PEMANAAS AIR TE Di P FA U ENAGA GA SALU iajukan untu Mempero Progra Jur C N PROGRAM JURUS AKULTAS UNIVERSI Y i AS LPG DE URAN GAS Skripsi uk memenuh oleh gelar S am Studi Te rusan Tekni Disusun ol CHRISMAD NIM : 0952 M STUDI T SAN TEKN SAINS DA ITAS SANA YOGYAKA 2014 ENGAN V S BUANG i hi salah satu Sarjana Tekn eknik Mesin k Mesin leh : DIKA 14065 TEKNIK M NIK MESIN AN TEKNO ATA DHA ARTA VARIASI PE u syarat nik n MESIN N OLOGI RMA EMBUKAAAN
THE VVARIATIO As To Ob in MECHAN MECH SCIE ON OF OPE WITH s Partial Ful btain The D n Mechanica Mechanica C Studen NICAL EN HANICAL ENCE AND SANATA D Y ii ENING AIR LPG GAS Final Proj lfillment Of Degree In M al Engineeri al Engineeri Created b CHRISMAD nt Number : NGINEERI ENGINEE D TECHNO DHARMA YOGYAKA 2014 R EXHAUS S BURNING ject f The Requi echanical E ing Study P ing Departm by : DIKA 095214065 NG STUDY ERING DEP OLOGY FA A UNIVERS ARTA ST WATER G irement Engineering rogram ment 5 Y PROGR PARTMEN ACULTY SITY R HEATER RAM N R
v MOTTO
“Kebijaksanaan akan memelihara engkau, kepandaian akan menjaga engkau” (Amsal 2:11)
“Seseorang yang melakukan kesalahan dan tidak memperbaikinya, telah melakukan satu kesalahan lagi.”
“Keberhasilan terbesar kita bukanlah karena
tidak pernah gagal, tetapi bagaimana kita bangkit setiap kali kita mengalami kegagalan.!”
(Confucius)
“Orang-orang yang berhenti belajar akan menjadi pemilik masa lalu. Orang-orang yang masih terus belajar, akan menjadi pemilik masa depan.”
vi
PERSEMBAHAN
Karya ini kupersembahkan kepada : Tuhan Yang Maha Kuasa
Orang Tuaku Istriku Adikku
vii
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Dengan ini penulis menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir berjudul “Pemanas Air Tenaga Gas LPG dengan Variasi Pembukaan Saluran Gas Buang
.
“ tidak memuat karya yang pernah diajukan dan dibuat di perguruan tinggi manapun, serta sepanjang pengetahuan penulis juga tidak terdapat pula karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan di dalam daftar pustaka.Yogyakarta, 23 Mei 2014 Penulis
viii
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :
Nama : Chrismadika
Nomor Mahasiswa : 095214065
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :
PEMANAS AIR TENAGA GAS LPG DENGAN VARIASI PEMBUKAAN SALURAN GAS BUANG
Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, me-ngalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, ______________ Yang menyatakan
Chrismadika
ix INTISARI
Penelitian ini bertujuan untuk membuat water heater untuk menghasilkan air panas, menentukan water heater terbaik dari berbagai hasil water heater dengan pembukaan 2,5 cm , 17 cm , 10 cm , 24 cm, tanpa penutup, mendapatkan suhu keluar waterheater, dan mengetahui efisiensi pemanas air.
Water heater yang dirancang berbentuk segi panjang dengan dimensi panjang dinding terluar 42 cm, lebar dinding terluar 42 cm, dan tinggi 600 cm, sedangkan ukuran panjang dinding dalam adalah 32 cm dan lebar dinding dalam 32 cm, pipa tembaga berdiameter 3/8 inchi dengan panjag pipa 15 meter dibuat spiral dilengkapi dengan sirip dari plat tembaga 0.2 mm yang dipotong kecil-kecil dan diselipkan diantara kumparan dengan cara melilitkan pada sepanjang pipa spiral, water heater ini tanpa lubang ventilasi pada dinding. Variasi yang dilakukan pada besarnya debit air yang mengalir kedalam water heater dengan pergeseran celah plat penutup tungku water heater dan percobaan serta data hasil percobaan diambil di laboraorium Teknik Mesin Sanata Dharma. Hasil dari penelitian percobaan ini adalah :
a. Rancangan dan pembuatan water heater telah berhasil dibuat dengan baik, dan unjuk kerja dari alat ini mampu untuk menghasilkan air panas.
b. Hasil percobaan water heater tanpa lubang dengan variasi terakhir yakni bukaan penuh dengan debit air keluar sebesar 5,7 liter / menit dan temperatur air keluar 43,8 °C dengan efisiensi sebesar 76,5% lebih tinggi 16,5% dari efisiensi umum alat masak yakni 60% merupakan kondisi paling baik dari setiap percobaan yang telah dilakukan.
x
KATA PENGANTAR
Penulis menghaturkan puji dan syukur atas segala rahmat dan karunia-Nya, sehingga Tugas Akhir ini dapat terlaksana dengan baik. Tugas Akhir ini adalah persyaratan untuk mencapai sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
Tugas Akhir ini di beri judul “Pemanas Air Tenaga Gas LPG dengan Variasi Pembukaan Saluran Gas Buang “. Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini karena adanya bantuan dan kerjasama dari bebagai pihak. Pada kesempatan ini perkenankan Penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Romo T. Agus Sriyono SJ, selaku Direktur ATMI Surakarta yang telah memberi kesempatan untuk studi lanjut di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Romo Clay Pareira SJ, selaku Pudir ATMI Surakarta.
3. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
4. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. , selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin dan Pembimbing Akademik serta selaku Dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan motivasi, pandangan hidup, dan bimbingan Tugas Akhir dengan sabar kepada Penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
5. Bp. Albertus Murdianto, M.Pd. ,selaku Kepala Sekolah SMK St. Mikael Surakarta yang memberikan arahan dalam penyelesaian tugas akhir.
xi
6. Fransisca Dati Dwi Anggraeni, selaku Istri yang selalu mendoakan dan memberi semangat untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. 7. Yakobus Sunaryo dan Fransisca Romana Warsiti, selaku orang tua yang selalu
mendoakan, memberi semangat, dan dorongan untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
8. Semua pihak yang telah membantu Penulis dalam pengerjaan Tugas Akhir. Penulis menyadari dalam pembahasan masalah ini masih jauh dari sempurna, maka Penulis memohon maaf dan terbuka untuk menerima saran dan kritik yang membangun.
Semoga naskah ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya yang mungkin akan melakukan penelitian yang sejenis. Akhir kata Penulis mengucapkan terima kasih.
Yogyakarta, 27 Agustus 2014 Penulis
xii DAFTAR ISI
JUDUL ………. i
LEMBAR PERSETUJUAN ……….. iii
LEMBAR PENGESAHAN ... iv
MOTTO ... v
PERSEMBAHAN ... vi
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... vii
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN ... viii
INTISARI ... ix
KATA PENGANTAR ... x
DAFTAR ISI ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR TABEL ... xvii
DAFTAR NOTASI ... xviii
BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1. Latar Belakang ... 1 1.2. Perumusan Masalah... 5 1.3. Tujuan ... 5 1.4. Batasan Masalah ... 5 1.5. Manfaat ... 6
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ... 7
2.1 Dasar Teori ... 7
2.1.1 Pengertian Perpindahan Panas ... 7
2.1.2 Perpindahan Panas Konduksi ... 7
2.1.3 Perpindahan Kalor Konveksi ... 8
2.1.4 Perpindahan Kalor Radiasi ... 9
2.1.5 Perancangan Pipa Saluran Air ... 10
xiii
2.1.7 Saluran Udara Masuk ... 14
2.1.8 Proses Pembakaran ... 14
2.1.9 Gas LPG ... 18
2.1.10 Sumber Api ... 21
2.1.11 Saluran Gas Buang Sisa Pembakaran ... 23
2.1.12 Isolator ... 23
2.1.13 Kecepatan Air Rata-Rata. ... 24
2.1.14 Laju Aliran Massa Air. ... 25
2.1.15 Laju Aliran Kalor yang Diterima Air ... 25
2.1.16 Laju Aliran Kalor yang Dilepaskan Pembakaran Gas. ... 26
2.1.17 Efisiensi Pembakaran. ... 26
2.2 Referensi ... 27
2.2.1 Water heater gas LPG yang ada di pasaran. ... 27
2.2.2 Konstruksi water heater ... 29
2.2.3 Hasil Penelitian Water Heater Gas LPG ... 32
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN WATER HEATER ... 39
3.1 Perancangan Water Heater... 39
3.1.1 Tungku Pemanas . ... 40
3.1.2 Pipa Saluran Air ... 41
3.1.3 Pasak ... 41
3.1.4 Plat Penutup ... 42
3.1.5 Selang Air ... 42
3.2 Pembuatan Water Heater ... 42
3.2.1 Bahan Water Heater ... 43
3.2.2 Sarana dan Peralatan Yang Digunakan ... 43
3.2.3 Langkah-langkah Pengerjaan. ... 43
BAB IV METODOLOGI PENELITIAN ... 47
4.1 Objek Penelitian ... 47
4.2 Skema Pengujian ... 47
4.3 Variasi Penelitian ... 48
xiv
4.5 Cara Pengumpulan Data ... 50
4.6 Cara Pengolahan Data dan Pembahasan ... 51
4.7 Metoda Pengambilan Kesimpulan ... 51
BAB V KARAKTERISTIK WATER HEATER ... 52
5.1 Hasil Pengujian ... 52
5.2 Perhitungan Matematis ... 54
5.2.1 Perhitungan kecepatan air rata-rata ... 54
5.2.2 Perhitungan laju aliran massa air ... 54
5.2.3 Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air ... 55
5.2.4 Perhitungan laju aliran kalor yang dilepaskan pembakaran gas. ... 55
5.2.5 Efisiensi... 56
5.3 Hasil Pengolahan Data ... 56
5.3.1 Tabel Perhitungan ... 56
5.3.2 Grafik Hasil Penelitian ... 58
5.3.3 Pembahasan... 65
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ... 70
6.1 Kesimpulan ... 70
6.2 Saran ... 70
DAFTAR PUSTAKA ... 71
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Konveksi udara dengan permukaan panas ... 8
Gambar 2.2 Contoh pipa bersirip. ... 13
Gambar 2.4 Diagram segitiga terjadinya nyala api. ... 23
Gambar 2.5 Water heater Gas Tipe X-1 ... 27
Gambar 2.6 Water heater Gas Tipe X-2 ... 28
Gambar 2.7 Water heater Gas Tipe X-3 ... 28
Gambar 2.8 Konstruksi tangki penampungan water heater ... 29
Gambar 2.9 Konstruksi tangki penampungan dan turbulator water heater ... 30
Gambar 2.10 Konstruksi tangki penampungan dan pipa spiral water heater ... 31
Gambar 2.11 Konstruksi tanpa tangki penampungan water heater ... 32
Gambar 3.1 Tungku water heater ... 40
Gambar 3.2 Rancangan dan pola hasil dari pembuatan penukar kalor ... 41
Gambar 3.3 Pasak penyangga penukar kalor ... 42
Gambar 3.4 Tungku water heater. ... 45
Gambar 3.5 Hasil rakitan water heater ... 46
Gambar 4.1 Skema pengujian water heater ... 47
Gambar 4.2 Pembukaan penutup 2,5 cm ... 48
Gambar 4.4 Pembukaan penutup 10 cm ... 48
Gambar 4.3 Pembukaan penutup 17 cm ... 49
Gambar 4.5 Pembukaan penutup 24 cm ... 49
Gambar 4.6 Tanpa plat penutup ... 49
Gambar 4.7 Proses pengambilan data percobaan water heater ... 49
Gambar 5.1 Hubungan antara debit air dan suhu air keluar.dengan variasi ………pembukaan penutup bagian atas. ... 59
xvi
Gambar 5.1.a Pembukaan 2,5 cm ... 60
Gambar 5.1.b Pembukaan 10 cm ... 60
Gambar 5.1.c Pembukaan 17 cm ... 60
Gambar 5.1.d Pembukaan 24 cm ... 60
Gambar 5.1.e Pembukaan penuh. ... 61
Gambar 5.2 Hubungan antara debit air dan laju aliran kalor dengan variasi . ..pembukaan penutup bagian atas. ... 61
Gambar 5.2.a Pembukaan 2,5 cm ... 62
Gambar 5.2.b Pembukaan 10 cm ... 62
Gambar 5.2.c Pembukaan 17 cm ... 62
Gambar 5.2.d Pembukaan 24 cm ... 62
Gambar 5.2.e Pembukaan penuh. ... 63
Gambar 5.3 Hubungan antara efisiensi dan debit air dengan variasi pembukaan ..penutup bagian atas. ... 63
Gambar 5.3.a Pembukaan 2,5 cm ... 64
Gambar 5.3.b Pembukaan 10 cm ... 64
Gambar 5.3.c Pembukaan 17 cm ... 64
Gambar 5.3.d Pembukaan 24 cm ... 64
Gambar 5.3.e Pembukaan penuh. ... 65
Gambar 5.4 Grafik perbandingan temperatur hasil percobaan pemanas air dengan ..pembukaan bertahap sampai pembukaan penuh. ... 66
Gambar 5.5 Grafik perbandingan laju aliran kalor hasil percobaan pemanas air ..dengan pembukaan bertahap sampai pembukaan penuh. ... 67
Gambar 5.6 Grafik perbandingan efisiensi dan debit aliran air hasil percobaan ..pemanas air dengan pembukaan bertahap sampai pembukaan ..maksimal. ... 68
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Konduktivitas Termal Beberapa Bahan Logam (Holman, 1993) …… 11
Tabel 2.2 Perbandingan nilai kalor bahan bakar ……….……… 19
Tabel 2.3 Konduktivitas Termal Beberapa Media (Holman, 1993) ……… 24
Tabel 3.1 Kebutuhan material ……… 39
Tabel 5.1 Hasil Pengujian Pemanas Air Variasi Bukaan Geser 2,5 cm ... 52
Tabel 5.2 Hasil Pengujian Pemanas Air Variasi dengan Bukaan Geser 10 cm ... 52
Tabel 5.3 Hasil Pengujian Pemanas Air Variasi dengan Bukaan Geser 17 cm ... 53
Tabel 5.4 Hasil Pengujian Pemanas Air Variasi dengan Bukaan Geser 24 cm ... 53
Tabel 5.6 ṁair, qair, dan ɳ pemanas air pembukaan penutup bagian atas 2,5 cm. ... 56
Tabel 5.7 ṁ air, qair, dan ɳ pemanas air pembukaan penutup bagian atas 10 cm. .... 57
Tabel 5.8 ṁ air, qair, dan ɳ pemanas air pembukaan penutup bagian atas 17 cm. .... 57
Tabel 5.9 ṁ air, qair, dan ɳ pemanas air pembukaan penutup bagian atas 24 cm. .... 58
xviii
DAFTAR NOTASI
R = Jari-jari atau jarak, m
D = Diameter, m
ΔT = Perubahan temperature, °C
T = Temperatur, °C
T1 = Temperatur suhu masuk water heater °C T2 = Temperatur suhu keluar water heater °C
V = Volume, m3
qair = Laju perpindahan kalor yang diterima air, watt qgas = Laju perpindahan kalor yang dilepas gas, watt
ɳ = Efisiensi water heater, %
k = Konduktifitas termal, W/m°C
h = Koefisien perpindahan konveksi, W/m2°C
ṁ air = Laju aliran massa, kg/s
cp = Kalor jenis air yang mengalir pada tekanan tetap J/kg°C
ṁ = Debit air Liter / menit
um = Kecepatan aliran air m/s
1
BAB I PENDAHULUAN PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kebutuhan air panas dalam rutinitas hidup sehari-hari pada zaman ini sangat tinggi. Hal ini dapat dilihat dari banyaknya penggunaan air panas pada rumah tangga untuk keperluan mandi, penginapan sebagai fasilitas air hangat untuk keperluan mandi yang tergolong hal penting, penggunaan di rumah makan untuk mencuci peralatan masak, dan contoh lain adalah di rumah sakit untuk keperluan mandi pasien yang menjadikan air panas sebagai salah satu kebutuhan pokok yang mendesak. Beberapa contoh tersebut merupakan pemanfaatan dari penggunaan air panas dalam kehidupan sehari-hari. Dengan bertambahnya populasi manusia maka kebutuhan akan air panas akan terus meningkat. Hal tersebut berdampak pada kebutuhan energi pemanas yang dibutuhkan, pemanfaatan energi yang efektif dan efisien merupakan hal yang dibutuhkan mengingat keterbatasan energi yang disediakan oleh alam.
Suhu rata-rata pemanfaatan air panas dalam kebutuhan adalah antara 37- 40 ºC, faktor pemenuhan terhadap waktu penyediaan air (debit) dibanding dengan suhu yang diminta merupakan merupakan nilai tambah yang membuat sebagian besar orang mau untuk memilih mengunakan alat pemanas tersebut.
Berikut adalah manfaat penggunaan air panas/hangat dan alasan orang menggunakan air panas dalam kehidupan sehari-hari :
a. Air hangat sebagai air mandi bagi orang sakit dan merupakan kebutuhan pokok dalam setiap rumah sakit.
2
b. Air hangat dibutuhkan mandi anak kecil atau bayi agar tidak merasa kedinginan.
c. Air hangat digunakan untuk sarana relaksasi dan melepas lelah bagi sebagian orang setelah pulang dari kerja.
d. Ketersediaan air hangat di hotel dan rumah penginapan merupakan sarana yang dapat meningkatkan prestis dalam penawaran pelayanan kepada konsumen.
e. Air hangat sebagai kebutuhan mandi bagi orang yang bertempat tinggal iklim dingin.
Water heater banyak diminati untuk memenuhi kebutuhan air panas dibandingkan dengan cara merebus air karena lebih praktis dan efektif. Pemanfaatan energi yang dipakai sebagai pemanas dapat menggunakan beberapa sumber energi yakni dapat berasal dari energi listrik, gas dan matahari. Dalam penelitian ini pemanfaatan energi panas yang digunakan adalah energi gas LPG (Liquified Petroleum Gas). Berikut ini adalah perbandingan water heater yang menggunakan sumber energi gas LPG dengan sumber energi listrik dan matahari adalah :
a. Water Heater tenaga gas LPG
1. Waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan air panas lebih singkat dan dapat dihasilkan kapan saja tanpa ada hambatan siang dan malam , musim hujan atau musim panas, serta ada atau tidaknya ketersediaan listrik sebagai sarana pemanas.
3
2. Selama ada air yang mengalir dan gas LPG maka kapasitas air panas yang yang dihasilkan tidak terbatas dan dapat dipergunakan secara terus-menerus.
3. Dapat dipergunakan dimana saja dengan inslasi yang sederhana. 4. Harga awal yang relatif murah.
5. Tidak membutuhkan tambahan instalasi listrik dalam memanaskan air sehingga hemat listrik.
6. Tidak memerlukan penampungan air atau penyimpan air (storage tank). 7. Tidak ramah lingkungan karena alat pemanas menghasilkan gas sisa
pembakaran.
b. Water Heater tenaga listrik
1. Instalasi yang lebih bersih dikarenakan tanpa adanya proses pembakaran bahan bakar.
2. Kapasitas panas yang dihasilkan harus selalu menyesuaikan terhadap volume produk yang akan dihasilkan sehingga berdampak pada penggunaan kebutuhan daya listrik dalam per satuan volume agar suhu air yang keluar dapat stabil.
3. Sebagian produk model pemanas air tenaga listrik membutuhkan penampungan air (storage tank).
4. Dalam menghasilkan air panas membutuhkan waktu yang relatif tergantung pada volume air yang dipanaskan, atau dengan kata lain semakin banyak air yang dipanaskan semakin lama waktu yang dibutuhkan sehingga tidak dapat untuk memenuhi kebutuhan yang mendadak.
4
5. Harga untuk pembelian alat pemanas air tenaga listrik cukup mahal. 6. Untuk mendapatkan air panas sangat bergantung pada ketersediaan listrik. 7. Penggunaan daya listrik yang tinggi sehingga boros energi listrik.
c. Water Heater tenaga matahari
1. Energi matahari tersedia secara gratis di alam.
2. Kapasitas air panas yang dihasilkan sangat dipengaruhi oleh faktor cuaca dan intensitas panas yang diterima dari matahari, pada musim hujan penggunaan pemanas air jenis ini tidak efektif
3. Ramah lingkungan karena pemanfaatan sinar matahari yang bebas emisi atau gas buang.
4. Pemanfaatan energi matahari terbatas pada waktu siang hari saja. 5. Harga awal untuk menyediakan alat sangat mahal.
6. Instalasi pemanas air energy matahari sangat rumit. 7. Kapasitas air panas yang dipergunakan terbatas.
8. Waktu yang diperlukan untuk memanaskan air cukup lama.
9. Jika air panas dalam penampungan sudah habis tidak dapat secara langsung diisi lagi dengan air panas yang baru.
10.Memerlukan tempat penampungan air panas.
Dengan dasar hal-hal tersebut di atas penulis tertarik untuk melakukan penelitian bertopik pemanas air tenaga gas LPG.
5 1.2. Perumusan Masalah
a. Apa dampak dari bukaan penutup pada pemanas air ?
b. Apa pengaruh debit air dengan temperatur air keluar dari pemanas air pada setiap pembukaan penutup ?
c. Apa pengaruh debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air pada setiap pembukaan penutup ?
d. Apa pengaruh debit air dengan effisiensi pemanas air pada setiap pembukaan penutup ?
e. Apakah pemanas air model ini dapat disetarakan dengan produk di pasaran ? 1.3. Tujuan
Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut : a. Merancang dan membuat water heater.
b. Menjabarkan water heater yang mencakupi antara lain debit paling besar dengan suhu air keluar water heater .
1.4. Batasan Masalah
Penelitian ini memiliki batasan masalah antara lain :
a. Pipa spiral dengan 2 tingkat alur aliran yang memiliki panjang pipa 15m, diameter pipa dalam adalah 3/8 inchi, dan energi gas LPG sebagai bahan bakar.
b. Variasi yang dilakukan adalah besarnya pembukaan plat tutup gas buang dengan berbagai debit aliran air, dimensi panjang 44cm dan lebar 36cm.
c. Tungku pemanas air berbentuk segi empat dengan dimensi panjang dan lebar 42cm dan tinggi 600cm tanpa lubang di dinding.
6 d. Tidak membahas tentang pressure drop. e. Tidak membahas tentang reaksi pembakaran . 1.5. Manfaat
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat, antara lain :
a. Menambah kasanah ilmu pengetahuan tentang water heater.
b. Hasil penelitian dapat dijadikan referensi bagi para peneliti lain untuk pengembangan water heater yang telah dibuat
7
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA DASAR TEORI DAN REFERENSI
2.1 Dasar Teori
2.1.1Pengertian Perpindahan Panas
Proses perpindahan panas secara umum digolongkan menjadi tiga macam. Proses tersebut adalah perpindahan panas secara konduksi, konveksi, dan radiasi. Perpindahan panas dapat terjadi pada material padat, cair dan gas. Syarat untuk terjadinya proses perpindahan panas adalah adanya perbedaan suhu..
2.1.2Perpindahan Panas Konduksi
Perpindahan energi panas secara konduksi merupakan perpindahan energi panas yang disalurkan secara langsung antar molekul tanpa adanya perpindahan dari molekul yang bersangkutan. Proses konduksi terjadi pada benda padat, cair maupun gas jika terjadi kontak secara langsung dari ketiga macam benda tersebut.
Konduktivitas panas merupakan properti dari suatu material yang menentukan kemampuan suatu benda menghantarkan panas. Materi yang memiliki konduktivitas panas rendah dapat disebut dengan isolator yang baik. Setiap materi memiliki lebar batasan dari konduktivitas panas. Konsep dasar konduktivitas panas adalah kecepatan dari proses difusi energi kinetik molekular pada suatu material yang menghantarkan panas.
Pada umumnya logam adalah konduktor, yaitu penghantar panas yang baik. Sedangkan zat atau benda padat yang lain seperti kertas, plastik, wol dan kayu adalah isolator, yaitu penghantar kalor yang buruk. Baik atau buruknya
8
material untuk menghantarkan panas tergantung dari jumlah elektron bebas. Semakin banyak elektron bebas yang terkandung dalam material semakin baik material itu menghatarkan panas, semakin sedikit elektron bebas yang terkandung dalam material maka semakin buruk material itu untuk menghantarkan panas. Logam dapat menjadi konduktor panas karena dalam material logam banyak terkandung elektron bebas lain dengan zat padat yang lainnya.
Proses perpindahan panas secara konduksi yang terjadi di pemanas air gas LPG adalah panas api yang dihasilkan dari proses pembakaran mengalir atau berpindah ke permukaan luar pipa tembaga kemudian panas mengalir masuk ke dalam permukaan pipa tembaga.
2.1.3Perpindahan Kalor Konveksi
Perpindahan energi panas dengan proses konveksi terjadi hanya pada benda cair dan gas. Perpindahan ini disertai dengan perpindahan benda cair secara fisik. Pada saat energi panas yang diterima oleh benda cair atau gas dari sebuah permukaan yang memiliki suhu lebih tinggi dan melebihi titik batas fasa zat tersebut maka zat cair atau gas itu akan mengalami perubahan phasa. Gambar 2.1 menggambarkan tentang perpindahan panas secara konveksi.
9
Contoh perpindahan panas konveksi dalam kehidupan sehari-hari adalah membayangkan sebuah telor panas setelah direbus yang didinginkan oleh tiupan angin dari kipas angin atau didiamkan di sebuah ruangan dengan udara bebas. Contoh pertama merupakan bentuk konveksi paksa karena menggunakan kipas angin untuk menghembuskan udara yang disekitarnya guna melewati permukaan telur sehingga telur menjadi dingin, contoh kedua merupakan konveksi alami karena perpindahan panas terjadi antara udara sekitar telur dengan cangkang telur yang panas terus menerus sampai mencapai suhu yang sama.
Perpindahan panas secara konveksi yang terjadi di pemanas air gas LPG adalah panas yang diserap oleh permukaan luar pipa tembaga yang mengalir ke dalam permukaan pipa dan fluida yang ada di dalamnya sehingga suhu fluida yang mengalir dalam pipa tembaga meningkat.
2.1.4Perpindahan Kalor Radiasi
Proses perpindahan kalor radiasi adalah perpindahan energi radiasi dirambatkan menggunakan gelombang elektromagnetik diantara dua objek yang dipisahkan oleh jarak dan perbedaan temperatur dan bisa berlangsung tanpa adanya medium penghantar. Perpindahan kalor radiasi sangat berbeda dengan perambatan energi cahaya yang hanya menggunakan panjang gelombang masing – masing. Gelombang elektromagnetik dapat melalui ruangan hampa dengan sangat cepat dan juga dapat melalui cair, gas dan beberapa benda padat. Energi yang dirambatkan diserap oleh permukaan benda yang dikenainya
10
dengan jumlah yang berbeda – beda. Hal ini tergantung pada kemampuan penyerapan dari benda yang dikenainya.
Matahari merupakan contoh yang mudah untuk perpindahan panas dengan radiasi. Radiant energi dari matahari dirambatkan melalui ruang hampa dan atmosfer bumi. Energi yang dirambatkan ini akan diserap dan tergantung pada karakteristik permukaan. Semua objek yang memilki warna yang gelap terutama berwarna hitam akan lebih mudah menyerap energi ini.
Perpindahan panas secara radiasi yang terjadi pada pemanas air gas LPG adalah panas dari api hasil pembakaran ke permukaan luar pipa dan panas dari tabung dalam mengalir ke tabung luar dan tabung luar ke udara disekitar tabung pemanas air.
2.1.5Perancangan Pipa Saluran Air
Perancangan pipa saluran air dalam konstruksi pemanas air tenaga gas LPG kebanyakan berpenampang lingkaran, hal ini didasari oleh beberapa alasan dan pertimbangan yang harus dilakukan mengingat saluran air merupakan bagian inti dari pemanas air yakni diantaranya adalah :
a. Pemilihan bahan pipa
Bahan yang dipilih dalam perancangan pipa saluran air harus memiliki karakteristik sebagai konduktor yang baik sehingga nilai konduktivitas termal yang ada mampu menyerap kalor yang ada secara maksimal dari api hasil pembakaran bahan bakar mengalir masuk sampai kepada fluida yang bergerak di dalam pipa saluran air. Dibawah ini adalah Tabel 2.1 Konduktivitas termal beberapa bahan logam.
11
Tabel 2.1 Konduktivitas Termal Beberapa Bahan Logam (Holman, 1993)
Dalam tabel diatas, material dari perak menempati urutan pertama dalam sifat konduktivitas termal, hal ini sangatlah ideal jika bahan pembuatan saluran air menggunakan material ini, tetapi dengan pertimbangan harga yang mahal karena termasuk logam mulia, dan ketidaktersediaan material dengan profil pipa yang ada di pasaran, maka material jenis ini tidak cocok digunakan sebagai bahan untuk saluran air.
Pertimbangan berikutnya adalah material jenis Aluminium tidak dipilih sebagai bahan saluran pipa air. Hal ini memiliki alasan bahwa material Aluminium memiliki titik lebur yakni 660,32 °C (Q.Ashton Acton,PhD. 2013) lebih rendah dari suhu hasil pembakaran gas LPG. Dibuktikan dengan pengalaman praktikum ketika semester sebelumnya tentang peleburan dan pengecoran dari material aluminium yang dilakukan dengan bantuan kompor gas LPG, ketika praktikum ilmu logam. Sifatnya lebih getas dibandingkan dengan material dari tembaga sehingga dapat mudah terjadi retak atau patah ketika dilakukan pembentukan.
Material dengan bahan emas juga memiliki konduktivitas thermal yang lebih tinggi dari aluminium yakni 318 W/m°C sehingga memiliki
Bahan Konduktifitas Termal (k) W/m°C Btu/h.ft.°F Perak 410 237 Tembaga 385 223 Aluminium 202 117 Nikel 93 54 Besi 73 42 Baja Karbon 43 25
12
kemampuan sebagai penghantar panas yang baik dan material ini memiliki suhu titik lebur yang tinggi yakni 1064.18 °C serta anti karat. Dengan kemampuan dan sifat yang ada diatas material jenis ini cocok dipakai sebagai bahan pembuat pipa saluran air, tetapi sangat tidak mungkin untuk dipakai sebagai bahan pembuat pipa saluran air mengingat harga dari emas sangatlah mahal karena merupakan logam mulia yang dijual per gram sebagai perhiasan.
Material dengan bahan tembaga dipilih dalam pembuatan saluran air. Pemilihan material tembaga dinilai paling ideal dibandingkan dengan material yang lainnya karena banyak tersedia dipasaran untuk berbagai bentuk dan jenis ukuran, mulai dari plat, batangan, dan pipa. Alasan lainya adalah material ini memiliki sifat anti karat dan mampu untuk dibentuk yang baik serta harga yang terjangkau di pasaran.
b. Diameter pipa yang digunakan
Diameter dalam pipa dirancang dengan ukuran 3/8 inchi. Hal ini dipilih untuk diuji coba karena percobaan sebelumnya selalu menggunakan diameter yang lebih besar yakni 1/2 inchi. Diameter 3/8 inchi tidak terlalu untuk percobaan ini karena ukuran pipa ini sering dipakai untuk kepentingan pendingin.
c. Hambatan yang terjadi di dalam pipa
Hambatan dalam yang terjadi saat aliran air mengalir di dalam pipa diusahakan untuk diminimalisir. Cara untuk mengurangi hambatan aliran air dalam pipa adalah dengan membuat saluran air melengkung tidak sama
deng salur alira pemb perp terga hing 2.1.6Sir Sa cara mem menggun Kondukt temperat dapat dit Pa yang ter panas ta gan 90°, den ran air kare an air di dal buatan pip pindahan kal antung pad gga diameter rip
alah satu car mperluas bi nakan sirip tivitas term tur di sepan tingkatkan. F ada aplikasin rsedia, bera ambahan ya ngan acuan ena mampu lam pipa sa pa saluran lor efektif a a diameter r terluar. ra untuk me idang yang p agar dind mal material njang sirip d Dibawah in Figure 2Gam nya jenis sir at, proses pe ang dapat d 13 ini maka b mengurang aluran air. A air adala adalah sama serta berap eningkatkan mengalami dingnya leb sirip mem dan oleh kar ni adalah Ga
mbar 2.2 Co rip yang dip
embuatan, b dihasilkan. bentuk spira gi hambatan Alasan lain ah dengan a dengan din pa jumlah n laju perpin i konveksi. bih luas te miliki dampa rena itu laju ambar 2.2 C ontoh pipa b pilih untuk d biaya, dan Semakin b al cocok seb n dalam yan desain spira desain sp nding spiral spiral yang ndahan pana Ini dapat d erhadap flu ak besar ter u perpindaha ontoh pipa bersirip. dibuat tergan tentunya be anyak sirip bagai desain ng terjadi d al dipakai d piral permu l sehingga s g ada dari as adalah de dilakukan de uida lingku rhadap distr an panasnya bersirip. ntung pada r esar perpind p maka mun n pipa dalam dalam ukaan angat pusat engan engan ungan. ribusi a juga ruang dahan ngkin
14
luasnya semakin besar untuk perpindahan panas yang lebih besar, akan tetapi akan menyebabkan pressure drop juga untuk aliran fluida tersebut.
2.1.7Saluran Udara Masuk
Saluran udara digunakan untuk keperluan pembakaran gas LPG, karena proses pembakaran membutuhkan oksigen. Oksigen bisa didapatkan dari udara luar atau udara bebas, dimana kandungan udara kering yang ada terdiri dari 78,08% Nitrogen, 20,95 Oksigen, 0.93% Argon, 0,03 Karbon dioksida, 0,01 Neon, Helium, Metana, dll (Asyari D.Yunus.2010). Jika proses pembakaran mengalami kekurangan oksigen maka mengakibatkan nyala api yang tidak sempurna, sehingga berdampak pada jumlah kalor yang dihasilkan oleh pembakaran tersebut. Besar atau kecilnya jumlah kalor yang dihasilkan oleh proses pembakaran, secara langsung akan berdampak pada kenaikan suhu air yang keluar dari pemanas air.
Dalam perancangan, saluran udara masuk melewati bagian bawah tungku, hal ini dipilih karena prinsip dasar dari aliran udara yang bersuhu rendah akan selalu mengalir bila ada suhu yang lebih tinggi di sekitarnya atau prinsip dasar konveksi. Konstruksi dinding pemanas air tidak diberi lubang karena bertujuan sebagai resistor bagi suhu dalam tungku pembakaran dan suhu di luar tungku atau suhu udara bebas.
2.1.8Proses Pembakaran
Pembakaran adalah serangkaian reaksi-reaksi kimia eksotermal antara bahan bakar dan oksidan berupa udara yang disertai dengan produksi energi berupa panas dan konversi senyawa kimia. Pelepasan panas dapat
15
mengakibatkan timbulnya cahaya dalam bentuk api. Bahan bakar yang umum digunakan dalam pembakaran adalah senyawa organik, khususnya hidrokarbon dalam fasa gas, cair atau padat.
Dalam percobaan pemanas air, jenis pembakaran yang mungkin terjadi adalah :
a. Complete Combustion
Pada pembakaran sempurna, reaktan akan terbakar dengan oksigen, menghasilkan sejumlah produk yang terbatas. Ketika hidrokarbon yang terbakar dengan oksigen, maka hanya akan dihasilkan gas karbon dioksida dan uap air. Namun kadang kala akan dihasilkan senyawa nitrogen dioksida yang merupakan hasil teroksidasinya senyawa nitrogen di dalam udara. Pembakaran sempurna hampir tidak mungkin tercapai pada kehidupan nyata.
b. Incomplete Combustion
Pembakaran tidak sempurna umumnya terjadi ketika tidak tersedianya oksigen dalam jumlah yang cukup untuk membakar bahan bakar sehingga dihasilkannya karbon dioksida dan air. Pembakaran yang tidak sempurna menghasilkan zat-zat seperti karbon dioksida, karbon monoksida, uap air dan karbon. Pembakaran yang tidak sempurna sangat sering terjadi, walaupun tidak diinginkan, karena karbon monoksida merupakan zat yang sangat berbahaya bagi manusia. Kualitas pembakaran dapat ditingkatkan dengan perancangan media pembakaran yang lebih baik dan optimisasi proses.
16
dan panas akan dilepaskan secara eksoterm. Sebagian dari panas akan digunakan untuk mempertahankan kelangsungan reaksi pembakaran, sedangkan sebagian lainnya dipindahkan kembali kepada fasa terkondensasi.
Pada reaksi pembakaran, selalu terjadi serangkaian proses yang berurutan, dimulai dari proses berlangsungnya pembakaran hingga proses reaksi pembakaran berakhir. Proses-proses tersebut selalu sama untuk pembakaran semua jenis bahan bakar. Rangkaian proses tersebut dapat dikategorikan menjadi lima buah proses yang berbeda-beda, yaitu :
a. Preignition
Pre-ignition (pra penyalaan) adalah fasa penyerapan panas dalam pembakaran. P anas diberikan kepada bahan bakar yang menyebabkan proses penguapan air dan zat-zat lain, sehingga menghasilkan gas-gas yang dapat mempertahankan keadaan api. Selama fasa pra-penyalaan, temperatur dari sistem bahan bakar dinaikkan dengan metode perpindahan panas secara konduksi, konveksi, radiasi. Panas untuk pra- penyalaan (pre-ignition) adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur bahan bakar menjadi temperatur penyalaan (ignition temperature). Pada fasa ini, akan dihasilkan produk mayoritas berupa uap air yang dihasilkan dari kadar air yang tercampur secara molekuler dengan bahan bakar. Temperatur bahan bakar akan sulit meningkat apabila kadar air ini belum teruapkan. Pada fasa ini, akan terjadi degradasi senyawa organik, yang lebih sering dikenal dengan nama pirolisis.
17
terjadi karena ikatan yang mendukung molekul-molekul kompleks diputuskan, sehingga melepaskan molekul-molekul yang berukuran kecil dari material bahan bakar dalam bentuk gas.
b. Flaming combustion
Flaming combustion adalah fasa pembakaran yang paling efisien, yang menghasilkan paling sedikit jumlah asap per unit bahan bakar yang dikonsumsi. Fasa ini merupakan fasa transisi dari proses pembakaran yang endotermik menjadi proses pembakaran yang eksotermik. Pada umumnya, fasa ini terjadi pada saat temperatur mencapai 300°C. Energi yang digunakan untuk mempertahankan api dan mempertahankan reaksi berantai dari pembakaran dikenal dengan panas pembakaran. Temperatur yang dicapai di dalam fasa ini bervariasi, bergantung pada jenis bahan bakar.
c. Smoldering combustion
Smoldering combustion adalah fasa pembakaran yang paling tidak efisien, dimana pada fasa ini dihasilkan paling banyak jumlah asap per unit bahan bakar yang dikonsumsi. Pada fasa ini, terjadi kekurangan api, dan diasosiasikan dengan kondisi dimana kadar oksigen terbatas, baik dikarenakan deposit jelaga dari bahan bakar (terutama jelaga dengan rasio luas permukaan terhadap volume yang besar). Fasa pembakaran ini terjadi pada temperatur rendah.
d. Glowing combustion
18
bahan bakar yang dapat diamati. Glowing cobustion menandakan proses oksidasi bahan padat hasil pembakaran yang terbentuk pada fasa sebelumnya. Fasa pembakaran ini terjadi ketika tidak lagi tersedia energi yang cukup untuk menghasilkan asap pembakaran yang merupakan karakteristik dari fasa pembakaran sebelumnya, sehingga tidak dihasilkan lagi tar atau bahan volatil dari bahan bakar. Produk utama yang dihasilkan dari fasa pembakaran ini adalah gas-gas tak tampak, seperti gas karbon monoksida dan gas karbon dioksida.
e. Extinction.
Extinction merupakan proses pemadaman api ketika reaki pembakaran tidak lagi berlangsung dan segitiga api telah terputus. Perihal mengenai segitiga api akan dijelaskan lebih rinci pada subbab api.
2.1.9Gas LPG
Bahan bakar yang diinjeksikan kedalam tungku pembakaran membutuhkan sejumlah udara teoretik agar reaksi dapat berjalan dengan sempurna. Kebutuhan udara dapat dihitung secara stoikiometrik meskipun dalam kenyataannya sering terjadi reaksi samping yang dapat menyebabkan adanya panas yang hilang. Biasanya dalam pembakaran udara yang dipasok lebih banyak dari kebutuhan stokiometrik sebagai usaha untuk meningkatkan efisiensi proses tetapi komposisi udara yang dipasok juga tidak boleh terlalu tinggi karena dapat menyebabkan pembakaran kurang sempurna bahkan tidak berjalan.
19
yang digunakan. Hal ini berkaitan dengan unsur-unsur yang menyusun bahan bakar yang berkaitan dengan daya pemanasan setiap jenis bahan bakar. Dibawah ini adalah tabel perbandingan beberapa jenis bahan bakar berikut dengan daya pemanasan serta efisiensi pemanasannya.
1
Tabel 2.2 Perbandingan nilai kalor bahan bakar.
Sumber : aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peran-lpg-di-dapur-anda.pdf Jenis Daya Pemanasan Efisiensi
alat masak Kayu Bakar 4000 (Kkal/kg) 15 %
Arang 8000 (Kkal/kg) 15 %
Minyak Tanah 11000 (Kkal/kg) 40 % Gas Kota 4500 (Kkal/m3) 55 %
LPG 11900 (Kkal/kg) 60 %
Listrik 860 (Kkal/KWh) 60 %
Pada tabel perbandingan diatas nilai daya pemanasan paling tinggi dimiliki oleh gas LPG (Liquefied Petroleum Gas) sebesar 11900 Kcal/Kg hal ini karena gas LPG merupakan gas alam yang dicairkan dan merupakan campuran dari berbagai unsur hidrokarbon yang berasal dari gas alam. Komponen dari LPG didominasi oleh propana (C3H8) dan butana (C4H10), namun LPG juga memiliki kandungan hidrokarbon lain, meskipun dalam jumlah kecil, misalnya etana (C2H6) dan pentana (C5H12).
Dalam kondisi atmosferik, LPG memiliki bentuk gas, akan tetapi dengan meninggikan tekanan dan menurunkan temperatur, maka gas alam akan berubah fasa menjadi fasa cair. Gas alam dalam betuk cair memiliki volume yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan volume gas alam di dalam fas gas. Perbandingan volume gas alam dalam fasa gas dibandingkan ketika
20
berada dalam fasa cair adalah 250 berbanding 1. Hal ini menjadi alasan agar bahan bakar gas alam pada umumnya dipasarkan dalam bentuk cair di dalam tabung-tabung logam bertekanan, sehingga lebih dikenal dengan sebutan Liquefied Petroleum Gas (LPG).
Untuk memungkinkan terjadinya ekspansi panas (thermal expansion) dari cairan yang dikandung di dalam tabung logam, tabung LPG tidak diisi secara penuh, melainkan hanya terisi sekitar 80-85% dari kapasitasnya. Tekanan di mana LPG berbentuk cair dinamakan sebagai tekanan uap. Tekana uap dari LPG bergantung pada komposisi dan temperatur. Butana murni membutuhkan tekanan sekitar 2.2 bar (220 kPa) pada temperatur 20 °C. Propana murni membutuhkan tekanan sekitar 2 bar (200 kPa) pada suhu sekitar 55 °C.
Proses pembakaran LPG ini merupakan reaksi antara hidrokarbon (propana dan butana) dengan oksigen. Reaksi yang terjadi pada proses pembakaran sempurna LPG adalah :
C3H8 + 5 O2 → 4 H2O + 3 CO2 + panas 2 C4H10 + 13 O2 → 10 H2O + 8 CO2 + panas Berikut ini adalah sifat-sifat dari gas LPG :
a. Bahan bakar gas alam sangat mudah terbakar, baik dalam fasa gas mupun dalam fasa cair.
21
c. LPG sebenarnya tidak memiliki bau, namun sering ditambahakn zat kimia berbau menyengat dengan tujuan dapat terdeteksi dengan cepat apabila terjadi kebocoran. Zat kimia yang berbau menyengat adalah gas merkaptan.
d. Cairan LPG dapat menguap jika dilepaskan dari tabung bertekanan. 2.1.10 Sumber Api
Sumber api yang digunakan dalam water heater adalah kompor gas LPG. Saat ini tersedia banyak variasi dan tipe produk dari kompor gas LPG yang dapat menghasilkan bentuk nyala api yang berbeda-beda sesuai dengan kebutuhannya. Jenis kompor gas yang mampu menghasilkan nyala api besar merupakan jenis kompor high pressure dan ada kompor yang menghasilkan nyala api kecil dan tidak terlalu besar disebut dengan kompor low pressure .
Pada perancangan water heater kompor yang digunakan sebagai alat percobaan adalah jenis high pressure ini digunakan dengan alasan bahwa kompor jenis ini mampu menghasilkan kalor yang paling besar. Semakin besar kalor yang dihasilkan, maka jumlah perpindahan kalor yang masuk kedalam saluran air pipa tembaga semakin besar dan kenaikan suhu air yang melewati pipa saluran air ini semakin juga besar. (Gambar 2.3 Kompor gas LPG High Pressure)
22
Panas yang didapatkan dari luar sistem (kompor) akan mulai memutuskan ikatan kimia di dalam bahan bakar, yang pada umumnya merupakan senyawa organik. Pemutusan awal ikatan kimia di dalam bahan bakar merupakan reaksi yang eksoterm atau menghasilkan energi panas. Energi panas yang dihasilkan dari pemutusan awal tersebut akan digunakan sebagai energi untuk pemanasan ikatan kimia berikutnya di dalam bahan bakar. Api yang menyala ketika panas dihasilkan dari pemutusan ikatan kimia di dalam bahan bakar dapat digunakan seterusnya untuk memutuskan ikatan-ikatan kimia lain di dalam bahan bakar. Sumber panas hanya merupakan inisiator terbenuknya api. Setelah proses penyalaan api, sumber panas tidak lagi dibutuhkan, melainkan api dari reaksi pembakaran akan menghasilkan panas yang dapat digunakan oleh manusia untuk menunjang proses-proses yang akan dilakukan.
Bahan bakar pada umumnya berupa senyawa organik. Senyawa organik merupakan senyawa yang mengandung unsur-unsur berupa karbon (C), hidrogen (H) dan oksigen (O). Reaksi oksidasi terhadap senyawa organik pada umumnya merupakan reaksi pemutusan rantai ikatan pada senyawa organik. Pemutusan ikatan pada rantai senyawa organik pada umumnya menghasilkan panas. Pada proses pembakaran, oksigen yang berperan sebagai oksidator akan bergabung, mengikat unsur-unsur C dan H yang putus akibat energi panas dari proses pembakaran. Api akan padam jika salah satu dari ketiga elemen dasar tidak lagi tersedia. Prinsip segitiga api ini banyak
23
digunakan sebagai prinsip dasar untuk menyalakan atau memadamkan api. Dibawah ini adalah gambar 2.4 diagram segitiga terjadinya nyala api.
Figure 4Gambar 2.4 Diagram segitiga terjadinya nyala api. 2.1.11 Saluran Gas Buang Sisa Pembakaran
Pembakaran gas LPG dalam sistem water heater gas pasti akan menghasilkan gas sisa pembakaran (CO2), maka dalam konstruksi pemanas air harus dibuat saluran untuk pembuangan gas sisa pembakaran tersebut agar pembakaran dapat berlangsung dengan baik. Dalam perancangan pemanas air gas buang sisa pembakaran dialirkan ke atas tungku melalui penutup bagian atas. Tutup tersebut dapat diatur untuk besaran lubang buang yang digunakan, hal ini bertujuan tuntuk mengatur volume gas yang terbuang keluar dari pemanas air dapat disesuaikan.
2.1.12 Isolator
Isolator adalah benda yang tidak dapat menghantarkan kalor dari suatu tempat ke tempat lainnya. Contohnya adalah kayu, kain, gabus, wol, dan udara. Isolator sangat diperlukan dalam perancangan pemanas air dengan tujuan untuk mencegah keluarnya panas hasil dari pembakaran keluar sistem pemanas air sehingga mengakibatkan kerugian panas (heat loss). Dalam perancangan
24
pemanas air menggunakan dua lapisan tabung. Lapisan yang pertama adalah ruang yang digunakan untuk proses pembakaran, dan lapisan kedua adalah lapisan yang diberi isolator.
Berbagai jenis isolator dapat dipakai sebagai pertimbangan mengingat menggunakan panas yang tinggi maka isolator harus memiliki sifat mampu untuk menahan panas yang cukup baik dan tanpa resiko terbakar. Berikut ini adalah jenis-jenis isolator :
2Tabel 2.3 Konduktivitas Termal Beberapa Media (Holman, 1993)
Bahan Konduktivitas Thermal W/m°C Btu/h.ft.°F Uap Air 0,0206 0,0119 Udara 0,024 0,0139 Wol Kaca 0,038 0,022 Serbuk gergaji 0,059 0,034 Kayu 0,17 0,096 Batu pasir 1,83 1,058
Dari tabel diatas jenis isolator yang digunakan adalah jenis udara. Dasar pemilihan bahan adalah udara mudah untuk didapat dan memiliki hambatan yang baik sebagai isolator.
2.1.13 Kecepatan Air Rata-Rata.
Perhitungan kecepatan air rata-rata (um ) yang mengalir di dalam pipa air
menggunakan persamaan (2.1) : ṁ
(m/s) Pada persamaan (2.1) : um : kecepatan air ……… (2.1)
25
ṁ : debit air
A : luas penampang pipa 2.1.14 Laju Aliran Massa Air.
Perhitungan laju aliran massa air (mair) yang mengalir melewati saluran air pada pemanas air menggunakan persamaan (2.2) :
ṁair = ρ .A.um (kg/s) …………..(2.2) pada persamaan (2.2)
ṁ air : laju aliran massa air
ρ : massa jenis air A : luas penampang pipa um : kecepatan air
2.1.15 Laju Aliran Kalor yang Diterima Air
Laju aliran kalor yang diterima atau diserap oleh air merupakan perkalian antara laju aliran massa, kalor jenis air, dan beda temperatur air sebelum dan sesudah proses pemanasan yang dinyatakan dengan persamaan (2.8)
qair = ṁ . cp . (T2-T1) (watt) ………..(2.3) pada persamaan (2.3)
qair : laju aliran kalor yang diterima air
ṁ : laju aliran massa cp : kalor jenis air T2 : suhu air keluar T1 : suhu air masuk
26
2.1.16 Laju Aliran Kalor yang Dilepaskan Pembakaran Gas.
Perhitungan laju aliran kalor yang dilepaskan pembakaran gas LPG adalah menggunakan persamaan perkalian antara laju aliran massa gas dan kapasitas panas gas dengan hasil dalam satuan watt yang dinyatakan dengan persamaan (2.4) :
qgas = ṁgas . Cgas(watt) ………..(2.4) pada persamaan (2.4)
qgas : laju aliran kalor yang dilepaskan gas
ṁgas : laju aliran massa gas Cgas : kapasitas panas gas 2.1.17 Efisiensi Pembakaran.
Efisiensi pembakaran pada pemanas air adalah perbandingan antara laju aliran kalor yang diterima oleh air dan laju aliran kalor yang diberikan oleh gas yang dinyatakan dengan persamaan (2.5) :
η = qair
qgas x 100 % , atau η = ṁ . .
ṁ . X 100 % …….(2.5)
(Sumber : Octo Dinaryanto , Pengaruh Jenis Burner terhadap Konsumsi Bahan Bakar LPG,2010)
Diterangkan bahwa ṁair adalah laju aliran massa (kg/s) , ṁgas adalah laju aliran masa gas (kg/s) ,Cair adalah kalor jenis air (4179 J/kg°C ), Cgas adalah (11.900 x 4186,6 J/kg),T2 = suhu air keluar (°C), T1=suhu air masuk (°C).
2.2 Refer 2.2.1Wa Pe masyara bermaca Ra menit de biasanya kapasita Sp Gambar Spesifik Pemasan Ukuran Kapasita Tempera Konsum Ignition Tekanan rensi Water heater nelitian dan akat semaki am-macam d ata-rata wat engan konsu a digunakan as yang lebih pesifikasi da 2.5, Gamba Figure 5Gamb kasi : ngan (PxLxT) m as Air Pana atur Maksim msi Gas n Gas gas LPG y n pengemb in berkemb dengan berb ter heater umsi gas LP n dalam sk h besar bias an produk ar 2.6, Gam bar 2.5 Wate : E mm : 3 s : 5 mal : 6 : 0 : B : L 27 ang ada di bangan wate bang. Water bagai bentu yang dijua PG 0,46 kg/ kala kebutu sanya digun water heate mbar 2.7 . er heater G External/Inte 380x288x14 5 liter/menit 60 °C 0,46 kg/jam Baterai Ukur Low Pressur pasaran. er heater u r heater ya uk dan kapas al di pasaran /jam – 0,6 k uhan rumah nakan di rum er skala ru ernal 41 t ran D re, 28 mBar untuk meme ang ditawa sitas air yan n berkapasi kg/jam. Kap h tangga, s mah sakit da umah tangga as dengan r enuhi kebut arkan di pa ng mengalir itas 5 – 8 l pasitas sepe sedangkan u an hotel. a disajikan merek Wasser tuhan asaran . liter / rti ini untuk pada
28
Figure 6Gambar 2.6 Water heater Gas dengan merek Modena
Spesifikasi :
Pemasangan : External/Internal
Ukuran (PxLxT) mm : 425x290x127 Kapasitas Air Panas : 5 liter/menit Temperatur Maksimal : 40°C – 60 °C Konsumsi Gas : 0,6 kg/jam
Ignition : Baterai Ukuran D Tekanan Gas : Low Pressure, 28 mBar
Figure 7Gambar 2.7 Water heater Gas dengan merek Rinnai
Spesifikasi :
Pemasangan : External/Internal
Ukuran (PxLxT) mm : 369x290x127 Kapasitas Air Panas : 5 – 8 liter/menit Temperatur Maksimal : 40°C - 60 °C Konsumsi Gas : 0,5 kg/jam
29
Ignition : Baterai Ukuran D
Tekanan Gas : Low Pressure, 28 mBar
2.2.2 Konstruksi water heater
Konstruksi water heater yang sering dijumpai adalah water heater dengan
tangki penampungan, water heater dengan tangki penampungan dan turbulator,
water heater dengan tangki penampungan dan pipa spiral, dan water heater
tanpa tangki penampungan.
a. Konstruksi water heater dengan tangki penampungan
Konstuksi water heater dengan tangki penampungan memiliki prinsip dasar
proses pemanasan air seperti merebus air. Prinsip kerja ini sangat sederhana
yakni mulai dari air suhu ruangan masuk ke dalam sistem dan ditampung
melalui pipa masuk water heater kemudian air di dalam tangki dipanaskan
dengan kompor gas LPG yang berada di bawah tangki penampungan tersebut.
Hasil produk berupa air panas dialirkan keluar melalui pipa keluar air panas.
Gambar 2.8 Menyajikan konstruksi water heater dengan tangki penampungan .
30
b. Konstruksi water heater dengan tangki penampungan dan turbulator
Konstruksi water heater dengan tangki penampungan dan turbulator menggunakan metode seperti merebus air, tetapi dilengkapi dengan bagian baffle atau turbulator yakni perangkat spiral, dengan posisi di atas kompor gas LPG. Perangkat ini berputar dalam saluran gas buang yang berfungsi untuk meratakan aliran kalor. Gambar 2.10 menyajikan konstruksi water heater dengan tangki penampungan dan turbulator :
Figure 9Gambar 2.9 Konstruksi tangki penampungan dan turbulator water heater
c. Konstruksi water heater dengan tangki penampungan dan pipa spiral
Konstruksi water heater dengan tangki penampungan dan pipa spiral menggunakan metoda seperti merebus air, tetapi dilengkapi dengan pipa spiral, dengan posisi di atas kompor gas LPG. Pipa spiral berfungsi sebagai saluran
31
udara panas dari kompor gas LPG untuk memanaskan air di dalam tangki penampungan, sekaligus berfungsi sebagai saluran gas buang. Gambar 2.11 Konstruksi water heater dengan penampungan dan pipa spiral.
Figure 10Gambar 2.10 Konstruksi tangki penampungan dan pipa spiral water heater
d. Konstruksi water heater tanpa tangki penampungan.
Konstruksi water heater gas LPG tanpa tangki penampungan menggunakan metode memanaskan air dalam pipa yang dipanaskan dengan ompor gas LPG, seperti diperlihatkan pada Gambar 2.12. Panas diterima langsung oleh pipa dan sirip kemudian didistribusikan ke dalam air yang melewati pipa, sehingga penyediaan air panas menjadi lebih cepat dibandingkan dengan water heater yang menggunakan metode tangki penampungan.
Figure 11G 2.2.3Ha a. Wate Pada Pu berjudul Udara P 1. Mera 2. Men 3. Men diter 4. Men Penelitia 1. Wate 2. Diam 3. Diam Gambar 2.11 asil Peneliti er Heater D a Dinding L utra, PH. (20 l “Water He ada Dinding ancang dan ndapatkan hu ndapatkan h rima oleh ai ndapatkan hu an tersebut d er heater ya meter pada d meter pada d 1 Konstruks ian Water Dengan Panj Luar. 012) telah m eater Denga g Luar” yan membuat w ubungan an hubungan an ir. ubungan an dilakukan d ang dibuat m dinding luar dinding dala 32 si tanpa tang Heater Ga jang Pipa 20 melakukan an Panjang ng bertujuan water heater ntara debit d ntara debit a ntara debit a dengan bata memiliki dim r 25 cm. am 20 cm. gki penamp as LPG 0 Meter dan penelitian w Pipa 20 Me n : r. dengan suhu air dengan l air dengan e san-batasan mensi tingg pungan wate n 300 Luban water heate eter dan 300 u air keluar laju perpind efisiensi wat n sebagai be gi 90 cm. er heater ng Masuk U er gas LPG 0 Lubang M water heate dahan kalor ter heater. erikut : Udara yang Masuk er. yang
33 4. Panjang pipa 20 meter.
5. Diameter bahan pipa 3/8 inci.
6. Lubang masuk udara pada dinding luar sejumlah 300 buah 7. Lubang pada dinding dalam sejumlah 1005 buah.
8. 6 buah sirip dari pipa berdiameter 3/8 inci. Hasil penelitian ini adalah :
1. Water heater yang dibuat mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran.
2. Water heater mampu menghasilkan panas dengan temperatur 42,9 °C pada debit 10 liter/menit.
3. Hubungan antara debit air yang mengalir (ṁ) dengan temperatur air keluar water heater (To), laju perpindahan kalor (Qair), dan efisiensi (ɳ)dapat dinyatakan berturut-turut dengan persamaan To = -0,027 m3 +1,126 m2 – 16,52 m +129,9 (m dalam liter/menit, To dalam °C), Qair = 17,09 m3 + 489 m2 + 439 m +3654 (m dalam liter/menit, Qair dalam watt), dan ɳ = 0,077 m3 – 2,208 m2 + 19,84 m + 16,50 (m dalam liter/menit, η dalam %).
b. Karakteristik Water Heater dengan Panjang Pipa 8 Meter Diameter 0,5 Inci dan Bersirip.
Prasongko,Gregorius Ega Buddhi (2014) melakukan penelitian water heater gas dengan judul “Karakteristik Water Heater dengan Panjang Pipa 8 Meter Diameter 0,5 Inci dan Bersirip” yang bertujuan :
1. Merancang dan membuat alat water heater yang menggunakan energi gas LPG.
34
2. Mengetahui karakteristik dari water heater gas LPG yang meliputi hubungan antara suhu air keluar water heater dan debit yang mengalir dalam water heater dengan variasi pembukaan tutup water heater, besar energi kalor yang diserap oleh air yang mengalir di daam pipa water heater.
3. Menghitung laju aliran kalor yang diberikan gas LPG. dan menghitung efisiensi water heater.
Penelitian tersebut dilakukan dengan batasan-batasan masalah sebagai berikut : 1. Tinggi water heater adalah 30 cm.
2. Diameter luar : 30 cm, dengan tutup yang bisa diatur ketinggiannya.
3. Pipa saluran air terbuat dari material tembaga dengan diameter 0,5 inci dengan panjang 8 meter dengan 2 lintasan ditambah sirip dari tembaga dengan diameter 0,5 inci.
4. Menggunakan 3 tabung dengan pelat galvanum diberi lubang saluran udara dengan jumlah lubang udara tabung dalam 156 lubang dengan diameter 0,5 cm, tabung tengah70 lubang dan tabung luar 95 lubang dengan diameter 1,5 cm.
5. Sumber pemanas atau proses pembakaran menggunakan gas LPG dan menggunakan kompor gas bertekanan tinggi (high pressure).
6. Suhu air yang masuk ke dalam water heater sama dengan suhu air di dalam kamar mandi (sekitar 25 °C – 27 °C).
7. Suhu air panas yang dihasilkan water heater harus lebih dari 40° C dengan debit 6 liter per menit.
35 Hasil penelitian ini adalah :
1. Water Heater mampu menghasilkan air panas dengan temperature 43,1 °C dengan debit 9 liter /menit pada kondisi water heater tertutup rapat.
2. Karakteristik water heater dinyatakan dengan persamaan yang dijabarkan sebagai berikut:
a. Kondisi tertutup rapat Tout =94,641. deb0,337 (liter/menit)-0,337 °C dan R2 = 0,9211. Variasi 10 putaran tutup Tout = 91,175. deb0,337 (liter/menit) -0,337 °C dan R2 = 0,9375. Variasi 20 putaran tutup Tout = 92,793. deb0,33 (liter/menit)-0,33 °C dan R2 = 0,9243.(dengan deb dalm liter/menit dan Tout dalam °C).
b. Hubungan antara debit air yang dihasilkan water heater dengan laju aliran kalor yang diterima air dinyatakan dengan persamaan : kondisi tertutup rapat qair = 0,0001 deb3. (liter/menit)-3 + 0,0077 deb2.(liter/menit)-2 – 0,1189 deb.(liter/menit)-1 + 10,067 dan R2 = 0,1184. Variasi 10 putaran qair = 0,0002 deb3. (liter/menit)-3 + 0,00173 deb2.(liter/menit)-2 – 0,4242 deb.(liter/menit)-1 + 7,2648 dan R2 = 0,6317. Variasi 20 putaran qair = 0,0001 deb3. (liter/menit)-3 + 0,0059 deb2.(liter/menit)-2 – 0,0558 deb.(liter/menit)-1 + 8,0032 dan R2 = 0,5648.(dengan deb dalam liter /menit dan qair dalam kW).
c. Hubungan antara debit air yang dihasilkan water heater dengan efisiensi yang dihasilkan water heater dinyatakan dengan persamaan : kondisi tutup rapat ɳ = 0,0003 deb3.(liter/menit)-3 + 0,021 deb2.(liter/menit)-2 – 0,3254 deb.(liter/menit)-1 + 27,554 dan R2 =
36
0,1184. Variasi 10 putaran ɳ = 0,0005 deb3.(liter/menit)-3 + 0,00474 deb2.(liter/menit)-2 – 1,1609 deb.(liter/menit)-1 + 19,855 dan R2 = 0,6317. Variasi 20 putaran ɳ = 0,0004 deb3.(liter/menit)-3 + 0,0161 deb2.(liter/menit)-2 – 0,1526 deb.(liter/menit)-1 + 8,0032 dan R2 = 0,5648.(dengan deb dalam liter/menit dan ɳ dalam %).
3. Laju aliran kalor yang diberikan gas LPG sebesar 36,535 kW. c. Water Heater dengan 3 Model Pembuangan Gas Buang
Kristianto, Hari. (2013) telah melakukan penelitian water heater gas LPG yang berjudul “Water Heater dengan 3 Model Gas Buang” yang bertujuan :
1. Merancang dan membuat water heater dan mendapatkan hubungan antara debit air yang megalir dengan suhu air yang keluar water heater untuk berbagai model pembuangan gas buang.
2. Mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan kalor yang diterima air.
3. Menghitung kalor yang diterima air dari water heater untuk berbagai model pembuangan gas buang.
4. Menghitung kalor yang diberikan gas LPG untuk berbagai model pembuangan gas buang.
5. Menghitung efisiensi water heater untuk berbagai model pembuangan gas buang.
Penelitian tersebut dilakukan dengan batasan-batasan sebagai berikut :
1. Tinggi water heater adalah 95 cm, diameter water heater 30 cm dengan panjang pipa tembaga 10 meter.
37
2. Banyaknya dinding plat water heater 2 lapis, plat lapis dalam mempunyai lubang sebanyak 48 buah dengan diameter 10 mm dan plat luar mempunyai lubang sebanyak 48 buah dengan diameter 10 mm.
3. Pipa diberi sirip dengan panjang sirip 5 cm. 4. Sirip dari tembaga dengan tebal 0,2 mm.
5. Pembuangan gas buang menggunakan 3 macam model yakni dengan cerobong dan blower 4 inci, cerobong, dan mempergunakan penutup plat. Hasil penelitian ini adalah :
1. Water heater yang dirancang mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran , yang mampu menghasilkan air panas dengan temperatur 35,4 °C pada debit 7,2 liter/menit untuk water heater model pertama, 34,8 °C pada debit 6,6 liter/menit untuk water heater model kedua, 36 °C pada debit 6,4 liter/menit untuk water heater model ketiga.
2. Hubungan antara debit air yang mengalir dengan temperatur air keluar water heater (To) dapat dinyatakan dengan persamaan : Tout = -0,2215 m3 + 4,5633 m2 – 29,935 m + 96,878 dan R2 = 0,9807 untuk water heater model 1, Tout = -0,6662 m3 + 9,5524 m2 – 46,115 m + 113,83 dan R2 = 0,9444 untuk water heater model 2, Tout = -0,1928 m3 + 4,2317 m2 – 29,218 m + 99,895 dan R2 = 0,9532 untuk water heater model 3, (m dalam liter/menit dan To dalam °C).
3. Hubungan antara debit air yang mengalir dengan laju perpindahan kalor dinyatakan dengan persamaan : qair = -2,6026 m3 + 6,9591 m2 – 302,15 m + 2536,7 dan R2 = 0,814 untuk water heater model 1, qair = 25,138 m3 –
38
321,19 m2 + 1200,5 m + 2401,2 dan R2 = 0,3227 untuk water heater model 2, qair = 4,4255 m3 – 90,392 m2 – 494,55 m + 3083,1 dan R2 = 0,2333 untuk water heater model 3, (m dalam liter/menit dan qair dalam watt).
4. Hubungan antara debit air yang mengalir dengan efisiensi water heater dapat dinyatakan dengan persamaan : ɳ = -0,0376 m3 + 0,1006 m2 + 4,3666 m + 36,66 dan R2 = 0,814 untuk water heater model 1, ɳ = 0,3633 m3 - 4,6418 m2 + 17,35 m + 34,701 dan R2 = 0,3227 untuk water heater model 2 , ɳ = 0,064 m3 – 1,3063 m2 + 7,1472 m + 44,556 dan R2 = 0,2333 untuk water heater model 3, (m dalam liter/menit dan ɳ dalam persen)
39
BAB IIIPERANCANGAN DAN PEMBUATAN WATER HEATER
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN WATER HEATER
3.1 Perancangan Water Heater
Perancangan Water Heater yang akan dibuat adalah untuk mengetahui efektifitas perpindahan energi panas hasil pembakaran gas LPG yang diserap oleh aliran air yang melewati saluran pipa spiral dari tembaga di dalam tungku pemanas yang berbentuk persegi dengan sisi-sisi nya tidak berlubang dan hanya ada lubang tungku bawah dan atas. Rancangan sederhana ini menyesuaikan dengan variasi yang akan dilakukan selama percobaan, yakni adalah variasi bukaan tutup atas secara horizontal berturut-turut 2,5 cm, 5 cm, 7,5 cm, 10 cm, dan bukaan penuh. Perancangan ini dibantu dengan menggunakan program gambar yakni Auto CAD dan Solid Work agar waktu yang dihasilkan dalam membuat gambar rancangan dapat lebih cepat, akurat, dan mampu dibaca oleh orang lain secara baik serta dapat digunakan sebagai acuan dalam pembuatan produk Water Heater dengan jelas . Berikut ini adalah daftar komponen yang disajikan pada tabel 3.1 Tabel kebutuhan material , yang diperlukan untuk membuat Water Heater :
3
Tabel 3.1 Kebutuhan material
No.
Gambar Jumlah Nama Komponen Jenis Material
3.1 1 Tungku Plat Seng
3.2 1 Pipa Kalor Tembaga
3.3 2 Pasak Beton Esser
- 1 Penutup Atas Tungku Plat Seng (190x450)mm - 2 Selang Air Plastik (3/8"x1 meter)
Gamb lampiran. yang diren 3.1.1Tu T luar dan panas da timbul d sebagai spiral se dilakuka Material dengan didapatk dinding-didapat merupak T bar rancan Berikut ini ncanakan un ungku Pem ungku pem n dalam pe ari bagian d dapat diserap tempat ked ebagai kond an oleh me l yang digun alasan kare kan. Tungk -dindingnya hanya dar kan gambar F Ta ngan water i adalah pen ntuk membu manas . manas ini di embakaran, dalam tung p oleh pipa dudukan pen duktor pana edia kompo nakan dalam ena faktor e ku pemanas a hal ini k ri dasar tu tungku wat Figure 12Ga 40 r heater s njabaran dan uat water he i rancang d hal ini be gku dengan kalor secar nukar kalor as dari api or dengan a m perancang ekonomis d ini diranc karena alasa ungku . Di ter heater ambar 3.1 T selengkapny n gambaran eater: engan mem ertujuan seb sisi luar tu ra maksimal r yang beru hasil dari p air yang ad gan adalah p dan ketersed cang tidak m an peneliti ibawah ini Tungku wat ya disajika n dari komp mberikan se bagai isola ungku sehin l. Tungku in upa pipa tem pembakaran da di dalam pelat seng k diaan mater menggunak an, sedang adalah ga er heater an pada b ponen komp ekat antara u ator perpind ngga panas ni juga berf mbaga berb n gas LPG m pipa tem ketebalan 0, rial yang m kan lubang kan udara ambar 3.1 bagian ponen udara dahan yang fungsi entuk yang mbaga. ,5mm mudah pada akan yang
41 3.1.2Pipa Saluran Air
Pipa saluran air ini dirancang dengan bentuk spiral karena mempertimbangkan luas penampang ruang pembakaran dan kemampuan dalam pembentukan pola. Penggunaan material pada pipa saluran air menggunakan material yang bersifat konduktif. Mempertimbangkan faktor ekonomi dan ketersediaan pada penjualan material maka dipilih menggunakan bahan material tembaga sebagai komponen pipa kalor dengan k= 385 W/m°C. Pada pipa saluran air ini ditambahkan sekat pelat tembaga yang berfungsi sebagai sirip guna menambah luas permukaan media penangkap panas dan untuk menaikkan efektifitas penukar kalor. Dibawah ini adalah gambar 3.2 rancangan dan bentuk hasil pembuatan pipa saluran air yang dilengkapi dengan pelat tembaga sebagai sirip pada water heater.
Figure 13Gambar 3.2 Rancangan dan pola hasil dari pembuatan penukar kalor 3.1.3Pasak
Pasak dirancang secara sederhana dengan bentuk L yang nantinya akan diselipkan didalam tungku sebagai penyangga dari penukar kalor yang berada di dalam tungku. Dalam rancangan akan dibuat sebanyak 2 buah dengan material
42
besi behel atau beton esser yang mudah dijumpai dalam pasaran material. Berikut dibawah ini adalah gambar 3.3 gambar pasak yang digunakan dalam water heater.
Figure 14Gambar 3.3 Pasak penyangga penukar kalor 3.1.4Plat Penutup
Penutup atas pada water heater menggunakan material seng dengan ketebalan 0,5 mm dan dimensi panjang 450 mm dan lebar 190 mm. Penutup ini akan digunakan sebagai variabel pada penelitian ini, yakni dengan melakukan pergeseran sejauh variabel yang ditentukan.
3.1.5Selang Air
Selang air pada water heater menggunakan material yang ada dalam pasaran pada umumnya dengan ukuran 3/8” sepanjang 1 meter sebanyak 2 buah. Selang air ini akan digunakan untuk mengalirkan air masuk kedalam pipa tembaga yang dipanasi dan mengalirkan air panas hasil pemanasan keluar sistem water heater.
3.2 Pembuatan Water Heater
Pembuatan alat percobaan water heater ini dibantu oleh seorang pengrajin pelat yang ada di kota Surakarta, ini dimaksudkan agar waktu yang dibutuhkan untuk pembuatan alat dapat cepat selesai. Hal-hal yang perlu untuk disiapkan dalam pembuatan water heater ini adalah :
43 3.2.1Bahan Water Heater
Bahan dalam pembuatan water heater secara garis besar terdiri dari pipa tembaga sebagai saluran air dengan diameter 3/8 inchi , pelat tembaga dengan ketebalan 0,5 mm sebagai sirip dan seng sebagai body water heater. Hal lain secara detail disajikan dalam lampiran gambar detail.
3.2.2Sarana dan Peralatan Yang Digunakan
Berikut ini adalah sarana dan peralatan yang digunakan dalam pembuatan water heater adalah :
a. Alat penekuk plat, digunakan untuk menekuk lempengan seng. b. Palu, digunakam saat menguatkan lipatan seng.
c. Gunting pelat, digunakan untuk memotong seng.
d. Tang , digunakan saat memasang sirip pipa tembaga dengan lengkungan pipa tembaga.
e. Penggaris , digunakan untuk membuat garis pada bagian tertentu . f. Alat pembengkok, untuk membengkokkan pipa.
g. Alat pemotong pipa, digunakan untuk memotong pipa tembaga. 3.2.3Langkah-langkah Pengerjaan.
Langkah-langkah pekerjaan yang dilakukan dalam pembuatan water heater adalah dijabarkan sebagai berikut ini :
a. Persiapan Pembuatan Water Heater
Persiapan pembuatan water heater dijabarkan sebagai berikut ini : 1. Merancang water heater
44
Dalam merancang water heater dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak (software). Perangkat lunak CAD dan Solid Work adalah yang dipilih dalam melakukan rancangan ini. Hasil dari rancangan tersebut ditampilkan dalam bentuk gambar rakitan dan bagian, hasil dari perancangan ini ditunjukan dalam lampiran pada karya tugas akhir ini.
2. Menentukan alat dan bahan
Rancangan dan tabel kebutuhan material yang terdapat dalam gambar rakitan adalah panduan dalam menentukan alat dan bahan yang digunakan untuk membuat water heater .
3. Membuat daftar komponen
Pembuatan daftar komponen water heater dilakukan agar dapat menentukan prioritas dan urutan pekerjaan dalam pembuatan water heater. Hal ini dilakukan agar pekerjaan dapat berjalan secara sistematis dan teliti sehingga resiko komponen yang tertinggal dalam perakitan dapat dicegah.
b. Proses Pembuatan Water Heater
Langkah-langkah pembuatan water heater adalah dijabarkan sebagai berikut ini :
1. Membuat saluran air tipe spiral dan sirip.
Membuat saluran air tipe spiral adalah dengan cara melengkungkan pipa tembaga dengan bantuan mesin roll atau dibengkokkan secara manual dengan alat pembengkok. Dalam pembuatan saluran air ini dipilih dengan cara manual , karena cara tersebut lebih praktis mengingat jenis pipa tembaga yang digunakan hanya berdiameter 3/8 inchi atau setara 9,5 cm. Dalam cara manual ini hanya
