• Tidak ada hasil yang ditemukan

BAB II. DASAR TEORI DAN REFERENSI…

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 diusahakan tidak besar (menghindari sudut lebih besar dari 90o), 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 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.

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

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 (C3H8) dan Butana (C4H10), dengan komposisi kurang lebih sebesar 99 %, selebihnya adalah gas Pentana (C5H12) yang dicairkan. Perbandingan komposisi Propana dan Butana adalah 30 : 70. LPG lebih berat dari udara dengan berat jenis sekitar 2,01 (dibandingkan dengan udara). Tekanan uap LPG cair dalam tabung sekitar 5 – 6,2 kg/cm2. Nilai kalori 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 (C3H8), jika terbakar sempurna adalah sebagai berikut :

C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O + panas Propana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas

Panas yang dihasilkan (Lower Heating Value / LHV) reaksi tersebut setara dengan 46.000.000 J/kg atau 46 MJ/kg. Reaksi pembakaran Butana(C4H10 ) ,jika terbakar sempurna adalah sebagai berikut :

2C4H10+13O2→ 8CO2+10H2O + panas

Butana+ oksigen→ karbondioksida + uap air + panas

Panas yang dihasilkan (Lower Heating Value / LHV) reaksi tersebut hampir sama dengan Propana setara dengan 46 MJ/kg. Sebagai gambaran : Untuk menaikkan 1 gram air sebesar 1°C dibutuhkan energi sebesar 4.186 J. untuk menaikkan suhu 1 liter air dari suhu ruangan (30°C) akan dibutuhkan energi sebesar 293.020 J. pada tahap ini, air baru mencapai suhu 100°C dan belum mendidih. Diperlukan energi lagi sebesar 2257 J/gram air untuk merubah air menjadi uap. Pada kondisi udara luar, 1 kg Propana memiliki volume sekitar 0,543m3 . 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.

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 %

Gas Kota 8000 kkal/m3 55 %

Listrik 860 kkal/kwh 60 %

LPG 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. Dengan kata lain, akan didapatkan suhu air keluar dari pemanas air kurang tinggi. Komponen udara terdiri dari oksigen, nitrogen dan gas lainnya. Tabel 2.2. menyajikan komposisi dari udara dengan disertai prosentasenya.

Tabel 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normal

(Sumber : repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/16641/4/Chapter 201.pdf)

No Komposisi Udara Prosentase (%)

1 Nitrogen 78,1

2 Oksigen 20,93

3 Karbon dioksida 0,03

4 Gas lain 0,94

Dokumen terkait