PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

(1)

KARAKTERISTIK WATER HEATER DENGAN PANJANG

PIPA PEMANAS 8 METER DAN DIAMETER 0,5 INCI

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin

Diajukan oleh

LEONARDO WAYAN YOSHI VIRARGO NIM : 105214022

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2015

(2)

CHARACTERISTICS OF THE WATER HEATER WITH A

8 METERS LENGTH OF PIPE AND A 0,5 INCHES DIAMETER

FINAL PROJECT

As partial fulfilment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin

By

LEONARDO WAYAN YOSHI VIRARGO Student Number : 105214022

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY OF

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2015

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

INTISARI

Pada jaman sekarang penggunaan air panas sangat membumi, terutama pada perkotaan moderen jaman sekarang. Tidak bisa dipungkiri lagi betapa pentingnya penggunaan air panas yang sangat sentral baik untuk industri, bisnis, maupun penggunaan pribadi untuk keperluan rumah tangga.dengan menggunakan water

heater kita dapat memperoleh air panas dengan mudah, lebih murah, lebih cepat, dan

lebih evisien. Tujuan penelitian adalah : (a) merancang dan mebuat water heater dengan menggunakan gas LPG sebagai bahan bakar. (b) mengetaui karakteristik

Water Heater dengan menggunakan gas LPG. (c) mengetahui hubungan antara debit

air dengan laju perpindahan kalor yang diterima air. (d) mengetahui efisiensi dari

Water Heater yang menghasilkan suhu air keluar Water Heater.

Lokasi penelitian di laboratorium Tekinik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Water Heater yang dibuat menggunakan bahan bakar gas LPG berbentuk tabung yang terbuat dari galvalum dengan tinggi 30 cm, berdiameter 30 cm. Memiliki 3 tabung yang diberi lubang udara. Tabung dalam berdiameter 10 cm dengan 156 lubang udara berdiameter 0,5 cm. Tabung tengah berdiameter 25 cm dengan 70 lubang udara berdiameter 1,5 cm. Tabung luar berdiameter 30 cm dengan 95 lubang udara berdiameter 1,5 cm. Pipa air tebuat dari tembaga diameter 0,5 inci, panjang 8 meter dengan pengerolan bertingkat dan bersirip. Tutup Water Heater berbentuk seperti topi. Suhu air yang digunakan sama dengan suhu air pada umumnya Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran, yang mampu menghasilkan air panas dengan temperatur antara 36oC –

40oC dengan kapasitas 16,08 liter / menit. Variasi dilakukan terhadap besar kecilnya aliran air yang masuk kedalam pipa pemanas dengan 10 variasi debit air.

Hasil penelitian didapatkan (a) Water heater mampu bekerja dengan baik, menghasilkan air panas lebih besar dari pada 38oC dengan debit lebih besar dari 6 liter / menit. (b) Water heater yang dibuat mampu menghasilkan air panas dengan temperatur sekitar 38oC dengan debit 16,08 liter / menit pada kondisi gas maksimum, pada kondisi gas medium water heater mampu menghasilkan air panas dengan debit 11,88 liter / menit, dan pada kondisi gas low water heater mampu menghasilkan air panas dengan debit 6,54 liter / menit. (c) Efisiensi water heater sebesar 22,10 % menggunakan kapasitas gas maksimum, sebesar 29,51 % dengan menggunakan kapasitas gas medium, sebesar 18,40 % dengan menggunakan kapasitas gas low.

(8)

ABSTRACT

At the present time the use of hot water is very down to earth, especially in today's modern urban. There was no denying how important the use of central hot water very good for the industry, business, or private use for domestic purposes tangga.dengan use water heater we can obtain hot water easily, cheaper, faster, and more evisien. Research objectives are: (a) designing and mebuat water heater using LPG as fuel gas. (B) mengetaui characteristics Water Heater using LPG gas. (C) determine the relationship between the flow of water at a rate of heat transfer the received water. (D) determine the efficiency of the water heater that produces the temperature of the water out Water Heater.

Location studies in laboratory Tekinik machine Sanata Dharma University in Yogyakarta. Water Heater are made using LPG gas fuel tubular made of galvalum with a height of 30 cm, diameter 30 cm. Has 3 tube by air holes. Tube inside diameter of 10 cm with 156 air holes diameter of 0.5 cm. Central tube diameter of 25 cm with 70 air holes diameter of 1.5 cm. Outside tube diameter of 30 cm with 95 air holes diameter of 1.5 cm. Tebuat of copper water pipe diameter of 0.5 inches, a length of 8 meters with rolling terraced and finned. Water Heater lid shaped like a hat. The water temperature was the same as the water temperature is generally Water heater are made to compete with the water heater on the market, capable of producing hot water with temperatures between 36oC - 40oC with a capacity of 16.08 liters / minute. Variations made to the size of the flow of water into the heating pipe with 10 variations in water discharge.

The result showed (a) Water heater is able to work well, producing hot water greater than 38oC with a greater discharge of 6 liters / min. (B) Water heater are made to produce hot water with a temperature of about 38oC with debit 16.08 liters / min at a maximum gas conditions, the condition of the medium gas water heater is able to produce hot water at the rate of 11.88 liters / minute, and the condition Low gas water heater is able to produce hot water at the rate of 6.54 liters / minute. (C) The

efficiency water heater by 22.10% using the maximum gas capacity, amounting to 29.51% by using the medium gas capacity, amounting to 18.40% by using low gas capacity.

(9)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya yang telah diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Skripsi ini merupakan salah saatu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana S-1 Teknik Mesin di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Judul yang diangkat oleh penulis untuk skripsi ini adalah “ Karakteistik Water Heater Dengan Panjang Pipa Pemanas 8 Meter dan Diameter 0,5 Inchi”

Dalam skripsi ini tidak terlepas dari bantuan dan dukungan berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih sebesar-besarnya kepada :

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

2. Ir. PK. Purwadi, M.T, selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dan selaku Dosen Pembimbing Skripsi.

3. A Prasetyadi, SSi, MSi selaku Dosen Pembimbing Akademik.

4. Seluruh Staf Pengajar di Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

(10)

5. Yosef Widjajanto dan Cesillia Mudiarti sebagai orang tua, atas semua dukungan baik secara materi maupun spiritual selama belajar di Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

6. Sahabat Gregorius Ega Budi Prasongko, Aditya Sri Yunianto, Donatus Faan, Jufrianus Seran, dan Sukrisna Bayu atas segala bantuan dan kerja samanya. 7. Gregorius Septian Renggi, Arnoldus Palipung, Rekiyan Seto, Fransiskus Dewo

Argo, Yudha Yesaya dari Achoosetic Band atas semua dukungan dan kerja sama dan bantuannya dalam mengerjakan Skripsi.

8. Kekasih hati Agustina Novita Cahyani atas dukungan moral pengertian dan memberikan semangat serta segala bentuk bantuan yang diberikan untuk kelancaran membuat Skripsi.

9. Seluruh Staf Sekretariat Fakultas Sains dan Teknologi.

10. Semua pihak yang telah membantu dalam proses menyelesaikan Skripsi ini. Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penelitian dan penyusunan Skripsi ini masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu penulis mengharapkan, kritik, dan saran dari berbagai pihak untuk dapat menyempurnakannya. Semoga Skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca.

Yogyakarta, 20 Mei 2015

(11)

DAFTAR ISI

HAL

HALAMAN JUDUL……….. i

TITLE PAGE……….. ii

HALAMAN PERSETUJUAN……… iii

HALAMAN PENGESAHAN………... iv

HALAMAN PERNYATAN KEASLIAN KARYA……….. v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS………... vi

ABSTRAK ……….. vii

KATA PENGANTAR ……….... viii

DAFTAR ISI ……….. x

DAFTAR TABEL ……….. xvi

DAFTAR GAMBAR ……….. xiii

BAB I PENDAHULIAN………... 1 1.1 Latar Belakang……… 1 1.2 Perumusan Masalah ………... 4 1.3 Tujuan………. 4 1.4 Batasan Masalah……….. 4 1.5 Manfaat………... 5

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA………... 7

2.1 Dasar Teori……….. 7

2.1.1 Pengertian Perpindahan Panas……….. 7

2.1.2 Cara–Cara Perpindahan Panas……… 7

2.1.3 Perancangan Pipa Saluran Panas………... 10

2.1.4 Saluran Udara Masuk……… 11

2.1.5 Sirip ………. 12

(12)

2.1.7 Gas LPG………... 13

2.1.8 Saluran Gas Buang Sisa Pembakaran……….. 15

2.1.9 Laju Aliran Kalor………. 15

2.1.10 Efisiensi Dari Water Heater……… 17

2.2 Tinjauan Pustaka………. 18

2.2.1 Water Heater Yang Dipasarkan………... 18

2.2.2 Hasil Penelitian Water Heater Gas LPG……….. 27

BAB III PEMBUATAN ALAT……….. 30

3.1 Perancangan Water Heater Gas….………. 30

3.2 Menentukan Bahan Yang Digunakan Untuk Membuatan Water Heater……….. 35

3.3 Peralatan Pendukung Yang Digunakan Dalam Membuat Water Heater……….. 35

3.3 Proses Pembuatan Water Heater Gas………. 40

BAB IV METODE PENELITIAN………. 46

4.1 Benda Uji……… 46

4.2 Skematik Alat Penelitian………. 47

4.3 Alat Bantu Penelitian……….. 47

4.4 Alur Penelitian……… 48

4.5 Variasi Penelitian……… 49

4.6 Cara Mendapatkan Data……….. 49

4.7 Cara Mengolah Data………... 49

4.8 Cara Mendapatkan Kesimpulan………. 50

BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN……… 51

5.1 Hasil Pengujian………... 51

5.2 Perhitungan………. 53

5.2.1 Perhitungan Laju Aliran Gas……… 53 5.2.2 Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diberikan Gas

(13)

LPG………... 55

5.2.3 Perhitungan Kecepatan Air Rata-Rata (um)………. 56

5.2.4 Perhitungan Laju Aliran Massa Air (mair)……… 57

5.2.5 Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diterima Air (mair). 60 5.2.6 Efisiensi Water Heater………. 62

5.2.7 Hasil Perhitungan Pengujian Alat Pada Water Heater… 63 5.3 Pembahasan………. 69

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN………. 74

6.1 Kesimpulan………. 74

6.2 Saran………. 75

DAFTAR PUSTAKA ………. 76

LAMPIRAN ………. 77

A Nilai Konduktivitas Termal Beberapa Bahan (Holman,1993)……… . 77 B Gambar Water Heater Gas LPG………. 78

(14)

DAFTAR GAMBAR

Hal Gambar 2.1 Perpindahan konduksi dari luar pipa pemanas kepermukaan

dalam pipa pemanas……….. 7

Gambar 2.2 Perpindahan konduksi dari permukaan tabung dalam ke permukaan tabung luar………. 7

Gambar 2.3 Kalor dari udara panas berpindah ke pipa pemanas………. 8

Gambar 2.4 Kalor dari udara panas ke permukaan tabung………. 9

Gambar 2.5 Kompor gas LPG………. 13

Gambar 2.6 Laju aliran kalor yang terjadi dalam pipa saluran air……… 16

Gambar 2.7 Rancangan Water Heater gas LPG tipe 1………. 18

Gambar 2.11 Water Heater gas LPG tipe X 1………. 23

Gambar 3.1 Saluran pipa air Water Heater ………. 30

Gambar 3.2 Saluran pipa air Water Heater dengan sirip tembaga…….. 31

Gambar 3.3 Tabung Water Heater ……… 32

Gambar 3.4 Water Heater tampak samping……… 33

Gambar 3.5 Water Heater tampak atas……… 33

Gambar 3.6 Water Heater tampak bawah………. 34

Gambar 3.7 Water Heater dengan tutup atas……… 34

Gambar 3.8 Mesin las listrik………. 35

Gambar 3.9 Gerinda dan mesin potong besi……… 36

Gambar 3.10 Bor set………. 36

(15)

Gambar 3.12 Obeng, Tang, dan Penggaris………. 37

Gambar 3.13 Hand Riverter dan Paku Rivet……… 38

Gambar 3.14 Kunci pas……… 38

Gambar 3.15 Tabung gas LPG……… 39

Gambar 3.16 Regulator gas……….. 39

Gambar 3.19 Kompor Gas High Pressure………... 40

Gambar 3.20 Pipa tembaga………. 41

Gambar 3.21 Besi Strip dan Besi Nako……….. 42

Gambar 3.22 Plat galvanum……….. 42

Gambar 3.23 Proses pemotongan pipa……… 43

Gambar 3.24 Alat pengerol pipa tembaga dan panic penahan bentuk pipa………. 44

Gambar 3.25 Rangka yang sudah disatukan……….. 44

Gambar 3.27 Hasil akhir dan penyelesaian water heater……… 45

Gambar 4.1 water heater gas LPG……….. 46

Gambar 4.2 Skema penelitian water heater……… 47

Gambar 5.1 Hubungan debit air dengan suhu air keluar kondisi gas maksimum………. 65

Gambar 5.2 Hubungan debit air dengan suhu air keluar kondisi gas medium……….. 65

Gambar 5.3 Hubungan debit air dengan suhu air keluar kondisi gas low... 66

Gambar 5.4 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air kondisi gas maksimum……… 66

Gambar 5.5 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air kondisi gas medium………. 67

Gambar 5.6 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air kondisi gas low………. 67

(16)

Gambar 5.7 Hubungan debit air dengan efisiensi kondisi gas

maksimum……… 68

Gambar 5.8 Hubungan debit air dengan efisiensi kondisi gas

medium……… 68

Gambar 5.9 Hubungan debit air dengan efisiensi kondisi gas low………. 69 Gambar 5.10 Hubungan debit air dengan suhu air keluar pada kondisi gas

maksimum, medium dan low………... 71 Gambar 5.11 Hubungan debit air dengan suhu air keluar pada kondisi gas

maksimum, medium dan low………... 72 Gambar 5.12 Hubungan debit air dengan efisiensi pada kondisi gas

(17)

DAFTAR TABEL

Hal Tabel 2.1 Konduktivitas termal beberapa bahan logam……….. 10 Tabel 2.2 Komposisi udara kering………. 12 Tabel 2.3 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan

bahan bakar lainnya……….. 14

Tabel 2.4 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan

bahan bakar lainnya……….. 17

Tabel 5.1 Hasil pembakaran gas LPG pada pengamatan alat water heater.. 51 Tabel 5.2 Hasil pengujian pada posisi gas maksimum……… 52 Tabel 5.3 Hasil pengujian pada posisi gas medium………. 52 Tabel 5.4 Hasil pengujian pada posisi gas low………. 52 Tabel 5.5 Hasil pengujian pada posisi gas maksimum, medium, dan low…. 55 Tabel 5.6 Hasil perhitungan water heater pada posisi gas maksimum…… 63 Tabel 5.7 Hasil perhitungan water heater pada posisi gas medium………. 64 Tabel 5.8 Hasil perhitungan water heater pada posisi gas low……… 64

(18)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia merupakan negara berkembang yang sedang giat membangun. Pembangunan dilaksanakan disegala bidang, yang berbentuk fisik seperti infrastruktur dan manufaktur, maupun non-fisik seperti pendidikan, perkembangan budaya, dll. Semua ini dilakukan untuk membentuk negara yang aman dan maju, meningkatkan kesejahteraan rakyat, dan meningkatkan kualitas manusia Indonesia yang diperlengkapi semua syarat yang diperlukan untuk menjalankan pembangunan di Indonesia sehingga dapat bersaing dengan negara lain.

Pada dewasa ini kebutuhan akan air hangat merupakan hal yang sangat diperlukan dalam kehidupan manusia. Saat ini bukan lagi merupakan hal yang jarang ditemukan di kota – kota besar, karena kebutuhan akan air hangat yang digunakan oleh orang dewasa, balita, anak–anak, maupun orang lanjut usia semua memerlukan air hangat, baik itu untuk mandi, ataupun keperluan lainnya. Air hangat bermanfaat untuk membasuh badan, apalagi ketika digunakan dalam spa yang berfungsi untuk merelaksasi badan. Saat sekarang air hangat merupakan kebutuhan masyarakat yang berdomisili di daerah yang bersuhu dingin. Dalam dunia bisnis kebutuhan air panas

(19)

dapat dijumpai di dalam perhotelan, di dalam bisnis kolam renang, dan di rumah sakit. Adapun dalam dunia industri air hangat dapat ditemui di pabrik tekstil. Di tempat-tempat pemotongan ayam air hangat digunakan untuk membantu proses pencabutan bulu ayam.

Dahulu, sebelum ditemukannya water heater, manusia memanaskan air dengan menggunakan tungku api, kemudian berkembang dengan menggunakan kompor. Seiring berjalannya perkembangan dan kecanggihan teknologi pada jaman sekarang manusia mulai memikirkan sesuatu hal yang canggih dan sederhana untuk membuat air hangat, maka dari itu ditemukanlah water heater. Water heater sendiri adalah alat yang digunakan untuk memanaskan air hingga mencapai suhu panas tertentu sesuai kebutuhan. Dengan water heater air panas dapat diperoleh dengan cepat sehingga mampu memenuhi kebutuhan air panas dalam waktu yang relatif lebih cepat, murah dan efisien dibandingkan jika memasak air dengan tungku api atau kompor.

Jenis water heater dibedakan dari energi yang digunakan sebagai sumber pemanas airnya. Jenis yang pertama adalah pemanas air tenaga surya. Pemanas air tenaga surya menggunakan energi matahari sebagai sumber pemanasnya Kelebihan jenis ini adalah energi yang dipakai dapat diambil dari alam dan ramah lingkungan. Namun pemanas tenaga surya memiliki beberapa kekurangan seperti harga water

heater yang mahal, pemasangan water heater yang tergolong rumit dan sulit karena

di pasang diatas genteng, serta penggunaannya sangat bergantung pada kondisi cuaca. Kapasitas air yang dihasilkan juga terbatas.

(20)

Jenis kedua, pemanas air tenaga listrik (electric water heater) adalah water

heater yang menggunakan energi listrik sebagai sumber energi pemanas airnya. Water heater listrik memiliki kekurangan yaitu pengguna berisiko tersengat listrik.

Selain itu water heater lisrik juga boros akan penggunaan listriknya, karena memakai daya listrik yang cukup besar untuk memanaskan air. Debit air yang dihasilkan tidak bisa tetap karena jika air dalam penampung habis maka tidak ada air panas yang keluar. Jika air panas yang ada ditempat penampungan habis, pemakai harus menunggu waktu untuk memanaskan air lagi.

Jenis yang terakhir adalah pemanas air tenaga gas (gas water heater) adalah

water heater yang menggunakan gas LPG sebagai sumber energi pemanas airnya. Water heater gas memiliki keunggulan lebih dibandingkan dengan water heater surya

atau water heater listrik. Beberapa keunggulan water heater gas adalah berharga relatif murah, tidak beresiko tersengat aliran listrik, tidak bergantung pada kondisi cuaca sehingga dapat digunakan di mana dan kapan saja serta air panas yang dihasilkan memiliki debit yang tetap dan suhu panas air yang stabil. Prinsip kerja

water heater gas seperti memasak air menggunakan kompor. Kapasitas air yang

dipanaskan tidak terbatas. Prinsip kerja dari water heater gas adalah pembakaran gas LPG yang digunakan untuk memanaskan air di dalam pipa-pipa tembaga, sehingga dapat membuat air didalam pipa-pipa menjadi panas dengan waktu yang cepat.

Berdasarkan hal di atas penulis tertarik untuk membuat dan meneliti water

(21)

dapat menghasilkan debit lebih besar dari 6 liter/menit dengan suhu keluar dari water heater >40 C dengan kontruksi water heater yang sederhana.

1.2 Perumusan Masalah

Dipasar water heater gas LPG tidak pernah mencantumkan informasi tentang hubungan antara debit air dengan suhu air yang keluar dan efisiensi water heater. Untuk konsumen, informasi tersebut angat penting untuk menentukan pilihan untuk

water heater yang akan dibelinya sesuai dengan pilihannya.

1.3 Tujuan

Tujuan dari penelitian tentang water heater dengan panjang pipa 8 meter diameter 0,5 inci dan bersirip adalah :

a. Merancang dan membuat alat water heater yang menggunakan energi gas LPG. b. Mengetahui karakteristik dari water heater gas LPG.

 Menghitung laju aliran kalor yang diberikan gas LPG.

 Mengetahui hubungan antara debit air yang masuk dengan suhu air yang keluar dari water heater.

 Menghitung efisiensi water heater.

1.4 Batasan Masalah

Batasan-batasan masalah yang harus diambil di dalam pembuatan peralatan

water heater ini adalah :

a. Tinggi water heater : 30 cm, diameter luar : 30 cm, dengan tutup yang rapat dan bisa dibongkar pasang.

(22)

b. Pipa saluran air terbuat dari material tembaga dengan diameter dalam 0,5 inci, panjang 8 meter dengan 2 lintasan ditambah sirip dari pipa tembaga berdiameter 0,5 inci.

c. Menggunakan 3 tabung dengan pelat galvalum, diberi lubang saluran udara dengan jumlah lubang udara pada tabung dalam 156 lubang dengan diameter lubang 0,5 cm, tabung tengah 70 lubang dan tabung luar 95 lubang dengan diameter 1,5 cm.

d. Sumber pemanas atau proses pembakaran menggunakan gas LPG dan menggunakan kompor gas bertekanan tinggi (high pressure).

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

f. Suhu air panas yang dihasilkan water heater antara 37° - 40° celcius dengan debit minimal 6 liter per menit.

1.5 Manfaat

Manfaat penelitian tentang water heater dengan gas LPG adalah :

a. Menambah kasanah ilmu pengetahuan tentang water heater gas LPG dan bagaimana cara membuatnya.

b. Untuk penulis dapat membuat sebuah water heater dengan cara yang sangat sederhada dan hasilnya dapat digunakan untuk keperluan sehari - hari.

c. Bisa menjadi referensi bagi perancang water heater dan bagi peneliti yang terkait dengan water heater

(23)

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

2.1.1 Pengertian Perpindahan Panas

Kalor adalah bentuk energi yang secara alami berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi berpindah ke benda yang suhunya lebih rendah ketika kedua benda tersebut saling bersentuhan. Kalor yang diberikan pada suatu benda dapat menyebabkan kenaikan suhu benda atau mengubah wujud benda

2.1.2 Cara-cara Perpindahan Panas

Ada tiga cara mekanisme perpindahan kalor (a) perpindahan kalor dengan cara konduksi, (b) perpindahan kalor dengan cara konveksi dan (c) perpindahan kalor dengan cara radiasi :

A. Perpindahan kalor secara konduksi

Perpindahan kalor konduksi adalah perpindahan kalor melalui zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Konduksi kalor melalui zat padat yang melalui benda padat lebih baik dari pada konduksi melalui cairan ataupun gas, hal ini disebabkan karena jarak antar partikel dalam zat padat lebih berdekatan.

Pada umumnya logam adalah konduktor, yaitu penghantar kalor yang baik. Sedangkan zat atau benda padat yang lain seperti kertas, plastik, wol dan kayu adalah isolator, yaitu penghantar kalor yang buruk. Perpindahan kalor konduksi dalam logam

(24)

jauh lebih baik dari pada zat padat lainnya karena logam memiliki banyak elektron bebas, sementara zat padat lainnya yang termasuk dalam isolator tidak memiliki elektron bebas.

Gambar 2.1 Perpindahan konduksi dari luar pipa pemanas kepermukaan dalam pipa pemanas.

Gambar 2.2 Perpindahan konduksi dari permukaan tabung dalam ke permukaan tabung luar.

Perpindahan panas secara konduksi yang terjadi di water heater gas LPG adalah kalor berpindah dari permukaan luar pipa tembaga ke permukaan dalam pipa tembaga.

(25)

B. Perpindahan panas secara konveksi

Perpindahan kalor konveksi adalah perpindahan kalor yang terjadi pada zat yang dapat mengalir seperti zat-zat cair dan gas. Perpindahan kalor konveksi dimanfaatkan untuk beberapa sistem seperti pada sistem pendingin mesin mobil yaitu radiator mobil, pada sistem suplai air panas rumah tangga dan pada lemari es.

Macam-macam perpindahan panas secara konveksi : 1. Konveksi bebas

Konveksi bebas adalah perpindahan kalor yang terjadi secara alami yang diakibatkan perbedaan suhu dan beda rapat massa serta tidak ada tenaga dari luar atau alat bantu yang mendorongnya.

2. Konveksi paksa

Konveksi paksa adalah perpindahan kalor pada aliran gas ataupun fluida yang disebabkan adanya tenaga dari luar. Tenaga dari luar di dapatkan dari alat bantu seperti blower, pompa, kipas.

 Perpindahan panas konveksi yang terjadi pada water heater :

1. Perpindahan kalor dari udara panas ke permukaan luar pipa pemanas.

(26)

2. Perpindahan kalor dari udara panas ke permukaan tabung water heater.

Gambar 2.4 kalor dari udara panas ke permukaan tabung water heater.

C. Perpindahan panas secara radiasi

Perpindahan kalor radiasi atau pancaran adalah perpindahan kalor yang tidak memerlukan zat perantara (medium), sehingga perpindahan kalor radiasi dapat terjadi di dalam ruangan hampa atau vakum. Dalam perpindahan kalor radiasi sumber kalor menyalurkan energinya dalam bentuk radiasi infra merah yang merupakan bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik. Permukaan yang hitam kusam dapat menyerap kalor radiasi dengan baik sekaligus pemancar kalor radiasi yang baik.

Perpindahan kalor secara radiasi yang terjadi di water heater gas LPG adalah kalor dari api hasil pembakaran ke permukaan luar pipa dan kalor dari tabung dalam mengalir ke tabung luar dari water heater.

(27)

2.1.3 Perancangan Pipa Saluran Air

Kebanyakan dalam pembuatan water heater gas, saluran air yang digunakan menggunakan saluran air yang berbentuk lingkaran. Dalam perancangan pipa yang berfungsi sebagai saluran air ada beberapa pertimbangan yang harus diperhatikan. A. Pemilihan material pipa

Bahan yang digunakan pipa untuk saluran air dalam water heater mempunyai konduktivitas termal yang tinggi. Jika bahan yang digunakan mempunyai konduktivitas termal yang tinggi, maka akan mudah untuk menghantarkan serta mengalirkan panas. Material pipa yang cocok adalah berbahan tembaga yang memiliki kemampuan menghantarkan kalor yang baik serta harga yang terjangkau.

Tabel 2.1 Konduktivitas Termal Beberapa Bahan Logam (Holman,1993)

Bahan Konduktifitas Termal (k)

W/moC Btu/h.ft.oF Perak 410 237 Tembaga 385 223 Aluminium 202 117 Nikel 93 54 Besi 73 42 Baja Karbon 43 25

Bahan yang dipilih juga harus memiliki titik lebur yang tinggi agar ketika dipergunakan bahan tidak melebur atau meleleh. Selain itu bahan pipa tidak mudah berkarat. Karena jika terjadi karat, air akan kotor dan saluran air dapat menjadi buntu.

(28)

B. Diameter pipa yang digunakan

Diameter pipa diusahakan tidak berukuran terlalu kecil, karena jika diameter pipa terlalu kecil akan mengakibatkan hambatan yang terjadi pada laju aliran air. Maka ukuran pipa yang digunakan berukuran 0,5 inci, ini bertujuan agar hambatan yang terjadi dalam pipa tidak terjadi dan juga harganya juga tidak terlalu mahal. C. Hambatan yang terjadi dalam pipa

Hambatan yang terjadi dalam aliran air mengalir di dalam pipa diusahakan sekecil mungkin. Dalam perancangan dan pembuatan saluran pipa air diusahakan tidak mengalami pembelokan, jika ada pembelokan diusahakan sudut pembelokannya besar, merata dan dengan radius tertentu atau saluran air yang dirancang dengan bentuk melingkar.

2.1.4 Saluran Udara Masuk

Udara digunakan untuk pembakaran gas LPG, karena proses pembakaran memerlukan oksigen. Oksigen sangat mudah didapatkan dari udara luar. Jika proses pembakaran kekurangan oksigen, maka pembakaran yang terjadi tidak mencapai hasil yang maksimal dan juga kalor yang diinginkan tidak terjadi. Maka dari itu dalam merancang saluran udara pada mesin pemanas air harus di desain sedemikian rupa agar udara yang masuk tepat sesuai kebutuhan. Cara merancang saluran udara adalah dengan cara memberikan lubang pada sisi dalam dan sisi luar pada water heater agar oksigen atas dapat masuk langsung kedalamnya sehingga udara dapat membantu terjadinya proses pembakaran.

(29)

Tabel 2.2 Komposisi Udara Kering (Sumber :

http://ft.unsada.ac.id/wp-content/uploads/2010/04/bab4-tm2.pdf)

Komponen Udara Presentase Mol (%)

Nitrogen 78,08

Oksigen 20,95

Argon 0,93

Karbon dioksida 0,03

Neon, helium, metana, dll 0,01

2.1.5 Sirip

Sirip memiliki fungsi sebagai isolator untuk. Jika pipa air dalam kontruksi

water heater di pasangi sirip maka sirip-sirip tersebut akan membantu menyalurkan

kalor hasil pembakaran gas LPG ke pipa saluran air. Semakin banyak sirip yang terpasang di dalam kontruksi pipa maka semakin cepat pula proses penyaluran panas yang terjadi dan berpengaruh terhadap suhu air keluar water heater. Bahan atau material dari sirip juga harus dipilih dari bahan yang mudah menyalurkan panas seperti dari bahan tembaga. Semakin besar konduktivitas termal dari bahan sirip maka semakin besar pula kalor yang dapat ditangkap dan salurkan oleh sirip-sirip tersebut.

2.1.6 Sumber Api

Sumber api yang digunakan untuk memanaskan water heater menggunakan kompor gas LPG. Jaman sekarang banyak bentuk dan jenis kompor gas. Setiap kompor gas memiliki nyala api yang berbeda sesuai dengan kebutuhannya. Ada kompor gas yang menghasilkan nyala api yang besar dan juga ada kompor gas yang menghasilkan nyala api yang sedang. Pada perancangan ini dipilih kompor gas yang

(30)

mengasilkan nyala api yang besar. Jika api yang dihasilkan besar, maka akan menghasilkan kalor yang banyak sehingga penyerapan kalor lebih cepat.

Gambar 2.5 Kompor gas LPG

2.1.7 Gas LPG

Pada umumnya water heater gas menggunakan gas\ LPG sebagai sumber energy untuk pembakaran. Kepanjangan dari LPG adalah Liquified Petroleum Gas dimana gas ini diproduksi dan didistribusikan oleh pertamina. Gas LPG memiliki komposisi yang terdiri dari gas propana ( ) dan butana ( ) dengan komposisi kurang lebih sebesar 99 %, selebihnya adalah gas Pentana ( ) yang dicairkan. Perbandingan komposisi Propana dan Butana adalah 30 : 70. Gas LPG memiliki nilai kalori sekitar : 21.000 BTU/lb. Pada gas LPG ditambahkan zat mercaptan. Penambahan zat mercaptan bertujuan untuk memberikan bau khas dari gas LPG,

(31)

supaya jika terjadi kebocoran gas LPG dapat segera terdeteksi dengan cepat sehingga mudah dikenali dan dapat segera ditanggulangi.

Reaksi pembakaran propana



C₃H₈



, jika proses pembakaran terjadi dengan sempurna adalah sebagai berikut :

8 3H

C + 5O2 → 3CO 2 + 4H2O + kalor

propana + oksigen → karbondioksida + uap air + kalor

Reaksi pembakaran butana



C₄H₁₀



, jika proses pembakaran terjadi dengan sempurna adalah sebagai berikut :

2C ₄ H ₁₀ + 13O2 → 8

CO

2 + 10H2O + kalor

butana + oksigen → karbondioksida + uap air + kalor

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 4000 kkal/kg 15 %

Arang 8000 kkal/kg 15 %

Minyak Tanah 11000 kkal/kg 40 %

Gas Kota 45000 kkal/kg 55 %

Listrik 860 kkal/kg 60 %

(32)

2.1.8 Saluran Gas Buang Sisa Pembakaran

Pembakaran gas LPG dalam water heater akan menghasilkan sisa pembakaran. Maka dari itu dalam membuat water heater harus dibuatkan saluran pembuangan gas sisa pembakaran. Dalam pembuatannya yang perlu diperhatikan adalah volume gas yang dibuang, posisi arah pembuangan diusahakan mengarah ke atas.

Dalam pembuatan water heater ini aliran gas buang dialirkan ke atas dengan membuatkan lubang ada bagian tutup. Karena tutup yang rapat tidak memungkinkan gas buang dialirkan kesamping.

2.1.9 Laju Aliran Kalor

Ketika air mengalir dalam pipa maka air tersebut memiliki kecepatan aliran. Kecepatan aliran air dapat dihitung dengan mempergunakan persamaan (2.1)

= 2 . . r m A m     (2.1)

Laju aliran massa air dapat dihitung dengan mempergunakan Persamaan (2.2)

air m =

 

r

 

um 2   (2.2) Pada Persamaan (2.1) dan (2.2) :

m = laju aliran massa (kg/s)

(33)

= kecepatan aliran air (m/s) r = jari-jari pipa air (m)

Gambar 2.6 Laju Aliran Kalor Yang Terjadi Dalam Pipa Saluran Air

Laju aliran kalor yang diterima oleh air yang mengalir dalam water heater dapat dihitung dengan Persamaan (2.3)



in out



air air air m c T T q    _(2.3) pada Persamaan (2.3) : air

q

= laju aliran kalor yang diterima air (watt)

air

m



= laju aliran massa air masuk ( kg /detik)

air

c

= kalor jenis air (J / kgoC)

Tin = suhu air masuk water heater (oC)

Tout = suhu air keluar water heater (oC)

Laju aliran kalor yang didapat dari proses pembakaran gas LPG dapat dihitung dengan persamaan (2.4)

gas

q = m_gas C_gas

(34)

pada Persamaan (2.4) :

gas

m

= massa gas LPG yang terpakai (kg/s)

gas

C

= kapasitas panas gas LPG ( J/kg), (1kkal = 4186,6 J)

Tabel 2.4 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)

LPG 11900 kkal/kg 60%

2.1.10 Efisiensi Dari Water Heater

Efisiensi dari water heater dapat dihitung dengan persamaan (2.5)

% 100 x q q gas air   (2.5) Pada Persamaan (2.6) :



= Efisiensi dari water heater ( dalam %) air

q

= Laju aliran kalor yang diterima air (watt)

gas

(35)

2.2 Tinjauan Pustaka

2.2.1 Water Heater Yang Dipasarkan

Dipasaran saat ini banyak tersedia berbagai jenis water heater gas LPG dengan model yang beragam dan kapasitas air panas yang dihasilkan pun beragam. Biasanya dalam penggunaan untuk rumah tangga water heater yang digunakan berkapasaitas mulai 5 liter sampai 10 loter. Sedangkan dalam industri, rumah sakit maupun hotel menggunakan kapasitas lebih dari 10 liter. Berikut ini merupakan beberapa contoh water heater yang dijual dipasaran.

Saat ini di pasaran tersedia banyak jenis water heater gas LPG dengan beberapa model rancangan. Setiap rancangan dari water heater yang ada saat ini memiliki keunggulan dan kekurangan serta memiliki cara kerja yang berbeda juga. Di bawah ini di perlihatkan beberapa model rancangan water heater gas LPG beserta bagian bagian utama dari setiap rancangan water heater gas LPG dan juga cara kerjanya.

(36)

Pada kontruksi water heater gas LPG tipe 1, seperti yang terlihat pada Gambar 2.7 Rancangan water heater Gas LPG tipe 1 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.

Water heater tipe 1 ini memakai alat bantu tambahan berupa blower. Agar api

hasil pembakaran dapat naik ke atas dan panas hasil pembakaran bisa merata memanasi dinding tabung bagian dalam yang dililiti pipa saluran air water heater.

(37)

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.

Gambar 2.8 Rancangan Water Heater Gas LPG Tipe 2

Pada Gambar 2.8 rancangan water heater gas LPG tipe 2 terlihat bahwa pipa saluran air water heater kontak langsung dengan api. Jadi rancangan water heater tipe 2 ini memakai model pipa saluran air yang langsung dipanasi oleh api hasil pembakaran gas LPG.

Pada rancangan water heater tipe 2 ini juga menggunakan alat bantu berupa fan atau kipas udara. Tujuan agar api hasil pembakaran menjadi besar dan dapat memanasi seluruh pipa saluran air water heater.

(38)

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.

Pada Gambar 2.9 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 lebih sederhana dari tipe sebelumnya, hanya seperti memasak air. Prinsip kerjanya air panas masuk kedalam water heater hingga mencapai jumlah tertentu. Setelah air memenuhi penampung air yang ada di dalam

(39)

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.

Pada Gambar 2.10 rancangan water heater gas LPG tipe 4 terlihat model rancangan water heater memiliki bentuk silinder serta tidak mengunakan saluran pipa air yang melingkar namun menggunakan penampung air. Modelnya sama dengan rancangan water heater gas LPG tipe 3 yang disajikan dalam Gambar 2.10.

Walaupun modelnya sama namun rancangan water hater tipe 4 memiliki variasi tambahan yaitu spiral heat excharger. Spiral heat excharger berfugsi

(40)

memperlambat keluarnya gas buang sisa proses pembakaran dengan cara proses pembuangan gas buang sisa pembakaran dibuat dan diarahkan secara berputar-putar. Hal ini bertujuan agar panas dari gas buang sisa pembakaran dapat digunakan untuk membantu memanaskan air yang ada di dalam penampung air yang terletak di dalam

water heater. Model rancangan water heater tipe 4 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.

A. Spesifikasi Water Heater Gas LPG Yang Ada Di Pasaran :

Water Heater gas LPG yang ada dipasaran saat ini :

1. Water Heater Gas Tipe X 1

Spesifikasi dari water heater tipe X 2 yang ada dipasaran didapatkan adalah sebagai berikut :

(41)

Pemasangan : External/Internal Ukuran ( PxLxT) mm : 369x290x127

Berat : 6,1 kg

Kapasitas Air Panas : 5–8 liter/menit Temperatur Air Panas : 40oC–60oC

Konsumsi Gas : 0,5 kg/jam

Ignition : Baterai Ukuran D

Tekanan Gas : Low Pressure, 28 mBar

Jumlah Outlet : 1-2

Outlet Gas : 0,5 inchi

Outlet Air Dingin : 0,5 inchi Outlet Air Panas : 0,5 inchi Tekanan Air Minimum : 0,2 Bar

(42)

2. Water Heater Gas Tipe X 2

Gambar 2.12 Water Heater Gas Tipe X 2 Pemasangan : External/Internal

Ukuran ( PxLxT) mm : 425 x 290 x 127

Berat : 6,1 kg

Kapasitas Air Panas : 5 liter/menit Temperatur Air Panas : 40oC–60oC

Jumlah Outlet : 1

Outlet Gas : 0,5 inchi

(43)

Outlet Air Panas : 0,5 inchi Tekanan Air Minimum : 0,15 Bar 3. Water Heater Tipe X 3

Gambar 2.13 Water Heater Gas Tipe X 3 Pemasangan : External/Internal

Ukuran ( PxLxT) mm : 380 x 288 x 141 Kapasitas Air Panas : 5 liter/menit Temperatur Maksimal : 60oC

(44)

Input Gas : 0,5 inchi Input Air Dingin : 0,5 inchi Outlet Air Panas : 0,5 inchi Tekanan Air Minimum : 0,1 Bar

2.2.2 Hasil Penelitian Water Heater Gas LPG

Payong. (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) 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 oleh air, (d) mendapatkan hubungan antara debit air dengan efisisensi

water heater. Penelitian tersebut dilakukan dengan batasan-batasan 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) 300 lubang masuk udara pada dinding luar, (g) 1005 lubang pada dinding dalam water heater, (h) 6 buah sirip dari pipa berdiameter 3/8 inci, (i) 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 C pada debit 10 liter/menit (b) Hubungan antara debit air yang mengalir (m) dengan temperature air keluar water

(45)

heater ( ) dapat dinyatakan dengan persamaan = -0,027 + 1,126 –16,52 m + 129,9 (m dalam liter/menit, dalam C) d (c) Hubungan antara debit air yang mengalir dengan laju perpindahan kalor dinyatakan dengan persamaan = 17,09 + 489 + 439 m + 3654 (m dalam liter/menit, dalam watt) dan (d) Hubungan antara debit air yang mengalir dengan efisisensi water heater dapat dinyatakan dengan persamaan



= 0,077 - 2,208 + 19,84 m + 16,50 ( m dalam liter/menit,



dalam %) .

Ignasius. (2001) telah melakukan penelitian tentang water heater yang

bejudul “Rancangan Dan Uji Performansi Sistim Pemanas Air LPG” yang bertujuan :

(a) menguji performasi dari sistim pemanas air gas LPG, (b) melihat kestabilan suhu air. Penelitian tersebut dilakukan dengan batasan-batasan sebagai berikut : (a) Sistim yang digunakan dalam pemanas air ini dilengkapi dengan tutup transparan dengan bahan polycarbonate berukuran 2 m x 1 m x 0.001 m, (b) bahan pipa absorber besi murni dengan konduktivitas 67.5 W/mK dan diameter 0.0254 m yang bertujuan untuk meningkatkan proses penerapan panas pada siang hari, (c) bahan penyekat yang digunakan antara lain triplek, stryrofoam dan bonek. Parameter yang diukur antara lain adalah : (a) radiasi surya, (b) suhu, (c) laju aliran air. Dari hasil penelitian tersebut didapatkan : (a) water heater yang dibuat dengan tenaga gas LPG efektif dan mampu bersaing dipasaran, dengan suhu air yang didapat 41.71 °C, (b) halis perhitungan ekonomi dengan metode LCC total yagn dihasilkan adalah Rp. 6.0690,860,- dengan ALCC adalah Rp. 3,044.6752.5 \ tahun.

(46)

Suparno. (2014) melakukan penelitian tentang karakteristik water heater dengan panjang pipa 12 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip yang bertujuan untuk (a) Membuat water heater (b) Mengetahui karakteristik water heater dengan sumber energy gas LPG yang telah dibuat : (1) mengetahui hubungan antara debit air yang masuk dengan suhu air yang keluar dari water heater (2) Mengetahui antara debit air dengan laju perpindahan kalor yang diterima air. (3) Mengetahui efisiensi dari water

heater. Penelitian ini memperoleh hasil (a) Water heater yang dibuat mampu bersaing

dengan water heater yang ada dipasaran, dengan temperatur 42,6°C pada debit 11,4 liter/menit. (b) Hubungan debit air yang masuk dengan air yang keluar dapat dinyatakan dengan persamaan : pada kondisi tertutup Tout = 108,8(deb)-0,36.

(liter/menit)0,36R2 = 0,984 pada kondisi terbuka 10 kali putaran Tout = 103,1(deb)0,34.

(liter/menit) R2 = 0,983 pada kondisi terbuka 20 kali putaran Tout = 96,31 (deb)0,33

(liter/menit)0,33R2 =0,989 (c) Hubungan debit air yang masuk dengan laju aliran kalor yang diterima air dapat dinyatakan dengan persamaan : pada kondisi tertutup Qair =

10,92(deb)0,079.(liter/menit)-0,079 kJ, pada kondisi terbuka 10 kali putaran Qair =

6,469(deb)0,266. (liter/menit)-0,226kJ, pada kondisi 20 kali putaran Qair= - 0,12(deb)2.

(liter/menit)-2 + 0,496(deb). (liter/menit)-1 + 7,241 kJ (d) Hubungan debit air dengan efisiensi water heater dapat dinyatakan dengan persamaan : pada kondisi tertutup η =

28,89(deb) 0,079. (liter/menit) -0,079 % pada kondisi terbuka 10 kali putaran η =

17,70(deb0,266). (liter/menit)-0,266 % pada kondisi terbuka 20 kali putaran η =

(47)

BAB III

PEMBUATAN ALAT

3.1 Perancangan Water Heater gas

Langkah pertama yang kita lakukan untuk membuat water heater adalah merancang bentuk dan modelnya. Gambar 3.1 sampai dengan Gambar 3.7 memperlihatkan bagian pipa saluran air hingga tabung water heater dan bentuk akhirnya.

Gambar 3.1 Saluran Pipa Air Water Heater

Pipa saluran air ini menggunakan material yang mudah menyerap panas yaitu material tembaga. Panjang pipa yang digunakan adalah 8 meter dan memiliki diameter 0,5 inci. Pipa sengaja dirancang berbentuk spiral dengan 2 putaran lintasan

(48)

melingkar. Tujuannya adalah supaya lintasan putarannya tidak terlalu tinggi dan ukurannya tidak terlalu besar dan dapat menyerap kalor dengan sempurna karena dekat dengan api dari kompor.

Gambar 3.2 Pipa Saluran Air Water Heater Dengan Sirip Tembaga

Gambar 3.2 merupakan rancangan saluran pipa yang diberi sirip pada bagian samping. Bertujuan untuk memperluas permukaan pipa pemanas. Dalam merangcang ini, sirip membantu untuk menangkap kalor dari api hasil proses pembakaran gas LPG. Sirip dibuat dari bahan yang sama dengan saluran pipa air dan mempunyai diameter yang sama. Sirip dipasang tegak lurus disamping pipa saluran air yang bertujuan untuk mempermudah pemasangan sirip tersebut. Sirip yang dipasang berjumlah 3 buah dengan panjang 24 cm.

(49)

Gambar 3.3 Tabung Water Heater

Gambar 3.3 merupakan rancangan tabung water heater. Tabung ini menggunakan plat galvanum. Plat tersebut dipilih karena ketahanan plat tersebut terhadap suhu yang tinggi dan juga korosi. Ada 3 tabung yang digunakan dalam menyusun water heater. Tabung pertama berdiameter 10 cm, tabung kedua berdiameter 25 cm, dan tabung ketiga berdiameter 30 cm. Masing – masing tabung mempunyai tinggi yang sama yaitu 30 cm. Semua tabung diberi lubang saluran udara. Lubang saluran udara digunakan sebagai jalan masuknya oksigen (udara) yang mendukung proses pembakaran dan digunakan sebagai isolator adalah udara. Jumlah lubang pada tabung pertama sebanyak 156 lubang dengan diameter lubang 0,5 cm.

(50)

Sedangkan jumlah lubang pada tabung luar sebanyak 95 lubang dengan diameter 1,5 cm, dimana lubang pada lapisan luar langsung tembus ke tabung yang ke 2. Dengan demikian udara tabung dan banyaknya lubang pada tabung kedua sama dengan tabung yang ketiga.

Gambar 3.4 Water Heater Tampak Samping

Gambar 3.5 Water Heater Tampak Atas

(51)

Gambar 3.6 Water Heater Tampak Bawah

Gambar 3.7 Water Heater Dengan Tutup Atas

Gambar 3.7 merupakan gambar bentuk rancangan akhir dari water heater yang dibuat dalam penelitian ini. Water heater in juga dilengkapi dengan tutup yang rapat pada bagian atasnya.

(52)

3.2 Menentukan Bahan Yang Akan Digunakan Untuk Membuat Water Heater Dalam merancang sebuah water heater dipilih pipa tembaga sebagai pipa saluran air. Rangka atau bagian casing menggunakan kontruksi rangka menggunakan besi nako. Plat galvanum dipilih utuk menutupi bagian rangka dan menjadi cover pada water heater. Semua bahan tersebut dipilih karena material tersebut tahan terhadap suhu panas dan juga korosi.

3.3 Peralatan Pendukung Yang Digunakan Dalam Membuat Water Heater

Peralatan pendukung yang digunakan dalam pembuatan water heater gas LPG adalah mesin las listrik, gerinda, mesin bor set, gunting plat, tang, pengaris dan meteran, tang, obeng, palu, kunci pas, paku rivet, hand riveter,.tabung gas LPG, regulator high pressure, kompor gas high pressure.

(53)

Mesin las listrik digunakan dalam pembuatan rangka. Dengan menggunakan las listrik rangka pada water heater menjadi lebih rapi, kuat, dan tidak rusak atau lepas saat water heater dipergunakan karena adanya suhu yang tinggi.

Gambar 3.9 Gerinda dan Mesin Pemotong Besi

Gerinda digunakan untuk meratakan dan menghaluskan permukaan rangka

water heater dari kerak sisa pengelasan. Sedangkan mesin pemotong besi digunakan

untuk memotong besi nako yang menjadi rangka pada water heater.

(54)

. Bor digunakan untuk membuat lubang. Pembuatan lubang dilakukan pada rangka, pada plat galvanum untuk pemasangan paku rivet. Selain itu bor digunakan untuk melubangi seluruh bagian tabung sebagai isolator

Gambar 3.11 Gunting Plat

Gunting plat digunakan untuk menggunting plat galvanum dengan kontur yang keras sebagai cover body pada water heater.

Gambar 3.12 Obeng, Tang, Penggaris

Obeng digunakan untuk mengencangkan baut. Obeng yang digunakan adalah obeng (-) dan obeng (+). Tang digunakan untuk memotong kawat dan mengencangkan kawat. Sedangkan penggaris digunakan untuk menggaris plat atau besi yang akan dipotong.

(55)

Gambar 3.13 Hand Riveter, Paku Rivet

Hand Riveter adalah alat yang digunakan untuk menarik paku rivet yang akan dipasangkan pada bagian plat dan juga rangka water heater.

Gambar 3.14 Kunci Pas

Kunci pas digunakan untuk mengencangkan baut yang ada pada water heater. Baut yang ada pada rangka dan plat galvanum dikencangkan menggunakan kunci pas ini. Ada abanyak macam kunci pas. Gambar diatas menunjukkan kunci pas dari ukuran 8 mm sampai dengan ukuran 24 mm.

(56)

Gambar 3.15 Tabung Gas LPG

Tabung gas LPG banyak dijual di pasaran. Baik itu dalam ukuran 3 kg atau 12 kg. Gas LPG digunakan sebagai sumber pemanas air.

Gambar 3.16 Regulator Gas High Pressure

Dalam perancangan water heater menggunakan regulator bertekanan tinggi. Tujuannya adalah untuk menghasilkan api pada kompor dengan tekanan yang tinggi.

(57)

Gambar 3.19 Kompor Gas High Pressure

Dalam perancangan water gas LPG ini, kompor gas yang digunakan adalah kompor gas tipe high pressure atau bertekanan tinggi. Dipilihnya kompor gas bertekanan tinggi bertujuan agar api yang dihasilkan dalam proses pembakaran besar dan water heater dapat menghasilkan air panas dengan suhu yang tinggi.

3.4 Proses Pembuatan Alat Water Heater Gas

Dalam mengerjakan water heater dikerjakan tahap semi tahap, berikut tahap pengerjaannya.

1. Perancangan dan pembuatan desain

Perancangan dilakukan untuk mengetahui bentuk konstruksi dari water heater yang akan dibuat. Proses perancangan dilakukan dengan membuat gambar sketsa terlebih dahulu. Sketsa water heater digambar sesuai bentuk, ukuran, dan model

(58)

2. Pemilihan dan penyedian bahan

Pemilihan dan menentukan banhan ditentukan setelah didapatkan gambar dimensi serta bentuk dari water heater yang akan dibuat. Setelah gambar tersebut didapat, maka dipilihlah bahan sebagai berikut :

A. Pipa tembaga

Pipa tembaga digunakan untuk membuat saluran air pada water heater. Pipa tembaga dipilih karena pipa tembaga memiliki konduktifitas termal bahan yang tinggi, sehingga pipa tembaga mudah menghantarkan panas atau kalor. Selain itu, tidak mudah berkarat, titik lebur tinggi, ulet(lebih mudah dibentuk), dan harganya lebih terjangkau. Pipa tembaga yang dipilih berukuran 0,5 inci dengan panjang 8 meter.

(59)

B. Besi strip dan besi nako

Besi strip dan besi nako digunakan ungtuk membuat kerangkan water heater. Rangka yang akan dubuat merupakan rangka bagian dalam dan bagian luar. Kedua rangka dibuat bertujuan agar kerangka water heater kuat dan kokoh

.

Gambar 3.21 Besi Strip dan Besi Nako C. Plat galvanum

Plat galvanum dipilih karena ketahannya terhadap kalor. Plat tersebut digunakan untuk melapisi bagian dalam rangka dan tutup water heater.

(60)

3. Proses mengerjakan water heater

Dalam pengerjaannya, terbagi menjadi beberapa langkah tahap pengerjaan. Ini ditujukan agar bentuk water heater sesuai dengan desain yang sudah dibuat. Berikut ini adalh langkah–langkah pengerjaannya.

A. Memotong pipa tembaga

Pertama pipa tembaga dipotong sepanjang 8 meter sesuai desain yang sudah ditentukan. Kemudian setelah dipotong pipa tembaga dibuat melingkar dengan cara dirol dengan model 2 tingkat. Tujuan dibuatnya model 2 tingkat supaya gulungan pipa tembaga saluran air tidak terlalu panjang.

Gambar 3.23 Proses Pemotongan Pipa

B. Mengerol pipa tembaga

Proses pengerolan dilakukan dengan menggunakan alat rol pipa tembaga dan sebuah tabung panci yang bertujuan untuk menahan pipa tembaga tetap pada ukuran

(61)

yang diinginkan. Model 2 tingkat yang dihasilkan berdiameter 18 cm pada bagian dalam dan 20 cm pada bagian luar.

Gambar 3.24 Alat pengerol pipa tembaga dan panci penahan bentuk pipa C. Pembuatan rangka water heater

Rangka dibuat dengan tujuan agar water heater mempunyai bentuk dan kontruksi yang kuat dan kokoh. Selain itu rangka dibuat bertujuan agar dalam pemasangan plat penutup bagian luar dapat terpasang dengan mudah. Rangka dibuat dengan menggunakan besi nako. Besi nako dan besi strip dipotong dan dilengkungkan sesuai ukuran dan disatukan dengan menggunakan las listrik dengan ukuran 0,8 x 0,8 cm.

(62)

D. Penyelesaian dan hasil akhir

Setelah semua rangka selesai disatukan dan saluran air pipa tembaga sudah jadi, kemudian dimulai dengan pemasangan pipa saluran air pada rangka dengan cara mengaitkannya pada besi strip. Jangan lupa untuk memberikan lubang pada rangka. Lubang pada rangka bertujuan untuk memudahkan pemasangan paku rivet untuk memasang plat galvanum. Setelah mengaitkan pipa dan member lubang pada rangka, dilanjutkan dengan menutupi rangka dengan plat galvanum. Mulai dari bagian dalam rangka dan kemudian bagian luar rangka. Plat galvanum di pasangkan pada rangka dengan cara dipaku menggunakan paku rivet yang di tancapkan pada rangka water

heater yang dusah diberi lubang.

(63)

BAB IV

METODOLOGI PENELITIAN 4.1 Benda Uji

Benda uji yang digunakan adalah water heater gas LPG. Water heater berbentuk tabung. Tinggi water heater 30 cm dan berdiameter 30 cm. Water heater memiliki 3 tabung yang diberi lubang udara. Tabung dalam memiliki diameter 10 cm dengan 156 lubang udara berdiameter 0,5 cm. Tabung tengah memiliki diameter 25 cm dengan 70 lubang udara berdiameter 1,5 cm. Tabung luar memiliki diameter 30 cm dengan 95 lubang udara berdiameter 1,5 cm. Bahan pipa air tebuat dari tembaga dengan panjang 8 meter dengan model pengerolan bertingkat dan bersirip. Water

heater dilengkapi dengan tutup.

(64)

4.2 Sistimatika Alat Penelitian

Sistimatika pengujian water heater gas LPG disajikan pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Skematik Penelitian Water Heater

Untuk mengalirkan air kedalam water heater dibutuhkan sumber air. Sumber air yang digunakan adalan kran. Kran digunakan untuk mengatur jumlah debit air yang mengalir di dalam water heater. Untuk mengukur suhu air masuk dan suhu air keluar digunakan alat ukur termokopel digital.

4.3 Alat Bantu Penelitian

Alat bantu yang digunakan untuk mendukung penelitian water heater gas LPG adalah sebagai berikut :

a. Kompor gas LPG, digunakan sebagai sumber api pemanas water heater. b. Gas LPG, digunakan sebagai bahan bakar pada water heater.

(65)

c. Air yang berasal dari kran, sebagai sumber air yang dialirkan ke water heater. d. Selang air, sebagai penghubung kran air dengan saluran inlet water heater. e. Gelas ukur, sebagai pengukur volume air yang dihasilkan.

f. Termokopel, sebagai alat ukur suhu air masuk dan suhu air yang keluar. g. Stopwatch, sebagai alat pengukur waktu.

h. Mur baut dan klem, digunakan untuk mengencangkan sambungan.

i. Timbangan, digunakan untuk menimbang berat awal dan akhir pada tabung gas LPG.

4.4 Alur Penelitian

Alur penelitian dalam penelitian water heater ini adalah a. Menyiapkan water heater yang akan diteliti.

b. Menyiapkan kompor gas beserta tabung gas LPG dan kelengkapannya seperti selang regulator.

c. Meletakkan water heater ke atas kompor gas.

d. Menghubungkan selang dari sumber air ke saluran masuk dari water heater. e. Memasukan air ke water heater dengan cara mengatur debitnya dengan kran air. f. Menyalakan kompor dan ditunggu sampai keadaan panas water heater sesuai. g. Mengukur suhu air panas yang dihasilkan water heater dengan termokopel.

h. Mengukur volume air panas yang dihasilkan water heater dengan gelas ukur selama selang waktu tertentu.

i. Mengolah data yang didapatkan selama penelitian. j. Menyimpulkan data hasil penelitian.

(66)

4.5 Variasi Penelitian

Variasi yang dilakukan dalam penelitian adalah menggunakan kapasitas gas LPG bertekanan maksimum, kapasitas gas LPG bertekanan medium, dan kapasitas gas LPG bertekanan low.

4.6 Cara mendapatkan data

Debit data air diperoleh dengan mengukur volume air yang mengalir kegelas ukur dalam selang waktu yang diukur dengan stopwatch. Banyaknya air yang mengalir setiap menit dicatat. Pengukuran suhu air dilakukan dengan memasang APPA pada sisi air keluar water heater. Suhu air dicatat saat ada perubahan debit air. Laju aliran masa gas LPG dapat diperoleh dengan mengukur massa gas yang mengalir tanpa ada beban pembakaran dalam selang waktu yang diukur dengan stopwatch. Laju aliran gas menggunakan kondisi gas maksimum, medium, dan low. Setelah gas dimatikan kemudian tabung LPG diukur dengan menggunakan timbangan.

4.7 Cara Mengolah Data

Dari data - data yang diperoleh, maka data tersebut dapat diolah. Data - data tersebut kemudian dipergunakan untuk mengetahui :

a. Hubungan antara debit air dengan suhu air yang dikeluarkan dari water heater. b. Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air water

heater.

c. Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater.

(67)

4.8 Cara Mendapatkan Kesimpulan

Kesimpulan dibuat untuk menjawab tujuan dari penelitian. Kesimpulan didapat dari hasil pengolahan data.

(68)

BAB V

HASIL PENGUJIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

5.1. Hasil Pengujian

Data hasil pengujian water heater gas LPG dengan panjang pipa 8 meter dan berdiameter 0,5 inchi dengan tutup yang rapat meliputi : volume air, berat gas awal, berat gas akhir, selang waktu, suhu air masuk (Tin), suhu air keluar (Tout) disajikan

pada Tabel 5.1 sampai dengan Tabel 5.8. Pengujian dilakukan dengan kondisi aliran gas yang berbeda : (1) aliran gas maksimum (2) aliran gas medium (3) aliran gas minimum.

Tabel 5.1 Hasil pembakaran gas LPG pada pengamatan alat water heater

No Berat awal gas (kg)

Berat akhir gas (kg) Waktu (menit) Keterangan Posisi gas 1 26,84 25,18 15 Maksimum 2 25,18 24,82 15 Medium 3 24,82 23,50 15 Low Keterangan.

Posisi gas maksimum : merupakan pisisi pada saat regulator gas diputar sebanyak 5 kali putaran.

Posis gas sedang : merupakan posisi pada saat regulator gas diputar sebanyak 3 kali putaran.

(69)

Posisi gas rendah : merupakan posisi pada saat regulator gas diputar sebanyak 1 kali putaran.

Tabel 5.2 Hasil Pengujian pada posisi gas maksimum.

No Suhu air

masuk Tin(oC)

Suhu air keluar Tout(oC) Volume air dalam gelas (ml) T (detik) 1 28 32,3 3650 10 2 28 36,7 2680 10 3 28 40,9 1900 10 4 28 44,4 1360 10 5 28 48,1 1150 10 6 28 52,1 980 10 7 28 61,4 860 10 8 28 71,4 660 10 9 28 80,6 580 10 10 28 93,6 400 10

Tabel 5.3 Hasil Pengujian pada posisi gas medium.

No Suhu air

masuk Tin(oC)

Suhu air keluar Tout(oC) Volume air dalam gelas (ml) T (detik) 1 28 33,5 2580 10 2 28 37,0 1980 10 3 28 40,2 1400 10 4 28 44,4 1100 10 5 28 48,1 930 10 6 28 53,0 640 10 7 28 62,2 520 10 8 28 72,3 460 10 9 28 83,7 260 10 10 28 92,2 210 10