PEMANAS AIR DENGAN PANJANG PIPA 25 METER DAN JUMLAH LUBANG INPUT UDARA TABUNG LUAR 150

  

PEMANAS AIR DENGAN PANJANG PIPA 25 METER

DAN JUMLAH LUBANG INPUT UDARA

TABUNG LUAR 150

TUGAS AKHIR

  Untuk memenuhi persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin Diajukan oleh

  

YOSEP KUWORO ADI

NIM : 085214036

JURUSAN TEKNIK MESIN

WATER HEATER WITH THE LENGTH OF THE PIPE

  

25 METER AND THE NUMBER OF THE AIR INPUT

HOLE OF THE OUTSIDE PIPE 150

FINAL PROJECT

  Presented a Partial Fulfillment of the Requidments For the Degree of Sarjana Teknik In Mechanical Engineering

  Submitted by

  YOSEP KUWORO ADI Student Number : 085214036

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

  :

  

ABSTRAK

  Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar pemanas air, mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor, mendapatkan suhu air yang dihasilkan dari pemanas air, menghitung kalor yang diberikan gas LPG dan menghitung efisiensi pemanas air.Agar kalor yang dihasilkan kompor dapat diserap secara maksimal, maka dipasang sirip-sirip tembaga yang berfungsi sebagai penyerap kalor dan mengalirkan kalor yang diterima dari kompor pada pipa tembaga.

  Kran digunakan sebagai pengatur jumlah debit air yang digunakan untuk mengaliri pemanas air.LPG digunakan sebagai bahan bakar kompor untuk memanasi air yang mengalir di dalam pemanas air. Data debit air diperoleh dengan cara mengukur volume air yang mengalir mempergunakan gelas ukur dan stopwatch. Banyaknya air yang mengalir setiap menit dicatat setiap ada perubahan debit. Pengukuran suhu air dilakukan dengan cara memasang termokopel pada sisi keluar pemanas air. Suhu air dicatat setiap ada perubahan debit air.

  Dengan debit aliran 7,2 liter/menit dihasilkan dengan suhu air yang keluar sebesar 43,4°C . Laju aliran kalor untuk penelitian water heater ini adalah 11571,65 watt pada debit air 4,26 liter/menit.Suhu air terbesar yang dihasilkan dari penelitian water heater ini adalah 80,3°C, pada debit air 1,56 liter/menit, pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 28,1°C. Kalor yang diterima air dari pemanas air berkisar antara 5518,79

• – 11571,65 watt. Untuk jumlah kalor terbesar sebesar 11571,65 watt.Kalor yang diberikan gas LPG sebesar 14530,99 watt. Untuk efisiensi terbesar adalah 79,63 % pada debit air 4,26 liter/menit.

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat, rahmat dan bimbinganNya selalu, hingga terselesaikannya penyusunan Tugas Akhir, yang berjudul “Pemanas Air dengan panjang pipa 25 meter dan jumlah lubang input udara tabung luar 150” ini. Tugas Akhir ini, membahas mengenai garis besar tentang pembuatan dan karakteristik Pemanas Air.Pemanas Air ini diharapkan dapat digunakan sebagai salah satu alat yang dapat digunakan di kehidupan sehari-hari sebagai pemanas air untuk keperluan mandi dan juga bermanfaat bagi kegiatan produksi dalam skala industri. Dalam pemilihan bahan dan ukuran, penulis menggunakan acuan Standar SI.

  Dalam penulisan laporan ini penulis mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada :

  1. elaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

  2. Ir. PK. Purwadi, M.T. selaku Dosen Pembimbing TA dan selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

  3. Seluruh Dosen dan karyawan Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  4. Kedua orang tua saya tercinta, Ibu Yulia Sri Wahyuningsih dan Bapak Agustinus Eko Ardianto yang telah memberi dukungan, baik material maupun spiritual hingga saat ini.

  5. Laras Arum Sekarini yang telah memberikan semangat, dukungan dan doa.

  6. Rekan-rekan mahasiswa Prodi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

  7. Semua pihak yang sudah membantu yang tidak dapat disebutkan satu-persatu.

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

  Yogyakarta, 18 Desember 2013 Penulis,

  DAFTAR ISI

  7 2.1.3 Bahan Bakar .................................................................

  19 2.1.10 Efisiensi .......................................................................

  19 2.1.9 Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas ........................

  18 2.1.8 Laju Aliran Kalor .........................................................

  16 2.1.7 Isolator .........................................................................

  15 2.1.6 Sumber Api ..................................................................

  13 2.1.5 Saluran Gas Buang ......................................................

  8 2.1.4 Kebutuhan Udara .........................................................

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

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

  6 2.1.1 Saluran Air ...................................................................

  6 2.1 Dasar Teori ..............................................................................

  5 BAB II DASAR TEORI ..............................................................................

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

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

  1 1.2 Tujuan ......................................................................................

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

  DAFTAR TABEL ........................................................................................... xii DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xiii DAFTAR NOTASI ......................................................................................... xv BAB I PENDAHULUAN ..........................................................................

  20

  28 3.2 Pembuatan Water Heater .........................................................

  28 3.2.1 Bahan Water Heater .....................................................

  29 3.2.2 Sarana dan Alat-alat yang Digunakan .........................

  30 3.2.3 Langkah-langkah Pengerjaan .......................................

  30 3.2.3.1 Persiapan ..........................................................

  30 3.2.3.2 Pengerjaan ........................................................

  40 3.3 Hasil Pembuatan ......................................................................

  BAB IV METODOLOGI PENELITIAN .....................................................

  41

  41 4.1 Skematis Pengujian .................................................................

  42 4.2 Variasi Penelitian ........................................................................

  42 4.3 Peralatan Pengujian dan Bahan ...................................................

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

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

  44 4.6 CaraMenyimpulkan .................................................................

  BAB V KARAKTERISTIK WATER HEATER ........................................

  45

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

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

  m ......................

  46

  5.2.1 Perhitungan Kecepatan Air rata-rata u

  46 5.2.2 Perhitungan Aliran Massa Air Q .................................

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

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

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

  50 5.3 Pembahasan .............................................................................

  BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................

  52

  52 6.1 Kesimpulan ..............................................................................

  52 6.2 Saran ........................................................................................ DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN ....................................................................................................

  55

  55 A. Nilai Sifat-Sifat Logam .....................................................................

  56 B. Nilai Sifat-Sifat Logam (Lanjutan 1) ................................................

  57 C. Nilai Sifat-Sifat Logam (Lanjutan 2) ................................................

  58 D. Daftar Konduktifitas Termal Berbagai Bahan ..................................

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Daya Pemanasan dan Efisiensi Alat Masak dengan Gas LPG dan Bahan Bakar Lainnya ............................................................

  13 Tabel 2.2 Komposisi Udara dalam Keadaan Normal ...................................

  14 Tabel 2.3 Konduktifitas Termal Beberapa Media ........................................

  18 Tabel 5.1 Hasil Pengujian Pemanas Air .......................................................

  45 Tabel 5.2 Perhitungan m dan q _{air air} ............................................................. 48

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Grafik Efisiensi Sirip Siku Empat dan Segitiga ......................

  25 Gambar 3.3 Lengkungan dan Sirip Water Heater .......................................

  32 Gambar 3.11 Pemotongan Pipa Tembaga untuk Sirip ..................................

  31 Gambar 3.10 Pipa Tembaga Sebelum Dipotong ...........................................

  31 Gambar 3.9 Lengkungan Pipa dan Sirip .....................................................

  27 Gambar 3.8 Alat Pembengkok dan Pemotong Pipa ..................................

  27 Gambar 3.7 Water Heatertampak dari Luar ................................................

  26 Gambar 3.6 Water Heatertampak dari Bawah ............................................

  26 Gambar 3.5 Penutup Water Heater ............................................................

  25 Gambar 3.4 Sirip Water Heater ..................................................................

  24 Gambar 3.2 Lengkungan Pipa .....................................................................

  8 Gambar 2.2 Grafik Efisiensi Sirip Siku Empat ...........................................

  23 Gambar 3.1 Rancangan Water Heater ........................................................

  22 Gambar 2.9 Water Heater Rinnai REU-55RTB ..........................................

  21 Gambar 2.8 Water Heater Wasser ..............................................................

  19 Gambar 2.7 Water Heater Modena GI-6 ......................................................

  17 Gambar 2.6 Laju Aliran Kalor ....................................................................

  17 Gambar 2.5 Kompor Gas dengan Regulator ...............................................

  17 Gambar 2.4 Kompor Gas Tungku Besar .....................................................

  8 Gambar 2.3 Kompor Gas Quantum .............................................................

  32

Gambar 3.15 Tabung Luar Sebelum Dibentuk .............................................

  39 Gambar 3.25 Water Heater ...........................................................................

  49 Gambar 5.3 Hubungan Debit Air dengan Efisiensi Water Heater yang Diperlukan pada Suhu Air Input 28,1 °C ................................

  49 Gambar 5.2 Hubungan Debit Air dengan Laju Aliran Kalor yang Diperlukan pada Suhu Air Input 28,1 °C ......................

  43 Gambar 5.1 Hubungan Debit Air dengan Suhu Air Keluar pada Suhu Air Input 28,1 °C ............................................................

  43 Gambar 4.4 Gelas Ukur ...............................................................................

  43 Gambar 4.3 Termokopel, Kalkulator, Alat Tulis, dan Kompor ..................

  41 Gambar 4.2 Tabung Gas ..............................................................................

  40 Gambar 4.1 Skema Rangkaian Alat ............................................................

  38 Gambar 3.24 Lubang Saluran Udara .............................................................

  34 Gambar 3.16 Tabung Bagian Luar ................................................................

  38 Gambar 3.23 Lubang Saluran Udara Dilihat dari Dalam ..............................

  37 Gambar 3.22 Penutup Bagian Atas ...............................................................

  37 Gambar 3.21 Proses Membentuk Penutup Tabung Bagian Atas ..................

  36 Gambar 3.20 Penutup Bagian Dalam Tabung ...............................................

  36 Gambar 3.19 Proses Membentuk Penutup Dalam Tabung Atas ...................

  35 Gambar 3.18 Tabung Bagian Dalam .............................................................

  35 Gambar 3.17 Tabung Bagin Dalam Sebelum Dibentuk ................................

  50

BAB I PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

  Kebutuhan air panas untuk keperluan hidup sehari-hari telah menjadi kebutuhan primer setiap orang. Air panas tidak hanya sebagai kebutuhan di rumah, tetapi sudah menjadi standar internasional, baik untuk keperluan hotel, Rumah Sakit, Apartment, Industri dan lain lain. Gaya hidup manusia terus mengalami perubahan seiring dengan tuntutan kesibukan yang semakin tinggi.

  Tugas tugas di kantor yang semakin menumpuk selalu memaksa kita agar segera menyelesaikan nya. Karena kesibukan inilah seringkali seseorang menjadi terlambat untuk membersihkan tubuh atau mandi.Namun sayangnya, mandi pada waktu yang kelewat malam dengan air dingin sangatlah tidak baik bagi kesehatan.

  Selain dinginnya air terkadang tidak nyaman di kulit, mandi di malam hari bisa memicu masuk angin sampai sakit persendian. Sebaliknya, mandi air hangat akan membuat kulit terasa nyaman sehingga tubuh lebih rileks. Bahkan mandi menggunakan air hangat bisa mengurangi kejang otot karena lelah habis kerja seharian.

  Jika anda telah memutuskan untuk mempergunakan pemanas air (water

  

heater) untuk kebutuhan mandi sehari-hari, penting bagi anda menyadari pilihan

  yang tersedia di pasar, kebanyakan orang memiliki kecenderungan untuk anda mungkin telah menambahkan saluran gas ke rumah anda yang meningkatkan pilihan anda. Semua perubahan ini akan memainkan peran penting ketika anda membeli atau mempergunakan pemanas air yang anda akan pakai.

  Ketika akan mempergunakan pemanas air, anda harus menentukan pada sumber energi yang akan anda gunakan untuk daya pemanas. Saat ini ada tiga opsi energi utama yang dapat anda pilih dari termasuk energi gas, surya dan listrik. Perlu diketahui juga sebelum memutuskan untuk membeli atau memakai pemanas airada beberapa kriteria yang harus menjadi pertimbangan, karena masing-masing tipe pemanas air mempunyai kelebihan dan kekurangan, tentunya hanya anda sendirilah yang bisa menentukan mau menggunakan tipe mana.

  Pertimbangan-pertimbangan yang paling umum biasanya berkisar antara lain kualitas produk, jenis dan besarnya energi yang di gunakan, kapasitas kebutuhan volume air panas yang di inginkan, layanan purna jual dan harga kondisi keuangan anda juga tentunya.

  Pemanas air Tenaga Gas LPG (Liquefied Petroleum Gas) atau pemanas air Tenaga Listrik. Ketiga jenis pemanas air tersebut menggunakan energi yang berbeda untuk pengoprasiannya, hal itu juga menentukan pemasangan nya, dimana jenis listrik bisa lebih fleksibel sementara jenis gas sebaliknya, sedangkan untuk tipe pemanas air tenaga surya lebih membutuhkan ketrampilan khusus dalam pemasangannya, sehingga membutuhkan tenaga ahli profesional. Dalam melakukan pekerjaan tersebut arena tidak sembarangan orang juga bisa

  Pemanas air listrik bentuknya kecil dan mudah di pasang, untuk kelemahannya bila tekanan air kurang maka air menjadi sangat panas dan tidak stabil. Apabila ada kerusakan perlu mengganti element listrik dan juga pertimbangkanlah daya listrik rumah anda, mengingat daya listrik yang dibutuhkan oleh pemanas air tersebut cukup besar untuk tiap unit nya, pastikan bahwa daya total listrik di rumah anda mencukupi (apabila tidak mencukupi, anda harus tambah daya dan pastinya biaya abodemen listrik bulanan yang akan naik juga menjadi pertimbangan anda).

  Untuk pemanas air gas LPG, diperlukan selang pipa untuk suplai gas ke pemanas air. Tipe pemanas air gas membutuhkan ketelitian ketika harus mengganti tabung gas dan pengecekan pipa pembuangan hasil pembakaran, karena pemanas air gas selama beroprasi terjadi proses pembakaran yang merubah oksigen menjadi karbondioksida akan tetapi banyak ahli menyatakan bahwa gas LPG memiliki tingkat terendah emisi karbon, menimbulkan sedikit resiko dalam hal ancaman polusi tanah atau air.

  Di sisi lain untuk keuntungan dari pemanas airini adalah air panas yang dipergunakan tidak terbatas, demikian juga jumlah orang yang ingin mandi air panas tidak terbatas. Selama air dapat mengalir, selama itu pula air panas dapat dihasilkan. Karena hal itu diperlukan rancangan pemanas airberbahan bakar gas LPG yang nantinya dapat menghasilkan laju aliran perpindahaan kalor yang baik.

  Pemanas air Tenaga Surya sangat mudah diterapkan pada negara tropis yang rumit (diletakkan di atas atap rumah) dan kemampuanya bergantung pada banyaknya sinar matahari sehingga terbatas penggunaannya (volume air panas yang dapat dipergunakan).

  Apabila terjadi cuaca yang tidak mendukung, untuk pemanas airjenisini tidak dapat lagi bisa digunakan terutama di daerah pegunungan dingin yang sedikit mendapatkan penyinaran matahari.Selain itu, apabila di lihat dari sisi ekonominya, pemanas air dengan menggunakan tenaga surya lebih mahal dibandingkan dengan pemanas air lainnya.

  1.2 TUJUAN

  Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. merancang dan membuat pemanas airberbahan bakar gas LPG; 2. mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar pemanas air; 3. mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor; 4. menghitung kalor yang diterima air dari pemanas air; 5. menghitung kalor yang diberikan gas LPG; 6. menghitung efisiensi pemanas air.

  1.3 BATASAN PERSOALAN

  Batas-batas di pembuatan pemanas air adalah:

  2. banyaknya dinding plat : 2 lapis; 3. plat lapis dalam mempunyai banyak lubang dalam dengan diameter : 3 mm dengan jumlah 380 (setinggi 75 cm) dan, plat luar mempunyai banyak lubang

  150 dengan diameter : 1 cm (setinggi 25 cm); 4. bahan pipa tembaga dengan diameter : 0,953 cm = 3/8 inch; 5. pipa bersirip dengan jumlah sirip :16 dan panjang sirip 25 cm; 6. sirip dari pipa tembaga dengan diameter : 0,953 cm.

1.4 MANFAAT

  Manfaat dari penelitian ini adalah : 1. memperdalam pengetahuan tentang spesifikasi pembuatan pemanas air; 2. sebagai referensi ke depan bagi para mahasiswa dan masyarakat umum yang akan membuat pemanas air; 3. dapat bermanfaat dan dipergunakan oleh kalangan masyarakat luas terutama untuk para pengusaha di bidangpemanas air; 4. dapat memperoleh air panas dengan mudah dan dengan jumlah yang banyak; 5. sebagai kreatifitas mahasiswa untuk berkreasi menciptakan variasi-variasi dalam pembuatan pemanas air.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 DASAR TEORI

2.1.1 Saluran Air

  Untuk merancang pipa saluran air, ada beberapa pertimbangan yang harus di perhatikan, antara lain hambatan pipa saluran air diusahakan kecil dan hambatan air ketika air mengalir di dalam saluran pipa diusahakan kecil. Maka dari itu dalam pembuatan pipa saluran air diusahakan tidak mengalami pembelokan.Kalau terpaksa ada pembelokan, sudut pembelokan pipa diusahakan

  o

  besar, (misalnya lebih besar dari 90 ), pembelokan pipa diusahakan terjadi secara halus (misalnya pembelokan pipa dibuat melengkung dengan radius tertentu, atau dibuat melingkar-lingkar). Hal ini dimaksudkan supaya daya pompa yang diperlukan untuk mendorong air kecil dan gesekan yang terjadi antara fluida dan pipa semakin kecil.Kehalusan permukaan saluran pipa bagian dalam juga dipilih yang baik.Semakin halus permukaan pipa bagian dalam, semakin kecil gesekan yang terjadi atau semakin kecil daya pompa yang dibutuhkan.

  Ada berbagai macam faktor yang mempengaruhi hilangnya energi di dalam pipa. Jenis-jenis sambungan ikut mempengaruhi hilangnya energi pada pipa. Dengan adanya sambungan dapat menghambat aliran normal dan menyebabkan gesekan tambahan. Pada pipa yang pendek dan mempunyai banyak pipa. Energi yang hilang dalam pipa ini tidak akan kembali melainkan diubah dalam bentuk panas.

  Temperatur air yang tinggi berpotensi merusak beberapa jenis material. Untuk instalasi pipa air panas sebaiknya menggunakan material yang tahan terhadap panas dan tekanan tinggi, juga bahan pipa dipilih yang baik dalam memindahkan kalor. Pemilihan pipa yang paling baik untuk instalasi air panas adalah menggunakan pipa tembaga.

2.1.2 Sirip

  Besarnya laju perpindahan kalor benda tidak bersirip dengan benda bersirip berbeda. Pada umumnya, sirip dipasang berfungsi untuk memperluas permukaan dari benda, sehingga laju perpindahan kalor konveksinya menjadi besar. Tetapi seberapa besar pengaruh sirip itu di pasang terhadap laju perpindahan kalornya di bandingkan jika tidak di pasang sirip.Yang diinginkan tentunya pengaruh sirip sangat besar terhadap laju perpindahan kalornya agar tidak dirugikan dengan biaya untuk membuat sirip.

  Apabila sirip dipasang di pipa saluran air yang akan dipanaskan, maka sirip akan dapat membantu pipa saluran air di dalam menangkap kalor yang diberikan oleh nyala api dari kompor gas LPG. Semakin luas sirip atau semakin banyak sirip yang akan dipasang di pipa saluran air, maka akan semakin besar juga kalor yang akan dipindahkan ke air. Dengan demikian pemasangan sirip pada pipa saluran air akan sangat berpengaruh terhadap suhu air keluar pemanas air. nilai konduktifitas bahan tembaga sangat bagus unuk menghantarkan laju perpindahan kalor.

Gambar 2.1 Grafik Efisiensi Sirip Siku Empat dan Segitiga

  

(sumber: Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor)

Gambar 2.2 Grafik Efisiensi Sirip Siku Empat

  

( sumber: Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor)

2.1.3 Bahan Bakar

  dimana bahan bakar tersebut akan melepaskan panas setelah direaksikan dengan oksigen di udara. Bahan bakar gas ada dua jenis, yakni

  

Compressed Natural Gas CNG pada

  dasarnya terdiri dari metana sedangkan LPG adalah campuran dari propana, butana dan bahan kimia lainnya. LPG yang digunakan untuk kompor rumah tangga, sama bahannya dengan bahan bakar gas yang biasa digunakan untuk sebagian kendaraan bermotor.

  LPG merupakan bahan bakar berupa gas yang dicairkan (Liquified

  

Petroleum Gasses ) merupakan produk minyak bumi yang diperoleh dari proses

  distilasi bertekanan tinggi. Fraksi yang digunakan sebagai umpan dapat berasal dari beberapa sumber yaitu dari gas alam maupun gas hasil dari pengolahan minyak bumi (Light End). Komponen utama LPG terdiri dari Hidrokarbon ringan berupa Propana (C

  3 H 8 ) dan Butana (C

  

4 H

10 ), serta sejumlah kecil Etana (C

  2 H 6 ,)

  dan Pentana (C

  5 H 12 ).LPG digunakan sebagai bahan bakar untuk rumah tangga dan

  industri.LPG terutama digunakan oleh masyarakat tingkat menengah keatas yang kebutuhannya semakin meningkat dari tahun ketahun karena termasuk bahan bakar yang ramah lingkungan. Sebagai bahan bakar untuk keperluan rumah tangga, LPG harus memenuhi beberapa persyaratan khusus dengan tujuan agar aman dipakai dalam arti tidak membahayakan bagi si pemakai dan tidak merusak peralatan yang digunakan serta efisien dalam pemakaiannya. Oleh sebab itu untuk menjaga faktor keselamatan, LPG dimasukan ke dalam tabung yang tahan

  Di samping itu untuk mendeteksi terjadinya kebocoran LPG, maka LPG sebelum dipasarkan terlebih dahulu ditambahkan zat pembau (odor) sehingga apabila terjadi kebocoran segera dapat diketahui. Pembau yang ditambahkan harus melarut sempurna dalam LPG, tidak boleh mengendap. Untuk maksud itu digunakan etil merkaptan (C H SH) atau butil merkaptan (C H SH), sedangkan

  2

  5

  4

  9

  dibidang industri produk elpiji digunakan sebagai pengganti freon, aerosol,

  

refrigerant atau cooling agent, kosmetik dan dapat pula digunakan sebagai bahan

baku produk khusus.

  Jenis LPG sesuai dengan penggunaannya sebagai bahan bakar elpiji dibedakan atas:

  1. LPG Mix Adalah campuran propane dan butana dengan komposisi antara

  70-80% dan 20-30% volume dan diberi odorant (Mercaptant) dan umumnya digunakan untuk bahan bakar rumah tangga

  2. LPG propane dan Elpiji butana.

  Adalah elpiji yang masing-masing mengandung propane 95 % dan butana 97,5 % volume dan diberi odorant (mercaptant), umumnya digunakan untuk keperluan industri.

  Persyaratan LPG, syarat-syarat utama dalam pemakaian LPG adalah harus dipenuhinya:

  1. Syarat Pembakaran kompor berwarna biru, maka komposisi campuran propana dan butana harus

• minimum 97,5%. Sebaliknya jika LPG mengandung fraksi C

  5 (C 6 heavier)

  lebih dari maksimumnya yaitu 2,0% maka nyala api kompor agak kemerahmerahan. Jadi agar syarat pembakaran menjadi baik maka komposisi C harus maksimum 0,2% vol, C dan C minimum 97,5% vol serta

  2

  

3

  4

• kandungan C5 (C 6 heavier) maksimum 2,0% vol.

  2. Syarat Penguapan Kemampuan menguap adalah sifat penting dalam penggunaan, LPG harus cukup mudah menguap agar mudah dinyalakan diwaktu dingin. Seperti diketahui saat dalam tabung gas LPG adalah berbentuk cair, namun saat dipakai dalam kompor (pada tekanan atmosfer) dengan cepat LPG berubah menjadi gas.Untuk memenuhi persyaratan penguapan maka Tekanan Uap LPG tidak boleh lebih dari 120 psig.

  3. Syarat Keselamatan Dalam pemakaiannya sebagai bahan bakar rumah tangga, jika terjadi kebocoran maka LPG harus cepat dapat dideteksi dengan diberi bau yang khas, agar baunya cepat dikenali saat terjadi kebocoran maka pada LPG diberi campuran Ethyl atau Buthyl mercaptan sebanyak 50/100 AG.

  Saat masih di pabrik, jika terjadi kebocoran LPG di malam hari akan sangat berbahaya, karena Spesific Grafity LPG sama dengan atau lebih besar dari SG udara, maka LPG akan terdistribusi merata di atas tanah pada malam proses pengkaratan maka harus ada persyaratan pemeriksaan Copper strip

  o pada 100 F selama 1 jam dengan nilai maksimum.

  4. Syarat Kebersihan Syarat kebersihan secara umum adalah dibatasinya kandungan air dan kandungan belerang, dimaksudkan agar pada penggunaannya LPG tidak memberikan kotoran sama sekali. Sifat LPG, perlu diketahui, gas LPG bersifat flammable (mudah terbakar). Dalam batas flammabality, LPG adalah sumber api yang terbuka sehingga letupan (percikan api) yang sekecil apapun dapat segera menyambar gas LPG.

  Maka untuk menjaga keamanan pastikan bahwa bau gas LPG telah hilang sama sekali dari dalam rumah, walaupun membutuhkan waktu yang agak lama.

  Hal ini karena sifat gas LPG yang sangat lamban berputar di udara. Sebagai bahan bakar, gas LPG mudah terbakar apabila terjadi persenyawaan di udara oleh karena itu kita perlu tau beberapa sifat-sifatnya.

  Untuk mencegah hal-hal yang tidak diinginkan, maka perlu diketahui beberapa sifat khususnya antara lain :

  1. Tekanan gas LPG cukup besar, sehingga bila terjadi kebocoran LPG akan membentuk gas secara cepat, memuai dan sangat mudah terbakar.

  2. LPG menghambur di udara secara perlahan sehingga sukar mengetahuinya secara dini.

  3. Berat jenis LPG lebih besar dari pada udara sehingga cenderung bergerak ke

  5. Daya pemanasannya cukup tinggi, namun tidak meninggalkan debu dan abu (sisa pembakaran).

  6. Cara penggunaannya cukup mudah dan praktis.

Tabel 2.1 Daya Pemanasan dan Efisiensi Alat Masak dengan Gas LPG dan Bahan Bakar Lainnya

  Bahan Bakar Energi Persatuan Massa Efisiensi Alat Masak Kayu bakar 4000 kkal/kg 15% Arang 8000 kkal/kg 15% Minyak Tanah 11000 kkal/kg 40% Gas Kota 4500 kkal/m3 55% Listrik 860 kkal/kWh 60% L P G 11900 kkal/kg 60% Listrik 860 kkal/kwh 60%

  (Sumber: )

2.1.4 Kebutuhan Udara

  Pembakaran (combustion) didefinisikan sebagai reaksi kimia yang cepat pada temperatur tinggi antara oksigen dengan unsur-unsur bahan bakar yang dapat terbakar. Tujuan utama dari pembakaran adalah untuk melepaskan semua energi dalam bahan bakar, dengan seminimal mungkin terjadi kehilangan yang disebabkan oleh pembakaran yang tidak sempurna dan udara lebih.

  Syarat kondisi agar terjadi penyalaan (pembakaran yang baik) dikenal dengan rule of thunb ”3 T”, yaitu:

1. Temperature. Temperatur yang digunakan harus cukup tinggi sehingga dapat

  2. Turbulence (Turbulensi). Turbulensi harus cukup tinggi sehingga terjadi pencampuran yang baik antara bahan bakar dengan pengoksidasi dan panas dapat ditransfer dari media yang telah bereaksi ke media yang belum bereaksi.

3. Time (Waktu). Waktu harus cukup agar input panas dapat terserap oleh reaktan sehingga berlangsung proses termokimia.

  Tiga unsur bahan bakar yang dapat terbakar dalam bahan bakar fosil ialah karbon, hidrogen, dan sulfur. Sulfur memiliki signifikasi yang kecil sebagai sumber panas, namun berkontribusi besar terhadap masalah korosi dan pencemaran. Udara merupakan sumber oksigen bagi pembakaran yang terdiri dari oksigen, nitrogen, karbon dioksida, argon, dan lain-lain. Komposisi udara dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

Tabel 2.2 Komposisi Udara dalam Keadaan Normal

  No Komposisi Udara Prosentasi (%)

  1 Nitrogen 78,1

  2 Oksigen 20,93

  3 Karbon dioksida 0,03

  4 Gas lain 0,94

  (Sumber:)

  Reaksi pada proses pembakaran berlangsung pada fase gas, kecuali pada pembakara arang (karbon) yang berlangsung pada fase padat. Produk-produk pembakaran dihasilkan dari reaksi unsur-unsur yang terdapat pada bahan bakar dengan oksigen menghasilkan CO

  2 jika reaksinya merupakan pembakaran

  sempurna, dan CO jika pembakarannya tidak sempurna. Unsur hidrogen bereaksi menghasilkan air (H

2 O) dan sulfur menghasilkan SO 2 .

  Udara teoritis (stoikiometris) adalah udara minimum yang dibutuhkan untuk pembakaran sempurna.Dalam prakteknya, kebutuhan udara pembakaran selalu lebih besar dari kebutuhan udara teoritis, dan disebut sebagai udara berlebih (excess air). Besarnya jumlah udara yang harus dusuplai ke dalam proses pembakaran terutama dipengaruhi oleh jenis bahan bakar.

  Dengan demikian aliran udara yang diperlukan untuk proses pembakaran harus disesuaikan dengan ukuran tabung pemanas air dan pipa yang digunakan dengan kata lain aliran udara yang diperlukan harus dikondisikan sedemikian rupa agar api yang diperlukan dalam proses pembakaran mendapatkan kebutuhan udara yang cukup. Kekurangan oksigen dapat mengakibatkan nyala api tidak sesuai dengan apa yang diinginkan. Kekurangan kebutuhan udara dapat menyebabkan kalor yang dipindahkan ke air kurang.Kelebihan oksigen juga mengakibatkan kecilnya panas yang dapat diserap oleh pipa. Bentuk api atau nyala api diusahakan mampu memberikan kalornya secara efisien ke fluida air yang mengalir di dalam saluran pipa. Dengan kata lain, akan didapatkan suhu air keluar dari pemanas air kurang tinggi.

2.1.5 Saluran Gas Buang

  Pencampuran udara dan bahan bakar bereaksi dalam proses pembakaran untuk keluar dari pemanas air supaya nyala api tidak terganggu. Untuk itu dalam perancangan dan pembuatan saluran gas buang, diusahakan sedemikian rupa.Perancangan saluran gas buang ternyata juga menentukan nyala api pembakaran yang dihasilkan.

  Jika saluran gas tidak terancang dengan baik, misalnya gas buang tidak dapat keluar atau terhambat, maka tekanan gas buang yang dihasilkan akan dapat menyebabkan api terdorong keluar dari ruang bakar, akibatnya untuk masalah yang di timbulkan adalah api tidak bisa berfungsi dengan baik dan tidak bisa maksimal untuk memanaskan air.

2.1.6 Sumber Api

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

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

Gambar 2.3 Kompor QuantumGambar 2.4 Kompor Gas Tungku Besar

2.1.7 Isolator

  Isolator adalah bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik. Hampir

  seluruh bahan non logam adalah isolator.Contoh isolator adalah asbes, kayu kering, gelas, plastik, karet, udara dan lain-lain. Isolator sangat didibutuhkan supaya kalor dari hasil pembakaran bahan bakar tidak banyak yang keluar dari pemanas air.

  Oleh karena itu tabung dalam, dimana ruangan di dalam tabung dalam digunakan untuk proses pembakaran, untuk itu sebaiknya permukaan sebelah luar dari tabung dalam diberi isolasi agar kalor hasil pembakaran tidak keluar. Ada berbagai macam isolasi, di antaranya adalah udara salah satu isolator panas yang sangat mudah didapat.

  Apabila mempergunakan udara sebagai isolator, maka pemasukan udara untuk kebutuhan pembakaran dapat melalui lubang-lubang yang dibuat di dinding tabung dalam.

Tabel 2.3 Konduktifitas Termal Beberapa Media

  Konduktivitas Termal (k) Media

  W/m.ºC Gabus

  0,042 Wol

  0,040 Kayu

  0,08-0,016 Bata

  0,84 Busa

  0,024 Udara

  0,023

2.1.8 Laju Aliran Kalor

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

  air

  d

  T

  ρ d U m Air Masuk

  air Air keluar

  m air c

1 T

  =

  ฀ : massa jenis fluida yang mengalir, kg/m

  q air ฀ m air c air

   T i

   T

  o 

  .............................................................. (2.1)

  ฀.d ²

  m air

  d : diameter saluran, m q

  3

  u m : kecepatan rata-rata fluida mengalir, m /s

  ฀( ) u _m

  C

  o

  C T o : suhu air keluar water heater,

  o

Gambar 2.6 Laju aliran kalor

  o

  : kalor jenis air, J/kg

  q air : laju aliran kalor yang diterima air, watt m air : laju aliran massa air, kg/detik c air

  4 Pada persamaan (2.1) dan (2.2) :

  ............................................................................. (2.2)

  C T i : suhu air masuk water heater,

  q = m c ......................................................................................... (2.3) _{gas gas gas}

  Pada persamaan (2.3) :

  m = masa gas elpiji yang terpakai persatuan waktu (kg/s) _gas c = 11,900 kkal/kg, nilai kalor jenis elpiji (J/kg), (1kkal = 4186,6 J), _gas

  tersaji pada Tabel 2.1

2.1.10 Efisiensi

  Efisiensi water heater dapat dihitung dengan persaman :

  q _air

  ...................................................................................... (2.4)

    x 100 % q _gas

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

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

2.2 REFERENSI

  Pemanas air telah menjadi sebuah kebutuhan penting seiring dengan gaya hidup masyarakat masa kini yang modern. Tidak dapat di pungkiri pula dengan adanya perkembangan jaman dan teknologi pemanas air semakin memudahkan anda dalam memperoleh air panas untuk berbagai kebutuhan rumah tangga yang semakin tahun semakin banyak permasalahan dalam kehidupan sehari- hari.

  Pemanas air yang ditawarkan dipasaran bermacam-macam misalnya, dari model bentuk, kapasitas air yang mengalir, dan juga sumber bahan bakar yang dipergunakan. Sumber bahan bakar yang dipergunakan dalam pemanas air dijual di pasaran berkapasitas 5-8 liter per menit, biasanya dipergunakan dalam rumah tangga, sedangkan untuk kapasitas yang lebih besar biasanya digunakan dihotel dan rumah sakit. Referensi untuk pembanding pembuatan pemanas air bahan bakar gas LPG adalah pemanas air merk Modena GI-6, pemanas air Wasser, dan pemanas air. Rinnai yang karakteristiknya adalah sebagai berikut.

  1. Gas Water Heater Modena GI-6 Gambar 2.7Water heater Modena GI-6

  Nama Produk : Modena Negara Pembuat : Italia

  Spesifikasi

  Model : GI-6 Warna : Putih (GI-6), Inox (GI-6S) Kapasitas Maksimum : 6 L / menit Dimensi Luar : 740 mm x 430 mm x 248 mm

2. Gas Water Heater Wasser

Gambar 2.8 Gas Water Heater Wasser

  Kode : PR 222 Nama : Water Heater Low Pressure Merk : Wasser Tipe : WH 50 6A-LPG Spesifikasi Produk Sistem Pemanas : Gas LPG Kapasitas : 5 Liter Tekanan Air : 0,2 / cm

²

Debit : 5 Liter / menit Komsumsi Gas : 0,46 kg / jam

  Fitur : Auto cut off, sistem pengaman yang menutup aliran gas secara otomatis bila api padam, pengaman pembatas panas air yang berlebihan, pengaman tekanan air masuk yang berlebihan, pengaman disaat air tidak mengalir, penyaring air masuk ke unit, pemantik api dengan baterai, lampu indikasi baterai,

Gas stabilizer.

3. Water Heater Rinnai

Gambar 2.9 Gas Water Heater Rinnai REU-55RTB

  Nama Produk : Rinnai Negara Pembuat : Japan Spesifikasi Gas Input : 0,5 kg / jam Model : REU-55RTB Dimensi Luar : 369 mm x 290 mm x 138 mm Kapasitas Maksimum : 6 Liter / menit Temperatur Maksimum : ± 50°C Tipe Gas

  “ LPG (Sumber:

BAB III RANCANGAN WATER HEATER

3.1 RANCANGAN WATER HEATER

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

Gambar 3.2 Lengkungan PipaGambar 3.4 Sirip pemanas airGambar 3.6 Pemanas air tampak dari bawah Pemanas air gas, prinsip kerjanya hampir sama bila kita sedang memasak air dengan menggunakan kompor gas. Hanya saja air tidak ditempatkan kedalam panci atau ceret, tetapi air dilalukan kedalam pipa pipa tembaga yang meliukliuk dengan di tambahkan sirip-sirip (seperti radiator atau condensor), kemudian dibagian bawah nya di bakar dengan menggunakan gas LPG. Perpindahan kalor atau panas akan di serap oleh sirip-sirip dan pipa yang telah berisi air.

  Pemilihan bahan tembaga sebagai sirip dan pipa tembaga sebagai media untuk aliran air berdasarkan nilai konduktor termal bahan (koefisien perpindahan kalor konduksi) yaitu tembaga murni memiliki harga k = 386 W/m°C dan nilai ekonominya. Sebenarnya masih banyak bahan yang memiliki nilai konduktor termal lebih tinggi dibandingkan tembaga seperti emas dan perak.Akan tetapi jika dilihat dari segi ekonomi, tembaga lebih murah dibandingkan emas dan perak.

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

3.2 PEMBUATAN WATER HEATER

3.2.1 Bahan Water Heater

  3. Seng sebagai body pemanas air.

  4. Sirip dibuat dari pipa tembaga diameter 0,9525 cm, panjang 25 cm.

3.2.2 Sarana dan Alat-alat yang Digunakan

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

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

  2. Alat penekuk plat, digunakan untuk menekuk lempengan seng.

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

  4. Gunting plat, digunakan untuk memotong seng.

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