WATER HEATER DENGAN 3 MODEL PEMBUANGAN GAS BUANG TUGAS AKHIR - Water heater dengan 3 model pembuangan gas buang - USD Repository

  

WATER HEATER DENGAN 3 MODEL

PEMBUANGAN GAS BUANG

TUGAS AKHIR

  Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan Mencapai gelar Sarjana Teknik

  Program Studi Teknik Mesin oleh : HARI KRISTIANTO

  NIM : 095214062

  

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

  

WATER HEATER DENGAN 3 MODEL

PEMBUANGAN GAS BUANG

TUGAS AKHIR

  Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan Mencapai gelar Sarjana Teknik

  Program Studi Teknik Mesin oleh : HARI KRISTIANTO

  NIM : 095214062

  

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

2013

  

WATER HEATER WITH 3 MODELS OF EXHAUST

THE FINAL PROJECT

  Presented as partial requirements to obtain Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering by :

  HARI KRISTIANTO Student Number : 095214062

  

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2013

  

INTISARI

  Air panas / hangat banyak dibutuhkan, terutama keperluan mandi. Air panas yang digunakan untuk keperluan mandi biasanya dicampur dengan air dingin yang suhu campurannya mencapai 35ºC sampai dengan 40ºC. Untuk memperoleh air panas, salah satunya adalah dengan memanfaatkan alat pemanas air yang biasa di sebut dengan water heater. Tujuan penelitian ini adalah (a) merancang dan membuat water heater, (b) mendapatkan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater, (c) mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor yang diterima air dan (d) mendapatkan hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater.

  Water heater yang di rancang , mempunyai variasi pembuangan gas buang dan untuk mendapatkan data, penelitian dilakukan di laboratorium.

  Hasil dari proses penelitian didapatkan bahwa water heater dengan pembuangan gas buang dengan cerobong dan blower merupakan kostruksi terbaik diantara 2 model lain dalam penelitian ini, dengan data : (a) Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran, yang mampu

  o

  menghasilkan air panas dengan temperatur : 35.4 C pada debit 7,2 liter/menit, (b) Hubungan antara debit air yang mengalir (m) dengan temperatur air keluar water

  2

  (T ) dapat dinyatakan dengan persamaan : T = + 4,5633m

  heater o o

• –0,2215m
• – 3

  o

  29,935m + 96,878 (m dalam liter/menit, T dalam

  C) (c) Hubungan antara debit air

  

o

  yang mengalir dengan laju perpindahan kalor dinyatakan dengan persamaan : q air =

  3

  2

• 6,9591m + 302,15m + 2536,7 (m dalam liter/menit, Q air dalam watt)
• –2,6026m (d) Hubungan antara debit air yang mengalir dengan efisiensi water heater dapat

  3

  2

  dinyatakan dengan persamaan : + 0,1006m + 4,3666m + 36,66 (m  =

• –0,0376m

   dalam liter/menit, dalam persen).

  Kata kunci : Water heater, debit air, suhu air, efisiensi

  

DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL ................................................................................................. i HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................. iv HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA.............................................. v LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI................................... vi

  INTISARI .............................................................................................................. vii KATA PENGANTAR ........................................................................................... viii DAFTAR ISI ............................................................................................................. x DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. xiii DAFTAR TABEL ................................................................................................ xvii DAFTAR NOTASI ............................................................................................. xviii

  BAB I. PENDAHULUAN ……………………...….…………………………………1

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

  1.2. Rumusan Masalah …………………………….....……………………..………6

  1.4. Batasan Masalah ……………………………….....……………………………6

  1.5. Tujuan ……………………………….....………………………………………7

  1.6. Manfaat …………………………..…………….....……………………………7 BAB II.

  DASAR TEORI DAN REFERENSI….......………………………………...8

  2.1. Dasar Teori ………………..…………………….....……………………………8

  2.1.2. Sirip ………………..……...………....………………………..…………9

  2.1.3. Bahan Bakar ………………..……...………...……………..……………11

  2.1.4. Kebutuhan Udara ………………..……...……………..………...………13

  2.1.5. Saluran Gas Buang ………………..…….....………………….....………14

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

  2.1.7. Isolator ………………..……...……….....…………………...….………18

  2.1.8. Laju Aliran Kalor ………………..……...…...…………………..………21

  2.1.9. Laju Aliran Kalor yang diberikan Gas……...……….....………………...22

  2.1.10. Efisiensi Water Heater ……...……….....………………....……………22

  2.2. Referensi ………………………....……..……….....………..…..………………21

  2.2.1. Water Heater yang ada di pasaran…..……...……….....………………...23

  2.2.2. Konstruksi Water heater ……...……….....……..…….......…………..…27

  BAB III. METODE PERANCANGAN DAN PEMBUATAN …………….……...…31

  3.1. Perancangan Water Heater ………………….....………..…..……………...…..31

  3.2. Pembuatan Water Heater ……………..……..……………..…..………………38

  3.2.1. Bahan Water Heater ………………...……………….……..……………38

  3.2.2. Sarana dan alat

• – alat yang digunakan…..……..………...………………39

  3.2.2. Langkah

• – langkah pengerjaan ……..…..……..………...………………40

  3.2.2.1 Persiapan..…..……..………...………………………………………….40

  3.2.2.2 Pengerjaan…..……..………...………………………………………….41

  3.3. Hasil Pengerjaan …………………....……..……..………....…..…..……….…49

  BAB IV . METODOLOGI PENELITIAN ………...………...……..………...………52

  4.1. Skema Pengujian ………...……..…….…....…..…..……………………..……52 4.2.

  Variasi Penelitian………….………...……..…………...…..…..………………53 4.3. Peralatan Pengujian …………………………………………….….….......……56

  4.3.1. Alat

• – alat yang digunakan …………………..………….………………56

  4.4. Metode Pengumpulan Data….………………………………….….….......……61 4.5.

  Metode Pengolahan Data….…………………….………..…….….….......……61 4.6. Metode Pengambilan Kesimpulan..…………………………….….….......……61

  BAB V. KARAKTERISTIK WATER HEATER .………….…....…..…………...……62 5.1.

  Hasil Pengujian…………..….………………………………….….….......……62 5.2. Perhitungan Matematis…..….………………………………….….….......……64

  u

  5.2.1. Perhitungan Kecepatan air rata - rata ( )

  m ………..………….......…......64

  5.2.2. Perhitungan laju aliran massa air ( m )

  air ………..…………...........…......65

  5.2.3. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air ( q )

  air …….............…......65

  5.2.4. Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas ( q )

  gas …….........…......66

  5.2.5. Efisiensi (  ) …………………………………………………........…......66

  BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN ………...……….…....…..…………...……81

  6.1. Kesimpulan ………...……..…………....………..………....…..………………81

  6.2. Saran ………...……..…………....………………………....…..………………82

  DAFTAR PUSTAKA ………...……..…………....………...…....…..………………84

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Skema water heater dengan energi matahari

  …………………… 3

Gambar 1.2 Skema water heater dengan energi listrik

  ………………………. 4

Gambar 1.3 Skema water heater dengan energi gas LPG

  …………………… 5

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

  …. 10

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

  ……………… 10

Gambar 2.3 Kompor gas tungku besar Cajun Cockware dengan regulator

  …… 16

Gambar 2.4 Kompor gas Quantum

  …………….………………………………. 16

Gambar 2.5 Kompor gas Xentro

  ……………………………………………….. 17

Gambar 2.6 Kompor Tungku gas LPG

  ……………………………………...… 17

Gambar 2.7 Konduktifitas Termal Beberapa Gas

  ……………………………… 19

Gambar 2.8 Laju aliran kalor

  ……………………………………….………….. 21

Gambar 2.9 Water heater Wasser WH506A-LPG

  …………………………….. 24

Gambar 2.10 Water heater Modena GI-6

  ……………………………....……….. 25

Gambar 2.11 Water heater Rinnai REU-55RTB

  …………………….………….. 26 Gambar 2.12 Konstruksi Water heater dengan tangki penampungan.

  ………….. 27

Gambar 2.13 Konstruksi water heater dengan tangki penampungan dan turbulator.

  ………………………………………………….…….. 28

Gambar 2.14 Konstruksi water heater dengan tangki penampungan dan pipa spiral.

  ………………………………………..…….……. 29 Gambar 2.15 Konstruksi water heater tanpa tangki penampungan.

  ……………. 30

Gambar 3.1 Rancangan water heater model 1

  ……………………..……….… 33

Gambar 3.3 Rancangan water heater model 3

  …………………………....…… 34

Gambar 3.4 Rancangan Blower

  …………………………………………...…… 34

Gambar 3.5 Rancangan Cerobong

  …………………….…………....………….. 35

Gambar 3.6 Rancangan Tutup atas

  ……………………………...……….…….. 35

Gambar 3.7 Rancangan Rangka tutup

  ……………………………...…….……. 35

Gambar 3.8 Rancangan Body luar

  ………………………………….…….……. 36

Gambar 3.9 Rancangan Body dalam

  …………………………….……….……. 36

Gambar 3.10 Rancangan Pipa Tembaga Spiral

  …………………………….…… 37

Gambar 3.11 Rancangan Cover Bawah

  …………………………………….…… 37

Gambar 3.12 Rancangan Kaki Water Heater

  ………………...…………….…… 37

Gambar 3.13 Gunting Seng

  …………………………………………….…..…… 40

Gambar 3.14 Pipa tembaga sebelum dibuat spiral

  ………………………….…… 43

Gambar 3.15 Alat pemotong pipa tembaga

  ………………………..……….…… 43

Gambar 3.16 Body luar dan body dalam water heater

  …………………….……. 44

Gambar 3.17 Tutup atas water heater

  ……………………………………..……. 45

Gambar 3.18 Rangka tutup water heater

  ………………………………….……. 46

Gambar 3.19 Cerobong water heater

  ……………………..……………….……. 47

Gambar 3.20 Cover bawah dan kaki water heater

  ……………..………….……. 48

Gambar 3.21 Water heater Model 1 dengan cerobong dan blower

  ……….……. 49

Gambar 3.22 Water heater Model 2 dengan cerobong

  ………………..….……. 50

Gambar 3.23 Water heater Model 3 dengan tutup bagian atas

  ……...…….……. 51

Gambar 4.1 Skema pengujian water heater

  ……………………………..…….. 52

Gambar 4.2 Macam

• – macam saluran pembuangan gas buang…………..……. 54

Gambar 4.3 Pengujian model 1, mempergunakan cerobong dan blower

  ……… 54

Gambar 4.5 Pengujian model 3, mempergunakan penutup plat

  ………....…….. 56

Gambar 4.6 Tabung gas

  ……….……………………………………………….. 58

Gambar 4.7 Tungku LPG

  ………………………………………………..…….. 58

Gambar 4.8 Termokopel

  ……………………………………………...….…….. 59

Gambar 4.9 Gelas ukur

  ……………………………………………….….…….. 59

Gambar 4.10 Stopwatch

  ……………………………………………….….…….. 60

Gambar 4.11 Kalkulator

  ………………………………………………..….……. 60

Gambar 5.1 Hubungan debit air dengan suhu air keluar water heater model 1

  o

  pada suhu air input 27 C ………………………………….....…… 69

Gambar 5.2 Hubungan debit air dengan suhu air keluar water heater model 2

  o

  pada suhu air input 27 C …………………………………............. 69

Gambar 5.3 Hubungan debit air dengan suhu air keluar water heater model 3

  o

  pada suhu air input 27 C ………………………………....….…… 70

Gambar 5.4 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan water

  o heater model 1 pada suhu air input 27 C

  ………………..….…… 71

Gambar 5.5 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan water

  o

  model 2 pada suhu air input 27 C

  heater

  …………………...…… 72

Gambar 5.6 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan water

  o heater model 3 pada suhu air input 27 C

  ………………..….…… 72

Gambar 5.7 Hubungan debit air dengan effisiensi water heater model 1

  o

  pada suhu air input 27 C ………………………………………… 74

Gambar 5.8 Hubungan debit air dengan effisiensi water heater model 2

  o

  pada suhu air input 27 C …………………………………....…… 74

Gambar 5.9 Hubungan debit air dengan effisiensi water heater model 3 pada suhu air input 27

  o

  C ………………………………….....…… 75

Gambar 5.10 Hubungan debit air dengan suhu air keluar water heater model 1, 2 dan model 3 pada suhu air input 27

  o

  C ……………………....…… 77

Gambar 5.11 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan water

  

heater model 1, 2 dan model 3 pada suhu air input 27

o

  C ……...… 78

Gambar 5.12 Hubungan debit air dengan effisiensi water heater model 1, 2 dan model 3 pada suhu air input 27

  o

  C …………………………..……. 80

  

DAFTAR TABEL

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

  ……….………………………………... 13

Tabel 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normal

  ……….………………... 14

Tabel 2.3 Konduktifitas Termal Beberapa media (Holman, 1993)

  …………. 20

Tabel 3.1. Daftar komponen perancangan water heater

  ……….…………...... 32

Tabel 5.1 Hasil Pengujian Water Heater Model 1, Mempergunakan Cerobong dan Blower

  ……….……………………………………………….. 62

Tabel 5.2 Hasil Pengujian Water Heater Model 2, Mempergunakan Cerobong

  …………………………………………………………………….. 63

Tabel 5.3 Hasil Pengujian Water Heater Model 3, Mempergunakan Penutup

  Plat ……….……………………………………………………….. 63

Tabel 5.4 Tabel perhitungan m dan q Water Heater Model 1,

  air air

  Mempergunakan Cerobong dan Blower ……….…………………. 67

  m q

Tabel 5.5 Tabel perhitungan dan Water Heater Model 2,

  air air

  Mempergunakan Cerobong ……….……………………………..... 67

Tabel 5.6 Tabel perhitungan m dan q Water Heater Model 3,

  air air

  Mempergunakan Penutup Plat ……………………………………. 68

DAFTAR NOTASI

  C T

  = Densitas atau massa jenis kg/m

  L/menit u m = Kecepatan aliran air, m/detik ρ

  C Q = Debit air,

  o

  = Temperatur air keluar saluran pipa

  o

  R = Jari-jari atau jarak, m d = Diameter, m ΔT

  = Perubahan temperatur, °C T = Temperatur, °C V = Volume, m

  C T i = Temperatur air masuk saluran pipa

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

  °C m = Laju aliran massa, kg/s c

  2

  = Efisiensi water heater % k = Konduktifitas termal, W/m°C h = Koefisien perpindahan kalor konveksi W/m

  Qgas = Laju kalor yang diberikan gas watt ɳ

  3 Qair = Laju perpindahan kalor yang diterima air watt

  o

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Saat ini keberadaan air panas banyak dibutuhkan baik di rumah tangga, rumah sakit, penginapan, rumah makan, maupun di tempat yang berhawa dingin. Selain untuk keperluan minum, kebutuhan air panas dapat dipakai untuk keperluan

  mandi air hangat. Air panas yang digunakan untuk keperluan mandi biasanya dicampur dengan air dingin yang suhu campurannya sekitar 40 ºC. Untuk memperoleh air panas, salah satunya adalah dengan memanfaatkan alat pemanas air yang biasa di sebut dengan water heater. Sumber energi water heater berasal dari energi listrik, energi gas dan energi surya.

  Beberapa keuntungan dari tersedianya air panas dan alasan

• – alasan banyak orang membutuhkan air panas dengan berbagai keperluan, antara lain : a.

  Orang sakit memerlukan air hangat untuk mandi.

  b.

  Anak kecil atau bayi dan orang tua lebih memilih memerlukan air hangat atau air panas untuk mandi.

  c.

  Para pekerja yang pulang malam hari di rumah, lebih memilih mandi dengan air hangat atau air panas untuk memulihkan kelelahan akibat bekerja.

  d.

  Air hangat atau air panas dipergunakan di hotel – hotel sebagai fasilitas yang diberikan untuk orang yang menginap di hotel.

  e.

  Air hangat atau air panas dipergunakan di rumah sakit, untuk memandikan orang

• – orang yang sakit.

f.

  Air panas atau air hangat banyak dipergunakan untuk mandi terutama di daerah yang berhawa dingin.

  g.

  Orang kota yang berkecukupan lebih memilih mandi dengan air hangat atau panas.

  Beberapa perbedaan antara water heater yang menggunakan sumber energi gas LPG dengan sumber energi energi listrik dan matahari : a.

  Water heater dengan gas LPG lebih menguntungkan dibandingkan dengan

  water heater listrik maupun maupun water heater energi matahari. Keuntungan

water heater gas LPG yaitu air panas yang dihasilkan tidak terbatas, selama air

  dan gas LPG masih ada maka air panas dapat dihasilkan kapan saja, tidak tergantung cuaca dan hemat listrik, cepat panas tetapi tidak ramah lingkungan dikarenakan gas buang yang dihasilkan.

  b.

  Water heater tenaga listrik sangat tergantung listrik yang tersedia, baik dari PLN maupun Generator, jika listrik mati maka air panas tidak dapat diperoleh, kerugian yang lain adalah di perlukan beberapa waktu untuk memanaskan air, boros listrik meskipun ramah lingkungan.

  c.

  Water heater tenaga matahari sangat tergantung cuaca. Jika cuaca mendung atau hujan, kebutuhan air panas tidak dapat dipenuhi. Waktu malam hari water ini tidak dapat di fungsikan. Kapasitas air panas terbatas, tidak cepat

  heater panas hemat listrik dan ramah lingkungan.

  Gambar 1.1, Gambar 1.2, dan Gambar 1.3 menyajikan sistem water heater yang ada di pasaran dari sumber energi yang berbeda. Gambar 1.1 menampilkan

  

water heater dengan sumber energi matahari, Gambar 1.2 menampilkan water

  

heater dengan sumber energi listrik dan Gambar 1.3 menampilkan water heater

dengan sumber energi gas LPG.

Gambar 1.1 Skema water heater dengan energi matahariGambar 1.2 Skema water heater dengan energi listrikGambar 1.3 Skema water heater dengan energi gas LPG

  Dengan latar belakang banyaknya keuntungan dari water heater yang menggunakan sumber energi gas LPG di atas mendorong penulis untuk melakukan penelitian tentang water heater gas LPG. Penulis tertarik melakukan penelitian tentang water heater dengan berbagai model pembuangan gas buang.

  1.2. Rumusan masalah

  Pada penelitian ini peneliti merumuskan masalah

• – masalah yang dihadapi yaitu : a.

  Water heater dengan sumber energi apa yang dapat menghasilkan air panas dengan cepat tanpa terbatas cuaca ? b.

  Bagaimana merancang water heater dengan anggaran biaya yang ringan ? c. Bagaimana merancang water heater gas LPG dengan ukuran yang ideal ? d.

  Beagaimana melakukan penelitian pada pembuangan gas buang pada water heater

  1.3. Batasan masalah Water heater yang dirancang , mempunyai batasan - batasan : e.

  Tinggi water heater : 95 cm, diameter water heater 30 cm dengan panjang pipa tembaga 10 m.

  f.

  Banyaknya dinding plat water heater : 2 lapis, plat lapis dalam mempunyai lubang sebanyak 48 buah dengan diameter 10 mm dan plat luar mempunyai lubang sebanyak 48 buah dengan diameter 10 mm.

  g.

  Pipa diberi sirip dengan panjang sirip 5 cm.

  h.

  Sirip dari plat tembaga dengan tebal 0.2 mm. i.

  Pembuangan gas buang menggunakan 3 macam model, (1) dengan cerobong dan blower 4 inchi, (2) dengan cerobong, (3) dengan mempergunakan penutup plat.

  1.4. Tujuan

  Tujuan penelitian tentang water heater ini adalah sebagai berikut : a.

  Merancang dan membuat water heater.

  b.

  Mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar water heater untuk berbagai model pembuangan gas buang.

  c.

  Mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan kalor yang diterima air d.

  Mendapatkan data kalor yang diterima air dari water heater untuk berbagai model pembuangan gas buang.

  e.

  Mendapatkan data kalor yang diberikan gas LPG untuk berbagai model pembuangan gas buang.

  f.

  Mendapatkan data efisiensi water heater untuk berbagai model pembuangan gas buang.

  1.5. Manfaat

  Penelitian tentang water heater ini diharapkan dapat memberikan manfaat, antara lain : a.

  Dapat mengetahui efisiensi, water heater untuk berbagai model pembuangan gas buang.

  b.

  Mempeluas pengetahuan tentang pembuatan water heater.

  c.

  Hasil penelitian dapat dijadikan referensi.

BAB II DASAR TEORI DAN REFERENSI 2.1. Dasar Teori 2.1.1. Saluran Air Pada umumnya saluran air berupa pipa. Ada beberapa pertimbangan dalam perancangan pipa saluran air. Pertama, hambatan pipa saluran air diusahakan kecil. Hambatan air ketika air mengalir di dalam saluran pipa diusahakan kecil. Oleh

  karena itu dalam pembuatan pipa saluran air diusahakan tidak mengalami pembelokan. Kalau terpaksa ada pembelokan, sudut pembelokan pipa diusahakan

  o

  tidak besar (menghindari sudut lebih besar dari 90 ), pembelokan diusahakan terjadi secara halus (misalnya pembelokan pipa dibuat melengkung dengan radius tertentu, atau dibuat melingkar-lingkar). Hal ini dimaksudkan agar daya pompa yang diperlukan untuk mendorong air kecil dan gesekan yang terjadi antara fluida dan pipa semakin kecil. Kehalusan permukaan saluran pipa bagian dalam juga dipilih yang baik. Semakin halus permukaan pipa bagian dalam, semakin kecil gesekan yang terjadi atau semakin kecil daya pompa yang diperlukan. Kedua, bahan pipa dipilih yang baik dalam memindahkan kalor. Bahan diusahakan mampu mengalirkan kalor konduksi yang besar, mampu memindahkan kalor yang diterima dari api ke fluida yang mengalir di dalam pipa. Tentu juga harus mempertimbangkan harga dari pipa saluran air. Terjangkau, tidak mahal, misalnya dengan mempergunakan bahan dari alumunium atau tembaga. Semakin tinggi nilai pipa saluran air harus dipilih sedemikian rupa. Semakin kecil diameter pipa, semakin besar hambatan yang terjadi. Semakin kecil diameter ukuran pipa semakin besar daya pompa yang diperlukan. Disisi lain, semakin kecil diameter saluran, suhu air yang dihasilkan (suhu yang keluar dari water heater) akan semakin besar.

2.1.2. Sirip

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

  

heater . Pemilihan bahan sirip juga berpengaruh terhadap besarnya kalor yang dapat

  ditangkap. Semakin besar nilai konduktivitas termal bahan sirip, semakin besar kalor yang dapat ditangkap oleh sirip.

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

2.1.3. Bahan Bakar

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

  

water heater adalah LPG untuk rumah tangga, yang komposisinya adalah

campuran antara Propana dan Butana.

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

  3 H

8 ) dan Butana (C

  4 H 10 ), dengan komposisi kurang

  lebih sebesar 99 %, selebihnya adalah gas Pentana (C

  5 H 12 ) yang dicairkan.

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

  2 LPG cair dalam tabung sekitar 5 . Nilai kalori sekitar : 21.000 BTU/lb.

• – 6,2 kg/cm zat mercaptan umumnya ditambahkan ke LPG untuk memberikan bau khas, supaya kalau terjadi kebocoran, dapat segera terdeteksi dengan cepat dan mudah.

  Reaksi pembakaran Propana (C H ), jika terbakar sempurna adalah sebagai

  3

  

8

  berikut : C H + 5O + 4H O + panas

  3

  8

  2

  2

  2

  → 3CO Propana + oksigen

  → karbondioksida + uap air + panas Panas yang dihasilkan (Lower Heating Value / LHV) reaksi tersebut setara dengan 46.000.000 J/kg atau 46 MJ/kg. Reaksi pembakaran Butana(C H ) ,jika

  4

  10

  terbakar sempurna adalah sebagai berikut :

  2C H +13O +10H O + panas

  4

  10

  2

  2

  2

  → 8CO Butana+ oksigen

  → karbondioksida + uap air + panas Panas yang dihasilkan (Lower Heating Value / LHV) reaksi tersebut hampir sama dengan Propana setara dengan 46 MJ/kg. Sebagai gambaran : Untuk menaikkan 1 gram air sebesar 1°C dibutuhkan energi sebesar 4.186 J. untuk menaikkan suhu 1 liter air dari suhu ruangan (30°C) akan dibutuhkan energi sebesar 293.020 J. pada tahap ini, air baru mencapai suhu 100°C dan belum mendidih. Diperlukan energi lagi sebesar 2257 J/gram air untuk merubah air menjadi uap. Pada kondisi udara luar, 1 kg Propana memiliki volume sekitar

  3 0,543m . Satu kg elpiji memiliki energi yang setara untuk mendidihkan air 90 L.

Tabel 2.1 memperlihatkan daya pemanasan dan efisiensi alat masak yang mempergunakan LPG dan berbagai macam bahan bakar lain.Tabel 2.1 Perbandingan Daya Pemanasan dan Efisiensi Alat Masak

  LPG dengan Bahan Bakar Lain (Sumber: aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-lpg-di-dapur-anda.pdf)

  Bahan Bakar Daya Pemanasan Efisiensi alat masak Kayu bakar 4.000 kkal/kg 15 %

  Arang 8.000 kkal/kg 15 % Minyak Tanah 11.000 kkal/kg 40 %

  Gas Kota 8000 kkal/m3 55 % Listrik 860 kkal/kwh 60 %

  LPG 11.900 kkal/kg 60 % 2.1.4.

   Kebutuhan Udara

  Di dalam proses pembakaran memerlukan oksigen. Pada proses pembakaran bahan bakar untuk water heater dapat mempergunakan oksigen yang dapat diambil dari udara bebas. Aliran udara yang diperlukan harus dikondisikan sedemikian rupa agar api yang diperlukan dalam proses pembakaran mendapatkan kebutuhan udara yang cukup. Kekurangan oksigen dapat mengakibatkan nyala api tidak sesuai dengan apa yang diinginkan. Kekurangan kebutuhan udara dapat menyebabkan kalor yang dipindahkan ke air kurang. Kelebihan oksigen juga mengakibatkan kecilnya panas yang dapat diserap oleh pipa. Bentuk api atau nyala api diusahakan mampu memberikan kalornya secara efisien ke fluida air yang mengalir di dalam saluran pipa. Dengan kata lain, akan didapatkan suhu air keluar dari pemanas air kurang tinggi. Komponen udara terdiri dari oksigen, nitrogen dan gas lainnya. Tabel 2.2. menyajikan komposisi dari udara dengan disertai prosentasenya.

Tabel 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normal

  (Sumber : repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/16641/4/Chapter 201.pdf) No Komposisi Udara Prosentase (%)

  1 Nitrogen 78,1

  2 Oksigen 20,93

  3 Karbon dioksida 0,03

  4 Gas lain 0,94 2.1.5.

   Saluran Gas Buang

  Hasil pembakaran bahan bakar akan menghasilkan gas buang. Gas buang yang dihasilkan berupa gas dan uap air yang keluar. Kemudian gas buang atau gas asap harus diberikan jalan untuk keluar dari water heater agar nyala api tidak terganggu. Perancangan gas buang harus mempertimbangkan besar kecilnya debit gas buang yang terjadi. Dalam perancangan saluran gas buang, diusahakan agar gas buang dapat mengalir keluar dengan lancar. Perlu diperhatikan juga, penempatan lubang keluar dari gas buang, harus dipilih sedemikian rupa agar tidak mengganggu pengguna dari water heater. Suhu gas buang akan menguntungkan jika suhu gas buang hampir sama dengan suhu udara atau tidak begitu besar perbedaannya antara suhu gas buang dengan suhu udara. Semakin kecil perbedaan kalor yang diberikan sumber pemanas, maka semakin banyak kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu air. Oleh karena itu, dalam perancangan dan pembuatan saluran gas buang, diusahakan sedemikian rupa, sehingga tidak banyak energi yang terbuang secara percuma. Ukuran lubang dan posisi lubang keluaran sangat menentukan besarnya suhu gas asap yang keluar dari water heater. yang dihasilkan. Jika saluran gas tidak terancang dengan baik, misalnya gas buang tidak dapat keluar, maka tekanan gas buang yang dihasilkan akan dapat menyebabkan api terdorong keluar dari ruang bakar. Api tidak berfungsi dengan baik untuk memanaskan air. Tentunya dalam perancangan ini dibutuhkan nyala api yang mampu memindahkan kalor yang besar ke dalam air.

2.1.6. Sumber Api

  Sumber nyala api dapat diambil dari kompor. Ada berbagai macam kompor dengan bentuk geometri dan bahan bakar kompor yang berbeda. Bahan bakar kompor juga menentukan titik nyala api. Ada kompor yang mampu memberikan api yang besar tetapi ada pula yang mampu memberikan api yang kecil. Pada kenyataanya setiap kompor menghasilkan bentuk api dan besar api yang khas. Semakin banyak api yang mampu dihasilkan kompor dan semakin banyak api yang mampu menyentuh sistem saluran pipa air dengan siripnya, tentu akan semakin besar kalor yang dapat dipindahkan ke dalam air melalui saluran pipa air. Dengan catatan proses pembakaran yang terjadi dalam peralatan water heater berlangsung dengan sempurna. Berikut ini adalah contoh sumber api yang berbahan bakar LPG yang tersaji pada Gambar 2.3, Gambar 2.4 dan Gambar 2.5.

Gambar 2.3 Kompor gas tungku besar Cajun Cockware dengan regulatorGambar 2.4 Kompor gas QuantumGambar 2.5 Kompor gas XentroGambar 2.6 Kompor Tungku gas LPG

  (Kompor yang dipergunakan penulis dalam penelitian )

2.1.7. Isolator

  Isolator diperlukan agar kalor hasil pembakaran bahan bakar tidak banyak keluar dari pemanas air. Oleh karena itu tabung dalam, dimana ruangan di dalam tabung dalam digunakan untuk proses pembakaran, maka sebaiknya permukaan sebelah luar dari tabung dalam diberi isolasi agar kalor hasil pembakaran tidak keluar. Ada banyak macam isolasi. Udara adalah salah satu isolator panas yang cukup murah dan mudah didapat. Jika dipergunakan udara sebagai isolator, maka pemasukan udara untuk keperluan pembakaran dapat melalui lubang