Water Heater dengan panjang 7 meter dan diameter pipa 0,5 inci.
ABSTRAK
Water heater pada saat ini sangat luas dipergunakan, misalnya di rumah
tangga sebagai pemanas air untuk mandi, di rumah, di hotel, di kolam renang, dsb.
Untuk dapat menghasilkan water heater yang mampu bersaing di pasaran, penulis
tertarik untuk melakukan penelitian ini. Tujuan penelitian ini adalah: (a)
merancang dan membuat
water heater
, (b) memperoleh hubungan antara debit air
yang mengalir dengan suhu air keluar
water heater
yang dibuat, (c) memperoleh
hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor, (d) menghitung kalor yang
diterima air dari
water heater
, (e) menghitung kalor yang diberikan gas LPG, (f)
menghitung efisiensi
water heater
.
Water heater yang dirancang memiliki panjang 7 meter dengan diameter
pipa 0,5 inci, tidak bersirip, dan mempunyai 3 tabung. Penelitian dilakukan
dengan mengukur debit air, suhu air masuk dan suhu air keluar dan debit gas
Selanjutnya menentukan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar,
hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor dan hubungan debit air dengan
efisiensi water heater.
Hasil penelitian memberikan beberapa kesimpulan yakni: (a) water heater
yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang dijual di pasaran karena
pada debit 6,96 liter/menit mampu menghasilkan suhu keluar water heater 41,3°C;
(b) hubungan antara debit air (
m
air) yang masuk dengan suhu air keluar (
T
out)
dapat dinyatakan dengan persamaan:
T
out=
109,5
m
air-0,49,(c) hubungan antara debit
air yang masuk (
m
air) dengan laju aliran kalor (
q
air) dapat dinyatakan dengan
persamaan :
q
air= 13.15
m
air2+ 95,94
m
air+ 6924; (d) hubungan debit air yang
masuk (
m
air) dengan efisiensi water heater (
η
) dapat dinyatakan dengan
persamaan:
η
=-0,086
m
air2+ 0,630
m
air+ 45,48; (e) kalor yang diterima air dari
water heater berkisar antara: 6178,23
–
7539,75 watt; (f) kalor yang diberikan gas
LPG sebesar : 15222,493 watt.
(2)
WATER
IIEATER
DENGAI\IPANJANG 7 METER
DAI\[I}IAMETER PIPA
O,SINCI
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin
Diajukan oleh
YI]LIUS
HARIMURTI
NIM:085214051
PROGRAM STUDI TEKI\IIK MESIN
JURUS$I TEIO{IK
MESIN
TAKULTAS SAINS DAII
fE
NOr.,OCrUNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
YOGYAKARTA
(3)
WATE,R IIEATER
WITII
7 METERS PIPEAND
OiS INCtrDIAMETER PIPE
rNAL PROJECT
As partiat
ftlfillment
of the requirementto obtaintlre Saqana Teknik &gree in Meehanical Engineering
Yurrus
rlARrn4rRTI
Student Numher: 08521405fMECHAMCAL
ENGINTEERING STUDYPROGRAM
MECHAMCAL
ENGII\TEERINGDEPARTMET{T
SCIENCtrAND TECIINOLOGY
F'ACT]LTYSANATA
DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2Al3
:'-!
rl
ti
i1
t1
lt
t1
ti
I I(4)
-r
t
WAIBREEAIERDENGAN
PAI{JANG
7MEITR
DAI\IDIAIIIETERPIPAqS tr{CT
'lTelah disetujui oleh Dosen Pembimbing'S&mipsi
h. PK. PunnPadi,rM.T. , -fi
T
(5)
(6)
(7)
(8)
vii
ABSTRAK
Water heater pada saat ini sangat luas dipergunakan, misalnya di rumah
tangga sebagai pemanas air untuk mandi, di rumah, di hotel, di kolam renang, dsb.
Untuk dapat menghasilkan water heater yang mampu bersaing di pasaran, penulis
tertarik untuk melakukan penelitian ini. Tujuan penelitian ini adalah: (a)
merancang dan membuat
water heater
, (b) memperoleh hubungan antara debit air
yang mengalir dengan suhu air keluar
water heater
yang dibuat, (c) memperoleh
hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor, (d) menghitung kalor yang
diterima air dari
water heater
, (e) menghitung kalor yang diberikan gas LPG, (f)
menghitung efisiensi
water heater
.
Water heater yang dirancang memiliki panjang 7 meter dengan diameter
pipa 0,5 inci, tidak bersirip, dan mempunyai 3 tabung. Penelitian dilakukan
dengan mengukur debit air, suhu air masuk dan suhu air keluar dan debit gas
Selanjutnya menentukan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar,
hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor dan hubungan debit air dengan
efisiensi water heater.
Hasil penelitian memberikan beberapa kesimpulan yakni: (a) water heater
yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang dijual di pasaran karena
pada debit 6,96 liter/menit mampu menghasilkan suhu keluar water heater 41,3°C;
(b) hubungan antara debit air (
m
air) yang masuk dengan suhu air keluar (
T
out)
dapat dinyatakan dengan persamaan:
T
out=
109,5
m
air-0,49,(c) hubungan antara debit
air yang masuk (
m
air) dengan laju aliran kalor (
q
air) dapat dinyatakan dengan
persamaan :
q
air= 13.15
m
air2+ 95,94
m
air+ 6924; (d) hubungan debit air yang
masuk (
m
air) dengan efisiensi water heater (
η
) dapat dinyatakan dengan
persamaan:
η
=-0,086
m
air2+ 0,630
m
air+ 45,48; (e) kalor yang diterima air dari
water heater berkisar antara: 6178,23
–
7539,75 watt; (f) kalor yang diberikan gas
LPG sebesar : 15222,493 watt.
(9)
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur rpenulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah
melimpahkan rahmat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang
berjudul Water Heater dengan Panjang 7 Meter dan Diameter Pipa 0,5 Inci.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi sebagia persyaratan memperoleh gelar
Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin di Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma.
Tanpa bantuan dan dorongan dari berbagai pihak, penulis menyadari
bahwa skripsi ini tidak akan terselesaikan tepat pada waktunya. Oleh karena itu,
penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1.
Paulina Heruningsih Prima Rosa,S.Si.,M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma atas ijin yang telah diberikan untuk
melakukan penelitian dan penulisan tugas akhir.
2.
Ir.Petrus Kanisius Purwadi M.T. selaku Pembimbing Akademik yang selalu
memberikan motivasi kepada penulis.
3.
Seluruh dosen Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan ilmunya selama
kuliah.
4.
Semua pihak yang telah membantu baiksecara langsung maupun tidak
langsung sehingga skripsi ini dapat terselesaikan.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini banyak kesalahan
(10)
ix
menyempurnakan sangat penulis butuhkan. Semoga karya ini bermanfaat bagi
penulis sendiri dan bagi pembaca pada umumnya.
Yogyakarta, Desember 2013
Penulis
(11)
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vi
ABSTRAK ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... x
LAMPIRAN ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR TABEL ... xv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.3 Tujuan ... 3
1.1
1.2
1.4
2.1
Dasar Teori………..
5
2.2
Referensi ...
……….
14
BAB III RANCANGAN DAN PEMBUATAN WATER HEATER
Latar Belakang ... 1
Perumusan Masalah ..
..
... 2
Batasan Masalah... 3
1.5
Manfaat
……
..
………
...4
(12)
xi
6
.2
Saran
………
...57
3.1
Rancangan water heater………..
19
3.2
Pembuatan water heater………..
23
3.3
Hasil pembuatan……….
.32
BAB IV METOD
OLOGI
PENELITIAN
4.1
Skematis Pengujian
………
. 36
4.2
Variasi Penelitian
………
.37
4.3
Peralatan Pengujian
………
..37
4.4
Cara Memperoleh Data……….
40
4.5
Cara Mengolah Data……….
41
4.6
Cara Menyimpulkan
………
.41
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN
5.1
Hasil Pengujian
………
.42
5.2
Perhitungan
………
...43
5.3
Pembahasan………
..51
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
6
.1
Kesimpulan
………
.56
(13)
xii
LAMPIRAN
Lampiran 1 Tabel dan Daftar Perpindahan Kalor
…………
...
5
9
Lampiran 2
Tabel konduktivitas Termal ...
...
...
...
...
.
..
60
Lampira
n
3 Tabel konduktivitas Ter
m
al Berbagai Bahan ...
.
...62
(14)
xiii
DAFTAR GAMBAR
2.1 Regulator Kompor ... 10
2.2 Selang Gas ... 10
2.3 Laju Aliran Kalor ... 12
2.4 Water Heater Modena G1-6 ... 15
2.5 Water Heater Rinnai REU-55RTB... 16
2.6 Water Heater Heating Equipment JIG30-BV6 ... 17
2.7 Water Heater Wall-Muonted Gas Boiler (JIG24-BV6) ... 18
3.1 Konstruksi Water Heater ... 19
3.2 Tutup Water Heater ... 20
3.3 Tutup Bagian Luar Water Heater ... 21
3.4 Tutup Bagian Tengah Water Heater ... 21
3.5 Tabung Bagian dalam Water Heater ... 22
3.6 Rancangan Water Heater... 23
3.7 Alat Pembengkok dan Pemotong Pipa ... 26
3.8 Hasil Pembuatan Lengkungan Pipa ... 26
3.9 Hasil Pembuatan Tabung Bagian Luar ... 27
3.10 Hasil Pembuatan Tabung Bagian Tengah ... 28
3.11 Hasil Pembuatan Tabung Bagian Dalam ... 28
3.12 Hasil Pembuatan Tutup Water Heater ... 29
3.13 Saluran Udara dalam Tabung ... 30
3.14 Kompor Water Heater ... 31
3.15 Pemasangan
Selang Air dengan Water Heater
... 31
(15)
xiv
3.17 Pemasangan Water Heater pada Kompor ... 33
3.18 Water Heater Siap Jadi ... 34
4.1 Skema Rangkaian Alat ... 36
4.2 Termokopel ... 37
4.3 LPG ... 38
4.4 Selang air ... 39
4.5 Gelas Ukur ... 40
5.1 Hubungan Debit Air dengan Suhu Air Keluar ... 52
5.2 Hubungan Debit Air dengan LajuAliran Kalor ... 53
(16)
xv
DAFTAR TABEL
Tabel2.1 Daya Pemanasan dan Efisiensi Alat Masak dengan Beberapa Jenis
Bahan Bakar ... 7
Tabel2.2 Komposisi Udara dalam Keadaan Normal... 8
Tabel2.3 Konduktifitas Termal Beberapa Isolator ... 11
Tabel5.1 Hasil Pengujian Pemanas Air ... 42
(17)
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Manusia membutuhkan air untuk bertahan hidup. Air digunakan untuk minum, memasak, mencuci, mandi dan lainnya. Kebutuhan manusia tidak terbatas dan selalu ingin bertambah, misalnya manusia membutuhkan air untuk mandi. Akan tetapi tingkat kesibukan yang semakin tinggi dan pola hidup yang mulai berubah maka orang-orang membutuhkan air hangat untuk mandi. Hal ini disebabkan karena pulang terlalu malam. Selain itu beberapa tempat umum juga memerlukan air hangat untuk mandi misalnya rumah sakit dan hotel. Oleh sebab itu dibutuhkan sebuah alat yang dapat mengubah air biasa menjadi air hangat sehingga dapat menghemat waktu dan tenaga, alat tersebut adalah water heater.
Terdapat tiga jenis water heater yaitu water heater menggunakan tenaga
sinar matahari (solar cell), water heatertenaga gas dan tenaga listrik. Setiap jenis
water heatermempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing. Water heater
dengan sinar matahari mudah diterapkan pada daerah tropis tetapi pemasangannya rumit kaena diletakkan di atap rumah. Water heaterdengan tenaga listrik banyak
dijual di toko elektronik dan penggunaannya lebih praktis daripada dengan tenaga surya. Akan tetapi apabila terjadi pemadaman listrik water heater jenis ini tidak
dapat digunakan. Selain itu volume air panas yang dihasilkan jumlahnya tertentu, jika volume air panas yang dipergunakan sudah habis digunakan maka harus memanaskan air lagi yang berakibat biayanya cukup mahal. Jenis water heater
(18)
ketiga adalah water heater menggunakan tenaga gas, yakni LPG. Water heater
jenis ini menggunakan bahan bakar untuk memanaskan air dan lebih menguntungkan dibandingkan dengan pemanas air tenaga listrik maupun tenaga surya. Hal ini disebabkan oleh konsep kerjanya mirip dengan penggunaan kompos gas sehingga lebih mudah dibandingkan dengan water heater lainnya.
Keuntungannya adalah air panas yang dipergunakan tidak terbatas, selama air dapat mengalir maka air panas dapat dihasilkan. Selain itu dari segi biaya, water
heater jenis ini lebih murah dibandingkann dengan pemanas air lainnya. Akan
tetapi harus bisa menjaga secaa hati-hati agar tabung gas tidak mengalami kebocoran yang mengakibatkan bahaya ledakan.
Dari latar belakang ini maka penulis ingin menyusun skripsi mengenai
water heater yang menggunakan tenaga gas LPG. Penulis ingin membahas
mengenai pembuatan water heater, hubungan antara debit air dengan suhu air.
Selain itu penulis juga ingin membahas mengenai efisiensi water heater yang
telah dibuat. Dalam skripsi ini penulis akan membuat water heatertanpa sirip.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Perumusan masalah dari penulisan ini adalah sebagai berikut: a. Bagaimana merancang dan membuat water heater?
b. Bagaimana memperoleh hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar water heateryang dibuat?
c. Bagaimanan memperoleh hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor? d. Bagaimana menghitung kalor yang diterima air dari water heater?
(19)
e. Bagaimana menghitung kalor yang diberikan gas LPG? f. Bagaimana menghitung efisiensi water heater?
1.3 TUJUAN
Tujuan dari penulisan ini adalah sebagai berikut: a. Merancang dan membuat water heater.
b. Memperoleh hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar
water heateryang dibuat.
c. Memperoleh hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor. d. Menghitung kalor yang diterima air dari water heater.
e. Menghitung kalor yang diberikan gas LPG. f. Menghitung efisiensi water heater.
1.4 BATASAN - BATASAN
Batasan-batasan dalam pembuatan water heater:
a. Tinggi water heater : 23,5 cm, diameter : 19,5 cm, dengan panjang pipa tembaga : 7 m, dengan 2 lintasan.
b. Banyaknya dinding plat : 3 lapis, plat lapis dalam mempunyai lubang dengan diameter : 0,7 inci dan plat luar mempunyai diameter 0,8 inci, plat lapis paling luar mempunyai diameter 1,5 cm dengan lubang 152 buah.
c. Pipa tanpa sirip dengan diameter 0,5 inci.
(20)
1.5 MANFAAT
Manfaat dari penelitian ini:
a. Menambah wawasan tentang pembuatan dan pemakaian water heater.
b. Sebagai referensi bagi mahasiswa dalam penelitian dan pembuatan water
heater.
c. Water heater yang dirancang dapat digunakan untuk model dalam membuat
water heateroleh masyarakat luas.
(21)
5 BAB II
DASAR TEORI DAN REFERENSI
2.1 DASAR TEORI 2.1.1 Saluran Air
Saluran air yang biasa digunakan adalah sebuah pipa. Untuk merancang pipa saluran dibutuhkan beberapa pertimbangan antara lain hambatan pipa saluran air diusahakan kecil untuk meminimalisir terjadinya pembelokan pada pipa saluran. Akan tetapi apabila terpaksa terjadi pembelokan, maka sudut pembelokan pipa diusahakan besar, misalnya lebih dari 900. Pembelokan yang terjadi diusahakan secara halus yaitu pipa dibuat melengkung dengan radius tertentu atau dibuat melingkar. Tujuannya adalah agar daya pompa yang diperlukan untuk mendorong air kecil dan gesekan yang terjadi antara fluida dan pipa semakin kecil.
Selain hambatan pipa saluran diusahakan kecil, kehalusan permukaan saluran pipa bagian dalam juga harus dipilih dengan seksama. Semakin halus permukaan pipa bagian dalam, semakin kecil gesekan yang terjadi atau semakin kecil daya pompa yang diperlukan. Pertimbangan lainnya adalah bahan pipa berkualitas baik untuk memindahkan kalor misalnya dari bahan tembaga. Selanjutnya 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 sehingga semakin kecil diameter saluran, suhu air yang dihasilkan akan semakin besar.
(22)
2.1.2 Bahan Bakar
Terdapat berbagai jenis bahan bakar, antara lain solar, minyak tanah, bensin dan gas alam. Saat ini pemerintah sedang mencanangkan pemakaian LPG (Liquified Petroleum Gas) untuk mengurangi pemakaian minyak bumi yang
jumlahnya semakin langka. Pada skripsi ini akan menggunakan bahan bakar LPG untuk memanaskan water heater. Terdapat tiga jenis LPG yaitu LPG untuk
keperluan rumah tangga, LPG gas Propana dan LPG gas Butana. Dari ketiga jenis LPG yang digunakan untuk water heater adalah LPG untuk rumah tangga yang
komposisinya adalah campuran antara Propana dan Butana.
Komponen utama bahan bakar LPG adalah gas Propana (C3H8) dan
Butana (C4H10) dengan komposisi kurang lebih sebesar 99%, selebihnya adalah
gas Pentana (C5H12) yang dicairkan. Zat mercaptan ditambahkan ke LPG untuk
memberikan bau khas agar segera terdeteksi jika mengalamai kebocoran. Reaksi pembakaran Propana (C3H8), jika terbakar sempurna adalah sebagai berikut:
C3H8+ 5O23CO2+ 4 H2O +panas
Propana + oksigen karbondioksida + uap air + panas
Menurut Suhartini panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut setara dengan 46000000 J/kg atau 46 MJ/kg. Reaksi pembakaran Butana (C4H10), jika terbakar sempurna adalah sebagai berikut:
2C4H10+ 13O28CO2+ 10H2O + panas Butana + oksigen karbondioksida + uap air + panas
Menurut Suhartini panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut hampir sama dengan Propana setara dengan 46 MJ/kg. Sebagai contoh, untuk menaikkan 1
(23)
gram air sebesar 10C dibutuhkan energi sebesar 4186 J. Adapun untuk suhu 1 liter air dari suhu ruangan (300C) akan dibutuhkan energi sebesar 293.020 J. Pada tahap ini air baru mencapai suhu 1000C dan belum mendidih. Untuk mengubah air menjadi uap air diperlukan lagi energy sebesar 2257 J. Pada kondisi udara luar, 1 kg Propana memiliki volume sekitar 0.543 m3. Satu kg elpiji memiliki energi yang setara untuk mendidihkan air 90 L. Tabel 2.1 menyajikan data beberapa bahan bakar dan nilai daya pemanasan serta efisiensinya.
Tabel 2. 1 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan beberapa jenis bahan bakar. (Sumber:
aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-lpg-di-dapur-anda.pdf)
Bahan Bakar Daya Pemanasan Efisiensi alat masak
Kayu bakar 4.0000 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%
LPG 11.900 kkal/kg 60%
(24)
2.1.3 Kebutuhan Udara
Oksigen diperlukan untuk proses pembakaran. 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 berkurang. 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 sehingga akan diperoleh suhu air keluar dari pemanas air kurang tinggi. Adapun komposisi udara dalam keadaan normal disajikan dalam Tabel 2.2
Tabel 2.2Komposisi udara dalam keadaan normal No Komposisi Udara Persentase (%)
1 Nitrogen 78,1
2 Oksigen 20,93
3 Karbondioksida 0,03
(25)
2.1.4 Saluran Gas Buang
Hasil pembakaran bahan bakar akan menghasilkan gas buang. Gas buang yang dihasilkan berupa gas dan uap air yang keluar. Gas buang atau gas asap harus dikeluarkan agar nyala api tidak terganggu. Perancangan gas buang harus mempertimbangkan besar kecilnya debit gas buang yang terjadi. Dalam perancanangan saluran gas buang, diusahakan agar gas buang dapat mengalir dengan lancer. Perlu diperhatikan pula penempatan lubang keluar dari gas buang. 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 panas, maka semakin banyak kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu air. Oleh karena itu, dalam perancanangan 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. Perancanangan 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.
2.1.5 Sumber Api
Dalam penelitian ini sumber api berasal dari kompor. Ada bermacam-macam kompor dengan bentuk geometri dan bahan bakar kompor yang berbeda.
(26)
Bahan bakar kompor juga menentukan titik nyala api. Semakin banyak api yang mampu dihasilkan kompor dan semakin banyak api yang menyentuh sistem saluran pipa air dengan siripnya, tentuk 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. Gambar 2.1 dan 2.2 menunjukkan gambar regulator kompor dan selang gas yang digunakan dalam pembuatan water heater.
Gambar 2. 1Regulator kompor
Gambar 2. 2Selang gas 2.1.6 Isolator
Isolator diperlukan agar kalor hasil pembakaran bahan bakar tidak banyak keluar dari pemanas api. Terdapat banyak jenis isolator. Udara merupakan salah
(27)
satu isolator panas yang cukup murah dan mudah diperoleh. Jika menggunakan udara sebagai isolator, maka pemasukan udara untuk keperluan pembakaran dapat melalui lubang-lubang yang dibuat di dinding tabung dalam. Jadi jika tabung dalam digunakan untuk proses pembakaran maka sebaiknya permukaan sebelah luar dari tabung dalam diberi isolator agar kalor hasil pembakaran tidak keluar. Tabel 2.3 memperlihatkan nilai konduktifitas termal beberapa isolator seperti gabus, wol, kayu, dan lainnya.
Tabel 2. 3Konduktifitas termal beberapa isolator (Sumber : http://www.scribd.com/doc/61109210/BAB-II-Termal)
Media Konduktifitas Termal (k)
W/m.ºC
Gabus 0,042
Wol 0,040
Kayu 0,08-0,016
Bata 0,84
Busa 0,024
(28)
2.1.7 Laju Aliran Kalor yang Diterima Air
Laju aliran kalor yang diterima air ketika mengalir di dalam saluran pipa dapat dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut:
__________________________ (2.1)
________________(2.2)
Gambar 2. 3Laju aliran kalor
dengan:
= laju aliran kalor yang diterima oleh air (watt) = debit air (liter/menit)
= kalor jenis air (J/kg0C)
= suhu air masuk water heater (0C) = suhu air keluar water heater (0C)
= kecepatan rata-rata fluida mengalir (m/s) = massa jenis fluida yang mengalir (kg/m3)
(29)
2.1.8 Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas
Kalor yang diberikan oleh gas dapat dihitung menggunakan persamaan (2.3) sebagai berikut:
_______________________________________________(2.3) Pada persamaan (2.3):
= laju aliran kalor yang diberikan oleh gas, watt = massa gas LPG yang terpakai (kg/s)
= nilai kalor jenis LPG (J/kg), (1kkal = 4186,6 J)
2.1.9 Efisiensi
Efisiensi water heater dapat dihitung menggunakan persamaan (2.4) sebagai berikut:
________________________________________________(2.4)
Pada persamaan (2.4):
η = efisiensi water heater(%)
= laju aliran kalor yang diterima air (watt)
(30)
2.2. REFERENSI
Kegiatan rekayasa dan pengembangan water heater untuk memenuhi kebutuhan masyarakat berkembang pesat. Water heater 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 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, biasanya digunakan dalam rumah tangga, sedangkan untuk kapasitas yang lebih besar biasanya digunakan dihotel.
Referensi pembanding untuk pembuatan water heater bahan bakar gas
LPG adalah water heater merk Modena seri GI-6,water heater Rinnai REU-55RTB, dan water heater Heating Equipment JLG30-BV6 yang karakteristiknya adalah sebagai berikut :
a. Gas water heater Modena GI-6
Gambar 2.4 menyajikan water heater produk pabrik yang mempunyai
(31)
Gambar 2. 4Water heaterModena GI-6
Nama Produk : Modena
Negara Pembuat : Italia
Spesifikasi
Model : GI-6
Warna : Putih (GI-6), Inox (GI-6S)
Bahan pipa : tembaga
Diameter pipa : 4 inci
Kapasitas maksimum : 6 L/menit
Dimensi Luar : 740 mm x 430 mm x 248 mm
Tipe Gas : NG LPG
Jangkauan Temperatur : 30°C-75°C
b. Gas water heater Rinnai REU-55RTB
Gambar 2.5 menyajikan water heater produk pabrik yang mempunyai nama pabrik: Rinnnai REU-55RTB
(32)
Gambar 2. 5Water heaterRinnai REU-55RTB
Nama Produk : Rinnai
Negara Pembuat : Japan
Spesifikasi
Gas Input : 0,5 kg/jam
Model : REU-55RTB
Dimensi Luar : 369 mm x 290 mm x 138 mm
Kapasitas Maksimum : 5-8 L/menit
Jangkauan Maksimum : 20°-50°C
Tipe Gas : LPG
c. Water heater Heating Equipment JLG30-BV6
Gambar 2.6 menyajikan water heaterproduk pabrik yang mempunyai nama
(33)
Gambar 2. 6Water heaterHeating Equipment JLG30-BV6
Negara Pembuat : China
Nama Produk : Smales
Spesifikasi
Model : JLG30-BV6
Kapasitas maksimum : 6 L/menit
Berat : 39 kg
Dimensi Luar : 760 mm x 430 mm x 320 mm
Tipe Gas : NG LPG
Jangkauan Temperatur : 40°C - 90°C
Efisiensi : > 90%
d. Water heater Wall-mounted Gas Boiler (JLG24-BV6)
Gambar 2.6 menyajikan water heaterproduk pabrik yang mempunyai nama
(34)
Gambar 2. 7Water heater wall-mounted gas boiler (JLG24-BV6)
Negara Pembuat : China
Nama Produk : Smales
Spesifikasi
Model : JLG24-BV6
Kapasitas maksimum : 6 L/menit
Berat : 37 kg
Dimensi Luar : 760 mm x 430 mm x 320 mm
Tipe Gas : NG LPG
Jangkauan Temperatur : 40°C - 80°C
(35)
19 BAB III
RANCANGAN DAN PEMBUATANWATER HEATER
3.1 RANCANGAN WATER HEATER
Sebelum membuat water heater terlebih dahulu harus membuat rancangan
water heater untuk memudahkan dalam pembuatannya. Selain itu rancangan
water heater dapat memberikan informasi bahan-bahan apa yang diperlukan dan urutan pengerjaannya. Langah pertama yang dilakukan adalah menggambar konstruksi water heater seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1. Gambar 3.1 memberikan informasi mengenai bagian-bagian water heater yang terdiri dari chasing bagian dalam yang merupakan tabung bagian dalam, chasing bagian tengah, chasing bagian luar, input, lilitan pipa tembaga bagian dalam, lilitan pipa tembaga bagian luar, lubang oksigen tabung luar, input dan output.
(36)
Pada Gambar 3.2 menunjukkan rancangan tutup water heaterdengan
ukuran diameter lubang sebesar 2,5 cm, diameter tutup bagian dalam 11,5 cm dan diameter tutup luar sebesar 25 cm.
Dalam penyusunan tugas akhir ini water heateryang dibuat mempunyai 3
bagian tabung yakni, tabung bagian luar, tabung bagian tengah dan tabung bagian dalam masing-masing ditunjukkan pada Gambar 3.3, 3.4 dan 3.5.
(37)
Gambar 3. 3Tabung bagian luar water heater
Gambar 3. 4 Tabung bagian tengahwater heater
(38)
Gambar 3. 5Tabung bagian dalam water heater
Cara Kerja dari water heaterini 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 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.
(39)
Secara umum rancangan water heater dapat ditunjukkan seperti Gambar
3.6 yaitu mempunyai lubang input untuk memasukkan air dan lubang output untuk mengeluarkan air yang telah mengalami proses kinerja water heater.
Gambar 3. 6Rancangan water heater
3.2 PEMBUATAN WATER HEATER
Dalam pembuatan water heater diperlukan persiapan-persiapan antara
lain: bahan water heater, sarana dan alat yang digunakan dan langkah-langkah kerja yang jelas.
3.2.1 Bahan Water Heater
Adapun bahan-bahan yang diperlukan untuk membuat water heateradalah
sebagai berikut:
a. Pipa tembaga dengan diameter 0.5 inchi sebagai saluran air. b. Plat besi sebagai tabung water heater.
(40)
3.2.2 Sarana dan Alat-Alat yang Digunakan
Sarana dan alat-alat yang dipergunakan untuk proses pembuatan pemanas air ini adalah sebagai berikut:
a. Mesin bor digunakan untuk membuat lubang saluran udara yang berada di sisi luar tabung.
b. Alat penekuk alat digunakan untuk menekuk plat besi.
c. Palu digunakan saat membuat lubang saluran udara di bagian tabung dalam.
d. Obeng digunakan untuk mengencangkan selang yang dipasang di saluran masuk dan keluar.
e. Penggaris digunakan saat menggaris agar lebih mudah saat memotong plat besi.
f. Jangka digunakan untuk membuat lingkaran pada tembaga sebelum dipotong.
g. Las digunakan untuk mengelas pipa tembaga dan plat besi. h. Alat pembengkok/roll digunakan untuk membengkokkan pipa. i. Alat pemotong digunakan untuk memotong pipa tembaga.
3.2.3 Langkah-Langkah Pengerjaan 3.2.3.1 Persiapan
Sebelum membuat water heater ada beberapa persiapan yang harus
(41)
a. Menyiapkan rancangan water heater
Persiapan pertama adalah menyiapkan rancangan water heater dengan
menggambar design dengan gambar tangan atau menggunakan software
pendukung lainnya.
b. Menyiapkan alat-alat dan bahan
Setelah menyiapkan rancangan water heater selesai, maka kita dapat menyiapkan bahan-bahan dan alat yang dibutuhkan dalam pembuatan
water heater.
c. Menyiapkan keperluan lainnya
Persiapan selanjutnya adalah menyiapakan keperluan lainnya misalnya meminta izin peminjaman alat di laboratorium.
3.2.3.2 Pengerjaan
Langkah-langkah kerja dalam proses pengerjaan water heater adalah sebagai berikut:
a. Melengkungkan pipa
Dalam pembengkokan pipa tembaga agar dapat berbentuk spiral maka harus menggunakan mesin roll untuk membengkokkannya. Jika dalam proses melengkungkan pipa tembaga secara manual maka hasil yang diperoleh kadang tidak sesuai dengan apa yang kita inginkan dan kemungkinan pipa tersebut bisa rusak bahkan patah.
(42)
Gambar 3. 7Alat pembengkok dan pemotong pipa
(43)
b. Membuat tabung
Tabung pada water heater ini terdiri dari 3 lapisan yaitu lapisan pertama
(lapisan bagian luar, lapisan kedua (lapisan bagian tengah) dan lapisan ketiga (lapisan paling dalam). Bahan yang digunakan dalam pembuatan tabung adalah plat besi. Gambar 3.9 menunjukkan tabung bagian luar.
(44)
Gambar 3. 10Hasil pembuatan tabung bagian tengah
(45)
c. Membuat penutup bagian luar bagian atas
Bahan yang digunakan untuk membuat penutup bagian atas adalah tembaga. Fungsi dari penutup atas ini adalah sebagai penutup saja dan apabila dalam percobaan suhu yang dihasilkan tidak sesuai dengan apa yang diinginkan maka penutup bagian atas ini dapat dilepas agar suhu menjadi naik.
Gambar 3. 12Hasil pembuatan tutup water heater
d. Membuat saluran udara
Dalam proses pembakaran sangat diperlukan oksigen. Oleh karena itu, dibuatlah lubang saluran udara supaya kalor yang dihasilkan bisa lebih maksimal. Selain itu, lubang ini juga berfungsi sebagai saluran gas buang.
(46)
Gambar 3. 13Saluran udara dalam tabung
e. Pemasangan kompor
Pada pemasangan kompor ini, hanya proses penginstalan kompor dan tungkunya yang perlu disesuaikan sehingga bentuk dari kompor tidak mengalami perubahan. Akan tetapi bagian belakang kompor perlu dipotong untuk mengurangi ukuran atau besar dari kompor tersebut.
(47)
Gambar 3. 14Kompor water heater
(48)
3.3 HASIL PEMBUATAN
Hasil dari pembuatan water heater disajikan pada Gambar 3.16, 3.17 dan 3.18.
(49)
(50)
(51)
3.3.1 Kesulitan dalam Pengerjaan a. Pelengkungan pipa spiral
Penulis mendapat kesulitan pada saat melengkungkan pipa agar berbentuk spiral.
b. Pembuatan tabung
Dalam pembuatan tabung, tembaga harus dipatri sehingga membutuhkan orang yang ahli di bidangnya.
c. Penyambungan pipa tembaga
Kesulitan selanjutnya adalah pada saat penyambungan pipa tembaga, penulis menggunakan mesin las sehingga harus berhati-hati dalam penggunaannya.
(52)
BAB IV
METODOLOGI PENELITIAN
4.1 SKEMATIS PENGUJIAN
Skematis pengujian memudahkan penguji untuk menilai kinerja alat yang telah dibuat. Gambar 4.1 menunjukkan gambar skematis pengujian pada water heater yang terdiri dari gambar kran, tabung gas LPG, water heater, kompor, termokopel dan gelas ukur.
Gambar 4. 1Skema rangkaian alat
Untuk mengalirkan air menuju alat water heater diperlukan adanya air dari kran. Kran digunakan sebagai pengatur jumlah debit air yang digunakan untuk
(53)
mengaliri water heater. LPG digunakan sebagai bahan bakar kompor untuk memanasi air yang mengalir di dalam water heater. Untuk mengatur suhu air masuk (input) dan suhu air keluar menggunakan termokopel digital.
4.2 VARIASI PENELITIAN
Variasi penelitian dilakukan terhadap besar kecilnya debit air yang masuk ke dalam pemanas air dengan debit gas yang konstan pada pemanas air.
4.3 PERALATAN PENGUJIAN 4.3.1 Alat-Alat yang Digunakan
a. Termokopel
Termokopel digunakan untuk mengukur suhu fluida yang keluar.
(54)
b. Kompor gas dan LPG
Kompor gas dan LPG digunakan sebagai pengatur debit sekaligus menjadi penyuplai kalor.
Gambar 4. 3LPG c. Kran
Kran air berfungsi sumber air dan pengatur debit air. d. Selang air
Selang air sebagai penyambung air dari kran ke pipa tembaga masuk (input) water heater.
(55)
Gambar 4. 4Selang air
e. Selang karet
Selang karet berfungsi untuk menyambungkan gas ke kompor. f. Kalkulator dan alat tulis
Kalkulator digunakan untuk membantu dalam perhitungan pengolahan data. Alat tulis digunakan untuk menulis data yang telah diperoleh.
g. Penyangga
Penyangga sebagai tumpuan water heater.
h. Stopwatch
(56)
i. Gelas ukur
Gelas ukur digunakan sebagai tempat penampung fluida dan juga pengukur banyaknya air per menit.
Gambar 4. 5Gelas ukur
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
(57)
4.5 CARA MENGOLAH DATA
Data yang telah diperoleh kemudian diolah untuk mengetahui hubungan antara debit air dengan suhu air keluar dari water heater dan hubungan antara debit air dengan laju aliran keluar water heater. Data dihitung menggunakan persamaan matematika yang tercantum pada bab II. Program pendukung yang digunakan untuk mengolah data adalah Microsoft Excel 2007. Adapun
langkah-langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut:
a. Memilih data yang akan dijadikan nilai pada sumbu x dan y. b. Pilih insert kemudian pilih jenis grafik scatter.
c. Selanjutnya pilih chart layouts, pilih grafik yang dapat menampilkan persamaan garisnya.
d. Akan muncul sebuah grafik yang menghubungkan titik-titik pada grafik, klik kanan pilih format trendline.
e. Muncul enam pilihan yaitu exponential, linear, logarithmic, polynomial,
power dan moving average. Coba satu persatu, pilih yang menghasilkan
garis yang paling mendekati dengan titik-titik. f. Jika sudah memilih salah satu klik close. 4.6 CARA MENYIMPULKAN
Data yang telah diolah akan menghasilkan persamaan antara hubungan debit air dengan laju aliran keluar maupun hubungan debit air dengan suhu air keluar dari water heater. Dari persamaan hubungan tersebut dapat dianalisa hasilnya dan disimpulkan apakah ada pengaruh yang signifikan antara kedua hubungan tersebut.
(58)
42 BAB V
HASIL DAN PEMBAHASAN
5.1 HASIL PENGUJIAN
Hasil pengujian pemanas air meliputi: debit air, suhu air masuk Ti, suhu air keluar T0disajikan 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.
No Debit air
(liter/menit)
Suhu air masuk T(0C)
Suhu air keluar T(0C)
T (0C)
1 12 27 34,7 7,7
2 10,08 27 35,8 8,8
3 9,84 27 37,1 10,1
4 8,2 27 38,2 11,2
5 7,92 27 39 12
6 6,96 27 41,3 14,3
7 4,8 27 48,7 21,7
8 4,44 27 51 24
9 3,72 27 56,1 29,1
10 2,46 27 67 40
11 1,86 27 81 54
12 1,62 27 91 64
13 1,32 27 99,7 72,7
(59)
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 pipa saluran (r) = 0,0635 m
Massa jenis air () = 995,8 kg/m3 Kalor jenis air (cp) = 4179 J/ (kg0C)
Debit gas (mgas) = 0,55 kg/30 menit
5.2.1 Perhitungan Kecepatan Air Rata-Rata um
Perhitungan kecepatan air rata-rata um yang mengalir di dalam saluran pipa air mempergunakan persamaan:
Satuan debit air dijadikan dalam satuan m3/s. Untuk debit air = 12 liter/menit
(60)
Untuk debit air = 9,84 liter/menit
Untuk debit air = 8,2 liter/menit
Untuk debit air = 7,92 liter/menit
Untuk debit air = 6,96 liter/menit
Untuk debit air = 4,8 liter/menit
(61)
Untuk debit air = 3,72 liter/menit
Untuk debit air = 2,46 liter/menit
Untuk debit air = 1,86 liter/menit
Untuk debit air = 1,62 liter/menit
(62)
5.2.2 Perhitungan Laju Aliran Massa air, mair
Perhitungan laju aliran massa air di dalam saluran pipa air mempergunakan persamaan (2.2):
Berikut akan ditunjukkan perhitungan laju aliran massa air untuk setiap debit air. Untuk debit air = 12 liter/menit
Untuk debit air = 10,08 liter/menit
Untuk debit air = 9,84 liter/menit
Untuk debit air = 8,2 liter/menit
Untuk debit air = 7,92 liter/menit
Untuk debit air = 6,96 liter/menit
Untuk debit air = 4,8 liter/menit
(63)
Untuk debit air = 3,72 liter/menit
Untuk debit air = 2,46 liter/menit
Untuk debit air = 1,86 liter/menit
Untuk debit air = 1,62 liter/menit
Untuk debit air = 1,32 liter/menit
Hasil data-data ini akan disajikan pada tabel 5.2.
5.2.3 Perhitungan Laju Aliran Kalor yang Diterima Air
Perhitungan laju aliran kalor yang diserap oleh air di dalam saluran pipa mempergunakan persamaan (2.1):
Berikut ini perhitungan laju aliran air yang diterima untuk setiap debit air: Untuk debit air = 12 liter/menit
(64)
Untuk debit air = 9,84 liter/menit
Untuk debit air = 8,2 liter/menit
Untuk debit air = 7,92 liter/menit
Untuk debit air = 6,96 liter/menit
Untuk debit air = 4,8 liter/menit
Untuk debit air = 4,44 liter/menit
Untuk debit air = 3,72 liter/menit
Untuk debit air = 2,46 liter/menit
Untuk debit air = 1,86 liter/menit
Untuk debit air = 1,62 liter/menit
(65)
Hasil data-data ini akan disajikan pada tabel 5.2.
5.2.4 Perhitungan Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas
Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan oleh gas menggunakan persamaan (2.3):
5.2.5 Efisiensi
Perhitungan efisiensi kompor gas menggunakan persamaan (2.4):
Untuk debit air = 12 liter/menit
Untuk debit air = 10,08 liter/menit
Untuk debit air = 9,84 liter/menit
(66)
Untuk debit air = 7,92 liter/menit
Untuk debit air = 6,96 liter/menit
Untuk debit air = 4,8 liter/menit
Untuk debit air = 4,44 liter/menit
Untuk debit air = 3,72 liter/menit
Untuk debit air = 2,46 liter/menit
Untuk debit air = 1,86 liter/menit
(67)
Untuk debit air = 1,32 liter/menit
5.3 Pembahasan
Tabel 5.2 menyajikan data mengenai debit air, suhu air masuk , suhu air keluar serta hasil perhitungannya berupa nilai mair, qairdan efisiensinya.
Tabel 5. 2 Hasil Perhitungan mair, qairdan efisiensi No Debit air
(liter/menit)
Suhu air masuk
T(0C)
Suhu air keluar
T(0C)
T (0C)
mair (kg/s) qair (watt) Efisiensi (%)
1 12 27 34,7 7,7 0,199 6403,48
2 10,08 27 35,8 8,8 0,167 6141,46
3 9,84 27 37,1 10,1 0,163 6879,89
4 8,2 27 38,2 11,2 0,136 6365,45
5 7,92 27 39 12 0,131 6569,39
6 6,96 27 41,3 14,3 0,115 6872,37
7 4,8 27 48,7 21,7 0,080 7254,74
8 4,44 27 51 24 0,074 7421,90
9 3,72 27 56,1 29,1 0,062 7539,75
10 2,46 27 67 40 0,041 6853,56
11 1,86 27 81 54 0,031 6995,65
12 1,62 27 91 64 0,027 7221,31
13 1,32 27 99,7 72,7 0,022 6683,89
Dari tabel 5.2 dapat dibuat tiga grafik yang memberikan informasi mengenai hubungan debit air dengan suhu air keluar, hubungan debit air dengan laju aliran kalor dan hubungan debit air dengan efisiensi water heater. Gambar 5.1
(68)
diperoleh informasi bahwa debit air berpengaruh terhadap suhu keluar dari water heater. Semakin besar debit air, suhu air semakin rendah.
Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar dapat dinyatakan dengan persamaan:
,R2= 0,989
Persamaan tersebut berlaku untuk debit air 1,32 liter/menit sampai dengan 12 liter/menit pada tekanan udara luar sekitar 1 atm dengan suhu air masuk 270C. Nilai koefisien determinasi R2 = 0,989, artinya variasi dari Toutdapat diterangkan oleh mair
sebesar 0,989. R2mengukur seberapa dekat garis regresi yang terestimasi dengan
data sesungguhnya.
Gambar 5.1Hubungan debit air dengan suhu air keluar maairliter/menit
(69)
Di pasaran salah satu water heater dengan nama produk JLG30-BV6
dengan maksimum debit 6 liter/menit mempunyai suhu air keluar dari antara 40-800C. Hal ini berarti bahwa water heater yang dibuat dalam penelitian ini mampu
bersaing dengan yang dijual di pasaran, karena pada debit 6,96 liter/menit mampu menghasilkan suhu keluar water heatersebesar 41,30C.
Gambar 5.2Hubungan debit air dengan laju aliran kalor
Gambar 5.2 menampilkan suatu grafik yang menghubungkan debit air dengan laju aliran kalor. Dari gambar 5.2 menunjukkan bahwa debit air berpengaruh terhadap laju aliran kalor atau dapat dikatakan bahwa besarnya laju aliran kalor yang diterima air bergantung pada debit air yang mengalir. Trendline yang dihasilkan
(70)
R2= 0,462
Persamaan tersebut berlaku untuk debit air 1,32 liter/menit sampai dengan 12 liter/menit pada tekanan udara luar sekitar 1 atm dan pada suhu air masuk 270C. Nilai qair paling tinggi sebesar 7539,75 watt pada debit air sebesar 3,72 liter/menit.
Adapun nilai qair paling rendah sebesar 6178,23 watt pada debit air sebesar 10,08
liter/menit. Nilai koefisien determinasi sebesar 0,462 sehingga variasi dari variabel qairdapat diterangkan oleh variabel mairhanya sebesar 0,462.
Gambar 5.3Hubungan debit air dengan efisiensi water heater
Gambar 5.3 menampilkan grafik yang memberikan informasi mengenai hubungan antara debit air dengan efisiensi. Dari gambar 5.3 dapat diketahui dapat diketahui bahwa debit air yang masuk berpengaruh terhadap efisiensi water heater.
(71)
3,72 liter/menit sedangkan nilai terendah sebesar 40,586% pada debit air 10.08 liter/menit. Ini menunjukkan bahwa nilai efisiensi sebanding dengan jumlah kalor yang diperlukan water heater. Semakin besar nilai jumlah kalor yang diperlukan
maka nilai efisiensi water heater juga semakin besar. Hubungan antara debit air
dengan efisiensi dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:
η=-0,086mair2+ 0,630mair+ 45,48
R2= 0,462
Persamaan tersebut berlaku untuk debit air 1,32 liter/menit sampai dengan 12 liter/menit pada tekanan udara luar sekitar 1 atm dan pada suhu air masuk 270C. Nilai koefisien determinasi variasi dari η terhadap variabel mair sebesar 0,462 sehingga hanya 0,462 yang dapat diterangkan oleh nilai mair. Efisiensi water heater yang dibuat tidak dapat mencapai 100% karena adanya kalor hilang melalui radiasi ataupun terbawa gas buang. Gas buang memiliki suhu yang lebih tinggi dibandingkan ketika udara masuk ke water heater. Radiasi dari proses pembakaran
(72)
56
KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 KESIMPULAN
Dari hasil pembahasan diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
a. Cara merancang dan membuat water heater adalah sebagai berikut:(1) menyiapkan rancangan water heater;(2) menyiapkan alat-alat dan bahan; (3) menyiapkan keperluan lainnya; (4) melengkungkan pipa; (5) membuat tabung; (6) membuat penutup bagian luar bagian atas; (7) membuat saluran udara; (8) pemasangan kompor.
b. Hubungan antara debit air (mair) yang masuk dengan suhu air keluar (Tout) dapat
dinyatakan dengan persamaan:
Tout= 109,5mair-0,49
R2= 0,989
Persamaan ini berlaku untuk debit 1,32 liter/menit sampai dengan 12 liter/menit pada tekanan udara luar 1 atm dengan suhu air masuk 27°C.
c. Hubungan antara debit air yang masuk (mair) dengan laju aliran kalor (qair) dapat
dinyatakan dengan persamaan :
qair= 13.15mair2+ 95,94mair+ 6924
R2= 0,462
Persamaan ini berlaku untuk debit 1,32 liter/menit sampai dengan 12 liter/menit pada tekanan udara luar 1 atm dengan suhu air masuk 27°C.
d. Kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara: 6178,23 – 7539,75 watt. Jumlah kalor terbesar sebesar : 7539,75 watt.
(73)
dinyatakan dengan persamaan:
η=-0,086mair2+ 0,630mair+ 45,48
R2= 0,462
Persamaan ini berlaku untuk debit 1,32 liter/menit sampai dengan 12 liter/menit pada tekanan udara luar 1 atm dengan suhu air masuk 27°C.
6.2 SARAN
Adapun beberapa saran yang dapat menjadikan pengembangan dan perbaikan pembuatanwater heater:
a. Pemilihan bahan dalam pembuatan water heatersangat berpengaruh pada hasil yang diperoleh. Bahan dengan kondiktivitas termal tinggi mampu memindahkan kalor dengan baik.
b. Besar lubang keluar gas buang berpengaruh terhadap hasil yang diperoleh. Perancangan yang tepat akan memberikan hasil yang optimal
c. Pemilihan diameter dan panjang pipa berpengaruh terhadap hasil yang diperoleh. d. Kebutuhan udara berpengaruh terhadap besarnya laju aliran kalor. Rancang
sedemikian rupa agar kebutuhan udara mampu memberikan proses pembakaran bahan baku yang sempurna.
(74)
Holman, J.P. 1993. Perpindahan Kalor. Edisi Keenam. Erlangga: Jakarta Anonim, aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-lpg-di-dapur-anda.pdf)
diakses pada tanggal 5 Juli 2013
Anonim,http://www.bhinneka.com/products/sku00712439/modena_rapido_-_gi_6.aspx,
diakses pada tanggal 11 juli 2013
Anonim,http://www.rinnai.co.id/product-rinnai/REU-55RTB, diakses pada tanggal 12 juli 2013
Anonim, http://teknindogas.wordpress.com/2010/05/25/kompor-gas-tungku-besar-rp-300-000/, diakses pada tanggal 18 Juli 2013
Anonim, http://www.topfreebiz.com/product/1665633/Heating-Equipment-JLG30-BV6.htm, diakses pada tanggal 18 Juli 2013
Anonim, http://www.topfreebiz.com/product/1549898/Wall-mounted-Gas-Boiler-JLG24-BV6.htm, diakses pada tanggal 16 Agustus 2013
Anonim,http://lpg-3kg.blogspot.com/,diakses pada tanggal 18 Juli 2012
Santoso, A.U,2003.Diktat Teknik Pembakaran. Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma: Yogyakarta
Suhartini, http://suhartinichemist.blogspot.com/, diaksespada tanggal 18 Desember 2013
Hidayat, Arief.,Haryono,S.H.,Sri, H.B. Analisisis Emisi Karbon Monoksida (CO) dan Distribusi Aliran Gas Pembakaran pada Udara dalam Ruang Dapur Rumah Tangga Menggunakan Model Computational Fluid Dyamics (CFD). Semarang: Fakultas Studi Teknik Lingkungan FT UNDIP.
(75)
59
Beberapa Tabel dan Daftar
( sumber: Holman. J.P. 1993. Perpindahan kalor )
(76)
(77)
(78)
(1)
f. Hubungan debit air yang masuk (mair) dengan efisiensi water heater (η) dapat
dinyatakan dengan persamaan:
η=-0,086mair2+ 0,630mair+ 45,48
R2= 0,462
Persamaan ini berlaku untuk debit 1,32 liter/menit sampai dengan 12 liter/menit pada tekanan udara luar 1 atm dengan suhu air masuk 27°C.
6.2 SARAN
Adapun beberapa saran yang dapat menjadikan pengembangan dan perbaikan pembuatanwater heater:
a. Pemilihan bahan dalam pembuatan water heatersangat berpengaruh pada hasil yang diperoleh. Bahan dengan kondiktivitas termal tinggi mampu memindahkan kalor dengan baik.
b. Besar lubang keluar gas buang berpengaruh terhadap hasil yang diperoleh. Perancangan yang tepat akan memberikan hasil yang optimal
c. Pemilihan diameter dan panjang pipa berpengaruh terhadap hasil yang diperoleh.
d. Kebutuhan udara berpengaruh terhadap besarnya laju aliran kalor. Rancang sedemikian rupa agar kebutuhan udara mampu memberikan proses pembakaran bahan baku yang sempurna.
(2)
Holman, J.P. 1993. Perpindahan Kalor. Edisi Keenam. Erlangga: Jakarta Anonim, aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-lpg-di-dapur-anda.pdf)
diakses pada tanggal 5 Juli 2013
Anonim,http://www.bhinneka.com/products/sku00712439/modena_rapido_-_gi_6.aspx, diakses pada tanggal 11 juli 2013
Anonim,http://www.rinnai.co.id/product-rinnai/REU-55RTB, diakses pada tanggal 12 juli 2013
Anonim,http://teknindogas.wordpress.com/2010/05/25/kompor-gas-tungku-besar-rp-300-000/, diakses pada tanggal 18 Juli 2013
Anonim, http://www.topfreebiz.com/product/1665633/Heating-Equipment-JLG30-BV6.htm, diakses pada tanggal 18 Juli 2013
Anonim, http://www.topfreebiz.com/product/1549898/Wall-mounted-Gas-Boiler-JLG24-BV6.htm, diakses pada tanggal 16 Agustus 2013
Anonim,http://lpg-3kg.blogspot.com/,diakses pada tanggal 18 Juli 2012
Santoso, A.U,2003.Diktat Teknik Pembakaran. Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma: Yogyakarta
Suhartini, http://suhartinichemist.blogspot.com/, diaksespada tanggal 18 Desember 2013
Hidayat, Arief.,Haryono,S.H.,Sri, H.B. Analisisis Emisi Karbon Monoksida (CO) dan Distribusi Aliran Gas Pembakaran pada Udara dalam Ruang Dapur Rumah Tangga Menggunakan Model Computational Fluid Dyamics (CFD). Semarang: Fakultas Studi Teknik Lingkungan FT UNDIP.
(3)
Beberapa Tabel dan Daftar
( sumber: Holman. J.P. 1993. Perpindahan kalor )
Lampiran 1 Tabel dan Daftar Perpindahan Kalor(4)
(5)
(6)