Karakteristik water heater dengan panjang pipa 10 meter, diameter 0,5 inci dan bersirip.

ABSTRAK

Tujuan penelitian ini adalah (a) membuat model water heater menggunakan sirip (b) mengetahui karakteristik water heater (c) mendapatkan 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.

Penelitian di laboratorium Teknik Mesin USD, batasan - batasan dalam pembuatan water heater ini (a) tinggi water heater : 30 cm, diameter : 30 cm, dengan panjang pipa tembaga : 10 m (b) banyaknya dinding plat : 2 lapis, plat lapis dalam dan luar mempunyai banyak lubang 35 dengan diameter : 0,5 inci (c) bahan pipa tembaga dengan diameter : 0,5 inci (d) pipa bersirip dengan jumlah sirip : Variasi dilakukan terhadap panjang pipa tembaga, besar kecilnya debit air yang masuk ke dalam water heater dan tutup water heater yang di atur ketinggiannya. Dari penelitian yang dilaksanakan, diperoleh kesimpulan (a) Water heater mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran. Pada debit aliran 10,2 liter/menit diperoleh suhu air yang keluar sebesar 40,8°C (b) Kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara 6,436 kJ – 11,701 kJ pada kondisi pentutup tertutup rapat, pada kondisi tutup terbuka 10 putaran kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara 9,236kJ – 14,535 kJ dan pada kondisi penutup terbuka 20 putaran kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara 12,311 kJ – 14,794 kJ . Jumlah kalor terbesar sebesar 14,794 kJ pada kondisi tutup terbuka 20 putaran. (c) Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG sebesar 36,53 kW. (d) Kalor yang diberikan gas LPG sebesar 0,044 kg/menit. (e) Efisiensi dari water heater berkisar antara 17,62 % - 32,03 % pada kondisi

tutup tertutup rapat, pada kondisi tutup terbuka 10 putaran efisiensi dari water heater berkisar antara 25,28 % - 39,78 % dan pada kondisi tutup terbuka 20

putaran efisiensi dari water heater berkisar antara 33,70 % - 40,49 %. Efisiensi

terbesar didapatkan pada kondisi pentutup terbuka 20 putaran yaitu sebesar 33,70 % sampai dengan 40,49 %.

KARAKTERISTIK WATER HEATER DENGAN PANJANG

PIPA 10 METER, DIAMETER 0,5 INCI DAN BERSIRIP

SKRIPSI

Untukmemenuhisalahsatusyarat mencapaiderajatSarjana S-1Teknik Mesin

Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin

Disusunoleh :

CHORNELIUS HARDIAN PUTRANTO

NIM : 105214056

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2014

ii

CHARACTERISTIC OF THE WATER HEATER WITH 10

METERS LONG PIPE, 0,5 INCHPIPE DIAMETERAND

FINNED

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik degreeIn Mechanical Engineering

By

CHORNELIUS HARDIAN PUTRANTO

Student Number : 105214056

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATADHARMAUNIVERSITY

YOGYAKARTA

2014

iii

Disusun oleh :

CHORNELIUS HARDIAN PUTRANTO NIM : 105214056

Yogyakarta, 24 Januari 2014 Telah disetujui oleh Dosen Pembimbing Skripsi

( Ir. PK. Purwadi, MT )

KARAKTERISTIK WATER HEATER DENGAN PANJANG

PIPA 10 METER, DIAMETER PIPA 0,5 INCI DAN BERSIRIP

v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis tidak memuat karya atau bagian karya orang lain yang telah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak ada karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka sebagaimana layaknya penulisan karya ilmiah.

Yogyakarta, 16 Januari 2014

vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIK

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :

Nama : Chornelius Hardian Putranto Nomor Mahasiswa : 105214056

Demi perkembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

Karakteristik Water Heater dengan Panjang Pipa 10 Meter, Diameter Pipa

0,5 Inci dan Bersirip

Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelola dalam pengkalan data, mendistribusikannya secara terbatas, dan menpublikasikannya di internet atau media lain untuk kepantingan akademis tanpa meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama masih mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

Yogyakarta, 16 Januari 2014 Yang menyatakan,

vii

ABSTRAK

Tujuan penelitian ini adalah (a) membuat model water heater menggunakan sirip (b) mengetahui karakteristik water heater (c) mendapatkan 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.

Penelitian di laboratorium Teknik Mesin USD, batasan - batasan dalam pembuatan water heater ini (a) tinggi water heater : 30 cm, diameter : 30 cm, dengan panjang pipa tembaga : 10 m (b) banyaknya dinding plat : 2 lapis, plat lapis dalam dan luar mempunyai banyak lubang 35 dengan diameter : 0,5 inci (c) bahan pipa tembaga dengan diameter : 0,5 inci (d) pipa bersirip dengan jumlah sirip : Variasi dilakukan terhadap panjang pipa tembaga, besar kecilnya debit air yang masuk ke dalam water heater dan tutup water heater yang di atur ketinggiannya. Dari penelitian yang dilaksanakan, diperoleh kesimpulan (a) Water heater mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran. Pada debit aliran 10,2 liter/menit diperoleh suhu air yang keluar sebesar 40,8°C (b) Kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara 6,436 kJ – 11,701 kJ pada kondisi pentutup tertutup rapat, pada kondisi tutup terbuka 10 putaran kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara 9,236kJ – 14,535 kJ dan pada kondisi penutup terbuka 20 putaran kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara 12,311 kJ – 14,794 kJ . Jumlah kalor terbesar sebesar 14,794 kJ pada kondisi tutup terbuka 20 putaran. (c) Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG sebesar 36,53 kW. (d) Kalor yang diberikan gas LPG sebesar 0,044 kg/menit. (e) Efisiensi dari water heater berkisar antara 17,62 % - 32,03 % pada kondisi tutup tertutup rapat, pada kondisi tutup terbuka 10 putaran efisiensi dari water heater berkisar antara 25,28 % - 39,78 % dan pada kondisi tutup terbuka 20 putaran efisiensi dari water heater berkisar antara 33,70 % - 40,49 %. Efisiensi terbesar didapatkan pada kondisi pentutup terbuka 20 putaran yaitu sebesar 33,70 % sampai dengan 40,49 %.

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan kasih dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan baik. Skripsi ini berjudul Karakteristik Water Heater Dengan Panjang Pipa Tembaga 10 Meter, Diameter Pipa 0,5 Inci dan Bersirip.

Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana di Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

Dalam penyusunan Skripsi ini penulis mendapat banyak hambatan dan rintangan, akan tetapi berkat bantuan, dukungan, doa, dan motivasi dari berbagai pihak Skripsi ini terwujud. Oleh karena itu, penulis mengucapkan 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, MT., selaku Kepala Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dan selaku Dosen Pembimbing Skripsi.

3. Dr. Asan Damanik, selaku Dosen Pembimbing Akademik.

4. Segenap Dosen dan Karyawan FST Universitas Sanata Dharma, yang telah membimbing, membantu, serta memberikan ilmunya selama belajar di Universitas Sanata Dharma.

5. Ignatius Heru Supanto dan Veronica Mujidah, selaku orang tua, terima kasih untuk semua doa, perhatian, teladan dan kasih sayang hingga saat ini.

6. Martinus Herka Supantoro, selaku kakak dan adikku tercinta Andreas Krisna Himawan terimakasih untuk doa, cinta dan kasih sayangnya.

ix

7. Sadriyah Pratiwi, selaku kekasih yang selalu memberikan semangat, motivasi, terimakasih untuk cinta, kasih sayang, dukungan, dan doa selama ini.

8. Ni Luh Made Utari Praharsini, Roby Dharma Panjilie, Gregorius Ega Buddhy Sasongko, Suparno dan Thomas Dwi Santoso terima kasih untuk segala bantuan dan dukungannya.

9. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2010 yang telah banyak membantu penulis selama penulis menyelesaikan Skripsi ini.

10. Semua pihak yang telah membantu penulis selama penyusunan skripsi ini sehingga dapat menyelesaikan penulisan Skripsi dengan baik.

Penulis berharap semoga Skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca dan dapat digunakan sebagai acuan penelitian selanjutnya.

Yogyakarta, 16 Januari 2014 Penulis

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ... vi

ABSTRAK ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... x

DAFTAR GAMBAR ... xiii

DAFTAR TABEL ... xvi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan ... 3

1.3. Batasan Masalah... 4

1.4. Manfaat ... 4

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1. Dasar Teori ... 5

2.1.1. Pengertian Perpindahan Kalor ... 5

2.1.2. Cara-cara Perpindahan kalor ... 5

2.1.3. Perancangan Saluran Air ... 7

2.1.4. Saluran Udara Untuk Kebutuhan Pembakaran ... 11

2.1.5. Sirip ... 12

xi

2.1.7. Bahan Bakar / Sumber Energi ... 15

2.1.8. Kebutuhan Udara ... 17

2.1.9. Saluran Gas Buang ... 18

2.1.10. Sumber Api ... 19

2.1.11. Laju Aliran Kalor ... 20

2.1.12. Laju Aliran Kalor Yang Diberikan Gas ... 21

2.1.13. Effisiensi Water Heater ... 21

2.2. Tinjauan Pustaka ... 22

2.2.1 Macam – Macam Water Heater Yang Ada Diasaran ... 22

2.2.2 Konstruksi Water Heater Yang Ada Dipasaran ... 24

2.2.3 Hasil Penelitian Lain ... 27

BAB III PEMBUATAN ALAT ... 29

3.1. Persiapan ... 29

3.2. Pembuatan Water Heater ... 29

3.2.1. Bahan Water Heater... 29

3.2.2. Sarana dan alat – alat yang digunakan ... 31

3.2.3 Langkah – langkah Pengerjaan ... 32

3.3. Pengerjaan Water Heater ... 33

3.4. Hasil Pembuatan... 38

3.5. Kesulitan Dalam Pembuatan Water Heater ... 38

BAB IV METODOLOGI PENELITIAN ... 39

4.1. Benda Uji ... 39

4.1.1 Diskripsi Alat Water Heater ... 41

4.1.2. Cara Kerja Water Heater ... 41

xii

4.3. Variasi Penelitian ... 44

4.4. Alat Bantu Penelitian ... 44

4.5. Alur Penelitian ... 47

4.6. Cara Mendapatkan Data ... 48

4.7. Cara Mengolah Data ... 48

4.8. Cara Mendapatkan Kesimpulan ... 49

BAB V HASIL PENELITIAN ... 50

5.1. Hasil Penelitian ... 50

5.2. Perhitungan ... 54

5.2.1. Perhitungan Kecepatan air rata – rata ( um ) ... 54

5.2.2. Perhitungan laju aliran massa air ( mair ) ... 55

5.2.3. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air ... 56

5.2.4. Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas ... 56

5.2.5. Effisiensi Water Heater ... 57

5.2.6. Pembahasan ... 63

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN... 67

6.1. Kesimpulan ... 67

6.2 Saran ... 68

DAFTAR PUSTAKA ... 69

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Diagram Moody ... 9

Gambar 2.2 Efisiensi sirip siku empat dan segitiga ( sumber: Holman, JP, 1993, Perpindahan kalor) ... 13

Gambar 2.3 Efisiensi sirip siku empat (sumber: Holman, JP, 1993, Perpindahan kalor) ... 14

Gambar 2.4 Kompor yang digunakan pada water heater ... 19

Gambar 2.5 Laju Aliran Kalor Yang Terjadi Dalam Pipa Saluran Air ... 20

Gambar 2.6 Water Heater Modena GI-6 ... 22

Gambar 2.7 Water Heater JLG30-BV ... 23

Gambar 2.8 Skema perancangan water heater dengan pemanasan pipa tidak bersentuhan langsung dengan api ... 24

Gambar 2.9 Skema perancangan water heater dengan pemanasan pipa tidak bersentuhan langsung dengan api, pipa berbentuk persegi ... 25

Gambar 2.10 Skema perancangan water heater dengan pemanasan pipa tidak bersentuhan langsung dengan api, pipa berbentuk lingkaran .. 26

Gambar 3.1 Pipa Tembaga ... 30

Gambar 3.2 Plat Strip ... 30

xiv

Gambar 3.4 Besi Nako ... 31

Gambar 3.5 Proses Pemotongan Pipa Tembaga ... 34

Gambar 3.6 Proses Pembengkokan Pipa Tembaga ... 34

Gambar 3.7 Pipa Tembaga yang telah dibengkokkan ... 35

Gambar 3.8 Proses Pembuatan Tabung Luar dan Tabung Dalam ... 36

Gambar 3.9 Lubang Saluran Udara Masuk ... 37

Gambar 3.10 Water Heater ... 38

Gambar 4.1 Water Heater Gas LPG ... 39

Gambar 4.2 Pipa Saluran Air Water Heater Dengan Sirip Tembaga ... 40

Gambar 4.3 Tabung Water Heater ... 40

Gambar 4.4 Water Heater Tampak Samping ... 41

Gambar 4.5 Skema Rangkaian Pengujian Alat Water Heater... 43

Gambar 4.6 Timbangan Digital ... 45

Gambar 4.7 Gas LPG 15 kg ... 46

Gambar 4.8 Termokopel Digital ... 46

Gambar 4.9 Gelas Ukur ... 47

Gambar 5.1 Hubungan Debit Air Dengan Suhu Keluar Water Heater Pada Kondisi Tutup Tertutup Rapat ... 52

xv

Gambar 5.2 Hubungan Debit Air Dengan Suhu Keluar Water Heater Pada Kondisi Tutup Terbuka 10 Putaran ... 53

Gambar 5.3 Hubungan Debit Air Dengan Suhu Keluar Water Heater Pada Kondisi Tutup Terbuka 20 Putaran ... 53

Gambar 5.4 Perbandingan Hubungan Antara Debit Air dan Suhu Keluar

Water Heater Dalam Tiga Variasi ... 59

Gambar 5.5 Hubungan Debit Air Dengan Laju Aliran Kalor Water Heater

Pada Kondisi Penutup Tertutup Rapat ... 60

Gambar 5.6 Hubungan Debit Air Dengan Laju Aliran Kalor Water Heater

Pada Kondisi Penutup Terbuka 10 Putaran ... 60

Gambar 5.7 Hubungan Debit Air Dengan Laju Aliran Kalor Water Heater

Pada Kondisi Penutup Terbuka 20 Putaran ... 61

Gambar 5.8 Hubungan Debit Air Dengan Efisiensi Water Heater Pada

Kondisi Penutup Tertutup Rapat ... 61

Gambar 5.9 Hubungan Debit Air Dengan Efisiensi Water Heater Pada

Kondisi Penutup Terbuka 10 Putaran ... 62

Gambar 5.10 Hubungan Debit Air Dengan Efisiensi Water Heater Pada

xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tabel perbandingan kekuatan material antara tembaga dan jenis material yang lain (Sumber: google.co.id) ... 10

Tabel 2.2 Nilai konduktivitas termal ... 10

Tabel 2.3 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan

bahan bakar lainnya. ... 16

Tabel 2.4 Komposisi udara dalam keadaan normal... 17

Tabel 5.1 Hasil pengujian water heater pada kondisi tutup tertutup rapat ... 50

Tabel 5.2 Hasil pengujian water heater dengan kondisi penutup terbuka 10x putaran ... 51

Tabel 5.3 Hasil pengujian water heater dengan kondisi penutup terbuka 20x putaran ... 51

Tabel 5.4 Perhitungan lengkap pada kondisi penutup tertutup rapat ... 57

Tabel 5.5 Perhitungan lengkap pada kondisi penutup terbuka 10x putaran .. 57

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang Masalah

Gaya hidup manusia terus mengalami perubahan sesuai dengan tuntutan kesibukan yang semakin tinggi. Tugas – tugas dikantor yang semakin menumpuk selalu memaksa agar segera menyelesaikannya. Karena kesibukan inilah seringkali seseorang menjadi terlambat untuk membersihkan tubuh atau mandi. Namun sayangnya, mandi pada waktu yang kelewat malam dengan air dingin sangatlah tidak baik bagi kesehatan. Selain dinginnya air terkadang membuat tidak nyaman dikulit, mandi dimalam hari bisa memicu masuk angin sampai sakit persendian. Sebaliknya, mandi menggunakan air hangat akan membuat kulit terasa nyaman sehingga tubuh menjadi rileks. Bahkan mandi menggunakan air hangat bisa mengurangi kejang otot karena lelah seusai bekerja.

Dengan semakin banyaknya kebutuhan akan air hangat untuk keperluan mandi dan untuk keperluan lainnya maka, telah banyak penelitian dan pembuatan pemanas air modern. Ada tiga macam jenis water heater yang tersedia saat ini antara lain water heater yang menggunakan tenaga listrik, water heater tenaga gas, dan water heater tenaga sinar matahari atau lebih dikenal dengan sebutan solar cell water heater. Water heater dengan tenaga sinar matahari sering di manfaatkan di negara – negara tropis karena sumber tenaga matahari yang berlimpah dan gratis dari sinar panas matahari yang bersinar. Namun ada

beberapa kekurangan yaitu pemasangannya yang rumit dan kemampuannya hanya bergantung pada banyaknya sinar matahari sehingga sangat terbatas penggunannya. Bila terjadi cuaca yang mendung atau kalau di gunakan pada malam hari, water heater ini tidak dapat di gunakan. Selain itu water heater dengan tenaga sinar matahari ini lebih mahal di bandingkan dengan water heater tenaga lainnya dan untuk water heater tenaga listrik, water heater ini sangat mudah ditemukan di toko – toko elektronik. Penggunaan water heater ini lebih praktis dibandingkan dengan water heater tenaga matahari, tetapi juga memiliki beberapa kekurangan yaitu apabila terjadi pemadaman listrik, maka water heater ini tidak bisa di gunakan, selain itu daya listrik yang digunakan cenderung besar dan apabila terjadi kerusakan akan sulit di perbaiki, sehingga perlu menambah biaya yang cukup besar. Oleh sebab itu, dilihat dari sisi biaya, water heater tenaga listrik jauh lebih mahal bila dibandingkan dengan water heater tenaga gas. Water heater tenaga gas LPG, jenis ini menggunakan bahan bakar gas untuk memanaskan air dan lebih menguntungkan dibandingkan dengan jenis water heater lainnya karena prinsip kerjanya hampir sama dengan memasak air yang menggunakan kompor gas di rumah. Keuntungan lain adalah air panas yang di gunakan tidak terbatas. Selama air dapat mengalir, selama itu pula air panas dapat dialirkan. Air cepat panas, dapat dipergunakan di manapun dan kapanpun, harga untuk water heater gas LPG juga lebih murah dibandingkan dengan water heater listrik dan tenaga matahari.

Oleh karena itu penelitian ini di lakukan untuk meningkatkan efisiensi dalam memanaskan air menggunakan tenaga gas. Ide dasar penggunaan water

heater tenaga gas ini adalah sebagai energi alternatif pengganti tenaga listrik dan sinar matahari. Air panas dapat di sediakan dengan cara yang mudah, cepat, dan efisien melalui alat atau sistem pemanas air sederhana. Pembuatan water heater ini juga sangat mudah dan meskipun sederhana tetapi water heater ini mampu memanaskan air dan mengalirkan debit aliran air panas yang tinggi dan stabil yaitu mampu mencapai 6 liter per menit dengan suhu yang bisa disesuaikan antara 40-50º celcius. Keunggulan lain dari water heater ini adalah cepat dalam memanaskan air di karenakan di dalam water heater ini terdapat sirip yang mampu mempercepat panas air, dan didesain mempunyai lubang udara yang berada pada dinding tabung dalam dan tabung luar sehingga aliran udara pada water heater lebih merata.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian tentang water heater bertenaga gas LPG ini adalah : a. Membuat model ( prototipe ) pemanas air sederhana yang bertenaga gas LPG b. Mengetahui karakteristik water heater gas LPG

1. Mengetahui hubungan debit aliran air dengan temperatur air keluar water heater.

2. Menghitung kalor yang diterima air dari water heater. 3. Menghitung kalor yang di terima air dari gas LPG. 4. Menghitung kalor yang diberikan gas LPG.

1.3Batasan Masalah

Batasan masalah yang diambil dalam pembuatan peralatan penelitian ini adalah :

a. Menggunakan pipa tembaga dengan panjang 10 meter, berdiameter 0,5 inci. Tinggi water heater 30cm, diameter water heater 30cm, dengan tutup water heater yang mampu diatur ketinggiannya dan bersirip.

b. Water heater bertenagakan gas LPG dan menggunakan kompor bertekanan tinggi ( high pressure ).

c. Menggunakan dua lapisan plat sebagai dinding water heater, jumlah lubang udara 35 dan diatasnya di beri tutup yang mampu di naik / turunkan.

d. Suhu panas air yang di hasilkan water heater lebih dari Celcius dengan debit air minimal 6 liter per menit.

e. Kondisi air yang masuk ke dalam water heater sama dengan suhu air kamar mandi.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian yang diambil tentang pembuatan water heater tenaga gas LPG ini adalah:

a. Membuat prototipe water heater tenaga gas LPG dengan konstruksi sederhana, murah dan mudah dalam mengoprasikannya sehingga di terima oleh seluruh lapisan masyarakat.

b. Menambah kepustakaan dan ilmu pengetahuan tentang water heater terutama tentang water heater tenaga gas.

5

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1Dasar Teori

2.1.1 Pengertian Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor dapat terjadi jika ada perbedaan suhu. Kalor berpindah dari temperatur tinggi ke temperatur yang lebih rendah dengan melalui atau tanpa zat perantara. Perpindahan kalor adalah suatu proses yang dinamis, yaitu kalor dipindahkan secara spontan dari satu kondisi ke kondisi lain yang suhunya lebih rendah. Kecepatan perpindahan kalor ini bergantung pada perbedaan suhu antar kedua kondisi. Semakin besar perbedaan, maka semakin besar kecepatan berpindahnya kalor.

2.1.2 Perpindahan Kalor

Kalor dapat berpindah dari suatu tempat / benda ke tempat lain melalui tiga cara, yaitu secara konduksi, secara konveksi, dan secara radiasi.

a. Perpindahan kalor konduksi

Perpindahan kalor konduksi adalah perpindahan kalor yang dihasilkan dari kontak langsung antara permukaan – permukaan benda. Konduksi terjadi hanya bila dengan menyentuh atau menghubungkan permukaan – permukaan yang berbeda suhunya. Setiap benda mempunyai konduktivitas termal (kemampuan mengalirkan panas) tertentu yang akan mempengaruhi kalor yang dihantarkan dari sisi yang panas ke sisi yang lebih dingin. Semakin tinggi nilai konduktivitas benda, semakin cepat mengalirkan kalor yang diterima dari satu sisi ke sisi yang lain. Contoh perpindahan kalor secara konduksi adalah menaruh batang besi

membara ke batang besi lain yang dingin. Kalor dari besi yang membara berpindah ke besi yang dingin sehingga besi yang semula dingin akan menjadi panas. Pemanfaatan perpindahan panas konduksi dalam kehidupan sehari – hari bisa ditemukan, misalnya pada water heater. Proses perpindahan panas konduksi terjadi pada aliran kalor dari permukaan luar pipa tembaga mengalir ke dalam permukaan dalam pipa tembaga, dan dari permukaan tabung dalam ke permukaan luar dari tabung luar.

b. Perpindahan kalor Konveksi

Perpindahan kalor konveksi merupakan perpindahan panas ( kalor ) yang disertai dengan berpindahnya zat perantara. Perpindahan kalor secara konveksi bisa terjadi pada zat cair dan gas. Contoh perpindahan kalor konveksi pada zat cair dapat ditemukan dalam kehidupan sehari – hari dan dapat dilihat pada proses pemasakan air, saat air dimasak maka air pada bagian bawah akan terlebih dahulu panas, saat air dibawah panas maka akan bergerak ke atas ( dikarenakan terjadi perubahan massa jenis air ) sedangkan air di atas akan bergerak ke bawah begitu seterusnya sampai seluruh bagian air panas. Sedangkan untuk perpindahan panas konveksi melalui udara disebabkan karena partikel udara akan mengalami perubahan massa jenis akibat pengaruh kalor. Karena massa jenisnya kecil, udara yang bersuhu tinggi tersebut akan naik. sebaliknya udara yang bersuhu lebih rendah akan mempunyai massa jenis yang besar, maka udara tersebut akan turun. Contoh perpindahan kalor konveksi udara dapat ditemui pada ventilasi ruangan dan cerobong asap. Proses perpindahan kalor secara konveksi yang terjadi pada

water heater terjadi pada saat kalor dipindahkan dari permukaan dalam pipa ke air yang sedang mengalir.

c. Perpindahan Kalor Radiasi

Merupakan perpindahan kalor yang dapat terjadi tanpa menggunakan zat perantara, jika sebuah benda di dalam sebuah ruangan, dan suhu dinding – dinding pengurung lebih rendah daripada suhu benda, maka suhu benda tersebut akan turun sekalipun dalam ruangan tersebut hampa. Proses perpindahan panas dari suatu benda terjadi berdasarkan suhunya, tanpa bantuan dari zat perantara disebut dengan perpindahan kalor radiasi. Contoh lain adalah matahari yang memancarkan panas (kalor) ke bumi dan api yang memancarkan hangat ke tubuh yang berada disekitarnya. Kalor di radiasikan melalui bentuk gelombang cahaya, gelombang radio dan gelombang elektromagnetik. Radiasi juga dapat dikatakan sebagai perpindahan kalor melalui media atau ruang yang akhirnya diserap oleh benda lain. Contoh radiasi dalam kehidupan sehari-hari dapat dilihat saat menyalakan api unggun, siapa yang berada di dekat api unggun akan merasakan hangat. Proses perpindahan panas secara radiasi yang terjadi di dalam water heater terjadi pada permukaan luar tabung water heater dengan udara sekitarnya, atau dari api ke permukaan luar dari pipa aliran air.

2.1.3 Perancangan Pipa Saluran Air

Ada beberapa pertimbangan dalam menentukan perancangan pipa saluran air diantaranya adalah hambatan pipa, kehalusan permukaan saluran pipa, bahan pipa, diameter pipa saluran air.

a. Hambatan pipa saluran air

Hambatan pipa saluran air diusahakan sekecil mungkin supaya ketika air mengalir didalam pipa, penurunan tekanan yang terjadi kecil. Karenanya saluran pipa diusahakan tidak mengalami pembelokan. Kalaupun mungkin terjadi pembelokan diusahakan sudut pembelokan di buat besar ( lebih dari 90 º). Semakin besar sudut pembelokan, semakin kecil penurunan tekanan yang terjadi. Dan pembelokan saluran pipa yang dibuat melingkar – lingkar akan menghasilkan penurunan tekanan yang kecil. Jika penurunanya kecil, maka daya pompa yang dibutuhkan untuk mendorong air juga berdaya kecil.

b. Kehalusan Permukaan Saluran Pipa

Bagian dalam pipa tembaga juga dipilih yang baik. Semakin halus permukaan pipa bagian dalam, semakin kecil gesekan yang terjadi, sehingga aliran air menjadi lancar. Untuk menganalisa hubungan bilangan Reynold terhadap kerugian – kerugian yang ditimbulkan akibat gesekan aliran fluida didalam pipa digunakan rumus sebagai berikut :

Gambar 2.1 Diagram Moody

c. Bahan Pipa

Bahan pipa dipilih yang baik dalam hal kemampuan dalam memindahkan kalor. Bahan pipa diusahakan mampu mengalirkan energi kalor konduksi yang besar, mampu memindahkan kalor yang diterima dari api ke fluida air yang mengalir didalam pipa. Alasan menggunakan pipa tembaga adalah karena pipa tembaga mampu menahan kebocoran karena memiliki tekstur yang kuat dan tidak mudah pecah, kemudian mampu menahan karat karena tembaga merupakan bahan anti karat sehingga mampu menghilangkan masalah air keruh / cokelat karena

karat. Pipa tembaga juga tahan lama dan mampu bertahan sampai lebih dari 50 tahun, dan pipa tembaga sangat mudah di tekuk / dibentuk. Tembaga memiliki kekuatan tarik sebesar 345-689 Mpa dan untuk keuletannya sebesar 5 - 50%, dan titik lebur dari tembaga adalah 1080º Celcius. Bila dibandingkan dengan kekuatan tarik alumunium, tembaga mempunyai kekuatan yang lebih besar dari alumunium, begitu pula dengan keuletan dan titik leburnya. Sehingga pipa tembaga mampu bertahan lebih lama bila dibandingkan denganpipa alumunium.

Tabel 2.1 Tabel perbandingan kekuatan material antara tembaga dan jenis

material yang lain. (Sumber:Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor)

Tabel 2.2 Nilai konduktivitas termal (Sumber: Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor)

Bahan Nilai konduktivitas termal J/m.s.ºC Kkal/m.s.ºC

2 Perak 420 1000 x 10 -4

3 Tembaga 380 920 x 10 -4

4 Alumunium 200 500 x 10 -4

5 Gabus 0,042 0,1 x 10 -4

d. Diameter Pipa Saluran Air

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.

2.1.4 Saluran Udara Untuk Kebutuhan Pembakaran

Proses pembakaran memerlukan oksigen yang diambil dari udara bebas. Kekurangan oksigen dapat mengakibatkan bentuk api yang tidak sesuai yang diinginkan. Akibatnya energi dalam bentuk kalor kurang optimal, sehingga kalor / panas sedikit teralirkan ke fluida air yang mengalir didalam pipa. Akibatnya akan didapatkan suhu air keluar yang kurang tinggi dan water heater yang dihasilkan kurang baik. Untuk merancang sistem saluran udara yang baik di usahakan diameter lubang saluran udara dibuat merata pada semua permukaan dinding water heater agar udara bisa masuk merata ke dalam water heater dan diameter lubang saluran udara tidak terlalu besar agar udara yang masuk tidak terlalu berlebihan.

2.1.5 Sirip

Fungsi sirip adalah untuk memperluas permukaan dari benda yang dipasangi sirip sehingga pelepasan panas bisa berlangsung lebih cepat. Jika sirip dipasang di saluran air yang akan di panaskan, maka akan menangkap panas api yang di berikan kompor sehingga mampu memanaskan pipa saluran air dengan lebih cepat maka dari itu pemasangan sirip juga berpengaruh terhadap suhu keluar air dari water heater. Dalam water heater penggunaan sirip digunakan untuk membantu mempercepat terjadinya kenaikan suhu dipermukaan pipa - pipa penyalur air, karena sirip water heater terbuat dari tembaga yang memiliki sifat konduksi yang baik. Pemilihan bahan pembuatan sirip tidaklah sembarangan karena berpengaruh terhadap panas yang dihantarkan. Semakin besar nilai konduktivitas termal bahan sirip, semakin besar kalor yang dapat ditangkap oleh sirip.

L.3/2 (h/k A)1/2

Gambar 2.2 Efisiensi sirip siku empat dan segitiga ( sumber: Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor)

Gambar 2.3 Efisiensi sirip siku empat ( sumber: Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor)

2.1.6 Isolator

Isolasi termal adalah metode atau proses yang digunakan untuk mengurangi perpindahan kalor. Bahan yang digunakan untuk mengurangi laju perpindahan kalor itu disebut isolator. Energi panas (kalor) dapat ditransfer secara konduksi, konveksi, dan radiasi. Panas dapat lolos meskipun ada upaya untuk menutupinya, tapi isolator mengurangi panas yang lolos tersebut.

Isolasi termal dapat menjaga wilayah tertutup seperti bangunan atau tubuh agar terasa hangat lebih lama dari yang sewajarnya, tetapi itu tidak mencegah hasil akhirnya, yaitu masuknya air dingin dan keluarnya air panas. Isolator juga dapat bekerja sebaliknya, yaitu menjaga bagian dalam suatu wadah terasa dingin lebih lama dari biasanya. Oleh karena itu di dalam water heater diberikan semacam isolator agar panas hasil pembakaran tidak keluar. Isolator tersebut adalah udara, karena udara merupakan isolator yang murah, dan sangat mudah

didapatkan maka dari itu water heater diberikan lubang – lubang udara yang berfungsi sebagai pemasukan udara untuk kebutuhan pembakaran sekaligus sebagai isolator. Benda – benda yang merupakan isolator panas adalah kertas, plastik, kayu, karet, udara, dll.

2.1.7 Bahan Bakar / Sumber Energi

Ada beberapa macam bahan bakar / sumber energi yang bisa di gunakan untuk water heater antara lain energi matahari, energi listrik, dan gas LPG. Akan tetapi sumber energi yang paling sering digunakan adalah sumber energi gas LGP (Liquified Petroleum Gas ). LPG adalah campuran dari berbagai macam unsur hidrokarbon yang berasal dari gas alam. Dengan menambah tekanan dan menurunkan suhunya , gas berubah menjadi cair. Ada tiga macam jenis LPG yang di produksi oleh Pertamina antara lain, LPG untuk keperluan rumah tangga, LPG gas propana dan LPG gas butana. Untuk sumber energi gas yang di gunakan oleh water heater menggunakan LPG untuk keperluan rumah tangga karena memiliki komposisi campuran antara propana



C₃H₈



dan butana



C₄H₁₀



Perbandingan gas propana dan butana adalah sekitar 30 : 70 dengan komposisi sebesar 99% dan selebihnya adalah gas petana



C₅H₁₂



dan etana (C2H6) yang dicairkan. Tekanan uap LPG cair di dalam tabung sekitar 5 – 6,2

2

cm

kg _{. Agar mempunyai bau yang khas dan dan untuk mengetahui bila terjadi}

kebocoran maka, LPG umumnya ditambah dengan zat marcaptan.

Reaksi pembakaran propana



C₃H₈



, jika terbakar sempurna adalah sebagai berikut :

8

3H

C + 5O₂ → 3CO₂ + 4H2O + panas propana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas

Dan untuk Reaksi pembakaran butana



C₄H₁₀



, jika terbakar sempurna adalah sebagai berikut :

2C₄H₁₀ + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O + panas butana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas Menurut wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut hampir sama dengan propana setara dengan 46 MJ/kg

Tabel 2.3 di bawah ini menyajikan daya pemanasan dari efisiensi alat masak LPG dengan bahan bakar gas. Terlihat bahwa efisiensi alat masak dengan gas LPG berkisar sebesar 60 %.

Tabel 2.3 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 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 %

2.1.8 Kebutuhan Udara

Pada kenyataanya proses pembakaran itu tidak bisa sempurna. Agar di dalam proses pembakaran bisa mencapai optimal maka, di perlukan udara. Pada proses pemanasan pada water heater dapat menggunakan udara yang diambil dari udara bebas disekitar melalui lubang – lubang udara yang berada pada dinding water heater. Jumlah lubang udara juga berpengaruh terhadap proses pemanasan pada water heater. Oleh karena itu aliran udara yang diperlukan harus dikondisikan dengan ukuran tabung water heater agar api yang diperlukan dalam proses pemanasan mendapatkan kebutuhan udara yang cukup. Kekurangan udara bisa menyebabkan kurang optimalnya panas yang dipindahkan ke air yang dihasilkan water heater, karena nyala api menjadi lebih kecil atau tidak sesuai dengan yang diharapkan. Kelebihan udara juga bisa menyebabkan kurang optimalnya panas yang diserap oleh pipa.

Tabel 2.4 Komposisi udara dalam keadaan normal (Sumber : repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/16641/4/Chapter %20I.pdf)

No Komposisi Udara Prosentase (%)

1 Nitrogen 78,1

2 Oksigen 20,93

3 Karbon dioksida 0,03

2.1.9 Saluran Gas Buang

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

2.1.10 Sumber Api

Sumber api atau sumber energi yang digunakan pada water heater ini adalah kompor. Ada berbagai macam jenis kompor yang tersedia dipasaran, dari mulai bentuk, dan bahan bakar yang digunakan. Ada kompor yang mampu memberikan api yang besar tetapi ada pula yang mampu memberikan api yang kecil. Perbedaan nyala api tersebut salah satunya disebabkan oleh bahan bakar yang digunakan oleh setiap kompor berbeda – beda. Sumber api atau kompor yang digunakan untuk penelitian ini adalah kompor bertekanan tinggi ( high pressure ) yang menggunakan bahan bakar LPG. Karena api yang ditimbulkan oleh kompor bertekanan tinggi ini mampu menyentuh pipa saluran air dengan siripnya, dan api yang dihasilkan kompor jenis ini sangat besar sehingga mempercepat proses pemanansan air.

Spesifikasi kompor sebagai berikut :

Dimensi : 570 (Panjang) x 315 (Lebar) x 168 (Tinggi) Daya pemanasan : 21.8 kW/h High Pressure

Bahan : Besi Tuang

2.1.11 Laju Aliran Kalor

Ketika air mengalir dalam pipa maka air tersebut memiliki kecepatan aliran, kecepatan aliran air dapat dihitung dengan persamaan ( 2.1 ) :

= 2 . . r m A m  

  ...( 2.1 ) Laju aliran massa air dapat dihitung dengan persamaan

dengan

m = laju aliran massa (kg/s) ρ = massa jenis air (kg/m3)

m

u = kecepatan aliran (m/s) r = jari – jari pipa (m) d = diameter pipa air (m)

Gambar 2.5 laju aliran kalor yang terjadi dalam pipa saluran air



i o



air air

air m c T T

q  

ṁair = ρ (πr2)(Um ) ...(2.3)

Pada persamaan (2.2) dan (2.3): air

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

air

c : kalor jenis air, J/kgoC.

Ti : suhu air masuk water heater, oC

To : suhu air keluar water heater, oC.

m

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

 : massa jenis air yang mengalir, kg/ 3

m r : jari - jari dalam saluran, m

2.1.12 Laju aliran kalor yang diberikan gas

Laju aliran kalor yang diberikan gas bisa dihitung dengan persamaan (2.4) : gas

q = m_gasC_gas ……….………...…………. (2.4) Pada persamaan (2.4) :

gas

m : massa gas LPG yang terpakai persatuan waktu (kg/s)

gas

C _{: Kapasitas Panas ( J/kg), (1kkal = 4186,6 J), tersaji pada Tabel 2.3}

2.1.13 Efisiensi

Efisiensi water heater dapat dihitung dengan persamaan (2.5) :

% 100 x q q gas air 

Pada Persamaan (2.5) :

 : Efisiensi water heater (%)

air

q : Laju aliran kalor yang diterima air, (watt)

gas

q : Laju aliran kalor yang diberikan gas, (watt)

2.2 Tinjauan Pustaka

2.2.1 Macam – Macam Water Heater Yang Ada Dipasaran

Referensi pembanding untuk pembuatan water heater bahan bakar gas LPG adalah water heater merk Modena seri GI-6 yang karakteristiknya adalah sebagai berikut :

a. Gambar water heater Modena GI-6

Gambar 2.6 Water heater GI-6

Nama Produk : Modena Negara Pembuat : Italia

Spesifikasi

Model : GI-6

Warna : Putih (GI-6), Inox (GI-6S) Kapasitas maksimum : 6 L/menit

Dimensi Luar : 740 mm x 430 mm x 248 mm

Tipe Gas : NG LPG

Temperatur maksimum : 65°C

Tekanan gas : low pressure 0,28 mBar

b. Water heaterJLG30-BV

Gambar 2.7 Water heater JLG30-BV6

Negara Pembuat : China

Nama Produk : Smales

Spesifikasi

Model : JLG30-BV6

Berat : 39 kg

Dimensi Luar : 760 mm x 430 mm x 320 mm

Tipe Gas : NG LPG

Jangkauan Temperatur : 40°C - 80°C

Tekanan gas : low pressure, 30 mBar Konsumsi gas 0,7 kg/jam

2.2.2 Konstruksi Water Heater gas LPG Yang Dipasaran

Berikut ini disajikan rancangan water heater gas LPG yang ada dipasaran indonesia :

Model Water Heater 1

Gambar 2.8 Skema perancangan water heater dengan pemanasan pipa tidak bersentuhan langsung dengan api ( tipe 1 )

Pada kontruksi water heater gas LPG tipe 1, seperti yang terlihat pada Gambar 2.8. Tipe ini memiliki model lilitan pipa saluran air yang melekat pada sebuah tabung. Saluran pipa air tidak terkena langsung panas api dari proses pembakaran, melainkan tabung bagian dalamlah yang dipanasi oleh api. Bagian luar dari tabung terdapat lilitan pipa saluran air. Jika tabung mengalami peningkatan suhu maka pipa saluran air dari water heater itu juga akan mengalami peningkatan suhu. Suhu air yang mengalir dalam pipa pun meningkat dan menjadi air panas..

Keuntungan dari rancangan water heater tipe 1 ini adalah air panas yang dihasilkan memiliki debit yang tetap serta suhu yang tetap, sehingga air panas dapat terus mengalir secara kontinyu.

Model Water Heater 2

Pada konstruksi water heater tipe 2 ini, ketika water heater di hidupkan untuk memanaskan air katup bahan bakar akan terbuka untuk menyalakan kompor / burner. Air dingin akan masuk ke dalam pipa tembaga dan akan dipanaskan oleh kompor / burner yang berada di dalam water heater sehingga air yang keluar dari water heater akan menjadi panas. Efektifitas water heater ini berkisar antara 75 – 90%. Kekurangan dari konstruksi water heater ini adalah penurunan tekanan aliran air akan lebih rendah ketika lebih dari satu sumber air panas yang digunakan.

Model Water Heater 3

Gambar 2.10 Skema perancangan water heater tipe 3 dengan pemanasan pipa tidak bersentuhan langsung dengan api dan pipa berbentuk lingkaran

Pada Gambar rancangan water heater gas LPG tipe 3 terlihat model dari water heater ini berbentuk silinder atau tabung dan tidak memiliki saluran pipa air

yang melingkar. Pada rancangan water heater gas tipe 3 ini, water heater hanya mempunyai 2 pipa saluran air masuk dan keluar yang terletak di atasnya.

Cara kerja water heater tipe 3 ini adalah air panas masuk kedalam water heater hingga mencapai jumlah tertentu. Setelah air memenuhi penampung air yang ada di dalam water heater, api di bawahnya memanasi penampung air tersebut hingga suhu air meningkat dan air menjadi panas. Api yang digunakan dalam proses tersebut adalah hasil pembakaran gas LPG.

Model rancangan water heater tipe 3 ini memiliki kekurangan. Kurangannya adalah debit dan suhu air panas yang dihasilkan tidak bisa tetap atau kontinyu, karena air harus ditampung terlebih dahulu baru kemudian dipanasi oleh api hasil pembakaran gas LPG.

2.2.3 Hasil Penelitian Water Heater Gas LPG

Putra, P.H (2012) telah melakukan Penelitian water heater gas LPG yang berjudul “Water Heater Dengan Panjang Pipa 20 Meter Dan 300 Lubang Masuk Udara Pada Dinding Luar” yang bertujuan : (a) Membuat water heater , (b) Mendapatkan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater, (c) Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor yang diterima oleh air, (d) mendapatkan hubungan antara debit air dengan efisisensi water heater. Batasan-batasan penelitian sebagai berikut : (a) Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, (b) Diameter pada dinding luar 25 cm, (c) Diameter pada dinding dalam 20 cm, (d) Panjang pipa 20 meter, (e) Diameter bahan pipa 3/8 inci, (f) Variasi dilakukan pada besarnya debit air masuk water

heater. Dari hasil penelitian tersebut didapatkan : (a) Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran , yang mampu menghasilkan panas dengan temperature 42,9 Cpada debit 10 liter/menit. (b) hasil terbaik hubungan antara debit air yang mengalir dengan laju perpindahan kalor adalah 17627,02 watt. (c) Hasil terbaik dari hubungan antara debit air yang mengalir dengan effisiensi water heater adalah 79,604 %

Adi Romulus, F.S (2013) telah melakukan Penelitian water heater gas LPG yang berjudul ”Water Heater Bersirip” yang bertujuan : (a) Membuat water heater , (b) Mendapatkan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater, (c) Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor yang diterima oleh air, (d) mendapatkan hubungan antara debit air dengan efisisensi water heater. Variasi dilakukan pada besarnya debit air masuk water heater. Dari hasil penelitian tersebut didapatkan : (a) Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran , yang mampu menghasilkan panas dengan temperature 45 Cpada debit 13,7 liter/menit. (b) hasil terbaik hubungan antara debit air yang mengalir dengan laju perpindahan kalor adalah 21,414 kW. (c) Hasil terbaik dari hubungan antara debit air yang mengalir dengan effisiensi water heater adalah 42,98 %

29

BAB III

PEMBUATAN ALAT

3.1 Persiapan

Proses pertama dalam membuat water heater dengan panjang pipa 10 meter, diameter pipa 0,5 inci dan bersirip ini adalah membuat gambar desain water heater dengan menggunakan dua tabung yaitu tabung dalam dan tabung luar dan memberi lubang udara pada tiap – tiap dinding permukaan tabung. Proses selanjutnya adalah persiapan alat dan bahan, kemudian pengukuran terhadap desain water heater, meliputi rangka dalam, rangka luar water heater, diameter tabung dalam dan tabung luar mengikuti diameter kompor yang digunakan dan mengukur diameter tutup water heater.

3.2 Pembuatan Water Heater

3.2.1 Bahan Water Heater

Bahan – bahan yang digunakan dalam pembuatan water heater menggunakan sirip adalah :

1. Pipa tembaga dengan panjang 10 meter dan berdiameter 0,5 inci 2. Plat Galvalum

3. Besi strip

4. Nako besi ukuran 10mmx10mm 5. Baut dan Mur

6. Kawat sebagai pengikat sirip 7. Kaleng

Gambar 3.1 Pipa Tembaga

Gambar 3.3 Plat Galvalum

Gambar 3.4 Besi Nako

3.2.2Sarana dan alat-alat yang digunakan

Sarana dan alat-alat yang digunakan untuk proses pembuatan water heater dengan panjang pipa 10 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip adalah:

1. Alat pemotong pipa, yang digunakan untuk memotong pipa tembaga. 2. Alat penekuk / pembengkok pipa digunakan untuk menekuk pipa agar

3. Mesin bor, digunakan untuk membuat lubang saluran udara yang berada pada dinding water heater.

4. Gerindra yang berfungsi untuk memotong dan menghaluskan permukaan pipa atau bagian water heater yang dilas.

5. Gergaji yang digunakan untuk memotong besi nako dan besi strip. 6. Gunting yang digunakan untuk memotong plat galvanum.

7. Paku keling yang digunakan untuk menyambung antara besi strip dan plat galvanum.

8. Las listrik yang digunakan untuk mengelas / menyambung besi strip dan besi nako.

9. Tang yang digunakan untuk menjepit pipa tembaga ataupun bahan yang lainnya.

10. Jangka sorong untuk membuat lingkaran ada plat galvanum sebelum dipotong untuk membuat tutup water heater.

11. Obeng +/- yang digunakan untuk mengenangkan baut.

12. Palu yang digunakan untuk merapikan bentuk plat galvanum maupun plat strip dan besi nako.

3.2.3 Langkah – langkah Pengerjaan 3.2.3.1 Persiapan

Sebelum memulai pembuatan water heater menggunakan sirip, terlebih dahulu harus melakukan persiapan yaitu:

Pada proses awal pembuatan water heater dengan panjang pipa 10 meter, dengan diameter pipa 0,5 inci dan bersirip adalah membuat gambaran desaign water heater yang akan di buat menggunakan dua tabung, yaitu tabung dalam dan tabung luar, membuat agar tutup water heater mampu bergerak naik/turun serta membuat sebuah tabung udara didalam water heater.

2. Menyiapkan Alat dan Bahan

Setelah menyiapkan rancangan, langkah selanjutnya adalah menentukan bahan yang akan digunakan dalam membuat water heater kemudian menyediakannya dengan membeli bahan – bahannya.

3.3 Pengerjaan Water Heater

Dalam pelaksanaan pembuatan water heater menggunakan sirip banyak hal-hal yang harus dilakukan yaitu :

1. Memotong Pipa Tembaga

Memotong pipa tembaga harus menggunakan alat yang khusus agar hasilnya baik dan rapi serta pipa tembaga tidak mengalami kerusakan bentuk. Pipa tembaga dengan panjang 12 meter dipotong dengan ukuran 10 meter sebagai bahan pipa saluran air dan 2 meter sebagai bahan membuat sirip. Setelah dipotong pipa tembaga dengan panjang 10 meter dibuat melingkar dengan cara dirol dengan model 2 tingkat.

Gambar 3.5 Proses Pemotongan Pipa Tembaga

2. Membengkokkan Pipa Tembaga

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.

Setelah pipa tembaga berhasil dibengkokkan, kemudian dipasang sirip yang terbuat dari sisa pemotongan pipa tembaga tersebut dan diikat dengan menggunakan mur dan baut. Diameter lengkungan pipa bagian dalam 18 cm dan diameter lengkungan pipa bagian luar 20 cm.

Gambar 3.7 Pipa tembaga yang telah dibengkokkan

3. Pembuatan Tabung Luar dan Tabung Dalam

Langkah pertama dalam membuat tabung dalam dan tabung luar adalah membuat kerangka water heater yang terbuat dari besi strip setinggi 30cm. Kemudian dipasang selimut tabung dalam yang terbuat dari plat galvanum, sebelum dipasang selimut, pipa tembaga beserta sirip telah di masukan kedalam kerangka, tujuannya adalah memudahkan dalam memasang pipa tembaga. Setelah tabung bagian dalam terpasang kemudian disambung menggunakan paku keling. Setelah proses ini selesai kemudian memasang plat galvanum ke tabung bagian luar. Proses ini hampir sama seperti dalam memasang tabung bagian dalam.

Gambar 3.8 Proses Pembuatan Tabung Luar dan Tabung Dalam

4. Membuat Saluran Udara Masuk

Setelah pembuatan tabung dalam dan tabung luar selesai, langkah selanjutnya adalah membuat saluran udara masuk. Dilakukan pengeboran pada tabung bagian luar dan tabung bagian dalam. Diusahakan jumlah lubang saluran udara masuk dibuat banyak dan merata agar udara bisa masuk kedalam water heater secara merata.

Gambar 3.9 Lubang Saluran Udara Masuk

5. Pembuatan Tutup Water Heater

Memotong plat galvanum dengan bentuk lingkaran sesuai ukuran diameter water heater menggunakan jangka sorong dan gunting. Kemudian memotong dua buah plat strip sesuai ukuran untuk membuat kerangka tutup water heater, lalu dipasangkan dengan plat galvanum yang berbentuk lingkaran dengan menggunakan paku keling dan las listrik. Kemudian dilakukan pengeboran pada bagian tengah lingkaran untuk memasang baut dengan posisi kepala baut menghadap ke atas bersamaan dengan mur agar baut dapat berdiri dengan tegak, agar tutup water heater mampu bergerak naik dan turun.

6. Pembuatan Tabung Dalam

Membuat tabung pada bagian dalam water heater yang menyerupai tabung dalam pada kompor minyak yang diberi lubang udara pada bagian dinding luarnya dengan tinggi 300 mm dan berdiameter 100 mm. Berfungsi untuk menambah aliran udara yang akan masuk kedalam water heater.

3.4 Hasil Pembuatan

Gambar 3. memberikan informasi tentang water heater menggunakan sirip yang sudah disatukan.

Gambar 3.10 Water Heater

3.5 Kesulitan Dalam Pembuatan Water Heater

Adapun kesulitan-kesulitan dalam proses pembuatan water heater menggunakan sirip, antara lain adalah :

1. Memasukan Pipa tembaga kedalam tabung dalam maupun tabung luar water heater.

2. Membengkokkan pipa tembaga berbentuk pipa spiral, dimana kami mengalami kesulitan pada saat melengkungkan pipa agar berbentuk spiral.

39

BAB IV

METODOLOGI PENELITIAN

4.1Benda Uji

Benda uji yang digunakan adalah water heater gas LPG dengan menggunakan bahan bakar gas LPG. Water heater berbentuk tabung dengan diameter 30 cm, dan tinggi water heater 30 cm. Bahan pipa air tebuat dari tembaga dengan panjang 10 meter dengan model pengerolan bertingkat dan bersirip. Water heater juga memiliki tutup yang bisa diatur ketinggiannya.

Gambar 4.2 Pipa Saluran Air Water Heater Dengan Sirip Tembaga

Gambar 4.4 Water Heater Tampak Samping

4.1.1 Diskripsi Alat Water Heater

Water heater yang digunakan dalam penelitian ini memiliki komponen utama pipa saluran air yang terbuat dari tembaga dan diberi sirip, mempunyai dinding dalam dan dinding luar yang diberi lubang saluran udara masuk, mempunyai tutup water heater yang mampu dibuka atau ditutup dengan cara diputar dan mempunyai tabung saluran udara pada bagian tengah – tengah water heater.

4.1.2. Cara Kerja Water Heater

A. Proses pembakaran dan penyerapan kalor

Proses pemanasan dalam water heater diawali dengan proses pembakaran yang terjadi secara langsung dari gas LPG. Dalam proses ini harus ditunggu beberapa saat, agar proses perpindahan panas konduksi dari api ke pipa saluran air

terjadi dengan sempurna. Proses selanjutnya adalah memasukan air ke pipa saluran air jika panasya sudah cukup.

B. Input (air masuk ke dalam water heater)

Proses input adalah proses pemasukan air ke pipa saluran air water heater. Dalam proses ini memanfaatkan perpindahan panas secara konveksi. Dimana terjadi perpindahan panas dari permukaan dalam pipa saluran air ke air yang mengalir di dalamnya.

C. Output (air keluar dari water heater)

Proses output adalah proses keluarnya air dari water heater. Air keluar dengan suhu yang sudah meningkat dan menjadi panas. Pada proses ini suhu air keluar diukur dengan menggunakan termokopel untuk mengetahui peningkatan suhu airnya.

4.2. Skematis Pengujian

Skematis pengujian pada water heater telah tergambar dan dijelaskan pada Gambar 4.3.

Gambar 4.5 Skema Rangkaian Pengujian Alat Water Heater

Agar air bisa mengalir ke dalam water heater diperlukan kran air, kran air juga digunakan untuk mengatur jumlah debit air yang mengalir di dalam water heater dan untuk mengatur suhu air yang keluar dari water heater. Termokopel digunakan untuk mengukur suhu air yang masuk ( input ) dan suhu air yang keluar ( output ) dari water heater. Dan gelas ukur digunakan untuk mengukur / mengetahui jumlah debit air yang keluar dari water heater per menit.

4.3 Variasi Penelitian

Variasi penelitian dilakukan terhadap besar kecilnya debit air yang dialirkan di dalam water heater dengan debit gas LPG yang konstan pada water heater dan membuka tutup water heater sebanyak 10 kali putaran dan 20 kali putaran. Pengaturan tinggi tutup ini bertujuan mengatur volume gas buang sisa pembakaran yang keluar dari water heater.

4.4 Alat Bantu Penelitian

Alat – alat yang di gunakan untuk membantu penelitian water heater ini adalah sebagai berikut :

1. Kompor yang digunakan untuk sumber api atau penyuplai panas.

2. Gas LPG sebagai bahan bakar kompor atau sebagai sumber tenaga dari water heater.

3. Selang dan regulator yang digunakan untuk mengalirkan gas LPG dari tabung gas menuju kompor dan regulator digunakan untuk mengatur besar / kecilnya api pada kompor.

4. Kran air yang berfungsi untuk mengatur jumlah debit aliran air yang masuk ke dalam water heater.

5. Selang air yang digunakan untuk menyambung dari kran air menuju pipa masuk ( input ) water heater.

6. Klem yang berfungsi untuk mengencangkan selang air dan selang regulator agar tidak bocor.

7. Stopwatch digunakan untuk mengetahui debit aliran air per satuan waktu. 8. Gelas ukur digunakan mengetahui banyaknya air dalam liter.

9. Termokopel digunakan untuk mengukur suhu air yang masuk ( input ) dan suhu air yang keluar ( output ) dari water heater.

10. Obeng digunakan untuk mengencangkan klem.

11. Kalkulator dan alat tulis yang digunakan untuk mencatat dan mengolah data. 12. Timbangan Digital yang digunakan untuk mengukur/menimbang gas LPG.

Gambar 4.7 Gas LPG 15kg

Gambar 4.9 Gelas Ukur

4.5 Alur Penelitian

Alur penelitian dalam penelitian water heater gas LPG ini adalah :

1. Menyiapkan alat dan peralatan pendukung yang digunakan dalam penelitian. 2. Menyiapkan kompor dan gas LPG.

3. Menimbang tabung gas LPG sebelum digunakan dalam penelitian. 4. Meletakkan water heater diatas kompor.

5. Menghubungkan selang dari sumber air ke saluran masuk water heater. 6. Menghidupkan kran air sampai air teralirkan menuju water heater. 7. Mengukur suhu keluar air sebelum dipanaskan.

8. Menghidupkan kompor sampai suhu air berubah menjadi panas. 9. Mengukur suhu keluar air setelah dipanaskan.

11. Menimbang tabung gas LPG setelah digunakan dalam penelitian. 12. Mengolah data yang telah didapat.

13. Menyimpulkan data.

4.6 Cara Mendapatkan Data

Untuk mengetahui debit gas LPG yang digunakan untuk penelitian adalah menimbang tabung gas LPG sebelum dan sesudah digunakan. Untuk mengukur data debit aliran air yang keluar dari water heater diperoleh dengan cara menampung air yang keluar dari pipa output water heater dengan gelas ukur per liter. Banyaknya air yang mengalir setiap menit kemudian dicatat setiap ada perubahan debit. Kemudian suhu diukur dengan menggunakan termokopel yang dipasangkan pada pipa keluar ( output ) water heater. Suhu air dicatat setiap ada perubahan debit aliran air. Dalam pengambilan data, dilakukan variasi tutup water heater. Variasi pertama adalah kondisi tutup rapat, lalu selanjutnya divariasikan 10 putaran tutup dan variasi yang terakhir adalah 20 putaran tutup. Semua data yang didapat nantinya akan dibandingkan.

4.7 Cara Mengolah Data

Dari data – data yang diperoleh, kemudian data dapat diolah. Data – data kemudian dipergunakan untuk mengetahui :

1. Hubungan antara debit air dengan suhu air yang keluar dari water heater. 2. Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang keluar dari water

heater.

Perhitungan laju aliran kalor dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.2). Untuk memudahkan mendapatkan kesimpulan maka, data – data disajikan dalam bentuk grafik.

4.8 Cara Mendapatkan Kesimpulan

Persamaan hubungan antara debit air dengan suhu air dari water heater dengan panjang pipa 10 meter, diameter pipa 0,5 inci dan bersirip dapat dilakukan dengan menggunakan program komputer Microsoft Excel.

50

BAB V

HASIL PENELITIAN

5.1 Hasil Penelitian

Hasil pengujian pemanas air, yang meliputi : debit air, suhu air masuk T0, suhu air keluar T1 disajikan pada Tabel 5.1, sampai Tabel 5.3. Pengujian dilakukan pada kondisi tekanan udara luar. Pengujian dilakukan dengan variasi putaran tutup water heater. Pengujian pertama tutup masih dalam kondisi rapat, kemudian dilakukan variasi pembukaan tutup dengan cara memutar tutup. Putaran tutup sebanyak 10 putaran dan 20 putaran. Aliran gas pada kompor diposisikan pada posisi maksimum. Air yang dipergunakan, adalah air kran.

TABEL 5.1 Hasil Pengujian Water Heater Dengan Kondisi Tutup Tertutup Rapat No Debit air (liter/menit) Suhu air masuk

T0(°C)

Suhu air keluar T1

(°C)

ΔT

(°C)

1 33,6 26 31 5

2 25,2 26 32 6

3 18,6 26 33,3 7,3

4 15,6 26 35,2 9,2

5 14,4 26 36,4 10,4

6 12 26 38 12

7 10,2 26 40,8 14,8

8 7,44 26 46,2 20,2

9 3,6 26 52,6 26,6

Tabel 5.2 Hasil Pengujian Water Heater Dengan Kondisi Tutup Terbuka 10 Putaran

No Debit air (liter/menit) Suhu air masuk T0(°C)

Suhu air keluar T1(°C)

ΔT

(°C)

1 34,2 26 31,1 5,1

2 22,2 26 35,4 9,4

3 20,4 26 36,2 10,2

4 13,2 26 41,4 15,4

5 10,8 26 42,9 16,9

6 9,6 26 44,2 18,2

7 6,6 26 54,8 28,8

8 5,16 26 57,2 31,2

9 3,6 26 66,2 40,2

10 3 26 70,2 44,2

Tabel 5.3 Hasil Pengujian Water Heater Dengan Kondisi Tutup Terbuka 20 Putaran

No Debit air (liter/menit) Suhu air masuk T0(°C)

Suhu air keluar T1(°C)

ΔT

(°C)

1 34,92 26 31,2 5,2

2 25,2 26 33,3 7,3

3 19,2 26 35,5 9,5

4 14,4 26 40,01 14,01

5 12 26 43,7 17,7

6 8,4 26 47,8 21,8

7 7,2 26 55,2 29,2

8 5,4 26 61,8 35,8

9 4,68 26 66,6 40,6

10 3,6 26 75,1 49,1

Dari Tabel 5.1, sampai Tabel 5.3 hubungan antara debit air dengan suhu air yang keluar dari water heater dapat dibuat dan hasilnya disajikan pada Gambar 5.1 sampai Gambar 5.3. Gambar 5.1 memberikan informasi tentang hubungan antara debit air dengan suhu air yang keluar dari water heater dengan kondisi

tutup tertutup rapat. Gambar 5.2 memberikan informasi tentang hubungan antara debit air dengan suhu keluar dari water heater dengan kondisi tutup terbuka 10 putaran, sedangkan gambar 5.3 memberikan informasi tentang hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater dengan kondisi tutup terbuka 20 putaran.

Gambar 5.1 Hubungan Debit Air Dengan Suhu Air Keluar Water Heater Pada Kondisi Tutup Tertutup Rapat

0 10 20 30 40 50 60 70

0 5 10 15 20 25 30 35

Su hu Air K elua r Wa ter H ea ter T 0 ( oC)

Gambar 5.2 Hubungan Debit Air Dengan Suhu Air Keluar Water Heater Pada Kondisi Tutup Terbuka 10x Putaran

Gambar 5.3 Hubungan Debit Air Dengan Suhu Air Keluar Water Heater Pada Kondisi Tutup Terbuka 20x Putaran

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 5 10 15 20 25 30 35

Suhu A ir K el uar w at er heat er T 0 ( oC)

Debit Air (liter/menit)

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 5 10 15 20 25 30 35

Su hu Air K elua r w a ter hea ter T 0 ( oC)

5.2 Perhitungan

Perhitungan kecepatan air rata rata Um, laju aliran massa air dan laju aliran kalor q yang diserap air dilakukan dengan mempergunakan data data seperti tersaji pada Tabel 5.1. Sebagai contoh perhitungan diambil data hasil pengujian untuk kondisi tutup rapat diambil pada saat debit 10,2 liter/menit. Data lain yang dipergunakan adalah :

Diameter dalam pipa saluran air (d) : 0,5 inci = 1,2700cm = 0,01270m,

Jari jari dalam pipa saluran air (r) : 0,00635 m

Massa jenis air (ρ) : 1000 kg/m3

Kalor jenis air (Cair) : 4179 J/(kgoC)

Laju aliran massa gas (mgas) : 0,044 kg/menit

Kapasitas panas gas ( Cgas) : 11900 kkal/kg (=11900 x 4186,6 J/kg)

5.2.1. Perhitungan Kecepatan air rata rata ( um )

Perhitungan kecepatan air rata rata um yang mengalir di dalam saluran pipa air mempergunakan persamaan (2.1) :

s m r air debit m pipa penampang luas s m air debit

um /

) ( ) / ( 2 2 3    …….……...………….

Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 10,2 liter/menit. (data lain pada Tabel 5.1). Satuan debit air dijadikan dalam satuan m3/s.









x m s

s m x menit liter air

debit 0,170 10 /

60 10 2 , 10 2 ,

10 3 3

3 3      …...…..

Kecepatan air rata rata um :

) / (

2 m s

r air debit u_m   ... s m m x s m x um / 34 , 1 00635 , 0 14 , 3 / 10 170 , 0 2 2 3 3   

Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap disajikan pada Tabel 5.4 sampai Tabel 5.6

5.2.2.Perhitungan laju aliran massa air (ṁair)

Perhitungan laju aliran massa air ṁair di dalam saluran pipa air mempergunakan persamaan (2.3) :

ṁair = ( massa jenis air )( luas penampang )( kecepatan air rata-rata)

=ρ(πr2)(um)

Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 10,2 liter/menit. (data lain pada Tabel 5.1)

ṁair = (1000)( 3,14x0,006352 )( 1,34 ) kg/s

Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap disajikan pada Tabel 5.4 sampai Tabel 5.6

5.2.3 Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air

Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air mempergunakan persamaan (2.2) :

qair = (laju aliran massa air)(kalor jenis air)(Tout– Tin) watt

= ṁair . Cair ( Tout– Tin ) watt

Sebagai contoh perhitungan untuk debit air = 10,2 liter/menit ( Tabel 5.1 ) dan laju aliran massa air = 0,169 kg/s.



0,169



4179



40,826



 air q kW watt 452 , 10 ) 8 , 14 )( 251 , 706 (  

*Catatan : 1 watt = J/s

5.2.4 Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas

Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas di luar saluran pipa dapat ditentukan dengan persamaan (2.4) :

qgas = ( laju aliran massa gas ).( mgas x Cgas)kW

...

qgas = (0,044 x ( 11900 x 4186,6 )) / 60

= 36,53 kW

5.2.5 Effisiensi Water Heater

Perhitungan Efisiensi (η) kompor gas dapat menggunakan persamaan (2.5): % 100 x q q gas air   ………...………..………. % 100 53 , 36 452 , 10 x  

28,61%

Tabel 5.4 Perhitungan lengkap pada kondisi penutup tertutup rapat

No Debit air

(liter/menit) T0 (°C) T1 (°C) ΔT (°C) mair (kg/s) Um (m/s) Qair (kJ) Efisiensi (%) Debit air (m³/s) Qgas (kWatt)

1 33,6 26 31 5 0,560 4,42 11,701 32,03 0,000560 36,535

2 25,2 26 32 6 0,420 3,32 10,531 28,82 0,000420 36,535

3 18,6 26 33,3 7,3 0,310 2,45 9,457 25,88 0,000310 36,535

4 15,6 26 35,2 9,2 0,260 2,05 9,996 27,36 0,000260 36,535

5 14,4 26 36,4 10,4 0,240 1,90 10,431 28,55 0,000240 36,535

6 12 26 38 12 0,200 1,58 10,030 27,45 0,000200 36,535

7 10,2 26 40,8 14,8 0,170 1,34 10,514 28,78 0,000170 36,535

8 7,44 26 46,2 20,2 0,124 0,98 10,468 28,65 0,000124 36,535

9 3,6 26 52,6 26,6 0,060 0,47 6,670 18,26 0,000060 36,535

10 2,4 26 64,5 38,5 0,040 0,32 6,436 17,62 0,000040 36,535

Tabel 5.5 Perhitungan lengkap pada kondisi penutup terbuka 10 putaran

No Debit air

(liter/menit) T0 (°C) T1 (°C) ΔT (°C) mair (kg/s) Um (m/s) Qair (kJ) Efisiensi (%) Debit air (m³/s) Qgas (kWatt)

1 34,2 26 31,1 5,1 0,570 1,13 12,148 33,25 0,000570 _36,535

2 22,2 26 35,4 9,4 0,370 0,73 14,535 39,78 0,000370 _36,535

3 20,4 26 36,2 10,2 0,340 0,67 14,493 39,67 0,000340 _36,535

No Debit air (liter/menit) T0 (°C) T1 (°C) ΔT (°C) mair (kg/s) Um (m/s) Qair (kJ) Efisiensi (%) Debit air (m³/s) Qgas (kWatt)

5 10,8 26 42,9 16,9 0,180 0,36 12,713 34,80 0,000180 _36,535

6 9,6 26 44,2 18,2 0,160 0,32 12,169 33,31 0,000160 _36,535

7 6,6 26 54,8 28,8 0,110 0,22 13,239 36,24 0,000110 _36,535

8 5,16 26 57,2 31,2 0,086 0,17 11,213 30,69 0,000086 _36,535

9 3,6 26 66,2 40,2 0,060 0,12 10,080 27,59 0,000060 _36,535

10 3 26 70,2 44,2 0,050 0,10 9,236 25,28 0,000050 _36,535

Tabel 5.6 Perhitungan lengkap kondisi penutup terbuka 20 putaran

No _{(liter/menit)} Debit air _(°C) T0 _(°C) T1 _(°C) ΔT _(kg/s) mair _(m/s) Um _(kJ) Qair Efisiensi _(%) Debit

air (m³/s)

Qgas (kWatt)

1 34,9 26 31,2 5,2 0,582 1,15 12,647 34,62 _{0,00058 36,535}

2 25,2 26 33,3 7,3 0,420 0,83 12,813 35,07 _{0,00042 36,535}

3 19,2 26 35,5 9,5 0,320 0,63 12,704 34,77 _{0,00032 36,535}

4 14,4 26 40,01 14,01 0,240 0,47 14,051 38,46 _{0,00024 36,535}

5 12 26 43,7 17,7 0,200 0,39 14,794 40,49 _{0,00020 36,535}

6 8,4 26 47,8 21,8 0,140 0,28 12,754 34,91 _{0,00014 36,535}

7 7,2 26 55,2 29,2 0,120 0,24 14,643 40,08 _{0,00012 36,535}

8 5,4 26 61,8 35,8 0,090 0,18 13,465 36,85 _{0,00009 36,535}

9 4,68 26 66,6 40,6 0,078 0,15 13,234 36,22 _{0,00008 36,535}

10 3,6 26 75,1 49,1 0,060 0,12 12,311 33,70 _{0,00006 36,535}

Dari Tabel 5.4, sampai Tabel 5.6 hubungan debit air dengan suhu air yang keluar dari water heater dapat dibuat perbandingannya dan hasilnya disajikan pada Gambar 5.4. Hubungan antara laju aliran kalor water heater dengan debit air dapat dibuat dan hasilnya disajikan pada Gambar 5.5 sampai Gambar 5.7. Gambar 5.8 sampai Gambar 5.10 memberikan informasi tentang hubungan effisiensi water heater dengan debit air.

Gambar 5.4 Perbandingan Hubungan Antara Debit Air dan Suhu Keluar Water Heater Dalam Tiga Variasi.

Keterangan :

Titik biru adalah kondisi tutup water heater tertutup rapat

Titik merah adalah kondisi tutup water heater terbuka 10 putaran

Titik hijau adalah kondisi tutup water heater terbuka 20 putaran

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 10 20 30 40

Suhu ai r k elu ar w at er h eat er T0 ( oC)

Debit air (liter/menit)

tutup rapat

tutup terbuka 10x putaran

tutup terbuka 20x putaran

Gambar 5.5 Hubungan Debit Air Dengan Laju Aliran Kalor Water Heater Pada Kondisi Penutup Tertutup Rapat

Gambar 5.6 Hubungan Debit Air Dengan Laju aliran Kalor Water Heater Pada Kondisi tutup Terbuka 10 Putaran

0 2 4 6 8 10 12 14

0 5 10 15 20 25 30 35

Qa ir ( k W )

debit air ( liter/menit)

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 5 10 15 20 25 30 35

Qa

ir

(

kW

)

Gambar 5.7 Hubungan Debit Air Dengan Laju Aliran Kalor Water Heater Pada Kondisi tutup Terbuka 20 Putaran

Gambar 5.8 Hubungan Debit Air Dengan Efisiensi Water Heater Pada Kondisi Pentutup Tertutup Rapat

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 5 10 15 20 25 30 35

Qa

ir

(

kW

)

Debit Air ( liter/menit)

0 5 10 15 20 25 30 35

0 5 10 15 20 25 30 35

E ff isi en si W at er H eat er (% )

Gambar 5.9 Hubungan Debit Air Dengan Efisiensi Water Heater Pada Kondisi Pentutup Terbuka 10x Putaran

Gambar 5.10 Hubungan Debit Air Dengan Efisiensi Water Heater Pada Kondisi Pentutup Terbuka 20x Putaran

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

0 5 10 15 20 25 30 35

E ff isi en si W ater He ater (% )

Debit Air ( liter/menit )

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

0 5 10 15 20 25 30 35

E ff isi en si W at er Heat er (% )

5.2.6 Pembahasan

Water heater yang dibuat mampu menghasilkan suhu temperatur air keluar 31 oC – 64,5 oC dengan kapasitas 2,4 liter/menit – 33,6 liter/menit pada kondisi tutup tertutup rapat, pada kondisi tutup terbuka 10 putaran mampu menghasilkan suhu temperatur air keluar 31,1 oC – 70,2 oC dengan kapasitas 3 liter/menit – 34,2 liter/menit dan pada kondisi tutup terbuka 20 putaran, water heater mampu mengasilkan suhu temperatur air keluar 31,2 oC – 75,1 oC dengan kapasitas 3,6 liter/menit – 34,9 liter/menit. Dengan memperhatikan spesifikasi water heater yang ada di pasaran, maka hasil rancangan water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang berada di pasaran. Water heater yang dibuat untuk suhu air keluar sebesar 40 oC mampu menghasilkan debit air sebesar 10,2 liter/menit pada kondisi penutup tertutup rapat.

Dari Gambar 5.1 sampai Gambar 5.3 didapatkan informasi bahwa debit air berpengaruh terhadap tinggi rendahnya suhu air keluar dari water heater. Semakin besar debit air yang masuk ke water heater maka temperatur air yang keluar semakin rendah, sebaliknya jika debit air yang masuk ke water heater semakin kecil maka temperatur air yang keluar ke water heater semakin tinggi. Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut, jika debit air rendah, maka volume air persatuan waktu yang dipindahkan kecil. Jika kalor yang dialirkan oleh bahan bakar gas LPG tetap, maka kalor tersebut menjadikan perbedaan suhu antara air masuk dengan air keluar besar. Hal ini sesuai dengan persamaan ( 2.2 ). Persamaan pendekatan antara debit air dan suhu keluar water heater pada kondisi tutup

Q_air = -0,0147(debit air)2. (liter/menit)-2 +0,6143(debit air)1. (liter/menit)-1 + 8,241( kondisi tutup terbuka 10 putaran ),

Qair = 0,0007(debit air)3. (liter/menit)-3 – 0,0424(debit air)2. (liter/menit)-2 + 0,7031(debit air)1. (liter/menit)-1 _{+ 10,64 ( kondisi tutup terbuka 20 putaran )}

Persamaan tersebut berlaku untuk debit antara 2,4 liter/menit sampai dengan 33,6 liter/menit pada kondisi tutup tertutup rapat, untuk debit antara 3 liter/menit sampai dengan 34,2 liter/menit pada kondisi tutup terbuka 10 putaran dan untuk debit antara 3,6 liter/menit sampai dengan 34,9 liter/menit pada kondisi tutup terbuka 20 putaran pada tekanan udara luar (1 atm) dan pada suhu air masuk

water heater 26 o_C.

Dari Gambar 5.8, sampai Gambar 5.10 didapatkan informasi bahwa debit air yang mengalir berpengaruh terhadap nilai efisiensi water heater yang dibuat, persamaan pendekatan debit air dengan efisiensi pada kondisi tutup tertutup rapat, pada kondisi tutup terbuka 10 putaran dan pada kondisi tutup terbuka 20 putaran dapat dinyatakan sebagai berikut :

η = -0,0002(debit air)4.(liter/menit)-4 + 0,0205(debit air)3.(liter/menit)-3 - 0,576(debit air)2.(liter/menit)-2 + 6,4358(debit air)1.(liter/menit)-1 + 3,8265

( kondisi tutup tertutup rapat ),

η = -0,0402(debit air)2.(liter/menit)-2 + 1,6815(debit air)1.(liter/menit)-1 + 22,556 ( kondisi tutup terbuka 10 putaran ),

η = -0,0001(debit air)4.(liter/menit-4)+0,0099(debit air)3.(liter/menit-3) - 0,31(debit air)2.(liter/menit-2) + 3,6805(debit air)1.(liter/menit-1) + 24,355 ( kondisi tutup terbuka 20 putaran)

Persamaan tersebut berlaku untuk debit antara 2,4 liter/menit sampai dengan 33,6 liter/menit pada kondisi tutup tertutup rapat, untuk debit antara 3 liter/menit sampai dengan 34,2 liter/menit pada kondisi tutup terbuka 10 putaran dan untuk debit antara 3,6 liter/menit sampai dengan 34,9 liter/menit pada kondisi tutup terbuka 20 putaran pada tekanan udara luar ( 1 atm ) dan pada suhu air masuk

67

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan

Dari penelitian yang telah dilakukan untuk mengetahui karakteristik water

heater dengan panjang pipa 10 meter, diameter pipa 0,5 inci dan bersirip , maka

dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Water heater yang dibuat terbukti mampu bersaing dengan water heater yang

ada di pasaran, dan mampu menghasilkan suhu air keluar dengan temperatur 40,1 oC pada debit air 14,4 liter/menit pada kondisi tutup terbuka 20 putaran. Dalam penelitian ini hasil terbaik untuk perbandingan debit air keluar dan suhu air keluar untuk kisaran suhu 40 o_{C di dapat pada keadaan tutup terbuka 20}

putaran.

2. Kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara 6,436 kJ – 11,701 kJ pada kondisi pentutup tertutup rapat, pada kondisi tutup terbuka 10 putaran kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara 9,236kJ – 14,535 kJ dan pada kondisi penutup terbuka 20x putaran kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara 12,311 kJ – 14,794 kJ . Jumlah kalor terbesar sebesar 14,794 kJ pada kondisi tutup terbuka 20 putaran.

3. Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG sebesar 36,53 kW.

5. Efisiensi dari water heater berkisar antara 17,62 % - 32,03 % pada kondisi

tutup tertutup rapat, pada kondisi tutup terbuka 10 putaran efisiensi dari water heater berkisar antara 25,28 % - 39,78 % dan pada kondisi tutup terbuka 20

putaran efisiensi dari water heater berkisar antara 33,70 % - 40,49 %. Efisiensi

terbesar didapatkan pada kondisi pentutup terbuka 20 putaran yaitu sebesar 33,70 % sampai dengan 40,49 %.

6.2 Saran

Adapun beberapa saran yang dapat menjadikan pengembangan dan perbaikan pembuatan water heater :.

1. Usahakan pipa tembaga diberi celah atau kerenggangan agar panas yang

diterima pipa bisa merata dan udara bisa masuk ke celah tersebut.

2. Pemilihan diameter dan panjang pipa tembaga berpengaruh terhadap hasil yang

diperoleh. Tentukan sesuai dengan kebutuhan.

3. Kebutuhan udara berpengaruh terhadap besarnya laju aliran kalor yang

diterima air. Rancanglah sedemikian rupa agar kebutuhan udara mampu memberikan proses pembakaran gas LPG yang sempurna.

DAFTAR PUSTAKA

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

Putra, P .H, 2012, Water Heater Dengan Panjang Pipa 20 Meter Dan 300 Lubang Masuk Udara Pada Dinding Luar, Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma: Yogyakarta.

Anonim, http://ft.unsada.ac.id/wp-content/uploads/2010/04/bab4-tm2.pdf, diakses pada tanggal 10 Oktober 2013

Anonim,http://aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-lpg

-di-dapur-anda.pdf, diakses pada tanggal 15 Oktober 2013

Anonim, http://www.tokowaterheater.com/, diakses pada tanggal 20 Oktober 2013.

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

LAMPIRAN