DIAMETER PIPA 0,5 INCHI TANPA PENUTUP ATAS DAN DENGAN PENUTUP ATAS SKRIPSI

(1)

i

WATER HEATER

_{DENGAN PANJANG PIPA 10 METER DAN}

DIAMETER PIPA 0,5 INCHI TANPA PENUTUP ATAS DAN

DENGAN PENUTUP ATAS

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagai persyaratan Mencapai derajat Sarjana S-1 Teknik Mesin

diajukan oleh :

SUKRESNA BAYU PRABAWA 105214055

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ………..I

TITLE PAGE ... II

HALAMAN PERSETUJUAN ... III

HALAMAN PENGESAHAN ...IV

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... V

HALAMAN PERNYATAAN PEMPUBLIKASIAN KARYA ...VI

KATA PENGANTAR ... VII

DAFTAR ISI ...IX

DAFTAR TABEL ... XVIII

DAFTAR GAMBAR ... XX

ABSTRAK ... XXIV

BAB I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan Penelitian ... 3

1.3. Batasan Masalah... 4

(10)

x

BAB II. DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Dasar Teori ... 5

2.1..1. Perpindahan kalor... 5

5.1.1.1 Perpindahan Panas Konveksi ... 5

5.1.2.1 Perpindahan Panas Konduksi ... 6

5.1.3.1 Perpindahan panas Radiasi ... 7

2.1..2. Perancangan Saluran Air ... 9

2.1..3. Isolator... 11

2.1..4. Sirip ... 12

2.1..5. Liquified Petroleum Gas (LPG) ... 12

2.1..6. Saluran Udara Masuk ... 14

2.1..7. Saluran Gas Buang ... 14

2.1..8. Media Pembakar... 15

2.1..9. Laju Aliran Kalor Yang Diberikan Gas LPG ... 18

2.1..10. Laju Aliran Kalor Yang Diterima Air ... 19

2.1..11. Efisiensi ... 20

2.2. Tinjauan Pustaka ... 20

2.2..1. Bentuk Model Water Heater Yang Ada Dipasaran ... 20

2.2..2. Spesifikasi Water Heater Yang Ada Dipasaran ... 26

(11)

xi

BAB III. PEMBUATAN ALAT

3.1. Persiapan ... 38

3.2. Bahan Pembuatan Water Heater ... 38

3.3. Sarana Dan Alat Yang Digunakan ... 40

3.4. Proses Pengerjaan Alat Water Heater ... 42

3.4.1. Persiapan Menyiapkan Merancang Water Heater ... 43

3.4.2. Menyiapkan Alat Dan Bahan ... 44

3.4.3. Menyiapkan Keperluan Lainnya ... 44

3.4.4. Pemotong Pipa Tembaga... 44

3.4.5. Pelingkaran Pipa... 45

3.4.6. Pembuatan Tabung Luar Dan Tabung Dalam ... 46

3.4.7. Saluran Udara Masuk ... 46

3.4.8. Pembuatan Dudukan Pipa ... 47

3.4.9. Tabung Udara Dalam ... 47

3.4.10. Pemasangan Kompor ... 47

3.4.11. Cara Kerja Water Heater ... 47

3.5. Hasil Pembuatan... 48

3.6. Kesulitan Dalam Pengerjaan ... 48

(12)

xii

BAB IV. METODE PENELITIAN

4.1. Objek Penelitian ... 51

4.2. Skematis Pengujian ... 51

4.3. Variasi Penelitian ... 52

4.4. Peralatan Pengujian ... 52

4.5. Cara Memperoleh Data ... 55

4.6. Cara Mengolah Data ... 56

4.7. Cara Menyimpulkan ... 56

BAB V. HASIL PENGUJIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 5.1. Hasil Pengujian ... 57

5.1.1. Data Hasil Pengujian Water Heater Dengan Panjang Pipa 10 Meter Dan Diameter Pipa 0,5 Inchi Tanpa Penutup Atas ... 57

5.1.2. Data Hasil Pengujian Water Heatar Dengan Panjang Pipa 10 Meter Dan Diameter Pipa 0,5 Inchi dengan Penutup Atas ... 59

5.2. PenghitunganTanpa Penutup Atas ... 60

5.2.1. Penghitungan Water Heater Dengan Panjang Pipa 10 Meter, Diameter Pipa 0,5 Inchi tanpa penutup atas ... 60

(13)

xiii

5.2.3. Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diberikan Gas LPG Pada Posisi

Gas MediumTanpa Penutup Atas ... 62

Gas LowTanpa Penutup Atas ... 62

5.3. Perhitungan Kecepatan Air Rata-Rata (Um)Tanpa Penutup Atas ... 63

5.3.1. Perhitungan Kecepatan Air Rata-Rata (Um) Pada Posisi Maksimum

Tanpa Penutup Atas ... 63

5.3.2. Perhitungan Kecepatan Air Rata-Rata (Um) Pada Posisi MediumTanpa

Penutup Atas ... 63

5.3.3. Perhitungan Kecepatan Air Rata-Rata (Um) Pada Posisi LowTanpa

Penutup Atas ... 64

5.4. Perhitungan Laju Aliran Massa Air (ṁair)Tanpa Penutup Atas ... 65

5.4.1. Perhitungan Laju Aliran Massa Air (ṁair) Pada Posisi MaksimumTanpa

Penutup Atas ... 65

5.4.2. Perhitungan Laju Aliran Massa Air (ṁair) Pada Posisi MediumTanpa

Penutup Atas ... 65

5.4.3. Perhitungan Laju Aliran Massa Air (ṁair) Pada Posisi LowTanpa

Penutup Atas ... 66

5.5. Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diterima AirTanpa Penutup Atas66

5.5.1. Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diterima Air Pada Posisi

(14)

xiv

MediumTanpa Penutup Atas ... 67

5.5.3. Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diterima Air Pada Posisi Low

Tanpa Penutup Atas ... 67

5.6. Efisiensi Water Heater Tanpa Penutup Atas ... 68

5.6.1. Perhitungan Efisiensi () Kompor Gas Dapat Menggunakan

Persamaan (2.4) ... 68

5.6.2. Perhitungan Efisiensi () Pada Posisi MaksimumTanpa Penutup Atas 68

5.6.3. Perhitungan Efisiensi () Pada Posisi MediumTanpa Penutup Atas... 69

5.6.4. Perhitungan Efisiensi () Pada Posisi LowTanpa Penutup Atas ... 69

5.7. Hasil Pengujian Alat Water Heatar Dengan Panjang Pipa 10 Meter

Dan Diameter Pipa 0,5 Inchi Data PertamaTanpa Penutup Atas ... 69

5.7.1. Hasil Grafik Dari Alat Water HeaterTanpa Penutup Atas ... 71

5.7.2. Grafik Hubungan Debit Air Dengan Suhu Air Yang Keluar ... 72

5.7.3. Grafik Hubungan Debit Air Dengan Laju Aliran Kalor Pemanas Air .... 73

5.7.4. Grafik Hubungan Debit Air Dengan Efisiensi Water Heater... 75

5.7.5. Pembahasan Tanpa Penutup Atas ... 76

5.7.5.1 Pembahasan Penelitian Pertama Water Heater Dengan Panjang Pipa

10 Meter, Diameter Pipa 0,5 Inchi Tanpa Menggunakan Penutup Atas . 76

(15)

xv

5.8.1. Penghitungan Water Heater Dengan Panjang Pipa 10 Meter, Diameter

Pipa 0,5 Inchi dengan menggunakan penutup atas ... 84

Gas MaksimumDengan Penutup Atas ... 85

Gas MediumDengan Penutup Atas ... 85

Gas LowDengan Penutup Atas ... 85

5.9. Perhitungan Kecepatan Air Rata-Rata (Um)Dengan Penutup Atas ... 86

5.9.1. Perhitungan Kecepatan Air Rata-Rata (Um) Pada Posisi Maksimum

Dengan Penutup Atas ... 86

5.9.2. Perhitungan Kecepatan Air Rata-Rata (Um) Pada Posisi Medium

5.9.3. Perhitungan Kecepatan Air Rata-Rata (Um) Pada Posisi LowDengan

Penutup Atas ... 88

5.10. Perhitungan Laju Aliran Massa Air (ṁair)Dengan Penutup Atas ... 88

5.10.1. Perhitungan Laju Aliran Massa Air (ṁair) Pada Posisi Maksimum

5.10.2. Perhitungan Laju Aliran Massa Air (ṁair) Pada Posisi MediumDengan

(16)

xvi

5.10.3. Perhitungan Laju Aliran Massa Air (ṁair) Pada Posisi LowDengan

Penutup Atas ... 89

5.11. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima airDengan Penutup Atas ... 90

MaksimumDengan Penutup Atas ... 90

MediumDengan Penutup Atas ... 90

5.11.3. Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diterima Air Pada Posisi Low

5.12. Efisiensi Water HeaterDengan Penutup Atas ... 92

5.12.1. Perhitungan Efisiensi () Kompor Gas Dapat Menggunakan Persamaan

(2.4) ... 92

5.12.2. Perhitungan Efisiensi () Pada Posisi MaksimumDengan Penutup Atas

……….92

5.12.3. Perhitungan Efisiensi () Pada Posisi MediumDengan Penutup Atas .. 92

5.12.4. Perhitungan Efisiensi () Pada Posisi LowDengan Penutup Atas ... 93

5.13. Pengujian Water Heatar Dengan Panjang Pipa 10 Meter Dan Diameter

Pipa 0,5 Inchi Dengan Penutup Atas... 93

5.13.1. Hasil Grafik Dari Alat Water Heater Pada Posisi MaksimumDengan

Penutup Atas ... 95

(17)

xvii

5.13.3. Grafik Hubungan Debit Air Dengan Laju Aliran Kalor Pemanas Air .... 97

5.13.4. Grafik Hubungan Debit Air Dengan Efisiensi Water Heater... 99

5.14. Pembahasan Dengan Penutup Atas ... 100

5.14.1. Pembahasan Penelitian kedua Water Heater Dengan Panjang Pipa 10 Meter, Diameter Pipa 0,5 Inchi Dengan Penutup Atas ... 100

BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN 6.1. Kesimpulan ... 109

6.2. Saran ... 110

DAFTAR PUSTAKA ... 111

(18)

xviii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Konduktivitas termal dan titik lebur……….. 10

Tabel 2.2 konduktivitas termal……….. 12

Tabel 2.3 Data Pemanasan dan Efisiensi Bahan Bakar………. 13

Tabel 2.4 Keseimbangan komposisi udara keadaan kering………... 14

Tabel 4.1 Kondisi Debit air pada Gas Maksimal………... 55

Tabel 4.2 Pengukuran debit………... 55

Tabel 5.1 Hasil pembakaran gas LPG pada pengamatan alat water heater... 57

Tabel 5.2 Hasil Pengujian pada posisi gas maksimum data pertama……. 58

Tabel 5.3 Hasil Pengujian pada posisi gas medium data pertama………. 58

Tabel 5.4 Hasil Pengujian pada posisi gas low data pertama……… 58

Tabel 5.6 Hasil Pengujian pada posisi gas maksimum data kedua……… 59

Tabel 5.7 Hasil Pengujian pada posisi gas medium data kedua…………. 60

Tabel 5.8 Hasil Pengujian pada posisi gas low data kedua……… 60

Tabel 5.10 Hasil penghitungan alat water heater dengan posisi gas maksimum... 70

(19)

xix

medium... 70

Tabel 5.12 penghitungan alat water heater dengan posisi gas low... 71

Tabel 5.13 Hasil pembakaran gas LPG pada pengamatan alat water

heater... 85

Tabel 5.14 Hasil penghitungan alat water heater dengan posisi gas

maksimum... 94

Tabel 5.15 penghitungan alat water heater dengan posisi gas medium... 94

(20)

xx

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Saluran pipa water heaterpada kondisi konveksi……... 6

Gambar 2.2 Saluran pipa water heaterpada kondisi konduksi……... 7

Gambar 2.3 Saluran pipa water heaterpada kondisi radiasi………… 8

Gambar 2.4 Tabung water heater………. 8

Gambar 2.5 Media pembakaran High Pressure menggunakan bahan bakar LPG………. 15

Gambar 2.6 Media pembakaran Low Pressure menggunakan bahan bakar LPG………. 16

Gambar 2.7 Media pembakaran High Pressure menggunakan bahan bakar LPG………. 17

Gambar 2.8 Media pembakaran menggunakan bahan bakar LPG…... 17

Gambar 2.9 Media pembakaran menggunakan bahan bakar LPG…... 18

Gambar 2.10 Bentuk model water heatermenggunakan in dan out….. 21

Gambar 2.11 Bentuk model water heater………... 22

Gambar 2.12 Bentuk model water heater dengan menggunakan blower………... 23

Gambar 2.13 Bentuk model water heatertanpa blower………. 24

Gambar 2.14 Bentuk model water heater………... 25

Gambar 2.15 Water heater T - 1…..………... 26

Gambar 2.16 Water heater T - 2……… 27

(21)

xxi

Gambar 3.1 Plat galvalum……… 39

Gambar 3.2 Besi strip………... 39

Gambar 3.3 Baut dan Mur……… 39

Gambar 3.4 Besi nako……….. 40

Gambar 3.5 Sirip………... 40

Gambar 3.6 APPA 5.1 dan Gelas ukur………. 42

Gambar 3.7 Stopwatch dan Drey……….. 42

Gambar 3.8 Rancangan water heater………... 43

Gambar 3.9 Water heatertampak dari bawah……….. 43

Gambar 3.10 Water heatertampak dari luar……….. 44

Gambar 3.11 Proses pemotongan pipa………... 45

Gambar 3.12 Proses Pelingkaran pipa……… 45

Gambar 3.13 Pengambilan data………. 49

Gambar 4.1 Gambar 4.1 Skema rangkaian alat……… 51

Gambar 4.2 Tabung berisi gas LPG………. 53

Gambar 4.3 Stopwatch, Termokopel, Kalkulator, Kompor, APPA…. 54 Gambar 4.4 Gelas ukur, Alat tulis……… 54

Gambar 5.1 Hubungan Debit air dengan suhu air yang keluar pada kondisi maksimum………... 72

(22)

xxii

Gambar 5.3 Hubungan Debit air dengan suhu air yang keluar pada

kondisi low………... 73

Gambar 5.4 Hubungan Debit air dengan laju aliran kalor pemanas air

pada kondisi maksimum………... 73

pada kondisi medium……… 74

pada kondisi low………... 74

Gambar 5.7 Hubungan Debit air dengan efisiensi water heater pada

posisi maksimum……….. 75

posisi medium………... 75

posisi low……….. 76

Gambar 5.10 Perbandingan Debit air dengan suhu keluar dengan 3

variasi percobaan……….. 81

Gambar 5.11 Perbandingan debit air dengan Laju aliran kalor (qair),

kW dengan 3 variasi percobaan……… 82

Gambar 5.12 Perbandingan debit air dengan efisiensi dengan 3 variasi

percobaan……….. 83

kondisi maksimum………... 96

(23)

xxiii

kondisi medium……… 96

kondisi low………... 97

pada kondisi maksimum………... 97

pada kondisi medium……… 98

pada kondisi low………... 98

posisi maksimum……….. 99

posisi medium………... 99

posisi low……….. 100

Gambar 5.22 Perbandingan Debit air dengan suhu keluar dengan 3

variasi percobaan……….. 105

Gambar 5.23 Perbandingan debit air dengan Laju aliran kalor (qair),

kW dengan 3 variasi percobaan……… 106

Gambar 5.24 Perbandingan debit air dengan efisiensi dengan 3 variasi

(24)

xxiv

ABSTRAK

Air hangat sudah menjadi salah satu kebutuhan yang diperlukan dalam kehidupan masyarakat sehari - hari, dimana semua orang yang berkecukupan, anak kecil, orang sudah lanjut usia untuk kebutuhan mandi dengan air hangat. Air hangat juga dibutuhkan para karyawan atau pekerja yang pulang malam hari di rumah, untuk memulihkan kelelahan akibat kerja. Tujuan dari penelitian adalah : (a) merancang dan membuat water heater tanpa penutup atas dan dengan penutup atas, (b) mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar water heater tanpa penutup atas dan dengan penutup atas, (c) mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor tanpa penutup atas dan dengan penutup atas, (d) menghitung kalor yang diterima air dari water heater tanpa penutup atas dan dengan penutup atas, (e) menghitung kalor yang diberikan gas LPG tanpa penutup atas dan dengan penutup atas, (f) menghitung efisiensi water heater tanpa penutup atas dan dengan penutup atas, (g) menentukan debit air dan efisiensi water heater yang menghasilkan suhu air keluar sebesar 38 – 40 oC (suhu air untuk mandi).

Penelitian water heater ini dilakukan sebanyak dua kali yaitu pertama penelitian tanpa penutup atas water heater dan kedua dengan penutup atas. Lokasi penelitian di laboratorium Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tinggi water heater 30 cm, diameter luar water heater 30 cm, panjang pipa tembaga 10 meter dibuat dengan 2 lintasan. Banyaknya tabung water heater

terdiri dari 3 tabung yaitu tabung bagian dalam mempunyai lubang sebanyak 90 dengan diameter lubang 5 mm, tabung bagian tengah mempunyai lubang sebanyak 60 dengan diameter 8 mm, tabung bagian luar tampa lubang. Bahan pipa dari tembaga dengan diameter dalam 0,5 inchi = 12,7 mm. Pipa bersirip dengan jumlah sirip 4 dan panjang sirip 20 cm dengan berbentuk pipih. Sirip dari pipa tembaga dengan diameter 0,5 inchi = 12,7 mm, variasi yang dilakukan pada water heater ini adalah gas LPG selama tiga kali yaitu mulai dari gas maksimum, medium, dan low.

Hasil dari penelitian didapatkan (a) Water heater dengan panjang pipa 10 meter dan diameter pipa 0,5 inchi tanpa peutup atas dan dangan pentup atas dibuat dengan baik sehingga dapat bersaing dengan water heater yang ada di pasaran. (b)Mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar

(25)

xxv

kW. (f) Menghitung efisiensi water heater tanpa penutup atas sebesar 38,12% sedangkan dengan penutup atas sebesar 52,26%. (g)Menentukan debit air dan efisiensi water heater yang menghasilkan suhu air keluar sebesar 38 – 40 oC (suhu air untuk mandi) tanpa penutup atas sebasar 11,4 liter/menit dengan efiseinsi sebesar 38,12% pada suhu air keluar sebesar 39,4oC sedangkan dengan penutup atas sebesar 16,2 liter/menit dengan efisiensi sebesar 52,26% pada suhu air keluar sebesar 39oC.

(26)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada zaman sekarang ini banyak masyarakat yang mengunakan air hangat

baik anak kecil, dewasa, orang tua, dan orang yang sudah berusia lanjut. Saat ini

air hangat sudah menjadi salah satu kebutuhan masyarakat yang diperlukan dalam

kehidupan sehari-hari, dimana orang - orang kota yang berkecukupan, anak kecil,

orang yang sudah lanjut usia masih membutuhkan air hangat untuk keperluan

mandi. Air hangat juga dibutuhkan para karyawan agar waktu pulang kerja

dimalam hari dapat 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 atau temperaturnya lebih rendah

dibandingkan dengan di daerah yang di dataran rendah suhunya lebih panas atau

terperaturnya tinggi. Kemudian dibidang perhotelan air hangat juga dipergunakan

sebagai salah satu fasilitas yang disediakan untuk orang - orang yang menginap di

hotel. Selain itu, air hangat juga di pergunakan di rumah sakit, untuk memandikan

orang - orang sakit, dan untuk membersihkan alat – alat medis yang ada di rumah

sakit.

Ada tiga macam jenis water heater antara lain tenaga listrik, energi surya,

dan tenaga gas. Water heater tenaga listrik sangat mudah didapatkan di toko –

toko elektronik, dan penggunaan water heater ini lebih praktis dibandingkan

(27)

2

yaitu apabila terjadi pemadaman listrik, maka water heater jenis ini tidak dapat

digunakan. Jika terjadi kerusakan sangat sulit untuk memperbaiki. Volume air

panas yang dihasilkan water heater listrik terbatas. Jika volume air panas yang

dipergunakan sudah digunakan, maka jika ingin dipergunakan lagi harus

menunggu waktu water heater untuk memanaskan air. Jika dibandingkan water

heater tenaga listrik lebih murah water heater Liquefied petroleum gas (gas

LPG). Water heater energi surya cocok diterapkan pada negara tropis karena

matahari bersinar sepanjang hari. Namun water heater energi surya

kekurangannya sela pemasangan yang rumit. Volume air panas yang

dipergunakan terbatas. Bila musim hujan turun water heater tidak dapat lagi

digunakan. Selain itu, water heater dengan mengunakan tenaga surya harganya

lebih mahal.

Water heater tenaga gas LPG mengunakan bahan bakar gas untuk

memanaskan air. Water heater ini lebih menguntungkan dibandingkan pemanas

air tenaga listrik maupun water heater tenaga surya. Adapun Keuntungannya

adalah air panas yang dapat digunakan tidak terbatas. Selama air dapat mengalir,

selama itu pula air panas dapat dihasilkan. Dapat dioprasikan kapan saja, tidak

tergantung pada listrik ataupun mendung. Dilihat dari sisi ekonomi, water heater

gas LPG lebih murah dibandingkan pemanas air lainnya. Kerugian dari pemanas

air ini adalah kemungkinan terjadinya kebocoran gas LPG yang mengakibatkan

ledakan. Tidak ramah lingkungan, karena menghasilkan gas buang hasil

pembakaran gas LPG dan suasana membentuk suara brisik dari proses

(28)

3

Berdasarkan latar belakang di atas, penulis tertarik untuk melakukan

penelitian tantang water heater gas LPG. Tujuannya untuk dapat menghitung

efisiensi water heater dan suhu keluar di dalam water heater.

1.2 TUJUAN PENELITIAN

Tujuan dari penelitian tentang peralatan Water heater dengan panjang pipa

10 meter dan diameter pipa 0,5 inchi tanpa penutup atas dan dengan penutup atas

ini adalah :

a. Merancang dan membuat water heater tanpa penutup atas dan dengan penutup

atas.

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

water heater tanpa penutup atas dan dengan penutup atas.

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

atas dan dengan penutup atas.

d. Menghitung kalor yang diterima air dari water heater tanpa penutup atas dan

dengan penutup atas.

e. Menghitung kalor yang diberikan gas LPG tanpa penutup atas dan dengan

penutup atas.

f. Menghitung efisiensi water heater tanpa penutup atas dan dengan penutup

atas.

g. Menentukan debit air dan efisiensi water heater yang menghasilkan suhu air

keluar sebesar 38 – 40 oC (suhu air untuk mandi) tanpa penutup atas dan

(29)

4

1.3 BATASAN MASALAH

Batasan masalah yang diambil dalam pembuatan alat water heater dengan

panjang pipa 10 meter dan diameter pipa 0,5 inchi tanpa penutup atas dan dengan

penutup atas ini adalah :

a. Tinggi water heater : 30 cm, diameter luar water heater : 30 cm, panjang pipa

tembaga : 10 meter dibuat dengan 2 lintasan.

b. Banyaknya tabung water heater terdiri dari 3 tabung yaitu tabung bagian

dalam mempunyai lubang sebanyak 90 dengan diameter lubang 5 mm, tabung

bagian tengah mempunyai lubang sebanyak 60 dengan diameter 8 mm, tabung

bagian luar tampa lubang.

c. Bahan pipa dari tembaga dengan diameter dalam 0,5 inchi = 12,7 mm.

d. Pipa bersirip dengan jumlah sirip : 4 dan panjang sirip 20 cm dengan

berbentuk pipih.

e. Sirip dari pipa tembaga dengan diameter : 0,5 inchi = 12,7 mm.

1.4 MANFAAT PENELITIAN

Manfaat Penelitian tentang Water Heater dengan panjang pipa 10 meter

dan diameter pipa 0,5 inchi tanpa penutup atas dan dengan penutup atas adalah:

a. Menambah wawasan untuk pengetahuan tentang water heater,

b. Dapat dijadikan referensi perpustakan bagi para pembuatan dan para peneliti

water heater.

c. Dapat sebagai contoh water heater yang dapat digunakan oleh kalangan

(30)

5

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

2.1.1 Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor ialah ilmu untuk meramalkan perpindahan energi yang

terjadi karena adanya perbedaan suhu antara benda atau material. Ilmu

perpindahan kalor tidak hanya mencoba menjelaskan bagamana energi kalor itu

pindah dari satu kebenda lain, tetapi juga dapat meramalkan laju perpindahan

yang terjadi satu benda-kebenda lain. perpindahan energi dari suatu daerah ke

dareah yang lainnya yang mengakibatkan beda suhu antara daerah – daerah

tersebut. Bila suhu benda semakin tinggi maka benda tersebut akan semakin tinggi

suhunya. Pada umumnya perpindahan panas dilakukan dengan cara konveksi,

konduksi dan radiasi.

2.1.1.1 Perpindahan Panas Konveksi

Perpindahan panas konveksi, menurut Kreith (1991) adalah proses

transport energi dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan energi

panas dan gerakan mencampur. Konveksi sangat penting sebagai mekanisme

perpindahan energi antara permukaan benda padat dan cairan atau gas.

Perpindahan energi dengan cara konveksi dari suatu permukaan yang suhunya di

atas suhu fluida sekitarnya. Panas akan mengalir dengan cara konduksi dari

(31)

6

konveksi pada pipa water heater Gambar 2.1 bergerak dari posisi B ke C.

Gambar 2.1 Saluran pipa water heater pada kondisi konveksi

2.1.1.2 Perpindahan Panas Konduksi

Perpindahan panas konduksi, menurut Kreith (1991) adalah proses dimana

panas mengalir dari daerah yang bersuhu tinggi ke dareah yang bersuhu rendah

didalam satu medium baik padat maupun gas dan cair diantara medium – medium

yang berlainan yang bersinggungan secara langsung. Pada water heater

perpindahan panas konduksi dapat ditemukan pada perpindahan kalor dari

(32)

7

permukaan luar pipa ke permukaan pipa bagian dalam. Perpindahan panas

konduksi pada gambar pipa water heater Gambar 2.2 berjalan dari posisi A ke B.

Gambar 2.2 Saluran pipa water heater pada kondisi konduksi

2.1.1.3 Perpindahan Panas Radiasi

Perpindahan panas radiasi, menurut Koestoer (2002) adalah proses

perpindahan panas melalui gelombang electromagnet atau paket – paket energi

(photon) yang dapat di bawa sampai jarak yang sangat jauh tampa memerlukan

interaksi dengan medium yang terjadi pada ruang vakum dan jumlah yang

dipancarkan sebanding dengan temperatur benda. Pada water heater perpindahan

panas radiasi dapat dijumpai pada perpindahan panas antara:

a. Dinding permukaan dalam dengan permukaan tabung luar pada water heater.

b. Dinding tabung luar dengan lingkungan.

Perpindahan panas radiasi dan konduksi pada gambar pipa water heater

Gambar 2.3 berjalan dari A dengan lingkungan sekitar water heater. Pada gambar

(33)

8

Gambar 2.3 Saluran pipa water heater pada kondisi radiasi

Gambar 2.4 Tabung water heater

(34)

9

2.1.2 Perancangan Saluran Air

Pada waktu perancangan saluran air pada pipa water heater, pipa tembaga

dibentuk spiral hal ini didasari karena rancangan water heater yang menggunakan

gas sebagai bahan pembakaran. Perancangan spiral dibuat agar pada waktu

pemanasan water heater ini mendapatkan hasil yang maksimal seperti yang di

inginkan. Water heater ini berbentuk spiral dibuat dengan menggunakan dua

lintasan dengan panjang pipa 10 meter.

Kekasaran permukan pipa saluran air juga perlu diperhitungkan karena

saluran air harus dalam permukaan halus. Bila permukaan saluran air pada water

heater kasar maka dapat menghambat laju pipa saluran air. Dalam pembuatan

saluran air kalau bisa tidak ada pembelokan, jika terpaksa ada pembelokan

sudutnya harus besar. Oleh karena itu sudut yang digunakan diatas 90 derajat agar

pembelokan bisa terjadi secara halus. Hal ini dimaksudkan agar fluida yang ada

pada saluran air tidak terjadi gesekan antara fluida dengan pipa saluran air.

Pada pemilihan bahan perancangan saluran air, bahan yang digunakan

harus mudah menghantarkan kalor atau kunduktivitas panas yang tinggi. Bahan

yang digunakan mampu menghantarkan kalor secara konduksi dengan besar.

Kalor yang diberikan dari api mudah di terima oleh pipa saluran air. Tentu pada

pemilihan bahan perlu mempertimbangkan harga pipa saluran air. Terjangkau,

tidak mahal, misalkan bisa mengunakan tembaga. Pada water heater ini bahan

yang digunakan tembaga sebagai sirip dan pipa saluran air, tembaga sebagai

(35)

10

nilai kunduktivitas 386 W/m. oC, titik lebur pada tembaga mencapai suhu 600 oC.

Bila dibanding dengan alumunium konduktivitas termal tidak jauh dengan

tembaga, konduktivitas alumunium 204 W/m.oC dengan titik lebur pada

alumunium 400 oC. Maka dalam pemilihan bahan, bahan yang digunakan untuk

pembuatan water heater yaitu tembaga. Bila pembuatan water heater

menggunakan alumunium bahan tersebut akan melebur. Perancangan water heater

perlu melakukan pemilihan bahan dan bahan tersebut korosi atau tidak. Untuk itu

pemilihan bahan pada alat water heater sangatlah penting. Biasanya bila pemilik

rumah berpergian jauh untuk beberapa hari maka water heater bisa terjadi korosi.

Bila terjadi korosi air yang digunakan untuk kebutuhan sehari – hari akan menjadi

kotor.

Tabel 2.1 Konduktivitas termal dan titik lebur (Holman, 1991), Perpindahan Kalor, Edisi Keenam, Erlangga : Jakarta)

Bahan Logam Konduktivitas Termal W/m.oC

karena jika pipa saluran air besar maka hambatan yang dimiliki oleh pipa saluran

(36)

11

pipa yang dihasilkan semakin kecil. Disisi lain, semakin besar diameter saluran

air, suhu yang dihasilkan oleh water heater akan semakin kecil.

Pada perancangan saluran air, pipa water heater yang dibuat pada

penelitian kontak langsung dengan api. Hal ini dilakukan agar panas kalor yang

diterima oleh water heater dapat kontak langsung dengan pipa water heater.

Saluran air pada water heater agar cepat menghasilkan suhu air hangat yang

diiginkan. Untuk itu perlu dilakukan kontak langsung dengan api. Bila tidak

kontak langsung maka pemanas air pada water heater akan lama dan pemanasan

pada water heater ini terjadi secara konduksi.

2.1.3 Isolator

Pada penjelasan umum isolator panas adalah bahan yang digunakan untuk

mengisolasi suatu benda. Pada water heater isolator panas bahan yang digunakan

untuk menahan panas yang baik salah satunya udara. Setiap bahan yang

digunakan untuk pengklarifikasian untuk di jadikan isolator mempunyai

konduktivitas termal. Udaralah yang meliliki konduktivitas yang kecil maka udara

merupakan isolator yang baik digunakan dalam pembuatan water heater. Bila

semakin kecil konduktivitas termal pada benda, semakin susah kalor akan pindah

melalui benda tersebut. Umumnya benda padat logan merupakan konduktor

termal yang baik untuk penghantar panas sedangkan zat cair dan gas merupakan

konduktor termal yang buruk. Beberapa contoh isolator adalah Busa, Wol, Gabus,

dan Udara. Tabel 2.2 menyajikan nilai konduktivitas termal berbagai macam

(37)

12

Tabel 2.2 konduktivitas termal

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

Media Konduktivitas Termal (k) W/moC

Gabus 0,042

Selang wol 0,040 Kayu 0,08 - 0,016

Bata 0,84

Busa 0,024

Udara 0,023

2.1.4 Sirip

Sirip berfungsi untuk mendistribusikan panas atau kalor yang memiliki

suhu tinggi kesuhu yang lebih rendah melalui alat media. Pada water heater sirip

digunakan untuk membantu percepatan terjadinya kenaikan suhu dipermukaan

pipa – pipa penyaluran air. Sirip pada water heater terbuat dari tembaga yang

memiliki konduktor atau penghantar panas yang baik. Sirip menyerap panas dari

pembakaran yang baik, kemudian menyalurkan panas ke pipa – pipa penyaluran

air untuk membantu kenaikan suhu pada air yang mengalir didalam pipa tersebut.

Adanya sirip, luas permukaan yang bersentuhan dengan fluida menjadi lebih

besar, sehingga proses perpindahan kalor konveksi menjadi besar. Perpindahan

kalor konveksi perpindahan dari udara panas ke pipa saluran air.

2.1.5 Liquified Petroleum Gas ( LPG )

Liquified Petroleum Gas atau LPG adalah gas campuran dari berbagai

unsur hidrokarbon yang berasal dari gas alam. Dengan menambah tekanan dan

(38)

13

propana (C3H8) dan butana (C4H10). Elpiji juga mengandung hidrokarbon ringan

lain dalam jumlah kecil, misalnya etana (C2H6) dan pentana (C5H12).

Perbandingan komposisi, propana (C3H8) dan butana (C4H10) adalah 30 : 70. LPG

lebih berat dari udara dengan berat jenis sekitar 2,01 (dibandingkan dengan

udara), tekanan uap LPG cair dalam tabung sekitar 5,0 – 6,2 Kg/cm2. Nilai kalori :

21,000 BTU/lb. Gas dalam tabung berbentuk cair hal karena gas dipampatkan

didalam tabung dan terjadi penurunan.

Proses pembakaran pada LPG memiliki reaksi sebagai berikut :

C3H8 + 5O2→ 3CO2 + 4H2O + energi (panas)

Propane + oksigen → karbon dioksida + uap air + panas

Gas LPG meliliki daya bakar yang baik dibanding dengan minyak tanah,

kayu bakar. Pada penyajian tabel 2.3 Data pemanas dan efisinsi bahan bakar.

Tabel 2.3 Data Pemanasan dan Efisiensi Bahan Bakar

(http://kemahasiswaan.um.ac.id/wp-content/uploads/2010/04/PKM-AI-10-UM-Intan-Tips-Menggunakan-Tabung-LPG-.pdf )

Bahan Bakar Daya Pemanasan

(Kkal/kg) Efisiensi %

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

(39)

14

2.1.6 Saluran Udara Masuk

Untuk saluran udara masuk pada saat pembakaran terjadi maka api

membutuhkan oksigen yang terkandung dalam udara masuk ke water heater agar

mendapatkan hasil yang maksimal. Saluran udara pada water heater terdapat pada

bawah water heater dibagian lapis luar dan bagian atas yang lubang berbentuk

tabung di tengahnya. Hal ini dimaksudkan agar udara dapat masuk kedalam water

heater disekitar pembakaran berlangsung. Bila pembakaran ke kurangan udara

maka proses pembakaran kurang maksimal. Di karenakan sifat api yang

membutuhkan oksigen untuk proses pembakaran api kalau tidak api akan

mengarah keluar dari water heater jika udara yang masuk kurang. Pada saat

normal oksigen berkisar sekitar 20,95 % dari komposisi udara di bumi.

Tabel 2.4 Keseimbangan komposisi udara keadaan kering

2.1.7 Saluran Gas Buang

Saluran gas buang berfungsi untuk mengeluarkan pembuangan gas hasil

pembakaran di dalam water heater. Saluaran udara pada umumnya terdapat pada

(40)

15

berpindah tempat, mengalir dari suhu tinggi ke tempat yang bersuhu rendah jika

terjadi temperatur berbeda. Panas juga dapat mengalir keatas karena perbedaan

massa jenis yang rendah, akibat lebih rendah massa jenis panas akan keluar dan

dibuatkan lubang keluar diatas water heater. Pada perancangan water heater yang

perlu diingat adalah jangan sampai aliran gas buang yang dapat menyebabkan

kondisi api menjadi berantakan.

2.1.8 Media Pembakar

Media Pembakar adalah alat yang menghasilkan api atau pun panas, media

pembakar banyak variasi. Media pembakar ada yang mengunakan LPG ataupun

minyak tanah sebagai bahan bakar. Media pembakar dengan bahan bakar LPG

meliliki keunggulan dibanding dengan minyak tanah. Media pembakaran yang

beredar di pasaran dan yang digunakan untuk penelitian tentang water heater di

sajikan pada Gambar 2.5 Media pembakaran High Pressure menggunakan bahan

bakar LPG.

(41)

16

Spesifikasi salah satu media pembakaran untuk jenis High Pressure

sebagai berikut:

Dimensi (mm) : 570 (panjang) x 315 (lebar) x 168 (Tinggi)

Daya Pemanasan : 21,8 ( kW/ h) High Pressure

Bahan : Besi Tuang

Gambar 2.6 Media pembakaran Low Pressure menggunakan bahan bakar LPG

Spesifikasi salah satu media pembakaran untuk jenis Low Pressure

sebagai berikut:

Daya Pemanasan : 3500 (K cal/h) Low Pressure

(42)

17

Gambar 2.7 Media pembakaran high Pressure menggunakan bahan bakar LPG

Spesifikasi salah satu media pembakaran untuk jenis high Pressure sebagai

berikut:

Daya Pemanasan : 10,62 (kW/h)High Pressure

Bahan : Stainless

(43)

18

Spesifikasi salah satu media pembakaran bahan bakar LPG sebagai

berikut:

Daya Pemanasan : 1.90(kW/h)

Bahan : Stainless Stell

Gambar 2.9 Media pembakaran menggunakan bahan bakar LPG

Spesifikasi salah satu media pembakaran bahan bakar LPG sebagai

berikut:

Daya Pemanasan : 3,66(kW/h)

Bahan : Stainless Stell

2.1.9 Laju Aliran Kalor yang diberikan Gas LPG

Kalor yang diberikan oleh gas LPG dapat dihitung dengan persamaan (2.1)

(44)

19

Pada persamaan (2.1)

ṁgas : laju aliran massa gas LPG yang terpakai (kg/s)

Cgas : Kapasitas panas LPG (J/kg), sebesar 11900 (Kkal/kg) (4186,6) J/Kg

2.1.10 Laju Aliran Kalor yang diterima air

Laju Aliran Kalor yang diterima air dalam pipa dapat dihitung dalam

persamaan (2.2) dan (2.3)

, ṁair, cp, Tin

um Tout

air masuk air keluar

…(2.2)

…(2.3)

Pada persamaan (2.2) dan (2.3) :

Qair : Laju aliran kalor yang diterima air (watt)

ṁair : Laju aliran massa air (kg/detik)

cp : kalor jenis air (J/kgoC)

Tin : suhu air masuk water heater (oC)

Tout : suhu air keluar water heater (oC)

um : kecepatan rata – rata fluida mengalir (m/s)

(45)

20

ρ : massa jenis fluida yang mengalir (kg/m3)

d : diameter dalam dari saluran (meter)

2.1.11 Efisiensi

Untuk mengetahui efisiensi yang dapat dihasilkan water heater, dapat

dihitung dengan persamaan : (2.4)

…(2.4)

Pada persamaan (2.4) :

: Efisiensi water Heater (%)

: Laju aliran kalor yang diterima oleh air (watt)

: Laju aliran kalor yang diberikan gas (watt)

2.2 Tinjauaan Pustaka

2.2.1 Bentuk Model Water Heater_{yang ada di pasaran}

Banyak water heater yang beredar dipasaran untuk saat ini, perbedaan

yang ada pada masing – masing water heater terdapat pada rancangan pipa water

heater. Pada umumnya rancangan pipa pada water heater mengikuti rancangan

(46)

21

Gambar 2.10 Bentuk model water heater menggunakan in dan out

Cara kerja rangkaian water heater pada Gambar 2.10 adalah air masuk

kedalam pipa untuk mengisi air bersih yang masuk kedalam tabung water heater ,

tabung yang penuh terisi air lalu dipanaskan, dalam pemanasan alat water heater

perlu menunggu karena air yang ada didalam water heater menuggu penuh.

Tungku api pembakaran berada dibawa, air yang ada didalam tabung dipanasi api

melalui penapang bukan melalui pipa tembaganya. Bentuk water heater berbentuk

tabung yang keinginannya agar air yang dihasilkan lebih banyak. Gas burner yang

ada didalam keluar melalui fentilasi yang ada didalam tabung, dengan suhu air

yang diinginkan maka air dapat digunakan untuk keperluan mandi. Bila terjadi

kelebihan air maka air yang ada didalam tabung akan keluar melalui saluran

pembuangan air. Bahan yang digunakan untuk pembuatan water heater tembaga,

bahan yang digunakan dari tembaga dikarenakan tembaga memiliki penghantar

(47)

22

Gambar 2.11 Bentuk model water heater

Cara kerja water heater, air masuk kedalam pipa kemudian dimasukan ke

dalam tabung, air yang ada di dalam tabung dipanaskan menggunakan burner.

Pada pembakaran alat water heater yang dibakar adalah penampang bukan pipa

tembaga. Bentuk water heater ini seperti tabung agar air yang dihasilkan lebih

banyak dan maksimal. Water heater pada Gambar 2.11 tidak sama dengan

Gambar 2.10. Perbedaan pada water heater ini pada pembuangan gas buang yang

di buat spiral (melingkar). Di buat spiral agar gas buang yang dihasilkan pada

water heater dapat terhambat yang mengakibatkan air yang ada didalam tabung

cepat panas. Bila suhu air yang sudah dinginkan tercapai dapat digunakan dalam

kehidupan sehari – hari (mandi). Pada alat water heater tidak terdapat

(48)

23

water heater ini tembaga dan penapang dibawah digunakan sebagai burner.

Bahan yang digunakan tembaga karena memiliki penghantar panas yang baik.

Gambar 2.12 Bentuk model water heater dengan menggunakan blower

Cara kerja water heater pada Gambar 2.12 air masuk melalui pipa, air

yang dipanasi dengan api kemudian dipanaskan pada permukaan heat exchanger

oleh api. Panas api pada water heater disebarkan oleh blower yang ada dibawa

api, karena ada perbedaan suhu maka pada permukaan heat exchanger dan pipa

yang terisi air akan berpindah. Perpindahan panas ini terjadi secara konduksi.

Panas yang ada di heat exchanger akan membuat air menjadi panas dikarenakan

terjadinya perpindahan panas dari heat exchanger ke air yang berada didalam

pipa. Hal ini terjadi karena pipa tembaga yang melilit di heat exchanger. Air yang

(49)

24

yang digunakan pada water heater tembaga karena memiliki penghantar panas

yang baik.

Gambar 2.13 Bentuk model water heater tanpa blower

Cara kerja water heater pada gambar 2.13 hampir sama cara kerjanya

dengan gambar 2.12, cara kerja water heater air yang masuk melalui pipa

kemudian air dimasuk ke permukaan heat exchanger yang dipanasi dengan api.

Pipa yang digunakan oleh water heater terbuat dari bahan tembaga. Bahan yang

digunakan tembaga karena tembaga memiliki penghantar panas yang baik. Api

yang memanaskan pipa pada water heater tidak menggunakan blower melainkan

(50)

25

perpindahan panas dari heat exchanger ke air yang ada didalam pipa, perpidahan

panas pada pipa yang didalamnya terisi air siap digunakan dalam kebutuhan sehari

- hari.

Gambar 2.14 Bentuk model water heater

Cara kerja water heater air masuk melalui pipa saluran air, ketika masuk

terdapat sensor air yang digunakan untuk mengontrol air masuk. Air yang sudah

melewati sensor pengontrol air melalui heat exchanger dipanasi oleh api. Pipa

yang digunakan pada alat water heater terbuat dari pipa tembaga. Pipa yang

melilit pada heat exchanger mengantarkan panas yang menghasilkan air didalam

pipa tembaga menjadi panas. Perpindahan panas yang terjadi pada alat water ini

secara konduksi. Pada alat water heater terjadi perpindahan panas karena ada

fentilasi udara yang di masukan melalui pipa dari samping. Fentilasi pada water

(51)

26

2.2.2 Spesifikasi water heater_{yang ada dipasaran}

Beberapa tinjauan water heater yang dapat di ketahui spesifikasi dari

water heater yang ada dipasaran adalah sebagai berikut:

Water heater T-1

Gambar 2.15 Water heater T-1

(http://www.rinnai.co.id/product-rinnai/hot-water-solution/instant-gas-water-heater)

Pemasangan : Eksternal/Internal

Ukuran (PxLxT) mm : 425 x 290 x 127

Berat : 6,1 kg

(52)

27

Konsumsi Gas : 0,6 kg/jam

Ignition : Baterai Ukuran D

Tekanan Gas : Low Pressure, 28 mBar

Jumlah Outlet : 1

Outlet Gas : 0,5 inchi

Outlet Air Dingin : 0,5 inchi

Outlet Air Panas : 0,5 inchi

Tekanan Air Minimun : 0,15 Bar (1,5 mtr)

Suhu : 40 - 60 oC

Water heater T-2

(53)

28

(http://jualelektronik.com/product/rinnai-gas-water-heater-reu-55rtb/)

Berat : 6,1 kg

Kapasitas Air Panas : 5 ltr/mnt

Ignition : Baterai

Tekanan Gas : 28 mBar

Jumlah Outlet : 1 - 2

Tekanan Air Minimun : 0,2 Bar

(54)

29

Water heater T - 3

Gambar : 2.17 Water heater T – 3

(http://www.tokowaterheater.com)

Berat : 6 kg

Kapasitas Air Panas : 6 ltr/mnt

(55)

30

Suhu :40 – 60 oC

Water heater T - 4

(http://www.tokowaterheater.com)

Pemasangan : Vartikel

Berat : 13 kg

(56)

31

Suhu :75 oC

Water heater T – 5

(57)

32

Pemasangan : Vertikal

Berat : 61 kg

Kapasitas Air Panas : 6 liter/menit

Ignition : Baterai

Tekanan Gas : 28 mBar

Jumlah Outlet : 1

Suhu : 75 oC

2.2.3 Hasil Penelitian Water heater_{Gas LPG}

Setiwan (2012) telah melakukan penelitian water heater gas LPG yang

berjudul “ Water heater Dengan Panjang Pipa 20 Meter dan 150 Lubang Input

Udara” yang bertujuan : (a) Merancang dan membuat water heater. (b)

Mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar

water heater. (c) Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor.

(d) Menghitung kalor yang diterima air dari water heater. (e) Menghitung kalor

(58)

33

tersebut dilakukan dengan batasan – batasan sebagai berikut: (a) Tinggi water

heater : 90 cm, diameter pipa : 25 cm, dengan panjang pipa tembaga : 20 meter,

dengan 2 lintasan. (b) Banyaknya dinding plat : 2 lapis, plat lapis dalam

mempunyai banyak lubang dengan diameter : 2 mm dengan jumlah 150 dan plat

luar mempunyai banyak lubang dengan diameter : 1 cm (setinggi 25 cm). (c)

Bahan pipa tembaga dengan diameter : 0,9525 cm = 3/8 inchi. (d) Pipa bersirip

dengan jumlah sirip : 7 buah dan panjang sirip 50 cm. (e) Sirip dari pipa tembaga

dengan diameter : 0,9525 cm. Dari hasil peneilitian tersebut didapatkan : (a) water

heater yang dibuat dapat bersaing dengan yang ada dipasaran yang mampu

menghasilkan panas dengan temperatur 45oC, pada debit 14 liter/menit. (b)

Hubungan antara debit air yang masuk dengan temperatur air yang mengalir

dinyatakan dengan persamaan: Tout = 0,279 mair2 - 9,566 mair + 121,9 (mair dalam

liter/menit, Tout dalam oC) R2= 0,990 (c) Hubungan antara debit air dengan laju

aliran kalor 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. 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

dinyatakan dengan persamaan : n = -0,776 mair2 +14,24 mair + 31,04 ( mair dalam

(59)

34

Putra (2012) telah melakukan peneltian water heater dengan panjang pipa

20 meter dan 300 lubang masuk udara pada dinding luar. Kesimpulan dari

penelitian yang dilaksanakan sebagai berikut :

a. Water Heater telah berhasil dibuat dengan baik dan menghasilkan temperatur

42,9 oC pada debit 15 liter/menit sehingga mampu bersaing dengan water

heater yang dijual dipasaran.

b. Hubungan antara debit air yang mengalir (m) dengan temperatur air keluar

water heater (To) dapat dinyatakan dengan persamaan : To = -0,027m3 +

1,126m + 129,9 (m dalam liter/menit, T dalam oC) R2 = 0,0997. Berlaku

untuk nilai m antara 2,1 liter/menit sampai dengan 15 liter/menit pada tekanan

udara luar saat itu (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 27oC.

c. Hubungan antara debit air yang mengalir dengan laju perpindahan kalor

dinyatakan dengan persamaan: Qair = 17,09m3 – 489m2 +439m +3654 (m

dalam liter/menit,Qair dalam watt) R2 = 0,94. Berlaku untuk nilai m antara 2,1

liter/menit sampai dengan 15 liter/menit pada tekanan udara luar saat itu

(sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk water heater 27oC.

d. Hubungan antara debit air yang mengalir dengan efisiensi water heater dapat

dinyatakan dengan persamaan: = 0,077m3– 2,208m2 + 16,50 ( dalam % m

dalam liter/menit) R2 =0,94. Berlaku untuk nilai m antara 2,1 liter/menit

sampai dengan 15 liter/menit pada tekanan udara luar saat itu (sekitar 1 atm)

(60)

35

Pajilie (2014) telah melakukan penelitian terhadap Water heater gas LPG

yang berjudul ” karakteristik water heater dengan panjang pipa 14 meter,

diameter 0,5 inchi dan bersirip “ yang bertujuan : (1) merancang dan membuat

water heater menggunakan sirip dengan bahan bakar LPG (2) mengetahui

hubungan antara debit dengan suhu keluar (3) mengetahui energi kalor yang

diserap air yang mengalir dalam water heater (4) mengetahui energi kalor yang

diserap water heater (5) mengetahui efisiensi water heater (6) mengetahui hasil

kerja terbaik water heater dengan variasi penutup. Penelitian dan pelaksanaan di

laboratorium Teknik Mesin USD, adapun batasan - batasan dalam pembuatan

water heater menggunakan sirip berbahan bakar LPG antara lain (1) Tin water

heater 25 ºC – 27 ºC (2) panjang pipa lintasan water heater adalah 14 meter (3)

Tout dari water heater ≥ 40 ºC dengan debit minimal 6 liter/menit (4) panjang

pipa 14 meter (5) bahan pipa adalah tembaga (6) water heater diberi sirip (7)

pembakar menggunakan kompor lpg. Variasi dilakukan terhadap besar kecilnya

debit air yang masuk ke dalam water heater dengan debit gas yang konstan pada

water heater dan pada penutup water heater dengan variasi penutup tertutup

penuh, terbuka 10 putaran dan 20 putaran (1) water heater dengan spesifikasi

panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip dapat dirancang dan dibuat

dengan baik dan dapat bersaing dipasaran serta mencapai target pemanasan yaitu

debit 6 liter/menit dengan suhu 40 °C. Pada variasi penutup tertutup penuh

memiliki debit aliran 10,8 liter/menit diperoleh suhu air yang keluar sebesar 41

°C, variasi penutup terbuka sebesar 10 putaran memiliki debit sebesar 8,88

(61)

36

sebesar 20 putaran memiliki debit sebesar 8,4 liter/menit dengan suhu keluar 42,3

°C (2) hasil terbaik dalam variasi penutup antara debit air yang masuk dengan

Tout menggunakan variasi penutup tertutup penuh (3) hasil terbaik dalam variasi

penutup antara debit air yang masuk dengan laju aliran kalor menggunakan variasi

penutup tebuka 10 putaran. Kalor yang diterima air dari water heater berkisar

antara 7,533 kW – 12,556 kW (4) hasil terbaik dalam variasi penutup antara debit

air yang masuk dengan efisiensi water heater menggunakan variasi penutup

tertutup penuh (5) kalor yang diberikan gas LPG sebesar 36,535 kW (6) untuk

variasi penutup water heater, variasi dengan kondisi penutup tertutup penuh

adalah variasi yang terbaik.

Prasongko (2014) telah melakukan penelitian terhadap Water heater gas

LPG yang berjudul ” karakteristik water heater dengan panjang pipa 8 meter,

diameter 0,5 inchi dan bersirip “ yang bertujuan Tujuan penelitian adalah : (a)

Merancang dan membuat alat water heater yang menggunakan energi gas LPG.

(b) Mengetahui karakteristik dari water heater gas LPG. Lokasi penelitian di

laboratorium Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Water heater

yang dibuat berbentuk tabung dengan tinggi 30 cm, berdiameter 30 cm. Memiliki

3 tabung yang diberi lubang udara. Tabung dalam berdiameter 10 cm dengan 156

lubang udara berdiameter 0,5 cm. Tabung tengah berdiameter 25 cm dengan 70

lubang udara berdiameter 1,5 cm. Tabung luar berdiameter 30 cm dengan 95

lubang udara berdiameter 1,5 cm. Pipa air tebuat dari tembaga diameter 0,5 inci,

(62)

37

bisa diatur ketinggiannya. Variasi penelitian adalah mengatur besar debit air yang

mengalir dalam water heater dan pembukaan tutup water heater. Hasil penelitian

didapatkan (a) Water heater mampu menghasilkan air panas dengan temperatur

43,1 oC dengan debit 9 liter/menit pada kondisi tutup water heater tertutup rapat.

Pada kondisi tutup terbuka 10 putaran, water heater mampu menghasilkan debit

8,4 liter/menit dengan suhu 42,8 oC. Pada kondisi tutup terbuka 20 putaran, water

heater mampu menghasilkan debit 7,2 liter/menit dengan suhu 43,4 oC. (b) Laju

aliran kalor yang diterima air pada kondisi tutup tertutup rapat sebesar

9,027-10,757 kW. Pada kondisi tutup terbuka 10 putaran sebesar 7,226-11,033 kW. Pada

kondisi tutup terbuka 20 putaran sebesar 7,050 - 12,178 kW. (c) Nilai efisiensi

yang dihasilkan water heater : Pada kondisi tutup water heater tertutup rapat nilai

efisiensi water heater berkisar antara 24,71 % - 29,44 %. Pada kondisi tutup

terbuka 10 putaran nilai efisiensi water heater berkisar antara 19,89 % - 30,20 %.

Pada kondisi tutup terbuka 20 putaran nilai efisiensi water heater berkisar antara

19,30 % - 33,33 %. (d) Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG sebesar 36,535

(63)

38

BAB III

RANCANGAN PEMBUATAN

WATER HEATER

3.1 Persiapan

Pada proses pembuatan water heater dengan panjang pipa 10 meter dan

diameter 0,5 inchi tanpa penutup atas dan dengan penutup atas yang perlu

dipersiapkan dari awal, pembuatan desain water heater dengan tiga tabung yaitu

tabung bagian dalam, tengah dan tabung bagian luar. Proses persiapan selanjutnya

adalah pengukuran-pengukuran terhadap desain water heater meliputi rangka

dalam, rangka luar, tabung dalam, tabung luar dan penutup water heater

mengikuti diameter pembakaran atau burner.

3.2 Bahan Pembuatan Water Heater

Bahan – bahan yang digunakan dalam pembuatan water heater dengan

panjang pipa 10 meter dan diameter 0,5 inchi tanpa penutup atas dan dengan

penutup atas adalah :

a. Pipa tembaga dengan diameter dalam 0,5 inchi sebagai saluran air.

b. Plat galvalum sebagai bodi water heater.

c. Besi strip sebagai rangka bodi water heater.

d. Baut dan Mur sebagai pengecang atau baut sirip.

e. Nako besi ukuran 10 mm x 10 mm sebagai rangka diameter.

f. Sirip

(64)

39

Gambar 3.1 Plat galvalum

Gambar 3.2 Besi strip

(65)

40

Gambar 3.4 Besi nako

Gambar 3.5 Sirip

3.3 Sarana dan Alat yang Digunakan

Sarana dan alat – alat yang digunakan dalam penelitian water heater

dengan panjang pipa 10 dan diameter 0,5 inchi tanpa penutup atas dan dengan

penutup atas sebagai berikut :

a. Gerinda berfungsi untuk memotong sekaligus untuk merapikan bagian water

(66)

41

b. Bor berfungsi untuk melubangi rangka yang mau dipasang paku rivet dan

untuk membuat lubang udara pada water heater.

c. Penekuk pipa tembaga berfungsi sebagai peneku pipa supaya bentuk pipa

water heater terbentuk spiral atau helix.

d. Tang digunakan untuk menjepit pipa tembaga pembuat sirip.

e. Paku rivet digunakan untuk menjepit besi strip dengan plat galvalum.

f. Meteran berfungsi untuk menentukan ukuran plat galvalum, besi strip dan besi

nako.

g. Gergaji digunakan untuk memotong besi strip dan besi nako.

h. Las listrik berfungsi untuk mengelas rangka-rangka dan menyambung besi

strip dan nako pada water heater.

i. Cutter pipa berfungsi untuk memotong pipa tembaga.

j. Drey (+, -) berfungsi untuk membuka atau mengancing.

k. Termokopel dan APPA,berfungsi untuk mengukur suhu air yang keluar dari

water heater.

l. Jangka sorong berfungsi untuk mengukur pada bagian water heater secara

detail.

m. Gelas ukur berfungsi untuk mengukur debit air yang keluar dari water heater.

n. Stopwatch berfungsi untuk mengetahui waktu yang digunakan dalam

pengambilan data.

o. Timbangan berfungsi untuk menimbang berat awal dan berat akhir sebuah gas

(67)

42

Gambar 3.6 APPA 5.1 dan Gelas ukur

Gambar 3.7 Stopwatch dan Drey

3.4 Proses Pengerjaan Alat Water Heater

Proses pengerjaan alat water heater terdapat tahap – tahap pembuatan

(68)

43

3.4.1 Persiapan menyiapkan merancang Water Heater

Dalam merancang water heater pembuatan desain menggunakan sirip

dapat dilakukan dengan proses manual maupun dengan menggunakan software.

Gambar 3.8 Rancangan water heater

(69)

44

Gambar 3.10 Water heater tampak dari luar

3.4.2 Menyiapkan Alat dan Bahan

Setelah perancangan water heater menggunakan sirip selesai dilaksanakan

maka, perlu menyiapkan bahan dan alat untuk pembuatan alat.

3.4.3 Menyiapkan keperluan lainnya

Setelah menyiapkan bahan-bahan water heater selesai, maka perlu

mempersiapkan untuk membuat alat water heater.

3.4.4 Pemotong Pipa Tembaga

Pemotongan pipa tembaga mengunakan alat khusus untuk memotong pipa

tembaga, tujuan digunakan alat pemotong khusus adalah untuk mempermudah

(70)

45

Gambar 3.11 Proses pemotongan pipa

3.4.5 Pelingkaran Pipa

Pipa tembaga yang awalnya berbentuk lurus dibentuk menjadi melingkar

dengan ukuran diameter dalam 150 mm dan diameter luar 190 mm pada

pelingkaran pipa menggunakan alat penekuk pipa khusus tembaga.

Gambar 3.12 Proses Pelingkaran pipa

Setelah proses pelingkaran selesai, dilanjutkan dengan proses pemasangan

(71)

46

panjangnya 200 mm dibuat lurus dan dipipihkan. Pada bagian ujung pipa yang

dipipihkan diberi lubang untuk pemasangan baut dan mur pada pipa water heater

yang dibuat melingkar.

3.4.6 Pembuatan Tabung Luar dan Tabung Dalam

Pembuatan rangka tabung dalam dan tabung luar, tinggi tabung dalam dan

tabung luar 300 mm dengan dua besi strip penyangga pada masing-masing

tabung, kemudian dilanjutkan dengan proses pemasangan plat galvalum.

Pertama-tama pada tabung dalam dan kondisi pipa tembaga beserta sirip telah dimasukan

pada rangka tabung dalam, ukuran pada plat galvalum yang diperlukan untuk

tabung dalam berukuran 870 mm x 300 mm, pada plat strip penyangga rangka

lekatkan plat galvalum kemudian dilakukan proses pemboran berjumlah 5 titik

dengan jarak tiap titik 60 mm pada tiap titik kemudian diberi paku rivet, jika

pemasangan hampir menutupi rangka maka dilakukan pemotongan seng untuk

jalur keluar dan masuk pipa tembaga. Setelah proses berlangsung dilakukan

proses pengeboran pada besi nako dan dipasangi paku rivet. Proses untuk bagian

luar hampir sama namun ukuran luas plat galvalum yang berbeda, rangka luar

membutuhkan plat galvalum berukuran 975 mm x 300 mm.

3.4.7 Saluran Udara Masuk

Dilakukan pengeboran pada dinding rangka dalam, hal ini dimaksudkan

agar sirkulasi udara lancar dan udara dapat masuk ke dalam tabung sebagai syarat

(72)

47

3.4.8 Pembuatan Dudukan Pipa

Memotong plat strip dengan panjang 20 mm sebanyak dua buah untuk

dudukan pipa tembaga di bagian dalam hal ini dimaksudkan agar pipa tidak

banyak bergerak pada saat diangkat atau pada saat di pindahkan. Pemasangan plat

strip yang panjangnya 20 mm menggunakan las listrik pada bagian atas dan

bagian bawah pipa tembaga.

.

3.4.9 Tabung Udara Dalam

Pembuatan tabung dalam dibuat menyerupai tabung sekaligus sebagai

penutup tabung yang ada pada permukaan bagian dalam yang diberi lubang

udara, ukuran tinggi tabung dalam setinggi 290 mm dan berdiameter 110 mm.

3.4.10 Pemasangan Kompor

Pemasangan kompor ini cukup sederhana, hanya pemasangan tungku besar

dan kompor gasnya disesuaikan.

3.4.11 Cara Kerja Water Heater

Cara Kerja dari water heater ini sebenarnya sangat sederhana yaitu sama

seperti memasak air. Perbedaanya adalah terletak pada kondisi atau keadaan air

yang dipanaskan. Pada water heater, air yang dipanaskan mengalir secara terus

menerus. Sebenarnya masih banyak bahan yang memiliki nilai konduktor termal

(73)

48

tetapi jika dilihat dari segi ekonomi, tembaga lebih murah dibandingkan kunigan

alumunium dan perak.

Mekanisme perpindahan kalor yang terjadi pada water heater yaitu

perpindahan kalor secara konduksi dan perpindahan kalor konveksi. Proses yang

terjadi pada saat nyala api menyentuh pipa tembaga, dari pangkal pipa dan

memindahkan panasnya ke seluruh lengkungan pipa, proses ini disebut

perpindahan kalor secara konduksi dan perpindahan panas secara konveksi terjadi

dari pipa tembaga ke air yang mengalir.

3.5 Hasil Pembuatan

Hasil pembuatan water heater dengan panjang pipa 10 meter dan diameter

pipa 0,5 inchi tanpa penutup atas dan dengan penutup atas dapat dilihat pada

lampiran

3.6 Kesulitan Dalam Pengerjaan

Adapun kesulitan-kesulitan dalam pengerjaan water heater, antara lain

sebagai berikut :

a. Memasukan pipa tembaga kebagian water heater.

b. Pembentukkan pipa melingkar atau spiral, mengalami kesulitan pada saat

melengkungkan pipa tembaga agar dapat bentuk spiral.

c. Membuat tabung bagian dalam dengan diameter 110 mm yang digunakan

untuk perbandingkan data antara dua tabung dengan tiga tabung.