i
PEMANAS AIR DENGAN VARIASI BUKAAN BLOWER
TUGAS AKHIR
Untuk memenuhi sebagai persyaratan
mencapai gelar Sarjana Teknik Mesin
Diajukan oleh :
Ignatius Purwo Nugroho Ady Susanto
065214017
PRODI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
ii
WATER HEATER WITH VARIAN OPENED BLOWER
A FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements
To Obtain Sarjana Teknik Degree In Mechanical Engineering Study Program
By:
Ignatius Purwo Nugroho Ady Susanto
065214017
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
vii
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar pemanas air, mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor, mendapatkan suhu air yang dihasilkan dari pemanas air, menghitung kalor yang diberikan gas LPG dan menghitung efisiensi pemanas air.
Agar menghasilkan air panas pada pemanas air ini, air yang dipanaskan oleh kompor mengalir terus menerus. Agar kalor yang dihasilkan kompor dapat diserap secara maksimal, maka dipasang sirip-sirip tembaga yang berfungsi sebagai penyerap kalor dan mengalirkan kalor yang diterima dari kompor pada pipa tembaga. Untuk penelitian tanpa blower, pada debit aliran 6,72 liter/menit, suhu air yang keluar sebesar 43,4 °C. Untuk penelitian dengan blower terbuka setengah, pada debit aliran 6,12 liter/menit, suhu air yang keluar sebesar 30 °C. Untuk penelitian dengan blower terbuka penuh, pada debit aliran 6,88 liter/menit, suhu air yang keluar sebesar 32,6 °C.
Laju aliran kalor terbesar untuk penelitian tanpa blower adalah 6688,28 watt pada debit air 6,56 liter/menit. Untuk penelitian dengan blower terbuka setengah, laju aliran kalor terbesar adalah 3173,1 watt pada debit air 1,5 liter/menit. Untuk penelitian dengan blower terbuka penuh, laju aliran kalor terbesar adalah 3454 watt pada debit air 1,2 liter/menit.
viii
liter/menit. Untuk penelitian dengan blower terbuka penuh, suhu air terbesar yang dihasilkan adalah 92 ºC pada debit air 0,58 liter/menit.
Kalor yang diberikan gas LPG sebesar 11071,23 watt. Efisiensi terbesar adalah 60,41% pada debit air 6,56 liter/menit untuk penelitian tanpa blower. Pada penelitian dengan blower terbuka setengah, efisiensi terbesar adalah 28,66% pada debit air 1,5 liter/menit. Pada penelitian dengan blower terbuka penuh, efisiensi terbesar adalah 31,2% pada debit air 1,2 liter/menit.
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan YME atas lindungan dan karunia-Nya sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir dalam mencapai gelar sarjana.
Dalam menyusun laporan ini penulis banyak mendapat bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Ibu Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.c. sebagai Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
2. Bapak Ir. PK Purwadi, M.T. sebagai Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan juga selaku Dosen Pembimbing yang telah memberikan bimbingan, dorongan serta meluangkan waktu untuk membimbing saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
3. Bapak Budi Setyahandana, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik. 4. Seluruh dosen, staf dan karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas
Sanata Dharma Yogyakarta atas kuliah, bimbingan, serta fasilitas yang diberikan selama masa kuliah.
5. Orang tua yang telah memberikan dorongan baik secara moral maupun spirit. 6. Seluruh teman-teman Teknik Mesin, yang tidak dapat saya sebutkan satu per
satu, serta
x
Dalam penulisan Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan, kekeliruan, dan jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun demi kemajuaan yang akan datang.
Yogyakarta, 25 Agustus 2013
xi
HALAMAN PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA……..……..……. vi
ABSTRAK ……….………. vii
KATA PENGANTAR……….……… ix
DAFTAR ISI………..………..………….…………... xi
DAFTAR GAMBAR ………...……...…... xiv
DAFTAR TABEL………...……. xvii
DAFTAR GRAFIK………..… xviii
BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang Masalah……… 1
1.2Batasan Masalah………..…. 3
1.3Tujuan Penelitian……….………. 3
1.4Manfaat Penelitian……… 4
BAB II DASAR TEORI 2.1. LandasanTeori………..……….…. 5
2.1.1. Pipa Saluran Air……… 5
2.1.2. Sirip………..…..……… 6
2.1.3. Bahan Bakar……..……….……… 7
xii
2.1.5. Saluran Gas Buang….……… 10
2.1.6. Sumber Api……… 11
2.1.7. Isolator ………..…..……… 13
2.2.TinjauanPustaka……….………..……… 13
2.3.Rumus Perhitungan………..………… 16
2.3.1. Laju Aliran Kalor………..……… 16
2.3.2.Laju Aliran Kalor Yang Diberikan Gas ..…………..…… 18
2.3.3. Efisiensi……….……… 18
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1.Rancangan Pemanas Air……….. 19
3.2.Peralatan Dan Bahan………...…… 24
3.2.1. Alat Yang Digunakan………….……… 24
3.2.2. Bahan Yang Digunakan……….……… 26
3.2.3. Langkah-langkah Pengerjaan……….………… 27
3.2.3.1.Persiapan……… 27
3.2.3.2.Pengerjaan……….……… 28
3.3.Hasil Pembuatan………..………..….……… 34
3.4.Variasi Penelitian………..….……. 35
3.5. Cara Memperoleh Data…………..………..…………..… 36
3.6.Cara Mengolah Data……….….……… 36
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1.Data Penelitian .………..… 37
xiii
4.2.1. Perhitungan Kecepatan Air Rata-rata, um.……… 39
4.2.2. Perhitungan Laju Aliran Massa Air, mair………. 40
4.2.3. Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diterima Air…… 40
4.2.4. Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diberikan Gas… 41 4.2.5. Efisiensi………….……….……… 41
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan……… 49
5.2. Saran………. 50
DAFTAR PUSTAKA ……….………..……… 51
LAMPIRAN ……....………. 52
A. Nilai Sifat-Sifat Logam (sumber: Holman. J.P. 1993.Perpindahan Kalor) …………..……….………….………...……..……… 53
B. Nilai Sifat-Sifat Logam (Lanjutan 1) ….………...……… 54
C. Nilai Sifat-Sifat Logam (Lanjutan 2) ….………...……..……… 55
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Grafik efisiensi sirip siku empat dan segitiga.………….……… 6
Gambar 2.2 Grafik efisiensi sirip siku empat………..……… 7
Gambar 2.3 Kompor gas dengan regulator Savequam……… 12
Gambar 2.4 Kompor gas tungku besar ……….……….. 12
Gambar 2.5 Kompor Quantum RT………. 12
Gambar 2.6 Pemanas air gas Modena GI-6……… 14
Gambar 2.7 Pemanas air gas Rinnai REU-55RTB………. 15
Gambar 2.8 Pemanas air heating equipment JLG30-BV6……… 16
Gambar 2.9 Laju aliran kalor ………..………... 17
Gambar 3.1 Rancangan pemanas air……… 19
Gambar 3.2 Lengkungan pipa ……….……….….. 20
Gambar 3.3 Lengkungan dan sirip……….……… 20
Gambar 3.4 Sirip……….……… 21
xv
Gambar 3.6 Pemanas air tampak dari bawah ……….……… 22
Gambar 3.7 Pemanas air tampak dari luar…..………..……….. 22
Gambar 3.8 Skema rangkaian alat………. 23
Gambar 3.9 Termokopel, alat tulis dan kompor……….… 25
Gambar 3.10 Gelas ukur……….….… 26
Gambar 3.11 Tabung gas……… 27
Gambar 3.12 Blower………..……….….… 27
Gambar 3.13 Alat bending manual dan pemotong pipa……….…… 29
Gambar 3.14 Lengkungan pipa dan sirip……….….…… 29
Gambar 3.15 Pipa tembaga sebelum dipotong……….…...… 30
Gambar 3.16 Pemotongan pipa tembaga untuk sirip………....…..… 30
Gambar 3.17 Pipa tembaga setelah dipotong……….……….…… 31
Gambar 3.18 Pipa tembaga/ sirip setelah dipotong dan diluruskan…....…… 31
Gambar 3.19 Tabung bagian luar……….…..…….. 32
Gambar 3.20 Tabung bagian dalam sebelum dibentuk………….……….… 32
xvi
Gambar 3.22 Penutup bagian atas……….……… 33
Gambar 3.23 Lubang saluran udara……… 34
Gambar 3.24 Pemanas air……… 35
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan bahan
bakar lainnya ...……… 9
Tabel 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normal ……… 10
Tabel 2.3 Konduktifitas termal beberapa media ……….… 13
Tabel 4.1 Hasil pengujian pemanas air tanpa blower……….…... 37
Tabel 4.2 Hasil pengujian pemanas air dengan blower bukaan setengah ... 38
Tabel 4.3 Hasil pengujian pemanas air dengan blower bukaan penuh…… 38
Tabel 4.4 Perhitungan mair dan qair tanpa blower ……….. 42
Tabel 4.5 Perhitungan mair dan qair dengan blower bukaan setengah …..… 42
Tabel 4.6 Lanjutan perhitungan mair dan qair dengan blower bukaan setengah …...………..……….. 43
xviii
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Grafik hubungan debit air dengan suhu air keluar pada suhu air input
27 °C……… 44
Grafik 4.2 Grafik hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diperlukan pada
suhu air input 27 °C……… 45
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG
Di jaman peradaban sekarang ini, hampir setiap orang menggunakan air panas pada kehidupan sehari-hari. Untuk minum, masak bahkan untuk mandi. Banyak dari mereka merebus air untuk mandi, biasanya para pekerja yang pulang dimalam hari akan lebih rileks bila mandi dengan air hangat.
Air hangat juga sangat dibutuhkan oleh orang-orang yang tinggal di daerah pegunungan, karena suhu di daerah pegunungan lebih dingin. Kemudian dibidang perhotelan, air hangat dipergunakan sebagai salah satu fasilitas yang disediakan untuk orang yang menginap di hotel. Selain itu,air hangat juga dipergunakan di rumah sakit, untuk memandikan orang-orang yang sedang sakit.
toko-toko elektronik dan penggunaannya lebih praktis dibandingkan dengan menggunakan tenaga surya. Namun ada juga kekuranganya yaitu apabila terjadi pemadaman listrik, maka pemanas air jenis ini tidak dapat digunakan dan tingkat perbaikan kerusakan sangat sulit, sehingga perlu menambah biaya yang cukup banyak tetapi hasil yang diharapkan tidak seperti yang diharapkan. Kemudian volume air panas yang dihasilkan juga dalam jumlah tertentu, jika volume air panas yang dipergunakan sudah habis, maka harus menunggu waktu pemanasan air lagi dan jika dilihat dari sisi biaya, pemanas air dengan menggunakan tenaga listrik jauh lebih mahal dibandingkan dengan menggunakan gas LPG.
hati-hati agar tabung gas tidak mengalami kebocoran yang mengakibatkan bahaya ledakan.
1.2. BATASAN MASALAH
Batasan–batasan pada pembuatan pemanas air :
a. Tinggi pemanas air: 75 cm, diameter: 28 cm, dengan panjang pipa tembaga: 25 m, dengan 2 lintasan.
b. Banyaknya dinding plat: 2 lapis, plat lapis dalam mempunyai banyak lubang dengan diameter: 3mm dengan jumlah 240 dan plat luar mempunyai banyak lubang dengan diameter: 1cm (setinggi 25cm)
c. Bahan pipa tembaga dengan diameter: 0,953cm = 3/8 inch d. Pipa bersirip dengan jumlah sirip: 16 dan panjang sirip 25cm e. Sirip dari pipa tembaga dengan diameter: 0,953cm
1.3. TUJUAN PENELITIAN
Tujuan penelitian adalah sebagai berikut:
a. Mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air keluar pemanas air.
b. Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor c. Mendapatkan suhu air yang dihasilkan dari pemanas air.
1.4. MANFAAT PENELITIAN
a. Memperluas pengetahuan tentang pembuatan pemanas air.
b. Dapat memperoleh air panas dengan mudah dan dengan jumlah yang banyak.
c. Dapat digunakan oleh kalangan masyarakat luas.
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1. LANDASAN TEORI
2.1.1. Pipa Saluran Air
Pada umumnya saluran air berupa pipa. Ada beberapa pertimbangan dalam perancangan pipa saluran air. Pertama, hambatan pipa saluran air diusahakan sekecil mungkin. Oleh karena itu dalam pembuatan pipa saluran air diusahakan tidak mengalami pembelokan. Kalau terpaksa ada pembelokan, sudut pembelokan pipa diusahakan besar (lebih besar dari 90o), dan dibuat radius. Hal ini dimaksudkan agar gesekan yang terjadi antara fluida dan pipa semakin kecil.
terjadi. Semakin besar ukuran diameter pipa semakin besar daya pompa yang diperlukan. Lalu semakin kecil diameter saluran, suhu air yang dihasilkan (suhu yang keluar dari output) akan semakin besar, juga sebaliknya.
2.1.2 Sirip
Fungsi sirip adalah untuk memperluas permukaan penangkapan kalor. Jika sirip dipasang pada pipa saluran air yang akan dipanaskan, maka sirip akan dapat membantu pipa saluran air dalam menangkap kalor yang diberikan oleh nyala api dari kompor gas LPG. Semakin luas sirip yang akan dipasang pada pipa saluran air, akan semakin besar kalor yang akan dipindahkan ke air. Dengan demikian pemasangan sirip akan berpengaruh terhadap suhu air keluar pada pipa output. Pemilihan bahan sirip juga berpengaruh terhadap besarnya kalor yang dapat ditangkap. Semakin besar nilai konduktivitas termal bahan sirip, semakin besar kalor yang dapat ditangkap oleh sirip.
Gambar 2.2 Grafik efisiensi sirip siku empat (sumber: Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor)
2.1.3 Bahan Bakar
Pada pemanas air jenis ini menggunakan bahan bakar Liquified Petroleum Gas (LPG). LPG yang digunakanadalah LPG untuk rumah tangga, yang komposisinya adalah campuran antara Propana dan Butana.
Reaksi pembakaran Propana
C3H8
, jika terbakar sempurna adalah sebagai berikut :8 3H
C + 5O2 → 3CO2 + 4H2O + panas
Propana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas
Panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut setara dengan 46000000 J/kg atau 46 MJ/kg. Propana setara dengan 46 MJ/kg.
Sebagai gambaran: Untuk menaikkan 1 gram air sebesar 1°C dibutuhkan energi sebesar 4,186 J. untuk menaikkan suhu 1 liter air dari suhu ruangan (30°C) akan dibutuhkan energi sebesar 293.020 J. pada tahap ini, air baru mencapai suhu 100°C dan belum mendidih. Diperlukan energi lagi sebesar 2257 J/gram air untuk merubah air menjadi uap. Pada kondisi udara luar, 1 kg Propana memiliki volume sekitar 0,543 3
Tabel 2.1 Daya pemanasan dan efisien sialat 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 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normal (sumber:
Hasil pembakaran menghasilkan gas buang. Gas buang yang dihasilkan berupa gas sdan uap air yang keluar. Gas buang tersebut harus diberikan jalan untuk keluar dari pemanas air agar nyala api tidak terganggu. Perancangan saluran gas buang harus mempertimbangkan besar kecilnya debit gas buang yang terjadi agar gas buang dapat mengalir keluar dengan lancar. Penempatan lubang keluar gas buang jangan sampai mengganggu fungsi dari pemanas air.
Gas buang akan menguntungkan jika suhunya hampir sama 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 energi tidak banyak yang terbuang secara percuma.
memanaskan air. Karena dalam perancangan ini dibutuhkan nyala api yang mampu memindahkan kalor yang besar ke dalam air.
2.1.6 Sumber Api
Sumber nyala api dapat diambil dari kompor. Ada berbagai macam kompor dengan bentuk geometri dan bahan bakar kompor yang berbeda. Bahan bakar kompor juga menentukan titik nyala api. Ada kompor yang mampu memberikan api yang besar tetapi ada pula yang mampu memberikan api yang kecil. Pada kenyataanya setiap kompor menghasilkan bentuk api dan besar api yang khas. Semakin banyak api yang mampu dihasilkan kompor dan semakin banyak api yang mampu menyentuh sistem saluran pipa air dengan siripnya, akan semakin besar kalor yang dapat dipindahkan ke dalam air melalui saluran pipa air. Dengan catatan proses pembakaran yang terjadi dalam peralatan pemanas air berlangsung dengan sempurna. Berikut ini adalah contoh sumber api berbahan bakar gas LPG yang terdapat di pasaran, tersaji pada Gambar 2.3, Gambar 2.4, Gambar 2.5.
Gambar 2.4 Kompor gas tungku besar
Gambar 2.5 Kompor Quantum RT
2.1.7 Isolator
didapat. Jika dipergunakan udara sebagai isolator, maka pemasukan udara untuk keperluan pembakaran dapat melalui lubang - lubang yang dibuat di dinding tabung dalam.
Tabel 2.3 Konduktifitas termal beberapa media (sumber:
http://www.scribd.com/doc/61109210/BAB-II-Termal) Media Konduktifitas Termal (k)
W/m.ºC
Kegiatan rekayasa dan pengembangan pemanas air untuk memenuhi kebutuhan masyarakat berkembang pesat. Pemanas air yang ditawarkan dipasaran bermacam-macam misalnya, dari model bentuk, kapasitas air yang mengalir, dan juga sumber bahan bakar yang digunakan. Sumber bahan bakar yang digunakan dalam pemanas air misalnya, LPG, energi listrik, energi matahari, biogas, dan masih banyak lagi. Untuk kapasitas air per menit juga bervariasi, rata-rata pemanas air yang dijual di pasaran berkapasitas 5-8 liter/menit, biasanya digunakan dalam rumah tangga, sedangkan untuk kapasitas yang lebih besar biasanya digunakan dihotel.
a. Pemanas air gas Modena GI-6
Gambar 2.6 Pemanas air gas Modena GI-6 (sumber:
http://www.modena.co.id/detail-2-26-344.php)
Nama Produk : Modena
Negara Pembuat : Italia
Spesifikasi
Model : GI-6
Warna : Putih (GI-6), Inox (GI-6S) Kapasitas maksimum : 6 L/menit
Dimensi Luar : 740 mm x 430 mm x 248 mm
Tipe Gas : NG LPG
Temperatur maksimum : 65°C
Gambar 2.7 Pemanas air gas Rinnai REU-55RTB (sumber:
http://www.rinnai.co.id/product-rinnai/hot-water-solution/instant-gas-water-heater)
Nama Produk : Rinnai Negara Pembuat : Japan
Spesifikasi
• Gas Input : 0,5 kg/jam
• Model : REU-55RTB
• Dimensi Luar : 369 mm x 290 mm x 138 mm
• Kapasitas Maksimum : 6 L/menit
• Temperatur Maksimum : ± 50°C
• Tipe Gas : LPG
Gambar 2.8 Pemanas Air Heating Equipment JLG30-BV6 (sumber:
http://www.ecvv.com/product/1974688.html)
Negara Pembuat : China
Nama Produk : Smales
Spesifikasi
• Model : JLG30-BV6
• Kapasitas maksimum : 6 L/menit
• Berat : 39 kg
• Dimensi Luar : 760 mm x 430 mm x 320 mm
• Tipe Gas : NG LPG
• Jangkauan Temperatur : 40°C - 80°C
2.3 RUMUS PERHITUNGAN
2.3.1 Laju Aliran Kalor
qair
Pada persamaan (2.1) dan (2.2):
air
u : kecepatan rata-rata fluida mengalir (m/s)
2.3.2 Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas
Kalor yang diberikan gas dapat dihitung dengan persamaan.
qgas = mgas∙ cgas ……..….…………...………. (2.3)
Pada persamaan (2.3) : gas
m : laju aliran massa gas elpiji yang terpakai (kg/s)
gas
c : nilai kalor jenis elpiji (J/kg), (1kkal = 4186,6 J), tersaji pada Tabel 2.1
cgas : 11.900 kkal/kg
2.3.3 Efisiensi
Efisiensi pemanas air dapat dihitung dengan persamaan :
%
Pada persamaan (2.4) :
: Efisiensi pemanas air (%)
air
q : Laju aliran kalor yang diterima air (watt)
gas
19
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1RANCANGAN PEMANAS AIR
Gambar rancangan pemanas air dengan menggunakan bahan seng dan pipa tembaga. Disajikan pada Gambar 3.1 sampai Gambar 3.7.Gambar 3.1 memperlihatkan rancangan pemanas air, Gambar 3.2 memberikan informasi tentang lengkungan pipa dan diameternya, Gambar 3.3 memperlihatkan lengkungan pipa dan sirip tembaga yang sudah terpasang, Gambar 3.4 memperlihatkan tinggi lengkungan pipa dan sirip, Gambar 3.5 memberikan informasi tentang penutup bagian atas, Gambar 3.6 memperlihatkan pemanas air tampak dari bawah dan Gambar 3.7 memperlihatkan tinggi pemanas air.
Gambar 3.2 Lengkungan pipa
Gambar 3.4 Sirip
Gambar 3.6 Pemanas air tampak dari bawah
Skematis pengujian pada pemanas air telah tergambar dan dijelaskan pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Skema rangkaian alat
Sebenarnya masih banyak bahan yang memiliki nilai konduktor termal lebih tinggi dibandingkan tembaga seperti emas dan perak. Akan tetapi jika dilihat dari segi ekonomi, tembaga lebih murah dibandingkan emas dan perak.
Mekanisme perpindahan kalor yang terjadi pada pemanas air yaitu perpindahan kalor secara konduksi dan perpindahan kalor konveksi. Proses perpindahan kalor konveksi terjadi pada saat nyala api menyentuh sirip-sirip tembaga, kemudian, dari sirip-sirip tembaga panas yang diterima mengalir menuju pipa tembaga, proses ini disebut perpindahan kalor secara konduksi dan perpindahan panas secara konveksi terjadi dari pipa tembaga ke air yang mengalir.
3.2. PERALATAN DAN BAHAN
3.2.1. Alat yang Digunakan
Sarana dan alat-alat yang digunakan untuk proses pembuatan pemanas air ini adalah:
a. Mesin bor, digunakan untuk membuat lubang saluran udara yang berada di sisi luar tabung.
b. Gunting, digunakan untuk memotong seng.
c. Tang, digunakan saat memasang sirip pipa tembaga dengan lengkungan pipa tembaga.
e. Penggaris, digunakan saat menggaris agar lebih mudah saat memotong seng.
f. Jangka, untuk membuat lingkaran pada seng sebelum dipotong. g. Alat bending, untuk melengkungkan pipa.
h. Alat pemotong, digunakan dalam pembuatan sirip untuk memotong pipa tembaga.
i. Thermokopel, sebagai alat pengukur suhu fluida yang keluar. j. Mur dan baut / kawat, sebagai pegunci.
k. Selang karet, sebagai penyambung dari gas kekompor. l. Stopwatch, sebagai penunjuk waktu.
m. Gelas ukur, sebagai tempat penampung fluida dan juga pengukur banyaknya air per menit.
Gambar 3.10 Gelas ukur
3.2.2. Bahan yang Digunakan
a. Pipa tembaga dengan diameter 0,953 cm sebagai saluran air b. Kawat besi sebagai pengikat sirip tembaga
c. Seng sebagai penutup pipa saluran
d.Kompor dan gas LPG, sebagai pengatur debit gas sekaligus menjadi penyuplai kalor.
e. Kran, sebagai pengatur debit air.
f.Selang air, sebagai penyambung dari kran ke pipa tembaga masuk pemanas air.
Gambar 3.11Tabung gas
Gambar 3.12 Blower
3.2.3. Langkah-langkah Pengerjaan
3.2.3.1 Persiapan
Sebelum memulai pembuatan pemanas air, terlebih dahulu harus melakukan persiapan yaitu :
a. Menyiapkan gambar rancangan
b. Menyiapkan alat-alat dan bahan
Setelah rancangan pemanas air sudah selesai maka, kita dapat menentukan bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan pemanas air lalu kemudian, membelinya.
c. Menyiapkan keperluan lainnya
Membeli alat-alat lainnya selain alat yang digunakan untuk membuat pemanas air dan meminta izin atas peminjaman alat di laboratorium.
3.2.3.2 Pengerjaan
Dalam pelaksanaan pembuatan pemanas air banyak hal-hal yang harus dilakukan yaitu :
a. Melengkungkan pipa
Gambar 3.13 Alat bending manual dan pemotong pipa
Gambar 3.14 Lengkungan pipa dan sirip
b. Memotong pipa tembaga
Gambar 3.15 Pipa tembaga sebelum dipotong
Gambar 3.17 Pipa tembaga setelah dipotong
Gambar 3.18 Pipa tembaga/ sirip setelah dipotong dan diluruskan
c. Membuat tabung
Gambar 3.19 Tabung bagian luar.
d. Membuat tabung bagian dalam
Plat yang digunakan sebagai penutup bagian dalam adalah seng. Tabung bagian dalam ini berfungsi sebagai isolator agar panas yang dihasilkan itu tidak hilang kesamping.
Gambar 3.21 Tabung bagian dalam
e. Membuat penutup bagian luar bagian atas
Bahan yang digunakan untuk membuat penutup bagian atas masih sama yaitu menggunakan seng. Fungsi dari penutup atas ini adalah sebagai penutup saja dan apabila nanti jika dalam percobaan suhu yang dihasilkan tidak sesuai dengan apa yang di inginkan maka penutup bagian atas ini dapat dilepas agar suhu naik.
Gambar 3.22 Penutup bagian atas
Dalam proses pembakaran sangat diperlukan oksigen, oleh karena itu maka dibuatlah lubang saluran udara, agar kalor yang dihasilkan bias lebih maksimal. Selain itu, lubang ini juga berfungsi sebagai saluran gas buang.
Gambar 3.23 Lubang saluran udara
g. Pemasangan kompor
Pada pemasangan kompor ini, hanya proses penginstalan kompor dan tungkunya saja disesuaikan. Sehingga bentuk dari kompor tidak banyak mengalami perubahan hanya bagian belakang kompor dipotong untuk mengurangi ukuran atau besar dari kompor.
3.3. HASIL PEMBUATAN
Gambar 3.24 Pemanas air
Gambar 3.25 Pemanas air menggunakan blower Kesulitan dalam pengerjaan,
a) Melipat plat dalam pembentukan tabung.
b) Pembentukan pipa spiral, karena dilakukan secara manual. c) Memposisikan pipa tembaga pada tabung.
3.4. VARIASI PENELITIAN
a. Penggunaan blower dan tidak menggunakan blower b. Pembukaan katup blower, bukaan penuh dan setengah
3.5. CARA MEMPEROLEH DATA
Data debit air diperoleh dengan mengukur debit air yang mengalir mempergunakan gelas ukur dan stopwatch. Banyaknya air yang mengalir setiap menit dicatat setiap ada perubahan debit. Pengukuran suhu air dilakukan dengan memasang termokopel pada sisi keluar pemanas air. Suhu air dicatat setiap ada perubahan debit air.
3.6. CARA MENGOLAH DATA
Dengan data-data yang diperoleh, maka data dapat diolah. Data-data kemudian dipergunakan untuk mengetahui
a. Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar dari pemanas air. b. Hubungan antara debit air dengan laju aliran keluar pemanas air.
37
BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
4.1 DATA PENELITIAN
Hasil pengujian pemanas air, yang meliputi debit air, suhu air masuk Ti, suhu air keluar To. Pengujian dilakukan pada kondisi tekanan udara luar. Aliran gas pada kompor gas diposisikan pada posisi maksimum. Air yang dipergunakan, adalah air kran.
Dari hasil pengujian didapatkan data sebagai berikut:
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Pemanas Air Tanpa Blower
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Pemanas Air Dengan Blower Bukaan Setengah
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Pemanas Air Dengan Blower Bukaan Penuh
4.2. PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
Perhitungan kecepatan air rata rata um, laju aliran massa air m dan laju aliran kalor q yang diserap air dilakukan dengan mempergunakan data data seperti tersaji pada Tabel 4.1. Data lain yang dipergunakan adalah :
Jari jari pipa saluran (r) : 0,004765 m
Massa jenis air (ρ) : 1000 kg/m3 Kalor jenis air (cp) : 4186,6 J/(kgoC) Debit gas (mgas) : 0,8 kg/jam
4.2.1. Perhitungan kecepatan air rata rata um
Perhitungan kecepatan air rata rata um yang mengalir di dalam saluran pipa air mempergunakan persamaan :
) Tabel 4.1). Satuan debit air dijadikan dalam satuan m3/s.
Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap disajikan pada Tabel 4.4, Tabel 4.5, Tabel 4.6, Tabel 4.7.
4.2.2. Perhitungan laju aliran massa air, mair
Perhitungan laju aliran massa air m di dalam saluran pipa air mempergunakan persamaan berikut :
mair = (massa jenis) (luas penampang) (kecepatan air)
=ρ(πr2) (um) ... (4.4)
Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 4 liter/menit. (data lain pada Tabel 4.1)
mair = (1000) (3,14 x 0,0047652) (0,8322) kg/s = 0,0591 kg/s
Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap disajikan pada Tabel 4.4, Tabel 4.5, Tabel 4.6, Tabel 4.7.
4.2.3. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air
Perhitungan laju aliran kalor yang diserap oleh air di dalam saluran pipa mempergunakan persamaan :
qair = (debit air) (kalor jenis air) (Tout– Tin)
= mair∙ cair (Tout– Tin) (watt) ...(4.5)
0,0591
4179 46,329,5
4.2.4. Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas
Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan oleh gas di luar saluran pipa mempergunakan persamaan :
qgas = (debit gas) (kalor jenis gas) ...(4.6)
= (0,8/(60.60)(11900.4186,6) = 11071,23 watt
Hasil perhitungan untuk data lain secara lengkap disajikan pada Tabel 4.4, Tabel 4.5, Tabel 4.6, Tabel 4.7.
4.2.5. Efisiensi
Tabel 4.4 Perhitungan mair, qair dan efisiensi Tanpa Blower
Tabel 4.5 Perhitungan mair, qair dan Efisiensi Dengan Blower Bukaan Setengah
Tabel 4.6 Lanjutan Perhitungan mair, qair dan Efisiensi Dengan Blower Bukaan
Tabel 4.7 Perhitungan mair, qair dan Efisiensi Dengan Blower Bukaan Penuh
Dari perhitungan yang telah dilakukan, hasil perhitungan secara grafik disajikan pada Gambar 4.1, Gambar 4.2, Gambar 4.3.
Keterangan :
Gambar 4.1 Hubungan debit air dengan suhu air keluar pemanas air
y = -18,45ln(x) + 75,509
Keterangan :
Keterangan :
Gambar 4.3 Hubungan debit air dengan efisiensi pemanas air pada suhu air input 27 °C
4.3 PEMBAHASAN
Dari Gambar 4.1, dapat diperoleh informasi bahwa debit air berpengaruh terhadap suhu keluar dari pemanas air. Semakin besar debit air, suhu air yang keluar semakin rendah.
Hasil rancangan pemanas air yang telah dibuat dapat bersaing dengan pemanas air yang berada di pasaran. Penelitian pemanas air tanpa blower mampu menghasilkan suhu air keluar sebesar 43,4°C pada debit 6,72 liter/menit dan suhu air keluar sebesar 80°C pada debit 1 liter/menit. Untuk penelitian dengan blower bukaan setengah, suhu air keluar pemanas air sebesar 45 °C pada debit 3 liter/menit dan suhu air keluar sebesar 70 °C pada debit 1 liter/menit. Dibandingkan dengan hasil penelitian tanpa blower, nilai suhu air keluar dari pemanas air lebih rendah. Hal ini berarti pemasangan blower tidak membantu dalam peningkatan suhu air keluar untuk pemanas air. Untuk penelitian dengan blower di bukaan penuh, suhu air keluar pemanas air sebesar 46 °C pada debit 2,4 liter/menit dan suhu air sebesar 71 °C pada debit 1 liter/menit. Dibandingkan dengan hasil penelitian tanpa blower, nilai suhu air keluar dari pemanas air lebih rendah. Sama seperti pada penelitian kedua, pemasangan blower tidak membantu menaikan suhu keluar pemanas air. Dipasaran pemanas air dengan debit air 6 liter/menit, suhu air keluar dari pemanas air berkisar antara 40 – 80 ºC. Produk lain mampu menghasilkan suhu air keluar 50 ºC dan ada juga yang mencapai 65 ºC dengan debit yang sama.
menghasilkan laju aliran air 1,4307 m/s pada debit 6,12 liter/menit, untuk penelitian dengan blower dibuka penuh menghasilkan laju aliran air 1,6084 m/s pada debit 6,88 liter/menit. Dari hasil penelitian kedua dan ketiga, nampak bahwa pemasangan blower pada pemanas air menurunkan besarnya laju aliran kalor yang diterima air, hal ini berati bahwa pemasangan blower tidak menguntungkan. Debit air yang mengalir, semakin besar laju aliran kalor yang diterima air (berlaku untuk debit < 6,56 liter/menit, tetapi setelah debit > 6,56 liter/menit), semakin besar debit air yang mengalir laju aliran kalor yang diterima semakin rendah.
Dari Gambar 4.3 tampak bahwa besarnya efisiensi pemanas air bergantung pada debit air yang mengalir. Nilai efisiensi pemanas air berkisar antara 28,93 – 60,41 %. Nilai efisiensi terbesar sebesar 60,41 %. Efisiensi pemanas air yang dibuat tidak dapat mencapai 100 %. Hal ini disebabkan karena, adanya kalor hilang melalui radiasi, ataupun terbawa gas buang. Gas buang memiliki suhu yang lebih tinggi dari pada udara luar ketika masuk pemanas air, juga adanya kalor yang terhisap oleh tabung, sehingga suhu tabung lebih tinggi dari keadaan awal.
49
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
Dari penelitian yang dilaksanakan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
a. Pemanas air dapat dibuat dengan baik dan mampu bersaing dengan pemanas air yang ada di pasaran. Untuk penelitian tanpa blower, pada debit aliran 6,72 liter/menit, suhu air yang keluar sebesar 43,4 °C. Untuk penelitian dengan blower terbuka setengah, pada debit aliran 6,12 liter/menit, suhu air yang keluar sebesar 30 °C. Untuk penelitian dengan blower terbuka penuh, pada debit aliran 6,88 liter/menit, suhu air yang keluar sebesar 32,6 °C.
b. Laju aliran kalor terbesar untuk penelitian tanpa blower adalah 6688,28 watt pada debit air 6,56 liter/menit. Untuk penelitian dengan blower terbuka setengah, laju aliran kalor terbesar adalah 3173,1 watt pada debit air 1,5 liter/menit. Untuk penelitian dengan blower terbuka penuh, laju aliran kalor terbesar adalah 3454 watt pada debit air 1,2 liter/menit.
c. Suhu air terbesar yang dihasilkan dari pemanas air untuk penelitian tanpa blower adalah 80 ºC pada debit air 1 liter/menit. Untuk penelitian dengan blower terbuka setengah, suhu air terbesar yang dihasilkan adalah 90 ºC pada debit air 0,6 liter/menit. Untuk penelitian dengan blower terbuka penuh, suhu air terbesar yang dihasilkan adalah 92 ºC pada debit air 0,58 liter/menit.
e. Efisiensi terbesar adalah 60,41% pada debit air 6,56 liter/menit untuk penelitian tanpa blower. Pada penelitian dengan blower terbuka setengah, efisiensi terbesar adalah 28,66% pada debit air 1,5 liter/menit. Pada penelitian dengan blower terbuka penuh, efisiansi terbesar adalah 31,2% pada debit air 1,2 liter/menit.
5.2 SARAN
Adapun beberapa saran yang dapat menjadikan pengembangan dan perbaikan pembuatan pemanas air :
a. Penggunaan blower tidak membantu menaikkan suhu air keluar pemanas air dan tidak membantu menaikkan efisiensi. Blower baik digunakan jika diinginkan suhu gas buang meningkat (pemanas udara).
51
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-lpg-di-dapur-anda.pdf) Diakses pada tanggal 5 Juli 2012.
Anonim, http://www.tokowaterheater.com, diakses pada tanggal 02 juli 2012 Anonim,
http://www.sinar-electric.com/WATER%20HEATER/Water%20Heater%20RINNAI%20REU-55.htm.
Diakses pada tanggal 02 juli 2012.
Anonim, http://teknindogas.wordpress.com/2010/05/25/kompor-gas-tungku-besar-rp-300-000/, diakses pada tanggal 06 april 2013.
Anonim, http://lpg-3kg.blogspot.com/,diakses pada tanggal 06 april 2013. Holman, J.P, 1993, Perpindahan Kalor, Edisi Keenam, Erlangga: Jakarta.
52