Karakteristik water heater dengan panjang pipa pemanas 8 meter dan diameter 0,5 inci.

INTISARI

Pada jaman sekarang penggunaan air panas sangat membumi, terutama pada perkotaan moderen jaman sekarang. Tidak bisa dipungkiri lagi betapa pentingnya penggunaan air panas yang sangat sentral baik untuk industri, bisnis, maupun penggunaan pribadi untuk keperluan rumah tangga.dengan menggunakan water heaterkita dapat memperoleh air panas dengan mudah, lebih murah, lebih cepat, dan lebih evisien. Tujuan penelitian adalah : (a) merancang dan mebuat water heater dengan menggunakan gas LPG sebagai bahan bakar. (b) mengetaui karakteristik Water Heater dengan menggunakan gas LPG. (c) mengetahui hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor yang diterima air. (d) mengetahui efisiensi dari Water Heateryang menghasilkan suhu air keluar Water Heater.

Lokasi penelitian di laboratorium Tekinik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Water Heater yang dibuat menggunakan bahan bakar gas LPG berbentuk tabung yang terbuat dari galvalum dengan tinggi 30 cm, berdiameter 30 cm. Memiliki 3 tabung yang diberi lubang udara. Tabung dalam berdiameter 10 cm dengan 156 lubang udara berdiameter 0,5 cm. Tabung tengah berdiameter 25 cm dengan 70 lubang udara berdiameter 1,5 cm. Tabung luar berdiameter 30 cm dengan 95 lubang udara berdiameter 1,5 cm. Pipa air tebuat dari tembaga diameter 0,5 inci, panjang 8 meter dengan pengerolan bertingkat dan bersirip. Tutup Water Heater berbentuk seperti topi. Suhu air yang digunakan sama dengan suhu air pada umumnya Water heater yang dibuat mampu bersaing denganwater heater yang ada di pasaran, yang mampu menghasilkan air panas dengan temperatur antara 36oC –

40oC dengan kapasitas 16,08 liter / menit. Variasi dilakukan terhadap besar kecilnya aliran air yang masuk kedalam pipa pemanas dengan 10 variasi debit air.

ABSTRACT

At the present time the use of hot water is very down to earth, especially in today's modern urban. There was no denying how important the use of central hot water very good for the industry, business, or private use for domestic purposes tangga.dengan use water heater we can obtain hot water easily, cheaper, faster, and more evisien. Research objectives are: (a) designing and mebuat water heater using LPG as fuel gas. (B) mengetaui characteristics Water Heater using LPG gas. (C) determine the relationship between the flow of water at a rate of heat transfer the received water. (D) determine the efficiency of the water heater that produces the temperature of the water out Water Heater.

Location studies in laboratory Tekinik machine Sanata Dharma University in Yogyakarta. Water Heater are made using LPG gas fuel tubular made of galvalum with a height of 30 cm, diameter 30 cm. Has 3 tube by air holes. Tube inside diameter of 10 cm with 156 air holes diameter of 0.5 cm. Central tube diameter of 25 cm with 70 air holes diameter of 1.5 cm. Outside tube diameter of 30 cm with 95 air holes diameter of 1.5 cm. Tebuat of copper water pipe diameter of 0.5 inches, a length of 8 meters with rolling terraced and finned. Water Heater lid shaped like a hat. The water temperature was the same as the water temperature is generally Water heater are made to compete with the water heater on the market, capable of producing hot water with temperatures between 36oC - 40oC with a capacity of 16.08 liters / minute. Variations made to the size of the flow of water into the heating pipe with 10 variations in water discharge.

The result showed (a) Water heater is able to work well, producing hot water greater than 38oC with a greater discharge of 6 liters / min. (B) Water heater are made to produce hot water with a temperature of about 38oC with debit 16.08 liters / min at a maximum gas conditions, the condition of the medium gas water heater is able to produce hot water at the rate of 11.88 liters / minute, and the condition Low gas water heater is able to produce hot water at the rate of 6.54 liters / minute. (C) The

KARAKTERISTIK WATER HEATER DENGAN PANJANG

PIPA PEMANAS 8 METER DAN DIAMETER 0,5 INCI

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

Program Studi Teknik Mesin

Jurusan Teknik Mesin

Diajukan oleh

LEONARDO WAYAN YOSHI VIRARGO

NIM : 105214022

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

CHARACTERISTICS OF THE WATER HEATER WITH A

8 METERS LENGTH OF PIPE AND A 0,5 INCHES DIAMETER

FINAL PROJECT

As partial fulfilment of the requirement

to obtain theSarjana Teknikdegree in Mechanical Engineering

Program Studi Teknik Mesin

Jurusan Teknik Mesin

By

LEONARDO WAYAN YOSHI VIRARGO

Student Number : 105214022

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY OF

SANATA DHARMA UNIVERSITY

INTISARI

Pada jaman sekarang penggunaan air panas sangat membumi, terutama pada perkotaan moderen jaman sekarang. Tidak bisa dipungkiri lagi betapa pentingnya penggunaan air panas yang sangat sentral baik untuk industri, bisnis, maupun penggunaan pribadi untuk keperluan rumah tangga.dengan menggunakan water heaterkita dapat memperoleh air panas dengan mudah, lebih murah, lebih cepat, dan lebih evisien. Tujuan penelitian adalah : (a) merancang dan mebuat water heater dengan menggunakan gas LPG sebagai bahan bakar. (b) mengetaui karakteristik Water Heater dengan menggunakan gas LPG. (c) mengetahui hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor yang diterima air. (d) mengetahui efisiensi dari Water Heateryang menghasilkan suhu air keluar Water Heater.

Lokasi penelitian di laboratorium Tekinik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Water Heater yang dibuat menggunakan bahan bakar gas LPG berbentuk tabung yang terbuat dari galvalum dengan tinggi 30 cm, berdiameter 30 cm. Memiliki 3 tabung yang diberi lubang udara. Tabung dalam berdiameter 10 cm dengan 156 lubang udara berdiameter 0,5 cm. Tabung tengah berdiameter 25 cm dengan 70 lubang udara berdiameter 1,5 cm. Tabung luar berdiameter 30 cm dengan 95 lubang udara berdiameter 1,5 cm. Pipa air tebuat dari tembaga diameter 0,5 inci, panjang 8 meter dengan pengerolan bertingkat dan bersirip. Tutup Water Heater berbentuk seperti topi. Suhu air yang digunakan sama dengan suhu air pada umumnya Water heater yang dibuat mampu bersaing denganwater heater yang ada di pasaran, yang mampu menghasilkan air panas dengan temperatur antara 36oC –

40oC dengan kapasitas 16,08 liter / menit. Variasi dilakukan terhadap besar kecilnya aliran air yang masuk kedalam pipa pemanas dengan 10 variasi debit air.

ABSTRACT

At the present time the use of hot water is very down to earth, especially in today's modern urban. There was no denying how important the use of central hot water very good for the industry, business, or private use for domestic purposes tangga.dengan use water heater we can obtain hot water easily, cheaper, faster, and more evisien. Research objectives are: (a) designing and mebuat water heater using LPG as fuel gas. (B) mengetaui characteristics Water Heater using LPG gas. (C) determine the relationship between the flow of water at a rate of heat transfer the received water. (D) determine the efficiency of the water heater that produces the temperature of the water out Water Heater.

Location studies in laboratory Tekinik machine Sanata Dharma University in Yogyakarta. Water Heater are made using LPG gas fuel tubular made of galvalum with a height of 30 cm, diameter 30 cm. Has 3 tube by air holes. Tube inside diameter of 10 cm with 156 air holes diameter of 0.5 cm. Central tube diameter of 25 cm with 70 air holes diameter of 1.5 cm. Outside tube diameter of 30 cm with 95 air holes diameter of 1.5 cm. Tebuat of copper water pipe diameter of 0.5 inches, a length of 8 meters with rolling terraced and finned. Water Heater lid shaped like a hat. The water temperature was the same as the water temperature is generally Water heater are made to compete with the water heater on the market, capable of producing hot water with temperatures between 36oC - 40oC with a capacity of 16.08 liters / minute. Variations made to the size of the flow of water into the heating pipe with 10 variations in water discharge.

The result showed (a) Water heater is able to work well, producing hot water greater than 38oC with a greater discharge of 6 liters / min. (B) Water heater are made to produce hot water with a temperature of about 38oC with debit 16.08 liters / min at a maximum gas conditions, the condition of the medium gas water heater is able to produce hot water at the rate of 11.88 liters / minute, and the condition Low gas water heater is able to produce hot water at the rate of 6.54 liters / minute. (C) The

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan

karunia-Nya yang telah diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat

menyelesaikan skripsi ini.

Skripsi ini merupakan salah saatu syarat untuk menyelesaikan pendidikan

sarjana S-1 Teknik Mesin di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Judul yang diangkat oleh penulis untuk

skripsi ini adalah “ _{Karakteistik Water Heater Dengan Panjang Pipa Pemanas 8}

Meter dan Diameter 0,5 Inchi”

Dalam skripsi ini tidak terlepas dari bantuan dan dukungan berbagai pihak,

oleh karena itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih

sebesar-besarnya kepada :

1. Paulina Heruningsih Prima Rosa S.Si.,M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sain dan

Teknologi.

2. Ir. PK. Purwadi, M.T, selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas

Sanata Dharma Yogyakarta dan selaku Dosen Pembimbing Skripsi.

3. A Prasetyadi, SSi, MSi selaku Dosen Pembimbing Akademik.

4. Seluruh Staf Pengajar di Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata

5. Yosef Widjajanto dan Cesillia Mudiarti sebagai orang tua, atas semua dukungan

baik secara materi maupun spiritual selama belajar di Program Studi Teknik

Mesin Universitas Sanata Dharma.

6. Sahabat Gregorius Ega Budi Prasongko, Aditya Sri Yunianto, Donatus Faan,

Jufrianus Seran, dan Sukrisna Bayu atas segala bantuan dan kerja samanya.

7. Gregorius Septian Renggi, Arnoldus Palipung, Rekiyan Seto, Fransiskus Dewo

Argo, Yudha Yesaya dari Achoosetic Band atas semua dukungan dan kerja sama

dan bantuannya dalam mengerjakan Skripsi.

8. Kekasih hati Agustina Novita Cahyani atas dukungan moral pengertian dan

memberikan semangat serta segala bentuk bantuan yang diberikan untuk

kelancaran membuat Skripsi.

9. Seluruh Staf Sekretariat Fakultas Sains dan Teknologi.

10. Semua pihak yang telah membantu dalam proses menyelesaikan Skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penelitian dan penyusunan

Skripsi ini masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu penulis

mengharapkan, kritik, dan saran dari berbagai pihak untuk dapat

menyempurnakannya. Semoga Skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis

maupun pembaca.

Yogyakarta, 20 Mei 2015

DAFTAR ISI

HAL

HALAMAN JUDUL……….. _i

TITLE PAGE……….. _ii

HALAMAN PERSETUJUAN……… _iii

HALAMAN PENGESAHAN………... _iv

HALAMAN PERNYATAN KEASLIAN KARYA……….. _v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS………... _vi

ABSTRAK ……….. _vii

KATA PENGANTAR ……….... _viii

DAFTAR ISI ……….. _x

DAFTAR TABEL ……….. _xvi

DAFTAR GAMBAR ……….. _xiii

BAB I PENDAHULIAN………... 1

1.1 Latar Belakang……… ₁

1.2 Perumusan Masalah ………... ₄

1.3 Tujuan………. ₄

1.4 Batasan Masalah……….. ₄

1.5 Manfaat………... ₅

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA………... ₇

2.1 Dasar Teori……….. ₇

2.1.1 Pengertian Perpindahan Panas……….. ₇

2.1.2 Cara–_{Cara Perpindahan Panas}……… ₇

2.1.3 Perancangan Pipa Saluran Panas………... ₁₀

2.1.4 Saluran Udara Masuk……… ₁₁

2.1.5 Sirip ………. ₁₂

2.1.7 Gas LPG………... ₁₃

2.1.8 Saluran Gas Buang Sisa Pembakaran……….. ₁₅

2.1.9 Laju Aliran Kalor………. ₁₅

2.1.10 Efisiensi DariWater Heater……… ₁₇

2.2 Tinjauan Pustaka………. ₁₈

2.2.1Water HeaterYang Dipasarkan………... ₁₈

2.2.2 Hasil PenelitianWater HeaterGas LPG……….. ₂₇

BAB III PEMBUATAN ALAT……….. 30

3.1 PerancanganWater Heater Gas….………. ₃₀

3.2 Menentukan Bahan Yang Digunakan Untuk Membuatan Water Heater………_{.. 35}

3.3 Peralatan Pendukung Yang Digunakan Dalam Membuat Water Heater………_{.. 35}

3.3 Proses PembuatanWater HeaterGas………. ₄₀

BAB IV METODE PENELITIAN………. ₄₆

4.1 Benda Uji……… ₄₆

4.2 Skematik Alat Penelitian………. ₄₇

4.3 Alat Bantu Penelitian……….. ₄₇

4.4 Alur Penelitian……… ₄₈

4.5 Variasi Penelitian……… ₄₉

4.6 Cara Mendapatkan Data……….. ₄₉

4.7 Cara Mengolah Data………... ₄₉

4.8 Cara Mendapatkan Kesimpulan………. ₅₀

BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN……… 51

5.1 Hasil Pengujian………... ₅₁

5.2 Perhitungan………. ₅₃

5.2.1 Perhitungan Laju Aliran Gas……… ₅₃

LPG………... ₅₅

5.2.3 Perhitungan Kecepatan Air Rata-Rata (um)………. 56

5.2.4 Perhitungan Laju Aliran Massa Air (mair)……… 57

5.2.5 Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diterima Air (mair). 60 5.2.6 EfisiensiWater Heater………. ₆₂

5.2.7 Hasil Perhitungan Pengujian Alat PadaWater Heater… ₆₃ 5.3 Pembahasan………. ₆₉

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN………. 74

6.1 Kesimpulan………. ₇₄

6.2 Saran………. ₇₅

DAFTAR PUSTAKA ………. ₇₆

LAMPIRAN ………. ₇₇

DAFTAR GAMBAR

Hal Gambar 2.1 Perpindahan konduksi dari luar pipa pemanas kepermukaan

dalam pipa pemanas……….. ₇

Gambar 2.2 Perpindahan konduksi dari permukaan tabung dalam ke permukaan tabung luar………. ₇

Gambar 2.3 Kalor dari udara panas berpindah ke pipa pemanas………. ₈

Gambar 2.4 Kalor dari udara panas ke permukaan tabung………. ₉

Gambar 2.5 Kompor gas LPG………. ₁₃

Gambar 2.6 Laju aliran kalor yang terjadi dalam pipa saluran air……… ₁₆

Gambar 2.7 RancanganWater Heatergas LPG tipe 1………. ₁₈

Gambar 2.8 RancanganWater Heatergas LPG tipe 2………. ₂₀

Gambar 2.9 RancanganWater Heatergas LPG tipe 3………. ₂₁

Gambar 2.10 RancanganWater Heatergas LPG tipe 4………. ₂₂

Gambar 2.11 Water Heatergas LPG tipe X 1………. ₂₃

Gambar 2.12 Water Heatergas LPG tipe X 2………. ₂₅

Gambar 2.13 Water Heatergas LPG tipe X 3………. ₂₆

Gambar 3.1 Saluran pipa airWater Heater ………. ₃₀

Gambar 3.2 Saluran pipa airWater Heater dengan sirip tembaga…….. ₃₁

Gambar 3.3 TabungWater Heater ……… ₃₂

Gambar 3.4 Water Heater tampak samping……… ₃₃

Gambar 3.5 Water Heater tampak atas……… ₃₃

Gambar 3.6 Water Heater tampak bawah………. ₃₄

Gambar 3.7 Water Heater dengan tutup atas……… ₃₄

Gambar 3.8 Mesin las listrik………. ₃₅

Gambar 3.9 Gerinda dan mesin potong besi……… ₃₆

Gambar 3.10 Bor set………. ₃₆

Gambar 3.12 Obeng, Tang, dan Penggaris………. ₃₇

Gambar 3.13 Hand Riverter dan Paku Rivet……… ₃₈

Gambar 3.14 Kunci pas……… ₃₈

Gambar 3.15 Tabung gas LPG……… ₃₉

Gambar 3.16 Regulator gas……….. ₃₉

Gambar 3.19 Kompor GasHigh Pressure………_{... 40}

Gambar 3.20 Pipa tembaga………. ₄₁

Gambar 3.21 Besi Strip dan Besi Nako……….. ₄₂

Gambar 3.22 Platgalvanum………._{. 42}

Gambar 3.23 Proses pemotongan pipa……… ₄₃

Gambar 3.24 Alat pengerol pipa tembaga dan panic penahan bentuk pipa………. ₄₄

Gambar 3.25 Rangka yang sudah disatukan……….. ₄₄

Gambar 3.27 Hasil akhir dan penyelesaianwater heater……… ₄₅

Gambar 4.1 water heatergas LPG……….. ₄₆

Gambar 4.2 Skema penelitianwater heater……… ₄₇

Gambar 5.1 Hubungan debit air dengan suhu air keluar kondisi gas maksimum………. ₆₅

Gambar 5.2 Hubungan debit air dengan suhu air keluar kondisi gas medium……….. ₆₅

Gambar 5.3 Hubungan debit air dengan suhu air keluar kondisi gas low... 66

Gambar 5.4 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air kondisi gas maksimum……… ₆₆

Gambar 5.5 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air kondisi gas medium………. ₆₇

Gambar 5.7 Hubungan debit air dengan efisiensi kondisi gas

maksimum……… ₆₈

Gambar 5.8 Hubungan debit air dengan efisiensi kondisi gas

medium……… ₆₈

Gambar 5.9 Hubungan debit air dengan efisiensi kondisi gas low………. ₆₉

Gambar 5.10 Hubungan debit air dengan suhu air keluar pada kondisi gas

maksimum, medium dan low………... ₇₁

Gambar 5.11 Hubungan debit air dengan suhu air keluar pada kondisi gas

maksimum, medium dan low………_{... 72}

Gambar 5.12 Hubungan debit air dengan efisiensi pada kondisi gas

DAFTAR TABEL

Hal Tabel 2.1 Konduktivitas termal beberapa bahan logam……….. ₁₀

Tabel 2.2 Komposisi udara kering………. ₁₂

Tabel 2.3 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan

bahan bakar lainnya……….. ₁₄

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

bahan bakar lainnya……….. ₁₇

Tabel 5.1 Hasil pembakaran gas LPG pada pengamatan alatwater heater.. 51

Tabel 5.2 Hasil pengujian pada posisi gas maksimum……… ₅₂

Tabel 5.3 Hasil pengujian pada posisi gas medium………. ₅₂

Tabel 5.4 Hasil pengujian pada posisi gas low………. ₅₂

Tabel 5.5 Hasil pengujian pada posisi gas maksimum, medium, dan low…. ₅₅

Tabel 5.6 Hasil perhitunganwater heaterpada posisi gas maksimum…… ₆₃

Tabel 5.7 Hasil perhitunganwater heaterpada posisi gas medium………. ₆₄

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia merupakan negara berkembang yang sedang giat membangun.

Pembangunan dilaksanakan disegala bidang, yang berbentuk fisik seperti

infrastruktur dan manufaktur, maupun non-fisik seperti pendidikan, perkembangan

budaya, dll. Semua ini dilakukan untuk membentuk negara yang aman dan maju,

meningkatkan kesejahteraan rakyat, dan meningkatkan kualitas manusia Indonesia

yang diperlengkapi semua syarat yang diperlukan untuk menjalankan pembangunan

di Indonesia sehingga dapat bersaing dengan negara lain.

Pada dewasa ini kebutuhan akan air hangat merupakan hal yang sangat

diperlukan dalam kehidupan manusia. Saat ini bukan lagi merupakan hal yang jarang

ditemukan di kota – kota besar, karena kebutuhan akan air hangat yang digunakan

oleh orang dewasa, balita, anak–anak, maupun orang lanjut usia semua memerlukan

air hangat, baik itu untuk mandi, ataupun keperluan lainnya. Air hangat bermanfaat

untuk membasuh badan, apalagi ketika digunakan dalam spa yang berfungsi untuk

merelaksasi badan. Saat sekarang air hangat merupakan kebutuhan masyarakat yang

dapat dijumpai di dalam perhotelan, di dalam bisnis kolam renang, dan di rumah

sakit. Adapun dalam dunia industri air hangat dapat ditemui di pabrik tekstil. Di

tempat-tempat pemotongan ayam air hangat digunakan untuk membantu proses

pencabutan bulu ayam.

Dahulu, sebelum ditemukannya water heater,manusia memanaskan air dengan

menggunakan tungku api, kemudian berkembang dengan menggunakan kompor.

Seiring berjalannya perkembangan dan kecanggihan teknologi pada jaman sekarang

manusia mulai memikirkan sesuatu hal yang canggih dan sederhana untuk membuat

air hangat, maka dari itu ditemukanlahwater heater. Water heatersendiri adalah alat

yang digunakan untuk memanaskan air hingga mencapai suhu panas tertentu sesuai

kebutuhan. Dengan water heater air panas dapat diperoleh dengan cepat sehingga

mampu memenuhi kebutuhan air panas dalam waktu yang relatif lebih cepat, murah

dan efisien dibandingkan jika memasak air dengan tungku api atau kompor.

Jenis water heater dibedakan dari energi yang digunakan sebagai sumber

pemanas airnya. Jenis yang pertama adalah pemanas air tenaga surya. Pemanas air

tenaga surya menggunakan energi matahari sebagai sumber pemanasnya Kelebihan

jenis ini adalah energi yang dipakai dapat diambil dari alam dan ramah lingkungan.

Namun pemanas tenaga surya memiliki beberapa kekurangan seperti harga water

heater yang mahal, pemasangan water heater yang tergolong rumit dan sulit karena

di pasang diatas genteng, serta penggunaannya sangat bergantung pada kondisi cuaca.

Jenis kedua, pemanas air tenaga listrik (electric water heater) adalah water

heater yang menggunakan energi listrik sebagai sumber energi pemanas airnya.

Water heater listrik memiliki kekurangan yaitu pengguna berisiko tersengat listrik.

Selain ituwater heaterlisrik juga boros akan penggunaan listriknya, karena memakai

daya listrik yang cukup besar untuk memanaskan air. Debit air yang dihasilkan tidak

bisa tetap karena jika air dalam penampung habis maka tidak ada air panas yang

keluar. Jika air panas yang ada ditempat penampungan habis, pemakai harus

menunggu waktu untuk memanaskan air lagi.

Jenis yang terakhir adalah pemanas air tenaga gas (gas water heater) adalah

water heater yang menggunakan gas LPG sebagai sumber energi pemanas airnya.

Water heatergas memiliki keunggulan lebih dibandingkan denganwater heatersurya

atau water heater listrik. Beberapa keunggulan water heater gas adalah berharga

relatif murah, tidak beresiko tersengat aliran listrik, tidak bergantung pada kondisi

cuaca sehingga dapat digunakan di mana dan kapan saja serta air panas yang

dihasilkan memiliki debit yang tetap dan suhu panas air yang stabil. Prinsip kerja

water heater gas seperti memasak air menggunakan kompor. Kapasitas air yang

dipanaskan tidak terbatas. Prinsip kerja dari water heater gas adalah pembakaran gas

LPG yang digunakan untuk memanaskan air di dalam pipa-pipa tembaga, sehingga

dapat membuat air didalam pipa-pipa menjadi panas dengan waktu yang cepat.

Berdasarkan hal di atas penulis tertarik untuk membuat dan meneliti water

dapat menghasilkan debit lebih besar dari 6 liter/menit dengan suhu keluar dari water

heater >40 C dengan kontruksiwater heateryang sederhana.

1.2 Perumusan Masalah

Dipasarwater heater gas LPG tidak pernah mencantumkan informasi tentang

hubungan antara debit air dengan suhu air yang keluar dan efisiensi water heater.

Untuk konsumen, informasi tersebut angat penting untuk menentukan pilihan untuk

water heateryang akan dibelinya sesuai dengan pilihannya.

1.3 Tujuan

Tujuan dari penelitian tentang water heater dengan panjang pipa 8 meter

diameter 0,5 inci dan bersirip adalah :

a. Merancang dan membuat alatwater heateryang menggunakan energi gas LPG.

b. Mengetahui karakteristik dariwater heatergas LPG.

• Menghitung laju aliran kalor yang diberikan gas LPG.

• Mengetahui hubungan antara debit air yang masuk dengan suhu air yang keluar

dariwater heater.

• Menghitung efisiensiwater heater.

1.4 Batasan Masalah

Batasan-batasan masalah yang harus diambil di dalam pembuatan peralatan

water heaterini adalah :

a. Tinggi water heater : 30 cm, diameter luar : 30 cm, dengan tutup yang rapat dan

b. Pipa saluran air terbuat dari material tembaga dengan diameter dalam 0,5 inci,

panjang 8 meter dengan 2 lintasan ditambah sirip dari pipa tembaga berdiameter

0,5 inci.

c. Menggunakan 3 tabung dengan pelat galvalum, diberi lubang saluran udara

dengan jumlah lubang udara pada tabung dalam 156 lubang dengan diameter

lubang 0,5 cm, tabung tengah 70 lubang dan tabung luar 95 lubang dengan

diameter 1,5 cm.

d. Sumber pemanas atau proses pembakaran menggunakan gas LPG dan

menggunakan kompor gas bertekanan tinggi (high pressure).

e. Suhu air yang masuk ke dalam water heater sama dengan suhu air di dalam

kamar mandi.

f. Suhu air panas yang dihasilkan water heater antara 37° - 40° celcius dengan

debit minimal 6 liter per menit.

1.5 Manfaat

Manfaat penelitian tentangwater heaterdengan gas LPG adalah :

a. Menambah kasanah ilmu pengetahuan tentang water heater gas LPG dan

bagaimana cara membuatnya.

b. Untuk penulis dapat membuat sebuah water heater dengan cara yang sangat

sederhada dan hasilnya dapat digunakan untuk keperluan sehari - hari.

c. Bisa menjadi referensi bagi perancang water heaterdan bagi peneliti yang terkait

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

2.1.1 Pengertian Perpindahan Panas

Kalor adalah bentuk energi yang secara alami berpindah dari benda yang

suhunya lebih tinggi berpindah ke benda yang suhunya lebih rendah ketika kedua

benda tersebut saling bersentuhan. Kalor yang diberikan pada suatu benda dapat

menyebabkan kenaikan suhu benda atau mengubah wujud benda

2.1.2 Cara-cara Perpindahan Panas

Ada tiga cara mekanisme perpindahan kalor (a) perpindahan kalor dengan

cara konduksi, (b) perpindahan kalor dengan cara konveksi dan (c) perpindahan kalor

dengan cara radiasi :

A. Perpindahan kalor secara konduksi

Perpindahan kalor konduksi adalah perpindahan kalor melalui zat tanpa

disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Konduksi kalor melalui zat padat

yang melalui benda padat lebih baik dari pada konduksi melalui cairan ataupun gas,

hal ini disebabkan karena jarak antar partikel dalam zat padat lebih berdekatan.

Pada umumnya logam adalah konduktor, yaitu penghantar kalor yang baik.

Sedangkan zat atau benda padat yang lain seperti kertas, plastik, wol dan kayu adalah

jauh lebih baik dari pada zat padat lainnya karena logam memiliki banyak elektron

bebas, sementara zat padat lainnya yang termasuk dalam isolator tidak memiliki

elektron bebas.

Gambar 2.1 Perpindahan konduksi dari luar pipa pemanas kepermukaan dalam pipa pemanas.

Gambar 2.2 Perpindahan konduksi dari permukaan tabung dalam ke permukaan tabung luar.

Perpindahan panas secara konduksi yang terjadi di water heater gas LPG

adalah kalor berpindah dari permukaan luar pipa tembaga ke permukaan dalam pipa

B. Perpindahan panas secara konveksi

Perpindahan kalor konveksi adalah perpindahan kalor yang terjadi pada zat

yang dapat mengalir seperti zat-zat cair dan gas. Perpindahan kalor konveksi

dimanfaatkan untuk beberapa sistem seperti pada sistem pendingin mesin mobil yaitu

radiator mobil, pada sistem suplai air panas rumah tangga dan pada lemari es.

Macam-macam perpindahan panas secara konveksi :

1. Konveksi bebas

Konveksi bebas adalah perpindahan kalor yang terjadi secara alami yang

diakibatkan perbedaan suhu dan beda rapat massa serta tidak ada tenaga dari luar atau

alat bantu yang mendorongnya.

2. Konveksi paksa

Konveksi paksa adalah perpindahan kalor pada aliran gas ataupun fluida yang

disebabkan adanya tenaga dari luar. Tenaga dari luar di dapatkan dari alat bantu

seperti blower, pompa, kipas.

• Perpindahan panas konveksi yang terjadi padawater heater :

1. Perpindahan kalor dari udara panas ke permukaan luar pipa pemanas.

2. Perpindahan kalor dari udara panas ke permukaan tabungwater heater.

Gambar 2.4 kalor dari udara panas ke permukaan tabungwater heater.

C. Perpindahan panas secara radiasi

Perpindahan kalor radiasi atau pancaran adalah perpindahan kalor yang tidak

memerlukan zat perantara (medium), sehingga perpindahan kalor radiasi dapat terjadi

di dalam ruangan hampa atau vakum. Dalam perpindahan kalor radiasi sumber kalor

menyalurkan energinya dalam bentuk radiasi infra merah yang merupakan bagian

dari spektrum gelombang elektromagnetik. Permukaan yang hitam kusam dapat

menyerap kalor radiasi dengan baik sekaligus pemancar kalor radiasi yang baik.

Perpindahan kalor secara radiasi yang terjadi di water heater gas LPG adalah

kalor dari api hasil pembakaran ke permukaan luar pipa dan kalor dari tabung dalam

2.1.3 Perancangan Pipa Saluran Air

Kebanyakan dalam pembuatan water heater gas, saluran air yang digunakan

menggunakan saluran air yang berbentuk lingkaran. Dalam perancangan pipa yang

berfungsi sebagai saluran air ada beberapa pertimbangan yang harus diperhatikan.

A. Pemilihan material pipa

Bahan yang digunakan pipa untuk saluran air dalam water heater mempunyai

konduktivitas termal yang tinggi. Jika bahan yang digunakan mempunyai

konduktivitas termal yang tinggi, maka akan mudah untuk menghantarkan serta

mengalirkan panas. Material pipa yang cocok adalah berbahan tembaga yang

memiliki kemampuan menghantarkan kalor yang baik serta harga yang terjangkau.

Tabel 2.1 Konduktivitas Termal Beberapa Bahan Logam (Holman,1993)

Bahan Konduktifitas Termal (k)

W/moC Btu/h.ft.oF

Perak 410 237

Tembaga 385 223

Aluminium 202 117

Nikel 93 54

Besi 73 42

Baja Karbon 43 25

Bahan yang dipilih juga harus memiliki titik lebur yang tinggi agar ketika

dipergunakan bahan tidak melebur atau meleleh. Selain itu bahan pipa tidak mudah

B. Diameter pipa yang digunakan

Diameter pipa diusahakan tidak berukuran terlalu kecil, karena jika diameter

pipa terlalu kecil akan mengakibatkan hambatan yang terjadi pada laju aliran air.

Maka ukuran pipa yang digunakan berukuran 0,5 inci, ini bertujuan agar hambatan

yang terjadi dalam pipa tidak terjadi dan juga harganya juga tidak terlalu mahal.

C. Hambatan yang terjadi dalam pipa

Hambatan yang terjadi dalam aliran air mengalir di dalam pipa diusahakan

sekecil mungkin. Dalam perancangan dan pembuatan saluran pipa air diusahakan

tidak mengalami pembelokan, jika ada pembelokan diusahakan sudut pembelokannya

besar, merata dan dengan radius tertentu atau saluran air yang dirancang dengan

bentuk melingkar.

2.1.4 Saluran Udara Masuk

Udara digunakan untuk pembakaran gas LPG, karena proses pembakaran

memerlukan oksigen. Oksigen sangat mudah didapatkan dari udara luar. Jika proses

pembakaran kekurangan oksigen, maka pembakaran yang terjadi tidak mencapai hasil

yang maksimal dan juga kalor yang diinginkan tidak terjadi. Maka dari itu dalam

merancang saluran udara pada mesin pemanas air harus di desain sedemikian rupa

agar udara yang masuk tepat sesuai kebutuhan. Cara merancang saluran udara adalah

dengan cara memberikan lubang pada sisi dalam dan sisi luar pada water heateragar

oksigen atas dapat masuk langsung kedalamnya sehingga udara dapat membantu

[image:31.612.101.527.117.576.2]

Tabel 2.2 Komposisi Udara Kering (Sumber : http://ft.unsada.ac.id/wp-content/uploads/2010/04/bab4-tm2.pdf)

Komponen Udara Presentase Mol (%)

Nitrogen 78,08

Oksigen 20,95

Argon 0,93

Karbon dioksida 0,03 Neon, helium, metana, dll 0,01

2.1.5 Sirip

Sirip memiliki fungsi sebagai isolator untuk. Jika pipa air dalam kontruksi

water heater di pasangi sirip maka sirip-sirip tersebut akan membantu menyalurkan

kalor hasil pembakaran gas LPG ke pipa saluran air. Semakin banyak sirip yang

terpasang di dalam kontruksi pipa maka semakin cepat pula proses penyaluran panas

yang terjadi dan berpengaruh terhadap suhu air keluar water heater. Bahan atau

material dari sirip juga harus dipilih dari bahan yang mudah menyalurkan panas

seperti dari bahan tembaga. Semakin besar konduktivitas termal dari bahan sirip

maka semakin besar pula kalor yang dapat ditangkap dan salurkan oleh sirip-sirip

tersebut.

2.1.6 Sumber Api

Sumber api yang digunakan untuk memanaskan water heater menggunakan

kompor gas LPG. Jaman sekarang banyak bentuk dan jenis kompor gas. Setiap

kompor gas memiliki nyala api yang berbeda sesuai dengan kebutuhannya. Ada

kompor gas yang menghasilkan nyala api yang besar dan juga ada kompor gas yang

mengasilkan nyala api yang besar. Jika api yang dihasilkan besar, maka akan

[image:32.612.103.512.179.491.2]

menghasilkan kalor yang banyak sehingga penyerapan kalor lebih cepat.

Gambar 2.5 Kompor gas LPG

2.1.7 Gas LPG

Pada umumnya water heater gas menggunakan gas\ LPG sebagai sumber

energy untuk pembakaran. Kepanjangan dari LPG adalah Liquified Petroleum Gas

dimana gas ini diproduksi dan didistribusikan oleh pertamina. Gas LPG memiliki

komposisi yang terdiri dari gas propana ( ) dan butana ( ) dengan komposisi

kurang lebih sebesar 99 %, selebihnya adalah gas Pentana ( ) yang dicairkan.

Perbandingan komposisi Propana dan Butana adalah 30 : 70. Gas LPG memiliki nilai

kalori sekitar : 21.000 BTU/lb. Pada gas LPG ditambahkan zat mercaptan.

supaya jika terjadi kebocoran gas LPG dapat segera terdeteksi dengan cepat sehingga

mudah dikenali dan dapat segera ditanggulangi.

Reaksi pembakaran propana

(

C₃H₈

)

, jika proses pembakaran terjadi dengan

sempurna adalah sebagai berikut :

8 3H

C + 5O₂ → 3CO ₂ + 4H2O + kalor

propana + oksigen → karbondioksida + uap air + kalor

Reaksi pembakaran butana

(

C₄H₁₀

)

, jika proses pembakaran terjadi dengan

sempurna adalah sebagai berikut :

2C ₄ H ₁₀ + 13O₂ → 8

CO

₂ + 10H₂O + kalor [image:33.612.100.529.187.636.2]

butana + oksigen → karbondioksida + uap air + kalor

Tabel 2.3 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 % Gas Kota 45000 kkal/kg 55 % Listrik 860 kkal/kg 60 %

2.1.8 Saluran Gas Buang Sisa Pembakaran

Pembakaran gas LPG dalam water heater akan menghasilkan sisa

pembakaran. Maka dari itu dalam membuat water heater harus dibuatkan saluran

pembuangan gas sisa pembakaran. Dalam pembuatannya yang perlu diperhatikan

adalah volume gas yang dibuang, posisi arah pembuangan diusahakan mengarah ke

atas.

Dalam pembuatan water heaterini aliran gas buang dialirkan ke atas dengan

membuatkan lubang ada bagian tutup. Karena tutup yang rapat tidak memungkinkan

gas buang dialirkan kesamping.

2.1.9 Laju Aliran Kalor

Ketika air mengalir dalam pipa maka air tersebut memiliki kecepatan aliran.

Kecepatan aliran air dapat dihitung dengan mempergunakan persamaan (2.1)

= 2 . . r m A m π ρ

ρ = (2.1)

Laju aliran massa air dapat dihitung dengan mempergunakan Persamaan (2.2)

air

m =

( )( )

r um

2

π ρ

(2.2)

Pada Persamaan (2.1) dan (2.2) :

m = laju aliran massa (kg/s)

= kecepatan aliran air (m/s)

[image:35.612.105.530.88.592.2]

r = jari-jari pipa air (m)

Gambar 2.6 Laju Aliran Kalor Yang Terjadi Dalam Pipa Saluran Air

Laju aliran kalor yang diterima oleh air yang mengalir dalam water heater dapat

dihitung dengan Persamaan (2.3)

(

in out

)

air air

air m c T T

q =  − _(2.3)

pada Persamaan (2.3) :

air

q

= laju aliran kalor yang diterima air (watt)

air

m



= laju aliran massa air masuk ( kg /detik)

air

c

= kalor jenis air (J / kgoC)

Tin = suhu air masukwater heater (oC)

Tout = suhu air keluarwater heater(oC)

Laju aliran kalor yang didapat dari proses pembakaran gas LPG dapat

dihitung dengan persamaan (2.4)

gas

q = m_gas C_gas

pada Persamaan (2.4) :

gas

m

= massa gas LPG yang terpakai (kg/s)

gas

[image:36.612.102.533.216.583.2]

C

= kapasitas panas gas LPG ( J/kg), (1kkal = 4186,6 J)

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)

LPG 11900 kkal/kg 60%

2.1.10 Efisiensi Dari Water Heater

Efisiensi dariwater heaterdapat dihitung dengan persamaan (2.5)

% 100

x q

q

gas air

= η

(2.5)

Pada Persamaan (2.6) :

η

= Efisiensi dari water heater( dalam %)

air

q

= Laju aliran kalor yang diterima air (watt)

gas

2.2 Tinjauan Pustaka

2.2.1 Water Heater Yang Dipasarkan

Dipasaran saat ini banyak tersedia berbagai jenis water heater gas LPG

dengan model yang beragam dan kapasitas air panas yang dihasilkan pun beragam.

Biasanya dalam penggunaan untuk rumah tangga water heater yang digunakan

berkapasaitas mulai 5 liter sampai 10 loter. Sedangkan dalam industri, rumah sakit

maupun hotel menggunakan kapasitas lebih dari 10 liter. Berikut ini merupakan

beberapa contohwater heateryang dijual dipasaran.

Saat ini di pasaran tersedia banyak jenis water heater gas LPG dengan

beberapa model rancangan. Setiap rancangan dari water heater yang ada saat ini

memiliki keunggulan dan kekurangan serta memiliki cara kerja yang berbeda juga.

Di bawah ini di perlihatkan beberapa model rancangan water heatergas LPG beserta

bagian bagian utama dari setiap rancangan water heater gas LPG dan juga cara

[image:37.612.107.531.254.681.2]

kerjanya.

Pada kontruksi water heater gas LPG tipe 1, seperti yang terlihat pada

Gambar 2.7 Rancanganwater heaterGas LPG tipe 1 ini memiliki model lilitan pipa

saluran air yang melekat pada sebuah tabung. Saluran pipa air tidak terkena langsung

panas api dari proses pembakaran, melainkan tabung bagian dalamlah yang dipanasi

oleh api. Bagian luar dari tabung terdapat lilitan pipa saluran air. Jika tabung

mengalami peningkatan suhu maka pipa saluran air dari water heater itu juga akan

mengalami peningkatan suhu. Suhu air yang mengalir dalam pipa pun meningkat dan

menjadi air panas.

Pada kontruksi water heater gas LPG tipe 1, seperti yang terlihat pada

Gambar 2.7 Rancanganwater heaterGas LPG tipe 1 ini memiliki model lilitan pipa

saluran air yang melekat pada sebuah tabung. Saluran pipa air tidak terkena langsung

panas api dari proses pembakaran, melainkan tabung bagian dalamlah yang dipanasi

oleh api. Bagian luar dari tabung terdapat lilitan pipa saluran air. Jika tabung

mengalami peningkatan suhu maka pipa saluran air dari water heater itu juga akan

mengalami peningkatan suhu. Suhu air yang mengalir dalam pipa pun meningkat dan

menjadi air panas.

Water heatertipe 1 ini memakai alat bantu tambahan berupa blower. Agar api

hasil pembakaran dapat naik ke atas dan panas hasil pembakaran bisa merata

Keuntungan dari rancangan water heater tipe 1 ini adalah air panas yang

dihasilkan memiliki debit yang tetap serta suhu yang tetap, sehingga air panas dapat

[image:39.612.102.529.175.499.2]

terus mengalir secara kontinyu.

Gambar 2.8 RancanganWater HeaterGas LPG Tipe 2

Pada Gambar 2.8 rancangan water heater gas LPG tipe 2 terlihat bahwa pipa

saluran air water heater kontak langsung dengan api. Jadi rancangan water heater

tipe 2 ini memakai model pipa saluran air yang langsung dipanasi oleh api hasil

pembakaran gas LPG.

Pada rancangan water heater tipe 2 ini juga menggunakan alat bantu berupa

fan atau kipas udara. Tujuan agar api hasil pembakaran menjadi besar dan dapat

Keuntungan dari rancangan water heater tipe 1 ini adalah air panas yang

dihasilkan memiliki debit yang tetap serta suhu yang tetap, sehingga air panas dapat

[image:40.612.105.517.179.491.2]

terus mengalir secara kontinyu.

Gambar 2.9 RancanganWater HeaterGas LPG Tipe 3

Pada Gambar 2.9 rancangan water heater gas LPG tipe 3 terlihat model dari

water heater ini berbentuk silinder atau tabung dan tidak memiliki saluran pipa air

yang melingkar. Pada rancangan water heater gas tipe 3 ini, water heater hanya

mempunyai 2 pipa saluran air masuk dan keluar yang terletak di atasnya.

Cara kerjawater heatertipe 3 ini lebih sederhana dari tipe sebelumnya, hanya

seperti memasak air. Prinsip kerjanya air panas masuk kedalam water heaterhingga

mencapai jumlah tertentu. Setelah air memenuhi penampung air yang ada di dalam

meningkat dan air menjadi panas. Api yang digunakan dalam proses tersebut adalah

hasil pembakaran gas LPG. Model rancangan water heater tipe 3 ini memiliki

kekurangan. Kurangannya adalah debit dan suhu air panas yang dihasilkan tidak bisa

tetap atau kontinyu, karena air harus ditampung terlebih dahulu baru kemudian

dipanasi oleh api hasil pembakaran gas LPG.

Gambar 2.10 RancanganWater HeaterGas LPG Tipe 4

Pada Gambar 2.10 rancangan water heater gas LPG tipe 4 terlihat model

rancangan water heater memiliki bentuk silinder serta tidak mengunakan saluran

pipa air yang melingkar namun menggunakan penampung air. Modelnya sama

dengan rancanganwater heater gas LPG tipe 3 yang disajikan dalam Gambar 2.10.

Walaupun modelnya sama namun rancangan water hater tipe 4 memiliki

memperlambat keluarnya gas buang sisa proses pembakaran dengan cara proses

pembuangan gas buang sisa pembakaran dibuat dan diarahkan secara berputar-putar.

Hal ini bertujuan agar panas dari gas buang sisa pembakaran dapat digunakan untuk

membantu memanaskan air yang ada di dalam penampung air yang terletak di dalam

water heater. Model rancangan water heater tipe 4 ini memiliki kekurangan.

Kurangannya adalah debit dan suhu air panas yang dihasilkan tidak bisa tetap atau

kontinyu, karena air harus ditampung terlebih dahulu baru kemudian dipanasi oleh

api hasil pembakaran gas LPG.

A. Spesifikasi Water Heater Gas LPG Yang Ada Di Pasaran :

Water Heatergas LPG yang ada dipasaran saat ini :

1. Water Heater Gas Tipe X 1

Spesifikasi dari water heater tipe X 2 yang ada dipasaran didapatkan adalah

sebagai berikut :

Pemasangan : External/Internal

Ukuran ( PxLxT) mm : 369x290x127

Berat : 6,1 kg

Kapasitas Air Panas : 5–8 liter/menit

Temperatur Air Panas : 40oC–60oC Konsumsi Gas : 0,5 kg/jam

Ignition : Baterai Ukuran D

Tekanan Gas : Low Pressure, 28 mBar

Jumlah Outlet : 1-2

Outlet Gas : 0,5 inchi

Outlet Air Dingin : 0,5 inchi

Outlet Air Panas : 0,5 inchi

2. Water Heater Gas Tipe X 2

Spesifikasi dari water heater tipe X 2 yang ada dipasaran didapatkan adalah

sebagai berikut :

Gambar 2.12Water HeaterGas Tipe X 2

Pemasangan : External/Internal

Ukuran ( PxLxT) mm : 425 x 290 x 127

Berat : 6,1 kg

Kapasitas Air Panas : 5 liter/menit

Temperatur Air Panas : 40oC–60oC Konsumsi Gas : 0,6 kg/jam

Ignition : Baterai Ukuran D

Tekanan Gas : Low Pressure, 28 mBar

Jumlah Outlet : 1

Outlet Gas : 0,5 inchi

Outlet Air Panas : 0,5 inchi

Tekanan Air Minimum : 0,15 Bar

3. Water Heater Tipe X 3

Spesifikasi dari water heater tipe X 3 yang ada dipasaran didapatkan adalah

sebagai berikut :

Gambar 2.13Water HeaterGas Tipe X 3

Pemasangan : External/Internal

Ukuran ( PxLxT) mm : 380 x 288 x 141

Kapasitas Air Panas : 5 liter/menit

Temperatur Maksimal : 60oC Konsumsi Gas : 0,46 kg/jam

Ignition : Baterai Ukuran D

Tekanan Gas : Low Pressure, 28 mBar

Input Gas : 0,5 inchi

Input Air Dingin : 0,5 inchi

Outlet Air Panas : 0,5 inchi

Tekanan Air Minimum : 0,1 Bar

2.2.2 Hasil Penelitian Water Heater Gas LPG

Payong. (2012) telah melakukan penelitian water heater gas LPG yang

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

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

heater , (b) Mendapatkan hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water

heater, (c) Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju perpindahan kalor

yang diterima oleh air, (d) mendapatkan hubungan antara debit air dengan efisisensi

water heater. Penelitian tersebut dilakukan dengan batasan-batasan sebagai berikut :

(a) Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, (b) Diameter pada

dinding luar 25 cm, (c) Diameter pada dinding dalam 20 cm, (d) Panjang pipa 20

meter, (e) Diameter bahan pipa 3/8 inci, (f) 300 lubang masuk udara pada dinding

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

berdiameter 3/8 inci, (i) Variasi dilakukan pada besarnya debit air masuk water

heater. Dari hasil penelitian tersebut didapatkan : (a) Water heater yang dibuat

mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran, yang mampu

menghasilkan panas dengan temperature 42,9 °C pada debit 10 liter/menit (b)

heater( ) dapat dinyatakan dengan persamaan = -0,027 + 1,126 –16,52

m + 129,9 (m dalam liter/menit, dalam °C) d (c) Hubungan antara debit air yang

mengalir dengan laju perpindahan kalor dinyatakan dengan persamaan = 17,09

+ 489 + 439 m + 3654 (m dalam liter/menit, dalam watt) dan (d)

Hubungan antara debit air yang mengalir dengan efisisensi water heater dapat

dinyatakan dengan persamaan

η

= 0,077 - 2,208 + 19,84 m + 16,50 ( m dalam

liter/menit,

η

dalam %) .

Ignasius. (2001) telah melakukan penelitian tentang water heater yang

bejudul “Rancangan Dan Uji Performansi Sistim Pemanas Air LPG” yang bertujuan :

(a) menguji performasi dari sistim pemanas air gas LPG, (b) melihat kestabilan suhu

air. Penelitian tersebut dilakukan dengan batasan-batasan sebagai berikut : (a) Sistim

yang digunakan dalam pemanas air ini dilengkapi dengan tutup transparan dengan

bahan polycarbonate berukuran 2 m x 1 m x 0.001 m, (b) bahan pipa absorber besi

murni dengan konduktivitas 67.5 W/mK dan diameter 0.0254 m yang bertujuan untuk

meningkatkan proses penerapan panas pada siang hari, (c) bahan penyekat yang

digunakan antara lain triplek, stryrofoam dan bonek. Parameter yang diukur antara

lain adalah : (a) radiasi surya, (b) suhu, (c) laju aliran air. Dari hasil penelitian

tersebut didapatkan : (a) water heater yang dibuat dengan tenaga gas LPG efektif dan

mampu bersaing dipasaran, dengan suhu air yang didapat 41.71 °C, (b) halis

perhitungan ekonomi dengan metode LCC total yagn dihasilkan adalah Rp.

Suparno. (2014) melakukan penelitian tentang karakteristik water heater

dengan panjang pipa 12 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip yang bertujuan untuk

(a) Membuat water heater(b) Mengetahui karakteristik water heater dengan sumber

energy gas LPG yang telah dibuat : (1) mengetahui hubungan antara debit air yang

masuk dengan suhu air yang keluar dariwater heater (2) Mengetahui antara debit air

dengan laju perpindahan kalor yang diterima air. (3) Mengetahui efisiensi dari water

heater.Penelitian ini memperoleh hasil (a)Water heateryang dibuat mampu bersaing

dengan water heater yang ada dipasaran, dengan temperatur 42,6°C pada debit 11,4

liter/menit. (b) Hubungan debit air yang masuk dengan air yang keluar dapat

dinyatakan dengan persamaan : pada kondisi tertutup Tout = 108,8(deb)-0,36.

(liter/menit)0,36R2 = 0,984 pada kondisi terbuka 10 kali putaran Tout = 103,1(deb)0,34.

(liter/menit) R2 = 0,983 pada kondisi terbuka 20 kali putaran Tout = 96,31 (deb)0,33

(liter/menit)0,33R2 =0,989 (c) Hubungan debit air yang masuk dengan laju aliran kalor yang diterima air dapat dinyatakan dengan persamaan : pada kondisi tertutup Qair =

10,92(deb)0,079.(liter/menit)-0,079 kJ, pada kondisi terbuka 10 kali putaran Qair =

6,469(deb)0,266. (liter/menit)-0,226kJ, pada kondisi 20 kali putaran Qair= - 0,12(deb)2.

(liter/menit)-2 + 0,496(deb). (liter/menit)-1 + 7,241 kJ (d) Hubungan debit air dengan efisiensiwater heaterdapat dinyatakan dengan persamaan : pada kondisi tertutup η =

28,89(deb) 0,079. (liter/menit) -0,079 % pada kondisi terbuka 10 kali putaran η =

17,70(deb0,266). (liter/menit)-0,266 % pada kondisi terbuka 20 kali putaran η =

BAB III

PEMBUATAN ALAT

3.1 Perancangan Water Heater gas

Langkah pertama yang kita lakukan untuk membuat water heater adalah

merancang bentuk dan modelnya. Gambar 3.1 sampai dengan Gambar 3.7

memperlihatkan bagian pipa saluran air hingga tabung water heater dan bentuk

akhirnya.

Gambar 3.1 Saluran Pipa AirWater Heater

Pipa saluran air ini menggunakan material yang mudah menyerap panas yaitu

material tembaga. Panjang pipa yang digunakan adalah 8 meter dan memiliki

melingkar. Tujuannya adalah supaya lintasan putarannya tidak terlalu tinggi dan

ukurannya tidak terlalu besar dan dapat menyerap kalor dengan sempurna karena

dekat dengan api dari kompor.

Gambar 3.2 Pipa Saluran AirWater HeaterDengan Sirip Tembaga

Gambar 3.2 merupakan rancangan saluran pipa yang diberi sirip pada bagian

samping. Bertujuan untuk memperluas permukaan pipa pemanas. Dalam merangcang

ini, sirip membantu untuk menangkap kalor dari api hasil proses pembakaran gas

LPG. Sirip dibuat dari bahan yang sama dengan saluran pipa air dan mempunyai

diameter yang sama. Sirip dipasang tegak lurus disamping pipa saluran air yang

bertujuan untuk mempermudah pemasangan sirip tersebut. Sirip yang dipasang

Gambar 3.3 TabungWater Heater

Gambar 3.3 merupakan rancangan tabung water heater. Tabung ini

menggunakan plat galvanum. Plat tersebut dipilih karena ketahanan plat tersebut

terhadap suhu yang tinggi dan juga korosi. Ada 3 tabung yang digunakan dalam

menyusun water heater. Tabung pertama berdiameter 10 cm, tabung kedua

berdiameter 25 cm, dan tabung ketiga berdiameter 30 cm. Masing – masing tabung

mempunyai tinggi yang sama yaitu 30 cm. Semua tabung diberi lubang saluran udara.

Lubang saluran udara digunakan sebagai jalan masuknya oksigen (udara) yang

mendukung proses pembakaran dan digunakan sebagai isolator adalah udara. Jumlah

Sedangkan jumlah luban

cm, dimana lubang pada

demikian udara tabung

tabung yang ketiga.

Ga

Ga

ubang pada tabung luar sebanyak 95 lubang dengan

da lapisan luar langsung tembus ke tabung yang

bung dan banyaknya lubang pada tabung kedua

Gambar 3.4Water HeaterTampak Samping

Gambar 3.5Water HeaterTampak Atas

an diameter 1,5

ng ke 2. Dengan

Gambar 3.6Water HeaterTampak Bawah

Gambar 3.7Water HeaterDengan Tutup Atas

Gambar 3.7 merupakan gambar bentuk rancangan akhir dari water heater

yang dibuat dalam penelitian ini. Water heater in juga dilengkapi dengan tutup yang

3.2 Menentukan Bahan Yang Akan Digunakan Untuk Membuat Water Heater

Dalam merancang sebuah water heater dipilih pipa tembaga sebagai pipa

saluran air. Rangka atau bagian casing menggunakan kontruksi rangka menggunakan

besi nako. Plat galvanum dipilih utuk menutupi bagian rangka dan menjadi cover

pada water heater. Semua bahan tersebut dipilih karena material tersebut tahan

terhadap suhu panas dan juga korosi.

3.3 Peralatan Pendukung Yang Digunakan Dalam Membuat Water Heater

Peralatan pendukung yang digunakan dalam pembuatanwater heatergas LPG

adalah mesin las listrik, gerinda, mesin bor set, gunting plat, tang, pengaris dan

meteran, tang, obeng, palu, kunci pas, paku rivet, hand riveter,.tabung gas LPG,

regulatorhigh pressure, kompor gashigh pressure.

Mesin las listrik digunakan dalam pembuatan rangka. Dengan menggunakan

las listrik rangka pada water heater menjadi lebih rapi, kuat, dan tidak rusak atau

lepas saat water heater dipergunakan karena adanya suhu yang tinggi.

Gambar 3.9 Gerinda dan Mesin Pemotong Besi

Gerinda digunakan untuk meratakan dan menghaluskan permukaan rangka

water heater dari kerak sisa pengelasan. Sedangkan mesin pemotong besi digunakan

untuk memotong besi nako yang menjadi rangka padawater heater.

. Bor diguna

pada rangka, pada plat

digunakan untuk meluba

Gunting plat diguna

yang keras sebagai cover

Ga

Obeng digunakan

obeng (-) dan obeng

mengencangkan kawat.

besi yang akan dipotong.

gunakan untuk membuat lubang. Pembuatan luba

plat galvanum untuk pemasangan paku rivet. S

ubangi seluruh bagian tabung sebagai isolator

Gambar 3.11 Gunting Plat

digunakan untuk menggunting platgalvanumdenga

over body padawater heater.

Gambar 3.12 Obeng, Tang, Penggaris

kan untuk mengencangkan baut. Obeng yang diguna

obeng (+). Tang digunakan untuk memotong

t. Sedangkan penggaris digunakan untuk mengg

ong.

ubang dilakukan

Selain itu bor

gan kontur

digunakan adalah

ong kawat dan

Gambar 3.13 Hand Riveter, Paku Rivet

Hand Riveter adalah alat yang digunakan untuk menarik paku rivet yang akan

dipasangkan pada bagian plat dan juga rangkawater heater.

Gambar 3.14 Kunci Pas

Kunci pas digunakan untuk mengencangkan baut yang ada pada water heater.

Baut yang ada pada rangka dan plat galvanumdikencangkan menggunakan kunci pas

ini. Ada abanyak macam kunci pas. Gambar diatas menunjukkan kunci pas dari

Gambar 3.15 Tabung Gas LPG

Tabung gas LPG banyak dijual di pasaran. Baik itu dalam ukuran 3 kg atau 12

[image:58.612.103.526.109.564.2]

kg. Gas LPG digunakan sebagai sumber pemanas air.

Gambar 3.16 Regulator GasHigh Pressure

Dalam perancangan water heater menggunakan regulator bertekanan tinggi.

[image:59.612.104.531.110.582.2]

Gambar 3.19 Kompor GasHigh Pressure

Dalam perancangan water gas LPG ini, kompor gas yang digunakan adalah

kompor gas tipe high pressure atau bertekanan tinggi. Dipilihnya kompor gas

bertekanan tinggi bertujuan agar api yang dihasilkan dalam proses pembakaran besar

danwater heaterdapat menghasilkan air panas dengan suhu yang tinggi.

3.4 Proses Pembuatan Alat Water Heater Gas

Dalam mengerjakan water heater dikerjakan tahap semi tahap, berikut tahap

pengerjaannya.

1. Perancangan dan pembuatan desain

Perancangan dilakukan untuk mengetahui bentuk konstruksi dari water heater

yang akan dibuat. Proses perancangan dilakukan dengan membuat gambar sketsa

terlebih dahulu. Sketsa water heater digambar sesuai bentuk, ukuran, dan model

2. Pemilihan dan penyedian bahan

Pemilihan dan menentukan banhan ditentukan setelah didapatkan gambar

dimensi serta bentuk dari water heater yang akan dibuat. Setelah gambar tersebut

didapat, maka dipilihlah bahan sebagai berikut :

A. Pipa tembaga

Pipa tembaga digunakan untuk membuat saluran air pada water heater. Pipa

tembaga dipilih karena pipa tembaga memiliki konduktifitas termal bahan yang

tinggi, sehingga pipa tembaga mudah menghantarkan panas atau kalor. Selain itu,

tidak mudah berkarat, titik lebur tinggi, ulet(lebih mudah dibentuk), dan harganya

lebih terjangkau. Pipa tembaga yang dipilih berukuran 0,5 inci dengan panjang 8

[image:60.612.104.527.207.629.2]

meter.

B. Besi strip dan besi nako

Besi strip dan besi nako digunakan ungtuk membuat kerangkan water heater.

Rangka yang akan dubuat merupakan rangka bagian dalam dan bagian luar. Kedua

rangka dibuat bertujuan agar kerangkawater heaterkuat dan kokoh

[image:61.612.105.526.214.683.2]

.

Gambar 3.21 Besi Strip dan Besi Nako

C. Platgalvanum

Plat galvanum dipilih karena ketahannya terhadap kalor. Plat tersebut

digunakan untuk melapisi bagian dalam rangka dan tutupwater heater.

3. Proses mengerjakanwater heater

Dalam pengerjaannya, terbagi menjadi beberapa langkah tahap pengerjaan. Ini

ditujukan agar bentuk water heater sesuai dengan desain yang sudah dibuat. Berikut

ini adalh langkah–langkah pengerjaannya.

A. Memotong pipa tembaga

Pertama pipa tembaga dipotong sepanjang 8 meter sesuai desain yang sudah

ditentukan. Kemudian setelah dipotong pipa tembaga dibuat melingkar dengan cara

dirol dengan model 2 tingkat. Tujuan dibuatnya model 2 tingkat supaya gulungan

[image:62.612.104.521.261.559.2]

pipa tembaga saluran air tidak terlalu panjang.

Gambar 3.23 Proses Pemotongan Pipa

B. Mengerol pipa tembaga

Proses pengerolan dilakukan dengan menggunakan alat rol pipa tembaga dan

yang diinginkan. Model 2 tingkat yang dihasilkan berdiameter 18 cm pada bagian

[image:63.612.103.527.165.679.2]

dalam dan 20 cm pada bagian luar.

Gambar 3.24 Alat pengerol pipa tembaga dan panci penahan bentuk pipa

C. Pembuatan rangkawater heater

Rangka dibuat dengan tujuan agar water heater mempunyai bentuk dan

kontruksi yang kuat dan kokoh. Selain itu rangka dibuat bertujuan agar dalam

pemasangan plat penutup bagian luar dapat terpasang dengan mudah. Rangka dibuat

dengan menggunakan besi nako. Besi nako dan besi strip dipotong dan

dilengkungkan sesuai ukuran dan disatukan dengan menggunakan las listrik dengan

ukuran 0,8 x 0,8 cm.

D. Penyelesaian dan hasil akhir

Setelah semua rangka selesai disatukan dan saluran air pipa tembaga sudah jadi,

kemudian dimulai dengan pemasangan pipa saluran air pada rangka dengan cara

mengaitkannya pada besi strip. Jangan lupa untuk memberikan lubang pada rangka.

Lubang pada rangka bertujuan untuk memudahkan pemasangan paku rivet untuk

memasang platgalvanum. Setelah mengaitkan pipa dan member lubang pada rangka,

dilanjutkan dengan menutupi rangka dengan plat galvanum. Mulai dari bagian dalam

rangka dan kemudian bagian luar rangka. Plat galvanum di pasangkan pada rangka

dengan cara dipaku menggunakan paku rivet yang di tancapkan pada rangka water

[image:64.612.101.529.294.658.2]

heateryang dusah diberi lubang.

BAB IV

METODOLOGI PENELITIAN

4.1 Benda Uji

Benda uji yang digunakan adalah water heater gas LPG. Water heater

berbentuk tabung. Tinggi water heater 30 cm dan berdiameter 30 cm. Water heater

memiliki 3 tabung yang diberi lubang udara. Tabung dalam memiliki diameter 10 cm

dengan 156 lubang udara berdiameter 0,5 cm. Tabung tengah memiliki diameter 25

cm dengan 70 lubang udara berdiameter 1,5 cm. Tabung luar memiliki diameter 30

cm dengan 95 lubang udara berdiameter 1,5 cm. Bahan pipa air tebuat dari tembaga

dengan panjang 8 meter dengan model pengerolan bertingkat dan bersirip. Water

heaterdilengkapi dengan tutup.

4.2 Sistimatika Alat Pen

Sistimatika pengujianwat

Gam

Untuk mengalirka

air yang digunakan adal

yang mengalir di dalam

keluar digunakan alat uk

4.3 Alat Bantu Penelitia

Alat bantu yang

LPG adalah sebagai berikut

a. Kompor gas LPG, di

b. Gas LPG, digunakan s

Penelitian

water heatergas LPG disajikan pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Skematik PenelitianWater Heater

irkan air kedalam water heaterdibutuhkan sumbe

dalan kran. Kran digunakan untuk mengatur jum

m water heater. Untuk mengukur suhu air masuk

ukur termokopel digital.

itian

ng digunakan untuk mendukung penelitian wate

berikut :

G, digunakan sebagai sumber api pemanaswater heat

kan sebagai bahan bakar padawater heater. 4.2.

ber air. Sumber

jumlah debit air

suk dan suhu air

ater heater gas

c. Air yang berasal dari kran, sebagai sumber air yang dialirkan kewater heater.

d. Selang air, sebagai penghubung kran air dengan saluran inletwater heater.

e. Gelas ukur, sebagai pengukur volume air yang dihasilkan.

f. Termokopel, sebagai alat ukur suhu air masuk dan suhu air yang keluar.

g. Stopwatch, sebagai alat pengukur waktu.

h. Mur baut dan klem, digunakan untuk mengencangkan sambungan.

i. Timbangan, digunakan untuk menimbang berat awal dan akhir pada tabung gas

LPG.

4.4 Alur Penelitian

Alur penelitian dalam penelitianwater heaterini adalah

a. Menyiapkanwater heateryang akan diteliti.

b. Menyiapkan kompor gas beserta tabung gas LPG dan kelengkapannya seperti

selang regulator.

c. Meletakkanwater heaterke atas kompor gas.

d. Menghubungkan selang dari sumber air ke saluran masuk dari water heater.

e. Memasukan air kewater heaterdengan cara mengatur debitnya dengan kran air.

f. Menyalakan kompor dan ditunggu sampai keadaan panas water heatersesuai.

g. Mengukur suhu air panas yang dihasilkanwater heaterdengan termokopel.

h. Mengukur volume air panas yang dihasilkan water heater dengan gelas ukur

selama selang waktu tertentu.

i. Mengolah data yang didapatkan selama penelitian.

4.5 Variasi Penelitian

Variasi yang dilakukan dalam penelitian adalah menggunakan kapasitas gas

LPG bertekanan maksimum, kapasitas gas LPG bertekanan medium, dan kapasitas

gas LPG bertekanan low.

4.6 Cara mendapatkan data

Debit data air diperoleh dengan mengukur volume air yang mengalir kegelas

ukur dalam selang waktu yang diukur dengan stopwatch. Banyaknya air yang

mengalir setiap menit dicatat. Pengukuran suhu air dilakukan dengan memasang

APPA pada sisi air keluarwater heater.Suhu air dicatat saat ada perubahan debit air.

Laju aliran masa gas LPG dapat diperoleh dengan mengukur massa gas yang

mengalir tanpa ada beban pembakaran dalam selang waktu yang diukur dengan

stopwatch. Laju aliran gas menggunakan kondisi gas maksimum, medium, dan low.

Setelah gas dimatikan kemudian tabung LPG diukur dengan menggunakan

timbangan.

4.7 Cara Mengolah Data

Dari data - data yang diperoleh, maka data tersebut dapat diolah. Data - data

tersebut kemudian dipergunakan untuk mengetahui :

a. Hubungan antara debit air dengan suhu air yang dikeluarkan dariwater heater.

b. Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air water

heater.

c. Hubungan antara debit air dengan efisiensiwater heater.

4.8 Cara Mendapatkan Kesimpulan

Kesimpulan dibuat untuk menjawab tujuan dari penelitian. Kesimpulan didapat dari

BAB V

HASIL PENGUJIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

5.1. Hasil P