ABSTRAK
Air hangat sudah menjadi salah satu kebutuhan yang diperlukan dalam kehidupan masyarakat sehari - hari, dimana semua orang yang berkecukupan, anak kecil, orang sudah lanjut usia untuk kebutuhan mandi dengan air hangat. Air hangat juga dibutuhkan para karyawan atau pekerja yang pulang malam hari di rumah, untuk memulihkan kelelahan akibat kerja. Tujuan dari penelitian adalah : (a) merancang dan membuat water heater tanpa penutup atas dan dengan penutup atas, (b) mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar water heater tanpa penutup atas dan dengan penutup atas, (c) mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor tanpa penutup atas dan dengan penutup atas, (d) menghitung kalor yang diterima air dari water heater tanpa penutup atas dan dengan penutup atas, (e) menghitung kalor yang diberikan gas LPG tanpa penutup atas dan dengan penutup atas, (f) menghitung efisiensi water heater tanpa penutup atas dan dengan penutup atas, (g) menentukan debit air dan efisiensi water heater yang menghasilkan suhu air keluar sebesar 38 – 40 oC (suhu air untuk mandi).
Penelitian water heater ini dilakukan sebanyak dua kali yaitu pertama penelitian tanpa penutup atas water heater dan kedua dengan penutup atas. Lokasi penelitian di laboratorium Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tinggi water heater 30 cm, diameter luar water heater 30 cm, panjang pipa tembaga 10 meter dibuat dengan 2 lintasan. Banyaknya tabung water heater
terdiri dari 3 tabung yaitu tabung bagian dalam mempunyai lubang sebanyak 90 dengan diameter lubang 5 mm, tabung bagian tengah mempunyai lubang sebanyak 60 dengan diameter 8 mm, tabung bagian luar tampa lubang. Bahan pipa dari tembaga dengan diameter dalam 0,5 inchi = 12,7 mm. Pipa bersirip dengan jumlah sirip 4 dan panjang sirip 20 cm dengan berbentuk pipih. Sirip dari pipa tembaga dengan diameter 0,5 inchi = 12,7 mm, variasi yang dilakukan pada water heater ini adalah gas LPG selama tiga kali yaitu mulai dari gas maksimum, medium, dan low.
Hasil dari penelitian didapatkan (a) Water heater dengan panjang pipa 10 meter dan diameter pipa 0,5 inchi tanpa peutup atas dan dangan pentup atas dibuat dengan baik sehingga dapat bersaing dengan water heater yang ada di pasaran. (b)Mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar
water heater tanpa penutup atas dinyatakan dengan persamaan : Tout =
120,2(m)(kW. )– 0,45 sedangkan yang menggunakan penutup atas dinyatakan dengan persamaan : Tout = 137,3(m)(kW. ) -0,46 . (c) Mendapatkan hubungan
antara debit air dengan laju aliran kalor tanpa penutup atas dinyatakan dengan persamaan : Qair = -0,009(m)2 (kW. 2) + 0,062(m)(kW. ) + 9,354 kW
sedangkan dengan penutup atas dinyatakan dengan persamaan : Qair =
kW. (f) Menghitung efisiensi water heater tanpa penutup atas sebesar 38,12% sedangkan dengan penutup atas sebesar 52,26%. (g)Menentukan debit air dan efisiensi water heater yang menghasilkan suhu air keluar sebesar 38 – 40 oC (suhu air untuk mandi) tanpa penutup atas sebasar 11,4 liter/menit dengan efiseinsi sebesar 38,12% pada suhu air keluar sebesar 39,4oC sedangkan dengan penutup atas sebesar 16,2 liter/menit dengan efisiensi sebesar 52,26% pada suhu air keluar sebesar 39oC.
i
WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 10 METER DAN
DIAMETER PIPA 0,5 INCHI TANPA PENUTUP ATAS DAN
DENGAN PENUTUP ATAS
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagai persyaratan Mencapai derajat Sarjana S-1 Teknik Mesin
diajukan oleh :
SUKRESNA BAYU PRABAWA 105214055
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
WATER HEATER
WITH
10METERS
LENGTH
OF PIPE
AND
0,5INCHES DIAMETER,
WITH
AND
WITHOUT
TOP
COVER
FINAL
PROJECT
As parlial fulfillment of the requirement
to obtain the Sariana Telcnik degree in Mechanical Engineering
SUKRESNA BAYU PRABAWA
10s214055
MECHANICAL ENGINEERING
STUDY
PROGRAM
MECHANICAI, ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY
OF SCIENCE
AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA
UNIVERSTTY
YOGYAKARTA
WATER HEATER DENGAI{ PANJAI\IG PIPA 10
METER
DAI{
DIAMETER
pIpA 0,5INCHI
TANPA pEI\tUTUp ATAS IIAI{DENGA}I PEI{UTT]P
ATAS
PembimbingUtama Yogyakarta, 24 luli 2014
k
PK. Purwadi, M.T.WATER T{EATER
DENGA}I PANJA}IG PIPA
10METER
DA}[
DIAMETER
PIPA 0,5 INCHI TAIiPA PENUTUP ATAS DATYDENGA}I
PEI\ruTUPATAS
Dipersiapkan dan disusun oleh :
S{'KRESNA BAYT' PRABAWA 105214055
Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji
Pada tanggal 24 Juli2014
Susunan Dewan Penguji
Namalengkap:
Dr. Drs. (Vet) Asan Damanih M.Si.
Sekretaris
:
Doddy Purwadianto, S.T.,MT
Anggota :
Ir. PK Purwadi, M.TSkripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan
Untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
Yogyakart4 24luli2014
Fakultas Sains dan Teknologi
Ketua
IV
t#€
ff)
PERI\-YATAAhI
KEASLIAN
KARYA
Dengan ini kami menyatakan bahwa dalam Skripsi ini tidak memuat karya
yang pernah diajukan disuatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan kami
juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah tertulis atau diterbitkan oleh
orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan
dalam daftar pustaka.
Yogyakart4 24Juli20l4
Sukresna Bayu Prabawa
LEMBAR
PER}TYATAAI\I PERSETUJUAIYPUBLIKASI
KARYA ILMIAH
T]NTUK KEPENTINGAI\IAKADEMIS
Yang bertanda tanga( di bawatr inr" saya rnahasisrva Uuiversitas Sana*a
Dharma:
Nama
: Sukresna Bayu PrabawaNomor Mahasiswa : 105214055
Derni pengembangan
ilmu
Pengetahuan, saya memberikan kepadaPerpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :
Water Heater dengan panjang pipa 10 meter dan diamaer pipa 0,5 inchi tanpa
penutup alas dan dcngan penutap atas
beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada
Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengelolanya
dalam bentuk data, 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 selama tetap tercanfum nama
saya sebagai penulis.
Demikian pemyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakart4 24Juli}Al4
Yang menyatakan,
KATA
PENGAFITARPuji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan
rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan dan
penulisan Skripsi, yang berjudul
"
Water heater dengan ponjang pipa 10 meterdan diameter pipa 0,5 inchi tanpa penutup atas dan dengan penutup otas " tepat
waktu.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat mendapatkan gelar sarjana teknik
di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata
Dhanna. Skripsi
ini
membahas mengenai pembuatan dan karakteristik WaterHeoter.Informasi terkait Water Heater ini diharapkan dapat digunakan sebagai
salah satu alat yang dapat digunakan di kehidupan sehari
-
hari sebagai pemanasair untuk keperluan mandi.
Penulis menyadari dalam menyelesaikan penelitian dan penyusunan
Skripsi melibatkan banyak pihak. Penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1.
Paulina Heruningsih Prima Ros4 S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sainsdan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
2.
h. PK. Purwadi, M.T. selaku dosen Pembimbing Skripsi dan selaku KetuaProgram Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas
Sanata Dharma.
3.
Dr. Drs. (Vet.) Asan Damanih M.Si. sekalu Dosen Pembimbing AkademikProgram Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas
Sanata Dharma.
4.
Kepala Laboratorium dan Staf Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sainsdan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
5.
Sajryem dan Sugiyarta selaku orang tua yang telah memberi dukungan baikmaterial maupun spiritual hingga saat ini.
6.
Keluarga besar Nenek Mangun Pawiro yang telah memberi dorongan dansefiutgat agar terselesaikarnya Skripsi ini.
7.
Kressetiyarini Sujiati dan Annisa Rose Daniati, Anna Maria Imaculat4 Basuki Nugroho Susanto, Jufrianus Seran yang telah memberikan mendorong dansemangat agar terselesaikan Skripsi ini.
8.
Rekan-
rekan mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains danTeknologi, Universitas Sanata Dharma.
9.
Keluarga besar Komando Resimen Mahasiswa Mahakarta Satuan MenwaIgnatian Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
10. Seluruh Dosen dan karyawan Prodi reknik Mesin Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyalcarta.
Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian dan penyusunan Skripsi ini
masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu kami mengharapkan
masukan, kritilq dan saran dari berbagai pihak untuk dapat menyempumakannya.
semoga Skripsi
ini
dapat bermanfaaf baik bagi penulis maupun pembaca. Trimakasih.Yogyakart4 24luli20l4
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ………..I
TITLE PAGE ... II
HALAMAN PERSETUJUAN ... III
HALAMAN PENGESAHAN ...IV
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... V
HALAMAN PERNYATAAN PEMPUBLIKASIAN KARYA ...VI
KATA PENGANTAR ... VII
DAFTAR ISI ...IX
DAFTAR TABEL ... XVIII
DAFTAR GAMBAR ... XX
ABSTRAK ... XXIV
BAB I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan Penelitian ... 3
1.3. Batasan Masalah... 4
x
BAB II. DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Dasar Teori ... 5
2.1..1. Perpindahan kalor... 5
5.1.1.1 Perpindahan Panas Konveksi ... 5
5.1.2.1 Perpindahan Panas Konduksi ... 6
5.1.3.1 Perpindahan panas Radiasi ... 7
2.1..2. Perancangan Saluran Air ... 9
2.1..3. Isolator... 11
2.1..4. Sirip ... 12
2.1..5. Liquified Petroleum Gas (LPG) ... 12
2.1..6. Saluran Udara Masuk ... 14
2.1..7. Saluran Gas Buang ... 14
2.1..8. Media Pembakar... 15
2.1..9. Laju Aliran Kalor Yang Diberikan Gas LPG ... 18
2.1..10. Laju Aliran Kalor Yang Diterima Air ... 19
2.1..11. Efisiensi ... 20
2.2. Tinjauan Pustaka ... 20
2.2..1. Bentuk Model Water Heater Yang Ada Dipasaran ... 20
2.2..2. Spesifikasi Water Heater Yang Ada Dipasaran ... 26
xi BAB III. PEMBUATAN ALAT
3.1. Persiapan ... 38
3.2. Bahan Pembuatan Water Heater ... 38
3.3. Sarana Dan Alat Yang Digunakan ... 40
3.4. Proses Pengerjaan Alat Water Heater ... 42
3.4.1. Persiapan Menyiapkan Merancang Water Heater ... 43
3.4.2. Menyiapkan Alat Dan Bahan ... 44
3.4.3. Menyiapkan Keperluan Lainnya ... 44
3.4.4. Pemotong Pipa Tembaga... 44
3.4.5. Pelingkaran Pipa... 45
3.4.6. Pembuatan Tabung Luar Dan Tabung Dalam ... 46
3.4.7. Saluran Udara Masuk ... 46
3.4.8. Pembuatan Dudukan Pipa ... 47
3.4.9. Tabung Udara Dalam ... 47
3.4.10. Pemasangan Kompor ... 47
3.4.11. Cara Kerja Water Heater ... 47
3.5. Hasil Pembuatan... 48
3.6. Kesulitan Dalam Pengerjaan ... 48
xii BAB IV. METODE PENELITIAN
4.1. Objek Penelitian ... 51
4.2. Skematis Pengujian ... 51
4.3. Variasi Penelitian ... 52
4.4. Peralatan Pengujian ... 52
4.5. Cara Memperoleh Data ... 55
4.6. Cara Mengolah Data ... 56
4.7. Cara Menyimpulkan ... 56
BAB V. HASIL PENGUJIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 5.1. Hasil Pengujian ... 57
5.1.1. Data Hasil Pengujian Water Heater Dengan Panjang Pipa 10 Meter Dan Diameter Pipa 0,5 Inchi Tanpa Penutup Atas ... 57
5.1.2. Data Hasil Pengujian Water Heatar Dengan Panjang Pipa 10 Meter Dan Diameter Pipa 0,5 Inchi dengan Penutup Atas ... 59
5.2. PenghitunganTanpa Penutup Atas ... 60
5.2.1. Penghitungan Water Heater Dengan Panjang Pipa 10 Meter, Diameter Pipa 0,5 Inchi tanpa penutup atas ... 60
xiii
5.2.3. Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diberikan Gas LPG Pada Posisi Gas MediumTanpa Penutup Atas ... 62
5.2.4. Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diberikan Gas LPG Pada Posisi Gas LowTanpa Penutup Atas ... 62
5.3. Perhitungan Kecepatan Air Rata-Rata (Um)Tanpa Penutup Atas ... 63
5.3.1. Perhitungan Kecepatan Air Rata-Rata (Um) Pada Posisi Maksimum
Tanpa Penutup Atas ... 63
5.3.2. Perhitungan Kecepatan Air Rata-Rata (Um) Pada Posisi MediumTanpa Penutup Atas ... 63
5.3.3. Perhitungan Kecepatan Air Rata-Rata (Um) Pada Posisi LowTanpa Penutup Atas ... 64
5.4. Perhitungan Laju Aliran Massa Air (ṁair)Tanpa Penutup Atas ... 65
5.4.1. Perhitungan Laju Aliran Massa Air (ṁair) Pada Posisi MaksimumTanpa
Penutup Atas ... 65
5.4.2. Perhitungan Laju Aliran Massa Air (ṁair) Pada Posisi MediumTanpa
Penutup Atas ... 65
5.4.3. Perhitungan Laju Aliran Massa Air (ṁair) Pada Posisi LowTanpa
Penutup Atas ... 66
5.5. Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diterima AirTanpa Penutup Atas66
5.5.1. Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diterima Air Pada Posisi
xiv
5.5.2. Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diterima Air Pada Posisi
MediumTanpa Penutup Atas ... 67
5.5.3. Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diterima Air Pada Posisi Low Tanpa Penutup Atas ... 67
5.6. Efisiensi Water Heater Tanpa Penutup Atas ... 68
5.6.1. Perhitungan Efisiensi () Kompor Gas Dapat Menggunakan
Persamaan (2.4) ... 68
5.6.2. Perhitungan Efisiensi () Pada Posisi MaksimumTanpa Penutup Atas 68
5.6.3. Perhitungan Efisiensi () Pada Posisi MediumTanpa Penutup Atas... 69
5.6.4. Perhitungan Efisiensi () Pada Posisi LowTanpa Penutup Atas ... 69
5.7. Hasil Pengujian Alat Water Heatar Dengan Panjang Pipa 10 Meter Dan Diameter Pipa 0,5 Inchi Data PertamaTanpa Penutup Atas ... 69
5.7.1. Hasil Grafik Dari Alat Water HeaterTanpa Penutup Atas ... 71
5.7.2. Grafik Hubungan Debit Air Dengan Suhu Air Yang Keluar ... 72
5.7.3. Grafik Hubungan Debit Air Dengan Laju Aliran Kalor Pemanas Air .... 73
5.7.4. Grafik Hubungan Debit Air Dengan Efisiensi Water Heater... 75
5.7.5. Pembahasan Tanpa Penutup Atas ... 76
5.7.5.1 Pembahasan Penelitian Pertama Water Heater Dengan Panjang Pipa 10 Meter, Diameter Pipa 0,5 Inchi Tanpa Menggunakan Penutup Atas . 76
xv
5.8.1. Penghitungan Water Heater Dengan Panjang Pipa 10 Meter, Diameter Pipa 0,5 Inchi dengan menggunakan penutup atas ... 84
5.8.2. Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diberikan Gas LPG Pada Posisi Gas MaksimumDengan Penutup Atas ... 85
5.8.3. Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diberikan Gas LPG Pada Posisi Gas MediumDengan Penutup Atas ... 85
5.8.4. Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diberikan Gas LPG Pada Posisi Gas LowDengan Penutup Atas ... 85
5.9. Perhitungan Kecepatan Air Rata-Rata (Um)Dengan Penutup Atas ... 86
5.9.1. Perhitungan Kecepatan Air Rata-Rata (Um) Pada Posisi Maksimum
Dengan Penutup Atas ... 86
5.9.2. Perhitungan Kecepatan Air Rata-Rata (Um) Pada Posisi Medium
Dengan Penutup Atas ... 87
5.9.3. Perhitungan Kecepatan Air Rata-Rata (Um) Pada Posisi LowDengan Penutup Atas ... 88
5.10. Perhitungan Laju Aliran Massa Air (ṁair)Dengan Penutup Atas ... 88
5.10.1. Perhitungan Laju Aliran Massa Air (ṁair) Pada Posisi Maksimum
Dengan Penutup Atas ... 88
5.10.2. Perhitungan Laju Aliran Massa Air (ṁair) Pada Posisi MediumDengan
xvi
5.10.3. Perhitungan Laju Aliran Massa Air (ṁair) Pada Posisi LowDengan
Penutup Atas ... 89
5.11. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima airDengan Penutup Atas ... 90
5.11.1. Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diterima Air Pada Posisi
MaksimumDengan Penutup Atas ... 90
5.11.2. Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diterima Air Pada Posisi
MediumDengan Penutup Atas ... 90
5.11.3. Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diterima Air Pada Posisi Low Dengan Penutup Atas ... 91
5.12. Efisiensi Water HeaterDengan Penutup Atas ... 92
5.12.1. Perhitungan Efisiensi () Kompor Gas Dapat Menggunakan Persamaan (2.4) ... 92
5.12.2. Perhitungan Efisiensi () Pada Posisi MaksimumDengan Penutup Atas
……….92
5.12.3. Perhitungan Efisiensi () Pada Posisi MediumDengan Penutup Atas .. 92
5.12.4. Perhitungan Efisiensi () Pada Posisi LowDengan Penutup Atas ... 93
5.13. Pengujian Water Heatar Dengan Panjang Pipa 10 Meter Dan Diameter Pipa 0,5 Inchi Dengan Penutup Atas... 93
5.13.1. Hasil Grafik Dari Alat Water Heater Pada Posisi MaksimumDengan Penutup Atas ... 95
xvii
5.13.3. Grafik Hubungan Debit Air Dengan Laju Aliran Kalor Pemanas Air .... 97
5.13.4. Grafik Hubungan Debit Air Dengan Efisiensi Water Heater... 99
5.14. Pembahasan Dengan Penutup Atas ... 100
5.14.1. Pembahasan Penelitian kedua Water Heater Dengan Panjang Pipa 10 Meter, Diameter Pipa 0,5 Inchi Dengan Penutup Atas ... 100
BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN 6.1. Kesimpulan ... 109
6.2. Saran ... 110
DAFTAR PUSTAKA ... 111
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Konduktivitas termal dan titik lebur……….. 10
Tabel 2.2 konduktivitas termal……….. 12
Tabel 2.3 Data Pemanasan dan Efisiensi Bahan Bakar………. 13
Tabel 2.4 Keseimbangan komposisi udara keadaan kering………... 14
Tabel 4.1 Kondisi Debit air pada Gas Maksimal………... 55
Tabel 4.2 Pengukuran debit………... 55
Tabel 5.1 Hasil pembakaran gas LPG pada pengamatan alat water heater... 57
Tabel 5.2 Hasil Pengujian pada posisi gas maksimum data pertama……. 58
Tabel 5.3 Hasil Pengujian pada posisi gas medium data pertama………. 58
Tabel 5.4 Hasil Pengujian pada posisi gas low data pertama……… 58
Tabel 5.5 Hasil pembakaran gas LPG pada pengamatan alat water heater... 59
Tabel 5.6 Hasil Pengujian pada posisi gas maksimum data kedua……… 59
Tabel 5.7 Hasil Pengujian pada posisi gas medium data kedua…………. 60
Tabel 5.8 Hasil Pengujian pada posisi gas low data kedua……… 60
Tabel 5.9 Hasil pembakaran gas LPG pada pengamatan alat water heater... 61
xix
medium... 70 Tabel 5.12 penghitungan alat water heater dengan posisi gas low... 71 Tabel 5.13 Hasil pembakaran gas LPG pada pengamatan alat water
heater... 85 Tabel 5.14 Hasil penghitungan alat water heater dengan posisi gas
xx
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Saluran pipa water heaterpada kondisi konveksi……... 6 Gambar 2.2 Saluran pipa water heaterpada kondisi konduksi……... 7 Gambar 2.3 Saluran pipa water heaterpada kondisi radiasi………… 8 Gambar 2.4 Tabung water heater………. 8 Gambar 2.5 Media pembakaran High Pressure menggunakan bahan
bakar LPG………. 15
Gambar 2.6 Media pembakaran Low Pressure menggunakan bahan
bakar LPG………. 16
Gambar 2.7 Media pembakaran High Pressure menggunakan bahan
bakar LPG………. 17
Gambar 2.8 Media pembakaran menggunakan bahan bakar LPG…... 17 Gambar 2.9 Media pembakaran menggunakan bahan bakar LPG…... 18 Gambar 2.10 Bentuk model water heatermenggunakan in dan out….. 21 Gambar 2.11 Bentuk model water heater………... 22 Gambar 2.12 Bentuk model water heater dengan menggunakan
blower………... 23
xxi
Gambar 2.18 Water heater T - 4……… 30 Gambar 2.19 Water heater T - 5……… 31 Gambar 3.1 Plat galvalum……… 39 Gambar 3.2 Besi strip………... 39
Gambar 3.3 Baut dan Mur……… 39
Gambar 3.4 Besi nako……….. 40
Gambar 3.5 Sirip………... 40
Gambar 3.6 APPA 5.1 dan Gelas ukur………. 42 Gambar 3.7 Stopwatch dan Drey……….. 42 Gambar 3.8 Rancangan water heater………... 43 Gambar 3.9 Water heatertampak dari bawah……….. 43 Gambar 3.10 Water heatertampak dari luar……….. 44 Gambar 3.11 Proses pemotongan pipa………... 45 Gambar 3.12 Proses Pelingkaran pipa……… 45 Gambar 3.13 Pengambilan data………. 49 Gambar 4.1 Gambar 4.1 Skema rangkaian alat……… 51 Gambar 4.2 Tabung berisi gas LPG………. 53 Gambar 4.3 Stopwatch, Termokopel, Kalkulator, Kompor, APPA…. 54 Gambar 4.4 Gelas ukur, Alat tulis……… 54 Gambar 5.1 Hubungan Debit air dengan suhu air yang keluar pada
kondisi maksimum………... 72
Gambar 5.2 Hubungan Debit air dengan suhu air yang keluar pada
xxii
Gambar 5.3 Hubungan Debit air dengan suhu air yang keluar pada
kondisi low………... 73
Gambar 5.4 Hubungan Debit air dengan laju aliran kalor pemanas air pada kondisi maksimum………... 73 Gambar 5.5 Hubungan Debit air dengan laju aliran kalor pemanas air
pada kondisi medium……… 74
Gambar 5.6 Hubungan Debit air dengan laju aliran kalor pemanas air
pada kondisi low………... 74
Gambar 5.7 Hubungan Debit air dengan efisiensi water heater pada
posisi maksimum……….. 75
Gambar 5.8 Hubungan Debit air dengan efisiensi water heater pada
posisi medium………... 75
Gambar 5.9 Hubungan Debit air dengan efisiensi water heater pada
posisi low……….. 76
Gambar 5.10 Perbandingan Debit air dengan suhu keluar dengan 3
variasi percobaan……….. 81
Gambar 5.11 Perbandingan debit air dengan Laju aliran kalor (qair),
kW dengan 3 variasi percobaan……… 82 Gambar 5.12 Perbandingan debit air dengan efisiensi dengan 3 variasi
percobaan……….. 83
Gambar 5.13 Hubungan Debit air dengan suhu air yang keluar pada
kondisi maksimum………... 96
xxiii
kondisi medium……… 96
Gambar 5.15 Hubungan Debit air dengan suhu air yang keluar pada
kondisi low………... 97
Gambar 5.16 Hubungan Debit air dengan laju aliran kalor pemanas air
pada kondisi maksimum………... 97
Gambar 5.17 Hubungan Debit air dengan laju aliran kalor pemanas air
pada kondisi medium……… 98
Gambar 5.18 Hubungan Debit air dengan laju aliran kalor pemanas air pada kondisi low………... 98 Gambar 5.19 Hubungan Debit air dengan efisiensi water heater pada
posisi maksimum……….. 99
Gambar 5.20 Hubungan Debit air dengan efisiensi water heater pada
posisi medium………... 99
Gambar 5.21 Hubungan Debit air dengan efisiensi water heater pada
posisi low……….. 100
Gambar 5.22 Perbandingan Debit air dengan suhu keluar dengan 3
variasi percobaan……….. 105
Gambar 5.23 Perbandingan debit air dengan Laju aliran kalor (qair),
kW dengan 3 variasi percobaan……… 106 Gambar 5.24 Perbandingan debit air dengan efisiensi dengan 3 variasi
xxiv
ABSTRAK
Air hangat sudah menjadi salah satu kebutuhan yang diperlukan dalam kehidupan masyarakat sehari - hari, dimana semua orang yang berkecukupan, anak kecil, orang sudah lanjut usia untuk kebutuhan mandi dengan air hangat. Air hangat juga dibutuhkan para karyawan atau pekerja yang pulang malam hari di rumah, untuk memulihkan kelelahan akibat kerja. Tujuan dari penelitian adalah : (a) merancang dan membuat water heater tanpa penutup atas dan dengan penutup atas, (b) mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar water heater tanpa penutup atas dan dengan penutup atas, (c) mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor tanpa penutup atas dan dengan penutup atas, (d) menghitung kalor yang diterima air dari water heater tanpa penutup atas dan dengan penutup atas, (e) menghitung kalor yang diberikan gas LPG tanpa penutup atas dan dengan penutup atas, (f) menghitung efisiensi water heater tanpa penutup atas dan dengan penutup atas, (g) menentukan debit air dan efisiensi water heater yang menghasilkan suhu air keluar sebesar 38 – 40 oC (suhu air untuk mandi).
Penelitian water heater ini dilakukan sebanyak dua kali yaitu pertama penelitian tanpa penutup atas water heater dan kedua dengan penutup atas. Lokasi penelitian di laboratorium Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tinggi water heater 30 cm, diameter luar water heater 30 cm, panjang pipa tembaga 10 meter dibuat dengan 2 lintasan. Banyaknya tabung water heater
terdiri dari 3 tabung yaitu tabung bagian dalam mempunyai lubang sebanyak 90 dengan diameter lubang 5 mm, tabung bagian tengah mempunyai lubang sebanyak 60 dengan diameter 8 mm, tabung bagian luar tampa lubang. Bahan pipa dari tembaga dengan diameter dalam 0,5 inchi = 12,7 mm. Pipa bersirip dengan jumlah sirip 4 dan panjang sirip 20 cm dengan berbentuk pipih. Sirip dari pipa tembaga dengan diameter 0,5 inchi = 12,7 mm, variasi yang dilakukan pada water heater ini adalah gas LPG selama tiga kali yaitu mulai dari gas maksimum, medium, dan low.
Hasil dari penelitian didapatkan (a) Water heater dengan panjang pipa 10 meter dan diameter pipa 0,5 inchi tanpa peutup atas dan dangan pentup atas dibuat dengan baik sehingga dapat bersaing dengan water heater yang ada di pasaran. (b)Mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar
water heater tanpa penutup atas dinyatakan dengan persamaan : Tout =
120,2(m)(kW.( ))– 0,45 sedangkan yang menggunakan penutup atas dinyatakan dengan persamaan : Tout = 137,3(m)(kW.( )) -0,46 . (c) Mendapatkan hubungan
antara debit air dengan laju aliran kalor tanpa penutup atas dinyatakan dengan persamaan : Qair = -0,009(m)2 (kW.( )2) + 0,062(m)(kW.( )) + 9,354 kW
sedangkan dengan penutup atas dinyatakan dengan persamaan : Qair =
xxv
kW. (f) Menghitung efisiensi water heater tanpa penutup atas sebesar 38,12% sedangkan dengan penutup atas sebesar 52,26%. (g)Menentukan debit air dan efisiensi water heater yang menghasilkan suhu air keluar sebesar 38 – 40 oC (suhu air untuk mandi) tanpa penutup atas sebasar 11,4 liter/menit dengan efiseinsi sebesar 38,12% pada suhu air keluar sebesar 39,4oC sedangkan dengan penutup atas sebesar 16,2 liter/menit dengan efisiensi sebesar 52,26% pada suhu air keluar sebesar 39oC.
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada zaman sekarang ini banyak masyarakat yang mengunakan air hangat baik anak kecil, dewasa, orang tua, dan orang yang sudah berusia lanjut. Saat ini air hangat sudah menjadi salah satu kebutuhan masyarakat yang diperlukan dalam kehidupan sehari-hari, dimana orang - orang kota yang berkecukupan, anak kecil, orang yang sudah lanjut usia masih membutuhkan air hangat untuk keperluan mandi. Air hangat juga dibutuhkan para karyawan agar waktu pulang kerja dimalam hari dapat untuk memulihkan kelelahan akibat bekerja. Air hangat juga sangat dibutuhkan oleh orang - orang yang tinggal di daerah pegunungan, karena suhu di daerah pegunungan lebih dingin atau temperaturnya lebih rendah dibandingkan dengan di daerah yang di dataran rendah suhunya lebih panas atau terperaturnya tinggi. Kemudian dibidang perhotelan air hangat juga dipergunakan sebagai salah satu fasilitas yang disediakan untuk orang - orang yang menginap di hotel. Selain itu, air hangat juga di pergunakan di rumah sakit, untuk memandikan orang - orang sakit, dan untuk membersihkan alat – alat medis yang ada di rumah sakit.
2
yaitu apabila terjadi pemadaman listrik, maka water heater jenis ini tidak dapat digunakan. Jika terjadi kerusakan sangat sulit untuk memperbaiki. Volume air panas yang dihasilkan water heater listrik terbatas. Jika volume air panas yang dipergunakan sudah digunakan, maka jika ingin dipergunakan lagi harus menunggu waktu water heater untuk memanaskan air. Jika dibandingkan water heater tenaga listrik lebih murah water heater Liquefied petroleum gas (gas LPG). Water heater energi surya cocok diterapkan pada negara tropis karena matahari bersinar sepanjang hari. Namun water heater energi surya kekurangannya sela pemasangan yang rumit. Volume air panas yang dipergunakan terbatas. Bila musim hujan turun water heater tidak dapat lagi digunakan. Selain itu, water heater dengan mengunakan tenaga surya harganya lebih mahal.
Water heater tenaga gas LPG mengunakan bahan bakar gas untuk memanaskan air. Water heater ini lebih menguntungkan dibandingkan pemanas air tenaga listrik maupun water heater tenaga surya. Adapun Keuntungannya adalah air panas yang dapat digunakan tidak terbatas. Selama air dapat mengalir, selama itu pula air panas dapat dihasilkan. Dapat dioprasikan kapan saja, tidak tergantung pada listrik ataupun mendung. Dilihat dari sisi ekonomi, water heater
3
Berdasarkan latar belakang di atas, penulis tertarik untuk melakukan penelitian tantang water heater gas LPG. Tujuannya untuk dapat menghitung efisiensi water heater dan suhu keluar di dalam water heater.
1.2 TUJUAN PENELITIAN
Tujuan dari penelitian tentang peralatan Water heater dengan panjang pipa 10 meter dan diameter pipa 0,5 inchi tanpa penutup atas dan dengan penutup atas ini adalah :
a. Merancang dan membuat water heater tanpa penutup atas dan dengan penutup atas.
b. Mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar
water heater tanpa penutup atas dan dengan penutup atas.
c. Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor tanpa penutup atas dan dengan penutup atas.
d. Menghitung kalor yang diterima air dari water heater tanpa penutup atas dan dengan penutup atas.
e. Menghitung kalor yang diberikan gas LPG tanpa penutup atas dan dengan penutup atas.
f. Menghitung efisiensi water heater tanpa penutup atas dan dengan penutup atas.
4 1.3 BATASAN MASALAH
Batasan masalah yang diambil dalam pembuatan alat water heater dengan panjang pipa 10 meter dan diameter pipa 0,5 inchi tanpa penutup atas dan dengan penutup atas ini adalah :
a. Tinggi water heater : 30 cm, diameter luar water heater : 30 cm, panjang pipa tembaga : 10 meter dibuat dengan 2 lintasan.
b. Banyaknya tabung water heater terdiri dari 3 tabung yaitu tabung bagian dalam mempunyai lubang sebanyak 90 dengan diameter lubang 5 mm, tabung bagian tengah mempunyai lubang sebanyak 60 dengan diameter 8 mm, tabung bagian luar tampa lubang.
c. Bahan pipa dari tembaga dengan diameter dalam 0,5 inchi = 12,7 mm.
d. Pipa bersirip dengan jumlah sirip : 4 dan panjang sirip 20 cm dengan berbentuk pipih.
e. Sirip dari pipa tembaga dengan diameter : 0,5 inchi = 12,7 mm.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Manfaat Penelitian tentang Water Heater dengan panjang pipa 10 meter dan diameter pipa 0,5 inchi tanpa penutup atas dan dengan penutup atas adalah: a. Menambah wawasan untuk pengetahuan tentang water heater,
b. Dapat dijadikan referensi perpustakan bagi para pembuatan dan para peneliti
water heater.
5
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.1 Perpindahan Kalor
Perpindahan kalor ialah ilmu untuk meramalkan perpindahan energi yang terjadi karena adanya perbedaan suhu antara benda atau material. Ilmu perpindahan kalor tidak hanya mencoba menjelaskan bagamana energi kalor itu pindah dari satu kebenda lain, tetapi juga dapat meramalkan laju perpindahan yang terjadi satu benda-kebenda lain. perpindahan energi dari suatu daerah ke dareah yang lainnya yang mengakibatkan beda suhu antara daerah – daerah tersebut. Bila suhu benda semakin tinggi maka benda tersebut akan semakin tinggi suhunya. Pada umumnya perpindahan panas dilakukan dengan cara konveksi, konduksi dan radiasi.
2.1.1.1 Perpindahan Panas Konveksi
6
dengan cara demikian akan menaikan suhu dan energi dalam partikel – partikel fluida ini. Kemudian partikel – partikel fluida tersebut akan bergerak ke daerah yang bersuhu rendah di dalam fluida dimana mereka akan bercampur dengan partikel. Pada water heater perpindahan kalor konveksi terjadi pada permukaan dalam pipa ke air yang mengalir di dalam pipa. Perpindahan panas atau kalor konveksi pada pipa water heater Gambar 2.1 bergerak dari posisi B ke C.
Gambar 2.1 Saluran pipa water heater pada kondisi konveksi
2.1.1.2 Perpindahan Panas Konduksi
Perpindahan panas konduksi, menurut Kreith (1991) adalah proses dimana panas mengalir dari daerah yang bersuhu tinggi ke dareah yang bersuhu rendah didalam satu medium baik padat maupun gas dan cair diantara medium – medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung. Pada water heater
perpindahan panas konduksi dapat ditemukan pada perpindahan kalor dari
A A
A
Fluida (air)
B
C
A B
[image:33.595.101.498.252.579.2]7
[image:34.595.98.510.167.557.2]permukaan luar pipa ke permukaan pipa bagian dalam. Perpindahan panas konduksi pada gambar pipa water heater Gambar 2.2 berjalan dari posisi A ke B.
Gambar 2.2 Saluran pipa water heater pada kondisi konduksi
2.1.1.3 Perpindahan Panas Radiasi
Perpindahan panas radiasi, menurut Koestoer (2002) adalah proses perpindahan panas melalui gelombang electromagnet atau paket – paket energi (photon) yang dapat di bawa sampai jarak yang sangat jauh tampa memerlukan interaksi dengan medium yang terjadi pada ruang vakum dan jumlah yang dipancarkan sebanding dengan temperatur benda. Pada water heater perpindahan panas radiasi dapat dijumpai pada perpindahan panas antara:
a. Dinding permukaan dalam dengan permukaan tabung luar pada water heater.
b. Dinding tabung luar dengan lingkungan.
Perpindahan panas radiasi dan konduksi pada gambar pipa water heater Gambar 2.3 berjalan dari A dengan lingkungan sekitar water heater. Pada gambar tabung water heater Gambar 2.4 berjalan dari B ke A.
A A
A
Fluida (air)
B
C
A B
8
Gambar 2.3 Saluran pipa water heater pada kondisi radiasi
Gambar 2.4 Tabung water heater
Lingkungan sekitar
water heatar
Lingkungan sekitar
water heatar
Lingkungan sekitar
water heatar
Lingkungan sekitar
water heatar
A A
A
Fluida (air)
B
C
A B
B C B
A
B
C D
E
F G H
9 2.1.2 Perancangan Saluran Air
Pada waktu perancangan saluran air pada pipa water heater, pipa tembaga dibentuk spiral hal ini didasari karena rancangan water heater yang menggunakan gas sebagai bahan pembakaran. Perancangan spiral dibuat agar pada waktu pemanasan water heater ini mendapatkan hasil yang maksimal seperti yang di inginkan. Water heater ini berbentuk spiral dibuat dengan menggunakan dua lintasan dengan panjang pipa 10 meter.
Kekasaran permukan pipa saluran air juga perlu diperhitungkan karena saluran air harus dalam permukaan halus. Bila permukaan saluran air pada water heater kasar maka dapat menghambat laju pipa saluran air. Dalam pembuatan saluran air kalau bisa tidak ada pembelokan, jika terpaksa ada pembelokan sudutnya harus besar. Oleh karena itu sudut yang digunakan diatas 90 derajat agar pembelokan bisa terjadi secara halus. Hal ini dimaksudkan agar fluida yang ada pada saluran air tidak terjadi gesekan antara fluida dengan pipa saluran air.
10
nilai kunduktivitas 386 W/m. oC, titik lebur pada tembaga mencapai suhu 600 oC. Bila dibanding dengan alumunium konduktivitas termal tidak jauh dengan tembaga, konduktivitas alumunium 204 W/m.oC dengan titik lebur pada alumunium 400 oC. Maka dalam pemilihan bahan, bahan yang digunakan untuk pembuatan water heater yaitu tembaga. Bila pembuatan water heater
menggunakan alumunium bahan tersebut akan melebur. Perancangan water heater
[image:37.595.109.507.312.650.2]perlu melakukan pemilihan bahan dan bahan tersebut korosi atau tidak. Untuk itu pemilihan bahan pada alat water heater sangatlah penting. Biasanya bila pemilik rumah berpergian jauh untuk beberapa hari maka water heater bisa terjadi korosi. Bila terjadi korosi air yang digunakan untuk kebutuhan sehari – hari akan menjadi kotor.
Tabel 2.1 Konduktivitas termal dan titik lebur (Holman, 1991), Perpindahan Kalor, Edisi Keenam, Erlangga : Jakarta)
Bahan Logam Konduktivitas Termal W/m.oC
Suhu titik lebur
o
C
Tembaga murni 386 600
Perak murni 419 400
Baja karbon 54 1200
Alumunium murni 204 400
Kuningan 111 400
Besi murni 73 1200
11
pipa yang dihasilkan semakin kecil. Disisi lain, semakin besar diameter saluran air, suhu yang dihasilkan oleh water heater akan semakin kecil.
Pada perancangan saluran air, pipa water heater yang dibuat pada penelitian kontak langsung dengan api. Hal ini dilakukan agar panas kalor yang diterima oleh water heater dapat kontak langsung dengan pipa water heater. Saluran air pada water heater agar cepat menghasilkan suhu air hangat yang diiginkan. Untuk itu perlu dilakukan kontak langsung dengan api. Bila tidak kontak langsung maka pemanas air pada water heater akan lama dan pemanasan pada water heater ini terjadi secara konduksi.
2.1.3 Isolator
12
Tabel 2.2 konduktivitas termal
(http://www.scribd.com/doc/61109210/BAB-II-Termal)
Media Konduktivitas Termal (k) W/moC
Gabus 0,042
Selang wol 0,040
Kayu 0,08 - 0,016
Bata 0,84
Busa 0,024
Udara 0,023
2.1.4 Sirip
Sirip berfungsi untuk mendistribusikan panas atau kalor yang memiliki suhu tinggi kesuhu yang lebih rendah melalui alat media. Pada water heater sirip digunakan untuk membantu percepatan terjadinya kenaikan suhu dipermukaan pipa – pipa penyaluran air. Sirip pada water heater terbuat dari tembaga yang memiliki konduktor atau penghantar panas yang baik. Sirip menyerap panas dari pembakaran yang baik, kemudian menyalurkan panas ke pipa – pipa penyaluran air untuk membantu kenaikan suhu pada air yang mengalir didalam pipa tersebut. Adanya sirip, luas permukaan yang bersentuhan dengan fluida menjadi lebih besar, sehingga proses perpindahan kalor konveksi menjadi besar. Perpindahan kalor konveksi perpindahan dari udara panas ke pipa saluran air.
2.1.5 Liquified Petroleum Gas ( LPG )
13
propana (C3H8) dan butana (C4H10). Elpiji juga mengandung hidrokarbon ringan
lain dalam jumlah kecil, misalnya etana (C2H6) dan pentana (C5H12).
Perbandingan komposisi, propana (C3H8) dan butana (C4H10) adalah 30 : 70. LPG
lebih berat dari udara dengan berat jenis sekitar 2,01 (dibandingkan dengan udara), tekanan uap LPG cair dalam tabung sekitar 5,0 – 6,2 Kg/cm2. Nilai kalori : 21,000 BTU/lb. Gas dalam tabung berbentuk cair hal karena gas dipampatkan didalam tabung dan terjadi penurunan.
Proses pembakaran pada LPG memiliki reaksi sebagai berikut :
C3H8 + 5O2→ 3CO2 + 4H2O + energi (panas)
Propane + oksigen → karbon dioksida + uap air + panas
[image:40.595.99.509.242.724.2]Gas LPG meliliki daya bakar yang baik dibanding dengan minyak tanah, kayu bakar. Pada penyajian tabel 2.3 Data pemanas dan efisinsi bahan bakar.
Tabel 2.3 Data Pemanasan dan Efisiensi Bahan Bakar
(http://kemahasiswaan.um.ac.id/wp-content/uploads/2010/04/PKM-AI-10-UM-Intan-Tips-Menggunakan-Tabung-LPG-.pdf )
Bahan Bakar Daya Pemanasan
(Kkal/kg) Efisiensi %
Kayu Bakar 4000 (Kkal/kg) 15
Arang 8000 (Kkal/kg) 15
Minyak Tanah 11000 (Kkal/kg) 40
Gas kota 4500 (Kkal/kg) 55
LPG 11900 (Kkal/kg) 60
14 2.1.6 Saluran Udara Masuk
Untuk saluran udara masuk pada saat pembakaran terjadi maka api membutuhkan oksigen yang terkandung dalam udara masuk ke water heater agar mendapatkan hasil yang maksimal. Saluran udara pada water heater terdapat pada bawah water heater dibagian lapis luar dan bagian atas yang lubang berbentuk tabung di tengahnya. Hal ini dimaksudkan agar udara dapat masuk kedalam water heater disekitar pembakaran berlangsung. Bila pembakaran ke kurangan udara maka proses pembakaran kurang maksimal. Di karenakan sifat api yang membutuhkan oksigen untuk proses pembakaran api kalau tidak api akan mengarah keluar dari water heater jika udara yang masuk kurang. Pada saat normal oksigen berkisar sekitar 20,95 % dari komposisi udara di bumi.
Tabel 2.4 Keseimbangan komposisi udara keadaan kering (http://kuliahnyok.wordpress.com/2012/01/04/keseimbangan-komposisi-udara)
Komponen Formula Volume (%) Ppm
Nitrogen N2 78,08 780,8
Oksigen O2 20,95 209,5
Argon Ar 0,934 9,34
Karbon Dioksida CO2 0,0314 314
Neon Ne 0,00182 18
Helium He 0,000524 5
Metana CH4 0,0002 2
Kripton Kr 0,000114 1
2.1.7 Saluran Gas Buang
15
berpindah tempat, mengalir dari suhu tinggi ke tempat yang bersuhu rendah jika terjadi temperatur berbeda. Panas juga dapat mengalir keatas karena perbedaan massa jenis yang rendah, akibat lebih rendah massa jenis panas akan keluar dan dibuatkan lubang keluar diatas water heater. Pada perancangan water heater yang perlu diingat adalah jangan sampai aliran gas buang yang dapat menyebabkan kondisi api menjadi berantakan.
2.1.8 Media Pembakar
Media Pembakar adalah alat yang menghasilkan api atau pun panas, media pembakar banyak variasi. Media pembakar ada yang mengunakan LPG ataupun minyak tanah sebagai bahan bakar. Media pembakar dengan bahan bakar LPG meliliki keunggulan dibanding dengan minyak tanah. Media pembakaran yang beredar di pasaran dan yang digunakan untuk penelitian tentang water heater di sajikan pada Gambar 2.5 Media pembakaran High Pressure menggunakan bahan bakar LPG.
16
Spesifikasi salah satu media pembakaran untuk jenis High Pressure
sebagai berikut:
Dimensi (mm) : 570 (panjang) x 315 (lebar) x 168 (Tinggi) Daya Pemanasan : 21,8 ( kW/ h) High Pressure
Bahan : Besi Tuang
Gambar 2.6 Media pembakaran Low Pressure menggunakan bahan bakar LPG Spesifikasi salah satu media pembakaran untuk jenis Low Pressure
sebagai berikut:
Dimensi (mm) : 610 (panjang) x 360 (lebar) x 160 (Tinggi) Daya Pemanasan : 3500 (K cal/h) Low Pressure
17
Gambar 2.7 Media pembakaran high Pressure menggunakan bahan bakar LPG Spesifikasi salah satu media pembakaran untuk jenis high Pressure sebagai berikut:
Dimensi (mm) : 323 (panjang) x 500 (lebar) x 165 (Tinggi) Daya Pemanasan : 10,62 (kW/h)High Pressure
Bahan : Stainless
18
Spesifikasi salah satu media pembakaran bahan bakar LPG sebagai berikut:
Dimensi (mm) : 435 (panjang) x 300 (lebar) x 128 (Tinggi) Daya Pemanasan : 1.90(kW/h)
Bahan : Stainless Stell
Gambar 2.9 Media pembakaran menggunakan bahan bakar LPG
Spesifikasi salah satu media pembakaran bahan bakar LPG sebagai berikut:
Dimensi (mm) : 320 (panjang) x 320 (lebar) x 232 (Tinggi) Daya Pemanasan : 3,66(kW/h)
Bahan : Stainless Stell
2.1.9 Laju Aliran Kalor yang diberikan Gas LPG
Kalor yang diberikan oleh gas LPG dapat dihitung dengan persamaan (2.1)
19 Pada persamaan (2.1)
ṁgas : laju aliran massa gas LPG yang terpakai (kg/s)
Cgas : Kapasitas panas LPG (J/kg), sebesar 11900 (Kkal/kg) (4186,6) J/Kg
2.1.10 Laju Aliran Kalor yang diterima air
Laju Aliran Kalor yang diterima air dalam pipa dapat dihitung dalam persamaan (2.2) dan (2.3)
, ṁair, cp, Tin
um Tout
air masuk air keluar
…(2.2)
…(2.3)
Pada persamaan (2.2) dan (2.3) :
Qair : Laju aliran kalor yang diterima air (watt)
ṁair : Laju aliran massa air (kg/detik)
cp : kalor jenis air (J/kgoC)
Tin : suhu air masuk water heater (oC)
Tout : suhu air keluar water heater (oC)
um : kecepatan rata – rata fluida mengalir (m/s)
20
ρ : massa jenis fluida yang mengalir (kg/m3)
d : diameter dalam dari saluran (meter)
2.1.11 Efisiensi
Untuk mengetahui efisiensi yang dapat dihasilkan water heater, dapat dihitung dengan persamaan : (2.4)
…(2.4)
Pada persamaan (2.4) :
: Efisiensi water Heater (%)
: Laju aliran kalor yang diterima oleh air (watt) : Laju aliran kalor yang diberikan gas (watt)
2.2 Tinjauaan Pustaka
2.2.1 Bentuk Model Water Heater yang ada di pasaran
21
Gambar 2.10 Bentuk model water heater menggunakan in dan out
Cara kerja rangkaian water heater pada Gambar 2.10 adalah air masuk kedalam pipa untuk mengisi air bersih yang masuk kedalam tabung water heater , tabung yang penuh terisi air lalu dipanaskan, dalam pemanasan alat water heater
22
Gambar 2.11 Bentuk model water heater
Cara kerja water heater, air masuk kedalam pipa kemudian dimasukan ke dalam tabung, air yang ada di dalam tabung dipanaskan menggunakan burner. Pada pembakaran alat water heater yang dibakar adalah penampang bukan pipa tembaga. Bentuk water heater ini seperti tabung agar air yang dihasilkan lebih banyak dan maksimal. Water heater pada Gambar 2.11 tidak sama dengan Gambar 2.10. Perbedaan pada water heater ini pada pembuangan gas buang yang di buat spiral (melingkar). Di buat spiral agar gas buang yang dihasilkan pada
23
water heater ini tembaga dan penapang dibawah digunakan sebagai burner. Bahan yang digunakan tembaga karena memiliki penghantar panas yang baik.
Gambar 2.12 Bentuk model water heater dengan menggunakan blower
Cara kerja water heater pada Gambar 2.12 air masuk melalui pipa, air yang dipanasi dengan api kemudian dipanaskan pada permukaan heat exchanger
24
yang digunakan pada water heater tembaga karena memiliki penghantar panas yang baik.
Gambar 2.13 Bentuk model water heater tanpa blower
25
perpindahan panas dari heat exchanger ke air yang ada didalam pipa, perpidahan panas pada pipa yang didalamnya terisi air siap digunakan dalam kebutuhan sehari - hari.
Gambar 2.14 Bentuk model water heater
26
2.2.2 Spesifikasi water heater yang ada dipasaran
Beberapa tinjauan water heater yang dapat di ketahui spesifikasi dari
water heater yang ada dipasaran adalah sebagai berikut:
Water heater T-1
Gambar 2.15 Water heater T-1
(http://www.rinnai.co.id/product-rinnai/hot-water-solution/instant-gas-water-heater)
Pemasangan : Eksternal/Internal Ukuran (PxLxT) mm : 425 x 290 x 127
Berat : 6,1 kg
27 Konsumsi Gas : 0,6 kg/jam
Ignition : Baterai Ukuran D
Tekanan Gas : Low Pressure, 28 mBar Jumlah Outlet : 1
Outlet Gas : 0,5 inchi Outlet Air Dingin : 0,5 inchi Outlet Air Panas : 0,5 inchi
Tekanan Air Minimun : 0,15 Bar (1,5 mtr)
Suhu : 40 - 60 oC
Water heater T-2
28
(http://jualelektronik.com/product/rinnai-gas-water-heater-reu-55rtb/) Pemasangan : Eksternal/Internal
Ukuran (PxLxT) mm : 369 x 290 x 137
Berat : 6,1 kg
Kapasitas Air Panas : 5 ltr/mnt Konsumsi Gas : 0,8 kg/jam
Ignition : Baterai
Tekanan Gas : 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 Minimun : 0,2 Bar
29 Water heater T - 3
Gambar : 2.17 Water heater T – 3 (http://www.tokowaterheater.com) Pemasangan : Eksternal/Internal
Ukuran (PxLxT) mm : 300 x 460 x 440
Berat : 6 kg
Kapasitas Air Panas : 6 ltr/mnt Konsumsi Gas : 0,5 kg/jam
Ignition : Baterai Ukuran D
Tekanan Gas : Low Pressure, 28 mBar Jumlah Outlet : 1 - 2
30 Outlet Air Dingin : 0,5 inchi Outlet Air Panas : 0,5 inchi Tekanan Air Minimun : 0,2 Bar
Suhu :40 – 60 oC
Water heater T - 4
Gambar : 2.18 Water heater T – 4 (http://www.tokowaterheater.com) Pemasangan : Vartikel
Ukuran (PxLxT) mm : 300 x 460 x 440
Berat : 13 kg
31 Konsumsi Gas : 0,5 kg/jam
Ignition : Baterai Ukuran D
Tekanan Gas : Low Pressure, 28 mBar Jumlah Outlet : 1 - 2
Outlet Gas : 0,4 inchi
Outlet Air Dingin : 0,4 inchi Outlet Air Panas : 0,4 inchi Tekanan Air Minimun : 0,2 Bar
Suhu :75 oC
Water heater T – 5
32 Pemasangan : Vertikal
Ukuran (PxLxT) mm : 300 x 160 x 480
Berat : 61 kg
Kapasitas Air Panas : 6 liter/menit Konsumsi Gas : 0,5 kg/jam
Ignition : Baterai
Tekanan Gas : 28 mBar Jumlah Outlet : 1
Outlet Gas : 0,5 inchi
Outlet Air Dingin : 0,5 inchi Outlet Air Panas : 0,5 inchi Tekanan Air Minimun : 0,2 Bar
Suhu : 75 oC
2.2.3 Hasil Penelitian Water heater Gas LPG
Setiwan (2012) telah melakukan penelitian water heater gas LPG yang
berjudul “ Water heater Dengan Panjang Pipa 20 Meter dan 150 Lubang Input
Udara” yang bertujuan : (a) Merancang dan membuat water heater. (b)
Mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar
33
tersebut dilakukan dengan batasan – batasan sebagai berikut: (a) Tinggi water heater : 90 cm, diameter pipa : 25 cm, dengan panjang pipa tembaga : 20 meter, dengan 2 lintasan. (b) Banyaknya dinding plat : 2 lapis, plat lapis dalam mempunyai banyak lubang dengan diameter : 2 mm dengan jumlah 150 dan plat luar mempunyai banyak lubang dengan diameter : 1 cm (setinggi 25 cm). (c) Bahan pipa tembaga dengan diameter : 0,9525 cm = 3/8 inchi. (d) Pipa bersirip dengan jumlah sirip : 7 buah dan panjang sirip 50 cm. (e) Sirip dari pipa tembaga dengan diameter : 0,9525 cm. Dari hasil peneilitian tersebut didapatkan : (a) water heater yang dibuat dapat bersaing dengan yang ada dipasaran yang mampu menghasilkan panas dengan temperatur 45oC, pada debit 14 liter/menit. (b) Hubungan antara debit air yang masuk dengan temperatur air yang mengalir dinyatakan dengan persamaan: Tout = 0,279 mair2 - 9,566 mair + 121,9 (mair dalam
liter/menit, Tout dalam oC) R2= 0,990 (c) Hubungan antara debit air dengan laju
aliran kalor diperlukan dinyatakan dengan persamaan : qair = -171,9 mair2 + 3154
mair + 6873 (mair dalam liter/menit, qair dalam watt) R2=0,967. (d) Kalor yang
diterima air dari water heater berkisar antara 17551,8 – 14216,96 watt. Kalor terbesar : 17551,8 watt (e) kalor yang diberikan gas LPG sebesar : 22142,46 watt (f) Hubungan antara debit air yang masuk dengan efisiensi water heater yang dinyatakan dengan persamaan : n = -0,776 mair2 +14,24 mair + 31,04 ( mair dalam
34
Putra (2012) telah melakukan peneltian water heater dengan panjang pipa 20 meter dan 300 lubang masuk udara pada dinding luar. Kesimpulan dari penelitian yang dilaksanakan sebagai berikut :
a. Water Heater telah berhasil dibuat dengan baik dan menghasilkan temperatur 42,9 oC pada debit 15 liter/menit sehingga mampu bersaing dengan water heater yang dijual dipasaran.
b. Hubungan antara debit air yang mengalir (m) dengan temperatur air keluar
water heater (To) dapat dinyatakan dengan persamaan : To = -0,027m3 + 1,126m + 129,9 (m dalam liter/menit, T dalam oC) R2 = 0,0997. Berlaku untuk nilai m antara 2,1 liter/menit sampai dengan 15 liter/menit pada tekanan udara luar saat itu (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 27oC. c. Hubungan antara debit air yang mengalir dengan laju perpindahan kalor dinyatakan dengan persamaan: Qair = 17,09m3 – 489m2 +439m +3654 (m
dalam liter/menit,Qair dalam watt) R2 = 0,94. Berlaku untuk nilai m antara 2,1
liter/menit sampai dengan 15 liter/menit pada tekanan udara luar saat itu (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 27oC.
35
Pajilie (2014) telah melakukan penelitian terhadap Water heater gas LPG
yang berjudul ” karakteristik water heater dengan panjang pipa 14 meter,
diameter 0,5 inchi dan bersirip “ yang bertujuan : (1) merancang dan membuat
water heater menggunakan sirip dengan bahan bakar LPG (2) mengetahui hubungan antara debit dengan suhu keluar (3) mengetahui energi kalor yang diserap air yang mengalir dalam water heater (4) mengetahui energi kalor yang diserap water heater (5) mengetahui efisiensi water heater (6) mengetahui hasil kerja terbaik water heater dengan variasi penutup. Penelitian dan pelaksanaan di laboratorium Teknik Mesin USD, adapun batasan - batasan dalam pembuatan
water heater menggunakan sirip berbahan bakar LPG antara lain (1) Tin water heater 25 ºC – 27 ºC (2) panjang pipa lintasan water heater adalah 14 meter (3)
Tout dari water heater ≥ 40 ºC dengan debit minimal 6 liter/menit (4) panjang pipa 14 meter (5) bahan pipa adalah tembaga (6) water heater diberi sirip (7) pembakar menggunakan kompor lpg. Variasi dilakukan terhadap besar kecilnya debit air yang masuk ke dalam water heater dengan debit gas yang konstan pada
36
sebesar 20 putaran memiliki debit sebesar 8,4 liter/menit dengan suhu keluar 42,3 °C (2) hasil terbaik dalam variasi penutup antara debit air yang masuk dengan
Tout menggunakan variasi penutup tertutup penuh (3) hasil terbaik dalam variasi penutup antara debit air yang masuk dengan laju aliran kalor menggunakan variasi penutup tebuka 10 putaran. Kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara 7,533 kW – 12,556 kW (4) hasil terbaik dalam variasi penutup antara debit air yang masuk dengan efisiensi water heater menggunakan variasi penutup tertutup penuh (5) kalor yang diberikan gas LPG sebesar 36,535 kW (6) untuk variasi penutup water heater, variasi dengan kondisi penutup tertutup penuh adalah variasi yang terbaik.
Prasongko (2014) telah melakukan penelitian terhadap Water heater gas
LPG yang berjudul ” karakteristik water heater dengan panjang pipa 8 meter,
diameter 0,5 inchi dan bersirip “ yang bertujuan 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
37
38
BAB III
RANCANGAN PEMBUATAN WATER HEATER
3.1 Persiapan
Pada proses pembuatan water heater dengan panjang pipa 10 meter dan diameter 0,5 inchi tanpa penutup atas dan dengan penutup atas yang perlu dipersiapkan dari awal, pembuatan desain water heater dengan tiga tabung yaitu tabung bagian dalam, tengah dan tabung bagian luar. Proses persiapan selanjutnya adalah pengukuran-pengukuran terhadap desain water heater meliputi rangka dalam, rangka luar, tabung dalam, tabung luar dan penutup water heater
mengikuti diameter pembakaran atau burner.
3.2 Bahan Pembuatan Water Heater
Bahan – bahan yang digunakan dalam pembuatan water heater dengan panjang pipa 10 meter dan diameter 0,5 inchi tanpa penutup atas dan dengan penutup atas adalah :
a. Pipa tembaga dengan diameter dalam 0,5 inchi sebagai saluran air. b. Plat galvalum sebagai bodi water heater.
c. Besi strip sebagai rangka bodi water heater.
d. Baut dan Mur sebagai pengecang atau baut sirip.
e. Nako besi ukuran 10 mm x 10 mm sebagai rangka diameter. f. Sirip
39
Gambar 3.1 Plat galvalum
Gambar 3.2 Besi strip
40
Gambar 3.4 Besi nako
Gambar 3.5 Sirip
3.3 Sarana dan Alat yang Digunakan
Sarana dan alat – alat yang digunakan dalam penelitian water heater
dengan panjang pipa 10 dan diameter 0,5 inchi tanpa penutup atas dan dengan penutup atas sebagai berikut :
41
b. Bor berfungsi untuk melubangi rangka yang mau dipasang paku rivet dan untuk membuat lubang udara pada water heater.
c. Penekuk pipa tembaga berfungsi sebagai peneku pipa supaya bentuk pipa
water heater terbentuk spiral atau helix.
d. Tang digunakan untuk menjepit pipa tembaga pembuat sirip.
e. Paku rivet digunakan untuk menjepit besi strip dengan plat galvalum.
f. Meteran berfungsi untuk menentukan ukuran plat galvalum, besi strip dan besi nako.
g. Gergaji digunakan untuk memotong besi strip dan besi nako.
h. Las listrik berfungsi untuk mengelas rangka-rangka dan menyambung besi strip dan nako pada water heater.
i. Cutter pipa berfungsi untuk memotong pipa tembaga. j. Drey (+, -) berfungsi untuk membuka atau mengancing.
k. Termokopel dan APPA,berfungsi untuk mengukur suhu air yang keluar dari
water heater.
l. Jangka sorong berfungsi untuk mengukur pada bagian water heater secara detail.
m. Gelas ukur berfungsi untuk mengukur debit air yang keluar dari water heater.
n. Stopwatch berfungsi untuk mengetahui waktu yang digunakan dalam pengambilan data.
42
Gambar 3.6 APPA 5.1 dan Gelas ukur
Gambar 3.7 Stopwatch dan Drey
3.4 Proses Pengerjaan Alat Water Heater
43
3.4.1 Persiapan menyiapkan merancang Water Heater
[image:70.595.98.497.193.701.2]Dalam merancang water heater pembuatan desain menggunakan sirip dapat dilakukan dengan proses manual maupun dengan menggunakan software.
Gambar 3.8 Rancangan water heater
44
Gambar 3.10 Water heater tampak dari luar
3.4.2 Menyiapkan Alat dan Bahan
Setelah perancangan water heater menggunakan sirip selesai dilaksanakan maka, perlu menyiapkan bahan dan alat untuk pembuatan alat.
3.4.3 Menyiapkan keperluan lainnya
Setelah menyiapkan bahan-bahan water heater selesai, maka perlu mempersiapkan untuk membuat alat water heater.
3.4.4 Pemotong Pipa Tembaga
[image:71.595.100.506.103.591.2]45
Gambar 3.11 Proses pemotongan pipa
3.4.5 Pelingkaran Pipa
[image:72.595.101.511.101.646.2]Pipa tembaga yang awalnya berbentuk lurus dibentuk menjadi melingkar dengan ukuran diameter dalam 150 mm dan diameter luar 190 mm pada pelingkaran pipa menggunakan alat penekuk pipa khusus tembaga.
Gambar 3.12 Proses Pelingkaran pipa
46
panjangnya 200 mm dibuat lurus dan dipipihkan. Pada bagian ujung pipa yang dipipihkan diberi lubang untuk pemasangan baut dan mur pada pipa water heater yang dibuat melingkar.
3.4.6 Pembuatan Tabung Luar dan Tabung Dalam
Pembuatan rangka tabung dalam dan tabung luar, tinggi tabung dalam dan tabung luar 300 mm dengan dua besi strip penyangga pada masing-masing tabung, kemudian dilanjutkan dengan proses pemasangan plat galvalum. Pertama-tama pada tabung dalam dan kondisi pipa tembaga beserta sirip telah dimasukan pada rangka tabung dalam, ukuran pada plat galvalum yang diperlukan untuk tabung dalam berukuran 870 mm x 300 mm, pada plat strip penyangga rangka lekatkan plat galvalum kemudian dilakukan proses pemboran berjumlah 5 titik dengan jarak tiap titik 60 mm pada tiap titik kemudian diberi paku rivet, jika pemasangan hampir menutupi rangka maka dilakukan pemotongan seng untuk jalur keluar dan masuk pipa tembaga. Setelah proses berlangsung dilakukan proses pengeboran pada besi nako dan dipasangi paku rivet. Proses untuk bagian luar hampir sama namun ukuran luas plat galvalum yang berbeda, rangka luar membutuhkan plat galvalum berukuran 975 mm x 300 mm.
3.4.7 Saluran Udara Masuk
47 3.4.8 Pembuatan Dudukan Pipa
Memotong plat strip dengan panjang 20 mm sebanyak dua buah untuk dudukan pipa tembaga di bagian dalam hal ini dimaksudkan agar pipa tidak banyak bergerak pada saat diangkat atau pada saat di pindahkan. Pemasangan plat strip yang panjangnya 20 mm menggunakan las listrik pada bagian atas dan bagian bawah pipa tembaga.
.
3.4.9 Tabung Udara Dalam
Pembuatan tabung dalam dibuat menyerupai tabung sekaligus sebagai penutup tabung yang ada pada permukaan bagian dalam yang diberi lubang udara, ukuran tinggi tabung dalam setinggi 290 mm dan berdiameter 110 mm.
3.4.10 Pemasangan Kompor
Pemasangan kompor ini cukup sederhana, hanya pemasangan tungku besar dan kompor gasnya disesuaikan.
3.4.11 Cara Kerja Water Heater
48
tetapi jika dilihat dari segi ekonomi, tembaga lebih murah dibandingkan kunigan alumunium dan perak.
Mekanisme perpindahan kalor yang terjadi pada water heater yaitu perpindahan kalor secara konduksi dan perpindahan kalor konveksi. Proses yang terjadi pada saat nyala api menyentuh pipa tembaga, dari pangkal pipa dan memindahkan panasnya ke seluruh lengkungan pipa, proses ini disebut perpindahan kalor secara konduksi dan perpindahan panas secara konveksi terjadi dari pipa tembaga ke air yang mengalir.
3.5 Hasil Pembuatan
Hasil pembuatan water heater dengan panjang pipa 10 meter dan diameter pipa 0,5 inchi tanpa penutup atas dan dengan penutup atas dapat dilihat pada lampiran
3.6 Kesulitan Dalam Pengerjaan
Adapun kesulitan-kesulitan dalam pengerjaan water heater, antara lain sebagai berikut :
a. Memasukan pipa tembaga kebagian water heater.
b. Pembentukkan pipa melingkar atau spiral, mengalami kesulitan pada saat melengkungkan pipa tembaga agar dapat bentuk spiral.
c. Membuat tabung bagian dalam dengan diameter 110 mm yang digunakan untuk perbandingkan data antara dua tabung dengan tiga tabung.
49
3.7 Pengujian Alat Water Heater dengan Panjang Pipa 10 Meter dan Diameter Pipa 0,5 Inchi dengan menggunakan 3 tabung.
Pada pengujian ini alat menggunakan 3 tabung, burner memerlukan pasokan gas dari tabung LPG untuk melakukan proses pembakaran, kemudian
[image:76.595.101.505.271.638.2]water heater diletakan diatas burner dengan meletakan dudukan burner dengan tabung bagian luar sejajar, hal ini dimaksudkan agar pada proses pembakaran api dapat membakar pipa-pipa tembaga dengan baik didalam tabung water heater. Pada tiap lubang pipa masuk dan keluar diberi selang, pada pipa masuk disambungkan ke pada kran air yang mengalir.
Gambar 3.13 Pengambilan data
50
51
BAB IV
METODOLOGI PENELITIAN
4.1. Objek Penelitian
Objek yang diteliti adalah water heater yang merupakan hasil rancangan sendiri water heater dengan panjang pipa 10 meter dan diameter pipa 0,5 inchi tanpa penutup atas dan dengan penutup atas.
4.2. Skematis Pengujian
[image:78.595.106.506.267.692.2]Skematis pengujian pada water heater disajikan pada Gambar 4.1.
52 Keterangan :
1. Keran saluran air
2. Tabung yang berisi Gas LPG 3. Kompor
4. APPA 5.1
5. Water Heater
6. Gelas Ukur 7. Stopwatch
8. Regulator gas LPG
Untuk mengalirkan air menuju alat water heater diperlukan adanya air yang diambil dari menara air . Kran digunakan sebagai pengatur jumlah debit air yang digunakan untuk mengaliri air ke water heater. LPG digunakan sebagai bahan bakar kompor untuk memanasi air yang mengalir di dalam water heater. Untuk mengukur suhu air masuk (input) dan suhu air keluar (output) menggunakan APPA 5.1 termokopel digital.
4.3. Variasi Penelitian
Variasi penelitian dilakukan terhadap debit gas yang dipergunakan pada saat pembakaran gas LPG :
1. Posisi regulator maksimum 2. Posisi regulator medium 3. Posisi regulator low
4.4. Peralatan Pengujian
Pada pengujian water heater, diperlukan beberapa alat bantu, adapun peralatan tersebut adalah:
