WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 10 METER 480 LUBANG UDARA SERTA PENAMBAHAN TUTUP GAS BUANG

(1)

WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 10 METER

480 LUBANG UDARA SERTA PENAMBAHAN

TUTUP GAS BUANG

SKRIPSI

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

Diajukan oleh

ANDREAS ARDI DARMAWAN NIM : 105214040

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(2)

ii

WATER HEATER WITH 10 METERS LENGTH OF PIPE

480 AIR INTAKE HOLES AND EXHAUST GAS COVER

ADDITION

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By

ANDREAS ARDI DARMAWAN STUDENT NUMBER : 105214040

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRM

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

(3)

iii

(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, 15 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 : Andreas Ardi Darmawan

Nomor Mahasiswa : 105214040

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :

Water Heater dengan Panjang Pipa 10 Meter 480 Lubang Udara serta Penambahan Tutup Gas Buang

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

Salah satu teknologi yang sekarang ini banyak diminati di kalangan rumah tangga adalah water heater. Selain kebutuhan rumah tangga, water heater banyak digunakan untuk kebutuhan rumah sakit, hotel dan industri.

Penelitian ini bertujuan untuk (a) merancang dan membuat water heater

tenaga gas LPG, (b) mendapatkan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater, (c) mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor, (d) menghitung kalor yang diberikan gas LPG pada water heater, (e) menghitung kalor yang diterima air, (f) menghitung efisiensi water heater.

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Program Studi Teknik Mesin Sanata Dharma. Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 37 cm, diameter tabung paling luar 34 cm, diameter tabung tengah 26 cm, diameter tabung paling dalam 9 cm, 480 lubang udara pada tabung paling luar, panjang pipa 10 meter, diameter dalam pipa saluran air 1,27 cm, dan 8 buah sirip dari pipa tembaga dengan diameter dalam sirip 1,27 cm. Variasi dilakukan pada tinggi pembukaan tutup gas buang, yaitu sebesar 10 putaran (1 cm), 20 putaran (2 cm), dan 30 putaran (3 cm).

Hasil penelitian memberikan beberapa kesimpulan yaitu (a) Water heater yang sudah dibuat mampu menghasilkan debit sebesar 15,60 liter/menit pada suhu 38,7°C, (b) Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater terbaik dinyatakan dengan persamaan : To = 97,61Q-0,328. (c) Hubungan antara debit air

dengan laju aliran kalor yang diterima air terbaik dinyatakan dengan persamaan : qair = -9,3456Q2 + 419,95Q + 8404,1. (d) Laju aliran kalor yang diberikan gas

LPG untuk tinggi pembukaan tutup gas buang 2 cm sebesar 21,312 kW, (e) Laju aliran kalor yang diterima air paling tinggi pada suhu 35,9°C untuk tinggi pembukaan tutup gas buang 2 cm sebesar 13,452 kW, (f) Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater terbaik dinyatakan dengan persamaan : η = -0,0439Q2 + 1,9705Q + 39,434.

(8)

viii heater, ( c ) get relations between discharge to the rate of water flow kalor, ( d ) count kalor given by LPG gas into water heater, ( e ) count kalor that received by water ( f ) count the efficiency of water heater.

This research conducted in laboratories of mechanical engineering sanata darma. The dimensions of water heater as high as 37 cm , the outer of diameter of a tube is 34 cm, the diameter of a middle tube is 26 cm, the diameter of a central a tube is 9 cm, 480 air holes in a tube most outside, a length of pipe 10 meters, the diameter of in a pipe 1.27 cm, and 8 fins of a copper pipe with a diameter in the fins of 1.27 cm. The variation is on the opening of the exhaust gases, amounting to 10 rounds as high as 1 cm, 20 rounds as high as 2 cm, and 30 rounds as high as

relation between a discharge of water at the rate of flow of heat engine received water best expressed with an equation: qair = -9,3456Q2 + 419,95Q + 8404,1. ( d )

the rate of flow of heat engine given gas cylinders as high as 2 cm of opening cover the exhaust gases as much as 21,312 kW ( e ) the rate of flow of heat engine received the most high water at a temperature high 35,9oC for the opening cover the exhaust gases as high as 2 cm as much as 13,452 kW (f) the relation between a discharge of water efficiency of water heater best expressed with an equation: η = -0,0439Q2 + 1,9705Q + 39,434.

(9)

ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang atas

berkat dan kasih serta penyertaan-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang

berjudul : Water Heater dengan Panjang Pipa 10 Meter 480 Lubang Udara serta

Penambahan Tutup Gas Buang, dengan baik.

Skripsi ini 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. PK. Purwadi, M.T selaku Dosen Pembimbing Skripsi dan Kepala Program

Studi Teknik Mesin yang telah banyak memberikan bimbingan kepada penulis

dalam menyelesaikan skripsi ini.

3. Veronica Retno Hendartini selaku orang tua yang telah banyak memberi

dukungan moril maupun materi dalam menyelesaikan skripsi ini.

4. Thomas Iskandar Kurniawan selaku kakak yang telah membantu penulis

dalam menyelesaikan skripsi ini.

5. Seluruh staf pengajar Program Studi Teknik Mesin dan staf sekretariat

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

(10)

x

7. Deni Rahman P., Galih Kristianto, Dominico Savio KW., Ignatius Robby F.

yang tak henti - hentinya memberikan dukungan kepada penulis dalam

menyelesaikan skripsi ini.

8. Rekan–rekan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

khususnya angkatan 2010, senior dan junior yang tidak dapat penulis sebutkan

satu per satu.

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 menyempurnakannya.

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

kasih.

(11)

x

DAFTAR ISI

hal

HALAMAN JUDUL... i

TITLE PAGE... ii

HALAMAN PERSETUJUAN... iii

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... x

DAFTAR GAMBAR... xiii

DAFTAR TABEL... xvii

BAB I PENDAHULUAN... 1

1.1 Latar Belakang... 1

1.2 Rumusan Masalah... 4

1.3 Tujuan... 4

1.4 Batsan Dalam Pembuatan Water Heater... 4

1.5 Manfaat... 5

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA... 6

(12)

xi

2.1.1 Perpindahan Kalor... 6

2.1.2 Perancangan Pipa Saluran Air... 8

2.1.3 Saluran Udara Untuk Kebutuhan Pembakaran... 11

2.1.4 Sirip... 11

2.1.5 Isolator... 12

2.1.6 Bahan Bakar / Sumber Energi... 13

2.1.7 Kebutuhan Udara... 15

2.1.8 Saluran Gas Buang... 15

2.1.9 Sumber Api... 16

2.1.10 Laju Aliran Kalor... 16

2.1.11 Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas... 18

2.1.12 Efisiensi... 18

2.2 Tinjauan Pustaka... 19

2.2.1 Water Heater yang Ada di Pasaran... 19

2.2.2 Skema Water Heater... 22

2.2.3 Hasil Penelitian Water Heater Gas... 25

BAB III PEMBUATAN ALAT... 28

3.1 Rancangan Water Heater... 28

3.2 Cara Kerja Water Heater ... 32

3.3 Persiapan... 32

3.4 Peralatan – peralatan yang Dipergunakan... 32

(13)

xii

3.4.2 Alat yang Dipergunakan... 35

3.5 Perakitan... 37

BAB IV METODE PENELITIAN... 39

4.1 Skematik Alat Penelitian... 39

4.2 Variasi Penelitian... 39

4.3 Alat Bantu Penelitian... 40

4.4 Cara Mendapatkan Data... 44

4.5 Cara Mengolah Data... 45

4.6 Cara Mendapatkan Kesimpulan... 46

BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN... 47

5.1 Hasil Pengujian... 47

5.2 Penghitungan Matematis... 48

5.2.1 Penghitungan Kecepatan Air Rata – rata... 49

5.2.2 Penghitungan Laju Aliran Massa Air... 51

5.2.3 Penghitungan Laju Aliran Kalor yang Diterima air... 52

5.2.4 Penghitungan Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas.. 53

5.2.5 Efisiensi... 54

5.3 Pembahasan... 61

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN... 67

6.1 Kesimpulan... 67

6.2 Saran... 68

DAFTAR PUSTAKA... 70

(14)

xiii

DAFTAR GAMBAR

hal

Gambar 2.1 Kompor gas highpressure yang digunakan pada water heater 16

Gambar 2.2 Aliran fluida... 17

Gambar 2.3 Water heater 1... 19

Gambar 2.6 Skema water heater gas dengan tangki... 22

Gambar 2.7 Skema water heater gas dengan tangki penampungan... 23

Gambar 2.8 Skema water heater dengan tangki penampungan dan pipa spiral... 24

Gambar 2.9 Skema water heater tanpa tangki penampungan... 25

Gambar 3.1 Kerangka tabung water heater bagian luar... 28

Gambar 3.2 Kerangka tabung water heater bagian tengah... 29

Gambar 3.3 Kerangka tabung water heater bagian dalam dengan spring center... 29

Gambar 3.4 Kerangka jadi water heater... 29

Gambar 3.5 Pipa saluran air... 30

Gambar 3.6 Tutup gas buang water heater... 30

Gamabr 3.7 Selimut tabung water heater bagian dalam... 30

Gambar 3.8 Selimut tabung water heater bagian tengah... 31

(15)

xiv

Gambar 3.10 Rancangan water heater yang sudah jadi... 31

Gambar 3.11 Pipa Tembaga... 33

Gambar 3.12 Plat Galvanum... 33

Gambar 3.13 Besi Nako... 34

Gambar 3.14 Plat Strip... 34

Gambar 3.15 Plat Acer... 34

Gambar 3.16 Paku Ripet... 35

Gambar 3.17 Kawat... 35

Gambar 3.18 Mesin las listrik... 36

Gambar 3.19 Alat penekuk dan pemotong pipa... 36

Gambar 4.1 Skema pengujian water heater... 39

Gambar 4.2 Tabung gas LPG dan regulator... 41

Gambar 4.3 Timbangan gantung... 41

Gambar 4.4 Gelas ukur... 42

Gambar 4.5 Termokopel dan penampil suhu digital... 42

Gambar 4.6 Kran air... 43

Gambar 4.7 Kompor high pressure... 43 Gambar 5.1 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water

heater dengan pembukaan tutup gas buang 10 putaran (1 cm) 57 Gambar 5.2 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water

(16)

xv

Gambar 5.3 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water

heater dengan pembukaan tutup gas buang 30 putaran (3 cm) 58 Gambar 5.4 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang

diterima air, water heater dengan pembukaan tutup gas

buang 10 putaran (1 cm)... 58

Gambar 5.5 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang

Gambar 5.7 Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater

dengan pembukaan tutup gas buang 10 putaran (1 cm)... 60

Gambar 5.10 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater pada pembukaan tutup 10 putaran (1 cm), 20 putaran (2 cm), dan 30 putaran (3 cm)... 62

diterima air water heater pada pembukaan tutup 10 putaran

(17)

xvi

pada pembukaan tutup 10 putaran (1 cm), 20 putaran (2 cm),

(18)

xvii

DAFTAR TABEL

hal

Tabel 2.1 Tabel perbandingan kekuatan material antara tembaga dan

jenis material yang lain... 9

Tabel 2.2 Nilai konduktivitas termal... 10

Tabel 2.3 Konduktifitas termal untuk beberapa media isolator... 13

Tabel 2.4 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan

bahan bakar lainnya... 14

Tabel 2.5 Komposisi udara dalam keadaan normal... 15

Tabel 4.1 Tabel isian konsumsi gas... 44

Tabel 4.2 Tabel isian volume air pada tinggi pembukaan tutup gas buang

: 1 cm... 44

: 2 cm... 45

: 3 cm... 45

Tabel 5.1 Konsumsi gas pada setiap tinggi pembukaan tutup gas

buang... 47

Tabel 5.2 Hasil pengujian water heater dengan tinggi pembukaan tutup

gas buang 10 putaran (1 cm)... 47

(19)

xviii

gas buang 30 putaran (3 cm)... 48

Tabel 5.5 Laju aliran kalor yang diberikan oleh gas... 54

Tabel 5.6 Tabel penghitungan mair dan qair water heater dengan tinggi

pembukaan tutup gas buang 10 putaran (1 cm)... 55

pembukaan tutup gas buang 20 putaran (2 cm)... 56

(20)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Seiring dengan semakin canggihnya teknologi di era, globalisasi semakin

banyak pula kita dituntut untuk mengejar ilmu pengetahuan ke arah teknologi

yang lebih maju untuk meningkatkan kesejahteraan dan mencapai apa yang telah

dicita-citakan. Berbagai macam kebutuhan rumah tangga menjadi semakin praktis

berkat kemajuan teknologi. Salah satu teknologi yang sekarang ini banyak

diminati di kalangan rumah tangga adalah water heater (pemanas air). Pada awalnya, water heater lebih banyak digunakan pada negara-negara yang beriklim dingin. Namun, kini negara-negara tropis seperti di Indonesia pun mulai marak

menggunakan water heater. Sebagian besar konsumen water heater tersebut adalah masyarakat yang tinggal di kota-kota besar.

Bagi pekerja kantor, rasa lelah setelah bekerja seharian di kantor memang

menyebalkan. Tentu mereka memerlukan sebuah kenyamanan ketika pulang ke

rumah. Nah, kenyamanan tersebut antara lain dapat dinikmati dengan berendam di

air panas. Alat yang paling tepat digunakan adalah water heater. Water heater

adalah suatu alat pemanas air modern yang dibuat khusus untuk memenuhi

kebutuhan air panas dengan cara yang praktis. Selain digunakan untuk kebutuhan

rumah tangga, water heater biasa digunakan untuk kebutuhan rumah sakit, yaitu untuk menyediakan kebutuhan air panas untuk keperluan mandi pasien. Selain di

(21)

mandi dengan air panas. Selain di rumah sakit dan hotel, water heater juga digunakan untuk kebutuhan industri. Salah satu industri yang memanfaatkan

water heater adalah industri pemotongan ayam. Pada industri pemotongan ayam, air panas digunakan untuk merendam ayam sehingga mempermudah proses

pencabutan bulu ayam.

Water heater terbuat dari susunan pipa tembaga yang disusun sedemikian rupa sehingga dapat menghasilkan air panas saat air mengalir melalui pipa.Pada

umumnya water heater dibagi menjadi tiga jenis; water heater surya, water heater

listrik, dan water heater listrik. Water heater surya biasanya diletakan di atas atap.

Water heater surya adalah water heater yang memanfaatkan energi matahari untuk sumber energi pada proses pemanasan. Keuntungan memakai water heater

surya adalah sumber tenaga yang dibutuhkan untuk proses pemanasan diperoleh

secara gratis, water heater surya tidak menimbulkan bunyi yang berisik, serta merupakan water heater paling ramah lingkungan daripada jenis water heater

yang lain, sedangkan kerugian menggunakan water heater ini adalah biaya awal yang dibutuhkan untuk membuat water heater surya sangat mahal, memerlukan tempat yang luas untuk pemasangan, water heater jenis ini juga sangat bergantung pada cuaca, dan proses pemanasan air membutuhkan waktu yang relatif lama.

Selain itu, karena water heater surya menggunakan tangki penampungan air, maka air panas yang dihasilkan terbatas sesuai daya tampung tangki

penampungan. Water heater yang kedua adalah water heater listrik. Water heater

(22)

memiliki beberapa keuntungan, yaitu tidak menimbulkan bunyi yang keras saat

pemanasan air, tidak membutuhkan tempat yang luas untuk pemasangan, serta

tidak memiliki emisi gas buang. Kerugian menggunakan water heater listrik yaitu memiliki risiko terjadi korsleting, biaya yang dibutuhkan untuk membuat alat

mahal, air panas yang dihasilkan tidak stabil, sangat bergantung pada energi

listrik, serta karena water heater listrik menggunakan tangki penampungan, maka air panas yang dihasilkan terbatas.

Water heater yang ketiga adalah water heater gas. Water heater jenis ini menggunakan gas LPG sebagai bahan bakar dan lebih menguntungkan

dibandingkan dengan water heater listrik dan water heater surya. Water heater

gas adalah salah satu water heater yang mempunyai banyak variasi. Hal ini dilakukan untuk memenuhi standar efisiensi pemanasan yang baik. Variasi yang

sering dibuat pada water heater gas yaitu panjang pipa tembaga yang digunakan, jumlah lubang udara yang dibutuhkan, pembukaan tutup gas buang dan masih

banyak lagi. Keuntungan dari water heater jenis ini adalah sumber tenaga yang dibutuhkan mudah didapat, biaya yang dibutuhkan untuk pembuatan alat cukup

murah, air panas yang dihasilkan stabil, karena tidak menggunakan tangki

penampungan air panas yang dihasilkan tidak terbatas dan dapat digunakan

sewaktu-waktu. Water heater gas memiliki kerugian yaitu menimbulkan bunyi yang berisik saat proses pemanasan dan juga water heater gas ini memiliki emisi gas buang.

Berdasarkan latar belakang di atas maka peneliti termotivasi dan terpancing

(23)

air yang besar serta menghasilkan efisiensi yang tinggi pada suhu air yang

dipergunakan untuk mandi.

1.2Rumusan Masalah

Rumusan masalah pada penelitian ini adalah :

a. Apakah besar kecilnya pembukaan tutup gas buang berpengaruh terhadap

suhu air keluar pada water heater?

b. Apakah besar kecilnya pembukaan tutup gas buang berpengaruh terhadap

efisiensi water heater?

1.3Tujuan

Tujuan dari penelitian tentang water heater ini adalah : a. Merancang dan membuat water heater tenaga gas LPG

b. Mendapatkan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater

c. Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor

d. Menghitung kalor yang diberikan gas LPG pada water heater

e. Menghitung kalor yang diterima air

f. Menghitung efisiensi water heater

1.4Batasan Dalam Pembuatan Water Heater

Untuk memfokuskan penelitian dan memperjelas penyelesaian sehingga

mudah dipahami dan penyusunannya terarah, maka dilakukan pembatasan

masalah sebagai berikut :

(24)

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

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

memiliki diameter 26 cm dengan jumlah lubang udara 680 lubang, dan tabung

3 (tabung paling luar) memiliki diameter 34 cm dengan jumlah lubang udara

480 lubang.

c. Bahan pipa tembaga dengan diameter dalam 1,27 cm , diameter luar 1,47 cm.

d. Bahan bakar : gas LPG, jenis kompor : bertekanan tinggi (high pressure). e. Suhu air yang dihasilkan: lebih dari 38°C dengan debit air minimal sebesar 6

liter/menit.

f. Kondisi air yang masuk ke dalam water heater sama dengan suhu air kamar mandi (25°C - 28°C).

1.5Manfaat

Manfaat penelitian tentang water heater gas adalah :

a. Menghasilkan prototipe water heater tenaga gas LPG dengan konstruksi yang sederhana, harga yang murah dan mudah dalam mengoperasikannya sehingga

dapat diterima dan dipergunakan oleh seluruh kalangan masyarakat.

b. Dapat menjadi salah satu referensi sumber ilmu bagi mahasiswa yang ingin

menambah pengetahuannya dalam pembuatan water heater

(25)

6

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1Dasar Teori

2.1.1 Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor adalah proses berpindahnya kalor dari benda yang

mempunyai temperatur tinggi ke benda lain yang temperaturnya lebih rendah

dengan melalui atau tanpa zat perantara. Apa yang ada dalam perpindahan, yang

disebut panas, tidak dapat diukur dan diamati secara langsung, tetapi pengaruhnya

dapat diamati dan diukur (Kreith, 1985). Kalor dapat berpindah dari suatu tempat /

benda ke tempat lain melalui tiga cara, 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 konduktivitas

benda, semakin cepat mengalirkan panas yang diterima dari satu sisi ke sisi yang

lain dan lebih cepat pula benda menjadi dingin. Contoh perpindahan panas secara

(26)

energi panas (kalor) menuju ujung sirip yang lain, hal ini diikuti dengan

mengalirnya energi panas (kalor) menuju ke bagian pipa saluran air yang

berhimpitan dengan sirip.

b. Perpindahan Panas Konveksi

Perpindahan panas konveksi merupakan perpindahan panas (kalor) yang

disertai dengan berpindahnya zat perantara. Konveksi sebenarnya mirip dengan

konduksi, hanya saja perpindahan panas konduksi adalah perpindahan panas tanpa

disertai zat perantara, sedangkan perpindahan panas konveksi disertai

berpindahnya zat perantara. Perpindahan panas secara konveksi bisa terjadi pada

zat cair dan gas. Proses perpindahan panas secara konveksi yang terjadi pada

water heater ini pada saat panas yang diterima oleh pipa tembaga dari api kompor gas yang secara konstan dan dengan tekanan yang tinggi, kemudian panas

diterima oleh air yang mengalir melalui pipa tembaga tersebut, selain itu terjadi

ketika energi panas (kalor) mengalir ke udara yang berada di dalam tabung water heater.

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 daripada 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

(27)

terjadi dalam water heater yaitu ketika energi panas (kalor) mengalir dari tabung bagian luar water heater menuju tabung bagian dalam.

2.1.2 Perancangan Pipa Saluran Air

Ada beberapa pertimbangan dalam menentukan perancangan pipa saluran air

diantaranya adalah hambatan pipa, kehalusan permukaan saluran pipa, bahan pipa,

dan diameter saluran pipa.

a. Hambatan Pipa Saluran Air

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 terjadi pembelokan,

diusahakan sudut pembelokan dibuat besar (lebih dari 90°) dan biasanya tidak

terjadi lekukan tetapi hanya lengkungan. Semakin besar sudut pembelokan,

semakin kecil penurunan tekanan yang terjadi. Pembelokan saluran pipa yang

dibuat melingkar-lingkar akan menghasilkan penurunan tekanan yang kecil. Jika

penurunannya kecil, maka daya pompa yang dibutuhkan untuk mendorong air

juga berdaya kecil.

b. Kehalusan Permukaan Pipa Saluran Air

Bagian dalam pipa tembaga juga dipilih yang baik. Semakin halus permukaan

pipa bagian dalam, semakin kecil gesekan yang terjadi, sehingga aliran air

menjadi semakin lancar.

c. Bahan Pipa

Bahan pipa dipilih yang baik dalam hal kemampuan dalam memindahkan

(28)

besar, mampu memindahkan kalor yang diterima dari api ke fluida air yang

mengalir di dalam pipa. Menurut Holman (1963), tembaga mempunyai nilai

konduktifitas sebesar 385 W/m.oC. Alasan menggunakan pipa tembaga adalah

karena pipa tembaga mampu menahan kebocoran karena memiliki tekstur yang

kuat, ulet dan tidak mudah pecah, kemudian mampu menahan korosi karena

tembaga merupakan bahan anti karat sehingga mampu menghilangkan masalah air

keruh / cokelat dan berbau karena karat. Pipa tembaga juga tahan lama dan

mampu bertahan sampai lebih dari 50 tahun, dan pipa tembaga sangat mudah di

tekuk / dibentuk. Tembaga memiliki kekuatan tarik sebesar 345-689 Mpa dan

untuk keuletannya sebesar 5 - 50%, dan titik lebur dari tembaga adalah 1080º

Celcius. 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 bertahan lebih lama

bila dibandingkan dengan pipa alumunium.

Tabel 2.1Tabel perbandingan kekuatan material antara tembaga dan jenis material yang lain. (Sumber: google.co.id)

(29)

Tabel 2.2 Nilai konduktivitas termal (Sumber : Holman, 1988)

Bahan Konduktifitas termal (k)

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

Karbon dioksida 0,0146 0,00844

d. Diameter Pipa Saluran Air

Diameter pipa saluran air harus dipilih sedemikian rupa. Semakin kecil

diameter pipa, semakin besar hambatan yang ditimbulkan. Semakin kecil ukuran

diameter dalam pipa saluran air, maka semakin besar pula daya pompa yang

diperlukan water heater. Selain itu, jika semakin kecil ukuran diameter dalam pipa saluran air yang digunakan, maka suhu air yang dihasilkan (suhu air yang

keluar dari water heater) akan semakin tinggi, akan tetapi debit yang dihasilkan

(30)

2.1.3 Saluran Udara Untuk Kebutuhan Pembakaran

Pada suatu proses pembakaran, oksigen sangat dibutuhkan agar proses

pembakaran berlangsung dengan sempurna. Kekurangan oksigen dapat

mengakibatkan bentuk api yang tidak sesuai yang diinginkan (tidak dapat

menyebar secara merata keseluruh bagian water heater serta dapat mengganggu nyala api), sehingga energi panas yang diberikan dalam bentuk kalor tidak

optimal. Hal ini mengakibatkan panas (kalor) yang diterima oleh fluida air yang

mengalir didalam pipa menjadi sedikit, sehingga suhu air keluar yang dihasilkan

water heater kurang optimal. Untuk merancang sistem saluran udara yang baik, maka diusahakan ukuran diameter lubang saluran udara dibuat merata pada semua

permukaan tabung water heater supaya udara yang masuk mampu mencapai keseluruh bagian water heater. Dalam hal ini ukuran diameter lubang saluran udara diusahakan agar tidak terlalu besar supaya udara yang masuk tidak terlalu

berlebihan. Sementara itu pada penutup gas buang water heater diberi lubang pada bagian tengah saja, hal ini dilakukan agar sisa gas buang pada proses

pembakaran akan keluar melalui lubang tersebut dan juga agar panas yang

diterima dari kompor tidak langsung keluar melalui tutup gas buang water heater.

2.1.4 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 di panaskan, maka sirip akan menangkap panas api yang di

berikan kompor sehingga mampu memanaskan pipa saluran air dengan lebih cepat

(31)

panas dapat langsung tersalurkan. 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

2.1.5 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

untuk menutupinya, tapi isolator mengurangi panas yang lolos tersebut. 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

(32)

Tabel 2.3 Konduktifitas termal untuk beberapa media isolator (Sumber : Holman , 1988)

Isolator Konduktifitas termal (k)

W/m.oC

Gabus 0,042

Wool 0,040

Kayu 0,08 – 0,16

Bata 0,84

Udara 0,023

2.1.6 Bahan Bakar / Sumber Energi

Water heater gas menggunakan bahan bakar LPG (Liquid Petroleum Gas). LPG adalah campuran dari berbagai macam unsur hidrokarbon yang berasal dari

gas alam. Dengan menambah tekanan dan 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)

Perbandingan gas propana dan butana adalah sekitar 30 : 70 dengan komposisi

sebesar 99% dan selebihnya adalah gas petana (C5H12) dan etana (C2H6) yang

dicairkan. Tekanan uap LPG cair di dalam tabung sekitar 5 – 6,2 kg/cm2. Agar

mempunyai bau yang khas dan untuk mengetahui bila terjadi kebocoran maka,

(33)

Reaksi pembakaran propana (C3H8), jika terbakar sempurna adalah sebagai

berikut :

C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O + panas propana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas

dan untuk Reaksi pembakaran butana (C4H10), jika terbakar sempurna adalah

sebagai berikut :

2 C4H10 + 13O2 → 8CO2 + 10H2O + panas

butana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas

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

dengan propana setara dengan 46 MJ/kg.

Tabel 2.4 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan bahan bakar lainnya

(Sumber:aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-lpg-di-dapur-anda.pdf

Bahan bakar Daya pemanasan Efisiensi alat masak

Kayu bakar 4000 kkal/kg 15 %

Arang 8000 kkal/kg 15 %

Minyak tanah 11000 kkal/kg 40 %

Listrik 860 kkal/kWh 60 %

(34)

2.1.7 Kebutuhan Udara

Pada kenyataanya proses pembakaran itu tidak bisa sempurna. Agar di dalam

proses pembakaran bisa mencapai optimal maka, di perlukan udara. Proses

pembakaran 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.

Tabel 2.5 Komposisi udara dalam keadaan normal

(Sumberhttp://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25772/4/Chapter%20II.p df)

2.1.8 Saluran Gas Buang

Hasil pembakaran bahan bakar akan menghasilkan gas buang. Gas buang yang

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

harus diberikan jalan untuk keluar dari water heater agar nyala api tidak terganggu. Dalam perancangan saluran gas buang, diusahakan agar gas buang

dapat mengalir keluar dengan lancar. Perlu diperhatikan juga, penempatan lubang

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

pengguna dari water heater

No Komposisi udara Prosentase

1 Nitrogen 78,1 %

2 Oksigen 20,95 %

3 Karbondioksida 0,03 %

(35)

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 di pasaran, 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 yang digunakan

oleh setiap kompor berbeda – beda. Sumber api atau kompor yang digunakan

untuk penelitian ini adalah kompor bertekanan tinggi (high pressure) yang menggunakan bahan bakar LPG.

Gambar 2.1 Kompor gas highpressure yang digunakan pada water heater

2.1.10 Laju Aliran Kalor

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

(36)

Gambar 2.2 Aliran fluida

qair = laju aliran kalor yang diterima air (watt)

(37)

2.1.11 Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas

untuk LPG sebesar 11.900 kkal/kg

2.1.12 Efisiensi

Efisiensi adalah perbandingan antara laju aliran kalor yang diterima air dengan

laju aliran kalor yang diberikan oleh gas. Efisiensi water heater dapat dihitung

qair = laju aliran kalor yang diterima air (watt)

(38)

2.2Tinjauan Pustaka

2.2.1 Water Heater yang Ada di Pasaran

Sebagai referensi water heater gas yang akan dibuat, maka penulis mengambil beberapa water heater gas sebagai pembanding untuk water heater yang telah dibuat. Gambar 2.3, 2.4, 2.5 menyajikan water heater gas yang ada di pasaran :

a. Water heater 1

Gambar 2.3 Water heater 1

Kapasitas maksimum : 6 liter / menit

Dimensi (p x l x t) mm : 300 mm x 440 mm x 460 mm

Tipe Gas : LPG

Temperatur maksimal : 40°C-75°C

(39)

b. Water heater 2

Gambar 2.4 Water heater 2

Kapasitas maksimum : 5 liter/menit

Dimensi (p×l×t) mm : 402 mm x 290 mm x 170 mm

Tipe Gas : LPG

(40)

c. Water heater 3

Gambar 2.5 Water heater 3

Kapasitas maksimum : 6 liter/menit

Dimensi (p×l×t) mm : 369 mm ×290 mm ×138 mm

Tipe Gas : LPG

(41)

2.2.2 Skema Water Heater

Banyak sekali skema perancangan water heater gas yang ada di pasaran. Gambar 2.6, 2.7, 2.8, dan 2.9 menyajikan beberapa model rancangan water heater

yang ada di pasaran.

a. Skema water heater dengan tangki penampungan

Pada umumnya water heater jenis ini mempunyai prinsip kerja yang sama dengan memanaskan air dengan panci. Air dingin masuk melalui pipa inlet ke

tangki penampungan, kemudian air dipanaskan di dalam tangki penampungan

menggunakan kompor gas LPG yang berada di bawah tangki penampungan,

setelah itu air panas keluar melalui saluran pipa outlet

Gambar 2.6 Skema water heater gas dengan tangki

b. Skema water heater dengan tangki penampungan

Prinsip kerja alat ini sama dengan merebus air dengan panci. Air ditampung di

(42)

memanfaatkan panas gas buang yang keluar melalui pipa saluran gas buang yang

berada di dalam tangki penampungan.

Gambar 2.7 Skema water heater gas dengan tangki penampungan

c. Skema water heater dengan tangki penampung 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

(43)

Gambar 2.8 Skema water heater dengan tangki penampungan dan pipa spiral

d. Skema water heater tanpa tangki penampungan atau tankless

Cara kerja water heater jenis ini yaitu dengan mengalirkan air melalui pipa saluran yang langsung dipanasi di atas api secara langsung menggunkan kompor

gas, hal ini mengakibatkan proses pemanasan terjadi lebih cepat tanpa

menggunakan tangki penampungan terlebih dahulu. Skema ini diberi sirip untuk

meningkatkan penangkapan kalor dari sumber pemanas. Ada kipas yang berfungsi

(44)

Gambar 2.9 Skema water heater tanpa tangki penampungan

2.2.3 Hasil Penelitian Water Heater Gas

Putra, P.H (2012) tentang water heatergas LPG yang berjudul “Water Heater

Dengan Panjang Pipa 20 Meter Dan 300 Lubang Masuk Udara Pada Dinding

Luar”. 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

(45)

Hubung anantara debit air yang mengalir (m) dengan temperature air keluar water

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

16,52 m + 129,9 (m dalam liter/menit, To dalam °C) dan R2 = 0,94. (c) Hubungan

antara debit air yang mengalir dengan laju perpindahan kalor dinyatakan dengan

persamaan qair = 17,09 m3 + 489 m2 + 439 m + 3654 (m dalam liter/menit, qair

dalam watt) dan R2 = 0,94. (d) Hubungan debit air (dalam liter/menit) dengan

efisiensi water heater (dalam %) dinyatakan dengan persamaan η = 0,77 mair2 +

14,24 mair + 31,04 dan R2 = 0,94.

Kristianto, H (2013) mengadakan penelitian tentang water heater gas LPG

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

Penelitian ini dilakukan dengan variasi pada pembuangan gas buang. Pada

penelitian tersebut didapatkan : (a) Water heater dapat dibuat dengan baik dan mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran, yang mampu menghasilkan air panas dengan temperatur 35,4oC pada debit 7,2 liter/menit, (b)

Hubungan antara debit air yang megalir (m) dengan temperatur air yang keluar

water heater dinyatakan dengan persamaan : To = –0,2215 m3 + 4,5633 m2 –

29,935 m + 121,9 (m dalam liter/menit, To dalam °C), (c) Hubungan antara debit

air yang mengalir 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) Hubungan antara debit air yang mengalir dengan efisiensi water heater dapat dinyatakan dengan persamaan : η = –0,0376 m3 + 0,1006 m2 +

(46)

Pada tahun 2014, Dharma Panjili mengadakan penelitian tentang water heater gas LPG yang berjudul “Karakteristik Water Heater Dengan Panjang Pipa 14 Meter, Diameter 0,5 Inchi Dan Bersirip” yang bertujuan : (a) Merancang dan

membuat water heater menggunakan sirip dengan bahan bakar LPG, (b)

Mengetahui hubungan antara debit air dengan suhu air keluar, (c) Mengetahui

energi kalor yang diserap air, (d) Mengetahui kalor yang diserap water heater, (e) Mengengetahui efisiensi water heater, (f) Mengetahui hasil kerja terbaik water heater dengan variasi penutup. Penelitian ini dilakukan dengan batasan-batasan sebagai berikut : (a) Tin water heater 25oC-27oC, (b) Panjang pipa lintasan 14

meter, (c) Tout water heater ≥40oC dengan debit minimal 6 liter/menit, (d) Panjang pipa 14 meter, (e) Bahan pipa adalah tembaga, (f) Water heater diberi sirip, (g) pembakar menggunakan kompor LPG, (h) Variasi dilakukan pada

besarnya debit air masuk water heater dengan debit gas yang konstan, penutu

tertutup penuh, terbuka 10 putaran, dan 20 putaran. Pada penelitian tersebut

didapatkan : (a) Water heater dapat dibuat dengan baik dan mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran, (b) Hasil terbaik hubungan antara debit air masuk dengan Tout menggunakan variasi penutup tertutup penuh (c) Hasil

terbaik dalam variasi penutup antara debit air yang masuk dengan laju aliran kalor

yang diterima air pada variasi penutup terbuka 10 putaran yang berkisar antara

7,533 kW-12,556 kW (d) Hasil terbaik hubungan debit air mauk dengan efisiensi

water heater menggunakan variasi penutup tertutup penuh (e) Kalor yang

diberikan gas LPG sebesar : 36,535 kW, (f) Untuk variasi penutup water heater,

(47)

28

BAB III

PEMBUATAN ALAT

3.1Rancangan Water Heater

Rancangan water heater yang akan dibuat terdiri dari tiga bagian, yaitu tabung luar, tabung tengah dan tabung dalam dan memilikki penutup gas buang pada

bagian atas. Kerangka water heater dibuat menggunakan plat besi strip dan besi nako, bagian selimut water heater dibuat menggunakan plat galvanum, sementara tutup gas buang dibuat menggunakan plat acer. Pipa saluran air dibuat

menggunakan bahan pipa tembaga dengan diameter dalam ½ inchi (1,27 cm).

Gambaran rancangan water heater tersaji pada Gambar 3.10, sedangkan untuk rancangan bagian dari water heater tersaji pada Gambar 3.1, Gambar 3.2, Gambar 3.3, Gambar 3.4, Gambar 3.5, Gambar 3.6, Gambar 3.7, Gambar 3.8, dan 3.9.

(48)

Gambar 3.2 Kerangka tabung water heater bagian tengah

Gambar 3.3 Kerangka tabung water heater bagian dalam dengan spring center

(49)

Gambar 3.5 Pipa saluran air

Gambar 3.6 Tutup gas buang water heater

(50)

Gambar 3.8 Selimut tabung water heater bagian tengah

Gambar 3.9 Selimut tabung water heater bagian luar

(51)

3.2Cara Kerja Water Heater

Cara kerja water heater ini sebenarnya sangat sederhana, prinsipnya hampir sama seperti memasak air dengan menggunakan panci yang dipanaskan di atas

kompor. Perbedaannya terletak pada keadaan / kondisi air yang dipanaskan. Jika

menggunakan water heater, air dialirkan melalui pipa saluran air (pipa tembaga), kemudian bagian bawah pipa saluran air dipanaskan menggunakan kompor gas

bertekanan tinggi sehingga terjadi perubahan suhu air dari air dingin menjadi air

panas secara konstan dan cepat. Air yang keluar dari dalam water heater sudah menjadi air panas yang sesuai dengan suhu yang kita inginkan dan langsung bisa

digunakan.

3.3Persiapan

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, baik menggambar langsung dengan tangan maupun dapat menggunakan software yang mendukung. Setelah rancangan water heater selesai dibuat, kita dapat menentukan bahan - bahan yang akan digunakan dalam

pembuatan water heater lalu membelinya. Setelah semuanya siap, pembuatan

water heater bisa dilakukan.

3.4Peralatan – peralatan yang Dipergunakan

3.4.1 Bahan yang Dipergunakan

Pada penelitian yang akan dilakukan, penulis mempersiapkan beberapa bahan

(52)

a. Pipa tembaga berdiameter dalam ½ inci (1,27 cm) untuk membuat pipa

saluran air dan sirip

b. Plat galvanum sebagai selimut kerangka water heater

c. Besi nako ukuran 10 mm x 10 mm sebagai kerangka water heater

d. Plat strip ukuran 1,5 cm dan 2,5 cm sebagai kerangka water heater

e. Plat acer sebagai tutup gas buang water heater

f. Paku ripet untuk melekatkan plat galvanum pada kerangka water heater

g. Kawat untuk mengikat sirip

Gambar 3.11 Pipa Tembaga

(53)

Gambar 3.13 Besi Nako

Gambar 3.14 Plat Strip

(54)

Gambar 3.16 Paku Ripet

Gambar 3.17 Kawat

3.4.2 Alat yang Dipergunakan

Pada proses pembuatan water heater peralatan yang digunakan meliputi : a. Mesin bor, untuk membuat lubang pada plat galvanum dan plat strip

b. Gerinda, untuk menghaluskan sisa pengelasan kerangka water heater. c. Alat pemotong pipa, untuk memotong pipa tembaga

d. Alat penekuk pipa, untuk menekuk pipa tembaga

e. Mesin las listrik, untuk mengelas kerangka water heater

(55)

g. Gunting seng, untuk memotong plat galvanum

h. Tang, untuk memasang sirip pada lengkungan pipa

i. Penggaris, untuk mengukur bahan – bahan yang akan dipotong

j. Spidol, untuk memberi tanda pada bagian yang akan dipotong dan dibor

k. Ragum, digunakan untuk mencekam bahan yang akan dipotong

l. Palu, untuk merapikan bentuk plat galvanum maupun plat strip dan besi nako

Gambar 3.18 Mesin las listrik

(56)

3.5Perakitan

Setelah rancangan water heater ditentukan dan semua bahan yang dibutuhkan sudah terkumpul, proses selanjutnya adalah proses pembuatan water heater. Langkah – langkah dalam pembuatan water heater adalah sebagai berikut :

a. Membuat Pipa Saluran Air

Pada proses ini, pipa saluran air dibuat menggunakan pipa tembaga dengan

ukuran diameter dalam ½ inci (1,27 cm), pipa dipotong menggunakan alat

pemotong pipa sepanjang 10 meter dan ditekuk melingkar menyerupai bentuk per

(spiral) menggunakan alat penekuk pipa. Penekukan pipa dilakukan dengan hati –

hati, hal ini dilakukan supaya pipa tidak terlipat atau patah. Pada saat penekukan

pipa, usahakan tidak terjadi lipatan pada pipa agar aliran air yang masuk melewati

pipa tidak terhambat. Jika ada hambatan yang terjadi, akan mempengaruhi debit

air yang dihasilkan water heater. b. Membuat Sirip

Sirip dibuat menggunakan pipa tembaga dengan ukuran diameter dalam ½ inci

(1,27 cm). Pipa tembaga dipotong - potong menggunakan alat pemotong pipa

menjadi 8 bagian dengan panjang masing – masing 35 cm.

c. Membuat Kerangka Water Heater

Pada proses ini, langkah pertama yang dilakukan adalah memotong besi nako

dan dibentuk menjadi lingkaran. Besi nako dibentuk menjadi 3 ukuran, untuk

ukuran kerangka tabung paling dalam yaitu yaitu diameter 9 cm,untuk kerangka

tabung bagian tengah yaitu diameter 26 cm, dan ukuran diameter kerangka tabung

(57)

Langkah kedua adalah memotong plat strip sejumlah 12 potong, plat strip

ukuran 1,5 cm sejumlah 4 potong dan plat strip ukuran 2,5 cm sejumlah 8 potong.

Plat strip ukuran 1,5 cm digunakan untuk kerangka tabung bagian paling dalam,

sedangkan plat strip yang berukuran 2,5 cm digunakan untuk kerangka tabung

bagian tengah dan yang paling luar. Pada proses ini plat strip dipotong

menggunakan gergaji besi.

Langkah selanjutnya adalah proses pemasangan / pengelasan kerangka tabung

water heater. Pada proses ini, pengelasan kerangka paling dalam dan paling luar langsung dapat dilakukan. Namun untuk kerangka bagian tengah, pipa saluran

terlebih dahulu dimasukan dalam kerangka tengah dan setelah itu baru dimulai

proses pengelasan.

d. Pembuatan Selimut

Sama seperti kerangkanya, selimut water heater juga dibuat menjadi 3 bagian, yaitu bagian paling dalam, tengah dan paling luar. Selimut dibuat menggunakan

plat galvanum. Setelah itu selimut diberi lubang sirkulasi udara menggunakan

mesin bor. Untuk selimut paling dalam 221 lubang, bagian tengah 680 lubang,

dan untuk selimut paling luar adalah 480 lubang.

e. Pembuatan Tutup Gas Buang Water Heater

Tutup gas buang dibuat menggunakan plat acer dengan tebal 3 mm. Hal ini

dilakukan agar tutup gas buang tidak mengalami pembengkokan ketika

dipanaskan. Pada bagian tengah tutup gas buang diberi lubang, yang berfungsi

(58)

39

BAB IV

METODOLOGI PENELITIAN

4.1Skematik Alat Penelitian

Skema instalasi alat - alat yang digunakan selama pengambilan data water heater berlangsung disajikan pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Skema pengujian water heater

Air dialirkan menuju water heater dari kran air. Kran air digunakan untuk mengatur besar kecilnya debit air yang masuk ke dalam water heater. Sumber api diperoleh dari kompor gas high pressure dengan bahan bakar gas LPG. Suhu air masuk dan suhu air keluar diukur menggunkan termometer digital.

4.2Variasi Penelitian

(59)

pembukaan tutup gas buang water heater dengan debit gas yang konstan. Pembukaan yang dilakukan yaitu dengan memutar tutup gas buang sebanyak 10

putaran (1 cm), 20 putaran (2 cm), dan 30 putaran (3 cm) untuk masing – masing

debit air.

4.3Alat Bantu Penelitian

Dalam penelitian water heater yang dilakukan, diperlukan alat – alat pengujian, alat – alat yang digunakan antara lain :

a. Termokopel dan penampil suhu digital, sebagai alat ukur suhu air yang keluar

b. Kompor gas high pressure dan gas LPG, sebagai sumber energi kalor c. Kran air, sebagai pengatur debit air

d. Selang air, untuk menghubungkan kran air ke water heater

e. Klem untuk meguatkan sambungan selang

f. Tang dan obeng, untuk memutar tutup gas buang dan mengencangkan klem

g. Regulator high pressure dan selang regulator untuk mengubungkan gas LPG ke kompor gas high pressure

h. Timbangan gantung digital, digunakan untuk mengukur berat gas LPG

i. Stopwatch, sebagai penunjuk waktu

j. Gelas ukur, untuk menampung air yang keluar dan sebagai alat untuk

(60)

Gambar 4.2 Tabung gas LPG dan regulator

(61)

Gambar 4.4 Gelas ukur

(62)

Gambar 4.6 Kran air

(63)

4.4Cara Mendapatkan Data

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

adalah : temperatur air masuk dan keluar water heater, besarnya volume air yang mengalir dalam satuan waktu, besarnya berat gas yang dipergunakan dalam 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 konsumsi gas

No. Berat awal

Tabel 4.2 Tabel isian volume air pada tinggi pembukaan tutup gas buang : 1 cm

(64)

No. Volume air

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

(65)

c. Kalor yang diberikan gas LPG pada water heater

d. Kalor yang diterima air

e. Efisiensi pada water heater

Laju aliran kalor yang diterima air dapat dihitung menggunakan persamaan

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

persamaan (2.4). Efisiensi dapat dihitung menggunakan persamaan (2.5). Untuk

mempermudah dalam melakukan pembahasan, data – data yang sudah diolah

disajikan dalam bentuk tabel dan grafik.

4.6Cara Mendapatkan Kesimpulan

Setelah data diperoleh dan diolah, dilakukan pembahasan terhadap hasil

penelitian. Pengambilan kesimpulan dilakukan dengan memperhatikan tujuan

penelitian yang sudah dinyatakan sebelumnya. Kesimpulan sebaiknya menjawab

(66)

47

BAB V

HASIL DAN PEMBAHASAN

5.1Hasil Pengujian

Konsumsi gas dari hasil pengujian disajikan pada Tabel 5,1. Proses pengujian

water heater dilakukan pasa kondisi tekanan udara luar dan besarnya aliran gas LPG diatur konstan, yaitu pada posisi maksimum.

Tabel 5.1 Konsumsi gas pada setiap tinggi pembukaan tutup gas buang

No. Berat awal gas (kg)

Berat akhir gas (kg)

Waktu

(menit) Tinggi pembukaan tutup gas buang

1 27,468 27,073 15 1 cm

2 25,886 25,503 15 2 cm

3 24,346 23,958 15 3 cm

Pada pengujian yang telah dilakukan terhadap water heater, diperoleh data yang meliputi debit air, suhu air masuk (Ti), suhu air keluar (To). Data disajikan

pada Tabel 5.2, Tabel 5.3, dan Tabel 5.4 untuk beberapa perlakuan pada

pembukaan tutup gas buang.

(67)

Tabel 5.3 Hasil pengujian water heater dengan tinggi pembukaan tutup gas buang

Tabel 5.4 Hasil pengujian water heater dengan tinggi pembukaan tutup gas buang 30 putaran (3 cm)

laju aliran kalor yang diterima air (qair) dilakukan dengan mempergunakan data –

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

(68)

Jari – jari pipa saluran air (r) : 0,00635 m = ½ inci

Massa jenis air (ρ) : 1000 kg/m3

Kalor jenis air (cair) : 4179 J/(kg°C)

Kapasitas panas gas (Cgas) : 11900 kkal/kg = 49820540 J/kg

(tersaji pada Tabel 2.4)

5.2.1 Penghitungan Kecepatan Air Rata – rata

Penghitungan kecepatan air rata – rata (um) yang mengalir di dalam pipa

saluran air menggunakan persamaan (2.3) :

m

6,42 liter/10 detik (data lain pada Tabel 5.2).

air

Hasil penghitungan kecepatan rata – rata air (um) untuk data lain, secara lengkap

(69)

Contoh penghitungan, untuk tinggi pembukaan tutup 2 cm pada debit air =

air

tersaji pada Tabel 5.7.

Contoh penghitungan, untuk tinggi pembukaan tutup 3 cm pada debit air =

air

(70)

5.2.2 Penghitungan Laju Aliran Massa Air

Penghitungan laju aliran massa air (mair) di dalam pipa saluran air

menggunakan persamaan (2.2) :

air

m = (massa jenis air)(luaspenampangpipa)(kecepatanair)

= (.r2)u_m

Contoh penghitungan, untuk tinggi pembukaan tutup 1 cm, pada debit air =

air

(71)

= (1000)(3,14(0,006352))(4,770)

= 0,604 kg/s

Hasil penghitungan laju aliran massa air (mair) untuk data lain, secara lengkap

tersaji pada Tabel 5.8.

5.2.3 Penghitungan Laju Aliran Kalor yang Diterima Air

Penghitungan laju aliran kalor yang diterima air (qair) di dalam pipa saluran air

menggunakan persamaan (2.1) :

air

q = (laju aliran massaair)(kalor jenisair)(T_o T_i)watt

= mair.cair(ToTi)watt

air

q = m_air.c_air(T_oT_i)watt

= (0,642)(4179)(31,927,6)watt

= (2682,918)(4,3)watt = 11536,55 watt

Hasil penghitungan laju aliran kalor yang diterima air (qair) untuk data lain, secara

lengkap tersaji pada Tabel 5.6.

5,8 liter/10 detik (data lain pada Tabel 5.3)

air

q = m_air.c_air(T_oT_i)watt

= (0,580)(4179)(32,127,2)watt

(72)

air

q = mair.cair(ToTi)watt

= (0,580)(4179)(32,127,2)watt

= (2423,82)(4,9)watt = 11876,72 watt

Catatan : 1 watt = J/s

5.2.4 Penghitungan Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas

Penghitungan laju aliran kalor yang diberikan gas (qgas) dapat menggunakan

persamaan (2.4) :

gas

q = (laju aliran massagas) (kapasitasgas) watt

= m_gas.C_gas

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

sebesar 1 cm yaitu 1,58 kg/jam dikonversi ke kg/detik.

gas

q = (1,58/3600)(11900x4186,6)watt

= 21865,68144 watt

(73)

gas

q = (1,54/3600)(11900x4186,6)watt

= 21312,11989 watt

sebesar 1 cm yaitu 1,56 kg/jam dikonversi ke kg/detik.

gas

q = (1,56/3600)(11900x4186,6)watt

= 21588,90067 watt

Tabel 5.5 Laju aliran kalor yang diberikan oleh gas

No

Efisiensi water heater adalah perbandingan antara laju aliran kalor yang diterima air dengan laju aliran kalor yang diberikan gas. Efisiensi water heater

dapat dihitung menggunakan persamaan (2.5) :

 = 100%

 = 100%

(74)

 = 100%

Hasil penghitungan efisiensi water heater (η) untuk data lain, secara lengkap tersaji pada Tabel 5.7.

 = 100%

Hasil penghitungan efisiensi water heater (η) untuk data lain, secara lengkap tersaji pada Tabel 5.8.

Tabel 5.6 Tabel penghitungan mair dan qair water heater dengan tinggi pembukaan

tutup gas buang 10 putaran (1 cm)

(75)

(76)

Data – data pada Tabel 5.4, Tabel 5.5, Tabel 5.6 digunakan untuk

mendapatkan hubungan antara debit air dan suhu air keluar water heater, mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air,

mendapatkan hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater. Hasil disajikan dalam bentuk grafik.

Gambar 5.1 Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater

dengan pembukaan tutup gas buang 10 putaran (1 cm) pada suhu input 27,6 °C

(77)

dengan pembukaan tutup gas buang 30 putaran (3 cm) pada suhu input 27,4 °C

Gambar 5.4 Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air,

(78)

water heater dengan pembukaan tutup gas buang 20 putaran (2 cm) pada suhu input 27,2 °C

water heater dengan pembukaan tutup gas buang 30 putaran (3 cm) pada suhu input 27,4 °C

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00

(79)

Gambar 5.7 Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater dengan pembukaan tutup gas buang 10 putaran (1 cm) pada suhu input 27,6 °C

Gambar 5.8 Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater dengan pembukaan tutup gas buang 20 putaran (2 cm) pada suhu input 27,2 °C