakasih.

Yogyakarta, 22 J anuari 20 | 4

Penulis

lx


DAFTAR ISI .......................................................................................................................... hal HALAMAN JUDUL...................................................................................... i TITLE PAGE ................................................................................................. ii HALAMAN PERSETUJUAN ....................................................................... iii HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................ iv HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ................................... v HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIK ...................................................... vi ABSTRAK ..................................................................................................... vii KATA PENGANTAR ................................................................................... viii DAFTAR ISI .................................................................................................. x DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xiii DAFTAR TABEL .......................................................................................... xvi BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. 1 1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1 1.2 Tujuan ...................................................................................................... 3 1.3 Batasan Masalah....................................................................................... 4 1.4 Manfaat .................................................................................................... 4 BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ........................... 6 2.1 Dasar Teori ............................................................................................... 6 2.1.1 Pengertian Perpindahan Panas ....................................................... 6 2.1.2 Cara-cara Perpindahan panas ......................................................... 6 2.1.3 Perancangan Pipa Saluran Air........................................................ 8


2.1.4 Sirip ................................................................................................ 10 2.1.5 Saluran Udara Masuk ..................................................................... 11 2.1.6 Sumber Api Water Heater ............................................................. 12 2.1.7 Gas LPG ......................................................................................... 13 2.1.8 Saluran Gas Buang Sisa Pembakaran ............................................ 14 2.1.9 Isolator ........................................................................................... 15 2.1.10 Laju Aliran Kalor ......................................................................... 16 2.1.11 Efisiensi Water Heater ................................................................. 18 2.2. Tinjauan Pustaka ..................................................................................... 18 2.2.1 Water Heater Yang Ada Dipasaran ............................................... 18 2.2.2 Hasil Penelitian Water Heater Gas LPG........................................ 26 BAB III PEMBUATAN ALAT ................................................................... 28 3.1 Perancangan Water Heater gas ................................................................ 28 3.2 Menentukan Bahan Untuk Membuat Water Heater ................................ 33 3.3 Peralatan Yang Digunakan Dalam Pembuatan Water Heater ................. 33 3.4 Proses Pembuatan Alat Water Heater Gas .............................................. 40 BAB IV METODOLOGI PENELITIAN .................................................. 51 4.1 Benda Uji ................................................................................................. 51 4.2 Prinsip Kerja Water Heater Gas .............................................................. 52 4.3 Skematik Alat Penelitian .......................................................................... 53 4.4 Alat Bantu Penelitian ............................................................................... 53 4.5 Alur Penelitian ......................................................................................... 55 4.6 Variasi Penelitian ..................................................................................... 55

ii


4.7 Cara Mendapatkan Data ........................................................................... 56 4.8 Cara Mengolah Data ................................................................................ 56 4.9 Cara Mendapat kesimpulan ...................................................................... 56 BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... 57 5.1 Hasil Penelitian ........................................................................................ 57 5.2 Perhitungan .............................................................................................. 59 5.3 Pembahasan .............................................................................................. 69 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN...................................................... 73 6.1 Kesimpulan .............................................................................................. 73 6.2 Saran ......................................................................................................... 74 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 75 LAMPIRAN .................................................................................................. 76

iii


DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................................ hal Gambar 2.1 Efisiensi Sirip Siku Empat dan Segitiga .................................... 10 Gambar 2.2 Efisiensi Sirip Siku Empat ......................................................... 11 Gambar 2.3 Kompor gas LPG High Pressure ............................................... 13 Gambar 2.4 Laju Aliran Kalor Yang Terjadi Dalam Pipa Saluran Air .......... 17 Gambar 2.5 Rancangan Water Heater Gas LPG Tipe 1 ................................ 19 Gambar 2.6 Rancangan Water Heater Gas LPG Tipe 2 ................................ 20 Gambar 2.7 Rancangan Water Heater Gas LPG Tipe 3 ................................ 21 Gambar 2.8 Rancangan Water Heater Gas LPG Tipe 4 ................................ 22 Gambar 2.9 Water Heater Gas Tipe X 1........................................................ 23 Gambar 2.10 Water Heater Gas Tipe X 2...................................................... 24 Gambar 2.11 Water Heater Gas Tipe X 3...................................................... 25 Gambar 3.1 Saluran Pipa Air Water Heater .................................................. 28 Gambar 3.2 Pipa Saluran Air Water Heater Dengan Sirip Tembaga ............ 29 Gambar 3.3 Tabung Water Heater ................................................................. 30 Gambar 3.4 Water Heater Tampak Samping ................................................. 31 Gambar 3.5 Water Heater Tampak Atas........................................................ 31 Gambar 3.6 Water Heater Tampak Bawah .................................................... 32 Gambar 3.7 Water Heater Dengan Tutup Atas .............................................. 32 Gambar 3.8 Mesin Las Listrik ....................................................................... 33 Gambar 3.9 Gerinda Dan Mesin Pemotong Besi ........................................... 34 Gambar 3.10 Bor Set ...................................................................................... 35

iv


Gambar 3.11 Gergaji Besi .............................................................................. 35 Gambar 3.12 Obeng Dan Mistar .................................................................... 36 Gambar 3.13 Meteran..................................................................................... 36 Gambar 3.14 Alat Pemotong Plat Dan Gunting Plat...................................... 37 Gambar 3.15 Tang Kombinasi Dan Palu ....................................................... 37 Gambar 3.16 Kunci Pas Ring Set ................................................................... 38 Gambar 3.17 Tabung Gas LPG 3 kg .............................................................. 38 Gambar 3.18 Regulator Gas High Pressure Dan Selang Gas ........................ 39 Gambar 3.19 Kompor Gas High Pressure ..................................................... 39 Gambar 3.20 Bahan Pipa Tembaga ................................................................ 41 Gambar 3.21 Besi Strip .................................................................................. 41 Gambar 3.22 Besi Nako ................................................................................. 42 Gambar 3.23 Pelat Galvalum ......................................................................... 42 Gambar 3.24 Proses Pemotongan Pipa .......................................................... 43 Gambar 3.25 Pengerolan Pipa Saluran Air ................................................... 44 Gambar 3.26 Pembuatan Sirip Tembaga ....................................................... 45 Gambar 3.27 Pipa Saluran Air ....................................................................... 45 Gambar 3.28 Rangka Atas dan Bawah Tabung Water Heater ...................... 46 Gambar 3.29 Proses Pembuatan Rangka Water Heater................................. 47 Gambar 3.30 Rangka Water Heater ............................................................... 47 Gambar 3.31 Pemasangan Saluran Pipa Air Ke Rangka ............................... 48 Gambar 3.32 Pemasangan Plat Galvalum Ke Rangka ................................... 49 Gambar 3.33 Water Heater Gas LPG ............................................................ 50

v


Gambar 4.1 Water Heater Gas LPG .............................................................. 51 Gambar 4.2 Skematik Penelitian Water Heater ............................................. 53 Gambar 4.3 Termokopel Digital .................................................................... 54 Gambar 4.4 Gelas Ukur.................................................................................. 54 Gambar 5.1 Hubungan Antara Debit Air Dengan Suhu Air Keluar .............. 62 Gambar 5.2 Hubungan Antara Debit Air Dengan Laju Aliran Kalor Yang Diterima Air .................................................................... 62 Gambar 5.3 Hubungan Antara Debit Air Dengan Efisiensi ........................... 63 Gambar 5.4 Hubungan Antara Debit Air Dengan Suhu Air Keluar .............. 64 Gambar 5.5 Hubungan Antara Debit Air Dengan Laju Aliran Kalor Yang Diterima Air .................................................................... 64 Gambar 5.6 Hubungan Antara Debit Air Dengan Efisiensi ........................... 65 Gambar 5.7 Hubungan Antara Debit Air Dengan Suhu Air Keluar .............. 66 Gambar 5.8 Hubungan Antara Debit Air Dengan Laju Aliran Kalor Yang Diterima Air .................................................................... 66 Gambar 5.9 Hubungan Antara Debit Air Dengan Efisiensi ........................... 67 Gambar 5.10 Hubungan Antara Debit Dengan Suhu Air Keluar Dengan Variasi Tutup Water Heater ....................................... 68

vi


DAFTAR TABEL ........................................................................................................................ hal Tabel 2.1 Konduktivitas Termal Beberapa Bahan Logam ............................. 9 Tabel 2.2 Menunjukan Komposisi Udara Kering .......................................... 12 Tabel 2.3 Daya Pemanasan Dan Efisiensi alat masak dengan gas LPG Dan Bahan Bakar Lainnya ............................................................ 14 Tabel 2.4 Menunjukan Konduktivitas Termal Beberapa Media ................... 16 Tabel 5.1 Data Pengujian Water Heater Dengan Kondisi Tutup Tertutup Rapat ............................................................................... 57 Tabel 5.2 Data Pengujian Water Heater Dengan Tutup Terbuka 10 Putaran ........................................................................ 58 Tabel 5.3 Data Pengujian Water Heater Dengan Tutup Terbuka 20 Putaran ....................................................................... 58 Tabel 5.4 Hasil Perhitungan Data Dengan Kondisi Tutup Water Heater Tertutup Rapat ................................................................... 61 Tabel 5.5 Hasil Perhitungan Data Dengan Kondisi Tutup Terbuka10 Putaran ........................................................................ 63 Tabel 5.6 Hasil Perhitungan Data Dengan Kondisi Tutup Terbuka 20 Putaran Tutup ............................................................. 65

vii


BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pada masa saat ini penggunaan air panas semakin luas karena air panas bermanfaat bagi kehidupan manusia. Kebanyakan air panas tersebut digunakan untuk keperluan mandi air hangat. Dengan mandi menggunakan air hangat dapat memberi dampak positif bagi tubuh manusia seperti tubuh menjadi lebih bersih dan sehat, dapat membuka pori-pori kulit, dapat mengurangi stress, dapat memperlancar peredaran darah, dapat mengurangi rasa pegal serta mengobati sakit kepala. Karena manfaatnya hampir semua kalangan saat ini menggunakan air panas. Sebagai contoh rumah sakit yang menggunakan air panas sebagai sarana pengobatan pasien, hotel-hotel yang memberikan fasilitas air panas kepada para tamunya untuk keperluan mandi, vila atau rumah yang berada di daerah dingin kebanyakan memanfaatkan air panas untuk keperluan mandi, tempat pariwisata pemandian air hangat yang memerlukan air panas dengan jumlah besar, serta rumah tangga yang menggunakan air panas untuk keperluan mandi. Selain untuk mandi, air panas juga banyak digunakan untuk keperluan bisnis seperti bisnis pemotongan ayam dan keperluan kimiawi seperti di pabrik yang menggunakan air panas untuk memenuhi kebutuhan produksi pabrik. Dahulu untuk mendapat air panas biasanya air dengan dimasak kompor dan harus menunggu beberapa saat sampai air tersebut panas. Seiring berkembangnya jaman dibuatlah water heater. Water heater adalah alat yang

1


2

digunakan untuk memanaskan air hingga mencapai suhu panas tertentu (antara C hingga

C). Dengan water heater air panas dapat diperoleh dengan cepat

sehingga mampu memenuhi kebutuhan air panas dalam waktu yang relatif lebih cepat, murah dan efisien dibandingkan jika memasak air dengan kompor. Jenis water heater dibedakan dari energi yang digunakan sebagai sumber pemanas airnya. Jenis yang pertama, pemanas air tenaga surya (solar water heater) adalah water heater yang menggunakan energi matahari sebagai sumber pemanasya, kelebihanya yaitu energi yang dipakai gratis karena diambil dari alam, namun solar water heater memiliki kekurangan seperti harga water heater ini mahal, pemasangan water heater tergolong rumit dan sulit karena di pasang di atap, serta sangat bergantung pada kondisi cuaca. Jenis kedua, pemanas air tenaga listrik (electric water heater) adalah water heater yang menggunakan energi listrik sebagai sumber energi pemanas airnya. Water heater listrik memiliki kekurangan yaitu pengguna berisiko tersengat listrik. Selain itu water heater lisrik juga boros akan penggunaan listriknya, karena memakai daya listrik yang cukup besar untuk memanaskan air dengan menggunakan penampung dan masih harus menunggu sampai air tersebut panas. Debit air yang dihasilkan tidak bisa tetap karena jika air dalam penampung habis maka tidak ada air panas yang keluar. Jenis yang terakhir adalah pemanas air tenaga gas (gas water heater) adalah water heater yang menggunakan gas LPG sebagai sumber energi pemanas airnya. Water heater gas memiliki keunggulan lebih dibandingkan dengan water heater surya atau water heater listrik. Beberapa keunggulan water heater gas


3

adalah berharga relatif murah, tidak beresiko tersengat aliran listrik, tidak bergantung pada kondisi cuaca sehingga dapat digunakan di mana dan kapan saja serta air panas yang dihasilkan memiliki debit yang tetap dan suhu panas air yang stabil. Prinsip kerja water heater gas seperti kita memasak air menggunakan kompor. Prinsip kerja dari water heater gas adalah pembakaran yang digunakan untuk memanaskan air di dalam pipa-pipa tembaga, sehingga dapat membuat air panas dengan waktu yang cepat. Berdasarkan hal di atas saya terpacu untuk membuat dan meneliti water heater yang menggunakan energi gas LPG. Water heater yang diteliti di harapkan dapat menghasilkan debit 6 liter/menit mampu menghasilkan suhu keluar dari water heater >

C dan kontruksi water heater yang dibuat sederhana.

1.2 Tujuan Tujuan dari penelitian tentang karakteristik water heater dengan panjang pipa 8 meter diameter 0,5 inci dan bersirip adalah : a. Merancang dan membuat alat water heater yang menggunakan energi gas LPG. b. Mengetahui karakteristik dari water heater gas LPG. 1. Mengetahui hubungan antara suhu air keluar water heater dan debit air yang mengalir dalam water heater dengan variasi pembukaan tutup water heater. 2. Mengetahui besar energi kalor yang diserap oleh air yang mengalir di dalam pipa water heater. 3. Menghitung Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG. 4. Menghitung efisiensi water heater.


4

1.3 Batasan Masalah Batasan masalah yang diambil di dalam pembuatan peralatan penelitian ini adalah : a. Tinggi water heater : 30 cm, diameter luar : 30 cm, dengan tutup yang bisa diatur ketinggiannya. b. Pipa saluran air terbuat dari material tembaga dengan diemeter 0,5 inci dengan panjang 8 meter dengan 2 lintasan ditambah sirip dari pipa tembaga dengan diameter 0,5 inci. c. Menggunakan 3 tabung dengan pelat galvalum, diberi lubang saluran udara dengan jumlah lubang udara tabung dalam 156 lubang dengan diameter 0,5 cm, tabung tengah 70 lubang dan tabung luar 95 lubang dengan diameter 1,5 cm. d. Sumber pemanas atau proses pembakaran menggunakan gas LPG dan menggunakan kompor gas bertekanan tinggi (high pressure). e. Suhu air yang masuk ke dalam water heater sama dengan suhu air di dalam kamar mandi (sekitar 25oC-27oC). f. Suhu air panas yang dihasilkan water heater harus lebih dari

celcius

dengan debit minimal 6 liter per menit. 1.4 Manfaat Manfaat penelitian tentang karakteristik water heater dengan panjang pipa 8 meter diameter 0.5 inci dan bersirip adalah : a. Menambah ilmu pengetahuan dan kepustakaan seputar teknologi pemanas air khususnya pemanas air tipe gas atau water heater gas.


5

b. Membuat percontohan alat water heater gas dengan kontruksi sederhana sehingga mudah dalam pengamplikasianya dan dapat dikembangkan sebagai produk water heater yang dapat diterima oleh masyarakat Indonesia. c. Membantu mengurangi ketergantungan penggunaan energi kayu, minyak bumi, serta listrik khususnya untuk keperluan memanaskan air. d. Bisa menjadi referensi bagi para perancang water heater yang menggunakan energi gas LPG.


BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Dasar Teori 2.1.1 Pengertian Perpindahan Panas Kalor adalah bentuk energi yang secara alami berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika kedua benda bersentuhan. Kalor yang diberikan pada suatu benda dapat menyebabkan kenaikan suhu benda atau mengubah wujud benda. 2.1.2 Cara-cara Perpindahan Panas Ada tiga cara perpindahan kalor yaitu (a) perpindahan kalor konduksi, (b) perpindahan kalor konveksi dan (c) perpindahan kalor radiasi : A. Perpindahan kalor secara konduksi Perpindahan kalor konduksi adalah perpindahan kalor melalui zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Konduksi kalor melalui zat padat yang melalui benda padat lebih baik dari pada konduksi melalui cairan ataupun gas, hal ini disebabkan karena jarak antar partikel dalam zat padat lebih berdekatan. Pada umumnya logam adalah konduktor, yaitu penghantar kalor yang baik. Sedangkan zat atau benda padat yang lain seperti kertas, plastik, wol dan kayu adalah isolator, yaitu penghantar kalor yang buruk. Perpindahan kalor konduksi dalam logam jauh lebih baik dari pada zat padat lainya karena logam memiliki banyak elektron bebas, sementara zat padat lainya yang termasuk dalam isolator tidak memiliki elektron bebas.

6


7

Perpindahan panas secara konduksi yang terjadi di water heater gas LPG adalah panas api yang dihasilkan dari proses pembakaran berpindah ke permukaan luar pipa tembaga. Panas lalu mengalir ke dalam permukaan pipa tembaga. B. Perpindahan panas secara konveksi Perpindahan kalor konveksi adalah perpindahan kalor yang terjadi karena adanya perbedaan massa jenis. Konveksi hanya terjadi pada zat yang dapat mengalir seperti zat-zat cair dan gas. Perpindahan kalor konveksi dimanfaatkan untuk beberapa sistem seperti pada sistem pendingin mesin mobil yaitu radiator mobil, pada sistem suplai air panas rumah tangga dan pada lemari es. Macam-macam perpindahan panas secara konveksi : 1. Konveksi bebas Konveksi bebas adalah perpindahan panas yang terjadi secara alami yang diakibatkan perbedaan suhu dan beda rapat saja serta tidak ada tenaga dari luar atau alat bantu yang mendorongnya. 2. Konveksi paksa Konveksi paksa adalah perpindahan panas pada aliran gas ataupun fluida yang disebabkan adanya tenaga dari luar. Tenaga dari luar di dapatkan dari alat bantu seperti blower, pompa, kipas. Perpindahan panas secara konveksi yang terjadi di water heater gas LPG adalah panas yang diserap oleh permukaan luar pipa tembaga mengalir ke dalam permukaan pipa dan fluida yang ada didalamnya. Sehingga suhu fluida yang mengalir dalam pipa tembaga meningkat.


8

C. Perpindahan panas secara radiasi Perpindahan kalor radiasi atau pancaran adalah perpindahan kalor yang tidak memerlukan zat perantara (medium), sehingga perpindahan kalor radiasi dapat terjadi di dalam ruangan hampa atau vakum. Dalam perpindahan kalor radiasi sumber kalor menyalurkan energinya dalam bentuk radiasi infra merah yang merupakan bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik. Permukaan yang hitam kusam dapat menyerap kalor radiasi dengan baik sekaligus pemancar kalor radiasi yang baik. Perpindahan panas secara radiasi yang terjadi di water heater gas LPG adalah panas dari api hasil pembakaran ke permukaan luar pipa dan panas dari tabung dalam mengalir ke tabung luar dari water heater. 2.1.3 Perancangan Pipa Saluran Air Kebanyakan dalam kontruksi water heater gas, saluran air dari water heater tersebut berpenampang lingkaran. Dalam perancangan pipa water heater yang berfungsi sebagai saluran air ada beberapa pertimbangan yang harus diperhatikan diantaranya: A. Pemilihan material pipa Menggunakan bahan yang memiliki nilai konduktivitas termal yang tinggi dan tahan terhadap suhu yang tinggi. Jika bahan memiliki nilai koduktivitas yang tinggi maka benda tersebut akan mudah menghantarkan serta mengalirkan panas dalam hal ini adalah mampu memindahkan panas hasil pembakaran dari api yang dihasilkan dari proses pembakaran ke fluida atau aliran air yang ada di dalam pipa dengan cepat. Material pipa yang cocok adalah dari bahan tembaga yang terbukti


9

memiliki kemampuan menghantarkan kalor yang baik serta harga dari tembaga yang tidak terlalu mahal. Tabel 2.1 Konduktivitas Termal Beberapa Bahan Logam (Holman,1993) Bahan Perak Tembaga Aluminium Nikel Besi Baja Karbon

Konduktifitas Termal (k) W/moC Btu/h.ft.oF 410 237 385 223 202 117 93 54 73 42 43 25

B. Diameter pipa yang digunakan Diameter dalam pipa diusahakan tidak berukuran terlalu kecil, jika diameter dalam pipa terlalu kecil akan mengakibatkan hambatan yang terjadi di dalam pipa besar. Jadi dalam perancangan ini dipilih pipa dengan diameter 0,5 inci, hal ini bertujuan agar hambatan yang terjadi di dalam pipa tidak terlalu besar serta harganya yang tidak terlalu mahal. C. Hambatan yang terjadi didalam pipa Hambatan yang terjadi saat ada aliran air mengalir di dalam pipa diusahakan sekecil mungkin agar ketika air mengalir di dalam pipa penurunan tekanan pipa yang terjadi kecil. Dalam perancangan dan pembuatan saluran pipa air diusahakan tidak mengalami pembelokan, jika ada pembelokan diusahakan sudut pembelokan besar (diusahakan lebih besar dari

). Pembelokan pipa air

pun diusahakan secara merata seperti dibuat melengkung dengan radius tertentu atau saluran air dirancang dengan bentuk melingkar. Hal ini bertujuan agar


10

tekanan yang terjadi dalam pipa kecil sehingga daya yang dibutuhkan pompa untuk menyalurkan air tidak terlalu besar. 2.1.4 Sirip Sirip memiliki fungsi untuk memperluas permukaan benda yang dipasangi sirip. Jika pipa air dalam kontruksi water heater di pasangi sirip maka sirip-sirip tersebut akan membantu menyalurkan kalor hasil pembakaran gas LPG ke pipa saluran air. Semakin banyak sirip yang terpasang di dalam kontruksi pipa maka semakin cepat pula proses penyaluran panas yang terjadi dan berpengaruh terhadap suhu air keluar water heater. Bahan atau material dari sirip juga harus dipilih dari bahan yang mudah menyalurkan panas seperti dari bahan tembaga. Semakin besar konduktivitas termal dari bahan sirip maka semakin besar pula kalor yang dapat ditangkap dan salurkan oleh sirip-sirip tersebut.

Gambar 2.1 Efisiensi Sirip Siku Empat dan Segitiga (Holman, 1993)


11

Gambar 2.2 Efisiensi Sirip Siku Empat (Holman, 1993) 2.1.5 Saluran Udara Masuk Saluran udara digunakan untuk keperluan pembakaran gas LPG, karena proses pembakaran membutuhkan oksigen. Oksigen bisa didapatkan dari udara luar atau udara bebas. Jika proses pembakaran kekurangan oksigen akan mengakibatkan nyala dari api tidak sempurna karena pembakaran yang terjadi tidak sempurna dan kalor yang dipindahkan ke air tidak terlalu besar sehingga peningkatan suhu air pun kecil. Jika udara yang masuk kedalam water heater terlalu banyak akan mengakibatkan kalor yang diserap oleh pipa berkurang karena terbawa oleh udara yang masuk. Oleh sebab itu perancangan saluran udara masuk harus dirancang sedemikian rupa agar udara yang masuk ke water heater dan volume udara yang masuk pas. Caranya dengan diberi lubang pada lapisan tabung luar dan dalam water heater yang langsung tembus ke dalam agar udara yang mengandung


12

oksigen dapat masuk ke dalam kontruksi water heater sehingga dapat mendukung proses pembakaran dan menjadi proses pembakaran yang sempurna. Tabel 2.2 Menunjukan Komposisi Udara Kering (Sumber : http://ft.unsada.ac.id/wp-content/uploads/2010/ 04/bab4-tm2.pdf) Komponen Udara

Presentase Mol (%)

Nitrogen Oksigen Argon Karbon dioksida Neon, helium, metana, dll

78,08 20,95 0,93 0,03 0,01

2.1.6 Sumber Api Water Heater Sumber api yang digunakan dalam water heater dapat diambil dari kompor gas LPG. Saat ini tersedia berbagai jenis pilihan kompor gas dengan berbagai bentuk dan spesifikasinya. Setiap jenis dari kompor gas menghasilkan bentuk nyala api yang berbeda-beda sesuai jenis dan kebutuhannya. Ada kompor gas yang menghasilkan nyala api yang besar, disebut kompor gas high pressure dan ada kompor yang menghasilkan nyala api yang kecil dan tidak terlalu besar yaitu kompor gas low pressure. Pada perancangan water heater ini dipilih kompor yang mampu menghasilkan nyala api yang besar. Jika nyala dari api kompor besar maka api tersebut banyak menghasilkan kalor. Jika kalor yang diserap oleh sirip dan pipa tembaga banyak, maka suhu air di dalam pipa dapat meningkat dengan cepat, dengan catatan proses pembakaran yang terjadi di dalam water heater berlangsung sempurna.


13

Oleh sebab itu dalam perancangan water heater ini dipilihlah jenis kompor gas LPG high pressure. Gambar 2.3 memperlihatkan kompor gas high pressure yang digunakan dalam penelitian.

Gambar 2.3 Kompor gas LPG High Pressure 2.1.7 Gas LPG Umumnya water heater gas menggunakan gas LPG yang digunakan sebagai sumber energi yang dimanfaatkan untuk proses pembakaran. Gas LPG adalah singkatan dari Liquified Petroleum Gas dimana gas ini diproduksi dan didistribusikan oleh Pertamina. Gas LPG memiliki komposisi yang terdiri dari gas propana ( butana ( gas Pentana (

) dan

) dengan komposisi kurang lebih sebesar 99 %, selebihnya adalah ) yang dicairkan. Perbandingan komposisi Propana dan Butana

adalah 30 : 70. Gas LPG memiliki nilai kalori sekitar : 21.000 BTU/lb. Pada gas LPG ditambahkan zat mercaptan. Penambahan zat mercaptan bertujuan untuk memberikan bau khas dari gas LPG, supaya jika terjadi kebocoran gas LPG dapat segera terdeteksi dengan cepat sehingga mudah dikenali dan dapat segera ditanggulangi.


C3 H 8  ,

Reaksi pembakaran propana

14

jika proses pembakaran terjadi

dengan sempurna adalah sebagai berikut :

C3 H 8

+

→

5 O2

propana + oksigen

3 CO2

+ 4 H 2 O + panas

→ karbondioksida + uap air + panas

Reaksi pembakaran butana

C4 H10 ,

jika proses pembakaran terjadi

dengan sempurna adalah sebagai berikut : 2 C4 H 10

13 O2

→

butana + oksigen

→

+

8 CO2

+ 10 H 2 O + panas

karbondioksida + uap air + panas

Tabel 2.3 menyajikan daya pemanasan serta efisiensi alat masak yang memakai gas LPG dan berbagai macam bahan bakar jenis lainya. Tabel 2.3 Daya Pemanasan Dan Efisiensi alat masak dengan gas LPG Dan Bahan Bakar Lainnya (Sumber:aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-lpg-di-dapuranda.pdf) Bahan Bakar Kayu bakar Arang Minyak Tanah Gas Kota Listrik LPG

Daya Pemanasan 4.000 kkal/kg 8.000 kkal/kg 11.000 kkal/kg 4500 kkal/m3 860 kkal/kWh 11.900 kkal/kg

Efisiensi alat masak 15 % 15 % 40 % 55 % 60 % 60 %

2.1.8 Saluran Gas Buang Sisa Pembakaran Pembakaran gas LPG dalam sistem water heater gas pasti akan menghasilkan gas sisa pembakaran (CO2). Oleh karena itu dalam kontruksi water heater harus dibuat saluran untuk pembuangan gas sisa pembakaran tersebut agar


15

tidak menggangu proses pembakaran. Dalam perancangan saluran gas sisa pembakaran harus diperhatikan volume gas yang keluar serta posisi lubang pembuangan harus diusahakan mengarah ke atas dan harus lancar. Selain itu posisi atau model dari rancangan saluran gas buang harus dibuat sedemikian rupa agar tidak menggangu pengguna dari water heater. Dalam perancangan water heater ini gas buang sisa pembakaran dialirkan ke atas water heater dengan menambahkan tutup di bagian atas. Tutup tersebut bisa diatur ketinggiannya sehingga volume gas sisa pembakaran yang terbuang dapat diatur. Pengaturan dilakukan dengan cara mengatur ketinggian tutup water heater tersebut. Hal ini bertujuan agar volume gas yang terbuang keluar dari water heater dapat disesuaikan serta tidak mengganggu proses pembakaran. 2.1.9 Isolator Isolator adalah benda yang tidak dapat menghantarkan kalor dari suatu tempat ke tempat lainnya. Contohnya adalah kayu, kain, gabus, wol dan udara. Oleh karena itu isolator sangat diperlukan dalam perancangan water heater dengan tujuan agar kalor hasil pembakaran bahan bakar gas LPG tidak banyak yang keluar dari water heater. Dalam perancangan alat

water heater ini

dipergunakan dua lapisan tabung. Lapisan pertama adalah ruang yang digunakan untuk proses pembakaran dan lapisan kedua adalah lapisan yang diberi isolator yang bertujuan agar kalor hasil pembakaran tidak banyak yang keluar dari water heater. Ada berbagai jenis isolator yang dapat digunakan, tetapi harus dipilih isolator yang tahan akan panas. Maka dipilih isolator udara karena mudah didapat sekaligus banyak mengandung oksigen (

) untuk keperluan proses pembakaran


16

bahan bakar. Agar isolator udara dapat digunakan maka pada lapisan tabung bagian dalam dan bagian luar diberi lubang yang tembus ke dalam dengan diameter 1,5 cm untuk tabung luar dan tengah dengan jumlah tabung tengah 70 lubang dan tabung luar 95 lubang. Sedangkan jumlah lubang tabung dalam adalah 156 lubang dengan diameter 0,5 cm. Tabel 2.4 Menunjukan Konduktivitas Termal Beberapa Media (Holman,1993) Konduktifitas Termal (k) W/moC Btu/h.ft.oF 0,0119 0,0206 0,024 0,0139 0,038 0,022 0,059 0,034 0,17 0,096 1,83 1,058

Bahan Uap Air Udara Wol Kaca Serbuk gergaji Kayu mapel / ek Batu pasir

2.1.10 Laju Aliran kalor Ketika air mengalir dalam pipa maka air tersebut memiliki kecepatan aliran, kecepatan aliran air dapat dihitung dengan persamaan (2.1) =

m m   . A  .r 2

(2.1)

Laju aliran massa air dapat dihitung dengan persamaan (2.2)

m air =  r 2 um 

(2.2)

Pada persamaan (2.1) dan (2.2) : m

= laju aliran massa (kg/s) = massa jenis air yang mengalir (kg/ = kecepatan aliran air (m/s)

r

= jari-jari pipa air (m)

)


17

Gambar 2.4 Laju Aliran Kalor Yang Terjadi Dalam Pipa Saluran Air Laju aliran kalor yang diterima oleh air yang mengalir dalam water heater dapat dihitung dengan persamaan (2.3)

qair  m air cair Tin  Tout 

(2.3)

Pada persamaan (2.3) :

q air

= laju aliran kalor yang diterima air (watt)

m air

= laju aliran air masuk ( kg /detik)

c air

= kalor jenis air (J / kgoC)

Tin

= suhu air masuk water heater (oC)

Tout

= suhu air keluar water heater (oC) Laju aliran kalor yang didapat dari proses pembakaran gas LPG dapat

dihitung dengan persamaan (2.4)

q gas = mgasCgas Pada Persamaan (2.4) :

mgas = massa gas LPG yang terpakai (kg/s) C gas = kapasitas panas gas LPG ( J/kg), (1kkal = 4186,6 J)

(2.4)


18

2.1.11 Efisiensi Dari Water Heater Efisiensi dari water heater dapat dihitung dengan persamaan (2.5)

 

q air x100% q gas

(2.5)

Pada persamaan (2.6) :



= Efisiensi dari water heater ( dalam %)

q air

= Laju aliran kalor yang diterima air (watt)

q gas

= Laju aliran kalor yang diberikan gas (watt)

2.2 Tinjauan Pustaka 2.2.1 Water Heater Yang Ada Dipasaran Saat ini dipasaran tersedia banyak jenis water heater gas LPG dengan bentuk, model, serta kapasitas atau debit air panas yang dihasilkan water heater beraneka ragam mulai dari 5 liter sampai 10 liter per menit untuk pemakaian water heater di kalangan rumah tangga. Sedangkan untuk debit yang lebih dari 10 liter/menit biasanya digunakan di hotel, rumah sakit ataupun pabrik. Berikut ini referensi pembuatan alat water heater yang mengacu pada water heater yang berada di pasaran seperti yang tersaji di bawah ini : A. Model Rancangan Water Heater Gas LPG Yang Ada Di Pasaran Saat ini di pasaran tersedia banyak jenis water heater gas LPG dengan beberapa model rancangan. Setiap rancangan dari water heater yang ada saat ini memiliki keunggulan dan kekurangan serta memiliki cara kerja yang berbeda juga. Di bawah ini di perlihatkan beberapa model rancangan water heater gas


19

LPG beserta bagian bagian utama dari setiap rancangan water heater gas LPG dan juga cara kerjanya.

Gambar 2.5 Rancangan Water Heater Gas LPG Tipe 1 Pada kontruksi water heater gas LPG tipe 1, seperti yang terlihat pada Gambar 2.5 Rancangan water heater Gas LPG tipe 1 ini memiliki model lilitan pipa saluran air yang melekat pada sebuah tabung. Saluran pipa air tidak terkena langsung panas api dari proses pembakaran, melainkan tabung bagian dalamlah yang dipanasi oleh api. Bagian luar dari tabung terdapat lilitan pipa saluran air. Jika tabung mengalami peningkatan suhu maka pipa saluran air dari water heater itu juga akan mengalami peningkatan suhu. Suhu air yang mengalir dalam pipa pun meningkat dan menjadi air panas.


20

Water heater tipe 1 ini memakai alat bantu tambahan berupa blower. Agar api hasil pembakaran dapat naik ke atas dan panas hasil pembakaran bisa merata memanasi dinding tabung bagian dalam yang dililiti pipa saluran air water heater. Keuntungan dari rancangan water heater tipe 1 ini adalah air panas yang dihasilkan memiliki debit yang tetap serta suhu yang tetap, sehingga air panas dapat terus mengalir secara kontinyu.

Gambar 2.6 Rancangan Water Heater Gas LPG Tipe 2 Pada Gambar 2.6 rancangan water heater gas LPG tipe 2 terlihat bahwa pipa saluran air water heater kontak langsung dengan api. Jadi rancangan water heater tipe 2 ini memakai model pipa saluran air yang langsung dipanasi oleh api hasil pembakaran gas LPG. Pada rancangan water heater tipe 2 ini juga menggunakan alat bantu berupa fan atau kipas udara. Tujuan agar api hasil pembakaran menjadi besar dan dapat memanasi seluruh pipa saluran air water heater.


21

Keuntungan dari rancangan water heater tipe 1 ini adalah air panas yang dihasilkan memiliki debit yang tetap serta suhu yang tetap, sehingga air panas dapat terus mengalir secara kontinyu.

Gambar 2.7 Rancangan Water Heater Gas LPG Tipe 3 Pada Gambar 2.7 rancangan water heater gas LPG tipe 3 terlihat model dari water heater ini berbentuk silinder atau tabung dan tidak memiliki saluran pipa air yang melingkar. Pada rancangan water heater gas tipe 3 ini, water heater hanya mempunyai 2 pipa saluran air masuk dan keluar yang terletak di atasnya. Cara kerja water heater tipe 3 ini lebih sederhana dari tipe sebelumnya, hanya seperti memasak air. Prinsip kerjanya air panas masuk kedalam water heater hingga mencapai jumlah tertentu. Setelah air memenuhi penampung air yang ada di dalam water heater, api di bawahnya memanasi penampung air tersebut hingga suhu air meningkat dan air menjadi panas. Api yang digunakan dalam proses tersebut adalah hasil pembakaran gas LPG. Model rancangan water


22

heater tipe 3 ini memiliki kekurangan. Kurangannya adalah debit dan suhu air panas yang dihasilkan tidak bisa tetap atau kontinyu, karena air harus ditampung terlebih dahulu baru kemudian dipanasi oleh api hasil pembakaran gas LPG.

Gambar 2.8 Rancangan Water Heater Gas LPG Tipe 4 Pada Gambar 2.8 rancangan water heater gas LPG tipe 4 terlihat model rancangan water heater memiliki bentuk silinder serta tidak mengunakan saluran pipa air yang melingkar namun menggunakan penampung air. Modelnya sama dengan rancangan water heater gas LPG tipe 3 yang disajikan dalam Gambar 2.7. Walaupun modelnya sama namun rancangan water hater tipe 4 memiliki variasi tambahan yaitu spiral heat excharger. Spiral heat excharger berfugsi memperlambat keluarnya gas buang sisa proses pembakaran dengan cara proses pembuangan gas buang sisa pembakaran dibuat dan diarahkan secara berputarputar. Hal ini bertujuan agar panas dari gas buang sisa pembakaran dapat digunakan untuk membantu memanaskan air yang ada di dalam penampung air


23

yang terletak di dalam water heater. Model rancangan water heater tipe 4 ini memiliki kekurangan. Kurangannya adalah debit dan suhu

air panas yang

dihasilkan tidak bisa tetap atau kontinyu, karena air harus ditampung terlebih dahulu baru kemudian dipanasi oleh api hasil pembakaran gas LPG. B. Spesifikasi Water Heater Gas LPG Yang Ada Di Pasaran : Berikut ini disajiakan beberapa data spesifikasi water heater gas LPG yang ada dipasaran saat ini : 1. Water Heater Gas Tipe X 1 Spesifikasi dari water heater tipe X 2 yang ada dipasaran didapatkan adalah sebagai berikut :

Gambar 2.9 Water Heater Gas Tipe X 1 Pemasangan

: External/Internal

Ukuran ( PxLxT) mm

: 369x290x127

Berat

: 6,1 kg

Kapasitas Air Panas

: 5 – 8 liter/menit

Temperatur Air Panas

: 40 oC – 60 oC


Konsumsi Gas

: 0,5 kg/jam

Ignition

: Baterai Ukuran D

Tekanan Gas

: Low Pressure, 28 mBar

Jumlah Outlet

: 1-2

Outlet Gas

: 0,5 inchi

Outlet Air Dingin

: 0,5 inchi

Outlet Air Panas

: 0,5 inchi

Tekanan Air Minimum

: 0,2 Bar

24

2. Water Heater Gas Tipe X 2 Spesifikasi dari water heater tipe X 2 yang ada dipasaran didapatkan adalah sebagai berikut :


: External/Internal

Ukuran ( PxLxT) mm

: 425 x 290 x 127

Berat

: 6,1 kg

Kapasitas Air Panas

: 5 liter/menit


Temperatur Air Panas

: 40 oC – 60 oC

Konsumsi Gas

: 0,6 kg/jam

Ignition

: Baterai Ukuran D

Tekanan Gas


Jumlah Outlet

:1

Outlet Gas

: 0,5 inchi

Outlet Air Dingin

: 0,5 inchi

Outlet Air Panas

: 0,5 inchi

Tekanan Air Minimum

: 0,15 Bar

25

3. Water Heater Tipe X 3 Spesifikasi dari water heater tipe X 3 yang ada dipasaran didapatkan adalah sebagai berikut :


: External/Internal

Ukuran ( PxLxT) mm

: 380 x 288 x 141

Kapasitas Air Panas

: 5 liter/menit

Temperatur Maksimal

: 60 oC


Konsumsi Gas

: 0,46 kg/jam

Ignition

: Baterai Ukuran D

Tekanan Gas


Jumlah Outlet

: 1-2

Input Gas

: 0,5 inchi

Input Air Dingin

: 0,5 inchi

Outlet Air Panas

: 0,5 inchi

Tekanan Air Minimum

: 0,1 Bar

26

2.2.2 Hasil Penelitian Water Heater Gas LPG Putra, PH. (2012) telah melakukan penelitian water heater gas LPG yang berjudul “Water Heater Dengan Panjang Pipa 20 Meter Dan 300 Lubang Masuk Udara Pada Dinding Luar” yang bertujuan : (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 perpindahan kalor yang diterima oleh air, (d) mendapatkan hubungan antara debit air dengan efisisensi water heater. Penelitian tersebut dilakukan dengan batasan-batasan sebagai berikut : (a) Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, (b) Diameter pada dinding luar 25 cm, (c) Diameter pada dinding dalam 20 cm, (d) Panjang pipa 20 meter, (e) Diameter bahan pipa 3/8 inci, (f) 300 lubang masuk udara pada dinding luar, (g) 1005 lubang pada dinding dalam water heater, (h) 6 buah sirip dari pipa berdiameter 3/8 inci, (i) Variasi dilakukan pada besarnya debit air masuk water heater. Dari hasil penelitian tersebut didapatkan : (a) Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran,


27

yang mampu menghasilkan panas dengan temperature 42,9 C pada debit 10 liter/menit (b) Hubungan antara debit air yang mengalir (m) dengan temperature air keluar water heater ( ) dapat dinyatakan dengan persamaan + 1,126

– 16,52 m + 129,9 (m dalam liter/menit,

= -0,027

dalam C ) d (c)

Hubungan antara debit air yang mengalir dengan laju perpindahan kalor dinyatakan dengan persamaan dalam liter/menit,

= 17,09

+ 489

+ 439 m + 3654 (m

dalam watt) dan (d) Hubungan antara debit air yang

mengalir dengan efisisensi water heater dapat dinyatakan dengan persamaan  = 0,077

- 2,208

+ 19,84 m + 16,50 ( m dalam liter/menit,  dalam %) .


BAB III PEMBUATAN ALAT 3.1 Perancangan Water Heater Gas Langkah pertama dalam pembuatan water heater gas adalah merancang bentuk dan model water heater. Pada Gambar 3.1 sampai Gambar 3.6 memperlihatkan gambar rancangan water heater mulai dari rancangan pipa saluran air sampai tabung water heater dan bentuk akhir dari water heater.

Gambar 3.1 Saluran Pipa Air Water Heater Gambar 3.1 merupakan gambar rancangan pipa saluran air water heater. Pipa saluran air menggunakan material yang mudah menyerap kalor yaitu material tembaga. Panjang pipa saluran air adalah 8 meter dan memiliki diameter 0,5 inci. Pipa dirancang dengan bentuk spiral dengan 2 putaran lintasan melingkar. Tujuan dibuat 2 putaran melingkar agar tinggi pipa tidak terlalu tinggi, sehingga ukuran alat tidak terlalu besar dan diharapkan pipa dapat menyerap kalor dengan sempurna karena dekat dengan api dari kompor.

28


29

Gambar 3.2 Pipa Saluran Air Water Heater Dengan Sirip Tembaga Gambar 3.2 merupakan gambar rancangan saluran pipa air water heater yang diberi sirip. Tujuan dari pemberian sirip adalah memperluas permukaan kalor. Dalam rancangan pipa air water heater sirip sangat membantu pipa saluran air menangkap kalor dari api hasil proses pembakaran gas LPG. Sirip dibuat dari bahan pipa tembaga dengan diameter 0,5 inci. Sirip dibuat dengan model tegak, hal ini bertujuan agar sirip dapat dipasang dengan mudah. Pada rancangan water heater ini. Sirip dipasang pada bagian lingkaran luar dari pipa saluran yang berjumlah 3 sirip dengan tinggi 24 cm. Sirip juga pasang pada bagian celah antara lingkaran pipa bagian dalam dan lingkaran pipa bagian luar. Pada bagian ini sirip yang dipasang berbentuk elips dan dipasang tegak berjumlah 4 sirip dengan tinggi 24 cm.


30

Gambar 3.3 Tabung Water Heater Gambar 3.3 merupakan gambar rancangan tabung water heater. Tabung water heater menggunakan bahan plat galvalum. Dipilihnya plat galvalum sebagai bahan tabung water heater, karena ketahanan plat tersebut terhadap suhu yang tinggi dan korosi. Ada 3 lapisan tabung yang digunakan. Lapisan tabung pertama mempunyai diameter 10 cm dengan tinggi 30. Lapisan tabung ke dua mempunyai diameter 25 cm dengan tinggi 30 cm. Lapisan tabung ke tiga mempunyai diamter 30 dengan tinggi 30 cm. Semua lapisan tabung diberi lubang saluran udara. Lubang saluran udara digunakan sebagai jalan masuknya oksigen yang mendukung proses pembakaran dan diguanakan sebagai isolator udara. Jumlah lubang pada lapisan pertama adalah 156 lubang dengan diameter 0,5 cm. Sedangkan jumlah lubang pada lapisan luar adalah 95 lubang dengan diameter 1,5 cm, dimana lubang pada lapisan luar langsung tembus ke lapisan yang ke 2.


Gambar 3.4 Water Heater Tampak Samping

Gambar 3.5 Water Heater Tampak Atas

31


Gambar 3.6 Water Heater Tampak Bawah

Gambar 3.7 Water Heater Dengan Tutup Atas

32


33

Gambar 3.7 merupakan gambar bentuk akhir water heater yang dibuat dalam penelitian ini. Water heater juga dilengkapi dengan tutup pada bagian atas water heater. Tutup water heater bisa diatur ketinggianya. Tujuanya untuk mengatur volume gas buang yang keluar dari dalam water heater. 3.2 Menentukan Bahan Untuk Membuat Water Heater Dalam perancangan water heater ini dipilih bahan pipa dari material tembaga. Bagian casing tabung luar dan dalam menggunakan kontruksi rangka besi. Besi yang digunakan adalah besi nako dan besi strip. Setelah itu rangka dilapisi plat galvalum, dengan tujuan agar water heater memiliki kontruksi yang kokoh dan tahan terhadap korosi. 3.3 Peralatan Yang Digunakan Dalam Pembuatan Water Heater Peralatan yang digunakan dalam proses pembuatan alat water heater gas LPG adalah mesin las listrik, gerinda, gergaji besi otomatis, mesin bor set, gergaji besi manual, obeng, mistar, meteran, alat pemotong plat, gunting plat, tang kombinasi, palu, kunci pas ring set, tabung gas LPG, regulator high pressure, kompor gas high pressure.

Gambar 3.8 Mesin Las Listrik


34

Mesin las listrik digunakan dalam pembuatan rangka water heater. Dengan memakai proses pengelasan untuk metode penyambungan rangkanya, diharapkan water heater gas yang dibuat akan memiliki kontruksi yang kuat dan tahan lama.

Gambar 3.9 Gerinda Dan Mesin Pemotong Besi Gerinda digunakan untuk menghaluskan permukaan suatu benda. Dalam proses pembuatan water heater gas, gerinda banyak digunakan untuk menghaluskan dan meratakan permukaan bekas proses pengelasan. Sedangkan mesin pemotong besi digunakan untuk memotong besi. Besi yang dipotong adalah besi nako dan besi strip, dimana besi tersebut adalah bahan utama pembuatan rangka water heater gas.


35

Gambar 3.10 Bor Set Bor digunakan untuk membuat lubang. Pembuatan lubang dilakukan pada rangka water heater yang digunakan untuk pemasangan paku keling. Lubang juga dibuat pada seluruh tabung yang melapisi water heater sebagai isolator udara.

Gambar 3.11 Gergaji Besi Gergaji besi digunakan untuk memotong besi. Besi yang dipotong menggunakan gergaji besi adalah besi strip dan besi nako. Dimana besi tersebut digunakan sebagai bahan utama pembuatan rangka water heater.


36

Gambar 3.12 Obeng Dan Mistar Obeng digunakan untuk memasang dan mengencangkan baut. Obeng yang digunakan adalah obeng (-) dan obeng (+). Sedangkan mistar digunakan untuk mengukur panjang dari suatu benda.

Gambar 3.13 Meteran Meteran digunakan untuk mengukur panjang suatu benda. Dalam pembuatan water heater, meteran banyak digunakan untuk mengukur panjang dan ukuran pada besi naco, besi strip dan plat galvalum.


37

Gambar 3.14 Alat Pemotong Plat Dan Gunting Plat Alat pemotong plat dan gunting plat digunakan untuk memotong plat, dalam hal ini adalah plat galvalum. Untuk pemotongan plat yang tergolong besar maka pemotongan harus menggunakan alat pemotong. Sedangkan untuk plat yang ukuranya tergolong kecil, proses pemotonganya hanya perlu menggunakan gunting plat saja.

Gambar 3.15 Tang Kombinasi Dan Palu Tang kombinasi digunakan untuk memotong kawat. Selain itu tang kombinasi juga digunakan untuk menarik dan mengikat kawat agar kencang.


38

3.16 Kunci Pas Ring Set Kunci pas ring set digunakan untuk mengencangkan baut yang ada pada water heater. Baut yang dikencangkan menggunakan kunci ini diantaranya adalah baut-baut pengikat sirip dan baut pengatur tinggi tutup dari water heater.

Gambar 3.17 Tabung Gas LPG 3 kg Karena sumber pemanas air menggunakan tenaga gas. Maka dalam penelitian ini gas yang digunakan adalah gas LPG produksi pertamina. Bisa menggunakan gas LPG ukuran 3 kg maupun 12 kg. Dimana gas LPG jenis dan ukuran tersebut tersedia banyak di pasaran.


39

Gambar 3.18 Regulator Gas High Pressure Dan Selang Gas Dalam perancangan water heater gas ini, digunakan tipe regulagor gas high pressure atau tekanan tinggi. Tujuan penggunaan regulator gas bertekanan tinggi agar gas yang disalurkan ke kompor.

Gambar 3.19 Kompor Gas High Pressure Dalam perancangan water gas LPG ini, kompor gas yang digunakan adalah kompor gas tipe high pressure atau bertekanan tinggi. Dipilihnya kompor gas bertekanan tinggi bertujuan agar api yang dihasilkan dalam proses


40

pembakaran besar dan water heater dapat menghasilkan air panas dengan suhu yang tinggi. 3.4 Proses Pembuatan Alat Water Heater Gas Proses pengerjaan water heater dikerjakan tahap demi tahap, berikut ini tahap pengerjaannya : 1. Perancangan dan pembuatan desain water heater Perancangan bertujuan mencari bentuk kontruksi dari water heater yang akan dibuat. Proses perancangan dilakukan dengan cara membuat gambar sketsa dengan cara manual lalu digambar dengan menggunakan program solidwork. Benda digambar adalah dimensi ukuran water haeter, model water heater dan bentuk water heater. 2. Pemilihan dan penyediaan bahan Pemilihan dan penyediaan bahan ditentukan setelah mendapat gambar dimensi serta bentuk dari water heater yang akan dibuat. Dari gambar tersebut maka dipilih bahan sebagai berikut : A. Pipa tembaga Digunakan untuk membuat pipa saluran air water heater serta digunakan untuk membuat sirip. Dipilihnya pipa tembaga karena pipa tembaga memiliki konduktifitas termal bahan yang tinggi, sehingga mudah dalam menghantarkan kalor atau panas. Dalam perancangan ini dipilih bahan pipa tebaga dengan diamater 0,5 inci. Pipa tembaga dengan panjang 8 meter digunakan sebagai bahan pembuatan pipa saluran air water heater dan pipa tembaga dengan panjang 2 meter digunakan sebagai bahan membuat sirip water heater.


41

Gambar 3.20 Bahan Pipa Tembaga B. Besi strip dan besi nako dengan ukuran 0,8 cm x 0,8 cm Besi digunakan untuk membuat rangka dari water heater. Rangka yang dibuat adalah rangka bagian dalam dan rangka bagian luar. Hal ini bertujuan agar kontruksi dari water heater kokoh dan kuat.

Gambar 3.21 Besi Strip


42

Gambar 3.22 Besi Nako C. Plat galvalum Plat galvanum dipilih karena ketahananya terhadap panas dan korosi. Plat galvalum digunakan untuk melapisi rangka bagian dalam dan luar water heater yang dibuat.

Gambar 3.23 Pelat Galvalum


43

D. Paku keling alumunium Paku keling digunakan untuk memasang plat galvalum pada rangka. Hal yang mendasari di pilihnya paku keling sebagai alat pengikat antara plat dengan rangka karena paku keling mudah dibongkar pasang jika ada kesalahan atau saat penyempurnaan water heater kedepanya. 3. Proses pengerjaan water heater Dalam proses pengerjaan terbagi dalam beberapa langkah. Hal ini bertujuan agar nantinya bentuk dari water heater ketika jadi sesuai dengan desain yang sudah dibuat. Berikut ini langkah-langkah pengerjaannya : A. Memotong pipa tembaga Langkah pertama adalah memotong pipa tembaga agar sesuai dengan desain yang dibuat. Pipa tembaga dengan panjang 10 meter dipotong dengan ukuran 8 meter sebagai bahan pipa saluran air dan 2 meter sebagai bahan membuat sirip. Setelah dipotong pipa tembaga dengan panjang 8 meter dibuat melingkar dengan cara dirol dengan model 2 tingkat.

Gambar 3.24 Proses Pemotongan Pipa


44

B. Mengerol pipa tembaga Proses pengerolan dilakukan dengan menggunakan alat rol pipa tembaga dan sebuah tabung (menggunakan panci besi) yang digunakan sebagai penahan pipa saat dirol. Selain untuk menahan penggunaan panci besi bertujuan agar dapat terbentuk model rol pipa 2 tingkat dan menghasilkan model pengerolan dengan diameter lengkungan yang berbeda. Diameter lengkungan pipa bagian dalam 18 cm dan diameter lengkungan pipa bagian luar 20 cm.

Gambar 3.25 Pengerolan Pipa Saluran Air C. Membuat sirip Sirip dibuat dari bahan bahan pipa tembaga. Pipa tembaga yang digunakan memiliki diameter 0,5 cm. Sirip dibuat dengan memotong dan meluruskan pipa tembaga. Sirip dipasang secara vertikal, dengan tujuan agar pemasangnanya mudah dan cepat menyalurkan panas dari api kompor.


45

Gambar 3.26 Pembuatan Sirip Tembaga D. Pemasangan sirip pada pipa water heater Sirip dipasang pada bagian diameter luar dari lengkungan pipa saluran air. Sirip juga dipasang diantara celah diameter lengkungan tingkat pertama dan lengkungan pipa kedua. Sirip dipasang secara manual menggunakan kawat besi dan baut agar sirip terpasang dengan kencang pada pipa saluran air.

Gambar 3.27 Pipa Saluran Air


46

E. Membuat rangka water heater Rangka dibuat dengan tujuan agar water heater memiliki kontruksi yang kuat serta kokoh. Selain itu penggunaan rangka bertujuan agar dalam pemasangan plat penutup luar dan dalam dari water heater dapat dilakukan dengan mudah. Dengan menggunakan rangka, diharapkan plat akan terpasang dengan sempurna dan tidak mudah melengkung atau bengkok. Rangka dibuat menggunakan besi strip dan besi nako ukuran 0,8 x 0,8 cm setelah besi di bentuk semua besi tadi di satukan dengan cara dilas menggunakan las listrik.

Gambar 3.28 Rangka Atas dan Bawah Tabung Water Heater


Gambar 3.29 Proses Pembuatan Rangka Water Heater

Gambar 3.30 Rangka Water Heater

47


48

F. Memasang pipa tembaga ke rangka water heater Pipa tembaga dipasang ke rangka dengan cara dikaitkan dengan besi strip. Besi strip tersebut direkatkan ke pipa saluran air sehingga pipa saluran air terpasang sempurna ke rangka water heater.

Gambar 3.31 Pemasangan Saluran Pipa Air Ke Rangka G. Memasang plat galvalum ke rangka water heater Proses pemasangan plat galvalum dilakukan setelah pipa saluran air dipasang pada rangka bagian dalam dari water heater. Setelah itu tabung pertama di las pada rangka tabung kedua dengan penambahan besi sebagai penguat diantara celah tabung dalam dan tabung luar water heater. Setelah rangka bagian luar disatukan dengan rangka bagian dalam, rangka bagian luar di lapisi dengan plat galvalum. Pemasangan plat galvalum ke rangka water heater menggunakan metode paku keling.


49

Gambar 3.32 Pemasangan Plat Galvalum Ke Rangka H. Membuat lubang saluran udara Lubang udara dibuat dengan tujuan untuk memenuhi kebutuhan oksigen yang sangat berguna bagi proses pembakan. Jumlah oksigen sangat menentukan tinggi atau tidaknya kalor yang dihasilkan dari proses pembakaran. Selain itu lubang udara juga difungsikan sebagai isolator udara. Lubang udara dibuat dengan diameter 1,5 cm, lubang udara pada tabung bagian dalam dan luar dibuat dengan ukuran diameter yang sama.


50

I. Hasil Pembuatan Gambar 3.33 memperlihatkan gambar water heater gas LPG yang telah selesai dibuat.

Gambar 3.33 Water Heater Gas LPG J. Pemasangan water heater ke kompor gas LPG Pemasangan water heater ke atas kompor dapat dilakukan dengan mudah, tidak rumit dan sederhana. Diameter water heater sama dengan diameter tungku dari kompor yang digunakan yaitu kompor bertungku besar. Namun jika menggunakan kompor model lain pemasanganya juga mudah tinggal diseuaikan saja dengan posisi dari water heater.


BAB IV METODOLOGI PENELITIAN 4.1 Benda Uji Benda uji yang digunakan adalah alat water heater energi gas LPG. Water heater berbentuk tabung. Tinggi water heater adalah 30 cm dan berdiameter 30 cm. Water heater memiliki 3 tabung yang diberi lubang udara. Tabung dalam memiliki diameter 10 cm dengan 156 lubang udara dengan diameter 0,5 cm. Tabung tengah memiliki diameter 25 cm dengan 70 lubang udara dengan diameter 1,5 cm. Tabung luar memiliki diameter 30 cm dengan 95 lubang udara dengan diameter 1,5 cm. Bahan pipa air tebuat dari tembaga dengan panjang 8 meter dengan model pengerolan bertingkat dan bersirip. Water heater juga memiliki tutup yang bisa diatur ketinggiannya.

Gambar 4.1 Water Heater Gas LPG

51


52

4.2 Prinsip Kerja Water Heater Gas Prinsip kerja water heater gas yang dibuat dalam penelitian ini terbagi dalam 3 proses yaitu (A) proses pembakaran dan penyerapan kalor, (B) input (air masuk ke dalam water heater), (C) output (air keluar dari water heater) : A. Proses pembakaran dan penyerapan kalor Proses pemanasan dalam water heater diawali dengan proses pembakaran yang terjadi secara langsung dari gas LPG. Dalam proses ini harus ditunggu beberapa saat, agar proses perpindahan panas konduksi dari api ke pipa saluran air terjadi dengan sempurna. Proses selanjutnya adalah memasukan air ke pipa saluran air jika panasya sudah cukup. B. Input (air masuk ke dalam water heater) Proses input adalah proses pemasukan air ke pipa saluran air water heater. Dalam proses ini memanfaatkan perpindahan panas secara konveksi. Dimana terjadi perpindahan panas dari permukaan dalam pipa saluran air ke air yang mengalir di dalamnya. C. Output (air keluar dari water hater) Proses output adalah proses keluarnya air dari water heater. Air keluar dengan suhu yang sudah meningkat dan menjadi panas. Pada proses ini suhu air keluar diukur dengan menggunakan termokopel untuk mengetahui peningkatan suhu airnya.


53

4.3 Skematik Alat Penelitian Skematik pengujian water heater gas LPG disajikan pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Skematik Penelitian Water Heater Untuk mengalirkan air menuju alat water heater diperlukan adanya air dan kran. Kran digunakan sebagai pengatur jumlah debit air yang digunakan untuk mengaliri water heater. LPG digunakan sebagai bahan bakar kompor untuk memanasi air yang mengalir di dalam water heater. Untuk mengukur suhu air masuk dan suhu air keluar menggunakan termokopel digital. 4.4 Alat Bantu Penelitian Alat – alat yang digunakan dalam penelitian water heater berbahan bakar LPG adalah sebagai berikut : A. Kompor Gas LPG, digunakan sebagai sumber api pemanas water heater. B. Gas LPG, sebagai bahan bakar pada water heater. C. Sumber air dengan kran, sebagai sumber air yang dialirkan ke water heater. D. Selang air, sebagai media penghubung kran air dengan saluran inlet water heater.


E. Gelas ukur, sebagai pengukur volume air. F. Termokopel, sebagai alat ukur suhu air masuk dan keluar dari water heater . G. Stopwatch, sebagai pengukur waktu. H. Mur, baut dan klem, digunakan untuk pengencang.

Gambar 4.3 Termokopel Digital

Gambar 4.4 Gelas Ukur

54


55

4.5 Alur Penelitian Alur penenlitian dalam penelitian water heater ini adalah 1. Menyiapkan water heater yang akan diteliti. 2. Menyiapkan kompor gas beserta tabung gas LPG dan kelengkapannya seperti selang regulator. 3. Menimbang gas LPG sebelum digunakan. 4. Meletakkan water heater ke atas kompor gas. 5. Menghubungkan selang dari sumber air ke saluran masuk dari water heater. 6. Menyalakan kompor dan ditunggu sampai keadaan panas water heater sesuai. 7. Memasukan air ke water heater dengan cara mengatur debitnya dengan kran air. 8. Mengukur suhu air panas yang dihasilkan water heater dengan termokopel. 9. Mengukur debit air panas yang dihasilkan water heater dengan gelas ukur 1 liter dan stopwatch untuk mengukur waktu. 10. Menimbang berat gas LPG setelah digunakan. 11. Mengolah data yang didapatkan selama penelitian. 12. Menyimpulkan data hasil penelitian. 4.6 Variasi Penelitian Variasi yang dilakukan dalam penelitian adalah mengatur besar debit air yang mengalir dalam water heater. Variasi juga dilakukan pada tutup water heater, dengan cara mengatur tinggi tutup water heater. Variasi pertama kondisi tutup water heater tertutup rapat, variasi kedua10 putaran tutup water heater dan variasi yang ketiga adalah 20 putaran tutup water heater.


56

4.7 Cara mendapatkan data Dalam penelitian ini terdapat beberapa parameter yang diukur. Beberapa parameter yang diukur adalah temperatur air yang masuk ke water heater, temperatur air yang keluar dari water heater, kecepatan aliran air, debit aliran air yang mengalir dalam water heater, laju aliran kalor yang diterima air, laju aliran kalor dari proses pembakaran gas LPG, serta efisisensi yang dihasikan water heater. Dalam pengambilan data, dilakukan variasi tutup water heater. Variasi pertama adalah kondisi tutup rapat, lalu selanjutnya divariasikan 10 putaran tutup dan variasi yang terakhir adalah 20 putaran tutup. Semua data yang didapat nantinya akan dibandingkan. 4.8 Cara Mengolah Data Langkah pengolahan data pada penelitian water heater ini adalah sebagai berikut : a. Hubungan antara debit air dengan suhu air yang keluar dari water heater. b. Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang keluar water heater. c. Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater. Untuk memudahkan mendapatkan kesimpulan dari data yang diolah, maka perbandingan data disajikan dalam bentuk grafik. 4.9 Cara Mendapatkan Kesimpulan Hasil hitungan persamaan hubungan antara debit air dengan suhu air dari water heater dapat dilakukan dengan memanfaatkan program dari Microsoft Excel.


BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1 Hasil Penelitian Hasil yang didapatkan dalam penelitian water heater gas meliputi : suhu air masuk (Tin), suhu air keluar (Tout) dan debit air disajikan pada Tabel 5.1 sampai Tabel 5.3. Pengujian dilakukan dengan variasi putaran tutup water heater. Pengujian pertama tutup masih dalam kondisi rapat, kemudian dilakukan variasi pembukaan tutup dengan cara memutar tutup. Putaran tutup sebanyak 10 putaran dan 20 putaran. Aliran gas pada kompor diposisikan pada posisi maksimum. Air yang digunakan berasal dari kran. Untuk menentukan debit dilakukan pengaturan putaran pembukaan kran air. Tabel 5.1 Data Pengujian Water Heater Dengan Kondisi Tutup Tertutup Rapat No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Debit air (liter/menit) 48 39,6 25,2 20,4 14,4 10,8 9 6,6 4,2 2,4

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

57

Suhu air keluar Tout(°C) 28,7 29,9 31,4 33,2 34,2 39,9 43,1 46,5 57 84,6

∆T (°C) 2,7 3,9 5,4 7,2 8,2 13,9 17,1 20,5 31 58,6


58

Tabel 5.2 Data Pengujian Water Heater Dengan Tutup Terbuka 10 Putaran No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Debit air (liter/menit) 52,8 37,4 25,4 16,8 14,4 10,8 8,4 7,2 6 1,6


Suhu air keluar Tout (°C) 28,9 29,9 31,2 34,2 37 39,8 42,8 46,2 48,4 91,2

∆T (°C) 2,9 3,9 5,2 8,2 11 13,8 16,8 20,2 22,4 65,2

Tabel 5.3 Data Pengujian Water Heater Dengan Tutup Terbuka 20 Putaran No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Debit air (liter/menit) 48 40,2 37,2 22,8 15,6 12 10,2 7,2 5,4 1,4


Suhu air keluar Tout (°C) 28,6 29,5 30,7 32,6 34,2 37,3 38,3 43,4 53,3 98,3

∆T (°C) 2,6 3,5 4,7 6,6 8,2 11,3 12,3 17,4 27,3 72,3

Catatan : 1. Kondisi tutup water heater terbuka 10 putaran adalah kondisi tutup terbuka didapat dengan cara memutar tutup water heater sebanyak 10 putaran. 2. Kondisi tutup water heater terbuka 20 putaran adalah kondisi tutup terbuka didapat dengan cara memutar tutup water heater sebanyak 20 putaran.


59

5.2 Perhitungan Perhitungan kecepatan air rata rata Um, laju aliran massa air dan laju aliran kalor q yang diserap air dilakukan dengan mempergunakan data data seperti tersaji pada Tabel 5.1. Sebagai contoh perhitungan diambil data hasil pengujian untuk kondisi tutup rapat diambil pada saat debit 9 liter/ menit. Diketahui : Diameter dalam pipa saluran air

: 0,5 inci = 1,2700 cm = 0,01270 m

Jari jari pipa saluran (r)

: 0,00635 m

Massa jenis air (ρ)

: 1000 kg/m3

Kalor jenis air (cair)

: 4179 J/(kgoC)

Laju aliran massa gas (mgas)

: 0,044 kg/menit

Kapsitas panas gas (Cgas)

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

A. Perhitungan Kecepatan air rata rata ( um ) Perhitungan kecepatan air rata rata um yang mengalir di dalam saluran pipa air mempergunakan persamaan

debit air (m3 / s) debit air um   2 luas penampang pipa (m ) r 2

m/ s (5.1)

Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 9 liter/menit. (data lain pada Tabel 5.4). Satuan debit air dijadikan dalam satuan m3/s. debit air 

9 x103 m3  0,150 x10 3 m3 / s 9liter  60s  menit


60

Kecepatan air rata rata um :

um 

debit air , (m / s) r 2

um 

0,150 x10 3 m 3 / s 3,14 x0,00635 2 m 2

 1,18 m / s

B. Perhitungan laju aliran massa air ( ̇

air )

Perhitungan laju aliran massa air mair di dalam saluran pipa air mempergunakan persamaan (2.2)  air  massa jenis luas penampang kecepatan air    m

r u  2

m

. Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 9 liter/menit. (data lain pada Tabel 5.4)





 air  1000 3,14 x0,00635 2 1,18 kg / s  0,1494kg / s m

C. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air (qair) Perhitungan laju aliran kalor yang diserap oleh air di dalam saluran pipa mempergunakan persamaan (2.3)





qair  massaairkalor jenis air  Tout  Tin watt  air .cair Tout  Tin  watt m

Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 9 liter/menit dan laju aliran massa air = 0,1494 kg/s. (data lain pada Tabel 5.4) qair  0,1494417943,1  26

 (624,342)(17,1) watt 10,676kW

*Catatan : 1 watt = J/s


61

D. Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas (qgas) Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan oleh gas di luar saluran pipa mempergunakan persamaan (2.4) q gas = (laju aliran massa).(kapasitas panas) kW

q gas  0,044 .(11900.4186,6)  36,535kW (60)

E. Efisiensi Water Heater Perhitungan Efisiensi water heater (η) kompor gas dapat menggunakan persamaan (2.5)





q air x100% q gas

10,676 x100%  29,221% 36,535

Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap disajikan pada Tabel 5.4. Tabel 5.4 Hasil Perhitungan Data Dengan Kondisi Tutup Water Heater Tertutup Rapat No

Debit air (liter/menit)

Tin (°C)

Tout (°C)

∆T (°C)

mair (kg/s)

Um (m/s)

qair (kW)

Efisiensi (%)

Debit air (m³/s)

qgas (kW)

1

48

26

28,7

2,7

0,800

6,32

9,027

24,71

0,000800

36,535

2

39,6

26

29,9

3,9

0,660

5,21

10,757

29,44

0,000660

36,535

3

25,2

26

31,4

5,4

0,420

3,32

9,478

25,94

0,000420

36,535

4

20,4

26

33,2

7,2

0,340

2,69

10,230

28,00

0,000340

36,535

5

14,4

26

34,2

8,2

0,240

1,90

8,224

22,51

0,000240

36,535

6

10,8

26

39,9

13,9

0,180

1,42

10,456

28,62

0,000180

36,535

7

9

26

43,1

17,1

0,150

1,18

10,719

29,34

0,000150

36,535

8

6,6

26

46,5

20,5

0,110

0,87

9,424

25,79

0,000110

36,535

9

4,2

26

57

31

0,070

0,55

9,068

24,82

0,000070

36,535

10

2,4

26

84,6

58,6

0,040

0,32

9,796

26,81

0,000040

36,535


62

Dari Tabel 5.4. Hubungan debit air dengan suhu air yang keluar dapat di buat dan hasilnya disajikandalam bentuk grafik pada Gambar 5.1. Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor water heater dapat dibuat dan hasilnya disajikan dalam bentuk grafik pada Gambar 5.2. Gambar 5.3 memberikan informasi tentang hubungan efisiensi water heater dengan debit air. 90 80 70

Tout= (94,641.X0,337).(liter/menit)-0,337oC R² = 0,9211 (dengan X adalah debit air)

Tout(oC)

60 50 40 30 20 10 0 0

10

20

30

40

50

Debit Air (liter/menit) Gambar 5.1 Hubungan Antara Debit Air Dengan Suhu Air Keluar 12

q air (kW)

10 8 qair = -0,0007(X2).(liter/menit)-2 + 0,0374(X1).(liter/menit)-1 + 9,4346 (dengan X adalah debit air)

6 4 2 0 0

10

20

30

40

50

Debit Air (liter/menit) Gambar 5.2 Hubungan Antara Debit Air Dengan Laju Aliran Kalor Yang Diterima Air


63

35

Efisiensi (%)

30 25 20

η = -0,002(X2).(Liter/menit)-2 + 0,1024x(X1).(liter/menit)-1+ 25,824 (dengan X adalah debit air)

15 10 5 0 0

10

20

30

40

50

Debit Air (liter/menit) Gambar 5.3 Hubungan Antara Debit Air Dengan Efisiensi Tabel 5.5 Hasil Perhitungan Data Dengan Kondisi Tutup Terbuka 10 Putaran


Tin (°C)

Tout (°C)

∆T (°C)

mair (kg/s)

Um (m/s)

qair (kW)

Efisiensi (%)

Debit air (m³/s)

qgas (kW)

1

52,8

26

28,9

2,9

0,880

1,74

10,665

29,19

0,000880

36,535

2

37,4

26

29,9

3,9

0,623

1,23

10,159

27,81

0,000623

36,535

3

25,4

26

31,2

5,2

0,423

0,84

9,199

25,18

0,000423

36,535

4

16,8

26

34,2

8,2

0,280

0,55

9,595

26,26

0,000280

36,535

5

14,4

26

37

11

0,240

0,47

11,033

30,20

0,000240

36,535

6

10,8

26

39,8

13,8

0,180

0,36

10,381

28,41

0,000180

36,535

7

8,4

26

42,8

16,8

0,140

0,28

9,829

26,90

0,000140

36,535

8

7,2

26

46,2

20,2

0,120

0,24

10,130

27,73

0,000120

36,535

9

6

26

48,4

22,4

0,100

0,20

9,361

25,62

0,000100

36,535

10

1,6

26

91,2

65,2

0,027

0,05

7,266

19,89

0,000027

36,535

No

Dari Tabel 5.5. Hubungan debit air dengan suhu air yang keluar dapat di buat dan hasilnya disajikan dalam bentuk grafik pada Gambar 5.4. Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor water heater dapat dibuat dan hasilnya


64

disajikan dalam bentuk grafik pada Gambar 5.5. Gambar 5.6 memberikan

Tout (oC)

informasi tentang hubungan efisiensi water heater dengan debit air. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

T out = (91,175.X0,337).(liter/menit)-0,324 oC R² = 0,9375 (dengan X adalah debit air)

0

10

20

30

40

50

60

Debit Air (liter/menit) Gambar 5.4 Hubungan Antara Debit Air Dengan Suhu Air Keluar

12

q air (kW)

10 8 6

qair = -0,0013(X2).(liter/menit)-2 + 0,098(X1) .(liter/menit)-1+ 8,7125 (dengan X adalah debit air)

4 2 0 0

10

20

30

40

50

60



65

35

Efisiensi (%)

30 25 20 15

η = -0,0035(X2).(litermenit)-2 + 0,2682(X1).(liter/menit)-1 + 23,847 (dengan X adalah debit air)

10 5 0 0

10

20

30

40

50

60

Debit Air (liter/menit) Gambar 5.6 Hubungan Antara Debit Air Dengan Efisiensi Tabel 5.6 Hasil Perhitungan Data Dengan Kondisi Tutup Terbuka 20 Putaran

No


Tin (°C)

Tout (°C)

∆T (°C)

mair (kg/s)

Um (m/s)

qair (kW)

Efisiensi (%)

Debit air (m³/s)

qgas (kW)s

1

48

26

28,6

2,6

0,800

1,58

8,692

23,79

0,00080

36,535

2

40,2

26

29,5

3,5

0,670

1,32

9,800

26,82

0,00067

36,535

3

37,2

26

30,7

4,7

0,620

1,22

12,178

33,33

0,00062

36,535

4

22,8

26

32,6

6,6

0,380

0,75

10,481

28,69

0,00038

36,535

5

15,6

26

34,2

8,2

0,260

0,51

8,910

24,39

0,00026

36,535

6

12

26

37,3

11,3

0,200

0,39

9,445

25,85

0,00020

36,535

7

10,2

26

38,3

12,3

0,170

0,34

8,738

23,92

0,00017

36,535

8

7,2

26

43,4

17,4

0,120

0,24

8,726

23,88

0,00012

36,535

9

5,4

26

53,3

27,3

0,090

0,18

10,268

28,10

0,00009

36,535

10

1,4

26

98,3

72,3

0,023

0,05

7,050

19,30

0,00002

36,535

Dari Tabel 5.6. Hubungan debit air dengan suhu air yang keluar dapat di Sbuat dan hasilnya disajikandalam bentuk grafik pada Gambar 5.7. Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor water heater dapat dibuat dan hasilnya disajikan dalam bentuk grafik pada Gambar 5.8. Gambar 5.9 memberikan informasi tentang hubungan efisiensi water heater dengan debit air.


66

100 90 80

T out=( 92,793.X0,33).(liter/menit)-0,33 oC R² = 0,9243 (dengan X adalah debit air)

Tout (oC)

70 60 50 40 30 20 10 0 0

10

20

30

40

50

Debit Air (liter/menit) Gambar 5.7 Hubungan Antara Debit Air Dengan Suhu Air Keluar

14 12

q air (kW)

10 8 6

qair = -0,00429(X2).(liter/menit)-2 + 0,2433(X1).(liter/menit)-1 + 7,2533 (dengan X adalah debit air)

4 2 0 0

10

20

30

40

50



67

35

Efisiensi (%)

30 25 20 η = -0,0115(X2).(liter/menit)-2 + 0,666(X1).(liter/menit)-1 + 19,853 (dengan X adalah debit air)

15 10 5 0 0

10

20

30

40

Debit Air (liter/menit) Gambar 5.9 Hubungan Antara Debit Air Dengan Efisiensi

50


68

100

90

Suhu Keluar Water Heater, Tout (oc)

80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

10

20 30 40 Debit Air (liter/menit)

50

Gambar 5.10 Hubungan Antara Debit Dengan Suhu Air Keluar Dengan Variasi Tutup Water Heater Keterangan : Titik biru adalah kondisi tutup rapat. Titik merah dengan kondisi tutup water heater terbuka 10 putaran. Titik hijau dengan kodisi tutup water heater terbuka 10 putaran.

60


69

5.3 Pembahasan Dari hasil penelitian water heater yang dibuat mampu menghasilkan air panas dengan kisaran temperatur air 28,7 oC - 84,6 oC pada kisaran debit 2,4 liter/menit - 48 liter/menit, dengan kondisi tutup tertutup rapat. Pada kondisi tutup terbuka 10 putaran water heater mampu menghasilkan air panas dengan kisaran temperatur air 28,9 oC - 91,2 oC pada kisaran debit 1,6 liter/menit - 52,8 liter/menit. Pada kondisi tutup terbuka 20 putaran water heater mampu menghasilkan air panas dengan kisaran temperatur air 28,6 oC - 98,3 oC pada kisaran debit 1,4 liter/menit - 48 liter/ menit. Water heater yang dibuat terbukti mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran. Terbukti dengan water heater mampu menghasilkan debit air 9 liter/menit dengan suhu 43,1oC pada kondisi tutup tertutup rapat. Pada kondisi tutup terbuka 10 putaran, water heater mampu menghasilkan debit 8,4 liter/menit dengan suhu 42,8 oC. Pada kondisi tutup terbuka 20 putaran, water heater mampu menghasilkan debit 7,2 liter/menit dengan suhu 43,4 oC. Dari Gambar 5.1, Gambar 5.4 dan Gambar 5.7 menunjukkan bahwa besar debit air yang keluar dari water heater berpengaruh pada temperatur air yang keluar dari water heater. Semakin besar debit air yang masuk kedalam water heater maka temperatur air yang keluar dari water heater semakin kecil. Jika debit air yang masuk ke water heater semakin kecil, maka temperatur air yang keluar semakin tinggi.


70

Gambar 5.10 menunjukkan perbandingan antara debit air (dalam liter/menit) dengan suhu air keluar (dalam oC) dengan variasi putaran tutup water heater. Hasil terbaik didapatkan pada kondisi tutup water heater tertutup rapat. Persamaan pendekatan antara debit air dengan suhu air keluar water heater pada kondisi tutup tertutup rapat dapat dinyatakan : Tout = (94,641.X0,337).(liter/menit)-0,337oC (Berlaku untuk debit air (X) antara 2,1 liter/menit sampai dengan 48 liter/menit pada tekanan udara luar 1 atm dan suhu air masuk water heater 26oC) Persamaan pendekatan antara debit air dengan suhu air keluar water heater dengan kondisi tutup terbuka 10 putaran dapat dinyatakan : Tout = (91,175.X0,324).(liter/menit)-0,324 oC (Berlaku untuk debit air (X) antara 1,6 liter/menit sampai dengan 52,8 liter/menit pada tekanan udara luar 1 atm dan suhu air masuk water heater 26 oC) Persamaan pendekatan antara debit air dan suhu air keluar water heater dengan kondisi tutup terbuka 20 putaran dapat dinyatakan : Tout = (92,793.X0,33).(liter/menit)-0,33 oC (Berlaku untuk debit air (X) antara 1,4 liter/menit sampai dengan 48 liter/menit pada tekanan udara luar saat itu sekitar 1 atm dan suhu air masuk water heater 26oC). Gambar 5.2, Gambar 5.5, Gambar 5.8 memberikan informasi besar debit air (dalam liter/menit) berpengaruh pada besar laju ailran kalor q (dalam Kw) yang diterima air.


Persamaan pendekatan

71

antara debit air yang dihasilkan water heater

dengan laju aliran kalor yang diterima air pada kondisi tutup tertutup rapat dapat dinyatakan : Q

air

= -0,0007(X2).(liter/menit)-2 + 0,0374(X1).(liter/menit)-1 + 9,4346 (Berlaku

untuk debit air (X) antara 2,1 liter/menit sampai dengan 48 liter/menit pada tekanan udara luar 1 atm dan suhu air masuk water heater 26oC). Persamaan hubungan antara debit air yang dihasilkan water heater dengan laju aliran kalor yang diterima air dengan kondisi tutup terbuka 10 putaran dapat dinyatakan : Q

air

= -0,0013(X2).(liter/menit)-2 + 0,098(X1).(liter/menit)-1 + 8,7125 ( Berlaku

untuk debit air (X) antara 1,6 liter/menit sampai dengan 52,8 liter/menit pada tekanan udara luar 1 atm dan suhu air masuk water heater 26 oC). Persamaan pendekatan antara debit air yang dihasilkan water heater dengan laju aliran kalor

yang diterima air dengan kondisi tutup terbuka 20

putaran dapat dinyatakan : Q

air

= 0,00429(X2).(liter/menit)-2 + 0,2433(X1).(liter/menit)-1 + 7,2533 (berlaku

untuk debit air (X) antara 1,4 liter/menit sampai dengan 48 liter/menit pada tekanan udara luar 1 atm dan suhu air masuk water heater 26oC). Gambar 5.3, Gambar 5.6, Gambar 5.9 memberikan informasi bahwa debit air (dalam liter/menit) yang mengalir berpengaruh pada nilai efisiensi (dalam %) yang dihasilkan water heater. Persamaan pendekatan antara debit air dengan efisiensi pada kondisi tutup tertutup rapat :


η

72

= -0,002(X2).(liter/menit)-2 + 0,1024 (X1).(liter/menit)-1 + 25,824 (berlaku

untuk debit air (deb) antara 2,4 liter/menit sampai dengan 48 liter/menit pada tekanan udara luar 1 atm dan suhu air masuk water heater 26oC). Nilai efisiensi water heater berkisar antara 24,71% - 29,44%. Persamaan pendekatan debit air dengan efisiensi dengan kondisi tutup terbuka 10 putaran dapat dinyatakan : η = -0,0035(X2).(liter/menit)-2 + 0,2682 (X1).(liter/menit)-1 + 23,847 (berlaku untuk debit air (deb) antara 1,6 liter/menit sampai dengan 52,8 liter/menit pada tekanan udara luar 1 atm dan suhu air masuk water heater 26 oC).Nilai efisiensi water heater berkisar antara 19,89% - 30,20%. Persamaan hubungan debit air dengan efisiensi dengan kondisi tutup terbuka 20 putaran dapat dinyatakan : η = -0,0115(X2).(liter/menit)-2 + 0,666 (X1).(liter/menit)-1 + 19,853 (berlaku untuk debit air (deb) antara 1,4 liter/menit sampai dengan 48 liter/menit pada tekanan udara luar 1 atm dan suhu air masuk water heater 26oC) Nilai efisiensi water heater berkisar antara 19,30% - 33,33%. Efisiensi water heater tidak dapat mencapai 100 % karena adanya kalor hilang melalui radiasi. Selain itu banyak kalor yang terbawa gas buang yang keluar dari water heater. Gas buang yang suhunya lebih tinggi dari pada suhu udara luar ketika masuk ke dalam water heater dan juga adanya kalor yang terhisap oleh tabung sehingga suhu tabung lebih tinggi dari keadaan awal.


BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan Hasil penelitian yang telah dilakukan untuk mengetahui karakteristik water heater dengan panjang pipa 8 meter diameter 0.5 inci dan bersirip memberikan beberapa kesimpulan : A. Water heater gas yang dibuat terbukti mampu bersaing dengan water heater gas yang ada dipasaran. Water heater mampu menghasilkan air panas dengan temperatur 43,1 oC dengan debit 9 liter/menit pada kondisi tutup tertutup rapat. Dalam Penelitian ini hasil terbaik untuk perbandingan debit air keluar dengan suhu air keluar untuk kisaran suhu 40 oC didapat pada kondisi tutup water heater tertutup rapat. B. Laju aliran kalor yang diterima air pada kondisi tutup water heater tertutup rapat sebesar 9,027-10,757 kW. Pada kondisi tutup water heater terbuka 10 putaran sebesar 7,226-11,033 kW. Pada kondisi tutup water heater terbuka 20 putaran sebesar 7,050-12,178 kW. C. Pada kondisi tutup water heater tertutup rapat nilai efisiensi water heater berkisar antara 24,71% - 29,44%. Pada kondisi tutup water heater terbuka 10 putaran nilai efisiensi water heater berkisar antara 19,89% - 30,20%. Pada kondisi tutup water heater terbuka 20 putaran nilai efisiensi water heater berkisar antara 19,30% - 33,33% D. Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG sebesar 36,535 kW.

73


74

6.2 Saran Dari proses penelitian yang telah dilakukan untuk mengetahui karakteristik water heater dengan panjang pipa 8 meter diameter 0.5 inci dan bersirip, ada beberapa saran yang dapat dikemukakan : A. Panjang pipa yang digunakan sangat berpengaruh pada debit dan suhu air keluar yang dihasilkan water heater. Tentukanlah panjang pipa sesuai kebutuhan. B. Dalam pengerolan pipa jarak kerengganganya harus diperhatikan. Sebaiknya diberi jarak kerengangan agar model rol pipa saluran air tidak terlalu rapat. Hal ini bertujuan agar proses perpindahan panas dari api hasil proses pembakaran ke permukaan luar pipa dapat sempurna . C. Lubang udara sangat penting dalam perancangan water heater. Karena proses pembakaran menggunakan gas LPG dan membutuhkan pasokan oksigen agar proses pembakaran sempurna. Oleh karena itu saluran udara untuk keperluan proses pembakaran harus dirancang sedemikian rupa agar hasilnya optimal. D. Dalam perancangan water heater harus ada saluran gas buang. Oleh karena itu saluran gas buang harus dirancang sedemikian rupa agar tidak mengganggu proses pembakaran.


75

DAFTAR PUSTAKA Holman, J.P, 1993, Perpindahan Kalor, Edisi Keenam, Erlangga : Jakarta Prijono, A. Dan Kreith, F., 1986, Prinsip-prinsip Perpindahan Panas, Edisi Ketiga, Erlangga : Jakarta. Putra, P .H. (2012) : Water Heater Dengan Panjang Pipa 20 Meter Dan 300 Lubang Masuk Udara Pada Dinding Luar, Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma: Yogyakarta. Anonim,nhttp://tekim.undip.ac.id/images/download/PERPINDAHAN_PANAS.pdf, diakses pada tanggal 12 oktober 2013. Anonim,nhttp://ft.unsada.ac.id/wp-content/uploads/2010/04/bab4-tm2.pdf, diakses pada tanggal 12 Oktober 2013. Anonim,nhttp://aptogaz.files.word,press.com/2007/07/peranan-lpg-di-dapuranda.pdf, diakses pada tanggal 15 oktober 2013 Anonim,n http://www.rinnai.co.id/product-rinnai, diakses pada tanggal 24 oktober 2013 Anonim,nhttp://www.tokowaterheater.com/index.php, diakses pada tanggal 24 oktober 2013 Anonim,nhttp://www.perkakasku.com/detailprod.php?prodid=PR222#speprod, diakses pada tangga 24 oktober 2013


LAMPIRAN A. Nilai Konduktivitas Termal Beberapa Bahan (Holman,1993)

76


B. Gambar water heater gas LPG

Gambar Lampiran Water Heater Gas LPG

77

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Recommend Documents