I
WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20
METER
TUGAS AKHIR
Untuk memenuhi sebagian persyaratan Mencapai gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin
diajukan oleh :
ALAEN SHINTO PURBA 085214055
Kepada
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
WATER HEATER WITH 20 METER LONG HEATER PIPE
FINAL TASK
To fullfill partial requirements To Achieve Sarjana Teknik Degree Mechanical Engineering Study Program
submitted by: ALAEN SHINTO PURBA
085214055
To
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY
VII
INTISARI
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. Penelitian 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 yang mengalir dengan suhu air keluar water heater, (c) menghitung kalor yang diterima air dari water heater, (d) mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air, (e) menghitung kalor yang diberikan gas LPG, (f) menghitung efisiensi water heater.
Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding luar 25 cm, diameter pada dinding dalam 20 cm, panjang pipa 20 meter, diameter bahan pipa 3/8 inci, Variasi dilakukan terhadap 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 telah berhasil dibuat dengan baik dan menghasilkan temperatur 42 oC pada debit 11 liter/menit sehingga mampu bersaing dengan water heater yang dijual dipasaran, (b) Hubungan antara debit air yang masuk dengan temperatur air yang keluar dinyatakan dengan persamaan : T out = 124,64 DA-0,466, (c) Kalor yang diterima air dari water heater dinyatakan dengan persamaan qair = ma irca ir(Tout-Tin) watt. Menghasilkan 11853,7 watt pada debit 11 liter/menit, (d) Kalor yang diterima air dari water heater dinyatakan dengan persamaan : qair = -7,9546 DA2 + 381,98 DA + 8582,7, (e) Kalor yang diberikan gas LPG sebesar = 15222,94 watt, (f) Menghitung debit air masuk dengan efisiensi water heater dinyatakan dengan persamaan : Efisiensi ( ) = -0,0523 DA2 + 2,5092 DA + 56,38, dengan DA adalah Debit Air.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat, rahmat dan bimbinganNya selalu, hingga terselesaikannya penyusunan Tugas Akhir, tentang “water heater dengan panjang pipa pemanas 20 meter” ini.
Dalam penulisan Tugas Akhir ini, membahas mengenai garis besar tentang Water Heater dengan saluran gas buang. Water Heater ini diharapkan dapat digunakan sebagai salah satu alat yang dapat digunakan dikehidupan sehari - hari dan juga bermanfaat bagi kegiatan produksi dalam skala industri. Dalam pemilihan bahan dan ukuran, penulis menggunakan acuan Standar SI.
Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih atas segala bantuan sehingga laporan ini dapat terselesaikan pada waktunya, kepada :
1. Ir. PK. Purwadi, M.T. selaku Dosen Pembimbing TA, pembimbing Akademik, dan selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi.
2. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma
3. Kedua orang tua saya tercinta, Ibu Beluh Sembiring dan Almarhum Bapak Bangun Purba yang telah memberi dukungan baik material maupun spiritual hingga saat ini.
IX
5. Kekasihku tercinta Margareth Henrika Silow S.Farm., Apt. yang memberikan dorongan semangat serta membantu agar segera terselesaikannya Tugas Akhir ini.
6. Rekan - rekan mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma
7. Seluruh Dosen dan karyawan Jurusan 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 Tugas Akhit ini dapat bermanfaat bagi para pembaca pada umumnya. Terima Kasih.
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ……… i
TITLE PAGE ………..... ii
HALAMAN PENGESAHAN ……….. iii
DAFTAR DEWAN PENGUJI ………….………….………….………. iv
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ………….…………... v
XI
3.1 Rancangan Alat Water Heater ..…………...……….…….…19 3.2 Pembuatan Water Heater ………...…………..…..22 3.2.1 Bahan Water Heater ………...…...22 3.2.2 Sarana Dan Alat-alat yang digunakan…...…...22 3.2.3 Langkah-langkah Pengerjaan
3.2.3.1 Persiapan...………...23 3.2.3.2 Pengerjaan...…..………...23 3.3 Hasil Pembuatan...29 3.3.1 Kesulitan Pengerjaan…….………..29 BAB IV METODOLOGI PENELITIAN
4.1 Skematis Pengujian ...30
4.3 Peralatan Pengujian...31
4.4 Cara Memperoleh Data ………...……...33
4.5 Cara Mengolah Data ………...………...33
4.6 Cara Menyimpulkan ………..……...….…33
BAB V KARAKTERISTIK WATER HEATER 5.1 Hasil Pengujian ……….………..………34
5.2 Perhitungan……….…………..………34
5.2.1 Perhitungan Kecepatan Air rata-rata um………..35
5.2.2 Perhitungan Aliran Massa Air , ma ir…………...……35
5.2.3 Perhitungan Laju Aliran Kalor yang diterima Air …..36
5.2.4 Perhitungan Laju Aliran Kalor yang diberikan Gas...37
5.2.5 Efisiensi ……….…...…. 37
5.3 Pembahasan……….…………..………...41
BAB VI PENUTUP 6.1 Kesimpulan ……….43
6.2 Saran ……….………..44
DAFTAR PUSTAKA
XIII
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Kompor gas dengan regulator Savequam ...11
Gambar 2.2 Kompor gas tungku besar ...11
Gambar 2.3 Kompor Quantum RT ...11
Gambar 2.4 Laju aliran kalor ...13
Gambar 2.5 Water Heater Wasser (WH506A-LPG) ...15
Gambar 2.6 New Model 12L/min (3.2Gal) LPG Gas Tankless Water Heater.16 Gambar 2.7 Water heater Heating Equipment JLG30-BV6 ...17
Gambar 3.1 Rancangan Water Heater ...19
Gambar 3.2 Lengkungan Pipa ...20
Gambar 3.3 Penutup Water Heater ...20
Gambar 3.4 Water Heater tampak dari bawah ...20
Gambar 3.5 Water Heater tampak dari luar ...21
Gambar 3.6 Alat pembengkok dan pemotong pipa ...24
Gambar 3.7 Lengkungan pipa ...25
Gambar 3.8 Pipa tembaga sebelum dipotong ...25
Gambar 3.9 Tabung bagian luar ...26
Gambar 3.10 Tabung bagian dalam sebelum dibentuk ...26
Gambar 3.11 Penampakan luar tabung ...27
Gambar 3.12 Penutup bagian atas ...27
Gambar 3.13 Lubang saluran udara ...28
Gambar 4.1 Skema rangkaian alat ...30
Gambar 4.2 Tabung gas ...32
Gambar 4.3 Termokopel, kalkulator, alat tulis, dan kompor ...32
Gambar 4.4 Gelas ukur ...32
Gambar 5.1 Hubungan debit air dengan suhu air keluar pada suhu air input 27°C ...39
Gambar 5.2 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air pada suhu air input 27 °C ...39
XV
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan
bahan bakar lainnya ...8
Tabel 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normal ...9
Tabel 2.3 Konduktifitas termal beberapa media ...12
Tabel 5.1 Hasil pengujian pemanas air ...34
Tabel 5.2 Perhitungan m dan a ir qa ir ...38
DAFTAR NOTASI
u = Kecepatan air rata-rata fluida mengalir kg/s
1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG
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 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.
digunakan terutama di daerah pegunungan dingin yang sedikit mendapat penyinaran matahari. Selain itu, apabila dilihat dari sisi ekonomi, water heater dengan menggunakan sinar matahari lebih mahal dibandingkan dengan water heater lainnya. Sedangkan untuk tenaga listrik, water heater ini sangat mudah di dapatkan di toko – toko elektronik dan penggunaannya 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 didapatkan 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 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.
3 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
Tujuan penelitian ini adalah: a. Merancang dan membuat water heater.
b. Mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar water heater.
c. Menghitung kalor yang diterima air dari water heater.
d. Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air.
1.3. BATASAN - BATASAN
Batasan-batasan yang dipakai dalam perancangan water heater :
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, dan plat luar mempunyai banyak lubang dengan jumlah 150 dengan diameter : 1 cm (setinggi 25 cm)
c. Bahan pipa tembaga dengan diameter : 0,9525 cm = 3/8 inch
1.4. MANFAAT
Manfaat dari penelitian:
a. Memperluas pengetahuan tentang pembuatan water heater. b. Sebagai referensi bagi para pembuat water heater.
5 BAB II
DASAR TEORI DAN REFERENSI
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. 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.
7 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
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 + 13O 2 8CO + 102 H2O + panas Butana + oksigen karbondioksida + uap air + panas Menurut wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut hampir sama dengan Propana yaitu 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
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
9 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
2.1.4. Saluran Gas Buang
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. 2.1.5. Sumber Api
11 Gambar 2.1 Kompor gas dengan regulator Savequam
Gambar 2.2 Kompor gas tungku besar
2.1.6. Isolator
Isolator diperlukan agar kalor hasil pembakaran bahan bakar tidak banyak keluar dari pemanas air. Oleh karena itu tabung dalam, dimana ruangan di dalam tabung dalam digunakan untuk proses pembakaran, maka sebaiknya permukaan sebelah luar dari tabung dalam diberi isolasi agar kalor hasil pembakaran tidak keluar. Ada banyak macam isolasi. Udara adalah salah satu isolator panas yang cukup murah dan mudah didapat. Jika dipergunakan udara sebagai isolator, maka pemasukan udara untuk keperluan pembakaran dapat melalui lubang – lubang yang dibuat di dinding tabung dalam.
Tabel 2.3 Konduktifitas termal beberapa media (Sumber : http://www.scribd.com/doc/61109210/BAB-II-Termal)
Media Konduktifitas Termal (k) W/m.ºC
2.1.7. Laju Aliran Kalor
Laju aliran kalor yang diterima air ketika mengalir di dalam saluran pipa dapat dihitung dengan persamaan :
13 Pada persamaan (2.1) dan (2.2) :
a ir q
: laju aliran kalor yang diterima air, watt
a ir m
: debit air, liter/menit
a ir
u : kecepatan rata-rata fluida mengalir, m /s
: massa jenis fluida yang mengalir, kg/ 3 m
d : diameter dalam pipa, m
Gambar 2.4 Laju aliran kalor
2.1.8. Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas
Kalor yang diberikan gas dapat dihitung dengan persamaan :
ga s
Pada persamaan (2.3) :
mga s = laju aliran masa gas elpiji yang terpakai (kg/s)
Cga s = kapasitas panas gas elpiji ( J/kg), (1kkal = 4186,6 J), tersaji pada Tabel 2.I
2.1.9. Efisiensi
Efisiensi water heater dapat dihitung dengan persaman (2.4)
%
Pada persamaan (2.4) :
: Efisiensi water heater (%)
a ir
q : Laju aliran kalor yang diterima air, watt
ga s
q : Laju aliran kalor yang diberikan gas, watt
2.2. REFERENSI
15 biasanya digunakan dalam rumah tangga, sedangkan untuk kapasitas yang lebih besar biasanya digunakan di hotel ataupun apartemen.
Referensi pembanding untuk pembuatan water heater bahan bakar gas LPG adalah water heater merk Wasser (WH506A - LPG), water heater Rinnai REU-55RTB, dan water heater Heating Equipment JLG30-BV6 yang karakteristiknya adalah sebagai berikut :
a. Water Heater Gas Low Pressure Wasser (WH506A - LPG)
Gambar 2.5 Water heater Wasser (WH506A - LPG) Nama Produk : Wasser
Negara Pembuat : Jepang Spesifikasi
Model : WH506A
Warna : Putih
Kapasitas maksimum : 5 L/menit
Tekanan air : 0,2 kgf/cm2 (minimuim) Konsumsi Gas : 0.46 kg/jam
Temperatur maksimum : 65°C
b. New Model 12L/min (3.2Gal) LPG Gas Tankless Water Heater
Gambar 2.6 New Model 12L/min (3.2Gal) LPG Gas Tankless Water Heater
Nama Produk : New Model 12L/min (3.2Gal) Negara Pembuat : America
Spesifikasi
Model : V1200
Berat : 7.6 kg Gas Input : 1,8 kg/jam
Dimensi Luar : 430 x 200 x 705 mm Efisiensi Thermal : ≥80.6%
17 Tekanan gas : 2800 Pa
Tekananan Air Minimum : 0.025MPa Temperatur Maksimum : 25 - 65 °C
Tipe Gas : LPG
c. Water Heater HRPY-2
Gambar 2.7 Water heater Heating Equipment JLG30-BV6
Negara Pembuat : China Nama Produk : HAODI Spesifikasi
Model : JLG30-BV6
Berat : 39 kg
Panas maksimum : ±90% Temperatur Maksimum : 40°C - 80°C
19 BAB III
RANCANGAN, PEMBUATAN, DAN HASIL PEMBUATAN 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 3.5. Gambar 3.1 memperlihatkan rancangan water heater, Gambar 3.2 memberikan informasi tentang lengkungan pipa dan diameternya, Gambar 3.3 memberikan informasi tentang penutup bagian atas, Gambar 3.4 memperlihatkan water heater tampak dari bawah, dan Gambar 3.5 memperlihatkan tinggi water heater dari luar.
Gambar 3.2 Lengkungan pipa
Gambar 3.3 Penutup water heater
21 Gambar 3.5 Water heater tampak dari luar
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. 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 dalam pipa 0,9525 cm sebagai saluran air b. Kawat besi sebagai pengikat 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 pipa.
j. Jangka, untuk membuat lingkaran pada seng sebelum dipotong.
23 l. Alat pemotong, digunakan 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 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
Dalam membengkokkan pipa tembaga agar dapat berbentuk spiral maka digunakan mesin roll atau alat pembengkok (manual) untuk membengkokkannya. Jika dalam proses membengkokkan pipa tembaga secara manual maka hasil yang diperoleh kadang tidak sesuai dengan apa yang kita inginkan dan kemungkinan pipa tersebut bisa rusak bahkan patah.
25 Gambar 3.7 Lengkungan pipa
b. Memotong pipa tembaga
Memotong pipa tembaga sesuai dengan ukuran yang telah dirancang sebelumnya.
c. Membuat tabung
Bahan yang digunakan dalam pembuatan tabung adalah seng.
Gambar 3.9 Tabung bagian luar
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 tidak hilang ke samping.
27 Gambar 3.11 Penampakan tabung bagian dalam
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 3.13 Lubang saluran udara
g. Pemasangan kompor
Pada tahap 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 besar
29 3.3. HASIL PEMBUATAN
Gambar 3.19 memberikan informasi tentang water heater yang sudah disatukan.
.
Gambar 3.14 Water heater
3.3.1. Kesulitan dalam Pengerjaan
a. Pembuatan tabung seng dimana penyambungan seng ini harus diikat dengan mur dan baut, proses ini tidak bisa dilakukan sendiri.
BAB IV
METODOLOGI PENELITIAN
4.1. SKEMATIS PENGUJIAN
Skematis pengujian pada water heater disajikan pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1 Skema rangkaian alat
31 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
Pada pengujian water heater, diperlukan beberapa alat bantu, adapun peralatan tersebut adalah:
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
Gambar 4.3 Termokopel, kalkulator, alat tulis dan kompor
33 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 kalor yang diterima air. c. Hubungan antara debit air dengan efisiensi 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
HASIL PENGUJIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
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
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. Data lain yang dipergunakan adalah :
Jari jari dalam pipa saluran (r) : 0,004765 m (0,1875979 inch)
35 Kalor jenis air (cp) : 4179 J/(kgoC)
Laju aliran massa gas (mgas) : 0,55 kg/30 menit = 1,1 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 :
s pada Tabel 5.1). Satuan debit air dijadikan dalam satuan m3/s.
Kecepatan air rata rata( um)2
Perhitungan laju aliran massa air mair di dalam saluran pipa air mempergunakan persamaan (2.2):
massajenisluaspenampangkecepa air
ma ir tan pada Tabe 5.1), laju aliran massanya adalah:
x
kg s ma ir 1000 3,14 0,0047652 2,57 /0,183kg /s
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 : laju aliran massa m air = 0,183 kg/s. (data lain pada Tabel 5.2)
37 5.2.4. Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas
Untuk mendapatkan laju aliran massa gas, dilakukan penimbangan tabung gas selama pemakaian dalam setiap 30 menit. Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan oleh gas di luar saluran pipa mempergunakan persamaan (2.3):
qgas = (laju aliran massa gas) (kalor jenis gas) watt
...(5.6)
qgas (0,55/(30.60)).(11900.4186,6) 15222,94watt
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.
39 Gambar 5.1 Hubungan debit air dengan suhu air keluar pada suhu air input 27°C
41 5.3. PEMBAHASAN
Dari Gambar 5.1 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:
Tout = 124,64 DA-0,466
Persamaan tersebut, berlaku untuk 1,8 liter/menit < DA < liter/menit pada tekanan udara luar saat itu (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 27°C. Suhu keluar water heater dinyatakan dengan Tout dan debit air dinyatakan dengan DA.
Hasil rancangan water heater yang telah dibuat dapat bersaing dengan water heater yang berada di pasaran. Water heater yang dibuat mampu menghasilkan suhu air keluar sebesar 42,5°C pada debit : 11 liter/menit. Di pasar, water heater dengan debit 6 liter/menit, suhu air keluar dari water heater berkisar antara 40-80°C.
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. Hubungan antara laju aliran kalor qa ir (dalam watt) dengan debit air (dalam liter/menit), dapat dinyatakan dengan persamaan :
Persamaan tersebut, berlaku untuk 1,8 Liter/menit < DA < 11 liter/menit pada tekanan udara luar saat (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 27°C. nilai
a ir
q paling tinggi pada debit setelah 10,4 liter/menit.
Dari Gambar 5.3 nampak bahwa besarnya efisiensi water heater bergantung pada debit air yang mengalir. Hubungan antara efisiensi water heater (dalam %) dengan debit air (mair dalam liter/menit), dapat dinyatakan dengan persamaan :
Efisiensi ( ) = -0,0523 DA2 + 2,5092 DA + 56,38
Persamaan tersebut, berlaku untuk 1,8 Liter/menit < m < 11 Liter/menit a ir pada tekanan udara luar saat itu (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 27°C. Nilai efisiensi water heater berkisar antara 59,87 - 78,01 %. Nilai efisiensi terbesar sebesar 78,01 %. 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.
43 BAB VI
PENUTUP
6.1. KESIMPULAN
Dari penelitian yang dilaksanakan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
a. Water Heater telah berhasil dibuat dengan baik dan menghasilkan temperatur 42 o
C pada debit 11 liter/menit sehingga mampu bersaing dengan Water Heater yang dijual dipasaran.
b. Hubungan antara debit air (DA) yang masuk dengan temperatur air yang keluar dinyatakan dengan persamaan :
T input = 27oC
T out = 124,64 DA-0,466
c. Kalor yang diterima air dari Water Heater dinyatakan dengan qair = -7,9546 DA2 + 381,98 DA + 8582,7
d. Kalor yang diterima air dari Water Heater dinyatakan dengan persamaan : T input = 27oC
qair = -7,9546 DA2 + 381,98 DA + 8582,7 e. Kalor yang diberikan gas LPG sebesar = 15222,94 watt
f. Menghitung debit air masuk dengan efisiensi Water Heater dinyatakan dengan persamaan :
6.2. SARAN
Adapun beberapa saran yang dapat menjadi pengembangan dan perbaikan di beberapa sisi yang menjadi kekurangan, yaitu :
a. Konstruksi pipa agar lebih sesuai dengan konstruksi sumber panas sehingga panas yang diserap pipa semakin optimal
b. Terdapat isolator panas dibeberapa sisi luar untuk meminimalisir kalor yang terbuang
c. Perhitungan lubang gas buang yang tepat sesuai dengan kebutuhan sehingga lubang gas buang tidak jauh melebihi kebutuhan sehingga dapat meminimalisir panas yang terbuang
d. Konstruksi casing yang tepat dan lebih proporsional sehingga udara yang masuk kedalam casing sesuai kebutuhan
45 DAFTAR PUSTAKA
Holman, J.P, 1993, Perpindahan Kalor, Edisi Keenam, Erlangga: Jakarta
Anonim, http://www.scribd.com/doc/61109210/BAB-II-Termal Diakses : 21 Oktober 2012.
Anonim,
http://infoharga.detikpos.net/2011/09/daftar-harga-kompor-gas-quantum.html Diakses : 12 November 2012.
Anonim,
http://teknindogas.wordpress.com/2010/05/25/kompor-gas-tungku-besar-rp-300-000/ Diakses : 12 November 2012.
Anonim,
http://www.alibaba.com/products/lpg_water_heater/--60703.html?tracelog=detail_sn_cat Diakses : 21 Oktober 2012.
Anonim,
http://mengerjakantugas.blogspot.com/2010/11/teori-perpindahan-panas-konduksi.html Diakses : 21 Desember 2012.
Anonim, http://tokopompaair.com/water-heater/wasser-wh-506a-lpg/ Diakses : 21 Februari 2013
Anonim, http://www.ebay.com/bhp/lpg-tankless-water-heater Diakses : 21 Februari 2013
Anonim,
LAMPIRAN
