Karakteristik water heater dengan panjang pipa 8 meter, diameter 0,5 inci dan bersirip

(1)

KARAKTERISTIK

WATER HEATER

DENGAN PANJANG

PIPA 8 METER, DIAMETER 0,5 INCI DAN BERSIRIP

SKRIPSI

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

Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin

Diajukan oleh

GREGORIUS EGA BUDDHI PRASONGKO NIM : 105214060

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(2)

ii

CHARACTERISTIC OF THE WATER HEATER WITH A

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

AND FINNED

FINAL PROJECT

As Partial Fulfilment Of The Requirement

To Obtain The Sarjana Teknik Degrre in Mechanical Engineering

By

GREGORIUS EGA BUDDHI PRASONGKO Student Number : 105214060

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

(3)

(4)

(5)

PERIryATAAN

IGASLIAI\

KARYA

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya

yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan

di

suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan sayajuga tidak terdapatkarya atau pendapat

yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis

diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 22 J anuari 201 4

Gregorius Ega Buddhi Prasongko

(6)

LEMBAR PERIIYATAAN

PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA

ILMIAH

TJNTUK

KEPBNTINGAN

AKADEMIK

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata

t

Dharma:

Nama : Gregorius Ega Buddhi Prasongko

NomorMahasiswa :105214060

Demi pengembangan ilmu pengetuhan, saya memberikan kepada perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :

Karakteristikl/uter Heater Dengan Panjang Pipa 8 Meter,

Diameter 0.5Inchi dan Bersirip

Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada

Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan

dalam bentuk media yang lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk

kepentingan akademis tanpa perlu meminta

ijin

dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selamatetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

Yogyakarta, 22 J anuari 20 1 4

Yang menyatakan,

VI

Ega Buddhi

(7)

ABSTRAK

Pada masa saat ini penggunaan air panas semakin luas. Kebanyakan air panas tersebut digunakan untuk keperluan mandi air hangat. Selain untuk mandi, air panas juga banyak digunakan untuk keperluan bisnis. Dengan water heater air panas dapat diperoleh dengan cepat sehingga mampu memenuhi kebutuhan air panas dalam waktu yang cepat, murah dan efisien. Tujuan penelitian adalah : (a) Merancang dan membuat alat water heater yang menggunakan energi gas LPG.(b) Mengetahui karakteristik dari water heater gas LPG.

Lokasi penelitian di laboratorium Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Water heater yang dibuatberbentuk tabung 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 bisa diatur ketinggiannya. Variasi penelitian adalah mengatur besar debit air yang mengalir dalam water heater dan pembukaan tutup water heater.

Hasil penelitian didapatkan (a) Water heater mampu menghasilkan air panas dengan temperatur 43,1 oC dengan debit 9 liter/menit pada kondisi tutup water heater tertutup rapat. Pada kondisi tutup terbuka 10 putaran, water heater mampu menghasilkan debit 8,4 liter/menit dengan suhu 42,8 oC. Pada kondisi tutup terbuka 20 putaran, water heater mampu menghasilkan debit 7,2 liter/menit dengan suhu 43,4 oC. (b) Laju aliran kalor yang diterima air pada kondisi tutup tertutup rapat sebesar 9,027-10,757 kW. Pada kondisi tutup terbuka 10 putaran sebesar 7,226-11,033 kW. Pada kondisi tutup terbuka 20 putaran sebesar 7,050-12,178 kW. (c) Nilai efisiensi yang dihasilkan water heater : Pada kondisi tutup water heater tertutup rapat nilai efisiensi water heater berkisar antara 24,71% - 29,44%. Pada kondisi tutup terbuka 10 putaran nilai efisiensi water heater berkisar antara 19,89% - 30,20%. Pada kondisi tutup terbuka 20 putaran nilai efisiensi water heater berkisar antara 19,30% - 33,33%. (d) Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG sebesar 36,535 kW.

(8)

ii

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 satu syarat wajib untuk menyelesaikan

pendidikan dan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin di Program Studi

Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Adapun

judul skripsi ini adalah “ Karakteristik Water Heater Dengan Panjang Pipa 8

Meter, Diameter 0,5 Inchi dan Bersirip”

Dalam Skripsi ini tidak terlepas dari bantuan dan dukungan yang diberikan

oleh berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan

ucapan terimakasih sebesar-besarnya kepada :

1. Ir. PK. Purwadi, M.T, selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas

Sanata Dharma Yogyakata dan selaku Dosen Pembimbing Skripsi.

2. Dr. Drs. Vet Asan Damanik selaku Dosen Pembimbing Akademik.

3. Seluruh Staf Pengajar di Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata

Dharma.

4. Ambrosius Witono dan Indaryanti sebagai orang tua, atas semua dukungan

baik secara materi maupun spiritual yang diberikan kepada saya selama

(9)

7

.

Seluruh Staf Sekretariat Fakultas Sains dan Teknologi.

8.

Semu4 pihak yang telah membantu dalamproses 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.

Terimakasih.

Yogyakarta, 22 J anuari 20 | 4

Penulis

(10)

DAFTAR ISI

... hal

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIK ... vi

ABSTRAK ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... x

DAFTAR GAMBAR ... xiii

DAFTAR TABEL ... xvi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan ... 3

1.3 Batasan Masalah... 4

1.4 Manfaat ... 4

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1 Dasar Teori ... 6

2.1.1 Pengertian Perpindahan Panas ... 6

2.1.2 Cara-cara Perpindahan panas ... 6

(11)

ii

2.1.4 Sirip ... 10

2.1.5 Saluran Udara Masuk ... 11

2.1.6 Sumber Api Water Heater ... 12

2.1.7 Gas LPG ... 13

2.1.8 Saluran Gas Buang Sisa Pembakaran ... 14

2.1.9 Isolator ... 15

2.1.10 Laju Aliran Kalor ... 16

2.1.11 Efisiensi Water Heater ... 18

2.2. Tinjauan Pustaka ... 18

2.2.1 Water Heater Yang Ada Dipasaran ... 18

2.2.2 Hasil Penelitian Water Heater Gas LPG... 26

BAB III PEMBUATAN ALAT ... 28

3.1 Perancangan Water Heater gas ... 28

3.2 Menentukan Bahan Untuk Membuat Water Heater ... 33

3.3 Peralatan Yang Digunakan Dalam Pembuatan Water Heater ... 33

3.4 Proses Pembuatan Alat Water Heater Gas ... 40

BAB IV METODOLOGI PENELITIAN ... 51

4.1 Benda Uji ... 51

4.2 Prinsip Kerja Water Heater Gas ... 52

4.3 Skematik Alat Penelitian ... 53

4.4 Alat Bantu Penelitian ... 53

4.5 Alur Penelitian ... 55

(12)

iii

4.7 Cara Mendapatkan Data ... 56

4.8 Cara Mengolah Data ... 56

4.9 Cara Mendapat kesimpulan ... 56

BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN ... 57

5.1 Hasil Penelitian ... 57

5.2 Perhitungan ... 59

5.3 Pembahasan ... 69

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN... 73

6.1 Kesimpulan ... 73

6.2 Saran ... 74

DAFTAR PUSTAKA ... 75

(13)

iv

DAFTAR GAMBAR

... hal

Gambar 2.1 Efisiensi Sirip Siku Empat dan Segitiga ... 10

Gambar 2.2 Efisiensi Sirip Siku Empat ... 11

Gambar 2.3 Kompor gas LPG High Pressure ... 13

Gambar 2.4 Laju Aliran Kalor Yang Terjadi Dalam Pipa Saluran Air ... 17

Gambar 2.5 Rancangan Water Heater Gas LPG Tipe 1 ... 19

Gambar 2.9 Water Heater Gas Tipe X 1... 23

Gambar 3.1 Saluran Pipa Air Water Heater ... 28

Gambar 3.2 Pipa Saluran Air Water Heater Dengan Sirip Tembaga ... 29

Gambar 3.3 Tabung Water Heater ... 30

Gambar 3.4 Water Heater Tampak Samping ... 31

Gambar 3.5 Water Heater Tampak Atas... 31

Gambar 3.6 Water Heater Tampak Bawah ... 32

Gambar 3.7 Water Heater Dengan Tutup Atas ... 32

Gambar 3.8 Mesin Las Listrik ... 33

Gambar 3.9 Gerinda Dan Mesin Pemotong Besi ... 34

(14)

v

Gambar 3.11 Gergaji Besi ... 35

Gambar 3.12 Obeng Dan Mistar ... 36

Gambar 3.13 Meteran... 36

Gambar 3.14 Alat Pemotong Plat Dan Gunting Plat... 37

Gambar 3.15 Tang Kombinasi Dan Palu ... 37

Gambar 3.16 Kunci Pas Ring Set ... 38

Gambar 3.17 Tabung Gas LPG 3 kg ... 38

Gambar 3.18 Regulator Gas High Pressure Dan Selang Gas ... 39

Gambar 3.19 Kompor Gas High Pressure ... 39

Gambar 3.20 Bahan Pipa Tembaga ... 41

Gambar 3.21 Besi Strip ... 41

Gambar 3.22 Besi Nako ... 42

Gambar 3.23 Pelat Galvalum ... 42

Gambar 3.24 Proses Pemotongan Pipa ... 43

Gambar 3.25 Pengerolan Pipa Saluran Air ... 44

Gambar 3.26 Pembuatan Sirip Tembaga ... 45

Gambar 3.27 Pipa Saluran Air ... 45

Gambar 3.28 Rangka Atas dan Bawah Tabung Water Heater ... 46

Gambar 3.29 Proses Pembuatan Rangka Water Heater... 47

Gambar 3.30 Rangka Water Heater ... 47

Gambar 3.31 Pemasangan Saluran Pipa Air Ke Rangka ... 48

Gambar 3.32 Pemasangan Plat Galvalum Ke Rangka ... 49

(15)

vi

Gambar 4.1 Water Heater Gas LPG ... 51

Gambar 4.2 Skematik Penelitian Water Heater ... 53

Gambar 4.3 Termokopel Digital ... 54

Gambar 4.4 Gelas Ukur... 54

Gambar 5.1 Hubungan Antara Debit Air Dengan Suhu Air Keluar ... 62

Gambar 5.2 Hubungan Antara Debit Air Dengan Laju Aliran Kalor Yang Diterima Air ... 62

Gambar 5.3 Hubungan Antara Debit Air Dengan Efisiensi ... 63

(16)

vii

DAFTAR TABEL

... hal

Tabel 2.1 Konduktivitas Termal Beberapa Bahan Logam ... 9

Tabel 2.2 Menunjukan Komposisi Udara Kering ... 12

Tabel 2.3 Daya Pemanasan Dan Efisiensi alat masak dengan gas LPG

Dan Bahan Bakar Lainnya ... 14

Tabel 2.4 Menunjukan Konduktivitas Termal Beberapa Media ... 16

Tabel 5.1 Data Pengujian Water Heater Dengan Kondisi Tutup

Tertutup Rapat ... 57

Tabel 5.2 Data Pengujian Water Heater Dengan Tutup

Terbuka 10 Putaran ... 58

Tabel 5.3 Data Pengujian Water Heater Dengan Tutup

Terbuka 20 Putaran ... 58

Tabel 5.4 Hasil Perhitungan Data Dengan Kondisi Tutup Water

Heater Tertutup Rapat ... 61 Tabel 5.5 Hasil Perhitungan Data Dengan Kondisi Tutup

Terbuka10 Putaran ... 63 Tabel 5.6 Hasil Perhitungan Data Dengan Kondisi Tutup

(17)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Pada masa saat ini penggunaan air panas semakin luas karena air panas

bermanfaat bagi kehidupan manusia. Kebanyakan air panas tersebut digunakan

untuk keperluan mandi air hangat. Dengan mandi menggunakan air hangat dapat

memberi dampak positif bagi tubuh manusia seperti tubuh menjadi lebih bersih

dan sehat, dapat membuka pori-pori kulit, dapat mengurangi stress, dapat

memperlancar peredaran darah, dapat mengurangi rasa pegal serta mengobati

sakit kepala.

Karena manfaatnya hampir semua kalangan saat ini menggunakan air

panas. Sebagai contoh rumah sakit yang menggunakan air panas sebagai sarana

pengobatan pasien, hotel-hotel yang memberikan fasilitas air panas kepada para

tamunya untuk keperluan mandi, vila atau rumah yang berada di daerah dingin

kebanyakan memanfaatkan air panas untuk keperluan mandi, tempat pariwisata

pemandian air hangat yang memerlukan air panas dengan jumlah besar, serta

rumah tangga yang menggunakan air panas untuk keperluan mandi. Selain untuk

mandi, air panas juga banyak digunakan untuk keperluan bisnis seperti bisnis

pemotongan ayam dan keperluan kimiawi seperti di pabrik yang menggunakan air

panas untuk memenuhi kebutuhan produksi pabrik.

Dahulu untuk mendapat air panas biasanya air dengan dimasak kompor

dan harus menunggu beberapa saat sampai air tersebut panas. Seiring

(18)

digunakan untuk memanaskan air hingga mencapai suhu panas tertentu (antara

_{C hingga} _{C). 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 kompor.

Jenis water heater dibedakan dari energi yang digunakan sebagai sumber pemanas airnya. Jenis yang pertama, pemanas air tenaga surya (solar water heater) adalah water heater yang menggunakan energi matahari sebagai sumber pemanasya, kelebihanya yaitu energi yang dipakai gratis karena diambil dari

alam, namun solar water heater memiliki kekurangan seperti harga water heater ini mahal, pemasangan water heater tergolong rumit dan sulit karena di pasang di atap, serta sangat bergantung pada kondisi cuaca.

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

dengan menggunakan penampung dan masih harus menunggu sampai air tersebut

panas. Debit air yang dihasilkan tidak bisa tetap karena jika air dalam penampung

habis maka tidak ada air panas yang keluar.

(19)

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 kita memasak air menggunakan kompor. Prinsip kerja dari water heater gas adalah pembakaran yang digunakan untuk memanaskan air di dalam pipa-pipa tembaga, sehingga dapat membuat air

panas dengan waktu yang cepat.

Berdasarkan hal di atas saya terpacu untuk membuat dan meneliti water heater yang menggunakan energi gas LPG. Water heater yang diteliti di harapkan dapat menghasilkan debit 6 liter/menit mampu menghasilkan suhu keluar dari

water heater > C dan kontruksi water heater yang dibuat sederhana. 1.2Tujuan

Tujuan dari penelitian tentang karakteristik 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.

1. Mengetahui hubungan antara suhu air keluar water heater dan debit air yang mengalir dalam water heater dengan variasi pembukaan tutup water heater. 2. Mengetahui besar energi kalor yang diserap oleh air yang mengalir di dalam

pipa water heater.

3. Menghitung Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG.

(20)

1.3Batasan Masalah

Batasan masalah yang diambil di dalam pembuatan peralatan penelitian ini

adalah :

a. Tinggi water heater : 30 cm, diameter luar : 30 cm, dengan tutup yang bisa diatur ketinggiannya.

b. Pipa saluran air terbuat dari material tembaga dengan diemeter 0,5 inci dengan

panjang 8 meter dengan 2 lintasan ditambah sirip dari pipa tembaga dengan

diameter 0,5 inci.

c. Menggunakan 3 tabung dengan pelat galvalum, diberi lubang saluran udara dengan jumlah lubang udara tabung dalam 156 lubang dengan diameter 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 (sekitar 25oC-27oC).

f. Suhu air panas yang dihasilkan water heater harus lebih dari celcius dengan debit minimal 6 liter per menit.

1.4Manfaat

Manfaat penelitian tentang karakteristik water heater dengan panjang pipa 8 meter diameter 0.5 inci dan bersirip adalah :

a. Menambah ilmu pengetahuan dan kepustakaan seputar teknologi pemanas air

(21)

b. Membuat percontohan alat water heater gas dengan kontruksi sederhana sehingga mudah dalam pengamplikasianya dan dapat dikembangkan sebagai

produk water heater yang dapat diterima oleh masyarakat Indonesia.

c. Membantu mengurangi ketergantungan penggunaan energi kayu, minyak

bumi, serta listrik khususnya untuk keperluan memanaskan air.

(22)

6

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 ke benda yang suhunya lebih rendah ketika kedua benda

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 perpindahan kalor yaitu (a) perpindahan kalor konduksi, (b)

perpindahan kalor konveksi dan (c) perpindahan kalor 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 jauh lebih baik dari pada zat padat lainya karena logam memiliki

banyak elektron bebas, sementara zat padat lainya yang termasuk dalam isolator

(23)

Perpindahan panas secara konduksi yang terjadi di water heater gas LPG adalah panas api yang dihasilkan dari proses pembakaran berpindah ke permukaan

luar pipa tembaga. Panas lalu mengalir ke dalam permukaan pipa tembaga.

B. Perpindahan panas secara konveksi

Perpindahan kalor konveksi adalah perpindahan kalor yang terjadi karena

adanya perbedaan massa jenis. Konveksi hanya 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 panas yang terjadi secara alami yang

diakibatkan perbedaan suhu dan beda rapat saja serta tidak ada tenaga dari luar

atau alat bantu yang mendorongnya.

2. Konveksi paksa

Konveksi paksa adalah perpindahan panas 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 secara konveksi yang terjadi di water heater gas LPG adalah panas yang diserap oleh permukaan luar pipa tembaga mengalir ke dalam

permukaan pipa dan fluida yang ada didalamnya. Sehingga suhu fluida yang

(24)

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 panas secara radiasi yang terjadi di water heater gas LPG adalah panas dari api hasil pembakaran ke permukaan luar pipa dan panas dari

tabung dalam mengalir ke tabung luar dari water heater. 2.1.3 Perancangan Pipa Saluran Air

Kebanyakan dalam kontruksi water heater gas, saluran air dari water heater tersebut berpenampang lingkaran. Dalam perancangan pipa water heater yang berfungsi sebagai saluran air ada beberapa pertimbangan yang harus

diperhatikan diantaranya:

A. Pemilihan material pipa

Menggunakan bahan yang memiliki nilai konduktivitas termal yang tinggi

dan tahan terhadap suhu yang tinggi. Jika bahan memiliki nilai koduktivitas yang

tinggi maka benda tersebut akan mudah menghantarkan serta mengalirkan panas

dalam hal ini adalah mampu memindahkan panas hasil pembakaran dari api yang

dihasilkan dari proses pembakaran ke fluida atau aliran air yang ada di dalam pipa

(25)

memiliki kemampuan menghantarkan kalor yang baik serta harga dari tembaga

yang tidak terlalu mahal.

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

B. Diameter pipa yang digunakan

Diameter dalam pipa diusahakan tidak berukuran terlalu kecil, jika

diameter dalam pipa terlalu kecil akan mengakibatkan hambatan yang terjadi di

dalam pipa besar. Jadi dalam perancangan ini dipilih pipa dengan diameter 0,5

inci, hal ini bertujuan agar hambatan yang terjadi di dalam pipa tidak terlalu besar

serta harganya yang tidak terlalu mahal.

C. Hambatan yang terjadi didalam pipa

Hambatan yang terjadi saat ada aliran air mengalir di dalam pipa

diusahakan sekecil mungkin agar ketika air mengalir di dalam pipa penurunan

tekanan pipa yang terjadi kecil. Dalam perancangan dan pembuatan saluran pipa

air diusahakan tidak mengalami pembelokan, jika ada pembelokan diusahakan

sudut pembelokan besar (diusahakan lebih besar dari ). Pembelokan pipa air

pun diusahakan secara merata seperti dibuat melengkung dengan radius tertentu

(26)

tekanan yang terjadi dalam pipa kecil sehingga daya yang dibutuhkan pompa

untuk menyalurkan air tidak terlalu besar.

2.1.4 Sirip

Sirip memiliki fungsi untuk memperluas permukaan benda yang dipasangi

sirip. 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.

(27)

Gambar 2.2 Efisiensi Sirip Siku Empat (Holman, 1993)

2.1.5 Saluran Udara Masuk

Saluran udara digunakan untuk keperluan pembakaran gas LPG, karena

proses pembakaran membutuhkan oksigen. Oksigen bisa didapatkan dari udara

luar atau udara bebas. Jika proses pembakaran kekurangan oksigen akan

mengakibatkan nyala dari api tidak sempurna karena pembakaran yang terjadi

tidak sempurna dan kalor yang dipindahkan ke air tidak terlalu besar sehingga

peningkatan suhu air pun kecil. Jika udara yang masuk kedalam water heater terlalu banyak akan mengakibatkan kalor yang diserap oleh pipa berkurang karena

terbawa oleh udara yang masuk.

Oleh sebab itu perancangan saluran udara masuk harus dirancang

sedemikian rupa agar udara yang masuk ke water heater dan volume udara yang masuk pas. Caranya dengan diberi lubang pada lapisan tabung luar dan dalam

(28)

oksigen dapat masuk ke dalam kontruksi water heater sehingga dapat mendukung proses pembakaran dan menjadi proses pembakaran yang sempurna.

Tabel 2.2 Menunjukan 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

2.1.6 Sumber Api Water Heater

Sumber api yang digunakan dalam water heater dapat diambil dari kompor gas LPG. Saat ini tersedia berbagai jenis pilihan kompor gas dengan berbagai

bentuk dan spesifikasinya. Setiap jenis dari kompor gas menghasilkan bentuk

nyala api yang berbeda-beda sesuai jenis dan kebutuhannya. Ada kompor gas

yang menghasilkan nyala api yang besar, disebut kompor gas high pressure dan ada kompor yang menghasilkan nyala api yang kecil dan tidak terlalu besar yaitu

kompor gas low pressure.

Pada perancangan water heater ini dipilih kompor yang mampu menghasilkan nyala api yang besar. Jika nyala dari api kompor besar maka api

tersebut banyak menghasilkan kalor. Jika kalor yang diserap oleh sirip dan pipa

tembaga banyak, maka suhu air di dalam pipa dapat meningkat dengan cepat,

(29)

Oleh sebab itu dalam perancangan water heater ini dipilihlah jenis kompor gas LPG high pressure. Gambar 2.3 memperlihatkan kompor gas high pressure yang digunakan dalam penelitian.

Gambar 2.3 Kompor gas LPG High Pressure 2.1.7 Gas LPG

Umumnya water heater gas menggunakan gas LPG yang digunakan sebagai sumber energi yang dimanfaatkan untuk proses pembakaran. Gas LPG

adalah singkatan dari 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, supaya jika terjadi kebocoran gas LPG dapat

segera terdeteksi dengan cepat sehingga mudah dikenali dan dapat segera

(30)

Reaksi pembakaran propana

 

C

₃

H

₈ , jika proses pembakaran terjadi

dengan sempurna adalah sebagai berikut :

8 3

H

C

+ 5O₂ → 3CO2 + 4H2O + panas

propana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas

Reaksi pembakaran butana



C

₄

H

₁₀



, jika proses pembakaran terjadi

dengan sempurna adalah sebagai berikut :

2

C

₄

H

₁₀ + 13O₂ → 8CO2 + 10H2O + panas

butana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas

Tabel 2.3 menyajikan daya pemanasan serta efisiensi alat masak yang

memakai gas LPG dan berbagai macam bahan bakar jenis lainya.

Tabel 2.3 Daya Pemanasan Dan Efisiensi alat masak dengan gas LPG Dan Bahan Bakar Lainnya

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

Bahan Bakar Daya Pemanasan

Efisiensi alat masak Kayu bakar 4.000 kkal/kg 15 %

Arang 8.000 kkal/kg 15 % Minyak Tanah 11.000 kkal/kg 40 % Gas Kota 4500 kkal/m3 55 % Listrik 860 kkal/kWh 60 % L P G 11.900 kkal/kg 60 %

2.1.8 Saluran Gas Buang Sisa Pembakaran

(31)

tidak menggangu proses pembakaran. Dalam perancangan saluran gas sisa

pembakaran harus diperhatikan volume gas yang keluar serta posisi lubang

pembuangan harus diusahakan mengarah ke atas dan harus lancar. Selain itu

posisi atau model dari rancangan saluran gas buang harus dibuat sedemikian rupa

agar tidak menggangu pengguna dari water heater.

Dalam perancangan water heater ini gas buang sisa pembakaran dialirkan ke atas water heater dengan menambahkan tutup di bagian atas. Tutup tersebut bisa diatur ketinggiannya sehingga volume gas sisa pembakaran yang terbuang

dapat diatur. Pengaturan dilakukan dengan cara mengatur ketinggian tutup water

heater tersebut. Hal ini bertujuan agar volume gas yang terbuang keluar dari water heater dapat disesuaikan serta tidak mengganggu proses pembakaran.

2.1.9 Isolator

Isolator adalah benda yang tidak dapat menghantarkan kalor dari suatu

tempat ke tempat lainnya. Contohnya adalah kayu, kain, gabus, wol dan udara.

Oleh karena itu isolator sangat diperlukan dalam perancangan water heater dengan tujuan agar kalor hasil pembakaran bahan bakar gas LPG tidak banyak

yang keluar dari water heater. Dalam perancangan alat water heater ini dipergunakan dua lapisan tabung. Lapisan pertama adalah ruang yang digunakan

untuk proses pembakaran dan lapisan kedua adalah lapisan yang diberi isolator

yang bertujuan agar kalor hasil pembakaran tidak banyak yang keluar dari water heater. Ada berbagai jenis isolator yang dapat digunakan, tetapi harus dipilih isolator yang tahan akan panas. Maka dipilih isolator udara karena mudah didapat

(32)

bahan bakar. Agar isolator udara dapat digunakan maka pada lapisan tabung

bagian dalam dan bagian luar diberi lubang yang tembus ke dalam dengan

diameter 1,5 cm untuk tabung luar dan tengah dengan jumlah tabung tengah 70

lubang dan tabung luar 95 lubang. Sedangkan jumlah lubang tabung dalam adalah

156 lubang dengan diameter 0,5 cm.

Tabel 2.4 Menunjukan Konduktivitas Termal Beberapa Media (Holman,1993)

Bahan Konduktifitas Termal (k) W/moC Btu/h.ft.oF Uap Air 0,0206 0,0119

Udara 0,024 0,0139

Wol Kaca 0,038 0,022 Serbuk gergaji 0,059 0,034 Kayu mapel / ek 0,17 0,096 Batu pasir 1,83 1,058

2.1.10 Laju Aliran kalor

Ketika air mengalir dalam pipa maka air tersebut memiliki kecepatan

aliran, kecepatan aliran air dapat dihitung dengan persamaan (2.1)

= 2 . . r m A m  

  (2.1)

Laju aliran massa air dapat dihitung dengan persamaan (2.2)

a ir

m =

 

r2

 

u_m

(2.2)

Pada persamaan (2.1) dan (2.2) :

m = laju aliran massa (kg/s)

= massa jenis air yang mengalir (kg/ )

= kecepatan aliran air (m/s)

(33)

Gambar 2.4 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)

qa ir ma irca ir



TinTout



_(2.3)

Pada persamaan (2.3) :

a ir

q

= laju aliran kalor yang diterima air (watt)

a ir

m



= laju aliran air masuk ( kg /detik)

a ir

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)

qga s= mg a sCg a s_(2.4)

Pada Persamaan (2.4) :

ga s

m

= massa gas LPG yang terpakai (kg/s)

ga s

(34)

2.1.11 Efisiensi Dari Water Heater

Efisiensi dari water heater dapat dihitung dengan persamaan (2.5)

x₁₀₀_% q

q

g a s a ir



 (2.5)

Pada persamaan (2.6) :



= Efisiensi dari water heater ( dalam %)

a ir

q

= Laju aliran kalor yang diterima air (watt)

ga s

q

= Laju aliran kalor yang diberikan gas (watt)

2.2 Tinjauan Pustaka

2.2.1 Water Heater Yang Ada Dipasaran

Saat ini dipasaran tersedia banyak jenis water heater gas LPG dengan bentuk, model, serta kapasitas atau debit air panas yang dihasilkan water heater beraneka ragam mulai dari 5 liter sampai 10 liter per menit untuk pemakaian

water heater di kalangan rumah tangga. Sedangkan untuk debit yang lebih dari 10 liter/menit biasanya digunakan di hotel, rumah sakit ataupun pabrik. Berikut ini

referensi pembuatan alat water heater yang mengacu pada water heater yang berada di pasaran seperti yang tersaji di bawah ini :

A. Model Rancangan Water Heater Gas LPG Yang Ada Di Pasaran

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

(35)

LPG beserta bagian bagian utama dari setiap rancangan water heater gas LPG dan juga cara kerjanya.

Gambar 2.5 Rancangan Water Heater Gas LPG Tipe 1

Pada kontruksi water heater gas LPG tipe 1, seperti yang terlihat pada Gambar 2.5 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

(36)

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.

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 2.6 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

(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.

Pada Gambar 2.7 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 water heater, api di bawahnya memanasi penampung air tersebut hingga suhu air meningkat dan air menjadi panas. Api yang digunakan

(38)

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 2.8 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 2.7. Walaupun modelnya sama namun rancangan water hater tipe 4 memiliki

variasi tambahan yaitu spiral heat excharger. Spiral heat excharger berfugsi 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

(39)

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.

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

Berikut ini disajiakan beberapa data spesifikasi 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 :

Gambar 2.9 Water Heater Gas Tipe X 1 Pemasangan : External/Internal

Ukuran ( PxLxT) mm : 369x290x127

Berat : 6,1 kg

Kapasitas Air Panas : 5 – 8 liter/menit

(40)

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

2. Water Heater Gas Tipe X 2

Ukuran ( PxLxT) mm : 425 x 290 x 127

Berat : 6,1 kg

(41)

Temperatur Air Panas : 40 oC – 60 oC

Jumlah Outlet : 1

Outlet Gas : 0,5 inchi

Outlet Air Dingin : 0,5 inchi

3. Water Heater Tipe X 3

Ukuran ( PxLxT) mm : 380 x 288 x 141

Kapasitas Air Panas : 5 liter/menit

(42)

Jumlah Outlet : 1-2

Input Gas : 0,5 inchi

Input Air Dingin : 0,5 inchi

2.2.2 Hasil Penelitian Water Heater Gas LPG

Putra, PH. (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

(43)

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 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

(44)

28

BAB III

PEMBUATAN ALAT

3.1 Perancangan Water Heater Gas

Langkah pertama dalam pembuatan water heater gas adalah merancang bentuk dan model water heater. Pada Gambar 3.1 sampai Gambar 3.6 memperlihatkan gambar rancangan water heater mulai dari rancangan pipa saluran air sampai tabung water heater dan bentuk akhir dari water heater.

Gambar 3.1 Saluran Pipa Air Water Heater

Gambar 3.1 merupakan gambar rancangan pipa saluran air water heater. Pipa saluran air menggunakan material yang mudah menyerap kalor yaitu material

tembaga. Panjang pipa saluran air adalah 8 meter dan memiliki diameter 0,5 inci.

Pipa dirancang dengan bentuk spiral dengan 2 putaran lintasan melingkar. Tujuan

dibuat 2 putaran melingkar agar tinggi pipa tidak terlalu tinggi, sehingga ukuran

alat tidak terlalu besar dan diharapkan pipa dapat menyerap kalor dengan

(45)

Gambar 3.2 Pipa Saluran Air Water Heater Dengan Sirip Tembaga Gambar 3.2 merupakan gambar rancangan saluran pipa air water heater yang diberi sirip. Tujuan dari pemberian sirip adalah memperluas permukaan

kalor. Dalam rancangan pipa air water heater sirip sangat membantu pipa saluran air menangkap kalor dari api hasil proses pembakaran gas LPG. Sirip dibuat dari

bahan pipa tembaga dengan diameter 0,5 inci. Sirip dibuat dengan model tegak,

hal ini bertujuan agar sirip dapat dipasang dengan mudah.

Pada rancangan water heater ini. Sirip dipasang pada bagian lingkaran luar dari pipa saluran yang berjumlah 3 sirip dengan tinggi 24 cm. Sirip juga pasang

pada bagian celah antara lingkaran pipa bagian dalam dan lingkaran pipa bagian

luar. Pada bagian ini sirip yang dipasang berbentuk elips dan dipasang tegak

(46)

Gambar 3.3 Tabung Water Heater

Gambar 3.3 merupakan gambar rancangan tabung water heater. Tabung water heater menggunakan bahan plat galvalum. Dipilihnya plat galvalum sebagai bahan tabung water heater, karena ketahanan plat tersebut terhadap suhu yang tinggi dan korosi. Ada 3 lapisan tabung yang digunakan. Lapisan tabung pertama

mempunyai diameter 10 cm dengan tinggi 30. Lapisan tabung ke dua mempunyai

diameter 25 cm dengan tinggi 30 cm. Lapisan tabung ke tiga mempunyai diamter

30 dengan tinggi 30 cm. Semua lapisan tabung diberi lubang saluran udara.

Lubang saluran udara digunakan sebagai jalan masuknya oksigen yang

mendukung proses pembakaran dan diguanakan sebagai isolator udara. Jumlah

lubang pada lapisan pertama adalah 156 lubang dengan diameter 0,5 cm.

Sedangkan jumlah lubang pada lapisan luar adalah 95 lubang dengan diameter 1,5

(47)

Gambar 3.4 Water Heater Tampak Samping

(48)

Gambar 3.6 Water Heater Tampak Bawah

(49)

Gambar 3.7 merupakan gambar bentuk akhir water heater yang dibuat dalam penelitian ini. Water heater juga dilengkapi dengan tutup pada bagian atas water heater. Tutup water heater bisa diatur ketinggianya. Tujuanya untuk mengatur volume gas buang yang keluar dari dalam water heater.

3.2 Menentukan Bahan Untuk Membuat Water Heater

Dalam perancangan water heater ini dipilih bahan pipa dari material tembaga. Bagian casing tabung luar dan dalam menggunakan kontruksi rangka

besi. Besi yang digunakan adalah besi nako dan besi strip. Setelah itu rangka

dilapisi plat galvalum, dengan tujuan agar water heater memiliki kontruksi yang kokoh dan tahan terhadap korosi.

3.3 Peralatan Yang Digunakan Dalam Pembuatan Water Heater

Peralatan yang digunakan dalam proses pembuatan alat water heater gas LPG adalah mesin las listrik, gerinda, gergaji besi otomatis, mesin bor set, gergaji

besi manual, obeng, mistar, meteran, alat pemotong plat, gunting plat, tang

kombinasi, palu, kunci pas ring set, tabung gas LPG, regulator high pressure, kompor gas high pressure.

(50)

Mesin las listrik digunakan dalam pembuatan rangka water heater. Dengan memakai proses pengelasan untuk metode penyambungan rangkanya, diharapkan

water heater gas yang dibuat akan memiliki kontruksi yang kuat dan tahan lama.

Gambar 3.9 Gerinda Dan Mesin Pemotong Besi

Gerinda digunakan untuk menghaluskan permukaan suatu benda. Dalam

proses pembuatan water heater gas, gerinda banyak digunakan untuk menghaluskan dan meratakan permukaan bekas proses pengelasan. Sedangkan

mesin pemotong besi digunakan untuk memotong besi. Besi yang dipotong adalah

besi nako dan besi strip, dimana besi tersebut adalah bahan utama pembuatan

(51)

Gambar 3.10 Bor Set

Bor digunakan untuk membuat lubang. Pembuatan lubang dilakukan pada

rangka water heater yang digunakan untuk pemasangan paku keling. Lubang juga dibuat pada seluruh tabung yang melapisi water heater sebagai isolator udara.

Gambar 3.11 Gergaji Besi

Gergaji besi digunakan untuk memotong besi. Besi yang dipotong

menggunakan gergaji besi adalah besi strip dan besi nako. Dimana besi tersebut

(52)

Gambar 3.12 Obeng Dan Mistar

Obeng digunakan untuk memasang dan mengencangkan baut. Obeng yang

digunakan adalah obeng (-) dan obeng (+). Sedangkan mistar digunakan untuk

mengukur panjang dari suatu benda.

Gambar 3.13 Meteran

Meteran digunakan untuk mengukur panjang suatu benda. Dalam

(53)

Gambar 3.14 Alat Pemotong Plat Dan Gunting Plat

Alat pemotong plat dan gunting plat digunakan untuk memotong plat,

dalam hal ini adalah plat galvalum. Untuk pemotongan plat yang tergolong besar maka pemotongan harus menggunakan alat pemotong. Sedangkan untuk plat

yang ukuranya tergolong kecil, proses pemotonganya hanya perlu menggunakan

gunting plat saja.

Gambar 3.15 Tang Kombinasi Dan Palu

Tang kombinasi digunakan untuk memotong kawat. Selain itu tang

(54)

3.16 Kunci Pas Ring Set

Kunci pas ring set digunakan untuk mengencangkan baut yang ada pada

water heater. Baut yang dikencangkan menggunakan kunci ini diantaranya adalah baut-baut pengikat sirip dan baut pengatur tinggi tutup dari water heater.

Gambar 3.17 Tabung Gas LPG 3 kg

Karena sumber pemanas air menggunakan tenaga gas. Maka dalam

penelitian ini gas yang digunakan adalah gas LPG produksi pertamina. Bisa

menggunakan gas LPG ukuran 3 kg maupun 12 kg. Dimana gas LPG jenis dan

(55)

Gambar 3.18 Regulator Gas High Pressure Dan Selang Gas

Dalam perancangan water heater gas ini, digunakan tipe regulagor gas high pressure atau tekanan tinggi. Tujuan penggunaan regulator gas bertekanan tinggi agar gas yang disalurkan ke kompor.

Gambar 3.19 Kompor Gas High Pressure

(56)

pembakaran besar dan water heater dapat menghasilkan air panas dengan suhu yang tinggi.

3.4 Proses Pembuatan Alat Water Heater Gas

Proses pengerjaan water heater dikerjakan tahap demi tahap, berikut ini tahap pengerjaannya :

1. Perancangan dan pembuatan desain water heater

Perancangan bertujuan mencari bentuk kontruksi dari water heater yang akan dibuat. Proses perancangan dilakukan dengan cara membuat gambar sketsa

dengan cara manual lalu digambar dengan menggunakan program solidwork. Benda digambar adalah dimensi ukuran water haeter, model water heater dan bentuk water heater.

2. Pemilihan dan penyediaan bahan

Pemilihan dan penyediaan bahan ditentukan setelah mendapat gambar

dimensi serta bentuk dari water heater yang akan dibuat. Dari gambar tersebut maka dipilih bahan sebagai berikut :

A. Pipa tembaga

Digunakan untuk membuat pipa saluran air water heater serta digunakan untuk membuat sirip. Dipilihnya pipa tembaga karena pipa tembaga memiliki

konduktifitas termal bahan yang tinggi, sehingga mudah dalam menghantarkan

kalor atau panas. Dalam perancangan ini dipilih bahan pipa tebaga dengan

diamater 0,5 inci. Pipa tembaga dengan panjang 8 meter digunakan sebagai bahan

(57)

Gambar 3.20 Bahan Pipa Tembaga

B. Besi strip dan besi nako dengan ukuran 0,8 cm x 0,8 cm

Besi digunakan untuk membuat rangka dari water heater. Rangka yang dibuat adalah rangka bagian dalam dan rangka bagian luar. Hal ini bertujuan agar

kontruksi dari water heater kokoh dan kuat.

(58)

Gambar 3.22 Besi Nako

C. Plat galvalum

Plat galvanum dipilih karena ketahananya terhadap panas dan korosi. Plat galvalum digunakan untuk melapisi rangka bagian dalam dan luar water heater yang dibuat.

(59)

D. Paku keling alumunium

Paku keling digunakan untuk memasang plat galvalum pada rangka. Hal yang mendasari di pilihnya paku keling sebagai alat pengikat antara plat dengan

rangka karena paku keling mudah dibongkar pasang jika ada kesalahan atau saat

penyempurnaan water heater kedepanya. 3. Proses pengerjaan water heater

Dalam proses pengerjaan terbagi dalam beberapa langkah. Hal ini

bertujuan agar nantinya bentuk dari water heater ketika jadi sesuai dengan desain yang sudah dibuat. Berikut ini langkah-langkah pengerjaannya :

A. Memotong pipa tembaga

Langkah pertama adalah memotong pipa tembaga agar sesuai dengan

desain yang dibuat. Pipa tembaga dengan panjang 10 meter dipotong dengan

ukuran 8 meter sebagai bahan pipa saluran air dan 2 meter sebagai bahan

membuat sirip. Setelah dipotong pipa tembaga dengan panjang 8 meter dibuat

melingkar dengan cara dirol dengan model 2 tingkat.

(60)

B. Mengerol pipa tembaga

Proses pengerolan dilakukan dengan menggunakan alat rol pipa tembaga

dan sebuah tabung (menggunakan panci besi) yang digunakan sebagai penahan

pipa saat dirol. Selain untuk menahan penggunaan panci besi bertujuan agar dapat

terbentuk model rol pipa 2 tingkat dan menghasilkan model pengerolan dengan

diameter lengkungan yang berbeda. Diameter lengkungan pipa bagian dalam 18

cm dan diameter lengkungan pipa bagian luar 20 cm.

Gambar 3.25 Pengerolan Pipa Saluran Air

C. Membuat sirip

Sirip dibuat dari bahan bahan pipa tembaga. Pipa tembaga yang digunakan

memiliki diameter 0,5 cm. Sirip dibuat dengan memotong dan meluruskan pipa

tembaga. Sirip dipasang secara vertikal, dengan tujuan agar pemasangnanya

(61)

Gambar 3.26 Pembuatan Sirip Tembaga

D. Pemasangan sirip pada pipa water heater

Sirip dipasang pada bagian diameter luar dari lengkungan pipa saluran air.

Sirip juga dipasang diantara celah diameter lengkungan tingkat pertama dan

lengkungan pipa kedua. Sirip dipasang secara manual menggunakan kawat besi

dan baut agar sirip terpasang dengan kencang pada pipa saluran air.

(62)

E. Membuat rangka water heater

Rangka dibuat dengan tujuan agar water heater memiliki kontruksi yang kuat serta kokoh. Selain itu penggunaan rangka bertujuan agar dalam pemasangan

plat penutup luar dan dalam dari water heater dapat dilakukan dengan mudah. Dengan menggunakan rangka, diharapkan plat akan terpasang dengan sempurna

dan tidak mudah melengkung atau bengkok. Rangka dibuat menggunakan besi

strip dan besi nako ukuran 0,8 x 0,8 cm setelah besi di bentuk semua besi tadi di

satukan dengan cara dilas menggunakan las listrik.

(63)

Gambar 3.29 Proses Pembuatan Rangka Water Heater

(64)

F. Memasang pipa tembaga ke rangka water heater

Pipa tembaga dipasang ke rangka dengan cara dikaitkan dengan besi strip.

Besi strip tersebut direkatkan ke pipa saluran air sehingga pipa saluran air

terpasang sempurna ke rangka water heater.

Gambar 3.31 Pemasangan Saluran Pipa Air Ke Rangka

G. Memasang plat galvalum ke rangka water heater

Proses pemasangan plat galvalum dilakukan setelah pipa saluran air dipasang pada rangka bagian dalam dari water heater. Setelah itu tabung pertama di las pada rangka tabung kedua dengan penambahan besi sebagai penguat

diantara celah tabung dalam dan tabung luar water heater. Setelah rangka bagian luar disatukan dengan rangka bagian dalam, rangka bagian luar di lapisi dengan

(65)

Gambar 3.32 Pemasangan Plat Galvalum Ke Rangka H. Membuat lubang saluran udara

Lubang udara dibuat dengan tujuan untuk memenuhi kebutuhan oksigen

yang sangat berguna bagi proses pembakan. Jumlah oksigen sangat menentukan

tinggi atau tidaknya kalor yang dihasilkan dari proses pembakaran. Selain itu

lubang udara juga difungsikan sebagai isolator udara. Lubang udara dibuat dengan

diameter 1,5 cm, lubang udara pada tabung bagian dalam dan luar dibuat dengan

(66)

I. Hasil Pembuatan

Gambar 3.33 memperlihatkan gambar water heater gas LPG yang telah selesai dibuat.

Gambar 3.33 Water Heater Gas LPG J. Pemasangan water heater ke kompor gas LPG

Pemasangan water heater ke atas kompor dapat dilakukan dengan mudah, tidak rumit dan sederhana. Diameter water heater sama dengan diameter tungku dari kompor yang digunakan yaitu kompor bertungku besar. Namun jika

menggunakan kompor model lain pemasanganya juga mudah tinggal diseuaikan

(67)

51

BAB IV

METODOLOGI PENELITIAN

4.1Benda Uji

Benda uji yang digunakan adalah alat water heater energi gas LPG. Water heater berbentuk tabung. Tinggi water heater adalah 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 dengan diameter 0,5 cm.

Tabung tengah memiliki diameter 25 cm dengan 70 lubang udara dengan diameter

1,5 cm. Tabung luar memiliki diameter 30 cm dengan 95 lubang udara dengan

diameter 1,5 cm. Bahan pipa air tebuat dari tembaga dengan panjang 8 meter

dengan model pengerolan bertingkat dan bersirip. Water heater juga memiliki tutup yang bisa diatur ketinggiannya.

(68)

4.2Prinsip Kerja Water Heater Gas

Prinsip kerja water heater gas yang dibuat dalam penelitian ini terbagi

dalam 3 proses yaitu (A) proses pembakaran dan penyerapan kalor, (B) input (air

masuk ke dalam water heater), (C) output (air keluar dari water heater) : A. Proses pembakaran dan penyerapan kalor

Proses pemanasan dalam water heater diawali dengan proses pembakaran yang terjadi secara langsung dari gas LPG. Dalam proses ini harus ditunggu

beberapa saat, agar proses perpindahan panas konduksi dari api ke pipa saluran air

terjadi dengan sempurna. Proses selanjutnya adalah memasukan air ke pipa

saluran air jika panasya sudah cukup.

B. Input (air masuk ke dalam water heater)

Proses input adalah proses pemasukan air ke pipa saluran air water heater. Dalam proses ini memanfaatkan perpindahan panas secara konveksi. Dimana

terjadi perpindahan panas dari permukaan dalam pipa saluran air ke air yang

mengalir di dalamnya.

C. Output (air keluar dari water hater)

Proses output adalah proses keluarnya air dari water heater. Air keluar dengan suhu yang sudah meningkat dan menjadi panas. Pada proses ini suhu air

keluar diukur dengan menggunakan termokopel untuk mengetahui peningkatan

(69)

4.3Skematik Alat Penelitian

Skematik pengujian water heater gas LPG disajikan pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Skematik Penelitian Water Heater

Untuk mengalirkan air menuju alat water heater diperlukan adanya air dan kran. Kran digunakan sebagai pengatur jumlah debit air yang digunakan untuk

mengaliri water heater. LPG digunakan sebagai bahan bakar kompor untuk memanasi air yang mengalir di dalam water heater. Untuk mengukur suhu air masuk dan suhu air keluar menggunakan termokopel digital.

4.4Alat Bantu Penelitian

Alat – alat yang digunakan dalam penelitian water heater berbahan bakar LPG adalah sebagai berikut :

A. Kompor Gas LPG, digunakan sebagai sumber api pemanas water heater. B. Gas LPG, sebagai bahan bakar pada water heater.

C. Sumber air dengan kran, sebagai sumber air yang dialirkan ke water heater. D. Selang air, sebagai media penghubung kran air dengan saluran inlet water

(70)

E. Gelas ukur, sebagai pengukur volume air.

F. Termokopel, sebagai alat ukur suhu air masuk dan keluar dari water heater . G. Stopwatch, sebagai pengukur waktu.

H. Mur, baut dan klem, digunakan untuk pengencang.

Gambar 4.3 Termokopel Digital

(71)

4.5Alur Penelitian

Alur penenlitian dalam penelitian water heater ini adalah 1. Menyiapkan water heater yang akan diteliti.

2. Menyiapkan kompor gas beserta tabung gas LPG dan kelengkapannya seperti

selang regulator.

3. Menimbang gas LPG sebelum digunakan.

4. Meletakkan water heater ke atas kompor gas.

5. Menghubungkan selang dari sumber air ke saluran masuk dari water heater. 6. Menyalakan kompor dan ditunggu sampai keadaan panas water heater sesuai. 7. Memasukan air ke water heater dengan cara mengatur debitnya dengan kran

air.

8. Mengukur suhu air panas yang dihasilkan water heater dengan termokopel. 9. Mengukur debit air panas yang dihasilkan water heater dengan gelas ukur 1

liter dan stopwatch untuk mengukur waktu. 10.Menimbang berat gas LPG setelah digunakan.

11.Mengolah data yang didapatkan selama penelitian.

12.Menyimpulkan data hasil penelitian.

4.6 Variasi Penelitian

Variasi yang dilakukan dalam penelitian adalah mengatur besar debit air

(72)

4.7Cara mendapatkan data

Dalam penelitian ini terdapat beberapa parameter yang diukur. Beberapa

parameter yang diukur adalah temperatur air yang masuk ke water heater, temperatur air yang keluar dari water heater, kecepatan aliran air, debit aliran air yang mengalir dalam water heater, laju aliran kalor yang diterima air, laju aliran kalor dari proses pembakaran gas LPG, serta efisisensi yang dihasikan water heater. Dalam pengambilan data, dilakukan variasi tutup water heater. Variasi pertama adalah kondisi tutup rapat, lalu selanjutnya divariasikan 10 putaran tutup

dan variasi yang terakhir adalah 20 putaran tutup. Semua data yang didapat

nantinya akan dibandingkan.

4.8Cara Mengolah Data

Langkah pengolahan data pada penelitian water heater ini adalah sebagai berikut :

a. Hubungan antara debit air dengan suhu air yang keluar dari water heater. b. Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang keluar water heater. c. Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater.

Untuk memudahkan mendapatkan kesimpulan dari data yang diolah, maka

perbandingan data disajikan dalam bentuk grafik.

4.9 Cara Mendapatkan Kesimpulan

Hasil hitungan persamaan hubungan antara debit air dengan suhu air dari

(73)

57

BAB V

HASIL DAN PEMBAHASAN

5.1 Hasil Penelitian

Hasil yang didapatkan dalam penelitian water heater gas meliputi : suhu air masuk(Tin), suhu air keluar (Tout) dan debit air disajikan pada Tabel 5.1 sampai

Tabel 5.3. Pengujian dilakukan dengan variasi putaran tutup water heater. Pengujian pertama tutup masih dalam kondisi rapat, kemudian dilakukan variasi

pembukaan tutup dengan cara memutar tutup. Putaran tutup sebanyak 10 putaran

dan 20 putaran. Aliran gas pada kompor diposisikan pada posisi maksimum. Air

yang digunakan berasal dari kran. Untuk menentukan debit dilakukan pengaturan

putaran pembukaan kran air.

Tabel 5.1 Data Pengujian Water Heater Dengan Kondisi Tutup Tertutup Rapat No Debit air

(liter/menit)

Suhu air masuk Tin (°C)

Suhu air keluar Tout(°C) ∆

T (°C)

1 48 26 28,7 2,7

2 39,6 26 29,9 3,9

3 25,2 26 31,4 5,4

4 20,4 26 33,2 7,2

5 14,4 26 34,2 8,2

6 10,8 26 39,9 13,9

7 9 26 43,1 17,1

8 6,6 26 46,5 20,5

9 4,2 26 57 31

(74)

Tabel 5.2 Data Pengujian Water Heater Dengan Tutup Terbuka 10 Putaran No Debit air

(liter/menit)

Suhu air masuk Tin (°C)

Suhu air keluar Tout (°C) ∆

T (°C)

1 52,8 26 28,9 2,9

2 37,4 26 29,9 3,9

3 25,4 26 31,2 5,2

4 16,8 26 34,2 8,2

5 14,4 26 37 11

6 10,8 26 39,8 13,8

7 8,4 26 42,8 16,8

8 7,2 26 46,2 20,2

9 6 26 48,4 22,4

10 1,6 26 91,2 65,2

Tabel 5.3 Data Pengujian Water Heater Dengan Tutup Terbuka 20 Putaran No Debit air

(liter/menit)

Suhu air masuk Tin (°C)

Suhu air keluar Tout (°C) ∆

T (°C)

1 48 26 28,6 2,6

2 40,2 26 29,5 3,5

3 37,2 26 30,7 4,7

4 22,8 26 32,6 6,6

5 15,6 26 34,2 8,2

6 12 26 37,3 11,3

7 10,2 26 38,3 12,3

8 7,2 26 43,4 17,4

9 5,4 26 53,3 27,3

10 1,4 26 98,3 72,3

Catatan :

1. Kondisi tutup water heater terbuka 10 putaran adalah kondisi tutup terbuka didapat dengan cara memutar tutup water heater sebanyak 10 putaran. 2. Kondisi tutup water heater terbuka 20 putaran adalah kondisi tutup terbuka

(75)

5.2 Perhitungan

Perhitungan kecepatan air rata rata Um, laju aliran massa air dan laju aliran

kalor q yang diserap air dilakukan dengan mempergunakan data data seperti tersaji pada Tabel 5.1. Sebagai contoh perhitungan diambil data hasil pengujian

untuk kondisi tutup rapat diambil pada saat debit 9 liter/ menit.

Diketahui :

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

Jari jari pipa saluran (r) : 0,00635 m Massa jenis air (ρ) : 1000 kg/m3

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

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

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

A. Perhitungan Kecepatan air rata rata ( um )

Perhitungan kecepatan air rata rata um yang mengalir di dalam saluran pipa

air mempergunakan persamaan

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

u_m /

) ( ) / ( 2 2 3    (5.1)

Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 9 liter/menit. (data lain pada

Tabel 5.4). Satuan debit air dijadikan dalam satuan m3/s.





 

x m s

s m x menit liter air

debit 0,150 10 /

60 10 9

9 3 3

(76)

Kecepatan air rata rata um :

) / ( ,

2 m s

r air debit u_m   s m m x s m x u_m / 18 , 1 00635 , 0 14 , 3 / 10 150 , 0 2 2 3 3   

B. Perhitungan laju aliran massa air ( ̇air )

Perhitungan laju aliran massa air mair di dalam saluran pipa air

mempergunakan persamaan (2.2)

massajenisluaspenampangkecepatanair

m_{a ir} 

 

r

 

um

2

 



.

Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 9 liter/menit. (data lain pada

Tabel 5.4)

 



x



 kg s ma ir 1000 3,14 0,00635 1,18 /

2 

 0,1494kg/s

C. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air (qair)

Perhitungan laju aliran kalor yang diserap oleh air di dalam saluran pipa

mempergunakan persamaan (2.3)

a ir

q 



massaair



kalor jenisair





Tout Tin



watt

ma ir.ca ir



ToutTin



watt

Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 9 liter/menit dan la