i
KARAKTERISTIK
WATER HEATER
DENGAN PANJANG
PIPA 14 METER, DIAMETER 0,5 INCI, DAN PENANGKAP
KALOR GAS BUANG
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin
Diajukan oleh
ADITYA SRI YUNIANTO
NIM : 105214012
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
ii
CHARACTERISTIC OF WATER HEATER WITH PIPE
14 METERS IN LENGTH, 0.5 INCHES IN DIAMETER, AND
AN EXHAUST GAS HEAT CATCHER
FINAL PROJECT
As partial fulfilment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By
ADITYA SRI YUNIANTO
Student Number : 105214012
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
iii
KARAKTERISTIK
WATER HEATER
DENGAN PANJANG
PIPA 14 METER, DIAMETER 0,5 INCI, DAN PENANGKAP
KALOR GAS BUANG
Dipersiapkan dan disusun oleh :
NAMA : ADITYA SRI YUNIANTO
NIM : 105214012
Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji Pada tanggal 9September 2014
Susunan Dewan Penguji
Nama lengkap Tanda tangan
Ketua ::: Dr. Asan Damanik ………
Sekretaris : Doddy Purwadianto, S.T., M.T. ………
Anggota : Ir. PK Purwadi, M.T. ………
Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
Yogyakarta, 9 September 2014
v
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 9 September 2014
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN
AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:
Nama : Aditya Sri Yunianto Nomor Mahasiswa : 105214012
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul:
Karakteristik water heater dengan panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inci, dan penangkap kalor gas buang
Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media yang lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberi royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, 9 September 2014 Yang menyatakan
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus dan Bunda Maria atas anugerah dan karunia-Nya yang telah dilimpahkan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan baik.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana S-1 Teknik Mesin di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Judul yang diangkat oleh penulis untuk Skripsi ini adalah “ Karakteristik Water Heater Dengan Panjang Pipa 14 Meter, Diameter 0,5 Inchi dan Penangkap Kalor Gas Buang”
Dalam penyelesaian Skripsi ini tidak terlepas dari bantuan dan dukungan berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih sebesar-besarnya kepada :
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
2. Ir. PK. Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dan selaku Dosen Pembimbing Skripsi.
3. A Prasetyadi, S.Si., M.Si., selaku Dosen Pembimbing Akademik.
4. Seluruh Staf Pengajar di Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.
viii
6. Kekasih hati Errika Damayanti atas dukungan moral pengertian selama mendapat kesulitan.
7. FX. Bramantya Sri Febriyanto sebagai adik, serta keluarga besar Mitro Hardjono dan Broto Rahardjo yang selalu memberikan dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini.
8. Keluarga Besar Mahasiswa Teknik Mesin, terimakasih atas kebersamaannya dalam menempuh proses akademik dan perkuliahan.
9. Keluarga kos Wisma Tenang (Edy, Bendot, Hendri, Virly, Novri, Yudi, Sigit), terimakasih dalam kebersamaannya.
10.Seluruh Staf Sekretariat Fakultas Sains dan Teknologi USD.
11.Semua pihak yang telah membantu dalam proses penyelesaian Skripsi ini. Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penelitian dan penyusunan Skripsi ini masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari berbagai pihak untuk dapat membantu dalam penyempurnaan Skripsi ini. Akhir kata, penulis mengharapkan semoga Skripsi ini dapat bermanfaat bagi pihak yang telah membacanya dan dapat memberikan pengetahuan khususnya dalam bidang Teknik.
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
LEMBAR PERSETUJUAN... iii
LEMBAR PENGESAHAN ... iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
HALAMAN PERNYATAAN PEMPUBLIKASIAN KARYA ... vi
x
5.2.1. Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas LPG ... 59
5.2.2. Perhitungan Kecepatan air rata-rata (Um) ... 61
5.2.3. Perhitungan laju aliran massa air (mair) ... 63
5.2.4. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air ... 64
5.2.5. Efisiensi Water Heater ... 66
5.3. Hasil perhitungan pengujian alat pada water heater ... 67
5.4. Pembahasan ... 74
xi
6.1. Kesimpulan ... 82
6.2. Saran ... 84
6.3. Daftar Pustaka... 86
6.4. Lampiran ... 87
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Perpindahan kalor konduksi dari titik A menuju B ... 7
Gambar 2.2 Perpindahan kalor konveksii dari titik B menuju C ... 8
Gambar 2.3 Perpindahan kalor radiasi dari udara lingkungan menuju titik A.... 9
Gambar 2.4 Media pembakar dengan bahan bakar LPG, low pressure ... 19
Gambar 2.5 Media pembakar menggunakan bahan bakar LPG, high pressure .. 19
xiii
Gambar 3.17 Meteran... 41
Gambar 3.18 Jangka sorong ... 42
Gambar 3.19 Memotong pipa tembaga ... 42
Gambar 3.20 Pembentukan pipa tembaga ... 43
Gambar 3.21 Pembentukan lingkaran ... 44
Gambar 3.22 Penyambungan kerangka... 44
Gambar 3.23 Membuat lubang untuk paku keling ... 45
Gambar 3.24 Membuat lubang tabung water heater ... 45
Gambar 3.25 Tabung bagian dalam ... 46
Gambar 3.26 Pemasangan pipa penangkap kalor gas buang ... 46
Gambar 3.27 Memasang tabung bagian luar... 47
Gambar 3.28 Penyambungan dua pipa dengan las tembaga ... 48
Gambar 3.29 Membuat tutup tabung ... 48
Gambar 3.30 Membuat tabung diameter 100 mm ... 49
Gambar 3.31 Hasil akhir pembuatan water heater ... 49
Gambar 4.1 Pipa tembaga yang sudah diroL ... 50
Gambar 4.2 Pipa penangkap kalor gas buang dan tabung bagian dalam ... 51
Gambar 4.3 Water heater tampak bawah ... 51
Gambar 4.4 Water heater tampak samping atas ... 52
Gambar 4.5 Skema penelitian water heater ... 53
Gambar 5.1 Hubungan debit air dengan suhu air keluar (kondisi gas maksimum, mgas max = 0,028 kg/menit) ... 70
Gambar 5.2 Hubungan debit air dengan suhu air keluar (kondisi gas medium, mgas med = 0,022 kg/menit) ... 70
Gambar 5.3 Hubungan debit air dengan suhu air keluar (kondisi gas low, mgas low = 0,013 kg/menit) ... 71
Gambar 5.4 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air (kondisi gas maksimum, mgas max = 0,028 kg/menit) ... 71
Gambar 5.5 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air (kondisi gas medium, mgas med = 0,022 kg/menit) ... 72
xiv
air (kondisi gas low, mgas low = 0,013 kg/menit) ... 72
Gambar 5.7 Hubungan debit air dengan efisiensi (kondisi gas
maksimum, mgas max = 0,028 kg/menit) ... 73
Gambar 5.8 Hubungan debit air dengan efisiensi (kondisi gas
medium, mgas med = 0,022 kg/menit) ... 73
Gambar 5.9 Hubungan debit air dengan efisiensi (kondisi gas
low, mgas low = 0,013 kg/menit) ... 74
Gambar 5.10 Hubungan debit air dengan suhu air keluar (Tout)
pada kondisi gas maksimum, medium, dan low ... 79
Gambar 5.11 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diterima
air (qair) pada kondisi gas maksimum, medium dan low ... 80
Gambar 5.12 Hubungan debit air dengan efisiensi (η) water heater
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Nilai konduktivitas termal/bahan ... 10
Tabel 2.2 Sifat – sifat bahan logam pada suhu 20 °C ... 11
Tabel 2.3 Sifat – sifat bahan bukan logam ... 12
Tabel 2.4 Daya pemanasan dan efisiensi berbagai macam bahan bakar ... 15
Tabel 2.5 Komposisi udara dalam keadaan kering ... 16
Tabel 5.1 Hasil pembakaran gas ... 57
Tabel 5.2 Hasil pengujian pada kondisi gas maksimum ... 57
Tabel 5.3 Hasil pengujian pada kondisi gas medium ... 58
Tabel 5.4 Hasil pengujian pada kondisi gas low ... 58
Tabel 5.5 Hasil pengujian pada kondisi gas maksimum, medium, dan low ... 59
Tabel 5.6 Data hasil perhitungan water heater pada kondisi gas maksimum ... 68
Tabel 5.7 Data hasil perhitungan water heater pada kondisi gas medium ... 68
Tabel 5.8 Data hasil perhitungan water heater pada kondisi gas low ... 69
xvi
ABSTRACT
The purpose of the LPG water heater with exhaust gas catcher with as follows (a) to make a water heater with an energy source called LPG (b) to determine the characteristic of LPG water heater that has been made, for the example : (1) to determine the rate of heat flow given by LPG (2) to determine the relation between water debit which enter the water heater and the temperature which go out from the water heater (3) to determine the relationship between water discharge rate of heat transfer to the water received (4) to determine the efficiency of the water heater that produces water exit temperature of the water heater by 37 – 41 °C.
Research and implementation in Mechanical Engineering Laboratory USD, while the limits in the manufacture of LPG water heater with exhaust gas catcher, such as (a) intake temperature of water which enter the water heater equal with water temperature in wells (b) pipe material which is used in this device is a pipe copper with an inner diameter of 0.5 inches and a length of 14 meters (c) the temperature of the hot water is in range 37 – 41 °C with a minimum flow of 6 liters per minute (d) using 2 layers of tube with perforated material galvalum and (e) using coil with 3 meter long pipe to be heated by the exhaust gas before entering the water heater (f) water pipeline was given a copper pipe fins from materials that have a length of 0.25 meters and inside diameter 0.5 inches (g) source of thermal energy from LPG. Variation was made depend on the size of the incoming flow of water with 10 variations of discharge into the water heater with a gas discharge maximum, medium, and low (a) water heater with a gas condition of maximum, medium, and low are made to compete with the existing water heater in the market and able to meet the target with the minimum of 6 liters discharge outlet temperature range 37 – 41 °C (b) the rate of LPG heat flow supplied to the condition of maximum of 0.028 kg/minute, the rate of LPG heat flow supplied to the medium condition of 0.022 kg/minute, LPG heat flow supplied to the low condition of 0.013 kg/minute (c) the best results among the intake water flow to the outflow water temperature of the water heater is a water heater with a maximum gas conditions the best result among the incoming water discharge with a flow rate of heat received water is the water heater with the maximum gas conditions (e) best results between the incoming water discharge with efficiency of the water heater is water heater with maximum gas conditions (f) at water temperature between 37 – 41 °C water heater with the condition of maximum discharge capable of producing gas 19,68 liters/minute with efficiency of 74.29 %, on the conditions of gas medium able to produce 13.2 liters/minute with the efficiency of 64,92 %, on the conditions of gas low capable to of producing 5,52 liters/minute with efficiencies of 41,32 %.
xvii
ABSTRAK
Tujuan water heater dengan penangkap kalor gas buang berbahan bakar LPG adalah sebagai berikut (a) membuat water heater dengan sumber energi gas LPG (b) mengetahui karakteristik dari water heater gas LPG yang telah dibuat antara lain (1) mengetahui laju aliran kalor yang diberikan gas LPG (2) mengetahui hubungan antara debit air yang masuk dengan suhu air yang keluar dari water heater (3) mengetahui hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor yang diterima air (4) mengetahui efisiensi dari water heater
yang menghasilkan suhu air keluar water heater sebesar 37 – 41 °C.
Penelitian dan pelaksanaan di Laboratorium Teknik Mesin USD, adapun batasan – batasan dalam pembuatan water heater menggunakan penangkap kalor gas buang berbahan bakar LPG antara lain (a) suhu air yang masuk water heater
sama dengan suhu air sumur (b) bahan pipa yang digunakan adalah pipa tembaga dengan diameter dalam 0,5 inci dan panjang 14 meter (c) suhu air panas yang dihasilkan berkisar (37 – 41 °C) dengan debit minimal 6 liter per menit (d) menggunakan 2 lapisan tabung dengan bahan galvalum dan berlubang (e) menggunakan lilitan pipa dengan panjang 3 meter yang akan dipanaskan oleh gas buang sebelum masuk water heater (f) saluran pipa air diberi sirip dari bahan pipa tembaga yang mempunyai panjang 0,25 meter dan diameter dalam 0,5 inci (g) sumber energi panas dari gas LPG. Variasi dilakukan terhadap besar kecilnya debit air yang masuk dengan 10 variasi debit yang masuk ke dalam water heater dengan debit gas maksimum, medium, dan low (a) water heater dengan kondisi gas maksimum, medium, dan low yang dibuat mampu bersaing dengan water heater
yang ada di pasaran dan mampu memenuhi target dengan debit minimal 6 liter pada suhu keluar berkisar 37 – 41 °C (b) laju aliran kalor yang diberikan gas LPG untuk kondisi maksimum sebesar 0,028 kg/menit, laju aliran kalor yang diberikan gas LPG untuk kondisi medium sebesar 0,022 kg/menit, aliran kalor yang diberikan gas LPG untuk kondisi low sebesar 0,013 kg/menit (c) hasil terbaik antara debit air yang masuk dengan suhu air yang keluar dari water heater adalah
water heater dengan kondisi gas maksimum (d) hasil terbaik antara debit air yang masuk dengan laju aliran kalor yang diterima air adalah water heater dengan kondisi gas maksimum (e) hasil terbaik antara debit air yang masuk dengan efisiensi dari water heater adalah water heater dengan kondisi gas maksimum (f) pada suhu air keluar antara 37 – 41 °C water heater dengan kondisi gas maksimum mampu menghasilkan debit 19,68 liter/menit dengan efisiensi sebesar 74,29 %, pada kondisi gas medium mampu menghasilkan debit 13,2 liter/menit dengan efisiensi sebesar 64,92 %, pada kondisi gas low mampu menghasilkan 5,52 liter/menit dengan efisiensi sebesar 41,32 %.
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pada saat ini perkembangan di bidang teknologi mengalami kemajuan.
Dengan kemajuan teknologi manusia semakin mudah memenuhi kebutuhan
hidupnya untuk mendapatkan kenyamanan dan kualitas hidup yang lebih baik.
Kemajuan teknologi dapat menyelesaikan masalah-masalah terhadap penyediaan
kebutuhan bagi masyarakat yang menginginkan kualitas hidup yang lebih baik.
Salah satu kebutuhan masyarakat tersebut adalah kebutuhan akan tersedianya air
panas. Kebutuhan akan air panas saat ini tidak dapat dipungkiri, banyak orang
memerlukan air panas baik untuk kebutuhan pribadi, rumah tangga, dan produksi.
Air panas untuk kebutuhan pribadi misalnya untuk membuat minuman panas dan
makanan cepat saji. Air panas dalam skala rumah tangga banyak digunakan untuk
mandi para orang yang sudah tua, untuk bayi, untuk orang sakit, dan untuk mandi
para pekerja yang pulang malam. Mandi air hangat dapat memberikan kehangatan
pada tubuh serta dapat melebarkan pori-pori kulit tubuh. Untuk keperluan
produksi, air panas dapat digunakan untuk mensterilkan botol minuman pada
pabrik produsen minuman botol, untuk membersihkan peralatan-peralatan yang
dipergunakan di ruang operasi di rumah sakit, untuk mengisi kolam renang air
panas dan untuk melepaskan bulu-bulu ayam di tempat pemotongan ayam.
Salah satu alat yang digunakan untuk menghasilkan air panas adalah
pemanas air atau water heater. Pembuatan alat ini berdasarkan akan kebutuhan air
teknologi, semakin banyak pula penemuan alat pemanas air modern yang lebih
canggih, efektif dan efisien.
Di pasaran ada beberapa model water heater yaitu water heater dengan
sumber panas tenaga surya atau matahari, listrik, dan water heater dengan sumber
panas dari gas LPG. Water heater dari gas LPG memiliki beberapa keunggulan
dalam pemanasan air bila dibandingkan dengan water heater yang lain.
Keunggulan water heater dari gas LPG adalah pemanasan air yang terjadi
mempunyai waktu yang relatif lebih singkat dan dapat digunakan dimanapun dan
kapanpun sehingga kebutuhan akan air panas dapat tercukupi. Dikatakan dapat
dipergunakan dimanapun karena water heater gas LPG ini dapat dipakai di
berbagai tempat, seperti di hotel, rumah sakit, perindustrian, dan rumah tangga.
Dapat dikatakan kapanpun karena water heater gas LPG dapat digunakan ketika
listrik padam atau di daerah yang tidak ada aliran listrik, di malam hari atau siang
hari pada saat cuaca yang mendung. Selain itu water heater gas LPG, lebih cepat
memanaskan air, sehingga tidak perlu waktu untuk menunggu. Demikian juga
tidak terbatas dengan jumlah air panas yang akan dipergunakan untuk mandi.
Dibandingkan dengan pemanas energi surya, water heater gas LPG kurang
ramah lingkungan, karena menghasilkan gas buang hasil pembakaran gas LPG.
Selain itu gas LPG akan habis bila dipakai terus menerus sehingga memerlukan
waktu untuk pengisian gas kembali, berbeda dengan energi surya yang tidak akan
pernah habis. Bila dibandingkan dengan pemanas energi listrik, water heater gas
LPG lebih hemat listrik, tetapi ada biaya yang dipergunakan untuk membeli gas
penggunaan energi listrik karena energi kalor yang dihasilkan dari pembakaran
gas LPG lebih besar daripada energi kalor yang dihasilkan oleh energi listrik,
hanya saja kurang ramah lingkungan. Dalam perancangan water heater gas LPG,
panjang pipa mempengaruhi panas atau kalor yang dihasilkan water heater,
karena permukaan yang terpapar oleh api akan semakin banyak dan suhu air akan
meningkat dengan cepat. Hal itu akan berdampak pada meningkatnya efisiensi
terhadap waktu dan efektifitas terhadap kerja yang dilakukan tersebut.
Dengan latar belakang di atas penulis termotivasi dan terdorong untuk
mendalami water heater gas LPG dengan cara melakukan pembuatan dan
penelitian tentang water heater. Panjang pipa yang dipakai 14 meter, diameter 0,5
inci dan dengan lilitan pipa sepanjang 3 meter untuk menangkap kalor dari gas
buang. Diharapkan water heater yang dihasilkan dapat bersaing dengan water
heater yang ada di pasaran atau dapat menghasilkan suhu air keluar water heater
lebih tinggi dari suhu air keluar water heater yang ada di pasaran dengan debit
yang sama.
1.2. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian tentang water heater dengan panjang pipa 14 meter,
diameter 0,5 inci dan dengan lilitan pipa pemanas sepanjang 3 meter untuk
menangkap kalor dari gas buang adalah mengetahui karakteristik water heater
yang meliputi :
a. Membuat alat water heater dengan sumber energi gas LPG.
1. Mengetahui laju aliran kalor yang diberikan gas LPG.
2. Mengetahui hubungan antara debit air yang masuk dengan suhu air
yang keluar dari water heater.
3. Mengetahui hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor
yang diterima air.
4. Mengetahui hubungan antara debit air dengan efisiensi dari water
heater.
5. Mengetahui besarnya debit air dan efisiensi water heater yang
menghasilkan suhu air keluar water heater sebesar 37 - 41 °C.
1.3. Batasan Masalah
Batasan-batasan masalah yang diambil dalam pembuatan peralatan
penelitian ini adalah :
a. Suhu air yang masuk water heater sama dengan suhu air sumur.
b. Bahan pipa yang digunakan adalah pipa tembaga dengan diameter dalam 0,5
inci dan panjang 14 meter.
c. Suhu air panas yang dihasilkan berkisar (37 – 41 °C) dengan debit minimal
6 liter per menit.
d. Menggunakan 2 lapisan tabung dengan bahan galvalum dan berlubang.
e. Menggunakan lilitan pipa dengan panjang 3 meter yang akan dipanaskan
oleh gas buang sebelum masuk water heater.
f. Saluran pipa air diberi sirip dari bahan pipa tembaga yang mempunyai
panjang 0,25 meter dan diameter dalam 0,5 inci.
1.4. Manfaat
Manfaat penelitian tentang peralatan pemanas air dengan sumber panas dari
gas LPG ini meliputi :
a. Manfaat Teoritis
1. Memperoleh data karakteristik tentang water heater buatan sendiri dengan
spesifikasi panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inci, dan lilitan pipa
sepanjang 3 meter untuk menangkap kalor dari gas buang.
2. Menjadi pedoman dan referensi bagi peneliti lain yang akan melakukan
penelitian tentang water heater.
b. Manfaat Praktis
1. Dapat memberikan sumbangan bagi pengembangan ilmu pengetahuan
tentang penukar kalor khususnya tentang water heater.
2. Dapat digunakan untuk menghasilkan kebutuhan air panas untuk memenuhi
6
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Dasar Teori
2.1.1. Perpindahan kalor
Perpindahan kalor atau heat transfer adalah ilmu untuk meramalkan
perpindahan energi yang terjadi karena adanya perbedaan suhu di antara benda
atau material. Kalor suatu benda tergantung pada suhu benda tersebut. Semakin
tinggi suhu benda, maka semakin besar kalor yang dikandungnya. Kalor
berpindah dari tempat yang bersuhu tinggi ke tempat yang bersuhu rendah.
Perpindahan kalor ada 3 cara yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.
a. Perpindahan Kalor Konduksi
Perpindahan kalor konduksi menurut Kreith adalah proses di mana panas
mengalir dari daerah yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih
rendah di dalam satu medium baik dalam bentuk padat, cair, dan gas atau antara
medium-medium/ benda-benda yang berlainan bersinggungan menjadi satu.
Berdasarkan teori partikel, partikel penyusun benda yang bersuhu tinggi
mempunyai energi kinetik yang tinggi pula. Hal ini berarti partikelnya bergerak
dengan cepat. Sebaliknya pada benda yang bersuhu rendah, partikel-partikelnya
bergerak lebih lambat. Dari hasil percobaan para ahli, ternyata ditemukan ada
benda yang dapat menghantarkan kalor dengan baik dan ada benda yang sukar
menghantarkan kalor. Pada water heater perpindahan kalor secara konduksi
terjadi pada permukaan luar pipa ke permukaan bagian dalam pipa, dari sirip ke
Gambar 2.1 Perpindahan kalor konduksi dari titik A menuju B
b. Perpindahan Kalor Konveksi
Perpindahan kalor konveksi adalah perpindahan energi kalor yang diikuti
gerak partikel-partikel zat perantara atau mediumnya. Konveksi terjadi akibat
adanya ekspansi thermal dan konduksi. Konveksi merupakan fluida yang
berpindah akibat adanya perbedaan suhu di fluida tersebut. Ekspansi thermal
adalah sifat yang berasal dari sustansi yang bersuhu tinggi di mana
partikel-partikel sustansi tersebut volumenya meluas atau membesar akibat kalor yang
diterima. Pada perpindahan kalor ini dapat terjadi pada zat cair dan gas. Contoh
perpindahan kalor konveksi pada zat cair adalah pada saat kita memasak air,
meskipun yang dipanaskan hanya air bagian bawah namun air bagian atas dapat
berubah suhunya. Hal ini menunjukkan bahwa terjadi aliran kalor dari air bagian
bawah ke air bagian atas. Sedangkan perpindahan kalor konveksi di udara adalah
terjadinya angin laut pada siang hari dan angin darat pada malam hari. Angin laut
dan darat terjadi karena adanya perbedaan suhu antara laut dengan darat yang tembaga
air
B
A
A
A
A
B
B
menyebabkan perbedaan massa jenis udara diatas permukaan darat dan
permukaan laut. Pada water heater perpindahan kalor secara konveksi dapat
ditemukan pada permukaan dalam pipa yang mengalirkan panas ke air di dalam
pipa.
Gambar 2.2 Perpindahan kalor konveksi dari titik B menuju C
c. Perpindahan Kalor Radiasi
Perpindahan kalor radiasi menurut Koestoer, R. A adalah perpindahan kalor
melalui gelombang elektromagnet atau paket-paket energi (photon) yang dapat
mengalir atau berpindah sangat jauh tanpa memerlukan interaksi dengan medium
atau tanpa bersinggungan. Contoh perpindahan kalor radiasi adalah panas sinar
matahari yang sampai ke bumi dan kalor yang sampai ke tubuh kita saat kita
menyalakan api unggun. Pada water heater perpindahan kalor secara radiasi
terjadi pada tabung bagian dalam menuju ke bagian luar pipa pemanas, tabung
bagian dalam menuju tabung bagian luar, dari tabung bagian luar ke udara di
sekitar alat pemanas air.
tembaga
air
B
B
C
B
B
udara lingkungan udara lingkungan
Gambar 2.3 Perpindahan kalor radiasi dari udara lingkungan menuju titik A
2.1.2. Perancangan Pipa
Ada beberapa hal yang dipertimbangkan dalam perancangan saluran air,
diantaranya adalah (a) pemilihan bahan (b) pemilihan diameter pipa (c) pemilihan
geometri pipa pemanas
a. Pemilihan bahan
Pemilihan bahan pipa harus memiliki nilai konduktivitas termal yang
tinggi. Sehingga bahan mampu mengalirkan kalor konduksi yang besar, mampu
memindahkan kalor yang diterima dari api menuju fluida yang mengalir di dalam
pipa. Konduktivitas termal suatu benda adalah kemampuan suatu benda untuk
memindahkan kalor melalui benda tersebut. Benda yang memiliki konduktivitas
termal (k) besar merupakan penghantar kalor yang baik (konduktor termal yang
baik). Sebaliknya, benda yang memiliki konduktivitas termal kecil merupakan
penghantar kalor yang buruk (konduktor termal yang buruk). Semakin tinggi nilai tembaga
air
A
A
A
konduktivitas termal bahan, semakin besar laju aliran kalornya. Pemilihan saluran
air juga harus mempertimbangkan harga dari bahan saluran pipanya. Artinya
harga terjangkau. Selain itu bahan pipa juga tidak boleh berkarat, sebab kalau
berkarat, akan dapat mengotori air yang mengalir dan pipa akan dapat cepat
bocor. Titik lebur bahan pipa juga harus tinggi, agar ketika dibakar bahan pipa
tidak melebur atau meleleh.
Tabel 2.1 Nilai konduktivitas termal/bahan (Holman, 1995)
No Bahan Nilai konduktivitas termal Suhu titik lebur
Watt/m.ºC °C
1 Perak (murni) 410 400
2 Tembaga (murni) 385 600
3 Aluminium (murni) 202 400
4 Nikel (murni) 93 1455
5 Besi (murni) 73 1200
6 Baja karbon, 1% C 43 1200
7 Timbal (murni) 35 327
Berdasarkan Tabel 2.1, dipilih bahan pipa dari tembaga yang memiliki
nilai konduktivitas termal yang tinggi dengan harga yang terjangkau.
b. Pemilihan diameter pipa
Pemilihan diameter pipa juga merupakan hal yang penting karena semakin
kecil diameter pipa, daya pompanya semakin besar. Semakin kecil diameter pipa
akan semakin besar hambatannya. Ukuran diameter pipa dipilih sedemikian
sehingga tidak menghasilkan daya pompa yang besar, tetapi harga jual water
heater dapat terjangkau.
Dalam perancangan water heater dibuat pipa dengan bentuk spiral karena
akan meminimalkan hambatan yang terjadi ketika air mengalir. Dalam
pembentukan saluran pipa tidak dibuat pipa yang melengkung tajam agar
hambatan yang dihasilkan tidak besar. Apabila terjadi pembelokan saluran, sudut
pembelokan diusahakan lebih besar dari sudut 90°. Hal ini dimaksudkan agar
gesekan yang terjadi antara fluida dan pipa semakin kecil dan daya pompa yang
diperlukan untuk mendorong air lebih kecil.
Dengan saluran air berbentuk spiral, proses perpindahan kalor dari api ke
permukaan luar pipa pemanas dapat berlangsung dengan baik. Seluruh permukaan
luar pipa akan terkena api atau aliran gas panas hasil proses pembakaran.
2.1.3.Konduktor dan Isolator
Dari hasil percobaan para ahli, ternyata ditemukan ada benda yang dapat
menghantarkan kalor dengan baik dan ada benda yang sukar menghantarkan
kalor. Berdasarkan kemampuan menghantarkan kalor tersebut, benda dibedakan
menjadi dua yaitu : (a) Konduktor dan (b) Isolator
a. Konduktor
Konduktor adalah benda-benda yang mudah menghantarkan kalor dari
suatu tempat ke tempat yang lain. Contohnya adalah besi, alumunium, tembaga,
seng. Nilai sifat-sifat dari berbagai bahan dari logam dapat dilihat pada Tabel 2.2
Tabel 2.2 Sifat - sifat bahan logam pada suhu 20°C Holman1995)
No Bahan k (W/mºC) cp (kJ/kg.˚C) ρ (kg/m3) α (m2/s)
1 Perak 419 0,2340 10524 17,004 x 10-5
Lanjutan Tabel 2.2
Isolator adalah benda-benda yang tidak dapat menghantarkan kalor dari
suatu tempat ke tempat yang lain. Contoh benda yang termasuk isolator adalah
kayu, kain, gabus, dan air. Pada penelitian ini isolator diperlukan agar kalor hasil
proses pembakaran bahan bakar tidak banyak keluar dari water heater. Isolator
yang digunakan adalah udara karena udara tidak menghambat suplai oksigen dari
luar water heater masuk ke dalam water heater melalui saluran udara masuk.
Water heater ini memiliki tiga tabung yang berdiameter berbeda. Proses
pembakaran terjadi di dalam tabung yang berdiameter kecil. Agar panas yang
dihasilkan tidak banyak keluar diperlukan isolator. Yang dapat digunakan sebagai
isolator adalah udara yang terdapat diantara tabung berdiameter kecil dan tabung
berdiameter besar.
Tabel 2.3 Sifat-sifat bahan bukan logam (Holman, 1995)
2.1.4. Sirip
Pada umumnya sirip sering digunakan pada alat penukar kalor untuk
mendistribusikan kalor yang memiliki suhu tinggi ke suhu rendah melalui media.
Material sirip biasanya harus mempunyai konduktivitas termal yang tinggi
sehingga dapat membantu perpindahan panas dari sumber api ke air. Semakin
besar dan banyak sirip yang dipasang maka semakin besar pula kalor yang
dipindahkan. Sirip dalam water heater digunakan untuk membantu mempercepat
terjadinya kenaikan suhu di permukaan pipa-pipa penyalur air, karena sirip water
heater terbuat dari tembaga yang memiliki sifat konduksi yang baik, sirip
menyerap panas dari pembakar dengan baik kemudian menyalurkan pada
pipa-pipa penyalur air untuk menaikkan suhu pada air yang mengalir di dalam pipa-pipa.
Sirip mengakibatkan luas permukaan yang bersentuhan dengan fluida
menjadi lebih besar, sehingga proses perpindahan kalor konveksi menjadi lebih
besar. Kalor konveksi berpindah dari udara panas ke pipa saluran air.
2.1.5. Perancangan Tabung Water Heater
Ada beberapa hal yang dipertimbangkan dalam perancangan tabung water
heater, diantaranya adalah (a) pemilihan bahan (b) pemilihan diameter tabung.
a. Pemilihan bahan
Dalam perancangan tabung water heater dipilih bahan dari galvalum.
Galvalum merupakan material berbahan dasar besi dengan campuran aluminium
dan zinc. Galvalum dipilih karena mampu menahan kalor pada suhu yang sangat
tinggi dan tahan karat.
Dalam perancangan water heater dibuat tabung dengan bentuk silinder
karena disesuaikan dengan bentuk pipa pemanas yang berbentuk spiral dan
disesuaikan juga dengan kompor yang berbentuk melingkar. Tabung water heater
yang berbentuk silinder dimaksudkan agar proses pembakaran akan menjadi
maksimal. Tabung water heater juga dibuat lubang-lubang untuk mensuplai
oksigen agar masuk kedalam yang akan digunakan dalam proses pembakaran.
Semakin banyak lubang pada tabung water heater maka proses pembakaran akan
semakin maksimal.
2.1.6. Bahan Bakar
Proses pembakaran pada penelitian ini menggunakan bahan bakar dari gas
yaitu gas LPG (Liquified Petroleum Gas). Liquified Petroleum Gas atau LPG
adalah campuran dari beberapa unsur hidrokarbon yang berasal dari gas alam. Di
dalam LPG terdapat gas yang dipampatkan yang berubah ke fasa cair karena
tekanan di dalam tabung LPG ditingkatkan dan suhu diturunkan. Di dalam LPG
terdapat komponen yaitu propana
C3H8
dan butana
C4H10
, dengan komposisikurang lebih sebesar 99 %, selebihnya adalah gas pentana
C5H12
yangdicairkan. Perbandingan komposisi propana dan butana adalah 30 : 70. LPG lebih
berat dari udara dengan berat jenis sekitar 2,01 (dibandingkan dengan udara).
Tekanan uap LPG cair dalam tabung sekitar 5 – 6,2 2
cm kg
. Nilai kalori sekitar :
21.000 BTU/lb. zat mercaptan umumnya ditambahkan ke LPG untuk memberikan
bau khas, supaya kalau terjadi kebocoran, dapat segera terdeteksi dengan cepat
LPG memiliki daya pemanasan yang lebih baik jika dibandingkan dengan
minyak tanah, arang, kayu bakar, dan gas kota karena memiliki daya pemanasan
sebesar 11900 kkal/kg dengan efisiensi sebesar 60 %.
Tabel 2.4 Daya pemanasan dan efisiensi berbagai macam bahan bakar (sumber:
htpp://kemahasiswaan.um.ac.id/wp- content/uploads/2010/pkm/alL-10-um-intan-tips-menggunakan-tabung-lpg-.pdf)
Bahan Bakar Daya Pemanasan Efisiensi alat masak
%
Kayu bakar 4000 kkal/kg 15
Arang 8000 kkal/kg 15
Minyak tanah 11000 kkal/kg 40
Gas kota 4500 kkal/kg 55
LPG 11900 kkal/kg 60
Listrik 860 kkal/kwh 60
2.1.7. Proses Pembakaran LPG
Pembakaran adalah reaksi kimia antara oksigen dengan unsur bahan bakar.
Oksigen didapat dari udara luar yang digunakan untuk berlangsunya poroses
pembakaran. Sedangkan unsur bahan bakarnya adalah LPG (Liquefied Petroleum
Gas) yaitu gas alam yang dicairkan. LPG merupakan campuran dari berbagai
unsur hidrokarbon yang berasal dari gas alam yang dicairkan. Komponen LPG
paling banyak adalah gas propana
C3H8
dan butana
C4H10
, dengankomposisi kurang lebih sebesar 99 %, selebihnya adalah gas pentana
C5H12
yang dicairkan. Perbandingan komposisi propana dan butana adalah 30 : 70. LPG
udara). Tekanan uap LPG cair dalam tabung sekitar 5 – 6,2 2
cm kg
. Nilai kalori
sekitar : 21.000 BTU/lb. Untuk mengatasi terjadi kebocoran sehingga dapat
terdeteksi dengan cepat dan mudah maka LPG ditambahkan zat mercaptan.
Tabel 2.5 Komposisi udara dalam keadaan kering (sumber:
Karbon Dioksida 0,314 314
Neon 0,00182 18
Dari sumber wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut
setara dengan 46000000 J/kg atau 46MJ/kg.
Reaksi pembakaran butana
C4H10
, jika terbakar sempurna adalahsebagai berikut :
butana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas
Dari sumber wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut hampir sama
dengan propana setara dengan 46 MJ/kg.
2.1.8. Saluran udara masuk
Proses pembakaran memerlukan oksigen yang diambil dari udara bebas
agar panas dapat maksimal. Karena sumber api berada di bawah alat pemanas air
sehingga harus ada saluran udara yang berfungsi agar udara bisa masuk sehingga
proses pembakaran dapat terjadi dengan sempurna. Jika kekurangan oksigen dapat
menyebabkan proses pembakaran yang tidak sempurna dan panas yang dihasilkan
tidak sesuai yang diharapkan. Saluran udara di water heater terdapat pada bagian
dinding atau selimut water heater dengan celah atau lubang-lubang. Hal ini
dimaksudkan agar udara dapat masuk ke ruang dalam water heater di sekitar
proses pembakaran berlangsung. Apabila water heater kekurangan udara dalam
proses pembakaran maka panas hasil pembakaran menjadi tidak maksimal.
Karena proses pembakaran yang membutuhkan oksigen maka api akan cenderung
mengarah keluar dari water heater jika tidak ada pasokan oksigen di dalam water
heater. Pada keadaan normal komposisi oksigen di dalam udara berkisar 20,95 %
dari komposisi udara di bumi. Sehingga diantara alat pemanas air dengan
sumber api diberi jarak atau celah yang bertujuan untuk memberikan ruang atau
saluran udara masuk .
2.1.9. Saluran gas buang
Pada proses pembakaran selain menghasilkan panas juga menghasilkan
tidak terganggu oleh gas buang maka harus dibuat saluran gas buang supaya gas
buang bisa keluar. Saluran udara keluar pada water heater biasanya berada di
bagian atas water heater. Sebagaimana fluida, panas atau kalor juga dapat
mengalir dan berpindah tempat. Jika terjadi perbedaan temperatur, panas atau
kalor akan berpindah dari temperatur tinggi ke temperatur yang lebih rendah.
Panas juga dapat mengalir ke atas karena perbedaan berat jenis. Proses
pembakaran di water heater menyebabkan udara panas memiliki berat jenis lebih
rendah sehingga udara panas mengalir ke atas, maka dari itu dibuat saluran udara
keluar di bagian atas water heater. Dalam perancangan saluran gas buang perlu
mempertimbangkan besar kecilnya debit gas buang yang terjadi dan diusahakan
gas buang dapat mengalir keluar dengan lancar. Selain itu perancangan saluran
gas buang harus dipilih sedemikian rupa sehingga tidak mengganggu dan
membahayakan pengguna dari water heater. Perancangan saluran gas buang juga
menentukan nyala api yang dihasilkan. Jika saluran gas buang terancang dengan
baik maka api akan berfungsi dengan baik untuk memanaskan air dan hasilnya
lebih maksimal.
2.1.10.Media Pembakar
Media pembakar adalah sebuah media atau sarana yang menghasilkan api
atau panas untuk proses pembakaran. Media pembakar mempunyai banyak variasi
yaitu ada yang menggunakan LPG atau minyak tanah sebagai sumber bahan
bakar. Media pembakar dengan bahan bakar LPG memiliki keunggulan yang
lebih dibanding dengan minyak tanah, listrik, dan kayu bakar yaitu pemanasan
Gambar 2.4 Media pembakar dengan bahan bakar LPG, low pressure
Media pembakar yang ada di pasaran adalah sebagai berikut :
Dimensi : 580 mm (Panjang) x 340 mm (Lebar) x 125 mm (Tinggi)
Jenis : Low Pressure
Bahan : Besi Tuang
Contoh spesifikasi media pembakar adalah sebagai berikut :
dihitung dengan persamaan (2.2). Sedangkan untuk menghitung laju aliran massa
air menggunakan persamaan (2.1)
Gambar 2.6 Aliran fluida dalam saluran air
massajenis
luaspenampang
kecepatanair
mair
Pada persamaan (2.1) dan (2.2)
air
q : laju aliran kalor yang diterima air, watt
: laju aliran massa air, kg/detik
air
c : kalor jenis air, 4179 J/kgoC. Tin : suhu air masuk water heater, oC
q
air = ṁair Cair (Tout– Tin)Tout : suhu air keluar water heater, oC.
m
u : kecepatan rata-rata fluida mengalir, m/detik
: massa jenis fluida yang mengalir, kg/m3
d : diameter saluran, m
Laju aliran kalor yang diberikan gas dapat dihitung dengan persamaan (2.3)
gas
q = mgasCgas
……(2.3)
Pada persamaan (2.3) :
gas
m : massa gas elpiji yang terpakai (kg/s)
gas
C : nilai kalor gas elpiji (11900 kkal/kg), (1kkal = 4186,6 J)
2.1.12.Efisiensi Water Heater
Efisiensi Water Heater dapat dihitung dengan persamaan (2.4)
%
q : Laju aliran kalor yang diterima air, watt
gas
q : Laju aliran kalor yang diberikan gas, watt
2.2. Tinjauan Pustaka
Saat ini banyak jenis water heater yang beredar di pasaran. Banyak water
heater yang ditawarkan dari model bentuk, debit air, suhu yang dihasilkan dan
bakar gas LPG pada penelitian ini mengacu pada beberapa water yang beredar di
pasaran.
2.2.1. Model water heater yang ada di pasaran
Saat ini banyak water heater yang beredar di pasaran dengan berbagai
macam model dan bentuk. Ada 4 contoh Water heater yang akan dibahas, yang
memiliki cara kerja yang berbeda-beda.
a. Water heater tipe A
Water Heater tipe A ini proses pemanasan airnya dilakukan dengan cara
memanaskan saluran pipa air secara langsung dengan api atau gas buang yang
bersuhu tinggi.
Gambar 2.7 Water heater tipe A
Pipa saluran air yang digunakan untuk mengalirkan air ini berada di dalam
bersuhu tinggi. Terdapat fan yang berfungsi untuk mengalirkan oksigen dari luar.
Air yang dipanaskan adalah air yang mengalir di dalam pipa yang langsung
kontak dengan api atau gas buang yang bersuhu tinggi.
b. Water heater tipe B
Water heater tipe B ini proses pemanasan airnya adalah dengan cara
melilitkan saluran pipa pada tabung yang panas. Tabung bisa menjadi panas
karena adanya proses pembakaran di bagian bawah tabung. Pada tipe ini saluran
pipa air tidak kontak langsung dengan api atau tidak kontak langsung dengan gas
buang. Air yang dipanaskan yaitu air yang mengalir di dalam pipa.
Gambar 2.8 Water Heater tipe B
Water heater tipe B ini proses pemanasan airnya adalah dengan cara
melilitkan saluran pipa pada tabung yang panas. Tabung bisa menjadi panas
karena adanya proses pembakaran di bagian bawah tabung. Pada tipe ini saluran
buang. Air yang dipanaskan yaitu air yang mengalir di dalam pipa. Pada model ini
terdapat fan atau kipas yang berfungsi untuk membantu proses pembakaran
dengan cara mengalirkan oksigen yang ada di udara. Pada water heater tipe ini gas
buang hasil pembakaran yang sudah dingin dibuang melalui saluran (flue) yang
berada di atas water heater
c. Water heater tipe C
Water heater tipe C ini mempunyai prinsip kerja sama seperti memasak air
tetapi ada pipa untuk aliran air. Berbeda dengan water heater tipe B, pada water
heater tipe C ini terdapat penampung air. Air dingin mengalir masuk melalui
saluran masuk dan setelah panas, air keluar melalui saluran keluar.
Gambar 2.9 Water heater tipe C
Gambar 2.9 menunjukkan pipa aliran air masuk berwarna biru sedangkan pipa
aliran keluar berwarna merah. Di dalam penampung air juga terdapat pipa untuk
heater tipe C ini proses awal untuk memanaskan air lebih lama karena air berada
pada penampung air dengan jumlah yang banyak, sedangkan air pada water
heater tipe B air yang dipanaskan lebih sedikit karena berada pada pipa yang
langsung dipanaskan. Pada jenis ini, juga tidak dipergunakan fan seperti halnya
pada tipe B.
d. Water heater tipe D
Cara kerja water heater tipe D ini hampir sama dengan water heater tipe C.
Air yang dipanaskan berada di dalam penampung air. Perbedaannya terdapat pada
caranya membuang gas buang yang dipergunakan untuk memanaskan air.
Pada Gambar 2.10 menunjukkan di dalam saluran gas buang terdapat
spiral yang mengarahkan jalan keluarnya gas buang. Spiral dibuat untuk
menghambat aliran gas buang, sehingga ini gas buang tidak langsung keluar. Gas
buang dibuat berada lebih lama di dalam saluran, agar semua panas dapat
dipindahkan ke pipa saluran air. Jika dibandingkan dengan water heater tipe C,
suhu keluar gas buang ketika keluar water heater lebih rendah dan suhu air di
dalam saluran pipa menjadi lebih tinggi. Seperti halnya water heater tipe C, water
heater jenis ini juga tidak mempergunakan fan.
2.2.2. Spesifikasi water heater yang ada di pasaran
Spesifikasi water heater yang ada di pasaran dapat diketahui melalui name
plate yang ada di water heater. Beberapa contoh spesifikasi dari water heater
yang ada di pasaran disajikan sesuai dengan aslinya.
a. Water Heater gas LPG tipe A
Spesifikasi :
Pemasangan : Eksternal/ Internal
Sumber pemanas : Gas LPG
Bahan pipa saluran air : Tembaga
Ignition : Baterai Ukuran D
Fitur Teknis :
Kapasitas : 5 liter / menit
Suhu air keluar : 40 °C
Tekanan air minimal : 0,15 bar
Outlet gas : 0.5 inch
Outlet air dingin : 0,5 inch
Outlet air panas : 0,5 inch
Tekanan gas : Low Pressure, 28 mbar
Konsumsi gas : 0,6 kg/ jam
Suhu maksimum : 50 °celcius
Dimensi Produk :
Panjang : 425 mm
Lebar : 290 mm
Tinggi : 127 mm
b. Water Heater gas LPG tipe B
Gambar 2.12 Water heater gas LPG tipe B ( sumber : http://www.erabangunan .com/index.php?index=detail&itemid=1934)
Spesifikasi :
Panjang : 369 mm
Lebar : 290 mm
Tinggi : 138 mm
Pemasangan : Eksternal/ Internal
Berat : 6,1 Kg
Kapasitas air panas : 5 ltr/ mnt
Suhu air keluar : 40 °C
Gas Input : 0, 5 Kg/ h
Ignition : Baterai
Tekanan Gas : 280 mm H2O
Suhu maksimum : 60 oC
Outlet Air Dingin : 0,5 inch
Outlet Air Panas : 0,5 inch
Tekanan Air Minimum : 0, 2 kgf/ cm2
Instant Warm System : No
c. Water Heater gas LPG tipe C
Gambar 2.13 Water heater gas LPG tipe C (sumber : http://www.bhinneka.com/ products/sku00712439/modena_rapido_-_gi_6.aspx)
Spesifikasi :
Jenis : Instan
Pemasangan : Vertikal
Sumber pemanas : Gas
Bahan pipa saluran air : Tembaga
Fitur Teknis :
Kapasitas : 6 liter / menit
Suhu air keluar : 40 °C
Diameter pipa koneksi : 0,4 inch
Suhu maksimum : 75 °celcius
Kalori : 8600 kcal/h
Input gas : 0.78 kg/h
Dimensi Produk :
Panjang : 300 mm
Lebar : 46 mm
Tinggi : 440 mm
Berat : 13 kg
2.2.3. Hasil penelitian
Putra, P.H (2012) melakukan penelitian tentang karakteristik water heater
dengan dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding luar 25 cm, diameter pada
dinding dalam 20 cm, panjang pipa 20 meter, diameter bahan pipa 3/8 inci, 300
lubang masuk udara pada dinding luar, 1005 lubang pada dinding dalam water
heater, dan 6 buah sirip dari pipa berdiameter 3/8 inci. Penelitian bertujuan (a)
merancang dan membuat water heater, (b) mendapatkan hubungan antara debit
air dengan suhu air yang keluar dari 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. Penelitian
memperoleh hasil (a) water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water
heater yang ada di pasaran, mampu menghasilkan air panas dengan temperatur
dengan temperatur air keluar water heater (To) dapat dinyatakan dengan
persamaan To = -0,027 m3 + 1,126 m2 – 16,52 m + 129,9 ( m dalam liter/menit, To
dalam ° C) dan R2 = 0,997, (c) hubungan antara debit air yang mengalir dengan laju perpindahan kalor dinyatakan dengan persamaan Qair = 17,09 m3 – 489 m2 +
439 m + 3654 (m dalam liter/menit, Qair dalam watt) dan R2 = 0,94 (d) hubungan
antara debit air yang mengalir dengan efisiensi water heater dapat dinyatakan
dengan persamaan η = 0,077 m3 -2,208 m2 + 19,84 m + 16,50 (m dalam
liter/menit, η dalam persen) dan R2
= 0,94.
Setiawan, Eko (2012) melakukan penelitian tentang pemanas air dengan
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 yang bertujuan untuk (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. Penelitian
ini memperoleh hasil (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 : Tout = 0,297 mair 2 – 9,566 mair + 121,9 ( mair dalam liter/menit, Tout
aliran kalor yang diperlukan dinyatakan dengan persamaan : qair = - 171,9 mair2+
3154 mair + 6873 ( mair dalam liter/menit, qair dalam watt) R2 = 0,967 (d) kalor
yang diterima air dari water heater berkisar antara : 17551,8 – 14216,96 watt.
Jumlah kalor terbesar 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 : η = - 0,776 mair2+ 14,24
mair+ 31,04 (mair dalam liter/menit, η dalam %) R2 = 0,967.
Suparno (2014) melakukan melakukan penelitian tentang karakteristik water
heater dengan panjang pipa 12 meter, diameter 0,5 inch dan bersirip yang
bertujuan untuk (a) Membuat alat water heater (b) Mengetahui karakteristik dari
water heater dengan sumber energi gas LPG yang telah dibuat : (1) Mengetahui
hubungan antara debit air yang masuk dengan suhu air yang keluar dari water
heater (2) Mengetahui hubungan antaradebit air dengan laju perpindahan kalor
yang diterima air (3) Mengetahui efisiensi dari water heater. Penelitian ini
memperoleh hasil (a) Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water
heater yang ada di pasaran, dengan temperatur 42,6 0C pada debit 11,4 liter/menit (b) Hubungan debit air yang masuk dengan suhu air yang keluar dapat dinyatakan
dengan persamaan : pada kondisi tertutup Tout = 108,8(deb)-0,36.(liter/menit)0,36 R²
= 0,984 pada kondisi terbuka 10 kali putaran Tout = 103,1(deb)0,34.(liter/menit)-0,34
R² = 0,983 pada kondisi terbuka 20 kali putaran Tout = 96,31 (deb) -0,33
.(liter/menit)0,33 R² = 0,989 (c) hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air dapat dinyatakan dengan persamaan : pada kondisi tertutup Qair=
6,469(deb)0,266. (liter/menit)-0,266 kJ, pada kondisi terbuka 20 kali putaran Qair=
-0,012(deb)2. (liter/menit)-2 + 0,496(deb). (liter/menit)-1 + 7,241 kJ (d) hubungan debit air dengan efisiensi water heater dapat dinyatakan dengan persamaan : pada
BAB III
PEMBUATAN ALAT
3.1. Persiapan
Persiapan-persiapan yang dilakukan sebelum pembuatan alat antara lain :
a. Membuat rancangan atau bentuk water heater
b. Menentukan dan membeli bahan yang diperlukan
c. Menyiapkan beberapa peralatan yang digunakan
3.2. Bahan water heater
Bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan water heater antara lain :
a. Pipa tembaga dengan diameter 0,5 inci
b. Plat galvanum
c. Baut dan mur
d. Besi strip
e. Besi nako 10 mm x 10 mm
f. Stik Tembaga
Gambar 3.1 Pipa tembaga diameter 0,5 inci
Gambar 3.2 Plat galvanum
Gambar 3.3 Baut dan mur
Gambar 3.5 Besi nako
Gambar 3.6 Stik tembaga
3.3. Alat water heater
Alat-alat yang digunakan dalam pembuatan water heater antara lain :
a. Gerinda
Alat ini berfungsi sebagai pemotong sekaligus merapikan bagian water
Gambar 3.7 Gerinda
b. Bor
Alat ini digunakan untuk membuat lubang udara pada water heater.
Gambar 3.8 Bor
c. Las Listrik
Gambar 3.9 Las listrik
d. Las Tembaga
Las tembaga berfungsi untuk menyambung dua buah pipa tembaga.
Gambar 3.10 Las Tembaga
Alat ini digunakan untuk memasang dan mengencangkan mur dan baut
untuk menempelkan sirip pada pipa tembaga.
Gambar 3.11 Kunci pas
f. Pemotong pipa tembaga
Alat ini digunakan untuk memotong pipa tembaga
Gambar 3.12 Pemotong pipa
g. Penekuk pipa tembaga
Alat ini digunakan untuk menekuk atau membelokkan pipa agar berbentuk
Gambar 3.13 Penekuk pipa tembaga
h. Tang
Alat ini digunakan untuk menjepit tembaga untuk pembuatan sirip.
Gambar 3.14 Tang
i. Gunting plat
Alat ini digunakan untuk memotong plat galvalum dan kaleng thinner.
j. Paku keling
Alat ini digunakan untuk menjepit dan menempelkan besi strip dengan plat
galvalum.
Gambar 3.16 Paku keling
k. Meteran
Alat ini digunakan untuk menentukan ukuran plat galvalum, besi strip, dan
besi nako.
Gambar 3.17 Meteran
l. Jangka Sorong
Alat ini digunakan untuk mengukur pada bagian water heater secara lebih
Gambar 3.18 Jangka sorong
3.4. Proses Pembuatan Alat
a. Merancang bentuk water heater
Dalam merancang bentuk water heater dengan menggunakan penangkap
kalor gas buang dapat dilakukan dengan proses secara manual maupun dapat
menggunakan software. Adapun dalam perancangan bentuk water heater perlu
dipertimbangkan ukuran pada bagian-bagian water heater.
b. Memotong pipa tembaga
Pemotongan pipa tembaga menggunakan alat khusus yang bertujuan agar
pipa yang dipotong hasilnya lebih baik dan rapi. Pipa tembaga yang dipotong
sepanjang 14 meter.
c. Melingkarkan pipa tembaga
Pipa tembaga yang awalnya berbentuk lurus dibuat melingkar dengan
ukuran diameter dalam 160 mm dan diameter luar 190 mm sampai hasilnya
berbentuk spiral. Pada proses ini, pelingkaran menggunakan alat penekuk pipa
tembaga dengan bantuan panci agar menjadi bentuk silinder dan hasilnya lebih
rapi.
Gambar 3.20 Pembentukan pipa tembaga
Setelah proses pelingkaran pipa tembaga selesai, dilanjutkan dengan proses
pemasangan tiga sirip dengan panjang masing-masing sirip 250 mm diluruskan
dan diberi lubang pada tiap-tiap ujung sirip. Baut kemudian dimasukkan ke dalam
lubang tersebut lalu dikencangkan dengan mur untuk pemasangan sirip pada pipa
tembaga yang telah dibuat melingkar. Pemasangan sirip dibuat vertikal terhadap
lingkaran pipa tembaga
d. Membuat kerangka water heater
Water heater ini menggunakan dua tabung yaitu tabung bagian luar dan
tabung bagian dalam satu tabung di dalam pipa tembaga yang dibuat spiral,
sehingga kerangka dibuat dua bagian. Pembuatan kerangka ini bertujuan untuk
menjadi lebih rapi. Langkah pertama yang dilakukan yaitu membuat lingkaran
dengan besi naco.
Gambar 3.21 Pembentukan lingkaran
Setelah proses pembentukan besi naco menjadi lingkaran untuk atas dan
bawah, langkah selanjutnya yaitu menyambung antara lingkaran dan plat strip
dengan las listrik.
Gambar 3.22 Penyambungan kerangka
Langkah terakhir yaitu memasang galvalum untuk melapisi kerangka.
sebelumnya pada titik penyambungan dengan las dirapikan dan dibersihkan
dengan rapat, digunakan paku keling. Sebelum menggunakan paku, galvalum
ditempelkan pada kerangka dan dilubangi dengan bor. Sehingga paku bisa masuk.
Gambar 3.23 Membuat lubang untuk paku keling
e. Memasukkan pipa tembaga yang sudah dirol ke dalam kerangka
Setelah proses pembuatan kerangka sudah jadi langkah selanjutnya yaitu
pipa tembaga yang digunakan untuk saluran air dimasukkan ke dalam kerangka.
f. Membuat lubang udara
Galvalum yang akan dipasang pada kerangka kemudian dilubangi dengan
bor. Lubang udara ini tembus dari tabung luar hingga tabung bagian dalam.
g. Membuat tabung bagian dalam
Plat galvalum yang diperlukan untuk tabung diameter dalam berukuran 870
mm x 350 mm, pada besi strip penyangga rangka dilekatkan plat galvalum
kemudian dilakukan proses pemboran berjumlah 5 titik dan dipasang dengan paku
keling.
Gambar 3.25 Tabung bagian dalam
h. Memasukkan pipa penangkap kalor gas buang ke dalam kerangka
Setelah proses pembuatan tabung bagian dalam sudah jadi langkah
selanjutnya yaitu pipa tembaga yang digunakan untuk menangkap kalor gas buang
dimasukkan ke dalam kerangka bagian atas.
i. Membuat tabung bagian luar
Proses pembuatan tabung bagian luar hampir sama dengan proses
pembuatan tabung bagian dalam. Plat galvalum yang diperlukan untuk tabung
diameter luar berukuran 975 mm x 360 mm. Plat galvalum dilekatkan pada besi
strip penyangga rangka yang sudah dibor. Setelah hampir menutupi rangka
dilakukan pemotongan plat untuk jalur pipa masuk dan pipa keluar dan plat
galvalum dilekatkan dengan paku keling agar terpasang.
Gambar 3.27 Memasang tabung bagian luar
j. Menyambungkan pipa pemanas dengan pipa penangkap kalor buang
Setelah proses pembuatan tabung bagian dalam selesai kemudian dilakukan
proses penyambungan antara pipa pemanas dengan pipa penangkap kalor gas
buang, proses penyambungan tersebut menggunakan las tembaga dan stik
Gambar 3.28 Penyambungan dua pipa dengan las tembaga
k. Membuat penutup tabung
Penutup tabung dibuat dengan menggunakan plat galvalum yang dipotong
melingkar dengan diameter 300 mm, kemudian ditengahnya dipotong lagi secara
melinkar dengan diameter 100 mm. Rangka penutup tabung dibuat dari plat strip
berbentuk silang dengan diameter 300 mm. Proses selanjutnya adalah melakukan
pemasangan secara permanen dengan menggunakan paku keling dengan
mula-mula dilakukan pemboran pada plat galvalum dalam rangka sebanyak 4 titik pada
tiap plat strip dengan jarak rata-rata antar titik 75 mm, lalu dilekatkan dengan
menggunakan paku keling. Setelah itu tutup diberi pegangan dari besi yang sudah
dilengkungan lalu dilas dengan menggunakan las listrik.
Langkah selanjutnya membuat tabung berdiameter 100 mm dan diberi
lubang-lubang untuk sirkulasi udara yang akan dilekatkan pada tutup tabung.
Dibagian bawah tabung tersebut dilekatkan plat galvalum. Setelah tabung tersebut
selesai dibuat lalu ditempelkan dengan tutup tabung water heater.
Gambar 3.30 Membuat tabung diameter 100 mm
BAB IV
METODOLOGI PENELITIAN
4.1. Objek yang diteliti
Rancangan benda uji Water heater dengan menggunakan bahan plat
galvanum dan pipa tembaga berdiameter 0,5 inci ditunjukan pada Gambar 4.1
sampai Gambar 4.4, Gambar 4.1 memperlihatkan pipa tembaga yang sudah dirol
tampak dari samping. Gambar 4.2 memperlihatkan pipa penangkap kalor gas
buang dan tabung bagian dalam tampak dari samping. Gambar 4.3
memperlihatkan water heater tampak dari bawah. Gambar 4.4 memperlihatkan
water heater tampak dari samping. Untuk satuan dari rancangan tersebut
menggunakan satuan panjang milimeter (mm).
,
Gambar 4.1 Pipa tembaga yang sudah dirol
Setelah pipa dirol menjadi spiral seperti pada Gambar 4.1, kemudian
dimasukkan ke dalam tabung yang memiliki kerangka.
350
190
160
Air masuk
Air keluar
Gambar 4.2 Pipa penangkap kalor gas buang dan tabung bagian dalam
Gambar 4.3 Water heater tampak bawah
380
70
160
190
100
250
300
Air masuk
Gambar 4.4 Water heater tampak samping atas
4.2. Skematik Alat Penelitian
Skematik pengujian alat penelitian telah disajikan pada Gambar 4.5
Gambar 4.5 Skema penelitian water heater
