WATER HEATER BERPENUTUP GAS BUANG DENGAN 160 LUBANG UDARA DAN PANJANG PIPA 10 METER BERTENAGA GAS LPG

(1)

WATER HEATER BERPENUTUP GAS BUANG DENGAN 160

LUBANG UDARA DAN PANJANG PIPA 10 METER

BERTENAGA GAS LPG

SKRIPSI

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

Diajukan oleh

GALIH KRISTIANTO NIM : 105214035

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(2)

ii

A WATER HEATER CLOSED BY AN EXHAUST WHICH HAS

160 AIR INTAKE HOLES AND 10 METERS LENGTH OF PIPE

POWERED BY LPG

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By

GALIH KRISTIANTO STUDENT NUMBER : 105214035

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

(3)

iii

WATER HEATER BERPENUTUP GAS BUANG DENGAN 160

LUBANG UDARA DAN PANJANG PIPA 10 METER

BERTENAGA GAS LPG

(4)

iv :

: .

(5)

v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Skripsi ini tidak terdapat karya

yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan

Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat

yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis

diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 14 Juli 2014

(6)

vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata

Dharma :

Nama : Galih Kristianto

Nomor Mahasiswa : 105214035

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada

Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :

Water Heater Berpenutup Gas Buang dengan 160 Lubang Udara dan Panjang

Pipa 10 Meter Bertenaga Gas LPG

Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan

Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan

dalam bentuk media yang lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk

kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan

royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

Yang menyatakan,

(7)

vii

ABSTRAK

Kebutuhan air panas tidak dapat dipungkiri lagi, hampir semua kalangan membutuhkannya untuk menunjang kegiatannya. Oleh karena itu dilakukan penelitian dengan tujuan : (a) Mendapatkan hubungan antara debit air mengalir dengan suhu keluar water heate, (b) Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor, (c)menghitung kalor yang diberikan gas LPG pada water heater, (d) Menghitung kalor yang diterima air, (e) Menghitung efisiensi water heater.

Penelitian yang dilakukan di Kampus III Universitas Sanata Dharma Yogyakarta adalah menguji water heater dengan variasi tutup gas buang setinggi 1 cm, 2 cm, dan 3 cm. Water heater yang dibuat memiliki dimesi tinggi 37 cm, diameter tabung paling luar 3 cm, diameter tabung tengah 26 cm, diameter tabung paling dalam 9 cm, 160 lubang udara pada tabung terluar, panjang pipa 10 meter, diameter dalam pipa 1,27 cm, dan 8 buah sirip dari pipa tembaga dengan diameter dalam sirip 1,27 cm.

Penelitian ini menghasilkan : Water heater yang dibuat mampu menghasilkan air keluar (kebutuhan mandi air hangat) dengan temperatur 39oC dengan debit 15 liter/menit (b) Hasil terbaik hubungan antara debit air dengan temperatur air yang keluar dari water heater dinyatakan dengan persamaan : T0 = 101,86m-0.347 hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater dinyatakan dengan persamaan : η = -0,0664m2 + 2,553m + 40,029 untuk 2,64 < m < 31,5 pada tekanan udara pada 1 atm dan pada suhu air masuk 26,6oC , m adalah debit aliran air dalam liter/menit. .(berlaku untuk nilai 2,64 < m < 31,5) (e) Kalor yang diberikan gas LPG sebesar 20758,55833 watt = 20,76 kW.

Kata kunci : Water Heater, Gas Water Heater, Pemanas Air, LPG, Efisiensi

(8)

viii

ABSTRACT

The needed of hot water isn't be denied again, almost all quarters need it to support their activities. Hence done the studies with a purpose: ( a ) the gain of the relation between a discharge of water flowing out water heate, with the temperature ( b ) the gain of the relation between the water flow at the rate of flow of heat engine, ( c ) count heat engine given gas cylinders on water heater, ( d ) count heat engine received water, ( e ) count the efficiency of water heater.

The Research were conducted in sanata darma university were to testing water heater with the variation of cover the exhaust gases as high as 1 cm, 2 cm, and 3 cm. Water heater having dimesi 37 cm, high diameter of a tube most outer 3 cm, the diameter of a central tube 26 cm, diameter of a tube cm, most in the 9 160 air holes in a tube outermost; a length of pipe 10 meters, the inner diameter of 1.27 cm and 8 fins of a copper pipe with diameter the fins are 1.27 cm.

This research produce that: water heater made capable of producing water out ( needs for warm bath ) with temperatures 39oC with discharge 15 liters / minute ( b ) the best result of the relation between a discharge of water with temperature of water discharged from water heater expressed with an equation: t0 = 101,86m-0.347 ( applies to value 2,64 < m < 31,5 in air pressure on 1 atms and at a temperature of water enters 26,6oc, m is discharge of water flow in liters per minute ). ( c ) the best result of the relationship between the water flow at the rate of flow of heat engine received water expressed with an equation: qair = 13,962m2 + + 8420,1 537,03m ( applies to value 2,64 < m < 31,5 in air pressure on 1 atms and at a temperature of water enters 26,6oC, m is discharge of water flow in liters per minute ). ( d ) the best result of the relation between a discharge of water efficiency of water heater expressed with an equation: η = -0,0664m2 2,553m + + 40,029 to 2,64 < m < 31,5 in air pressure on 1 atms and at a temperature of water enters 26,6oC, M is discharge of water flow in liter / minute. . ( applies to value 2,64 < m < 31,5 ) ( e ) The Heat that given by LPG gas as much as 20758,55833 watts = 20,76 kW.

(9)

ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena berkat

limpahan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyusun Skripsi ini

dengan baik dan tepat pada waktunya.Skripsi yang berjudul “Water Heater

Berpenutup Gas Buang dengan 160 Lubang Udara dan Panjang Pipa 10 Meter

Bertenaga Gas LPG”, disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan

Strata-1 (S-1) Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penelitian dan penyusunan

Skripsi ini melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini, penulis

mengucapkan 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

Universitas Sanata Dharma dan selaku Dosen Pembimbing dalam penelitian

ini.

3. Indra Santosa dan Tri Verawati, selaku orangtua yang telah memberikan

semangat dan bimbingan untuk menyelesaikan Skripsi ini dengan baik secara

materi maupun rohani.

4. Galuh Kristianto, selaku kakak kandung yang memberikan semangat untuk

(10)

x

5. Marselina Noviyanti, selaku teman dekat yang memberikan semangat untuk

menyelesaikan Skripsi ini.

6. Mahasiswa Teknik Mesin angkatan 2010 dan semua pihak yang tidak dapat

penulis sebutkan satu persatu yang turut serta memberikan sumbangan pikiran

kepada penulis.

Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian dan penyusunan Skripsi ini

masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu kami mengharapkan

masukan, kritik, dan saran dari berbagai pihak untuk menyempurnakaknnya.

Semoga skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca. Terima

kasih.

(11)

xi

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL... i

TITLE PAGE... ii

HALAMAN PERSETUJUAN... ii

HALAMAN PENGESAHAN... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS... vi

ABSTRAK... vii

ABSTRACT... viii

KATA PENGANTAR... ix

DAFTAR ISI... xi

DAFTAR GAMBAR... xiv

DAFTAR TABEL... xviii

BAB I PENDAHULUAN... 1

1.1 Latar Belakang... 1

(12)

xii

1.3 Tujuan... 4

1.4 Batasan dalam Pembuatan Water heater... 4

1.5 Manfaat Penelitian... 5

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA... 6

2.1 Dasar teori………... 6

2.2 Tinjauan Pustaka……… 21

BAB III METODE PENELITIAN………. 33

3.1 Rancangan water heater………. 33

3.2 Persiapan……… 36

3.3 Langkah – langkah Pengerjaan………. 43

3.4 persiapan percobaan………... 44

BAB IV METODE PENELITIAN………. 45

4.1 Skema Pengujian……… 45

4.2 Variasi Penelitian………... 46

4.3 Peralatan pengujian……… 46

4.4 Metode Pengumpulan Data……… 49

4.5 Metode Pengolahan Data………... 51

(13)

xiii

BAB V KARAKTERISTIK WATER HEATER……….. 54

5.1 Hasil Pengujian……….. 54

5.2 Perhitungan Matematis………... 5.3 Hasil Pengujian dan Pembahasan……….. 56 68 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN……… 74

6.1 Kesimpulan……… 74

6.2 Saran……….. 75

DAFTAR PUSTAKA………... 77

(14)

xiv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Kompor high pressure... 16

Gambar 2.2 Aliran fluida... 18

Gambar 2.3 Water heater 1... 21

Gambar 2.7 Water heater tankless... 25

Gambar 2.8 Water heater gas dengan tangki... 26

Gambar 2.9 Water heater gas dengan turbulator... 27

Gambar 2.10 Water heater dengan tangki penampungan dan pipa spiral... 28

Gambar 3.1 Rangka dalam diameter 9cm... 33

Gambar 3.2 Rancangan pipa saluran air... 33

Gambar 3.3 Rancangan rangka tabung dalam tanpa selimut... 34

Gambar 3.4 Rancangan rangka tabung dalam dengan selimut... 34

(15)

xv

Gambar 3.6 Rancangan tutup gas buang... 35

Gambar 3.7 Rancangan rangka dengan selimut... 35

Gambar 3.8 Rancangan water heater... 35

Gambar 3.9 Pipa tembaga... 38

Gambar 3.10 Plat strip... 38

Gambar 3.11 Plat Galvanis... 39

Gambar 3.12 Besi nako... 39

Gambar 3.13 Baut Spring Center... 39

Gambar 3.14 Pemotong pipa... 40

Gambar 3.15 Las Listrik... 40

Gambar 3.16 Tang Rivet... 40

Gambar 3.16 Mesin Bor Tangan... 41

Gambar 3.17 Mesin Gerinda... 41

Gambar 4.1 Skema alat... 45

Gambar 4.2 Gas LPG... 47

Gambar 4.3 Kompor high pressure... 48

(16)

xvi

Gambar 4.5 Timbangan gantung digital, Termocouple, dan penampil

hasil pengukuran temperatur secara digital APPA51... 48

Gambar 4.6 Gelas ukur dan ember... 49

Gambar 4.7 Stopwatch... 49

Gambar 5.1 Hubungan debit air dengan suhu air keluar water heater

bukaan 10 putaran ( 1 cm ) pada suhu air input 27.1 ̊C…….. 63

bukaan 20 putaran ( 2 cm ) pada suhu air input 27.2 ̊C…….. 64

bukaan 30

( 3 cm ) putaran pada suhu air input 26.6 ̊C……… 64

Gambar 5.4 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan

water heater bukaan 10 putaran ( 1 cm ) pada suhu air input

27.1 ̊C……….. 65

water heater bukaan 20 putaran ( 2 cm) pada suhu air input

27.2 ̊C………... 65

water heater bukaan 30 putaran ( 3 cm ) pada suhu air input

(17)

xvii

Gambar 5.7 Hubungan debit air dengan Efisiensi water heater bukaan 10

putaran ( 1 cm ) pada suhu air input 27.1 ̊C……… 66

putaran ( 2 cm ) pada suhu air input 27.2 ̊C……….... 67

putaran ( 3 cm ) pada suhu air input 26.6 ̊C……… 67

Gambar 5.10 Hubungan debit air dengan suhu keluar water

heater bukaan tutup gas buang 1 cm, 2 cm, dan 3 cm………. 69

water heater bukaan tutup gas buang 1 cm, 2 cm, dan 3 cm... 70

Gambar 5.12 Hubungan debit air dengan efisiensi water heater bukaan

(18)

xviii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Perbandingan kekuatan material antara tembaga dan jenis

material yang lain... 10

Tabel 2.2 Nilai konduktivitas termal... 10

Tabel 2.3 Konduktifitas termal beberapa media………... 13

Tabel 2.4 Komposisi udara dalam keadaan normal………... 14

Tabel 2.5 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG

dan bahan bakar lainnya………... 18

Tabel 4.1 Isian untuk pengambilan data dan konsumsi gas... 50

Tabel 4.2 Isian untuk pengisian data debit air Tinggi pembukaan

tutup gas buang : 1 cm……….

50

Tabel 4.3 Tabel isian untuk pengisian data debit air tinggi

pembukaan tutup gas buang : 2 cm………... 50

Tabel 4.4 Tabel isian untuk pengisian data debit air tinggi

pembukaan tutup gas buang : 3 cm………... 51

Tabel 5.1 Konsumsi gas pada setiap tinggi pembukaan tutup gas

(19)

xix

Tabel 5.2 Hasil Pengujian Water Heater dengan tinggi bukaan tutup

1 cm………... 53

2 cm………... 54

3 cm………... 54

Tabel 5.5 Tabel Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas LPG... 60

Tabel 5.6 Tabel perhitungan 𝑚_𝑎𝑖𝑟 dan 𝑞_𝑎𝑖𝑟 Water Heater 10 putaran

( 1 cm )………... 62

Tabel 5.7 Perhitungan 𝑚_𝑎𝑖𝑟 dan 𝑞_𝑎𝑖𝑟 Water Heater 20 putaran

( 2 cm )………... 62

Tabel 5.8 Tabel perhitungan 𝑚_𝑎𝑖𝑟 dan 𝑞_𝑎𝑖𝑟 Water Heater 30 putaran

(3 cm )………...

(20)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Pada awalnya water heater lebih banyak digunakan oleh Negara-negara

beriklim dingin. Namun seiring berjalannya waktu kini Negara-negara tropis

seperti Indonesia mulai marak menggunakan water heater karena masyarakat

mulai menyadari akan banyaknya manfaat yang dapat diperoleh dari penggunaan

air panas untuk berbagai kebutuhan manusia seperti kebutuhan rumah tangga

untuk mandi dan mencuci, di rumah sakit untuk memandikan pasien yang sedang

dirawat, di salon kecantikan untuk perawatan kulit ataupun rambut, di hotel - hotel

sebagai fasilitas untuk para pengunjung hotel, serta didalam skala industri untuk

mencuci ditempat – tempat laundry dan pada jasa pemotongan unggas untuk

mempermudah merontokan bulu – bulu unggas (ayam, bebek,enthog dan angsa).

Dengan begitu water heater sangat penting untuk menghasilkan air panas dalam

skala besar dengan cara yang praktis.

Dengan semakin banyaknya kebutuhan air panas yang diperlukan untuk

mandi dan kebutuhan lainnya, dapat diatasi dengan menggunakan alat pemanas

air modern yang dibuat khusus yang disebut Water heater yang terbuat dari

susunan pipa tembaga yang disusun secara spiral dan bertumpuk yang dipanaskan

(21)

Water heater dibagi menjadi 3 jenis yaitu solar water heater, listrik water

heater dan Gas water heater. Solar water heater (pemanas air tenaga surya),

water heater jenis ini biasanya diletakkan di atas atap. Water heater ini biasanya

dimanfaatkan di Negara tropis dikarenakan sumber tenaganya sangatlah

berlimpah dan gratis. Solar water heater adalah water heater yang memanfaatkan

energi matahari untuk proses tenaganya, keuntungan menggunakan water heater

jenis ini adalah ramah lingkungan karena tidak menghasilkan polutan.

Kerugiannya tidak setiap saat dipergunakan karena hanya bisa pada siang saat

matahari muncul, harganya lebih mahal, butuh penampung jika ingin

dipergunakan pada malam hari.

Listrik water heater (pemanas air tenaga listrik), water heater jenis ini

memanfaatkan energi listrik sebagai tenaga pemanasan airnya. Listrik water

heater biasanya diletakkan di dekat kamar mandi, memiliki keuntungan : lebih

praktis, tidak memakan tempat, tidak membutuhkan ruang yang besar.

Kerugiannya tidak setiap saat bisa dipergunakan, jika ingin menggunakan

memerlukan tampungan air terlebih dahulu, rawan terjadi konsleting dan mahal.

Gas water heater (pemanas air gas LPG). Water heater jenis tenaga gas

lebih praktis dipergunakan, karena memiliki keuntungan : setiap saat bisa

dipergunakan selama ada air mengalir dengan volume airnya tak terbatas, tidak

terlalu mahal, tidak memerlukan bak penampungan atau tankless, mudah mencari

bahan- bahan yang dipergunakan untuk membuatnya. Tetapi, dikarenakan

menggunakan gas LPG dan kompor bertekanan tinggi (high pressure), maka

(22)

pada taraf ramah lingkungan. Jenis water heater ini sangat menguntungkan dari

pada water heater yang lain karena prinsip kerjanya hampir sama dengan

memasak air menggunakan kompor gas di rumah. Water heater ini mampu

memanaskan air dan mengalirkan air panas dengan suhu yang tinggi serta debit

yang cukup tinggi dan stabil yaitu mampu mencapai 6 liter per menit dengan suhu

yang bisa disesuaikan antara 40o -50o Celcius. Gas water heater adalah salah satu

water heater yang mempunyai banyak variasi. Hal ini dilakukan untuk memenuhi

standar efisiensi pemanasan yang baik.Variasi ini bermacam- macam untuk

mendapatkan efisiensi panas yang sempurna misalkan dengan merubah panjang

pipa ataupun dengan variasi jumlah lubang water heater.

Berdasarkan latar belakang diatas menggugah penulis untuk lebih meneliti

tentang variasi-variasi yang dipergunakan pada water heater gas supaya bisa

memperoleh debit air yang sangat banyak dengan suhu yang diperlukan untuk

mandi sekitar 38o– 40o dengan efesiensi water heater yang baik.

1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah pada penelitian ini adalah :

a. Apakah besar kecilnya pembukaan tutup gas buang berpengaruh terhadap

suhu air pada water heater ?

b. Apakah besar kecilnya pembukaan tutup gas buang berpengaruh terhadap

(23)

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian tentang water heater dengan berbagai variasi

pembukaan tutup gas buang :

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

keluar water heater

b. Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor

c. Menghitung kalor yang diberikan gas LPG pada water heater

d. Menghitung kalor yang diterima air

e. Menghitung efisiensi pada water heater

1.4 Batasan Dalam Pembuatan Water Heater

Batasan –batasan yang diambil dalam pembuatan peralatan water heater

gas LPG ini adalah :

a. Tinggi pemanas air : 37 cm, dengan panjang pipa tembaga : 10 m, dengan 2

lintasan.

b. Jumlah tabung : 3 buah, tabung 1 (tabung paling dalam) dengan diameter : 9

cm dengan jumlah lubang 221 lubang, tabung 2 (tabung tengah) memiliki

diameter 26 cm dengan jumlah : 680 lubang dan tabung 3 (tabung paling luar)

memiliki diameter 34 cm dengan jumlah lubang 160 lubang.

c. Bahan pipa tembaga dengan diameter dalam 12,7 mm (1,27 cm) , diameter

luar 14,7 mm (1,47 cm).

(24)

e. Sirip dari pipa tembaga dengan diameter dalam 12,7 mm (1,27 cm), diameter

luar 14,7 mm (1,47 cm).

f. Bahan bakar: gas LPG, jenis kompor : kompor bertekanan tinggi (high

pressure).

1.5 Manfaat Penelitian

Hasil penelitian tentang water heater dengan menggunakan gas LPG ini

diharapkan :

a. Untuk penulis, dapat memperluas pengetahuan tentang pembuatan pemanas

air.

b. Dapat digunakan sebagai referensi dalam pembuatan water heater oleh

kalangan masyarakat luas.

c. Hasil peneltian dapat digunakan sebagai bahan referensi bagi para peneliti

(25)

6

BAB II

DASAR TEORI

DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

2.1.1 Pengertian Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor dapat terjadi jika ada perbedaan suhu. Kalor berpindah

dari temperatur tinggi ke temperatur yang lebih rendah dengan melalui atau tanpa

zat perantara. Perpindahan panas adalah suatu proses yang dinamis, yaitu panas

dipindahkan secara spontandari satukondisi ke kondisi lain yang suhunya lebih

rendah. Kecepatan perpindahan panas ini akan tergantung pada perbedaan

suhu antar kedua kondisi, Semakin besar perbedaan maka semakin besar

kecepatan pindah panasnya.

2.1.2 Perpindahan Kalor

Ada 3 cara perpindahan kalor dari suatu tempat ke tempat lain dapat

terjadi melalui, yaitu secara konduksi, secara konveksi, dan secara radiasi.

a. Perpindahan panas konduksi

Perpindahan panas konduksi adalah perpindahan panas yang dihasilkan

dari kontak langsung antara permukaan – permukaan benda. Konduksi terjadi

hanya bila dengan menyentuh atau menghubungkan permukaan – permukaan

yang mengandung panas. Setiap benda mempunyai konduktivitas termal

(kemampuan mengalirkan panas) tertentu yang akan mempengaruhi panas yang

dihantarkan dari sisi yang panas ke sisi yang lebih dingin. Semakin tinggi nilai

(26)

sisi ke sisi yang lain. Contoh perpindahan panas secara konduksi adalah menaruh

batang besi membara ke batang besi lain yang dingin. Besi membara itu bergerak,

tetapi tiba – tiba besi yang semula dingin akan menjadi panas. Pemanfaatan

diteruskan / dialirkan menuju pipa tembaga.

b. Perpindahan Panas Konveksi

Perpindahan panas konveksi merupakan perpindahan panas (kalor) yang

disertai dengan berpindahnya zat perantara. Konveksi sebenarnya mirip dengan

induksi, hanya saja perindahan panas konduksi adalah perpindahan panas tanpa

disertai zat perantara, sedangkan perpindahan panas konveksi disertai

berpindahnya zat perantara. Perpindahan kalor secara konveksi bisa terjadi pada

zat cair dan gas. Contoh perpindahan panas konveksi pada zat cair dapat

ditemukan dalam kehidupan sehari – hari dan dapat dilihat pada proses

pemasakan air, saat air dimasak maka air pada bagian bawah akan terlebih dahulu

panas, saat air dibawah panas maka akan bergerak ke atas (dikarenakan terjadi

perubahan massa jenis air) sedangkan air diatas akan bergerak ke bawah begitu

seterusnya sampai seluruh bagian air panas. Sedangkan untuk perpindahan panas

konveksi melalui udara disebabkan karena partikel udara akan mengalami

(27)

udara yang bersuhu tinggi tersebut akan naik. sebaliknya udara yang bersuhu lebih

rendah akan mempunyai massa jenis yang besar, maka udara tersebut akan turun.

Contoh perpindahan panas konveksi udara dapat ditemui pada ventilasi ruangan

dan cerobong asap. Proses perpindahan panas secara konveksi yang terjadi pada

water heater ini terletak pada saat panas yang diterima oleh pipa tembaga dari

nyala api, kemudian panas diterima oleh air yang mengalir melalui pipa tembaga

tersebut.

c. Perpindahan Panas Radiasi

Merupakan perpindahan panas yang dapat terjadi tanpa menggunakan zat

perantara, jika sebuah benda di dalam sebuah ruangan, dan suhu dinding –

dinding pengurung lebih rendah dari pada suhu benda, maka suhu benda tersebut

akan turun sekalipun dalam ruangan tersebut hampa. Proses perpindahan panas

dari suatu benda terjadi berdasarkan suhunya, tanpa bantuan dari zat perantara

disebut dengan perpindahan panas radiasi.contoh radiasi dalam kehidupan

sehari-hari dapat dilihat saat menyalakan api unggun, siapa yang berada di dekat api

unggun akan merasakan hangat. Proses perpindahan panas secara radiasi yang

terjadi di dalam water heater ini terletak pada perpindahan panas antara dinding

permukaan tabung dalam dengan permukaan tabung luar water heater.

2.1.3 Perancangan Saluran Air

Saluran air pada alat water heater biasanya menggunakan pipa. Ada

(28)

antaranya adalah kehalusan permukaan saluran pipa, bahan pipa, diameter pipa

saluran air, dan hambatan pipa.

a. Kehalusan Permukaan Saluran Pipa

Bagian dalam pipa tembaga juga dipilih yang baik. Semakin halus

permukaan pipa bagian dalam, semakin kecil pula gesekan yang terjadi,

sehingga aliran air menjadi lancar.

b. Bahan Pipa

Bahan pipa dipilih yang baik dalam hal kemampuan dalam memindahkan

kalor. Bahan pipa juga harus mampu menjadi konduktor yang baik, sehingga

mampu memindahkan kalor yang deterima dari api ke fluida air yang mengalir di

dalam pipa. Alasan menggunakan pipa tembaga adalah karena pipa tembaga

termasuk konduktor yang baik dalam menghantarkan panas. Menurut Holman

(1963), tembaga mempunyai nilai konduktifitas sebesar 385 W/m.oC. Selain itu

juga tidak mudah melebur jika dipanasi, tidak mudah pecah, tahan terhadap

korosi, sehingga mampu menghilangkan masalah air keruh / coklat karena karat,

dan pipa tembaga sangat mudah ditekuk / dibentuk. Tembaga memiliki kekuatan

tarik sebesar 345-689 Mpa dan untuk keuletannya sebesar 5-50 %, dan titik lebur

dari tembaga adalah 10830C. Bila dibandingkan dengan kekuatan tarik

alumunium, tembaga mempunyai kekuatan yang lebih besar dari alumunium,

begitu pula dengan keuletan dan titik leburnya. Sehingga pipa tembaga mampu

(29)

Tabel 2.1Tabel perbandingan kekuatan material antara tembaga dan jenis material yang lain.

Tabel 2.2 Tabel Nilai konduktivitas termal

Bahan Konduktifitas termal (k)

W/m.oC Btu/h.ft.oF

Bahan Konduktifitas termal (k)

W/m.oC Btu/h.ft.oF

(30)

c. Diameter Pipa Saluran Air

Diameter pipa saluran air harus dipilih sedemikian rupa. Semakin kecil

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

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

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

heater) akan semakin besar.

d. Hambatan Pipa Saluran

Hambatan pipa saluran air diusahakan sekecil mungkin supaya ketika air

mengalir di dalam pipa, penurunan tekanan yang terjadi kecil. Karenanya saluran

pipa diusahakan tidak mengalami pembelokan. Kalaupun mungkin terjadi

pembelokan diusahakan sudut pembelokan dibuat besar (lebih dari 900). Semakin

besar sudut pembelokan, semakin kecil penurunan tekanan yang terjadi. Dan

geometri saluran pipa yang dibuat melingkar-lingkar agar penurunan tekanan

yang terjadi menjadi kecil. Jika penurunannya kecil, maka daya pompa yang

dibutuhkan untuk medorong air juga berdaya kecil.

2.1.4 Saluran Udara Untuk Kebutuhan Pembakaran

Proses pembakaran memerlukan oksigen yang diambil dari udara bebas.

Kekurangan oksigen dapat mengakibatkan bentuk api yang tidak sesuai yang

diinginkan. Akibatnya energi dalam bentuk kalor kurang optimal, sehingga kalor /

panas sedikit teralirkan ke fluida air yang mengalir didalam pipa. Akibatnya akan

didapatkan suhu air keluar yang kurang tinggi dan water heater yang dihasilkan

(31)

diameter lubang saluran udara dibuat merata pada semua permukaan dinding

water heater agar udara bisa masuk merata ke dalam water heater dan diameter

lubang saluran udara tidak terlalu besar agar udara yang masuk tidak terlalu

berlebihan.

2.1.5 Sirip

Fungsi sirip adalah untuk memperluas permukaan dari benda yang

dipasangi sirip sehingga pelepasan panas bisa berlangsung lebih cepat. Jika sirip

dipasang di saluran air yang akan dipanaskan, maka akan menangkap panas api

yang diberikan kompor sehingga mampu memanaskan pipa saluran air dengan

lebih cepat. Maka dari itu pemasangan sirip juga berpengaruh terhadap suhu

keluar air dari water heater. Pemilihan bahan pembuatan sirip tidaklah

sembarangan karena berpengaruh terhadap panas yang dihantarkan.Semakin besar

nilai konduktivitas termal bahan sirip, semakin besar kalor yang dapat ditangkap

oleh sirip.

2.1.6 Isolator

Isolasi termal adalah metode atau proses yang digunakan untuk

mengurangi perpindahan panas (kalor). Bahan yang digunakan untuk mengurangi

laju perpindahan panas itu disebut isolator. Energi panas (kalor) dapat ditransfer

secara konduksi, konveksi, dan radiasi. Panas dapat lolos meskipun ada upaya

(32)

Isolasi termal dapat menjaga wilayah tertutup seperti bangunan atau tubuh

agar terasa hangat lebih lama dari yang sewajarnya, tetapi itu tidak mencegah

hasil akhirnya, yaitu masuknya air dingin dan keluarnya air panas. Isolator juga

dapat bekerja sebaliknya, yaitu menjaga bagian dalam suatu wadah terasa dingin

lebih lama dari biasanya. Oleh karena itu di dalam water heater diberikan

semacam isolator agar panas hasil pembakaran tidak keluar. Isolator tersebut

adalah udara, karena udara merupakan isolator yang murah, dan sangat mudah

didapatkan. Maka dari itu water heater diberikan lubang – lubang udara yang

berfungsi sebagai pemasukan udara untuk kebutuhan pembakaran sekaligus

sebagai isolator. Benda – benda yang merupakan isolator panas adalah kertas,

plastik, kayu, karet, udara, dll

Tabel 2.3 Konduktifitas termal beberapa media (Sumber : Holman,J.P, 1988)

(33)

proses pemanasan pada water heater dapat menggunakan udara yang diambil dari

udara bebas disekitar melalui lubang – lubang udara yang berada pada dinding

water heater. Jumlah lubang udara juga berpengaruh terhadap proses pemanasan

pada water heater. Oleh karena itu aliran udara yang diperlukan harus

dikondisikan dengan ukuran tabung water heater agar api yang diperlukan dalam

proses pemanasan mendapatkan kebutuhan udara yang cukup. Kekurangan udara

bisa menyebabkan kurang optimalnya panas yang dipindahkan ke air yang

dihasilkan water heater, karena nyala api menjadi lebih kecil atau tidak sesuai

dengan yang diharapkan. Kelebihan udara juga bisa menyebabkan kurang

optimalnya panas yang diserap oleh pipa.

Tabel 2.4 Komposisi udara dalam keadaan normal

No Komposisi Udara Prosentase (%)

1 Nitrogen 78,1

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

terganggu.Dalam perancangan saluran gas buang, diusahakan agar gas buang

(34)

keluar dari gas buang, harus dipilih sedemikian rupa agar tidak mengganggu

pengguna dari water heater. Suhu gas buang akan menguntungkan jika suhu gas

buang hampir sama dengan suhu udara atau tidak begitu besar perbedaannya

antara suhu gas buang dengan suhu udara. Semakin kecil perbedaan kalor yang

diberikan sumber pemanas, maka semakin banyak kalor yang digunakan untuk

menaikkan suhu air. Oleh karena itu, dalam perancangan dan pembuatan saluran

gas buang, diusahakan sedemikian rupa, sehingga tidak banyak energi yang

terbuang secara percuma. Ukuran lubang dan posisi lubang keluaran sangat

menentukan besarnya suhu gas asap yang keluar dari water heater. Perancangan

saluran gas buang ternyata juga menentukan nyala api pembakaran yang

dihasilkan. Jika saluran gas tidak terancang dengan baik, misalnya gas buang tidak

dapat keluar, maka tekanan gas buang yang dihasilkan akan dapat menyebabkan

api terdorong keluar dari ruang bakar. Api tidak berfungsi dengan baik untuk

memanaskan air. Tentunya dalam perancangan ini dibutuhkan nyala api yang

mampu memindahkan kalor yang besar ke dalam air.

2.1.9 Sumber Api

Sumber api atau sumber energi yang digunakan pada water heater ini

adalah kompor. Ada berbagai macam jenis kompor yang tersedia dipasaran, dari

mulai bentuk, dan bahan bakar yang digunakan. Ada kompor yang mampu

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

kecil. Perbedaan nyala api tersebut salah satunya disebabkan oleh bahan bakar

(35)

yang digunakan untuk penelitian ini adalah kompor bertekanan tinggi (high

pressure) yang menggunakan bahan bakar LPG. Karena api yang ditimbulkan

oleh kompor bertekanan tinggi ini mampu menyentuh pipa saluran air dengan

siripnya, dan api yang dihasilkan kompor jenis ini sangat besar sehingga

mempercepat proses pemanansan air.

Gambar 2.1 Kompor high pressure Spesifikasi kompor 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 Bahan Bakar / Sumber Energi

Ada beberapa macam bahan bakar / sumber energi yang bisa di gunakan

untuk water heater antara lain energi matahari, energi listrik, dan gas LPG. Akan

tetapi sumber energi yang paling sering digunakan adalah sumber energi gas LGP

(Liquified Petroleum Gas). LPG adalah campuran dari berbagai macam unsur

(36)

menurunkan suhunya , gas berubah menjadi cair. Ada tiga macam jenis LPG yang

di produksi oleh Pertamina antara lain, LPG untuk keperluan rumah tangga, LPG

gas propana dan LPG gas butana. Untuk sumber energi gas yang di gunakan oleh

water heater menggunakan LPG untuk keperluan rumah tangga karena memiliki

komposisi campuran antara propana



C₃H₈



dan butana



C₄H₁₀



kebocoran maka, LPG umumnya ditambah dengan zat marcaptan.

Reaksi pembakaran propane



C₃H₈



, jika terbakar sempurna adalah sebagai

Menurut wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut hampir sama

(37)

Tabel 2.5 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan bahan bakar lainnya. (Sumber:

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

Bahan Bakar Daya Pemanasan Efisiensi alat

masak

Tabel 2.4 di atas menyajikan daya pemanasan dari efisiensi alat masak LPG dengan bahan bakar gas. Terlihat bahwa efisiensi alat masak dengan gas LPG sebesar 60 %

2.1.11 Laju Aliran Kalor

Laju aliran kalor yang diterima air ketika mengalir di dalam saluran pipa

dapat dihitung dengan persamaan (2.1) :

Gambar 2.2 Aliran fluida

(38)

Pada persamaan (2.1) , (2.2) dan (2.3):

qair = laju aliran kalor yang diterima air (watt)

mair= laju aliran massa (kg/detik)

Cair = kalor jenis air (J/kg°C)

2.1.12 Laju aliran kalor yang diberikan gas

Laju aliran kalor yang diberikan gas bisa dihitung dengan persamaan (2.4) :

gas

q = m_gasC_gas ……….………...…………....(2.4)

Pada persamaan (2.4) :

gas

m : massa gas elpiji yang terpakai persatuan waktu (kg/s)

gas

C : nilai kalor jenis elpiji ( J/kg), (1kkal = 4186,6 J), tersaji pada Tabel 2.4

2.1.13 Efisiensi

Efisiensiwater heater dapat dihitung dengan persamaan (2.5) :

(39)

Pada persamaan (2.5) :

 : Efisiensi water heater (%)

air

q : Laju aliran kalor yang diterima air, watt

gas

(40)

2.2 Tinjauan Pustaka

2.2.1 Macam – Macam Water Heater Yang Ada Dipasaran

Referensi pembanding untuk pembuatan water heater bahan bakar gas

LPG : water heater 1,water heater 2,water heater 3 dan water heater 4 yang

karekteristikya sebagai berikut :

1)Water heater 1

Gambar 2.3 Water heater 1 Spesifikasi

Model : JLG30-BV6

Kapasitas Maksimum : 6 liter/menit

Dimensi Luar : 760 mm × 430 mm × 320 mm

Tipe Gas : LPG

Jangkauan Temperatur : 40°C - 80°C

(41)

2) Water heater 2

Gambar 2.4 Water heater 2 Spesifikasi

Model : GI-6

Dimensi Luar : 440 mm × 300 mm × 130 mm

Tipe Gas : LPG

Temperatur Maksimum : 65°C

(42)

3) Water heater 3

Gambar 2.5 Water heater 3

Spesifikasi

Model : REU-55RTB

Tipe Gas : LPG

(43)

4) Water heater 4

Gambar 2.6 Water heater 4

Spesifikasi

Model : WH506A - LPG

Tipe Gas : LPG

(44)

2.2.2 Konstruksi Water Heater gas LPG Yang diPasaran

Ada beberapa rancangan water heater gas LPG yang ada di pasaran

indonesia :

1. Model Water Heater tankless

Model water heater ini dirancang tanpa tangki penampung atau tankless.

Gambar 2.7 Water heater tankless

Cara kerja water heater jenis ini sangat sederhana dan praktis digunakan

karena dengan mengalirkan air melalui pipa saluran yang tidak langsung dipanasi

dengan api secara langsung. Model water heater menggunakan fan, fungsi fan

membantu mengalirkan udara menuju keatas atau untuk membantu sirkulasi

udara. hal ini mengakibatkan proses pemanasan terjadi lebih cepat tanpa

menggunakan tangki penampungan terlebih dahulu.

(45)

2. Model water heater dengan tangki

Water heater model ini dirancang dengan tangki penampungan air

Gambar 2.8 Water heater gas dengan tangki

Pada umumnya Water heater ini cara kerjanya mirip ketika kita

memanaskan air dengan panic, air dingin masuk melalui saluran pipa inlet dan

masuk kedalam penampung air dan dipanaskan oleh api dengan bahan bakar gas

LPG dan saat keluar melalui saluran outlet maka sudah panas.

3. Model water heater dengan turbolator

Water heater model ini di rancang dengan menggunakan turbolator ,Gambar 2.9

(46)

Gambar 2.9 Water heater gas dengan turbulator

water heater jenis ini dilengkapi dengan turbulator. Turbulator berfungsi

untuk meratakan aliran panas / kalor di dalam water heater dengan cara bergerak

berputar di dalam saluran gas buang.

4. Model water heater dengan tangki penampung dan pipa spiral

Water heater model ini dirancang dengan tangki penampung dan pipa spiral

(47)

Gambar 2.10 Water heater dengan tangki penampungan dan pipa spiral

Prinsip kerja water heater ini yaitu sama dengan cara memanasi air

dengan panci. Air yang masuk ke dalam tangki penampungan bersentuhan

langsung dengan pipa spiral yang sudah dipanasi dengan kompor gas, kompor gas

sendiri terletak di bawah pipa spiral. Energi panas / kalor yang diterima pipa spiral

disalurkan langsung ke air pada tangki penampungan, selain berfungsi sebagai

penyalur panas, pipa spiral juga berfungsi sebagai saluran gas buang hasil

(48)

2.2.3 Hasil Penelitian Water Heater Gas LPG

Putra melakukan suatu penelitian terhadap Water Heater gas LPG yang

memiliki panjang pipa 20 meter serta 300 lubang masuk udara pada dinding luar.

Adapun tujuan penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut: (a) Merancang

dan membuat water heater , (b) Mendapatkan hubungan antara debit air dengan

suhu air keluar, (c) Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju

perpindahan kalor, serta (d) mendapatkan hubungan antara debit air dengan

efisisensi water heater. Dengan demikian suatu penelitian tentunya memiliki

batasan – batasan tertentu, adapun batasan – batasan didalam penelitian ini adalah

: (a) Water heater 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) Hubungan antara debit air yang mengalir (m) dengan temperature air keluar water

heater (𝑇_𝑜) dapat dinyatakan dengan persamaan 𝑇_𝑜 = -0,027 𝑚3 + 1,126 𝑚2 –

16,52 m + 129,9 (m dalam liter/menit,𝑇_𝑜 dalam C) dan 𝑅2= 0,997. (c) Hubungan antara debit air yang mengalir dengan laju perpindahan kalor

dinyatakan dengan persamaan 𝑄_𝑎𝑖𝑟 = 17,09 𝑚3 + 489 𝑚2 + 439 m + 3654 (m

(49)

yang mengalir dengan efisiensi water heater dapat diyatakan dengan persamaan ŋ

= 0,077 𝑚3 - 2,208 𝑚2 + 19,84 m + 16,50 ( m dalam liter/menit, ŋ dalam persen)

dan 𝑅2 = 0,94 .

Penelitian yang dilakukan setiawan pada tahun 2012 tentang 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) Mendapat hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater, (c)

Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalaor yang

diterima oleh air, (d) Menghitung kalor yang diterima water heater, (e)

Menghitung kalor gas, (f) Menghitung efisiensi water heater. Adapun batasan –

batasan penelitian yang dilakukan Setiawan adalah 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 m, (e)

Diameter bahan pipa 3/8 inci, (f) sebanyak 150 lubang masuk udara pada dinding

luar, (g) memiliki 1005 lubang pada dinding dalam water heater, (h) 6 buah sirip

dari pipa berfdiameter 3/8 inci, (i) Variasi yang dilakukan pada besarnya debit air

masuk water heater dengan debit gas yang konstan. Sehingga pada penelitian

tersebut didapatkan, (a) water heater dapat dibuat dengan baik dan mampu

bersaing dengan water heater yang ada dipasaran , dengan hasil debit air sebesar

14 liter/menit yang bersuhu 45̊C, (b) Hubungan antara debit air yang masuk

dengan temperatur air yang mengalir dinyatakan dengan persamaan T0 = 0,297

mair2– 9,566 mair + 121,9 (mair dalam liter/menit, T0 dalam ̊C ) dan R2 = 0,990. (c)

(50)

dinyatakan dengan persamaan qair = -171,9 mair2 + 3154 mair + 439 m + 6873 (mair

dalam liter/menit, qair dalam watt) dan R2 = 0,967. (d) kalor yang diterima air dari

water heater berkisar antara 17551,8 – 14216,96 watt, jumlah kalor terbesar

adalah 17551,8 watt. (e) kalor yang diberika gas LPG sebesar : 22142,46 watt. (f)

Hubungan antara debit air yang masuk dengan efisiensi water heater yang

diperlukan dinyatakan dengan persamaan : ƞ = -0,776 mair2 + 14,24 mair 31,04

(mair dalam liter/menit dan n dalam %) R2 = 0,967.

Sedangkan penelitian yang dilakukan Kristianto (2013) tentang water heater gas

LPG yang berjudul “Water Heater Dengan 3 Model Pembuangan Gas Buang”

dengan laju perpindahan kalor dinyatakan dengan persamaan qair = -2,6026 m3 +

6,9591 m2 + 302,15 m + 2536,7 (m dalam liter/menit, qair dalam watt). (d)

(51)

dinyatakan dengan persamaan : ƞ = -0,0376 m3 + 0,1006 m2 + 4,3666 + 36,66 (m

(52)

33

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Rancangan Alat Water Heater

Water heaterdibuat dengan bahan pipa tembaga dengan diameter dalam

12,7 mm (1,27 cm), diameter luar 14,7 mm (1,47 cm) dan rangkawater

heatermenggunakan bahan besi nako dan bahan plat mempergunakan bahan

galvanis.Gambar 3.1 sampai dengan Gambar 3.8 menyajikan rancangan

komponen-komponen water heater.

Gambar 3.1Rangka dalam diameter 9cm

Gambar 3.2 Rancangan pipa saluran air 13 cm

11 cm 9 cm

20 cm 10 cm

(53)

Gambar 3.3Rancangan rangka tabung dalam tanpa selimut

Gambar 3.4Rancangan rangka tabung dalam dengan selimut

Gambar 3.5Rancangan rangka tabung tengah dengan selimut 37 cm

(54)

Gambar 3.6Rancangantutup gas buang

Gambar 3.7Rancangan rangka dengan selimut

Gambar 3.8Rancangan water heater

1cm

(55)

3.1.2 Cara Kerja Water Heater

Cara kerja water heater ini sangat praktis , water heater ini sebenarnya

cara kerjanya sama saat kita memasak air dengan menggunakan kompor gas

dengan panci di isi air di atasnya tetapi water heater ini menggunakan pipa

tembaga untuk mengalirkan air dingin dan pipa tembaga tersebut langsung kontak

dengan api yang dihasilkan oleh kopor gas yang di pasang dibawah water heater

dengan suhu yang konstan,suhu yang diinginkan air dingin dalirkan di pipa-pipa

tembaga dan saat keluar air sudah bersuhu tinggi/panas yang diinginkan dan

sudah bisa dipergunakan.

3.2 Persiapan

Sebelum memulai pembuatan water heater, ada beberapa persiapan yang

harus dilakukan. Persiapan dimulai dari menentukan rancangan water heater yang

akan dibuat. Rancangan water heater dapat dibuat dengan menggambar desain

water heater, desain rangka dalam dan untuk cover luar rangka water heater.

Setelah rancangan water heater selesai dibuat,menentukan bahan - bahan yang

akan digunakan dalam pembuatan water heater lalu membelinya. Setelah

semuanya siap, pembuatan water heater bisa dilakukan.

3.2.1Alat dan Bahan.

Alat dan bahan yang dipergunakan dalam pembuatan water heater :

a. Besi Strip.

(56)

c. Pipa tembaga untuk sirip dengan panjang 2 meter dan berdiameter 0,25 inch.

d. Kawat sebagai pengikat sirip.

e. Besi nako.

f. Klam untuk mengancing pipa tembaga dan selang.

g. Cat untuk memberi warna cover alat untuk mempercantik tampilan.

h. Alatpemotong pipa, yang digunakanuntukmemotongpipatembaga.

i. Alat penekuk / pembengkok pipa digunakan untuk menekuk pipa agar

berbentuk spiral.

j. Mesin bor, digunakan untuk membuat lubang saluran udara yang berada pada

dinding water heater.

k. Gerindra yang berfungsi untuk memotong dan menghaluskan permukaan pipa

atau bagian water heater yang dilas.

l. Gergaji yang digunakan untuk memotong besi nako dan besi strip.

m. Gunting yang digunakan untuk memotong plat galvanis.

n. Paku keling yang digunakan untuk menyambung antara besi strip dan plat

galvanis.

o. Las listrik yang digunakan untuk mengelas / menyambung besi strip dan besi

nako.

p. Tang yang digunakan untuk menjepit pipa tembaga ataupun bahan yang

lainnya.

q. Jangka sorong untuk membuat lingkaran ada plat galvanis sebelum dipotong

untuk membuat tutup water heater.

(57)

s. Palu yang digunakan untuk merapikan bentuk plat galvanis maupun plat strip

dan besi nako.

Gambar 3.9 sampai dengan Gambar 3.18 menyajikan peralatan dan bahan

yang dipergunakan.

Gambar 3.9pipa tembaga

(58)

Gambar 3.11plat Galvanis

Gambar 3.12besi nako

(59)

Gambar 3.14Pemotong Pipa

Gambar 3.15Las Listrik

(60)

Gambar 3.17 Mesin Bor Tangan

(61)

3.3Langkah – langkah Pengerjaan

3.3.1 Menyiapkan rancangan water heater

Pada proses awal pembuatan water heater dengan panjang pipa 10 meter,

dengan diameter pipa 0,5 inci dan bersirip dengan diameter 0,25 inch dan panjang

2 meter adalah membuat gambaran rancangan water heater yang akan di buat

menggunakan 2 tabung, yaitu tabung dalam dan tabung luar, membuat agar tutup

water heater untuk menutup / membalikan api agar dapat merata serta membuat

sebuah tabung didalam water heater yang berfungsi sebagai alat pemecah api agar

api dapat menyebar dan berfungsi sebagai tempat untuk terjadinya sirkulasi udara.

3.3.2 Menyiapkan Alat dan Bahan

Setelah menyiapkan rancangan, langkah selanjutnya adalah menentukan

bahan yang akan digunakan dalam membuat water heater kemudian

menyediakannya dengan membeli bahan – bahannya.

3.3.3 Pembuatan alat

a. Memotong Pipa Tembaga

Memotong pipa tembaga harus menggunakan alat yang khusus agar hasilnya

baik dan rapi serta pipa tembaga tidak mengalami kerusakan bentuk.

b. Membengkokkan Pipa Tembaga

Dalam membengkokkan pipa tembaga agar dapat berbentuk spiral maka

digunakan alat roll (manual) untuk membengkokkannya. Jika dalam proses

membengkokkan pipa tembaga secara manual makahasil yang diperoleh kadang

tidak sesuai dengan hasil yang kita peroleh apabila pengerollan dengan mesin.

(62)

terbuat dari pipa tembaga dengan ukuran diameter 0,25 inch dan diikat dengan

menggunakan kawat.

c. Pembuatan Kerangka Tabung Luar, Kerangka Tabung Tengah dan

KerangkaTabung Dalam

Langkah pertama dalam membuat tabung dalam dan tabung luar adalah

membuat kerangka water heater yang terbuat dari besi nako dan besi strip setinggi

35 cm. Besi nako di buat melingkar sesuai ukuran diameter tabung luar, tengah

dan dalam. Kemudian susun kerangka sesuai rancangan dan dilas agar dapat

berdiri tegak, lalu pasangkan pipa saluran air pada tabung tengah kemudian beri

penyangga agar pipa dapat terpasang pada kerangka.

Sebelum semua kerangka disatukan, haruslah dipersiapkan selimut tabung.

Pembuatan selimut tabung dalam yang terbuat dari plat galvanum, dimulai dengan

mengukur luasan selimut setiap lapisan tabung, baik dalam, tengah dan luar. Lalu

memotong plat galvanum sesuai ukuran. Setelah itu lubangi plat lapisan dalam

dan tengah untuk saluran udara. Pelubangannya menggunakan bor tangan

dilakukan dengan cara bertahap, mulai dari mata bor kecil yaitu ukuran 5 mm

kemudian dibesarkan hingga 10 mm.

Setelah semua plat galvanis terlubangi sesuai ukuran, pasangkan pada setiap

tabung sesuai dengan ukurannya.

d. Pembuatan Kerangka Tutup dan Tutup Water Heater

Kerangka tutup water heater dibuat sesuai dengan rancangan. Pengatur

ketinggian sengaja dibuat dari baut Spring Center ukuran 3 ₈× 10 sebab sudah

(63)

yang tebal dan berat karena terbuat dari plat Acer setebal 3 mm sehingga mudah

dalam menaikkan dan menurunkan tutup gas buang. Tutup gas buat water heater

terbuat dari plat Acer dengan tebal 3 mm agar bentuk tutup tidak berubah saat

water heater di panaskan di atas api dengan waktu yang lama. Jika tutup gas

buang tebuat dari plat tipis maka bentuk tutup akan mengalami perubahan karena

panas yang diterima saat water heater dipanaskan di atas api dengan waktu yang

lama, bentukknya akan bergelombang karena pemuaian.

3.4 Persiapan Percobaan

Siapkan komporgas LPG untuk proses pengambilan data. Sambungkan selang

untuk keluar air panas pada salah satu ujung pipa water heater dan sambungkan

ujung selang air pada kran air ke ujung pipa water heater, setelah itu letakkan

water heater ke atas kompor dan nyalakan api. Nyalakan api kompor gas dan

alirkan air dari kran air, setelah itu atur suhu yang ingin diteliti dan mulai

(64)

45

BAB IV

METOLOGI PENELITIAN

4.1 Skema Pengujian

Skema instalasi peralatan selama pengujian pada water heater disajikan

pada gambar 4. 1.

Gambar 4.1 Skema alat

Untuk mengalirkan air menuju alat water heater diperlukan adanya air dan

kran. Kran digunakan sebagai pengatur jumlah debit air yang digunakan untuk

mengaliri water heater. LPG digunakan sebagai bahan bakar kompor untuk

memanasi air yang mengalir di dalam water heater. Untuk mengukur suhu air

(65)

4.2. Variasi Penelitian

Variasi dilakukan terhadap besar kecilnya debit air yang masuk ke dalam

water heater dengan debit gas yang konstan pada pemanas air. Pengujian

dilakukan dengan menggunakan 3 variasi tingginya pembuangan gas buang dari

water heater yaitu :

a. Pengambilan data pengujian model 1, dengan pembukaan gas buang dengan 10

putaran atau setinggi 1 cm.

b. Pengambilan data pengujian model 2, dengan pembukaan gas buang dengan 20

c. Pengambilan data pengujian model 3, dengan pembukaan gas buang dengan 30

4.3. Peralatan Pengujian

4.3.1. Alat-alat yang digunakan

Dalam mengadakan pengujian water heater maka diperlukan alat-alat

pengujin untuk mendapatkan data-data yang dibutuhkan selama pengujian

berlangsung alat-alat antara lain :

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

b. Kompor gas high pressure dan gas LPG, sebagai pengatur debit gas sekaligus

menjadi penyuplai kalor.

c. Kran, sebagai pengatur debit air.

d. Timbangan gantung digital untuk menimbang berat gas LPG.

(66)

f. Tang, obeng, dan klem untuk menguatkan sambungan selang.

g. Selang karet, sebagai penyambung dari gas ke kompor.

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

i. Penyangga, sebagai tumpuan water heater.

j. Regulator high pressure dan selang regulator untuk menyalurkan gas dari

tabung ke kompor.

k. Stopwatch, sebagai penunjuk waktu.

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

per menit.

m.Ember besar untuk menampung air saat debit air besar (>12 liter/menit).

(67)

Gambar 4.3 Kompor high pressure

Gambar 4.4 Regulator gas

(68)

Gambar 4.6 Gelas ukur dan ember

Gambar 4.7 Stopwatch

4.4 Metode Pengumpulan Data

Data diperoleh pada saat penelitian dilakukan. Data – data yang diperoleh

adalah : temperatur air masuk dan keluar water heater, besarnya volume air yang

(69)

satuan waktu setiap pembukaan tutup gas buang pada ketinggian tertentu. Data –

data yang diperoleh dicatat dan dimasukkan pada kolom – kolom data pada tabel

yang sudah dipersiapkan sebelumnya.

Tabel 4.1 Tabel Isian untuk pengambilan data dan konsumsi gas

No.

Tabel 4.2 Tabel isian untuk pengisian data debit air Tinggi pembukaan tutup gas buang : 1 cm

(70)

Tabel 4.4 Tabel isian untuk pengisian data debit air Tinggi pembukaan tutup gas

Dengan data-data yang diperoleh, maka data dapat diolah. Data-data kemudian

dipergunakan untuk mengetahui :

a. Hubungan antara debit air dengan suhu air yang keluar water heater.

b. Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor.

c. Laju aliran kalor yang diterima air.

d. Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG.

e. Efisiensi water heater.

Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air dilakukan menggunakan

persamaan (2.1). Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG dihitung menggunakan

persamaan (2.4). Efisiensi water heater dihitung menggunakan persamaan (2.5).

Untuk mempermudah dalam melakukan pembahasan, data – data yang sudah

(71)

4.6. Metode Pengambilan Kesimpulan

Setelah data diolah, dilakukan pembahasan terhadap hasil penelitian.

Kesimpulan dilakukan dengan memperhatikan tujuan penelitian yang sudah

dinyatakan sebelumnya. Kesimpulan sebaiknya menjawab apa yang sudah

(72)

53

BAB V

HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN

5.1 Hasil Pengujian

Hasil pengujian water heater yang meliputi : debit air, suhu air masuk Ti,

suhu air keluar To disajikan pada Tabel 5.1. pengujian dilakukan pada kondisi

tekanan udara luar. Aliran gas pada kompor gas diposisikan pada posisi

maksimum. Air yang dipergunakan adalah air kran.

Tabel 5.1 Konsumsi gas pada setiap tinggi pembukaan tutup gas buang

No. Berat awal

Tabel 5.2 Hasil Pengujian Water Heater dengan tinggi bukaan tutup 1 cm.

No.

Debit Air Temperatur

(73)

No.

ΔT (°C)

No.

(74)

5.2 Perhitungan Matematis

Perhitungan kecepatan air rata-rata 𝑢_𝑚, laju aliran massa air m dan laju

aliran kalor q yang diserap air dilakukan dengan mempergunakan data-data seperti

tersaji pada Tabel 5.2, Tabel 5.3, dan Tabel 5.4. data lain yang dipergunakan

Dari data tersebut digunakan untuk menghitung kecepatan air rata-rata, laju

aliran massa air, laju aliran kalor yang diterima air, laju kalor yang diberikan gas

LPG, dan efisiensi water heater.

5.2.1 Perhitungan Kecepatan air rata-rata 𝒖_𝒎

Perhitungan kecepatan air rata-rata 𝑢_𝑚 yang mengalir di dalam pipa air

mempergunakan persamaan :

𝑢_𝑚 = 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑎𝑖𝑟 𝑙𝑢𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑛𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑔 𝑝𝑖𝑝𝑎

=𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑎𝑖𝑟

(75)

Sebagai contoh perhitungan, untuk pembukaan tinggi tutup 1 cm dengan

debit air =5,5 liter/10 detik (data lain pada Tabel 5.6) .

Debit air = 5,5 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟

Sebagai contoh perhitungan, menggunakan data pada Tabel 5.7 pada

pembukaan tutup sebesar 2 cm untuk debit air sebesar 5,9 liter/10 detik.

𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡𝑎𝑖𝑟 = 5,9 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟

Sebagai contoh perhitungan, menggunakan data pada Tabel 5.8 pada

(76)

𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡𝑎𝑖𝑟 = 5,25 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟

Hasil perhitungan untuk data yang lain,secara lengkap disajikan pada Tabel 5.6,

Tabel 5.7 dan Tabel 5.8

5.2.2. Perhitungan laju aliran massa air, 𝒎_𝒂𝒊𝒓

Perhitungan laju aliran massa air m di dalam saluran pipa air

mempergunakan persamaan berikut :

𝑚𝑎𝑖𝑟 =( massa jenis)(luas penampang)(kecepatan air)

= (𝜋𝑟2)(𝑈_𝑚) ………(5.4)

Sebagai contoh perhitungan, untuk tinggi tutup sebesar 1 cm dengan debit

air 5,5 liter/menit (data lain pada Tabel 5.6) Kecepatan air rata - rata diperoleh

dari perhitungan sebelumnya, yaitu um = 4,344 m/s.

𝑚𝑎𝑖𝑟 =(1000 𝑘𝑔 _𝑚3)(3,14 ×0,006352)𝑚2(4,344) kg/s

(77)

Sebagai contoh perhitungan, untuk tinggi tutup sebesar 2 cm dengan debit air

5,9 liter/menit (data lain pada Tabel 5.7) Kecepatan air rata - rata diperoleh dari

perhitungan sebelumnya, yaitu um = 4,660 m/s.

𝑚𝑎𝑖𝑟 =(1000 𝑘𝑔 _𝑚3)(3,14 ×0,006352)𝑚2(4,660) kg/s

=0,59 kg/s

5,25 liter/menit (data lain pada Tabel 5.8) Kecepatan air rata - rata diperoleh dari

perhitungan sebelumnya, yaitu um = 4,146 m/s.

𝑚𝑎𝑖𝑟 =(1000 𝑘𝑔 _𝑚3)(3,14 ×0,006352)𝑚2(4,146) kg/s

=0,525 kg/s

Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap dsajikan pada Tabel 5.6,

Tabel 5.7 dan Tabel 5.8

5.2.3. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air

Perhitungan laju aliran kalor yang diserap oleh air di dalam saluran pipa

𝑞𝑎𝑖𝑟 = 𝑙𝑎𝑗𝑢𝑎𝑙𝑖𝑟𝑎𝑛𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎𝑎𝑖𝑟 × (𝑘𝑎𝑙𝑜𝑟𝑗𝑒𝑛𝑖𝑠𝑎𝑖𝑟) ×∆𝑇

(78)

=5,5 liter/menit (data yang lain pada Tabel 5.6 ) . Besarnya kecepatan air rata -rata

diperoleh dari perhitungan sebelumnya, yaitu 𝑚_𝑎𝑖𝑟 = 0,55 𝑘𝑔 𝑠

𝑞𝑎𝑖𝑟 = 0,55𝑘𝑔 𝑠× 4179 𝐽 𝑘𝑔℃× (31,4−27,1)℃

= 9883,34 J/s

=5,9 liter/menit. (data yang lain pada Tabel 5.7) Besarnya kecepatan air rata - rata

diperoleh dari perhitungan sebelumnya, yaitu 𝑚_𝑎𝑖𝑟 = 0,59 𝑘𝑔 𝑠

𝑞𝑎𝑖𝑟 = 0,59𝑘𝑔 𝑠× 4179 𝐽 𝑘𝑔℃× (31,4−27,1)℃

= 12821,17 J/s

=5,525 liter/menit. (data yang lain pada Tabel 5.8) Besarnya kecepatan air rata -

rata diperoleh dari perhitungan sebelumnya, yaitu 𝑚_𝑎𝑖𝑟 = 0,525 𝑘𝑔 𝑠

𝑞𝑎𝑖𝑟 = 0,55𝑘𝑔 𝑠× 4179 𝐽 𝑘𝑔℃× (31,4−27,1)℃

(79)

5.2.4. Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas

Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan oleh gas di luar saluran pipa

sebesar 20 putaran (2 cm) yaitu 1,56 kg/jam lalu dikonversikan ke dalam kg/detik.

𝑞𝑔𝑎𝑠 = (1,56/3600)(11900*4186,6) = 21588,90067 watt

Untuk perhitungan, debit gas diambil dari data pembukaan tutup gas buang

sebesar 30 putaran (3 cm) yaitu 1,5 kg/jam lalu dikonversikan ke dalam kg/detik.

𝑞𝑔𝑎𝑠 = (1,5/3600)(11900*4186,6) = 20758,55833 watt

Tabel 5.5 Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas LPG

(80)

5.2.5 Efisiensi

Perhitungan efisiensi water heater dapat mempergunakan persamaan :

Ƞ = 𝑞𝑎𝑖𝑟

𝑞𝑔𝑎𝑠 × 100%

Besarnya 𝑞_𝑎𝑖𝑟 diperoleh dari perhitungan sebelumnya, yaitu sebesar 9883,34

watt, sehingga hasilnya sebagai berikut :

Untuk contoh perhitungan pembukaan tinggi tutup gas buang sebesar 10 putaran

atau 1 cm (data yang lain pada Tabel 5.6):

Ƞ = 9883 ,34

21851 ,84241× 100% = 45,229 %

atau 2 cm (data yang lain pada Tabel 5.7) :

Ƞ = 12821 .17

21588 ,90067× 100% = 59,388 %

atau 3 cm (data yang lain pada Tabel 5.8 ) :

Ƞ = 10531 .08

20758 ,55833× 100% = 50.064%

hasil perhitungan lain untuk data yang lain secara lengkap disajikan pada

(81)