PEMANAS AIR DENGAN MENGGUNAKAN BLOWER DAN TANPA BLOWER

  

PEMANAS AIR DENGAN MENGGUNAKAN BLOWER DAN

TANPA BLOWER

TUGAS AKHIR

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

  

BERNADUS DEDI PURWANTO

NIM : 085214032

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

2013

  I

  

BLOWER

FINAL PROJECT

  Presented a Partial Fulfillment of the Requirements For the Degree of Sarjana Teknik in Mechanical Engineering submitted by

  

BERNADUS DEDI PURWANTO

Student Number : 085214032

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2013

II WATER HEATER WITH USING BLOWER AND WITH OUT

  III

  IV

  V VI

  

ABSTRAK

  Latar belakang penelitian ini bertujuan untuk (a). Mengetahui hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar pemanas air tanpa blower dan dengan menggunakna blower, (b). Mengetahui hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor pada pemanas air tanpa blower dan dengan menggunakan blower, (c). Menghitung kalor yang diberikan gas LPG pada pemanas air tanpa blower dan dengan menggunakan blower, dan (d). Menghitung efisiensi pemanas air pada pemanas air tanpa blower dan dengan menggunakan blower.

  Untuk mengalirkan air menuju alat water heater tanpa blower dan dengan menggunakan blower diperlukan adanya air dan kran. Kran digunakan sebagai pengatur jumlah debit air yang mengalir untuk pengaliran water heater tanpa blower dan dengan menggunakan blower. LPG digunakan sebagai bahan bakar kompor untuk memanasi air yang mengalir di dalam water heater tanpa blower dan dengan menggunakan blower. Data debit air diperoleh dengan cara mengukur debit air yang mengalir mempergunakan gelas ukur dan stopwatch. Banyaknya air yang mengalir setiap menit dicatat setiap ada perubahan debit. Untuk pengukuran suhu air dilakukan dengan cara memasang termokopel pada sisi keluar water heater. Suhu air dicatat setiap ada perubahan debit air.

  Penelitian water heater ini memperolah hasil (a). Pada debit aliran 3,84 liter/menit suhu air keluar yang dihasilkan adalah sebesar 44,5°C untuk penelitian pemanas air tanpa blower, sedangkan untuk pemanas air dengan menggunakan blower pada debit air 3,92 liter/menit suhu air keluar yang dihasilkan 41,7°C,(b). Laju aliran kalor yang diterima air bergantung pada debit air yang mengalir, Untuk penelitian tanpa blower, semakin besar debit air yang mengalir semakin besar laju aliran kalor yang diterima air ( berlaku untuk debit 1-7 liter/menit akan tetapi setelah debit lebih dari 7 liter/menit semakin besar debit air yang mengalir, laju aliran kalor yang diterima air semakin rendah pada pemanas air tanpa blower, sedangkan untuk penelitan pemanas air menggunakn blower laju aliran kalor yang dihasilkan adalah 5004,84 watt pada debit 1,6 liter/menit, (c). Kalor yang diberikan gas LPG adalah sebesar 14530,9908 watt, (d). Efisiensi terbesar yang diperoleh pada penelitian ini adalah sebesar 33,48% pada debit air 7,2 liter/menit untuk pemanas air tanpa blower sedangkan untuk pemanas air dengan menggunakan blower efisiensi tertinggi sebesar 28,12% pada debit air 7,52 liter/menit.

  VII

KATA PENGANTAR

  VIII

  Puji dan syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat, rahmat dan bimbinganNya, hingga terselesaikannya Tugas Akhir, yang berjudul “Pemanas Air dengan menggunakan blower dan tanpa blower”. 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 Tugas Akhir ini penulis mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada :

  1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku 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. Magdalena Anik Haniah dan Silverius Suyatna salaku orang tua yang telah memberi dukungan baik material maupun spiritual hingga saat ini.

  IX

  

DAFTAR ISI

  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 DAFTAR TABEL ....................................................................................... xiv DAFTAR GAMBAR .................................................................................. xv DAFTAR NOTASI .................................................................................... xviii

  BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ...............................................................

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

  2 1.3. Batasan Masalah ...........................................................

  3 1.4. Manfaat .........................................................................

  3 BAB II LANDASAN TEORI DAN REFERENSI 2.1. Landasa Teori ...............................................................

  4 X

  2.1.1 Pipa saluran airSaluran Air ..........................................

  4 2.1.2 Sirip ...........................................................................

  5 2.1.3 Bahan Bakar ................................................................

  6 2.1.4 Kebutuhan Udara .......................................................

  8 2.1.5 Saluran Gas Buang ......................................................

  9 2.1.6 Sumber Api ................................................................

  10 2.1.7 Isolator .......................................................................

  11 2.2 Referensi .......................................................................

  12 2.3 Rumus Perhitungan .........................................................

  16 2.3.1 Laju Aliran Kalor ..........................................................

  16 2.3.2 Laju Aliran Kalor Yang Diberikan Gas .......................

  17 2.2.2 Efisiensi ........................................................................

  17 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Rancangan Pemanas Air .................................................

  19 3.2. Peralatan Dan Bahan ......................................................

  24 3.2.1 Alat Yang Digunakan ..................................................

  24 3.2.2 Bahan Yang Digunakan ..............................................

  26

  3.2.3 Langkah-langkah Pengerjaan ....................................... 27 3.2.3.1 Persiapan .................................................................

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

  28 3.3 Hasil Pembuatan ...........................................................

  34 3.4 Variabel Yang Divariasikan ............................................

  35 XI

  XII 3.5 Cara Memperoleh Data ...................................................

  43 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ...................................................................

  51 D. Daftar Konduktifitas Termal Berbagai Bahan ........................................

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

  49 A. Nilai Sifat-Sifat Logam (sumber: Holman. J.P. 1993.Perpindahan Kalor) 49 B. Nilai Sifat-Sifat Logam (Lanjutan 1) .....................................................

  48 LAMPIRAN ...............................................................................................

  47 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................

  46 5.2. Saran ..............................................................................

  4.2.5 Efesiensi ...................................................................... 40 4.3 PEMBAHASAN .............................................................

  35 3.6 Cara Mengolah Data .......................................................

  40

  39 4.2.4 Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diberikan Gas .....

  39 4.2.3 Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diterima Air .......

  38 4.2.2. Perhitungan Laju Aliran Massa air, mair ......................

  37 4.2.1 Perhitungan Kecepatan Air Rata – rata um ....................

  36 4.2. Perhitungan Dan Pembahasan ........................................

  36 BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Data Penelitian ..............................................................

  52

  

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 4.1 Hasil pengujian pemanas air tanpa blower ...............................

  36 Tabel 4.2 Hasil pengujian pemanas air dengan menggunakan blower ......

  37 Tabel 4.3 Perhitungan m , q dan efisiensi tanpa blower ......................

  41

  air air

Tabel 4.4 Perhitungan m , q dan efisiensi dengan menggunakan

  air air blower ......................................................................................

  41 DAFTAR GAMBAR

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

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

  6 Gambar 2.3 Kompor gas dengan regulator Savequam ..............................

  10 Gambar 2.4 Kompor gas tungku besar ........................................................

  11 Gambar 2.5 Kompor kuantum RT ...............................................................

  11 Gambar 2.6 Gambar pemanas air gas Madona GI-6 ....................................

  13 Gambar 2.7 Water Heater SMALES ...........................................................

  14 Gambar 2.8 Pemanas air gas Rinnai REU-55RTB .......................................

  15 Gambar 2.9 Laju aliran kalor ......................................................................

  16 XIII

  XIV Gambar 3.1 Rancangan Pemanas Air ..........................................................

  28 Gambar 3.14 Lengkungan pipa dan sirip ......................................................

  33 Gambar 3.23 Lubang saluran udara .............................................................

  32 Gambar 3.22 Penutup bagian atas .................................................................

  32 Gambar 3.21 Tabung bagian dalam ..............................................................

  31 Gambar 3.20 Tabung bagian dalam sebelum dibentuk .................................

  31 Gambar 3.19 Tabung bagian luar .................................................................

  30 Gambar 3.18 Pipatembaga/ sirip setelah dipotong dan diluruskan ................

  30 Gambar 3.17 Pipa tembaga setelah dipotong ................................................

  29 Gambar 3.16 Pemotongan pipa tembaga untuk sirip .....................................

  29 Gambar 3.15 Pipa tembaga sebelum dipotong ..............................................

  27 Gambar 3.13 Alat bending manual dan pemotong pipa .................................

  19 Gambar 3.2 Lengkungan Pipa .....................................................................

  26 Gambar 3.12 Blower ...................................................................................

  25 Gambar 3.11 Tabung gas .............................................................................

  25 Gambar 3.10 Gelas ukur ..............................................................................

  23 Gambar 3.9 Termokopel, alat tulis dan kompor ...........................................

  22 Gambar 3.8 Skema rangkaian alat ...............................................................

  21 Gambar 3.6 Pemanas air tampak dari bawah ................................................ 22 Gambar 3.7 Pemanas air tampak dari luar ....................................................

  21 Gambar 3.5 Penutup ...................................................................................

  20 Gambar 3.4 Sirip ........................................................................................

  20 Gambar 3.3 Lengkungan dan sirip ..............................................................

  33

  XV Gambar 3.24 Pemanas air ............................................................................

  34 Gambar 3.25 Pemanas air menggunakan blower ...........................................

  35 Gambar 4.1 Hubungan debit air dengan suhu air keluar pemanas air ...........

  42 Gambar 4.2 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diserap air pada suhu air input 27.5 ° .......................................................

  42 Gambar 4.3 Hubungan debit air dengan efisiensi pemanas air pada suhu air input 27,5 °C ...........................................................................

  43

BAB I PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG

  Di zaman peradaban sekarang ini, hampir setiap orang menggunakan air panas pada kehidupan sehari-hari. Seperti untuk minum, masak bahkan untuk mandi. Para pekerja yang pulang dimalam hari akan lebih rileks bila mandi dengan air hangat.

  Air hangat juga sangat dibutuhkan oleh orang-orang yang tinggal di daerah pegunungan, karena suhu di daerah pegunungan lebih dingin. 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 jenis pemanas air yaitu pemanas air yang menggunakan energi matahari (Solar Water Heater), pemanas air yang menggunakan energi gas dan pemanas air yang mempergunakan energi listrik. Pemanas air dengan energi matahari (Solar cell), mudah diterapkan pada negara tropis karena memanfaatkan energi gratis dan tidak terbatas dari panas matahari. Namun kemampuannya bergantung pada banyaknya sinar matahari sehingga terbatas penggunaannya (volume air panas yang dapat dipergunakan).Bilaterjadi cuaca yang tidak mendukung, pemanas air tidak dapat lagi digunakan terutama di daerah pegunungan dingin yang sedikit mendapatkan penyinaran matahari.Sedangkan untuk pemanas air tenaga listrik sangat mudah didapatkan di toko-toko elektronik

  1

  2 dan penggunaannya lebih praktis dibandingkan dengan menggunakan tenaga surya. Namun ada juga kekurangannya yaitu apabila terjadi pemadaman listrik, maka pemanas air jenis ini tidak dapat digunakan dan tingkat perbaikan kerusakan sangat sulit, sehingga perlu menambah biaya yang cukup banyak.Volume air panas yang dihasilkan juga dalam jumlah tertentu, jika volume air panas yang dipergunakan sudah habis digunakan, maka harus menunggu waktu pemanasan air lagi. Dilihat dari sisi biaya, pemanas air dengan menggunakan tenaga listrik jauh lebih mahal dibandingkan dengan menggunakan gas LPG.

  Pemanas air tenaga gas LPG menggunakan bahan bakar gas untuk memanaskan air lebih menguntungkan dibandingkan dengan pemanas air tenaga listrik maupun tenaga surya. Adapun keuntungannya 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. 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 PENELITIAN

  Penelitian bertujuan untuk :

  a. Mengetahui hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar pemanas air tanpa blower dan dengan menggunakan blower.

  b. Mengetahui hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor pada pemanas air tanpa blower dan dengan menggunakan blower.

  3 c. Menghitung kalor yang diberikan gas LPG pada pemanas air tanpa blower dan dengan menggunakan blower.

  d. Menghitung efisiensi pemanas air pada pemanas air tanpa blower dan dengan menggunakan blower.

  1.3. BATASAN – BATASAN

  Batasan – batasan yang di perlukan dalam perancangan dan pembuatan water heater : a. Tinggi pemanas air : 75 cm, diameter : 28 cm, dengan panjang pipa tembaga : 25 m, dengan 2 lintasan.

  b. Banyaknya dinding plat : 2 lapis, plat lapis dalam mempunyai banyak lubang dengan diameter : 2 mm dengan jumlah 380 dan plat luar mempunyai banyak lubang 300 dengan diameter : 1cm (setinggi 75 cm)

  c. Bahan pipa tembaga dengan diameter : 0,953 cm = 3/8 inch

  d. Pipa bersirip dengan jumlah sirip : 16 dan panjang sirip 25 cm

  e. Sirip dari pipa tembaga dengan diameter : 0,953 cm

  1.4. MANFAAT

  Manfaat yang dieroleh dari penelitian : a. Memperluas pengetahuan tentang pembuatan pemanas air.

  b. Hasil penelitian dan model water haeater yang dihasilkan dapat digunakan oleh kalangan masyarakat luas.

BAB II LANDASAN TEORI DAN REFERENSI

2.1. LANDASAN TEORI

2.1.1. Pipa Saluran Air

  Pada umumnya saluran air berupa pipa.Ada beberapa pertimbangan dalam perancangan pipa saluran air. Pertama, hambatan pipa saluran air diusahakan sekecil mungkin. Oleh karena itu dalam pembuatan pipa saluran air diusahakan tidak mengalami pembelokan. Kalau terpaksa ada pembelokan, sudut

  o

  pembelokan pipa diusahakan besar (lebih besar dari 90 ), dan dibuat radius. Hal ini dimaksudkan agar gesekan yang terjadi antara fluida dan pipa semakin kecil.

  Ada beberapa hal yang harus diperhatikan dalam memilih pipa, yang pertama kehalusan permukaan saluran pipa bagian dalam juga harus diperhatikan.

  Semakin halus permukaan pipa bagian dalam maka semakin kecil gesekan yang terjadi atau semakin kecil daya pompa yang diperlukan. Kedua, bahan pipa juga harus diperhitungkan dimanabahan tersebut dapat berfungsi sebagai konduktor yang baik, dapat memindahkan kalor dari api ke fluida yang mengalir di dalam pipa. Biasanya bahan yang digunakan alumunium dan tembaga. Semakin tinggi nilai konduktivitas termal bahan, semakin besar laju aliran kalornya. Ketiga, diameter pipa saluran air juga harus diperhitungkan. Semakin besar diameter pipa, semakin kecil hambatan yang terjadi. Semakin besar ukuran diameter pipa semakin besar daya pompa yang diperlukan. Lalu semakin kecil diameter saluran,

  4

  5 suhu air yang dihasilkan (suhu yang keluar dari output) akan semakin besar, juga sebaliknya.

2.1.2 Sirip

  Fungsi sirip adalah untuk memperluas permukaan penangkapan kalor. Jika sirip dipasang pada 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 pada pipa saluran air, akan semakin besar kalor yang akan dipindahkan ke air. Dengan demikian pemasangan sirip akan berpengaruh terhadap suhu air keluar pada pipa output.

  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 (sumber: Holman,

  J.P, 1993, Perpindahan kalor )

  6

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

2.1.3 Bahan Bakar

  Pada pemanas air jenis ini menggunakan bahan bakar Liquified Petroleum Gas (LPG). LPG yang digunakanadalah 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 H dan Butana C H , dengan komposisi _{3 8 4 10}

  ( ) ( )

  kurang lebih sesbesar 99 %, selebihnya adalah gas Pentana C H yang _{5 12}

  ( )

  dicairkan. Perbandingan komposisi Propana dan Butana adalah30 : 70. LPG lebih berat dari udara dengan berat jenis sekitar 2,01 (dibandingkan dengan udara).

  2 Tekanan uap LPG cair dalam tabung sekitar 5 – 6,2 kg/m . Nilai kalori sekitar :

  21.000 BTU/lb. zat metan pada umumnya ditambahkan ke LPG untuk memberikan bau khas, supaya jika terjadi kebocoran, dapat segera terdeteksi dengan cepat dan mudah.

  7 Reaksi pembakaran Propana C H , jika terbakar sempurna adalah _{3 8}

  

( )

  sebagai berikut :

  C H + 5 CO + 4 + panas _{3 8} O → 3 H O _{2 2 2} Propana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas

  Panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut setara dengan 46000000 J/kg atau 46 MJ/kg.

  Reaksi pembakaran Butana C H ,jika terbakar sempurna adalah sebagai

  ( ^{4 10 )}

  berikut :

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

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

  Sebagai gambaran: Untuk menaikkan 1 gram air sebesar 1°C dibutuhkan energi sebesar 4,186 J. untuk menaikkan suhu 1 liter air dari suhu ruangan (30°C) akan dibutuhkan energi sebesar 293.020 J. pada tahap ini, air baru mencapai suhu 100°C dan belum mendidih. Diperlukan energi lagi sebesar 2257 J/gram air untuk merubah air menjadi uap. Pada kondisi udara luar, 1 kg Propana memiliki ₃ volume sekitar 0,543 m .1 kg elpiji memiliki energi yang setara untuk mendidihkan air 90 liter. 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 %.

  8

Tabel 2.1 Daya pemanasan dan efisien sialat masak dengan gas LPG dan

  bahan bakar lainnya (sumber: aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-

  lpg-di-dapur-anda.pdf )

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

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

  Gas Kota 4500 kkal/m3 55 % Listrik 860 kkal/kwh 60 %

  L P G 11.900 kkal/kg 60 % Listrik 860 kkal/kwh 60 %

2.1.4 Kebutuhan Udara

  Di dalam proses pembakaran memerlukan oksigen. Pada proses pembakaran bahan bakar untuk pemanas air dapat mempergunakan oksigen yang dapat diambil dari lingkungan (udara bebas). Aliran udara yang diperlukan harus disesuaikan dengan ukuran tabung pemanas air dan pipa yang digunakan dengan kata lain aliran udara yang diperlukan harus dikondisikan sedemikian rupa agar api yang diperlukan dalam proses pembakaran mendapatkan kebutuhan udara yang cukup. Kekurangan oksigen dapat mengakibatkan nyala api tidak sempurna, sehingga menyebabkan kurangnya kalor yang dipindahkan ke air. Kelebihan oksigen juga dapat menghambat pipa dalam menyerap panas. Nyala api diusahakan mampu memberikan kalornya secara efisien ke air yang mengalir di dalam saluran pipa.

  9

Tabel 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normal (sumber:

  

repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/16641/4/Chapter %20I.pdf )

  No Udara Komposisi (%)

  1 Nitrogen 78,1

  2 Oksigen 20,93

  3 Karbon dioksida 0,03

  4 Gas lain 0,94

2.1.5 Saluran Gas Buang

  Hasil pembakaran menghasilkan gas buang. Gas buang yang dihasilkan berupa gas dan uap air yang keluar. Gas buang tersebut harus diberikan jalan untuk keluar dari pemanas air agar nyala api tidak terganggu. Perancangan saluran gas buang harus mempertimbangkan besar kecilnya debit gas buang yang terjadi agar gas buang dapat mengalir keluar dengan lancar. Penempatan lubang keluar gas buang jangan sampai mengganggu fungsi dari pemanas air.

  Gas buang akan menguntungkan jika suhunya hampir sama 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 energi tidak banyak yang terbuang secara percuma.

  Ukuran dan posisi lubang keluaran sangat menentukan besarnya suhu gas asap yang keluar dari pemanas air. Perancangan saluran gas buang sangat menentukan nyala api pembakaran yang dihasilkan. Jika gas buang tidak dapat keluar, maka tekanan gas buang yang dihasilkan akan menyebabkan api terdorong keluar dari ruang bakar. Api tidak akan berfungsi dengan baik untuk

  10 memanaskan air. Karena 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,akan semakin besar kalor yang dapt dipindahkan ke dalam air melalui saluran pipa air.

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

Gambar 2.3 Kompor gas dengan regulator Savequam

  11

Gambar 2.4 Kompor gas tungku besarGambar 2.5 Kompor Quantum RT

2.1.7 Isolator

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

  12 dapat melalui lubang - lubang yang dibuat di dinding tabung dalam. Nilai konduktivitas thermal udara disajikan pada tabel 2.3. isolator yang baik, jika nilai konduktifitas thermal yang dimilikinya rendah.

Tabel 2.3 Konduktifitas termal beberapa media (sumber:

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

  Konduktifitas Termal (k) Media

  W/m.ºC Gabus 0,042 Wol 0,040 Kayu 0,08-0,016 Bata 0,84 Busa 0,024 Udara 0,023

2.2 REFERENSI

  Kegiatan rekayasa dan pengembangan pemanas air untuk memenuhi kebutuhan masyarakat berkembang pesat. Pemanas air yang ditawarkan dipasaran bermacam-macam misalnya, dari model bentuk, kapasitas air yang mengalir, dan juga sumber bahan bakar yang digunakan. Sumber bahan bakar yang digunakan dalam pemanas air misalnya, LPG, energi listrik, energi matahari, biogas, dan masih banyak lagi. Untuk kapasitas air per menit juga bervariasi, rata-rata pemanas air yang dijual di pasaran berkapasitas 5-8 liter/menit, biasanya digunakan dalam rumah tangga, sedangkan untuk kapasitas yang lebih besar biasanya digunakan dihotel.

  Referensi pembanding untuk pembuatan pemanas air bahan bakar gas LPG adalah pemanas air merk Water Heater Gas Low Pressure Mayaka (WH 12- 606),water heater Water Heater Gas Low Pressure Wasser (WH506A - LPG), dan

  13 pemanas air Water Heater Gas Paloma (PH 5 RX) yang karakteristiknya adalah sebagai berikut :

a. Pemanas air gas Modena GI-6

Gambar 2.6 Pemanas air gas Modena GI-6 (sumber:

  

http://www.modena.co.id/detail-2-26-344.php )

  Spesifikasi :

• Nama : Pemanas air gas Modena GI-6
• Model : GI-6
• Warna : Putih
• Kapasitas Maksimum : 6 liter/menit
• Dimensi Luar : 740 mm x 430 mm x 248 mm

  

°

  C

• Temperatur maksimum : 65
• Tipe Gas : NG LPG

Gambar 2.7 Water heater SMALES (sumber sumber:

  14 b. Water heater SMALES

  http://www.ecvv.com/product/1974688.html )

  Negara pembuat : Cina Nama produk : SMALES Spesifikasi

• Model : JLG22-BV8
• Kapasitas maksimum : WH506A – LPG
• Dimensi luar : 740 x 430 x 248mm
• Kapasitas Maksimum : 6 liter / menit
• Tipe Gas : NG LPG
• Jangkauan temperatur : 40°C - 80°C

Gambar 2.8 Pemanas air gas Rinnai REU-55RTB (sumber:

  15 c. Pemanas air gas Rinnai REU-55RTB

  

http://www.rinnai.co.id/product-rinnai/hot-water-solution/instant-gas-

water-heater )

  Nama Produk : Rinnai Spesifikasi

• Model : REU-55RTB
• Kapasitas maksimum : 6 liter / menit
• Berat : 6 kg
• Tipe Gas : Gas LPG
• Temperatur maksimum : ± 50°C
• Dimensi luar : 369 mm x 290 mm x 138 mm

  16

2.3 RUMUS PERHITUNGAN

2.3.1 Laju Aliran Kalor

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

  air

  m

  air

  c

  air

  Air keluar ρ d U

  m

  d Air Masuk

  T

1 T

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

  o

Gambar 2.9 Laju aliran kalor

  ( ) ^{o i air air air} T T c m q

  C)

  o

  : suhu air keluar (

  o

  C) T

  : suhu air masuk (

  m = _m u d

  i

  C) T

  q : laju aliran kalor yang diterima air (watt) _air m : laju aliran massa air (kg/detik); (1 kg/detik ≈ 1 liter/detik) _air c : kalor jenis air (J/kg o

  ............................................................ (2.2) Pada persamaan (2.1) dan (2.2): _air

  π ρ

  4 . ( ²

  − =

  )

  17

  u : kecepatan rata-rata fluida mengalir (m/s) _m

  3

  3

  : massa jenis air (kg/m ) (≈ 1000 kg/m )

  ρ

  d : diameter saluran (m)

  2.3.2 Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas Kalor yang diberikan gas dapat dihitung dengan persamaan.

q = m c ..............……..…..................………………………….(2.3)

_{gas gas gas}

  Pada persamaan (2.3) :

  m : laju aliran massa gas elpiji yang terpakai (kg/s) _gas c : nilai kalor jenis elpiji (J/kg), (1kkal = 4186,6 J), tersaji pada Tabel 2.1 _gas

  : 11.900 kkal/kg

  c _LPG

  2.3.3 Efisiensi

  Efisiensi pemanas air dapat dihitung dengan persamaan :

  q _air x 100 % ...........…………………..................……….…….........(2.4) η = q _gas

  Pada persamaan (2.4) : : Efisiensi pemanas air (%)

  η

  : Laju aliran kalor yang diterima air (watt)

  q _air q _gas : Laju aliran kalor yang diberikan gas (watt)

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 RANCANGAN PEMANAS AIR

  Gambar rancangan pemanas air dengan menggunakan bahan seng dan pipa tembaga. Disajikan pada Gambar 3.1 sampai Gambar 3.7. ambar 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 3.1 Rancangan pemanas air

  20

Gambar 3.2 Lengkungan pipaGambar 3.3 Lengkungan dan sirip

  21

  Gambar 3.4

  Sirip

Gambar 3.5 Penutup

  22

Gambar 3.6 Pemanas air tampak dari bawahGambar 3.7 Pemanas air tampak dari luar

  23 Skematis pengujian pada pemanas air telah tergambar dan dijelaskan pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Skema rangkaian alat

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

  24 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. PERALATAN DAN BAHAN

3.2.1. 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. Gunting, digunakan untuk memotong seng.

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

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

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

  f. Jangka, untuk membuat lingkaran pada seng sebelum dipotong.

  25 g. Alat bending, untuk melengkungkan pipa.

  h. Alat pemotong, digunakan dalam pembuatan sirip untuk memotong pipa tembaga. i. Thermokopel, sebagai alat pengukur suhu fluida yang keluar.

  j. Mur dan baut / kawat, sebagai pegunci.

  k. Selang karet, sebagai penyambung dari gas kekompor. l. Stopwatch, sebagai penunjuk waktu. m. Gelas ukur, sebagai tempat penampung fluida dan juga pengukur banyaknya air per menit.

Gambar 3.9 Termokopel, alat tulis dan komporGambar 3.10 Gelas ukur

  26

3.2.2. Bahan yang Digunakan

  a. Pipa tembaga dengan diameter 0,953 cm sebagai saluran air

  b. Kawat besi sebagai pengikat sirip tembaga

  c. Seng sebagai penutup pipa saluran

  d. Kompor dan gas LPG, sebagai pengatur debit gas sekaligus menjadi penyuplai kalor.

  e. Kran, sebagai pengatur debit air.

  f. Selang air, sebagai penyambung dari kran ke pipa tembaga masuk pemanas air.

  g. Blower, untuk mengalirkan udara.

Gambar 3.11 Tabung gas

  27

Gambar 3.12 Blower

3.2.3. Langkah-langkah Pengerjaan

3.2.3.1 Persiapan

  Sebelum memulai pembuatan pemanas air, terlebih dahulu harus melakukan persiapancyaitu :

  a. Menyiapkan gambar rancangan

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

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

  b. Menyiapkan alat – alat dan bahan

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

  28

3.2.3.2 Pengerjaan

  Dalam pelaksanaan pembuatan pemanas air banyak hal-hal yang harus dilakukan yaitu :

a. Melengkungkan pipa

  Dalam melengkungkan pipa tembaga untuk membentuk spiral maka digunakan mesin roll atau alat bending manual. Dalam proses pelengkungan pipa tembaga secara manual hasil yang diperoleh kadang tidak sesuai dengan apa yang kita inginkan dan kemungkinan pipa tersebut bias rusak bahkan patah.

Gambar 3.13 Alat bending manual dan pemotong pipa

  29

Gambar 3.14 Lengkungan pipa dan sirip

b. Memotong pipa tembaga

  Memotong pipa tembaga sesuai dengan ukuran yang telah dirancang sebelumnya dengan menggunakan tube cutter.

Gambar 3.15 Pipa tembaga sebelum dipotong

  30

Gambar 3.16 Pemotongan pipa tembaga untuk siripGambar 3.17 Pipa tembaga setelah dipotong

  31

Gambar 3.18 Pipatembaga/ sirip setelah dipotong dan diluruskan

c. Membuat tabung Bahan yang digunakan dalampembuatan tabunga dalah seng.

Gambar 3.19 Tabung bagian luar

  32

  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 itu tidak hilang kesamping.

Gambar 3.20 Tabung bagian dalam sebelum dibentukGambar 3.21 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

  33 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 3.22 Penutup bagian atas.

f. Membuat saluran udara

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

Gambar 3.23 Lubang saluran udara

  34

g. Memasang kompor

  Pada pemasangan kompor 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.

3.3. HASIL PEMBUATAN

  Hasil pembuatan untuk water heater disajikan seperti pada gambar 3.24 dan gambar 3.25.

Gambar 3.24 Pemanas air tanpa blower

  35

Gambar 3.25 Pemanas air menggunakan blower

  Kesulitan dalam pengerjaan, a) Melipat plat dalam pembentukan tabung.

  b) Pembentukan pipa spiral, karena dilakukan secara manual.

  c) Memposisikan pipa tembaga pada tabung.

  3.4 VARIABEL YANG DIVARIASIKAN

  1. Penggunaan blower dan tanpa menggunakan blower

  3.5. CARA MEMPEROLEH DATA

  Data debit air diperoleh dengan mengukur debit air yang mengalir mempergunakan gelas ukur dan stopwatch. Banyaknya air yang mengalir

  36 setiap menit dicatat setiap ada perubahan debit. Pengukuran suhu air dilakukan dengan memasang termokopel pada sisi keluar pemanas air. Suhu air dicatat setiap ada perubahan debit air.

3.6. 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 pemanas air.

  b. Hubungan antara debit air dengan laju aliran keluar pemanas air.

  Perhitungan laju aliran kalor dilakukan dengan mempergunakan Persamaan (2.1). Untuk memudahkan mendapatkan kesimpulan data-data disajikan dalam bentuk grafik.

  `

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 DATA PENELITIAN

  i

  3

  Hasil pengujian pemanas air, yang meliputi : debit air, suhu air masuk T

  /s = 1000 liter/s = 1000 x 60 (liter/menit)

  3

  1m

  8 Catatan :

  9 11 8,52 0,00014 0,1420 27,5 35,2

  36

  9 10 8,04 0,00013 0,1340 27,5

  11 8 7,2 0,00012 0,1200 27,5 37,2 10 9 7,68 0,00013 0,1280 27,5 36,5

  38