Water heater dengan panjang pipa 20 meter dan 150 lubang input udara - USD Repository

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 20 METER DAN

150 LUBANG INPUT UDARA

TUGAS AKHIR

  Untuk memenuhi sebagian persyaratan Mencapai derajat Sarjana S-1

  Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin

  

diajukan oleh :

  EKO SETIAWAN 085214019

  Kepada JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA

  2012

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  WATER HEATER WITH 20 METER LONG PIPE AND 150 INPUT AIR HOLES FINAL TASK

  To meet partial requirements Achieve the degree of S-1

  Mechanical Engineering Program Department of Mechanical Engineering submitted by:

  EKO SETIAWAN 085214019

  To MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  PERNYATAAN

  Dengan ini kami menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak memuat karya yang pernah diajukan disuatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan kami juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

  Yogyakarta,14 Agustus 2012 Eko Setiawan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertandatangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Nama : Eko Setiawan Nomor Mahasiswa : 085214019 Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul :

  WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 20 METER DAN 150 LUBANG INPUT UDARA

  Beserta 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 nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

  Yogyakarta, 14 Agustus 2012 Yang menyatakan,

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  INTISARI

  Saat ini air hangat sudah menjadi salah satu kebutuhan yang diperlukan dalam kehidupan masyarakat, dimana orang-orang kota yang berkecukupan, anak kecil, orang sudah lanjut usia membutuhkan air hangat untuk mandi. Air hangat juga dibutuhkan para karyawan atau pekerja yang pulang malam hari di rumah, untuk memulihkan kelelahan akibat kerja. Tulisan ini dibuat dengan tujuan untuk memberikan informasi tentang karakteristik water heater ,antara lain : (a) merancang dan membuat water heater, (b) mendapatkan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater, (c) mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor (d) menghitung kalor yang diterima water heater, (e) menghitung kalor gas LPG dan (f) menghitung efisiensi water heater. Sehingga dengan adanya informasi ini diharapkan dapat membantu dalam pembuatan 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, 150 lubang masuk udara pada dinding luar, 1005 lubang pada dinding dalam water heater, dan 6 buah sirip dari pipa berdiameter 3/8 inci. Variasi dilakukan terhadap besar kecilnya debit air yang masuk ke dalam pemanas air dengan debit gas yang konstan pada pemanas air.

  Hasil dari penelitian didapatkan (a) Water heater dapat dibuat dengan baik dan mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran. Pada debit aliran : 14 liter/menit dan dengan suhu air yang keluar sebesar 45 °C, (b) Hubungan antara debit air yang masuk dengan temperatur air yang mengalir

  m 2 m m T _{out air air air}

  dinyatakan dengan persamaan : = 0,297 – 9,566 + 121,9 (

  T _out

  dalam liter/menit, dalam °C ) R² = 0,990, (c) Hubungan antara debit air yang masuk dengan laju aliran kalor yang diperlukan dinyatakan dengan

  m 2 m m q _{air air air air air} q

  persamaan : = -171,9 + 3154 + 6873 ( dalam liter/menit, dalam watt) R² = 0,967, (d) Kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara: 17551,8 – 14216,96 watt. Jumlah kalor terbesar sebesar : 17551,8 watt, (e) Kalor yang diberikan gas LPG sebesar : 22142,46 watt, (f) Hubungan antara debit air yang masuk dengan efisiensi water heater yang diperlukan

  2 m m m

  dinyatakan dengan persamaan : + 14,24 + 31,04 ( ƞ = -0,776 air air air dalam liter/menit,

  ƞ dalam % ) R² = 0,967 Kata kunci : Water heater, debit air, suhu air, efisiensi

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat, rahmat dan bimbinganNya selalu, hingga terselesaikannya penyusunan Tugas Akhir, yang berjudul “Water heater dengan panjang pipa 20 meter dan

  

150 lubang input udara” . Tugas Akhir membahas mengenai garis besar tentang

  pembuatan dan karakteristik Water Heater. Informasi terkait Water Heater ini diharapkan dapat digunakan sebagai salah satu alat yang dapat digunakan di kehidupan sehari - hari sebagai pemanas air untuk keperluan mandi 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. Ir. PK. Purwadi, M.T. selaku Dosen Pembimbing TA dan selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma

  2. Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma 3. Yosef Agung Cahyanta, S.T, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.

  4. Kedua orang tua saya tercinta, Ibu Sumarni dan Bapak Kirdi Wiyana yang telah memberi dukungan baik material maupun spiritual hingga saat ini.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  5. Keluarga besar Nenek Samirah saya terkasih yang telah memberikan dorongan dan semangat agar terselesaikannya tugas akhir ini.

  6. Rekan - rekan mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma

  7. Seluruh Dosen dan karyawan Prodi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Tugas Akhir ini baru permulaan dan masih banyak kekurangan dan perlu pembenahan. Oleh karena itu kritik dan saran yang membangun dari semua pihak diterima penulis dengan senang hati. Akhir kata semoga karya tulis ini dapat bermanfaat bagi para pembaca pada umumnya. Terima Kasih.

  Yogyakarta, 14 Agustus 2012 Penulis,

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL …………………………………………………… i

HALAMAN PENGESAHAN ………………………………………….. iv

HALAMAN PERNYATAAN ………………………………………….. v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI …………. vi

  

INTISARI ……………………………………………………………….. vii

KATA PENGANTAR …………………………………………………. viii

DAFTAR ISI …………………………………………………………… x

DAFTAR GAMBAR …………………………………………………… xiii

DAFTAR TABEL ……………………………………………………… xiv

NOTASI …………………………………………………………………. xvi

BAB I PENDAHULUAN

  1.1.Latar Belakang………………………………………………...1

  1.2. Tujuan………………………………………………...………3

  1.3. Batasan Masalah…………………………………...…………4

  1.4. Manfaat…………………………………………...…………..4

  BAB II DASAR TEORI

  2.1 Dasar Teori

  2.1.1 Saluran Air .........…………………….…...…………..5

  2.1.2 Sirip.......…………………..…………………………. 6

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  2.1.3 Bahan Bakar…………………..………………………8

  2.1.4 Kebutuhan Udara………………….……...…………10

  2.1.5 Saluran Gas Buang……………………….…...…….11

  2.1.6 Sumber Api .......................……………………….....12

  2.1.7 Isolator..............................……………….………….14

  2.1.8 Laju Aliran Kalor.......................………………….....15

  2.1.9 Laju Aliran Kalor yang diberikan Gas……..…...…....16

  2.1.10 Efisiensi…………………..………….………......…17

  2.2 Referensi..................................................................................17

  BAB III METODE PERANCANGAN DAN PEMBUATAN

  3.1 Rancangan Alat Water Heater ..…………...……….…….…21

  3.2 Pembuatan Water Heater …………………...…………..…..26

  3.2.1 Bahan Water Heater ………………........…...............23

  3.2.2 Sarana Dan Alat-alat yang digunakan…........…........24

  3.2.3 Langkah-langkah Pengerjaan

  3.2.3.1 Persiapan...………………………………..........27

  3.2.3.2 Pengerjaan...…..…………………………..........27

  3.3 Hasil Pembuatan

  3.3.1 Kesulitan Pengerjaan…….…………………………..39

  BAB IV METODOLOGI PENELITIAN

  4.1 Skematis Pengujian .................................................................40

  4.2 Variasi Penelitian ………………………………...………….41

  4.3 Peralatan Pengujian

  m

  6.2 Saran …………………………………….………………54

  6.1 Kesimpulan ………………………………………………53

  BAB VI PENUTUP

  5.2.5 Efisiensi …………………………………….…...…. 48

  5.2.4 Perhitungan Laju Aliran Kalor yang diberikan Gas...47

  5.2.3 Perhitungan Laju Aliran Kalor yang diterima Air …..47

  5.2.2 Perhitungan Aliran Massa Air , …………...……46 _air

  4.3.1 Alat-alat yang digunakan …………….....…..………41

  5.2.1 Perhitungan Kecepatan Air rata-rata u m ……………..46

  5.2 Perhitungan…………………………….…………..………45

  5.1 Hasil Pengujian …………………….……………..………45

  BAB V KARAKTERISTIK WATER HEATER

  4.6 Cara Menyimpulkan …………………………..……...….…44

  4.5 Cara Mengolah Data …………………………...……….......44

  4.4 Cara Memperoleh Data …………………………...…….......44

  DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Grafik Efisiensi Sirip Siku Empat dan SegitigaGambar 2.2 Grafik Efisiensi Sirip Siku EmpatGambar 2.3 Kompor gas dengan regulator SavequamGambar 2.4 Kompor gas tungku besarGambar 2.5 Kompor Quantum RTGambar 2.6 Laju aliran kalorGambar 2.7 Water Heater Modena GI-6Gambar 2.8 Water Heater Rinnai REU-55RTBGambar 2.9 Water Heater Heating Equipment JLG30-BV6Gambar 3.1 Rancangan Water HeaterGambar 3.2 Lengkungan PipaGambar 3.3 Lengkungan dan sirip Water HeaterGambar 3.4 Sirip Water HeaterGambar 3.5 Penutup Water HeaterGambar 3.6 Water Heater tampak dari bawahGambar 3.7 Water Heater tampak dari luar

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 3.9 Lengkungan pipa dan siripGambar 3.10 Pipa tembaga sebelum dipotongGambar 3.11 Pemotongan pipa tembaga untuk siripGambar 3.12 Pipa tembaga setelah dipotongGambar 3.13 Pipa tembaga setelah dipotong dan diluruskanGambar 3.14 Tabung bagian luarGambar 3.15 Tabung bagian dalam sebelum dibentukGambar 3.16 Tabung bagian dalamGambar 3.17 Penutup bagian atasGambar 3.18 Lubang saluran udaraGambar 3.19 Water HeaterGambar 4.1 Skema rangkaian alatGambar 4.2 Tabung gasGambar 4.3 Termokopel, kalkulator, alat tulis, dan komporGambar 4.4 Gelas ukurGambar 5.1 Hubungan debit air dengan suhu air keluar pada suhu air input 27

  °C

Gambar 5.2 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan pada suhu air input 27 °CGambar 5.3 Hubungan debit air dengan efisiensi water heater yang diperlukan pada suhu air input 27 °C

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan bahan bakar lainnya.Tabel 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normalTabel 2.3 Konduktifitas termal beberapa mediaTabel 5.1 Hasil pengujian pemanas air

  m

Tabel 5.2 Perhitungan dan q air air

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

DAFTAR NOTASI

  C T

  %

  Water heater

  η = Efisiensi

  3

  = massa jenis fluida yang mengalir kg/m

  = Debit air liter/menit ρ

  m

  C _air

  o

  = Suhu air keluar water heater

  o

  m = Massa kg r = Jari-jari atau jarak, m d = Diameter, m ΔT

  = Perubahan temperatur, °C _air

  = Suhu air masuk water heater

  Nilai kalor jenis elpiji J/kg T i

  c =

  C _gas

  c = Kalor jenis air J/kg. o

  = Debit gas kg/s _air

  u = Kecepatan air rata-rata fluida mengalir kg/s gas m

  C _m

  o

  = Laju aliran kalor yang diberikan gas watt k = Konduktifitas termal, W/m.

  q

  = Laju aliran kalor yang diterima air watt _gas

  q

  o

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB I PENDAHULUAN 1.1. LATAR BELAKANG Saat ini air hangat sudah menjadi salah satu kebutuhan yang diperlukan

  dalam kehidupan masyarakat, dimana orang-orang kota yang berkecukupan, anak kecil, orang yang sudah lanjut usia membutuhkan air hangat untuk keperluan mandi. Air hangat juga dibutuhkan untuk para karyawan atau pekerja yang pulang di malam hari di rumah, untuk memulihkan kelelahan akibat bekerja. Air hangat juga sangat dibutuhkan oleh orang-orang yang tinggal di daerah pegunungan, karena suhu di daerah pegunungan lebih dingin dibandingkan di dataran rendah. Kemudian dibidang perhotelan air hangat dipergunakan sebagai salah satu fasilitas yang disediakan untuk orang yang menginap di hotel. Selain itu,air hangat juga dipergunakan di rumah sakit, untuk memandikan orang-orang yang sedang sakit.

  Ada tiga macam jenis water heater antara lain water heater menggunakan tenaga Sinar Matahari atau lebih di kenal dengan sebutan solar cell, tenaga gas dan tenaga listrik. Water heater 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 ada juga kekurangannya yaitu pemasangannya yang rumit (diletakkan di atas atap rumah)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  dan kemampuanya bergantung pada banyaknya sinar matahari sehingga terbatas penggunaannya (volume air panas yang dapat dipergunakan). Bila terjadi cuaca yang tidak mendukung, water heater tidak dapat lagi digunakan terutama di daerah pegunungan dingin yang sedikit mendapatkan penyinaran matahari.

  Selain itu, apabila di lihat dari sisi ekonomi, water heater dengan menggunakan tenaga surya lebih mahal dibandingkan dengan water heater lainnya. Sedangkan untuk tenaga listrik, water heater ini sangat mudah di dapatkan di toko – toko elektronik dan penggunaan water heater ini lebih praktis dibandingkan pemanas air dengan menggunakan tenaga surya. Namun ada juga kekuranganya yaitu apabila terjadi pemadaman listrik, maka water heater jenis ini tidak dapat digunakan dan tingkat perbaikan kerusakan sangat sulit, sehingga perlu menambah biaya yang cukup banyak tetapi hasil yang diharapkan tidak seperti yang diharapkan. Kemudian volume air panas yang dihasilkan juga tertentu, jika volume air panas yang dipergunakan sudah habis digunakan, maka jika ingin dipergunakan lagi ,harus menunggu waktu water heater untuk memanaskan air lagi. Maka dari itu, jika dilihat dari sisi biaya, water heater dengan menggunakan tenaga listrik jauh lebih mahal dibandingkan water heater dengan menggunakan gas LPG.

  Water heater tenaga gas LPG, water heater jenis ini menggunakan bahan

  bakar gas untuk memanaskan air dan lebih menguntungkan dibandingkan dengan pemanas air tenaga listrik maupun water heater tenaga surya, karena konsep kerjanya yang mirip dengan penggunaan kompor gas di rumah maka

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  penggunaannya lebih mudah dibandingkan dengan water heater lainnya. Adapun keuntungan yang lainnya adalah air panas yang dipergunakan tidak terbatas, demikian juga jumlah orang yang ingin mandi air panas tidak terbatas. Selama air dapat mengalir, selama itu pula air panas dapat dihasilkan. Oleh karena itu, diperlukan suatu rancangan pemanas air berbahan bakar gas LPG yang nantinya dapat dihasilkan laju aliran perpindahaan kalor yang baik. Selain itu, dilihat dari sisi ekonomi, water heater jenis ini lebih murah dibandingkan dengan pemanas air lainnya. Kerugian dari pemanas air tenaga gas LPG, harus menjaga secara hati-hati agar tabung gas tidak mengalami kebocoran yang mengakibatkan bahaya ledakan.

1.2. TUJUAN a.

  Merancang dan membuat water heater b. Mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar water heater.

  c.

  Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor d. Menghitung kalor yang diterima air dari water heater.

  e.

  Menghitung kalor yang diberikan gas LPG f. Menghitung efisiensi water heater.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

1.3. BATASAN PERSOALAN a.

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

  b.

  Banyaknya dinding plat : 2 lapis, plat lapis dalam mempunyai banyak lubang dengan diameter : 2 mm dengan jumlah 150 dan plat luar mempunyai banyak lubang dengan diameter : 1 cm (setinggi 25 cm) c. Bahan pipa tembaga dengan diameter : 0,9525 cm = 3/8 inch d. Pipa bersirip dengan jumlah sirip : 7 dan panjang sirip 50 cm e. Sirip dari pipa tembaga dengan diameter : 0,9525 cm 1.4.

   MANFAAT a.

  Memperluas pengetahuan tentang pembuatan water heater.

  b.

  Sebagai referensi bagi para pembuat water heater.

  c.

  Dapat digunakan oleh kalangan masyarakat luas.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. DASAR 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

  o

  pembelokan pipa diusahakan besar (misalnya lebih besar dari 90 ), 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

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  bahan dari 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.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 2.1 grafik efisiensi sirip siku empat dan segitiga ( sumber: Holman, J.P,

  1993, Perpindahan kalor)

Gambar 2.2 grafik efisiensi sirip siku empat ( sumber: Holman, J.P, 1993,

  Perpindahan kalor)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

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 dan Butana , dengan komposisi

  ( C H ) ( C H ) _{3 8 4 10}

  kurang lebih sesbesar 99 %, selebihnya adalah gas Pentana C H yang

  ( ) _{5 12}

  dicairkan. Perbandingan komposisi Propana dan Butana adalah 30 : 70. LPG lebih berat dari udara dengan berat jenis sekitar 2,01 (dibandingkan dengan

  kg

  udara). Tekanan uap LPG cair dalam tabung sekitar 5 – 6,2 . Nilai kalori ₂

  cm

  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.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Reaksi pembakaran Propana ( C H ) , jika terbakar sempurna adalah _{3 8} sebagai berikut :

  C H + 5 O CO + 4 H O + panas _{3 8}

_{2 → 3}

_{2 2} Propana + oksigen

  → karbondioksida + uap air + panas Menurut wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut setara dengan 46000000 J/kg atau 46MJ/kg.

  Reaksi pembakaran Butana ( C H ) ,jika terbakar sempurna adalah _{4 10} sebagai berikut :

  O CO H O

  2 C H + 13 + 10 + panas _{4 10 2 → 8 2 2} Butana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas

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

  Sebagai gambaran : Untuk menaikkan 1 gram air 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 ₃ Propana memiliki volume sekitar 0,543 . Satu kg elpiji memiliki energi yang

  m

  setara untuk mendidihkan air 90 L.Tabel 2.1 Menyajikan daya pemanasan dari

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  efisiensi alat masak LPG dengan bahan bakar gas. Terlihat bahwa efisiensi alat masak dengan gas LPG berkisar sebesar 60 %.

Tabel 2.1 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG

  dan bahan bakar lainnya. (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 4500 kkal/m3 55 % Listrik 860 kkal/kWh 60 %

  L P G 11.900 kkal/kg 60 % Listrik 860(kkal/KWh) 60 %

2.1.4 Kebutuhan Udara

  Di dalam proses pembakaran memerlukan oksigen. Pada proses pembakaran bahan bakar untuk pemanas air dapat mempergunakan oksigen yang dapat diambil dari lingkungan (udara bebas). Aliran udara yang diperlukan harus disesuaikan dengan ukuran tabung pemanas air dan pipa yang digunakan dengan kata lain 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

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  diusahakan mampu memberikan kalornya secara efisien ke fluida air yang mengalir di dalam saluran pipa. Dengan kata lain, akan didapatkan suhu air keluar dari pemanas air kurang tinggi.

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 begitu besar perbedaannya antara suhu gas buang dengan suhu udara.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  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 dapt dipindahkan ke dalam air melalui

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  saluran pipa air. Dengan catatan proses pembakaran yang terjadi dalam peralatan water heater berlangsung dengan sempurna. Berikut ini adalah contoh sumber api berbahan bakar gas LPG yang terdapat di pasaran, tersaji pada Gambar 2.3, Gambar 2.4, Gambar 2.5.

Gambar 2.3 Kompor gas dengan regulator SavequamGambar 2.4 Kompor gas tungku besar

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 2.5 Kompor Quantum RT

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.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Tabel 2.3 Konduktifitas termal beberapa media (Sumber :

  http://www.scribd.com/doc/61109210/BAB-II-Termal) Konduktifitas Termal (k)

  Media W/m.ºC

  Gabus 0,042 Wol 0,040 Kayu 0,08-0,016 Bata 0,84 Busa 0,024 Udara 0,023

2.1.8 Laju Aliran Kalor

  Laju aliran kalor yang diterima air ketika mengalir di dalam saluran pipa dapat dihitung dengan persamaan : ρ

Gambar 2.6 Laju aliran kalor

  q = m c ( T − T ) ................................................ (2.1) _{air air air i o 2}

  . d π

  m =

  ρ ( ) u ............................................... (2.2) _m

  air

  4

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Pada persamaan (2.1) dan (2.2):

  q : laju aliran kalor yang diterima air, watt _air m _air : debit air, liter/menit o c : kalor jenis air, J/kg _air C. o

  T : suhu air masuk water heater, C

  i o

  T o : suhu air keluar water heater, C.

  m u : kecepatan rata-rata fluida mengalir, /s _{m 3}

  ρ : massa jenis fluida yang mengalir, kg/ m d : diameter saluran, m

2.1.9 Laju aliran kalor yang diberikan gas Kalor yang diberikan gas dapat dihitung dengan persamaan.

  = ……………….………………………….(2.3)

  q m c _{gas gas gas}

  Pada persamaan (2.3) :

  m = masa gas elpiji yang terpakai (kg/s) _gas c _gas

  = nilai kalor jenis elpiji ( J/kg), (1kkal = 4186,6 J), tersaji pada Tabel 2.1

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

2.1.10 Efisiensi

  Efisiensi water heater dapat dihitung dengan persaman :

  q _air

  η = x 100 % ………………………………….…….(2.4)

  q _gas

  Pada persamaan (2.4) : : Efisiensi water heater (%)

  η

  q : Laju aliran kalor yang diterima air, watt _air q : Laju aliran kalor yang diberikan gas, watt _gas

2.2. REFERENSI

  Kegiatan rekayasa dan pengembangan water heater untuk memenuhi kebutuhan masyarakat berkembang pesat. 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 kapasitas air per menit juga bervariasi, rata – rata water heater yang dijual di pasaran berkapasitas 5 – 8 L/menit, biasanya digunakan dalam rumah tangga, sedangkan untuk kapasitas yang lebih besar biasanya digunakan dihotel.

  Referensi pembanding untuk pembuatan water heater bahan bakar gas LPG adalah water heater merk Modena seri GI-6,water heater Rinnai REU-

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  55RTB, dan water heater Heating Equipment JLG30-BV6 yang karakteristiknya adalah sebagai berikut :

a. Gas water heater Modena GI-6

Gambar 2.7 Water heater Modena GI-6

  Nama Produk : Modena Negara Pembuat : Italia Spesifikasi Model : GI-6 Warna : Putih (GI-6), Inox (GI-6S) Kapasitas maksimum : 6 L/menit Dimensi Luar : 740 mm x 430 mm x 248 mm Tipe Gas : NG LPG Temperatur maksimum : 65°C

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

b. Gas water heater Rinnai REU-55RTB

Gambar 2.8 Water heater Rinnai REU-55RTB

  Nama Produk : Rinnai Negara Pembuat : Japan Spesifikasi

  : 0,5 kg/jam

• Gas Input : REU-55RTB
• Model : 369 mm x 290 mm x 138 mm
• Dimensi Luar : 6 L/menit
• Kapasitas Maksimum • Temperatur Maksimum : ± 50°C

  Gas : LPG

• Tipe

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

c. Water heater Heating Equipment JLG30-BV6

Gambar 2.9 Water heater Heating Equipment JLG30-BV6

  Negara Pembuat : China Nama Produk : Smales Spesifikasi

  : JLG30-BV6

• Model : 6 L/menit
• Kapasitas maksimum 39 kg
• Berat :

  : 760 mm x 430 mm x 320 mm

• Dimensi Luar Gas : NG LPG
• Tipe : 40°C - 80°C
• Jangkauan Temperatur

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB III RANCANGAN WATER HEATER

3.1 RANCANGAN WATER HEATER

  Gambar rancangan water heater dengan menggunakan bahan seng dan pipa tembaga. Disajikan pada Gambar 3.1 sampai Gambar 3.7. Gambar 3.1 memperlihatkan rancangan water heater, Gambar 3.2 memberikan informasi tentang lengkungan pipa dan diameternya, Gambar 3.3 memperlihatkan lengkungan pipa dan sirip tembaga yang sudah terpasang, Gambar 3.4 memperlihatkan tinggi lengkungan pipa dan sirip, Gambar 3.5 memberikan informasi tentang penutup bagian atas,Gambar 3.6 memperlihatkan water heater tampak dari bawah dan Gambar 3.7 memperlihatkan tinggi water heater.

Gambar 3.1 Rancangan water heater

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 3.2 Lengkungan pipaGambar 3.3 Lengkungan dan sirip water heater

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 3.4 Sirip water heaterGambar 3.5 Penutup water heater

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 3.6 Water heater tampak dari bawahGambar 3.7 Water heater tampak dari luar

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Cara Kerja dari water heater ini sebenarnya sangat sederhana yaitu sama seperti memasak air. Perbedaanya adalah terletak pada kondisi/keadaan air yang dipanaskan. Pada water heater, air yang dipanaskan mengalir secara terus menerus. Oleh karena itu, agar kalor yang dihasilkan kompor dapat diserap secara maksimal maka dipasang sirip-sirip tembaga. Telah diketahui bahwa sirip- sirip tembaga berfungsi sebagai penyerap panas dan mengalirkan panas yang diterima dari nyala api pada pipa tembaga. Pemilihan bahan tembaga sebagai sirip dan pipa tembaga sebagai media untuk aliran air berdasarkan nilai konduktor termal bahan (koefisien perpindahan kalor konduksi) yaitu tembaga murni memiliki harga k = 386 W/m°C dan nilai ekonomimnya.

  Sebenarnya masih banyak bahan yang memiliki nilai konduktor termal lebih tinggi dibandingkan tembaga seperti emas dan perak. Akan tetapi jika dilihat dari segi ekonomi, tembaga lebih murah dibandingkan emas dan perak.

  Mekanisme perpindahan kalor yang terjadi pada water heater yaitu perpindahan kalor secara konduksi dan perpindahan kalor konveksi. Proses perpindahan kalor konveksi terjadi pada saat nyala api menyentuh sirip-sirip tembaga, kemudian, dari sirip-sirip tembaga panas yang diterima mengalir menuju pipa tembaga, proses ini disebut perpindahan kalor secara konduksi dan perpindahan panas secara konveksi terjadi dari pipa tembaga ke air yang mengalir.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

3.2. PEMBUATAN WATER HEATER

  3.2.1 Bahan water heater

  a. Pipa tembaga dengan diameter 0,9525 cm sebagai saluran air

  b. Kawat besi sebagai pengikat sirip tembaga

  c. Seng sebagai body water heater

  3.2.2. Sarana dan alat-alat yang digunakan Sarana dan alat-alat yang digunakan untuk proses pembuatan pemanas air ini adalah: a.

  Mesin bor, digunakan untuk membuat lubang saluran udara yang berada di sisi luar tabung.

  b.

  Alat penekuk plat, digunakan untuk menekuk lempengan seng.

  c.

  

Palu, digunakan saat membuat lubang saluran udara dibagian tabung dalam.

  d.

  Gunting, digunakan untuk memotong seng.

  e.

  Tang, digunakan saat memasang sirip pipa tembaga dengan lengkungan pipa tembaga.

  f.

  Obeng (- , +), untuk mengencangkan selang yang dipasang di saluran masuk dan keluar.

  g.

  

Penggaris, digunakan saat menggaris agar lebih mudah saat memotong seng.

  h.

  Paku, digunakan untuk membuat lobang saluran udara di tabung dalam. i.

  Kawat besi, mengikat atau menyambungkan pipa tembaga dengan lengkungan pipa. j.

  Jangka, untuk membuat lingkaran pada seng sebelum dipotong.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  k.

  Alat pembengkok, untuk membengkokkan pipa. l.

  Alat pemotong, digunakan dalam pembuatan sirip untuk memotong pipa tembaga.

3.2.3. Langkah-langkah pengerjaan

3.2.3.1 Persiapan

  Sebelum memulai pembuatan water heater, terlebih dahulu harus melakukan persiapan yaitu :

  a. Menyiapkan rancangan water heater

  Dalam merancang pembuatan desain water heater dapat dilakukan dengan menggambar instalasi tersebut dengan gambar tangan atau menggunakan software-software yang mendukung.

  b. Menyiapkan alat-alat dan bahan

  Setelah rancangan water heater sudah selesai maka, kita dapat menentukan bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan water heater lalu kemudian, membelinya.

  c. Menyiapkan keperluan lainnya

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

3.2.3.2 Pengerjaan

  Dalam pelaksanaan pembuatan water heater banyak hal-hal yang harus dilakukan yaitu :

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

a. Melengkungkan pipa

  Dalam membengkokkan pipa tembaga agar dapat berbentuk spiral maka digunakan mesin roll atau alat pembengkok(manual) untuk membengkokkannya.