Pemanas air berbahan bakar LPG.

Tujuan penelitian water heater menggunakan sirip berbahan bakar LPG adalah sebagai berikut (a) merancang dan membuat water heater menggunakan sirip dengan bahan bakar LPG (b) mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar water heater (c) mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor (d) menghitung kalor yang diterima air dari water heater (e) menghitung kalor yang diberikan gas LPG (f) menghitung efisiensi water heater.

Penelitian dan pelaksanaan di laboratorium, adapun batasan - batasan dalam pembuatan water heater menggunakan sirip berbahan bakar LPG antara lain (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 (c) bahan pipa tembaga dengan diameter : 0,9525 cm = 3/8 inch (d) pipa bersirip dengan jumlah sirip : 8 dan panjang sirip 50 cm 9e) sirip dari pipa tembaga dengan diameter : 0,9525 cm = 38 inch. Variasi dilakukan terhadap besar kecilnya debit air yang masuk ke dalam water heater dengan debit gas yang konstan pada water heter. Pengukuran suhu untuk air masuk dan air keluar dari water heater dengan menggunakan termokopel.

Dari penelitian yang dilaksanakan, diperoleh kesimpulan (a) Water heater berhasil dibuat dan mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran. Pada debit aliran 13,7 liter/menit diperoleh suhu air yang keluar sebesar 45°C (b) Hubungan antara debit air yang masuk dengan temperatur air yang mengalir dinyatakan dengan persamaan : T_out = 0,1505m_air2 – 6,8953m_air + 110,96 (m_airdalam liter/menit, T_out dalam °C). Persamaan ini berlaku untuk debit 2,5 liter/menit < m_air < 13,7 liter/menit, pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 28°C (c) hubungan antara debit air yang masuk dengan laju aliran kalor yang diperlukan dinyatakan dengan persamaan : q_air = -0,2218

air

m 2 + 3,9014m_air + 3,7702. (mair dalam liter/menit, qair dalam watt). Persamaan ini

berlaku untuk debit 2,5 liter/menit < m_air < 13,7 liter/menit, pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 28°C (d) kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara 11,771 kW – 21,414 kW. Jumlah kalor terbesar sebesar 21,414 kW (e) kalor yang diberikan gas LPG sebesar 49,82 kW (f) hubungan antara debit air yang masuk dengan efisiensi water heater yang diperlukan dinyatakan dengan persamaan : η = -0,4453m_air2 + 7,8309m_air + 7,5676. (m_air dalam liter/menit, η dalam %) persamaan ini berlaku untuk debit 2,5 liter/menit < m_air < 13,7 liter/menit, pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 28°C.

ABSTRACT

The research purpose of water heater using LPG-fueled fin is as follows: (a) design and create water heater using fins with LPG fueled (b) obtain the coherency between the discharge of water flowing out with the water temperature of water heater (c) obtain the coherency between water discharge rate of heat flow (d) calculate the heat received for water from the water heater (e) calculate the heat given by LPG (f) calculates the efficiency of the water heater.

Research and implementation in the laboratory, while the limits in the research of water heater using LPG-fueled fins are (a) water heater height : 90 cm, diameter: 25 cm, length of copper pipe: 20 m with 2 track (b) the number of wall plate: 2 ply, inner plate has many holes with diameter: 2 mm (c) material of copper pipe with a diameter: 0.9525 cm = 3/8 inch (d) pipe finned by the number of fins: 8 and 50 cm lenght e) Fins from copper pipe diameter: 0.9525 cm = 38 inches. Variations made to the amount of water discharge into water heater while constant flow of gases to water heater. Measurement for water inlet&outlet temperature by using thermocouples.

From the research conducted, it is concluded (a) Water heater successfully prepared and able to compete with the water heater on the market. At flow rates of 13.7 liters / min of water out temperature obtained at 45 ° C (b) The Coherency between water discharge with flowing water temperature expressed by the equation: T = 0.1505 mwater 2 –

6,8953 mwater + 110,96 (mwater in liters/minute, Tout in °C). This equation applies for discharge

of 2.5 liters/min < mwater <13.7 liters/min, the outside air pressure (about 1 atm) and the

incoming water temperature of 28°C. (c) The Coherency between water discharge with the flow rate heat required is expressed by the equation: qwater = -0.2218 mwater2 + 3.9014 mwater2 +

3.7702. (mwater in liters / min, qwater in watts). This equation applies to the discharge of 2.5

liters/min < mwater <13.7 liters/min, the outside air pressure (about 1 atm) and the temperature

water inlet 28°C (d) Heat received from the water heater ranges from 11.771 kW - 21.414 kW. The Greatest heat obtain is 21.414 kW (e) heat given of LPG is 49.82 kW (f) The Coherency between water discharge with water heater efficiency required expressed by the equation: η = -0.4453 mwater 2 + 7.8309 mwater + 7.5676. (mwater in liters/min, η in%) This

equation applies to the discharge of 2.5 liters/min < mwater <13.7 liters/min, the outside air

pressure (about 1 atm) and the incoming water temperature of 28 ° C.

PEMANAS AIR BERBAHAN BAKAR LPG

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi sebagai persyaratan

mencapai gelar Sarjana Teknik Mesin

Diajukan oleh :

Romulus Fajar Sulistyo Adi

065214057

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2013

LPG FUELED WATER HEATER

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

To Obtain the Sarjana Teknik In Mechanical Engineering

By :

Romulus Fajar Sulistyo Adi

065214057

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

Tujuan penelitian water heater menggunakan sirip berbahan bakar LPG adalah sebagai berikut (a) merancang dan membuat water heater menggunakan sirip dengan bahan bakar LPG (b) mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar water heater (c) mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor (d) menghitung kalor yang diterima air dari water heater (e) menghitung kalor yang diberikan gas LPG (f) menghitung efisiensi water heater.

Penelitian dan pelaksanaan di laboratorium, adapun batasan - batasan dalam pembuatan water heater menggunakan sirip berbahan bakar LPG antara lain (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 (c) bahan pipa tembaga dengan diameter : 0,9525 cm = 3/8 inch (d) pipa bersirip dengan jumlah sirip : 8 dan panjang sirip 50 cm 9e) sirip dari pipa tembaga dengan diameter : 0,9525 cm = 38 inch. Variasi dilakukan terhadap besar kecilnya debit air yang masuk ke dalam water heater dengan debit gas yang konstan pada water heter. Pengukuran suhu untuk air masuk dan air keluar dari water heater dengan menggunakan termokopel.

Dari penelitian yang dilaksanakan, diperoleh kesimpulan (a) Water heater berhasil dibuat dan mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran. Pada debit aliran 13,7 liter/menit diperoleh suhu air yang keluar sebesar 45°C (b) Hubungan antara debit air yang masuk dengan temperatur air yang mengalir dinyatakan dengan persamaan : T_out = 0,1505mair

2 _–

6,8953mair + 110,96 (mairdalam liter/menit, Tout

dalam °C). Persamaan ini berlaku untuk debit 2,5 liter/menit < m_air < 13,7 liter/menit, pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 28°C (c) hubungan antara debit air yang masuk dengan laju aliran kalor yang diperlukan dinyatakan dengan persamaan : q_air = -0,2218m_air2 + 3,9014m_air + 3,7702. (mair dalam liter/menit, qair

dalam watt). Persamaan ini berlaku untuk debit 2,5 liter/menit < m_air < 13,7 liter/menit, pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 28°C (d) kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara 11,771 kW – 21,414 kW. Jumlah kalor terbesar sebesar 21,414 kW (e) kalor yang diberikan gas LPG sebesar 49,82 kW (f) hubungan antara debit air yang masuk dengan efisiensi water heater yang diperlukan dinyatakan dengan persamaan : η = -0,4453m_air2

+ 7,8309m_air + 7,5676. (m_air dalam liter/menit, η dalam %) persamaan ini berlaku untuk debit 2,5 liter/menit < m_air < 13,7 liter/menit, pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 28°C.

Kata Kunci: water heater, gas LPG, laju aliran kalor, sirip.

ABSTRACT

The research purpose of water heater using LPG-fueled fin is as follows: (a) design and create water heater using fins with LPG fueled (b) obtain the coherency between the discharge of water flowing out with the water temperature of water heater (c) obtain the coherency between water discharge rate of heat flow (d) calculate the heat received for water from the water heater (e) calculate the heat given by LPG (f) calculates the efficiency of the water heater.

Research and implementation in the laboratory, while the limits in the research of water heater using LPG-fueled fins are (a) water heater height : 90 cm, diameter: 25 cm, length of copper pipe: 20 m with 2 track (b) the number of wall plate: 2 ply, inner plate has many holes with diameter: 2 mm (c) material of copper pipe with a diameter: 0.9525 cm = 3/8 inch (d) pipe finned by the number of fins: 8 and 50 cm lenght e) Fins from copper pipediameter: 0.9525 cm = 38 inches. Variations made to the amount of water discharge into water heater while constant flow of gases to water heater. Measurement for water inlet&outlet temperature by using thermocouples.

From the research conducted, it is concluded (a) Water heater successfully prepared and able to compete with the water heater on the market. At flow rates of 13.7 liters / min of water out temperature obtained at 45 ° C (b) The Coherency between water discharge with flowing water temperature expressed by the equation: T = 0.1505 mwater2 –

6,8953 mwater + 110,96 (mwater in liters/minute, Tout in °C). This equation applies for

discharge of 2.5 liters/min < mwater <13.7 liters/min, the outside air pressure (about 1 atm)

and the incoming water temperature of 28°C. (c) The Coherency between water discharge with the flow rate heat required is expressed by the equation: qwater = -0.2218 mwater2 +

3.9014 mwater2 + 3.7702. (mwater in liters / min, qwater in watts). This equation applies to the

discharge of 2.5 liters/min < mwater <13.7 liters/min, the outside air pressure (about 1 atm)

and the temperature water inlet 28°C (d) Heat received from the water heater ranges from 11.771 kW - 21.414 kW. The Greatest heat obtain is 21.414 kW (e) heat given of LPG is 49.82 kW (f) The Coherency between water discharge with water heater efficiency required expressed by the equation: η = -0.4453 mwater 2 + 7.8309 mwater + 7.5676. (mwater in

liters/min, η in%) This equation applies to the discharge of 2.5 liters/min < mwater <13.7

liters/min, the outside air pressure (about 1 atm) and the incoming water temperature of 28 ° C.

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan YME atas lindungan dan karunia-Nya

sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir dalam mencapai gelar sarjana.

Penulis menyadari bahwa dalam menyusun laporan ini penulis banyak

mendapat bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu

perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Ibu Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.c. sebagai Dekan Fakultas

Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

2. Bapak Ir. PK Purwadi, M.T. sebagai Ketua Program Studi Teknik Mesin

Universitas Sanata Dharma dan juga selaku Dosen Pembimbing yang telah

memberikan bimbingan, dorongan serta meluangkan waktu untuk

membimbing saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

3. Intan Widanarko dan Ag. Rony Windaryawan sebagai staf laboratorium yang

telah membimbing dan meminjamkan fasilitas demi berlangsungnya

perancangan Tugas Akhir.

4. Seluruh dosen, staf, dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas

Sanata Dharma Yogyakarta atas kuliah, bimbingan, serta fasilitas yang

diberikan selama masa kuliah.

5. Orang tua yang telah memberikan dorongan baik secara moral, material,

maupun spirit.

6. Seluruh teman-teman Teknik Mesin, yang tidak dapat saya sebutkan satu per

satu, serta

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL……….………...…...i

TITLE PAGE……….….ii

HALAMAN PENGESAHAN……….………...iii

HALAMAN PENYATAAN……….……….………...………..v

HALAMAN PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA…….………...…..vi

ABSTRAK……….………...vii

ABSTRAK ( English)...viii

KATA PENGANTAR……….………....…ix

DAFTAR ISI………...xi

DAFTAR GAMBAR……….………..xiv DAFTAR GRAFIK……..……….……..….xvi

DAFTAR TABEL…..……….…...…………...…xvii BAB I : PENDAHULUAN………...…….………...…..1

1.1 LATAR BELAKANG……….…….………...….1

1.2 TUJUAN…………..……….………...3

1.3 BATASAN PERSOALAN……….……….…………....4

1.4 MANFAAT……….……...……….…...4

BAB II : DASAR TEORI DAN REFERENSI…...………….………..…5

2.1 DASAR TEORI………..………..……5

2.1.1 Saluran Air………...………...……....5

2.1.2 Sirip………..….………..…6

2.1.3 Bahan Bakar………...….….…..………..8

2.1.4 Kebutuhan Udara…………....………...…...………..…..10

2.1.5 Saluran Gas Buang………...…….…..…..11

2.1.6 Sumber Api………....….………...……...12

2.1.7 Isolator………..………...……….………...14

2.1.8 Laju Aliran Kalor………...…..……..………...…..14

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

2.1.10 Efisiensi……….……...…...……....16

2.2 REFERENSI……….………....………...16

BAB III : RANCANGAN DAN PEMBUATAN WATER HEATER……..….21

3.1 RANCANGAN WATER HEATER….…………..….………..….…..21

3.2 PEMBUATAN WATER HEATER..………...….…...………..……...26

3.2.1 Bahan Water Heater………...……...….26

3.2.2 Sarana dan Alat-alat yang Digunakan………..…...…...26

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

3.2.3.1 Persiapan………...………....….27

3.2.3.2 Pengerjaan………..………...…………....28

3.3 HASIL PEMBUATAN………...…..…...……...…..34

3.3.1 Kesuitan Dalam Penengerjaan……….……...35

BAB IV : METODOLOGI PENELITIAN………..………....36

4.2 VARIASI PENEITIAN………...………..…..……..…..37

4.3 PERALATAN PENGUJIAN………..……37

4.3.1 Alat-alat yang Digunakan………...……....…37

4.4 CARA MEMPEROLEH DATA……….…………..……..39

4.5 CARA MENGOLAH DATA……….…..……...……..………..……40

4.6 CARA MENYIMPUKAN……….………...……..………..40

BAB V : HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN PERHITUNGAN...41

5.1 HASI PENGUJIAN………..……….……...……..….41

5.2 PERHITUNGAN………...…...………...41

5.2.1 Perhitungan Kecepatan Air Rata-rata ( Um )...42

5.2.2 Perhitungan Laju Aliran Massa Air ( mair )…………..…..…...43

5.2.3 Perhitungan Laju Aliran Kalor yang Diterima Air...43

5.2.4 Perhitungan Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas...44

5.2.5 Efisiensi...44

5.2.6 Pembahasan...47

BAB VI : KESIMPULAN DAN SARAN………...…...….………..50

6.1 KESIMPULAN………..……….……….…...……….50

6.2 SARAN………...………..………...……....52

DAFTAR PUSTAKA……….………...……53

LAMPIRAN………...………...…………..……..54

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.3 Kompor gas dengan regulator Savequam...13

Gambar 2.4 Kompor gas tungku besar...13

Gambar 2.5 Kompor Quantum RT...13

Gambar 2.6 Laju aliran kalor ...15

Gambar 2.7 Water heater Modena GI-6………...17

Gambar 2.8 Water heater Rinnai REU-55RTB………...…...18

Gambar 2.9 Water heater Heating Equipment JLG30-BV6………...……19

Gambar 3.1 Rancangan water heater………..………....…...21

Gambar 3.2 Lengkungan pipa……….……...…22

Gambar 3.3 Lengkungan dan sirip water heater………...….22

Gambar 3.4 Sirip water heater………..…………....….23

Gambar 3.5 Penutup water heater………..……...…………....23

Gambar 3.6 Water heater tampak dari bawah………....…..……..24

Gambar 3.7 Water heater tampak dari luar………...…..24

Gambar 3.8 Alat pembengkok dan pemotong pipa………...28

Gambar 3.9 Lengkungan pipa dan sirip……….……...29

Gambar 3.10 Pipa tembaga sebelum dipotong………...…29

Gambar 3.11 Pemotongan pipa tembaga untuk sirip………...…30

Gambar 3.12 Pipa tembaga setelah dipotong………..………...30

Gambar 3.13 Pipa tembaga setelah dipotong dan diluruskan………...…...31

Gambar 3.15 Tabung bagian dalam sebelum dibentuk………...…...32

Gambar 3.16 Tabung bagian dalam………..……..….……..32

Gambar 3.17 Penutup bagian atas………..………....……33

Gambar 3.18 Lubang saluran udara………..…….…..…..34

Gambar 3.19 Water heater………..……….…...……...35

Gambar 4.1 Skema rangkaian alat water heater………...…….…36

Gambar 4.2 Tabung gas LPG 3kg……….…...…38

Gambar 4.3 Termokopel, kalkulator, alat tulis dan kompor………..….…...38

Gambar 4.4 Gelas ukur……….………....….39

DAFTAR GRAFIK

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

1993, Perpindahan kalor)………..7

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

Perpindahan kalor)………7

Grafik 5.1 Hubungan debit air dengan suhu air keluar yang diperlukan pada suhu

air input ……….………..………..45

Grafik 5.2 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan pada

suhu air input 28 °C……….………..46

Grafik 5.3 Hubungan debit air dengan efisiensi water heater yang diperlukan

DAFTAR TABEL

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)………....10

Tabel 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normal (Sumber : repository. usu. ac.

Id/bitstream/123456789/16641/4/Chapter%20I.pdf)………….….…..11

Tabel 2.3 Konduktivitas termal beberapa media (Sumber : http: //www. scribd.

Com/doc/61109210/BAB-II-Termal)………..………….14

Tabel 5.1 Hasil Pengujian Water Heater Menggunakan Sirip ………....41

Tabel 5.2 Hasil perhitungan lain untuk data secara lengkap...45

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Saat ini air hangat sudah menjadi salah satu kebutuhan yang

diperlukan dalam kehidupan masyarakat, dimana orang-orang kota yang

berkecukupan, anak kecil, orang yang sudah lanjut usia membutuhkan air hangat

untuk keperluan mandi. Air hangat juga dibutuhkan untuk para karyawan atau

pekerja yang pulang di malam hari di rumah, untuk memulihkan kelelahan akibat

bekerja. Air hangat juga sangat dibutuhkan oleh orang-orang yang tinggal di

daerah pegunungan, karena suhu di daerah pegunungan lebih dingin

dibandingkan di dataran rendah. Dibidang perhotelan air hangat dipergunakan

sebagai salah satu fasilitas yang disediakan untuk orang yang menginap di hotel.

Air hangat juga dipergunakan di rumah sakit, untuk memandikan orang-orang

yang sedang sakit.

Ada tiga macam jenis water heater antara lain water heater

menggunakan tenaga sinar matahari atau lebih di kenal dengan sebutan solar

cell, tenaga gas dan tenaga listrik. Water heater dengan sinar matahari (Solar

cell), mudah diterapkan pada negara tropis karena memanfaatkan energi gratis

dan tak terbatas dari panas matahari yang bersinar sepanjang tahun. Namun ada

juga kekurangannya yaitu pemasangannya yang rumit (diletakkan di atas atap

rumah) dan kemampuanya bergantung pada banyaknya sinar matahari sehingga

terjadi cuaca yang tidak mendukung, water heater tidak dapat lagi digunakan

terutama di daerah pegunungan dingin yang sedikit mendapatkan penyinaran

matahari. Selain itu, apabila di lihat dari sisi ekonomi, water heater dengan

menggunakan tenaga surya lebih mahal dibandingkan dengan water heater

lainnya. Sedangkan untuk tenaga listrik, water heater ini sangat mudah di

dapatkan di toko – toko elektronik dan penggunaan water heater ini lebih praktis

dibandingkan water heater dengan menggunakan tenaga surya. Namun ada juga

kekurangannya yaitu apabila terjadi pemadaman listrik, maka water heater jenis

ini tidak dapat digunakan dan tingkat perbaikan kerusakan sangat sulit, sehingga

perlu menambah biaya yang cukup banyak tetapi hasil yang diharapkan tidak

seperti yang diharapkan. Volume air panas yang dihasilkan juga tertentu, jika

volume air panas yang dipergunakan sudah habis digunakan, maka jika ingin

dipergunakan lagi, harus menunggu waktu water heater untuk memanaskan air

lagi. Maka dari itu, jika dilihat dari sisi biaya, water heater dengan menggunakan

tenaga listrik jauh lebih mahal dibandingkan water heater dengan menggunakan

gas LPG.

Water heater tenaga gas LPG, water heater jenis ini menggunakan

bahan bakar gas untuk memanaskan air dan lebih menguntungkan dibandingkan

dengan water heater tenaga listrik maupun water heater tenaga surya, karena

konsep kerjanya yang mirip dengan penggunaan kompor gas di rumah maka

penggunaannya lebih mudah dibandingkan dengan water heater lainnya. Adapun

keuntungan yang lainnya adalah air panas yang dipergunakan tidak terbatas,

demikian juga jumlah orang yang ingin memanfaatkan air panas tidak terbatas.

Selama air dapat mengalir, selama itu pula air panas dapat dihasilkan. Oleh

karena itu, diperlukan suatu rancangan pemanas air berbahan bakar gas LPG

yang nantinya dapat dihasilkan laju aliran perpindahaan kalor yang baik. Selain

itu, dilihat dari sisi ekonomi, water heater jenis ini lebih murah dibandingkan

dengan pemanas air lainnya. Kerugian dari pemanas air tenaga gas LPG, harus

menjaga secara hati-hati agar tabung gas tidak mengalami kebocoran yang

mengakibakan bahaya ledakan.

1.2 TUJUAN

Tujuan penelitian water heater berbahan bakar LPG adalah sebagai

berikut :

a. Merancang dan membuat water heater dengan bahan bakar LPG.

b. Mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air

keluar water heater.

c. Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor.

d. Menghitung kalor yang diterima air dari water heater.

e. Menghitung kalor yang diberikan gas LPG.

Batasan - batasan dalam pembuatan water heater berbahan bakar LPG

antara lain adalah :

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.

c. Bahan pipa tembaga dengan diameter : 0,9525 cm = 3/8 inch.

d. Pipa bersirip dengan jumlah sirip : 8 dan panjang sirip 50 cm.

e. Sirip dari pipa tembaga dengan diameter : 0,9525 cm = 3/8 inch.

1.4 MANFAAT

Manfaat dari pembuatan dan penelitian water heater berbahan bakar

LPG adalah sebagai berikut :

a. Memperluas pengetahuan tentang pembuatan water heater dengan bahan

bakar LPG.

b. Sebagai referensi bagi para pembuat water heater dengan bahan bakar

LPG.

c. Dapat digunakan oleh kalangan masyarakat luas.

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 ketika air mengalir

dalam saluran air 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

dari gesekan yang terjadi antara fluida dan pipa.

Kehalusan permukaan saluran pipa bagian dalam juga dipilih yang

baik. Semakin halus permukaan pipa bagian dalam, semakin kecil gesekan yang

terjadi atau semakin kecil daya pompa yang diperlukan. Kedua, bahan pipa

dipilih yang baik dalam memindahkan kalor. Bahan diusahakan mampu

mengalirkan kalor konduksi yang besar, mampu memindahkan kalor yang

diterima dari api ke fluida dengan baik yang mengalir di dalam pipa. Tentu juga

harus mempertimbangkan harga dari pipa saluran air. Terjangkau, tidak mahal,

misalnya dengan mempergunakan bahan dari alumunium atau tembaga. Semakin

Ketiga, diameter pipa saluran air harus dipilih sedemikian rupa. Semakin kecil

diameter pipa, semakin besar hambatan yang terjadi. Semakin kecil diameter

ukuran pipa semakin besar daya pompa yang diperlukan. Disisi lain, semakin

kecil diameter saluran, suhu air yang dihasilkan (suhu yang keluar dari water

heater) akan semakin besar.

2.1.2 Sirip

Fungsi sirip adalah untuk memperluas permukaan dari benda yang

dipasangi sirip. Jika sirip dipasang di pipa saluran air yang akan dipanaskan,

maka sirip akan dapat membantu pipa saluran air dalam menangkap kalor yang

diberikan oleh nyala api dari kompor gas LPG. Semakin luas sirip yang akan

dipasang di pipa saluran air, akan semakin besar kalor yang akan dipindahkan ke

air. Dengan demikian pemasangan sirip akan berpengaruh terhadap suhu air

keluar water heater. Pemilihan bahan sirip juga berpengaruh terhadap besarnya

kalor yang dapat ditangkap. Semakin besar nilai konduktivitas termal bahan

sirip, semakin besar kalor yang dapat ditangkap oleh sirip.

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

1993, Perpindahan kalor)

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

Perpindahan kalor)

Ada banyak jenis bahan bakar. Pada water heater jenis gas sebagian

besar bahan bakarnya adalah Liquified Petroleum Gas (LPG). LPG di Indonesia

dipasarkan oleh Pertamina dengan merek Elpiji. Ada tiga macam LPG yang

diproduksi Pertamina antara lain, LPG untuk keperluan rumah tangga, LPG gas

propana dan LPG gas butana. Dari ketiga jenis LPG, yang umum digunakan

untuk water heater adalah LPG untuk rumah tangga, yang komposisinya adalah

campuran antara propana dan butana.

Komponen utama bahan bakar LPG (dari hasil produksi kilang minyak

dan gas) adalah gas propana



C₃H₈



dan butana



C₄H₁₀



, dengan komposisi

kurang lebih sesbesar 99 %, selebihnya adalah gas pentana



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 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

dan mudah.

Reaksi pembakaran propana



C₃H₈



, jika terbakar sempurna adalah

sebagai berikut :

8 3H

C + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O + panas

propana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas

Menurut wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut setara

dengan 46000000 J/kg atau 46MJ/kg.

Reaksi pembakaran butana



C₄H₁₀



,jika terbakar sempurna adalah

sebagai berikut :

2C₄H₁₀ + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O + panas

butana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas

Menurut wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut

hampir sama dengan propana setara dengan 46 MJ/kg.

Sebagai gambaran : Untuk menaikkan 1 gram air sebesar 1°C

dibutuhkan energi sebesar 4,186 J. Untuk menaikkan suhu 1 liter air dari suhu

ruangan (30°C) akan dibutuhkan energi sebesar 293,020 J. Pada tahap ini, air

baru mencapai suhu 100°C dan belum mendidih. Diperlukan energi lagi sebesar

2257 J/gr air untuk merubah air menjadi uap. Pada kondisi udara luar 1 kg

propana memiliki volume sekitar 0,543 m3

. Satu kg elpiji memiliki energi yang

setara untuk mendidihkan air 90 L. Tabel 2.1 menyajikan daya pemanasan dari

efisiensi alat masak LPG dengan bahan bakar gas. Terlihat bahwa efisiensi alat

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

Kayu bakar 4.000 kkal/kg 15 % Arang 8.000 kkal/kg 15 % Minyak Tanah 11.000 kkal/kg 40 % Gas Kota 4500 kkal/m3 55 % Listrik 860 kkal/kWh 60 % L P G 11.900 kkal/kg 60 %

2.1.4 Kebutuhan Udara

Di dalam proses pembakaran memerlukan oksigen. Pada proses

pembakaran bahan bakar untuk water heater dapat mempergunakan oksigen

yang dapat diambil dari lingkungan (udara bebas). Aliran udara yang diperlukan

harus disesuaikan dengan ukuran tabung water heater dan pipa yang digunakan

dengan kata lain aliran udara yang diperlukan harus dikondisikan sedemikian

rupa agar api yang diperlukan dalam proses pembakaran mendapatkan kebutuhan

udara yang cukup. Kekurangan oksigen dapat mengakibatkan nyala api tidak

sesuai dengan apa yang diinginkan. Kekurangan kebutuhan udara dapat

menyebabkan kalor yang dipindahkan ke air kurang. Kelebihan oksigen juga

mengakibatkan kecilnya panas yang dapat diserap oleh pipa. Bentuk api atau

nyala api diusahakan mampu memberikan kalornya secara efisien ke fluida yang

mengalir di dalam saluran pipa. Dengan kata ;ain, akan didapatkan suhu air

keluar dari pemanas air kurang tinggi.

Tabel 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normal (Sumber :

repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/16641/4/Chapter

%20I.pdf)

No Udara Komposisi (%)

1 Nitrogen 78,1 2 Oksigen 20,93 3 Karbon dioksida 0,03 4 Gas lain 0,94

2.1.5 Saluran Gas Buang

Hasil pembakaran bahan bakar akan menghasilkan gas buang. Gas

buang yang dihasilkan berupa gas dan uap air yang keluar. Kemudian gas buang

atau gas asap harus diberikan jalan untuk keluar dari water heater agar nyala api

tidak terganggu. Perancangan gas buang harus mempertimbangkan besar

kecilnya debit gas buang yang terjadi. Dalam perancangan saluran gas buang,

diusahakan agar gas buang dapat mengalir keluar dengan lancar. Perlu

diperhatikan juga, penempatan lubang keluar dari gas buang, harus dipilih

sedemikian rupa agar tidak mengganggu pengguna dari water heater. Suhu gas

buang akan menguntungkan jika suhu gas buang hampir sama dengan suhu udara

atau tidak begitu besar perbedaannya antara suhu gas buang dengan suhu udara.

Semakin kecil perbedaan kalor yang diberikan sumber pemanas, maka semakin

banyak kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu air. Oleh karena itu, dalam

perancangan dan pembuatan saluran gas buang, diusahakan sedemikian rupa,

[image:30.612.104.531.131.529.2]

posisi lubang keluaran sangat menentukan besarnya suhu gas asap yang keluar

dari water heater. Perancangan saluran gas buang ternyata juga menentukan

nyala api pembakaran yang dihasilkan. Jika saluran gas tidak terancang dengan

baik, misalnya gas buang tidak dapat keluar, maka tekanan gas buang yang

dihasilkan akan dapat menyebabkan api terdorong keluar dari ruang bakar. Api

tidak berfungsi dengan baik untuk memanaskan air. Tentunya dalam

perancangan ini dibutuhkan nyala api yang mampu memindahkan kalor yang

besar ke dalam air.

2.1.6 Sumber Api

Sumber nyala api dapat diambil dari kompor. Ada berbagai macam kompor

dengan bentuk geometri dan bahan bakar kompor yang berbeda. Bahan bakar

kompor juga menentukan titik nyala api. Ada kompor yang mampu

memberikan api yang besar tetapi ada pula yang mampu memberikan api yang

kecil. Pada kenyataanya setiap kompor menghasilkan bentuk api dan besar api

yang khas. Semakin banyak api yang mampu dihasilkan kompor dan semakin

banyak api yang mampu menyentuh sistem saluran pipa air dengan siripnya,

tentu akan semakin besar kalor yang dapt dipindahkan ke dalam air melalui

saluran pipa air. Dengan catatan proses pembakaran yang terjadi dalam peralatan

water heater berlangsung dengan sempurna. Berikut ini adalah contoh sumber

[image:31.612.103.533.207.553.2]

api berbahan bakar gas LPG yang terdapat di pasaran, tersaji pada Gambar 2.3,

Gambar 2.4, Gambar 2.5.

[image:32.612.104.541.76.614.2]

Gambar 2.3 Kompor gas dengan regulator Savequam

2.1.7 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 isolator agar kalor hasil

pembakaran tidak keluar. Ada banyak macam isolator. 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 Konduktivitas termal beberapa media (Sumber :

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

Media Konduktivitas Termal (k) W/m.ºC

Gabus 0,042

Wol 0,040

Kayu 0,08-0,016

Bata 0,84

Busa 0,024

Udara 0,023

2.1.8 Laju Aliran Kalor

Laju aliran kalor yang diterima air ketika mengalir di dalam saluran

pipa dapat dihitung dengan persamaan :

[image:34.612.101.510.95.611.2]

Gambar 2.6 Laju aliran kalor





i o



air

air

air m c T T

q   ... (2.1)

air

m = d )u_m 4 . (

2



 ... (2.2)

Pada Persamaan (2.1) dan (2.2):

q_{a ir : laju aliran kalor yang diterima air, watt}

ma ir : debit air, kg/detik

c_{a ir} o_{C.: kalor jenis air, J/kg}

Ti : suhu air masuk water heater, oC

To : suhu air keluar water heater, oC.

m

u : kecepatan rata-rata fluida mengalir, m /s

 : massa jenis fluida yang mengalir, kg/ m 3

2.1.9 Laju aliran kalor yang diberikan gas

Kalor yang diberikan gas dapat dihitung dengan persamaan (2.3) :

q _gas = m_gasc_gas ……….……….(2.3)

Pada persamaan (2.3) :

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

c_{ga s : 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) :

% 100 x q q gas air 

 ……….…….(2.4)

Pada persamaan (2.4) :

 : Efisiensi water heater (%)

q_{a ir : Laju aliran kalor yang diterima air, watt}

q _{gas : Laju aliran kalor yang diberikan gas, watt}

2.2. REFERENSI

Kegiatan rekayasa dan pengembangan water heater untuk memenuhi

kebutuhan masyarakat berkembang pesat. Water heater yang ditawarkan

dipasaran bermacam – macam misalnya, dari model bentuk, kapasitas air yang

mengalir, dan juga sumber bahan bakar yang digunakan. Sumber bahan bakar

yang digunakan dalam water heater misalnya LPG, energi listrik, energi

matahari, biogas, dan masih banyak lagi. Untuk kapasitas air per menit juga

bervariasi, rata – rata water heater yang dijual di pasaran berkapasitas 5 – 8

L/menit, biasanya digunakan dalam rumah tangga, sedangkan untuk kapasitas

yang lebih besar biasanya digunakan dihotel.

Referensi pembanding untuk pembuatan water heater bahan bakar gas

LPG adalah water heater merk Modena seri GI-6,water heater Rinnai REU-

55RTB, dan water heater Heating Equipment JLG30-BV6 yang karakteristiknya

adalah sebagai berikut :

a. Gas water heater Modena GI-6

Nama Produk : Modena

Negara Pembuat : Italia

Spesifikasi

Model : GI-6

Warna : Putih (GI-6), Inox (GI-6S)

Kapasitas maksimum : 6 L/menit

Dimensi Luar : 740 mm x 430 mm x 248 mm

Tipe Gas : NG LPG

Temperatur maksimum : 65°C

g. Gas water heater Rinnai REU-55RTB

Gambar 2.8 Water heater Rinnai REU-55RTB

Nama Produk : Rinnai

Negara Pembuat : Japan

Spesifikasi

 Gas Input : 0,5 kg/jam

 Model : REU-55RTB

 Dimensi Luar : 369 mm x 290 mm x 138 mm

 Kapasitas Maksimum : 6 L/menit

 Temperatur Maksimum : ± 50°C

 Tipe Gas : LPG

[image:38.612.104.507.85.660.2]

a. Water heater Heating Equipment JLG30-BV6

Negara Pembuat : China

Nama Produk : Smales

Spesifikasi

 Model : JLG30-BV6

 Kapasitas maksimum : 6 L/menit

 Berat : 39 kg

 Dimensi Luar : 760 mm x 430 mm x 320 mm

 Tipe Gas : NG LPG

 Jangkauan Temperatur : 40°C - 80°C

BAB III

RANCANGAN DAN PEMBUATAN WATER HEATER

[image:40.612.101.528.246.642.2]

3.1 RANCANGAN WATER HEATER

Gambar rancangan water heater dengan menggunakan bahan seng dan

pipa tembaga. Disajikan pada Gambar 3.1 sampai Gambar 3.7. Gambar 3.1

memperlihatkan rancangan water heater, Gambar 3.2 memberikan informasi

tentang lengkungan pipa dan diameternya, Gambar 3.3 memperlihatkan

lengkungan pipa dan sirip tembaga yang sudah terpasang, Gambar 3.4

memperlihatkan tinggi lengkungan pipa dan sirip, Gambar 3.5 memberikan

informasi tentang penutup bagian atas, Gambar 3.6 memperlihatkan water heater

tampak dari bawah dan Gambar 3.7 memperlihatkan tinggi water heater.

[image:41.612.103.510.114.639.2]

Gambar 3.2 Lengkungan pipa

Gambar 3.3 Lengkungan dan sirip water heater

[image:42.612.102.510.130.625.2]

Gambar 3.4 Sirip water heater

[image:43.612.104.509.111.655.2]

Gambar 3.6 Water heater tampak dari bawah

Gambar 3.7 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. 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 ekonomimnya.

Sebenarnya masih banyak bahan yang memiliki nilai konduktor termal

lebih tinggi dibandingkan tembaga seperti emas dan perak. Akan tetapi jika

dilihat dari segi ekonomi, tembaga lebih murah dibandingkan emas dan perak.

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

3.2. PEMBUATAN WATER HEATER

3.2.1 Bahan water heater

Bahan – bahan yang digunakan dalam pembuatan water heater

menggunakan sirip adalah :

a. Pipa tembaga dengan diameter 0,9525 cm sebagai saluran air

b. Kawat besi sebagai pengikat sirip tembaga

c. Seng sebagai body water heater

3.2.2. Sarana dan alat-alat yang digunakan

Sarana dan alat-alat yang digunakan untuk proses pembuatan water

heater menggunakan sirip 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.

k. Alat pembengkok, untuk membengkokkan pipa.

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

tembaga.

3.2.3. Langkah-langkah pengerjaan

3.2.3.1 Persiapan

Sebelum memulai pembuatan water heater menggunakan sirip,

terlebih dahulu harus melakukan persiapan yaitu :

a. Menyiapkan rancangan water heater

Dalam merancang pembuatan desain water heater

menggunakan sirip 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 menggunakan sirip sudah

selesai maka, kita dapat menentukan bahan-bahan yang digunakan

dalam pembuatan water heater menggunakan sirip lalu kemudian,

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

Dalam pelaksanaan pembuatan water heater menggunakan sirip

banyak hal-hal yang harus dilakukan yaitu :

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

[image:47.612.101.527.166.671.2]

yang kita inginkan dan kemungkinan pipa tersebut bisa rusak bahkan patah.

Gambar 3.8 Alat pembengkok dan pemotong pipa

[image:48.612.105.518.109.653.2]

Gambar 3.9 Lengkungan pipa dan sirip

b. Memotong pipa tembaga

Memotong pipa tembaga sesuai dengan ukuran yang telah dirancang

sebelumnya.

Gambar 3.11 Pemotongan pipa tembaga untuk sirip

Gambar 3.12 Pipa tembaga setelah dipotong

[image:49.612.102.510.111.623.2]

Gambar 3.13 Pipa tembaga setelah dipotong dan diluruskan

c. Membuat tabung

Bahan yang digunakan dalam pembuatan tabung adalah seng.

[image:50.612.104.505.110.679.2]

d. Membuat tabung bagian dalam

Plat yang digunakan sebagai penutup bagian dalam adalah seng.

Tabung bagian dalam ini berfungsi sebagai isolator agar panas yang

dihasilkan itu tidak hilang ke samping.

Gambar 3.15 Tabung bagian dalam sebelum dibentuk

Gambar 3.16 Tabung bagian dalam

[image:51.612.104.511.188.686.2]

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.

Gambar 3.17 Penutup bagian atas

f. Membuat saluran udara

Dalam proses pembakaran sangat diperlukan oksigen, oleh karena itu

maka dibuatlah lubang saluran udara, agar kalor yang dihasilkan bisa lebih

[image:52.612.102.517.231.565.2]

Gambar 3.18 Lubang saluran udara

g. Pemasangan kompor

Pada pemasangan kompor ini, hanya proses penginstalan kompor dan

tungkunya saja disesuaikan. Sehingga bentuk dari kompor tidak banyak

mengalami perubahan hanya bagian belakang kompor dipotong untuk

mengurangi ukuran atau besar dari kompor.

3.3. HASIL PEMBUATAN

Gambar 3.19 memberikan informasi tentang water heater

menggunakan sirip yang sudah disatukan.

[image:53.612.101.523.111.575.2]

Gambar 3.19 Water heater

3.3.1. Kesulitan dalam pengerjaan

Adapun kesulitan-kesulitan dalam proses pembuatan water heater

menggunakan sirip, antara lain adalah :

a) Pembuatan tabung seng dimana penyambungan seng ini harus dipatri, dan

hanya orang ahli dibidang patri yang biasa membuatnya.

b) Pembentukan pipa spiral, dimana kami mengalami kesulitan pada saat

[image:54.612.103.510.108.525.2]

BAB IV

METODOLOGI PENELITIAN

4.1. SKEMATIS PENGUJIAN

Skematis pengujian pada water heater telah tergambar dan dijelaskan

[image:55.612.103.512.228.550.2]

pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Skema rangkaian alat water heater

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 water heater dengan debit gas yang konstan pada water heter.

4.3. PERALATAN PENGUJIAN

4.3.1 Alat – alat yang digunakan

Alat – alat yang digunakan dalam penelitian water heater

menggunakan sirip berbahan bakar LPG adalah sebagai berikut :

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

b. Kompor dan gas LPG 3kg, 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.

j. Gelas ukur, sebagai tempat penampung fluida dan juga pengukur banyaknya

[image:57.612.102.510.162.641.2]

air permenit.

Gambar 4.2 Tabung gas LPG 3kg

Gambar 4.3 Termokopel, kalkulator, alat tulis dan kompor

[image:58.612.104.506.109.556.2]

Gambar 4.4 Gelas ukur

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

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 yang keluar dari water heater.

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

heater.

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

Persamaan hubungan antara debit air dengan suhu air dari water heater

menggunakan sirip berbahan bakar LPG dapat dilakukan dengan

mempergunakan fasilitas dari Microsoft Excel.

BAB V

HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN PERHITUNGAN

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

[image:60.612.103.527.267.564.2]

maksimum. Air yang dipergunakan, adalah air kran.

Tabel 5.1 Hasil Pengujian Water Heater Menggunakan Sirip

No _{(liter/menit)} Debit air

Suhu air masuk

Tin(°C)

Suhu air keluar

Tout(°C) ΔT (°C)

1 13,7 28 45 17

2 12 28 50 22

3 10 28 55,6 27,6

4 9,2 28 60,2 32,2

5 8,4 28 64 36

6 6,5 28 75,3 47,3

7 5 28 78,8 50,8

8 3,8 28 85,5 57,5

9 2,5 28 95,6 67,6

5.2. PERHITUNGAN

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

aliran kalor q yang diserap air dilakukan dengan mempergunakan data data

seperti tersaji pada Tabel 5.1. Data lain yang dipergunakan adalah :

Massa jenis air (ρ) : 1000 kg/m3

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

Laju aliran massa (mgas) : 0,6 kg/menit

5.2.1. Perhitungan Kecepatan air rata rata ( um )

Perhitungan kecepatan air rata rata um yang mengalir di dalam saluran

pipa air mempergunakan persamaan :

s m r air debit pipa penampang luas air debit

u_{m 2} /



 

…….……...………….(5.1)

Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 13,7 liter/menit. (data

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









x m s

s m x menit liter air

debit 0,228 10 /

60 10 7 , 13 7 ,

13 3 3

3 3      …..…...(5.2)

Kecepatan air rata rata um :

2 r air debit u_m   ...(5.3) s m m x s m x um / 20 , 3 004765 , 0 14 , 3 / 10 228 , 0 2 2 3 3   

[image:61.612.103.528.241.553.2]

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 mair di dalam saluran pipa air

mempergunakan persamaan berikut :

massajenisluaspenampangkecepatanair mair 

 

r

 

um 2

 



...(5.4)

Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 13,7 liter/menit. (data

lain pada Tabe 5.1)







x







kg s mair 1000 3,14 0,004765 3,20 /

2 

0,228kg/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 :

air

q massaairkalor jenisair



Tout Tni



watt

mair.cair



ToutTin



watt

...(5.5)

Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 13,7 liter/menit. (data lain pada

[image:62.612.101.528.157.568.2]



0,228



4179



4528



 air q kW s watt 221 , 16 / ) 17 )( 812 , 952 (  

*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 :

gas

q debitgaskalor jenisgaskW

...(5.6)

gas

q (1,8/(30.60)).(11900.4186,6)

49,82kW

5.2.5. Efisiensi

Perhitungan Efisiensi (η) kompor gas dapat menggunakan persamaan :

% 100 x q q gas air   ………...………..……….(5.7) % 100 82 , 49 221 , 16 x  

32,56%

[image:64.612.103.530.98.623.2]

Tabel 5.2 Hasil perhitungan lain untuk data secara lengkap

Debit air o

N (L/m)

Tin (°C) Tout (°C) ΔT (°C) mair (kg/s) um (m/s) qair (kW) Efisiensi (%)

1 13,7 28 45 17 0,228 3,20 16,221 32,56 2 12 28 50 22 0,200 2,81 18,388 36,91 3 10 28 55,6 27,6 0,167 2,34 19,223 38,59 4 9,2 28 60,2 32,2 0,153 2,15 20,633 41,42 5 8,4 28 64 36 0,140 1,96 21,062 42,28 6 6,5 28 75,3 47,3 0,108 1,52 21,414 42,98 7 5 28 78,8 50,8 0,083 1,17 17,691 35,51 8 3,8 28 85,5 57,5 0,063 0,89 15,219 30,55 9 2,5 28 95,6 67,6 0,042 0,58 11,771 23,63

Dari Tabel 5.2 Hubungan debit air dengan suhu air yang keluar dapat

di buat dan hasilnya disajikan pada Gambar 5.1. Hubungan antara debit air

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

bentuk grafik pada Gambar 5.2. Gambar 5.3 memberikan informasi tentang

hubungan efisiensi water heater dengan debit air.

Grafik 5.1 Hubungan debit air dengan suhu air keluar yang diperlukam pada

Grafik 5.2 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan pada

[image:65.612.105.528.78.601.2]

suhu air input 28 °C.

Grafik 5.3 Hubungan debit air dengan efisiensi water heater yang diperlukan

pada suhu air input 28 °C.

5.2.6 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,

out

T = 0,1505m_air2 – 6,8953m_air + 110,96

R² = 0,9935

Persamaan tersebut, berlaku untuk 2,5 liter/menit < ma ir < 13,7 liter/menit

pada tekanan udara luar saat itu (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 28°C.

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 45°C pada debit 13,7

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

dari water heater berkisar antara 40°C - 80°C. produk lain mampu

menghasilkan suhu air keluar maksimum sebesar 50°C dan ada juga yang

mencapai 65°C dengan debit yang sama.

Dari Gambar 5.2 nampak bahwa besarnya laju aliran kalor yang

diterima air bergantung pada debit air yang mengalir. Semakin besar debit air

yang mengalir, semakin besar laju aliran kalor yang diterima air (berlaku

untuk debit < 6,5 liter/menit), tetapi setelah debit > 6,5 liter/menit, semakin

liter/menit), dapat dinyatakan dengan persamaan :

air

q = -0,2218m_air2 + 3,9014m_air + 3,7702

R² = 0,9323

Persamaan tersebut, berlaku untuk 2,5 liter/menit < ma ir < 13,7 liter/menit

pada tekanan udara luar saat (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 28°C.

nilai qa ir paling tinggi pada debit seteleh 6,5 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 :

η = -0,4453 ma ir 2

+ 7,8309 _{ma ir + 7,5676}

R² = 0,9323

Persamaan tersebut, berlaku untuk 2,5 liter/menit < _{ma ir} < 13,7 liter/menit

pada tekanan udara luar saat itu (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 28°C.

Nilai efisiensi water heater berkisar antara 23,63% - 42,98%. Nilai efisiensi

terbesar sebesar 42,98 %. 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 38°C - 39°C (untuk orang dewasa). Jika mempergunakan

water heater hasil rancangan, maka debit yang dihasilkan alat water heater

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 13,7 liter/menit

diperoleh suhu air yang keluar sebesar 45 °C.

b. Hubungan antara debit air yang masuk dengan temperatur air yang

mengalir dinyatakan dengan persamaan :

out

T = 0,1505m_air2 – 6,8953m_air + 110,96 ( m_air dalam liter/menit, T_out

dalam °C )

R² = 0,993

Persamaan ini berlaku untuk debit 2,5 liter/menit < _{ma ir} < 13,7

liter/menit, pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air

masuk 28°C.

c. Hubungan antara debit air yang masuk dengan laju aliran kalor yang

diperlukan dinyatakan dengan persamaan :

q_{a ir = -0,2218 m}

a ir 2

+ 3,9014 ma ir + 3,7702. ( mair dalam liter/menit, qair

dalam watt ).

R² = 0,9323

Persamaan ini berlaku untuk debit 2,5 liter/menit < ma ir < 13,7 liter/menit,

pada tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 28°C.

d. Kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara 11,771 kW –

21,414 kW. Jumlah kalor terbesar sebesar 21,414 kW.

e. Kalor yang diberikan gas LPG sebesar 49,82 kW.

f. Hubungan antara debit air yang masuk dengan efisiensi water heater

yang diperlukan dinyatakan dengan persamaan :

η = -0,4453 ma ir

2 _{+ 7,8309 m}

a ir + 7,5676. ( m_{a ir} dalam liter/menit, η

dalam %)

R² = 0,9323

Persamaan ini berlaku untuk debit 2,5 liter/menit < ma ir < 13,7 liter/menit,

6.2 SARAN

Adapun beberapa saran yang dapat menjadikan pengembangan dan

perbaikan hasil pembuatan water heater :

a. Penelitian dapat dikembangkan dengan variasi bentuk sirip, atau dengan

bahan sirip yang berbeda.

b. Penelitian dapat dikembangkan dengan variasi jumlah lubang pemasukan

udara maupun besar diameter lubang udara.

c. Penelitian dapat dikembangkan dengan variasi diameter pipa dan panjang

pipa saluran air panas dari water heater.

DAFTAR PUSTAKA

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

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

diakses pada tanggal 5 Juli 2012.

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

Anonim,http://www.sinarelectric.com/WATER%20HEATER/Water%20Heater%20

RINNAI%20REU-55.htm, diakses pada tanggal 02 juli 2012.

Anonim,

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

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

Santoso,A.U,2003, Diktat Teknik Pembakaran, Fakultas Teknik Universitas

LAMPIRAN