Karakteristik water heater dengan panjang pipa 14 meter, diameter pipa 0,5 inchi dan bersirip.

Teks penuh

(1)

Tujuan penelitian water heater bersirip berbahan bakar LPG adalah sebagai berikut (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 25ºC-27ºC (2) panjang pipa lintasan water heater adalah 14 meter (3) Tout

dari water heater ≥ 40º C 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 di pasaran 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 liter/ menit dengan suhu keluar sebesar 40,4°C dan variasi penutup terbuka 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 denganTout menggunakan variasi penutup tertutup penuh (3) hasil terbaik dalam variasi penutup antara debit air yang masuk dengan laju aliran kalor menggunakan variasi penutup terbuka 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.

(2)

ABSTRACT

Research objectives water heater LPG-fueled finned is as follows (1) designing and making the water heater using the fins with a LPG fuel (2) figure out the relationship between the temperature of discharge exit (3) knowing the thermal energy absorbed water that flows in the water heater (4) knowing the heat energy absorbed water heater (5) knowing the efficiency of the water heater (6) knowing the best water heater work with variations of the cover.

Research and implementation at the Laboratory of Mechanical Engineering USD, as for the limitations in making water heater using LPG-fueled fin among other things (1) Tin

water heater 25 º C-27 º C (2) lengths of pipes the water heater is 14 meters (3) Tout from

water heater ≥ 40 ºC with discharge at least 6 liters/min (4) length of pipe 2 meters (5) materials are copper pipe (6) water heater is given fins (7) burner lpg stove. Big nothingness of variation of discharge of water into the water heater with a constant gas discharge on water heater and water heater on the cover with the enclosed cover variations full, open 10 rounds and 20 rounds (1) water heater with specification of the length of the pipe is 14 meters, a diameter of 0,5 inches and finned can be designed and made with good and can compete in the market as well as reaching the target debit i.e. warming 6 litres/min with a temperature of 40 °C.On the variation of the closed cover has full discharge flow of 10,8 litres/min obtained a temperature of the water coming out of 50 ° C, open cover variation of 10 rounds have a debit of 8,88 liters/min with a temperature out of 40,4 °C and variations cover open by 20 rounds have a debit of 8,4 litres/min with a temperature out of 42,3 ° C (2) best results in variation of the cover between the discharge water coming dengan Tout using variations of the

cover closed around the mouthpiece (3) best results in variation of the cover between the discharge water entrance with a heat flow rate using a variation of the open cover is 10 rounds. The heat received water from the water heater ranges from 7,533 kW – 12,556 kW (4) best results in variation of the cover between the incoming water discharges with the efficiency of the water heater using the enclosed cover is full of variation (5) LPG gas given the heat of 36,535 kW (6) to cover variations in the water heater, a variation to the conditions cover a full enclosed is a variation that works best.

Keywords: water heater, fins, LPG.

(3)

KARAKTERISTIK WATER HEATER

DENGAN PANJANG

PIPA 14 METER, DIAMETER 0,5 INCHI DAN BERSIRIP

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

Diajukan Oleh :

ROBBY DHARMA PANJILIE

105214038

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(4)

ii

CHARACTERISTICS OF THE WATER HEATER

WITH 14

METERS LENGTH OF PIPE, 0,5 INCHES DIAMETER AND

FINNED

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

To obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering

By:

ROBBY DHARMA PANJILIE

105214038

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2014

(5)
(6)

iv

(7)

v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi yang saya tulis ini berjudul:

Karakteristik water heater dengan panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip

tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka

Yogyakarta, 21 Januari 2014 Penulis,

(8)

vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertandatangan di bawah ini, saya mahasiswa Univesitas Sanata Dharma:

Nama : Robby Dharma Panjilie NIM : 105214038

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

Karakteristik water heater dengan panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip

Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian surat ini saya buat dengan sebenarnya.

Yogyakarta, 21 Januari 2014 Yang Menyatakan

(9)

vii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan karunianya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan baik.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat guna memperoleh gelar sarjana teknik di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Adapun judul skripsi ini adalah : Karakteristik water heater

dengan panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip.

Selesainya skripsi ini tentunya tidak lepas dari dorongan, perhatian dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis menyampaikan terima kasih kepada :

1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin dan selaku Dosen Pembimbing I, yang telah memberikan dorongan, motivasi, dan perhatian sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

3. Dr. Drs. Vet. Asan Damanik, M.Si., selaku Dosen Pembimbing Akademik. 4. Sekretariat Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

5. Para dosen dan staf Program Studi Teknik Mesin, terima kasih atas bantuannya.

6. Shinto Roy Asmoro dan MM. Supinah selaku orang tua yang telah memberikan dukungan, cinta kasih, dan menunjang segala kebutuhan.

7. Shelly Anggun Puspita, Aliessa Kusumastuti, dan Sandra Meylani, selaku kakak dan adik.

8. Andika Ratna Intani S, yang telah memberikan banyak motivasi dan semangat.

9. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Angkatan 2010. 10.Anggota kepanitiaan segala acara yang telah saya ikuti.

11.Yayasan Toyota Astra, yang telah banyak membantu memberi sumbangsih dana terhadap penelitian ini.

(10)

viii

Semoga karya penelitian ini dapat memberikan manfaat dan berguna bagi banyak pihak. Penulis menyadari karya ini masih banyak kekurangan, untuk itu saran dan kritik yang membangun sangat penulis harapkan.

Yogyakarta, 21 Januari 2014

(11)

ix

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

HALAMAN PERNYATAAN PEMPUBLIKASIAN KARYA ... vi

(12)
(13)

xi

4.3 Alat bantu penelitian ... 33

4.4 Alur penelitian ... 34

4.5 Variasi penelitian ... 34

4.6 Cara mendapatkan data ... 34

4.7 Cara mengolah data ... 35

4.8 Cara mendapatkan kesimpulan ... 35

BAB V HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN ... 36

5.1 Hasil pengujian ... 36

5.2 Perhitungan ... 37

5.2.1 Perhitungan kecepatan air rata-rata ... 38

5.2.2 Perhitungan aliran laju massa air ... 39

5.2.3 Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air ... 39

5.2.4 Perhitungan laju aliran kalor yang ditransfer gas ... 40

5.2.5 Efisiensi ... 40

5.2.6 Perhitungan ... 40

5.8 Pembahasan ... 46

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ... 54

6.1 Kesimpulan ... 54

6.2 Saran ... 55

DAFTAR PUSTAKA ... 56

(14)

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tabel Konduktifitas Thermal ... 7

Tabel 2.2 Data Pemanasan dan Efisiensi Apparatus Bahan Bakar ... 10

Tabel 2.3 Komposisi Udara Keadaan Kering ... 11

Tabel 5.1 Hasil pengujian dengan posisi penutup tertutup rapat ... 36

Tabel 5.2 Hasil pengujian dengan posisi penutup dinaikan sebesar 10 putaran ... 36

Tabel 5.3 Hasil pengujian dengan posisi penutup dinaikan sebesar 20 putaran ... 37

Tabel 5.4 Perhitungan lengkap pada penutup tertutup penuh ... 40

Tabel 5.5 Perhitungan lengkap pada penutup terbuka 10 putaran ... 41

(15)

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Efisiensi sirip segitiga dan siku empat ... 8

Gambar 2.2 Efisiensi sirip siku empat ... 9

Gambar 2.3 Media pembakar merk Rinnai menggunakan bahan bakar LPG ... 12

Gambar 2.4 Rangkaian water heater menggunakan inlet dan outlet ... 15

Gambar 2.5 Rangkaian water heater dengan menggunakan blower ... 16

Gambar 2.6 Rangkaian water heater tanpa menggunakan blower ... 17

Gambar 2.7 Water heaterX-1 ... 18

Gambar 3.5 Proses pemotongan pipa ... 25

Gambar 3.6 Proses pelingkaran pipa ... 26

Gambar 3.7 Rancangan water heater bagian dalam ... 27

Gambar 3.8 Proses pembuatan lubang ... 28

Gambar 3.9 Pengambilan data ... 30

Gambar 4.1 Skema water heater ... 32

Gambar 5.1 Hubungan Debit air dengan suhu air keluar pada kondisi penutup tertutup penuh ... 42

Gambar 5.2 Hubungan Debit air dengan suhu air keluar pada kondisi penutup terbuka 10 putaran ... 42

Gambar 5.3 Hubungan Debit air dengan suhu air keluar pada kondisi penutup terbuka 20 putaran ... 43

(16)

xiv

yang diterima air pada kondisi penutup terbuka 10 putaran ... 44 Gambar 5.6 Hubungan Debit air dengan laju aliran kalor

yang diterima air pada kondisi penutup terbuka 20 putaran ... 44 Gambar 5.7 Hubungan Debit air dengan efisiensi pada kondisi

penutup tertutup rapat. ... 45 Gambar 5.8 Hubungan Debit air dengan efisiensi pada kondisi

penutup terbuka 10 putaran ... 45 Gambar 5.9 Hubungan Debit air dengan efisiensi pada kondisi

penutup terbuka 20 putaran ... 46 Gambar 5.10 Perbandingan debit air dengan suhu air keluar

dengan 3 variasi percobaan ... 50 Gambar 5. 11 Perbandingan debit air dengan qair

dengan 3 variasi percobaan ... 51 Gambar 5. 12 Perbandingan debit air dengan

(17)

xv

ABSTRAK

Tujuan penelitian water heater bersirip berbahan bakar LPG adalah sebagai berikut (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 25ºC-27ºC (2) panjang pipa lintasan

water heater adalah 14 meter (3) Tout dari water heater ≥ 40º C 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 liter/ menit dengan suhu keluar sebesar 40,4°C dan variasi penutup terbuka 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.

(18)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan akan air panas saat ini tidak dapat dipungkiri, hampir semua orang memerlukan air panas baik untuk kebutuhan pribadi, rumah tangga dan produksi. Penggunaan akan kebutuhan air panas tiap tahun naik, hal itu didasari oleh banyaknya penggunaan untuk keperluan secara umum misalnya untuk membuat minuman panas. Air panas dalam skala rumah tangga banyak digunakan untuk mandi karena air panas dapat membuat efek rileks pada tubuh dan dapat melebarkan pori-pori kulit sedangkan untuk keperluan produksi air panas banyak dimanfaatkan untuk mempermudah melepas bulu pada kulit ternak (ayam, sapi, bebek, burung dan lainnya) dengan tingkat efisien dan efektifitas yang baik, karena pada mulanya para pengusaha menggunakan cara konvensional yaitu dengan merebus kulit ternak selama berjam-jam hal ini dimaksudkan agar antara permukaan kulit terluar dan bulu kerapatannya melebar yang menyebabkan bulu akan mudah terlepas dari kulit ternak, namun hal itu berdampak pada waktu kerja yang semakin panjang dan kerja yang semakin lama. Maka dari itu dibutuhkan pemanas air yang mudah digunakan serta memberi dampak peningkatan efektifitas dan efisiensi kerja pada tiap-tiap aspek baik itu rumah tangga, skala rumahan maupun skala produksi.

Pada pasaran model pemanas air terdapat beberapa jenis yaitu pemanas air dengan menggunakan tenaga surya/ matahari, listrik, hybrid dan pemanas air dengan menggunakan gas LPG. Pemanas air dengan gas mempunyai keunggulan

(19)

didalam hal pemanasan air, pemanas air gas dibanding dengan pemanas air lainnya keunggulannya adalah pemanasan air yang terjadi mempunyai waktu yang relatif lebih singkat untuk memanaskan air dan penggunaan pemanas air gas dapat dilakukan walau cuaca mendung/ tidak ada sinar matahari maupun tidak ada listrik karena pada perancangannya pemanas air gas hanya menggunakan gas dalam bentuk tabung yang banyak diedarkan dipasaran. Dalam perancangan pemanas air dengan menggunakan gas, panjang pipa mempengaruhi panas/ kalor yang dihasilkan dari kerja pemanas air dengan menggunakan gas, karena permukaan yang terpapar oleh api akan semakin banyak dan suhu air akan meningkat dengan cepat. Hal itu berdampak pada meningkatnya efisiensi terhadap waktu dan efektifitas terhadap kerja yang dilakukan.

Penulis terpacu untuk melakukan penelitian terhadap water heater dengan spesifikasi panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip untuk dapat mengetahui apakah water heater dengan spesifikasi tersebut dapat bersaing dipasaran.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian tentang water heater dengan panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip adalah mengetahui karakteristik water heater yang telah dibuat meliputi:

1. Membuat water heater berbahan bakar gas LPG.

(20)

3

3. Mengetahui energi kalor yang diserap air yang mengalir dalam water heater.

4. Menghitung efisiensi water heater.

5. Mengetahui energi kalor yang diberikan LPG.

6. Mengetahui hasil kerja water heater pada 3 variasi penutup.

1.3 Batasan Masalah

Batasan masalah yang diambil dalam pembuatan water heater pada penelitian ini adalah :

1. Kondisi air masuk water heater sama dengan suhu air kamar mandi (25°C-27°C).

2. Panjang pipa lintasan air yang dipergunakan dalam water heater 14 meter. 3. Kondisi air keluar water heater diharapkan lebih dari 40°C pada debit 6 liter/

menit.

4. Panjang pipa : 14 meter. 5. Bahan pipa : tembaga.

6. Diameter pipa tembaga : 0,5 inchi.

7. Saluran pipa air diberi sirip dari bahan pipa tembaga. 8. Sumber panas berasal dari pembakar kompor gas LPG.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian yang diharapkan dari penelitian ini adalah:

1. Memperoleh data karakteristik tentang water heater dengan spesifikasi panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip.

(21)

2. Menjadi pedoman ataupun acuan bagi peneliti lain yang akan melakukan penelitian terkait water heater.

(22)

5

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

2.1.1 Perpindahan Kalor

Panas suatu benda tergantung pada suhu benda tersebut. Semakin tinggi suhu benda, maka benda semakin panas. Panas berpindah dari tempat yang bersuhu tinggi ke tempat bersuhu rendah. Cara perpindahan kalor yaitu konduksi, konveksi dan radiasi.

2.1.1.1Konduksi, menurut Keith (1991: 4) adalah proses dimana panas mengalir dari daerah yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah didalam satu medium baik dalam bentuk padat, cair dan gas atau antara medium-medium/ benda-benda yang berlainan bersinggungan menjadi satu. Pada water heater perpindahan panas konduksi dapat ditemukan pada permukaan luar pipa yaitu panas yang diterima pipa permukaan luar mengalir ke permukaan dalam pipa.

2.1.1.2Konveksi, perpindahan kalor pada suatu zat yang disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat. Terjadinya konveksi diakibatkan adanya ekspansi termal dan konduksi. Konveksi merupakan fluida yang berpindah akibat adanya perbedaan temperatur di fluida tersebut. Ekspansi termal adalah sifat yang berasal dari sustansi yang bertemperatur tinggi dimana partikel-partikel sustansi tersebut volumenya meluas/ membesar akibat kalor yang diterima. Maka akibatnya berat jenis partikel itu berkurangnya berat jenis partikel, maka partikel itu akan terdorong keatas. Pada water

(23)

heater perpindahan panas konveksi dapat ditemukan pada permukaan dalam pipa yang mengalirkan panas ke air didalam pipa.

2.1.1.3Radiasi, menurut Koestoer, R. A (2002: 183) adalah proses perpindahan kalor melalui gelombang elektromagnet atau paket-paket energi (photon) yang dapat mengalir/ berpindah sangat jauh tanpa memerlukan interaksi dengan medium atau tanpa bersinggungan. Pada water heater perpindahan panas radiasi dapat ditemukan pada permukaan luar pipa dengan panas yang dihasilkan oleh pembakar dan juga dapat ditemukan pada perpindahan panas antara dinding permukaan tabung dalam dengan permukaan tabung luar water heater.

2.1.2 Perancangan Pipa

(24)

7

yang terpapar oleh api semakin besar secara vertikal dan hal tersebut mendorong kenaikan suhu pada pipa-pipa dan air didalamnya.

2.1.3 Isolator

Secara umum penjelasan terhadap isolator panas adalah sebuah bahan yang dapat mengisolasi atau menahan panas dengan baik salah satunya udara. Setiap bahan yang diklasifikasikan menjadi isolator mempunyai konduktivitas thermal, konduktivitas termal udara sangat kecil. Semakin kecil konduktivitas termal suatu benda, semakin sulit kalor berpindah melalui benda tersebut. Pada umumnya benda padat logam merupakan konduktor termal yang baik, sedangkan zat cair dan zat gas merupakan konduktor termal yang buruk. Beberapa contoh isolator adalah busa, wol, gabus dan udara. Tabel 2.1 menyajikan nilai konduktivitas termal berbagai macam bahan.

Tabel 2.1. Tabel Konduktifitas Thermal

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

Jenis benda Konduktivitas Termal (k)

(25)

2.1.4 Sirip

Pada umumnya fungsi sirip adalah menditribusikan panas/kalor yang memilki suhu tinggi ke suhu yang lebih rendah melalui media. Dalam water heater penggunaan sirip digunakan untuk membantu mempercepat terjadinya kenaikan suhu dipermukaan pipa-pipa penyalur air, karena sirip water heater

terbuat dari tembaga yang memiliki sifat konduksi yang baik, sirip menyerap panas dari pembakar dengan baik kemudian menyalurkan panas pada pipa-pipa penyalur air untuk membantu kenaikan suhu di air yang mengalir didalam pipa

L.3/2 (h/k A)1/2

(26)

9

LC3/2 (h/k Am)1/2

Gambar 2.2 Efisiensi sirip siku empat ( sumber: Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor)

Pada gambar 2.1 dan 2.2.

L : panjang sirip (meter)

h : koefisien kalor konveksi (W/m2 °C)

k : konduktifitas termal (W/m °C)

A : luas penampang (meter)

Adanya sirip, luas permukaan yang bersentuhan dengan fluida menjadi lebih besar, sehingga proses perpindahan kalor konveksi menjadi lebih besar. Kalor konveksi berpindah dari udara panas ke pipa saluran air.

2.1.5 LPG

Liquified Petroleum Gas atau LPG adalah campuran dari berbagai unsur hidro karbon yang berasal dari gas alam. Didalam LPG terdapat gas yang dipampatkan yang berubah ke fasa cair karena tekanan didalam tabung LPG ditingkatkan dan suhu diturunkan. Didalam LPG terdapat komponen yaitu propana (C3H8) dan butana (C4H10). Elpiji juga mengandung hidrokarbon ringan lain dalam jumlah kecil, misalnya etana (C2H6) dan pentana (C5H12).

(27)

LPG memiliki daya pemanasan yang lebih baik dibanding dengan minyak tanah, arang, kayu bakar dan gas kota karena memiliki daya pemanasan sebesar 11900 kkal/kg.

Tabel 2.2.Data Pemanasan dan Efisiensi Apparatus Bahan Bakar

(Sumber: 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 15

Arang 8000 15

Minyak Tanah 11000 40

Gas Kota 4500 55

LPG 11900 60

Listrik 860 (Kcal/kwh) 60

2.1.6 Saluran Udara Masuk

(28)

11

Tabel 2.3. Komposisi Udara keadaan kering

(Sumber:

http://www.scribd.com/doc/48627618/Komposisi-Udara-hasan-44-Dan-Karbon Dioksida 0,314 314

Neon 0,00182 18

Helium 0,000534 5

Metana 0,0002 2

Kripton 0,000114 1

2.1.7 Saluran Gas Buang

Saluran gas buang berfungsi sebagai saluran pembuang gas hasil pembakaran di dalam water heater. Saluran udara keluar pada water heater pada umumnya berada di bagian atas/ atap water heater. Sebagaimana fluida, panas juga dapat mengalir, dapat berpindah tempat. Jika terjadi perbedaan temperatur, panas akan mengalir dari temperatur tinggi ke temperatur rendah. Panas juga dapat mengalir ke atas karena perbedaan berat jenis, karena terjadi pembakaran di

water heater udara panas memiliki berat jenis lebih rendah sehingga udara panas mengalir ke atas maka dari itu dibuat saluran udara keluar dibagian atas water heater. Pada perancangan water heater, hal yang perlu diingat adalah jangan sampai terjadi aliran gas buang yang dapat menyebabkan kondisi api menjadi berantakan.

2.1.8 Proses Pembakaran LPG

Pembakaran adalah reaksi kimia antara oksigen dengan unsur bahan bakar. Oksigen didapat dari udara luar yang merupakan campuran dari beberapa senyawa

(29)

kimia antara lain LPG (Liquefied Petroleum Gas) merupakan gas alam yang dicairkan. LPG merupakan campuran dari berbagai unsur hidrokarbon yang berasal dari gas alam. Komponen dari LPG didominasi oleh propana (C3H8) dan butana (C4H10), LPG memiliki kandungan hidrokarbon lain, meskipun dalam jumlah kecil, misalnya etana (C2H6) dan pentana (C5H12). Perbandingan komposisi propana dan butana adalah 30 : 70. LPG lebih berat dari udara dengan berat jenis sekitar 2,01 (dibandingkan dengan udara). Tekanan uap LPG cair dalam tabung sekitar 5 – 6,2 kg/cm2. Nilai kalori sekitar : 21.000 BTU/lb. LPG memiliki bentuk gas dalam kondisi di atmosfer, akan tetapi gas dalam tabung LPG berbentuk cair hal itu dikarenakan gas dipampatkan didalam tabung dan terjadi penurunan suhu.

Proses pembakaran pada LPG memiliki reaksi sebagai berikut:

O H CO O

H

C3 85 23 24 2

propana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas

2.1.9 Media Pembakar

(30)

13

banyak beredar dipasaran dan yang digunakan untuk penelitian tentang water heater.

Gambar 2.3 Media pembakar merk Rinnai menggunakan bahan bakar LPG Spesifikasi media pembakar dengan merk Rinnai sebagai berikut:

Dimensi : 570 (Panjang) x 315 (Lebar) x 168 (Tinggi) Daya pemanasan : 21.8 kW/h High Pressure

Bahan : Besi Tuang

2.1.10 Laju Aliran Kalor yang Ditransfer Oleh Gas

Kalor yang diberikan gas dapat dihitung dengan persamaan (2.1)

gas

q = mgascgas

(2.1) Pada persamaan (2.1):

gas

m : laju aliran massa gas elpiji yang terpakai (kg/s)

gas

c : nilai kalor jenis elpiji (J/kg)

(31)

2.1.11 Laju Aliran Kalor

Laju aliran kalor dalam pipa dapat dinyatakan dalam persamaan (2.2) dan (2.3) Pada persamaan (2.2) dan (2.3):

air

u : kecepatan rata-rata fluida mengalir (m/s)

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

(32)

15

2.1.12 Efisiensi

Untuk mengetahui efisiensi yang dapat dihasilkan water heater, dapat dihitung dengan persamaan:

% 100

x q q

gas air

 (2. 4)

Pada persamaan (2.4):

 : Efisiensi water heater (%)

air

q : Laju aliran kalor yang diterima air (watt)

gas

q : Laju aliran kalor yang diberikan gas (watt)

2.2 Tinjauan Pustaka

2.2.1 Rangkaian water heater yang ada saat ini

Banyak water heater yang beredar dipasaran, perbedaan yang ada pada masing-masing water heater terdapat pada rancangan pipa, karena pada umumnya rancangan pipa suatu water heater mengikuti rancangan water heater maupun rancangan media pembakarnya.

Gambar 2.4 Rangkaian water heater menggunakan inlet dan outlet

(33)

Cara kerja rangakaian water heater pada Gambar 2.2 adalah air masuk ke dalam tabung lalu dipanasi oleh api, air yang dipanasi melalui penampang dalam tabung bukan melalui pipa tembaga yang berpaparan langsung dengan api.

Gambar 2.5 Rangkaian water heater dengan menggunakan blower

(34)

17

Gambar 2.6 Rangkaian water heater tanpa menggunakan blower

Cara kerja water heater pada Gambar 2.4 hampir serupa dengan Gambar 2.3, cara Gambar 2.4 adalah air yang masuk melalui pipa masuk air dipanasi oleh permukaan heat exchanger yang dipanasi oleh api yang terbuat dari tembaga, panas api disebarkan tanpa menggunakan bantuan blower, api merambat secara konduksi. Akibat ada perbedaan suhu antara permukaan heat exchanger dan pipa yang berisi air, terjadi peepindahan panas dari heat exchanger ke air yang berada didalam pipa yang melilit heat exchanger.

2.2.2 Water heater yang ada dipasaran

Beberapa tinjauan untuk water heater dapat di ketahui dari spesifikasi dari

water heater yang beredar dipasaran. Spesifikasi dari water heater yang ada dipasaran diinformasikan sebagai berikut: (a) Water heater X-1, (b) Water heater

X-2, (c) Water heater X-3, (b) Water heater X-4. Merk dagang pada water heater

tidak diperlihatkan

(35)

Water heater X-1

Gambar 2.7 Water heater X-1 Pemasangan : Eksternal/Internal

Ukuran (PxLxT) mm : 425 x 290 x 127

Berat : 6,1 kg

Kapasitas Air Panas : 5 ltr/mnt Konsumsi Gas : 0,6 kg/jam

Ignition : Baterai Ukuran D Tekanan Gas : Low Pressure, 28 mBar Jumlah Outlet : 1

Outlet Gas : 1/2 inchi Outlet Air Dingin : 1/2 inchi Outlet Air Panas : 1/2 inchi

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

(36)

19

Water heater X-2

Gambar 2.8 Water heater X-2

Pemasangan : Eksternal/Internal Ukuran (PxLxT) mm : 369 x 290 x 127

Berat : 6,1 kg

Kapasitas Air Panas : 5-8 ltr/mnt Konsumsi Gas : 0,5 kg/jam

Ignition : Baterai Ukuran D Tekanan Gas : Low Pressure, 28 mBar Jumlah Outlet : 1 - 2

Outlet Gas : 1/2 inchi Outlet Air Dingin : 1/2 inchi Outlet Air Panas : 1/2 inchi Tekanan Air Min : 0,2 Bar

Suhu : 60°C

(37)

Water heater X-3

Gambar 2.9 Water heater X-3

Jenis : Instan

Pemasangan : Vertikal Sumber pemanas : Gas Bahan pipa saluran : Tembaga Kapasitas (liter) : 6 liter / menit Tekanan air maks : 0,8

Diameter pipa (inch) : 0,4

Suhu : 75°C

Kalori (kcal/h) : 8600 Input gas (kg/h) : 0,78

2.2.3 Hasil Penelitian Water heater Gas LPG

Putra, P. H (2012) telah melakukan Penelitian water heater gas LPG yang

berjudul “Water heater Dengan Panjang Pipa 20 Meter Dan 300 Lubang Masuk

Udara Pada Dinding Luar” yang bertujuan : (a) Merancang dan membuat water

(38)

21

heater, (c) Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor yang diterima oleh air, (d) mendapatkan hubungan antara debit air dengan efisisensi water heater. Penelitian tersebut dilakukan dengan batasan-batasan sebagai berikut : (a) Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, (b) Diameter pada dinding luar 25 cm, (c) Diameter pada dinding dalam 20 cm, (d) Panjang pipa 20 meter, (e) Diameter bahan pipa 3/8 inci, (f) 300 lubang masuk udara pada dinding luar, (g) 1005 lubang pada dinding dalam water heater, (h) 6 buah sirip dari pipa berdiameter 3/8 inci, (i) Variasi dilakukan pada besarnya debit air masuk water heater. Dari hasil penelitian tersebut didapatkan : (a) Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran , yang mampu menghasilkan panas dengan temperature 42,9 C pada debit 10 liter/menit (b) Hubungan antara debit air yang mengalir (m) dengan temperature air keluar water heater ( ) dapat dinyatakan dengan persamaan = -0,027

+ 1,126 – 16,52 m + 129,9 (m dalam liter/menit, dalam C) dan = 0,997. (c) Hubungan antara debit air yang mengalir dengan laju perpindahan kalor dinyatakan dengan persamaan = 17,09 + 489 + 439 m + 3654 (m dalam liter/menit, dalam watt) dan = 0,94. (d) Hubungan antara debit air yang mengalir dengan efisisensi water heater dapat dinyatakan dengan persamaan = 0,077 - 2,208 + 19,84 m + 16,50 ( m dalam liter/menit,  dalam %)

dan = 0,94.

(39)

22

BAB III

PEMBUATAN ALAT

3.1 Persiapan

Pada proses awal pembuatan water heater dengan panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip adalah pembuatan desain water heater dengan 2 tabung yaitu tabung dalam dan tabung luar serta memberi lubang udara pada tiap-tiap permukaan tabung dalam dan tabung 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 pembakar/ burner.

3.2 Bahan Water heater

Bahan – bahan yang digunakan dalam pembuatan water heater menggunakan sirip adalah :

1. Pipa tembaga dengan diameter 0,5 inchi sebagai saluran air. 2. Baut dan mur.

3. Plat galvalum 4. Besi strip

(40)

23

Gambar 3.1 Baut dan Mur

Gambar 3.2 Plat Galvalum

Gambar 3.3 Plat strip

(41)

Gambar 3.4 Besi nako

3.3Sarana dan Alat yang Digunakan

Sarana dan alat-alat yang digunakan untuk proses pembuatan water heater

dengan panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip adalah:

1. Gerinda berfungsi sebagai pemotong sekaligus untuk merapikan bagian water heater setelah proses pengelasan.

2. Bor digunakan untuk membuat lubang udara pada water heater. 3. Gergaji digunakan untuk memotong besi strip dan besi nako.

4. Penekuk pipa tembaga digunakan untuk menekuk pipa agar berbentuk spiral/ helix.

5. Tang digunakan untuk menjepit pipa tembaga untuk pembuatan sirip. 6. Paku keling digunakan untuk menjepit besi strip dengan plat galvalum. 7. Las listrik berfungsi sebagai penyambung besi strip dan nako.

8. Gunting Plat digunakan untuk memotong plat galvalum berukuran besar. 9. Gunting Besi digunakan untuk memotong plat galvalum berukuran kecil. 10.Meteran digunakan untuk menentukan ukuran plat galvalum, nako besi dan

(42)

25

11.Jangka Sorong digunakan untuk mengukur pada bagian water heater secara detail.

3.4 Proses Pengerjaan Alat

Dalam proses pengerjaan alat terdapat tahap-tahap pembuatan sebagai berikut:

3.4.1 Persiapan Menyiapkan Rancangan Water heater

Dalam merancang pembuatan desain water heater menggunakan sirip dapat dilakukan dengan proses manual maupun dapat menggunakan software.

3.4.2 Menyiapkan Alat-Alat dan Bahan

Setelah rancangan water heater menggunakan sirip sudah selesai maka, perlu menyiapkan alat dan bahan penunjang untuk pembuatan alat.

3.4.3 Pemotongan Pipa Tembaga

Pemotongan pipa tembaga menggunakan alat khusus untuk memotong pipa, tujuan memotong pipa dengan alat khusus adalah untuk mempermudah memotong pipa tembaga dan hasilnya lebih rapih dan baik.

(43)

Gambar 3.5 Proses pemotongan pipa 3.4.4 Pelingkaran Pipa

Pipa tembaga yang pada awalnya berbentuk lurus menjadi bentuk melingkar dengan ukuran diameter dalam 160 mm dan diameter luar 190 mm pada tahap ini pelingkaran menggunakan alat penekuk pipa khusus tembaga.

Gambar 3.6 Proses pelingkaran pipa

(44)

27

3.4.5 Pembuatan Tabung Luar dan Tabung Dalam

Pembuatan rangka tabung dalam dan luar, tinggi tabung dalam dan luar setinggi 350 mm dengan dua besi strip penyangga pada masing-masing tabung, kemudian dilanjutkan dengan proses pemasangan selimut/ plat galvalum pertama-tama pada tabung dalam dengan kondisi pipa tembaga beserta sirip telah dimasukan pada rangka tabung dalam, ukuran selimut/ plat galvalum yang diperlukan untuk tabung diameter dalam berukuran 870 mm x 350 mm, pada plat strip penyangga rangka dilekatkan plat galvalum kemudian dilakukan proses pemboran berjumlah 5 titik dengan jarak 60 mm pada tiap titik kemudian diberi paku keling, setelah hampir menutupi rangka dilakukan pemotongan plat untuk jalur pipa masuk dan pipa keluar, setelah proses ini telah berlangsung dilakukan proses pemboran pada besi nako dan pemberian paku keling, proses untuk rangka diameter luar hampir sama namun untuk ukuran luas selimut, rangka luar membutuhkan selimut/ plat galvalium berukuran 975 mm x 350 mm.

Gambar 3.7 Rancangan water heater bagian dalam

(45)

3.4.6 Saluran Udara Masuk

Dilakukan pemboran pada dinding rangka luar dan rangka dalam, hal ini dimaksudkan agar sirkulasi udara lancar dan udara dapat masuk ke dalam tabung dalam sebagai syarat proses pembakaran untuk menghasilkan panas yang optimal.

Gambar 3.8 Proses pembuatan lubang

3.4.7 Pembuatan Dudukan Pipa

Memotong plat strip dengan panjang 20 mm sebanyak 2 buah untuk dudukan pipa tembaga di bagian dalam hal ini dimaksudkan agar pipa tidak banyak bergerak ketika terjadi guncangan akibat pengangkatan/ proses pembawaan yang berdampak pada deformasi pipa-pipa yang merugikan. Pemasangan plat strip sepanjang 20 mm menggunakan las listrik pada bagian atas dan bagian bawah pipa tembaga.

3.4.8 Penutup Tabung

(46)

29

dilanjutkan pemasangan baut dengan posisi kepala baut menghadap ke atas dengan bersamaan dengan mur agar baut dapat berdiri dengan sempurna, kemudian dilanjutkan dengan pembuatan penutup, pembuatan penutup terbuat dari plat strip dengan rangka model silang dengan diameter 300 mm serta dilanjutkan dengan pemasangan plat galvalum pada rangka penutup dengan memotong plat galvalum secara melingkar dengan diameter 300 mm, proses selanjutnya adalah melakukan pemasangan secara permanen dengan menggunakan paku keling dengan mula-mula dilakukan pemboran pada plat galvalum dan rangka penutup sebanyak 4 titik pada tiap plat strip dengan jarak rata-rata antar titik 75 mm, lalu pemasangan mur pada penutup tabung dilakukan setelah dilakukan proses pemboran dengan mesin bor lalu pada permukaan plat strip dipasang dengan mur kemudian dilakukan pengelasan listrik.

3.4.9 Tabung Udara Dalam

Pembuatan tabung dalam dibuat menyerupai tabung yang pada permukaannya diberi lubang udara, ukuran tinggi tabung dalam setinggi 350 mm dan berdiameter 100 mm.

3.5Hasil Pembuatan

Hasil pembuatan dapat dilihat pada lampiran.

3.6Kesulitan Dalam Pengerjaan

Adapun kesulitan-kesulitan dalam proses pembuatan water heater

menggunakan sirip, antara lain adalah :

(47)

1. Memasukan pipa tembaga kebagian dalam water heater.

2. Pembentukan pipa spiral, mengalami kesulitan pada saat melengkungkan pipa agar berbentuk spiral.

3.7Pengujian Alat Water heater Dengan Panjang Pipa 14 Meter, Diameter

0,5 Inchi Dan Bersirip.

Pada pengujian alat, pembakar/ burner memerlukan pasokan gas dari gas tabung untuk melakukan proses pembakaran, kemudian water heater diletakan diatas pembakar/ burner dengan meletakan dudukan pembakar dengan tabung bagian luar sejajar, hal ini dimaksudkan agar pada proses pembakaran api dapat dengan baik membakar pipa pipa didalamnya. Pada tiap lubang pipa masuk dan keluar diberi selang, pada pipa masuk disambung pada keran air yang mengalirkan air.

Gambar 3.10 Pengambilan data

(48)

31

hasil yang dikeluarkan suhu air yang dihasilkan akan semakin tinggi, maupun kebalikannya pada proses tersebut. Perhitungan suhu pada air yang dihasilkan dilakukan diujung pipa keluar dengan menggunakan APPA, perhitungan suhu air pada variabel debit masuk yang diubah-ubah/ tidak konstan dilakukan proses pemanasan sementara, proses itu dilakukan karena pada tiap debit yang diubah-ubah maka dibutuhkan juga waktu pemanasan yang berbeda-beda, pada tiap-tiap variable rata-rata waktu pemanasan air membutuhkan waktu 5menit untuk menghasilkan panas maksimal yang dapat dihasilkan oleh water heater dengan panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip.

(49)

32

BAB IV

METODOLOGI PENELITIAN

4.1 Benda Uji

Rancangan benda uji water heater dengan menggunakan bahan plat galvalum dan pipa tembaga terlampir pada lampiran.

4.2 Skematik Alat Penelitian

Skematis pengujian pada water heater telah tergambar dan dijelaskan pada Gambar 4.7.

Gambar 4.1 Skema water heater

Keterangan:

1. Tabung gas LPG 2. APPA

(50)

33

4. Water heater

5. Kompor 6. Gelas ukur

Pada Gambar 4.7 air yang masuk kedalam water heater dipasok dari keran, air mengalir masuk ke dalam pipa water heater yang mengalami kenaikan suhu oleh adanya panas dari kompor. LPG digunakan sebagai pemasok bahan bakar untuk kompor agar pembakaran dapat terjadi. Saat air mengalir keluar maka suhu air diukur menggunakan APPA.

4.3 Alat Bantu Penelitian

Alat – alat yang digunakan dalam penelitian ini sebagai berikut : 1. APPA sebagai alat pengukur suhu air yang keluar dari water heater.

2. Kompor dan gas LPG sebagai pengatur debit gas sekaligus menjadi penyuplai kalor.

3. Kran sebagai pengatur debit air.

4. Klem sebagai pengunci antara sambungan-sambungan water heater dengan

selang air.

5. Selang air sebagai penyambung dari kran ke pipa tembaga masuk water heater.

6. Kalkulator dan alat tulis,digunakan untuk menulis dan mengolah data.

7. Penyangga sebagai tumpuan water heater.

8. Stopwatch sebagai penunjuk waktu.

9. Gelas ukur sebagai tempat penampung fluida dan juga pengukur banyaknya air permenit.

(51)

10.Timbangan sebagai penimbang berat LPG.

4.4Alur Penelitian

Penelitian water heater dapat dijabarkan pada urutan berikut ini; 1. Perancangan alat

2. Pembelian bahan dan alat 3. Pembuatan alat

4. Pengambilan data terkait water heater dengan 3 variasi penutup. 5. Pengolahan data dan pembahasan.

4.5 Variasi Penelitian

Variasi dilakukan terhadap besar kecilnya debit air dengan 10 variasi debit yang masuk ke dalam water heater dengan debit gas yang konstan pada water heater, serta variasi dilakukan pada penutup water heater. Variasi pertama pada keadaan penutup tertutup penuh, variasi kedua pada keadaan penutup terbuka sebesar 10 putaran dan variasi ketiga pada keadaan penutup terbuka 20 putaran.

4.6 Cara Mendapatkan Data

(52)

35

perubahan debit air. Serta menghitung konsumsi gas dengan menggunakan timbangan digital.

4.7 Cara Mengolah Data

Dengan data-data yang diperoleh, maka data dapat diolah. Data - data kemudian dipergunakan untuk mengetahui :

1. Hubungan antara debit air dengan suhu air yang keluar dari water heater. 2. Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang keluar water heater. 3. Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater.

4.8 Cara Mendapatkan Kesimpulan

Persamaan hubungan antara debit air dengan suhu air dari water heater

menggunakan sirip berbahan bakar LPG dapat dilakukan dengan mempergunakan fasilitas dari Microsoft Excel.

(53)

36 menggunakan kerja maksimal pembakar/ kompor dengan menggunakan pasokan air dari kran.

Tabel 5.1 Hasil pengujian dengan posisi penutup tertutup rapat

No Debit air

(54)

37

Tabel 5.3 pengujian dengan posisi penutup dinaikan sebesar 20 putaran (35mm) tersaji pada Tabel 5.1-5.3. Data lain yang dipergunakan adalah :

Kalor jenis air (cp) = 4179 J/(kgoC) Laju aliran massa (mgas) = 0,044 kg/menit

(55)

Massa jenis air (ρ) = 1000 kg/m3

Diameter pipa tembaga = 0,5 inchi (0,0127 meter)

Kapasitas panas gas (Cgas) = 11900 kkal (=11900 x 4186,6 J/kg)

5.2.1 Perhitungan Kecepatan air rata rata ( um )

Perhitungan kecepatan air rata rata um yang mengalir di dalam saluran pipa air tembaga berukuran 0,5 inchi menggunakan persamaan (5.1)

debit air dikonversi menjadi satuan m3/s.

(56)

39

5.2.2 Perhitungan laju aliran massa air ( ̇ )

Perhitungan laju aliran massa air mair di dalam saluran pipa mempergunakan persamaan (2.3)

massajenisluaspenampangkecepatanair

mair

Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 24 liter/menit (Tabel 5.1)

x

kg s

Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap terdapat pada Tabel 5.4 – 5.6.

5.2.3 Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air

Perhitungan laju aliran kalor yang diserap oleh air di dalam saluran pipa mempergunakan persamaan (2.2)

air

q lajualiranmassaairkalor jenisair

ToutTni

watt

mair.cair

ToutTin

watt

Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 24 liter/menit (Tabel 5.1)

 

0,4 4179



31,325,9

Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap terdapat pada Tabel 5.4 – 5.6.

(57)

5.2.4 Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas

5.2.5 Efisiensi water heater

Perhitungan Efisiensi (η) kompor gas dapat menggunakan persamaan (2.4)

dengan menggunakan microsoft office excel.

Tabel 5.4 Hasil perhitungan pada penutup tertutup penuh

(58)

41

Tabel 5.5 Hasil perhitungan pada penutup terbuka 10 putaran

No Debit air

Tabel 5.6 Hasil perhitungan pada penutup terbuka 20 putaran

(59)

Dari Tabel 5.4-5.6 Hubungan debit air dengan suhu air yang keluar dapat di buat dan hasilnya disajikan pada Gambar 5.1-5.3. Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor water heater dapat dibuat dan hasilnya disajikan dalam bentuk grafik pada Gambar 5.4-5.6. Gambar 5.6-5.8 memberikan informasi tentang hubungan efisiensi water heater dengan debit air.

Gambar 5.1 Hubungan Debit air dengan suhu air keluar pada kondisi penutup tertutup penuh

Gambar 5.2 Hubungan Debit air dengan suhu air keluar pada kondisi penutup terbuka 10 putaran

Debit air, (Q) liter/menit

Tout = 99,26(Q)-0,34

(60)

43

Gambar 5.3 Hubungan Debit air dengan suhu air keluar pada kondisi penutup terbuka 20 putaran

Gambar 5.4 Hubungan Debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air pada kondisi penutup tertutup penuh.

Debit air (Q), liter/menit

(61)

Gambar 5.5 Hubungan Debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air pada kondisi penutup terbuka 10 putaran.

(62)

45

Gambar 5.7 Hubungan Debit air dengan efisiensi pada kondisi penutup tertutup rapat.

(63)

Gambar 5.9 Hubungan Debit air dengan efisiensi pada kondisi penutup terbuka 20 putaran.

5.8 Pembahasan

Dari hasil penelitian pada Gambar 5.1 – Gambar 5.3 hubungan suhu air keluar dengan debit air dapat diketahui bahwa apabila debit semakin kecil maka suhu keluar akan semakin besar, hal itu dapat dinyatakan dengan persamaan,

1. Untuk kondisi penutup tertutup penuh

Tout = 112,8(Q)-0,4

R² = 0,984 (5.2) 2. Untuk kondisi penutup terbuka 10 putaran

Tout = 99,26(Q)-0,34

R² = 0,945 (5.3) 3. Untuk kondisi penutup terbuka 20 putaran

Tout = 103,5(Q)-0,36

(64)

47

Persamaan 5.3, berlaku untuk 1,44 liter/menit < Debit air < 48,4 liter/menit pada tekanan udara sekitar berkisar 1 atmosfer pada suhu air masuk 25,9°C, pada kondisi penutup terbuka 10 putaran.

Persamaan 5.4, berlaku untuk 2,1 liter/menit < Debit air < 40 liter/menit pada tekanan udara sekitar berkisar 1 atmosfer pada suhu air masuk 25,9°C, pada kondisi penutup terbuka 20 putaran.

Hasil penelitian terhadap water heater dengan panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip dapat dinyatakan dapat bersaing di pasaran dan dapat digunakan secara efektif dan efisien dibanding dengan menggunakan cara konvensional. Pada variasi penelitian terhadap penutup water heater, variasi yang menghasilkan debit dan suhu air yang baik adalah pada kondisi penutup tertutup penuh. Dipasaran water heater dengan debit 6 liter/menit, suhu air keluar dari

water heater hanya berkisar antara 40°C sedangkan pada water heater dengan panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip pada kondisi penutup tertutup penuh water heater dapat menghasilkan debit air 8,4 liter/menit dengan suhu air keluar 42,3ºC, namun penggunaan konsumsi gas untuk water heater ini hampir tiga kali lipat dari konsumsi gas yang dibutuhkan oleh water heater yang ada dipasaran yaitu sebesar 2,64 kg/h.

Dari Gambar 5.4 laju aliran kalor yang diterima air bergantung pada debit air yang mengalir. Semakin besar debit air yang mengalir, semakin sedikit laju aliran kalor yang diterima air, tetapi setelah debit > 15 liter/menit, semakin besar debit air yang mengalir laju aliran kalor yang diterima semakin rendah.

(65)

Pada Gambar 5.5 - Gambar 5.6 laju aliran kalor yang diterima semakin meningkat terhadap debit yang semakin meningkat, namun pada debit < 10 liter/ menit, semakin sedikit debit air yang mengalir, laju aliran kalor yang diterima semakin rendah namun beberapa bersifat fluktuaktif. Hubungan antara laju aliran kalor q (dalam kJ) dengan debit air (dalam liter/menit), dapat dinyatakan dengan persamaan :

1. Kondisi penutup tertutup penuh

qair = -0,010(Q)2 +0,306(Q) + 8,927 (5.5) 2. Kondisi penutup terbuka 10 putaran

qair= 0,001(Q)2 + 0,026(Q) + 9,216 (5.6) 3. Kondisi penutup terbuka 20 putaran

qair = -0,002(Q)2 .+ 0,108(Q) + 9,613 (5.7)

Persamaan 5.5, berlaku untuk 1,5 liter/menit < Debit air < 42 liter/menit pada tekanan udara sekitar berkisar 1 atmosfer pada suhu air masuk 25,9°C. Nilai qair tertinggi terletak pada debit 9,96 liter/menit.

Persamaan 5.6, berlaku untuk 1,44 liter/menit < Debit air < 48,4 liter/menit pada tekanan udara sekitar berkisar 1 atmosfer pada suhu air masuk 25,9°C. Nilai

qair tertinggi terletak pada debit 48,4 liter/menit.

Persamaan 5.7, berlaku untuk 2,1 liter/menit < Debit air < 40 liter/menit pada tekanan udara sekitar berkisar 1 atmosfer dan pada suhu air masuk 25,9°C. Nilai

qair tertinggi terletak pada debit 13,4 liter/menit.

(66)

49

Pada Gambar 5.7 - Gambar 5.9 nampak bahwa besarnya efisiensi water heater

bergantung pada debit air yang mengalir. Hubungan antara efisiensi water heater

dengan debit air dapat dinyatakan dengan persamaan : 1. Untuk kondisi penutup tertutup penuh

Efisiensi = -0,028(Q)2 + 0,838(Q) + 24,43 (5.8) 2. Untuk kondisi terbuka 10 putaran

Efisiensi = 0,001(Q)2 +0,073(Q) + 25,22 (5.9) 3. Untuk kondisi terbuka 20 putaran

Efisiensi = -0,005(Q)2 + 0,295(Q) + 26,31 (5.10)

Persamaan 5.8, berlaku untuk 1,5 liter/menit < Debit air < 42 liter/menit pada tekanan udara 1 atmosfer dan pada suhu air masuk 25,9°C. Nilai efisiensi berkisar 20,62% - 34,37%.

Persamaan 5.9, berlaku untuk 1,44 liter/menit < Debit air < 48,4 liter/menit pada tekanan udara 1 atmosfer dan pada suhu air masuk 25,9°C. Nilai efisiensi berkisar 19,88% - 32,39%

Persamaan 5.10, berlaku untuk 2,1 liter/menit < Debit air < 40 liter/menit pada tekanan udara 1 atmosfer dan pada suhu air masuk 25,9°C. Nilai efisiensi berkisar 24,74% - 30,14%.

Nilai efisiensi terbesar sebesar 34,37% terdapat pada kondisi water heater

dalam kondisi tertutup penutup secara penuh. Nilai efisiensi water heater tidak dapat 100% karena panas yang dihasilkan dari pembakar terbuang ke udara luar melalui celah pada bagian penutup water heater dan sebagian diserap oleh tabung

water heater.

(67)

Gambar 5. 10 Perbandingan debit air dengan suhu air keluar dengan 3 variasi percobaan

Pada Gambar 5. 10 tampak perbandingan suhu air keluar dengan debit water heater memiliki beberapa perbedaan yang tidak cukup signifikan. Untuk penggunaan produktifitas dengan debit air yang tinggi dengan suhu air yang cukup baik dalam rata-rata penggunaan, maka penggunaan dengan variasi penutup tertutup penuh adalah variasi yang terbaik dengan mengambil rata-rata data dengan nilai R² mencapai nilai 0,993. Pada kondisi penutup terbuka 10 putaran R² = 0,945 dan 20 putaran R² = 0,933 masih dibawah regresi berganda dari water heater dengan kondisi tertutup penuh, maka hasil dari hubungan dua variabel antara debit air dan suhu keluar pada pembukaan tutup sebesar 10 putaran dan 20 putaran tidak sebaik dengan kondisi water heater tertutup penuh, hal ini diakibatkan adanya perubahan suhu udara luar/ suhu alam pada saat pengambilan data maka data pengambilan data tidak sebaik dengan hasil regresi berganda dari

(68)

51

pada kondisi penutup terbuka 10 putaran memiliki 5,5 % kesalahan yang dapat dijelaskan oleh faktor lain diluar dari pengambilan data dan memiliki keakuratan sebesar 94,5%, selain itu kondisi water heater pada saat penutup terbuka 20 putaran memiliki 6,7% kesalahan dan memiliki keakuratan sebesar 93,3%. Untuk penggunaan water heater heater dengan debit rendah sampai dengan menengah ( 0 liter/ menit – 14 liter/ menit) maka variasi yang tepat adalah menggunakan variasi penutup terbuka 10 putaran dengan mengabaikan nilai R2 pada regresi, penggunaan (> 14 liter/ menit – 50 liter/ menit) maka variasi yang tepat menggunakan variasi penutup tertutup penuh dengan mengabaikan nilai R2 pada regresi.

Gambar 5. 11 Perbandingan debit air dengan qair dengan 3 variasi percobaan.

Pada Gambar 5. 11 tampak perbandingan debit air dengan qair memiliki beberapa perbedaan yang sangat signifikan. Untuk penggunaan produktifitas dengan debit air yang tinggi dengan qair yang cukup baik dalam rata-rata penggunaan maka penggunaan dengan variasi penutup tertutup 20 putaran yang

(69)

terbaik, dari hubungan dua variabel antara debit air dan qair pada pembukaan tutup sebesar 10 putaran dan kondisi tertutup penuh tidak sebaik dengan kondisi water heater terbuka 20 putaran, hal ini diakibatkan adanya laju aliran kalor yang tidak stabil dan tidak dapat diserap air serta panas yang ditransfer dari pembakar hilang akibat adanya hembusan angin disekitar, suhu lingkungan yang rendah disekitar

water heater, panas yang harusnya diterima air melalui pipa tembaga mengalir ke udara luar, serta kondisi penutup terbuka menyebabkan panas dari pembakar dengan mudah keluar melalui celah penutup water heater yang terbuka, maka data pengambilan data tidak sebaik dengan hasil dibanding dengan kondisi terbuka 20 putaran.

Keterangan : Simbol berwarna biru adalah dalam kondisi tertutup penuh. Simbol berwarna merah adalah dalam kondisi terbuka 10 putaran. Simbol berwarna hijau adalah dalam kondisi terbuka 20 putaran. Gambar 5. 12 Perbandingan debit air dengan efisiensi dengan 3 variasi percobaan

(70)

53

Pada Gambar 5. 12 tampak perbandingan debit air dengan efisiensi memiliki beberapa perbedaan yang sangat signifikan terutama pada variasi kondisi penutup tertutup penuh dengan kondisi penutup terbuka 10 putaran. Untuk penggunaan produktifitas dengan debit air yang tinggi dengan efisiensiyang cukup baik dalam rata-rata penggunaan maka penggunaan dengan variasi penutup terbuka 10 putaran yang terbaik, hasil dari hubungan dua variabel antara debit air dan efisiensi pada pembukaan tutup sebesar 20 putaran dan kondisi tertutup penuh tidak sebaik dengan kondisi water heater terbuka 10 putaran, hal ini diakibatkan adanya laju aliran kalor yang tidak stabil dan tidak dapat diserap air, panas yang ditransfer dari pembakar hilang akibat adanya hembusan angin disekitar, suhu lingkungan yang rendah disekitar water heater, panas yang harusnya diterima air melalui pipa tembaga mengalir ke udara luar serta kondisi penutup terbuka menyebabkan panas dari pembakar dengan mudah keluar melalui celah penutup

water heater yang terbuka, maka dari nilai laju aliran kalor yang diserap air hanya sedikit jika di bandingkan dengan laju aliran kalor yang ditransfer oleh gas/ pembakar yang menghasilkan nilai efisiensi pada water heater rendah. Untuk penggunaan water heater dengan debit rendah, variasi penutup tertutup penuh memiliki kondisi yang lebih baik dibanding dengan 2 variasi lainnya.

(71)

54

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan

Setelah dilakukan penelitian terhadap karakteristik water heater dengan panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Water heater dengan spesifikasi panjang pipa 14 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip dapat dirancang dan dibuat dengan baik.

2. Hasil terbaik dalam variasi penutup antara debit air yang masuk dengan temperatur air yang mengalir dinyatakan dengan persamaan :

Tout = 112,8(Q)-0,4

R² = 0,984

Persamaan ini berlaku untuk 1,5 liter/menit < Debit air < 42 liter/menit pada tekanan udara 1 atmosfer dan pada suhu air masuk 25,9°C pada variasi penutup tertutup penuh.

3. Hasil terbaik dalam variasi penutup antara debit air yang masuk dengan laju aliran kalor yang diperlukan dinyatakan dengan persamaan :

qair = 0,001(Q)2 + 0,026(Q) + 9,216

(72)

55

4. Hasil terbaik dalam variasi penutup antara debit air yang masuk dengan efisiensi water heater yang diperlukan dinyatakan dengan persamaan :

Efisiensi = -0,028(Q)2 + 0,838(Q) + 24,43

Persamaan ini berlaku untuk 1,5 liter/menit < Debit air < 42 liter/menit pada tekanan udara sekitar berkisar 1 atmosfer dan pada suhu air masuk 25,9°C pada variasi penutup tertutup penuh.

5. Kalor yang diberikan gas LPG sebesar 36,535 kW.

6. Untuk variasi penutup water heater, dengan kondisi variasi penutup tertutup penuh adalah variasi yang terbaik.

6.2 Saran

Adapun beberapa saran yang dapat menjadikan pengembangan dan perbaikan hasil pembuatan water heater :

1. Penelitian dapat dikembangkan dengan variasi bentuk sirip, atau dengan bahan sirip yang berbeda serta jumlah lubang udara yang bervariasi agar udara dapat masuk kedalam water heater.

2. Penelitian dapat mempertimbangkan kerenggangan pada pipa spiral, hal ini dimaksudkan agar udara dapat masuk ke dalam celah tersebut dan panas dapat menyebar dengan baik.

3. Penelitian dapat mempertimbangkan bahan untuk pembuatan tabung agar bahan tersebut tidak mudah menyerap panas dari pembakar agar panas dari pembakar dapat dialirkan dengan baik ke permukaan pipa.

(73)

56

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. (2012), Spesifikasi Water heater,

http://www.sinarelectric.com/WATERHEATERREU-55.html.

Holman, J.P. (1993) : Heat Transfer: Sixth Edition, McGraw-Hill Companies Inc, New York.

Iriana, O. (2011), Tabel Konduktifitas Thermal,

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

Keith, F . (1997) : Prinsip-prinsip Perpindahan Kalor, Edisi Ketiga; Penerbit Erlangga, Jakarta.

Koestoer, R. A (2002) : Perpindahan Kalor; Salemba Teknika. Jakarta. Pratama, H. A. (2011) : Komposisi Udara,

http://id.scribd.com/doc/48627618

Putra, P. H. (2012) : Water Water heater Dengan Panjang Pipa 20 Meter Dan Lubang Masuk Udara Pada Dinding Luar, Universitas Sanata

Dharma, Yogyakarta- Indonesia.

(74)
(75)
(76)

Figur

Tabel 2.1   Tabel Konduktifitas Thermal  .......................................................

Tabel 2.1

Tabel Konduktifitas Thermal ....................................................... p.14
Gambar 5.6   Hubungan Debit air dengan laju aliran kalor

Gambar 5.6

Hubungan Debit air dengan laju aliran kalor p.16
Tabel 2.1. Tabel Konduktifitas Thermal

Tabel 2.1.

Tabel Konduktifitas Thermal p.24
Gambar 2.1 Efisiensi sirip segitiga dan siku empat ( sumber: Holman, J.P,

Gambar 2.1

Efisiensi sirip segitiga dan siku empat ( sumber: Holman, J.P, p.25
Gambar 2.2 Efisiensi sirip siku empat ( sumber: Holman, J.P, 1993,

Gambar 2.2

Efisiensi sirip siku empat ( sumber: Holman, J.P, 1993, p.26
Tabel 2.2.Data Pemanasan dan Efisiensi Apparatus Bahan Bakar

Tabel 2.2.Data

Pemanasan dan Efisiensi Apparatus Bahan Bakar p.27
Tabel 2.3. Komposisi Udara keadaan kering

Tabel 2.3.

Komposisi Udara keadaan kering p.28
Gambar 2.3 Media pembakar merk Rinnai menggunakan bahan bakar LPG

Gambar 2.3

Media pembakar merk Rinnai menggunakan bahan bakar LPG p.30
Gambar 2.4 Rangkaian water heater menggunakan inlet dan outlet

Gambar 2.4

Rangkaian water heater menggunakan inlet dan outlet p.32
Gambar 2.5 Rangkaian water heater dengan menggunakan blower

Gambar 2.5

Rangkaian water heater dengan menggunakan blower p.33
Gambar 2.6 Rangkaian water heater tanpa menggunakan blower

Gambar 2.6

Rangkaian water heater tanpa menggunakan blower p.34
Gambar 2.7 Water heater X-1

Gambar 2.7

Water heater X-1 p.35
Gambar 2.8 Water heater X-2

Gambar 2.8

Water heater X-2 p.36
Gambar 3.4 Besi nako

Gambar 3.4

Besi nako p.41
Gambar 3.5 Proses pemotongan pipa

Gambar 3.5

Proses pemotongan pipa p.43
Gambar 3.7 Rancangan  water heater bagian dalam

Gambar 3.7

Rancangan water heater bagian dalam p.44
Gambar 3.8 Proses pembuatan lubang

Gambar 3.8

Proses pembuatan lubang p.45
Gambar 3.10 Pengambilan data

Gambar 3.10

Pengambilan data p.47
Gambar 4.7.

Gambar 4.7.

p.49
Tabel 5.2 Hasil pengujian dengan posisi penutup dinaikan

Tabel 5.2

Hasil pengujian dengan posisi penutup dinaikan p.53
Tabel 5.3 pengujian dengan posisi penutup dinaikan

Tabel 5.3

pengujian dengan posisi penutup dinaikan p.54
Tabel 5.4 Hasil perhitungan pada penutup tertutup penuh

Tabel 5.4

Hasil perhitungan pada penutup tertutup penuh p.57
Tabel 5.5 Hasil perhitungan pada penutup terbuka 10 putaran

Tabel 5.5

Hasil perhitungan pada penutup terbuka 10 putaran p.58
Gambar 5.1 Hubungan Debit air dengan suhu air keluar pada kondisi

Gambar 5.1

Hubungan Debit air dengan suhu air keluar pada kondisi p.59
Gambar 5.3 Hubungan Debit air dengan suhu air keluar pada kondisi

Gambar 5.3

Hubungan Debit air dengan suhu air keluar pada kondisi p.60
Gambar 5.5 Hubungan Debit air dengan laju aliran kalor yang diterima

Gambar 5.5

Hubungan Debit air dengan laju aliran kalor yang diterima p.61
Gambar 5.7 Hubungan Debit air dengan efisiensi pada kondisi

Gambar 5.7

Hubungan Debit air dengan efisiensi pada kondisi p.62
Gambar 5.9 Hubungan Debit air dengan efisiensi pada kondisi

Gambar 5.9

Hubungan Debit air dengan efisiensi pada kondisi p.63
Gambar 5. 10 Perbandingan debit air dengan suhu air keluar

Gambar 5.

10 Perbandingan debit air dengan suhu air keluar p.67
Gambar 5. 11 Perbandingan debit air dengan qair dengan 3 variasi percobaan.

Gambar 5.

11 Perbandingan debit air dengan qair dengan 3 variasi percobaan. p.68

Referensi

Memperbarui...

Outline : Pembahasan