I
WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 20 METER
DAN 300 LUBANG MASUK UDARA PADA DINDING LUAR
TUGAS AKHIR
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
Mencapai derajat Sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Jurusan Teknik Mesin
diajukan oleh :
PRATAMA H. PUTRA
085214016
Kepada
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
II
WATER HEATER WITH PIPE 20 METERS IN LENGTH
AND 300 HOLES OF AIR INLET ON THE OUTER WALL
THE FINAL PROJECT
To fullfi partial requirements for
an undergraduated degree S-1
in Mechanical Engineering
Department of Mechanical Engineering
Submitted by :
PRATAMA H. PUTRA
085214016
TO
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
a i
PERT\^YATAAN
KEASLIAN
KARYA
Dengan ini kami menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak menuat karya
yang pemah diajukan disuatu perguruan tinggi, dan sepa4iang pengetahuan kami
juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh
*aog
lain" kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskatrini
dan disebutkan datam daftBr pustaka.Yogyakarta" 19 Juli 2012
Pratama Handaka Putra
LEMBAR PER}IYATAAi\I PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA
ILMAH
IJNTUK KEPENTINGAI\{ AKADENdISYang bertandatangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma
Nama
: PratamaHandakaPutraNomorMahasiswa : 085214016
Demi pengembangan ilmu pengetatruan, saya memberikan kepada Perpustakaan
Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul :
WATER TTEATER DENGAIY
PANJANGPIPA
20 METER DAI{
3OOLUBANG MASUKUDARA PADA
DIIDING
LUARBeser&a perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media
lain,
mengelolanya dalam bentuk datamendistribusikan secara terbatas dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta izin dari saya maupun
memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan rulma saya sebagai
penulis.
Demikian pe.myataanin yarrg sayabuat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, 30 juli 2012
Yang menyatakan,
Pratama Handaka Pufa
VII
ABSTRAK
Saat ini kebutuhan akan air hangat/panas untuk keperluan mandi semakin meningkat. Efisiensi waktu dalam mendapatkan air hangat/panas sangat penting bagi sebagian besar masyarakat, maka dari itu water heater menjadi alat rumah tangga yang banyak digunakan karena praktis dalam penggunaannya. Tujuan penelitian ini adalah (a) merancang dan membuat water heater, (b) mendapatkan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater, (c) mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor yang diterima air dan (d) mendapatkan hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater.
Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding luar 25 cm, diameter pada dinding dalam 20 cm, panjang pipa 20 meter, diameter bahan pipa 3/8 inci, 300 lubang masuk udara pada dinding luar, 1005 lubang pada dinding dalam water heater, dan 6 buah sirip dari pipa berdiameter 3/8 inci. Variasi yang dilakukan pada besarnya debit air masuk water heater dan untuk mendapatkan data penelitian dilakukan di laboratorium.
Hasil dari penelitian didapatkan (a) Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran, yang mampu menghasilkan air panas dengan temperatur 42,9 oC pada debit 10 liter/menit. (b) Hubungan antara debit air yang mengalir (m) dengan temperatur air keluar water heater (To) dapat dinyatakan dengan persamaan To= -0,027m3+1,126m2-16,52m+129,9 (m dalam
liter/menit, To dalam °C) dan R2= 0,997. (c) Hubungan antara debit air yang
mengalir dengan laju perpindahan kalor dinyatakan dengan persamaan Qair =
17,09m3- 489m2 + 439m + 3654 (m dalam liter/menit, Qair dalam watt) dan R2 =
0,94. (d) Hubungan antara debit air yang mengalir dengan efisiensi water heater
dapatdinyatakan dengan persamaan ɳ = 0,077m3- 2,208m2 + 19,84m + 16,50 (m dalam liter/menit, ɳ dalam persen) danR² = 0,94.
VIII
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
berkat, rahmat dan bimbinganNya selalu, hingga terselesaikannya penyusunan
Tugas Akhir, tentang “Water Heater dengan Panjang Pipa 20 Meter
dan 300 Lubang Masuk Udara pada dinding Luar” ini. Dalam penulisan Tugas
Akhir ini, membahas mengenai garis besar tentang Water heater dengan panjang
pipa 20 meter dan 300 lubang masuk udara pada dinding luar. Water heater ini
diharapkan dapat digunakan sebagai salah satu alat yang dapat digunakan
dikehidupan sehari - hari dan juga bermanfaat bagi kegiatan produksi dalam skala
industri. Dalam pemilihan bahan dan ukuran, penulis menggunakan acuan
Standar SI.
Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih atas segala
bantuan sehingga laporan ini dapat terselesaikan pada waktunya, kepada :
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si, M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains
dan Teknologi.
2. Ir. PK. Purwadi, M.T. selaku Dosen Pembimbing TA dan selaku Ketua
Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi.
3. Yosef Agung Cahyanta, S.T, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.
4. Kedua orang tua saya tercinta, Ibu Anastasia Lusiana Muryani dan
Bapak Suhandaka Budianta yang telah memberi dukungan baik material
5. Saudara- Saudari saya terkasilt, Diah Lestari Dwi Astuti dan Immanuel
Ardi Tri Handaka
Kekasihku tercinta Imas Navisha Warda yang memberikan dorongan
semangat serta membantu agar segera terselesaikannya Tugas Ahir ini. Rekan
-
rekan mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata DharmaSeluruh Dosen dan karyawan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Tugas
Akhir
ini baru permulaan dan masih banyak kekurangan danperlu pembefiahan. Oleh karena itu *sitik dan saran yang membangun dari
semua pihak ditedma penulis dengan senang hati. Akhir kata semoga karya tulis ini dapat bermanfaat bagi para pembaca pada umumnya. Terima Kasih.
7.
8.
Yogyal$rra 19 hrli20l2
X
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ………... I
HALAMAN PENGESAHAN ………... IV
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA……… V
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI... VI
ABSTRAK ... VII
KATA PENGANTAR ………... VIII
DAFTAR ISI ………... X
DAFTAR GAMBAR ………... XIII
DAFTAR TABEL ………... XV
NOTASI ……….... XVI
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang ………... 1
1.2. Tujuan ………... 4
1.3. Batasan Masalah ………... 5
1.4. Manfaat ………... 5
BAB II DASAR TEORI 2.1 Dasar Teori 2.1.1 Saluran Air ...………... 6
XI
2.1.2 Sirip ...………... 7
2.1.3 Bahan Bakar ……….... 9
2.1.4 Kebutuhan Udara ………... 11
2.1.5 Saluran Gas Buang ………... 12
2.1.6 Sumber Api ...………... 13
2.1.7 Isolator ...………... 15
2.1.8 Laju Aliran Kalor ...……….... 17
2.1.9 Efisiensi Water Heater ...……….... 18
2.1 Referensi ... 19
BAB III METODE PERANCANGAN DAN PEMBUATAN 3.1 Rancangan Alat Water Heater 3.1.1 Gambar Rancangan ……….. 22
3.1.2 Cara Kerja ...………... 25
3.1.3 Skema Pengujian ………... 25
3.2 Proses Pembuatan Alat 3.2.1 Sarana dan Alat-alat yang Digunakan ………... 26
3.2.2 Langkah - Langkah Pengerjaan ………... 26
3.3 Kesulitan dalam Pengerjaan ……….... 34
3.4 Peralatan Uji Coba ………... 35
3.5 Prinsip Kerja Water Heater ………... 37
XII
3.7 Langkah Pengambilan Data dan Pengolahan Data ……….... 38
3.8 Rumus - Rumus yang Digunakan ...……... 39
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Pengujian ... 40
4.2 Perhitungan Hasil Pengujian
4.2.1 Perhitungan Perpindahan Kalor (q) ...…... 41
4.2.2 Perhitungan Efisiensi Pemakaian Kompor gas (ɳ) ... 43
4.3 Hasil Pengambilan Data dalam Bentuk Grafik dan Pembahasan
4.3.1 Hasil Pengambilan Data dalam Bentuk Grafik ... 44
4.3.2 Pembahasan ……… 46
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1Kesimpulan ………... 49
5.2 Saran ………... 50
DAFTAR PUSTAKA
XIII
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Pemakaian Noritz heat exchanger pada gas water heater
Gambar 1.2 Gas Water heater tipe konvensional
Gambar 2.1 Grafik Efisiensi Sirip Siku Empat dan Segitiga (Holman,1993)
Gambar 2.2 Grafik Efisiensi Sirip Siku Empat (Holman,1993)
Gambar 2.3 Kompor gas Rinnai dan regulator Miyako
Gambar 2.4 Kompor gas Quantum
Gambar 2.5 Kompor gas dengan regulator Savequam
Gambar 2.6 Konduktifitas Termal Beberapa Gas (Sumber:
eprints.undip.ac.id/27613/1/2009.pdf)
Gambar 2.7 Perpindahan kalor menyeluruh dinyatakan dengan beda suhu
Gambar 2.8 Water Heater SMALES
Gambar 2.9 Water Heater Rinnai V1500
Gambar 2.10 Water HeaterModena GI-6
Gambar 3.1 Casing Tabung Luar
Gambar 3.2 Casing Tabung Bagian Dalam
Gambar 3.3 Water heater Tampak Bawah
Gambar 3.4 Water heater Tampak Atas
XIV
Gambar 3.6 Pipa Spiral dengan Sirip Tampak Depan
Gambar 3.7 Skema Rangkaian Alat
Gambar 3.8 Alat untuk pengerolan dan pemotongan pipa tembaga
Gambar 3.9 Cara pengerolan pipa tembaga
Gambar 3.10 Pipa yang sudah dirol
Gambar 3.11 Proses pemotongan pipa untuk sirip
Gambar 3.12 Hasil sirip yang telah dipotong dan diluruskan
Gambar 3.13 Sirip yang telah dipasang
Gambar 3.14 Lubang udara untuk tabung dalam
Gambar 3.15 Lubang udara untuk tabung luar
Gambar 3.16 Bahan dasar pembuatan tabung
Gambar 3.17 Tabung bagian dalam dan luar water heater
Gambar 3.18 Pemasangan pipa tembaga pada rangka
Gambar 3.19 Penginstalan kompor dan tungku
Gambar 3.20 Gas LPG, Stopwatch, dan Thermokopel
Gambar 3.21 Gelas ukur
Gambar 4.1 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar
Gambar 4.2 Hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor
XV
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Perbandingan Daya Pemanasan dan Efisiensi Alat Masak LPG
dengan Bahan Bakar Lain
Tabel 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normal (Sumber :
repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/16641/4/Chapter
20I.pdf)
Tabel 2.3 Konduktifitas Termal Beberapa media ºC (Holman,1993)
Tabel 4.1 Data pengujian water heater
Tabel 4.2 Data Laju Aliran Massa dan Kalor
XVI
DAFTAR NOTASI
r = Jari-jari atau jarak, m
d = Diameter, m
ΔT = Perubahan temperatur, °C
T = Temperatur, °C
V = Volume, m
Qair = Laju perpindahan kalor yang diterima air watt
3
Qgas = Laju kalor yang diberikan gas watt
ɳ = Efisiensi water heater %
k = Konduktifitas termal, W/mo
h = Koefisien perpindahan kalor konveksi W/m
C
2o
m = Laju aliran massa, kg/s
C
cp = Kalor jenis air yang mengalir pada tekanan tetap J/kg.o
T
C
i = Temperatur air masuk saluran pipa o
T
C
o = Temperatur air keluar saluran pipa o
Q = Debit air L/menit
C
u
m
ρ = Densitas atau massa jenis kg/m
= Kecepatan aliran air, m/detik
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Ilmu pengetahuan dan teknologi pada era ini menjadi faktor penting dan
tidak dapat terpisahkan dalam usaha untuk peningkatan teknologi serta
kesejahteraan setiap masyarakat. Seperti halnya pada tingkat kebutuhan
masyarakat terhadap alat-alat yang dapat bekerja secara otomatis, efisien dan
hemat energi saat ini semakin meningkat. Tidak hanya pada industri besar,
industri menengah, industri kecil, tetapi juga pada rumah tangga yang
menginginkan kemudahan dan hemat biaya dalam memenuhi kebutuhan maupun
menyelesaikan pekerjaan, contohnya pada penggunaan water heater.
Saat ini kebutuhan akan air hangat/panas untuk keperluan mandi semakin
meningkat di setiap rumah, terlebih lagi seperti masyarakat yang tinggal
lingkungan yang bertemperatur rendah/di daerah pegunungan, keluarga yang
memerlukan air hangat untuk keperluan mandi anak balita dan kebutuhan mandi /
relaksasi bagi para pegawai setelah pulang dari kantor. Efesiensi waktu dalam
mendapatkan air hangat/panas sangat penting bagi sebagian besar masyarakat saat
ini, maka dari itu water heater merupakan alat rumah tangga yang banyak
digunakan karena praktis dalam penggunaannya. Alat ini dapat menghasilkan air
panas/hangat untuk kebutuhan mandi secara cepat, sehingga untuk mendapatkan
air panas/hangat tidak lagi dengan cara konvensional seperti merebus air seperti
2
Water heater pada proyek kali ini berbeda dengan water heater yang
sudah ada, dalam hal kontrol suhu, pemakaian energi, serta waktu yang
dibutuhkan untuk memanaskan air. Water heater dilengkapi dengan kontrol suhu,
air yang dipanaskan selalu berubah setelah air panas dalam water heater diambil
dan membutuhkan waktu yang sedikit berbeda untuk memanaskan air. Hal
tersebut bisa dipengaruhi oleh suhu udara dan jenis kompor yang digunakan.
Didasarkan atas pertimbangan kebutuhan pemanfaatan akan fungsinya,
pertimbangan ekonomi, pertimbangan efisiensi, kepraktisan dan instan. Maka
dewasa ini telah banyak masyarakat yang menggunakan alat-alat yang
mengutamakan kenyamanan, kepraktisan dan instan, seperti water heater.
Ada tiga macam jenis pemanas air antara lain pemanas air menggunakan
tenaga Sinar Matahari atau lebih di kenal dengan sebutan solar cell, tenaga gas
dan tenaga listrik. Pemanas air dengan Sinar Matahari (Solar cell), mudah
diterapkan pada negara tropis karena memanfaatkan energi gratis dan tak terbatas
dari panas matahari yang bersinar sepanjang tahun. Namun pemasangannya yang
rumit (dipasang pada bagian atap rumah) dan bergantung pada banyaknya
sedikitnya panas sinar matahari sehingga terbatas penggunaannya (volume air
panas yang dapat dipergunakan) menjadi kekurangan pada water heater jenis ini.
Bila terjadi cuaca yang tidak mendukung, pemanas air tidak dapat lagi digunakan
terutama di daerah pegunungan dingin yang sedikit mendapatkan penyinaran
matahari. Selain itu, di lihat dari sisi ekonomi, water heater jenis ini lebih mahal
dibandingkan dengan water heater lainnya. Sedangkan untuk water heater tenaga
3
penggunaannya lebih praktis dibandingkan pemanas air dengan menggunakan
tenaga surya. Namun kekuranganya yaitu apabila terjadi pemadaman listrik, maka
water heater jenis ini tidak dapat digunakan dan perbaikan kerusakan alat ini
cukup sulit, sehingga menambah biaya yang cukup banyak tetapi hasil yang
diharapkan tidak seperti yang diharapkan. Kemudian volume air panas yang
dihasilkan juga tertentu. Ketika air panas habis maka untuk mendapatkan air panas
kembali diperlukan waktu, sehingga tidak efisien waktu. Water heater dengan
menggunakan gas LPG dianggap paling irit, hemat, praktis, dan instan karena
penggunaan yang tidak terlalu sulit dan hal yang terpenting adalah tidak perlu
menunggu waktu yang lama untuk memperoleh hasilnya, karena konsep kerjanya
seperti kompor gas dirumah, penggunaannya menimbulkan panas. Kerugian dari
pemanas air tenaga gas LPG, harus menjaga secara hati-hati agar tabung gas tidak
mengalami kebocoran yang mengakibatkan bahaya ledakan.
Gambar-gambar yang tersaji pada Gambar 1.1 dan 1.2 menampilkan
contoh gambar water heater yang ada di pasaran.
4
Gambar 1.2 Gas Water heater tipe konvensional
Jenis-jenis water heater pada Gambar 1.1 dan 1.2 tersebut menggunakan
gas sebagai bahan bakar. Gas yang dipergunakan adalah LPG (Liquified
Petroleum Gas).
1.2 TUJUAN
Tujuan Tugas Akhir ini adalah :
a. Merancang dan membuat water heater.
b. Mendapatkan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water
heater.
c. Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor
yang diterima air.
5
1.3 Batasan Masalah
Pembuatan water heater dengan memperhatikan batasan – batasan sebagai
berikut :
a. Tinggi water heater : 90 cm, diameter luar : 25 cm, dengan panjang
pipa tembaga : 20 m, dengan 2 lintasan.
b. Jumlah dinding plat : 2 lapis, plat lapis dalam mempunyai jumlah
lubang : 1005 buah dengan diameter : 2 mm dan plat luar mempunyai
jumlah lubang : 300 buah dengan diameter : 1 cm (setinggi 50 cm).
c. Bahan pipa dengan diameter : 0,9525 cm (= 3/8 inch)
d. Pipa bersirip dengan jumlah sirip : 6 dan panjang sirip 50 cm
e. Sirip dari pipa dengan diameter : 0,9525 cm (=3/8 inch)
f. Untuk suhu keluar lebih besar dari 38 °C, debit yang dihasilkan harus
lebih besar dari 10 liter/menit.
1.4Manfaat
Manfaat pembuatan water heater adalah sebagai berikut :
a. Efisiensi waktu untuk mendapatkan air panas / hangat dalam hal
keperluan mandi.
b. Memperluas dan menambah pengetahuan tentang pembuatan water
heater dengan bahan bakar LPG.
c. Dapat menjadi dasar perancangan water heater.
6
BAB II
DASAR TEORI
2.1Dasar Teori
2.1.1 Saluran Air
Pada umumnya saluran air berupa pipa. Ada beberapa pertimbangan dalam
perancangan pipa saluran air. Pertama, hambatan pipa saluran air diusahakan
kecil. Hambatan air ketika air mengalir di dalam saluran pipa diusahakan kecil.
Oleh karena itu dalam pembuatan pipa saluran air diusahakan tidak mengalami
pembelokan. Kalau terpaksa ada pembelokan, sudut pembelokan pipa
diusahakan tidak besar (menghindari sudut lebih besar dari 90o), pembelokan
diusahakan terjadi secara halus (misalnya pembelokan pipa dibuat melengkung
dengan radius tertentu, atau dibuat melingkar-lingkar). Hal ini dimaksudkan
agar daya pompa yang diperlukan untuk mendorong air kecil dan gesekan yang
terjadi antara fluida dan pipa semakin kecil. Kehalusan permukaan saluran pipa
bagian dalam juga dipilih yang baik. Semakin halus permukaan pipa bagian
dalam, semakin kecil gesekan yang terjadi atau semakin kecil daya pompa yang
diperlukan. Kedua, bahan pipa dipilih yang baik dalam memindahkan kalor.
Bahan diusahakan mampu mengalirkan kalor konduksi yang besar, mampu
memindahkan kalor yang diterima dari api ke fluida yang mengalir di dalam
pipa. Tentu juga harus mempertimbangkan harga dari pipa saluran air.
7
alumunium atau tembaga. Semakin tinggi nilai konduktivitas termal bahan,
semakin besar laju aliran kalornya. Ketiga, diameter pipa saluran air harus
dipilih sedemikian rupa. Semakin kecil diameter pipa, semakin besar hambatan
yang terjadi. Semakin kecil diameter ukuran pipa semakin besar daya pompa
yang diperlukan. Disisi lain, semakin kecil diameter saluran, suhu air yang
dihasilkan (suhu yang keluar dari water heater) akan semakin besar.
2.1.2 Sirip
Fungsi sirip adalah untuk memperluas permukaan dari benda yang
dipasangi sirip. Jika sirip dipasang di pipa saluran air yang akan dipanaskan,
maka sirip akan dapat membantu pipa saluran air dalam menangkap kalor yang
diberikan oleh nyala api dari kompor gas LPG. Semakin luas sirip yang akan
dipasang di pipa saluran air, akan semakin besar kalor yang akan dipindahkan ke
air. Dengan demikian pemasangan sirip akan berpengaruh terhadap suhu air
keluar water heater. Pemilihan bahan sirip juga berpengaruh terhadap besarnya
kalor yang dapat ditangkap. Semakin besar nilai konduktivitas termal bahan
8
Gambar 2.1 Grafik Efisiensi Sirip Siku Empat dan Segitiga (Holman,1993)
9
2.1.3 Bahan Bakar
Ada banyak jenis bahan bakar. Pada water heater jenis gas sebagian besar
bahan bakarnya adalah Liquified Petroleum Gas (LPG). LPG di Indonesia
dipasarkan oleh Pertamina dengan merek Elpiji. Ada tiga macam LPG yang
diproduksi Pertamina antara lain, LPG untuk keperluan rumah tangga, LPG gas
Propana dan LPG gas Butana. Dari ketiga jenis LPG, yang umum digunakan
untuk water heater adalah LPG untuk rumah tangga, yang komposisinya adalah
campuran antara Propana dan Butana.
Komponen utama bahan bakar LPG (dari hasil produksi kilang minyak
dan gas) adalah gas Propana
(
C3H8)
dan Butana(
C4H10)
, dengan komposisikurang lebih sebesar 99 %, selebihnya adalah gas Pentana
(
C5H12)
yangdicairkan. Perbandingan komposisi Propana dan Butana adalah 30 : 70. LPG
lebih berat dari udara dengan berat jenis sekitar 2,01 (dibandingkan dengan
udara). Tekanan uap LPG cair dalam tabung sekitar 5 – 6,2 2 cm
kg . Nilai kalori
sekitar : 21.000 BTU/lb. zat mercaptan umumnya ditambahkan ke LPG untuk
memberikan bau khas, supaya kalau terjadi kebocoran, dapat segera terdeteksi
dengan cepat dan mudah.
Reaksi pembakaran Propana
(
C3H8)
, jika terbakar sempurna adalahsebagai berikut :
8 3H
C + 5O2 → 3CO2 + 4H2O + panas
10
Menurut wilkipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut setara dengan
46000000 J/kg atau 46MJ/kg.
Reaksi pembakaran Butana
(
C4H10)
, jika terbakar sempurna adalahsebagai berikut :
2C4H10 + 13O2 → 8CO2 + 10H2O + panas
Butana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas
Menurut wilkipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut hampir sama
dengan Propana setara dengan 46 MJ/kg.
Sebagai gambaran : Untuk menaikkan 1 gram air sebesar 1°C
dibutuhkan energi sebesar 4.186 J. untuk menaikkan suhu 1 liter air dari suhu
ruangan (30°C) akan dibutuhkan energi sebesar 293.020 J. pada tahap ini, air
baru mencapai suhu 100°C dan belum mendidih. Diperlukan energi lagi sebesar
2257 J/gram air untuk merubah air menjadi uap. Pada kondisi udara luar, 1 kg
Propana memiliki volume sekitar 0,543 3
m . Satu kg elpiji memiliki energi yang
setara untuk mendidihkan air 90 L.
Tabel 2.1 memperlihatkan daya pemanasan dan efisiensi alat masak yang
11
Tabel 2.1 Perbandingan Daya Pemanasan dan Efisiensi Alat Masak LPG dengan Bahan Bakar Lain (Sumber:
aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-lpg-di-dapur-anda.pdf)
Bahan Bakar Daya Pemanasan Efisiensi alat masak
Kayu bakar 4.000 kkal/kg 15 %
Arang 8.000 kkal/kg 15 %
Minyak Tanah 11.000 kkal/kg 40 %
Gas Kota 8000 kkal/m3 55 %
Listrik 860 kkal/kwh 60 %
L P G 11.900 kkal/kg 60 %
2.1.4 Kebutuhan Udara
Di dalam proses pembakaran memerlukan oksigen. Pada proses
pembakaran bahan bakar untuk water heater dapat mempergunakan oksigen
yang dapat diambil dari udara bebas. Aliran udara yang diperlukan harus
dikondisikan sedemikian rupa agar api yang diperlukan dalam proses
pembakaran mendapatkan kebutuhan udara yang cukup. Kekurangan oksigen
dapat mengakibatkan nyala api tidak sesuai dengan apa yang diinginkan.
Kekurangan kebutuhan udara dapat menyebabkan kalor yang dipindahkan ke air
kurang. Kelebihan oksigen juga mengakibatkan kecilnya panas yang dapat
diserap oleh pipa. Bentuk api atau nyala api diusahakan mampu memberikan
12
Dengan kata lain, akan didapatkan suhu air keluar dari pemanas air kurang
tinggi. Komponen udara terdiri dari oksigen, nitrogen dan gas lainnya. Berikut
adalah komposisi udara yang tersaji dalam Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normal (Sumber :
repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/16641/4/Chapter 20I.pdf)
No Udara Komposisi (%)
1 Nitrogen 78,1
2 Oksigen 20,93
3 Karbon dioksida 0,03
4 Gas lain 0,94
2.1.5 Saluran Gas Buang
Hasil pembakaran bahan bakar akan menghasilkan gas buang. Gas buang
yang dihasilkan berupa gas dan uap air yang keluar. Kemudian gas buang atau
gas asap harus diberikan jalan untuk keluar dari water heater agar nyala api tidak
terganggu. Perancangan gas buang harus mempertimbangkan besar kecilnya
debit gas buang yang terjadi. Dalam perancangan saluran gas buang, diusahakan
agar gas buang dapat mengalir keluar dengan lancar. Perlu diperhatikan juga,
penempatan lubang keluar dari gas buang, harus dipilih sedemikian rupa agar
tidak mengganggu pengguna dari water heater. Suhu gas buang akan
13
begitu besar perbedaannya antara suhu gas buang dengan suhu udara. Semakin
kecil perbedaan kalor yang diberikan sumber pemanas, maka semakin banyak
kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu air. Oleh karena itu, dalam
perancangan dan pembuatan saluran gas buang, diusahakan sedemikian rupa,
sehingga tidak banyak energi yang terbuang secara percuma. Ukuran lubang dan
posisi lubang keluaran sangat menentukan besarnya suhu gas asap yang keluar
dari water heater. Perancangan saluran gas buang ternyata juga menentukan
nyala api pembakaran yang dihasilkan. Jika saluran gas tidak terancang dengan
baik, misalnya gas buang tidak dapat keluar, maka tekanan gas buang yang
dihasilkan akan dapat menyebabkan api terdorong keluar dari ruang bakar. Api
tidak berfungsi dengan baik untuk memanaskan air. Tentunya dalam
perancangan ini dibutuhkan nyala api yang mampu memindahkan kalor yang
besar ke dalam air.
2.1.6 Sumber Api
Sumber nyala api dapat diambil dari kompor. Ada berbagai macam kompor
dengan bentuk geometri dan bahan bakar kompor yang berbeda. Bahan bakar
kompor juga menentukan titik nyala api. Ada kompor yang mampu memberikan
api yang besar tetapi ada pula yang mampu memberikan api yang kecil. Pada
kenyataanya setiap kompor menghasilkan bentuk api dan besar api yang khas.
Semakin banyak api yang mampu dihasilkan kompor dan semakin banyak api
yang mampu menyentuh sistem saluran pipa air dengan siripnya, tentu akan
semakin besar kalor yang dapat dipindahkan ke dalam air melalui saluran pipa
air. Dengan catatan proses pembakaran yang terjadi dalam peralatan water
14
yang berbahan bakar LPG yang tersaji pada Gambar 2.3, Gambar 2.4 dan
[image:30.595.70.519.163.658.2]Gambar 2.5.
Gambar 2.3 Kompor gas Rinnai dan regulator Miyako
15
Gambar 2.5 Kompor gas dengan regulator Savequam
2.1.7 Isolator
Isolator diperlukan agar kalor hasil pembakaran bahan bakar tidak banyak
keluar dari pemanas air. Oleh karena itu tabung dalam, dimana ruangan di
dalam tabung dalam digunakan untuk proses pembakaran, maka sebaiknya
permukaan sebelah luar dari tabung dalam diberi isolasi agar kalor hasil
pembakaran tidak keluar. Ada banyak macam isolasi. Udara adalah salah satu
isolator panas yang cukup murah dan mudah didapat. Jika dipergunakan udara
sebagai isolator, maka pemasukan udara untuk keperluan pembakaran dapat
melalui lubang– lubang yang dibuat di dinding tabung dalam. Adapun sifat-
sifat fisik udara adalah ekspansi (peningkatan volume massa udara dengan
mengurangi tekanan yang diberikan oleh suatu kekuatan atau karena
penambahan panas), aliran (aliran udara dari tempat yang konsentrasi tinggi ke
salah satu konsentrasi yang lebih rendah tanpa pengeluaran energi), kontraksi
(mengurangi volume udara yang didorong dengan paksa, tetapi volume
16
(gaya yang diberikan oleh udara semua badan), volume (ruang yang ditempati
oleh udara), dan memiliki massa. Udara sendiri memiliki nilai konduktifitas
[image:32.595.71.522.163.695.2]termal sebesar k = 0,024 W/m °C.
Gambar 2.6 Konduktifitas Termal Beberapa Gas (Sumber:
eprints.undip.ac.id/27613/1/0190-ba-ft-2009.pdf)
Tabel 2.3 Konduktifitas Termal Beberapa media (Holman, 1993)
Gas Konduktifitas Termal (k) W/m.ºC Btu/h. ft. ºF
Batu pasir 1,83 1,058
Wol kaca 0,038 0,022
Udara 0,024 0,0139
Uap air (jenuh) 0,0206 0,0119
17
2.1.8 Laju Aliran Kalor
Ketika air mengalir dalam pipa, kecepatan aliran air dapat dihitung dengan
persamaan (2.1)
�
�=
��.�=
�.���2 ... (2.1)dengan
m = laju aliran massa (kg/s)
ρ = massa jenis air (kg/m3
u
)
m
r = jari-jari pipa (m) = kecepatan aliran (m/s)
atau dapat dinyatakan dengan persamaan (2.2).
m = (ρπd2um
dengan
)/4 ………...
(2.2)
d = diameter pipa (m)
[image:33.595.72.521.172.667.2]
Gambar 2.7 Perpindahan kalor menyeluruh dinyatakan dengan beda suhu
18
Qair = mcp(To-Ti
dengan
)
...………...(2.3)
Qair
m = laju aliran massa (kg/s) = kalor yang dihasilkan (watt)
Ti = temperatur air masuk (o
T
C)
o = temperatur air keluar (o
C
C)
p= kalor jenis air yan mengalir pada tekanan tetap (J/kg ºC)
dengan nilai Cp
Jika satuan debit dalam liter/menit, maka satuan debit harus dikonversikan
dalam satuan kg/detik. Jika 1 liter air = 1 kg.
sepanjang aliran itu tetap.
� =������
����� = ������
60 ����� =
���
60 ����� ...(2.4)
Kalor yang diberikan gas LPG dapat dihitung dengan persamaan (2.5)
Qgas = mgas × Cgas
dengan
...(2.5)
Qgas
m
= kalor yang keluar (watt)
gas
C
= gas elpiji terpakai (kg/s)
gas
(lihat data- data pada Tabel 2.1)
= nilai kalor jenis gas elpiji (J/kg), (1kkal = 4186,6 J)
2.1.9 Efisiensi Water Heater
19 ɳ = (Qair/Qgas)×100%
...(2.6)
dengan
ɳ = efisiensi water heater (%)
Qair
Q
= kalor yang dihasilkan (watt)
gas
2.2 Referensi
= kalor yang keluar (watt)
Water heater yang ditawarkan dipasaran bermacam - macam misalnya, dari
model bentuk, kapasitas air yang mengalir, dan juga sumber bahan bakar yang
digunakan. Sumber bahan bakar yang digunakan dalam water heater misalnya,
LPG, energi listrik, energi matahari, biogas, dan masih banyak lagi. Untuk debit
air per menit juga bermacam - macam, kebanyakan yang dipakai dirumah
berkapasitas 6 - 8 L/menit, sedangkan untuk kapasitas yang lebih besar biasanya
digunakan di hotel.
Referensi dalam pembuatan water heater bahan bakar gas LPG mengacu
pada beberapa water heater yang berada di pasaran, seperti tersaji pada Gambar
2.4, Gambar 2.5 dan Gambar 2.6 dengan spesifikasinya. Sebenarnya banyak
sekali water heater yang berbahan bakar LPG yang ada di pasaran, tetapi hanya
20
[image:36.595.69.522.150.669.2]a. Gas Water Heater Smales seri JLG22-BV8
Gambar 2.8 Water Heater SMALES
Spesifikasi :
• Model : JLG22-BV8
• Kapasitas maksimum : 6 L/menit
• Berat : 37 kg
• Dimensi Luar : 740 x 430 x 248mm
• Tipe Gas : NG LPG
• Jangkauan Temperatur : 40°C - 80°C
21
Gambar 2.9Water Heater Rinnai V1500
Spesifikasi :
• Gas Input : Low 18 MJ/h
• Kapasitas Maksimum : 16 L/menit
• Berat : 15 kg
• Dimensi Luar : 530 x 350 x 194mm
• Jangkauan Temperatur : 13 tahap dari 37°C - 55°C
• Tipe Gas : AGA atau LPG
22
Gambar 2.10 Water HeaterModena GI-6
Spesifikasi :
• Gas Input : Low 0.6 kg/h
• Kapasitas Maksimum : 6 L/menit
• Berat : 15 kg
• Dimensi Luar : 740 x 430 x 248mm
• Jangkauan Temperatur : 65°C
• Tipe Gas : NG LPG
BAB III
METODE PERANCANGAN DAN PEMBUATAN
3.1 Rancangan Alat Water Heater
Untuk memudahkan pembuatan water heater ini, dibuatlah rancangan
yang tersaji pada Gambar 3.1 sampai dengan Gambar 3.6, serta penjelasan
bagaimana cara kerja water heater ini yang disajikan pada sub bab 3.1.2.
3.1.1 Gambar Rancangan
Berikut gambar rancangan water heater yang tersaji pada Gambar 3.1
23
Gambar 3.1 Casing Tabung Luar.
24
Gambar 3.3 Water heater Tampak Bawah.
25
[image:41.595.72.521.147.647.2]Gambar 3.5 Pipa Spiral Tampak Depan.
Gambar 3.6 Pipa Spiral dengan Sirip Tampak Depan.
3.1.2 Cara Kerja
Cara kerja water heater cukup sederhana, pertama-tama pipa
spiral dipanaskan oleh api kompor, setelah beberapa saat, air
dialirkan melalui saluran pipa yang telah panas, proses
penambahan kalor akan terjadi, panas pada permukaan pipa akan
diserap oleh air yang mengalir (konveksi) sehingga suhu air akan
meningkat, sedangkan fungsi sirip disini sebagai penangkap panas
sehingga terjadi tambahan kalor yang cukup banyak dan kalor akan
26
terus mengalir ke permukaan pipa (konduksi) dan kemudian
menuju ke air yang mengalir (konveksi).
3.1.3 Skema Pengujian
Berikut adalah gambar skema pengujian alat water heater yang
[image:42.595.71.522.235.762.2]dibuat, disajikan pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7 Skema Rangkaian Alat.
3.2 Proses Pembuatan Alat
3.2.1 Sarana dan Alat-alat yang Digunakan
Sarana dan alat - alat utama yang digunakan untuk proses
pembuatan pemanas air ini adalah:
1. Mesin las
2. Mesin rol plat
3. Palu
4. Gunting
27 6. Obeng (- , +).
7. Penggaris.
8. Solder
9. Paku
10.Kawat besi
11.Jangka
3.2.2 Langkah - langkah Pengerjaan
Langkah - langkahnya sebagai berikut:
1. Perancangan
Dilakukan dengan membuat sektsa perencanaan dimensi dan
bentuk water heater yang sesuai dengan cara manual atau
menggunakan software.
2. Penyediaan bahan
Menentukan bahan dasar pembuatan water heater seperti plat
seng, dan pipa tembaga, kemudian membeli bahan sesuai
kebutuhan perancangan.
3. Menyiapkan bahan lain
Membeli alat-alat lainnya selain alat yang digunakan untuk
membuat pemanas air dan meminta izin atas peminjaman alat di
laboratorium.
28
Terdapat berbagai hal yang perlu dilakukan agar sesuai dengan
desain awal, yaitu sebagai berikut :
a. Pemotongan pipa tembaga
[image:44.595.69.520.195.685.2]Pemotongan pipa dilakukan agar sesuai dengan desain awal.
Gambar 3.8 Alat untuk pengerolan dan pemotongan pipa
tembaga.
b. Mengerol pipa
Proses pengerolan pipa menggunakan mesin rol pipa agar
pembuatan spiral sesuai dengan desain karena apabila
dilengkungkan secara manual kemungkinan besar pipa akan
29
Gambar 3.9 Cara pengerolan pipa tembaga.
Gambar 3.10 Pipa yang sudah dirol.
c. Menyambung pipa
Proses penyambungan pipa dengan las untuk mengatasi
adanya kebocoran. Penyambungan dilakukan sehingga
bentuk sesuai dengan rancangan awal.
30
Melakukan pemotongan dan pelurusan pada pipa tembaga
yang kemudian digunakan untuk membuat sirip sesuai
[image:46.595.69.521.177.682.2]dengan rencana disain awal.
Gambar 3.11 Proses pemotongan pipa untuk sirip.
Gambar 3.12 Hasil sirip yang telah dipotong dan diluruskan.
e. Pemasangan sirip pada pipa
Memasang sirip pada pipa tembaga secara manual
31
Gambar 3.13 Sirip yang telah dipasang.
f. Membuat saluran udara
Dalam proses pembakaran kebutuhan oksigen akan sangat
vital, suplai oksigen menentukan tinggi tidaknya kalor yang
dihasilkan. Maka dibuatlah lubang saluran udara agar kalor
yang dihasilkan bisa lebih maksimal. Selain itu lubang ini
32
Gambar 3.14 lubang udara untuk tabung dalam.
Gambar 3.15 Lubang udara untuk tabung luar.
g. Membuat tabung
Tabung dibuat dengan menggunakan mesin rol plat dan
kemudian dipatri, lalu permukaan tabung dilubangi
secukupnya dengan menggunakan mesin bor sebagai saluran
gas buang. Dalam pembuatannya tabung terdiri dari dua
33
berfungsi untuk mencegah udara panas dari proses
pemanasan terlalu banyak terbuang. Kemudian lapisan luar
berfungsi sebagai penutup serta terdapat lubang masuk udara
[image:49.595.70.520.204.723.2](lubang pada dinding luar) sebagai penyuplai oksigen.
Gambar 3.16 Bahan dasar pembuatan tabung.
34
h. Pemasangan pipa pada tabung
Memasang pipa pada tabung yang sudah selesai dibentuk,
kemudian melakukan pematrian pada tabung untuk membuat
[image:50.595.69.514.184.692.2]solid dinding tabung.
Gambar 3.18 Pemasangan pipa tembaga pada rangka.
i. Pemasangan kompor
Pemasangan kompor cukup sederhana, karena hanya proses
35
Gambar 3.19 Penginstalan kompor dan tungku.
3.3 Kesulitan dalam Pengerjaan
a. Proses pengerolan pipa tembaga tidak dapat secara manual, karena
pipa bisa patah/pipih, maka prosesnya menggunakan mesin rol.
b. Pembuatan tabung seng yang mengharuskan untuk dipatri karena
tidak memungkinkan melakukan pengelasan.
c. Pengelasan/penyambungan pipa jika tidak rapat/rapi maka akan
36
3.4 Peralatan Uji Coba
1. Bahan rancangan :
a) Pipa tembaga Ø 0,9525 cm, untuk mengalirkan air yang akan
dipanaskan.
b) Plat seng, sebagai casing utama / penutup pipa spiral
c) Pipa tembaga yang diluruskan , sebagai sirip yang ditempelkan
pada pipa tembaga.
2. Bahan yang dipanaskan dan sumber panas :
1) Air, sebagai fluida yang akan dipanaskan.
2) Komponen Gas LPG, sebagai bahan bakar yang digunakan.
3. Alat-alat yang dipergunakan :
a) Kompor, sebagai pengatur banyak sedikitnya gas yang
dikehendaki.
b) Termokopel, sebagai alat pengukur suhu fluida air yang masuk dan
keluar water heater.
c) Gelas ukur, sebagai penampung sekaligus mengukur debit air yang
keluar.
d) Kran, sebagai pengatur debit air.
e) Selang air, sebagai penyambung dari kran ke pipa tembaga.
f) Tungku sebagai tempat menyangga water heater.
g) Kalkulator dan alat tulis untuk menghitung serta mencatat data
yang dibutuhkan.
37
[image:53.595.77.518.117.665.2]i) Stopwatch, sebagai penunjuk waktu.
Gambar 3.20 Gas LPG, Stopwatch, dan Thermokopel.
38
3.5 Prinsip Kerja Water Heater
Langkah 1 : Proses penambahan kalor
Proses pemanasan diawali dengan pembakaran secara langsung dari
sumber bahan bakar pada komponen pipa. Proses ini membutuhkan waktu
beberapa saat untuk menunggu proses perpindahan kalor secara konveksi yang
terjadi dari sumber panas (api) dan udara sekitar api yang telah panas menuju ke
permukaan luar pipa spiral dan permukaan sirip dan mengalir menuju permukaan
dalam pipa.
Langkah 2 : Input
Mengalirkan fluida ke dalam pipa pemanas. Pada saat air mengalir pada
saluran pipa, akan menerima aliran kalor dari sumber panas. Kalor yang mengalir
dari sumber panas dan dari udara sekitar api yang telah panas kemudian ditangkap
oleh permukaan sirip (konveksi) dan dari permukaan sirip kemudian mengalir
menuju permukaan luar pipa (konduksi). Kalor terus mengalir dari permukaan
luar pipa menuju permukaan dalam pipa dan akhirnya mengalir ke fluida yang
bergerak (konveksi) sehingga temperatur air meningkat akibat kalor yang diserap.
Langkah 3 : Output
Setelah air menyerap kalor kemudian keluar melalui saluran output untuk
kemudian dimanfaatkan. Dalam hal ini, panas juga mengalir (konveksi) melalui
39
gas buang, melalui permukaan luar pipa output, melalui celah kompor menuju
udara sekitar dan panas menuju udara sekitar melalui air yang telah keluar.
3.6 Deskripsi Alat
Water heater ini memiliki desain yang cukup sederhana, dengan 5
komponen utama yaitu pipa spiral, casing, dudukan/pondasi, kompor dan tabung
gas. Pipa spiral dilengkapi dengan sirip tembaga, sehingga kalor yang ditransfer
dapat optimal. Casing dan dudukan/pondasi disambung dengan cara dipatri.
Saluran input menggunakan penghubung yaitu selang air sebagai saluran masuk
air dari kran menuju pipa input. Sumber bahan bakar menggunakan gas LPG 15,4
kg.
3.7 Langkah Pengambilan Data dan Pengolahan Data
Pengambilan data dilakukan 5 menit setelah proses penambahan
kalor pada pipa spiral ( 5 menit setelah kompor menyala ). Parameter yang
diukur adalah :
Parameter yang diukur
1. Temperatur air masuk
2. Temperatur air keluar
3. Debit aliran yang mengalir dalam water heater
40 1. Debit air yang keluar dari pipa Parameter yang dihitung
2. Kecepatan aliran air
3. Laju aliran massa
4. Laju aliran kalor yang diterima oleh air
5. Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG
6. Kalor yang dilepas LPG
7. Efisiensi water heater
3.8. Rumus - rumus yang Digunakan
1. Kecepatan aliran air dapat dihitung dengan mempergunakan persamaan
(2.1).
2. Laju aliran massa dapat dihitung dengan memakai persamaan (2.2).
3. Laju aliran kalor yang diterima air dapat dihitung dengan
mempergunakan persamaan (2.3).
4. Laju aliran kalor yang diberikan oleh gas elpiji dapat dihitung dengan
persamaan (2.5).
41
BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Pengujian
Hasil pengujian pemanas air, yang meliputi : debit air, suhu air masuk Ti,
suhu air keluar To disajikan pada Tabel 4.1. Pengujian dilakukan pada kondisi
tekanan udara luar. Aliran gas pada kompor gas diposisikan pada posisi
[image:57.595.74.521.244.669.2]maksimum. Air yang dipergunakan, adalah air kran.
Tabel 4.1 Data pengujian water heater
No Suhu air masuk Suhu air keluar ΔT Debit air
Ti(°C) To(°C) T(°C) ( �
����)
1 27 42,9 15,9 15
2 27 44,1 17,1 14,8
3 27 50,1 23,1 10
4 27 55,9 28,9 8,2
5 27 59,2 32,2 7
6 27 62,8 35,8 6,8
7 27 65 38 6
8 27 75,1 48,1 5,8
9 27 86 59 3,2
10 27 100,7 73,7 2,1
42
4.2 Perhitungan Hasil Pengujian
4.2.1 Perhitungan Laju Perpindahan Kalor (q)
Sebagai contoh perhitungan, diambil data-data hasil pengujian saat debit
aliran sebesar : 15 liter/menit atau 0,25 kg/detik.
a. Diketahui :
• Diameter pipa saluran 0,9525 cm (d = 0,009525 m)
• Jari-jari pipa saluran 0,004765 m
• Sifat air pada suhu 27 °C adalah
• Cgas = 11.900 kkal/kg°C
• mgas
• ρ = 1000 kg/m
= 800 gram/30 menit
3 , c
p
b. Kecepatan air (u
= 4179 J/kg.°C
m ) : det / ) 60 / ( 2 m r air debit pipa penampang luas air debit
um ρ π ρ
× =
× =
= (15/60) / (3,14 × 0,004765 × 1000)
= 3,9317 m/detik
c. Perhitungan laju aliran massa,
m = (ρπd2 um
m ={(1000 kg/m )/4
3 )×(3,14)×(0,009 m)2
m = 0,25 kg/detik
43
d. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air,
Qair = m Cp(To-Ti
= (0,25 kg/detik)×(4179 J/kg. )
o
C)×(42,9oC – 27o
Q
C)
air
e. Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas LPG = 16611,53 watt
Qgas = mgas × Cgas
= 22143,52 J/detik = 0,8
30×60× (11.900 × 4186,6)
[image:59.595.71.523.142.685.2]Hasil secara lengkap disajikan pada Tabel 4.2
Tabel 4.2 Data Laju Aliran Massa dan Kalor
No
Suhu air masuk Ti(°C)
Suhu air keluar To(°C)
ΔT T(°C) Debit air m (L/mnt) um (m/s) Qgas
(watt) Qair (watt)
1 27 42,9 15,9 15 3,932 22143,52 16611,53 2 27 44,1 17,1 14,8 3,879 22143,52 17627,02 3 27 50,1 23,1 10 2,621 22143,52 16089,15 4 27 55,9 28,9 7,9 2,071 22143,52 15901,79
5 27 59,2 32,2 7 1,835 22143,52 15699,11
6 27 62,8 35,8 6,7 1,756 22143,52 16706,25
7 27 65 38 6 1,573 22143,52 15880,2
8 27 75,1 48,1 4,8 1,258 22143,52 16080,79
9 27 86 59 3,2 0,839 22143,52 13149,92
44
4.2.2 Perhitungan Efisiensi Water Heater (ɳ)
Perhitungan efisiensi,
• Efisiensi (ɳ) :
ɳ= Qair
Qgas× 100%
ɳ=16611,53
22143,52 × 100%
ɳ = 75,016 %
Hasil semua perhitungan dari data-data yang diperoleh disajikan
[image:60.595.73.525.159.698.2]dalam Tabel 4.3
Tabel 4.3 Data Efisiensi Water Heater
No Suhu air masuk Ti(°C)
Suhu air keluar To(°C)
ΔT T(°C) Debit air m (L/mnt) u (m/s) m Qgas
(watt) Qair (watt)
efisiensi (ɳ)
1 27 42,9 15,9 15 3,932 22143,52 16611,53 75,016
2 27 44,1 17,1 14,8 3,879 22143,52 17627,02 79,604
3 27 50,1 23,1 10 2,621 22143,52 16089,15 72,659
4 27 55,9 28,9 7,9 2,071 22143,52 15901,79 71,812
5 27 59,2 32,2 7 1,835 22143,52 15699,11 70,897
6 27 62,8 35,8 6,7 1,756 22143,52 16706,25 75,445
7 27 65 38 6 1,573 22143,52 15880,2 71,715
8 27 75,1 48,1 4,8 1,258 22143,52 16080,79 72,621
9 27 86 59 3,2 0,839 22143,52 13149,92 59,385
45
4.3 Hasil Pengambilan Data dalam Bentuk Grafik dan Pembahasan
4.3.1 Hasil Pengambilan Data dalam Bentuk Grafik
Hasil pengujian dalam bentuk grafik dapat dilihat pada Gambar 4.1,
Gambar 4.2 dan Gambar 4.3. Gambar 4.1 memperlihatkan hubungan
antara debit air dengan suhu air keluar water heater. Gambar 4.2
[image:61.595.69.547.258.670.2]memperlihatkan hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor.
Gambar 4.3 memperlihatkan hubungan antara debit air dengan efisiensi
water heater.
Gambar 4.1 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater
To= -0,027m3+ 1,126m2- 16,52m + 129,9
R² = 0,997
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
0 2 4 6 8 10 12 14 16
To
(°
C)
46
Gambar 4.2 Hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor yang
diterima air
Gambar 4.3 Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater
Qair = 17,09m3- 489m2+ 4394m + 3654,
R² = 0,94
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Qa
ir
(wa
tt)
Debit air m (Liter/menit)
η= 0,077m3- 2,208m2+ 19,84m + 16,50
R² = 0,94
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0 2 4 6 8 10 12 14 16
47
4.3.2 Pembahasan
a. Water heater yang dibuat mampu menghasilkan suhu temperatur air keluar
42,9 °C -100,7 °C dengan kapasitas 2,1 liter∕menit - 15 liter∕menit. Dengan
memperhatikan spesifikasi water heater yang ada di pasaran, maka hasil
rancangan pemanas air yang dibuat mampu bersaing dengan water heater
yang ada di pasaran.Water heater yang dibuat untuk debit 6 liter/menit
mampu menghasilkan suhu air keluar sebesar 65 °C dan pada debit sebesar
15 liter/menit mampu menghasilkan suhu air keluar sebesar 42,9 °C.
b. Dari Gambar 4.1 didapatkan informasi bahwa debit air berpengaruh
terhadap tinggi rendahnya suhu air keluar dari water heater. Semakin
besar debit air yang masuk water heater maka temperatur air yang keluar
semakin rendah, sebaliknya jika debit air yang masuk water heater
semakin kecil maka temperatur air yang keluar akan semakin tinggi. Hal
ini dapat dijelaskan sebagai berikut, jika debit air rendah, maka volume
air persatuan waktu yang dipindahkan kecil. Jika kalor yang dialirkan oleh
bahan bakar gas LPG tetap, maka kalor tersebut menjadikan perbedaan
suhu antara air masuk dengan air keluar besar. Hal ini sesuai dengan
persamaan (2.3). Hubungan antara debit air dengan suhu keluar water
heater dinyatakan dengan persamaan berikut :
To= -0,027m3+1,126m2
R
-16,52m+129,9
2
48
Berlaku untuk nilai m antara 2,1 liter/menit sampai dengan 15 liter/menit
pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water
heater 27°C. Dengan karakteristik pemanas air ini, maka pemanas air hasil
rancangan dapat dipergunakan untuk keperluan mandi orang dewasa. Perlu
diketahui bahwa kenyamanan air untuk keperluan mandi, air hangat
berkisar pada suhu 38 oC sampai 40 o
c. Dari Gambar 4.2 didapatkan informasi besar debit air berpengaruh
terhadap besar laju aliran kalor yang diterima air. Untuk water heater
yang dibuat hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang
diterima air dapat dinyatakan dengan persamaan : C.
Qair = 17,09m3- 489m2
R
+ 439m + 3654
2
Berlaku untuk nilai m antara 2,1 liter/menit sampai dengan 15 liter/menit
pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water
heater sebesar 27°C. = 0,94
d. Pada Gambar 4.3 didapatkan informasi bahwa debit air yang mengalir
berpengaruh terhadap nilai efisiensi water heater. Untuk water heater
yang dibuat, hubungan antara debit air dengan efisiensi dapat dinyatakan
dengan persamaan :
ɳ = 0,077m3 -2,208m2 + 19,84m +16,50
49
Berlaku untuk nilai m antara 2,1 liter/menit sampai dengan 15 liter/menit
pada tekanan udara luar saat itu (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk
50
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari penelitian yang dilaksanakan, maka dapat diambil beberapa
kesimpulan sebagai berikut :
1. Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water
heater yang ada dipasaran, yang mampu menghasilkan air
panas dengan temperatur 42,9 o
2. Hubungan antara debit air yang mengalir (m) dengan
temperatur air keluar water heater (To) dapat dinyatakan
dengan persamaan :
C pada debit 15 liter/menit.
To= -0,027m3+1,126m2
(m dalam liter/menit, T dalam °C) -16,52m+129,9
R2
Berlaku untuk nilai m antara 2,1 liter/menit sampai dengan 15
liter/menit pada tekanan udara luar saat itu (sekitar 1 atm) dan
pada suhu air masuk water heater 27°C. = 0,997
3. Hubungan antara debit air yang mengalir dengan laju
perpindahan kalor dinyatakan dengan persamaan :
Qair = 17,09m3- 489m2
(m dalam liter/menit, Q
+ 439m + 3654
51 R2
Berlaku untuk nilai m antara 2,1 liter/menit sampai dengan 15
liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada
suhu air masuk water heater 27°C. = 0,94
4. Hubungan antara debit air yang mengalir dengan efisiensi
water heater dapatdinyatakan dengan persamaan :
ɳ = 0,077m3 - 2,208m2
(ɳ dalam %, m dalam liter/ menit)
R² = 0,94
+ 19,84m + 16,50
Berlaku untuk nilai m antara 2,1 liter/menit sampai dengan
15 liter/menit pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada
suhu air masuk water heater 27°C.
5.2 Saran
Adapun beberapa saran yang dapat menjadikan pengembangan dan
perbaikan pembuatan pemanas air :
a. Pemilihan bahan dalam pembuatan water heater berpengaruh terhadap
laju aliran kalor yang diterima air. Pilih bahan dengan kondiktivitas
termal yang tinggi mampu memindahkan kalor dengan baik, tetapi
secara ekonomi masih terjangkau.
b. Bentuk sirip berpengaruh terhadap hasil yang diperoleh. kontruksi atau
bentuk sirip dapat dirancang sedemikian rupa agar optimal dalam
52
c. Besar lubang keluar gas buang berpengaruh terhadap hasil yang
diperoleh. Perancangan yang tepat akan memberikan hasil yang optimal
d. Pemilihan diameter dan panjang pipa berpengaruh terhadap hasil yang
diperoleh. Pilih sesuai dengan kebutuhan.
e. Kebutuhan udara berpengaruh terhadap besarnya laju aliran kalor yang
diterima air. Rancang sedemikian rupa agar kebutuhan udara mampu
53
DAFTAR PUSTAKA
Holman, J.P, 1993, Perpindahan Kalor
Naga, Dali S, 1991,
, Edisi Keenam, Erlangga: Jakarta
Ilmu Panas, Edisi Kedua, Gunadarma: Jakarta
http://en.wikipedia.org/wiki/Water_heating
Anonim, aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-lpg-di-dapur-anda.pdf)
Santoso, A.U, 2003, Diktat Teknik Pembakaran, Fakultas Teknik Universitas
54
LAMPIRAN
VII
ABSTRAK
Saat ini kebutuhan akan air hangat/panas untuk keperluan mandi semakin meningkat. Efisiensi waktu dalam mendapatkan air hangat/panas sangat penting bagi sebagian besar masyarakat, maka dari itu water heater menjadi alat rumah
tangga yang banyak digunakan karena praktis dalam penggunaannya. Tujuan penelitian ini adalah (a) merancang dan membuat water heater, (b) mendapatkan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater, (c) mendapatkan
hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor yang diterima air dan (d) mendapatkan hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater.
Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada
dinding luar 25 cm, diameter pada dinding dalam 20 cm, panjang pipa 20 meter, diameter bahan pipa 3/8 inci, 300 lubang masuk udara pada dinding luar, 1005 lubang pada dinding dalam water heater, dan 6 buah sirip dari pipa berdiameter
3/8 inci. Variasi yang dilakukan pada besarnya debit air masuk water heater dan
untuk mendapatkan data penelitian dilakukan di laboratorium.
Hasil dari penelitian didapatkan (a) Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran, yang mampu menghasilkan air
panas dengan temperatur 42,9 oC pada debit 10 liter/menit. (b) Hubungan antara debit air yang mengalir (m) dengan temperatur air keluar water heater (To) dapat
dinyatakan dengan persamaan To= -0,027m3+1,126m2-16,52m+129,9 (m dalam
liter/menit, To dalam °C) dan R2= 0,997. (c) Hubungan antara debit air yang
mengalir dengan laju perpindahan kalor dinyatakan dengan persamaan Qair =
17,09m3- 489m2 + 439m + 3654 (m dalam liter/menit, Qair dalam watt) dan R2 =
0,94. (d) Hubungan antara debit air yang mengalir dengan efisiensi water heater
dapatdinyatakan dengan persamaan ɳ = 0,077m3- 2,208m2 + 19,84m + 16,50 (m dalam liter/menit, ɳ dalam persen) danR² = 0,94.