ABSTRAK
Tujuan penelitian ini adalah (a) membuat model water heater menggunakan sirip (b) mengetahui karakteristik water heater (c) mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor (d) menghitung kalor yang diterima air dari water heater (e) menghitung kalor yang diberikan gas LPG (f) menghitung efisiensi water heater.
Penelitian di laboratorium Teknik Mesin USD, batasan - batasan dalam pembuatan water heater ini (a) tinggi water heater : 30 cm, diameter : 30 cm, dengan panjang pipa tembaga : 10 m (b) banyaknya dinding plat : 2 lapis, plat lapis dalam dan luar mempunyai banyak lubang 35 dengan diameter : 0,5 inci (c) bahan pipa tembaga dengan diameter : 0,5 inci (d) pipa bersirip dengan jumlah sirip : Variasi dilakukan terhadap panjang pipa tembaga, besar kecilnya debit air yang masuk ke dalam water heater dan tutup water heater yang di atur ketinggiannya. Dari penelitian yang dilaksanakan, diperoleh kesimpulan (a) Water heater mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran. Pada debit aliran 10,2 liter/menit diperoleh suhu air yang keluar sebesar 40,8°C (b) Kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara 6,436 kJ – 11,701 kJ pada kondisi pentutup tertutup rapat, pada kondisi tutup terbuka 10 putaran kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara 9,236kJ – 14,535 kJ dan pada kondisi penutup terbuka 20 putaran kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara 12,311 kJ – 14,794 kJ . Jumlah kalor terbesar sebesar 14,794 kJ pada kondisi tutup terbuka 20 putaran. (c) Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG sebesar 36,53 kW. (d) Kalor yang diberikan gas LPG sebesar 0,044 kg/menit. (e) Efisiensi dari water heater berkisar antara 17,62 % - 32,03 % pada kondisi
tutup tertutup rapat, pada kondisi tutup terbuka 10 putaran efisiensi dari water heater berkisar antara 25,28 % - 39,78 % dan pada kondisi tutup terbuka 20
putaran efisiensi dari water heater berkisar antara 33,70 % - 40,49 %. Efisiensi
terbesar didapatkan pada kondisi pentutup terbuka 20 putaran yaitu sebesar 33,70 % sampai dengan 40,49 %.
KARAKTERISTIK WATER HEATER DENGAN PANJANG
PIPA 10 METER, DIAMETER 0,5 INCI DAN BERSIRIP
SKRIPSI
Untukmemenuhisalahsatusyarat mencapaiderajatSarjana S-1Teknik Mesin
Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin
Disusunoleh :
CHORNELIUS HARDIAN PUTRANTO
NIM : 105214056
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
ii
CHARACTERISTIC OF THE WATER HEATER WITH 10
METERS LONG PIPE, 0,5 INCHPIPE DIAMETERAND
FINNED
FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements
To Obtain the Sarjana Teknik degreeIn Mechanical Engineering
By
CHORNELIUS HARDIAN PUTRANTO
Student Number : 105214056
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATADHARMAUNIVERSITY
iii
Disusun oleh :
CHORNELIUS HARDIAN PUTRANTO NIM : 105214056
Yogyakarta, 24 Januari 2014 Telah disetujui oleh Dosen Pembimbing Skripsi
( Ir. PK. Purwadi, MT )
KARAKTERISTIK WATER HEATER DENGAN PANJANG
PIPA 10 METER, DIAMETER PIPA 0,5 INCI DAN BERSIRIP
v
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis tidak memuat karya atau bagian karya orang lain yang telah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak ada karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka sebagaimana layaknya penulisan karya ilmiah.
Yogyakarta, 16 Januari 2014
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN
AKADEMIK
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :
Nama : Chornelius Hardian Putranto Nomor Mahasiswa : 105214056
Demi perkembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :
Karakteristik Water Heater dengan Panjang Pipa 10 Meter, Diameter Pipa
0,5 Inci dan Bersirip
Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelola dalam pengkalan data, mendistribusikannya secara terbatas, dan menpublikasikannya di internet atau media lain untuk kepantingan akademis tanpa meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama masih mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, 16 Januari 2014 Yang menyatakan,
vii
ABSTRAK
Tujuan penelitian ini adalah (a) membuat model water heater menggunakan sirip (b) mengetahui karakteristik water heater (c) mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor (d) menghitung kalor yang diterima air dari water heater (e) menghitung kalor yang diberikan gas LPG (f) menghitung efisiensi water heater.
Penelitian di laboratorium Teknik Mesin USD, batasan - batasan dalam pembuatan water heater ini (a) tinggi water heater : 30 cm, diameter : 30 cm, dengan panjang pipa tembaga : 10 m (b) banyaknya dinding plat : 2 lapis, plat lapis dalam dan luar mempunyai banyak lubang 35 dengan diameter : 0,5 inci (c) bahan pipa tembaga dengan diameter : 0,5 inci (d) pipa bersirip dengan jumlah sirip : Variasi dilakukan terhadap panjang pipa tembaga, besar kecilnya debit air yang masuk ke dalam water heater dan tutup water heater yang di atur ketinggiannya. Dari penelitian yang dilaksanakan, diperoleh kesimpulan (a) Water heater mampu bersaing dengan water heater yang ada di pasaran. Pada debit aliran 10,2 liter/menit diperoleh suhu air yang keluar sebesar 40,8°C (b) Kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara 6,436 kJ – 11,701 kJ pada kondisi pentutup tertutup rapat, pada kondisi tutup terbuka 10 putaran kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara 9,236kJ – 14,535 kJ dan pada kondisi penutup terbuka 20 putaran kalor yang diterima air dari water heater berkisar antara 12,311 kJ – 14,794 kJ . Jumlah kalor terbesar sebesar 14,794 kJ pada kondisi tutup terbuka 20 putaran. (c) Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG sebesar 36,53 kW. (d) Kalor yang diberikan gas LPG sebesar 0,044 kg/menit. (e) Efisiensi dari water heater berkisar antara 17,62 % - 32,03 % pada kondisi tutup tertutup rapat, pada kondisi tutup terbuka 10 putaran efisiensi dari water heater berkisar antara 25,28 % - 39,78 % dan pada kondisi tutup terbuka 20 putaran efisiensi dari water heater berkisar antara 33,70 % - 40,49 %. Efisiensi terbesar didapatkan pada kondisi pentutup terbuka 20 putaran yaitu sebesar 33,70 % sampai dengan 40,49 %.
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan kasih dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan baik. Skripsi ini berjudul Karakteristik Water Heater Dengan Panjang Pipa Tembaga 10 Meter, Diameter Pipa 0,5 Inci dan Bersirip.
Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana di Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.
Dalam penyusunan Skripsi ini penulis mendapat banyak hambatan dan rintangan, akan tetapi berkat bantuan, dukungan, doa, dan motivasi dari berbagai pihak Skripsi ini terwujud. Oleh karena itu, 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, MT., selaku Kepala Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dan selaku Dosen Pembimbing Skripsi.
3. Dr. Asan Damanik, selaku Dosen Pembimbing Akademik.
4. Segenap Dosen dan Karyawan FST Universitas Sanata Dharma, yang telah membimbing, membantu, serta memberikan ilmunya selama belajar di Universitas Sanata Dharma.
5. Ignatius Heru Supanto dan Veronica Mujidah, selaku orang tua, terima kasih untuk semua doa, perhatian, teladan dan kasih sayang hingga saat ini.
ix
7. Sadriyah Pratiwi, selaku kekasih yang selalu memberikan semangat, motivasi, terimakasih untuk cinta, kasih sayang, dukungan, dan doa selama ini.
8. Ni Luh Made Utari Praharsini, Roby Dharma Panjilie, Gregorius Ega Buddhy Sasongko, Suparno dan Thomas Dwi Santoso terima kasih untuk segala bantuan dan dukungannya.
9. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2010 yang telah banyak membantu penulis selama penulis menyelesaikan Skripsi ini.
10. Semua pihak yang telah membantu penulis selama penyusunan skripsi ini sehingga dapat menyelesaikan penulisan Skripsi dengan baik.
Penulis berharap semoga Skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca dan dapat digunakan sebagai acuan penelitian selanjutnya.
Yogyakarta, 16 Januari 2014 Penulis
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ... vi
ABSTRAK ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR TABEL ... xvi
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan ... 3
1.3. Batasan Masalah... 4
1.4. Manfaat ... 4
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1. Dasar Teori ... 5
2.1.1. Pengertian Perpindahan Kalor ... 5
2.1.2. Cara-cara Perpindahan kalor ... 5
2.1.3. Perancangan Saluran Air ... 7
2.1.4. Saluran Udara Untuk Kebutuhan Pembakaran ... 11
2.1.5. Sirip ... 12
xi
2.1.7. Bahan Bakar / Sumber Energi ... 15
2.1.8. Kebutuhan Udara ... 17
2.1.9. Saluran Gas Buang ... 18
2.1.10. Sumber Api ... 19
2.1.11. Laju Aliran Kalor ... 20
2.1.12. Laju Aliran Kalor Yang Diberikan Gas ... 21
2.1.13. Effisiensi Water Heater ... 21
2.2. Tinjauan Pustaka ... 22
2.2.1 Macam – Macam Water Heater Yang Ada Diasaran ... 22
2.2.2 Konstruksi Water Heater Yang Ada Dipasaran ... 24
2.2.3 Hasil Penelitian Lain ... 27
BAB III PEMBUATAN ALAT ... 29
3.1. Persiapan ... 29
3.2. Pembuatan Water Heater ... 29
3.2.1. Bahan Water Heater... 29
3.2.2. Sarana dan alat – alat yang digunakan ... 31
3.2.3 Langkah – langkah Pengerjaan ... 32
3.3. Pengerjaan Water Heater ... 33
3.4. Hasil Pembuatan... 38
3.5. Kesulitan Dalam Pembuatan Water Heater ... 38
BAB IV METODOLOGI PENELITIAN ... 39
4.1. Benda Uji ... 39
4.1.1 Diskripsi Alat Water Heater ... 41
4.1.2. Cara Kerja Water Heater ... 41
xii
4.3. Variasi Penelitian ... 44
4.4. Alat Bantu Penelitian ... 44
4.5. Alur Penelitian ... 47
4.6. Cara Mendapatkan Data ... 48
4.7. Cara Mengolah Data ... 48
4.8. Cara Mendapatkan Kesimpulan ... 49
BAB V HASIL PENELITIAN ... 50
5.1. Hasil Penelitian ... 50
5.2. Perhitungan ... 54
5.2.1. Perhitungan Kecepatan air rata – rata ( um ) ... 54
5.2.2. Perhitungan laju aliran massa air ( mair ) ... 55
5.2.3. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air ... 56
5.2.4. Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas ... 56
5.2.5. Effisiensi Water Heater ... 57
5.2.6. Pembahasan ... 63
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN... 67
6.1. Kesimpulan ... 67
6.2 Saran ... 68
DAFTAR PUSTAKA ... 69
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram Moody ... 9
Gambar 2.2 Efisiensi sirip siku empat dan segitiga ( sumber: Holman, JP, 1993, Perpindahan kalor) ... 13
Gambar 2.3 Efisiensi sirip siku empat (sumber: Holman, JP, 1993, Perpindahan kalor) ... 14
Gambar 2.4 Kompor yang digunakan pada water heater ... 19
Gambar 2.5 Laju Aliran Kalor Yang Terjadi Dalam Pipa Saluran Air ... 20
Gambar 2.6 Water Heater Modena GI-6 ... 22
Gambar 2.7 Water Heater JLG30-BV ... 23
Gambar 2.8 Skema perancangan water heater dengan pemanasan pipa tidak bersentuhan langsung dengan api ... 24
Gambar 2.9 Skema perancangan water heater dengan pemanasan pipa tidak bersentuhan langsung dengan api, pipa berbentuk persegi ... 25
Gambar 2.10 Skema perancangan water heater dengan pemanasan pipa tidak bersentuhan langsung dengan api, pipa berbentuk lingkaran .. 26
Gambar 3.1 Pipa Tembaga ... 30
Gambar 3.2 Plat Strip ... 30
xiv
Gambar 3.4 Besi Nako ... 31
Gambar 3.5 Proses Pemotongan Pipa Tembaga ... 34
Gambar 3.6 Proses Pembengkokan Pipa Tembaga ... 34
Gambar 3.7 Pipa Tembaga yang telah dibengkokkan ... 35
Gambar 3.8 Proses Pembuatan Tabung Luar dan Tabung Dalam ... 36
Gambar 3.9 Lubang Saluran Udara Masuk ... 37
Gambar 3.10 Water Heater ... 38
Gambar 4.1 Water Heater Gas LPG ... 39
Gambar 4.2 Pipa Saluran Air Water Heater Dengan Sirip Tembaga ... 40
Gambar 4.3 Tabung Water Heater ... 40
Gambar 4.4 Water Heater Tampak Samping ... 41
Gambar 4.5 Skema Rangkaian Pengujian Alat Water Heater... 43
Gambar 4.6 Timbangan Digital ... 45
Gambar 4.7 Gas LPG 15 kg ... 46
Gambar 4.8 Termokopel Digital ... 46
Gambar 4.9 Gelas Ukur ... 47
xv
Gambar 5.2 Hubungan Debit Air Dengan Suhu Keluar Water Heater Pada Kondisi Tutup Terbuka 10 Putaran ... 53
Gambar 5.3 Hubungan Debit Air Dengan Suhu Keluar Water Heater Pada Kondisi Tutup Terbuka 20 Putaran ... 53
Gambar 5.4 Perbandingan Hubungan Antara Debit Air dan Suhu Keluar
Water Heater Dalam Tiga Variasi ... 59
Gambar 5.5 Hubungan Debit Air Dengan Laju Aliran Kalor Water Heater
Pada Kondisi Penutup Tertutup Rapat ... 60
Gambar 5.6 Hubungan Debit Air Dengan Laju Aliran Kalor Water Heater
Pada Kondisi Penutup Terbuka 10 Putaran ... 60
Gambar 5.7 Hubungan Debit Air Dengan Laju Aliran Kalor Water Heater
Pada Kondisi Penutup Terbuka 20 Putaran ... 61
Gambar 5.8 Hubungan Debit Air Dengan Efisiensi Water Heater Pada
Kondisi Penutup Tertutup Rapat ... 61
Gambar 5.9 Hubungan Debit Air Dengan Efisiensi Water Heater Pada
Kondisi Penutup Terbuka 10 Putaran ... 62
Gambar 5.10 Hubungan Debit Air Dengan Efisiensi Water Heater Pada
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tabel perbandingan kekuatan material antara tembaga dan jenis material yang lain (Sumber: google.co.id) ... 10
Tabel 2.2 Nilai konduktivitas termal ... 10
Tabel 2.3 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan
bahan bakar lainnya. ... 16
Tabel 2.4 Komposisi udara dalam keadaan normal... 17
Tabel 5.1 Hasil pengujian water heater pada kondisi tutup tertutup rapat ... 50
Tabel 5.2 Hasil pengujian water heater dengan kondisi penutup terbuka 10x putaran ... 51
Tabel 5.3 Hasil pengujian water heater dengan kondisi penutup terbuka 20x putaran ... 51
Tabel 5.4 Perhitungan lengkap pada kondisi penutup tertutup rapat ... 57
Tabel 5.5 Perhitungan lengkap pada kondisi penutup terbuka 10x putaran .. 57
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang Masalah
Gaya hidup manusia terus mengalami perubahan sesuai dengan tuntutan kesibukan yang semakin tinggi. Tugas – tugas dikantor yang semakin menumpuk selalu memaksa agar segera menyelesaikannya. Karena kesibukan inilah seringkali seseorang menjadi terlambat untuk membersihkan tubuh atau mandi. Namun sayangnya, mandi pada waktu yang kelewat malam dengan air dingin sangatlah tidak baik bagi kesehatan. Selain dinginnya air terkadang membuat tidak nyaman dikulit, mandi dimalam hari bisa memicu masuk angin sampai sakit persendian. Sebaliknya, mandi menggunakan air hangat akan membuat kulit terasa nyaman sehingga tubuh menjadi rileks. Bahkan mandi menggunakan air hangat bisa mengurangi kejang otot karena lelah seusai bekerja.
beberapa kekurangan yaitu pemasangannya yang rumit dan kemampuannya hanya bergantung pada banyaknya sinar matahari sehingga sangat terbatas penggunannya. Bila terjadi cuaca yang mendung atau kalau di gunakan pada malam hari, water heater ini tidak dapat di gunakan. Selain itu water heater dengan tenaga sinar matahari ini lebih mahal di bandingkan dengan water heater tenaga lainnya dan untuk water heater tenaga listrik, water heater ini sangat mudah ditemukan di toko – toko elektronik. Penggunaan water heater ini lebih praktis dibandingkan dengan water heater tenaga matahari, tetapi juga memiliki beberapa kekurangan yaitu apabila terjadi pemadaman listrik, maka water heater ini tidak bisa di gunakan, selain itu daya listrik yang digunakan cenderung besar dan apabila terjadi kerusakan akan sulit di perbaiki, sehingga perlu menambah biaya yang cukup besar. Oleh sebab itu, dilihat dari sisi biaya, water heater tenaga listrik jauh lebih mahal bila dibandingkan dengan water heater tenaga gas. Water heater tenaga gas LPG, jenis ini menggunakan bahan bakar gas untuk memanaskan air dan lebih menguntungkan dibandingkan dengan jenis water heater lainnya karena prinsip kerjanya hampir sama dengan memasak air yang menggunakan kompor gas di rumah. Keuntungan lain adalah air panas yang di gunakan tidak terbatas. Selama air dapat mengalir, selama itu pula air panas dapat dialirkan. Air cepat panas, dapat dipergunakan di manapun dan kapanpun, harga untuk water heater gas LPG juga lebih murah dibandingkan dengan water heater listrik dan tenaga matahari.
heater tenaga gas ini adalah sebagai energi alternatif pengganti tenaga listrik dan sinar matahari. Air panas dapat di sediakan dengan cara yang mudah, cepat, dan efisien melalui alat atau sistem pemanas air sederhana. Pembuatan water heater ini juga sangat mudah dan meskipun sederhana tetapi water heater ini mampu memanaskan air dan mengalirkan debit aliran air panas yang tinggi dan stabil yaitu mampu mencapai 6 liter per menit dengan suhu yang bisa disesuaikan antara 40-50º celcius. Keunggulan lain dari water heater ini adalah cepat dalam memanaskan air di karenakan di dalam water heater ini terdapat sirip yang mampu mempercepat panas air, dan didesain mempunyai lubang udara yang berada pada dinding tabung dalam dan tabung luar sehingga aliran udara pada water heater lebih merata.
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian tentang water heater bertenaga gas LPG ini adalah : a. Membuat model ( prototipe ) pemanas air sederhana yang bertenaga gas LPG b. Mengetahui karakteristik water heater gas LPG
1. Mengetahui hubungan debit aliran air dengan temperatur air keluar water heater.
2. Menghitung kalor yang diterima air dari water heater. 3. Menghitung kalor yang di terima air dari gas LPG. 4. Menghitung kalor yang diberikan gas LPG.
1.3Batasan Masalah
Batasan masalah yang diambil dalam pembuatan peralatan penelitian ini adalah :
a. Menggunakan pipa tembaga dengan panjang 10 meter, berdiameter 0,5 inci. Tinggi water heater 30cm, diameter water heater 30cm, dengan tutup water heater yang mampu diatur ketinggiannya dan bersirip.
b. Water heater bertenagakan gas LPG dan menggunakan kompor bertekanan tinggi ( high pressure ).
c. Menggunakan dua lapisan plat sebagai dinding water heater, jumlah lubang udara 35 dan diatasnya di beri tutup yang mampu di naik / turunkan.
d. Suhu panas air yang di hasilkan water heater lebih dari Celcius dengan debit air minimal 6 liter per menit.
e. Kondisi air yang masuk ke dalam water heater sama dengan suhu air kamar mandi.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian yang diambil tentang pembuatan water heater tenaga gas LPG ini adalah:
a. Membuat prototipe water heater tenaga gas LPG dengan konstruksi sederhana, murah dan mudah dalam mengoprasikannya sehingga di terima oleh seluruh lapisan masyarakat.
b. Menambah kepustakaan dan ilmu pengetahuan tentang water heater terutama tentang water heater tenaga gas.
5
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1Dasar Teori
2.1.1 Pengertian Perpindahan Kalor
Perpindahan kalor dapat terjadi jika ada perbedaan suhu. Kalor berpindah dari temperatur tinggi ke temperatur yang lebih rendah dengan melalui atau tanpa zat perantara. Perpindahan kalor adalah suatu proses yang dinamis, yaitu kalor dipindahkan secara spontan dari satu kondisi ke kondisi lain yang suhunya lebih rendah. Kecepatan perpindahan kalor ini bergantung pada perbedaan suhu antar kedua kondisi. Semakin besar perbedaan, maka semakin besar kecepatan berpindahnya kalor.
2.1.2 Perpindahan Kalor
Kalor dapat berpindah dari suatu tempat / benda ke tempat lain melalui tiga cara, yaitu secara konduksi, secara konveksi, dan secara radiasi.
a. Perpindahan kalor konduksi
membara ke batang besi lain yang dingin. Kalor dari besi yang membara berpindah ke besi yang dingin sehingga besi yang semula dingin akan menjadi panas. Pemanfaatan perpindahan panas konduksi dalam kehidupan sehari – hari bisa ditemukan, misalnya pada water heater. Proses perpindahan panas konduksi terjadi pada aliran kalor dari permukaan luar pipa tembaga mengalir ke dalam permukaan dalam pipa tembaga, dan dari permukaan tabung dalam ke permukaan luar dari tabung luar.
b. Perpindahan kalor Konveksi
water heater terjadi pada saat kalor dipindahkan dari permukaan dalam pipa ke air yang sedang mengalir.
c. Perpindahan Kalor Radiasi
Merupakan perpindahan kalor 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 dengan perpindahan kalor radiasi. Contoh lain adalah matahari yang memancarkan panas (kalor) ke bumi dan api yang memancarkan hangat ke tubuh yang berada disekitarnya. Kalor di radiasikan melalui bentuk gelombang cahaya, gelombang radio dan gelombang elektromagnetik. Radiasi juga dapat dikatakan sebagai perpindahan kalor melalui media atau ruang yang akhirnya diserap oleh benda lain. Contoh radiasi dalam kehidupan sehari-hari dapat dilihat saat menyalakan api unggun, siapa yang berada di dekat api unggun akan merasakan hangat. Proses perpindahan panas secara radiasi yang terjadi di dalam water heater terjadi pada permukaan luar tabung water heater dengan udara sekitarnya, atau dari api ke permukaan luar dari pipa aliran air.
2.1.3 Perancangan Pipa Saluran Air
a. Hambatan pipa saluran air
Hambatan pipa saluran air diusahakan sekecil mungkin supaya ketika air mengalir didalam pipa, penurunan tekanan yang terjadi kecil. Karenanya saluran pipa diusahakan tidak mengalami pembelokan. Kalaupun mungkin terjadi pembelokan diusahakan sudut pembelokan di buat besar ( lebih dari 90 º). Semakin besar sudut pembelokan, semakin kecil penurunan tekanan yang terjadi. Dan pembelokan saluran pipa yang dibuat melingkar – lingkar akan menghasilkan penurunan tekanan yang kecil. Jika penurunanya kecil, maka daya pompa yang dibutuhkan untuk mendorong air juga berdaya kecil.
b. Kehalusan Permukaan Saluran Pipa
Gambar 2.1 Diagram Moody
c. Bahan Pipa
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 denganpipa alumunium.
Tabel 2.1 Tabel perbandingan kekuatan material antara tembaga dan jenis
material yang lain. (Sumber:Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor)
Tabel 2.2 Nilai konduktivitas termal (Sumber: Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor)
Bahan Nilai konduktivitas termal J/m.s.ºC Kkal/m.s.ºC
2 Perak 420 1000 x 10 -4
3 Tembaga 380 920 x 10 -4
4 Alumunium 200 500 x 10 -4
5 Gabus 0,042 0,1 x 10 -4
d. Diameter Pipa Saluran Air
Diameter pipa saluran air harus dipilih sedemikian rupa. Semakin kecil diameter pipa, semakin besar hambatan yang terjadi. Semakin kecil diameter ukuran pipa semakin besar daya pompa yang diperlukan. Disisi lain, semakin kecil diameter saluran, suhu air yang dihasilkan (suhu yang keluar dari water heater) akan semakin besar.
2.1.4 Saluran Udara Untuk Kebutuhan Pembakaran
2.1.5 Sirip
L.3/2 (h/k A)1/2
Gambar 2.3 Efisiensi sirip siku empat ( sumber: Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor)
2.1.6 Isolator
Isolasi termal adalah metode atau proses yang digunakan untuk mengurangi perpindahan kalor. Bahan yang digunakan untuk mengurangi laju perpindahan kalor 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.
didapatkan maka dari itu water heater diberikan lubang – lubang udara yang berfungsi sebagai pemasukan udara untuk kebutuhan pembakaran sekaligus sebagai isolator. Benda – benda yang merupakan isolator panas adalah kertas, plastik, kayu, karet, udara, dll.
2.1.7 Bahan Bakar / Sumber Energi
Ada beberapa macam bahan bakar / sumber energi yang bisa di gunakan untuk water heater antara lain energi matahari, energi listrik, dan gas LPG. Akan tetapi sumber energi yang paling sering digunakan adalah sumber energi gas LGP (Liquified Petroleum Gas ). LPG adalah campuran dari berbagai macam unsur 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
2
cm
kg . Agar mempunyai bau yang khas dan dan untuk mengetahui bila terjadi
kebocoran maka, LPG umumnya ditambah dengan zat marcaptan.
Reaksi pembakaran propana
C3H8
, jika terbakar sempurna adalah sebagai8
3H
C + 5O2 → 3CO2 + 4H2O + panas propana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas
Dan untuk Reaksi pembakaran butana
C4H10
, jika terbakar sempurna adalahsebagai berikut :
2C4H10 + 13O2 → 8CO2 + 10H2O + panas
[image:33.595.96.520.174.653.2]butana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas Menurut wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut hampir sama dengan propana setara dengan 46 MJ/kg
Tabel 2.3 di bawah ini menyajikan daya pemanasan dari efisiensi alat masak LPG dengan bahan bakar gas. Terlihat bahwa efisiensi alat masak dengan gas LPG berkisar sebesar 60 %.
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 4.000 kkal/kg 15 %
Arang 8.000 kkal/kg 15 %
Minyak Tanah 11.000 kkal/kg 40 %
Gas Kota 4500 kkal/m3 55 %
Listrik 860 kkal/kWh 60 %
2.1.8 Kebutuhan Udara
Pada kenyataanya proses pembakaran itu tidak bisa sempurna. Agar di dalam proses pembakaran bisa mencapai optimal maka, di perlukan udara. Pada proses pemanasan pada water heater dapat menggunakan udara yang diambil dari udara bebas disekitar melalui lubang – lubang udara yang berada pada dinding water heater. Jumlah lubang udara juga berpengaruh terhadap proses pemanasan pada water heater. Oleh karena itu aliran udara yang diperlukan harus dikondisikan dengan ukuran tabung water heater agar api yang diperlukan dalam proses pemanasan mendapatkan kebutuhan udara yang cukup. Kekurangan udara bisa menyebabkan kurang optimalnya panas yang dipindahkan ke air yang dihasilkan water heater, karena nyala api menjadi lebih kecil atau tidak sesuai dengan yang diharapkan. Kelebihan udara juga bisa menyebabkan kurang optimalnya panas yang diserap oleh pipa.
Tabel 2.4 Komposisi udara dalam keadaan normal (Sumber : repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/16641/4/Chapter %20I.pdf)
No Komposisi Udara Prosentase (%)
1 Nitrogen 78,1
2 Oksigen 20,93
3 Karbon dioksida 0,03
[image:34.595.100.516.296.676.2]2.1.9 Saluran Gas Buang
2.1.10 Sumber Api
[image:36.595.101.513.242.714.2]Sumber api atau sumber energi yang digunakan pada water heater ini adalah kompor. Ada berbagai macam jenis kompor yang tersedia dipasaran, dari mulai bentuk, dan bahan bakar yang digunakan. Ada kompor yang mampu memberikan api yang besar tetapi ada pula yang mampu memberikan api yang kecil. Perbedaan nyala api tersebut salah satunya disebabkan oleh bahan bakar 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. Karena api yang ditimbulkan oleh kompor bertekanan tinggi ini mampu menyentuh pipa saluran air dengan siripnya, dan api yang dihasilkan kompor jenis ini sangat besar sehingga mempercepat proses pemanansan air.
Spesifikasi kompor sebagai berikut :
Dimensi : 570 (Panjang) x 315 (Lebar) x 168 (Tinggi)
Daya pemanasan : 21.8 kW/h High Pressure
Bahan : Besi Tuang
2.1.11 Laju Aliran Kalor
Ketika air mengalir dalam pipa maka air tersebut memiliki kecepatan aliran, kecepatan aliran air dapat dihitung dengan persamaan ( 2.1 ) :
= 2 . . r m A m
...( 2.1 )
Laju aliran massa air dapat dihitung dengan persamaan dengan
m = laju aliran massa (kg/s) ρ = massa jenis air (kg/m3)
m
u = kecepatan aliran (m/s)
[image:37.595.101.525.278.684.2]r = jari – jari pipa (m) d = diameter pipa air (m)
Gambar 2.5 laju aliran kalor yang terjadi dalam pipa saluran air
i o
air air
air m c T T
q
ṁair = ρ (πr2)(Um ) ...(2.3)
Pada persamaan (2.2) dan (2.3):
air
q : laju aliran kalor yang diterima air, watt ṁair : laju aliran massa, kg/detik
air
c : kalor jenis air, J/kgoC.
Ti : suhu air masuk water heater, oC
To : suhu air keluar water heater, oC.
m
u : kecepatan rata-rata fluida mengalir, m/s
: massa jenis air yang mengalir, kg/ 3
m
r : jari - jari dalam saluran, m
2.1.12 Laju aliran kalor yang diberikan gas
Laju aliran kalor yang diberikan gas bisa dihitung dengan persamaan (2.4) :
gas
q = mgasCgas ……….………...…………. (2.4)
Pada persamaan (2.4) :
gas
m : massa gas LPG yang terpakai persatuan waktu (kg/s)
gas
C : Kapasitas Panas ( J/kg), (1kkal = 4186,6 J), tersaji pada Tabel 2.3
2.1.13 Efisiensi
Efisiensi water heater dapat dihitung dengan persamaan (2.5) :
% 100 x q q gas air
Pada Persamaan (2.5) :
: Efisiensi water heater (%)
air
q : Laju aliran kalor yang diterima air, (watt)
gas
q : Laju aliran kalor yang diberikan gas, (watt)
2.2 Tinjauan Pustaka
2.2.1 Macam – Macam Water Heater Yang Ada Dipasaran
Referensi pembanding untuk pembuatan water heater bahan bakar gas LPG adalah water heater merk Modena seri GI-6 yang karakteristiknya adalah sebagai berikut :
a. Gambar water heater Modena GI-6
[image:39.595.98.509.106.627.2]
Gambar 2.6 Water heater GI-6
Spesifikasi
Model : GI-6
Warna : Putih (GI-6), Inox (GI-6S) Kapasitas maksimum : 6 L/menit
Dimensi Luar : 740 mm x 430 mm x 248 mm
Tipe Gas : NG LPG
Temperatur maksimum : 65°C
Tekanan gas : low pressure 0,28 mBar
[image:40.595.99.500.87.598.2]b. Water heaterJLG30-BV
Gambar 2.7 Water heater JLG30-BV6
Negara Pembuat : China
Nama Produk : Smales
Spesifikasi
Model : JLG30-BV6
Berat : 39 kg
Dimensi Luar : 760 mm x 430 mm x 320 mm
Tipe Gas : NG LPG
Jangkauan Temperatur : 40°C - 80°C
Tekanan gas : low pressure, 30 mBar Konsumsi gas 0,7 kg/jam
2.2.2 Konstruksi Water Heater gas LPG Yang Dipasaran
Berikut ini disajikan rancangan water heater gas LPG yang ada dipasaran indonesia :
[image:41.595.100.508.76.668.2]Model Water Heater 1
Pada kontruksi water heater gas LPG tipe 1, seperti yang terlihat pada Gambar 2.8. Tipe 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..
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 terus mengalir secara kontinyu.
[image:42.595.101.515.207.696.2]Model Water Heater 2
Pada konstruksi water heater tipe 2 ini, ketika water heater di hidupkan untuk memanaskan air katup bahan bakar akan terbuka untuk menyalakan kompor / burner. Air dingin akan masuk ke dalam pipa tembaga dan akan dipanaskan oleh kompor / burner yang berada di dalam water heater sehingga air yang keluar dari water heater akan menjadi panas. Efektifitas water heater ini berkisar antara 75 – 90%. Kekurangan dari konstruksi water heater ini adalah penurunan tekanan aliran air akan lebih rendah ketika lebih dari satu sumber air panas yang digunakan.
[image:43.595.99.514.254.618.2]Model Water Heater 3
Gambar 2.10 Skema perancangan water heater tipe 3 dengan pemanasan pipa tidak bersentuhan langsung dengan api dan pipa berbentuk lingkaran
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 kerja water heater tipe 3 ini adalah air panas masuk kedalam water heater hingga mencapai jumlah tertentu. Setelah air memenuhi penampung air yang ada di dalam water heater, api di bawahnya memanasi penampung air tersebut hingga suhu air 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.
2.2.3 Hasil Penelitian Water Heater Gas LPG
Putra, P.H (2012) telah melakukan Penelitian water heater gas LPG yang berjudul “Water Heater Dengan Panjang Pipa 20 Meter Dan 300 Lubang Masuk
Udara Pada Dinding Luar” yang bertujuan : (a) Membuat water heater , (b)
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 Cpada debit 10 liter/menit. (b) hasil terbaik hubungan antara debit air yang mengalir dengan laju perpindahan kalor adalah 17627,02 watt. (c) Hasil terbaik dari hubungan antara debit air yang mengalir dengan effisiensi water heater adalah 79,604 %
29
BAB III
PEMBUATAN ALAT
3.1 Persiapan
Proses pertama dalam membuat water heater dengan panjang pipa 10 meter, diameter pipa 0,5 inci dan bersirip ini adalah membuat gambar desain water heater dengan menggunakan dua tabung yaitu tabung dalam dan tabung luar dan memberi lubang udara pada tiap – tiap dinding permukaan tabung. Proses selanjutnya adalah persiapan alat dan bahan, kemudian pengukuran terhadap desain water heater, meliputi rangka dalam, rangka luar water heater, diameter tabung dalam dan tabung luar mengikuti diameter kompor yang digunakan dan mengukur diameter tutup water heater.
3.2 Pembuatan Water Heater
3.2.1 Bahan Water Heater
Bahan – bahan yang digunakan dalam pembuatan water heater menggunakan sirip adalah :
1. Pipa tembaga dengan panjang 10 meter dan berdiameter 0,5 inci 2. Plat Galvalum
3. Besi strip
4. Nako besi ukuran 10mmx10mm 5. Baut dan Mur
Gambar 3.1 Pipa Tembaga
Gambar 3.3 Plat Galvalum
Gambar 3.4 Besi Nako
3.2.2Sarana dan alat-alat yang digunakan
Sarana dan alat-alat yang digunakan untuk proses pembuatan water heater dengan panjang pipa 10 meter, diameter 0,5 inchi dan bersirip adalah:
1. Alat pemotong pipa, yang digunakan untuk memotong pipa tembaga. 2. Alat penekuk / pembengkok pipa digunakan untuk menekuk pipa agar
3. Mesin bor, digunakan untuk membuat lubang saluran udara yang berada pada dinding water heater.
4. Gerindra yang berfungsi untuk memotong dan menghaluskan permukaan pipa atau bagian water heater yang dilas.
5. Gergaji yang digunakan untuk memotong besi nako dan besi strip. 6. Gunting yang digunakan untuk memotong plat galvanum.
7. Paku keling yang digunakan untuk menyambung antara besi strip dan plat galvanum.
8. Las listrik yang digunakan untuk mengelas / menyambung besi strip dan besi nako.
9. Tang yang digunakan untuk menjepit pipa tembaga ataupun bahan yang lainnya.
10. Jangka sorong untuk membuat lingkaran ada plat galvanum sebelum dipotong untuk membuat tutup water heater.
11. Obeng +/- yang digunakan untuk mengenangkan baut.
12. Palu yang digunakan untuk merapikan bentuk plat galvanum maupun plat strip dan besi nako.
3.2.3 Langkah – langkah Pengerjaan
3.2.3.1 Persiapan
Sebelum memulai pembuatan water heater menggunakan sirip, terlebih dahulu harus melakukan persiapan yaitu:
Pada proses awal pembuatan water heater dengan panjang pipa 10 meter, dengan diameter pipa 0,5 inci dan bersirip adalah membuat gambaran desaign water heater yang akan di buat menggunakan dua tabung, yaitu tabung dalam dan tabung luar, membuat agar tutup water heater mampu bergerak naik/turun serta membuat sebuah tabung udara didalam water heater.
2. Menyiapkan Alat dan Bahan
Setelah menyiapkan rancangan, langkah selanjutnya adalah menentukan bahan yang akan digunakan dalam membuat water heater kemudian menyediakannya dengan membeli bahan – bahannya.
3.3 Pengerjaan Water Heater
Dalam pelaksanaan pembuatan water heater menggunakan sirip banyak hal-hal yang harus dilakukan yaitu :
1. Memotong Pipa Tembaga
Gambar 3.5 Proses Pemotongan Pipa Tembaga
2. Membengkokkan Pipa Tembaga
Dalam membengkokkan pipa tembaga agar dapat berbentuk spiral maka digunakan mesin roll atau alat pembengkok (manual) untuk membengkokkannya. Jika dalam proses membengkokkan pipa tembaga secara manual maka hasil yang diperoleh kadang tidak sesuai dengan apa yang kita inginkan dan kemungkinan pipa tersebut bisa rusak bahkan patah.
Setelah pipa tembaga berhasil dibengkokkan, kemudian dipasang sirip yang terbuat dari sisa pemotongan pipa tembaga tersebut dan diikat dengan menggunakan mur dan baut. Diameter lengkungan pipa bagian dalam 18 cm dan diameter lengkungan pipa bagian luar 20 cm.
Gambar 3.7 Pipa tembaga yang telah dibengkokkan
3. Pembuatan Tabung Luar dan Tabung Dalam
Gambar 3.8 Proses Pembuatan Tabung Luar dan Tabung Dalam
4. Membuat Saluran Udara Masuk
Gambar 3.9 Lubang Saluran Udara Masuk
5. Pembuatan Tutup Water Heater
Memotong plat galvanum dengan bentuk lingkaran sesuai ukuran diameter water heater menggunakan jangka sorong dan gunting. Kemudian memotong dua buah plat strip sesuai ukuran untuk membuat kerangka tutup water heater, lalu dipasangkan dengan plat galvanum yang berbentuk lingkaran dengan menggunakan paku keling dan las listrik. Kemudian dilakukan pengeboran pada bagian tengah lingkaran untuk memasang baut dengan posisi kepala baut menghadap ke atas bersamaan dengan mur agar baut dapat berdiri dengan tegak, agar tutup water heater mampu bergerak naik dan turun.
6. Pembuatan Tabung Dalam
3.4 Hasil Pembuatan
[image:55.595.96.511.185.579.2]Gambar 3. memberikan informasi tentang water heater menggunakan sirip yang sudah disatukan.
Gambar 3.10 Water Heater
3.5 Kesulitan Dalam Pembuatan Water Heater
Adapun kesulitan-kesulitan dalam proses pembuatan water heater menggunakan sirip, antara lain adalah :
1. Memasukan Pipa tembaga kedalam tabung dalam maupun tabung luar water heater.
39
BAB IV
METODOLOGI PENELITIAN
4.1Benda Uji
[image:56.595.96.510.187.656.2]Benda uji yang digunakan adalah water heater gas LPG dengan menggunakan bahan bakar gas LPG. Water heater berbentuk tabung dengan diameter 30 cm, dan tinggi water heater 30 cm. Bahan pipa air tebuat dari tembaga dengan panjang 10 meter dengan model pengerolan bertingkat dan bersirip. Water heater juga memiliki tutup yang bisa diatur ketinggiannya.
Gambar 4.2 Pipa Saluran Air Water Heater Dengan Sirip Tembaga
Gambar 4.4 Water Heater Tampak Samping
4.1.1 Diskripsi Alat Water Heater
Water heater yang digunakan dalam penelitian ini memiliki komponen utama pipa saluran air yang terbuat dari tembaga dan diberi sirip, mempunyai dinding dalam dan dinding luar yang diberi lubang saluran udara masuk, mempunyai tutup water heater yang mampu dibuka atau ditutup dengan cara diputar dan mempunyai tabung saluran udara pada bagian tengah – tengah water heater.
4.1.2. Cara Kerja Water Heater
A. Proses pembakaran dan penyerapan kalor
terjadi dengan sempurna. Proses selanjutnya adalah memasukan air ke pipa saluran air jika panasya sudah cukup.
B. Input (air masuk ke dalam water heater)
Proses input adalah proses pemasukan air ke pipa saluran air water heater. Dalam proses ini memanfaatkan perpindahan panas secara konveksi. Dimana terjadi perpindahan panas dari permukaan dalam pipa saluran air ke air yang mengalir di dalamnya.
C. Output (air keluar dari water heater)
4.2. Skematis Pengujian
[image:60.595.105.496.184.543.2]Skematis pengujian pada water heater telah tergambar dan dijelaskan pada Gambar 4.3.
Gambar 4.5 Skema Rangkaian Pengujian Alat Water Heater
4.3 Variasi Penelitian
Variasi penelitian dilakukan terhadap besar kecilnya debit air yang dialirkan di dalam water heater dengan debit gas LPG yang konstan pada water heater dan membuka tutup water heater sebanyak 10 kali putaran dan 20 kali putaran. Pengaturan tinggi tutup ini bertujuan mengatur volume gas buang sisa pembakaran yang keluar dari water heater.
4.4 Alat Bantu Penelitian
Alat – alat yang di gunakan untuk membantu penelitian water heater ini adalah sebagai berikut :
1. Kompor yang digunakan untuk sumber api atau penyuplai panas.
2. Gas LPG sebagai bahan bakar kompor atau sebagai sumber tenaga dari water heater.
3. Selang dan regulator yang digunakan untuk mengalirkan gas LPG dari tabung gas menuju kompor dan regulator digunakan untuk mengatur besar / kecilnya api pada kompor.
4. Kran air yang berfungsi untuk mengatur jumlah debit aliran air yang masuk ke dalam water heater.
5. Selang air yang digunakan untuk menyambung dari kran air menuju pipa masuk ( input ) water heater.
6. Klem yang berfungsi untuk mengencangkan selang air dan selang regulator agar tidak bocor.
9. Termokopel digunakan untuk mengukur suhu air yang masuk ( input ) dan suhu air yang keluar ( output ) dari water heater.
10. Obeng digunakan untuk mengencangkan klem.
[image:62.595.103.493.240.598.2]11. Kalkulator dan alat tulis yang digunakan untuk mencatat dan mengolah data. 12. Timbangan Digital yang digunakan untuk mengukur/menimbang gas LPG.
Gambar 4.7 Gas LPG 15kg
Gambar 4.9 Gelas Ukur
4.5 Alur Penelitian
Alur penelitian dalam penelitian water heater gas LPG ini adalah :
1. Menyiapkan alat dan peralatan pendukung yang digunakan dalam penelitian. 2. Menyiapkan kompor dan gas LPG.
3. Menimbang tabung gas LPG sebelum digunakan dalam penelitian. 4. Meletakkan water heater diatas kompor.
5. Menghubungkan selang dari sumber air ke saluran masuk water heater. 6. Menghidupkan kran air sampai air teralirkan menuju water heater. 7. Mengukur suhu keluar air sebelum dipanaskan.
8. Menghidupkan kompor sampai suhu air berubah menjadi panas. 9. Mengukur suhu keluar air setelah dipanaskan.
11. Menimbang tabung gas LPG setelah digunakan dalam penelitian. 12. Mengolah data yang telah didapat.
13. Menyimpulkan data.
4.6 Cara Mendapatkan Data
Untuk mengetahui debit gas LPG yang digunakan untuk penelitian adalah menimbang tabung gas LPG sebelum dan sesudah digunakan. Untuk mengukur data debit aliran air yang keluar dari water heater diperoleh dengan cara menampung air yang keluar dari pipa output water heater dengan gelas ukur per liter. Banyaknya air yang mengalir setiap menit kemudian dicatat setiap ada perubahan debit. Kemudian suhu diukur dengan menggunakan termokopel yang dipasangkan pada pipa keluar ( output ) water heater. Suhu air dicatat setiap ada perubahan debit aliran air. Dalam pengambilan data, dilakukan variasi tutup water heater. Variasi pertama adalah kondisi tutup rapat, lalu selanjutnya divariasikan 10 putaran tutup dan variasi yang terakhir adalah 20 putaran tutup. Semua data yang didapat nantinya akan dibandingkan.
4.7 Cara Mengolah Data
Dari data – data yang diperoleh, kemudian data dapat diolah. Data – data kemudian dipergunakan untuk mengetahui :
1. Hubungan antara debit air dengan suhu air yang keluar dari water heater. 2. Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang keluar dari water
heater.
Perhitungan laju aliran kalor dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.2). Untuk memudahkan mendapatkan kesimpulan maka, data – data disajikan dalam bentuk grafik.
4.8 Cara Mendapatkan Kesimpulan
50
BAB V
HASIL PENELITIAN
5.1 Hasil Penelitian
[image:67.595.106.516.92.654.2]Hasil pengujian pemanas air, yang meliputi : debit air, suhu air masuk T0, suhu air keluar T1 disajikan pada Tabel 5.1, sampai Tabel 5.3. Pengujian dilakukan pada kondisi tekanan udara luar. Pengujian dilakukan dengan variasi putaran tutup water heater. Pengujian pertama tutup masih dalam kondisi rapat, kemudian dilakukan variasi pembukaan tutup dengan cara memutar tutup. Putaran tutup sebanyak 10 putaran dan 20 putaran. Aliran gas pada kompor diposisikan pada posisi maksimum. Air yang dipergunakan, adalah air kran.
TABEL 5.1 Hasil Pengujian Water Heater Dengan Kondisi Tutup Tertutup Rapat
No Debit air (liter/menit) Suhu air masuk T0(°C)
Suhu air keluar T1
(°C)
ΔT
(°C)
1 33,6 26 31 5
2 25,2 26 32 6
3 18,6 26 33,3 7,3
4 15,6 26 35,2 9,2
5 14,4 26 36,4 10,4
6 12 26 38 12
7 10,2 26 40,8 14,8
8 7,44 26 46,2 20,2
9 3,6 26 52,6 26,6
Tabel 5.2 Hasil Pengujian Water Heater Dengan Kondisi Tutup Terbuka 10 Putaran
No Debit air (liter/menit) Suhu air masuk T0(°C)
Suhu air keluar T1(°C)
ΔT
(°C)
1 34,2 26 31,1 5,1
2 22,2 26 35,4 9,4
3 20,4 26 36,2 10,2
4 13,2 26 41,4 15,4
5 10,8 26 42,9 16,9
6 9,6 26 44,2 18,2
7 6,6 26 54,8 28,8
8 5,16 26 57,2 31,2
9 3,6 26 66,2 40,2
[image:68.595.103.515.149.630.2]10 3 26 70,2 44,2
Tabel 5.3 Hasil Pengujian Water Heater Dengan Kondisi Tutup Terbuka 20 Putaran
No Debit air (liter/menit) Suhu air masuk T0(°C)
Suhu air keluar T1(°C)
ΔT
(°C)
1 34,92 26 31,2 5,2
2 25,2 26 33,3 7,3
3 19,2 26 35,5 9,5
4 14,4 26 40,01 14,01
5 12 26 43,7 17,7
6 8,4 26 47,8 21,8
7 7,2 26 55,2 29,2
8 5,4 26 61,8 35,8
9 4,68 26 66,6 40,6
10 3,6 26 75,1 49,1
tutup tertutup rapat. Gambar 5.2 memberikan informasi tentang hubungan antara debit air dengan suhu keluar dari water heater dengan kondisi tutup terbuka 10 putaran, sedangkan gambar 5.3 memberikan informasi tentang hubungan antara debit air dengan suhu air keluar water heater dengan kondisi tutup terbuka 20 putaran.
Gambar 5.1 Hubungan Debit Air Dengan Suhu Air Keluar Water Heater Pada Kondisi Tutup Tertutup Rapat
0 10 20 30 40 50 60 70
0 5 10 15 20 25 30 35
Su hu Air K elua r Wa ter H ea ter T 0 ( oC)
Gambar 5.2 Hubungan Debit Air Dengan Suhu Air Keluar Water Heater Pada Kondisi Tutup Terbuka 10x Putaran
Gambar 5.3 Hubungan Debit Air Dengan Suhu Air Keluar Water Heater Pada Kondisi Tutup Terbuka 20x Putaran
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0 5 10 15 20 25 30 35
Suhu A ir K el uar w at er heat er T 0 ( oC)
Debit Air (liter/menit)
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0 5 10 15 20 25 30 35
Su hu Air K elua r w a ter hea ter T 0 ( oC)
5.2 Perhitungan
Perhitungan kecepatan air rata rata Um, laju aliran massa air dan laju aliran kalor q yang diserap air dilakukan dengan mempergunakan data data seperti tersaji pada Tabel 5.1. Sebagai contoh perhitungan diambil data hasil pengujian untuk kondisi tutup rapat diambil pada saat debit 10,2 liter/menit. Data lain yang dipergunakan adalah :
Diameter dalam pipa saluran air (d) : 0,5 inci = 1,2700cm = 0,01270m,
Jari jari dalam pipa saluran air (r) : 0,00635 m
Massa jenis air (ρ) : 1000 kg/m3
Kalor jenis air (Cair) : 4179 J/(kgoC)
Laju aliran massa gas (mgas) : 0,044 kg/menit
Kapasitas panas gas ( Cgas) : 11900 kkal/kg (=11900 x 4186,6 J/kg)
5.2.1. Perhitungan Kecepatan air rata rata ( um )
Perhitungan kecepatan air rata rata um yang mengalir di dalam saluran pipa air mempergunakan persamaan (2.1) :
s m r air debit m pipa penampang luas s m air debit
um /
) ( ) / ( 2 2 3 …….……...………….
x m ss m x menit liter air
debit 0,170 10 /
60 10 2 , 10 2 ,
10 3 3
3 3 …...…..
Kecepatan air rata rata um :
) / (
2 m s
[image:72.595.100.515.150.578.2]r air debit um ... s m m x s m x um / 34 , 1 00635 , 0 14 , 3 / 10 170 , 0 2 2 3 3
Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap disajikan pada Tabel 5.4 sampai Tabel 5.6
5.2.2.Perhitungan laju aliran massa air (ṁair)
Perhitungan laju aliran massa air ṁair di dalam saluran pipa air mempergunakan persamaan (2.3) :
ṁair = ( massa jenis air )( luas penampang )( kecepatan air rata-rata)
=ρ(πr2)(um)
Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 10,2 liter/menit. (data lain pada Tabel 5.1)
ṁair = (1000)( 3,14x0,006352 )( 1,34 ) kg/s
Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap disajikan pada Tabel 5.4 sampai Tabel 5.6
5.2.3 Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air
Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air mempergunakan persamaan (2.2) :
qair = (laju aliran massa air)(kalor jenis air)(Tout– Tin) watt
= ṁair . Cair ( Tout– Tin ) watt
Sebagai contoh perhitungan untuk debit air = 10,2 liter/menit ( Tabel 5.1 )
dan laju aliran massa air = 0,169 kg/s.
0,169
4179
40,826
air q kW watt 452 , 10 ) 8 , 14 )( 251 , 706 (
*Catatan : 1 watt = J/s
5.2.4 Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas
Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas di luar saluran pipa dapat ditentukan dengan persamaan (2.4) :
qgas = ( laju aliran massa gas ).( mgas x Cgas)kW
...
qgas = (0,044 x ( 11900 x 4186,6 )) / 60
= 36,53 kW
5.2.5 Effisiensi Water Heater
Perhitungan Efisiensi (η) kompor gas dapat menggunakan persamaan (2.5): % 100 x q q gas air ………...………..………. % 100 53 , 36 452 , 10 x
28,61%
Tabel 5.4 Perhitungan lengkap pada kondisi penutup tertutup rapat
No Debit air
(liter/menit) T0 (°C) T1 (°C) ΔT (°C) mair (kg/s) Um (m/s) Qair (kJ) Efisiensi (%) Debit air (m³/s) Qgas (kWatt)
1 33,6 26 31 5 0,560 4,42 11,701 32,03 0,000560 36,535
2 25,2 26 32 6 0,420 3,32 10,531 28,82 0,000420 36,535
3 18,6 26 33,3 7,3 0,310 2,45 9,457 25,88 0,000310 36,535
4 15,6 26 35,2 9,2 0,260 2,05 9,996 27,36 0,000260 36,535
5 14,4 26 36,4 10,4 0,240 1,90 10,431 28,55 0,000240 36,535
6 12 26 38 12 0,200 1,58 10,030 27,45 0,000200 36,535
7 10,2 26 40,8 14,8 0,170 1,34 10,514 28,78 0,000170 36,535
8 7,44 26 46,2 20,2 0,124 0,98 10,468 28,65 0,000124 36,535
9 3,6 26 52,6 26,6 0,060 0,47 6,670 18,26 0,000060 36,535
[image:74.595.101.499.201.599.2]10 2,4 26 64,5 38,5 0,040 0,32 6,436 17,62 0,000040 36,535
Tabel 5.5 Perhitungan lengkap pada kondisi penutup terbuka 10 putaran
No Debit air
(liter/menit) T0 (°C) T1 (°C) ΔT (°C) mair (kg/s) Um (m/s) Qair (kJ) Efisiensi (%) Debit air (m³/s) Qgas (kWatt)
1 34,2 26 31,1 5,1 0,570 1,13 12,148 33,25 0,000570 36,535
2 22,2 26 35,4 9,4 0,370 0,73 14,535 39,78 0,000370 36,535
3 20,4 26 36,2 10,2 0,340 0,67 14,493 39,67 0,000340 36,535
No Debit air (liter/menit) T0 (°C) T1 (°C) ΔT (°C) mair (kg/s) Um (m/s) Qair (kJ) Efisiensi (%) Debit air (m³/s) Qgas (kWatt)
5 10,8 26 42,9 16,9 0,180 0,36 12,713 34,80 0,000180 36,535
6 9,6 26 44,2 18,2 0,160 0,32 12,169 33,31 0,000160 36,535
7 6,6 26 54,8 28,8 0,110 0,22 13,239 36,24 0,000110 36,535
8 5,16 26 57,2 31,2 0,086 0,17 11,213 30,69 0,000086 36,535
9 3,6 26 66,2 40,2 0,060 0,12 10,080 27,59 0,000060 36,535
[image:75.595.101.506.107.542.2]10 3 26 70,2 44,2 0,050 0,10 9,236 25,28 0,000050 36,535
Tabel 5.6 Perhitungan lengkap kondisi penutup terbuka 20 putaran
No (liter/menit) Debit air (°C) T0 (°C) T1 (°C) ΔT (kg/s) mair (m/s) Um (kJ) Qair Efisiensi (%) Debit
air (m³/s)
Qgas (kWatt)
1 34,9 26 31,2 5,2 0,582 1,15 12,647 34,62 0,00058 36,535
2 25,2 26 33,3 7,3 0,420 0,83 12,813 35,07 0,00042 36,535
3 19,2 26 35,5 9,5 0,320 0,63 12,704 34,77 0,00032 36,535
4 14,4 26 40,01 14,01 0,240 0,47 14,051 38,46 0,00024 36,535
5 12 26 43,7 17,7 0,200 0,39 14,794 40,49 0,00020 36,535
6 8,4 26 47,8 21,8 0,140 0,28 12,754 34,91 0,00014 36,535
7 7,2 26 55,2 29,2 0,120 0,24 14,643 40,08 0,00012 36,535
8 5,4 26 61,8 35,8 0,090 0,18 13,465 36,85 0,00009 36,535
9 4,68 26 66,6 40,6 0,078 0,15 13,234 36,22 0,00008 36,535
10 3,6 26 75,1 49,1 0,060 0,12 12,311 33,70 0,00006 36,535
Gambar 5.4 Perbandingan Hubungan Antara Debit Air dan Suhu Keluar Water Heater Dalam Tiga Variasi.
Keterangan :
Titik biru adalah kondisi tutup water heater tertutup rapat
Titik merah adalah kondisi tutup water heater terbuka 10 putaran
Titik hijau adalah kondisi tutup water heater terbuka 20 putaran
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0 10 20 30 40
Suhu ai r k elu ar w at er h eat er T0 ( oC)
Debit air (liter/menit)
tutup rapat
tutup terbuka 10x putaran
Gambar 5.5 Hubungan Debit Air Dengan Laju Aliran Kalor Water Heater Pada Kondisi Penutup Tertutup Rapat
Gambar 5.6 Hubungan Debit Air Dengan Laju aliran Kalor Water Heater Pada Kondisi tutup Terbuka 10 Putaran
0 2 4 6 8 10 12 14
0 5 10 15 20 25 30 35
Qa ir ( k W )
debit air ( liter/menit)
0 2 4 6 8 10 12 14 16
0 5 10 15 20 25 30 35
Qa
ir
(
kW
)
Gambar 5.7 Hubungan Debit Air Dengan Laju Aliran Kalor Water Heater Pada Kondisi tutup Terbuka 20 Putaran
Gambar 5.8 Hubungan Debit Air Dengan Efisiensi Water Heater Pada Kondisi Pentutup Tertutup Rapat
0 2 4 6 8 10 12 14 16
0 5 10 15 20 25 30 35
Qa
ir
(
kW
)
Debit Air ( liter/menit)
0 5 10 15 20 25 30 35
0 5 10 15 20 25 30 35
E ff isi en si W at er H eat er (% )
Gambar 5.9 Hubungan Debit Air Dengan Efisiensi Water Heater Pada Kondisi Pentutup Terbuka 10x Putaran
Gambar 5.10 Hubungan Debit Air Dengan Efisiensi Water Heater Pada Kondisi Pentutup Terbuka 20x Putaran
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 5 10 15 20 25 30 35
E ff isi en si W ater He ater (% )
Debit Air ( liter/menit )
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 5 10 15 20 25 30 35
E ff isi en si W at er Heat er (% )
5.2.6 Pembahasan
Water heater yang dibuat mampu menghasilkan suhu temperatur air keluar 31 oC – 64,5 oC dengan kapasitas 2,4 liter/menit – 33,6 liter/menit pada kondisi tutup tertutup rapat, pada kondisi tutup terbuka 10 putaran mampu menghasilkan suhu temperatur air keluar 31,1 oC – 70,2 oC dengan kapasitas 3 liter/menit – 34,2 liter/menit dan pada kondisi tutup terbuka 20 putaran, water heater mampu mengasilkan suhu temperatur air keluar 31,2 oC – 75,1 oC dengan kapasitas 3,6 liter/menit – 34,9 liter/menit. Dengan memperhatikan spesifikasi water heater yang ada di pasaran, maka hasil rancangan water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang berada di pasaran. Water heater yang dibuat untuk suhu air keluar sebesar 40 oC mampu menghasilkan debit air sebesar 10,2 liter/menit pada kondisi penutup tertutup rapat.
tertutup rapat, tutup terbuka 10 putaran dan tutup terbuka 20 putaran dapat dinyatakan sebagai berikut :
T0 = 78,697 (debit air)-0,282 . (liter/menit)0,282oC ( kondisi tutup tertutup rapat),
T0 = 100,7(debit air)-0,341. ( liter/menit)0,341 oC (kondisi tutup terbuka 10 putaran ),
T0 = 120,52(debit air)-0,401. (liter/menit)0,401 oC (kondisi tutup terbuka 20 putaran)
Persamaan tersebut berlaku untuk debit antara 2,4 liter/menit sampai dengan 33,6
liter/menit pada kondisi tutup tertutup rapat, untuk debit antara 3 liter/menit
sampai dengan 34,2 liter/menit pada kondisi tutup terbuka 10 putaran dan untuk
debit antara 3,6 liter/menit sampai dengan 34,9 liter/menit pada kondisi tutup
terbuka 20 putaran pada tekanan udara luar (1 atm ) dan pada suhu air masuk
water heater 26 oC. Dengan karakteristik water heater ini, maka water heater
hasil rancangan dapat dipergunakan untuk keperluan mandi orang dewasa. Perlu
diketahui bahwa kenyamanan air untuk keperluan mandi, air hangat berkisar pada
suhu 38 oC – 40 oC.
Dari Gambar 5.5 sampai Gambar 5.7 didapatkan informasi besar debit
berpengaruh terhadap besar laju aliran kalor yang diterima air. Persamaan
pendekatan antara debit air yang dihasilkan water heater dengan laju aliran kalor
yang diterima air pada kondisi tutup tertutup rapat, pada kondisi tutup terbuka 10
putaran dan pada kondisi tutup terbuka 20 putaran dapat dinyatakan sebagai
berikut :
Qair = 0,0011(debit air)3. (liter/menit)-3 – 0,0643(debit air)2. (liter/menit)-2 +
Qair = -0,0147(debit air)2. (liter/menit)-2 +0,6143(debit air)1. (liter/menit)-1 +
8,241( kondisi tutup terbuka 10 putaran ),
Qair = 0,0007(debit air)3. (liter/menit)-3 – 0,0424(debit air)2. (liter/menit)-2 +
0,7031(debit air)1. (liter/menit)-1 + 10,64 ( kondisi tutup terbuka 20 putaran )
Persamaan tersebut berlaku untuk debit antara 2,4 liter/menit sampai dengan 33,6
liter/menit pada kondisi tutup tertutup rapat, untuk debit antara 3 liter/menit
sampai dengan 34,2 liter/menit pada kondisi tutup terbuka 10 putaran dan untuk
debit antara 3,6 liter/menit sampai dengan 34,9 liter/menit pada kondisi tutup
terbuka 20 putaran pada tekanan udara luar (1 atm) dan pada suhu air masuk
water heater 26 oC.
Dari Gambar 5.8, sampai Gambar 5.10 didapatkan informasi bahwa debit
air yang mengalir berpengaruh terhadap nilai efisiensi water heater yang dibuat,
persamaan pendekatan debit air dengan efisiensi pada kondisi tutup tertutup rapat,
pada kondi
