WATER HEATER DENGAN 3 MODEL PEMBUANGAN GAS BUANG TUGAS AKHIR - Water heater dengan 3 model pembuangan gas buang - USD Repository

(1)

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan Mencapai gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

oleh :

HARI KRISTIANTO NIM : 095214062

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(2)

i

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan Mencapai gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

oleh :

HARI KRISTIANTO NIM : 095214062

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(3)

ii

Presented as partial requirements to obtain Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

by :

HARI KRISTIANTO Student Number : 095214062

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

vii

suhu campurannya mencapai 35ºC sampai dengan 40ºC. Untuk memperoleh air panas, salah satunya adalah dengan memanfaatkan alat pemanas air yang biasa di sebut dengan water heater. Tujuan penelitian ini adalah (a) merancang dan membuat water heater, (b) mendapatkan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater, (c) mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor yang diterima air dan (d) mendapatkan hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater.

Water heater yang di rancang , mempunyai variasi pembuangan gas buang dan untuk mendapatkan data, penelitian dilakukan di laboratorium.

Hasil dari proses penelitian didapatkan bahwa water heater dengan pembuangan gas buang dengan cerobong dan blower merupakan kostruksi terbaik diantara 2 model lain dalam penelitian ini, dengan data : (a) Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran, yang mampu menghasilkan air panas dengan temperatur : 35.4 oC pada debit 7,2 liter/menit, (b) Hubungan antara debit air yang mengalir (m) dengan temperatur air keluar water heater (To) dapat dinyatakan dengan persamaan : To = –0,2215m3 + 4,5633m2 –

29,935m + 96,878 (m dalam liter/menit, To dalam oC) (c) Hubungan antara debit air

yang mengalir dengan laju perpindahan kalor dinyatakan dengan persamaan : qair =

–2,6026m3 + 6,9591m2 + 302,15m + 2536,7 (m dalam liter/menit, Qair dalam watt)

(d) Hubungan antara debit air yang mengalir dengan efisiensi water heater dapat dinyatakan dengan persamaan :  = –0,0376m3 + 0,1006m2 + 4,3666m + 36,66 (m dalam liter/menit,  dalam persen).

(9)

(10)

(11)

x

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI... vi

INTISARI ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... x

DAFTAR GAMBAR ... xiii

DAFTAR TABEL ... xvii

DAFTAR NOTASI ... xviii

BAB I. PENDAHULUAN………...….………1

1.1. Latar Belakang ………1

1.2. Rumusan Masalah ………...………..………6

1.4. Batasan Masalah ………...………6

1.5. Tujuan ………...………7

1.6. Manfaat ………..………...………7

BAB II. DASAR TEORI DAN REFERENSI…...………...8

2.1. Dasar Teori………..………...………8

(12)

xi

………..……...………..………...………

2.1.5. Saluran Gas Buang ………..……...………...………14

2.1.6. Sumber Api ………..…...………...……….………15

2.1.7. Isolator ………..……...………...………...….………18

2.1.8. Laju Aliran Kalor ………..……...…...………..………21

2.1.9. Laju Aliran Kalor yang diberikan Gas……...………...………...22

2.1.10. Efisiensi Water Heater ……...………...………....………22

2.2. Referensi ………....……..………...………..…..………21

2.2.1. Water Heater yang ada di pasaran…..……...………...………...23

2.2.2. Konstruksi Water heater ……...………...……..……...…………..…27

BAB III. METODE PERANCANGAN DAN PEMBUATAN……….……...…31

3.1. Perancangan Water Heater………...………..…..………...…..31

3.2. Pembuatan Water Heater ………..……..………..…..………38

3.2.1. Bahan Water Heater………...……….……..………38

3.2.2. Sarana dan alat –alat yang digunakan…..……..………...………39

3.2.2. Langkah –langkah pengerjaan ……..…..……..………...………40

3.2.2.1 Persiapan..…..……..………...……….40

3.2.2.2 Pengerjaan…..……..………...……….41

(13)

xii

Variasi Penelitian………….………...……..…………...…..…..………

4.3. Peralatan Pengujian ……….….…...……56

4.3.1. Alat –alat yang digunakan ………..………….………56

4.4. Metode Pengumpulan Data….……….….…...……61

4.5. Metode Pengolahan Data….……….………..…….….…...……61

4.6. Metode Pengambilan Kesimpulan..……….….…...……61

BAB V. KARAKTERISTIK WATER HEATER.………….…....…..…………...……62

5.1. Hasil Pengujian…………..….……….….…...……62

5.2. Perhitungan Matematis…..….……….….…...……64

5.2.1. Perhitungan Kecepatan air rata - rata (

u

m) ………..…………...…...64

5.2.2. Perhitungan laju aliran massa air (

m

air) ………..…………...…...65

5.2.3. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air (

q

air) ……...…...65

5.2.4. Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas (

q

gas) ……...…...66

5.2.5. Efisiensi (



) ………...…...66

BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN………...……….…....…..…………...……81

6.1. Kesimpulan ………...……..…………....………..………....…..………81

6.2. Saran ………...……..…………....………....…..………82

(14)

xiii

Gambar 1.1 Skema water heater dengan energi matahari ……… 3

Gambar 1.2 Skema water heater dengan energi listrik………. 4

Gambar 1.3 Skema water heater dengan energi gas LPG……… 5

Gambar 2.1 Grafik Efisiensi Sirip Siku Empat dan Segitiga (Holman,1993)…. 10 Gambar 2.2 Grafik Efisiensi Sirip Siku Empat (Holman, 1993) ……… 10 Gambar 2.3 Kompor gas tungku besar Cajun Cockware dengan regulator …… 16

Gambar 2.4 Kompor gas Quantum……….………. 16

Gambar 2.5 Kompor gas Xentro……….. 17

Gambar 2.6 Kompor Tungku gas LPG ………...… 17

Gambar 2.7 Konduktifitas Termal Beberapa Gas……… 19

Gambar 2.8 Laju aliran kalor……….………….. 21

Gambar 2.9 Water heater Wasser WH506A-LPG……….. 24

Gambar 2.10 Water heater Modena GI-6………....……….. 25

Gambar 2.11 Water heater Rinnai REU-55RTB……….………….. 26

Gambar 2.12 Konstruksi Water heater dengan tangki penampungan.………….. 27

Gambar 2.13 Konstruksi water heater dengan tangki penampungan dan turbulator. ……….…….. 28

Gambar 2.14 Konstruksi water heater dengan tangki penampungan dan pipa spiral. ………..…….……. 29

Gambar 2.15 Konstruksi water heater tanpa tangki penampungan. ………. 30

Gambar 3.1 Rancangan water heater model 1 ………..……….… 33

(15)

xiv

Gambar 3.6 Rancangan Tutup atas………...……….…….. 35

Gambar 3.7 Rancangan Rangka tutup………...…….……. 35

Gambar 3.8 Rancangan Body luar……….…….……. 36

Gambar 3.9 Rancangan Body dalam……….……….……. 36

Gambar 3.10 Rancangan Pipa Tembaga Spiral……….…… 37

Gambar 3.11 Rancangan Cover Bawah……….…… 37

Gambar 3.12 Rancangan Kaki Water Heater………...……….…… 37

Gambar 3.13 Gunting Seng……….…..…… 40

Gambar 3.14 Pipa tembaga sebelum dibuat spiral……….…… 43

Gambar 3.15 Alat pemotong pipa tembaga………..……….…… 43

Gambar 3.16 Body luar dan body dalam water heater……….……. 44

Gambar 3.17 Tutup atas water heater………..……. 45

Gambar 3.18 Rangka tutup water heater ……….……. 46

Gambar 3.19 Cerobong water heater………..……….……. 47

Gambar 3.20 Cover bawah dan kaki water heater………..………….……. 48

Gambar 3.21 Water heater Model 1 dengan cerobong dan blower……….……. 49

Gambar 3.22 Water heater Model 2 dengan cerobong ………..….……. 50

Gambar 3.23 Water heater Model 3 dengan tutup bagian atas……...…….……. 51

Gambar 4.1 Skema pengujian water heater………..…….. 52

Gambar 4.2 Macam – macam saluran pembuangan gas buang…………..……. 54

Gambar 4.3 Pengujian model 1, mempergunakan cerobong dan blower……… 54

(16)

xv

………..……

Gambar 4.8 Termokopel………...….…….. 59

Gambar 4.9 Gelas ukur……….….…….. 59

Gambar 4.10 Stopwatch……….….…….. 60

Gambar 4.11 Kalkulator………..….……. 60

Gambar 5.1 Hubungan debit air dengan suhu air keluar water heater model 1 pada suhu air input 27oC………...…… 69

Gambar 5.2 Hubungan debit air dengan suhu air keluar water heater model 2 pada suhu air input 27oC………... 69

Gambar 5.3 Hubungan debit air dengan suhu air keluar water heater model 3 pada suhu air input 27oC………....….…… 70

Gambar 5.4 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan water heater model 1 pada suhu air input 27oC………..….…… 71

Gambar 5.5 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan water heater model 2 pada suhu air input 27oC………...…… 72

Gambar 5.6 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan water heater model 3 pada suhu air input 27oC………..….…… 72

Gambar 5.7 Hubungan debit air dengan effisiensi water heater model 1 pada suhu air input 27oC……… 74

(17)

xvi

dan model 3 pada suhu air input 27oC………....…… 77 Gambar 5.11 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan water

heater model 1, 2 dan model 3 pada suhu air input 27oC……...… 78 Gambar 5.12 Hubungan debit air dengan effisiensi water heater model 1, 2 dan

(18)

xvii

Tabel 2.1 Perbandingan Daya Pemanasan dan Efisiensi Alat Masak LPG dengan Bahan Bakar Lain……….………... 13 Tabel 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normal ……….………... 14 Tabel 2.3 Konduktifitas Termal Beberapa media (Holman, 1993) …………. 20 Tabel 3.1. Daftar komponen perancangan water heater……….…………... 32 Tabel 5.1 Hasil Pengujian Water Heater Model 1, Mempergunakan Cerobong

dan Blower……….……….. 62

Tabel 5.2 Hasil Pengujian Water Heater Model 2, Mempergunakan Cerobong

……….. 63

Tabel 5.3 Hasil Pengujian Water Heater Model 3, Mempergunakan Penutup

Plat……….……….. 63

Tabel 5.4 Tabel perhitungan

m

air dan

q

air Water Heater Model 1,

Mempergunakan Cerobong dan Blower……….………. 67 Tabel 5.5 Tabel perhitungan

m

air dan

q

Mempergunakan Cerobong……….………... 67 Tabel 5.6 Tabel perhitungan

m

air dan

q

(19)

xviii

R = Jari-jari atau jarak, m

d = Diameter, m

ΔT = Perubahan temperatur, °C

T = Temperatur, °C

V = Volume, m3

Qair = Laju perpindahan kalor yang diterima air watt

Qgas = Laju kalor yang diberikan gas watt

ɳ = Efisiensi water heater %

k = Konduktifitas termal, W/m°C

h = Koefisien perpindahan kalor konveksi W/m2°C

m = Laju aliran massa, kg/s

cp = Kalor jenis air yang mengalir pada tekanan tetap J/kg.oC

Ti = Temperatur air masuk saluran pipa oC

To = Temperatur air keluar saluran pipa oC

Q = Debit air, L/menit

um = Kecepatan aliran air, m/detik

(20)

1

1.1. Latar Belakang

Saat ini keberadaan air panas banyak dibutuhkan baik di rumah tangga, rumah sakit, penginapan, rumah makan, maupun di tempat yang berhawa dingin. Selain untuk keperluan minum, kebutuhan air panas dapat dipakai untuk keperluan mandi air hangat. Air panas yang digunakan untuk keperluan mandi biasanya dicampur dengan air dingin yang suhu campurannya sekitar 40 ºC. Untuk memperoleh air panas, salah satunya adalah dengan memanfaatkan alat pemanas air yang biasa di sebut dengan water heater. Sumber energi water heater berasal dari energi listrik, energi gas dan energi surya.

Beberapa keuntungan dari tersedianya air panas dan alasan – alasan banyak orang membutuhkan air panas dengan berbagai keperluan, antara lain :

a. Orang sakit memerlukan air hangat untuk mandi.

b. Anak kecil atau bayi dan orang tua lebih memilih memerlukan air hangat atau air panas untuk mandi.

c. Para pekerja yang pulang malam hari di rumah, lebih memilih mandi dengan air hangat atau air panas untuk memulihkan kelelahan akibat bekerja.

d. Air hangat atau air panas dipergunakan di hotel – hotel sebagai fasilitas yang diberikan untuk orang yang menginap di hotel.

(21)

f. Air panas atau air hangat banyak dipergunakan untuk mandi terutama di daerah yang berhawa dingin.

g. Orang kota yang berkecukupan lebih memilih mandi dengan air hangat atau panas.

Beberapa perbedaan antara water heater yang menggunakan sumber energi gas LPG dengan sumber energi energi listrik dan matahari :

a. Water heater dengan gas LPG lebih menguntungkan dibandingkan dengan water heater listrik maupun maupun water heater energi matahari. Keuntungan water heater gas LPG yaitu air panas yang dihasilkan tidak terbatas, selama air dan gas LPG masih ada maka air panas dapat dihasilkan kapan saja, tidak tergantung cuaca dan hemat listrik, cepat panas tetapi tidak ramah lingkungan dikarenakan gas buang yang dihasilkan.

b. Water heater tenaga listrik sangat tergantung listrik yang tersedia, baik dari PLN maupun Generator, jika listrik mati maka air panas tidak dapat diperoleh, kerugian yang lain adalah di perlukan beberapa waktu untuk memanaskan air, boros listrik meskipun ramah lingkungan.

c. Water heater tenaga matahari sangat tergantung cuaca. Jika cuaca mendung atau hujan, kebutuhan air panas tidak dapat dipenuhi. Waktu malam hari water heater ini tidak dapat di fungsikan. Kapasitas air panas terbatas, tidak cepat panas hemat listrik dan ramah lingkungan.

(22)

heater dengan sumber energi listrik dan Gambar 1.3 menampilkan water heater dengan sumber energi gas LPG.

(23)

(24)

Gambar 1.3 Skema water heater dengan energi gas LPG

(25)

1.2. Rumusan masalah

Pada penelitian ini peneliti merumuskan masalah – masalah yang dihadapi yaitu : a. Water heater dengan sumber energi apa yang dapat menghasilkan air panas

dengan cepat tanpa terbatas cuaca ?

b. Bagaimana merancang water heater dengan anggaran biaya yang ringan ? c. Bagaimana merancang water heater gas LPG dengan ukuran yang ideal ? d. Beagaimana melakukan penelitian pada pembuangan gas buang pada water

heater

1.3. Batasan masalah

Water heater yang dirancang , mempunyai batasan - batasan :

e. Tinggi water heater : 95 cm, diameter water heater 30 cm dengan panjang pipa tembaga 10 m.

f. Banyaknya dinding plat water heater : 2 lapis, plat lapis dalam mempunyai lubang sebanyak 48 buah dengan diameter 10 mm dan plat luar mempunyai lubang sebanyak 48 buah dengan diameter 10 mm.

g. Pipa diberi sirip dengan panjang sirip 5 cm. h. Sirip dari plat tembaga dengan tebal 0.2 mm.

(26)

1.4. Tujuan

Tujuan penelitian tentang water heater ini adalah sebagai berikut : a. Merancang dan membuat water heater.

b. Mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar water heater untuk berbagai model pembuangan gas buang.

c. Mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan kalor yang diterima air

d. Mendapatkan data kalor yang diterima air dari water heater untuk berbagai model pembuangan gas buang.

e. Mendapatkan data kalor yang diberikan gas LPG untuk berbagai model pembuangan gas buang.

f. Mendapatkan data efisiensi water heater untuk berbagai model pembuangan gas buang.

1.5. Manfaat

Penelitian tentang water heater ini diharapkan dapat memberikan manfaat, antara lain :

a. Dapat mengetahui efisiensi, water heater untuk berbagai model pembuangan gas buang.

(27)

8

2.1. Dasar Teori

2.1.1. Saluran Air

(28)

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

(29)

Gambar 2.1 Grafik Efisiensi Sirip Siku Empat dan Segitiga (Holman,1993)

(30)

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 sebesar 99 %, selebihnya adalah gas Pentana (C5H12) 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 kg/cm2. Nilai kalori sekitar : 21.000 BTU/lb. zat mercaptan umumnya ditambahkan ke LPG untuk memberikan bau khas, supaya kalau terjadi kebocoran, dapat segera terdeteksi dengan cepat dan mudah.

Reaksi pembakaran Propana (C3H8), jika terbakar sempurna adalah sebagai

berikut :

C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O + panas

(31)

Panas yang dihasilkan (Lower Heating Value / LHV) reaksi tersebut setara dengan 46.000.000 J/kg atau 46 MJ/kg. Reaksi pembakaran Butana(C4H10 ) ,jika

terbakar sempurna adalah sebagai berikut : 2C4H10+13O2→ 8CO2+10H2O + panas

Butana+ oksigen→ karbondioksida + uap air + panas

Panas yang dihasilkan (Lower Heating Value / 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 0,543m3 . Satu kg elpiji memiliki energi yang setara untuk mendidihkan air 90 L.

(32)

Tabel 2.1 Perbandingan Daya Pemanasan dan Efisiensi Alat Masak LPG dengan Bahan Bakar Lain

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

Bahan Bakar Daya Pemanasan Efisiensi alat masak

Kayu bakar 4.000 kkal/kg 15 %

2.1.4. Kebutuhan Udara

(33)

Tabel 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normal

(Sumber : repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/16641/4/Chapter 201.pdf)

No Komposisi Udara Prosentase (%)

1 Nitrogen 78,1

2 Oksigen 20,93

3 Karbon dioksida 0,03

4 Gas lain 0,94

2.1.5. Saluran Gas Buang

(34)

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

(35)

Gambar 2.3 Kompor gas tungku besar Cajun Cockware dengan regulator

(36)

Gambar 2.5 Kompor gas Xentro

Gambar 2.6 Kompor Tungku gas LPG

(37)

2.1.7. Isolator

(38)

(39)

(40)

2.1.8 Laju Aliran Kalor

Laju aliran kalor yang diterima air ketika mengalir di dalam saluran pipa dapat dihitung dengan persamaan (2.1)

Gambar 2.8 Laju aliran kalor

q

air

= m

air

c

air

(T

i

−

T

o

)

... (2.1)

m

air

= ρ

�

� .��

�

u

m ... (2.2)

Pada persamaan (2.1) dan (2.2):

(41)

2.1.9 Laju aliran kalor yang diberikan gas

Kalor yang diberikan gas dapat dihitung dengan persamaan (2.3)

q

gas

= m

gas

c

gas ...(2.3)

Pada persamaan (2.3) :

m

gas : masa gas elpiji yang terpakai (kg/s)

c

gas : nilai kalor jenis elpiji ( J/kg), (1kkal = 4186,6 J),

tersaji pada Tabel 2.1

2.1.10 Efisiensi

Efisiensi water heater dapat dihitung dengan persamaan (2.4)

η

=

x 100% ...(2.4)

Pada persamaan (2.4) :

η

: Efisiensi water heater , (%)

q

air : Laju aliran kalor yang diterima air, watt

(42)

2.2. Referensi

2.2.1. Water heater_{yang ada di pasaran}

Penelitian dan pengembangan water heater untuk memenuhi kebutuhan masyarakat semakin berkembang. Water heater yang ditawarkan di pasaran 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 dengan konsumsi gas LPG 0.5kg/jam, biasanya digunakan dalam rumah tangga, sedangkan untuk kapasitas yang lebih besar biasanya digunakan di rumah sakit atau di hotel.

(43)

a. Gas water heater_{Wasser WH506A - LPG}

Gambar 2.9 Water heater Wasser WH506A-LPG

Nama Produk : Wasser

Spesifikasi

 Model : WH506A-LPG

 Warna : Putih

 Kapasitas maksimum : 5 L/menit

 Konsumsi gas LPG : 0.46kg/jam

 Dimensi Luar : 402x270x190 mm

 Tipe Gas : LPG

(44)

b. Gas water heater_{Modena GI-6}

Gambar 2.10 Water heater Modena GI-6

Nama Produk : Modena

Negara Pembuat : Italia

Spesifikasi

 Model : GI-6

 Warna : Putih (GI-6)

 Kapasitas maksimum : 6 L/menit  Konsumsi gas LPG : 0.78kg/jam

 Dimensi Luar : 44 cm x 30 cm x 13 cm

 Tipe Gas : LPG

(45)

c. Gas water heater_{Rinnai REU-55RTB}

Gambar 2.11 Water heater Rinnai REU-55RTB

Nama Produk : Rinnai

Negara Pembuat : Jepang

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

(46)

2.2.2. Konstruksi Water heater

a. Konstruksi water heater_{dengan tangki penampungan}

Konstruksi water heater gas LPG yang paling sederhana adalah dengan dengan metode seperti merebus air. Air dingin masuk ke dalam tangki penampungan melewati pipa masuk water heater, kemudian air di dalam tangki penampungan dipanaskan dengan kompor gas LPG yang ada di bawah tangki penampungan, air panas yang dihasilkan kemudia keluar melewati pipa keluar air panas water heater seperti disajikan pada Gambar 2.12.

(47)

b. Konstruksi water heater_{dengan tangki penampungan dan}turbulator

Konstruksi water heater gas LPG dengan tangki penampungan dan turbulator menggunakan metode seperti merebus air, tetapi dilengkapi dengan bagian bafle atau turbulator yaitu perangkat spiral, dengan posisi diatas kompor gas LPG. Perangkat ini bergerak berputar di dalam saluran gas buang yang berfungsi untuk meratakan aliran kalor seperti disajikan pada Gambar 2.13.

(48)

c. Konstruksi water heater_{dengan tangki penampungan dan pipa spiral.}

Konstruksi water heater gas LPG dengan tangki penampungan dan pipa spiral menggunakan metode seperti merebus air, tetapi dilengkapi dengan pipa spiral, dengan posisi diatas kompor gas LPG. Pipa spiral berfungsi sebagai saluran udara panas dari kompor gas LPG untuk memanaskan air di dalam tangki penampungan, sekaligus berfungsi sebagai saluran gas buang, seperti disajikan pada Gambar 2.14.

(49)

d. Konstruksi water heater_{tanpa tangki penampungan.}

Konstruksi water heater gas LPG tanpa tangki penampungan menggunakan metode memanaskan air didalam pipa yang dipanaskan dengan kompor gas LPG, seperti disajikan pada Gambar 2.15. Panas di terima langsung oleh pipa dan sirip kemudian didistribusikan kedalam air yang melewati pipa, sehingga proses penyediaan air panas menjadi lebih cepat dibandingkan dengan water heater yang menggunakan metode tangki penampungan. Penulis menjadikan konstruksi water heater tanpa tangki penampungan sebagai referensi dalam penelitian ini.

Gambar 2.15 Konstruksi water heater tanpa tangki penampungan. 1. Saluran gas buang 2. Pipa dan sirip 3. Kompor gas LPG 4. Kipas

5. Panel Kontrol 6. Sensor aliran air 7. Air panas ke kran 8. Pipa gas LPG 9. Air dingin ke water

heater

(50)

31

3.1. Perancangan Water Heater

Rancangan water heater yang dibuat pada penelitian ini disesuaikan dengan variasi pengujian yang dilakukan, oleh karena itu maka pada saat perancangan dibuat 3 buah model water heater yang berbeda pada saluran pembuangan udara panas. Model water heater yang dibuat antara lain :

a. Water heater model 1, dengan saluran pembuangan udara panas berupa cerobong dan blower, seperti terlihat pada Gambar 3.1

b. Water heater model 2, dengan saluran pembuangan udara panas berupa cerobong saja, seperti terlihat pada Gambar 3.2

c. Water heater model 3, dengan saluran pembuangan udara panas berupa tutup atas saja, seperti terlihat pada Gambar 3.3

Water heater yang dirancang terdiri dari komponen – komponen yang berbeda fungsinya dan nantinya harus dirakit untuk mendukung fungsi utama water heater.

(51)

Tabel 3.1. Daftar komponen perancangan water heater

No. Komponen Jumlah Material Gambar Keterangan

1 Blower 1 Blower 4" Gambar 3.4 Model 1 2 Cerobong 1 Plat Seng Gambar 3.5 Model 1 & 2 3 Tutup Atas 1 Plat Seng Gambar 3.6 Model 3 4 Rangka Tutup 1 Beton Esser Gambar 3.7 Model 3 5 Body Luar 1 Plat Seng Gambar 3.8 Model 1, 2 & 3 6 Body Dalam 1 Plat Seng Gambar 3.9 Model 1, 2 & 3 7 Pipa Tembaga 1 Diameter 1/2" Gambar 3.10 Model 1, 2 & 3 8 Cover Bawah 1 Plat Seng Gambar 3.11 Model 1, 2 & 3 9 Kaki 1 Beton Esser Gambar 3.12 Model 1, 2 & 3

(52)

Gambar 3.1 Rancangan water heater model 1

(53)

Gambar 3.3 Rancangan water heater model 3

(54)

Gambar 3.5 Rancangan Cerobong

Gambar 3.6 Rancangan Tutup atas

(55)

Gambar 3.8 Rancangan Body luar

(56)

Gambar 3.10 Rancangan Pipa Tembaga Spiral

Gambar 3.11 Rancangan Cover Bawah

(57)

Proses pemanasan air pada water heater ini sebenarnya 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 – 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 ekonomisnya.

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.

Mekanisme perpindahan kalor yang terjadi pada water heater yaitu perpindahan kalor secara konduksi dan perpindahan kalor konveksi. Proses perpindahan kalor konveksi terjadi pada saat nyala api menyentuh sirip-sirip tembaga, kemudian, dari sirip-sirip tembaga panas yang diterima mengalir menuju pipa tembaga, proses ini disebut perpindahan kalor secara konduksi dan perpindahan panas secara konveksi terjadi dari pipa tembaga ke air yang mengalir.

3.2. Pembuatan Water Heater

3.2.1. Bahan water heater

(58)

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 menguatkan lipatan plat seng

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. Mata bor, digunakan untuk membuat lubang saluran udara di tabung dalam. i. Kawat besi, mengikat atau menyambungkan pipa tembaga dengan lengkungan

pipa.

j. Jangka, untuk membuat lingkaran pada seng sebelum dipotong. k. Alat pembengkok, untuk membengkokkan pipa.

(59)

Gambar 3.13 Gunting Seng

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 gambar rancangan water heater dapat dilakukan dengan menggambar instalasi tersebut dengan gambar tangan atau menggunakan software – software yang mendukung untuk menghasilkan gambar kerja yang nantinya dapat digunakan sebagai panduan untuk membuat komponen – komponen water heater.

(60)

b. Menyiapkan alat – alat dan bahan

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

c. Membuat daftar komponen

Daftar komponen yang akan dibuat perlu disiapkan sejak awal, supaya dapat di inventaris kebutuhan – kebutuhan komponen, serta ketika akan membuat komponen kita dapat menentukan prioritas dan urutan pengerjaan, sehingga pada saat perakitan tidak ada komponen yang tertinggal atau lupa belum dibuat.

3.2.3.2. Pengerjaan

Komponen – komponen yang harus dibuat untuk dirakit menjadi sebuah water heater yang sesuai dengan rancangan sesuai dengan urutan prioritas adalah sebagai berikut antara lain :

a. Pipa tembaga yang digulung 2 lintasan b. Body Luar

c. Body Dalam

d. Tutup bagian atas (Untuk model 3) e. Cerobong (Untuk model 1 dan 2) f. Cover bawah

(61)

Ada beberapa komponen tidak harus membuat sendiri, melainkan membeli komponen tersebut di toko peralatan teknik, karena komponen tersebut merupakan komponen standard yang sudah ada di pasaran, antara lain :

a. Blower dengan diameter 4”

b. Selang air dengan diameter dalam ½”

c. Pengikat selang air

d. Baut – baut untuk memasang tutup bagian atas dan blower.

Langkah – langkah yang dilakukan pada proses pengerjaan komponen – komponen water heater, antara lain :

a. Membuat lengkungan pipa tembaga

(62)

Gambar 3.14 Pipa tembaga sebelum dibuat spiral

Gambar 3.15 Alat pemotong pipa tembaga

b. Membuat body luar dan body dalam

(63)

Gambar 3.16 Body luar dan body dalam water heater

c. Membuat tutup bagian atas (untuk model 3)

(64)

mengguntingnya saja, dan jika sisi tajam tidak di kendaki, maka dapat dilakukan pembuatan lipatan pada bagian tepinya.

Rangka penutup dibuat dari besi beton esser yang potong kemudian di bending atau di bengkokkan sesuai ukuran perancangan, selanjutnya dilakukan pengelasan pada titik pusat penyangga tutup yang di sambungkan ulir pengikat tutup water heater.

(65)

Gambar 3.18 Rangka tutup water heater

d. Membuat cerobong

(66)

(67)

e. Membuat cover bawah

Cover bagian bawah water heater dibuat dari bahan seng yang di roll atau di lengkungkan, fungsinya adalah untuk melindungi tungku supaya api tidak terkena hembusan udara sekitar.

f. Membuat kaki water heater

Kaki water heater dibuat dari bahan besi beton esser yang di lengkungkan untuk tempat bertumpunya body water heater dan juga tempat di tempelkannya cover bawah. Proses pengerjaannya selain di roll juga diproses dengan sambungan las untuk 4 titik sambungan kaki – kaki water heater.

(68)

3.3. Hasil Pengerjaan

Komponen – komponen water heater yang telah dibuat, kemudian dirakit, seperti disajikan dalam gambar 3.21, gambar 3.22 dan gambar 3.23 dibawah ini.

(69)

(70)

(71)

52

4.1. Skema Pengujian

Skema instalasi peralatan selama pengujian pada water heater disajikan pada Gambar 4.1.

(72)

Untuk mengalirkan air menuju alat water heater diperlukan adanya air dan kran. Kran digunakan sebagai pengatur jumlah debit air yang digunakan untuk mengaliri water heater. LPG digunakan sebagai bahan bakar kompor untuk memanasi air yang mengalir di dalam water heater. Untuk mengukur suhu air masuk ( 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. Pengujian dilakukan terhadap 3 model pembuangan gas buang dari water heater (Gambar 4.2) yaitu : a. Pengambilan data pengujian model 1, dengan saluran pembuangan gas buang

berupa cerobong dan blower, seperti yang terlihat pada Gambar 4.3

b. Pengambilan data pengujian model 2, dengan saluran pembuangan gas buang berupa cerobong saja, seperti terlihat pada Gambar 4.4

(73)

Gambar 4.2 Macam – macam saluran pembuangan gas buang

(74)

(75)

Gambar 4.5 Pengujian model 3, mempergunakan penutup plat

4.3. Peralatan Pengujian

4.3.1. Alat – alat yang digunakan

(76)

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.

(77)

Gambar 4.6 Tabung gas

(78)

Gambar 4.8 Termokopel

(79)

Gambar 4.10 Stopwatch

(80)

4.4. Metode Pengumpulan 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. Metode Pengolahan 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 kalor 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. Metode Pengambilan Kesimpulan

(81)

62

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 Water Heater Model 1, Mempergunakan Cerobong dan Blower

No. Debit Air (liter/menit)

Temperatur

T (oC) Air Masuk (oC) Air Keluar (oC)

1 10,4 27 31,8 4,8

2 9,5 27 32,8 5,8

3 8,4 27 34 7

4 7,2 27 35,4 8,4

5 4,8 27 38,1 11,1

6 3 27 42,5 15,5

7 2,1 27 48,5 21,5

8 1,8 27 54,5 27,5

9 1,1 27 69,3 42,3

(82)

Tabel 5.2 Hasil Pengujian Water Heater Model 2, Mempergunakan Cerobong

Tabel 5.3 Hasil Pengujian Water Heater Model 3, Mempergunakan Penutup Plat

(83)

5.2. Perhitungan Matematis

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. , Tabel 5.2. dan Tabel 5.3. Data lain yang dipergunakan

adalah :

Jari jari pipa saluran (r) : 0,006350 m = ½ Inch

Massa jenis air (ρ) : 1000 kg/m3

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

Debit gas (mgas) : 0,25kg/30 menit = 0,5 kg/jam

5.2.1. Perhitungan Kecepatan air rata rata um

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

air mempergunakan persamaan :

um =

=

. m/s ………...(5.1)

Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 10,4 liter/menit. (data lain

pada Tabel 5.1). Satuan debit air dijadikan dalam satuan m3/s.

debit air = ,

=( , )

( )

(84)

Kecepatan air rata rata um :

um=

. ...(5.3)

u

m= _{, ,}, / = 1,36 m/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 :

mair = (massa jenis )(luas penampang)(kecepatan air)

= ρ( πr2) (um ) ...(5.4) Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 10,4 liter/menit. (data lain

pada Tabel 5.1)

mair = (1000)(3,14 x0,006352)(1,369) kg/s

= 0,173 kg/s

Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap disajikan pada

Tabel 5.4., Tabel 5.5. dan Tabel 5.6.

5.2.3. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air

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

(85)

qair = (debit air )(kalor jenis air )(Tout – Tin) watt

= mair .cair (Tout – Tin) watt ...(5.5)

Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 10,4 liter/menit. (data lain

pada Tabel 5.4., Tabel 5.5. dan Tabel 5.6.)

qair = (0,172 )(4179 )(31,8− 27)

= (718,788)(4,8 ) watt = 3450,18 watt

Catatan : 1 watt = J/s

5.2.4. Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas

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

mempergunakan persamaan :

qgas = (debit gas)(kalor jenis gas) watt ...(5.6)

qgas = ( 0,25/( 30.60 )).( 11900 . 4186,6) = 6919,52 watt

5.2.5. Efisiensi

Perhitungan Efisiensi water heater dapat menggunakan persamaan :

η = x 100% ...(5.7)

η = ,

, x 100 % = 49,86 %

Hasil perhitungan lain untuk data yang lain secara lengkap disajikan pada

(86)

Tabel 5.4 Tabel perhitungan mair dan qair Water Heater Model 1, Mempergunakan

Cerobong dan Blower

(87)

Penutup Plat

Dari Tabel 5.4., Tabel 5.5. dan Tabel 5.6. Hubungan debit air dengan suhu

air yang keluar dapat di buat dan hasilnya disajikan pada Gambar 5.1., Gambar 5.2

dan Gambar 5.3 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor pemanas air

dapat dibuat dan hasilnya disajikan dalam bentuk grafik pada Gambar 5.4.,

Gambar 5.5 dan Gambar 5.6. Sedangkan Gambar 5.7., Gambar 5.8 dan Gambar 5.9

memberikan informasi tentang hubungan efisiensi masing – masing model water

(88)

Gambar 5.1 Hubungan debit air dengan suhu air keluar water heater model 1

pada suhu air input 27oC

Debit Air m (Liter/Menit)

0

T = -0,2215m3 + 4,5633m2 – 29,935m + 96,878 R² = 0,9807

(89)

Grafik pada hubungan debit air dengan temperatur air keluar water heater

merupakan hasil plot grafik dengan menggunakan perangkat lunak Microsoft

Excel.

Persamaan : To = am3 + bm2 + cm + d pada grafik hubungan temperatur

air keluar water heater (To) dan debit air (m), didapatkan dengan metode regresi

polinomial, dimana regresi adalah pengukur hubungan dua variabel atau lebih yang

dinyatakan dengan bentuk hubungan atau fungsi. Regresi polinomial ialah regresi

dengan sebuah variabel bebas sebagai faktor dengan pangkat terurut. Regresi

polinomial pada persamaan To = am3 + bm2 + cm + d, merupakan bentuk fungsi

(90)

antara variabel tak bebas (To) dengan variabel bebas (m) atau dapat dinyatakan

sebagai suatu fungsi To = (m),

To (oC) = am3 ( oC ) + bm2 ( oC ) + cm ( oC ) + d (oC)

R2 disebut koefisien determinasi atau koefisien penentu atau indeks

penentu. Koefisien determinasi R2 adalah variabilitas variabel bergantung yang

diakibatkan oleh variabel bebas (m), bernilai antara 0 sampai dengan 1. Hubungan

(To) dan (m) akan semakin kuat jika nilai R2 mendekati 1 dan grafik yang

dihasilkan semakin valid, sebaliknya jika nilai R2 mendekati 0 maka hubungan

(To) dan (m) akan semakin lemah dan grafik yang dihasilkan semakin tidak valid.

Gambar 5.4 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan water

heater model 1 pada suhu air input 27oC

q_air= -2,6026m3_{+ 6,9591m}2_{+ 302,15m + 2536,7}

(91)

q_air= 25,138m3_{- 321,19m}2_{+ 1200,5m + 2401,2}

q_air= 4,4255m3_{- 90,392m}2_{+ 494,55m + 3083,1}

(92)

Grafik pada hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan

water heater merupakan hasil plot grafik dengan menggunakan perangkat lunak

Microsoft Excel.

Persamaan : qair = am3 + bm2 + cm + d pada grafik hubungan laju aliran

kalor yang diperlukan water heater (qair) dan Debit air (m), didapatkan dengan

metode regresi polinomial, dimana regresi adalah pengukur hubungan dua variabel

atau lebih yang dinyatakan dengan bentuk hubungan atau fungsi. Regresi

polinomial ialah regresi dengan sebuah variabel bebas sebagai faktor dengan

pangkat terurut. Regresi polinomial pada persamaan qair = am3 + bm2 + cm + d,

merupakan bentuk fungsi antara variabel tak bebas (qair) dengan variabel bebas (m)

atau dapat dinyatakan sebagai suatu fungsi qair = (m),

qair (watt) = am3 ( watt ) + bm2 ( watt) + cm ( watt ) + d

(watt)

(qair) dan (m) akan semakin kuat jika nilai R2 mendekati 1 dan grafik yang

(93)

Gambar 5.7 Hubungan debit air dengan effisiensi water heater model 1

0.00

η = -0,0376m3 + 0,1006m2 + 4,3666m + 36,66 R² = 0,814

(94)

Grafik pada hubungan debit air dengan effisiensi water heater merupakan

hasil plot grafik dengan menggunakan perangkat lunak Microsoft Excel.

Persamaan : η = am3 + bm2 + cm + d pada grafik effisiensi water heater

(η) dan debit air (m), didapatkan dengan metode regresi polinomial, dimana regresi

adalah pengukur hubungan dua variabel atau lebih yang dinyatakan dengan bentuk

hubungan atau fungsi. Regresi polinomial ialah regresi dengan sebuah variabel

bebas sebagai faktor dengan pangkat terurut. Regresi polinomial pada persamaan

η = am3 + bm2 + cm + d, merupakan bentuk fungsi antara variabel tak bebas (η)

dengan variabel bebas (m) atau dapat dinyatakan sebagai suatu fungsi η= (m),

η (%) = am3 ( % ) + bm2 ( %) + cm ( % ) + d (%)

(95)

(qair) dan (m) akan semakin kuat jika nilai R2 mendekati 1 dan grafik yang

(qair) dan (m) akan semakin lemah dan grafik yang dihasilkan semakin tidak valid.

Pembahasan :

Dari Gambar 5.1, Gambar 5.2 dan Gambar 5.3 dapat diperoleh informasi

bahwa debit air berpengaruh terhadap suhu keluar dari water heater. Semakin

besar debit air, suhu air yang keluar semakin rendah. Hubungan tersebut

dinyatakan dengan persamaan :

a. Water Heater Model 1 :

To = – 0,2215m3 + 4,5633m2 – 29,935m + 96,878

R² = 0,9807

b. Water Heater Model 2 :

To = – 0,6662m3 + 9,5524m2 – 46,115m + 113,83

R² = 0,9444

c. Water Heater Model 3 :

To = – 0,1928m3 + 4,2317m2 – 29,218m + 99,895

(96)

Gambar 5.10 Hubungan debit air dengan suhu air keluar water heater model 1, 2

dan model 3 pada suhu air input 27oC

Hasil rancangan water heater yang telah dibuat dapat bersaing dengan

water heater yang ada di pasaran. Water yang dibuat mampu menghasilkan suhu

air keluar sebesar 35,4°C pada debit : 7,2 liter/menit. Dipasaran water heater

dengan debit 6 liter/menit, suhu air keluar dari water heater berkisar antara

35-80°C. produk lain mampu menghasilkan suhu air keluar : 35°C dan ada juga yang

mencapai 50°C dengan debit yang sama.

Dari Gambar 5.4, Gambar 5.5 dan Gambar 5.6 nampak bahwa besarnya

laju aliran kalor yang diterima air bergantung pada debit air yang mengalir.

Hubungan antara laju aliran kalor q (dalam watt) dengan debit air (dalam

liter/menit), dapat dinyatakan dengan persamaan : 0

Model 1

Model 3

(97)

heater model 1, 2 dan model 3 pada suhu air input 27oC

Debit Air m (Liter/Menit) Model 1

(98)

Dari Gambar 5.7, Gambar 5.8 dan Gambar 5.9 nampak hubungan antara

efisiensi water heater (dalam %) dengan debit air (mdalam liter/menit), dapat

dinyatakan dengan persamaan :

η = –0,0376m3

+ 0,1006m2 + 4,3666m + 36,66

R² = 0,814

b. Water Heater Model 2 :

η = 0,3633m3

– 4,6418m2 + 17,35m + 34,701

R² = 0,3227

c. Water Heater Model 3 :

η = 0,064m3

– 1,3063m2 + 7,1472m + 44,556

(99)

Gambar 5.12 Hubungan debit air dengan effisiensi water heater model 1, 2 dan

model 3 pada suhu air input 27oC

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. Untuk keperluan mandi pada umumnya

suhu air yang di pergunakan sebesar 35 – 39 °C (untuk orang dewasa). 0.00

10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00

0 2 4 6 8 10 12

Ef

fisiensi (%)

Debit Air m (Liter/Menit) Model 1

(100)

81

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 : 7,2 liter/menit suhu air keluar yang dihasilkan sebesar 35,4 °C

b. Water heater model 1 merupakan konstruksi terbaik dibandingkan 2 model lainnya dalam penelitian ini.

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

To = –0,2215m3 + 4,5633m2– 29,935m + 96,878

Persamaan diatas berlaku nilai 0,6 < m < 10,4

dengan m adalah debit air (liter/menit) To adalah temperatur air keluar (oC)

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

q

air = –2,6026m3 + 6,9591m2 + 302,15m + 2536,7 Persamaan diatas berlaku nilai 0,6 < m < 10,4

dengan m adalah debit air (liter/menit)

q

air adalah laju aliran kalor yang

(101)

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

 = –0,0376m3 + 0,1006m2 + 4,3666m + 36,66 Persamaan diatas berlaku nilai 0,6 < m < 10,4

dengan m adalah debit air (liter/menit)



adalah effisiensi water heater (%)

6.2. Saran

Beberapa saran yang dapat menjadikan pengembangan dan perbaikan pembuatan pemanas air :

a. Perancangan water heater dengan sumber energi gas LPG harus memperhatikan kebutuhan oksigen pada saat pembakaran, maka diperlukan lubang – lubang pada dinding dalam dan dinding luar water heater sebagai saluran oksigen yang diambil dari udara.

b. Perancangan saluran pembuangan gas buang harus dibuat sedemikian rupa supaya gas buang dapat keluar dengan baik.

c. Saluran gas buang yang menggunakan blower membutuhkan supply energi listrik, maka perlu disediakan sambungan listrik sesuai dengan kebutuhan blower

(102)

e. Pembentukan pipa spiral, dimana kami mengalami kesulitan pada saat melengkungkan pipa agar berbentuk spiral, maka diperlukan alat untuk melengkungkan pipa agar berbentuk spiral

(103)

DAFTAR PUSTAKA

Holman, J.P, 1993, Perpindahan Kalor, Edisi Keenam, Erlangga: Jakarta Cengel, Y. A., 2002, Heat Transfer a Practical Approach, New York : The Mc

Graw-Hill.

Santoso, A.U,2003, Diktat Teknik Pembakaran, Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma: Yogyakarta

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

Anonim, http://goldmedalservice.com/plumbing/water-heater-repair-replacement- installation/

Anonim, http://lpg-3kg.blogspot.com/

Anonim, http://www.gasboilersforhomeheating.org/ Anonim, http://www.auburndaleplumbing.com/

Anonim, http://www.consumerreports.org/cro/appliances/heating-cooling-and- air/water-heaters/tankless-water-heaters

(104)

0.8 1.2

3D Water Heater Model 1

Tugas Akhir Water Heater 095214062

(105)

Sc : ... : ... SN 258440 - Middle

>6

Water Heater Model 1

(106)

Sc : ... : ... SN 258440 - Middle

>6

Water Heater Model 2

(107)

Sc : ... : ... SN 258440 - Middle

>6

Water Heater Model 3

(108)

0.8 1.2

3d Water Heater Model 2

(109)

0.8 1.2

3D Water Heater Model 3

(110)

Sc : ... : ... SN 258440 - Middle

>6

(111)

Sc : ... : ... SN 258440 - Middle

>6

(112)

Sc : ... : ... SN 258440 - Middle

>6

(113)

Sc : ... : ... SN 258440 - Middle

>6

(114)

Sc : ... : ... SN 258440 - Middle

>6

Bodi Luar

(115)

Sc : ... : ... SN 258440 - Middle

>6

(116)

Sc : ... : ... SN 258440 - Middle

>6

(117)

Sc : ... : ... SN 258440 - Middle

>6

(118)

Sc : ... : ... SN 258440 - Middle

>6

(119)

Seminar Tugas Akhir

Water Heater

_{dengan 3 Model Pembuangan Gas Buang}

Disajikan oleh :

Hari Kristianto, 095214062

(120)

(121)

(122)

(123)

(124)