Water heater dengan panjang pipa 20 meter dan 150 lubang input udara - USD Repository

WATER HEATER

DENGAN PANJANG PIPA 20 METER DAN

150 LUBANG INPUT UDARA

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi sebagian persyaratan Mencapai derajat Sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin

Jurusan Teknik Mesin

diajukan oleh :

EKO SETIAWAN 085214019

Kepada

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

WATER HEATER

WITH 20 METER LONG PIPE AND

150 INPUT AIR HOLES

FINAL TASK

To meet partial requirements Achieve the degree of S-1 Mechanical Engineering Program Department of Mechanical Engineering

submitted by: EKO SETIAWAN

085214019

To

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

PERNYATAAN

Dengan ini kami menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak memuat karya yang pernah diajukan disuatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan kami 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,14 Agustus 2012

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertandatangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Nama : Eko Setiawan

Nomor Mahasiswa : 085214019

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul :

WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 20 METER DAN 150 LUBANG INPUT UDARA

Beserta 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 data, mendistribusikan 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 nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

Yogyakarta, 14 Agustus 2012 Yang menyatakan,

INTISARI

Saat ini air hangat sudah menjadi salah satu kebutuhan yang diperlukan dalam kehidupan masyarakat, dimana orang-orang kota yang berkecukupan, anak kecil, orang sudah lanjut usia membutuhkan air hangat untuk mandi. Air hangat juga dibutuhkan para karyawan atau pekerja yang pulang malam hari di rumah, untuk memulihkan kelelahan akibat kerja. Tulisan ini dibuat dengan tujuan untuk memberikan informasi tentang karakteristik water heater ,antara lain : (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 aliran kalor (d) menghitung kalor yang diterima water heater, (e) menghitung kalor gas LPG dan (f) menghitung efisiensi water heater. Sehingga dengan adanya informasi ini diharapkan dapat membantu dalam pembuatan 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, 150 lubang masuk udara pada dinding luar, 1005 lubang pada dinding dalam water heater, dan 6 buah sirip dari pipa berdiameter 3/8 inci. Variasi dilakukanterhadap besar kecilnya debit air yang masuk ke dalam pemanas air dengan debit gas yang konstan pada pemanas air.

Hasil dari penelitian didapatkan (a) Water heater dapat dibuat dengan baik dan mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran. Pada debit aliran : 14 liter/menit dan dengan suhu air yang keluar sebesar 45 °C, (b) Hubungan antara debit air yang masuk dengan temperatur air yang mengalir dinyatakan dengan persamaan : = 0,297 2 – 9,566 + 121,9 ( dalam liter/menit, dalam °C ) R² = 0,990, (c) Hubungan antara debit air yang masuk dengan laju aliran kalor yang diperlukan dinyatakan dengan persamaan : = -171,9 2+ 3154 + 6873 ( dalam liter/menit, dalam watt) R² = 0,967, (d) Kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara: 17551,8 – 14216,96 watt. Jumlah kalor terbesar sebesar : 17551,8 watt, (e) Kalor yang diberikan gas LPG sebesar : 22142,46 watt, (f) Hubungan antara debit air yang masuk dengan efisiensi water heater yang diperlukan dinyatakan dengan persamaan : ƞ = -0,776 2 + 14,24 + 31,04 (

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat, rahmat dan bimbinganNya selalu, hingga terselesaikannya penyusunan Tugas Akhir, yang berjudul “Water heater dengan panjang pipa 20 meter dan 150 lubang input udara”. Tugas Akhir membahas mengenai garis besar tentang

pembuatan dan karakteristik Water Heater. Informasi terkait Water Heater ini diharapkan dapat digunakan sebagai salah satu alat yang dapat digunakan di kehidupan sehari - hari sebagai pemanas air untuk keperluan mandi 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. Ir. PK. Purwadi, M.T. selaku Dosen Pembimbing TA dan selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma

2. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma

3. Yosef Agung Cahyanta, S.T, M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik. 4. Kedua orang tua saya tercinta, Ibu Sumarni dan Bapak Kirdi Wiyana

5. Keluarga besar Nenek Samirah saya terkasih yang telah memberikan dorongan dan semangat agar terselesaikannya tugas akhir ini.

6. Rekan - rekan mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma

7. Seluruh Dosen dan karyawan Prodi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Tugas Akhir ini baru permulaan dan masih banyak kekurangan dan perlu pembenahan. Oleh karena itu kritik dan saran yang membangun dari semua pihak diterima penulis dengan senang hati. Akhir kata semoga karya tulis ini dapat bermanfaat bagi para pembaca pada umumnya. Terima Kasih.

Yogyakarta, 14 Agustus 2012

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ……… i

HALAMAN PENGESAHAN ……….. iv

HALAMAN PERNYATAAN ……….. v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI …………. vi

INTISARI ……….. vii

KATA PENGANTAR ………. viii

DAFTAR ISI ……… x

DAFTAR GAMBAR ……… xiii

DAFTAR TABEL ……… xiv

NOTASI ………. xvi

BAB I PENDAHULUAN 1.1.Latar Belakang………...1

1.2. Tujuan………...………3

1.3. Batasan Masalah………...…………4

1.4. Manfaat………...…………..4

BAB II DASAR TEORI 2.1 Dasar Teori 2.1.1 Saluran Air ...……….…...…………..5

2.1.3 Bahan Bakar………..………8

2.1.4 Kebutuhan Udara……….……...…………10

2.1.5 Saluran Gas Buang……….…...…….11

2.1.6 Sumber Api ...………...12

2.1.7 Isolator...……….………….14

2.1.8 Laju Aliran Kalor...………...15

2.1.9 Laju Aliran Kalor yang diberikan Gas……..…...…....16

2.1.10 Efisiensi………..………….………...…17

2.2 Referensi...17

BAB III METODE PERANCANGAN DAN PEMBUATAN 3.1 Rancangan Alat Water Heater ..…………...……….…….…21

3.2 Pembuatan Water Heater ………...…………..…..26

3.2.1 Bahan Water Heater ………...…...23

3.2.2 Sarana Dan Alat-alat yang digunakan…...…...24

3.2.3 Langkah-langkah Pengerjaan 3.2.3.1 Persiapan...………...27

3.2.3.2 Pengerjaan...…..………...27

3.3 Hasil Pembuatan 3.3.1 Kesulitan Pengerjaan…….………..39

BAB IV METODOLOGI PENELITIAN 4.1 Skematis Pengujian ...40

4.3 Peralatan Pengujian

4.3.1 Alat-alat yang digunakan ………...…..………41

4.4 Cara Memperoleh Data ………...……...44

4.5 Cara Mengolah Data ………...………...44

4.6 Cara Menyimpulkan ………..……...….…44

BAB V KARAKTERISTIK WATER HEATER 5.1 Hasil Pengujian ……….………..………45

5.2 Perhitungan……….…………..………45

5.2.1 Perhitungan Kecepatan Air rata-rata um………..46

5.2.2 Perhitungan Aliran Massa Air , m_air…………...……46

5.2.3 Perhitungan Laju Aliran Kalor yang diterima Air …..47

5.2.4 Perhitungan Laju Aliran Kalor yang diberikan Gas...47

5.2.5 Efisiensi ……….…...…. 48

BAB VI PENUTUP 6.1 Kesimpulan ………53

6.2 Saran ……….………54

DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Grafik Efisiensi Sirip Siku Empat dan Segitiga

Gambar 2.2 Grafik Efisiensi Sirip Siku Empat

Gambar 2.3 Kompor gas dengan regulator Savequam

Gambar 2.4 Kompor gas tungku besar

Gambar 2.5 Kompor Quantum RT

Gambar 2.6 Laju aliran kalor

Gambar 2.7 Water Heater Modena GI-6

Gambar 2.8 Water Heater Rinnai REU-55RTB

Gambar 2.9 Water Heater Heating Equipment JLG30-BV6

Gambar 3.1 Rancangan Water Heater Gambar 3.2 Lengkungan Pipa

Gambar 3.3 Lengkungan dan sirip Water Heater Gambar 3.4 Sirip Water Heater

Gambar 3.5 Penutup Water Heater

Gambar 3.6 Water Heater tampak dari bawah Gambar 3.7 Water Heater tampak dari luar

Gambar 3.9 Lengkungan pipa dan sirip Gambar 3.10 Pipa tembaga sebelum dipotong Gambar 3.11 Pemotongan pipa tembaga untuk sirip Gambar 3.12 Pipa tembaga setelah dipotong

Gambar 3.13 Pipa tembaga setelah dipotong dan diluruskan Gambar 3.14 Tabung bagian luar

Gambar 3.15 Tabung bagian dalam sebelum dibentuk Gambar 3.16 Tabung bagian dalam

Gambar 3.17 Penutup bagian atas Gambar 3.18 Lubang saluran udara Gambar 3.19 Water Heater

Gambar 4.1 Skema rangkaian alat Gambar 4.2 Tabung gas

Gambar 4.3 Termokopel, kalkulator, alat tulis, dan kompor Gambar 4.4 Gelas ukur

Gambar 5.1 Hubungan debit air dengan suhu air keluar pada suhu air input 27 °C

Gambar 5.2 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan pada suhu air input 27 °C

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan bahan bakar lainnya.

Tabel 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normal

Tabel 2.3 Konduktifitas termal beberapa media

Tabel 5.1 Hasil pengujian pemanas air

Tabel 5.2 Perhitungan m_air dan q_air

DAFTAR NOTASI

u = Kecepatan air rata-rata fluida mengalir kg/s

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG

Saat ini air hangat sudah menjadi salah satu kebutuhan yang diperlukan dalam kehidupan masyarakat, dimana orang-orang kota yang berkecukupan, anak kecil, orang yang sudah lanjut usia membutuhkan air hangat untuk keperluan mandi. Air hangat juga dibutuhkan untuk para karyawan atau pekerja yang pulang di malam hari di rumah, untuk memulihkan kelelahan akibat bekerja. Air hangat juga sangat dibutuhkan oleh orang-orang yang tinggal di daerah pegunungan, karena suhu di daerah pegunungan lebih dingin dibandingkan di dataran rendah. Kemudian dibidang perhotelan air hangat dipergunakan sebagai salah satu fasilitas yang disediakan untuk orang yang menginap di hotel. Selain itu,air hangat juga dipergunakan di rumah sakit, untuk memandikan orang-orang yang sedang sakit.

dan kemampuanya bergantung pada banyaknya sinar matahari sehingga terbatas penggunaannya (volume air panas yang dapat dipergunakan). Bila terjadi cuaca yang tidak mendukung, water heater tidak dapat lagi digunakan terutama di daerah pegunungan dingin yang sedikit mendapatkan penyinaran matahari. Selain itu, apabila di lihat dari sisi ekonomi, water heater dengan menggunakan tenaga surya lebih mahal dibandingkan dengan water heater lainnya. Sedangkan untuk tenaga listrik, water heater ini sangat mudah di dapatkan di toko – toko elektronik dan penggunaan water heater ini lebih praktis dibandingkan pemanas air dengan menggunakan tenaga surya. Namun ada juga kekuranganya yaitu apabila terjadi pemadaman listrik, maka water heater jenis ini tidak dapat digunakan dan tingkat perbaikan kerusakan sangat sulit, sehingga perlu menambah biaya yang cukup banyak tetapi hasil yang diharapkan tidak seperti yang diharapkan. Kemudian volume air panas yang dihasilkan juga tertentu, jika volume air panas yang dipergunakan sudah habis digunakan, maka jika ingin dipergunakan lagi ,harus menunggu waktu water heater untuk memanaskan air lagi. Maka dari itu, jika dilihat dari sisi biaya, water heater dengan menggunakan tenaga listrik jauh lebih mahal dibandingkan water heater dengan menggunakan gas LPG.

Water heater tenaga gas LPG, water heater jenis ini menggunakan bahan

penggunaannya lebih mudah dibandingkan dengan water heater lainnya. Adapun keuntungan yang lainnya adalah air panas yang dipergunakan tidak terbatas, demikian juga jumlah orang yang ingin mandi air panas tidak terbatas. Selama air dapat mengalir, selama itu pula air panas dapat dihasilkan. Oleh karena itu, diperlukan suatu rancangan pemanas air berbahan bakar gas LPG yang nantinya dapat dihasilkan laju aliran perpindahaan kalor yang baik. Selain itu, dilihat dari sisi ekonomi, water heater jenis ini lebih murah dibandingkan dengan pemanas air lainnya. Kerugian dari pemanas air tenaga gas LPG, harus menjaga secara hati-hati agar tabung gas tidak mengalami kebocoran yang mengakibatkan bahaya ledakan.

1.2. TUJUAN

a. Merancang dan membuat water heater

b. Mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar water heater.

c. Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor d. Menghitung kalor yang diterima air dari water heater.

1.3. BATASAN PERSOALAN

a. Tinggi water heater : 90 cm, diameter : 25 cm, dengan panjang pipa tembaga : 20 m, dengan 2 lintasan.

b. Banyaknya dinding plat : 2 lapis, plat lapis dalam mempunyai banyak lubang dengan diameter : 2 mm dengan jumlah 150 dan plat luar mempunyai banyak lubang dengan diameter : 1 cm (setinggi 25 cm) c. Bahan pipa tembaga dengan diameter : 0,9525 cm = 3/8 inch

d. Pipa bersirip dengan jumlah sirip : 7 dan panjang sirip 50 cm e. Sirip dari pipa tembaga dengan diameter : 0,9525 cm

1.4. MANFAAT

a. Memperluas pengetahuan tentang pembuatan water heater. b. Sebagai referensi bagi para pembuat water heater.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. DASAR 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 besar (misalnya 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.

bahan dari 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

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

1993, Perpindahan kalor)

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

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 komposisi

kurang lebih sesbesar 99 %, selebihnya adalah gas Pentana

(

yang

dicairkan. 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

)

Reaksi pembakaran Propana

(

C₃H₈

)

, jika terbakar sempurna adalah

sebagai berikut :

8 3H

C + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O + panas

Propana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas

Menurut wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut setara dengan 46000000 J/kg atau 46MJ/kg.

Reaksi pembakaran Butana

(

C₄H₁₀

)

,jika terbakar sempurna adalah

sebagai berikut :

2C₄H₁₀ + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O + panas

Butana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas

Menurut wikipedia 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 . Satu kg elpiji memiliki energi yang setara untuk mendidihkan air 90 L.Tabel 2.1 Menyajikan daya pemanasan dari

efisiensi alat masak LPG dengan bahan bakar gas. Terlihat bahwa efisiensi alat masak dengan gas LPG berkisar sebesar 60 %.

Tabel 2.1 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG

dan bahan bakar lainnya. (Sumber:

aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-lpg-di-dapur-anda.pdf) Bahan Bakar Daya Pemanasan Efisiensi alat

masak

2.1.4 Kebutuhan Udara

diusahakan mampu memberikan kalornya secara efisien ke fluida air yang mengalir di dalam saluran pipa. Dengan kata lain, akan didapatkan suhu air keluar dari pemanas air kurang tinggi.

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

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

saluran pipa air. Dengan catatan proses pembakaran yang terjadi dalam peralatan water heater berlangsung dengan sempurna. Berikut ini adalah contoh sumber api berbahan bakar gas LPG yang terdapat di pasaran, tersaji pada Gambar 2.3, Gambar 2.4, Gambar 2.5.

Gambar 2.3 Kompor gas dengan regulator Savequam

Gambar 2.5 Kompor Quantum RT

2.1.7 Isolator

Tabel 2.3 Konduktifitas termal beberapa media (Sumber :

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

Media Konduktifitas Termal (k) W/m.ºC

2.1.8 Laju Aliran Kalor

Laju aliran kalor yang diterima air ketika mengalir di dalam saluran pipa dapat dihitung dengan persamaan :

ρ

Gambar 2.6 Laju aliran kalor

Pada persamaan (2.1) dan (2.2):

air

q : laju aliran kalor yang diterima air, watt

air

m : debit air, liter/menit

air

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

ρ : massa jenis fluida yang mengalir, kg/ 3 m

d : diameter saluran, m

2.1.9 Laju aliran kalor yang diberikan gas

Kalor yang diberikan gas dapat dihitung dengan persamaan.

2.1.10 Efisiensi

Efisiensi water heater dapat dihitung dengan persaman :

%

Pada persamaan (2.4) :

η : Efisiensi water heater (%)

: Laju aliran kalor yang diterima air, watt

: Laju aliran kalor yang diberikan gas, watt

air

q

qgas

2.2. REFERENSI

Kegiatan rekayasa dan pengembangan water heater untuk memenuhi kebutuhan masyarakat berkembang pesat. 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 kapasitas air per menit juga bervariasi, rata – rata water heater yang dijual di pasaran berkapasitas 5 – 8 L/menit, biasanya digunakan dalam rumah tangga, sedangkan untuk kapasitas yang lebih besar biasanya digunakan dihotel.

REU-55RTB, dan water heater Heating Equipment JLG30-BV6 yang karakteristiknya adalah sebagai berikut :

a. Gas water heater Modena GI-6

Gambar 2.7 Water heater Modena GI-6

Nama Produk : Modena Negara Pembuat : Italia

Spesifikasi

Model : GI-6

Warna : Putih (GI-6), Inox (GI-6S) Kapasitas maksimum : 6 L/menit

Dimensi Luar : 740 mm x 430 mm x 248 mm

b. Gas water heater Rinnai REU-55RTB

Gambar 2.8 Water heater Rinnai REU-55RTB

Nama Produk : Rinnai Negara Pembuat : Japan Spesifikasi

• Gas Input : 0,5 kg/jam

• Model : REU-55RTB

• Dimensi Luar : 369 mm x 290 mm x 138 mm

• Kapasitas Maksimum : 6 L/menit

• Temperatur Maksimum : ± 50°C

c. Water heater Heating Equipment JLG30-BV6

Gambar 2.9 Water heater Heating Equipment JLG30-BV6

Negara Pembuat : China

Nama Produk : Smales

Spesifikasi

• Model : JLG30-BV6

• Kapasitas maksimum : 6 L/menit

• Berat : 39 kg

• Dimensi Luar : 760 mm x 430 mm x 320 mm

• Tipe Gas : NG LPG

BAB III

RANCANGAN WATER HEATER

3.1 RANCANGAN WATER HEATER

Gambar rancangan water heater dengan menggunakan bahan seng dan pipa tembaga. Disajikan pada Gambar 3.1 sampai Gambar 3.7. Gambar 3.1 memperlihatkan rancangan water heater, Gambar 3.2 memberikan informasi tentang lengkungan pipa dan diameternya, Gambar 3.3 memperlihatkan lengkungan pipa dan sirip tembaga yang sudah terpasang, Gambar 3.4 memperlihatkan tinggi lengkungan pipa dan sirip, Gambar 3.5 memberikan informasi tentang penutup bagian atas,Gambar 3.6 memperlihatkan water heater tampak dari bawah dan Gambar 3.7 memperlihatkan tinggi water heater.

Gambar 3.2 Lengkungan pipa

Gambar 3.4 Sirip water heater

Cara Kerja dari water heater ini sebenarnya sangat sederhana yaitu sama seperti memasak air. Perbedaanya adalah terletak pada kondisi/keadaan air yang dipanaskan. Pada water heater, air yang dipanaskan mengalir secara terus menerus. Oleh karena itu, agar kalor yang dihasilkan kompor dapat diserap secara maksimal maka dipasang sirip tembaga. Telah diketahui bahwa sirip-sirip tembaga berfungsi sebagai penyerap panas dan mengalirkan panas yang diterima dari nyala api pada pipa tembaga. Pemilihan bahan tembaga sebagai sirip dan pipa tembaga sebagai media untuk aliran air berdasarkan nilai konduktor termal bahan (koefisien perpindahan kalor konduksi) yaitu tembaga murni memiliki harga k = 386 W/m°C dan nilai ekonomimnya.

Sebenarnya masih banyak bahan yang memiliki nilai konduktor termal lebih tinggi dibandingkan tembaga seperti emas dan perak. Akan tetapi jika dilihat dari segi ekonomi, tembaga lebih murah dibandingkan emas dan perak.

3.2. PEMBUATAN WATER HEATER

3.2.1 Bahan water heater

a. Pipa tembaga dengan diameter 0,9525 cm sebagai saluran air b. Kawat besi sebagai pengikat sirip tembaga

c. Seng sebagai body water heater

3.2.2. Sarana dan alat-alat yang digunakan

Sarana dan alat-alat yang digunakan untuk proses pembuatan pemanas air ini

adalah:

a. Mesin bor, digunakan untuk membuat lubang saluran udara yang berada di sisi

luar tabung.

b. Alat penekuk plat, digunakan untuk menekuk lempengan seng.

c. Palu, digunakan saat membuat lubang saluran udara dibagian tabung dalam.

d. Gunting, digunakan untuk memotong seng.

e. Tang, digunakan saat memasang sirip pipa tembaga dengan lengkungan pipa

tembaga.

f. Obeng (- , +), untuk mengencangkan selang yang dipasang di saluran masuk dan

keluar.

g. Penggaris, digunakan saat menggaris agar lebih mudah saat memotong seng.

h. Paku, digunakan untuk membuat lobang saluran udara di tabung dalam.

i. Kawat besi, mengikat atau menyambungkan pipa tembaga dengan lengkungan

k. Alat pembengkok, untuk membengkokkan pipa.

l. Alat pemotong, digunakan dalam pembuatan sirip untuk memotong pipa

tembaga.

3.2.3. Langkah-langkah pengerjaan

3.2.3.1 Persiapan

Sebelum memulai pembuatan water heater, terlebih dahulu harus melakukan persiapan yaitu :

a. Menyiapkan rancangan water heater

Dalam merancang pembuatan desain water heater dapat dilakukan dengan menggambar instalasi tersebut dengan gambar tangan atau menggunakan software-software yang mendukung.

b. Menyiapkan alat-alat dan bahan

Setelah rancangan water heater sudah selesai maka, kita dapat menentukan bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan water heater lalu kemudian, membelinya.

c. Menyiapkan keperluan lainnya

Membeli alat-alat lainnya selain alat yang digunakan untuk membuat pemanas air dan meminta izin atas peminjaman alat di laboratorium.

3.2.3.2 Pengerjaan

a. Melengkungkan pipa

b. Memotong pipa tembaga

c. Membuat tabung

Bahan yang digunakan dalam pembuatan tabung adalah seng.

d. Membuat tabung bagian dalam

Plat yang digunakan sebagai penutup bagian dalam adalah seng. Tabung bagian dalam ini berfungsi sebagai isolator agar panas yang dihasilkan itu tidak hilang ke samping.

e. Membuat penutup bagian luar bagian atas

Bahan yang digunakan untuk membuat penutup bagian atas masih sama yaitu menggunakan seng. Fungsi dari penutup atas ini adalah sebagai penutup saja dan apabila nanti jika dalam percobaan suhu yang dihasilkan tidak sesuai dengan apa yang di inginkan maka penutup bagian atas ini dapat dilepas agar suhu naik.

f. Membuat saluran udara

Dalam proses pembakaran sangat diperlukan oksigen, oleh karena itu maka dibuatlah lubang saluran udara, agar kalor yang dihasilkan bisa lebih maksimal. Selain itu, lubang ini juga berfungsi sebagai saluran gas buang.

Gambar 3.18 Lubang saluran udara

g. Pemasangan kompor

Pada pemasangan kompor ini, hanya proses penginstalan kompor dan

tungkunya saja disesuaikan. Sehingga bentuk dari kompor tidak banyak mengalami

perubahan hanya bagian belakang kompor dipotong untuk mengurangi ukuran atau

3.3. HASIL PEMBUATAN

Gambar 3.19 memberikan informasi tentang water heater yang sudah disatukan.

Gambar 3.19 Water heater

3.3.1. Kesulitan dalam pengerjaan

a) Pembuatan tabung seng dimana penyambungan seng ini harus dipatri, dan hanya orang ahli dibidang patri yang biasa membuatnya.

BAB IV

METODOLOGI PENELITIAN

4.1. SKEMATIS PENGUJIAN

Skematis pengujian pada water heater telah tergambar dan dijelaskan pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Skema rangkaian alat

memanasi air yang mengalir di dalam water heater. Untuk mengukur suhu air masuk ( input ) dan suhu air keluar menggunakan termokopel digital.

4.2.VARIASI PENELITIAN

Variasi dilakukan terhadap besar kecilnya debit air yang masuk ke dalam pemanas air dengan debit gas yang konstan pada pemanas air.

4.3. PERALATAN PENGUJIAN

4.3.1 Alat – alat yang digunakan

a. Thermokopel, sebagai alat pengukur suhu fluida yang keluar.

b. Kompor dan gas LPG, sebagai pengatur debit gas sekaligus menjadi penyuplai kalor.

c. Kran, sebagai pengatur debit air.

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

e. Mur dan baut / kawat, sebagai pegunci.

f. Selang karet, sebagai penyambung dari gas ke kompor.

g. Kalkulator dan alat tulis,digunakan untuk menulis dan mengolah data. h. Penyangga,sebagai tumpuan water heater.

i. Stopwatch, sebagai penunjuk waktu.

Gambar 4.2 Tabung gas

4.4. CARA MEMPEROLEH 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 memasang termokopel pada sisi keluar water heater. Suhu air dicatat setiap ada perubahan debit air.

4.5. CARA MENGOLAH DATA

Dengan data-data yang diperoleh, maka data dapat diolah. Data - data kemudian dipergunakan untuk mengetahui

a. Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar dari water heater. b. Hubungan antara debit air dengan laju aliran keluar water heater.

Perhitungan laju aliran kalor dilakukan dengan mempergunakan persamaan (2.1). Untuk memudahkan mendapatkan kesimpulan data-data disajikan dalam bentuk grafik.

4.6. CARA MENYIMPULKAN

BAB V

KARAKTERISTIK WATER HEATER

5.1 HASIL PENGUJIAN

Hasil pengujian pemanas air, yang meliputi : debit air, suhu air masuk Ti, suhu air

keluar To disajikan pada Tabel 5.1. Pengujian dilakukan pada kondisi tekanan udara

luar. Aliran gas pada kompor gas diposisikan pada posisi maksimum. Air yang dipergunakan, adalah air kran.

Tabel 5.1 Hasil Pengujian Pemanas Air

No Debit air

kalor q yang diserap air dilakukan dengan mempergunakan data data seperti tersaji pada Tabel 5.1. Data lain yang dipergunakan adalah :

Debit gas (mgas) : 0,8 kg/30 menit

5.2.1. Perhitungan Kecepatan air rata rata um

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

mempergunakan persamaan :

s Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 14 liter/menit. (data lain pada Tabel 5.1). Satuan debit air dijadikan dalam satuan m3/s.

(

)

Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap disajikan pada Tabel 5.2. 5.2.2.Perhitungan laju aliran massa air, mair

Perhitungan laju aliran massa air m di dalam saluran pipa air mempergunakan persamaan berikut :

(massa jenis)(luas penampang )(kecepa air)

Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 14 liter/menit. (data lain pada Tabe 5.1)

Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap disajikan pada Tabel 5.2. 5.2.3. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air

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

air

Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 14 liter/menit. (data lain pada Tabel 5.1)

5.2.4. Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas

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

gas

q =(debitgas )(kalor jenis gas)watt

...(5.6)

gas

=22142,46watt 5.2.5. Efisiensi

Perhitungan Efisiensi kompor gas dapat menggunakan persamaan :

%

Hasil perhitungan lain untuk data yang lain secara lengkap disajikan pada Tabel 5.2

G

hubungan eefisiensi watter

air keluar sebesar 45°C pada debit : 14 liter/menit. Dipasaran water heater dengan debit 6 liter/menit, suhu air keluar dari water heater berkisar antara 40-80°C. produk lain mampu menghasilkan suhu air keluar : 50°C dan ada juga yang mencapai 65°C dengan debit yang sama.

Dari Gambar 5.2 nampak bahwa besarnya laju aliran kalor yang diterima air bergantung pada debit air yang mengalir. Semakin besar debit air yang mengalir, semakin besar laju aliran kalor yang diterima air (berlaku untuk debit < 9 liter/menit), tetapi setelah debit > 9 liter/menit, semakin besar debit air yang mengalir laju aliran kalor yang diterima semakin rendah. Hubungan antara laju aliran kalor q (dalam watt) dengan debit air (dalam liter/menit), dapat dinyatakan dengan persamaan :

Persamaan tersebut, berlaku untuk 2,8 liter/menit < < 14 liter/menit pada tekanan

udara luar saat (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 27°C. nilai paling tinggi

pada debit seteleh 10,2 liter/menit.

air

m

air

q

ƞ = -0,776 2 + 14,24 + 31,04

R² = 0,967

air

m m_air

Persamaan tersebut, berlaku untuk 2,8 liter/menit < < 14 liter/menit pada tekanan

udara luar saat itu (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 27°C. Nilai efisiensi water heater berkisar antara : 64,2-98,82 %. Nilai efisiensi terbesar sebesar : 98,82 %.

Efisiensi water heater yang dibuat tidak dapat mencapai 100 %. Hal ini disebabkan karena, adanya kalor hilang melalui radiasi, ataupun terbawa gas buang. Gas buang memiliki suhu yang lebih tinggi daripada udara luar ketika masuk water heater, juga adanya kalor yang terhisap oleh tabung, sehingga suhu tabung lebih tinggi dari keadaan awal.

air

m

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 KESIMPULAN

Dari penelitian yang dilaksanakan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

a. Water heater dapat dibuat dengan baik dan mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran. Pada debit aliran : 14 liter/menit dan dengan suhu air yang keluar sebesar 45 °C

b. Hubungan antara debit air yang masuk dengan temperatur air yang mengalir dinyatakan dengan persamaan :

out

T

= 0,297 m_air2 – 9,566 m_air+ 121,9 (m_air dalam liter/menit, T_outdalam °C )

R² = 0,990

Persamaan ini berlaku untuk debit 2,8 liter/menit < < 14 liter/menit, pada

tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 27°C.

air

m

c. Hubungan antara debit air yang masuk dengan laju aliran kalor yang diperlukan dinyatakan dengan persamaan :

R² = 0,967

Persamaan ini berlaku untuk debit 2,8 liter/menit < <.14 liter/menit, pada

tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 27°C.

air

m

d. Kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara: 17551,8 – 14216,96 watt. Jumlah kalor terbesar sebesar : 17551,8 watt.

e. Kalor yang diberikan gas LPG sebesar : 22142,46 watt.

f. Hubungan antara debit air yang masuk dengan efisiensi water heater yang diperlukan dinyatakan dengan persamaan :

ƞ = -0,776 2 + 14,24 + 31,04 ( dalam liter/menit, ƞ dalam % )

R² = 0,967

air

m m_air m_air

Persamaan ini berlaku untuk debit 2,8 liter/menit < <.14 liter/menit, pada

tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 27°C.

air

m

6.2 SARAN

Adapun beberapa saran yang dapat menjadikan pengembangan dan perbaikan pembuatan pemanas air :

b. Bentuk sirip berpengaruh terhadap hasil yang diperoleh. kontruksi atau bentuk sirip dirancang sedemikian rupa sehingga optimal dalam memindahkan kalor dari api ke fluida air

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

DAFTAR PUSTAKA

Holman, J.P, 1993, Perpindahan Kalor, Edisi Keenam, Erlangga: Jakarta

Anonim, aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-lpg-di-dapur-anda.pdf)

diakses pada tanggal 5 Juli 2012

Anonim,http://www.tokowaterheater.com/,diakses pada tanggal 02 juli 2012

Anonim,http://www.sinar-electric.com/WATER%20HEATER/Water%20Heater%20RINNAI%20REU-55.htm,

diakses pada tanggal 02 juli 2012

Anonim, http://teknindogas.wordpress.com/2010/05/25/kompor-gas-tungku-besar-rp-300-000/, diakses pada tanggal 18 Juli 2012

Anonim,http://lpg-3kg.blogspot.com/,diakses pada tanggal 18 Juli 2012

LAMPIRAN