Karakteristik water heater dengan panjang pipa 14 meter, diameter pipa 0,5 inchi dan bersirip

(1)

KARAKTERISTIK

WATER HEATER

DENGAN PANJANG

PIPA 14 METER, DIAMETER 0,5 INCHI DAN BERSIRIP

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

Diajukan Oleh :

ROBBY DHARMA PANJILIE

105214038

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(2)

ii

CHARACTERISTICS OF THE WATER HEATER

WITH 14

METERS LENGTH OF PIPE, 0,5 INCHES DIAMETER AND

FINNED

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

To obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering

By:

ROBBY DHARMA PANJILIE

105214038

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2014

(3)

(4)

iv

(5)

v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi yang saya tulis ini

berjudul:

Karakteristik water heater dengan panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inchi

dan bersirip

tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di

suatu Perguruan Tinggi dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak terdapat

karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali

yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka

Yogyakarta, 21 Januari 2014

Penulis,

(6)

vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertandatangan di bawah ini, saya mahasiswa Univesitas Sanata

Dharma:

Nama : Robby Dharma Panjilie

NIM : 105214038

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

Karakteristik water heater dengan panjang pipa 14 meter, diameter 0,5

inchi dan bersirip

Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata

Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain,

mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan

mempublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa

perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama

tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian surat ini saya buat dengan sebenarnya.

Yang Menyatakan

Robby Dharma Panjilie

(7)

vii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan

karunianya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan baik.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat guna memperoleh gelar sarjana

teknik di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas

Sanata Dharma. Adapun judul skripsi ini adalah : Karakteristik water heater

dengan panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip.

Selesainya skripsi ini tentunya tidak lepas dari dorongan, perhatian dan

bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis menyampaikan terima kasih

kepada :

1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains

dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin

dan selaku Dosen Pembimbing I, yang telah memberikan dorongan, motivasi,

dan perhatian sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

3. Dr. Drs. Vet. Asan Damanik, M.Si., selaku Dosen Pembimbing Akademik.

4. Sekretariat Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

5. Para dosen dan staf Program Studi Teknik Mesin, terima kasih atas

bantuannya.

6. Shinto Roy Asmoro dan MM. Supinah selaku orang tua yang telah

memberikan dukungan, cinta kasih, dan menunjang segala kebutuhan.

7. Shelly Anggun Puspita, Aliessa Kusumastuti, dan Sandra Meylani, selaku

kakak dan adik.

8. Andika Ratna Intani S, yang telah memberikan banyak motivasi dan

semangat.

9. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Angkatan 2010.

10.Anggota kepanitiaan segala acara yang telah saya ikuti.

11.Yayasan Toyota Astra, yang telah banyak membantu memberi sumbangsih

dana terhadap penelitian ini.

(8)

viii

Semoga karya penelitian ini dapat memberikan manfaat dan berguna bagi

banyak pihak. Penulis menyadari karya ini masih banyak kekurangan, untuk itu

saran dan kritik yang membangun sangat penulis harapkan.

Penulis

(9)

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

LEMBAR PERSETUJUAN ... iii

LEMBAR PENGESAHAN ... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

HALAMAN PERNYATAAN PEMPUBLIKASIAN KARYA ... vi

KATA PENGANTAR ... vii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR TABEL ... xii

DAFTAR GAMBAR ... xiii

ABSTRAK ... xv

BAB 1. PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan Penelitian ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 3

1.4 Manfaat Penelitian ... 3

BAB 2. DASAR TEORI ... 5

2.1 DASAR TEORI ... 5

2.1.1 Perpindahan Kalor ... 5

2.1.1.1 Konduksi ... 5

2.1.1.2 Konveksi ... 5

2.1.1.3 Radiasi ... 6

2.1.2 Perancangan Pipa ... 6

2.1.3 Isolator ... 7

2.1.4 Sirip ... 8

2.1.5 Lpg ... 9

2.1.6 Saluran Udara Masuk ... 10

2.1.7 Saluran Gas Buang ... 11

(10)

x

2.1.9 Media Pembakar ... 12

2.1.10 Laju Aliran Kalor Yang Ditransfer Gas ... 13

2.1.11 Laju Aliran Kalor ... 14

2.1.12 Efisiensi ... 15

2.2 TINJAUAN PUSTAKA ... 15

2.2.1 Rangkaian Water heater Yang Ada Saat Ini ... 15

2.2.2 Water heater Dipasaran ... 17

2.2.3 Hasil Penelitian Water heater Gas Lpg ... 20

BAB III PEMBUATAN ALAT ... 22

3.1 Persiapan ... 22

3.2 Bahan Water heater ... 22

3.3 Sarana dan alat yang digunakan ... 24

3.4 Proses pembuatan alat ... 25

3.4.1 Persiapan ... 25

3.4.2 Persiapan Alat Dan Bahan ... 25

3.4.3 Pemotongan Pipa Tembaga ... 25

3.4.4 Pelingkaran Pipa ... 26

3.4.5 Pembuatan Tabung Dalam Dan Luar ... 27

3.4.6 Saluran Udara Masuk ... 28

3.4.7 Dudukan Water heater ... 28

3.4.8 Penutup Tabung ... 28

3.4.9 Tabung Udara Dalam ... 29

3.5 Hasil pembuatan ... 29

3.6 Kesulitan dalam pengerjaan ... 29

3.7 Pengujian ... 30

BAB IV METODE PENELITIAN ... 32

4.1 Benda uji ... 32

4.2 Skematik alat ... 32

(11)

xi

4.3 Alat bantu penelitian ... 33

4.4 Alur penelitian ... 34

4.5 Variasi penelitian ... 34

4.6 Cara mendapatkan data ... 34

4.7 Cara mengolah data ... 35

4.8 Cara mendapatkan kesimpulan ... 35

BAB V HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN ... 36

5.1 Hasil pengujian ... 36

5.2 Perhitungan ... 37

5.2.1 Perhitungan kecepatan air rata-rata ... 38

5.2.2 Perhitungan aliran laju massa air ... 39

5.2.3 Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air ... 39

5.2.4 Perhitungan laju aliran kalor yang ditransfer gas ... 40

5.2.5 Efisiensi ... 40

5.2.6 Perhitungan ... 40

5.8 Pembahasan ... 46

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ... 54

6.1 Kesimpulan ... 54

6.2 Saran ... 55

DAFTAR PUSTAKA ... 56

LAMPIRAN ... 57

(12)

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tabel Konduktifitas Thermal ... 7

Tabel 2.2 Data Pemanasan dan Efisiensi Apparatus Bahan Bakar ... 10

Tabel 2.3 Komposisi Udara Keadaan Kering ... 11

Tabel 5.1 Hasil pengujian dengan posisi penutup tertutup rapat ... 36

Tabel 5.2 Hasil pengujian dengan posisi penutup dinaikan sebesar 10 putaran ... 36

Tabel 5.3 Hasil pengujian dengan posisi penutup dinaikan sebesar 20 putaran ... 37

Tabel 5.4 Perhitungan lengkap pada penutup tertutup penuh ... 40

Tabel 5.5 Perhitungan lengkap pada penutup terbuka 10 putaran ... 41

Tabel 5.6 Perhitungan lengkap pada penutup terbuka 20 putaran ... 41

(13)

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Efisiensi sirip segitiga dan siku empat ... 8

Gambar 2.2 Efisiensi sirip siku empat ... 9

Gambar 2.3 Media pembakar merk Rinnai menggunakan bahan bakar LPG ... 12

Gambar 2.4 Rangkaian water heater menggunakan inlet dan outlet ... 15

Gambar 2.5 Rangkaian water heater dengan menggunakan blower ... 16

Gambar 2.6 Rangkaian water heater tanpa menggunakan blower ... 17

Gambar 2.7 Water heaterX-1 ... 18

Gambar 3.1 Baut dan Mur ... 23

Gambar 3.2 Plat Galvalum ... 23

Gambar 3.3 Plat strip... 23

Gambar 3.4 Besi nako ... 24

Gambar 3.5 Proses pemotongan pipa ... 25

Gambar 3.6 Proses pelingkaran pipa ... 26

Gambar 3.7 Rancangan water heater bagian dalam ... 27

Gambar 3.8 Proses pembuatan lubang ... 28

Gambar 3.9 Pengambilan data ... 30

Gambar 4.1 Skema water heater ... 32

Gambar 5.1 Hubungan Debit air dengan suhu air keluar pada kondisi penutup tertutup penuh ... 42

Gambar 5.2 Hubungan Debit air dengan suhu air keluar pada kondisi penutup terbuka 10 putaran ... 42

Gambar 5.3 Hubungan Debit air dengan suhu air keluar pada kondisi penutup terbuka 20 putaran ... 43

Gambar 5.4 Hubungan Debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air pada kondisi penutup tertutup penuh. ... 43

(14)

xiv

yang diterima air pada kondisi penutup terbuka 10 putaran ... 44

Gambar 5.6 Hubungan Debit air dengan laju aliran kalor

yang diterima air pada kondisi penutup terbuka 20 putaran ... 44

Gambar 5.7 Hubungan Debit air dengan efisiensi pada kondisi

penutup tertutup rapat. ... 45

penutup terbuka 10 putaran ... 45

penutup terbuka 20 putaran ... 46

Gambar 5.10 Perbandingan debit air dengan suhu air keluar

dengan 3 variasi percobaan ... 50

Gambar 5. 11 Perbandingan debit air dengan qair

dengan 3 variasi percobaan ... 51

Gambar 5. 12 Perbandingan debit air dengan

efisiensi dengan 3 variasi percobaan ... 52

(15)

xv

ABSTRAK

Tujuan penelitian water heater bersirip berbahan bakar LPG adalah sebagai berikut (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 25ºC-27ºC (2) panjang pipa lintasan

water heater adalah 14 meter (3) Tout dari water heater ≥ 40º C 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 water heater dan pada penutup water heater

dengan variasi penutup tertutup penuh, terbuka 10 putaran dan 20 putaran (1)

water heater dengan spesifikasi panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inchi dan

bersirip dapat dirancang dan dibuat dengan baik dan dapat bersaing dipasaran serta mencapai target pemanasan yaitu debit 6 liter/ menit dengan suhu 40°C. Pada variasi penutup tertutup penuh memiliki debit aliran 10,8 liter/menit diperoleh suhu air yang keluar sebesar 41 °C, variasi penutup terbuka sebesar 10 putaran memiliki debit sebesar 8,88 liter/ menit dengan suhu keluar sebesar 40,4°C dan variasi penutup terbuka 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.

(16)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan akan air panas saat ini tidak dapat dipungkiri, hampir semua orang

memerlukan air panas baik untuk kebutuhan pribadi, rumah tangga dan produksi.

Penggunaan akan kebutuhan air panas tiap tahun naik, hal itu didasari oleh

banyaknya penggunaan untuk keperluan secara umum misalnya untuk membuat

minuman panas. Air panas dalam skala rumah tangga banyak digunakan untuk

mandi karena air panas dapat membuat efek rileks pada tubuh dan dapat

melebarkan pori-pori kulit sedangkan untuk keperluan produksi air panas banyak

dimanfaatkan untuk mempermudah melepas bulu pada kulit ternak (ayam, sapi,

bebek, burung dan lainnya) dengan tingkat efisien dan efektifitas yang baik,

karena pada mulanya para pengusaha menggunakan cara konvensional yaitu

dengan merebus kulit ternak selama berjam-jam hal ini dimaksudkan agar antara

permukaan kulit terluar dan bulu kerapatannya melebar yang menyebabkan bulu

akan mudah terlepas dari kulit ternak, namun hal itu berdampak pada waktu kerja

yang semakin panjang dan kerja yang semakin lama. Maka dari itu dibutuhkan

pemanas air yang mudah digunakan serta memberi dampak peningkatan

efektifitas dan efisiensi kerja pada tiap-tiap aspek baik itu rumah tangga, skala

rumahan maupun skala produksi.

Pada pasaran model pemanas air terdapat beberapa jenis yaitu pemanas air

dengan menggunakan tenaga surya/ matahari, listrik, hybrid dan pemanas air

dengan menggunakan gas LPG. Pemanas air dengan gas mempunyai keunggulan

(17)

didalam hal pemanasan air, pemanas air gas dibanding dengan pemanas air

lainnya keunggulannya adalah pemanasan air yang terjadi mempunyai waktu yang

relatif lebih singkat untuk memanaskan air dan penggunaan pemanas air gas dapat

dilakukan walau cuaca mendung/ tidak ada sinar matahari maupun tidak ada

listrik karena pada perancangannya pemanas air gas hanya menggunakan gas

dalam bentuk tabung yang banyak diedarkan dipasaran. Dalam perancangan

pemanas air dengan menggunakan gas, panjang pipa mempengaruhi panas/ kalor

yang dihasilkan dari kerja pemanas air dengan menggunakan gas, karena

permukaan yang terpapar oleh api akan semakin banyak dan suhu air akan

meningkat dengan cepat. Hal itu berdampak pada meningkatnya efisiensi terhadap

waktu dan efektifitas terhadap kerja yang dilakukan.

Penulis terpacu untuk melakukan penelitian terhadap water heater dengan

spesifikasi panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip untuk dapat

mengetahui apakah water heater dengan spesifikasi tersebut dapat bersaing

dipasaran.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian tentang water heater dengan panjang pipa 14 meter,

diameter 0,5 inchi dan bersirip adalah mengetahui karakteristik water heater yang

telah dibuat meliputi:

1. Membuat water heater berbahan bakar gas LPG.

2. Mengetahui hubungan antara debit air yang masuk ke water heater dengan

(18)

3

3. Mengetahui energi kalor yang diserap air yang mengalir dalam water heater.

4. Menghitung efisiensi water heater.

5. Mengetahui energi kalor yang diberikan LPG.

6. Mengetahui hasil kerja water heater pada 3 variasi penutup.

1.3 Batasan Masalah

Batasan masalah yang diambil dalam pembuatan water heater pada penelitian

ini adalah :

1. Kondisi air masuk water heater sama dengan suhu air kamar mandi

(25°C-27°C).

2. Panjang pipa lintasan air yang dipergunakan dalam water heater 14 meter.

3. Kondisi air keluar water heater diharapkan lebih dari 40°C pada debit 6 liter/

menit.

4. Panjang pipa : 14 meter.

5. Bahan pipa : tembaga.

6. Diameter pipa tembaga : 0,5 inchi.

7. Saluran pipa air diberi sirip dari bahan pipa tembaga.

8. Sumber panas berasal dari pembakar kompor gas LPG.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian yang diharapkan dari penelitian ini adalah:

1. Memperoleh data karakteristik tentang water heater dengan spesifikasi

panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip.

(19)

2. Menjadi pedoman ataupun acuan bagi peneliti lain yang akan melakukan

penelitian terkait water heater.

3. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan sumbangan bagi pengembangan

ilmu pengetahuan, khususnya bidang konservasi energi pada alat penukar

(20)

5

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

2.1.1 Perpindahan Kalor

Panas suatu benda tergantung pada suhu benda tersebut. Semakin

tinggi suhu benda, maka benda semakin panas. Panas berpindah dari tempat yang

bersuhu tinggi ke tempat bersuhu rendah. Cara perpindahan kalor yaitu konduksi,

konveksi dan radiasi.

2.1.1.1Konduksi, menurut Keith (1991: 4) adalah proses dimana panas mengalir

dari daerah yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah

didalam satu medium baik dalam bentuk padat, cair dan gas atau antara

medium-medium/ benda-benda yang berlainan bersinggungan menjadi

satu. Pada water heater perpindahan panas konduksi dapat ditemukan pada

permukaan luar pipa yaitu panas yang diterima pipa permukaan luar

mengalir ke permukaan dalam pipa.

2.1.1.2Konveksi, perpindahan kalor pada suatu zat yang disertai dengan

perpindahan partikel-partikel zat. Terjadinya konveksi diakibatkan adanya

ekspansi termal dan konduksi. Konveksi merupakan fluida yang berpindah

akibat adanya perbedaan temperatur di fluida tersebut. Ekspansi termal

adalah sifat yang berasal dari sustansi yang bertemperatur tinggi dimana

partikel-partikel sustansi tersebut volumenya meluas/ membesar akibat

kalor yang diterima. Maka akibatnya berat jenis partikel itu berkurangnya

(21)

heater perpindahan panas konveksi dapat ditemukan pada permukaan

dalam pipa yang mengalirkan panas ke air didalam pipa.

2.1.1.3Radiasi, menurut Koestoer, R. A (2002: 183) adalah proses perpindahan

kalor melalui gelombang elektromagnet atau paket-paket energi (photon)

yang dapat mengalir/ berpindah sangat jauh tanpa memerlukan interaksi

dengan medium atau tanpa bersinggungan. Pada water heater perpindahan

panas radiasi dapat ditemukan pada permukaan luar pipa dengan panas

yang dihasilkan oleh pembakar dan juga dapat ditemukan pada

perpindahan panas antara dinding permukaan tabung dalam dengan

permukaan tabung luar water heater.

2.1.2 Perancangan Pipa

Dalam perancangan water heater perancangan pipa tembaga berbentuk

melingkar, hal ini didasari karena dalam rancangan water heater yang

menggunakan gas sebagai bahan pembakarnya rancangan water heater berbentuk

silinder. Perancangan pipa yang berbentuk melingkar memiliki konstruksi lebih

baik dibanding dengan perancangan pipa yang berbentuk berupa tekukan-tekukan

karena pada rancangan pipa yang bertekuk memiliki hambatan yang besar untuk

air dapat mengalir, sedangkan untuk rancangan pipa yang bentuknya melingkar

mempunyai hambatan yang kecil dibanding dengan rancangan pipa lainnya selain

itu didasari oleh konstruksinya sendiri. Rancangan pipa yang berbentuk melingkar

mempunyai beberapa keunggulan selain mempunyai hambatan yang kecil pipa

melingkar juga mempunyai kelebihan pada saat pemanasan, karena pada

(22)

7

yang terpapar oleh api semakin besar secara vertikal dan hal tersebut mendorong

kenaikan suhu pada pipa-pipa dan air didalamnya.

2.1.3 Isolator

Secara umum penjelasan terhadap isolator panas adalah sebuah bahan yang

dapat mengisolasi atau menahan panas dengan baik salah satunya udara. Setiap

bahan yang diklasifikasikan menjadi isolator mempunyai konduktivitas thermal,

konduktivitas termal udara sangat kecil. Semakin kecil konduktivitas termal suatu

benda, semakin sulit kalor berpindah melalui benda tersebut. Pada umumnya

benda padat logam merupakan konduktor termal yang baik, sedangkan zat cair

dan zat gas merupakan konduktor termal yang buruk. Beberapa contoh isolator

adalah busa, wol, gabus dan udara. Tabel 2.1 menyajikan nilai konduktivitas

termal berbagai macam bahan.

Tabel 2.1. Tabel Konduktifitas Thermal

(Sumber: http://www.scribd.com/doc/61109210/BAB-II-Termal)

Jenis benda Konduktivitas Termal (k)

W/m. °C Kkal/m.s. °C Perak 420 1000 x 10-4 Tembaga 380 920 x 10-4 Aluminium 200 500 x 10-4 Baja 40 110 x 10-4

Es 2 5 x 10-4

Kaca (biasa) 0,84 2 x 10-4 Bata 0,84 2 x 10-4 Air 0,56 1,4 x 10-4 Tubuh manusia 0,2 0,5 x 10-4

Kayu 0,08 – 0,16 0,2 x 10-4– 0,4 x 10-4 Gabus 0,042 0,1 x 10-4

Wol 0,040 0,1 x 10-4 Busa 0,024 0,06 x 10-4 Udara 0,023 0,055 x 10-4

(23)

2.1.4 Sirip

Pada umumnya fungsi sirip adalah menditribusikan panas/kalor yang

memilki suhu tinggi ke suhu yang lebih rendah melalui media. Dalam water

heater penggunaan sirip digunakan untuk membantu mempercepat terjadinya

kenaikan suhu dipermukaan pipa-pipa penyalur air, karena sirip water heater

terbuat dari tembaga yang memiliki sifat konduksi yang baik, sirip menyerap

panas dari pembakar dengan baik kemudian menyalurkan panas pada pipa-pipa

penyalur air untuk membantu kenaikan suhu di air yang mengalir didalam pipa

L.3/2 (h/k A)1/2

Gambar 2.1 Efisiensi sirip segitiga dan siku empat ( sumber: Holman, J.P,

(24)

9

LC3/2 (h/k Am)1/2

Gambar 2.2 Efisiensi sirip siku empat ( sumber: Holman, J.P, 1993,

Perpindahan kalor)

Pada gambar 2.1 dan 2.2.

L : panjang sirip (meter)

h : koefisien kalor konveksi (W/m2 °C)

k : konduktifitas termal (W/m °C)

A : luas penampang (meter)

Adanya sirip, luas permukaan yang bersentuhan dengan fluida menjadi lebih

besar, sehingga proses perpindahan kalor konveksi menjadi lebih besar. Kalor

konveksi berpindah dari udara panas ke pipa saluran air.

2.1.5 LPG

Liquified Petroleum Gas atau LPG adalah campuran dari berbagai unsur

hidro karbon yang berasal dari gas alam. Didalam LPG terdapat gas yang

dipampatkan yang berubah ke fasa cair karena tekanan didalam tabung LPG

ditingkatkan dan suhu diturunkan. Didalam LPG terdapat komponen yaitu

propana (C3H8) dan butana (C4H10). Elpiji juga mengandung hidrokarbon ringan

lain dalam jumlah kecil, misalnya etana (C2H6) dan pentana (C5H12).

(25)

LPG memiliki daya pemanasan yang lebih baik dibanding dengan minyak

tanah, arang, kayu bakar dan gas kota karena memiliki daya pemanasan sebesar

11900 kkal/kg.

Tabel 2.2.Data Pemanasan dan Efisiensi Apparatus Bahan Bakar

(Sumber: 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 15

Arang 8000 15

Minyak Tanah 11000 40

Gas Kota 4500 55

LPG 11900 60

Listrik 860 (Kcal/kwh) 60

2.1.6 Saluran Udara Masuk

Untuk memenuhi persyaratan agar proses pembakaran terjadi, api

membutuhkan oksigen yang terkandung di udara agar panas yang dihasilkan dapat

maksimal. Saluran udara yang terdapat di water heater terdapat pada bagian

selimut/ permukaan water heater dengan lubang-lubang. Hal ini dimaksudkan

agar udara dapat masuk kedalam ruang dalam water heater disekitar tempat

pembakaran berlangsung. Apabila water heater kekurangan udara dalam proses

pembakarannya maka panas hasil pembakaran tidak dapat maksimal. Karena sifat

api yang membutuhkan oksigen untuk proses pembakarannya api akan cenderung

mengarah keluar dari water heater jika pasokan udara tidak ada didalam water

heater. Didalam keadaan normal komposisi oksigen di dalam udara berkisar

(26)

11

Tabel 2.3. Komposisi Udara keadaan kering

(Sumber: http://www.scribd.com/doc/48627618/Komposisi-Udara-hasan-44-Dan-Gadis-21)

Komponen Volume (%) Ppm Nitrogen 78,08 780,8 Oksigen 20,95 209,5 Argon 0,934 9,34 Karbon Dioksida 0,314 314 Neon 0,00182 18 Helium 0,000534 5 Metana 0,0002 2 Kripton 0,000114 1

2.1.7 Saluran Gas Buang

Saluran gas buang berfungsi sebagai saluran pembuang gas hasil

pembakaran di dalam water heater. Saluran udara keluar pada water heater pada

umumnya berada di bagian atas/ atap water heater. Sebagaimana fluida, panas

juga dapat mengalir, dapat berpindah tempat. Jika terjadi perbedaan temperatur,

panas akan mengalir dari temperatur tinggi ke temperatur rendah. Panas juga

dapat mengalir ke atas karena perbedaan berat jenis, karena terjadi pembakaran di

water heater udara panas memiliki berat jenis lebih rendah sehingga udara panas

mengalir ke atas maka dari itu dibuat saluran udara keluar dibagian atas water

heater. Pada perancangan water heater, hal yang perlu diingat adalah jangan

sampai terjadi aliran gas buang yang dapat menyebabkan kondisi api menjadi

berantakan.

2.1.8 Proses Pembakaran LPG

Pembakaran adalah reaksi kimia antara oksigen dengan unsur bahan bakar.

Oksigen didapat dari udara luar yang merupakan campuran dari beberapa senyawa

(27)

kimia antara lain LPG (Liquefied Petroleum Gas) merupakan gas alam yang

dicairkan. LPG merupakan campuran dari berbagai unsur hidrokarbon yang

berasal dari gas alam. Komponen dari LPG didominasi oleh propana (C3H8) dan

butana (C4H10), LPG memiliki kandungan hidrokarbon lain, meskipun dalam

jumlah kecil, misalnya etana (C2H6) dan pentana (C5H12). Perbandingan

komposisi propana dan butana adalah 30 : 70. LPG lebih berat dari udara dengan

berat jenis sekitar 2,01 (dibandingkan dengan udara). Tekanan uap LPG cair

dalam tabung sekitar 5 – 6,2 kg/cm2. Nilai kalori sekitar : 21.000 BTU/lb. LPG

memiliki bentuk gas dalam kondisi di atmosfer, akan tetapi gas dalam tabung

LPG berbentuk cair hal itu dikarenakan gas dipampatkan didalam tabung dan

terjadi penurunan suhu.

Proses pembakaran pada LPG memiliki reaksi sebagai berikut:

O H CO O

H

C₃ ₈5 ₂3 ₂4 ₂ propana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas

2.1.9 Media Pembakar

Media pembakar adalah sebuah media yang menghasilkan api atau pun

panas, media pembakar memiliki banyak variasi. Media pembakar ada yang

menggunakan LPG ataupun minyak tanah sebagai sumber bahan bakar. Media

pembakar dengan bahan bakar LPG memiliki keunggulan yang lebih dibanding

dengan minyak tanah, listrik dan kayu bakar yaitu pemanasan yang terjadi cepat

(28)

13

banyak beredar dipasaran dan yang digunakan untuk penelitian tentang water

heater.

Gambar 2.3 Media pembakar merk Rinnai menggunakan bahan bakar LPG

Spesifikasi media pembakar dengan merk Rinnai sebagai berikut:

Dimensi : 570 (Panjang) x 315 (Lebar) x 168 (Tinggi)

Daya pemanasan : 21.8 kW/h High Pressure

Bahan : Besi Tuang

2.1.10 Laju Aliran Kalor yang Ditransfer Oleh Gas

Kalor yang diberikan gas dapat dihitung dengan persamaan (2.1)

g a s

q = m_{ga s}c_{ga s}

(2.1)

Pada persamaan (2.1):

ga s

m : laju aliran massa gas elpiji yang terpakai (kg/s)

ga s

c : nilai kalor jenis elpiji (J/kg)

(29)

2.1.11 Laju Aliran Kalor

Laju aliran kalor dalam pipa dapat dinyatakan dalam persamaan (2.2) dan

(2.3)



i o



a ir a ir

a ir m c T T

q   _{(2. 2)}

a ir

m = d )u_m

4 . (

2  

(2. 3)

Pada persamaan (2.2) dan (2.3):

a ir

q : laju aliran kalor yang diterima air (watt)

a ir

m : debit air (kg/detik)

a ir

c : kalor jenis air (J/kgoC)

Ti : suhu air masuk water heater (oC)

To : suhu air keluar water heater (oC)

m

u : kecepatan rata-rata fluida mengalir (m/s)

 : massa jenis fluida yang mengalir (kg/m3)

(30)

15

2.1.12 Efisiensi

Untuk mengetahui efisiensi yang dapat dihasilkan water heater, dapat

dihitung dengan persamaan:

% 100

x q q

ga s a ir 

 (2. 4)

Pada persamaan (2.4):

 : Efisiensi water heater (%)

a ir

q : Laju aliran kalor yang diterima air (watt)

g a s

q : Laju aliran kalor yang diberikan gas (watt)

2.2 Tinjauan Pustaka

2.2.1 Rangkaian water heater yang ada saat ini

Banyak water heater yang beredar dipasaran, perbedaan yang ada pada

masing-masing water heater terdapat pada rancangan pipa, karena pada umumnya

rancangan pipa suatu water heater mengikuti rancangan water heater maupun

rancangan media pembakarnya.

(31)

Cara kerja rangakaian water heater pada Gambar 2.2 adalah air masuk ke

dalam tabung lalu dipanasi oleh api, air yang dipanasi melalui penampang dalam

tabung bukan melalui pipa tembaga yang berpaparan langsung dengan api.

Gambar 2.5 Rangkaian water heater dengan menggunakan blower

Cara kerja water heater pada Gambar 2.3 adalah air yang masuk melalui

pipa masuk air dipanasi oleh permukaan heat exchanger yang dipanasi oleh api,

panas api disebarkan melalui blower yang berada dibawah api. Akibat ada

perbedaan suhu antara permukaan heat exchanger dan pipa yang berisi air, terjadi

peepindahan panas dari heat exchanger ke air yang berada didalam pipa yang

(32)

17

Gambar 2.6 Rangkaian water heater tanpa menggunakan blower

Cara kerja water heater pada Gambar 2.4 hampir serupa dengan Gambar

2.3, cara Gambar 2.4 adalah air yang masuk melalui pipa masuk air dipanasi oleh

permukaan heat exchanger yang dipanasi oleh api yang terbuat dari tembaga,

panas api disebarkan tanpa menggunakan bantuan blower, api merambat secara

konduksi. Akibat ada perbedaan suhu antara permukaan heat exchanger dan pipa

yang berisi air, terjadi peepindahan panas dari heat exchanger ke air yang berada

didalam pipa yang melilit heat exchanger.

2.2.2 Water heater yang ada dipasaran

Beberapa tinjauan untuk water heater dapat di ketahui dari spesifikasi dari

water heater yang beredar dipasaran. Spesifikasi dari water heater yang ada

dipasaran diinformasikan sebagai berikut: (a) Water heater X-1, (b) Water heater

X-2, (c) Water heater X-3, (b) Water heater X-4. Merk dagang pada water heater

tidak diperlihatkan

(33)

Water heater X-1

Gambar 2.7 Water heater X-1

Pemasangan : Eksternal/Internal

Ukuran (PxLxT) mm : 425 x 290 x 127

Berat : 6,1 kg

Kapasitas Air Panas : 5 ltr/mnt

Konsumsi Gas : 0,6 kg/jam

Ignition : Baterai Ukuran D

Tekanan Gas : Low Pressure, 28 mBar

Jumlah Outlet : 1

Outlet Gas : 1/2 inchi

Outlet Air Dingin : 1/2 inchi

Outlet Air Panas : 1/2 inchi

Tekanan Air Min : 0,15 Bar (1,5 mtr)

(34)

19

Water heater X-2

Pemasangan : Eksternal/Internal

Ukuran (PxLxT) mm : 369 x 290 x 127

Berat : 6,1 kg

Kapasitas Air Panas : 5-8 ltr/mnt

Konsumsi Gas : 0,5 kg/jam

Ignition : Baterai Ukuran D

Tekanan Gas : Low Pressure, 28 mBar

Jumlah Outlet : 1 - 2

Outlet Gas : 1/2 inchi

Outlet Air Dingin : 1/2 inchi

Outlet Air Panas : 1/2 inchi

Tekanan Air Min : 0,2 Bar

Suhu : 60°C

(35)

Water heater X-3

Jenis : Instan

Pemasangan : Vertikal

Sumber pemanas : Gas

Bahan pipa saluran : Tembaga

Kapasitas (liter) : 6 liter / menit

Tekanan air maks : 0,8

Diameter pipa (inch) : 0,4

Suhu : 75°C

Kalori (kcal/h) : 8600

Input gas (kg/h) : 0,78

2.2.3 Hasil Penelitian Water heater Gas LPG

Putra, P. H (2012) telah melakukan Penelitian water heater gas LPG yang

berjudul “Water heater Dengan Panjang Pipa 20 Meter Dan 300 Lubang Masuk

Udara Pada Dinding Luar” yang bertujuan : (a) Merancang dan membuat water

(36)

21

heater, (c) Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor

yang diterima oleh air, (d) mendapatkan hubungan antara debit air dengan

efisisensi water heater. Penelitian tersebut dilakukan dengan batasan-batasan

sebagai berikut : (a) Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, (b)

Diameter pada dinding luar 25 cm, (c) Diameter pada dinding dalam 20 cm, (d)

Panjang pipa 20 meter, (e) Diameter bahan pipa 3/8 inci, (f) 300 lubang masuk

udara pada dinding luar, (g) 1005 lubang pada dinding dalam water heater, (h) 6

buah sirip dari pipa berdiameter 3/8 inci, (i) Variasi dilakukan pada besarnya debit

air masuk water heater. Dari hasil penelitian tersebut didapatkan : (a) Water

heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran ,

yang mampu menghasilkan panas dengan temperature 42,9 C pada debit 10

liter/menit (b) Hubungan antara debit air yang mengalir (m) dengan temperature

air keluar water heater ( ) dapat dinyatakan dengan persamaan = -0,027

+ 1,126 – 16,52 m + 129,9 (m dalam liter/menit, dalam C) dan = 0,997.

(c) Hubungan antara debit air yang mengalir dengan laju perpindahan kalor

dinyatakan dengan persamaan = 17,09 + 489 + 439 m + 3654 (m

dalam liter/menit, dalam watt) dan = 0,94. (d) Hubungan antara debit air

yang mengalir dengan efisisensi water heater dapat dinyatakan dengan persamaan

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

dan = 0,94.

(37)

22

BAB III

PEMBUATAN ALAT

3.1 Persiapan

Pada proses awal pembuatan water heater dengan panjang pipa 14 meter,

diameter 0,5 inchi dan bersirip adalah pembuatan desain water heater dengan 2

tabung yaitu tabung dalam dan tabung luar serta memberi lubang udara pada

tiap-tiap permukaan tabung dalam dan tabung 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 pembakar/ burner.

3.2 Bahan Water heater

Bahan – bahan yang digunakan dalam pembuatan water heater menggunakan

sirip adalah :

1. Pipa tembaga dengan diameter 0,5 inchi sebagai saluran air.

2. Baut dan mur.

3. Plat galvalum

4. Besi strip

(38)

23

Gambar 3.1 Baut dan Mur

Gambar 3.2 Plat Galvalum

Gambar 3.3 Plat strip

(39)

Gambar 3.4 Besi nako

3.3Sarana dan Alat yang Digunakan

Sarana dan alat-alat yang digunakan untuk proses pembuatan water heater

dengan panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip adalah:

1. Gerinda berfungsi sebagai pemotong sekaligus untuk merapikan bagian water

heater setelah proses pengelasan.

2. Bor digunakan untuk membuat lubang udara pada water heater.

3. Gergaji digunakan untuk memotong besi strip dan besi nako.

4. Penekuk pipa tembaga digunakan untuk menekuk pipa agar berbentuk spiral/

helix.

5. Tang digunakan untuk menjepit pipa tembaga untuk pembuatan sirip.

6. Paku keling digunakan untuk menjepit besi strip dengan plat galvalum.

7. Las listrik berfungsi sebagai penyambung besi strip dan nako.

8. Gunting Plat digunakan untuk memotong plat galvalum berukuran besar.

9. Gunting Besi digunakan untuk memotong plat galvalum berukuran kecil.

10.Meteran digunakan untuk menentukan ukuran plat galvalum, nako besi dan

(40)

25

11.Jangka Sorong digunakan untuk mengukur pada bagian water heater secara

detail.

3.4 Proses Pengerjaan Alat

Dalam proses pengerjaan alat terdapat tahap-tahap pembuatan sebagai

berikut:

3.4.1 Persiapan Menyiapkan Rancangan Water heater

Dalam merancang pembuatan desain water heater menggunakan sirip

dapat dilakukan dengan proses manual maupun dapat menggunakan software.

3.4.2 Menyiapkan Alat-Alat dan Bahan

Setelah rancangan water heater menggunakan sirip sudah selesai maka,

perlu menyiapkan alat dan bahan penunjang untuk pembuatan alat.

3.4.3 Pemotongan Pipa Tembaga

Pemotongan pipa tembaga menggunakan alat khusus untuk memotong

pipa, tujuan memotong pipa dengan alat khusus adalah untuk mempermudah

memotong pipa tembaga dan hasilnya lebih rapih dan baik.

(41)

Gambar 3.5 Proses pemotongan pipa

3.4.4 Pelingkaran Pipa

Pipa tembaga yang pada awalnya berbentuk lurus menjadi bentuk

melingkar dengan ukuran diameter dalam 160 mm dan diameter luar 190 mm

pada tahap ini pelingkaran menggunakan alat penekuk pipa khusus tembaga.

Gambar 3.6 Proses pelingkaran pipa

Setelah proses pelingkaran selesai, dilanjutkan dengan proses pemasangan 3

sirip dengan panjang masing-masing sirip 250 mm, mula-mula sirip yang telah

dipotong sebesar 250 mm diluruskan dan diberi lubang pada tiap-tiap ujung sirip

untuk pemasangan sirip pada pipa tembaga yang telah dibuat melingkar.

(42)

27

3.4.5 Pembuatan Tabung Luar dan Tabung Dalam

Pembuatan rangka tabung dalam dan luar, tinggi tabung dalam dan luar

setinggi 350 mm dengan dua besi strip penyangga pada masing-masing tabung,

kemudian dilanjutkan dengan proses pemasangan selimut/ plat galvalum

pertama-tama pada tabung dalam dengan kondisi pipa tembaga beserta sirip telah

dimasukan pada rangka tabung dalam, ukuran selimut/ plat galvalum yang

diperlukan untuk tabung diameter dalam berukuran 870 mm x 350 mm, pada plat

strip penyangga rangka dilekatkan plat galvalum kemudian dilakukan proses

pemboran berjumlah 5 titik dengan jarak 60 mm pada tiap titik kemudian diberi

paku keling, setelah hampir menutupi rangka dilakukan pemotongan plat untuk

jalur pipa masuk dan pipa keluar, setelah proses ini telah berlangsung dilakukan

proses pemboran pada besi nako dan pemberian paku keling, proses untuk rangka

diameter luar hampir sama namun untuk ukuran luas selimut, rangka luar

membutuhkan selimut/ plat galvalium berukuran 975 mm x 350 mm.

Gambar 3.7 Rancangan water heater bagian dalam

(43)

3.4.6 Saluran Udara Masuk

Dilakukan pemboran pada dinding rangka luar dan rangka dalam, hal ini

dimaksudkan agar sirkulasi udara lancar dan udara dapat masuk ke dalam tabung

dalam sebagai syarat proses pembakaran untuk menghasilkan panas yang optimal.

Gambar 3.8 Proses pembuatan lubang

3.4.7 Pembuatan Dudukan Pipa

Memotong plat strip dengan panjang 20 mm sebanyak 2 buah untuk

dudukan pipa tembaga di bagian dalam hal ini dimaksudkan agar pipa tidak

banyak bergerak ketika terjadi guncangan akibat pengangkatan/ proses

pembawaan yang berdampak pada deformasi pipa-pipa yang merugikan.

Pemasangan plat strip sepanjang 20 mm menggunakan las listrik pada bagian atas

dan bagian bawah pipa tembaga.

3.4.8 Penutup Tabung

Tabung dalam dibuat dudukan untuk baut sepanjang 220 mm dengan

(44)

29

dilanjutkan pemasangan baut dengan posisi kepala baut menghadap ke atas

dengan bersamaan dengan mur agar baut dapat berdiri dengan sempurna,

kemudian dilanjutkan dengan pembuatan penutup, pembuatan penutup terbuat

dari plat strip dengan rangka model silang dengan diameter 300 mm serta

dilanjutkan dengan pemasangan plat galvalum pada rangka penutup dengan

memotong plat galvalum secara melingkar dengan diameter 300 mm, proses

selanjutnya adalah melakukan pemasangan secara permanen dengan

menggunakan paku keling dengan mula-mula dilakukan pemboran pada plat

galvalum dan rangka penutup sebanyak 4 titik pada tiap plat strip dengan jarak

rata-rata antar titik 75 mm, lalu pemasangan mur pada penutup tabung dilakukan

setelah dilakukan proses pemboran dengan mesin bor lalu pada permukaan plat

strip dipasang dengan mur kemudian dilakukan pengelasan listrik.

3.4.9 Tabung Udara Dalam

Pembuatan tabung dalam dibuat menyerupai tabung yang pada

permukaannya diberi lubang udara, ukuran tinggi tabung dalam setinggi 350 mm

dan berdiameter 100 mm.

3.5Hasil Pembuatan

Hasil pembuatan dapat dilihat pada lampiran.

3.6Kesulitan Dalam Pengerjaan

Adapun kesulitan-kesulitan dalam proses pembuatan water heater

menggunakan sirip, antara lain adalah :

(45)

1. Memasukan pipa tembaga kebagian dalam water heater.

2. Pembentukan pipa spiral, mengalami kesulitan pada saat melengkungkan pipa

agar berbentuk spiral.

3.7Pengujian Alat Water heater Dengan Panjang Pipa 14 Meter, Diameter

0,5 Inchi Dan Bersirip.

Pada pengujian alat, pembakar/ burner memerlukan pasokan gas dari gas

tabung untuk melakukan proses pembakaran, kemudian water heater diletakan

diatas pembakar/ burner dengan meletakan dudukan pembakar dengan tabung

bagian luar sejajar, hal ini dimaksudkan agar pada proses pembakaran api dapat

dengan baik membakar pipa pipa didalamnya. Pada tiap lubang pipa masuk dan

keluar diberi selang, pada pipa masuk disambung pada keran air yang

mengalirkan air.

Gambar 3.10 Pengambilan data

Proses selanjutnya adalah menyalakan pembakar/ burner hal ini dapat diatur

(46)

31

hasil yang dikeluarkan suhu air yang dihasilkan akan semakin tinggi, maupun

kebalikannya pada proses tersebut. Perhitungan suhu pada air yang dihasilkan

dilakukan diujung pipa keluar dengan menggunakan APPA, perhitungan suhu air

pada variabel debit masuk yang diubah-ubah/ tidak konstan dilakukan proses

pemanasan sementara, proses itu dilakukan karena pada tiap debit yang

diubah-ubah maka dibutuhkan juga waktu pemanasan yang berbeda-beda, pada tiap-tiap

variable rata-rata waktu pemanasan air membutuhkan waktu 5menit untuk

menghasilkan panas maksimal yang dapat dihasilkan oleh water heater dengan

panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip.

(47)

32

BAB IV

METODOLOGI PENELITIAN

4.1 Benda Uji

Rancangan benda uji water heater dengan menggunakan bahan plat galvalum

dan pipa tembaga terlampir pada lampiran.

4.2 Skematik Alat Penelitian

Skematis pengujian pada water heater telah tergambar dan dijelaskan pada

Gambar 4.7.

Gambar 4.1 Skema water heater

Keterangan:

1. Tabung gas LPG

2. APPA

(48)

33

4. Water heater

5. Kompor

6. Gelas ukur

Pada Gambar 4.7 air yang masuk kedalam water heater dipasok dari keran,

air mengalir masuk ke dalam pipa water heater yang mengalami kenaikan suhu

oleh adanya panas dari kompor. LPG digunakan sebagai pemasok bahan bakar

untuk kompor agar pembakaran dapat terjadi. Saat air mengalir keluar maka suhu

air diukur menggunakan APPA.

4.3 Alat Bantu Penelitian

Alat – alat yang digunakan dalam penelitian ini sebagai berikut :

1. APPA sebagai alat pengukur suhu air yang keluar dari water heater.

2. Kompor dan gas LPG sebagai pengatur debit gas sekaligus menjadi penyuplai

kalor.

3. Kran sebagai pengatur debit air.

4. Klem sebagai pengunci antara sambungan-sambungan water heater dengan

selang air.

5. Selang air sebagai penyambung dari kran ke pipa tembaga masuk water heater.

6. Kalkulator dan alat tulis,digunakan untuk menulis dan mengolah data.

7. Penyangga sebagai tumpuan water heater.

8. Stopwatch sebagai penunjuk waktu.

9. Gelas ukur sebagai tempat penampung fluida dan juga pengukur banyaknya

air permenit.

(49)

10.Timbangan sebagai penimbang berat LPG.

4.4Alur Penelitian

Penelitian water heater dapat dijabarkan pada urutan berikut ini;

1. Perancangan alat

2. Pembelian bahan dan alat

3. Pembuatan alat

4. Pengambilan data terkait water heater dengan 3 variasi penutup.

5. Pengolahan data dan pembahasan.

4.5 Variasi Penelitian

Variasi dilakukan terhadap besar kecilnya debit air dengan 10 variasi debit

yang masuk ke dalam water heater dengan debit gas yang konstan pada water

heater, serta variasi dilakukan pada penutup water heater. Variasi pertama pada

keadaan penutup tertutup penuh, variasi kedua pada keadaan penutup terbuka

sebesar 10 putaran dan variasi ketiga pada keadaan penutup terbuka 20 putaran.

4.6 Cara Mendapatkan Data

Data debit air diperoleh dengan mengukur debit air yang mengalir

mempergunakan gelas ukur dan stopwatch. Banyaknya air yang mengalir setiap

menit dicatat setiap ada perubahan debit. Pengukuran suhu air dilakukan dengan

(50)

35

perubahan debit air. Serta menghitung konsumsi gas dengan menggunakan

timbangan digital.

4.7 Cara Mengolah Data

Dengan data-data yang diperoleh, maka data dapat diolah. Data - data

kemudian dipergunakan untuk mengetahui :

1. Hubungan antara debit air dengan suhu air yang keluar dari water heater.

2. Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang keluar water heater.

3. Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater.

4.8 Cara Mendapatkan Kesimpulan

Persamaan hubungan antara debit air dengan suhu air dari water heater

menggunakan sirip berbahan bakar LPG dapat dilakukan dengan mempergunakan

fasilitas dari Microsoft Excel.

(51)

36

BAB V

HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN

5.1 Hasil Pengujian

Dari hasil pengujian water heater dengan panjang pipa 14 meter, diameter 0,5

inchi dan bersirip, meliputi : debit air, suhu air masuk Tin, suhu air keluar Tout

disajikan pada Tabel 5.1. Pengujian dilakukan pada kondisi tekanan udara luar,

dengan suhu air berkisar pada suhu 25,9 ºC. Pemanasan yang terjadi

menggunakan kerja maksimal pembakar/ kompor dengan menggunakan pasokan

air dari kran.

Tabel 5.1 Hasil pengujian dengan posisi penutup tertutup rapat

No Debit air (liter/menit)

Suhu air masuk Tin

(°C)

Suhu air keluar Tout

(°C)

ΔT

(°C)

1 42 25,9 27 1,1

2 33,6 25,9 29,3 3,4 3 24 25,9 31,3 5,4 4 16,2 25,9 35 9,1 5 10,8 25,9 41 15,1 6 9,96 25,9 44 18,1 7 5,76 25,9 51,8 25,9 8 3,6 25,9 67,3 41,4 9 2,4 25,9 87 61,1 10 1,5 25,9 98 72,1

Tabel 5.2 Hasil pengujian dengan posisi penutup dinaikan

sebesar 10 putaran (17,5 mm)

Suhu air masuk Tin

(°C)

ΔT

(°C)

(52)

37

Suhu air masuk Tin

(°C)

ΔT

(°C)

3 32 25,9 30,6 4,7 4 18,4 25,9 32,2 6,3 5 15 25,9 36,3 10,4 6 8,88 25,9 40,4 14,5 7 6,36 25,9 48,3 22,4 8 4,56 25,9 60,3 34,4 9 3,72 25,9 64,7 38,8 10 1,44 25,9 98,3 72,4

Tabel 5.3 pengujian dengan posisi penutup dinaikan

sebesar 20 putaran (35mm)

Suhu air masuk Tin

(°C)

ΔT

(°C)

1 40 25,9 29,6 3,7 2 34 25,9 30,5 4,6 3 26,4 25,9 32,1 6,2 4 22 25,9 32,8 6,9 5 13,4 25,9 37,7 11,8 6 8,4 25,9 42,3 16,4 7 6,84 25,9 47,4 21,5 8 5,04 25,9 50,9 25 9 3,6 25,9 75,3 49,4 10 2,1 25,9 87,7 61,8

5.2 Perhitungan

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

kalor q yang diserap air dilakukan dengan mempergunakan data data seperti

tersaji pada Tabel 5.1-5.3. Data lain yang dipergunakan adalah :

Kalor jenis air (cp) = 4179 J/(kgoC)

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

(53)

Massa jenis air (ρ) = 1000 kg/m3

Diameter pipa tembaga = 0,5 inchi (0,0127 meter)

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

5.2.1 Perhitungan Kecepatan air rata rata ( um )

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

air tembaga berukuran 0,5 inchi menggunakan persamaan (5.1)

 

m s

r air debit m pipa penampang luas s m air debit

u_m / ₂ ₂ /

3



 

(5.1)

Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 24 liter/menit (Tabel 5.1). Satuan

debit air dikonversi menjadi satuan m3/s.





 

x m s s m x menit liter air

debit 0,4 10 /

60 10 24

24 3 3

3 3     

Kecepatan air rata rata um :

s m r

air debit

u_m ₂ /

  s m m x s m x um / 1656 , 3 00635 , 0 14 , 3 / 10 4 , 0 2 2 3 3   

Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap terdapat pada Tabel 5.4 –

(54)

39

5.2.2 Perhitungan laju aliran massa air ( ̇ )

Perhitungan laju aliran massa air mair di dalam saluran pipa mempergunakan

persamaan (2.3)

massajenisluaspenampangkecepatanair

m_{a ir} 

 

r

 

um 2

 



Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 24 liter/menit (Tabel 5.1)

 



x







kg s m_{a ir} 1000 3,14 0,006352 3,1656 /

0,401kg/s

5.6.

5.2.3 Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air

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

mempergunakan persamaan (2.2)

a ir

q lajualir anmassaairkalor jenisair



Tout Tni



watt

ma ir.ca ir



ToutTin



watt

Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 24 liter/menit (Tabel 5.1)

 

0,4 4179



31,325,9



 a ir q kW watt 027 , 9 ) 4 , 5 )( 9 , 1671 (  

5.6.

(55)

5.2.4 Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas

Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan oleh gas di luar saluran pipa

mempergunakan persamaan (2.1)

ga s

q lajualiranmassagaskapasitaspanasgaskW

ga s

q (0,044/(60)).(11900.4186,6)

= 36,53 kW

5.2.5 Efisiensi water heater

Perhitungan Efisiensi (η) kompor gas dapat menggunakan persamaan (2.4)

% 100 x q q ga s a ir   % 100 53 , 36 027 , 9 x  

24,71%

5.2.6 Hasil perhitungan

Pada tabel 5.4 – 5.6 menampilkan hasil dari perhitungan hasil water heater

dengan menggunakan microsoft office excel.

Tabel 5.4 Hasil perhitungan pada penutup tertutup penuh

(56)

41

No Debit air (l/m) Tin (°C) Tout (°C) ΔT (°C) mair (kg/s) Um (m/s) qair (kJ) Efisiensi (%) 7 5,76 25,9 51,8 25,9 0,096 0,7597 10,411 28,50 8 3,6 25,9 67,3 41,4 0,060 0,4748 10,401 28,47 9 2,4 25,9 87 61,1 0,040 0,3166 10,234 28,01 10 1,5 25,9 98 72,1 0,025 0,1978 7,548 20,66

Tabel 5.5 Hasil perhitungan pada penutup terbuka 10 putaran

No Debit air (l/m) Tin (°C) Tout (°C) ΔT (°C) mair (kg/s) Um (m/s) qair (kJ) Efisiensi (%) 1 48,4 25,9 29,4 3,5 0,808 6,3839 11,822 32,36 2 36 25,9 30,5 4,6 0,601 4,7483 11,557 31,63 3 32 25,9 30,6 4,7 0,534 4,2207 10,496 28,73 4 18,4 25,9 32,2 6,3 0,307 2,4269 8,090 22,14 5 15 25,9 36,3 10,4 0,251 1,9785 10,887 29,80 6 8,88 25,9 40,4 14,5 0,148 1,1713 8,986 24,60 7 6,36 25,9 48,3 22,4 0,106 0,8389 9,942 27,21 8 4,56 25,9 60,3 34,4 0,076 0,6015 10,947 29,96 9 3,72 25,9 64,7 38,8 0,062 0,4907 10,073 27,57 10 1,44 25,9 98,3 72,4 0,024 0,1899 7,276 19,92

Tabel 5.6 Hasil perhitungan pada penutup terbuka 20 putaran

No Debit air (l/m) Tin (°C) Tout (°C) ΔT (°C) mair (kg/s) Um

(m/s) qair (kJ)

(57)

Dari Tabel 5.4-5.6 Hubungan debit air dengan suhu air yang keluar dapat di buat

dan hasilnya disajikan pada Gambar 5.1-5.3. Hubungan antara debit air dengan

laju aliran kalor water heater dapat dibuat dan hasilnya disajikan dalam bentuk

grafik pada Gambar 5.4-5.6. Gambar 5.6-5.8 memberikan informasi tentang

hubungan efisiensi water heater dengan debit air.

Gambar 5.1 Hubungan Debit air dengan suhu air keluar pada kondisi penutup tertutup penuh

Gambar 5.2 Hubungan Debit air dengan suhu air keluar pada kondisi penutup terbuka 10 putaran

T_out = 112,8(Q)-0,4

R² = 0,984

0 20 40 60 80 100

0 10 20 30 40

To

u

t

,

o C

Debit air, (Q) liter/menit

T_out = 99,26(Q)-0,34

R² = 0,945

0 20 40 60 80 100

0 10 20 30 40

To

u

t

,

oC

(58)

43

Gambar 5.3 Hubungan Debit air dengan suhu air keluar pada kondisi penutup terbuka 20 putaran

Gambar 5.4 Hubungan Debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air pada kondisi penutup tertutup penuh.

Tout = 103,5(Q)-0,36

R² = 0,933

0 20 40 60 80 100

0 10 20 30 40

To

u

t

,

oC

Debit air (Q), liter/menit

qair = -0,010(Q)2 + 0,306(Q) + 8,927

0 2 4 6 8 10 12 14

0 10 20 30 40 50

qai

r,

k

J

Debit air (Q), liter/menit

(59)

Gambar 5.5 Hubungan Debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air pada kondisi penutup terbuka 10 putaran.

Gambar 5.6 Hubungan Debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air pada kondisi penutup terbuka 20 putaran.

qair = 0,001(Q)2 + 0,026(Q) + 9,216

0 2 4 6 8 10 12 14

0 10 20 30 40 50

qa

ir

,

k

J

Debit air (Q), liter/menit

q_air = -0,002(Q)2 _{+ 0,108(Q) + 9,613}

0 2 4 6 8 10 12 14

0 10 20 30 40 50

qa

ir

,

k

J

(60)

45

Gambar 5.7 Hubungan Debit air dengan efisiensi pada kondisi penutup tertutup rapat.

penutup terbuka 10 putaran.

Efisiensi = -0,028(Q)2 _{+ 0,838(Q)}

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00

0 10 20 30 40

E fisi en si , %

Debit air (Q), liter/menit

Efisiensi = 0,001(Q)2_{+0,073(Q) + 25,22}

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00

0 10 20 30 40

E fisi en si , %

Debit air (Q), liter/menit

(61)

Gambar 5.9 Hubungan Debit air dengan efisiensi pada kondisi penutup terbuka 20 putaran.

5.8 Pembahasan

Dari hasil penelitian pada Gambar 5.1 – Gambar 5.3 hubungan suhu air

keluar dengan debit air dapat diketahui bahwa apabila debit semakin kecil maka

suhu keluar akan semakin besar, hal itu dapat dinyatakan dengan persamaan,

1. Untuk kondisi penutup tertutup penuh

Tout = 112,8(Q)-0,4

R² = 0,984 (5.2)

2. Untuk kondisi penutup terbuka 10 putaran

Tout = 99,26(Q)-0,34

R² = 0,945 (5.3)

3. Untuk kondisi penutup terbuka 20 putaran

Tout = 103,5(Q)-0,36

R² = 0,933 (5.4)

Persamaan 5.2, berlaku untuk 1,5 liter/menit < Debit air < 42 liter/menit pada

tekanan udara sekitar berkisar 1 atmosfer pada suhu air masuk 25,9°C, pada

kondisi penutup tertutup penuh.

Efisiensi = -0,005(Q)2 _{+ 0,295(Q) + 26,31}

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00

0 10 20 30 40

E

fisi

en

si

,

%

(62)

47

Persamaan 5.3, berlaku untuk 1,44 liter/menit < Debit air < 48,4 liter/menit

pada tekanan udara sekitar berkisar 1 atmosfer pada suhu air masuk 25,9°C, pada

kondisi penutup terbuka 10 putaran.

tekanan udara sekitar berkisar 1 atmosfer pada suhu air masuk 25,9°C, pada

kondisi penutup terbuka 20 putaran.

Hasil penelitian terhadap water heater dengan panjang pipa 14 meter,

diameter 0,5 inchi dan bersirip dapat dinyatakan dapat bersaing di pasaran dan

dapat digunakan secara efektif dan efisien dibanding dengan menggunakan cara

konvensional. Pada variasi penelitian terhadap penutup water heater, variasi yang

menghasilkan debit dan suhu air yang baik adalah pada kondisi penutup tertutup

penuh. Dipasaran water heater dengan debit 6 liter/menit, suhu air keluar dari

water heater hanya berkisar antara 40°C sedangkan pada water heater dengan

panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip pada kondisi penutup

tertutup penuh water heater dapat menghasilkan debit air 8,4 liter/menit dengan

suhu air keluar 42,3ºC, namun penggunaan konsumsi gas untuk water heater ini

hampir tiga kali lipat dari konsumsi gas yang dibutuhkan oleh water heater yang

ada dipasaran yaitu sebesar 2,64 kg/h.

Dari Gambar 5.4 laju aliran kalor yang diterima air bergantung pada debit air

yang mengalir. Semakin besar debit air yang mengalir, semakin sedikit laju aliran

kalor yang diterima air, tetapi setelah debit > 15 liter/menit, semakin besar debit

air yang mengalir laju aliran kalor yang diterima semakin rendah.

(63)

Pada Gambar 5.5 - Gambar 5.6 laju aliran kalor yang diterima semakin

meningkat terhadap debit yang semakin meningkat, namun pada debit < 10 liter/

menit, semakin sedikit debit air yang mengalir, laju aliran kalor yang diterima

semakin rendah namun beberapa bersifat fluktuaktif. Hubungan antara laju aliran

kalor q (dalam kJ) dengan debit air (dalam liter/menit), dapat dinyatakan dengan

persamaan :

1. Kondisi penutup tertutup penuh

qair = -0,010(Q)2 + 0,306(Q) + 8,927 (5.5)

2. Kondisi penutup terbuka 10 putaran

qair = 0,001(Q)2 + 0,026(Q) + 9,216 (5.6)

3. Kondisi penutup terbuka 20 putaran

qair = -0,002(Q)2 .+ 0,108(Q) + 9,613 (5.7)

tekanan udara sekitar berkisar 1 atmosfer pada suhu air masuk 25,9°C. Nilai qair

tertinggi terletak pada debit 9,96 liter/menit.

pada tekanan udara sekitar berkisar 1 atmosfer pada suhu air masuk 25,9°C. Nilai

qair tertinggi terletak pada debit 48,4 liter/menit.

tekanan udara sekitar berkisar 1 atmosfer dan pada suhu air masuk 25,9°C. Nilai

qair tertinggi terletak pada debit 13,4 liter/menit.

Pada hasil laju aliran kalor yang diterima air terhadap debit pada variasi

penutup tertutup penuh adalah hasil yang baik, hal itu didasari karena qair yang

dapat diterima pada tiap debit rata-rata pada kondisi penutup tertutup penuh

(64)

49

Pada Gambar 5.7 - Gambar 5.9 nampak bahwa besarnya efisiensi water heater

bergantung pada debit air yang mengalir. Hubungan antara efisiensi water heater

dengan debit air dapat dinyatakan dengan persamaan :

1. Untuk kondisi penutup tertutup penuh

Efisiensi = -0,028(Q)2 + 0,838(Q) + 24,43 (5.8)

2. Untuk kondisi terbuka 10 putaran

Efisiensi = 0,001(Q)2 + 0,073(Q) + 25,22 (5.9)

3. Untuk kondisi terbuka 20 putaran

Efisiensi = -0,005(Q)2 + 0,295(Q) + 26,31 (5.10)

tekanan udara 1 atmosfer dan pada suhu air masuk 25,9°C. Nilai efisiensi berkisar

20,62% - 34,37%.

pada tekanan udara 1 atmosfer dan pada suhu air masuk 25,9°C. Nilai efisiensi

berkisar 19,88% - 32,39%

Persamaan 5.10, berlaku untuk 2,1 liter/menit < Debit air < 40 liter/menit

pada tekanan udara 1 atmosfer dan pada suhu air masuk 25,9°C. Nilai efisiensi

berkisar 24,74% - 30,14%.

Nilai efisiensi terbesar sebesar 34,37% terdapat pada kondisi water heater

dalam kondisi tertutup penutup secara penuh. Nilai efisiensi water heater tidak

dapat 100% karena panas yang dihasilkan dari pembakar terbuang ke udara luar

melalui celah pada bagian penutup water heater dan sebagian diserap oleh tabung

water heater.

(65)

Gambar 5. 10 Perbandingan debit air dengan suhu air keluar dengan 3 variasi percobaan

Pada Gambar 5. 10 tampak perbandingan suhu air keluar dengan debit water

heater memiliki beberapa perbedaan yang tidak cukup signifikan. Untuk

penggunaan produktifitas dengan debit air yang tinggi dengan suhu air yang

cukup baik dalam rata-rata penggunaan, maka penggunaan dengan variasi penutup

tertutup penuh adalah variasi yang terbaik dengan mengambil rata-rata data

dengan nilai R² mencapai nilai 0,993. Pada kondisi penutup terbuka 10 putaran R²

= 0,945 dan 20 putaran R² = 0,933 masih dibawah regresi berganda dari water

heater dengan kondisi tertutup penuh, maka hasil dari hubungan dua variabel

antara debit air dan suhu keluar pada pembukaan tutup sebesar 10 putaran dan 20

putaran tidak sebaik dengan kondisi water heater tertutup penuh, hal ini

diakibatkan adanya perubahan suhu udara luar/ suhu alam pada saat pengambilan

data maka data pengambilan data tidak sebaik dengan hasil regresi berganda dari

water heater dengan kondisi tertutup penuh. Hal itu menyebabkan dalam

persamaan yang telah dibuat guna pemasukan data untuk mencari suhu keluar 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 10 20 30 40 50

S

uhu a

ir ke

luar

(

Tou

t

),

o C

Debit air (Q), liter/menit

Penutup tertutup penuh Penutup terbuka 10 putaran

(66)

51

pada kondisi penutup terbuka 10 putaran memiliki 5,5 % kesalahan yang dapat

dijelaskan oleh faktor lain diluar dari pengambilan data dan memiliki keakuratan

sebesar 94,5%, selain itu kondisi water heater pada saat penutup terbuka 20

putaran memiliki 6,7% kesalahan dan memiliki keakuratan sebesar 93,3%. Untuk

penggunaan water heater heater dengan debit rendah sampai dengan menengah (

0 liter/ menit – 14 liter/ menit) maka variasi yang tepat adalah menggunakan

variasi penutup terbuka 10 putaran dengan mengabaikan nilai R2 pada regresi,

penggunaan (> 14 liter/ menit – 50 liter/ menit) maka variasi yang tepat

menggunakan variasi penutup tertutup penuh dengan mengabaikan nilai R2 pada

regresi.

Gambar 5. 11 Perbandingan debit air dengan qair dengan 3 variasi percobaan.

Pada Gambar 5. 11 tampak perbandingan debit air dengan qair memiliki

beberapa perbedaan yang sangat signifikan. Untuk penggunaan produktifitas

dengan debit air yang tinggi dengan qair yang cukup baik dalam rata-rata

penggunaan maka penggunaan dengan variasi penutup tertutup 20 putaran yang

0 2 4 6 8 10 12 14

0 10 20 30 40 50 60

qai

r,

kJ

Debit air (Q), liter/menit

Penutup tertutup penuh

Penutup terbuka 10 putaran

Penutup terbuka 20 putaran

(67)

terbaik, dari hubungan dua variabel antara debit air dan qair pada pembukaan tutup

sebesar 10 putaran dan kondisi tertutup penuh tidak sebaik dengan kondisi water

heater terbuka 20 putaran, hal ini diakibatkan ada