WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20...

64
I WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METER TUGAS AKHIR Untuk memenuhi sebagian persyaratan Mencapai gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin diajukan oleh : ALAEN SHINTO PURBA 085214055 Kepada PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA 2014

Transcript of WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20...

Page 1: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

I

WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20

METER

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

Mencapai gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Jurusan Teknik Mesin

diajukan oleh :

ALAEN SHINTO PURBA

085214055

Kepada

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

2014

Page 2: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

II

WATER HEATER WITH 20 METER LONG HEATER PIPE

FINAL TASK

To fullfill partial requirements

To Achieve Sarjana Teknik Degree

Mechanical Engineering Study Program

submitted by:

ALAEN SHINTO PURBA

085214055

To

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

2014

Page 3: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

III

Page 4: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

IV

Page 5: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

V

Page 6: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

VI

Page 7: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

VII

INTISARI

Air hangat sudah menjadi salah satu kebutuhan yang diperlukan dalam

kehidupan masyarakat, dimana orang-orang kota yang berkecukupan, anak kecil,

orang sudah lanjut usia membutuhkan air hangat untuk mandi. Air hangat juga

dibutuhkan para karyawan atau pekerja yang pulang malam hari di rumah, untuk

memulihkan kelelahan akibat kerja. Penelitian ini dibuat dengan tujuan untuk

memberikan informasi tentang karakteristik water heater ,antara lain : (a)

merancang dan membuat water heater, (b) mendapatkan hubungan antara debit

air yang mengalir dengan suhu air keluar water heater, (c) menghitung kalor

yang diterima air dari water heater, (d) mendapatkan hubungan antara debit air

dengan laju aliran kalor yang diterima air, (e) menghitung kalor yang diberikan

gas LPG, (f) menghitung efisiensi water heater.

Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada

dinding luar 25 cm, diameter pada dinding dalam 20 cm, panjang pipa 20 meter,

diameter bahan pipa 3/8 inci, Variasi dilakukan terhadap besar kecilnya debit air

yang masuk ke dalam pemanas air dengan debit gas yang konstan pada pemanas

air.

Hasil dari penelitian didapatkan (a) Water heater telah berhasil dibuat

dengan baik dan menghasilkan temperatur 42 oC pada debit 11 liter/menit

sehingga mampu bersaing dengan water heater yang dijual dipasaran, (b)

Hubungan antara debit air yang masuk dengan temperatur air yang keluar

dinyatakan dengan persamaan : T out = 124,64 DA-0,466

, (c) Kalor yang diterima

air dari water heater dinyatakan dengan persamaan qair = a ira ircm (Tout-Tin) watt.

Menghasilkan 11853,7 watt pada debit 11 liter/menit, (d) Kalor yang diterima air

dari water heater dinyatakan dengan persamaan : qair = -7,9546 DA2 + 381,98

DA + 8582,7, (e) Kalor yang diberikan gas LPG sebesar = 15222,94 watt, (f)

Menghitung debit air masuk dengan efisiensi water heater dinyatakan dengan

persamaan : Efisiensi (遂) = -0,0523 DA2 + 2,5092 DA + 56,38, dengan DA

adalah Debit Air.

Kata kunci : Water heater, debit air, suhu air, efisiensi

Page 8: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

VIII

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas

berkat, rahmat dan bimbinganNya selalu, hingga terselesaikannya penyusunan

Tugas Akhir, tentang “water heater dengan panjang pipa pemanas 20 meter” ini.

Dalam penulisan Tugas Akhir ini, membahas mengenai garis besar

tentang Water Heater dengan saluran gas buang. Water Heater ini diharapkan

dapat digunakan sebagai salah satu alat yang dapat digunakan dikehidupan sehari

- hari dan juga bermanfaat bagi kegiatan produksi dalam skala industri. Dalam

pemilihan bahan dan ukuran, penulis menggunakan acuan Standar SI.

Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih atas segala

bantuan sehingga laporan ini dapat terselesaikan pada waktunya, kepada :

1. Ir. PK. Purwadi, M.T. selaku Dosen Pembimbing TA, pembimbing

Akademik, dan selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains

dan Teknologi.

2. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains

dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma

3. Kedua orang tua saya tercinta, Ibu Beluh Sembiring dan Almarhum

Bapak Bangun Purba yang telah memberi dukungan baik material

maupun spiritual hingga saat ini.

4. Keluarga dari saudara-saudara saya yang terkasih, Bodrex Filipus Purba

dan Elvans Delon Purba, yang banyak memberikan bantuan material

dan juga semangat selama ini.

Page 9: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

IX

5. Kekasihku tercinta Margareth Henrika Silow S.Farm., Apt. yang

memberikan dorongan semangat serta membantu agar segera

terselesaikannya Tugas Akhir ini.

6. Rekan - rekan mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata

Dharma

7. Seluruh Dosen dan karyawan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Tugas Akhir ini baru permulaan dan masih banyak kekurangan dan perlu

pembenahan. Oleh karena itu kritik dan saran yang membangun dari semua pihak

diterima penulis dengan senang hati. Akhir kata semoga Tugas Akhit ini dapat

bermanfaat bagi para pembaca pada umumnya. Terima Kasih.

Yogyakarta, 21 Februari 2014

Penulis,

Page 10: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

X

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL …………………………………………………… i

TITLE PAGE …………………………………………........................... ii

HALAMAN PENGESAHAN ………………………………………….. iii

DAFTAR DEWAN PENGUJI ………….………….………….………. iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ………….…………... v

LEMBAR PUBLIKASI ……………………………………………….. vi

INTISARI…..…………………………………………………………… vii

KATA PENGANTAR ………………………………………………… viii

DAFTAR ISI….....……………………………………………………… x

DAFTAR GAMBAR ..………………………………………………….

DAFTAR TABEL ..………………………………………………….....

xiii

xv

BAB I PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang………………………………………………...1

1.2. Tujuan………………………………………………...………3

1.3. Batasan - Batasan………………………………...…………..4

1.4. Manfaat…………………………………………...…………..4

BAB II DASAR TEORI

2.1 Dasar Teori

2.1.1 Saluran Air .........…………………….…...…………..5

Page 11: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

XI

2.1.2 Bahan Bakar……………..…………………………. 6

2.1.3 Kebutuhan Udara………………….……...…………8

2.1.4 Saluran Gas Buang……………………….…...……. 9

2.1.5 Sumber Api .......................……………………….....10

2.1.6 Isolator..............................……………….………….12

2.1.7 Laju Aliran Kalor.......................………………….....12

2.1.8 Laju Aliran Kalor yang diberikan Gas…..…......…....13

2.1.9 Efisiensi…………………..………….………...........14

2.2 Referensi..................................................................................14

BAB III RANCANGAN, PEMBUATAN, DAN HASIL PEMBUATAN

WATER HEATER

3.1 Rancangan Alat Water Heater ..…………...……….…….…19

3.2 Pembuatan Water Heater …………………...…………..…..22

3.2.1 Bahan Water Heater ………………........…...............22

3.2.2 Sarana Dan Alat-alat yang digunakan…........…........22

3.2.3 Langkah-langkah Pengerjaan

3.2.3.1 Persiapan...………………………………..........23

3.2.3.2 Pengerjaan...…..…………………………..........23

3.3 Hasil Pembuatan.....................................................................29

3.3.1 Kesulitan Pengerjaan…….…………………………..29

BAB IV METODOLOGI PENELITIAN

4.1 Skematis Pengujian ................................................................30

4.2 Variasi Penelitian ………………………………...………….31

Page 12: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

XII

4.3 Peralatan Pengujian....................................................................31

4.4 Cara Memperoleh Data …………………………...…….......33

4.5 Cara Mengolah Data …………………………...……….......33

4.6 Cara Menyimpulkan …………………………..……...….…33

BAB V KARAKTERISTIK WATER HEATER

5.1 Hasil Pengujian …………………….……………..………34

5.2 Perhitungan…………………………….…………..………34

5.2.1 Perhitungan Kecepatan Air rata-rata um……………..35

5.2.2 Perhitungan Aliran Massa Air , a irm …………...……35

5.2.3 Perhitungan Laju Aliran Kalor yang diterima Air …..36

5.2.4 Perhitungan Laju Aliran Kalor yang diberikan Gas...37

5.2.5 Efisiensi …………………………………….…...…. 37

5.3 Pembahasan………………………….…………..………...41

BAB VI PENUTUP

6.1 Kesimpulan ……………………………………………….43

6.2 Saran …………………………………….………………..44

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

Page 13: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

XIII

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kompor gas dengan regulator Savequam ....................................11

Gambar 2.2 Kompor gas tungku besar ............................................................11

Gambar 2.3 Kompor Quantum RT ..................................................................11

Gambar 2.4 Laju aliran kalor ...........................................................................13

Gambar 2.5 Water Heater Wasser (WH506A-LPG) .......................................15

Gambar 2.6 New Model 12L/min (3.2Gal) LPG Gas Tankless Water Heater.16

Gambar 2.7 Water heater Heating Equipment JLG30-BV6 ............................17

Gambar 3.1 Rancangan Water Heater ..............................................................19

Gambar 3.2 Lengkungan Pipa ..........................................................................20

Gambar 3.3 Penutup Water Heater ..................................................................20

Gambar 3.4 Water Heater tampak dari bawah .................................................20

Gambar 3.5 Water Heater tampak dari luar ......................................................21

Gambar 3.6 Alat pembengkok dan pemotong pipa .........................................24

Gambar 3.7 Lengkungan pipa ..........................................................................25

Gambar 3.8 Pipa tembaga sebelum dipotong ..................................................25

Gambar 3.9 Tabung bagian luar .......................................................................26

Gambar 3.10 Tabung bagian dalam sebelum dibentuk ......................................26

Gambar 3.11 Penampakan luar tabung ...............................................................27

Gambar 3.12 Penutup bagian atas ......................................................................27

Gambar 3.13 Lubang saluran udara ...................................................................28

Gambar 3.14 Water Heater ................................................................................29

Page 14: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

XIV

Gambar 4.1 Skema rangkaian alat ....................................................................30

Gambar 4.2 Tabung gas ....................................................................................32

Gambar 4.3 Termokopel, kalkulator, alat tulis, dan kompor ............................32

Gambar 4.4 Gelas ukur .....................................................................................32

Gambar 5.1 Hubungan debit air dengan suhu air keluar pada suhu air input

27°C ...............................................................................................39

Gambar 5.2 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air pada

suhu air input 27 °C .......................................................................39

Gambar 5.3 Hubungan debit air dengan efisiensi water heater yang pada suhu

air input 27 °C................................................................................40

Page 15: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

XV

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Daya pemanasan dan efisiensi alat masak dengan gas LPG dan

bahan bakar lainnya .........................................................................8

Tabel 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normal .........................................9

Tabel 2.3 Konduktifitas termal beberapa media ............................................12

Tabel 5.1 Hasil pengujian pemanas air .........................................................34

Tabel 5.2 Perhitungan a irm dan a irq .............................................................38

Page 16: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

XVI

DAFTAR NOTASI

m = Massa kg

r = Jari-jari atau jarak, m

d = Diameter, m

〉T = Perubahan temperatur, °C

a irq = Laju aliran kalor yang diterima air watt

gasq = Laju aliran kalor yang diberikan gas watt

k = Konduktifitas termal, W/m.o

C

mu = Kecepatan air rata-rata fluida mengalir kg/s

gasm = Laju aliran massa gas kg/s

a irc = Kalor jenis air J/kg.oC

gasc = Nilai kalor jenis elpiji J/kg

Ti = Suhu air masuk water heater oC

To = Suhu air keluar water heater

oC

a irm = Debit air liter/menit

と = Massa jenis fluida yang mengalir kg/m3

= Efisiensi Water heater %

Page 17: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG

Air hangat sudah menjadi salah satu kebutuhan yang diperlukan dalam

kehidupan masyarakat, dimana orang-orang kota yang berkecukupan, anak kecil,

orang yang sudah lanjut usia membutuhkan air hangat untuk keperluan mandi.

Air hangat juga dibutuhkan untuk para karyawan atau pekerja yang pulang di

malam hari untuk memulihkan kelelahan akibat bekerja. Air hangat juga sangat

dibutuhkan oleh orang-orang yang tinggal di daerah pegunungan, karena suhu di

daerah pegunungan lebih dingin dibandingkan di dataran rendah. Kemudian

dibidang perhotelan air hangat dipergunakan sebagai salah satu fasilitas yang

disediakan untuk orang yang menginap di hotel. Selain itu, air hangat juga

dipergunakan di rumah sakit untuk memandikan orang-orang yang sedang sakit.

Ada tiga macam jenis water heater antara lain water heater menggunakan

tenaga sinar matahari, tenaga gas, dan tenaga listrik. Water heater dengan sinar

matahari (Solar cell), mudah diterapkan pada negara tropis karena memanfaatkan

energi gratis dan tak terbatas dari panas matahari yang bersinar sepanjang tahun.

Namun ada juga kekurangannya yaitu pemasangannya yang rumit (diletakkan di

atas atap rumah) dan kemampuannya bergantung pada banyaknya sinar matahari

sehingga terbatas penggunaannya (volume air panas yang dapat dipergunakan).

Bila terjadi cuaca yang tidak mendukung, water heater tidak dapat lagi

Page 18: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

2

digunakan terutama di daerah pegunungan dingin yang sedikit mendapat

penyinaran matahari. Selain itu, apabila dilihat dari sisi ekonomi, water heater

dengan menggunakan sinar matahari lebih mahal dibandingkan dengan water

heater lainnya. Sedangkan untuk tenaga listrik, water heater ini sangat mudah di

dapatkan di toko – toko elektronik dan penggunaannya ini lebih praktis

dibandingkan pemanas air dengan menggunakan tenaga surya. Namun ada juga

kekuranganya yaitu apabila terjadi pemadaman listrik, maka water heater jenis

ini tidak dapat digunakan dan tingkat perbaikan kerusakan sangat sulit, sehingga

perlu menambah biaya yang cukup banyak tetapi hasil yang didapatkan tidak

seperti yang diharapkan. Kemudian volume air panas yang dihasilkan juga

tertentu, jika volume air panas yang dipergunakan sudah habis digunakan, maka

jika ingin dipergunakan lagi ,harus menunggu waktu untuk memanaskan air lagi.

Maka dari itu, jika dilihat dari sisi biaya, water heater dengan menggunakan

tenaga listrik jauh lebih mahal dibandingkan water heater dengan menggunakan

gas LPG.

Water heater tenaga gas LPG menggunakan bahan bakar gas untuk

memanaskan air dan lebih menguntungkan dibandingkan dengan pemanas air

tenaga listrik maupun water heater tenaga surya, karena konsep kerjanya yang

mirip dengan penggunaan kompor gas di rumah maka penggunaannya lebih

mudah. Adapun keuntungan yang lainnya adalah air panas yang dipergunakan

tidak terbatas, demikian juga jumlah orang yang ingin mandi air panas tidak

terbatas. Selama air dapat mengalir, selama itu pula air panas dapat dihasilkan.

Page 19: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

3

Oleh karena itu, diperlukan suatu rancangan pemanas air berbahan bakar gas

LPG yang nantinya dapat dihasilkan laju aliran perpindahaan kalor yang baik.

Selain itu, dilihat dari sisi ekonomi, water heater jenis ini lebih murah

dibandingkan dengan pemanas air lainnya. Kerugian dari pemanas air tenaga gas

LPG, harus menjaga secara hati-hati agar tabung gas tidak mengalami kebocoran

yang mengakibatkan bahaya ledakan.

1.2. TUJUAN

Tujuan penelitian ini adalah:

a. Merancang dan membuat water heater.

b. Mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air

keluar water heater.

c. Menghitung kalor yang diterima air dari water heater.

d. Mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang

diterima air.

e. Menghitung kalor yang diberikan gas LPG

f. Menghitung efisiensi water heater.

Page 20: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

4

1.3. BATASAN - BATASAN

Batasan-batasan yang dipakai dalam perancangan water heater :

a. Tinggi water heater : 90 cm, diameter : 25 cm, dengan panjang pipa tembaga

: 20 m, dengan 2 lintasan.

b. Banyaknya dinding plat : 2 lapis, plat lapis dalam mempunyai banyak lubang

dengan diameter : 2 mm, dan plat luar mempunyai banyak lubang dengan

jumlah 150 dengan diameter : 1 cm (setinggi 25 cm)

c. Bahan pipa tembaga dengan diameter : 0,9525 cm = 3/8 inch

1.4. MANFAAT

Manfaat dari penelitian:

a. Memperluas pengetahuan tentang pembuatan water heater.

b. Sebagai referensi bagi para pembuat water heater.

c. Rancangan water heater yang dihasilkan dapat dipergunakan sebagai model

water heater yang dapat digunakan oleh kalangan masyarakat luas

Page 21: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

5

BAB II

DASAR TEORI DAN REFERENSI

2.1. DASAR TEORI

2.1.1. Saluran Air

Pada umumnya saluran air berupa pipa. Ada beberapa pertimbangan

dalam perancangan pipa saluran air. Pertama, hambatan pipa saluran air

diusahakan kecil. Hambatan air ketika air mengalir di dalam saluran pipa

diusahakan kecil. Oleh karena itu dalam pembuatan pipa saluran air diusahakan

tidak mengalami pembelokan. Kalau terpaksa ada pembelokan, sudut

pembelokan pipa diusahakan besar (misalnya lebih besar dari 90o), pembelokan

diusahakan terjadi secara halus (misalnya pembelokan pipa dibuat melengkung

dengan radius tertentu, atau dibuat melingkar-lingkar). Hal ini dimaksudkan agar

daya pompa yang diperlukan untuk mendorong air kecil dan gesekan yang terjadi

antara fluida dan pipa semakin kecil.

Kehalusan permukaan saluran pipa bagian dalam juga dipilih yang baik.

Semakin halus permukaan pipa bagian dalam, semakin kecil gesekan yang terjadi

atau semakin kecil daya pompa yang diperlukan. Kedua, bahan pipa dipilih yang

baik dalam memindahkan kalor. Bahan diusahakan mampu mengalirkan kalor

konduksi yang besar, mampu memindahkan kalor yang diterima dari api ke

fluida yang mengalir di dalam pipa. Dan juga harus mempertimbangkan harga

dari pipa saluran air. Terjangkau, tidak mahal, misalnya dengan mempergunakan

Page 22: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

6

bahan dari alumunium atau tembaga. Semakin tinggi nilai konduktivitas termal

bahan, semakin besar laju aliran kalornya. Ketiga, 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.

2.1.2. Bahan Bakar

Ada banyak jenis bahan bakar. Pada water heater jenis gas sebagian besar

bahan bakarnya adalah Liquified Petroleum Gas (LPG). LPG di Indonesia

dipasarkan oleh Pertamina dengan merek Elpiji. Ada tiga macam LPG yang

diproduksi Pertamina antara lain, LPG untuk keperluan rumah tangga, LPG gas

Propana dan LPG gas Butana. Dari ketiga jenis LPG, yang umum digunakan

untuk water heater adalah LPG untuk rumah tangga, yang komposisinya adalah

campuran antara Propana dan Butana.

Komponen utama bahan bakar LPG (dari hasil produksi kilang minyak

dan gas) adalah gas Propana 83HC

dan Butana 104HC

, dengan komposisi

kurang lebih sebesar 99 %, selebihnya adalah gas Pentana 125HC

yang

dicairkan. Perbandingan komposisi Propana dan Butana adalah 30 : 70. LPG

lebih berat dari udara dengan berat jenis sekitar 2,01 (dibandingkan dengan

udara). Tekanan uap LPG cair dalam tabung sekitar 5 – 6,2 2cm

kg

. Nilai kalori

Page 23: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

7

sekitar : 21.000 BTU/lb. Zat Mercaptan umumnya ditambahkan ke LPG untuk

memberikan bau khas, supaya kalau terjadi kebocoran, dapat segera terdeteksi

dengan cepat dan mudah.

Reaksi pembakaran Propana (C3H8) , jika terbakar sempurna adalah

sebagai berikut :

83HC + 5 2O s 3 2CO + 4 OH 2 + panas

Propana + oksigen s karbondioksida + uap air + panas

Menurut Wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut setara

dengan 46000000 J/kg atau 46MJ/kg.

Reaksi pembakaran Butana (C4H10), jika terbakar sempurna adalah

sebagai berikut :

2 104HC + 13 2O s 8 2CO + 10 OH 2 + panas

Butana + oksigen s karbondioksida + uap air + panas

Menurut wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut hampir

sama dengan Propana yaitu setara dengan 46 MJ/kg.

Sebagai gambaran : Untuk menaikkan 1 gram air sebesar 1°C

dibutuhkan energi sebesar 4,186 J. Untuk menaikkan suhu 1 Liter air dari suhu

ruangan (30°C) akan dibutuhkan energi sebesar 293.020 J. Pada tahap ini, air

baru mencapai suhu 100°C dan belum mendidih. Diperlukan energi lagi sebesar

2257 J/gram air untuk merubah air menjadi uap. Pada kondisi udara luar, 1 kg

Propana memiliki volume sekitar 0,543 3m . Satu kg elpiji memiliki energi yang

Page 24: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

8

setara untuk mendidihkan air 90 L. Tabel 2.1 Menyajikan daya pemanasan dari

efisiensi alat masak LPG dengan bahan bakar gas. Terlihat bahwa efisiensi alat

masak dengan gas LPG berkisar sebesar 60 %.

Tabel 2.1 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 %

L P G 11.900 kkal/kg 60 %

Listrik 860(kkal/kwh) 60 %

2.1.3. Kebutuhan Udara

Didalam proses pembakaran memerlukan oksigen. Pada proses

pembakaran bahan bakar untuk pemanas air dapat mempergunakan oksigen yang

dapat diambil dari lingkungan (udara bebas). Aliran udara yang diperlukan harus

disesuaikan dengan ukuran tabung pemanas air dan pipa yang digunakan dengan

kata lain aliran udara yang diperlukan harus dikondisikan sedemikian rupa agar

api yang diperlukan dalam proses pembakaran mendapatkan kebutuhan udara

yang cukup. Kekurangan oksigen dapat mengakibatkan nyala api tidak sesuai

dengan apa yang diinginkan. Kekurangan kebutuhan udara dapat menyebabkan

kalor yang dipindahkan ke air kurang. Kelebihan oksigen juga mengakibatkan

kecilnya panas yang dapat diserap oleh pipa. Bentuk api atau nyala api

Page 25: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

9

diusahakan mampu memberikan kalornya secara efisien ke fluida air yang

mengalir di dalam saluran pipa. Dengan kata lain, akan didapatkan suhu air

keluar dari pemanas air kurang tinggi.

Tabel 2.2 Komposisi udara dalam keadaan normal

(Sumber : repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/16641/4/Chapter %20I.pdf)

No Udara Komposisi (%)

1 Nitrogen 78,1

2 Oksigen 20,93

3 Karbon dioksida 0,03

4 Gas lain 0,94

2.1.4. Saluran Gas Buang

Hasil pembakaran bahan bakar akan menghasilkan gas buang. Gas buang

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

gas asap harus diberikan jalan untuk keluar dari water heater agar nyala api tidak

terganggu. Perancangan gas buang harus mempertimbangkan besar kecilnya

debit gas buang yang terjadi. Dalam perancangan saluran gas buang, diusahakan

agar gas buang dapat mengalir keluar dengan lancar. Perlu diperhatikan juga,

penempatan lubang keluar dari gas buang, harus dipilih sedemikian rupa agar

tidak mengganggu pengguna dari water heater. Suhu gas buang akan

menguntungkan jika suhu gas buang hampir sama dengan suhu udara atau tidak

begitu besar perbedaannya antara suhu gas buang dengan suhu udara. Semakin

kecil perbedaan kalor yang diberikan sumber pemanas, maka semakin banyak

kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu air. Oleh karena itu, dalam

perancangan dan pembuatan saluran gas buang, diusahakan sedemikian rupa

Page 26: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

10

sehingga tidak banyak energi yang terbuang secara percuma. Ukuran lubang dan

posisi lubang keluaran sangat menentukan besarnya suhu gas asap yang keluar

dari water heater.

Perancangan saluran gas buang ternyata juga menentukan nyala api

pembakaran yang dihasilkan. Jika saluran gas tidak terancang dengan baik,

misalnya gas buang tidak dapat keluar maka tekanan gas buang yang dihasilkan

akan dapat menyebabkan api terdorong keluar dari ruang bakar. Api tidak

berfungsi dengan baik untuk memanaskan air. Tentunya dalam perancangan ini

dibutuhkan nyala api yang mampu memindahkan kalor yang besar ke dalam air.

2.1.5. Sumber Api

Sumber nyala api dapat diambil dari kompor. Ada berbagai macam

kompor dengan bentuk geometri dan bahan bakar kompor yang berbeda. Bahan

bakar kompor juga menentukan titik nyala api. Ada kompor yang mampu

memberikan api yang besar tetapi ada pula yang mampu memberikan api yang

kecil. Pada kenyataannya setiap kompor menghasilkan bentuk dan besar api yang

khas. Semakin banyak api yang mampu dihasilkan kompor dan api yang mampu

menyentuh sistem saluran pipa air dengan siripnya, tentu akan semakin besar

kalor yang dapt dipindahkan ke dalam air melalui saluran pipa air. Dengan

catatan proses pembakaran yang terjadi dalam peralatan water heater

berlangsung dengan sempurna. Berikut ini adalah contoh sumber api berbahan

bakar gas LPG yang terdapat di pasaran, tersaji pada Gambar 2.1, Gambar 2.2,

Gambar 2.3.

Page 27: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

11

Gambar 2.1 Kompor gas dengan regulator Savequam

Gambar 2.2 Kompor gas tungku besar

Gambar 2.3 Kompor Quantum RT

Page 28: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

12

2.1.6. Isolator

Isolator diperlukan agar kalor hasil pembakaran bahan bakar tidak banyak

keluar dari pemanas air. Oleh karena itu tabung dalam, dimana ruangan di dalam

tabung dalam digunakan untuk proses pembakaran, maka sebaiknya permukaan

sebelah luar dari tabung dalam diberi isolasi agar kalor hasil pembakaran tidak

keluar. Ada banyak macam isolasi. Udara adalah salah satu isolator panas yang

cukup murah dan mudah didapat. Jika dipergunakan udara sebagai isolator, maka

pemasukan udara untuk keperluan pembakaran dapat melalui lubang – lubang

yang dibuat di dinding tabung dalam.

Tabel 2.3 Konduktifitas termal beberapa media (Sumber :

http://www.scribd.com/doc/61109210/BAB-II-Termal)

Media Konduktifitas Termal (k)

W/m.ºC

Gabus 0,042

Wol 0,040

Kayu 0,08-0,016

Bata 0,84

Busa 0,024

Udara 0,023

2.1.7. Laju Aliran Kalor

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

dapat dihitung dengan persamaan :

oiaira ira ir TTcmq ....................................... (2.1)

a irm = mud

)4

.(

2 ............................................... (2.2)

Page 29: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

13

Pada persamaan (2.1) dan (2.2) :

a irq : laju aliran kalor yang diterima air, watt

a irm : debit air, liter/menit

a irc : kalor jenis air, J/kgΔC.

Ti : suhu air masuk water heater, ΔC

To : suhu air keluar water heater, ΔC.

mu : kecepatan rata-rata fluida mengalir, m /s

: massa jenis fluida yang mengalir, kg/3m

d : diameter dalam pipa, m

Gambar 2.4 Laju aliran kalor

2.1.8. Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas

Kalor yang diberikan gas dapat dihitung dengan persamaan :

ga sq = gasgasCm ………………………….(2.3)

Page 30: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

14

Pada persamaan (2.3) :

gasm = laju aliran masa gas elpiji yang terpakai (kg/s)

gasC = kapasitas panas gas elpiji ( J/kg), (1kkal = 4186,6 J), tersaji pada

Tabel 2.I

2.1.9. Efisiensi

Efisiensi water heater dapat dihitung dengan persaman (2.4)

%100xq

q

gas

a ir ……………………….…….(2.4)

Pada persamaan (2.4) :

: Efisiensi water heater (%)

a irq : Laju aliran kalor yang diterima air, watt

ga sq : Laju aliran kalor yang diberikan gas, watt

2.2. REFERENSI

Kegiatan rekayasa dan pengembangan water heater untuk memenuhi

kebutuhan masyarakat berkembang pesat. Water heater yang ditawarkan

dipasaran bermacam – macam dari model bentuk, kapasitas air yang mengalir,

dan juga sumber bahan bakar yang digunakan. Sumber bahan bakar yang

digunakan dalam water heater misalnya, LPG, energi listrik, energi matahari,

biogas, dan masih banyak lagi. Untuk kapasitas air per menit juga bervariasi,

rata–rata water heater yang dijual di pasaran berkapasitas 5 – 8 L/menit,

Page 31: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

15

biasanya digunakan dalam rumah tangga, sedangkan untuk kapasitas yang lebih

besar biasanya digunakan di hotel ataupun apartemen.

Referensi pembanding untuk pembuatan water heater bahan bakar gas

LPG adalah water heater merk Wasser (WH506A - LPG), water heater Rinnai

REU-55RTB, dan water heater Heating Equipment JLG30-BV6 yang

karakteristiknya adalah sebagai berikut :

a. Water Heater Gas Low Pressure Wasser (WH506A - LPG)

Gambar 2.5 Water heater Wasser (WH506A - LPG)

Nama Produk : Wasser

Negara Pembuat : Jepang

Spesifikasi

Model : WH506A

Warna : Putih

Kapasitas maksimum : 5 L/menit

Dimensi : 402 x 270 x190 mm

Page 32: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

16

Tekanan air : 0,2 kgf/cm2 (minimuim)

Konsumsi Gas : 0.46 kg/jam

Temperatur maksimum : 65°C

b. New Model 12L/min (3.2Gal) LPG Gas Tankless Water Heater

Gambar 2.6 New Model 12L/min (3.2Gal) LPG Gas Tankless Water Heater

Nama Produk : New Model 12L/min (3.2Gal)

Negara Pembuat : America

Spesifikasi

Model : V1200

Berat : 7.6 kg

Gas Input : 1,8 kg/jam

Dimensi Luar : 430 x 200 x 705 mm

Efisiensi Thermal : ≥80.6%

Kapasitas Maksimum : 12 L/menit

Page 33: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

17

Tekanan gas : 2800 Pa

Tekananan Air Minimum : 0.025MPa

Temperatur Maksimum : 25 - 65 °C

Tipe Gas : LPG

c. Water Heater HRPY-2

Gambar 2.7 Water heater Heating Equipment JLG30-BV6

Negara Pembuat : China

Nama Produk : HAODI

Spesifikasi

Model : JLG30-BV6

Berat : 39 kg

Dimensi Luar : 595 mm x 330 mm x 230 mm

Kapasitas maksimum : 6 L/menit

Page 34: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

18

Panas maksimum : ±90%

Temperatur Maksimum : 40°C - 80°C

Tipe Gas : LPG

Page 35: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

19

BAB III

RANCANGAN, PEMBUATAN, DAN HASIL PEMBUATAN WATER HEATER

3.1. RANCANGAN WATER HEATER

Gambar rancangan water heater dengan menggunakan bahan seng dan pipa

tembaga, disajikan pada Gambar 3.1 sampai Gambar 3.5. Gambar 3.1

memperlihatkan rancangan water heater, Gambar 3.2 memberikan informasi tentang

lengkungan pipa dan diameternya, Gambar 3.3 memberikan informasi tentang

penutup bagian atas, Gambar 3.4 memperlihatkan water heater tampak dari bawah,

dan Gambar 3.5 memperlihatkan tinggi water heater dari luar.

Gambar 3.1 Rancangan water heater

Page 36: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

20

Gambar 3.2 Lengkungan pipa

Gambar 3.3 Penutup water heater

Gambar 3.4 Water heater tampak dari bawah

Page 37: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

21

Gambar 3.5 Water heater tampak dari luar

Cara Kerja dari water heater ini sebenarnya sangat sederhana yaitu sama

seperti memasak air. Perbedaanya adalah terletak pada kondisi / keadaan air yang

dipanaskan. Pada water heater, air yang dipanaskan mengalir secara terus menerus.

Sebenarnya masih banyak bahan yang memiliki nilai konduktor termal lebih tinggi

dibandingkan tembaga seperti emas dan perak. Akan tetapi jika dilihat dari segi

ekonomi, tembaga lebih murah dibandingkan emas dan perak.

Mekanisme perpindahan kalor yang terjadi pada water heater yaitu

perpindahan kalor secara konduksi dan perpindahan kalor konveksi. Proses yang

terjadi pada saat nyala api menyentuh pipa tembaga, dari pangkal pipa dan

memindahkan panasnya ke seluruh lengkungan pipa, proses ini disebut perpindahan

kalor secara konduksi dan perpindahan panas secara konveksi terjadi dari pipa

tembaga ke air yang mengalir

Page 38: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

22

3.2. PEMBUATAN WATER HEATER

3.2.1. Bahan Water Heater

a. Pipa tembaga dengan diameter dalam pipa 0,9525 cm sebagai saluran air

b. Kawat besi sebagai pengikat tembaga

c. Seng sebagai body water heater

3.2.2. Sarana dan Alat-Alat yang Digunakan

Sarana dan alat-alat yang digunakan untuk proses pembuatan pemanas air ini

adalah:

a. Mesin bor, digunakan untuk membuat lubang saluran udara yang berada di sisi luar

tabung.

b. Alat penekuk plat, digunakan untuk menekuk lempengan seng.

c. Palu, digunakan saat membuat lubang saluran udara dibagian tabung dalam.

d. Gunting, digunakan untuk memotong seng.

e. Tang, digunakan saat memasang sirip pipa tembaga dengan lengkungan pipa

tembaga.

f. Obeng (- , +), untuk mengencangkan selang yang dipasang di saluran masuk dan

keluar.

g. Penggaris, digunakan saat menggaris agar lebih mudah saat memotong seng.

h. Paku, digunakan untuk membuat lobang saluran udara di tabung dalam.

i. Kawat besi, mengikat atau menyambungkan pipa tembaga dengan lengkungan pipa.

j. Jangka, untuk membuat lingkaran pada seng sebelum dipotong.

k. Alat pembengkok, untuk membengkokkan pipa.

Page 39: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

23

l. Alat pemotong, digunakan untuk memotong pipa tembaga.

3.2.3. Langkah-Langkah Pengerjaan

3.2.3.1. Persiapan

Sebelum memulai pembuatan water heater, terlebih dahulu harus

melakukan persiapan yaitu :

a. Menyiapkan rancangan water heater

Dalam merancang pembuatan desain water heater dapat dilakukan dengan

menggambar instalasi tersebut dengan gambar tangan atau menggunakan

software-software yang mendukung.

b. Menyiapkan alat-alat dan bahan

Setelah rancangan water heater sudah selesai maka kita dapat menentukan

bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan water heater lalu

membelinya.

c. Menyiapkan keperluan lainnya

Membeli alat-alat lainnya selain alat yang digunakan untuk membuat

pemanas air dan meminta izin atas peminjaman alat di laboratorium.

3.2.3.2. Pengerjaan

Dalam pelaksanaan pembuatan water heater banyak hal-hal yang harus

dilakukan yaitu :

Page 40: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

24

a. Melengkungkan pipa

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.

Gambar 3.6 Alat pembengkok dan pemotong pipa

Page 41: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

25

Gambar 3.7 Lengkungan pipa

b. Memotong pipa tembaga

Memotong pipa tembaga sesuai dengan ukuran yang telah dirancang

sebelumnya.

Gambar 3.8 Pipa tembaga sebelum dipotong

Page 42: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

26

c. Membuat tabung

Bahan yang digunakan dalam pembuatan tabung adalah seng.

Gambar 3.9 Tabung bagian luar

d. Membuat tabung bagian dalam

Plat yang digunakan sebagai penutup bagian dalam adalah seng. Tabung

bagian dalam ini berfungsi sebagai isolator agar panas yang dihasilkan tidak

hilang ke samping.

Gambar 3.10 Tabung bagian dalam sebelum dibentuk

Page 43: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

27

Gambar 3.11 Penampakan tabung bagian dalam

e. Membuat penutup bagian luar bagian atas

Bahan yang digunakan untuk membuat penutup bagian atas masih sama yaitu

menggunakan seng. Fungsi dari penutup atas ini adalah sebagai penutup saja

dan apabila nanti jika dalam percobaan suhu yang dihasilkan tidak sesuai

dengan apa yang di inginkan maka penutup bagian atas ini dapat dilepas agar

suhu naik.

Gambar 3.12 Penutup bagian atas

Page 44: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

28

f. Membuat saluran udara

Dalam proses pembakaran sangat diperlukan oksigen, oleh karena itu maka

dibuatlah lubang saluran udara, agar kalor yang dihasilkan bisa lebih

maksimal. Selain itu, lubang ini juga berfungsi sebagai saluran gas buang.

Gambar 3.13 Lubang saluran udara

g. Pemasangan kompor

Pada tahap ini, hanya proses penginstalan kompor dan tungkunya saja

disesuaikan, sehingga bentuk dari kompor tidak banyak mengalami perubahan

hanya bagian belakang kompor dipotong untuk mengurangi ukuran atau besar

dari kompor.

Page 45: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

29

3.3. HASIL PEMBUATAN

Gambar 3.19 memberikan informasi tentang water heater yang sudah

disatukan.

. Gambar 3.14 Water heater

3.3.1. Kesulitan dalam Pengerjaan

a. Pembuatan tabung seng dimana penyambungan seng ini harus diikat dengan mur

dan baut, proses ini tidak bisa dilakukan sendiri.

b. Pembentukan pipa spiral, dimana kami mengalami kesulitan pada saat

melengkungkan pipa agar berbentuk spiral.

Page 46: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

30

BAB IV

METODOLOGI PENELITIAN

4.1. SKEMATIS PENGUJIAN

Skematis pengujian pada water heater disajikan pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Skema rangkaian alat

Untuk mengalirkan air menuju alat water heater diperlukan adanya air

dan kran. Kran digunakan sebagai pengatur jumlah debit air yang digunakan

untuk mengaliri air ke water heater. LPG digunakan sebagai bahan bakar

kompor untuk memanasi air yang mengalir di dalam water heater. Untuk

mengukur suhu air masuk ( input ) dan suhu air keluar menggunakan termokopel

digital.

Page 47: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

31

4.2. VARIASI PENELITIAN

Variasi dilakukan terhadap besar kecilnya debit air yang masuk ke dalam

pemanas air dengan debit gas yang konstan pada pemanas air.

4.3. PERALATAN PENGUJIAN

Pada pengujian water heater, diperlukan beberapa alat bantu, adapun

peralatan tersebut adalah:

a. Thermokopel, sebagai alat pengukur suhu fluida yang keluar.

b. Kompor dan gas LPG, sebagai pengatur debit gas sekaligus menjadi

penyuplai kalor.

c. Kran, sebagai pengatur debit air.

d. Selang air, sebagai penyambung dari kran ke pipa tembaga masuk water heater.

e. Mur dan baut / kawat, sebagai pegunci.

f. Selang karet, sebagai penyambung dari gas ke kompor.

g. Kalkulator dan alat tulis,digunakan untuk menulis dan mengolah data.

h. Penyangga,sebagai tumpuan water heater.

i. Stopwatch, sebagai penunjuk waktu.

j. Gelas ukur, sebagai tempat penampung fluida dan juga pengukur banyaknya

air permenit.

Page 48: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

32

Gambar 4.2 Tabung gas

Gambar 4.3 Termokopel, kalkulator, alat tulis dan kompor

Gambar 4.4 Gelas ukur

Page 49: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

33

4.4. CARA MEMPEROLEH DATA

Data debit air diperoleh dengan mengukur debit air yang mengalir

mempergunakan gelas ukur dan stopwatch. Banyaknya air yang mengalir setiap

menit dicatat setiap ada perubahan debit. Pengukuran suhu air dilakukan dengan

memasang termokopel pada sisi keluar water heater. Suhu air dicatat setiap ada

perubahan debit air.

4.5. CARA MENGOLAH DATA

Dengan data-data yang diperoleh, maka data dapat diolah. Data - data

kemudian dipergunakan untuk mengetahui :

a. Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar dari water heater.

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

c. Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater.

Perhitungan laju aliran kalor dilakukan dengan mempergunakan

persamaan (2.1). Untuk memudahkan mendapatkan kesimpulan data-data

disajikan dalam bentuk grafik.

4.6. CARA MENYIMPULKAN

Menyimpulkan persamaan hubungan antara debit air dengan suhu air dari

pemanas air dapat dilakukan dengan mempergunakan fasilitas dari Microsoft

Office Excel 2007.

Page 50: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

34

BAB V

HASIL PENGUJIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

5.1. HASIL PENGUJIAN

Hasil pengujian pemanas air yang meliputi : debit air, suhu air masuk

(Ti), suhu air keluar (To) disajikan pada Tabel 5.1. Pengujian dilakukan pada

kondisi tekanan udara luar. Aliran gas pada kompor gas diposisikan pada posisi

maksimum. Air yang dipergunakan adalah air kran.

Tabel 5.1 Hasil Pengujian Pemanas Air

No Debit air

(liter/menit) Suhu air

masuk T (ΔC) Suhu air

keluar T (ΔC) ∆T (ΔC)

1 11 27 42,5 15,5

2 10,4 27 43,3 16,3

3 9 27 44,3 17,3

4 8,16 27 47,1 20,1

5 6,24 27 52 25

6 5,04 27 57 30

7 3,96 27 62,1 35,1

8 3,24 27 68,4 41,4

9 2,4 27 86,5 59,5

10 1,8 27 99,7 72,7

5.2. PERHITUNGAN

Perhitungan kecepatan air rata rata (um), laju aliran massa air (m) dan laju

aliran kalor (q) yang diserap air dilakukan dengan mempergunakan data-data

seperti tersaji pada Tabel 5.1. Data lain yang dipergunakan adalah :

Jari jari dalam pipa saluran (r) : 0,004765 m (0,1875979 inch)

Massa jenis air (と) : 1000 kg/m3

Page 51: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

35

Kalor jenis air (cp) : 4179 J/(kgoC)

Laju aliran massa gas (mgas) : 0,55 kg/30 menit = 1,1 kg/jam

5.2.1. Perhitungan Kecepatan Air Rata-Rata um

Perhitungan kecepatan air rata rata (um) yang mengalir di dalam saluran

pipa air mempergunakan persamaan :

smr

airdebit

pipapenampangluas

airdebitum /

2

…………………….(5.1)

Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 11 liter/menit (data lain

pada Tabel 5.1). Satuan debit air dijadikan dalam satuan m3/s.

sm

s

mx

menit

literairdebit /000183,0

60

101111 333

…………....(5.2)

Catatan : 1 liter = 1 dm3 = 10

-3 m

3.

Kecepatan air rata rata( um)

2r

airdebitum

....................................................................................(5.3)

sm

mx

smum

/57,2

004765,014,3

/000183,022

3

Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap disajikan pada

Tabel 5.2.

5.2.2. Perhitungan laju aliran massa air, mair

Page 52: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

36

Perhitungan laju aliran massa air mair di dalam saluran pipa air

mempergunakan persamaan (2.2):

airkecepapenampangluasjenismassamair tan

mur 2

..............................................................................(5.4)

Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 11 liter/menit (data lain

pada Tabe 5.1), laju aliran massanya adalah:

skgxmair /57,2004765,014,31000 2

skg /183,0

Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap disajikan pada

Tabel 5.2.

5.2.3. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air 圭

Perhitungan laju aliran kalor yang diserap oleh air di dalam saluran pipa

mempergunakan persamaan :

a irq wattTTairjeniskalormassalajualiran inout

wattTTcm inoutairair .

............................................................(5.5)

Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 11 liter/menit atau pada

laju aliran massa m air = 0,183 kg/s. (data lain pada Tabel 5.2)

ikjqair det/275,424179183,0

watt

watt

7,11853

)5,15)(757,764(

Catatan : 1 watt = J/s

Page 53: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

37

5.2.4. Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas

Untuk mendapatkan laju aliran massa gas, dilakukan penimbangan

tabung gas selama pemakaian dalam setiap 30 menit. Perhitungan laju aliran

kalor yang diberikan oleh gas di luar saluran pipa mempergunakan persamaan

(2.3):

qgas = (laju aliran massa gas) (kalor jenis gas) watt .........................(5.6)

qgas )6,4186.11900)).(60.30/(55,0(

watt94,15222

5.2.5. Efisiensi

Perhitungan Efisiensi kompor gas dapat menggunakan persamaan :

%100xq

q

gas

a ir……………...…………………………………….(5.7)

%10094,15222

7,11853x

%87,77

Efisiensi alat pemanas adalah perbandingan antara besarnya laju aliran kalor yang

diterima air dengan laju aliran kalor yang diberikan gas.

Page 54: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

38

Hasil perhitungan lain untuk data yang lain secara lengkap disajikan pada Tabel 5.2.

Tabel 5.2 Perhitungan a irm dan a irq

No Tin

(°C)

Tout

(°C) 〉T

Da

(L/m) um

mair

(kg/s)

qair

(watt)

qgas

(watt)

Efisiensi

(さ)

1 27 42,5 15,5 11 2,88 0,18 11875,3 15222,94 78,01

2 27 43,3 16,3 10,4 2,73 0,17 11807,1 15222,94 77,56

3 27 44,3 17,3 9 2,34 0,15 10844,5 15222,94 71,24

4 27 47,1 20,1 8,16 2,14 0,14 11423,7 15222,94 75,04

5 27 52 25 6,24 1,63 0,1 10865,4 15222,94 71,37

6 27 57 30 5,04 1,32 0,08 10531,1 15222,94 69,18

7 27 62,1 35,1 3,96 1,04 0,07 9681,1 15222,94 63,59

8 27 68,4 41,4 3,24 0,85 0,05 9342,6 15222,94 61,37

9 27 86,5 59,5 2,4 0,63 0,04 9946 15222,94 65,33

10 27 99,7 72,7 1,8 0,47 0,03 9114,4 15222,94 59,87

Dari Tabel 5.2 Hubungan debit air dengan suhu air yang keluar dapat dibuat

dan hasilnya disajikan pada Gambar 5.1. Hubungan antara debit air dengan laju aliran

kalor pemanas air dapat dibuat dan hasilnya disajikan dalam bentuk grafik pada

Gambar 5.2. Gambar 5.3 memberikan informasi tentang hubungan efisiensi water

heater dengan debit air

Page 55: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

39

Gambar 5.1 Hubungan debit air dengan suhu air keluar pada suhu air input 27°C

Gambar 5.2 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air pada suhu air input 27 °C

Tout = 124,64 DA-0,466

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

To

ut (

°C)

DEBIT AIR (DA)

(Liter/menit)

qair= -7,9546 DA2 + 381,98 DA + 8582,7

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

qa

ir (

wa

tt)

Debit Air (DA)

(Liter/menit)

Page 56: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

40

Gambar 5.3 Hubungan debit air dengan efisiensi water heater pada suhu air input 27 °C

Efisiensi (唾) = -0,0523 DA2 + 2,5092 DA + 56,38

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Efi

sie

nsi

(唾)

Debit Air (DA)

(Liter/detik)

Page 57: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

41

5.3. PEMBAHASAN

Dari Gambar 5.1 dapat diperoleh informasi bahwa debit air berpengaruh

terhadap suhu keluar dari water heater. Semakin besar debit air, suhu air yang

keluar semakin rendah. Hubungan tersebut dinyatakan dengan persamaan:

Tout = 124,64 DA-0,466

Persamaan tersebut, berlaku untuk 1,8 liter/menit < DA < liter/menit pada

tekanan udara luar saat itu (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 27°C. Suhu

keluar water heater dinyatakan dengan Tout dan debit air dinyatakan dengan DA.

Hasil rancangan water heater yang telah dibuat dapat bersaing dengan

water heater yang berada di pasaran. Water heater yang dibuat mampu

menghasilkan suhu air keluar sebesar 42,5°C pada debit : 11 liter/menit. Di

pasar, water heater dengan debit 6 liter/menit, suhu air keluar dari water heater

berkisar antara 40-80°C.

Dari Gambar 5.2 nampak bahwa besarnya laju aliran kalor yang

diterima air bergantung pada debit air yang mengalir. Semakin besar debit air

yang mengalir, semakin besar laju aliran kalor yang diterima air. Hubungan

antara laju aliran kalor a irq (dalam watt) dengan debit air (dalam liter/menit),

dapat dinyatakan dengan persamaan :

qair= -7,9546 DA2 + 381,98 DA + 8582,7

Page 58: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

42

Persamaan tersebut, berlaku untuk 1,8 Liter/menit < DA < 11 liter/menit

pada tekanan udara luar saat (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 27°C. nilai

a irq paling tinggi pada debit setelah 10,4 liter/menit.

Dari Gambar 5.3 nampak bahwa besarnya efisiensi water heater

bergantung pada debit air yang mengalir. Hubungan antara efisiensi water heater

(dalam %) dengan debit air (mair dalam liter/menit), dapat dinyatakan dengan

persamaan :

Efisiensi (さ) = -0,0523 DA2 + 2,5092 DA + 56,38

Persamaan tersebut, berlaku untuk 1,8 Liter/menit < a irm < 11 Liter/menit

pada tekanan udara luar saat itu (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 27°C.

Nilai efisiensi water heater berkisar antara 59,87 - 78,01 %. Nilai efisiensi

terbesar sebesar 78,01 %. Efisiensi water heater yang dibuat tidak dapat

mencapai 100 %. Hal ini disebabkan karena adanya kalor hilang melalui radiasi,

ataupun terbawa gas buang. Gas buang memiliki suhu yang lebih tinggi daripada

udara luar ketika masuk water heater, juga adanya kalor yang terhisap oleh

tabung sehingga suhu tabung lebih tinggi dari keadaan awal.

Untuk keperluan mandi pada umumnya suhu air yang dipergunakan

sebesar 38-39 °C (untuk orang dewasa). Jika mempergunakan water heater hasil

rancangan, maka debit yang dihasilkan alat water heater lebih besar dari 11

liter/menit.

Page 59: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

43

BAB VI

PENUTUP

6.1. KESIMPULAN

Dari penelitian yang dilaksanakan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan

sebagai berikut :

a. Water Heater telah berhasil dibuat dengan baik dan menghasilkan temperatur 42

oC pada debit 11 liter/menit sehingga mampu bersaing dengan Water Heater yang

dijual dipasaran.

b. Hubungan antara debit air (DA) yang masuk dengan temperatur air yang keluar

dinyatakan dengan persamaan :

T input = 27oC

T out = 124,64 DA-0,466

c. Kalor yang diterima air dari Water Heater dinyatakan dengan

qair = -7,9546 DA2 + 381,98 DA + 8582,7

d. Kalor yang diterima air dari Water Heater dinyatakan dengan persamaan :

T input = 27oC

qair = -7,9546 DA2 + 381,98 DA + 8582,7

e. Kalor yang diberikan gas LPG sebesar = 15222,94 watt

f. Menghitung debit air masuk dengan efisiensi Water Heater dinyatakan dengan

persamaan :

Efisiensi (さ) = -0,0523 DA2 + 2,5092 DA + 56,38

Page 60: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

44

6.2. SARAN

Adapun beberapa saran yang dapat menjadi pengembangan dan perbaikan di

beberapa sisi yang menjadi kekurangan, yaitu :

a. Konstruksi pipa agar lebih sesuai dengan konstruksi sumber panas sehingga

panas yang diserap pipa semakin optimal

b. Terdapat isolator panas dibeberapa sisi luar untuk meminimalisir kalor yang

terbuang

c. Perhitungan lubang gas buang yang tepat sesuai dengan kebutuhan sehingga

lubang gas buang tidak jauh melebihi kebutuhan sehingga dapat meminimalisir

panas yang terbuang

d. Konstruksi casing yang tepat dan lebih proporsional sehingga udara yang masuk

kedalam casing sesuai kebutuhan

e. Menggunakan bahan baku dengan nilai konduktivitas termal yang lebih tinggi

namun dengan biaya yang cukup ekonomis

Page 61: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

45

DAFTAR PUSTAKA

Holman, J.P, 1993, Perpindahan Kalor, Edisi Keenam, Erlangga: Jakarta

Anonim, http://www.scribd.com/doc/61109210/BAB-II-Termal Diakses : 21

Oktober 2012.

Anonim, http://infoharga.detikpos.net/2011/09/daftar-harga-kompor-gas-

quantum.html Diakses : 12 November 2012.

Anonim, http://teknindogas.wordpress.com/2010/05/25/kompor-gas-tungku-

besar-rp-300-000/ Diakses : 12 November 2012.

Anonim, http://www.alibaba.com/products/lpg_water_heater/--

60703.html?tracelog=detail_sn_cat Diakses : 21 Oktober 2012.

Anonim, http://mengerjakantugas.blogspot.com/2010/11/teori-perpindahan-

panas-konduksi.html Diakses : 21 Desember 2012.

Anonim, http://tokopompaair.com/water-heater/wasser-wh-506a-lpg/ Diakses :

21 Februari 2013

Anonim, http://www.ebay.com/bhp/lpg-tankless-water-heater Diakses : 21

Februari 2013

Anonim, http://waterheaterwika.blogspot.com/2012/07/jenis-jenis-water-

heater.html Diakses : 26 Februari 2013

Page 62: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

46

LAMPIRAN

Beberapa Tabel dan Daftar ( sumber: Holman. J.P. 1993. Perpindahan kalor )

Page 63: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

47

Page 64: WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METERrepository.usd.ac.id/30267/2/085214055_full[1].pdf · Water heater yang dibuat memiliki dimensi tinggi 90 cm, diameter pada dinding

48