WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 10 METER 320 LUBANG UDARA DAN PENAMBAHAN PENUTUP GAS BUANG
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 10 METER 320
LUBANG UDARA DAN PENAMBAHAN PENUTUP GAS
BUANG
SKRIPSI
Untuk memenuhi salah satu syarat
mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin
Diajukan oleh
DOMINICO SAVIO KRISMAS WINDU KUSUMA
NIM : 105214066
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2014
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
WATER HEATER WITH 10 METERS LENGTH OF PIPE 320
AIR INTAKE HOLES AND COMPLETED WITH EXHAUST
COVER
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By
DOMINICO SAVIO KRISMAS WINDU KUSUMA
Student Number : 105214066
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2014
ii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
iii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
iv
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Skripsi ini tidak terdapat karya
yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan
Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat
yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis
diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 10 Juli 2014
Dominico Savio Krismas Windu
v
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata
Dharma :
Nama
: Dominico Savio Krismas Windu Kusuma
Nomor Mahasiswa
: 105214066
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada
Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :
Water Heater Dengan Panjang Pipa 10 Meter 320 Lubang Udara dan
Penambahan Penutup Gas Buang
Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada
Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan
dalam bentuk media yang lain, mengelola di internet atau media lain untuk
kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan
royalty kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, 10 Juli 2014
Yang menyatakan,
Dominico Savio Krismas Windu Kusuma
vi
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
ABSTRAK
Salah satu teknologi yang sekarang ini banyak diminati di kalangan rumah
tangga adalah water heater. Selain kebutuhan rumah tangga, water heater banyak
digunakan untuh kebutuhan rumah sakit, hotel dan industri.
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Program Studi Teknik Mesin
Sanata Dharma Yogyakarta. Penelitian ini bertujuan untuk (a) merancang dan
membuat water heater tenaga gas LPG, (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, (e) menghitung kalor yang diberikan gas LPG, (f) menghitung
efisiensi water heater.
Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 37 cm, diameter tabung
paling luar 34 cm, diameter tabung tengah 26 cm, diameter tabung paling dalam 9
cm, selimut diameter luar memiliki jumlah lubang udara 320 dengan diameter
lubang 10 mm, selimut diameter tengah memiliki jumlah lubang udara 680
dengan diameter lubang 10 mm, selimut diameter dalam memiliki jumlah lubang
udara 221 dengan diameter lubang 10 mm, panjang pipa saluran air 10 meter,
diameter dalam pipa saluran air 12,7 mm, dan 8 buah sirip dari pipa tembaga
dengan panjang sirip 30 cm dan diameter dalam 12,7 mm. Variasi dilakukan pada
tinggi pembukaan tutup gas buang, yaitu sebesar 10 putaran (1 cm), 20 putaran (2
cm), dan 30 putaran (3 cm).
Hasil penelitian memberikan beberapa kesimpulan yaitu (a) water heater
dengan spesifikasi menggunakan panjang pipa saluran air 10 meter, diameter
dalam pipa 0,5 inchi (12,7 mm) dan penambahan penutup gas buang dapat bekerja
dengan baik dan mampu bersaing dengan water heater yang beredar di pasaran.
Pada suhu air keluar untuk mandi yaitu 36 °C – 40 °C debit air keluar yaitu 10,56
liter/menit – 16,5 liter/menit, dengan efisiensi 46,20 % - 48,41 %, (b) hasil terbaik
hubungan antara debit air dengan temperatur air yang keluar dari water heater
dinyatakan dengan persamaan : To = 91,70 ṁ -0,31. Persamaan tersebut berlaku
untuk nilai 2,52 < ṁ < 36. pada tekanan udara pada 1 atm dan pada suhu air
masuk 27,8 oC, ṁ adalah debit aliran air dalam liter/menit, (c) hasil terbaik
hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang keluar dari water heater
dinyatakan dengan persamaan : q air = -5,253 ṁ2 + 211,0 ṁ + 8244. Persamaan
tersebut berlaku untuk nilai 2,52 < ṁ < 36. Pada tekanan udara pada 1 atm dan
pada suhu air masuk 27,8 oC, ṁ adalah debit aliran air dalam liter/menit, (d) hasil
terbaik hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater yang keluar dari
water heater dinyatakan dengan persamaan : η = -0,025 ṁ2 + 1,010 ṁ + 39,45.
Persamaan tersebut berlaku untuk nilai ṁ sebesar 2,52 < ṁ< 36. Pada tekanan
udara pada 1 atm dan pada suhu air masuk 27,8 oC, ṁ adalah debit aliran air
dalam liter/menit, (e) kalor yang diberikan gas LPG sebesar 20,897 kW, (f) kalor
yang diterima air paling tinggi sebesar 10,28 kW.
Kata Kunci : water heater, water heater gas LPG.
vii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
ABSTRACT
One of the technologies that are now in great demand among households is
water heater. Besides as a household need, water heater is also used for need of
hospitals, hotels and industries.
This research was conducted in Laboratory of Mechanical Engineering
Study Program of Sanata Dharma University. This research was aimed to (a)
design and make water heater with LPG gas power, (b) obtain the relationship
between discharge of water flowing out with the temperature of water out of water
heater, (c) obtain the relationship between discharge water with the rate of heat
flow, (d) count heat that was accepted by water, (e) count heat that was given by
LPG gas, (f) count the efficiency of water heater.
The water heater had dimension of high 37 cm, diameter of outside tube
34 cm, diameter of middle tube 26 cm, diameter of inside tube 9 cm, blanket of
outside diameter had 320 numbers of air holes with 10 mm as the diameter of
hole, blanket of middle diameter had 680 numbers of air holes with 10 mm as the
diameter of hole, blanket of inside had 221 numbers of air holes with 10 mm as
the diameter of hole, the lenght of plumbing was 10 meters, the diameter of
plumbing inside was 12,7 mm, and 8 fins from copper pipe with the length of fin
was 30 cm and the inside diameter was 12,7 mm. Variation was done at the
opening high of exhaust gas cap, it was 10 rounds (1 cm), 20 rounds (2 cm), and
30 rounds (3 cm).
The research provided some conclusions: (a) the water heater with the
specification used the length of plumbing 10 meters, diameter of pipe inside 0,5
inches ( 12,7 mm) and the increment of the exhaust gas cap could work well and
could compete with others water heater on the market. For took a bath, the water
out in the temperature of 36 °C – 40 °C, discharger of water out was 10,56
liters/minutes – 16,5 liters/ minutes, with the efficiency of 46,20 % - 48,41%, (b)
the best result of the relationship between discharge of water flowing out and with
the temperature of water out of water heater was stated with the equation: To =
91,70 ṁ -0,31. That equation occurred for the value of 2,52 < ṁ < 36. In the air
pressure 1 atm in the temperature of incoming water 27,8 oC, ṁ was the
discharger of water in liter/minute, (c) the best result of the relationship between
the discharge water with the rate of heat flow that out from water heater was
stated with equation: q air = -5,253 ṁ2 + 211,0 ṁ + 8244. That equation occurred
for the value 2,52 < ṁ < 36. In the air pressure 1 atm and in the temperature of
incoming water 27,8 oC, ṁ was the discharger of water in liter/minute, (d) the best
result of the relationship between discharger of water with efficiency of water
heater that out from water heater was stated with the equation: η = -0,025 ṁ2 +
1,010 ṁ + 39,45. That equation occurred for the value 2,52 < ṁ < 36. In the air
pressure 1 atm and in the temperature of incoming water 27,8 oC, ṁ was the
discharger of water in liter/minute, (e) the heat that was given by LPG gas was
20,897 kW (f) the heat that was accepted by the highest water was 10,28 kW.
Keywords: water heater, water heater with LPG gas.
viii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang atas
berkat dan kasih serta penyertaan-Nya penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang
berjudul : “Water Heater dengan Panjang Pipa 10 meter 320 Lubang dan
Penambahan Penutup Gas Buang”, dengan baik.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan
Strata-1 (S-1) Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penelitian dan penyusunan
Skripsi ini melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini, penulis
mengucapkan terima kasih kepada :
1. P.H. Prima Rosa, S.Si, MSc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. PK. Purwadi, M.T. selaku Kepala Program Studi Teknik Mesin dan Dosen
Pembimbing Skripsi yang telah banyak memberikan bimbingan kepada
penulis dalam menyelesaikan Skripsi ini.
3. Orangtua yang sudah memberi perhatian selama proses perkuliahan hingga
selesainya Skripsi ini, baik dalam bentuk doa, dukungan dan motivasi.
4. Deny, Galih, Andre yang telah bersama – sama dalam pembuatan alat dan
pengambilan data.
5. Laboran prodi Teknik Mesin yang sudah bersedia membantu dalam hal
meminjamkan alat – alat yang dibutuhkan selama pengambilan data.
ix
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian dan penyusunan Skripsi ini
masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu kami mengharapkan
masukan, kritik, dan saran dari berbagai pihak untuk menyempurnakannya.
Semoga Skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca. Terima
kasih.
Yogyakarta, 10 Juli 2014
Penulis
x
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
DAFTAR ISI
hal
HALAMAN JUDUL……………………………………………………….........
i
TITLE PAGE……………………………………………………………............
ii
HALAMAN PERSETUJUAN……………………………………………..........
iii
HALAMAN PENGESAHAN...............................................................................
iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA..........................................
v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK
vi
KEPENTINGAN AKADEMIS............................................................................
ABSTRAK............................................................................................................
vii
ABSTRACT..........................................................................................................
viii
KATA PENGANTAR..........................................................................................
ix
DAFTAR ISI.........................................................................................................
xi
DAFTAR GAMBAR............................................................................................
xv
DAFTAR TABEL.................................................................................................
xix
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN............................................................................
1
1.1. Latar Belakang...........................................................................
1
1.2. Rumusan Masalah......................................................................
4
1.3. Tujuan Penelitian.......................................................................
4
1.4. Batasan Masalah.......................................................................
4
1.5. Manfaat......................................................................................
5
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA…………………....
6
2.1. Dasar teori..................................................................................
6
xi
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
2.1.1. Perpindahan Kalor............................................................
6
2.1.2. Perancangan Saluran Air..………………………………..
9
2.1.3. Saluran Udara Untuk Kebutuhan Pembakaran…………..
12
2.1.4. Sirip……………………………………………..............
12
2.1.5. Isolator.............................................................................
13
2.1.6. Bahan Bakar / Sumber Energi..........................................
14
2.1.7. Kebutuhan Udara.............................................................
16
2.1.8. Saluran Gas Buang...........................................................
16
2.1.9. Sumber Api......................................................................
17
2.1.10. Laju Aliran Kalor yang Diterima Air.............................
18
2.1.11. Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas…………..........
19
2.1.12. Efisiensi..........................................................................
20
2.2. Tinjauan Pustaka........................................................................
20
2.2.1. Macam – macam Water Heater yang Ada Di
pasaran...........................................................................
20
2.2.2. Konstruksi Water Heater Gas
LPG................................................................................
22
2.2.3. Hasil Penelitian Water Heater Gas
BAB III
LPG................................................................................
26
PEMBUATAN ALAT……………………………………………..
30
3.1. Persiapan Pembuatan Water Heater……………………..........
30
3.1.1. Gambar Rancangan Water Heater..................................
30
3.1.2. Bahan – bahan yang Digunakan Dalam Pembuatan
34
xii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Water Heater..................................................................
3.1.3. Cara Kerja Water Heater................................................
38
3.2. Peralatan yang dipergunakan dalam
BAB IV
BAB V
BAB VI
pembuatan alat penelitian ..........................................................
38
3.3. Perakitan…………………………………………………........
41
METODE PENELITIAN…………………………………………
44
4.1. Skema Pengujian……………………………………….........
44
4.2. Variasi Penelitian………………………………………...........
45
4.3. Peralatan Pengujian……………………………………...........
45
4.4. Metode Pengumpulan Data……………………………...........
49
4.5. Metode Pengolahan Data………...............................................
50
4.6. Metode Pengambilan Kesimpulan……………………….........
51
HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN…………………….
52
5.1. Hasil Pengujian Water Heater………………………………...
52
5.2. Perhitungan Matematis…………………………………..........
54
5.2.1. Perhitungan Kecepatan Air Rata – rata um………….......
54
5.2.2. Perhitungan Laju Aliran Massa Air, mair……………….
55
5.2.3. Perhitungan Laju Aliran Kalor yang Diterima Air……..
56
5.2.4. Perhitungan Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas……
56
5.2.5. Efisiensi…………………………………………………
57
5.5. Pembahasan……………………………………………….
63
KESIMPULAN DAN SARAN……………………………………
70
6.1. Kesimpulan……………………………………………............
70
xiii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
6.2. Saran……………………………………………………..........
71
DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………………...
73
LAMPIRAN……………………………………………………………………..
75
xiv
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 2.1
Kompor yang digunakan pada water heater…………………..
18
Gambar 2.2
Aliran fluida……………………………………………...........
18
Gambar 2.3
Water heater 1………………………………………………...
20
Gambar 2.4
Water heater 2……………………………………………………….
21
Gambar 2.5
Water heater 3……………………………………………………….
22
Gambar 2.6
Skema perancangan water heater dengan pemanasan pipa
tidak bersentuhan langsung dengan api dan pipa spiral
berbentuk persegi……………………………………………...
Gambar 2.7
Konstruksi
perancangan
water
heater
dengan
tangki
penampungan……………………………………….................
Gambar 2.8
23
24
Konstruksi water heater dengan tangki penampungan dan
penambahan pipa spiral………………………………….........
25
Gambar 2.9
Konstruksi water heater tanpa tangki penampungan…………
26
Gambar 3.1
Kerangka tabung dalam………………………………….........
31
Gambar 3.2
Tutup bawah kerangka tabung dalam…………………………
31
Gambar 3.3
Kerangka tabung tengah………………………………………
31
Gambar 3.4
Kerangka tabung luar………………………………………….
32
Gambar 3.5
Pipa saluran air………………………………………………...
32
Gambar 3.6
Selimut tabung dalam…………………………………………
32
Gambar 3.7
Selimut tabung tengah………………………………………...
33
Gambar 3.8
Selimut tabung luar……………………………………………
33
xv
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Gambar 3.9
Tutup water heater………………………………………………….
33
Gambar 3.10
Water heater………………………………………………...
33
Gambar 3.11
Pipa tembaga…………………………………………………..
34
Gambar 3.12
Besi nako ukuran 10 mm……………………………………...
35
Gambar 3.13
Plat strip……………………………………………………….
35
Gambar 3.14
Plat galvanum…………………………………………………
36
Gambar 3.15
Kawat………………………………………………………….
36
Gambar 3.16
Paku rivet……………………………………………………...
37
Gambar 3.17
Plat besi acer…………………………………………………..
37
Gambar 3.18
Spring center………………………………………………………...
38
Gambar 3.19
Pemotong pipa………………………………………………...
39
Gambar 3.20
Mesin bor universal…………………………………………...
40
Gambar 3.21
Mesin gerinda…………………………………………………
40
Gambar 3.22
Las listrik……………………………………………………...
40
Gambar 3.23
Tang rivet……………………………………………………...
41
Gambar 4.1
Skema pengujian water heater…………………………………….
44
Gambar 4.2
Tabung gas berisi LPG………………………………………..
46
Gambar 4.3
Termocouple menggunakan display digital dengan tipe
APPA51……………………………………………………….
47
Gambar 4.4
Stopwatch……………………………………………………...
47
Gambar 4.5
Gelas Ukur…………………………………………………….
48
Gambar 4.6
Timbangan Digital…………………………………………….
48
xvi
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Gambar 5.1
Hubungan debit air dengan suhu air keluar water heater,
dengan 320 lubang udara dengan pembukaan tutup 1 cm
……………...……………………………………………….….
Gambar 5.2
59
Hubungan debit air dengan suhu air keluar water heater,
dengan 320 lubang udara dengan pembukaan tutup 2 cm
……………...……………………………………………….….
Gambar 5.3
59
Hubungan debit air dengan suhu air keluar water heater,
dengan 320 lubang udara dengan pembukaan tutup 3 cm
……………...……………………………………………….….
Gambar 5.4
60
Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan
water heater, dengan 320 lubang udara dengan pembukaan
tutup 1 cm ……………...……………………………………...
Gambar 5.5
60
Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan
water heater, dengan 320 lubang udara dengan pembukaan
tutup 2 cm ……………...……………………………………...
Gambar 5.6
61
Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan
water heater, dengan 320 lubang udara dengan pembukaan
tutup 3 cm ……………...………………………………….….
Gambar 5.7
61
Hubungan debit air dengan efisiensi yang diperlukan water
heater, dengan 320 lubang udara dengan pembukaan tutup 1
cm ……………...………………………………………………
xvii
62
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Gambar 5.8
Hubungan debit air dengan efisiensi yang diperlukan water
heater, dengan 320 lubang udara dengan pembukaan tutup 2
cm ……………...………………………………………………
Gambar 5.9
62
Hubungan debit air dengan efisiensi yang diperlukan water
heater, dengan 320 lubang udara dengan pembukaan tutup 3
cm ……………...………………………………………………
Gambar 5.10
63
Hubungan antara debit air dengan temperatur air keluar water
heater 320 lubang pada pembukaan tutup gas buang sebesar
10 putaran (1 cm), 20 putaran (2 cm), dan 30 putaran (3
cm)….………………………………………………………….
Gambar 5.11
64
Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang
diperlukan water heater 320 lubang pada pembukaan tutup gas
buang sebesar 10 putaran (1 cm), 20 putaran (2 cm), dan 30
putaran (3 cm)……………………………………………...
Gambar 5.12
66
Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater 320
lubang pada pembukaan tutup gas buang sebesar 10 putaran (1
cm), 20 putaran (2 cm), dan 30 putaran (3 cm)…….………
xviii
67
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
DAFTAR TABEL
hal
Tabel 2.1
Tabel perbandingan kekuatan material antara tembaga dan jenis
material yang lain………………………………………...........
10
Tabel 2.2
Nilai konduktivitas termal……………………………………….
11
Tabel 2.3
Konduktivitas termal beberapa media……………………….......
14
Tabel 2.4
Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan
bahan bakar lainnya………………………………………………
15
Tabel 2.5
Komposisi udara dalam keadaan normal…………………….......
16
Tabel 4.1
Tabel isian untuk pengambilan data konsumsi gas………………
49
Tabel 4.2
Pengambilan data debit air dengan pembukaan tinggi tutup gas
buang 10 putaran: 1 cm………………………..…………………
Tabel 4.3
Pengambilan data debit air dengan pembukaan tinggi tutup gas
buang 20 putaran: 2 cm………………..…………………………
Tabel 4.4
59
50
Pengambilan data debit air dengan pembukaan tinggi tutup gas
buang 30 putaran: 3 cm…………………………..………............
50
Tabel 5.1
Konsumsi gas pada setiap tinggi pembukaan tutup gas buang…..
52
Tabel 5.2
Hasil pengujian water heater, dengan 320 lubang udara dan 10
putaran tutup gas buang (1 cm)…………………………………..
Tabel 5.3
53
Hasil pengujian water heater, dengan 320 lubang udara dan 20
putaran tutup gas buang (2 cm)…………………………………..
xix
53
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Tabel 5.4
Hasil pengujian water heater, dengan 320 lubang udara dan 30
putaran tutup gas buang (3 cm)…………………………………..
54
Tabel 5.5
Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG……………………….
57
Tabel 5.6
Hasil perhitungan 𝑚𝑎𝑖𝑟 dan 𝑞𝑎𝑖𝑟 water heater, dengan 320
lubang udara dan 10 putaran tutup gas buang (1 cm)…………....
57
Hasil perhitungan 𝑚𝑎𝑖𝑟 dan 𝑞𝑎𝑖𝑟 water heater, dengan 320
lubang udara dan 20 putaran tutup gas buang (2 cm)……………
58
Hasil perhitungan 𝑚𝑎𝑖𝑟 dan 𝑞𝑎𝑖𝑟 water heater, dengan 320
58
Tabel 5.7
Tabel 5.8
lubang udara dan 30 putaran tutup gas buang (3 cm)……………
xx
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Hampir dalam kehidupan manusia setiap hari selalu menggunakan air
panas untuk memenuhi kebutuhannya. Mulai dari membuat minuman seduh,
memasak, membersihkan luka dan juga mandi. Kebanyakan dari mereka merebus
air untuk mandi, yang sering menggunakan air hangat untuk mandi biasanya
orang – orang yang beraktivitas mulai dari pagi sampai sore, hal tersebut
mengakibatkan fisik menjadi lelah. Untuk menghilangkan rasah lelah maka tidak
jarang orang tersebut mandi menggunakan air hangat untuk menghilangkan rasa
lelah.
Untuk orang – orang yang tinggal di pegunungan air hangat juga sangat
dibutuhkan, karena suhu di daerah pegunungan lebih rendah dibandingkan
dengan di daerah pantai dan di daerah pegunungan itu sendiri terkena sinar
matahari lebih sedikit. Kemudian dibidang perhotelan, air hangat dipergunakan
sebagai salah satu fasilitas yang disediakan oleh management hotel untuk orang
yang menginap di hotel. Selain itu, air hangat juga dipergunakan di rumah sakit,
untuk memandikan orang-orang yang sedang sakit. Sedangkan di salon
kecantikan, air hangat digunakan untuk mencampur ramuan atau jamu yang
digunakan untuk mandi.
Ada tiga jenis water heater yang di produksi saat ini antara lain yang
menggunakan energi matahari (Solar Water Heater), energi gas dan energi listrik.
1
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
2
Water heater dengan energi matahari (Solar Water Heater), mudah
diterapkan pada negara tropis karena memanfaatkan energi gratis dan tidak
terbatas dari panas sinar matahari pada saat musim kemarau datang serta tidak
menghasilkan gas polutan. Namun kemampuan dari alat tersebut bergantung pada
banyaknya sinar matahari dan besar penampung air yang akan dipanaskan
sehingga terbatas penggunaannya (volume air panas yang dapat dipergunakan dan
suhu yang bisa dihasilkan oleh alat tersebut). Bila terjadi cuaca yang tidak
mendukung (saat musim dingin / penghujan), water heater tipe ini tidak dapat
lagi atau susah untuk digunakan serta untuk biaya pemasangan alat water heater
jenis ini relatif mahal.
Water heater tenaga Listrik menggunakan energi listrik untuk
memanaskan airnya. Sedangkan untuk water heater jenis ini sangat mudah
didapatkan di toko - toko elektronik dan penggunaannya lebih praktis
dibandingkan dengan menggunakan tenaga surya, karena instalasi listrik sudah
terdapat dimana - mana. Kelebihan dari pemanas air jenis ini yaitu alat tidak
menimbulkan suara yang berisik dan tidak memakan tempat yang banyak. Namun
ada juga kekuranganya yaitu apabila terjadi pemadaman listrik, maka water
heater jenis ini tidak dapat berfungsi dan tingkat perbaikan kerusakan sangat
sulit, sehingga biaya untuk perawatan yang cukup mahal tetapi hasil yang
dihasilkan kurang memuaskan. Kemudian volume air panas yang dihasilkan juga
dalam jumlah tertentu, jika volume air panas yang dipergunakan sudah habis,
maka harus menunggu waktu pemanasan air lagi dan jika dilihat dari sisi biaya,
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
3
water heater dengan menggunakan tenaga listrik jauh lebih mahal dibandingkan
dengan menggunakan gas LPG.
Water heater tenaga gas LPG menggunakan bahan bakar gas untuk
memanaskan air dan lebih menguntungkan dibandingkan dengan water heater
tenaga listrik maupun tenaga surya, karena konsep kerjanya yang sederhana serta
mirip dengan penggunaan kompor gas di rumah maka penggunaannya lebih
mudah dibandingkan dengan water heater lainnya. Keuntungan menggunakan
water heater jenis ini adalah air panas yang dipergunakan tidak terbatas, karena
pemanasan airnya berlangsung secara konstan. Selama air dapat mengalir, selama
itu pula air panas dapat dihasilkan oleh water heater jenis ini. Apabila
menginginkan suhu yang panas maka debit air yang dihasilkan akan lebih sedikit
daripada memilih suhu yang agak panas dan memiliki debit air keluar yang
tinggi. Oleh karena itu, diperlukan suatu rancangan water heater 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 water heater tenaga gas
LPG, harus menjaga secara hati-hati agar tabung gas tidak mengalami kebocoran
yang mengakibatkan bahaya ledakan dan suara yang dihasilkan oleh kompor
sangat berisik karena rata – rata menggunakan kompor yang high pressure.
Dengan latar belakang diatas, penulis termotivasi untuk melakukan
penelitian tentang water heater LPG untuk mengetahui cara kerja water heater ini
dan meningkatkan kinerja alat.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
4
1.2. Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam pembuatan water heater yaitu :
a.
Apakah besar kecilnya pembukaan tutup gas buang berpengaruh terhadap
suhu air keluar water heater ?
b.
Apakah jumlah besar kecilnya pembukaan tutup gas buang berpengaruh
terhadap efisiensi water heater ?
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian adalah sebagai berikut :
a.
Merancang dan membuat water heater tenaga gas LPG.
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.
e.
Menghitung kalor yang diberikan gas LPG.
f.
Menghitung efisiensi water heater.
g.
Merancang water heater dengan penambahan variasi.
1.4. Batasan Masalah
Batasan –batasan pada pembuatan water heater :
a.
Tinggi alat water heater : 37 cm, diameter tabung dalam: 9 cm, diameter
tabung tengah : 26 cm dan diameter tabung luar 34 cm.
b.
Pada tabung dalam jumlah lubang ada 221 lubang dengan diameter lubang
10 mm.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
5
c.
Pada tabung tengah jumlah lubang ada 680 lubang dengan diameter
lubang 10 mm.
d.
Pada tabung luar jumlah lubang ada 320 lubang dengan diameter lubang
10 mm.
e.
Panjang dari pipa saluran air yaitu 10 meter, dengan dua lintasan.
f.
Bahan pipa saluran air dari tembaga dengan diameter dalam : 1/2 inch =
12,7 mm.
g.
Pipa bersirip dengan jumlah sirip : 8 dan panjang sirip 30 cm.
h.
Sirip dari bahan pipa tembaga dengan diameter dalam : 1/2 inch = 12,7
mm.
i.
Kerangka menggunakan bahan yang terdiri dari besi plat strip dan besi
nako dengan ukuran 1 cm.
j.
Selimut menggunakan bahan dari plat galvanum.
k.
Tutup water heater terbuat dari bahan plat besi acer.
1.5. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian alat water heater yaitu :
a.
Memperluas pengetahuan tentang pembuatan water heater.
b.
Hasil perancangan water heater dapat digunakan oleh kalangan
masyarakat luas.
c.
Hasil penelitian dapat digunakan sebagai bahan referensi.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Dasar Teori
2.1.1. Perpindahan Kalor
Perpindahan kalor adalah proses berpindahnya kalor dari benda yang
mempunyai temperatur lebih tinggi ke benda lain yang temperaturnya lebih
rendah dengan melalui atau tanpa zat perantara. Apa yang ada dalam perpindahan,
yang disebut panas, tidak dapat diukur dan diamati secara langsung, tetapi
pengaruhnya dapat diamati dan diukur (Kreith, 1985). Kecepatan perpindahan
panas ini akan bergantung pada perbedaan suhu antara kedua kondisi. Semakin
besar perbedaan suhu kedua benda, makaakan semakin besar pula kecepatan
pindah panasnya.
Proses perpindahan kalor dari suatu tempat ke tempat lain dapat terjadi
melalui tiga cara, yaitu, secara konveksi, secara konduksi dan secara radiasi.
a. Perpindahan Panas Konveksi
Perpindahan kalor pada suatu zat yang disertai perpindahan partikelpartikel zat tersebut disebut dengan konveksi. Perpindahan panas dengan cara
konveksi dari suatu permukaan yang suhunya di atas suhu fluida sekitarnya
berlangsung dalam beberapa tahap. Pertama, panas akan mengalir dengan cara
konduksi dari permukaan ke partikel-partikel fluida yang berbatasan. Energi yang
berpindah dengan cara demikian akan menaikkan suhu dan energi dalam partikelpartikel fluida ini. Kemudian partikel-partikel fluida tersebut akan bergerak ke
6
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
7
daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam fluida dimana mereka akan bercampur
dan memindahkan sebagian energinya kepada partikel-partikel fluida lainnya,
peristiwa tersebut dapat kita amati pada proses memanaskan air. Ketika air mulai
dipanasi, air terlihat seperti berputar dr bawah ke atas dan sebaliknya. Ketika air
dipanaskan maka air pada bagian bawah akan terlebih dahulu panas, saat air yang
di dasar panci menjadi panas maka air akan bergerak ke atas (terjadi perubahan
massa jenis air) sedangkan air di bagian atas akan bergerak ke bawah begitu
seterusnya sampai seluruh bagian air panas. Sedangkan untuk perpindahan panas
konveksi di udara disebabkan karena partikel udara akan mengalami perubahan
massa jenis akibat pengaruh kalor. Oleh karena massa jenisnya kecil, udara yang
bersuhu tinggi tersebut akan naik. Sebaliknya udara yang bersuhu lebih rendah
akan mempunyai massa jenis yang besar, maka udara tersebut akan turun. Contoh
perpindahan panas konveksi udara dapat ditemui pada ventilasi ruangan dan
cerobong asap. Proses perpindahan panas secara konveksi yang terjadi pada water
heater ini terletak pada saat panas yang diterima oleh pipa tembaga dari nyala api,
kemudian panas diterima oleh air yang mengalir di dalam pipa tembaga tersebut.
b. Perpindahan Panas Secara Konduksi (hantaran)
Konduksi adalah proses mengalirnya panas atau kalor dari daerah yang
bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam satu medium
tertentu (padat, cair atau gas) atau antara medium-medium yang berlainan yang
bersinggungan secara langsung. Setiap benda mempunyai nilai konduktivitas
termal yang berbeda (kemampuan mengalirkan panas)yang akan mempengaruhi
panas yang dihantarkan dari sisi yang panas ke sisi yang lebih dingin. Semakin
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
8
tinggi nilai konduktivitas benda, semakin cepat mengalirkan panas yang diterima
dari satu sisi ke sisi yang lain. Proses konduksi dapat dirasakan dengan
menyentuh atau menghubungkan permukaan – permukaan yang mengandung
panas. Contoh perpindahan panas secara konduksi adalah jika sebuah logam yang
salah satu ujungnya dipanaskan dalam selang waktu tertentu, ujung lainnya pun
akan terasa panas. Hal ini menunjukkan bahwa pada batang logam tersebut terjadi
aliran atau perpindahan kalor dari bagian logam yang bersuhu tinggi (yang
terkena langsung oleh api) ke bagian logam yang bersuhu rendah (yang tidak
terkena api).
Contohnya yaitu ketika memasak air menggunakan panci di atas kompor,
maka kalor akan perpindah dari api (kompor) ke panci yang kemudian
menyebabkan air mendidih. Sedangkan proses perpindahan panas konduksi yang
terjadi pada water heater terjadi pada saat api mulai membakar sirip – sirip,
kemudian panas yang diterima oleh sirip – sirip akan diteruskan menuju pipa
tembaga saluran air (sirip dan pipa tembaga saling menempel).
c.
Perpindahan Panas Radiasi
Menurut Kreith (1985) radiasi adalah proses mengalirnya panas dari benda
yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah saat benda-benda itu terpisah
di dalam ruang, bahkan bila terdapat ruang hampa di antara benda-benda tersebut.
Kalor diradiasikan melalui bentuk gelombang cahaya, gelombang radio,
dan gelombang elektromagnetik. Radiasi juga dapat dikatakan sebagai
perpindahan kalor melalui media atau ruang yang akhirnya diserap oleh benda
lain. Contoh radiasi dalam kehidupan sehari-hari dapat dilihat saat menyalakan
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
9
api unggun, siapa yang berada di dekat api unggun akan merasakan hangat dan
saat matahari memancarkan panas ke bumi, sehingga panas itu dapat kita rasakan.
Pada alat water heater, peristiwa radiasi terjadi saat pada perpindahan panas
antara dinding permukaan tabung dalam dengan permukaan tabung luar water
heater.
2.1.2. Perancangan Saluran Air
Saluran air pada alat water heater biasanya menggunakan pipa tembaga
dengan diameter dalam pipa ½ inchi (12,7 mm). Ada beberapa pertimbangan
dalam menentukan perancangan pipa saluran air di antaranya adalah kehalusan
permukaan saluran pipa, bahan pipa, diameter pipa saluran air, dan hambatan
pipa.
a. Kehalusan Permukaan Saluran Pipa
Bagian dalam pipa juga dipilih yang baik. Semakin halus permukaan pipa
bagiandalam, semakin kecil pula gesekan yang terjadi, sehingga aliran air menjadi
lancar. Alasan menggunakan pipa tembaga karena bagian luar dan dalam pipa
tembaga memiliki permukaan yang halus yang mengakibatkan mempunyai sedikit
hambatan.
b. Bahan Pipa
Bahan pipa dipilih yang baik dalam hal kemampuan dalam memindahkan
kalor. Bahan pipa juga harus mampu menjadi konduktor yang baik, sehingga
mampu memindahkan kalor yang deterima dari api ke fluida air yang mengalir di
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
10
dalam pipa. Alasan menggunakan pipa tembaga adalah karena pipa tembaga
termasuk konduktor yang baik dalam menghantarkan panas. Menurut Holman
(1963), tembaga mempunyai nilai konduktivitas sebesar 385 W/moC. Selain itu
juga tidak mudah melebur jika dipanasi, tidak mudah pecah, tahan terhadap
korosi, sehingga mampu menghilangkan masalah air keruh / coklat karena karat,
dan pipa tembaga sangat mudah ditekuk / dibentuk. Tembaga memiliki kekuatan
tarik sebesar 345 - 689 Mpa dan untuk keuletannya sebesar 5 - 50 %, dan titik
lebur dari tembaga adalah 1080 0C. Bila dibandingkan dengan kekuatan tarik
alumunium, tembaga mempunyai kekuatan yang lebih besar dari alumunium,
begitu pula dengan keuletan dan titik leburnya. Sehingga pipa tembaga mampu
bertahan lebih lama bila dibandingkan dengan pipa aluminium.
Tabel 2.1 Tabel perbandingan kekuatan material antara tembaga dan jenis
material yang lain (Sumber : google.co.id)
Jenis Logam
Besi dan Baja
Besi cor kelabu
Besi cor putih
Baja
Bukan besi
Aluminium
Tembaga
Magnesium
Seng (tuang)
Titan
Nikel
Kekuatan Tarik
Mpa
Keuletan
(%)
Titik Cair
(°C)
Kekerasan
(Brinell)
110 – 207
310
276 – 2070
0 -1
0 -1
15 - 22
1370
1370
1425
100 -150
450
110 – 500
83 – 310
345 – 689
83 – 345
48 – 90
552 – 1034
414 – 1103
10 – 35
5 – 50
9 – 15
2 – 10
15 - 40
660
1080
650
785
1800
1450
30 – 100
50 – 100
30 – 60
80 – 100
158 – 266
90 250
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
11
Tabel 2.2 Nilai konduktivitas termal (Sumber : google.co.id)
Material
Metals :
Silver (pure)
Copper (pure)
Alumunium (pure)
Nickel (pure)
Iron (pure)
Carbon steel, 1% C
Lead (pure)
Chrome - nickel steel (18% Cr, 8% Ni)
c.
Thermal conductivity
k
W/m.°C
Btu/h.ft.°F
410
385
202
93
73
43
35
16,3
237
223
117
54
42
25
20,3
9,4
Diameter Pipa Saluran Air
Diameter pipa saluran air harus dipilih sedemikian rupa. Semakin kecil
diameter pipa saluran air, semakin besar hambatan yang terjadi. Semakin kecil
diameter ukuran pipa saluran air semakin besar daya pompa yang diperlukan
karena memiliki hambatan yang besar. Disisi lain, semakin kecil diameter pipa
saluran air, suhu air yang dihasilkan (suhu yang keluar dari water heater) akan
semakin kecil. Serta apabila memilih bahan pipa yang kecil jumlah debit air yang
keluar akan lebih sedikit dibandingkan dengan pipa saluran air yang besar.
d.
Hambatan Pipa Saluran
Hambatan pipa saluran air diusahakan seminimal mungkin supaya ketika
air mengalir di dalam pipa saluran air, penurunan tekanan yang terjadi akan
semakin kecil. Karenanya saluran pipa diusahakan tidak mengalami pembelokan
yang menyudut melainkan diusahankan radius (melingkar). Kalaupun mungkin
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
12
terjadi pembelokan diusahakan sudut pembelokan dibuat besar (lebih dari 900).
Semakin besar sudut pembelokan, semakin kecil penurunan tekanan yang terjadi.
Dan geometri saluran pipa yang dibuat melingkar-lingkar agar penurunan tekanan
yang terjadi menjadi kecil. Jika penurunannya kecil, maka daya pompa yang
dibutuhkan untuk medorong air juga berdaya kecil.
2.1.3. Saluran Udara Untuk Kebutuhan Pembakaran
Pada dasarnya proses pembakaran memerlukan oksigen yang diambil dari
udara bebas. Kekurangan oksigen pada proses pembakaran dapat mengakibatkan
bentuk api yang tidak sesuai yang diinginkan. Dan mengakibatkan kalor yang
dihasilkan kurang optimal, sehingga kalor tersebut sedikit teralirkan ke fluida air
yang mengalir didalam pipa. Akibatnya akan didapatkan suhu air keluar yang
kurang tinggi dan water heater yang dihasilkan kurang maksimal. Untuk
merancang sistem saluran udara yang baik di usahakan diameter lubang saluran
udara dibuat merata pada semua permukaan tiap dinding water heater agar udara
bisa masuk merata ke dalam water heater dan diameter lubang saluran udara tidak
terlalu besar agar kalor yang berada dalam water heater tidak langsung terbuang
percuma.
2.1.4. Sirip
Dengan adanya sirip ini bertujuan untuk memperluas permukaan
penangkap kalor,sehingga pelepasan panas bisa berlangsung lebih cepat. Jika sirip
dipasang di saluran air yang akan dipanaskan, maka akan menangkap panas api
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
13
yang diberikan kompor sehingga mampu memanaskan pipa saluran air dengan
lebih cepat, sebab permukaan penangkap kalor menjadi lebih lebar. Maka dari itu
pemasangan sirip juga berpengaruh terhadap suhu air yang keluar dari water
heater. Pemilihan bahan pembuatan sirip juga berpengaruh terhadap proses
penghantaran panas. Semakin besar nilai konduktivitas termal bahan sirip,
semakin besar kalor yang dapat ditangkap oleh sirip. Biasanya sirip terbuat sama
dengan bahan pipa saluran air.
2.1.5. Isolator
Isolator adalah bahan yang dapat menahan atau mengurangi perpindahan
panas (kalor). Panas dapat terlepas meskipun ada upaya untuk menutupinya, tapi
isolator dapat mengurangi panas yang terlepas tersebut. Benda – benda yang biasa
digunakan sebagai isolator adalah kertas, plastik, kayu, karet, udara, dll.
Isolasi termal dapat menjaga wilayah tertutup seperti bangunan atau tubuh
agar terasa hangat lebih lama dari yang sewajarnya, tetapi itu tidak mencegah
hasil akhirnya, yaitu masuknya air dingin dan keluarnya air panas. Isolator juga
dapat bekerja sebaliknya, yaitu menjaga bagian dalam suatu wadah terasa dingin
lebih lama dari biasanya. Oleh karena itu di dalam water heater diberikan
semacam isolator agar panas hasil pembakaran tidak keluar. Isolator tersebut
adalah udara, karena udara mempunyai nilai konduktifitas termal yang rendah,
yaitu 0,023 W/m°C dan juga murah serta sangat mudah didapatkan. Maka dari itu
water heater diberikan lubang – lubang udara yang berfungsi sebagai pemasukan
udara serta adanya 2 lapisan dinding yang terdapar ruang di dalamnya yang
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
14
berisikan udara yang berfungsi sebagai isolator. Tabel 2.3, menyajikan nilai
konduktivitas beberapa bahan isolator.
Tabel 2.3 Konduktivitas termal beberapa media
(Sumber :http://www.scribd.com/doc/61109210/BAB-II-Termal)
Media
Gabus
Konduktivitas termal (k)
W/m.oC
0,042
Wool
0,040
Kayu
0,08 – 0,16
Bata
0,84
Udara
0,023
2.1.6. Bahan Bakar / Sumber Energi
Ada beberapa macam bahan bakar / sumber energi yang bisa di gunakan
untuk water heater antara lain energi matahari, energi listrik, dan gas LPG. Akan
tetapi sumber energi yang paling sering digunakan adalah sumber energi gas LGP
(Liquified Petroleum Gas). LPG adalah campuran dari berbagai macam unsur
hidrokarbon yang berasal dari gas alam. Dengan menambah tekanan dan
menurunkan suhunya , gas berubah menjadi cair. Ada tiga macam jenis LPG yang
di produksi oleh Pertamina antara lain, LPG untuk keperluan rumah tangga, LPG
gas propana dan LPG gas butana. Untuk sumber energi gas yang di gunakan oleh
water heater menggunakan LPG untuk keperluan rumah tangga karena memiliki
komposisi campuran antara propana C3 H 8 dan butana C 4 H 10
Perbandingan gas propana dan butana adalah sekitar 30 : 70 dengan
komposisi sebesar 99% dan selebihnya adalah gas petana C5 H 12 dan etana
(C2H6) yang dicairkan. Tekanan uap LPG cair di dalam tabung sekitar 5 – 6,2
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
15
kg
cm 2
. Agar mempunyai bau yang khas dan dan untuk mengetahui bila terjadi
kebocoran maka, LPG umumnya ditambah dengan zat marcaptan.
Reaksi pembakaran propana C3 H 8 , jika terbakar sempurna adalah sebagai
berikut :
C3 H 8
+
→
5 O2
propana +oksigen
3 CO2 + 4 H 2 O + panas
→karbon dioksida + uap air + panas
Dan untuk Reaksi pembakaran butana C 4 H 10 , jika terbakar sempurna adalah
sebagai berikut :
2 C 4 H 10
+
butana + oksigen
13 O2
→
→
8 CO2 + 10 H 2 O + panas
karbon dioksida + uap air + panas
Menurut wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut hampir sama
dengan propana setara dengan 46 MJ/kg.
Tabel 2.4 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan bahan
bakar lainnya. (Sumber:aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/perananlpg-di-dapur-anda.pdf)
Bahan Bakar
Daya Pemanasan
Kayu bakar
Arang
Minyak Tanah
Gas Kota
Listrik
LPG
4000 kkal/kg
8000 kkal/kg
11000 kkal/kg
4500 kkal/m³
860 kkal/kWh
11900 kkal/kg
Efisiensi alat masak
15 %
15 %
40 %
55 %
60 %
60 %
Tabel 2.4 Menyajikan daya pemanasan dari efisiensi alat masak LPG
dengan bahan bakar gas. Terlihat bahwa efisiensi alat masak dengan gas LPG
sebesar 60 %.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
16
2.1.7. Kebutuhan Udara
Pada kenyataanya proses pembakaran itu tidak bisa sempurna. Agar di
dalam proses pembakaran bisa mencapai optimal maka, di perlukan udara. Pada
proses pemanasan water heater dapat menggunakan udara yang diambil dari
udara bebas disekitar melalui lubang – lubang udara yang berada pada dinding
water heater. Jumlah lubang udara juga berpengaruh terhadap proses pemanasan
pada water heater. Oleh karena itu aliran udara yang diperlukan harus
dikondisikan dengan ukuran tabung water heater agar api yang diperlukan dalam
proses pemanasan mendapatkan kebutuhan udara yang cukup. Kekurangan udara
bisa menyebabkan kurang optimalnya panas yang dipindahkan ke air yang
dihasilkan water heater, karena nyala api menjadi lebih kecil atau tidak sesuai
dengan yang diharapkan. Kelebihan udara juga bisa menyebabkan kurang
optimalnya panas yang diserap oleh pipa.
Tabel 2.5 Komposisi udara dalam keadaan normal (Sumber :
http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25772/4/Chapter%20II.pdf)
No
Komposisi
Udara
Presentase (%)
1
2
3
4
Nitrogen
Oksigen
Karbon dioksida
Gas lain
78,1
20,95
0,03
0,94
2.1.8. Saluran Gas Buang
Pada setiap proses pembakaran pasti akan menghasilkan gas buang. Gas
buang yang dihasilkan berupa gas (CO) dan uap air yang keluar. Gas buang
tersebut harus diberikan jalan untuk keluar dari water heater agar nyala api tidak
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
17
terganggu. Dalam merancang 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
penggunaan dari water heater. Jika saluran gas buang 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.
Sehingga api tidak berfungsi dengan baik untuk memanaskan air. Tentunya dalam
perancangan ini dibutuhk
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 10 METER 320
LUBANG UDARA DAN PENAMBAHAN PENUTUP GAS
BUANG
SKRIPSI
Untuk memenuhi salah satu syarat
mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin
Diajukan oleh
DOMINICO SAVIO KRISMAS WINDU KUSUMA
NIM : 105214066
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2014
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
WATER HEATER WITH 10 METERS LENGTH OF PIPE 320
AIR INTAKE HOLES AND COMPLETED WITH EXHAUST
COVER
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By
DOMINICO SAVIO KRISMAS WINDU KUSUMA
Student Number : 105214066
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2014
ii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
iii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
iv
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Skripsi ini tidak terdapat karya
yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan
Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat
yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis
diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 10 Juli 2014
Dominico Savio Krismas Windu
v
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata
Dharma :
Nama
: Dominico Savio Krismas Windu Kusuma
Nomor Mahasiswa
: 105214066
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada
Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :
Water Heater Dengan Panjang Pipa 10 Meter 320 Lubang Udara dan
Penambahan Penutup Gas Buang
Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada
Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan
dalam bentuk media yang lain, mengelola di internet atau media lain untuk
kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan
royalty kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, 10 Juli 2014
Yang menyatakan,
Dominico Savio Krismas Windu Kusuma
vi
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
ABSTRAK
Salah satu teknologi yang sekarang ini banyak diminati di kalangan rumah
tangga adalah water heater. Selain kebutuhan rumah tangga, water heater banyak
digunakan untuh kebutuhan rumah sakit, hotel dan industri.
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Program Studi Teknik Mesin
Sanata Dharma Yogyakarta. Penelitian ini bertujuan untuk (a) merancang dan
membuat water heater tenaga gas LPG, (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, (e) menghitung kalor yang diberikan gas LPG, (f) menghitung
efisiensi water heater.
Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 37 cm, diameter tabung
paling luar 34 cm, diameter tabung tengah 26 cm, diameter tabung paling dalam 9
cm, selimut diameter luar memiliki jumlah lubang udara 320 dengan diameter
lubang 10 mm, selimut diameter tengah memiliki jumlah lubang udara 680
dengan diameter lubang 10 mm, selimut diameter dalam memiliki jumlah lubang
udara 221 dengan diameter lubang 10 mm, panjang pipa saluran air 10 meter,
diameter dalam pipa saluran air 12,7 mm, dan 8 buah sirip dari pipa tembaga
dengan panjang sirip 30 cm dan diameter dalam 12,7 mm. Variasi dilakukan pada
tinggi pembukaan tutup gas buang, yaitu sebesar 10 putaran (1 cm), 20 putaran (2
cm), dan 30 putaran (3 cm).
Hasil penelitian memberikan beberapa kesimpulan yaitu (a) water heater
dengan spesifikasi menggunakan panjang pipa saluran air 10 meter, diameter
dalam pipa 0,5 inchi (12,7 mm) dan penambahan penutup gas buang dapat bekerja
dengan baik dan mampu bersaing dengan water heater yang beredar di pasaran.
Pada suhu air keluar untuk mandi yaitu 36 °C – 40 °C debit air keluar yaitu 10,56
liter/menit – 16,5 liter/menit, dengan efisiensi 46,20 % - 48,41 %, (b) hasil terbaik
hubungan antara debit air dengan temperatur air yang keluar dari water heater
dinyatakan dengan persamaan : To = 91,70 ṁ -0,31. Persamaan tersebut berlaku
untuk nilai 2,52 < ṁ < 36. pada tekanan udara pada 1 atm dan pada suhu air
masuk 27,8 oC, ṁ adalah debit aliran air dalam liter/menit, (c) hasil terbaik
hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang keluar dari water heater
dinyatakan dengan persamaan : q air = -5,253 ṁ2 + 211,0 ṁ + 8244. Persamaan
tersebut berlaku untuk nilai 2,52 < ṁ < 36. Pada tekanan udara pada 1 atm dan
pada suhu air masuk 27,8 oC, ṁ adalah debit aliran air dalam liter/menit, (d) hasil
terbaik hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater yang keluar dari
water heater dinyatakan dengan persamaan : η = -0,025 ṁ2 + 1,010 ṁ + 39,45.
Persamaan tersebut berlaku untuk nilai ṁ sebesar 2,52 < ṁ< 36. Pada tekanan
udara pada 1 atm dan pada suhu air masuk 27,8 oC, ṁ adalah debit aliran air
dalam liter/menit, (e) kalor yang diberikan gas LPG sebesar 20,897 kW, (f) kalor
yang diterima air paling tinggi sebesar 10,28 kW.
Kata Kunci : water heater, water heater gas LPG.
vii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
ABSTRACT
One of the technologies that are now in great demand among households is
water heater. Besides as a household need, water heater is also used for need of
hospitals, hotels and industries.
This research was conducted in Laboratory of Mechanical Engineering
Study Program of Sanata Dharma University. This research was aimed to (a)
design and make water heater with LPG gas power, (b) obtain the relationship
between discharge of water flowing out with the temperature of water out of water
heater, (c) obtain the relationship between discharge water with the rate of heat
flow, (d) count heat that was accepted by water, (e) count heat that was given by
LPG gas, (f) count the efficiency of water heater.
The water heater had dimension of high 37 cm, diameter of outside tube
34 cm, diameter of middle tube 26 cm, diameter of inside tube 9 cm, blanket of
outside diameter had 320 numbers of air holes with 10 mm as the diameter of
hole, blanket of middle diameter had 680 numbers of air holes with 10 mm as the
diameter of hole, blanket of inside had 221 numbers of air holes with 10 mm as
the diameter of hole, the lenght of plumbing was 10 meters, the diameter of
plumbing inside was 12,7 mm, and 8 fins from copper pipe with the length of fin
was 30 cm and the inside diameter was 12,7 mm. Variation was done at the
opening high of exhaust gas cap, it was 10 rounds (1 cm), 20 rounds (2 cm), and
30 rounds (3 cm).
The research provided some conclusions: (a) the water heater with the
specification used the length of plumbing 10 meters, diameter of pipe inside 0,5
inches ( 12,7 mm) and the increment of the exhaust gas cap could work well and
could compete with others water heater on the market. For took a bath, the water
out in the temperature of 36 °C – 40 °C, discharger of water out was 10,56
liters/minutes – 16,5 liters/ minutes, with the efficiency of 46,20 % - 48,41%, (b)
the best result of the relationship between discharge of water flowing out and with
the temperature of water out of water heater was stated with the equation: To =
91,70 ṁ -0,31. That equation occurred for the value of 2,52 < ṁ < 36. In the air
pressure 1 atm in the temperature of incoming water 27,8 oC, ṁ was the
discharger of water in liter/minute, (c) the best result of the relationship between
the discharge water with the rate of heat flow that out from water heater was
stated with equation: q air = -5,253 ṁ2 + 211,0 ṁ + 8244. That equation occurred
for the value 2,52 < ṁ < 36. In the air pressure 1 atm and in the temperature of
incoming water 27,8 oC, ṁ was the discharger of water in liter/minute, (d) the best
result of the relationship between discharger of water with efficiency of water
heater that out from water heater was stated with the equation: η = -0,025 ṁ2 +
1,010 ṁ + 39,45. That equation occurred for the value 2,52 < ṁ < 36. In the air
pressure 1 atm and in the temperature of incoming water 27,8 oC, ṁ was the
discharger of water in liter/minute, (e) the heat that was given by LPG gas was
20,897 kW (f) the heat that was accepted by the highest water was 10,28 kW.
Keywords: water heater, water heater with LPG gas.
viii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang atas
berkat dan kasih serta penyertaan-Nya penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang
berjudul : “Water Heater dengan Panjang Pipa 10 meter 320 Lubang dan
Penambahan Penutup Gas Buang”, dengan baik.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan
Strata-1 (S-1) Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penelitian dan penyusunan
Skripsi ini melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini, penulis
mengucapkan terima kasih kepada :
1. P.H. Prima Rosa, S.Si, MSc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. PK. Purwadi, M.T. selaku Kepala Program Studi Teknik Mesin dan Dosen
Pembimbing Skripsi yang telah banyak memberikan bimbingan kepada
penulis dalam menyelesaikan Skripsi ini.
3. Orangtua yang sudah memberi perhatian selama proses perkuliahan hingga
selesainya Skripsi ini, baik dalam bentuk doa, dukungan dan motivasi.
4. Deny, Galih, Andre yang telah bersama – sama dalam pembuatan alat dan
pengambilan data.
5. Laboran prodi Teknik Mesin yang sudah bersedia membantu dalam hal
meminjamkan alat – alat yang dibutuhkan selama pengambilan data.
ix
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian dan penyusunan Skripsi ini
masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu kami mengharapkan
masukan, kritik, dan saran dari berbagai pihak untuk menyempurnakannya.
Semoga Skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca. Terima
kasih.
Yogyakarta, 10 Juli 2014
Penulis
x
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
DAFTAR ISI
hal
HALAMAN JUDUL……………………………………………………….........
i
TITLE PAGE……………………………………………………………............
ii
HALAMAN PERSETUJUAN……………………………………………..........
iii
HALAMAN PENGESAHAN...............................................................................
iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA..........................................
v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK
vi
KEPENTINGAN AKADEMIS............................................................................
ABSTRAK............................................................................................................
vii
ABSTRACT..........................................................................................................
viii
KATA PENGANTAR..........................................................................................
ix
DAFTAR ISI.........................................................................................................
xi
DAFTAR GAMBAR............................................................................................
xv
DAFTAR TABEL.................................................................................................
xix
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN............................................................................
1
1.1. Latar Belakang...........................................................................
1
1.2. Rumusan Masalah......................................................................
4
1.3. Tujuan Penelitian.......................................................................
4
1.4. Batasan Masalah.......................................................................
4
1.5. Manfaat......................................................................................
5
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA…………………....
6
2.1. Dasar teori..................................................................................
6
xi
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
2.1.1. Perpindahan Kalor............................................................
6
2.1.2. Perancangan Saluran Air..………………………………..
9
2.1.3. Saluran Udara Untuk Kebutuhan Pembakaran…………..
12
2.1.4. Sirip……………………………………………..............
12
2.1.5. Isolator.............................................................................
13
2.1.6. Bahan Bakar / Sumber Energi..........................................
14
2.1.7. Kebutuhan Udara.............................................................
16
2.1.8. Saluran Gas Buang...........................................................
16
2.1.9. Sumber Api......................................................................
17
2.1.10. Laju Aliran Kalor yang Diterima Air.............................
18
2.1.11. Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas…………..........
19
2.1.12. Efisiensi..........................................................................
20
2.2. Tinjauan Pustaka........................................................................
20
2.2.1. Macam – macam Water Heater yang Ada Di
pasaran...........................................................................
20
2.2.2. Konstruksi Water Heater Gas
LPG................................................................................
22
2.2.3. Hasil Penelitian Water Heater Gas
BAB III
LPG................................................................................
26
PEMBUATAN ALAT……………………………………………..
30
3.1. Persiapan Pembuatan Water Heater……………………..........
30
3.1.1. Gambar Rancangan Water Heater..................................
30
3.1.2. Bahan – bahan yang Digunakan Dalam Pembuatan
34
xii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Water Heater..................................................................
3.1.3. Cara Kerja Water Heater................................................
38
3.2. Peralatan yang dipergunakan dalam
BAB IV
BAB V
BAB VI
pembuatan alat penelitian ..........................................................
38
3.3. Perakitan…………………………………………………........
41
METODE PENELITIAN…………………………………………
44
4.1. Skema Pengujian……………………………………….........
44
4.2. Variasi Penelitian………………………………………...........
45
4.3. Peralatan Pengujian……………………………………...........
45
4.4. Metode Pengumpulan Data……………………………...........
49
4.5. Metode Pengolahan Data………...............................................
50
4.6. Metode Pengambilan Kesimpulan……………………….........
51
HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN…………………….
52
5.1. Hasil Pengujian Water Heater………………………………...
52
5.2. Perhitungan Matematis…………………………………..........
54
5.2.1. Perhitungan Kecepatan Air Rata – rata um………….......
54
5.2.2. Perhitungan Laju Aliran Massa Air, mair……………….
55
5.2.3. Perhitungan Laju Aliran Kalor yang Diterima Air……..
56
5.2.4. Perhitungan Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas……
56
5.2.5. Efisiensi…………………………………………………
57
5.5. Pembahasan……………………………………………….
63
KESIMPULAN DAN SARAN……………………………………
70
6.1. Kesimpulan……………………………………………............
70
xiii
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
6.2. Saran……………………………………………………..........
71
DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………………...
73
LAMPIRAN……………………………………………………………………..
75
xiv
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 2.1
Kompor yang digunakan pada water heater…………………..
18
Gambar 2.2
Aliran fluida……………………………………………...........
18
Gambar 2.3
Water heater 1………………………………………………...
20
Gambar 2.4
Water heater 2……………………………………………………….
21
Gambar 2.5
Water heater 3……………………………………………………….
22
Gambar 2.6
Skema perancangan water heater dengan pemanasan pipa
tidak bersentuhan langsung dengan api dan pipa spiral
berbentuk persegi……………………………………………...
Gambar 2.7
Konstruksi
perancangan
water
heater
dengan
tangki
penampungan……………………………………….................
Gambar 2.8
23
24
Konstruksi water heater dengan tangki penampungan dan
penambahan pipa spiral………………………………….........
25
Gambar 2.9
Konstruksi water heater tanpa tangki penampungan…………
26
Gambar 3.1
Kerangka tabung dalam………………………………….........
31
Gambar 3.2
Tutup bawah kerangka tabung dalam…………………………
31
Gambar 3.3
Kerangka tabung tengah………………………………………
31
Gambar 3.4
Kerangka tabung luar………………………………………….
32
Gambar 3.5
Pipa saluran air………………………………………………...
32
Gambar 3.6
Selimut tabung dalam…………………………………………
32
Gambar 3.7
Selimut tabung tengah………………………………………...
33
Gambar 3.8
Selimut tabung luar……………………………………………
33
xv
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Gambar 3.9
Tutup water heater………………………………………………….
33
Gambar 3.10
Water heater………………………………………………...
33
Gambar 3.11
Pipa tembaga…………………………………………………..
34
Gambar 3.12
Besi nako ukuran 10 mm……………………………………...
35
Gambar 3.13
Plat strip……………………………………………………….
35
Gambar 3.14
Plat galvanum…………………………………………………
36
Gambar 3.15
Kawat………………………………………………………….
36
Gambar 3.16
Paku rivet……………………………………………………...
37
Gambar 3.17
Plat besi acer…………………………………………………..
37
Gambar 3.18
Spring center………………………………………………………...
38
Gambar 3.19
Pemotong pipa………………………………………………...
39
Gambar 3.20
Mesin bor universal…………………………………………...
40
Gambar 3.21
Mesin gerinda…………………………………………………
40
Gambar 3.22
Las listrik……………………………………………………...
40
Gambar 3.23
Tang rivet……………………………………………………...
41
Gambar 4.1
Skema pengujian water heater…………………………………….
44
Gambar 4.2
Tabung gas berisi LPG………………………………………..
46
Gambar 4.3
Termocouple menggunakan display digital dengan tipe
APPA51……………………………………………………….
47
Gambar 4.4
Stopwatch……………………………………………………...
47
Gambar 4.5
Gelas Ukur…………………………………………………….
48
Gambar 4.6
Timbangan Digital…………………………………………….
48
xvi
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Gambar 5.1
Hubungan debit air dengan suhu air keluar water heater,
dengan 320 lubang udara dengan pembukaan tutup 1 cm
……………...……………………………………………….….
Gambar 5.2
59
Hubungan debit air dengan suhu air keluar water heater,
dengan 320 lubang udara dengan pembukaan tutup 2 cm
……………...……………………………………………….….
Gambar 5.3
59
Hubungan debit air dengan suhu air keluar water heater,
dengan 320 lubang udara dengan pembukaan tutup 3 cm
……………...……………………………………………….….
Gambar 5.4
60
Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan
water heater, dengan 320 lubang udara dengan pembukaan
tutup 1 cm ……………...……………………………………...
Gambar 5.5
60
Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan
water heater, dengan 320 lubang udara dengan pembukaan
tutup 2 cm ……………...……………………………………...
Gambar 5.6
61
Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan
water heater, dengan 320 lubang udara dengan pembukaan
tutup 3 cm ……………...………………………………….….
Gambar 5.7
61
Hubungan debit air dengan efisiensi yang diperlukan water
heater, dengan 320 lubang udara dengan pembukaan tutup 1
cm ……………...………………………………………………
xvii
62
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Gambar 5.8
Hubungan debit air dengan efisiensi yang diperlukan water
heater, dengan 320 lubang udara dengan pembukaan tutup 2
cm ……………...………………………………………………
Gambar 5.9
62
Hubungan debit air dengan efisiensi yang diperlukan water
heater, dengan 320 lubang udara dengan pembukaan tutup 3
cm ……………...………………………………………………
Gambar 5.10
63
Hubungan antara debit air dengan temperatur air keluar water
heater 320 lubang pada pembukaan tutup gas buang sebesar
10 putaran (1 cm), 20 putaran (2 cm), dan 30 putaran (3
cm)….………………………………………………………….
Gambar 5.11
64
Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang
diperlukan water heater 320 lubang pada pembukaan tutup gas
buang sebesar 10 putaran (1 cm), 20 putaran (2 cm), dan 30
putaran (3 cm)……………………………………………...
Gambar 5.12
66
Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater 320
lubang pada pembukaan tutup gas buang sebesar 10 putaran (1
cm), 20 putaran (2 cm), dan 30 putaran (3 cm)…….………
xviii
67
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
DAFTAR TABEL
hal
Tabel 2.1
Tabel perbandingan kekuatan material antara tembaga dan jenis
material yang lain………………………………………...........
10
Tabel 2.2
Nilai konduktivitas termal……………………………………….
11
Tabel 2.3
Konduktivitas termal beberapa media……………………….......
14
Tabel 2.4
Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan
bahan bakar lainnya………………………………………………
15
Tabel 2.5
Komposisi udara dalam keadaan normal…………………….......
16
Tabel 4.1
Tabel isian untuk pengambilan data konsumsi gas………………
49
Tabel 4.2
Pengambilan data debit air dengan pembukaan tinggi tutup gas
buang 10 putaran: 1 cm………………………..…………………
Tabel 4.3
Pengambilan data debit air dengan pembukaan tinggi tutup gas
buang 20 putaran: 2 cm………………..…………………………
Tabel 4.4
59
50
Pengambilan data debit air dengan pembukaan tinggi tutup gas
buang 30 putaran: 3 cm…………………………..………............
50
Tabel 5.1
Konsumsi gas pada setiap tinggi pembukaan tutup gas buang…..
52
Tabel 5.2
Hasil pengujian water heater, dengan 320 lubang udara dan 10
putaran tutup gas buang (1 cm)…………………………………..
Tabel 5.3
53
Hasil pengujian water heater, dengan 320 lubang udara dan 20
putaran tutup gas buang (2 cm)…………………………………..
xix
53
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
Tabel 5.4
Hasil pengujian water heater, dengan 320 lubang udara dan 30
putaran tutup gas buang (3 cm)…………………………………..
54
Tabel 5.5
Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG……………………….
57
Tabel 5.6
Hasil perhitungan 𝑚𝑎𝑖𝑟 dan 𝑞𝑎𝑖𝑟 water heater, dengan 320
lubang udara dan 10 putaran tutup gas buang (1 cm)…………....
57
Hasil perhitungan 𝑚𝑎𝑖𝑟 dan 𝑞𝑎𝑖𝑟 water heater, dengan 320
lubang udara dan 20 putaran tutup gas buang (2 cm)……………
58
Hasil perhitungan 𝑚𝑎𝑖𝑟 dan 𝑞𝑎𝑖𝑟 water heater, dengan 320
58
Tabel 5.7
Tabel 5.8
lubang udara dan 30 putaran tutup gas buang (3 cm)……………
xx
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Hampir dalam kehidupan manusia setiap hari selalu menggunakan air
panas untuk memenuhi kebutuhannya. Mulai dari membuat minuman seduh,
memasak, membersihkan luka dan juga mandi. Kebanyakan dari mereka merebus
air untuk mandi, yang sering menggunakan air hangat untuk mandi biasanya
orang – orang yang beraktivitas mulai dari pagi sampai sore, hal tersebut
mengakibatkan fisik menjadi lelah. Untuk menghilangkan rasah lelah maka tidak
jarang orang tersebut mandi menggunakan air hangat untuk menghilangkan rasa
lelah.
Untuk orang – orang yang tinggal di pegunungan air hangat juga sangat
dibutuhkan, karena suhu di daerah pegunungan lebih rendah dibandingkan
dengan di daerah pantai dan di daerah pegunungan itu sendiri terkena sinar
matahari lebih sedikit. Kemudian dibidang perhotelan, air hangat dipergunakan
sebagai salah satu fasilitas yang disediakan oleh management hotel untuk orang
yang menginap di hotel. Selain itu, air hangat juga dipergunakan di rumah sakit,
untuk memandikan orang-orang yang sedang sakit. Sedangkan di salon
kecantikan, air hangat digunakan untuk mencampur ramuan atau jamu yang
digunakan untuk mandi.
Ada tiga jenis water heater yang di produksi saat ini antara lain yang
menggunakan energi matahari (Solar Water Heater), energi gas dan energi listrik.
1
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
2
Water heater dengan energi matahari (Solar Water Heater), mudah
diterapkan pada negara tropis karena memanfaatkan energi gratis dan tidak
terbatas dari panas sinar matahari pada saat musim kemarau datang serta tidak
menghasilkan gas polutan. Namun kemampuan dari alat tersebut bergantung pada
banyaknya sinar matahari dan besar penampung air yang akan dipanaskan
sehingga terbatas penggunaannya (volume air panas yang dapat dipergunakan dan
suhu yang bisa dihasilkan oleh alat tersebut). Bila terjadi cuaca yang tidak
mendukung (saat musim dingin / penghujan), water heater tipe ini tidak dapat
lagi atau susah untuk digunakan serta untuk biaya pemasangan alat water heater
jenis ini relatif mahal.
Water heater tenaga Listrik menggunakan energi listrik untuk
memanaskan airnya. Sedangkan untuk water heater jenis ini sangat mudah
didapatkan di toko - toko elektronik dan penggunaannya lebih praktis
dibandingkan dengan menggunakan tenaga surya, karena instalasi listrik sudah
terdapat dimana - mana. Kelebihan dari pemanas air jenis ini yaitu alat tidak
menimbulkan suara yang berisik dan tidak memakan tempat yang banyak. Namun
ada juga kekuranganya yaitu apabila terjadi pemadaman listrik, maka water
heater jenis ini tidak dapat berfungsi dan tingkat perbaikan kerusakan sangat
sulit, sehingga biaya untuk perawatan yang cukup mahal tetapi hasil yang
dihasilkan kurang memuaskan. Kemudian volume air panas yang dihasilkan juga
dalam jumlah tertentu, jika volume air panas yang dipergunakan sudah habis,
maka harus menunggu waktu pemanasan air lagi dan jika dilihat dari sisi biaya,
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
3
water heater dengan menggunakan tenaga listrik jauh lebih mahal dibandingkan
dengan menggunakan gas LPG.
Water heater tenaga gas LPG menggunakan bahan bakar gas untuk
memanaskan air dan lebih menguntungkan dibandingkan dengan water heater
tenaga listrik maupun tenaga surya, karena konsep kerjanya yang sederhana serta
mirip dengan penggunaan kompor gas di rumah maka penggunaannya lebih
mudah dibandingkan dengan water heater lainnya. Keuntungan menggunakan
water heater jenis ini adalah air panas yang dipergunakan tidak terbatas, karena
pemanasan airnya berlangsung secara konstan. Selama air dapat mengalir, selama
itu pula air panas dapat dihasilkan oleh water heater jenis ini. Apabila
menginginkan suhu yang panas maka debit air yang dihasilkan akan lebih sedikit
daripada memilih suhu yang agak panas dan memiliki debit air keluar yang
tinggi. Oleh karena itu, diperlukan suatu rancangan water heater 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 water heater tenaga gas
LPG, harus menjaga secara hati-hati agar tabung gas tidak mengalami kebocoran
yang mengakibatkan bahaya ledakan dan suara yang dihasilkan oleh kompor
sangat berisik karena rata – rata menggunakan kompor yang high pressure.
Dengan latar belakang diatas, penulis termotivasi untuk melakukan
penelitian tentang water heater LPG untuk mengetahui cara kerja water heater ini
dan meningkatkan kinerja alat.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
4
1.2. Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam pembuatan water heater yaitu :
a.
Apakah besar kecilnya pembukaan tutup gas buang berpengaruh terhadap
suhu air keluar water heater ?
b.
Apakah jumlah besar kecilnya pembukaan tutup gas buang berpengaruh
terhadap efisiensi water heater ?
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian adalah sebagai berikut :
a.
Merancang dan membuat water heater tenaga gas LPG.
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.
e.
Menghitung kalor yang diberikan gas LPG.
f.
Menghitung efisiensi water heater.
g.
Merancang water heater dengan penambahan variasi.
1.4. Batasan Masalah
Batasan –batasan pada pembuatan water heater :
a.
Tinggi alat water heater : 37 cm, diameter tabung dalam: 9 cm, diameter
tabung tengah : 26 cm dan diameter tabung luar 34 cm.
b.
Pada tabung dalam jumlah lubang ada 221 lubang dengan diameter lubang
10 mm.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
5
c.
Pada tabung tengah jumlah lubang ada 680 lubang dengan diameter
lubang 10 mm.
d.
Pada tabung luar jumlah lubang ada 320 lubang dengan diameter lubang
10 mm.
e.
Panjang dari pipa saluran air yaitu 10 meter, dengan dua lintasan.
f.
Bahan pipa saluran air dari tembaga dengan diameter dalam : 1/2 inch =
12,7 mm.
g.
Pipa bersirip dengan jumlah sirip : 8 dan panjang sirip 30 cm.
h.
Sirip dari bahan pipa tembaga dengan diameter dalam : 1/2 inch = 12,7
mm.
i.
Kerangka menggunakan bahan yang terdiri dari besi plat strip dan besi
nako dengan ukuran 1 cm.
j.
Selimut menggunakan bahan dari plat galvanum.
k.
Tutup water heater terbuat dari bahan plat besi acer.
1.5. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian alat water heater yaitu :
a.
Memperluas pengetahuan tentang pembuatan water heater.
b.
Hasil perancangan water heater dapat digunakan oleh kalangan
masyarakat luas.
c.
Hasil penelitian dapat digunakan sebagai bahan referensi.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Dasar Teori
2.1.1. Perpindahan Kalor
Perpindahan kalor adalah proses berpindahnya kalor dari benda yang
mempunyai temperatur lebih tinggi ke benda lain yang temperaturnya lebih
rendah dengan melalui atau tanpa zat perantara. Apa yang ada dalam perpindahan,
yang disebut panas, tidak dapat diukur dan diamati secara langsung, tetapi
pengaruhnya dapat diamati dan diukur (Kreith, 1985). Kecepatan perpindahan
panas ini akan bergantung pada perbedaan suhu antara kedua kondisi. Semakin
besar perbedaan suhu kedua benda, makaakan semakin besar pula kecepatan
pindah panasnya.
Proses perpindahan kalor dari suatu tempat ke tempat lain dapat terjadi
melalui tiga cara, yaitu, secara konveksi, secara konduksi dan secara radiasi.
a. Perpindahan Panas Konveksi
Perpindahan kalor pada suatu zat yang disertai perpindahan partikelpartikel zat tersebut disebut dengan konveksi. Perpindahan panas dengan cara
konveksi dari suatu permukaan yang suhunya di atas suhu fluida sekitarnya
berlangsung dalam beberapa tahap. Pertama, panas akan mengalir dengan cara
konduksi dari permukaan ke partikel-partikel fluida yang berbatasan. Energi yang
berpindah dengan cara demikian akan menaikkan suhu dan energi dalam partikelpartikel fluida ini. Kemudian partikel-partikel fluida tersebut akan bergerak ke
6
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
7
daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam fluida dimana mereka akan bercampur
dan memindahkan sebagian energinya kepada partikel-partikel fluida lainnya,
peristiwa tersebut dapat kita amati pada proses memanaskan air. Ketika air mulai
dipanasi, air terlihat seperti berputar dr bawah ke atas dan sebaliknya. Ketika air
dipanaskan maka air pada bagian bawah akan terlebih dahulu panas, saat air yang
di dasar panci menjadi panas maka air akan bergerak ke atas (terjadi perubahan
massa jenis air) sedangkan air di bagian atas akan bergerak ke bawah begitu
seterusnya sampai seluruh bagian air panas. Sedangkan untuk perpindahan panas
konveksi di udara disebabkan karena partikel udara akan mengalami perubahan
massa jenis akibat pengaruh kalor. Oleh karena massa jenisnya kecil, udara yang
bersuhu tinggi tersebut akan naik. Sebaliknya udara yang bersuhu lebih rendah
akan mempunyai massa jenis yang besar, maka udara tersebut akan turun. Contoh
perpindahan panas konveksi udara dapat ditemui pada ventilasi ruangan dan
cerobong asap. Proses perpindahan panas secara konveksi yang terjadi pada water
heater ini terletak pada saat panas yang diterima oleh pipa tembaga dari nyala api,
kemudian panas diterima oleh air yang mengalir di dalam pipa tembaga tersebut.
b. Perpindahan Panas Secara Konduksi (hantaran)
Konduksi adalah proses mengalirnya panas atau kalor dari daerah yang
bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam satu medium
tertentu (padat, cair atau gas) atau antara medium-medium yang berlainan yang
bersinggungan secara langsung. Setiap benda mempunyai nilai konduktivitas
termal yang berbeda (kemampuan mengalirkan panas)yang akan mempengaruhi
panas yang dihantarkan dari sisi yang panas ke sisi yang lebih dingin. Semakin
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
8
tinggi nilai konduktivitas benda, semakin cepat mengalirkan panas yang diterima
dari satu sisi ke sisi yang lain. Proses konduksi dapat dirasakan dengan
menyentuh atau menghubungkan permukaan – permukaan yang mengandung
panas. Contoh perpindahan panas secara konduksi adalah jika sebuah logam yang
salah satu ujungnya dipanaskan dalam selang waktu tertentu, ujung lainnya pun
akan terasa panas. Hal ini menunjukkan bahwa pada batang logam tersebut terjadi
aliran atau perpindahan kalor dari bagian logam yang bersuhu tinggi (yang
terkena langsung oleh api) ke bagian logam yang bersuhu rendah (yang tidak
terkena api).
Contohnya yaitu ketika memasak air menggunakan panci di atas kompor,
maka kalor akan perpindah dari api (kompor) ke panci yang kemudian
menyebabkan air mendidih. Sedangkan proses perpindahan panas konduksi yang
terjadi pada water heater terjadi pada saat api mulai membakar sirip – sirip,
kemudian panas yang diterima oleh sirip – sirip akan diteruskan menuju pipa
tembaga saluran air (sirip dan pipa tembaga saling menempel).
c.
Perpindahan Panas Radiasi
Menurut Kreith (1985) radiasi adalah proses mengalirnya panas dari benda
yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah saat benda-benda itu terpisah
di dalam ruang, bahkan bila terdapat ruang hampa di antara benda-benda tersebut.
Kalor diradiasikan melalui bentuk gelombang cahaya, gelombang radio,
dan gelombang elektromagnetik. Radiasi juga dapat dikatakan sebagai
perpindahan kalor melalui media atau ruang yang akhirnya diserap oleh benda
lain. Contoh radiasi dalam kehidupan sehari-hari dapat dilihat saat menyalakan
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
9
api unggun, siapa yang berada di dekat api unggun akan merasakan hangat dan
saat matahari memancarkan panas ke bumi, sehingga panas itu dapat kita rasakan.
Pada alat water heater, peristiwa radiasi terjadi saat pada perpindahan panas
antara dinding permukaan tabung dalam dengan permukaan tabung luar water
heater.
2.1.2. Perancangan Saluran Air
Saluran air pada alat water heater biasanya menggunakan pipa tembaga
dengan diameter dalam pipa ½ inchi (12,7 mm). Ada beberapa pertimbangan
dalam menentukan perancangan pipa saluran air di antaranya adalah kehalusan
permukaan saluran pipa, bahan pipa, diameter pipa saluran air, dan hambatan
pipa.
a. Kehalusan Permukaan Saluran Pipa
Bagian dalam pipa juga dipilih yang baik. Semakin halus permukaan pipa
bagiandalam, semakin kecil pula gesekan yang terjadi, sehingga aliran air menjadi
lancar. Alasan menggunakan pipa tembaga karena bagian luar dan dalam pipa
tembaga memiliki permukaan yang halus yang mengakibatkan mempunyai sedikit
hambatan.
b. Bahan Pipa
Bahan pipa dipilih yang baik dalam hal kemampuan dalam memindahkan
kalor. Bahan pipa juga harus mampu menjadi konduktor yang baik, sehingga
mampu memindahkan kalor yang deterima dari api ke fluida air yang mengalir di
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
10
dalam pipa. Alasan menggunakan pipa tembaga adalah karena pipa tembaga
termasuk konduktor yang baik dalam menghantarkan panas. Menurut Holman
(1963), tembaga mempunyai nilai konduktivitas sebesar 385 W/moC. Selain itu
juga tidak mudah melebur jika dipanasi, tidak mudah pecah, tahan terhadap
korosi, sehingga mampu menghilangkan masalah air keruh / coklat karena karat,
dan pipa tembaga sangat mudah ditekuk / dibentuk. Tembaga memiliki kekuatan
tarik sebesar 345 - 689 Mpa dan untuk keuletannya sebesar 5 - 50 %, dan titik
lebur dari tembaga adalah 1080 0C. Bila dibandingkan dengan kekuatan tarik
alumunium, tembaga mempunyai kekuatan yang lebih besar dari alumunium,
begitu pula dengan keuletan dan titik leburnya. Sehingga pipa tembaga mampu
bertahan lebih lama bila dibandingkan dengan pipa aluminium.
Tabel 2.1 Tabel perbandingan kekuatan material antara tembaga dan jenis
material yang lain (Sumber : google.co.id)
Jenis Logam
Besi dan Baja
Besi cor kelabu
Besi cor putih
Baja
Bukan besi
Aluminium
Tembaga
Magnesium
Seng (tuang)
Titan
Nikel
Kekuatan Tarik
Mpa
Keuletan
(%)
Titik Cair
(°C)
Kekerasan
(Brinell)
110 – 207
310
276 – 2070
0 -1
0 -1
15 - 22
1370
1370
1425
100 -150
450
110 – 500
83 – 310
345 – 689
83 – 345
48 – 90
552 – 1034
414 – 1103
10 – 35
5 – 50
9 – 15
2 – 10
15 - 40
660
1080
650
785
1800
1450
30 – 100
50 – 100
30 – 60
80 – 100
158 – 266
90 250
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
11
Tabel 2.2 Nilai konduktivitas termal (Sumber : google.co.id)
Material
Metals :
Silver (pure)
Copper (pure)
Alumunium (pure)
Nickel (pure)
Iron (pure)
Carbon steel, 1% C
Lead (pure)
Chrome - nickel steel (18% Cr, 8% Ni)
c.
Thermal conductivity
k
W/m.°C
Btu/h.ft.°F
410
385
202
93
73
43
35
16,3
237
223
117
54
42
25
20,3
9,4
Diameter Pipa Saluran Air
Diameter pipa saluran air harus dipilih sedemikian rupa. Semakin kecil
diameter pipa saluran air, semakin besar hambatan yang terjadi. Semakin kecil
diameter ukuran pipa saluran air semakin besar daya pompa yang diperlukan
karena memiliki hambatan yang besar. Disisi lain, semakin kecil diameter pipa
saluran air, suhu air yang dihasilkan (suhu yang keluar dari water heater) akan
semakin kecil. Serta apabila memilih bahan pipa yang kecil jumlah debit air yang
keluar akan lebih sedikit dibandingkan dengan pipa saluran air yang besar.
d.
Hambatan Pipa Saluran
Hambatan pipa saluran air diusahakan seminimal mungkin supaya ketika
air mengalir di dalam pipa saluran air, penurunan tekanan yang terjadi akan
semakin kecil. Karenanya saluran pipa diusahakan tidak mengalami pembelokan
yang menyudut melainkan diusahankan radius (melingkar). Kalaupun mungkin
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
12
terjadi pembelokan diusahakan sudut pembelokan dibuat besar (lebih dari 900).
Semakin besar sudut pembelokan, semakin kecil penurunan tekanan yang terjadi.
Dan geometri saluran pipa yang dibuat melingkar-lingkar agar penurunan tekanan
yang terjadi menjadi kecil. Jika penurunannya kecil, maka daya pompa yang
dibutuhkan untuk medorong air juga berdaya kecil.
2.1.3. Saluran Udara Untuk Kebutuhan Pembakaran
Pada dasarnya proses pembakaran memerlukan oksigen yang diambil dari
udara bebas. Kekurangan oksigen pada proses pembakaran dapat mengakibatkan
bentuk api yang tidak sesuai yang diinginkan. Dan mengakibatkan kalor yang
dihasilkan kurang optimal, sehingga kalor tersebut sedikit teralirkan ke fluida air
yang mengalir didalam pipa. Akibatnya akan didapatkan suhu air keluar yang
kurang tinggi dan water heater yang dihasilkan kurang maksimal. Untuk
merancang sistem saluran udara yang baik di usahakan diameter lubang saluran
udara dibuat merata pada semua permukaan tiap dinding water heater agar udara
bisa masuk merata ke dalam water heater dan diameter lubang saluran udara tidak
terlalu besar agar kalor yang berada dalam water heater tidak langsung terbuang
percuma.
2.1.4. Sirip
Dengan adanya sirip ini bertujuan untuk memperluas permukaan
penangkap kalor,sehingga pelepasan panas bisa berlangsung lebih cepat. Jika sirip
dipasang di saluran air yang akan dipanaskan, maka akan menangkap panas api
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
13
yang diberikan kompor sehingga mampu memanaskan pipa saluran air dengan
lebih cepat, sebab permukaan penangkap kalor menjadi lebih lebar. Maka dari itu
pemasangan sirip juga berpengaruh terhadap suhu air yang keluar dari water
heater. Pemilihan bahan pembuatan sirip juga berpengaruh terhadap proses
penghantaran panas. Semakin besar nilai konduktivitas termal bahan sirip,
semakin besar kalor yang dapat ditangkap oleh sirip. Biasanya sirip terbuat sama
dengan bahan pipa saluran air.
2.1.5. Isolator
Isolator adalah bahan yang dapat menahan atau mengurangi perpindahan
panas (kalor). Panas dapat terlepas meskipun ada upaya untuk menutupinya, tapi
isolator dapat mengurangi panas yang terlepas tersebut. Benda – benda yang biasa
digunakan sebagai isolator adalah kertas, plastik, kayu, karet, udara, dll.
Isolasi termal dapat menjaga wilayah tertutup seperti bangunan atau tubuh
agar terasa hangat lebih lama dari yang sewajarnya, tetapi itu tidak mencegah
hasil akhirnya, yaitu masuknya air dingin dan keluarnya air panas. Isolator juga
dapat bekerja sebaliknya, yaitu menjaga bagian dalam suatu wadah terasa dingin
lebih lama dari biasanya. Oleh karena itu di dalam water heater diberikan
semacam isolator agar panas hasil pembakaran tidak keluar. Isolator tersebut
adalah udara, karena udara mempunyai nilai konduktifitas termal yang rendah,
yaitu 0,023 W/m°C dan juga murah serta sangat mudah didapatkan. Maka dari itu
water heater diberikan lubang – lubang udara yang berfungsi sebagai pemasukan
udara serta adanya 2 lapisan dinding yang terdapar ruang di dalamnya yang
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
14
berisikan udara yang berfungsi sebagai isolator. Tabel 2.3, menyajikan nilai
konduktivitas beberapa bahan isolator.
Tabel 2.3 Konduktivitas termal beberapa media
(Sumber :http://www.scribd.com/doc/61109210/BAB-II-Termal)
Media
Gabus
Konduktivitas termal (k)
W/m.oC
0,042
Wool
0,040
Kayu
0,08 – 0,16
Bata
0,84
Udara
0,023
2.1.6. Bahan Bakar / Sumber Energi
Ada beberapa macam bahan bakar / sumber energi yang bisa di gunakan
untuk water heater antara lain energi matahari, energi listrik, dan gas LPG. Akan
tetapi sumber energi yang paling sering digunakan adalah sumber energi gas LGP
(Liquified Petroleum Gas). LPG adalah campuran dari berbagai macam unsur
hidrokarbon yang berasal dari gas alam. Dengan menambah tekanan dan
menurunkan suhunya , gas berubah menjadi cair. Ada tiga macam jenis LPG yang
di produksi oleh Pertamina antara lain, LPG untuk keperluan rumah tangga, LPG
gas propana dan LPG gas butana. Untuk sumber energi gas yang di gunakan oleh
water heater menggunakan LPG untuk keperluan rumah tangga karena memiliki
komposisi campuran antara propana C3 H 8 dan butana C 4 H 10
Perbandingan gas propana dan butana adalah sekitar 30 : 70 dengan
komposisi sebesar 99% dan selebihnya adalah gas petana C5 H 12 dan etana
(C2H6) yang dicairkan. Tekanan uap LPG cair di dalam tabung sekitar 5 – 6,2
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
15
kg
cm 2
. Agar mempunyai bau yang khas dan dan untuk mengetahui bila terjadi
kebocoran maka, LPG umumnya ditambah dengan zat marcaptan.
Reaksi pembakaran propana C3 H 8 , jika terbakar sempurna adalah sebagai
berikut :
C3 H 8
+
→
5 O2
propana +oksigen
3 CO2 + 4 H 2 O + panas
→karbon dioksida + uap air + panas
Dan untuk Reaksi pembakaran butana C 4 H 10 , jika terbakar sempurna adalah
sebagai berikut :
2 C 4 H 10
+
butana + oksigen
13 O2
→
→
8 CO2 + 10 H 2 O + panas
karbon dioksida + uap air + panas
Menurut wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut hampir sama
dengan propana setara dengan 46 MJ/kg.
Tabel 2.4 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan bahan
bakar lainnya. (Sumber:aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/perananlpg-di-dapur-anda.pdf)
Bahan Bakar
Daya Pemanasan
Kayu bakar
Arang
Minyak Tanah
Gas Kota
Listrik
LPG
4000 kkal/kg
8000 kkal/kg
11000 kkal/kg
4500 kkal/m³
860 kkal/kWh
11900 kkal/kg
Efisiensi alat masak
15 %
15 %
40 %
55 %
60 %
60 %
Tabel 2.4 Menyajikan daya pemanasan dari efisiensi alat masak LPG
dengan bahan bakar gas. Terlihat bahwa efisiensi alat masak dengan gas LPG
sebesar 60 %.
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
16
2.1.7. Kebutuhan Udara
Pada kenyataanya proses pembakaran itu tidak bisa sempurna. Agar di
dalam proses pembakaran bisa mencapai optimal maka, di perlukan udara. Pada
proses pemanasan water heater dapat menggunakan udara yang diambil dari
udara bebas disekitar melalui lubang – lubang udara yang berada pada dinding
water heater. Jumlah lubang udara juga berpengaruh terhadap proses pemanasan
pada water heater. Oleh karena itu aliran udara yang diperlukan harus
dikondisikan dengan ukuran tabung water heater agar api yang diperlukan dalam
proses pemanasan mendapatkan kebutuhan udara yang cukup. Kekurangan udara
bisa menyebabkan kurang optimalnya panas yang dipindahkan ke air yang
dihasilkan water heater, karena nyala api menjadi lebih kecil atau tidak sesuai
dengan yang diharapkan. Kelebihan udara juga bisa menyebabkan kurang
optimalnya panas yang diserap oleh pipa.
Tabel 2.5 Komposisi udara dalam keadaan normal (Sumber :
http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25772/4/Chapter%20II.pdf)
No
Komposisi
Udara
Presentase (%)
1
2
3
4
Nitrogen
Oksigen
Karbon dioksida
Gas lain
78,1
20,95
0,03
0,94
2.1.8. Saluran Gas Buang
Pada setiap proses pembakaran pasti akan menghasilkan gas buang. Gas
buang yang dihasilkan berupa gas (CO) dan uap air yang keluar. Gas buang
tersebut harus diberikan jalan untuk keluar dari water heater agar nyala api tidak
PLAGIAT
PLAGIATMERUPAKAN
MERUPAKANTINDAKAN
TINDAKANTIDAK
TIDAKTERPUJI
TERPUJI
17
terganggu. Dalam merancang 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
penggunaan dari water heater. Jika saluran gas buang 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.
Sehingga api tidak berfungsi dengan baik untuk memanaskan air. Tentunya dalam
perancangan ini dibutuhk