I WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 20 METER DAN 300 LUBANG MASUK UDARA PADA DINDING LUAR TUGAS AKHIR - Water Heater dengan panjang pipa 20 meter dan 300 lubang masuk udara pada dinding luar - USD Repository

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

I

WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 20 METER

DAN 300 LUBANG MASUK UDARA PADA DINDING LUAR

TUGAS AKHIR

  Untuk memenuhi sebagian persyaratan Mencapai derajat Sarjana S-1

  Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin

  

diajukan oleh :

  PRATAMA H. PUTRA 085214016

  Kepada JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA

  2012

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

II

WATER HEATER WITH PIPE 20 METERS IN LENGTH

AND 300 HOLES OF AIR INLET ON THE OUTER WALL

THE FINAL PROJECT

  To fullfi partial requirements for an undergraduated degree S-1 in Mechanical Engineering

  Department of Mechanical Engineering

  

Submitted by :

  PRATAMA H. PUTRA 085214016

  TO MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY 2012

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

ABSTRAK

  Saat ini kebutuhan akan air hangat/panas untuk keperluan mandi semakin meningkat. Efisiensi waktu dalam mendapatkan air hangat/panas sangat penting bagi sebagian besar masyarakat, maka dari itu water heater menjadi alat rumah tangga yang banyak digunakan karena praktis dalam penggunaannya. Tujuan penelitian ini adalah (a) merancang dan membuat water heater, (b) mendapatkan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater, (c) mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor yang diterima air dan (d) mendapatkan hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater.

  Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada

  dinding luar 25 cm, diameter pada dinding dalam 20 cm, panjang pipa 20 meter, diameter bahan pipa 3/8 inci, 300 lubang masuk udara pada dinding luar, 1005 lubang pada dinding dalam water heater, dan 6 buah sirip dari pipa berdiameter 3/8 inci. Variasi yang dilakukan pada besarnya debit air masuk water heater dan untuk mendapatkan data penelitian dilakukan di laboratorium.

  Hasil dari penelitian didapatkan (a) Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran, yang mampu menghasilkan air

  o

  panas dengan temperatur 42,9 C pada debit 10 liter/menit. (b) Hubungan antara debit air yang mengalir (m) dengan temperatur air keluar water heater (To) dapat

  3

  2

  dinyatakan dengan persamaan T o = -0,027m +1,126m -16,52m+129,9 (m dalam

  2

  liter/menit, T dalam °C) dan R = 0,997. (c) Hubungan antara debit air yang

  o

  mengalir dengan laju perpindahan kalor dinyatakan dengan persamaan Q air =

  3

  2

  2

  17,09m - 489m + 439m + 3654 (m dalam liter/menit, Q air dalam watt) dan R = 0,94. (d) Hubungan antara debit air yang mengalir dengan efisiensi water heater

  3

  2

  dapat dinyatakan dengan persamaan - 2,208m + 19,84m + 16,50 (m ɳ = 0,077m dalam liter/menit,

  ɳ dalam persen) dan R² = 0,94. Kata kunci : Water heater, debit air, suhu air, efisiensi

  

VII

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Puji dan syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat, rahmat dan bimbinganNya selalu, hingga terselesaikannya penyusunan Tugas Akhir, tentang “Water Heater dengan Panjang Pipa 20 Meter

  

dan 300 Lubang Masuk Udara pada dinding Luar” ini. Dalam penulisan Tugas

  Akhir ini, membahas mengenai garis besar tentang Water heater dengan panjang pipa 20 meter dan 300 lubang masuk udara pada dinding luar. Water heater ini diharapkan dapat digunakan sebagai salah satu alat yang dapat digunakan dikehidupan sehari - hari dan juga bermanfaat bagi kegiatan produksi dalam skala industri. Dalam pemilihan bahan dan ukuran, penulis menggunakan acuan Standar SI.

  Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih atas segala bantuan sehingga laporan ini dapat terselesaikan pada waktunya, kepada :

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

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

  3. Yosef Agung Cahyanta, S.T, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.

  4. Kedua orang tua saya tercinta, Ibu Anastasia Lusiana Muryani dan Bapak Suhandaka Budianta yang telah memberi dukungan baik material maupun spiritual hingga saat ini.

  

VIII

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

DAFTAR ISI

  

HALAMAN JUDUL ……………………………………………………......... I

HALAMAN PENGESAHAN …………………………………………...... IV

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA……………………… V

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI........................ VI

ABSTRAK ......................................................................................................... VII

KATA PENGANTAR …………………………………………………....... VIII

DAFTAR ISI ……………………………………………………………......... X

DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………..... XIII

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

NOTASI ………………………………………………………………….... XVI

BAB I PENDAHULUAN

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

  1.2. Tujuan …………………………………………………....... 4

  1.3. Batasan Masalah ………………………………………...... 5

  1.4. Manfaat …………………………………………………...... 5

  BAB II DASAR TEORI

  2.1 Dasar Teori

  2.1.1 Saluran Air .........…………………………………..... 6

  

X

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  2.1.2 Sirip .......…………………………………………..... 7

  2.1.3 Bahan Bakar ……………………………………….... 9

  2.1.4 Kebutuhan Udara …………………………………... 11

  2.1.5 Saluran Gas Buang ……………………………........ 12

  2.1.6 Sumber Api .......................………………………..... 13

  2.1.7 Isolator ..............................………………………..... 15

  2.1.8 Laju Aliran Kalor .......................………………….... 17

  2.1.9 Efisiensi Water Heater .......................…………….... 18

  2.1 Referensi ................................................................................ 19

  BAB III METODE PERANCANGAN DAN PEMBUATAN

  3.1 Rancangan Alat Water Heater

  3.1.1 Gambar Rancangan ……………………………….. 22

  3.1.2 Cara Kerja .....................……………………............. 25

  3.1.3 Skema Pengujian …………………………............... 25

  3.2 Proses Pembuatan Alat

  3.2.1 Sarana dan Alat-alat yang Digunakan ………........... 26

  3.2.2 Langkah - Langkah Pengerjaan …………………..... 26

  3.3 Kesulitan dalam Pengerjaan …………………………….... 34

  3.4 Peralatan Uji Coba ……………………………………...... 35

  3.5 Prinsip Kerja Water Heater ……………………………..... 37

  3.6 Deskripsi Alat …………………………………………...... 38

  

XI

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  3.7 Langkah Pengambilan Data dan Pengolahan Data ……….... 38

  3.8 Rumus - Rumus yang Digunakan .......................……......... 39

  BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

  4.1 Hasil Pengujian ................................................................... 40

  4.2 Perhitungan Hasil Pengujian

  4.2.1 Perhitungan Perpindahan Kalor (q) .....................…... 41

  4.2.2 Perhitungan Efisiensi Pemakaian Kompor gas (

  ɳ) ...... 43

  4.3 Hasil Pengambilan Data dalam Bentuk Grafik dan Pembahasan

  4.3.1 Hasil Pengambilan Data dalam Bentuk Grafik ......... 44

  4.3.2 Pembahasan ……………………………………… 46

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  5.1 Kesimpulan ……………………………………………........ 49

  5.2 Saran ………………………………………………….......... 50

  DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

  

XII

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Pemakaian Noritz heat exchanger pada gas water heaterGambar 1.2 Gas Water heater tipe konvensionalGambar 2.1 Grafik Efisiensi Sirip Siku Empat dan Segitiga (Holman,1993)Gambar 2.2 Grafik Efisiensi Sirip Siku Empat (Holman,1993)Gambar 2.3 Kompor gas Rinnai dan regulator MiyakoGambar 2.4 Kompor gas QuantumGambar 2.5 Kompor gas dengan regulator SavequamGambar 2.6 Konduktifitas Termal Beberapa Gas (Sumber:

  eprints.undip.ac.id/27613/1/2009.pdf )

Gambar 2.7 Perpindahan kalor menyeluruh dinyatakan dengan beda suhuGambar 2.8 Water Heater SMALES

  Gambar 2.9

  Water Heater Rinnai V1500

Gambar 2.10 Water Heater Modena GI-6Gambar 3.1 Casing Tabung LuarGambar 3.2 Casing Tabung Bagian DalamGambar 3.3 Water heater Tampak BawahGambar 3.4 Water heater Tampak Atas

  Gambar 3 .5 Pipa Spiral Tampak Depan

  XIII

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 3.6 Pipa Spiral dengan Sirip Tampak DepanGambar 3.7 Skema Rangkaian AlatGambar 3.8 Alat untuk pengerolan dan pemotongan pipa tembagaGambar 3.9 Cara pengerolan pipa tembagaGambar 3.10 Pipa yang sudah dirolGambar 3.11 Proses pemotongan pipa untuk siripGambar 3.12 Hasil sirip yang telah dipotong dan diluruskanGambar 3.13 Sirip yang telah dipasangGambar 3.14 Lubang udara untuk tabung dalamGambar 3.15 Lubang udara untuk tabung luarGambar 3.16 Bahan dasar pembuatan tabungGambar 3.17 Tabung bagian dalam dan luar water heaterGambar 3.18 Pemasangan pipa tembaga pada rangkaGambar 3.19 Penginstalan kompor dan tungkuGambar 3.20 Gas LPG, Stopwatch, dan ThermokopelGambar 3.21 Gelas ukurGambar 4.1 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluarGambar 4.2 Hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalorGambar 4.3 Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater

  XIV

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  XV DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Perbandingan Daya Pemanasan dan Efisiensi Alat Masak LPG dengan Bahan Bakar LainTabel 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normal (Sumber :

  repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/16641/4/Chapter

  20I.pdf)

Tabel 2.3 Konduktifitas Termal Beberapa media ºC (Holman,1993)Tabel 4.1 Data pengujian water heaterTabel 4.2 Data Laju Aliran Massa dan KalorTabel 4.3 Data Efisiensi Water Heater

  XVI DAFTAR NOTASI

  i

  = Kecepatan aliran air, m/detik

  ρ = Densitas atau massa jenis kg/m

  m

  C u

  Q = Debit air L/menit

  o = Temperatur air keluar saluran pipa o

  T C

  o

  = Temperatur air masuk saluran pipa

  T C

  r = Jari-jari atau jarak, m d = Diameter, m

  o

  m = Laju aliran massa, kg/s C c p = Kalor jenis air yang mengalir pada tekanan tetap J/kg.

  2 o

  h = Koefisien perpindahan kalor konveksi W/m C

  o

  ɳ = Efisiensi water heater % k = Konduktifitas termal, W/m

  3 Qgas = Laju kalor yang diberikan gas watt

  Qair = Laju perpindahan kalor yang diterima air watt

  T = Temperatur, °C V = Volume, m

  ΔT = Perubahan temperatur, °C

  3 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Ilmu pengetahuan dan teknologi pada era ini menjadi faktor penting dan tidak dapat terpisahkan dalam usaha untuk peningkatan teknologi serta kesejahteraan setiap masyarakat. Seperti halnya pada tingkat kebutuhan masyarakat terhadap alat-alat yang dapat bekerja secara otomatis, efisien dan hemat energi saat ini semakin meningkat. Tidak hanya pada industri besar, industri menengah, industri kecil, tetapi juga pada rumah tangga yang menginginkan kemudahan dan hemat biaya dalam memenuhi kebutuhan maupun menyelesaikan pekerjaan, contohnya pada penggunaan water heater.

  Saat ini kebutuhan akan air hangat/panas untuk keperluan mandi semakin meningkat di setiap rumah, terlebih lagi seperti masyarakat yang tinggal lingkungan yang bertemperatur rendah/di daerah pegunungan, keluarga yang memerlukan air hangat untuk keperluan mandi anak balita dan kebutuhan mandi / relaksasi bagi para pegawai setelah pulang dari kantor. Efesiensi waktu dalam mendapatkan air hangat/panas sangat penting bagi sebagian besar masyarakat saat ini, maka dari itu water heater merupakan alat rumah tangga yang banyak digunakan karena praktis dalam penggunaannya. Alat ini dapat menghasilkan air panas/hangat untuk kebutuhan mandi secara cepat, sehingga untuk mendapatkan air panas/hangat tidak lagi dengan cara konvensional seperti merebus air seperti biasa seperti dahulu.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  pada proyek kali ini berbeda dengan water heater yang

  Water heater

  sudah ada, dalam hal kontrol suhu, pemakaian energi, serta waktu yang dibutuhkan untuk memanaskan air. Water heater dilengkapi dengan kontrol suhu, air yang dipanaskan selalu berubah setelah air panas dalam water heater diambil dan membutuhkan waktu yang sedikit berbeda untuk memanaskan air. Hal tersebut bisa dipengaruhi oleh suhu udara dan jenis kompor yang digunakan.

  Didasarkan atas pertimbangan kebutuhan pemanfaatan akan fungsinya, pertimbangan ekonomi, pertimbangan efisiensi, kepraktisan dan instan. Maka dewasa ini telah banyak masyarakat yang menggunakan alat-alat yang mengutamakan kenyamanan, kepraktisan dan instan, seperti water heater.

  Ada tiga macam jenis pemanas air antara lain pemanas air menggunakan tenaga Sinar Matahari atau lebih di kenal dengan sebutan solar cell, tenaga gas dan tenaga listrik. Pemanas air dengan Sinar Matahari (Solar cell), mudah diterapkan pada negara tropis karena memanfaatkan energi gratis dan tak terbatas dari panas matahari yang bersinar sepanjang tahun. Namun pemasangannya yang rumit (dipasang pada bagian atap rumah) dan bergantung pada banyaknya sedikitnya panas sinar matahari sehingga terbatas penggunaannya (volume air panas yang dapat dipergunakan) menjadi kekurangan pada water heater jenis ini.

  Bila terjadi cuaca yang tidak mendukung, pemanas air tidak dapat lagi digunakan terutama di daerah pegunungan dingin yang sedikit mendapatkan penyinaran matahari. Selain itu, di lihat dari sisi ekonomi, water heater jenis ini lebih mahal dibandingkan dengan water heater lainnya. Sedangkan untuk water heater tenaga listrik, pemanas air ini sangat mudah di dapatkan di toko – toko elektronik dan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  penggunaannya lebih praktis dibandingkan pemanas air dengan menggunakan tenaga surya. Namun kekuranganya yaitu apabila terjadi pemadaman listrik, maka jenis ini tidak dapat digunakan dan perbaikan kerusakan alat ini

  water heater

  cukup sulit, sehingga menambah biaya yang cukup banyak tetapi hasil yang diharapkan tidak seperti yang diharapkan. Kemudian volume air panas yang dihasilkan juga tertentu. Ketika air panas habis maka untuk mendapatkan air panas kembali diperlukan waktu, sehingga tidak efisien waktu. Water heater dengan menggunakan gas LPG dianggap paling irit, hemat, praktis, dan instan karena penggunaan yang tidak terlalu sulit dan hal yang terpenting adalah tidak perlu menunggu waktu yang lama untuk memperoleh hasilnya, karena konsep kerjanya seperti kompor gas dirumah, penggunaannya menimbulkan panas. Kerugian dari pemanas air tenaga gas LPG, harus menjaga secara hati-hati agar tabung gas tidak mengalami kebocoran yang mengakibatkan bahaya ledakan.

  Gambar-gambar yang tersaji pada Gambar 1.1 dan 1.2 menampilkan contoh gambar water heater yang ada di pasaran.

Gambar 1.1 Pemakaian Noritz heat exchanger pada gas water heater

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 1.2 Gas Water heater tipe konvensional

  Jenis-jenis water heater pada Gambar 1.1 dan 1.2 tersebut menggunakan gas sebagai bahan bakar. Gas yang dipergunakan adalah LPG (Liquified

  Petroleum Gas).

1.2 TUJUAN

  Tujuan Tugas Akhir ini adalah : a. Merancang dan membuat water heater.

  b. Mendapatkan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water .

  heater

  c. Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor yang diterima air.

  d. Mendapatkan hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  1.3 Batasan Masalah

  Pembuatan water heater dengan memperhatikan batasan – batasan sebagai berikut : a.

  Tinggi water heater : 90 cm, diameter luar : 25 cm, dengan panjang pipa tembaga : 20 m, dengan 2 lintasan.

  b.

  Jumlah dinding plat : 2 lapis, plat lapis dalam mempunyai jumlah lubang : 1005 buah dengan diameter : 2 mm dan plat luar mempunyai jumlah lubang : 300 buah dengan diameter : 1 cm (setinggi 50 cm).

  c.

  Bahan pipa dengan diameter : 0,9525 cm (= 3/8 inch) d.

  Pipa bersirip dengan jumlah sirip : 6 dan panjang sirip 50 cm e. Sirip dari pipa dengan diameter : 0,9525 cm (=3/8 inch) f. Untuk suhu keluar lebih besar dari 38 °C, debit yang dihasilkan harus lebih besar dari 10 liter/menit.

  1.4 Manfaat

  Manfaat pembuatan water heater adalah sebagai berikut : a.

  Efisiensi waktu untuk mendapatkan air panas / hangat dalam hal keperluan mandi.

  b.

  Memperluas dan menambah pengetahuan tentang pembuatan water dengan bahan bakar LPG.

  heater c.

  Dapat menjadi dasar perancangan water heater.

  d.

   Dapat dipergunakan sebagai referensi dalam pembuatan water heater.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB II DASAR TEORI

2.1 Dasar Teori

2.1.1 Saluran Air

  Pada umumnya saluran air berupa pipa. Ada beberapa pertimbangan dalam perancangan pipa saluran air. Pertama, hambatan pipa saluran air diusahakan kecil. Hambatan air ketika air mengalir di dalam saluran pipa diusahakan kecil. Oleh karena itu dalam pembuatan pipa saluran air diusahakan tidak mengalami pembelokan. Kalau terpaksa ada pembelokan, sudut pembelokan pipa

  o

  diusahakan tidak besar (menghindari sudut lebih besar dari 90 ), pembelokan diusahakan terjadi secara halus (misalnya pembelokan pipa dibuat melengkung dengan radius tertentu, atau dibuat melingkar-lingkar). Hal ini dimaksudkan agar daya pompa yang diperlukan untuk mendorong air kecil dan gesekan yang terjadi antara fluida dan pipa semakin kecil. Kehalusan permukaan saluran pipa bagian dalam juga dipilih yang baik. Semakin halus permukaan pipa bagian dalam, semakin kecil gesekan yang terjadi atau semakin kecil daya pompa yang diperlukan. Kedua, bahan pipa dipilih yang baik dalam memindahkan kalor.

  Bahan diusahakan mampu mengalirkan kalor konduksi yang besar, mampu memindahkan kalor yang diterima dari api ke fluida yang mengalir di dalam pipa. Tentu juga harus mempertimbangkan harga dari pipa saluran air. Terjangkau, tidak mahal, misalnya dengan mempergunakan bahan dari

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

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

2.1.2 Sirip

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

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 2.1 Grafik Efisiensi Sirip Siku Empat dan Segitiga (Holman,1993)Gambar 2.2 Grafik Efisiensi Sirip Siku Empat (Holman, 1993)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

2.1.3 Bahan Bakar

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

  Komponen utama bahan bakar LPG (dari hasil produksi kilang minyak dan gas) adalah gas Propana ( C H ) dan Butana ( C H ) , dengan komposisi

  3

  8

  4

  10

  kurang lebih sebesar 99 %, selebihnya adalah gas Pentana yang

  ( C H )

  5

  12

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

  kg

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

  2 cm

  sekitar : 21.000 BTU/lb. zat mercaptan umumnya ditambahkan ke LPG untuk memberikan bau khas, supaya kalau terjadi kebocoran, dapat segera terdeteksi dengan cepat dan mudah.

  Reaksi pembakaran Propana , jika terbakar sempurna adalah

  

( C H )

  

3

  8

  sebagai berikut :

• 5 + 4 + panas

  C H O CO H O

  → 3

  3

  8

  2

  2

  2 Propana + oksigen

  → karbondioksida + uap air + panas

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

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

  Reaksi pembakaran Butana , jika terbakar sempurna adalah

  

( C H )

  

4

  10

  sebagai berikut : 2 + 13 O CO + 10 H O + panas

  C H

  → 8

  4

  10

  2

  2

  2 Butana + oksigen

  → karbondioksida + uap air + panas Menurut wilkipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut hampir sama dengan Propana setara dengan 46 MJ/kg.

  Sebagai gambaran : Untuk menaikkan 1 gram air sebesar 1°C dibutuhkan energi sebesar 4.186 J. untuk menaikkan suhu 1 liter air dari suhu ruangan (30°C) akan dibutuhkan energi sebesar 293.020 J. pada tahap ini, air baru mencapai suhu 100°C dan belum mendidih. Diperlukan energi lagi sebesar 2257 J/gram air untuk merubah air menjadi uap. Pada kondisi udara luar, 1 kg ₃ Propana memiliki volume sekitar 0,543 m . Satu kg elpiji memiliki energi yang setara untuk mendidihkan air 90 L.

Tabel 2.1 memperlihatkan daya pemanasan dan efisiensi alat masak yang mempergunakan LPG dan berbagai macam bahan bakar lain.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Tabel 2.1 Perbandingan Daya Pemanasan dan Efisiensi Alat Masak

  LPG dengan Bahan Bakar Lain (Sumber:

  

aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-lpg-di-dapur-anda.pdf )

  Bahan Bakar Daya Pemanasan Efisiensi alat masak Kayu bakar 4.000 kkal/kg 15 % Arang 8.000 kkal/kg 15 % Minyak Tanah 11.000 kkal/kg 40 %

  3 Gas Kota 8000 kkal/m 55 %

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

2.1.4 Kebutuhan Udara

  Di dalam proses pembakaran memerlukan oksigen. Pada proses pembakaran bahan bakar untuk water heater dapat mempergunakan oksigen yang dapat diambil dari udara bebas. Aliran udara yang diperlukan harus dikondisikan sedemikian rupa agar api yang diperlukan dalam proses pembakaran mendapatkan kebutuhan udara yang cukup. Kekurangan oksigen dapat mengakibatkan nyala api tidak sesuai dengan apa yang diinginkan.

  Kekurangan kebutuhan udara dapat menyebabkan kalor yang dipindahkan ke air kurang. Kelebihan oksigen juga mengakibatkan kecilnya panas yang dapat diserap oleh pipa. Bentuk api atau nyala api diusahakan mampu memberikan kalornya secara efisien ke fluida air yang mengalir di dalam saluran pipa.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Dengan kata lain, akan didapatkan suhu air keluar dari pemanas air kurang tinggi. Komponen udara terdiri dari oksigen, nitrogen dan gas lainnya. Berikut adalah komposisi udara yang tersaji dalam Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normal (Sumber :

  )

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

  No Udara Komposisi (%)

  1 Nitrogen 78,1

  2 Oksigen 20,93

  3 Karbon dioksida 0,03

  4 Gas lain 0,94

2.1.5 Saluran Gas Buang

  Hasil pembakaran bahan bakar akan menghasilkan gas buang. Gas buang yang dihasilkan berupa gas dan uap air yang keluar. Kemudian gas buang atau gas asap harus diberikan jalan untuk keluar dari water heater agar nyala api tidak terganggu. Perancangan gas buang harus mempertimbangkan besar kecilnya debit gas buang yang terjadi. Dalam perancangan saluran gas buang, diusahakan agar gas buang dapat mengalir keluar dengan lancar. Perlu diperhatikan juga, penempatan lubang keluar dari gas buang, harus dipilih sedemikian rupa agar tidak mengganggu pengguna dari water heater. Suhu gas buang akan menguntungkan jika suhu gas buang hampir sama dengan suhu udara atau tidak

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  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.

2.1.6 Sumber Api

  Sumber nyala api dapat diambil dari kompor. Ada berbagai macam kompor dengan bentuk geometri dan bahan bakar kompor yang berbeda. Bahan bakar kompor juga menentukan titik nyala api. Ada kompor yang mampu memberikan api yang besar tetapi ada pula yang mampu memberikan api yang kecil. Pada kenyataanya setiap kompor menghasilkan bentuk api dan besar api yang khas. Semakin banyak api yang mampu dihasilkan kompor dan semakin banyak api yang mampu menyentuh sistem saluran pipa air dengan siripnya, tentu akan semakin besar kalor yang dapat dipindahkan ke dalam air melalui saluran pipa air. Dengan catatan proses pembakaran yang terjadi dalam peralatan water

  

heater berlangsung dengan sempurna. Berikut ini adalah contoh sumber api

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  yang berbahan bakar LPG yang tersaji pada Gambar 2.3, Gambar 2.4 dan Gambar 2.5.

Gambar 2.3 Kompor gas Rinnai dan regulator MiyakoGambar 2.4 Kompor gas Quantum

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 2.5 Kompor gas dengan regulator Savequam

2.1.7 Isolator

  Isolator diperlukan agar kalor hasil pembakaran bahan bakar tidak banyak keluar dari pemanas air. Oleh karena itu tabung dalam, dimana ruangan di dalam tabung dalam digunakan untuk proses pembakaran, maka sebaiknya permukaan sebelah luar dari tabung dalam diberi isolasi agar kalor hasil pembakaran tidak keluar. Ada banyak macam isolasi. Udara adalah salah satu isolator panas yang cukup murah dan mudah didapat. Jika dipergunakan udara sebagai isolator, maka pemasukan udara untuk keperluan pembakaran dapat melalui lubang– lubang yang dibuat di dinding tabung dalam. Adapun sifat- sifat fisik udara adalah ekspansi (peningkatan volume massa udara dengan mengurangi tekanan yang diberikan oleh suatu kekuatan atau karena penambahan panas), aliran (aliran udara dari tempat yang konsentrasi tinggi ke salah satu konsentrasi yang lebih rendah tanpa pengeluaran energi), kontraksi (mengurangi volume udara yang didorong dengan paksa, tetapi volume mencapai limit dan udara cenderung memperluas di luar batas), tekanan udara

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  (gaya yang diberikan oleh udara semua badan), volume (ruang yang ditempati oleh udara), dan memiliki massa. Udara sendiri memiliki nilai konduktifitas termal sebesar k = 0,024 W/m °C.

Gambar 2.6 Konduktifitas Termal Beberapa Gas (Sumber:

  )

  eprints.undip.ac.id/27613/1/0190-ba-ft-2009.pdf

Tabel 2.3 Konduktifitas Termal Beberapa media (Holman, 1993)

  Konduktifitas Termal (k) Gas

  W/m.ºC Btu/h. ft. ºF Batu pasir 1,83 1,058 Wol kaca 0,038 0,022 Udara 0,024 0,0139 Uap air (jenuh) 0,0206 0,0119 Kayu mapel/ek 0,17 0,0982

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

2.1.8 Laju Aliran Kalor

  Ketika air mengalir dalam pipa, kecepatan aliran air dapat dihitung dengan persamaan (2.1) ................................................................. (2.1)

  = =

  2 . .

  dengan m = laju aliran massa (kg/s)

  3

  ) ρ = massa jenis air (kg/m u = kecepatan aliran (m/s)

  m

  r = jari-jari pipa (m) atau dapat dinyatakan dengan persamaan (2.2).

  2 m u )/4 …………………........................................... m

  = (ρπd (2.2) dengan d = diameter pipa (m)

Gambar 2.7 Perpindahan kalor menyeluruh dinyatakan dengan beda suhu

  Laju aliran kalor yang diterima air dapat dihitung dengan persamaan (2.3)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  (T

  Q

  = mc

• T

  p

  gas

  =

  60

  ..................................................(2.4) Kalor yang diberikan gas LPG dapat dihitung dengan persamaan (2.5)

  Q

  gas

  = m

  gas

  × C

  dengan ..........................................................................(2.5)

  o

  Q

  gas

  m = kalor yang keluar (watt)

  gas

  C = gas elpiji terpakai (kg/s)

  gas

  (lihat data- data pada Tabel 2.1) = nilai kalor jenis gas elpiji (J/kg), (1kkal = 4186,6 J)

  Efisiensi water heater dapat dihitung dengan persamaan (2.6)

  60

  = =

  Jika satuan debit dalam liter/menit, maka satuan debit harus dikonversikan dalam satuan kg/detik. Jika 1 liter air = 1 kg. sepanjang aliran itu tetap.

  p

  i

  dengan )

  ...………………………................................(2.3) Q

  air

  m = laju aliran massa (kg/s) = kalor yang dihasilkan (watt)

  T

  i

  = temperatur air masuk (

  o

  T

  C)

  o

  = temperatur air keluar (

  o

  C

  C)

  p

  air

  = kalor jenis air yan mengalir pada tekanan tetap (J/kg ºC) dengan nilai C

2.1.9 Efisiensi Water Heater

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  /Q )×100% ɳ = (Q air gas

  ..............................................................................(2.6) dengan ɳ = efisiensi water heater (%)

  Q = kalor yang dihasilkan (watt)

  air

  Q = kalor yang keluar (watt)

  gas

2.2 Referensi

  yang ditawarkan dipasaran bermacam - macam misalnya, dari

  Water heater

  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 debit air per menit juga bermacam - macam, kebanyakan yang dipakai dirumah berkapasitas 6 - 8 L/menit, sedangkan untuk kapasitas yang lebih besar biasanya digunakan di hotel.

  Referensi dalam pembuatan water heater bahan bakar gas LPG mengacu pada beberapa water heater yang berada di pasaran, seperti tersaji pada Gambar 2.4, Gambar 2.5 dan Gambar 2.6 dengan spesifikasinya. Sebenarnya banyak sekali water heater yang berbahan bakar LPG yang ada di pasaran, tetapi hanya tiga yang disajikan.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  a.

  Gas Water Heater Smales seri JLG22-BV8

Gambar 2.8 Water Heater SMALES

  Spesifikasi :

• Model : JLG22-BV8
• Kapasitas maksimum

  : 6 L/menit

• Berat : 37 kg
• Dimensi Luar : 740 x 430 x 248mm
• Tipe Gas : NG LPG
• Jangkauan Temperatur : 40°C - 80°C b.

   Gas Water Heater Rinnai V1500

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Spesifikasi :

Gambar 2.9 Water Heater Rinnai V1500

• Gas Input : Low 18 MJ/h
• Kapasitas Maksimum : 16 L/menit
• Berat : 15 kg
• Dimensi Luar : 530 x 350 x 194mm
• Jangkauan Temperatur : 13 tahap dari 37°C - 55°C
• Tipe Gas : AGA atau LPG c.

  Gas Water Heater Modena GI-6

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 2.10 Water Heater Modena GI-6

  Spesifikasi : : Low 0.6 kg/h

• Gas Input : 6 L/menit
• Kapasitas Maksimum : 15 kg
• Berat : 740 x 430 x 248mm
• Dimensi Luar : 65°C
• Jangkauan Temperatur : NG LPG
• Tipe Gas

BAB III METODE PERANCANGAN DAN PEMBUATAN

3.1 Rancangan Alat Water Heater

  Untuk memudahkan pembuatan water heater ini, dibuatlah rancangan yang tersaji pada Gambar 3.1 sampai dengan Gambar 3.6, serta penjelasan bagaimana cara kerja water heater ini yang disajikan pada sub bab 3.1.2.

  3.1.1 Gambar Rancangan

  Berikut gambar rancangan water heater yang tersaji pada Gambar 3.1 sampai dengan Gambar 3.6.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 3.1 Casing Tabung Luar.Gambar 3.2 Casing Tabung Bagian Dalam.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 3.3 Water heater Tampak Bawah.Gambar 3.4 Water heater Tampak Atas.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 3.5 Pipa Spiral Tampak Depan.Gambar 3.6 Pipa Spiral dengan Sirip Tampak Depan.

3.1.2 Cara Kerja

  Cara kerja water heater cukup sederhana, pertama-tama pipa spiral dipanaskan oleh api kompor, setelah beberapa saat, air dialirkan melalui saluran pipa yang telah panas, proses penambahan kalor akan terjadi, panas pada permukaan pipa akan diserap oleh air yang mengalir (konveksi) sehingga suhu air akan meningkat, sedangkan fungsi sirip disini sebagai penangkap panas sehingga terjadi tambahan kalor yang cukup banyak dan kalor akan mengalir dari panas api menuju ke permukaan sirip (konveksi) dan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  terus mengalir ke permukaan pipa (konduksi) dan kemudian menuju ke air yang mengalir (konveksi).

3.1.3 Skema Pengujian

  Berikut adalah gambar skema pengujian alat water heater yang dibuat, disajikan pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Skema Rangkaian Alat.

3.2 Proses Pembuatan Alat

3.2.1 Sarana dan Alat-alat yang Digunakan

  Sarana dan alat - alat utama yang digunakan untuk proses pembuatan pemanas air ini adalah:

1. Mesin las 2.

  Mesin rol plat 3. Palu 4. Gunting 5. Tang.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  6. Obeng (- , +).

  7. Penggaris.

  8. Solder 9.

  Paku 10.

  Kawat besi 11. Jangka

3.2.2 Langkah - langkah Pengerjaan

  Langkah - langkahnya sebagai berikut: 1.

  Perancangan Dilakukan dengan membuat sektsa perencanaan dimensi dan bentuk water heater yang sesuai dengan cara manual atau menggunakan software.

  2. Penyediaan bahan Menentukan bahan dasar pembuatan water heater seperti plat seng, dan pipa tembaga, kemudian membeli bahan sesuai kebutuhan perancangan.

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

  4. Pengerjaan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Terdapat berbagai hal yang perlu dilakukan agar sesuai dengan desain awal, yaitu sebagai berikut : a.

  Pemotongan pipa tembaga Pemotongan pipa dilakukan agar sesuai dengan desain awal.

Gambar 3.8 Alat untuk pengerolan dan pemotongan pipa tembaga.

  b.

  Mengerol pipa Proses pengerolan pipa menggunakan mesin rol pipa agar pembuatan spiral sesuai dengan desain karena apabila dilengkungkan secara manual kemungkinan besar pipa akan patah/pipih.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 3.9 Cara pengerolan pipa tembaga.Gambar 3.10 Pipa yang sudah dirol.

  c.

  Menyambung pipa Proses penyambungan pipa dengan las untuk mengatasi adanya kebocoran. Penyambungan dilakukan sehingga bentuk sesuai dengan rancangan awal.

  d.

  Membuat sirip

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Melakukan pemotongan dan pelurusan pada pipa tembaga yang kemudian digunakan untuk membuat sirip sesuai dengan rencana disain awal.

Gambar 3.11 Proses pemotongan pipa untuk sirip.Gambar 3.12 Hasil sirip yang telah dipotong dan diluruskan.

  e.

  Pemasangan sirip pada pipa Memasang sirip pada pipa tembaga secara manual menggunakan kawat besi.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 3.13 Sirip yang telah dipasang.

  f.

  Membuat saluran udara Dalam proses pembakaran kebutuhan oksigen akan sangat vital, suplai oksigen menentukan tinggi tidaknya kalor yang dihasilkan. Maka dibuatlah lubang saluran udara agar kalor yang dihasilkan bisa lebih maksimal. Selain itu lubang ini juga berfungsi sebagai saluran gas buang.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 3.14 lubang udara untuk tabung dalam.Gambar 3.15 Lubang udara untuk tabung luar.

  g.