Deskripsi Alat

BAB III METODE PERANCANGAN DAN PEMBUATAN

3.6 Deskripsi Alat

gas buang, melalui permukaan luar pipa output, melalui celah kompor menuju udara sekitar dan panas menuju udara sekitar melalui air yang telah keluar.

3.6 Deskripsi Alat

Water heater ini memiliki desain yang cukup sederhana, dengan 5

komponen utama yaitu pipa spiral, casing, dudukan/pondasi, kompor dan tabung gas. Pipa spiral dilengkapi dengan sirip tembaga, sehingga kalor yang ditransfer dapat optimal. Casing dan dudukan/pondasi disambung dengan cara dipatri. Saluran input menggunakan penghubung yaitu selang air sebagai saluran masuk air dari kran menuju pipa input. Sumber bahan bakar menggunakan gas LPG 15,4 kg.

3.7 Langkah Pengambilan Data dan Pengolahan Data

Pengambilan data dilakukan 5 menit setelah proses penambahan kalor pada pipa spiral ( 5 menit setelah kompor menyala ). Parameter yang diukur adalah :

Parameter yang diukur

1. Temperatur air masuk 2. Temperatur air keluar

3. Debit aliran yang mengalir dalam water heater 4. Suhu udara sekitar

40 1. Debit air yang keluar dari pipa Parameter yang dihitung

2. Kecepatan aliran air 3. Laju aliran massa

4. Laju aliran kalor yang diterima oleh air 5. Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG 6. Kalor yang dilepas LPG

7. Efisiensi water heater

3.8. Rumus - rumus yang Digunakan

1. Kecepatan aliran air dapat dihitung dengan mempergunakan persamaan (2.1).

2. Laju aliran massa dapat dihitung dengan memakai persamaan (2.2).

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

4. Laju aliran kalor yang diberikan oleh gas elpiji dapat dihitung dengan persamaan (2.5).

41

BAB IV

PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengujian

Hasil pengujian pemanas air, yang meliputi : debit air, suhu air masuk Ti, suhu air keluar To disajikan pada Tabel 4.1. Pengujian dilakukan pada kondisi tekanan udara luar. Aliran gas pada kompor gas diposisikan pada posisi maksimum. Air yang dipergunakan, adalah air kran.

Tabel 4.1 Data pengujian water heater

No ^{Suhu air masuk Suhu air keluar} ΔT Debit air Ti(°C) To(°C) T(°C) ( ^� ����⁾ 1 27 42,9 15,9 15 2 27 44,1 17,1 14,8 3 27 50,1 23,1 10 4 27 55,9 28,9 8,2 5 27 59,2 32,2 7 6 27 62,8 35,8 6,8 7 27 65 38 6 8 27 75,1 48,1 5,8 9 27 86 59 3,2 10 27 100,7 73,7 2,1

42 4.2 Perhitungan Hasil Pengujian

4.2.1 Perhitungan Laju Perpindahan Kalor (q)

Sebagai contoh perhitungan, diambil data-data hasil pengujian saat debit aliran sebesar : 15 liter/menit atau 0,25 kg/detik.

a. Diketahui :

• Diameter pipa saluran 0,9525 cm (d = 0,009525 m)

• Jari-jari pipa saluran 0,004765 m

• Sifat air pada suhu 27 °C adalah

• Cgas = 11.900 kkal/kg°C • mgas • ρ = 1000 kg/m = 800 gram/30 menit 3 , c p b. Kecepatan air (u = 4179 J/kg.°C m ) : det / ) 60 / ( 2 m r air debit pipa penampang luas air debit u_m ρ π ρ ⁼ × × = = (15/60) / (3,14 × 0,004765 × 1000) = 3,9317 m/detik

c. Perhitungan laju aliran massa,

m = (ρπd2 um m ={(1000 kg/m )/4 3 )×(3,14)×(0,009 m)2 m = 0,25 kg/detik ×(3,9317m/detik)} / 4

43

d. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air,

Qair = m Cp(To-Ti = (0,25 kg/detik)×(4179 J/kg. ) o C)×(42,9^oC – 27^o Q C) air

e. Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas LPG = 16611,53 watt

Qgas = mgas × Cgas

= 22143,52 J/detik = ^0,8

30×60× (11.900 × 4186,6)

Hasil secara lengkap disajikan pada Tabel 4.2

Tabel 4.2 Data Laju Aliran Massa dan Kalor

No Suhu air masuk Ti(°C) Suhu air keluar To(°C) ΔT T(°C) Debit air m (L/mnt) um (m/s) Qgas

(watt) Qair (watt)

1 27 42,9 15,9 15 3,932 22143,52 16611,53 2 27 44,1 17,1 14,8 3,879 22143,52 17627,02 3 27 50,1 23,1 10 2,621 22143,52 16089,15 4 27 55,9 28,9 7,9 2,071 22143,52 15901,79 5 27 59,2 32,2 7 1,835 22143,52 15699,11 6 27 62,8 35,8 6,7 1,756 22143,52 16706,25 7 27 65 38 6 1,573 22143,52 15880,2 8 27 75,1 48,1 4,8 1,258 22143,52 16080,79 9 27 86 59 3,2 0,839 22143,52 13149,92 10 27 100,7 73,7 2,1 0,551 22143,52 10779,73

44 4.2.2 Perhitungan Efisiensi Water Heater (ɳ) Perhitungan efisiensi, • Efisiensi (ɳ) : ɳ= ^Qair Qgas^{× 100%} ɳ=^16611,53 22143,52 × 100% ɳ = 75,016 %

Hasil semua perhitungan dari data-data yang diperoleh disajikan dalam Tabel 4.3

Tabel 4.3 Data Efisiensi Water Heater

No ^Suhu air masuk Ti(°C) Suhu air keluar To(°C) ΔT T(°C) Debit air m (L/mnt) u (m/s) m Qgas

(watt) ^{Qair (watt)}

efisiensi (ɳ) 1 27 42,9 15,9 15 3,932 22143,52 16611,53 75,016 2 27 44,1 17,1 14,8 3,879 22143,52 17627,02 79,604 3 27 50,1 23,1 10 2,621 22143,52 16089,15 72,659 4 27 55,9 28,9 7,9 2,071 22143,52 15901,79 71,812 5 27 59,2 32,2 7 1,835 22143,52 15699,11 70,897 6 27 62,8 35,8 6,7 1,756 22143,52 16706,25 75,445 7 27 65 38 6 1,573 22143,52 15880,2 71,715 8 27 75,1 48,1 4,8 1,258 22143,52 16080,79 72,621 9 27 86 59 3,2 0,839 22143,52 13149,92 59,385 10 27 100,7 73,7 2,1 0,550 22143,52 10779,73 48,681

45

4.3 Hasil Pengambilan Data dalam Bentuk Grafik dan Pembahasan 4.3.1 Hasil Pengambilan Data dalam Bentuk Grafik

Hasil pengujian dalam bentuk grafik dapat dilihat pada Gambar 4.1, Gambar 4.2 dan Gambar 4.3. Gambar 4.1 memperlihatkan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater. Gambar 4.2 memperlihatkan hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor. Gambar 4.3 memperlihatkan hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater.

Gambar 4.1 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater T_o= -0,027m3+ 1,126m2- 16,52m + 129,9 R² = 0,997 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 2 4 6 8 10 12 14 16 T^o (° C) DEBIT AIR m (Liter/menit)

46

Gambar 4.2 Hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor yang diterima air

Gambar 4.3 Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater Qair = 17,09m3- 489m2+ 4394m + 3654, R² = 0,94 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Q^a ir (wa tt)

Debit air m (Liter/menit)

η= 0,077m3- 2,208m2+ 19,84m + 16,50 R² = 0,94 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 2 4 6 8 10 12 14 16 E fis ie n si ( η ) Debit Air m(liter/detik)

47 4.3.2 Pembahasan

a. Water heater yang dibuat mampu menghasilkan suhu temperatur air keluar 42,9 °C -100,7 °C dengan kapasitas 2,1 liter∕menit - 15 liter∕menit. Dengan memperhatikan spesifikasi water heater yang ada di pasaran, maka hasil rancangan pemanas air yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran.Water heater yang dibuat untuk debit 6 liter/menit mampu menghasilkan suhu air keluar sebesar 65 °C dan pada debit sebesar 15 liter/menit mampu menghasilkan suhu air keluar sebesar 42,9 °C.

b. Dari Gambar 4.1 didapatkan informasi bahwa debit air berpengaruh terhadap tinggi rendahnya suhu air keluar dari water heater. Semakin besar debit air yang masuk water heater maka temperatur air yang keluar semakin rendah, sebaliknya jika debit air yang masuk water heater semakin kecil maka temperatur air yang keluar akan 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 (2.3). Hubungan antara debit air dengan suhu keluar water heater dinyatakan dengan persamaan berikut :

To= -0,027m³+1,126m² R

-16,52m+129,9 2

48

Berlaku untuk nilai m antara 2,1 liter/menit sampai dengan 15 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 27°C. Dengan karakteristik pemanas air ini, maka pemanas air hasil rancangan dapat dipergunakan untuk keperluan mandi orang dewasa. Perlu diketahui bahwa kenyamanan air untuk keperluan mandi, air hangat berkisar pada suhu 38 ^oC sampai 40 ^o

c. Dari Gambar 4.2 didapatkan informasi besar debit air berpengaruh terhadap besar laju aliran kalor yang diterima air. Untuk water heater yang dibuat hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air dapat dinyatakan dengan persamaan :

C.

Qair = 17,09m³- 489m² R

+ 439m + 3654 2

Berlaku untuk nilai m antara 2,1 liter/menit sampai dengan 15 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater sebesar 27°C.

= 0,94

d. Pada Gambar 4.3 didapatkan informasi bahwa debit air yang mengalir berpengaruh terhadap nilai efisiensi water heater. Untuk water heater yang dibuat, hubungan antara debit air dengan efisiensi dapat dinyatakan dengan persamaan :

ɳ = 0,077m³ -2,208m² + 19,84m +16,50 R² = 0,94

49

Berlaku untuk nilai m antara 2,1 liter/menit sampai dengan 15 liter/menit pada tekanan udara luar saat itu (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 27°C.

50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian yang dilaksanakan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water

heater yang ada dipasaran, yang mampu menghasilkan air

panas dengan temperatur 42,9 ^o

2. Hubungan antara debit air yang mengalir (m) dengan temperatur air keluar water heater (To) dapat dinyatakan dengan persamaan :

C pada debit 15 liter/menit.

To= -0,027m³+1,126m²

(m dalam liter/menit, T dalam °C) -16,52m+129,9

R²

Berlaku untuk nilai m antara 2,1 liter/menit sampai dengan 15 liter/menit pada tekanan udara luar saat itu (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 27°C.

= 0,997

3. Hubungan antara debit air yang mengalir dengan laju perpindahan kalor dinyatakan dengan persamaan :

Qair = 17,09m³- 489m² (m dalam liter/menit, Q

+ 439m + 3654 air dalam watt)

51 R²

Berlaku untuk nilai m antara 2,1 liter/menit sampai dengan 15 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 27°C.

= 0,94

4. Hubungan antara debit air yang mengalir dengan efisiensi water heater dapatdinyatakan dengan persamaan :

ɳ = 0,077m3

- 2,208m²

(ɳ dalam %, m dalam liter/ menit) R² = 0,94

+ 19,84m + 16,50

Berlaku untuk nilai m antara 2,1 liter/menit sampai dengan 15 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 27°C.

5.2 Saran

Adapun beberapa saran yang dapat menjadikan pengembangan dan perbaikan pembuatan pemanas air :

a. Pemilihan bahan dalam pembuatan water heater berpengaruh terhadap laju aliran kalor yang diterima air. Pilih bahan dengan kondiktivitas termal yang tinggi mampu memindahkan kalor dengan baik, tetapi secara ekonomi masih terjangkau.

b. Bentuk sirip berpengaruh terhadap hasil yang diperoleh. kontruksi atau bentuk sirip dapat dirancang sedemikian rupa agar optimal dalam memindahkan kalor dari api ke fluida air.

52

c. Besar lubang keluar gas buang berpengaruh terhadap hasil yang diperoleh. Perancangan yang tepat akan memberikan hasil yang optimal d. Pemilihan diameter dan panjang pipa berpengaruh terhadap hasil yang

diperoleh. Pilih sesuai dengan kebutuhan.

e. Kebutuhan udara berpengaruh terhadap besarnya laju aliran kalor yang diterima air. Rancang sedemikian rupa agar kebutuhan udara mampu memberikan proses pembakaran gas LPG yang sempurna.

53

DAFTAR PUSTAKA

Holman, J.P, 1993, Perpindahan Kalor

Naga, Dali S, 1991,

, Edisi Keenam, Erlangga: Jakarta Ilmu Panas, Edisi Kedua, Gunadarma: Jakarta

http://en.wikipedia.org/wiki/Water_heating

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

Santoso, A.U, 2003, Diktat Teknik Pembakaran, Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma: Yogyakarta

54

LAMPIRAN

VII

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 panas dengan temperatur 42,9 ^oC pada debit 10 liter/menit. (b) Hubungan antara debit air yang mengalir (m) dengan temperatur air keluar water heater (To) dapat dinyatakan dengan persamaan T_o= -0,027m³+1,126m²-16,52m+129,9 (m dalam liter/menit, To dalam °C) dan R²= 0,997. (c) Hubungan antara debit air yang mengalir dengan laju perpindahan kalor dinyatakan dengan persamaan Qair = 17,09m³- 489m² + 439m + 3654 (m dalam liter/menit, Q_air dalam watt) dan R² = 0,94. (d) Hubungan antara debit air yang mengalir dengan efisiensi water heater dapatdinyatakan dengan persamaan ɳ = 0,077m³- 2,208m² + 19,84m + 16,50 (m dalam liter/menit, ɳ dalam persen) danR² = 0,94.