Water Heater dengan panjang pipa 20 meter dan 300 lubang masuk udara pada dinding luar.

(1)

WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 20 METER

DAN 300 LUBANG MASUK UDARA PADA DINDING LUAR

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

Mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Jurusan Teknik Mesin

diajukan oleh :

PRATAMA H. PUTRA 085214016

Kepada

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(2)

WATER HEATER WITH PIPE 20 METERS IN LENGTH

AND 300 HOLES OF AIR INLET ON THE OUTER WALL

THE FINAL PROJECT

To fullfi partial requirements for

an undergraduated degree S-1

in Mechanical Engineering

Department of Mechanical Engineering

Submitted by :

PRATAMA H. PUTRA 085214016

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

(3)

(4)

(5)

a i

PERT\^YATAAN

KEASLIAN

KARYA

Dengan ini kami menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak menuat karya

yang pemah diajukan disuatu perguruan tinggi, dan sepa4iang pengetahuan kami

juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh

*aog

lain" kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskatr

ini

dan disebutkan datam daftBr pustaka.

Yogyakarta" 19 Juli 2012

Pratama Handaka Putra

(6)

LEMBAR PER}IYATAAi\I PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA

ILMAH

IJNTUK KEPENTINGAI\{ AKADENdIS

Yang bertandatangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma

Nama

: PratamaHandakaPutra

NomorMahasiswa : 085214016

Demi pengembangan ilmu pengetatruan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul :

WATER TTEATER DENGAIY

PANJANG

PIPA

20 METER DAI{

3OO LUBANG MASUKUDARA PADA

DIIDING

LUAR

Beser&a perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media

lain,

mengelolanya dalam bentuk data

mendistribusikan secara terbatas dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta izin dari saya maupun

memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan rulma saya sebagai

penulis.

Demikian pe.myataanin yarrg sayabuat dengan sebenarnya.

Yogyakarta, 30 juli 2012

Yang menyatakan,

Pratama Handaka Pufa

(7)

VII

ABSTRAK

Saat ini kebutuhan akan air hangat/panas untuk keperluan mandi semakin meningkat. Efisiensi waktu dalam mendapatkan air hangat/panas sangat penting bagi sebagian besar masyarakat, maka dari itu water heater menjadi alat rumah tangga yang banyak digunakan karena praktis dalam penggunaannya. Tujuan penelitian ini adalah (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 air dan (d) mendapatkan hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater.

Water heater yang dibuat memiliki 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. Variasi yang dilakukan pada besarnya debit air masuk water heater dan untuk mendapatkan data penelitian dilakukan di laboratorium.

Hasil dari penelitian didapatkan (a) Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran, yang mampu menghasilkan air panas dengan temperatur 42,9 oC 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= -0,027m3+1,126m2-16,52m+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 =

17,09m3- 489m2 + 439m + 3654 (m dalam liter/menit, Qair dalam watt) dan R2 =

0,94. (d) Hubungan antara debit air yang mengalir dengan efisiensi water heater

dapatdinyatakan dengan persamaan ɳ = 0,077m3- 2,208m2 + 19,84m + 16,50 (m dalam liter/menit, ɳ dalam persen) danR² = 0,94.

(8)

VIII

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat, rahmat dan bimbinganNya selalu, hingga terselesaikannya penyusunan

Tugas Akhir, tentang “Water Heater dengan Panjang Pipa 20 Meter

dan 300 Lubang Masuk Udara pada dinding Luar” ini. Dalam penulisan Tugas Akhir ini, membahas mengenai garis besar tentang Water heater dengan panjang pipa 20 meter dan 300 lubang masuk udara pada dinding luar. Water heater ini diharapkan dapat digunakan sebagai salah satu alat yang dapat digunakan dikehidupan sehari - hari dan juga bermanfaat bagi kegiatan produksi dalam skala industri. Dalam pemilihan bahan dan ukuran, penulis menggunakan acuan Standar SI.

Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih atas segala bantuan sehingga laporan ini dapat terselesaikan pada waktunya, kepada :

1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si, M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi.

2. Ir. PK. Purwadi, M.T. selaku Dosen Pembimbing TA dan selaku Ketua

Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi.

3. Yosef Agung Cahyanta, S.T, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.

4. Kedua orang tua saya tercinta, Ibu Anastasia Lusiana Muryani dan

Bapak Suhandaka Budianta yang telah memberi dukungan baik material maupun spiritual hingga saat ini.

(9)

5. Saudara- Saudari saya terkasilt, Diah Lestari Dwi Astuti dan Immanuel

Ardi Tri Handaka

Kekasihku tercinta Imas Navisha Warda yang memberikan dorongan

semangat serta membantu agar segera terselesaikannya Tugas Ahir ini. Rekan

-

rekan mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma

Seluruh Dosen dan karyawan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Tugas

Akhir

ini baru permulaan dan masih banyak kekurangan dan

perlu pembefiahan. Oleh karena itu *sitik dan saran yang membangun dari

semua pihak ditedma penulis dengan senang hati. Akhir kata semoga karya tulis ini dapat bermanfaat bagi para pembaca pada umumnya. Terima Kasih.

Yogyal$rra 19 hrli20l2

(10)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ………... I HALAMAN PENGESAHAN ………... IV HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA……… V LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI... VI ABSTRAK ... VII KATA PENGANTAR ………... VIII DAFTAR ISI ………... X DAFTAR GAMBAR ………... XIII DAFTAR TABEL ………... XV NOTASI ……….... XVI

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang ………... 1

1.2. Tujuan ………... 4

1.3. Batasan Masalah ………... 5

1.4. Manfaat ………... 5

BAB II DASAR TEORI 2.1 Dasar Teori 2.1.1 Saluran Air ...………... 6

(11)

2.1.2 Sirip ...………... 7

2.1.3 Bahan Bakar ……….... 9

2.1.4 Kebutuhan Udara ………... 11

2.1.5 Saluran Gas Buang ………... 12

2.1.6 Sumber Api ...………... 13

2.1.7 Isolator ...………... 15

2.1.8 Laju Aliran Kalor ...……….... 17

2.1.9 Efisiensi Water Heater ...……….... 18

2.1 Referensi ... 19

BAB III METODE PERANCANGAN DAN PEMBUATAN 3.1 Rancangan Alat Water Heater 3.1.1 Gambar Rancangan ……….. 22

3.1.2 Cara Kerja ...………... 25

3.1.3 Skema Pengujian ………... 25

3.2 Proses Pembuatan Alat 3.2.1 Sarana dan Alat-alat yang Digunakan ………... 26

3.2.2 Langkah - Langkah Pengerjaan ………... 26

3.3 Kesulitan dalam Pengerjaan ……….... 34

3.4 Peralatan Uji Coba ………... 35

3.5 Prinsip Kerja Water Heater ………... 37

(12)

XII

3.7 Langkah Pengambilan Data dan Pengolahan Data ……….... 38 3.8 Rumus - Rumus yang Digunakan ...……... 39

BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengujian ... 40

4.2 Perhitungan Hasil Pengujian

4.2.1 Perhitungan Perpindahan Kalor (q) ...…... 41

4.2.2 Perhitungan Efisiensi Pemakaian Kompor gas (ɳ) ... 43

4.3 Hasil Pengambilan Data dalam Bentuk Grafik dan Pembahasan

4.3.1 Hasil Pengambilan Data dalam Bentuk Grafik ... 44

4.3.2 Pembahasan ……… 46

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1Kesimpulan ………... 49

5.2 Saran ………... 50

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

(13)

XIII

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Pemakaian Noritz heat exchanger pada gas water heater

Gambar 1.2 Gas Water heater tipe konvensional

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

Gambar 2.2 Grafik Efisiensi Sirip Siku Empat (Holman,1993)

Gambar 2.3 Kompor gas Rinnai dan regulator Miyako Gambar 2.4 Kompor gas Quantum

Gambar 2.5 Kompor gas dengan regulator Savequam

Gambar 2.6 Konduktifitas Termal Beberapa Gas (Sumber:

eprints.undip.ac.id/27613/1/2009.pdf)

Gambar 2.7 Perpindahan kalor menyeluruh dinyatakan dengan beda suhu

Gambar 2.8 Water Heater SMALES

Gambar 2.9 Water Heater Rinnai V1500

Gambar 2.10 Water HeaterModena GI-6

Gambar 3.1 Casing Tabung Luar

Gambar 3.2 Casing Tabung Bagian Dalam

Gambar 3.3 Water heater Tampak Bawah

Gambar 3.4 Water heater Tampak Atas

(14)

XIV

Gambar 3.6 Pipa Spiral dengan Sirip Tampak Depan Gambar 3.7 Skema Rangkaian Alat

Gambar 3.8 Alat untuk pengerolan dan pemotongan pipa tembaga Gambar 3.9 Cara pengerolan pipa tembaga

Gambar 3.10 Pipa yang sudah dirol

Gambar 3.11 Proses pemotongan pipa untuk sirip

Gambar 3.12 Hasil sirip yang telah dipotong dan diluruskan Gambar 3.13 Sirip yang telah dipasang

Gambar 3.14 Lubang udara untuk tabung dalam Gambar 3.15 Lubang udara untuk tabung luar Gambar 3.16 Bahan dasar pembuatan tabung

Gambar 3.17 Tabung bagian dalam dan luar water heater Gambar 3.18 Pemasangan pipa tembaga pada rangka Gambar 3.19 Penginstalan kompor dan tungku

Gambar 3.20 Gas LPG, Stopwatch, dan Thermokopel Gambar 3.21 Gelas ukur

Gambar 4.1 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar

Gambar 4.2 Hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor Gambar 4.3 Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater

(15)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Perbandingan Daya Pemanasan dan Efisiensi Alat Masak LPG

dengan Bahan Bakar Lain

Tabel 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normal (Sumber :

repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/16641/4/Chapter

20I.pdf)

Tabel 2.3 Konduktifitas Termal Beberapa media ºC (Holman,1993)

Tabel 4.1 Data pengujian water heater

Tabel 4.2 Data Laju Aliran Massa dan Kalor

(16)

XVI

DAFTAR NOTASI

r = Jari-jari atau jarak, m

d = Diameter, m

ΔT = Perubahan temperatur, °C

T = Temperatur, °C

V = Volume, m

Qair = Laju perpindahan kalor yang diterima air watt

Qgas = Laju kalor yang diberikan gas watt

ɳ = Efisiensi water heater %

k = Konduktifitas termal, W/mo

h = Koefisien perpindahan kalor konveksi W/m

m = Laju aliran massa, kg/s

cp = Kalor jenis air yang mengalir pada tekanan tetap J/kg.o

i = Temperatur air masuk saluran pipa o

o = Temperatur air keluar saluran pipa o

Q = Debit air L/menit

ρ = Densitas atau massa jenis kg/m

= Kecepatan aliran air, m/detik

(17)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Ilmu pengetahuan dan teknologi pada era ini menjadi faktor penting dan tidak dapat terpisahkan dalam usaha untuk peningkatan teknologi serta kesejahteraan setiap masyarakat. Seperti halnya pada tingkat kebutuhan masyarakat terhadap alat-alat yang dapat bekerja secara otomatis, efisien dan hemat energi saat ini semakin meningkat. Tidak hanya pada industri besar, industri menengah, industri kecil, tetapi juga pada rumah tangga yang menginginkan kemudahan dan hemat biaya dalam memenuhi kebutuhan maupun menyelesaikan pekerjaan, contohnya pada penggunaan water heater.

Saat ini kebutuhan akan air hangat/panas untuk keperluan mandi semakin meningkat di setiap rumah, terlebih lagi seperti masyarakat yang tinggal lingkungan yang bertemperatur rendah/di daerah pegunungan, keluarga yang memerlukan air hangat untuk keperluan mandi anak balita dan kebutuhan mandi / relaksasi bagi para pegawai setelah pulang dari kantor. Efesiensi waktu dalam mendapatkan air hangat/panas sangat penting bagi sebagian besar masyarakat saat ini, maka dari itu water heater merupakan alat rumah tangga yang banyak digunakan karena praktis dalam penggunaannya. Alat ini dapat menghasilkan air panas/hangat untuk kebutuhan mandi secara cepat, sehingga untuk mendapatkan air panas/hangat tidak lagi dengan cara konvensional seperti merebus air seperti biasa seperti dahulu.

(18)

Water heater pada proyek kali ini berbeda dengan water heater yang sudah ada, dalam hal kontrol suhu, pemakaian energi, serta waktu yang dibutuhkan untuk memanaskan air. Water heater dilengkapi dengan kontrol suhu, air yang dipanaskan selalu berubah setelah air panas dalam water heater diambil dan membutuhkan waktu yang sedikit berbeda untuk memanaskan air. Hal tersebut bisa dipengaruhi oleh suhu udara dan jenis kompor yang digunakan.

Didasarkan atas pertimbangan kebutuhan pemanfaatan akan fungsinya, pertimbangan ekonomi, pertimbangan efisiensi, kepraktisan dan instan. Maka dewasa ini telah banyak masyarakat yang menggunakan alat-alat yang mengutamakan kenyamanan, kepraktisan dan instan, seperti water heater.

Ada tiga macam jenis pemanas air antara lain pemanas air menggunakan tenaga Sinar Matahari atau lebih di kenal dengan sebutan solar cell, tenaga gas dan tenaga listrik. Pemanas air dengan Sinar Matahari (Solar cell), mudah diterapkan pada negara tropis karena memanfaatkan energi gratis dan tak terbatas dari panas matahari yang bersinar sepanjang tahun. Namun pemasangannya yang rumit (dipasang pada bagian atap rumah) dan bergantung pada banyaknya sedikitnya panas sinar matahari sehingga terbatas penggunaannya (volume air panas yang dapat dipergunakan) menjadi kekurangan pada water heater jenis ini. Bila terjadi cuaca yang tidak mendukung, pemanas air tidak dapat lagi digunakan terutama di daerah pegunungan dingin yang sedikit mendapatkan penyinaran matahari. Selain itu, di lihat dari sisi ekonomi, water heater jenis ini lebih mahal dibandingkan dengan water heater lainnya. Sedangkan untuk water heater tenaga listrik, pemanas air ini sangat mudah di dapatkan di toko – toko elektronik dan

(19)

penggunaannya lebih praktis dibandingkan pemanas air dengan menggunakan tenaga surya. Namun kekuranganya yaitu apabila terjadi pemadaman listrik, maka

water heater jenis ini tidak dapat digunakan dan perbaikan kerusakan alat ini cukup sulit, sehingga menambah biaya yang cukup banyak tetapi hasil yang diharapkan tidak seperti yang diharapkan. Kemudian volume air panas yang dihasilkan juga tertentu. Ketika air panas habis maka untuk mendapatkan air panas kembali diperlukan waktu, sehingga tidak efisien waktu. Water heater dengan menggunakan gas LPG dianggap paling irit, hemat, praktis, dan instan karena penggunaan yang tidak terlalu sulit dan hal yang terpenting adalah tidak perlu menunggu waktu yang lama untuk memperoleh hasilnya, karena konsep kerjanya seperti kompor gas dirumah, penggunaannya menimbulkan panas. Kerugian dari pemanas air tenaga gas LPG, harus menjaga secara hati-hati agar tabung gas tidak mengalami kebocoran yang mengakibatkan bahaya ledakan.

Gambar-gambar yang tersaji pada Gambar 1.1 dan 1.2 menampilkan contoh gambar water heater yang ada di pasaran.

(20)

Gambar 1.2 Gas Water heater tipe konvensional

Jenis-jenis water heater pada Gambar 1.1 dan 1.2 tersebut menggunakan gas sebagai bahan bakar. Gas yang dipergunakan adalah LPG (Liquified Petroleum Gas).

1.2 TUJUAN

Tujuan Tugas Akhir ini adalah :

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 air.

(21)

1.3 Batasan Masalah

Pembuatan water heater dengan memperhatikan batasan – batasan sebagai berikut :

a. Tinggi water heater : 90 cm, diameter luar : 25 cm, dengan panjang pipa tembaga : 20 m, dengan 2 lintasan.

b. Jumlah dinding plat : 2 lapis, plat lapis dalam mempunyai jumlah lubang : 1005 buah dengan diameter : 2 mm dan plat luar mempunyai jumlah lubang : 300 buah dengan diameter : 1 cm (setinggi 50 cm). c. Bahan pipa dengan diameter : 0,9525 cm (= 3/8 inch)

d. Pipa bersirip dengan jumlah sirip : 6 dan panjang sirip 50 cm e. Sirip dari pipa dengan diameter : 0,9525 cm (=3/8 inch)

f. Untuk suhu keluar lebih besar dari 38 °C, debit yang dihasilkan harus lebih besar dari 10 liter/menit.

1.4Manfaat

Manfaat pembuatan water heater adalah sebagai berikut :

a. Efisiensi waktu untuk mendapatkan air panas / hangat dalam hal keperluan mandi.

b. Memperluas dan menambah pengetahuan tentang pembuatan water heater dengan bahan bakar LPG.

c. Dapat menjadi dasar perancangan water heater.

(22)

BAB II

DASAR TEORI

2.1Dasar Teori

2.1.1 Saluran Air

Pada umumnya saluran air berupa pipa. Ada beberapa pertimbangan dalam perancangan pipa saluran air. Pertama, hambatan pipa saluran air diusahakan kecil. Hambatan air ketika air mengalir di dalam saluran pipa diusahakan kecil. Oleh karena itu dalam pembuatan pipa saluran air diusahakan tidak mengalami pembelokan. Kalau terpaksa ada pembelokan, sudut pembelokan pipa diusahakan tidak besar (menghindari sudut lebih besar dari 90o), pembelokan diusahakan terjadi secara halus (misalnya pembelokan pipa dibuat melengkung dengan radius tertentu, atau dibuat melingkar-lingkar). Hal ini dimaksudkan agar daya pompa yang diperlukan untuk mendorong air kecil dan gesekan yang terjadi antara fluida dan pipa semakin kecil. Kehalusan permukaan saluran pipa bagian dalam juga dipilih yang baik. Semakin halus permukaan pipa bagian dalam, semakin kecil gesekan yang terjadi atau semakin kecil daya pompa yang diperlukan. Kedua, bahan pipa dipilih yang baik dalam memindahkan kalor. Bahan diusahakan mampu mengalirkan kalor konduksi yang besar, mampu memindahkan kalor yang diterima dari api ke fluida yang mengalir di dalam pipa. Tentu juga harus mempertimbangkan harga dari pipa saluran air. Terjangkau, tidak mahal, misalnya dengan mempergunakan bahan dari

(23)

alumunium atau tembaga. Semakin tinggi nilai konduktivitas termal bahan, semakin besar laju aliran kalornya. Ketiga, diameter pipa saluran air harus dipilih sedemikian rupa. Semakin kecil diameter pipa, semakin besar hambatan yang terjadi. Semakin kecil diameter ukuran pipa semakin besar daya pompa yang diperlukan. Disisi lain, semakin kecil diameter saluran, suhu air yang dihasilkan (suhu yang keluar dari water heater) akan semakin besar.

2.1.2 Sirip

Fungsi sirip adalah untuk memperluas permukaan dari benda yang dipasangi sirip. Jika sirip dipasang di pipa saluran air yang akan dipanaskan, maka sirip akan dapat membantu pipa saluran air dalam menangkap kalor yang diberikan oleh nyala api dari kompor gas LPG. Semakin luas sirip yang akan dipasang di pipa saluran air, akan semakin besar kalor yang akan dipindahkan ke air. Dengan demikian pemasangan sirip akan berpengaruh terhadap suhu air keluar water heater. Pemilihan bahan sirip juga berpengaruh terhadap besarnya kalor yang dapat ditangkap. Semakin besar nilai konduktivitas termal bahan sirip, semakin besar kalor yang dapat ditangkap oleh sirip.

(24)

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

(25)

2.1.3 Bahan Bakar

Ada banyak jenis bahan bakar. Pada water heater jenis gas sebagian besar bahan bakarnya adalah Liquified Petroleum Gas (LPG). LPG di Indonesia dipasarkan oleh Pertamina dengan merek Elpiji. Ada tiga macam LPG yang diproduksi Pertamina antara lain, LPG untuk keperluan rumah tangga, LPG gas Propana dan LPG gas Butana. Dari ketiga jenis LPG, yang umum digunakan untuk water heater adalah LPG untuk rumah tangga, yang komposisinya adalah campuran antara Propana dan Butana.

Komponen utama bahan bakar LPG (dari hasil produksi kilang minyak dan gas) adalah gas Propana

(

C₃H₈

)

dan Butana

(

C₄H₁₀

)

, dengan komposisi kurang lebih sebesar 99 %, selebihnya adalah gas Pentana

(

C₅H₁₂

)

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 2

kg _{. 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

(

C₃H₈

)

, jika terbakar sempurna adalah sebagai berikut :

8 3H

C + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O + panas Propana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas

(26)

Menurut wilkipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut setara dengan 46000000 J/kg atau 46MJ/kg.

Reaksi pembakaran Butana

(

C₄H₁₀

)

, jika terbakar sempurna adalah sebagai berikut :

2C₄H₁₀ + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O + panas Butana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas Menurut wilkipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut hampir sama dengan Propana setara dengan 46 MJ/kg.

Sebagai gambaran : Untuk menaikkan 1 gram air 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 lagi sebesar 2257 J/gram air untuk merubah air menjadi uap. Pada kondisi udara luar, 1 kg Propana memiliki volume sekitar 0,543 3

m . Satu kg elpiji memiliki energi yang setara untuk mendidihkan air 90 L.

Tabel 2.1 memperlihatkan daya pemanasan dan efisiensi alat masak yang mempergunakan LPG dan berbagai macam bahan bakar lain.

(27)

Tabel 2.1 Perbandingan Daya Pemanasan dan Efisiensi Alat Masak LPG dengan Bahan Bakar Lain (Sumber:

aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-lpg-di-dapur-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 8000 kkal/m3 55 %

Listrik 860 kkal/kwh 60 %

L P G 11.900 kkal/kg 60 %

2.1.4 Kebutuhan Udara

Di dalam proses pembakaran memerlukan oksigen. Pada proses pembakaran bahan bakar untuk water heater dapat mempergunakan oksigen yang dapat diambil dari udara bebas. Aliran udara yang diperlukan harus dikondisikan sedemikian rupa agar api yang diperlukan dalam proses pembakaran mendapatkan kebutuhan udara yang cukup. Kekurangan oksigen dapat mengakibatkan nyala api tidak sesuai dengan apa yang diinginkan. Kekurangan kebutuhan udara dapat menyebabkan kalor yang dipindahkan ke air kurang. Kelebihan oksigen juga mengakibatkan kecilnya panas yang dapat diserap oleh pipa. Bentuk api atau nyala api diusahakan mampu memberikan kalornya secara efisien ke fluida air yang mengalir di dalam saluran pipa.

(28)

Dengan kata lain, akan didapatkan suhu air keluar dari pemanas air kurang tinggi. Komponen udara terdiri dari oksigen, nitrogen dan gas lainnya. Berikut adalah komposisi udara yang tersaji dalam Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normal (Sumber :

repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/16641/4/Chapter 20I.pdf)

No Udara Komposisi (%)

1 Nitrogen 78,1

2 Oksigen 20,93

3 Karbon dioksida 0,03

4 Gas lain 0,94

2.1.5 Saluran Gas Buang

Hasil pembakaran bahan bakar akan menghasilkan gas buang. Gas buang yang dihasilkan berupa gas dan uap air yang keluar. Kemudian gas buang atau gas asap harus diberikan jalan untuk keluar dari water heater agar nyala api tidak terganggu. Perancangan gas buang harus mempertimbangkan besar kecilnya debit gas buang yang terjadi. Dalam perancangan saluran gas buang, diusahakan agar gas buang dapat mengalir keluar dengan lancar. Perlu diperhatikan juga, penempatan lubang keluar dari gas buang, harus dipilih sedemikian rupa agar tidak mengganggu pengguna dari water heater. Suhu gas buang akan menguntungkan jika suhu gas buang hampir sama dengan suhu udara atau tidak

(29)

begitu besar perbedaannya antara suhu gas buang dengan suhu udara. Semakin kecil perbedaan kalor yang diberikan sumber pemanas, maka semakin banyak kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu air. Oleh karena itu, dalam perancangan dan pembuatan saluran gas buang, diusahakan sedemikian rupa, sehingga tidak banyak energi yang terbuang secara percuma. Ukuran lubang dan posisi lubang keluaran sangat menentukan besarnya suhu gas asap yang keluar dari water heater. Perancangan saluran gas buang ternyata juga menentukan nyala api pembakaran yang dihasilkan. Jika saluran gas tidak terancang dengan baik, misalnya gas buang tidak dapat keluar, maka tekanan gas buang yang dihasilkan akan dapat menyebabkan api terdorong keluar dari ruang bakar. Api tidak berfungsi dengan baik untuk memanaskan air. Tentunya dalam perancangan ini dibutuhkan nyala api yang mampu memindahkan kalor yang besar ke dalam air.

2.1.6 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 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

(30)

yang berbahan bakar LPG yang tersaji pada Gambar 2.3, Gambar 2.4 dan Gambar 2.5.

Gambar 2.3 Kompor gas Rinnai dan regulator Miyako

(31)

Gambar 2.5 Kompor gas dengan regulator Savequam

2.1.7 Isolator

Isolator diperlukan agar kalor hasil pembakaran bahan bakar tidak banyak keluar dari pemanas air. Oleh karena itu tabung dalam, dimana ruangan di dalam tabung dalam digunakan untuk proses pembakaran, maka sebaiknya permukaan sebelah luar dari tabung dalam diberi isolasi agar kalor hasil pembakaran tidak keluar. Ada banyak macam isolasi. Udara adalah salah satu isolator panas yang cukup murah dan mudah didapat. Jika dipergunakan udara sebagai isolator, maka pemasukan udara untuk keperluan pembakaran dapat melalui lubang– lubang yang dibuat di dinding tabung dalam. Adapun sifat- sifat fisik udara adalah ekspansi (peningkatan volume massa udara dengan mengurangi tekanan yang diberikan oleh suatu kekuatan atau karena penambahan panas), aliran (aliran udara dari tempat yang konsentrasi tinggi ke salah satu konsentrasi yang lebih rendah tanpa pengeluaran energi), kontraksi (mengurangi volume udara yang didorong dengan paksa, tetapi volume mencapai limit dan udara cenderung memperluas di luar batas), tekanan udara

(32)

(gaya yang diberikan oleh udara semua badan), volume (ruang yang ditempati oleh udara), dan memiliki massa. Udara sendiri memiliki nilai konduktifitas termal sebesar k = 0,024 W/m °C.

Gambar 2.6 Konduktifitas Termal Beberapa Gas (Sumber:

eprints.undip.ac.id/27613/1/0190-ba-ft-2009.pdf)

Tabel 2.3 Konduktifitas Termal Beberapa media (Holman, 1993) Gas Konduktifitas Termal (k)

W/m.ºC Btu/h. ft. ºF

Batu pasir 1,83 1,058

Wol kaca 0,038 0,022

Udara 0,024 0,0139

Uap air (jenuh) 0,0206 0,0119

(33)

2.1.8 Laju Aliran Kalor

Ketika air mengalir dalam pipa, kecepatan aliran air dapat dihitung dengan persamaan (2.1)

�

=

_��_._�

=

_�_.�_��2 ... (2.1) dengan

m = laju aliran massa (kg/s)

ρ = massa jenis air (kg/m3 u

)

r = jari-jari pipa (m) = kecepatan aliran (m/s)

atau dapat dinyatakan dengan persamaan (2.2). m = (ρπd2um

dengan

)/4 ………... (2.2)

d = diameter pipa (m)

Gambar 2.7 Perpindahan kalor menyeluruh dinyatakan dengan beda suhu

(34)

Qair = mcp(To-Ti

dengan

) ...………...(2.3)

Qair

m = laju aliran massa (kg/s) = kalor yang dihasilkan (watt)

Ti = temperatur air masuk (o T

C) o = temperatur air keluar (o

p= kalor jenis air yan mengalir pada tekanan tetap (J/kg ºC) dengan nilai Cp

Jika satuan debit dalam liter/menit, maka satuan debit harus dikonversikan dalam satuan kg/detik. Jika 1 liter air = 1 kg.

sepanjang aliran itu tetap.

� =��

�� = ��

60 �� =

��

60 �� ...(2.4) Kalor yang diberikan gas LPG dapat dihitung dengan persamaan (2.5)

Qgas = mgas × Cgas

dengan

...(2.5)

Qgas m

= kalor yang keluar (watt) gas

= gas elpiji terpakai (kg/s) gas

(lihat data- data pada Tabel 2.1)

= nilai kalor jenis gas elpiji (J/kg), (1kkal = 4186,6 J)

2.1.9 Efisiensi Water Heater

(35)

19 ɳ = (Qair/Qgas)×100%

...(2.6)

dengan

ɳ = efisiensi water heater (%) Qair

= kalor yang dihasilkan (watt) gas

2.2 Referensi

= kalor yang keluar (watt)

Water heater yang ditawarkan dipasaran bermacam - macam misalnya, dari model bentuk, kapasitas air yang mengalir, dan juga sumber bahan bakar yang digunakan. Sumber bahan bakar yang digunakan dalam water heater misalnya, LPG, energi listrik, energi matahari, biogas, dan masih banyak lagi. Untuk debit air per menit juga bermacam - macam, kebanyakan yang dipakai dirumah berkapasitas 6 - 8 L/menit, sedangkan untuk kapasitas yang lebih besar biasanya digunakan di hotel.

Referensi dalam pembuatan water heater bahan bakar gas LPG mengacu pada beberapa water heater yang berada di pasaran, seperti tersaji pada Gambar 2.4, Gambar 2.5 dan Gambar 2.6 dengan spesifikasinya. Sebenarnya banyak sekali water heater yang berbahan bakar LPG yang ada di pasaran, tetapi hanya tiga yang disajikan.

(36)

a. Gas Water Heater Smales seri JLG22-BV8

Gambar 2.8 Water Heater SMALES

Spesifikasi :

• Model : JLG22-BV8

• Kapasitas maksimum : 6 L/menit

• Berat : 37 kg

• Dimensi Luar : 740 x 430 x 248mm

• Tipe Gas : NG LPG

• Jangkauan Temperatur : 40°C - 80°C

(37)

Gambar 2.9Water Heater Rinnai V1500

Spesifikasi :

• Gas Input : Low 18 MJ/h

• Kapasitas Maksimum : 16 L/menit

• Berat : 15 kg

• Dimensi Luar : 530 x 350 x 194mm

• Jangkauan Temperatur : 13 tahap dari 37°C - 55°C

• Tipe Gas : AGA atau LPG

(38)

Gambar 2.10 Water HeaterModena GI-6

Spesifikasi :

• Gas Input : Low 0.6 kg/h

• Kapasitas Maksimum : 6 L/menit

• Berat : 15 kg

• Dimensi Luar : 740 x 430 x 248mm

• Jangkauan Temperatur : 65°C

• Tipe Gas : NG LPG

BAB III

METODE PERANCANGAN DAN PEMBUATAN

3.1 Rancangan Alat Water Heater

Untuk memudahkan pembuatan water heater ini, dibuatlah rancangan yang tersaji pada Gambar 3.1 sampai dengan Gambar 3.6, serta penjelasan bagaimana cara kerja water heater ini yang disajikan pada sub bab 3.1.2.

3.1.1 Gambar Rancangan

Berikut gambar rancangan water heater yang tersaji pada Gambar 3.1 sampai dengan Gambar 3.6.

(39)

Gambar 3.1 Casing Tabung Luar.

(40)

Gambar 3.3 Water heater Tampak Bawah.

(41)

Gambar 3.5 Pipa Spiral Tampak Depan.

Gambar 3.6 Pipa Spiral dengan Sirip Tampak Depan.

3.1.2 Cara Kerja

Cara kerja water heater cukup sederhana, pertama-tama pipa spiral dipanaskan oleh api kompor, setelah beberapa saat, air dialirkan melalui saluran pipa yang telah panas, proses penambahan kalor akan terjadi, panas pada permukaan pipa akan diserap oleh air yang mengalir (konveksi) sehingga suhu air akan meningkat, sedangkan fungsi sirip disini sebagai penangkap panas sehingga terjadi tambahan kalor yang cukup banyak dan kalor akan mengalir dari panas api menuju ke permukaan sirip (konveksi) dan

(42)

terus mengalir ke permukaan pipa (konduksi) dan kemudian menuju ke air yang mengalir (konveksi).

3.1.3 Skema Pengujian

Berikut adalah gambar skema pengujian alat water heater yang dibuat, disajikan pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Skema Rangkaian Alat.

3.2 Proses Pembuatan Alat

3.2.1 Sarana dan Alat-alat yang Digunakan

Sarana dan alat - alat utama yang digunakan untuk proses pembuatan pemanas air ini adalah:

1. Mesin las 2. Mesin rol plat 3. Palu

4. Gunting 5. Tang.

(43)

27 6. Obeng (- , +).

7. Penggaris. 8. Solder 9. Paku 10.Kawat besi 11.Jangka

3.2.2 Langkah - langkah Pengerjaan

Langkah - langkahnya sebagai berikut: 1. Perancangan

Dilakukan dengan membuat sektsa perencanaan dimensi dan bentuk water heater yang sesuai dengan cara manual atau menggunakan software.

2. Penyediaan bahan

Menentukan bahan dasar pembuatan water heater seperti plat seng, dan pipa tembaga, kemudian membeli bahan sesuai kebutuhan perancangan.

3. Menyiapkan bahan lain

Membeli alat-alat lainnya selain alat yang digunakan untuk membuat pemanas air dan meminta izin atas peminjaman alat di laboratorium.

(44)

Terdapat berbagai hal yang perlu dilakukan agar sesuai dengan desain awal, yaitu sebagai berikut :

a. Pemotongan pipa tembaga

Pemotongan pipa dilakukan agar sesuai dengan desain awal.

Gambar 3.8 Alat untuk pengerolan dan pemotongan pipa tembaga.

b. Mengerol pipa

Proses pengerolan pipa menggunakan mesin rol pipa agar pembuatan spiral sesuai dengan desain karena apabila dilengkungkan secara manual kemungkinan besar pipa akan patah/pipih.

(45)

Gambar 3.9 Cara pengerolan pipa tembaga.

Gambar 3.10 Pipa yang sudah dirol. c. Menyambung pipa

Proses penyambungan pipa dengan las untuk mengatasi adanya kebocoran. Penyambungan dilakukan sehingga bentuk sesuai dengan rancangan awal.

(46)

Melakukan pemotongan dan pelurusan pada pipa tembaga yang kemudian digunakan untuk membuat sirip sesuai dengan rencana disain awal.

Gambar 3.11 Proses pemotongan pipa untuk sirip.

Gambar 3.12 Hasil sirip yang telah dipotong dan diluruskan.

e. Pemasangan sirip pada pipa

Memasang sirip pada pipa tembaga secara manual menggunakan kawat besi.

(47)

Gambar 3.13 Sirip yang telah dipasang. f. Membuat saluran udara

Dalam proses pembakaran kebutuhan oksigen akan sangat vital, suplai oksigen menentukan tinggi tidaknya kalor yang dihasilkan. Maka dibuatlah lubang saluran udara agar kalor yang dihasilkan bisa lebih maksimal. Selain itu lubang ini juga berfungsi sebagai saluran gas buang.

(48)

Gambar 3.14 lubang udara untuk tabung dalam.

Gambar 3.15 Lubang udara untuk tabung luar. g. Membuat tabung

Tabung dibuat dengan menggunakan mesin rol plat dan kemudian dipatri, lalu permukaan tabung dilubangi secukupnya dengan menggunakan mesin bor sebagai saluran gas buang. Dalam pembuatannya tabung terdiri dari dua lapisan, yaitu lapisan dalam dan lapisan luar. Lapisan dalam

(49)

berfungsi untuk mencegah udara panas dari proses pemanasan terlalu banyak terbuang. Kemudian lapisan luar berfungsi sebagai penutup serta terdapat lubang masuk udara (lubang pada dinding luar) sebagai penyuplai oksigen.

Gambar 3.16 Bahan dasar pembuatan tabung.

(50)

h. Pemasangan pipa pada tabung

Memasang pipa pada tabung yang sudah selesai dibentuk, kemudian melakukan pematrian pada tabung untuk membuat solid dinding tabung.

Gambar 3.18 Pemasangan pipa tembaga pada rangka.

i. Pemasangan kompor

Pemasangan kompor cukup sederhana, karena hanya proses pemasangan kompor dan tungkunya saja disesuaikan.

(51)

Gambar 3.19 Penginstalan kompor dan tungku.

3.3 Kesulitan dalam Pengerjaan

a. Proses pengerolan pipa tembaga tidak dapat secara manual, karena pipa bisa patah/pipih, maka prosesnya menggunakan mesin rol.

b. Pembuatan tabung seng yang mengharuskan untuk dipatri karena tidak memungkinkan melakukan pengelasan.

c. Pengelasan/penyambungan pipa jika tidak rapat/rapi maka akan terjadi kebocoran.

(52)

3.4 Peralatan Uji Coba

1. Bahan rancangan :

a) Pipa tembaga Ø 0,9525 cm, untuk mengalirkan air yang akan dipanaskan.

b) Plat seng, sebagai casing utama / penutup pipa spiral

c) Pipa tembaga yang diluruskan , sebagai sirip yang ditempelkan pada pipa tembaga.

2. Bahan yang dipanaskan dan sumber panas : 1) Air, sebagai fluida yang akan dipanaskan.

2) Komponen Gas LPG, sebagai bahan bakar yang digunakan. 3. Alat-alat yang dipergunakan :

a) Kompor, sebagai pengatur banyak sedikitnya gas yang dikehendaki.

b) Termokopel, sebagai alat pengukur suhu fluida air yang masuk dan keluar water heater.

c) Gelas ukur, sebagai penampung sekaligus mengukur debit air yang keluar.

d) Kran, sebagai pengatur debit air.

e) Selang air, sebagai penyambung dari kran ke pipa tembaga. f) Tungku sebagai tempat menyangga water heater.

g) Kalkulator dan alat tulis untuk menghitung serta mencatat data yang dibutuhkan.

(53)

i) Stopwatch, sebagai penunjuk waktu.

Gambar 3.20 Gas LPG, Stopwatch, dan Thermokopel.

(54)

3.5 Prinsip Kerja Water Heater

Langkah 1 : Proses penambahan kalor

Proses pemanasan diawali dengan pembakaran secara langsung dari sumber bahan bakar pada komponen pipa. Proses ini membutuhkan waktu beberapa saat untuk menunggu proses perpindahan kalor secara konveksi yang terjadi dari sumber panas (api) dan udara sekitar api yang telah panas menuju ke permukaan luar pipa spiral dan permukaan sirip dan mengalir menuju permukaan dalam pipa.

Langkah 2 : Input

Mengalirkan fluida ke dalam pipa pemanas. Pada saat air mengalir pada saluran pipa, akan menerima aliran kalor dari sumber panas. Kalor yang mengalir dari sumber panas dan dari udara sekitar api yang telah panas kemudian ditangkap oleh permukaan sirip (konveksi) dan dari permukaan sirip kemudian mengalir menuju permukaan luar pipa (konduksi). Kalor terus mengalir dari permukaan luar pipa menuju permukaan dalam pipa dan akhirnya mengalir ke fluida yang bergerak (konveksi) sehingga temperatur air meningkat akibat kalor yang diserap.

Langkah 3 : Output

Setelah air menyerap kalor kemudian keluar melalui saluran output untuk kemudian dimanfaatkan. Dalam hal ini, panas juga mengalir (konveksi) melalui seluruh permukaan luar casing yang panas menuju udara sekitar, melalui saluran

(55)

gas buang, melalui permukaan luar pipa output, melalui celah kompor menuju udara sekitar dan panas menuju udara sekitar melalui air yang telah keluar.

3.6 Deskripsi Alat

Water heater ini memiliki desain yang cukup sederhana, dengan 5 komponen utama yaitu pipa spiral, casing, dudukan/pondasi, kompor dan tabung gas. Pipa spiral dilengkapi dengan sirip tembaga, sehingga kalor yang ditransfer dapat optimal. Casing dan dudukan/pondasi disambung dengan cara dipatri. Saluran input menggunakan penghubung yaitu selang air sebagai saluran masuk air dari kran menuju pipa input. Sumber bahan bakar menggunakan gas LPG 15,4 kg.

3.7 Langkah Pengambilan Data dan Pengolahan Data

Pengambilan data dilakukan 5 menit setelah proses penambahan kalor pada pipa spiral ( 5 menit setelah kompor menyala ). Parameter yang diukur adalah :

Parameter yang diukur

1. Temperatur air masuk 2. Temperatur air keluar

3. Debit aliran yang mengalir dalam water heater

(56)

40 1. Debit air yang keluar dari pipa Parameter yang dihitung

2. Kecepatan aliran air 3. Laju aliran massa

4. Laju aliran kalor yang diterima oleh air 5. Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG 6. Kalor yang dilepas LPG

7. Efisiensi water heater

3.8. Rumus - rumus yang Digunakan

1. Kecepatan aliran air dapat dihitung dengan mempergunakan persamaan (2.1).

2. Laju aliran massa dapat dihitung dengan memakai persamaan (2.2).

3. Laju aliran kalor yang diterima air dapat dihitung dengan mempergunakan persamaan (2.3).

4. Laju aliran kalor yang diberikan oleh gas elpiji dapat dihitung dengan persamaan (2.5).

(57)

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengujian

Hasil pengujian pemanas air, yang meliputi : debit air, suhu air masuk Ti, suhu air keluar To disajikan pada Tabel 4.1. Pengujian dilakukan pada kondisi tekanan udara luar. Aliran gas pada kompor gas diposisikan pada posisi maksimum. Air yang dipergunakan, adalah air kran.

Tabel 4.1 Data pengujian water heater

No Suhu air masuk Suhu air keluar ΔT Debit air

Ti(°C) To(°C) T(°C) ( �

��)

1 27 42,9 15,9 15

2 27 44,1 17,1 14,8

3 27 50,1 23,1 10

4 27 55,9 28,9 8,2

5 27 59,2 32,2 7

6 27 62,8 35,8 6,8

7 27 65 38 6

8 27 75,1 48,1 5,8

9 27 86 59 3,2

10 27 100,7 73,7 2,1

(58)

4.2 Perhitungan Hasil Pengujian

4.2.1 Perhitungan Laju Perpindahan Kalor (q)

Sebagai contoh perhitungan, diambil data-data hasil pengujian saat debit aliran sebesar : 15 liter/menit atau 0,25 kg/detik.

a. Diketahui :

• Diameter pipa saluran 0,9525 cm (d = 0,009525 m)

• Jari-jari pipa saluran 0,004765 m

• Sifat air pada suhu 27 °C adalah

• Cgas = 11.900 kkal/kg°C

• mgas

• ρ = 1000 kg/m

= 800 gram/30 menit 3

, c p

b. Kecepatan air (u

= 4179 J/kg.°C

m ) : det / ) 60 / ( 2 m r air debit pipa penampang luas air debit

um _ρ _π _ρ

× =

= (15/60) / (3,14 × 0,004765 × 1000) = 3,9317 m/detik

c. Perhitungan laju aliran massa, m = (ρπd2

um m ={(1000 kg/m

)/4

3 )×(3,14)×(0,009 m)2

m = 0,25 kg/detik

(59)

d. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air,

Qair = m Cp(To-Ti

= (0,25 kg/detik)×(4179 J/kg. )

C)×(42,9oC – 27o Q

C) air

e. Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas LPG = 16611,53 watt

Qgas = mgas × Cgas

= 22143,52 J/detik = 0,8

30×60× (11.900 × 4186,6)

Hasil secara lengkap disajikan pada Tabel 4.2

Tabel 4.2 Data Laju Aliran Massa dan Kalor

Suhu air masuk Ti(°C)

Suhu air keluar To(°C)

ΔT T(°C) Debit air m (L/mnt) um (m/s) Qgas

(watt) Qair (watt)

1 27 42,9 15,9 15 3,932 22143,52 16611,53 2 27 44,1 17,1 14,8 3,879 22143,52 17627,02 3 27 50,1 23,1 10 2,621 22143,52 16089,15 4 27 55,9 28,9 7,9 2,071 22143,52 15901,79

5 27 59,2 32,2 7 1,835 22143,52 15699,11

6 27 62,8 35,8 6,7 1,756 22143,52 16706,25

7 27 65 38 6 1,573 22143,52 15880,2

8 27 75,1 48,1 4,8 1,258 22143,52 16080,79

9 27 86 59 3,2 0,839 22143,52 13149,92

(60)

4.2.2 Perhitungan Efisiensi Water Heater (ɳ)

Perhitungan efisiensi,

• Efisiensi (ɳ) :

ɳ= Qair

Qgas× 100%

ɳ=16611,53

22143,52 × 100%

ɳ = 75,016 %

Hasil semua perhitungan dari data-data yang diperoleh disajikan dalam Tabel 4.3

Tabel 4.3 Data Efisiensi Water Heater

No Suhu air masuk Ti(°C)

Suhu air keluar To(°C)

ΔT T(°C) Debit air m (L/mnt) u (m/s) m Qgas

(watt) Qair (watt)

efisiensi (ɳ)

1 27 42,9 15,9 15 3,932 22143,52 16611,53 75,016 2 27 44,1 17,1 14,8 3,879 22143,52 17627,02 79,604 3 27 50,1 23,1 10 2,621 22143,52 16089,15 72,659 4 27 55,9 28,9 7,9 2,071 22143,52 15901,79 71,812 5 27 59,2 32,2 7 1,835 22143,52 15699,11 70,897 6 27 62,8 35,8 6,7 1,756 22143,52 16706,25 75,445 7 27 65 38 6 1,573 22143,52 15880,2 71,715 8 27 75,1 48,1 4,8 1,258 22143,52 16080,79 72,621 9 27 86 59 3,2 0,839 22143,52 13149,92 59,385 10 27 100,7 73,7 2,1 0,550 22143,52 10779,73 48,681

(61)

4.3 Hasil Pengambilan Data dalam Bentuk Grafik dan Pembahasan 4.3.1 Hasil Pengambilan Data dalam Bentuk Grafik

Hasil pengujian dalam bentuk grafik dapat dilihat pada Gambar 4.1, Gambar 4.2 dan Gambar 4.3. Gambar 4.1 memperlihatkan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater. Gambar 4.2 memperlihatkan hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor. Gambar 4.3 memperlihatkan hubungan antara debit air dengan efisiensi

water heater.

Gambar 4.1 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater

T_o= -0,027m3_{+ 1,126m}2_{- 16,52m + 129,9}

R² = 0,997

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

0 2 4 6 8 10 12 14 16

(°

DEBIT AIR m (Liter/menit)

(62)

Gambar 4.2 Hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor yang diterima air

Gambar 4.3 Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater

Qair = 17,09m3_{- 489m}2_{+ 4394m + 3654,}

R² = 0,94

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

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

(wa

tt)

Debit air m (Liter/menit)

η= 0,077m3_{- 2,208m}2_{+ 19,84m + 16,50}

R² = 0,94

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0 2 4 6 8 10 12 14 16

E fis ie n si ( η ) Debit Air m(liter/detik)

(63)

4.3.2 Pembahasan

a. Water heater yang dibuat mampu menghasilkan suhu temperatur air keluar 42,9 °C -100,7 °C dengan kapasitas 2,1 liter∕menit - 15 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 untuk debit 6 liter/menit mampu menghasilkan suhu air keluar sebesar 65 °C dan pada debit sebesar 15 liter/menit mampu menghasilkan suhu air keluar sebesar 42,9 °C.

b. Dari Gambar 4.1 didapatkan informasi bahwa debit air berpengaruh terhadap tinggi rendahnya suhu air keluar dari water heater. Semakin besar debit air yang masuk water heater maka temperatur air yang keluar semakin rendah, sebaliknya jika debit air yang masuk water heater

semakin kecil maka temperatur air yang keluar akan semakin tinggi. 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. Hal ini sesuai dengan persamaan (2.3). Hubungan antara debit air dengan suhu keluar water heater dinyatakan dengan persamaan berikut :

To= -0,027m3+1,126m2 R

-16,52m+129,9 2

(64)

Berlaku untuk nilai m antara 2,1 liter/menit sampai dengan 15 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 27°C. Dengan karakteristik pemanas air ini, maka pemanas air hasil rancangan dapat dipergunakan untuk keperluan mandi orang dewasa. Perlu diketahui bahwa kenyamanan air untuk keperluan mandi, air hangat berkisar pada suhu 38 oC sampai 40 o

c. Dari Gambar 4.2 didapatkan informasi 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 :

Qair = 17,09m3- 489m2 R

+ 439m + 3654 2

Berlaku untuk nilai m antara 2,1 liter/menit sampai dengan 15 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater sebesar 27°C.

= 0,94

d. _{Pada Gambar 4.3 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 :

ɳ = 0,077m3 -2,208m2 + 19,84m +16,50 R² = 0,94

(65)

Berlaku untuk nilai m antara 2,1 liter/menit sampai dengan 15 liter/menit pada tekanan udara luar saat itu (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk

(66)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian yang dilaksanakan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran, yang mampu menghasilkan air panas dengan temperatur 42,9 o

2. Hubungan antara debit air yang mengalir (m) dengan temperatur air keluar water heater (To) dapat dinyatakan dengan persamaan :

C pada debit 15 liter/menit.

To= -0,027m3+1,126m2

(m dalam liter/menit, T dalam °C) -16,52m+129,9

Berlaku untuk nilai m antara 2,1 liter/menit sampai dengan 15 liter/menit pada tekanan udara luar saat itu (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 27°C.

= 0,997

3. Hubungan antara debit air yang mengalir dengan laju perpindahan kalor dinyatakan dengan persamaan :

Qair = 17,09m3- 489m2 (m dalam liter/menit, Q

+ 439m + 3654 air dalam watt)

(67)

51 R2

Berlaku untuk nilai m antara 2,1 liter/menit sampai dengan 15 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 27°C.

= 0,94

4. Hubungan antara debit air yang mengalir dengan efisiensi

water heater dapatdinyatakan dengan persamaan : ɳ = 0,077m3 - 2,208m2

(ɳ dalam %, m dalam liter/ menit) R² = 0,94

+ 19,84m + 16,50

Berlaku untuk nilai m antara 2,1 liter/menit sampai dengan 15 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 27°C.

5.2 Saran

Adapun beberapa saran yang dapat menjadikan pengembangan dan perbaikan pembuatan pemanas air :

a. Pemilihan bahan dalam pembuatan water heater berpengaruh terhadap laju aliran kalor yang diterima air. Pilih bahan dengan kondiktivitas termal yang tinggi mampu memindahkan kalor dengan baik, tetapi secara ekonomi masih terjangkau.

b. Bentuk sirip berpengaruh terhadap hasil yang diperoleh. kontruksi atau bentuk sirip dapat dirancang sedemikian rupa agar optimal dalam memindahkan kalor dari api ke fluida air.

(68)

c. Besar lubang keluar gas buang berpengaruh terhadap hasil yang diperoleh. Perancangan yang tepat akan memberikan hasil yang optimal d. Pemilihan diameter dan panjang pipa berpengaruh terhadap hasil yang

diperoleh. Pilih sesuai dengan kebutuhan.

e. Kebutuhan udara berpengaruh terhadap besarnya laju aliran kalor yang diterima air. Rancang sedemikian rupa agar kebutuhan udara mampu memberikan proses pembakaran gas LPG yang sempurna.

(69)

DAFTAR PUSTAKA

Holman, J.P, 1993, Perpindahan Kalor Naga, Dali S, 1991,

, Edisi Keenam, Erlangga: Jakarta

Ilmu Panas, Edisi Kedua, Gunadarma: Jakarta

http://en.wikipedia.org/wiki/Water_heating

Anonim, aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-lpg-di-dapur-anda.pdf)

Santoso, A.U, 2003, Diktat Teknik Pembakaran, Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma: Yogyakarta

(70)

LAMPIRAN

(71)

(72)

(73)

VII

ABSTRAK

tangga yang banyak digunakan karena praktis dalam penggunaannya. Tujuan penelitian ini adalah (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 air dan (d) mendapatkan hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater.

Water heater_{yang dibuat memiliki 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. Variasi yang dilakukan pada besarnya debit air masuk water heater_dan

untuk mendapatkan data penelitian dilakukan di laboratorium.

Hasil dari penelitian didapatkan (a) Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater_{yang ada dipasaran, yang mampu menghasilkan air}

panas dengan temperatur 42,9 oC 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= -0,027m3+1,126m2-16,52m+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 =

17,09m3- 489m2 + 439m + 3654 (m dalam liter/menit, Qair dalam watt) dan R2 =

0,94. (d) Hubungan antara debit air yang mengalir dengan efisiensi water heater

dapatdinyatakan dengan persamaan ɳ = 0,077m3- 2,208m2 + 19,84m + 16,50 (m dalam liter/menit, ɳ dalam persen) danR² = 0,94.

(1)

c. Besar lubang keluar gas buang berpengaruh terhadap hasil yang diperoleh. Perancangan yang tepat akan memberikan hasil yang optimal

d. Pemilihan diameter dan panjang pipa berpengaruh terhadap hasil yang diperoleh. Pilih sesuai dengan kebutuhan.

e. Kebutuhan udara berpengaruh terhadap besarnya laju aliran kalor yang diterima air. Rancang sedemikian rupa agar kebutuhan udara mampu memberikan proses pembakaran gas LPG yang sempurna.

(2)

DAFTAR PUSTAKA

Holman, J.P, 1993, Perpindahan Kalor Naga, Dali S, 1991,

, Edisi Keenam, Erlangga: Jakarta Ilmu Panas, Edisi Kedua, Gunadarma: Jakarta

http://en.wikipedia.org/wiki/Water_heating

Anonim,aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-lpg-di-dapur-anda.pdf)

Santoso, A.U, 2003, Diktat Teknik Pembakaran, Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma: Yogyakarta