WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METER

WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20
METER
TUGAS AKHIR
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
Mencapai gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Jurusan Teknik Mesin

diajukan oleh :

ALAEN SHINTO PURBA
085214055

Kepada
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
2014

I

WATER HEATER WITH 20 METER LONG HEATER PIPE
FINAL TASK

To fullfill partial requirements
To Achieve Sarjana Teknik Degree
Mechanical Engineering Study Program

submitted by:
ALAEN SHINTO PURBA
085214055

To
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
2014

II

III

IV

V

VI

INTISARI
Air hangat sudah menjadi salah satu kebutuhan yang diperlukan dalam
kehidupan masyarakat, dimana orang-orang kota yang berkecukupan, anak kecil,
orang sudah lanjut usia membutuhkan air hangat untuk mandi. Air hangat juga
dibutuhkan para karyawan atau pekerja yang pulang malam hari di rumah, untuk
memulihkan kelelahan akibat kerja. Penelitian ini dibuat dengan tujuan untuk
memberikan informasi tentang karakteristik water heater ,antara lain : (a)
merancang dan membuat water heater, (b) mendapatkan hubungan antara debit
air yang mengalir dengan suhu air keluar water heater, (c) menghitung kalor
yang diterima air dari water heater, (d) mendapatkan hubungan antara debit air
dengan laju aliran kalor yang diterima air, (e) menghitung kalor yang diberikan

gas LPG, (f) menghitung efisiensi water heater.
Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada
dinding luar 25 cm, diameter pada dinding dalam 20 cm, panjang pipa 20 meter,
diameter bahan pipa 3/8 inci, Variasi dilakukan terhadap besar kecilnya debit air
yang masuk ke dalam pemanas air dengan debit gas yang konstan pada pemanas
air.
Hasil dari penelitian didapatkan (a) Water heater telah berhasil dibuat
dengan baik dan menghasilkan temperatur 42 oC pada debit 11 liter/menit
sehingga mampu bersaing dengan water heater yang dijual dipasaran, (b)
Hubungan antara debit air yang masuk dengan temperatur air yang keluar
dinyatakan dengan persamaan : T out = 124,64 DA-0,466, (c) Kalor yang diterima
air dari water heater dinyatakan dengan persamaan qair = ma ir ca ir (Tout-Tin) watt.
Menghasilkan 11853,7 watt pada debit 11 liter/menit, (d) Kalor yang diterima air
dari water heater dinyatakan dengan persamaan : qair = -7,9546 DA2 + 381,98
DA + 8582,7, (e) Kalor yang diberikan gas LPG sebesar = 15222,94 watt, (f)
Menghitung debit air masuk dengan efisiensi water heater dinyatakan dengan
persamaan : Efisiensi (遂) = -0,0523 DA2 + 2,5092 DA + 56,38, dengan DA
adalah Debit Air.
Kata kunci : Water heater, debit air, suhu air, efisiensi

VII

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
berkat, rahmat dan bimbinganNya selalu, hingga terselesaikannya penyusunan
Tugas Akhir, tentang “water heater dengan panjang pipa pemanas 20 meter” ini.
Dalam penulisan Tugas Akhir ini, membahas mengenai garis besar
tentang Water Heater dengan saluran gas buang. Water Heater ini diharapkan
dapat digunakan sebagai salah satu alat yang dapat digunakan dikehidupan sehari
- hari dan juga bermanfaat bagi kegiatan produksi dalam skala industri. Dalam
pemilihan bahan dan ukuran, penulis menggunakan acuan Standar SI.
Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih atas segala
bantuan sehingga laporan ini dapat terselesaikan pada waktunya, kepada :
1.

Ir. PK. Purwadi, M.T. selaku Dosen Pembimbing TA, pembimbing
Akademik, dan selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains
dan Teknologi.

2.

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

3.

Kedua orang tua saya tercinta, Ibu Beluh Sembiring dan Almarhum
Bapak Bangun Purba yang telah memberi dukungan baik material
maupun spiritual hingga saat ini.

4.

Keluarga dari saudara-saudara saya yang terkasih, Bodrex Filipus Purba
dan Elvans Delon Purba, yang banyak memberikan bantuan material
dan juga semangat selama ini.

VIII

5.

Kekasihku tercinta Margareth Henrika Silow S.Farm., Apt. yang
memberikan dorongan semangat

serta membantu agar

segera

terselesaikannya Tugas Akhir ini.
6.

Rekan - rekan mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata
Dharma

7.

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

Tugas Akhir ini baru permulaan dan masih banyak kekurangan dan perlu

pembenahan. Oleh karena itu kritik dan saran yang membangun dari semua pihak
diterima penulis dengan senang hati. Akhir kata semoga Tugas Akhit ini dapat
bermanfaat bagi para pembaca pada umumnya. Terima Kasih.

Yogyakarta, 21 Februari 2014
Penulis,

IX

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ……………………………………………………

i

TITLE PAGE …………………………………………...........................

ii

HALAMAN PENGESAHAN …………………………………………..

iii

DAFTAR DEWAN PENGUJI ………….………….………….……….

iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ………….…………...

v

LEMBAR PUBLIKASI ………………………………………………..

vi

INTISARI…..……………………………………………………………

vii

KATA PENGANTAR …………………………………………………

viii

DAFTAR ISI….....………………………………………………………

x

DAFTAR GAMBAR ..………………………………………………….

xiii

DAFTAR TABEL ..………………………………………………….....

xv

BAB I

PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang………………………………………………...1
1.2. Tujuan………………………………………………...………3

1.3. Batasan - Batasan………………………………...…………..4
1.4. Manfaat…………………………………………...…………..4

BAB II

DASAR TEORI
2.1 Dasar Teori
2.1.1 Saluran Air .........…………………….…...…………..5

X

2.1.2 Bahan Bakar……………..…………………………. 6
2.1.3 Kebutuhan Udara………………….……...…………8
2.1.4 Saluran Gas Buang……………………….…...……. 9
2.1.5 Sumber Api .......................……………………….....10
2.1.6 Isolator..............................……………….………….12
2.1.7 Laju Aliran Kalor.......................………………….....12
2.1.8 Laju Aliran Kalor yang diberikan Gas…..…......…....13
2.1.9 Efisiensi…………………..………….………...........14
2.2 Referensi..................................................................................14

BAB III

RANCANGAN, PEMBUATAN, DAN HASIL PEMBUATAN
WATER HEATER
3.1 Rancangan Alat Water Heater ..…………...……….…….…19
3.2 Pembuatan Water Heater …………………...…………..…..22
3.2.1 Bahan Water Heater ………………........…...............22
3.2.2 Sarana Dan Alat-alat yang digunakan…........…........22
3.2.3 Langkah-langkah Pengerjaan
3.2.3.1 Persiapan...………………………………..........23
3.2.3.2 Pengerjaan...…..…………………………..........23
3.3 Hasil Pembuatan.....................................................................29
3.3.1 Kesulitan Pengerjaan…….…………………………..29

BAB IV

METODOLOGI PENELITIAN
4.1 Skematis Pengujian ................................................................30
4.2 Variasi Penelitian ………………………………...………….31

XI

4.3 Peralatan Pengujian....................................................................31
4.4 Cara Memperoleh Data …………………………...…….......33
4.5 Cara Mengolah Data …………………………...……….......33
4.6 Cara Menyimpulkan …………………………..……...….…33
BAB V

KARAKTERISTIK WATER HEATER
5.1 Hasil Pengujian …………………….……………..………34
5.2 Perhitungan…………………………….…………..………34
5.2.1 Perhitungan Kecepatan Air rata-rata um……………..35
5.2.2 Perhitungan Aliran Massa Air , ma ir …………...……35
5.2.3 Perhitungan Laju Aliran Kalor yang diterima Air …..36
5.2.4 Perhitungan Laju Aliran Kalor yang diberikan Gas...37
5.2.5 Efisiensi …………………………………….…...…. 37
5.3 Pembahasan………………………….…………..………...41

BAB VI

PENUTUP
6.1 Kesimpulan ……………………………………………….43
6.2 Saran …………………………………….………………..44

DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

XII

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1

Kompor gas dengan regulator Savequam ....................................11

Gambar 2.2

Kompor gas tungku besar ............................................................11

Gambar 2.3

Kompor Quantum RT ..................................................................11

Gambar 2.4

Laju aliran kalor ...........................................................................13

Gambar 2.5

Water Heater Wasser (WH506A-LPG) .......................................15

Gambar 2.6

New Model 12L/min (3.2Gal) LPG Gas Tankless Water Heater.16

Gambar 2.7

Water heater Heating Equipment JLG30-BV6 ............................17

Gambar 3.1

Rancangan Water Heater ..............................................................19

Gambar 3.2

Lengkungan Pipa ..........................................................................20

Gambar 3.3

Penutup Water Heater ..................................................................20

Gambar 3.4

Water Heater tampak dari bawah .................................................20

Gambar 3.5

Water Heater tampak dari luar ......................................................21

Gambar 3.6

Alat pembengkok dan pemotong pipa .........................................24

Gambar 3.7

Lengkungan pipa ..........................................................................25

Gambar 3.8

Pipa tembaga sebelum dipotong ..................................................25

Gambar 3.9

Tabung bagian luar .......................................................................26

Gambar 3.10 Tabung bagian dalam sebelum dibentuk ......................................26
Gambar 3.11 Penampakan luar tabung ...............................................................27
Gambar 3.12 Penutup bagian atas ......................................................................27
Gambar 3.13 Lubang saluran udara ...................................................................28
Gambar 3.14 Water Heater ................................................................................29

XIII

Gambar 4.1

Skema rangkaian alat ....................................................................30

Gambar 4.2

Tabung gas ....................................................................................32

Gambar 4.3

Termokopel, kalkulator, alat tulis, dan kompor ............................32

Gambar 4.4

Gelas ukur .....................................................................................32

Gambar 5.1

Hubungan debit air dengan suhu air keluar pada suhu air input
27°C ...............................................................................................39

Gambar 5.2

Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air pada
suhu air input 27 °C .......................................................................39

Gambar 5.3

Hubungan debit air dengan efisiensi water heater yang pada suhu
air input 27 °C................................................................................40

XIV

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1

Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan
bahan bakar lainnya .........................................................................8

Tabel 2.2

Komposisi udara dalam keadaan normal .........................................9

Tabel 2.3

Konduktifitas termal beberapa media ............................................12

Tabel 5.1

Hasil pengujian pemanas air .........................................................34

Tabel 5.2

Perhitungan ma ir dan qa ir .............................................................38

XV

DAFTAR NOTASI

m

=

Massa

kg

r

=

Jari-jari atau jarak,

m

d

=

Diameter,

m

T

=

Perubahan temperatur,

°C

qa ir

=

Laju aliran kalor yang diterima air

watt

q ga s

=

Laju aliran kalor yang diberikan gas

watt

k

=

Konduktifitas termal,

W/m. C

um

=

Kecepatan air rata-rata fluida mengalir

kg/s

mga s

=

Laju aliran massa gas

kg/s

c a ir

=

Kalor jenis air

J/kg.oC

c ga s

=

Nilai kalor jenis elpiji

J/kg

Ti

=

Suhu air masuk water heater

o

To

=

Suhu air keluar water heater

o

ma ir

=

Debit air

liter/menit

=

Massa jenis fluida yang mengalir

kg/m3

=

Efisiensi Water heater

%

o



XVI

C

C

BAB I
PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG
Air hangat sudah menjadi salah satu kebutuhan yang diperlukan dalam
kehidupan masyarakat, dimana orang-orang kota yang berkecukupan, anak kecil,
orang yang sudah lanjut usia membutuhkan air hangat untuk keperluan mandi.
Air hangat juga dibutuhkan untuk para karyawan atau pekerja yang pulang di
malam hari untuk memulihkan kelelahan akibat bekerja. Air hangat juga sangat
dibutuhkan oleh orang-orang yang tinggal di daerah pegunungan, karena suhu di
daerah pegunungan lebih dingin dibandingkan di dataran rendah. Kemudian
dibidang perhotelan air hangat dipergunakan sebagai salah satu fasilitas yang
disediakan untuk orang yang menginap di hotel. Selain itu, air hangat juga
dipergunakan di rumah sakit untuk memandikan orang-orang yang sedang sakit.
Ada tiga macam jenis water heater antara lain water heater menggunakan
tenaga sinar matahari, tenaga gas, dan tenaga listrik. Water heater dengan sinar
matahari (Solar cell), mudah diterapkan pada negara tropis karena memanfaatkan
energi gratis dan tak terbatas dari panas matahari yang bersinar sepanjang tahun.
Namun ada juga kekurangannya yaitu pemasangannya yang rumit (diletakkan di
atas atap rumah) dan kemampuannya bergantung pada banyaknya sinar matahari
sehingga terbatas penggunaannya (volume air panas yang dapat dipergunakan).
Bila terjadi cuaca yang tidak mendukung, water heater tidak dapat lagi
1

digunakan terutama di daerah pegunungan dingin yang sedikit mendapat
penyinaran matahari. Selain itu, apabila dilihat dari sisi ekonomi, water heater
dengan menggunakan sinar matahari lebih mahal dibandingkan dengan water
heater lainnya. Sedangkan untuk tenaga listrik, water heater ini sangat mudah di
dapatkan di toko – toko elektronik dan penggunaannya ini lebih praktis
dibandingkan pemanas air dengan menggunakan tenaga surya. Namun ada juga
kekuranganya yaitu apabila terjadi pemadaman listrik, maka water heater jenis
ini tidak dapat digunakan dan tingkat perbaikan kerusakan sangat sulit, sehingga
perlu menambah biaya yang cukup banyak tetapi hasil yang didapatkan tidak
seperti yang diharapkan. Kemudian volume air panas yang dihasilkan juga
tertentu, jika volume air panas yang dipergunakan sudah habis digunakan, maka
jika ingin dipergunakan lagi ,harus menunggu waktu untuk memanaskan air lagi.
Maka dari itu, jika dilihat dari sisi biaya, water heater dengan menggunakan
tenaga listrik jauh lebih mahal dibandingkan water heater dengan menggunakan
gas LPG.
Water heater tenaga gas LPG menggunakan bahan bakar gas untuk
memanaskan air dan lebih menguntungkan dibandingkan dengan pemanas air
tenaga listrik maupun water heater tenaga surya, karena konsep kerjanya yang
mirip dengan penggunaan kompor gas di rumah maka penggunaannya lebih
mudah. Adapun keuntungan yang lainnya adalah air panas yang dipergunakan
tidak terbatas, demikian juga jumlah orang yang ingin mandi air panas tidak
terbatas. Selama air dapat mengalir, selama itu pula air panas dapat dihasilkan.
2

Oleh karena itu, diperlukan suatu rancangan pemanas air berbahan bakar gas
LPG yang nantinya dapat dihasilkan laju aliran perpindahaan kalor yang baik.
Selain itu, dilihat dari sisi ekonomi, water heater jenis ini lebih murah
dibandingkan dengan pemanas air lainnya. Kerugian dari pemanas air tenaga gas
LPG, harus menjaga secara hati-hati agar tabung gas tidak mengalami kebocoran
yang mengakibatkan bahaya ledakan.

1.2. TUJUAN
Tujuan penelitian ini adalah:
a. Merancang dan membuat water heater.
b. Mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air
keluar water heater.
c. Menghitung kalor yang diterima air dari water heater.
d. Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang
diterima air.
e. Menghitung kalor yang diberikan gas LPG
f. Menghitung efisiensi water heater.

3

1.3. BATASAN - BATASAN
Batasan-batasan yang dipakai dalam perancangan water heater :
a. Tinggi water heater : 90 cm, diameter : 25 cm, dengan panjang pipa tembaga
: 20 m, dengan 2 lintasan.
b. Banyaknya dinding plat : 2 lapis, plat lapis dalam mempunyai banyak lubang
dengan diameter : 2 mm, dan plat luar mempunyai banyak lubang dengan
jumlah 150 dengan diameter : 1 cm (setinggi 25 cm)
c. Bahan pipa tembaga dengan diameter : 0,9525 cm = 3/8 inch

1.4. MANFAAT
Manfaat dari penelitian:
a. Memperluas pengetahuan tentang pembuatan water heater.
b. Sebagai referensi bagi para pembuat water heater.
c. Rancangan water heater yang dihasilkan dapat dipergunakan sebagai model
water heater yang dapat digunakan oleh kalangan masyarakat luas

4

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 besar (misalnya lebih besar dari 90 o), 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. Dan juga harus mempertimbangkan harga
dari pipa saluran air. Terjangkau, tidak mahal, misalnya dengan mempergunakan
5

bahan dari alumunium atau tembaga. Semakin tinggi nilai konduktivitas termal
bahan, semakin besar laju aliran kalornya. Ketiga, diameter pipa saluran air harus
dipilih sedemikian rupa. Semakin kecil diameter pipa, semakin besar hambatan
yang terjadi. Semakin kecil diameter ukuran pipa semakin besar daya pompa
yang diperlukan. Disisi lain, semakin kecil diameter saluran, suhu air yang
dihasilkan (suhu yang keluar dari water heater) akan semakin besar.
2.1.2. 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

C3 H 8 

dan Butana

C4 H10  ,

dengan komposisi

kurang lebih sebesar 99 %, selebihnya adalah gas Pentana

C5 H12 

yang

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

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

cm2 . Nilai kalori

6

sekitar : 21.000 BTU/lb. Zat Mercaptan umumnya ditambahkan ke LPG untuk
memberikan bau khas, supaya kalau terjadi kebocoran, dapat segera terdeteksi
dengan cepat dan mudah.
Reaksi pembakaran Propana (C3H8) , jika terbakar sempurna adalah
sebagai berikut :

C3 H 8

+

3 CO2 + 4 H 2 O + panas

5 O2

Propana + oksigen

karbondioksida + uap air + panas

Menurut Wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut setara
dengan 46000000 J/kg atau 46MJ/kg.
Reaksi pembakaran Butana (C4H10), jika terbakar sempurna adalah
sebagai berikut :
2 C4 H 10
Butana

+

13 O2

+ oksigen

8 CO2 + 10 H 2 O + panas
karbondioksida + uap air + panas

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

Untuk menaikkan

1 gram air

sebesar 1°C

dibutuhkan energi sebesar 4,186 J. Untuk menaikkan suhu 1 Liter air dari suhu
ruangan (30°C) akan dibutuhkan energi sebesar 293.020 J. Pada tahap ini, air
baru mencapai suhu 100°C dan belum mendidih. Diperlukan energi lagi sebesar
2257 J/gram air untuk merubah air menjadi uap. Pada kondisi udara luar, 1 kg
3
Propana memiliki volume sekitar 0,543 m . Satu kg elpiji memiliki energi yang

7

setara untuk mendidihkan air 90 L. Tabel 2.1 Menyajikan daya pemanasan dari
efisiensi alat masak LPG dengan bahan bakar gas. Terlihat bahwa efisiensi alat
masak dengan gas LPG berkisar sebesar 60 %.
Tabel 2.1 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan
bahan bakar lainnya
(Sumber: aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-lpg-di-dapur-anda.pdf)

Bahan Bakar

Daya Pemanasan

Kayu bakar
Arang
Minyak Tanah
Gas Kota
Listrik
LPG
Listrik

4.000 kkal/kg
8.000 kkal/kg
11.000 kkal/kg
4500 kkal/m3
860 kkal/kwh
11.900 kkal/kg
860(kkal/kwh)

Efisiensi Alat
Masak
15 %
15 %
40 %
55 %
60 %
60 %
60 %

2.1.3. Kebutuhan Udara
Didalam proses pembakaran memerlukan oksigen.

Pada proses

pembakaran bahan bakar untuk pemanas air dapat mempergunakan oksigen yang
dapat diambil dari lingkungan (udara bebas). Aliran udara yang diperlukan harus
disesuaikan dengan ukuran tabung pemanas air dan pipa yang digunakan dengan
kata lain aliran udara yang diperlukan harus dikondisikan sedemikian rupa agar
api yang diperlukan dalam proses pembakaran mendapatkan kebutuhan udara
yang cukup. Kekurangan oksigen dapat mengakibatkan nyala api tidak sesuai
dengan apa yang diinginkan. Kekurangan kebutuhan udara dapat menyebabkan
kalor yang dipindahkan ke air kurang. Kelebihan oksigen juga mengakibatkan
kecilnya panas yang dapat diserap oleh pipa. Bentuk api atau nyala api

8

diusahakan mampu memberikan kalornya secara efisien ke fluida air yang
mengalir di dalam saluran pipa. Dengan kata lain, akan didapatkan suhu air
keluar dari pemanas air kurang tinggi.
Tabel 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normal
(Sumber : repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/16641/4/Chapter %20I.pdf)

No

Udara

1
Nitrogen
2
Oksigen
3
Karbon dioksida
4
Gas lain
2.1.4. Saluran Gas Buang

Komposisi (%)
78,1
20,93
0,03
0,94

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
9

sehingga tidak banyak energi yang terbuang secara percuma. Ukuran lubang dan
posisi lubang keluaran sangat menentukan besarnya suhu gas asap yang keluar
dari water heater.
Perancangan saluran gas buang ternyata juga menentukan nyala api
pembakaran yang dihasilkan. Jika saluran gas tidak terancang dengan baik,
misalnya gas buang tidak dapat keluar maka tekanan gas buang yang dihasilkan
akan dapat menyebabkan api terdorong keluar dari ruang bakar. Api tidak
berfungsi dengan baik untuk memanaskan air. Tentunya dalam perancangan ini
dibutuhkan nyala api yang mampu memindahkan kalor yang besar ke dalam air.
2.1.5. 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 kenyataannya setiap kompor menghasilkan bentuk dan besar api yang
khas. Semakin banyak api yang mampu dihasilkan kompor dan api yang mampu
menyentuh sistem saluran pipa air dengan siripnya, tentu akan semakin besar
kalor yang dapt 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 berbahan
bakar gas LPG yang terdapat di pasaran, tersaji pada Gambar 2.1, Gambar 2.2,
Gambar 2.3.
10

Gambar 2.1 Kompor gas dengan regulator Savequam

Gambar 2.2 Kompor gas tungku besar

Gambar 2.3 Kompor Quantum RT

11

2.1.6. Isolator
Isolator diperlukan agar kalor hasil pembakaran bahan bakar tidak banyak
keluar dari pemanas air. Oleh karena itu tabung dalam, dimana ruangan di dalam
tabung dalam digunakan untuk proses pembakaran, maka sebaiknya permukaan
sebelah luar dari tabung dalam diberi isolasi agar kalor hasil pembakaran tidak
keluar. Ada banyak macam isolasi. Udara adalah salah satu isolator panas yang
cukup murah dan mudah didapat. Jika dipergunakan udara sebagai isolator, maka
pemasukan udara untuk keperluan pembakaran dapat melalui lubang – lubang
yang dibuat di dinding tabung dalam.
Tabel 2.3 Konduktifitas termal beberapa media (Sumber :
http://www.scribd.com/doc/61109210/BAB-II-Termal)

Media
Gabus
Wol
Kayu
Bata
Busa
Udara

Konduktifitas Termal (k)
W/m.ºC
0,042
0,040
0,08-0,016
0,84
0,024
0,023

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

qa ir  ma ir ca ir Ti  To 
ma ir =  (

 .d 2
4

)u m

....................................... (2.1)
............................................... (2.2)

12

Pada persamaan (2.1) dan (2.2) :

q a ir

: laju aliran kalor yang diterima air, watt

ma ir

: debit air, liter/menit

c a ir

: kalor jenis air, J/kgΔC.

Ti

: suhu air masuk water heater, ΔC

To

: suhu air keluar water heater, ΔC.

um

: kecepatan rata-rata fluida mengalir, m /s



: massa jenis fluida yang mengalir, kg/ m

d

: diameter dalam pipa, m

3

Gambar 2.4 Laju aliran kalor

2.1.8. Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas
Kalor yang diberikan gas dapat dihitung dengan persamaan :
q ga s = mga sC ga s

………………………….(2.3)

13

Pada persamaan (2.3) :
mga s = laju aliran masa gas elpiji yang terpakai (kg/s)

C ga s = kapasitas panas gas elpiji ( J/kg), (1kkal = 4186,6 J), tersaji pada

Tabel 2.I
2.1.9. Efisiensi
Efisiensi water heater dapat dihitung dengan persaman (2.4)



q a ir
x100%
q ga s

……………………….…….(2.4)

Pada persamaan (2.4) :



: Efisiensi water heater (%)

q a ir

: Laju aliran kalor yang diterima air, watt

q ga s

: Laju aliran kalor yang diberikan gas, watt

2.2. REFERENSI
Kegiatan rekayasa dan pengembangan water heater untuk memenuhi
kebutuhan masyarakat berkembang pesat. Water heater yang ditawarkan
dipasaran bermacam – macam dari model bentuk, kapasitas air yang mengalir,
dan juga sumber bahan bakar yang digunakan. Sumber bahan bakar yang
digunakan dalam water heater misalnya, LPG, energi listrik, energi matahari,
biogas, dan masih banyak lagi. Untuk kapasitas air per menit juga bervariasi,
rata–rata water heater yang dijual di pasaran berkapasitas 5 – 8 L/menit,

14

biasanya digunakan dalam rumah tangga, sedangkan untuk kapasitas yang lebih
besar biasanya digunakan di hotel ataupun apartemen.
Referensi pembanding untuk pembuatan water heater bahan bakar gas
LPG adalah water heater merk Wasser (WH506A - LPG), water heater Rinnai
REU-55RTB, dan water heater Heating Equipment JLG30-BV6 yang
karakteristiknya adalah sebagai berikut :
a. Water Heater Gas Low Pressure Wasser (WH506A - LPG)

Gambar 2.5 Water heater Wasser (WH506A - LPG)
Nama Produk

: Wasser

Negara Pembuat

: Jepang

Spesifikasi
Model

: WH506A

Warna

: Putih

Kapasitas maksimum

: 5 L/menit

Dimensi

: 402 x 270 x190 mm

15

Tekanan air

: 0,2 kgf/cm2 (minimuim)

Konsumsi Gas

: 0.46 kg/jam

Temperatur maksimum

: 65°C

b. New Model 12L/min (3.2Gal) LPG Gas Tankless Water Heater

Gambar 2.6 New Model 12L/min (3.2Gal) LPG Gas Tankless Water Heater

Nama Produk

: New Model 12L/min (3.2Gal)

Negara Pembuat

: America

Spesifikasi
Model

: V1200

Berat

: 7.6 kg

Gas Input

: 1,8 kg/jam

Dimensi Luar

: 430 x 200 x 705 mm

Efisiensi Thermal

: ≥80.6%

Kapasitas Maksimum

: 12 L/menit

16

c.

Tekanan gas

: 2800 Pa

Tekananan Air Minimum

: 0.025MPa

Temperatur Maksimum

: 25 - 65 °C

Tipe Gas

: LPG

Water Heater HRPY-2

Gambar 2.7 Water heater Heating Equipment JLG30-BV6

Negara Pembuat

: China

Nama Produk

: HAODI

Spesifikasi
Model

: JLG30-BV6

Berat

: 39 kg

Dimensi Luar

: 595 mm x 330 mm x 230 mm

Kapasitas maksimum

: 6 L/menit
17

Panas maksimum

: ±90%

Temperatur Maksimum

: 40°C - 80°C

Tipe Gas

: LPG

18

BAB III
RANCANGAN, PEMBUATAN, DAN HASIL PEMBUATAN WATER HEATER

3.1. RANCANGAN WATER HEATER
Gambar rancangan water heater dengan menggunakan bahan seng dan pipa
tembaga, disajikan pada Gambar 3.1 sampai Gambar 3.5. Gambar 3.1
memperlihatkan rancangan water heater, Gambar 3.2 memberikan informasi tentang
lengkungan pipa dan diameternya, Gambar 3.3 memberikan informasi tentang
penutup bagian atas, Gambar 3.4 memperlihatkan water heater tampak dari bawah,
dan Gambar 3.5 memperlihatkan tinggi water heater dari luar.

Gambar 3.1 Rancangan water heater

19

Gambar 3.2 Lengkungan pipa

Gambar 3.3 Penutup water heater

Gambar 3.4 Water heater tampak dari bawah

20

Gambar 3.5 Water heater tampak dari luar

Cara Kerja dari water heater ini sebenarnya sangat sederhana yaitu sama
seperti memasak air. Perbedaanya adalah terletak pada kondisi / keadaan air yang
dipanaskan. Pada water heater, air yang dipanaskan mengalir secara terus menerus.
Sebenarnya masih banyak bahan yang memiliki nilai konduktor termal lebih tinggi
dibandingkan tembaga seperti emas dan perak. Akan tetapi jika dilihat dari segi
ekonomi, tembaga lebih murah dibandingkan emas dan perak.
Mekanisme perpindahan kalor yang terjadi pada water heater yaitu
perpindahan kalor secara konduksi dan perpindahan kalor konveksi. Proses yang
terjadi pada saat nyala api menyentuh pipa tembaga, dari pangkal pipa dan
memindahkan panasnya ke seluruh lengkungan pipa, proses ini disebut perpindahan
kalor secara konduksi dan perpindahan panas secara konveksi terjadi dari pipa
tembaga ke air yang mengalir

21

3.2. PEMBUATAN WATER HEATER
3.2.1. Bahan Water Heater
a. Pipa tembaga dengan diameter dalam pipa 0,9525 cm sebagai saluran air
b. Kawat besi sebagai pengikat tembaga
c. Seng sebagai body water heater
3.2.2. Sarana dan Alat-Alat yang Digunakan
Sarana dan alat-alat yang digunakan untuk proses pembuatan pemanas air ini
adalah:
a. Mesin bor, digunakan untuk membuat lubang saluran udara yang berada di sisi luar
tabung.
b. Alat penekuk plat, digunakan untuk menekuk lempengan seng.
c. Palu, digunakan saat membuat lubang saluran udara dibagian tabung dalam.
d. Gunting, digunakan untuk memotong seng.
e. Tang, digunakan saat memasang sirip pipa tembaga dengan lengkungan pipa
tembaga.
f. Obeng (- , +), untuk mengencangkan selang yang dipasang di saluran masuk dan
keluar.
g. Penggaris, digunakan saat menggaris agar lebih mudah saat memotong seng.
h. Paku, digunakan untuk membuat lobang saluran udara di tabung dalam.
i.

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

j.

Jangka, untuk membuat lingkaran pada seng sebelum dipotong.

k. Alat pembengkok, untuk membengkokkan pipa.

22

l.

Alat pemotong, digunakan untuk memotong pipa tembaga.

3.2.3. Langkah-Langkah Pengerjaan
3.2.3.1. Persiapan
Sebelum memulai pembuatan water heater, terlebih dahulu harus
melakukan persiapan yaitu :
a. Menyiapkan rancangan water heater
Dalam merancang pembuatan desain water heater dapat dilakukan dengan
menggambar instalasi tersebut dengan gambar tangan atau menggunakan
software-software yang mendukung.
b. Menyiapkan alat-alat dan bahan
Setelah rancangan water heater sudah selesai maka kita dapat menentukan
bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan water

heater

lalu

membelinya.
c. Menyiapkan keperluan lainnya
Membeli alat-alat lainnya selain alat yang digunakan untuk membuat
pemanas air dan meminta izin atas peminjaman alat di laboratorium.
3.2.3.2. Pengerjaan
Dalam pelaksanaan pembuatan water heater banyak hal-hal yang harus
dilakukan yaitu :

23

a. Melengkungkan pipa
Dalam membengkokkan pipa tembaga agar dapat berbentuk spiral maka
digunakan

mesin

roll

atau

alat

pembengkok

(manual)

untuk

membengkokkannya. Jika dalam proses membengkokkan pipa tembaga
secara manual maka hasil yang diperoleh kadang tidak sesuai dengan apa
yang kita inginkan dan kemungkinan pipa tersebut bisa rusak bahkan patah.

Gambar 3.6 Alat pembengkok dan pemotong pipa

24

Gambar 3.7 Lengkungan pipa

b. Memotong pipa tembaga
Memotong pipa tembaga sesuai dengan ukuran yang telah dirancang
sebelumnya.

Gambar 3.8 Pipa tembaga sebelum dipotong

25

c. Membuat tabung
Bahan yang digunakan dalam pembuatan tabung adalah seng.

Gambar 3.9 Tabung bagian luar

d. Membuat tabung bagian dalam
Plat yang digunakan sebagai penutup bagian dalam adalah seng. Tabung
bagian dalam ini berfungsi sebagai isolator agar panas yang dihasilkan tidak
hilang ke samping.

Gambar 3.10 Tabung bagian dalam sebelum dibentuk

26

Gambar 3.11 Penampakan tabung bagian dalam

e. Membuat penutup bagian luar bagian atas
Bahan yang digunakan untuk membuat penutup bagian atas masih sama yaitu
menggunakan seng. Fungsi dari penutup atas ini adalah sebagai penutup saja
dan apabila nanti jika dalam percobaan suhu yang dihasilkan tidak sesuai
dengan apa yang di inginkan maka penutup bagian atas ini dapat dilepas agar
suhu naik.

Gambar 3.12 Penutup bagian atas

27

f. Membuat saluran udara
Dalam proses pembakaran sangat diperlukan oksigen, oleh karena itu maka
dibuatlah lubang saluran udara, agar kalor yang dihasilkan bisa lebih
maksimal. Selain itu, lubang ini juga berfungsi sebagai saluran gas buang.

Gambar 3.13 Lubang saluran udara

g. Pemasangan kompor
Pada tahap ini, hanya proses penginstalan kompor dan tungkunya saja
disesuaikan, sehingga bentuk dari kompor tidak banyak mengalami perubahan
hanya bagian belakang kompor dipotong untuk mengurangi ukuran atau besar
dari kompor.

28

3.3. HASIL PEMBUATAN
Gambar 3.19 memberikan informasi tentang water heater yang sudah
disatukan.

.
Gambar 3.14 Water heater

3.3.1. Kesulitan dalam Pengerjaan
a. Pembuatan tabung seng dimana penyambungan seng ini harus diikat dengan mur
dan baut, proses ini tidak bisa dilakukan sendiri.
b. Pembentukan pipa spiral, dimana kami mengalami kesulitan pada saat
melengkungkan pipa agar berbentuk spiral.

29

BAB IV
METODOLOGI PENELITIAN

4.1. SKEMATIS PENGUJIAN
Skematis pengujian pada water heater disajikan pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Skema rangkaian alat

Untuk mengalirkan air menuju alat water heater diperlukan adanya air
dan kran. Kran digunakan sebagai pengatur jumlah debit air yang digunakan
untuk mengaliri air ke water heater. LPG digunakan sebagai bahan bakar
kompor untuk memanasi air yang mengalir di dalam water heater. Untuk
mengukur suhu air masuk ( input ) dan suhu air keluar menggunakan termokopel
digital.

30

4.2. VARIASI PENELITIAN
Variasi dilakukan terhadap besar kecilnya debit air yang masuk ke dalam
pemanas air dengan debit gas yang konstan pada pemanas air.

4.3. PERALATAN PENGUJIAN
Pada pengujian water heater, diperlukan beberapa alat bantu, adapun
peralatan tersebut adalah:
a. Thermokopel, sebagai alat pengukur suhu fluida yang keluar.
b. Kompor dan gas LPG, sebagai pengatur debit gas sekaligus menjadi
penyuplai kalor.
c. Kran, sebagai pengatur debit air.
d. Selang air, sebagai penyambung dari kran ke pipa tembaga masuk water heater.
e. Mur dan baut / kawat, sebagai pegunci.

f. Selang karet, sebagai penyambung dari gas ke kompor.
g. Kalkulator dan alat tulis,digunakan untuk menulis dan mengolah data.
h. Penyangga,sebagai tumpuan water heater.
i.

Stopwatch, sebagai penunjuk waktu.

j.

Gelas ukur, sebagai tempat penampung fluida dan juga pengukur banyaknya
air permenit.

31

Gambar 4.2 Tabung gas

Gambar 4.3 Termokopel, kalkulator, alat tulis dan kompor

Gambar 4.4 Gelas ukur

32

4.4. CARA MEMPEROLEH DATA
Data debit air diperoleh dengan mengukur debit air yang mengalir
mempergunakan gelas ukur dan stopwatch. Banyaknya air yang mengalir setiap
menit dicatat setiap ada perubahan debit. Pengukuran suhu air dilakukan dengan
memasang termokopel pada sisi keluar water heater. Suhu air dicatat setiap ada
perubahan debit air.

4.5. CARA MENGOLAH DATA
Dengan data-data yang diperoleh, maka data dapat diolah. Data - data
kemudian dipergunakan untuk mengetahui :
a. Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar dari water heater.
b. Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air.
c. Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater.
Perhitungan laju aliran kalor dilakukan dengan mempergunakan
persamaan (2.1). Untuk memudahkan mendapatkan kesimpulan data-data
disajikan dalam bentuk grafik.

4.6. CARA MENYIMPULKAN
Menyimpulkan persamaan hubungan antara debit air dengan suhu air dari
pemanas air dapat dilakukan dengan mempergunakan fasilitas dari Microsoft
Office Excel 2007.

33

BAB V
HASIL PENGUJIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

5.1. HASIL PENGUJIAN
Hasil pengujian pemanas air yang meliputi : debit air, suhu air masuk
(Ti), suhu air keluar (To) disajikan pada Tabel 5.1. Pengujian dilakukan pada
kondisi tekanan udara luar. Aliran gas pada kompor gas diposisikan pada posisi
maksimum. Air yang dipergunakan adalah air kran.
Tabel 5.1 Hasil Pengujian Pemanas Air
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Debit air
(liter/menit)
11
10,4
9
8,16
6,24
5,04
3,96
3,24
2,4
1,8

Suhu air
masuk T (ΔC)
27
27
27
27
27
27
27
27
27
27

Suhu air
keluar T (ΔC)
42,5
43,3
44,3
47,1
52
57
62,1
68,4
86,5
99,7

∆T (ΔC)
15,5
16,3
17,3
20,1
25
30
35,1
41,4
59,5
72,7

5.2. PERHITUNGAN
Perhitungan kecepatan air rata rata (um), laju aliran massa air (m) dan laju
aliran kalor (q) yang diserap air dilakukan dengan mempergunakan data-data
seperti tersaji pada Tabel 5.1. Data lain yang dipergunakan adalah :
Jari jari dalam pipa saluran (r) : 0,004765 m (0,1875979 inch)
Massa jenis air ( )

: 1000 kg/m3

34

Kalor jenis air (cp)

: 4179 J/(kgoC)

Laju aliran massa gas (mgas)

: 0,55 kg/30 menit = 1,1 kg/jam

5.2.1. Perhitungan Kecepatan Air Rata-Rata um
Perhitungan kecepatan air rata rata (um) yang mengalir di dalam saluran
pipa air mempergunakan persamaan :
um 

debit air
debit air

luas penampang pipa
r 2

m/ s

…………………….(5.1)

Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 11 liter/menit (data lain
pada Tabel 5.1). Satuan debit air dijadikan dalam satuan m3/s.
debit air 





11liter
11x10 3 m3

 0,000183m3 / s
60s 
menit

…………....(5.2)

Catatan : 1 liter = 1 dm3 = 10-3 m3.
Kecepatan air rata rata( um)

um 

debit air
r 2
....................................................................................(5.3)

um 

0,000183m3 / s
3,14 x0,004765 2 m2

 2,57 m / s

Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap disajikan pada
Tabel 5.2.
5.2.2. Perhitungan laju aliran massa air, mair

35

Perhitungan laju aliran massa air mair di dalam saluran pipa air
mempergunakan persamaan (2.2):
ma ir  massa jenis luas penampang kecepa tan air 

 

  r 2 u m 

..............................................................................(5.4)
Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 11 liter/menit (data lain
pada Tabe 5.1), laju aliran massanya adalah:





ma ir  1000 3,14 x0,004765 2 2,57 kg / s
 0,183kg / s

Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap disajikan pada
Tabel 5.2.
5.2.3. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air 圭
Perhitungan laju aliran kalor yang diserap oleh air di dalam saluran pipa
mempergunakan persamaan :

qa ir



 lajualiran massakalor jenis air  Tout  Tin



watt

 ma ir .ca ir Tout  Tin  watt
............................................................(5.5)
Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 11 liter/menit atau pada
laju aliran massa m air = 0,183 kg/s. (data lain pada Tabel 5.2)
qa ir  0,183417942,5  27 j / det ik
 (764,757)(15,5) watt
11853,7 watt

Catatan : 1 watt = J/s
36

5.2.4. Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas
Untuk mendapatkan laju aliran massa gas, dilakukan penimbangan
tabung gas selama pemakaian dalam setiap 30 menit. Perhitungan laju aliran
kalor yang diberikan oleh gas di luar saluran pipa mempergunakan persamaan
(2.3):
qgas = (laju aliran massa gas) (kalor jenis gas) watt
qgas

.........................(5.6)

 (0,55 /(30.60)).(11900.4186,6)
 15222,94watt

5.2.5. Efisiensi
Perhitungan Efisiensi kompor gas dapat menggunakan persamaan :





q a ir
x100%
q ga s

……………...…………………………………….(5.7)

11853,7
x100%
15222,94

 77,87%

Efisiensi alat pemanas adalah perbandingan antara besarnya laju aliran kalor yang
diterima air dengan laju aliran kalor yang diberikan gas.

37

Hasil perhitungan lain untuk data yang lain secara lengkap disajikan pada Tabel 5.2.
Tabel 5.2 Perhitungan ma ir dan qa ir

No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Tin Tout
(°C) (°C)
27 42,5
27 43,3
27 44,3
27 47,1
27
52
27
57
27 62,1
27 68,4
27 86,5
27 99,7

T
15,5
16,3
17,3
20,1
25
30
35,1
41,4
59,5
72,7

Da
(L/m)
11
10,4
9
8,16
6,24
5,04
3,96
3,24
2,4
1,8

um
2,88
2,73
2,34
2,14
1,63
1,32
1,04
0,85
0,63
0,47

mair
(kg/s)
0,18
0,17
0,15
0,14
0,1
0,08
0,07
0,05
0,04
0,03

qair
(watt)
11875,3
11807,1
10844,5
11423,7
10865,4
10531,1
9681,1
9342,6
9946
9114,4

qgas
Efisiensi
(watt)
( )
15222,94
78,01
15222,94
77,56
15222,94
71,24
15222,94
75,04
15222,94
71,37
15222,94
69,18
15222,94
63,59
15222,94
61,37
15222,94
65,33
15222,94
59,87

Dari Tabel 5.2 Hubungan debit air dengan suhu air yang keluar dapat dibuat
dan hasilnya disajikan pada Gambar 5.1. Hubungan antara debit air dengan laju aliran
kalor pemanas air dapat dibuat dan hasilnya disajikan dalam bentuk grafik pada
Gambar 5.2. Gambar 5.3 memberikan informasi tentang hubungan efisiensi water
heater dengan debit air

38

Tout (°C)

100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0

Tout = 124,64 DA-0,466

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

DEBIT AIR (DA)
(Liter/menit)

Gambar 5.1 Hubungan debit air dengan suhu air keluar pada suhu air input 27°C

14000
12000

qair (watt)

10000
8000
qair= -7,9546 DA2 + 381,98 DA + 8582,7

6000
4000
2000
0
0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Debit Air (DA)
(Liter/menit)
Gambar 5.2 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air pada
suhu air input 27 °C

39

100
90
80
70

Efisiensi (唾)

60
Efisiensi (唾) = -0,0523 DA2 + 2,5092 DA + 56,38

50
40
30
20
10
0
0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Debit Air (DA)
(Liter/detik)
Gambar 5.3 Hubungan debit air dengan efisiensi water heater pada suhu air
input 27 °C

40

5.3. PEMBAHASAN
Dari Gambar 5.1 dapat diperoleh informasi bahwa debit air berpengaruh
terhadap suhu keluar dari water heater. Semakin besar debit air, suhu air yang
keluar semakin rendah. Hubungan tersebut dinyatakan dengan persamaan:
Tout = 124,64 DA-0,466
Persamaan tersebut, berlaku untuk 1,8 liter/menit < DA < liter/menit pada
tekanan udara luar saat itu (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 27°C. Suhu
keluar water heater dinyatakan dengan Tout dan debit air dinyatakan dengan DA.
Hasil rancangan water heater yang telah dibuat dapat bersaing dengan
water heater yang berada di pasaran. Water heater yang dibuat mampu
menghasilkan suhu air keluar sebesar 42,5°C pada debit : 11 liter/menit. Di
pasar, water heater dengan debit 6 liter/menit, suhu air keluar dari water heater
berkisar antara 40-80°C.
Dari Gambar 5.2 nampak bahwa besarnya laju aliran kalor yang
diterima air bergantung pada debit air yang mengalir. Semakin besar debit air
yang mengalir, semakin besar laju aliran kalor yang diterima air. Hubungan
antara laju aliran kalor qa ir (dalam watt) dengan debit air (dalam liter/menit),
dapat dinyatakan dengan persamaan :
qair= -7,9546 DA2 + 381,98 DA + 8582,7

41

Persamaan tersebut, berlaku untuk 1,8 Liter/menit < DA < 11 liter/menit
pada tekanan udara luar saat (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 27°C. nilai

qa ir paling tinggi pada debit setelah 10,4 liter/menit.
Dari Gambar 5.3 nampak bahwa besarnya efisiensi water heater
bergantung pada debit air yang mengalir. Hubungan antara efisiensi water heater
(dalam %) dengan debit air

(mair dalam liter/menit), dapat dinyatakan dengan

persamaan :
Efisiensi ( ) = -0,0523 DA2 + 2,5092 DA + 56,38
Persamaan tersebut, berlaku untuk 1,8 Liter/menit < ma ir < 11 Liter/menit
pada tekanan udara luar saat itu (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 27°C.
Nilai efisiensi water heater berkisar antara 59,87 - 78,01 %. Nilai efisiensi
terbesar sebesar

78,01 %. Efisiensi water heater yang dibuat tidak dapat

mencapai 100 %. Hal ini disebabkan karena adanya kalor hilang melalui radiasi,
ataupun terbawa gas buang. Gas buang memiliki suhu yang lebih tinggi daripada
udara luar ketika masuk water heater, juga adanya kalor yang terhisap oleh
tabung sehingga suhu tabung lebih tinggi dari keadaan awal.
Untuk keperluan mandi pada umumnya suhu air yang dipergunakan
sebesar 38-39 °C (untuk orang dewasa). Jika mempergunakan water heater hasil
rancangan, maka debit yang dihasilkan alat water heater lebih besar dari 11
liter/menit.

42

BAB VI
PENUTUP

6.1.

KESIMPULAN
Dari penelitian yang dilaksanakan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan

sebagai berikut :
a.

Water Heater telah berhasil dibuat dengan baik dan menghasilkan temperatur 42
o

C pada debit 11 liter/menit sehingga mampu bersaing dengan Water Heater yang

dijual dipasaran.
b.

Hubungan antara debit air (DA) yang masuk dengan temperatur air yang keluar
dinyatakan dengan persamaan :

c.

T input

= 27oC

T out

= 124,64 DA-0,466

Kalor yang diterima air dari Water Heater dinyatakan dengan
qair

d.

= -7,9546 DA2 + 381,98 DA + 8582,7

Kalor yang diterima air dari Water Heater dinyatakan dengan persamaan :
T input

= 27oC

qair

= -7,9546 DA2 + 381,98 DA + 8582,7

e.

Kalor yang diberikan gas LPG sebesar = 15222,94 watt

f.

Menghitung debit air masuk dengan efisiensi Water Heater dinyatakan dengan
persamaan :
Efisiensi ( ) = -0,0523 DA2 + 2,5092 DA + 56,38
43

6.2.

SARAN
Adapun beberapa saran yang dapat menjadi pengembangan dan perbaikan di

beberapa sisi yang menjadi kekurangan, yaitu :
a.

Konstruksi pipa agar lebih sesuai dengan konstruksi sumber panas sehingga
panas yang diserap pipa semakin optimal

b.

Terdapat isolator panas dibeberapa sisi luar untuk meminimalisir kalor yang
terbuang

c.

Perhitungan lubang gas buang yang tepat sesuai dengan kebutuhan sehingga
lubang gas buang tidak jauh melebihi kebutuhan sehingga dapat meminimalisir
panas yang terbuang

d.

Konstruksi casing yang tepat dan lebih proporsional sehingga udara yang masuk
kedalam casing sesuai kebutuhan

e.

Menggunakan bahan baku dengan nilai konduktivitas termal yang lebih tinggi
namun dengan biaya yang cukup ekonomis

44

DAFTAR PUSTAKA

Holman, J.P, 1993, Perpindahan Kalor, Edisi Keenam, Erlangga: Jakarta
Anonim,

http://www.scribd.com/doc/61109210/BAB-II-Termal Diakses : 21
Oktober 2012.

Anonim,

http://infoharga.detikpos.net/2011/09/daftar-harga-kompor-gasquantum.html Diakses : 12 November 2012.

Anonim,

http://teknindogas.wordpress.com/2010/05/25/kompor-gas-tungkubesar-rp-300-000/ Diakses : 12 November 2012.

Anonim,

http://www.alibaba.com/products/lpg_water_heater/-60703.html?tracelog=detail_sn_cat Diakses : 21 Oktober 2012.

Anonim,

http://mengerjakantugas.blogspot.com/2010/11/teori-perpindahanpanas-konduksi.html Diakses : 21 Desember 2012.

Anonim,

http://tokopompaair.com/water-heater/wasser-wh-506a-lpg/ Diakses :
21 Februari 2013

Anonim,

http://www.ebay.com/bhp/lpg-tankless-water-heater

Diakses

:

21

Februari 2013
Anonim,

http://waterheaterwika.blogspot.com/2012/07/jenis-jenis-waterheater.html Diakses : 26 Februari 2013

45

LAMPIRAN

Beberapa Tabel dan Daftar ( sumber: Holman. J.P. 1993. Perpindahan kalor )

46

47

48