i

PEMANAS AIR DENGAN PANJANG PIPA 25 METER

DAN JUMLAH LUBANG INPUT UDARA

TABUNG LUAR 150

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

Diajukan oleh

YOSEP KUWORO ADI

NIM : 085214036

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2013

ii

WATER HEATER WITH THE LENGTH OF THE PIPE

25 METER AND THE NUMBER OF THE AIR INPUT

HOLE OF THE OUTSIDE PIPE 150

FINAL PROJECT

Presented a Partial Fulfillment of the Requidments

For the Degree of Sarjana Teknik In Mechanical Engineering

Submitted by

YOSEP KUWORO ADI

Student Number : 085214036

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

2013

iii

:

iii

iv

iv

v

v

vi

vi

vii

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan hubungan antara debit air yang

mengalir dengan suhu air keluar pemanas air, mendapatkan hubungan antara debit

air dengan laju aliran kalor, mendapatkan suhu air yang dihasilkan dari pemanas

air, menghitung kalor yang diberikan gas LPG dan menghitung efisiensi pemanas

air.Agar kalor yang dihasilkan kompor dapat diserap secara maksimal, maka

dipasang sirip-sirip tembaga yang berfungsi sebagai penyerap kalor dan

mengalirkan kalor yang diterima dari kompor pada pipa tembaga.

Kran digunakan sebagai pengatur jumlah debit air yang digunakan untuk

mengaliri pemanas air.LPG digunakan sebagai bahan bakar kompor untuk

memanasi air yang mengalir di dalam pemanas air. Data debit air diperoleh

dengan cara mengukur volume air yang mengalir mempergunakan gelas ukur dan

stopwatch. Banyaknya air yang mengalir setiap menit dicatat setiap ada perubahan

debit. Pengukuran suhu air dilakukan dengan cara memasang termokopel pada sisi

keluar pemanas air. Suhu air dicatat setiap ada perubahan debit air.

Dengan debit aliran 7,2 liter/menit dihasilkan dengan suhu air yang keluar

sebesar 43,4°C . Laju aliran kalor untuk penelitian water heater ini adalah

11571,65 watt pada debit air 4,26 liter/menit.Suhu air terbesar yang dihasilkan

dari penelitian water heater ini adalah 80,3°C, pada debit air 1,56 liter/menit, pada

tekanan udara luar (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 28,1°C. Kalor yang

diterima air dari pemanas air berkisar antara 5518,79 – 11571,65 watt. Untuk

jumlah kalor terbesar sebesar 11571,65 watt.Kalor yang diberikan gas LPG

sebesar 14530,99 watt. Untuk efisiensi terbesar adalah 79,63 % pada debit air

4,26 liter/menit.

viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas

berkat, rahmat dan bimbinganNya selalu, hingga terselesaikannya penyusunan

Tugas Akhir, yang berjudul “Pemanas Air dengan panjang pipa 25 meter dan

jumlah lubang input udara tabung luar 150” ini. Tugas Akhir ini, membahas

mengenai garis besar tentang pembuatan dan karakteristik Pemanas Air.Pemanas

Air ini diharapkan dapat digunakan sebagai salah satu alat yang dapat digunakan

di kehidupan sehari-hari sebagai pemanas air untuk keperluan mandi dan juga

bermanfaat bagi kegiatan produksi dalam skala industri. Dalam pemilihan bahan

dan ukuran, penulis menggunakan acuan Standar SI.

Dalam penulisan laporan ini penulis mendapatkan bantuan dari berbagai

pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan terima

kasih kepada :

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

dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

2. Ir. PK. Purwadi, M.T. selaku Dosen Pembimbing TA dan selaku Ketua

Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas

Sanata Dharma.

3. Seluruh Dosen dan karyawan Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains

dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

ix

4. Kedua orang tua saya tercinta, Ibu Yulia Sri Wahyuningsih dan Bapak

Agustinus Eko Ardianto yang telah memberi dukungan, baik material

maupun spiritual hingga saat ini.

5. Laras Arum Sekarini yang telah memberikan semangat, dukungan dan doa.

6. Rekan-rekan mahasiswa Prodi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

7. Semua pihak yang sudah membantu yang tidak dapat disebutkan satu-persatu.

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 Akhir ini dapat

bermanfaat bagi para pembaca pada umumnya.Terima kasih.

Yogyakarta, 18 Desember 2013

Penulis,

x

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i

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

HALAMAN PERSETUJUAN ....................................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................ iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .................................... v

HALAMAN PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ................................... vi

ABSTRAK ...................................................................................................... vii

KATA PENGANTAR .................................................................................... viii

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

DAFTAR TABEL ........................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xiii

DAFTAR NOTASI ......................................................................................... xv

BAB I PENDAHULUAN .......................................................................... 1

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

1.2 Tujuan ...................................................................................... 4

1.3 Batasan Masalah ...................................................................... 4

1.4 Manfaat .................................................................................... 5

BAB II DASAR TEORI .............................................................................. 6

2.1 Dasar Teori .............................................................................. 6

2.1.1 Saluran Air ................................................................... 6

2.1.2 Sirip .............................................................................. 7

2.1.3 Bahan Bakar ................................................................. 8

2.1.4 Kebutuhan Udara ......................................................... 13

2.1.5 Saluran Gas Buang ...................................................... 15

2.1.6 Sumber Api .................................................................. 16

2.1.7 Isolator ......................................................................... 18

2.1.8 Laju Aliran Kalor ......................................................... 19

2.1.9 Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas ........................ 19

2.1.10 Efisiensi ....................................................................... 20

2.2 Referensi ................................................................................. 20

BAB III METODE PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ..................... 24

3.1 Rancangan Alat Water Heater ................................................. 24

xi

3.2 Pembuatan Water Heater ......................................................... 28

3.2.1 Bahan Water Heater ..................................................... 28

3.2.2 Sarana dan Alat-alat yang Digunakan ......................... 29

3.2.3 Langkah-langkah Pengerjaan ....................................... 30

3.2.3.1 Persiapan .......................................................... 30

3.2.3.2 Pengerjaan ........................................................ 30

3.3 Hasil Pembuatan ...................................................................... 40

BAB IV METODOLOGI PENELITIAN ..................................................... 41

4.1 Skematis Pengujian ................................................................. 41

4.2 Variasi Penelitian ........................................................................ 42

4.3 Peralatan Pengujian dan Bahan ................................................... 42

4.4 Cara Memperoleh Data ............................................................ 44

4.5 Cara Mengolah Data ................................................................ 44

4.6 CaraMenyimpulkan ................................................................. 44

BAB V KARAKTERISTIK WATER HEATER ........................................ 45

5.1 Hasil Pengujian ........................................................................ 45

5.2 Perhitungan .............................................................................. 45

5.2.1 Perhitungan Kecepatan Air rata-rata um ...................... 46

5.2.2 Perhitungan Aliran Massa Air Q ................................. 46

5.2.3 Perhitungan Laju Aliran Kalor yang diterima Air ....... 47

5.2.4 Perhitungan Laju Aliran Kalor yang diberikan Gas .... 47

5.2.5 Efisiensi ....................................................................... 48

5.3 Pembahasan ............................................................................. 50

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................... 52

6.1 Kesimpulan .............................................................................. 52

6.2 Saran ........................................................................................ 52

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN .................................................................................................... 55

A. Nilai Sifat-Sifat Logam ..................................................................... 55

B. Nilai Sifat-Sifat Logam (Lanjutan 1) ................................................ 56

C. Nilai Sifat-Sifat Logam (Lanjutan 2) ................................................ 57

D. Daftar Konduktifitas Termal Berbagai Bahan .................................. 58

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Daya Pemanasan dan Efisiensi Alat Masak dengan Gas LPG

dan Bahan Bakar Lainnya ............................................................ 13

Tabel 2.2 Komposisi Udara dalam Keadaan Normal ................................... 14

Tabel 2.3 Konduktifitas Termal Beberapa Media ........................................ 18

Tabel 5.1 Hasil Pengujian Pemanas Air ....................................................... 45

Tabel 5.2 Perhitungan airm dan airq ............................................................. 48

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Grafik Efisiensi Sirip Siku Empat dan Segitiga ...................... 8

Gambar 2.2 Grafik Efisiensi Sirip Siku Empat ........................................... 8

Gambar 2.3 Kompor Gas Quantum ............................................................. 17

Gambar 2.4 Kompor Gas Tungku Besar ..................................................... 17

Gambar 2.5 Kompor Gas dengan Regulator ............................................... 17

Gambar 2.6 Laju Aliran Kalor .................................................................... 19

Gambar 2.7 Water HeaterModena GI-6 ...................................................... 21

Gambar 2.8 Water Heater Wasser .............................................................. 22

Gambar 2.9 Water HeaterRinnai REU-55RTB .......................................... 23

Gambar 3.1 Rancangan Water Heater ........................................................ 24

Gambar 3.2 Lengkungan Pipa ..................................................................... 25

Gambar 3.3 Lengkungan dan Sirip Water Heater ....................................... 25

Gambar 3.4 Sirip Water Heater .................................................................. 26

Gambar 3.5 Penutup Water Heater ............................................................ 26

Gambar 3.6 Water Heatertampak dari Bawah ............................................ 27

Gambar 3.7 Water Heatertampak dari Luar ................................................ 27

Gambar 3.8 Alat Pembengkok dan Pemotong Pipa .................................. 31

Gambar 3.9 Lengkungan Pipa dan Sirip ..................................................... 31

Gambar 3.10 Pipa Tembaga Sebelum Dipotong ........................................... 32

Gambar 3.11 Pemotongan Pipa Tembaga untuk Sirip .................................. 32

Gambar 3.12 Pipa Tembaga Setelah Dipotong ............................................. 33

Gambar 3.13 Pipa Tembaga Setelah Dipotong dan Diluruskan .................... 33

Gambar 3.14 Proses Pembuatan Lubang dan Tabung Luar .......................... 34

xiv

Gambar 3.15 Tabung Luar Sebelum Dibentuk ............................................. 34

Gambar 3.16 Tabung Bagian Luar ................................................................ 35

Gambar 3.17 Tabung Bagin Dalam Sebelum Dibentuk ................................ 35

Gambar 3.18 Tabung Bagian Dalam ............................................................. 36

Gambar 3.19 Proses Membentuk Penutup Dalam Tabung Atas ................... 36

Gambar 3.20 Penutup Bagian Dalam Tabung ............................................... 37

Gambar 3.21 Proses Membentuk Penutup Tabung Bagian Atas .................. 37

Gambar 3.22 Penutup Bagian Atas ............................................................... 38

Gambar 3.23 Lubang Saluran Udara Dilihat dari Dalam .............................. 38

Gambar 3.24 Lubang Saluran Udara ............................................................. 39

Gambar 3.25 Water Heater ........................................................................... 40

Gambar 4.1 Skema Rangkaian Alat ............................................................ 41

Gambar 4.2 Tabung Gas .............................................................................. 43

Gambar 4.3 Termokopel, Kalkulator, Alat Tulis, dan Kompor .................. 43

Gambar 4.4 Gelas Ukur ............................................................................... 43

Gambar 5.1 Hubungan Debit Air dengan Suhu Air Keluar pada

Suhu Air Input 28,1 °C ............................................................ 49

Gambar 5.2 Hubungan Debit Air dengan Laju Aliran Kalor

yang Diperlukan pada Suhu Air Input 28,1 °C ...................... 49

Gambar 5.3 Hubungan Debit Air dengan Efisiensi Water Heater yang

Diperlukan pada Suhu Air Input 28,1 °C ................................ 50

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Kebutuhan air panas untuk keperluan hidup sehari-hari telah menjadi

kebutuhan primer setiap orang. Air panas tidak hanya sebagai kebutuhan di

rumah, tetapi sudah menjadi standar internasional, baik untuk keperluan hotel,

Rumah Sakit, Apartment, Industri dan lain lain. Gaya hidup manusia terus

mengalami perubahan seiring dengan tuntutan kesibukan yang semakin tinggi.

Tugas tugas di kantor yang semakin menumpuk selalu memaksa kita agar segera

menyelesaikan nya. Karena kesibukan inilah seringkali seseorang menjadi

terlambat untuk membersihkan tubuh atau mandi.Namun sayangnya, mandi pada

waktu yang kelewat malam dengan air dingin sangatlah tidak baik bagi kesehatan.

Selain dinginnya air terkadang tidak nyaman di kulit, mandi di malam hari

bisa memicu masuk angin sampai sakit persendian. Sebaliknya, mandi air hangat

akan membuat kulit terasa nyaman sehingga tubuh lebih rileks. Bahkan mandi

menggunakan air hangat bisa mengurangi kejang otot karena lelah habis kerja

seharian.

Jika anda telah memutuskan untuk mempergunakan pemanas air (water

heater) untuk kebutuhan mandi sehari-hari, penting bagi anda menyadari pilihan

yang tersedia di pasar, kebanyakan orang memiliki kecenderungan untuk

membeversi yang lebih baru dari pemanas air yang mereka pergunakan. Pemilik

rumah harus lebih menyadari bahwa rumah mereka mungkin telah di perluas dan

jumlah orang yang menggunakan pemanas air mungkin telah meningkat. Juga

2

anda mungkin telah menambahkan saluran gas ke rumah anda yang meningkatkan

pilihan anda. Semua perubahan ini akan memainkan peran penting ketika anda

membeli atau mempergunakan pemanas air yang anda akan pakai.

Ketika akan mempergunakan pemanas air, anda harus menentukan pada

sumber energi yang akan anda gunakan untuk daya pemanas. Saat ini ada tiga opsi

energi utama yang dapat anda pilih dari termasuk energi gas, surya dan listrik.

Perlu diketahui juga sebelum memutuskan untuk membeli atau memakai pemanas

airada beberapa kriteria yang harus menjadi pertimbangan, karena masing-masing

tipe pemanas air mempunyai kelebihan dan kekurangan, tentunya hanya anda

sendirilah yang bisa menentukan mau menggunakan tipe mana.

Pertimbangan-pertimbangan yang paling umum biasanya berkisar antara

lain kualitas produk, jenis dan besarnya energi yang di gunakan, kapasitas

kebutuhan volume air panas yang di inginkan, layanan purna jual dan harga

kondisi keuangan anda juga tentunya.

Pemanas air Tenaga Gas LPG (Liquefied Petroleum Gas) atau pemanas air

Tenaga Listrik. Ketiga jenis pemanas air tersebut menggunakan energi yang

berbeda untuk pengoprasiannya, hal itu juga menentukan pemasangan nya,

dimana jenis listrik bisa lebih fleksibel sementara jenis gas sebaliknya,

sedangkan untuk tipe pemanas air tenaga surya lebih membutuhkan ketrampilan

khusus dalam pemasangannya, sehingga membutuhkan tenaga ahli profesional.

Dalam melakukan pekerjaan tersebut arena tidak sembarangan orang juga bisa

memasang jenis pemanas air ini.

3

Pemanas air listrik bentuknya kecil dan mudah di pasang, untuk

kelemahannya bila tekanan air kurang maka air menjadi sangat panas dan tidak

stabil. Apabila ada kerusakan perlu mengganti element listrik dan juga

pertimbangkanlah daya listrik rumah anda, mengingat daya listrik yang

dibutuhkan oleh pemanas air tersebut cukup besar untuk tiap unit nya, pastikan

bahwa daya total listrik di rumah anda mencukupi (apabila tidak mencukupi, anda

harus tambah daya dan pastinya biaya abodemen listrik bulanan yang akan naik

juga menjadi pertimbangan anda).

Untuk pemanas air gas LPG, diperlukan selang pipa untuk suplai gas ke

pemanas air. Tipe pemanas air gas membutuhkan ketelitian ketika harus

mengganti tabung gas dan pengecekan pipa pembuangan hasil pembakaran,

karena pemanas air gas selama beroprasi terjadi proses pembakaran yang merubah

oksigen menjadi karbondioksida akan tetapi banyak ahli menyatakan bahwa gas

LPG memiliki tingkat terendah emisi karbon, menimbulkan sedikit resiko dalam

hal ancaman polusi tanah atau air.

Di sisi lain untuk keuntungan dari pemanas airini 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. Karena hal itu diperlukan rancangan pemanas airberbahan bakar gas

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

Pemanas air Tenaga Surya sangat 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

4

yang rumit (diletakkan di atas atap rumah) dan kemampuanya bergantung pada

banyaknya sinar matahari sehingga terbatas penggunaannya (volume air panas

yang dapat dipergunakan).

Apabila terjadi cuaca yang tidak mendukung, untuk pemanas airjenisini

tidak dapat lagi bisa digunakan terutama di daerah pegunungan dingin yang

sedikit mendapatkan penyinaran matahari.Selain itu, apabila di lihat dari sisi

ekonominya, pemanas air dengan menggunakan tenaga surya lebih mahal

dibandingkan dengan pemanas air lainnya.

1.2 TUJUAN

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. merancang dan membuat pemanas airberbahan bakar gas LPG;

2. mendapatkan hubungan antara debit air yang mengalir dengan suhu air

keluar pemanas air;

3. mendapatkan hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor;

4. menghitung kalor yang diterima air dari pemanas air;

5. menghitung kalor yang diberikan gas LPG;

6. menghitung efisiensi pemanas air.

1.3 BATASAN PERSOALAN

Batas-batas di pembuatan pemanas air adalah:

1. tinggi pemanas air : 75 cm, diameter : 28 cm, dengan panjang pipa tembaga:

25 m, dengan 2 lintasan;

5

2. banyaknya dinding plat : 2 lapis;

3. plat lapis dalam mempunyai banyak lubang dalam dengan diameter : 3 mm

dengan jumlah 380 (setinggi 75 cm) dan, plat luar mempunyai banyak lubang

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

4. bahan pipa tembaga dengan diameter : 0,953 cm = 3/8 inch;

5. pipa bersirip dengan jumlah sirip :16 dan panjang sirip 25 cm;

6. sirip dari pipa tembaga dengan diameter : 0,953 cm.

1.4 MANFAAT

Manfaat dari penelitian ini adalah :

1. memperdalam pengetahuan tentang spesifikasi pembuatan pemanas air;

2. sebagai referensi ke depan bagi para mahasiswa dan masyarakat umum yang

akan membuat pemanas air;

3. dapat bermanfaat dan dipergunakan oleh kalangan masyarakat luas terutama

untuk para pengusaha di bidangpemanas air;

4. dapat memperoleh air panas dengan mudah dan dengan jumlah yang banyak;

5. sebagai kreatifitas mahasiswa untuk berkreasi menciptakan variasi-variasi

dalam pembuatan pemanas air.

6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 DASAR TEORI

2.1.1 Saluran Air

Untuk merancang pipa saluran air, ada beberapa pertimbangan yang harus

di perhatikan, antara lain hambatan pipa saluran air diusahakan kecil dan

hambatan air ketika air mengalir di dalam saluran pipa diusahakan kecil. Maka

dari 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 pipa diusahakan terjadi secara

halus (misalnya pembelokan pipa dibuat melengkung dengan radius tertentu, atau

dibuat melingkar-lingkar). Hal ini dimaksudkan supaya 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 dibutuhkan.

Ada berbagai macam faktor yang mempengaruhi hilangnya energi di

dalam pipa. Jenis-jenis sambungan ikut mempengaruhi hilangnya energi pada

pipa. Dengan adanya sambungan dapat menghambat aliran normal dan

menyebabkan gesekan tambahan. Pada pipa yang pendek dan mempunyai banyak

sambungan, fluida yang mengalir didalamnya akan mengalami banyak kehilangan

energi. Selain sambungan, belokan ikut mempengaruhi kehilangan energi dalam

7

pipa. Energi yang hilang dalam pipa ini tidak akan kembali melainkan diubah

dalam bentuk panas.

Temperatur air yang tinggi berpotensi merusak beberapa jenis material.

Untuk instalasi pipa air panas sebaiknya menggunakan material yang tahan

terhadap panas dan tekanan tinggi, juga bahan pipa dipilih yang baik dalam

memindahkan kalor. Pemilihan pipa yang paling baik untuk instalasi air panas

adalah menggunakan pipa tembaga.

2.1.2 Sirip

Besarnya laju perpindahan kalor benda tidak bersirip dengan benda

bersirip berbeda. Pada umumnya, sirip dipasang berfungsi untuk memperluas

permukaan dari benda, sehingga laju perpindahan kalor konveksinya menjadi

besar. Tetapi seberapa besar pengaruh sirip itu di pasang terhadap laju

perpindahan kalornya di bandingkan jika tidak di pasang sirip.Yang diinginkan

tentunya pengaruh sirip sangat besar terhadap laju perpindahan kalornya agar

tidak dirugikan dengan biaya untuk membuat sirip.

Apabila sirip dipasang di pipa saluran air yang akan dipanaskan, maka

sirip akan dapat membantu pipa saluran air di dalam menangkap kalor yang

diberikan oleh nyala api dari kompor gas LPG. Semakin luas sirip atau semakin

banyak sirip yang akan dipasang di pipa saluran air, maka akan semakin besar

juga kalor yang akan dipindahkan ke air. Dengan demikian pemasangan sirip pada

pipa saluran air akan sangat berpengaruh terhadap suhu air keluar pemanas air.

Pemilihan bahan sirip juga sangat berpengaruh terhadap besarnya kalor yang

dapat diterima.Penggunaan sirip menggunakan bahan tembaga di pilih karena

8

nilai konduktifitas bahan tembaga sangat bagus unuk menghantarkan laju

perpindahan kalor.

Gambar 2.1 Grafik Efisiensi Sirip Siku Empat dan Segitiga (sumber: Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor)

Gambar 2.2 Grafik Efisiensi Sirip Siku Empat ( sumber: Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor)

2.1.3 Bahan Bakar

Bahan bakar adalah suatu materi apapun yang bisa diubah menjadi

energi.Biasanya bahan bakar mengandung energi panas yang dapat dilepaskan dan

dimanipulasi. Kebanyakan bahan bakar digunakan manusia melalui proses

9

pembakaran (reaksi redoks) dimana bahan bakar tersebut akan melepaskan panas

setelah direaksikan dengan oksigen di udara. Bahan bakar gas ada dua jenis, yakni

Compressed Natural Gas (CNG) dan Liquid Petroleum Gas (LPG). CNG pada

dasarnya terdiri dari metana sedangkan LPG adalah campuran dari propana,

butana dan bahan kimia lainnya. LPG yang digunakan untuk kompor rumah

tangga, sama bahannya dengan bahan bakar gas yang biasa digunakan untuk

sebagian kendaraan bermotor.

LPG merupakan bahan bakar berupa gas yang dicairkan (Liquified

Petroleum Gasses) merupakan produk minyak bumi yang diperoleh dari proses

distilasi bertekanan tinggi. Fraksi yang digunakan sebagai umpan dapat berasal

dari beberapa sumber yaitu dari gas alam maupun gas hasil dari pengolahan

minyak bumi (Light End). Komponen utama LPG terdiri dari Hidrokarbon ringan

berupa Propana (C3H8) dan Butana (C4H10), serta sejumlah kecil Etana (C2H6,)

dan Pentana (C5H12).LPG digunakan sebagai bahan bakar untuk rumah tangga dan

industri.LPG terutama digunakan oleh masyarakat tingkat menengah keatas yang

kebutuhannya semakin meningkat dari tahun ketahun karena termasuk bahan

bakar yang ramah lingkungan. Sebagai bahan bakar untuk keperluan rumah

tangga, LPG harus memenuhi beberapa persyaratan khusus dengan tujuan agar

aman dipakai dalam arti tidak membahayakan bagi si pemakai dan tidak merusak

peralatan yang digunakan serta efisien dalam pemakaiannya. Oleh sebab itu untuk

menjaga faktor keselamatan, LPG dimasukan ke dalam tabung yang tahan

terhadap tekanan yang terbuat dari besi baja dan dilengkapi dengan suatu pengatur

tekanan.

10

Di samping itu untuk mendeteksi terjadinya kebocoran LPG, maka LPG

sebelum dipasarkan terlebih dahulu ditambahkan zat pembau (odor) sehingga

apabila terjadi kebocoran segera dapat diketahui. Pembau yang ditambahkan harus

melarut sempurna dalam LPG, tidak boleh mengendap. Untuk maksud itu

digunakan etil merkaptan (C2H5SH) atau butil merkaptan (C4H9SH), sedangkan

dibidang industri produk elpiji digunakan sebagai pengganti freon, aerosol,

refrigerant atau cooling agent, kosmetik dan dapat pula digunakan sebagai bahan

baku produk khusus.

Jenis LPG sesuai dengan penggunaannya sebagai bahan bakar elpiji

dibedakan atas:

1. LPG Mix

Adalah campuran propane dan butana dengan komposisi antara

70-80% dan 20-30% volume dan diberi odorant (Mercaptant) dan umumnya

digunakan untuk bahan bakar rumah tangga

2. LPG propane dan Elpiji butana.

Adalah elpiji yang masing-masing mengandung propane 95 % dan

butana 97,5 % volume dan diberi odorant (mercaptant), umumnya digunakan

untuk keperluan industri.

Persyaratan LPG, syarat-syarat utama dalam pemakaian LPG adalah harus

dipenuhinya:

1. Syarat Pembakaran

Pada saat digunakan sebagai bahan bakar untuk kompor LPG harus

memberi warna api kompor yang biru dan tidak memberi asap. Agar api

11

kompor berwarna biru, maka komposisi campuran propana dan butana harus

minimum 97,5%. Sebaliknya jika LPG mengandung fraksi C5+(C6 heavier)

lebih dari maksimumnya yaitu 2,0% maka nyala api kompor agak

kemerahmerahan. Jadi agar syarat pembakaran menjadi baik maka komposisi

C2 harus maksimum 0,2% vol, C3 dan C4 minimum 97,5% vol serta

kandungan C5+(C6 heavier) maksimum 2,0% vol.

2. Syarat Penguapan

Kemampuan menguap adalah sifat penting dalam penggunaan, LPG

harus cukup mudah menguap agar mudah dinyalakan diwaktu dingin. Seperti

diketahui saat dalam tabung gas LPG adalah berbentuk cair, namun saat

dipakai dalam kompor (pada tekanan atmosfer) dengan cepat LPG berubah

menjadi gas.Untuk memenuhi persyaratan penguapan maka Tekanan Uap

LPG tidak boleh lebih dari 120 psig.

3. Syarat Keselamatan

Dalam pemakaiannya sebagai bahan bakar rumah tangga, jika terjadi

kebocoran maka LPG harus cepat dapat dideteksi dengan diberi bau yang

khas, agar baunya cepat dikenali saat terjadi kebocoran maka pada LPG

diberi campuran Ethyl atau Buthyl mercaptan sebanyak 50/100 AG.

Saat masih di pabrik, jika terjadi kebocoran LPG di malam hari akan

sangat berbahaya, karena Spesific Grafity LPG sama dengan atau lebih besar

dari SG udara, maka LPG akan terdistribusi merata di atas tanah pada malam

hari. Untuk menjaga agar cairan LPG tidak merusak tabung gas dalam

penyimpanan atau merusak kompor dalam penggunaannya dengan terjadinya

12

proses pengkaratan maka harus ada persyaratan pemeriksaan Copper strip

pada 100oF selama 1 jam dengan nilai maksimum.

4. Syarat Kebersihan

Syarat kebersihan secara umum adalah dibatasinya kandungan air dan

kandungan belerang, dimaksudkan agar pada penggunaannya LPG tidak

memberikan kotoran sama sekali. Sifat LPG, perlu diketahui, gas LPG

bersifat flammable (mudah terbakar). Dalam batas flammabality, LPG adalah

sumber api yang terbuka sehingga letupan (percikan api) yang sekecil apapun

dapat segera menyambar gas LPG.

Maka untuk menjaga keamanan pastikan bahwa bau gas LPG telah hilang

sama sekali dari dalam rumah, walaupun membutuhkan waktu yang agak lama.

Hal ini karena sifat gas LPG yang sangat lamban berputar di udara. Sebagai bahan

bakar, gas LPG mudah terbakar apabila terjadi persenyawaan di udara oleh karena

itu kita perlu tau beberapa sifat-sifatnya.

Untuk mencegah hal-hal yang tidak diinginkan, maka perlu diketahui

beberapa sifat khususnya antara lain :

1. Tekanan gas LPG cukup besar, sehingga bila terjadi kebocoran LPG akan

membentuk gas secara cepat, memuai dan sangat mudah terbakar.

2. LPG menghambur di udara secara perlahan sehingga sukar mengetahuinya

secara dini.

3. Berat jenis LPG lebih besar dari pada udara sehingga cenderung bergerak ke

bawah.

4. LPG tidak mengandung racun.

13

5. Daya pemanasannya cukup tinggi, namun tidak meninggalkan debu dan abu

(sisa pembakaran).

6. Cara penggunaannya cukup mudah dan praktis.

Tabel 2.1 Daya Pemanasan dan Efisiensi Alat Masak

dengan Gas LPG dan Bahan Bakar Lainnya

Bahan Bakar Energi Persatuan Massa 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%

Listrik 860 kkal/kWh 60%

L P G 11900 kkal/kg 60%

Listrik 860 kkal/kwh 60%

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

2.1.4 Kebutuhan Udara

Pembakaran (combustion) didefinisikan sebagai reaksi kimia yang cepat

pada temperatur tinggi antara oksigen dengan unsur-unsur bahan bakar yang dapat

terbakar. Tujuan utama dari pembakaran adalah untuk melepaskan semua energi

dalam bahan bakar, dengan seminimal mungkin terjadi kehilangan yang

disebabkan oleh pembakaran yang tidak sempurna dan udara lebih.

Syarat kondisi agar terjadi penyalaan (pembakaran yang baik) dikenal

dengan rule of thunb ”3 T”, yaitu:

1. Temperature. Temperatur yang digunakan harus cukup tinggi sehingga dapat

menyebabkan terjadinya reaksi kimia atau pirolisis.

14

2. Turbulence (Turbulensi). Turbulensi harus cukup tinggi sehingga terjadi

pencampuran yang baik antara bahan bakar dengan pengoksidasi dan panas

dapat ditransfer dari media yang telah bereaksi ke media yang belum

bereaksi.

3. Time (Waktu). Waktu harus cukup agar input panas dapat terserap oleh

reaktan sehingga berlangsung proses termokimia.

Tiga unsur bahan bakar yang dapat terbakar dalam bahan bakar fosil ialah

karbon, hidrogen, dan sulfur. Sulfur memiliki signifikasi yang kecil sebagai

sumber panas, namun berkontribusi besar terhadap masalah korosi dan

pencemaran. Udara merupakan sumber oksigen bagi pembakaran yang terdiri dari

oksigen, nitrogen, karbon dioksida, argon, dan lain-lain. Komposisi udara dapat

dilihat pada tabel di bawah ini.

Tabel 2.2 Komposisi Udara dalam Keadaan Normal

No Komposisi Udara Prosentasi (%)

1 Nitrogen 78,1

2 Oksigen 20,93

3 Karbon dioksida 0,03

4 Gas lain 0,94

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

Reaksi pada proses pembakaran berlangsung pada fase gas, kecuali pada

pembakara arang (karbon) yang berlangsung pada fase padat. Produk-produk

pembakaran dihasilkan dari reaksi unsur-unsur yang terdapat pada bahan bakar

dengan oksigen. Unsur-unsur yang terdapat dalam bahan bakar meliputi karbon

(C), hidrogen (H), nitrogen (N), dan sulfur (S). Unsur karbon akan bereaksi

15

dengan oksigen menghasilkan CO2 jika reaksinya merupakan pembakaran

sempurna, dan CO jika pembakarannya tidak sempurna. Unsur hidrogen bereaksi

menghasilkan air (H2O) dan sulfur menghasilkan SO2.

Udara teoritis (stoikiometris) adalah udara minimum yang dibutuhkan

untuk pembakaran sempurna.Dalam prakteknya, kebutuhan udara pembakaran

selalu lebih besar dari kebutuhan udara teoritis, dan disebut sebagai udara berlebih

(excess air). Besarnya jumlah udara yang harus dusuplai ke dalam proses

pembakaran terutama dipengaruhi oleh jenis bahan bakar.

Dengan demikian aliran udara yang diperlukan untuk proses pembakaran

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 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.

2.1.5 Saluran Gas Buang

Pencampuran udara dan bahan bakar bereaksi dalam proses pembakaran

menghasilkan panas dan gas buang. Gas buang yang dihasilkan berupa gas dan

uap air yang keluar. Kemudian gas buang atau gas asap harus diberikan jalan

16

untuk keluar dari pemanas air supaya nyala api tidak terganggu. Untuk itu dalam

perancangan dan pembuatan saluran gas buang, diusahakan sedemikian

rupa.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 atau terhambat, maka tekanan gas buang yang dihasilkan akan dapat

menyebabkan api terdorong keluar dari ruang bakar, akibatnya untuk masalah

yang di timbulkan adalah api tidak bisa berfungsi dengan baik dan tidak bisa

maksimal untuk memanaskan air.

2.1.6 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 kenyataanya setiap kompor menghasilkan bentuk api dan besar api

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

banyak api yang mampu menyentuh sistem saluran pipa air dengan siripnya, tentu

akan semakin besar kalor yang dapat 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 2.3,

Gambar 2.4, Gambar 2.5.

17

Gambar 2.3 Kompor Quantum

Gambar 2.4 Kompor Gas Tungku Besar

Gambar 2.5 Kompor Gas dengan Regulator

18

2.1.7 Isolator

Isolator adalah bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik. Hampir

seluruh bahan non logam adalah isolator.Contoh isolator adalah asbes, kayu

kering, gelas, plastik, karet, udara dan lain-lain. Isolator sangat didibutuhkan

supaya kalor dari hasil pembakaran bahan bakar tidak banyak yang keluar dari

pemanas air.

Oleh karena itu tabung dalam, dimana ruangan di dalam tabung dalam

digunakan untuk proses pembakaran, untuk itu sebaiknya permukaan sebelah luar

dari tabung dalam diberi isolasi agar kalor hasil pembakaran tidak keluar. Ada

berbagai macam isolasi, di antaranya adalah udara salah satu isolator panas yang

sangat mudah didapat.

Apabila mempergunakan udara sebagai isolator, maka pemasukan udara

untuk kebutuhan pembakaran dapat melalui lubang-lubang yang dibuat di dinding

tabung dalam.

Tabel 2.3 Konduktifitas Termal Beberapa Media

Media Konduktivitas 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

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

19

2.1.8 Laju Aliran Kalor

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

dapat dihitung dengan persamaan :

Gambar 2.6 Laju aliran kalor

qair maircair Ti To .............................................................. (2.1)

.d2

mair = ( ) um ............................................................................. (2.2)

4

Pada persamaan (2.1) dan (2.2) :

qair : laju aliran kalor yang diterima air, watt

mair : laju aliran massa air, kg/detik

cair : kalor jenis air, J/kgoC

Ti : suhu air masuk water heater, oC

To : suhu air keluar water heater, oC

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

: massa jenis fluida yang mengalir, kg/m3

d : diameter saluran, m

2.1.9 Laju aliran kalor yang diberikan gas

Kalor yang diberikan gas dapat dihitung dengan persamaan.

q air

m air c air Air keluar

ρ d U m

Air Masuk

T 1 T 0

d

20

gasq = gasgascm ......................................................................................... (2.3)

Pada persamaan (2.3) :

gasm = masa gas elpiji yang terpakai persatuan waktu (kg/s)

gasc = 11,900 kkal/kg, nilai kalor jenis elpiji (J/kg), (1kkal = 4186,6 J),

tersaji pada Tabel 2.1

2.1.10 Efisiensi

Efisiensi water heater dapat dihitung dengan persaman :

%100xq

q

gas

air ...................................................................................... (2.4)

Pada persamaan (2.4) :

: Efisiensi water heater (%)

airq : Laju aliran kalor yang diterima air, watt

gasq : Laju aliran kalor yang diberikan gas, watt

2.2 REFERENSI

Pemanas air telah menjadi sebuah kebutuhan penting seiring dengan gaya

hidup masyarakat masa kini yang modern. Tidak dapat di pungkiri pula dengan

adanya perkembangan jaman dan teknologi pemanas air semakin memudahkan

anda dalam memperoleh air panas untuk berbagai kebutuhan rumah tangga yang

semakin tahun semakin banyak permasalahan dalam kehidupan sehari- hari.

Pemanas air yang ditawarkan dipasaran bermacam-macam misalnya, dari

model bentuk, kapasitas air yang mengalir, dan juga sumber bahan bakar yang

dipergunakan. Sumber bahan bakar yang dipergunakan dalam pemanas air

antaralain, LPG, energi listrik, energi matahari, biogas, dan masih banyak lagi.

Untuk kapasitas debit air per menit juga bervariasi, rata-rata pemanas air yang

21

dijual di pasaran berkapasitas 5-8 liter per menit, biasanya dipergunakan dalam

rumah tangga, sedangkan untuk kapasitas yang lebih besar biasanya digunakan

dihotel dan rumah sakit. Referensi untuk pembanding pembuatan pemanas air

bahan bakar gas LPG adalah pemanas air merk Modena GI-6, pemanas air

Wasser, dan pemanas air.

Rinnai yang karakteristiknya adalah sebagai berikut.

1. Gas Water Heater Modena GI-6

Gambar 2.7Water heater Modena GI-6

Nama Produk : Modena

Negara Pembuat : Italia

Spesifikasi

Model : GI-6

Warna : Putih (GI-6), Inox (GI-6S)

Kapasitas Maksimum : 6 L / menit

Dimensi Luar : 740 mm x 430 mm x 248 mm

Tipe Gas : NG LPG

Temperatur Maksimum : 65°C

(Sumber: http://www.modena.co.id/detail-2-26-344.php )

22

2. Gas Water Heater Wasser

Gambar 2.8 Gas Water Heater Wasser

Kode : PR 222

Nama : Water Heater Low Pressure

Merk : Wasser

Tipe : WH 50 6A-LPG

Spesifikasi Produk

Sistem Pemanas : Gas LPG

Kapasitas : 5 Liter

Tekanan Air : 0,2 / cm2

Debit : 5 Liter / menit

Komsumsi Gas : 0,46 kg / jam

Fitur : Auto cut off, sistem pengaman yang menutup aliran

gas secara otomatis bila api padam, pengaman

pembatas panas air yang berlebihan, pengaman

tekanan air masuk yang berlebihan, pengaman disaat

air tidak mengalir, penyaring air masuk ke unit,

pemantik api dengan baterai, lampu indikasi baterai,

Gas stabilizer.

(Sumber: http://www.ecvv.com/product/1974688.html )

23

3. Water Heater Rinnai

Gambar 2.9 Gas Water Heater Rinnai REU-55RTB

Nama Produk : Rinnai

Negara Pembuat : Japan

Spesifikasi

Gas Input : 0,5 kg / jam

Model : REU-55RTB

Dimensi Luar : 369 mm x 290 mm x 138 mm

Kapasitas Maksimum : 6 Liter / menit

Temperatur Maksimum : ± 50°C

Tipe Gas “ LPG

(Sumber: http://www.rinnai.co.id/product-rinnai/hot-water-solution/instant-gas-

water-heater )

24

BAB III

RANCANGAN WATER HEATER

3.1 RANCANGAN WATER HEATER

Gambar rancangan pemanas air dengan menggunakan bahan seng dan pipa

tembaga. Disajikan pada Gambar 3.1 sampai Gambar 3.7. Gambar 3.1

memperlihatkan rancangan pemanas air, Gambar 3.2 memberikan informasi

tentang lengkungan pipa dan diameternya, Gambar 3.3 memperlihatkan

lengkungan pipa dan sirip tembaga yang sudah terpasang, Gambar 3.4

memperlihatkan tinggi lengkungan pipa dan sirip, Gambar 3.5 memberikan

informasi tentang penutup bagian atas, Gambar 3.6 memperlihatkan pemanas air

tampak dari bawah dan Gambar 3.7 memperlihatkan tinggi pemanas air.

Gambar 3.1 Rancangan Pemanas Air

25

Gambar 3.2 Lengkungan Pipa

Gambar 3.3 Lengkungan dan Sirip Pemanas Air

26

Gambar 3.4 Sirip pemanas air

Gambar 3.5 Penutup pemanas air

27

Gambar 3.6 Pemanas air tampak dari bawah

Gambar 3.7 Pemanas air tampak dari luar

28

Pemanas air gas, prinsip kerjanya hampir sama bila kita sedang memasak

air dengan menggunakan kompor gas. Hanya saja air tidak ditempatkan kedalam

panci atau ceret, tetapi air dilalukan kedalam pipa pipa tembaga yang meliukliuk

dengan di tambahkan sirip-sirip (seperti radiator atau condensor), kemudian

dibagian bawah nya di bakar dengan menggunakan gas LPG. Perpindahan kalor

atau panas akan di serap oleh sirip-sirip dan pipa yang telah berisi air.

Pemilihan bahan tembaga sebagai sirip dan pipa tembaga sebagai media

untuk aliran air berdasarkan nilai konduktor termal bahan (koefisien perpindahan

kalor konduksi) yaitu tembaga murni memiliki harga k = 386 W/m°C dan nilai

ekonominya. 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 pemanas air yaitu

perpindahan kalor secara konduksi dan perpindahan kalor konveksi. Proses

perpindahan kalor konveksi terjadi pada saat nyala api menyentuh sirip-sirip

tembaga, kemudian, dari sirip-sirip tembaga panas yang diterima mengalir menuju

pipa tembaga, proses ini disebut perpindahan kalor secara konduksi dan

perpindahan panas secara konveksi terjadi dari pipa tembaga ke air yang mengalir.

3.2 PEMBUATAN WATER HEATER

3.2.1 Bahan Water Heater

1. Pipa tembaga dengan diameter 0,9525 cm sebagai saluran air.

2. Kawat besi sebagai pengikat sirip tembaga.

29

3. Seng sebagai body pemanas air.

4. Sirip dibuat dari pipa tembaga diameter 0,9525 cm, panjang 25 cm.

3.2.2 Sarana dan Alat-alat yang Digunakan

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

ini adalah:

1. Mesin bor, digunakan untuk membuat lubang saluran udara yang berada di

sisi luar tabung dan sisi dalam tabung.

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

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

4. Gunting plat, digunakan untuk memotong seng.

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

tembaga.

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

dan keluar.

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

8. Paku, digunakan untuk membuat garis pemotongan plat.

9. Kawat besi, mengikat atau menyambungkan pipa tembaga dengan

lengkungan pipa.

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

11. Alat pembengkok, untuk membengkokkan pipa.

12. Alat pemotong, digunakan dalam pembuatan sirip untuk memotong pipa

tembaga.

30

3.2.3 Langkah-langkah Pengerjaan

3.2.3.1 Persiapan

Sebelum memulai pembuatan pemanas air, terlebih dahulu harus

melakukan persiapan yaitu sebagai berikut.

a. Menyiapkan rancangan pemanas air

Dalam merancang pembuatan desain pemanas air dapat dilakukan dengan

menggambar instalasi tersebut dengan gambar tangan atau menggunakan

software-software yang mendukung.

b. Menyiapkan alat-alat dan bahan

Setelah rancangan pemanas air sudah selesai maka, kita dapat menentukan

bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan pemanas air lalu kemudian,

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 pemanas air banyak hal-hal yang harus

dilakukan seperti berikut ini.

a. Melengkungkan pipa

Dalam membengkokkan pipa tembaga agar dapat berbentuk spiral maka

harus 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.

31

Gambar 3.8 Alat Pembengkok dan Pemotong Pipa

Gambar 3.9 Lengkungan Pipa dan Sirip

32

b. Memotong pipa tembaga

Memotong pipa tembaga sesuai dengan ukuran yang telah dirancang

sebelumnya.

Gambar 3.10 Pipa Tembaga Sebelum Dipotong

Gambar 3.11 Pemotongan Pipa Tembaga Untuk Sirip

33

Gambar 3.12 Pipa Tembaga Setelah Dipotong

Gambar 3.13 Pipa Tembaga Setelah Dipotong dan Diluruskan

34

c. Membuat tabung

Bahan yang digunakan dalam pembuatan tabung adalah seng.

Gambar 3.14 Proses Pembuatan Lubang dan Tabung Luar

Gambar 3.15 Tabung Luar Sebelum Dibentuk

35

Gambar 3.16 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 itu tidak hilang

ke samping.

Gambar 3.17 Tabung Bagian Dalam Sebelum Dibentuk

36

Gambar 3.18 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 3.19 Proses Membentuk Penutup Dalam Tabung Atas

37

Gambar 3.20 Penutup Bagian Dalam Tabung

Gambar 3.21 Proses Membentuk Penutup Tabung Bagian Atas

38

Gambar 3.22 Penutup Bagian Atas.

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 3.23 Lubang Saluran Udara Dilihat dari Dalam

39

Gambar 3.24 Lubang Saluran Udara

g. Pemasangan kompor

Sumber api dapat diambil dari kompor. Ada berbagai macam kompor

dengan bentuk geometri kompor yang berbeda. Ada kompor yang mampu

memberikan api yang besar tetap ada pula yang hanya mampu memberikan api

yang kecil. Pada pemasangan kompor ini, hanya proses penginstalan kompor dan

tungkunya saja yang disesuaikan. Sehingga bentuk dari kompor tidak banyak

mengalami perubahan hanya bagian belakang kompor dipotong untuk mengurangi

ukuran atau besar dari kompor.

40

3.3 HASIL PEMBUATAN

Gambar 3.19 memberikan informasi tentang pemanas air yang sudah

disatukan.

Gambar 3.25 Pemanas Air

3.3.1. Kesulitan dalam pengerjaan

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

melengkungkan pipa agar berbentuk spiral.

2. Pembuatan tabung seng dimana penyambungan seng ini harus dipatri.

3. Pembuatan penutup tabung saat proses pembengkokan seng.

41

BAB IV

METODOLOGI PENELITIAN

4.1 SKEMATIS PENGUJIAN

Skematis pengujian pada pemanas air telah tergambar dan dijelaskan pada

Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Skema Rangkaian Alat

Untuk mengalirkan air menuju alat pemanas air diperlukan adanya air dan

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

mengaliri pemanas air.LPG digunakan sebagai bahan bakar kompor untuk

memanasi air yang mengalir di dalam pemanas air. Untuk mengukur suhu air

masuk ( input ) dan suhu air keluar menggunakan termokopel digital.

42

4.2 VARIASI PENELITIAN

Variasi dilakukan dalam pengambilan data, yaitu dengan cara pengambilan

debit air dilakukan berubah-ubah.

4.3 PERALATAN PENGUJIAN

Alat-alat yang digunakan adalah sebagai berikut.

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

penyuplai kalor.

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

3. Kran, sebagai pengatur debit air.

4. Stopwatch, sebagai penunjuk waktu.

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

air permenit.

6. Selang air, sebagai penyambung dari kran ke pipa tembaga masuk pemanas

air.

7. Mur dan baut atau kawat, sebagai pegunci.

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

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

10. Penyangga, sebagai tumpuan pemanas air.

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

dan keluar.

12. Tang, digunakan untuk memasang kawat bendrat pada selang saluran air

keluar pada kran.

43

Gambar 4.2 Tabung Gas

Gambar 4.3 Termokopel, Kalkulator, Alat Tulis dan Kompor

Gambar 4.4 Gelas Ukur

44

4.4 CARA MEMPEROLEH DATA

Data debit air diperoleh dengan cara mengukur debit air yang mengalir

mempergunakan gelas ukur dan stopwatch. Banyaknya air yang mengalir setiap

menit dicatat setiap ada perubahan debit. Untuk pengukuran suhu air dilakukan

dengan cara memasang termokopel pada sisi keluar pemanas air Suhu air dicatat

setiap ada perubahan debit air.

4.5 CARA MENGOLAH DATA

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

pengolahan kemudian dipergunakan untuk mengetahui.

1. Hubungan antara debit air dengan suhu air keluar dari pemanas air.

2. Hubungan antara debit air dengan laju aliran keluar pemanas air.

Perhitungan laju aliran kalor dilakukan dengan mempergunakan

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

disajikan dalam bentuk grafik.

4.6 CARA MENYIMPULKAN

Dengan hasil data-data yang telah diperoleh, maka data tersebut dapat

diolah. Data-data kemudian disajikan dalam bentuk grafik untuk memudahkan

analisis nya. Pembuatan grafik dan untuk menyimpulkan persamaan hubungan

antara debit air dengan suhu air dari pemanas air dapat dilakukan dengan

mempergunakan fasilitas dari Microsoft Office Excel.

45

BAB V

KARAKTERISTIK WATER HEATER

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, Q

( liter/menit )

Suhu air masuk T

(°C)

Suhu air keluar T

(°C)

ΔT

(°C)

1 12 28,1 34,8 6,7

2 11,16 28,1 35,2 7,1

3 9,72 28,1 36,5 8,4

4 9,06 28,1 37,1 9

5 8,04 28,1 39,8 11,7

6 7,2 28,1 43,4 15,3

7 6,3 28,1 45,1 17

8 5,46 28,1 56,8 28,7

9 4,26 28,1 67,1 39

10 3,48 28,1 70,1 42

11 1,56 28,1 80,3 52,2

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 pipa saluran (r) : 0,004765 m

46

Massa jenis air (ρ) : 1000 kg/m3

Kalor jenis air (cp) : 4186,6 J/(kgoC)

Debit gas (mgas) : 1,05 kg/60 menit

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

Q

pipapenampangluas

airdebitum /

2

........................................................ (5.1)

Sebagai contoh perhitungan, dipilih debit air sebesar 12 liter/menit. (data lain

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

sms

mx

menit

literQairdebit /0002,0

60

101212)( 3

33

................................. (5.2)

Kecepatan air rata rata um :

2r

Qum

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

sm

mx

smum

/81,2

004765,014,3

/0002,022

3

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

5.2.2 Perhitungan laju aliran massa air, mair

Perhitungan laju aliran massa air m di dalam saluran pipa air

mempergunakan persamaan berikut :

airkecepapenampangluasjenismassamair tan

mur 2

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

47

Sebagai contoh perhitungan, diambil debit air sebesar 12 liter/menit. (data lain

pada Tabel 5.1)

skgxmair /81,2004765,014,31000 2

skg /2,0

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

5.2.3 Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air

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

mempergunakan persamaan:

airq wattTTairjeniskalormassalajualiran niout

wattTTcm inoutairair .

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

Sebagai contoh perhitungan, diambil debit air sebesar 12 liter/menit. (data lain

pada Tabel 5.1)

1,288,3441792,0 airq

watt86,5599

Catatan : 1 watt = J/s

5.2.4 Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas

Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan oleh gas di luar saluran pipa

mempergunakan persamaan :

gasq wattgasjeniskalordebitgas

...................................................................(5.6)

gasq )6,4186.11900)).(60.60/(05,1(

watt99,14530

48

5.2.5 Efisiensi

Perhitungan Efisiensi kompor gas dapat menggunakan persamaan :

%100xq

q

gas

air

……………...………………………………......…………….(5.7)

%10099,14530

86,5599x

%54,38

Hasil perhitungan lain untuk data yang lain secara lengkap disajikan pada

Tabel 5.2.

Tabel 5.2 Perhitungan airm dan airq

NO Um

(m/s)

mgas

(liter/s)

mair

(kg/detik)

qair

(watt)

qgas

(watt)

Efisiensi

(%)

1 2,81 0,0006 0,2 5599,86 14530,99 38,54

2 2,61 0,0006 0,186 5518,79 14530,99 37,98

3 2,27 0,0006 0,162 5686,78 14530,99 39,14

4 2,12 0,0006 0,151 5679,26 14530,99 39,08

5 1,88 0,0006 0,134 6551,84 14530,99 45,09

6 1,68 0,0006 0,12 7672,64 14530,99 52,80

7 1,47 0,0006 0,105 7459,52 14530,99 51,34

8 1,28 0,0006 0,091 10914,29 14530,99 75,11

9 1,00 0,0006 0,071 11571,65 14530,99 79,63

10 0,81 0,0006 0,058 10180,04 14530,99 70,06

11 0,36 0,0006 0,026 5671,74 14530,99 39,03

Dari Tabel 5.1 dan 5.2 Hubungan debit air dengan suhu air yang keluar

dapat di buat dan hasilnya disajikan pada Gambar 5.1. Hubungan antara debit air

dengan laju aliran kalor pemanas air dapat dibuat dan hasilnya disajikan dalam

49

bentuk grafik pada Gambar 5.2. Gambar 5.3 memberikan informasi tentang

hubungan efisiensi pemanas air dengan debit air.

Gambar 5.1 Hubungan Debit Air dengan Suhu Air Keluar

pada Suhu Air Input 28,1 °C

Gambar 5.2 Hubungan Debit Air dengan Laju Aliran Kalor

yang Diperlukan pada Suhu Air Input 28,1 °C

50

Gambar 5.3 Hubungan Debit Air dengan Efisiensi Water Heater

yang Diperlukan pada Suhu Air Input 28,1 °C

5.3 PEMBAHASAN

Dari Gambar 5.1, dapat diperoleh informasi bahwa debit air berpengaruh

terhadap suhu keluar dari pemanas air. Semakin besar debit air, suhu air yang

keluar semakin rendah. Hubungan tersebut dinyatakan dengan persamaan,

Tout = 0,439 Q2 – 10,76 Q + 99,73

Persamaan tersebut, berlaku untuk 1,56 liter/menit < Q <12 liter/menit pada

tekanan udara luar saat itu (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 28,1°C.

Hasil rancangan pemanas air yang telah dibuat dapat bersaing dengan

pemanas airyang berada di pasaran.Pemanas air yang dibuat mampu

menghasilkan suhu air keluar sebesar 43,4°C pada debit : 7,2 liter/menit.

Dipasaran pemanas air dengan debit 5 - 6 liter/menit, suhu air keluar dari pemanas

air berkisar antara 50 - 65°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

51

mengalir, semakin besar laju aliran kalor yang diterima air (berlaku untuk debit <

4,26 liter/menit), tetapi setelah debit > 4,26 liter/menit, semakin besar debit air

yang mengalir laju aliran kalor yang diterima semakin rendah.

Dari Gambar 5.3 nampak bahwa besarnya efisiensi pemanas air

bergantung pada debit air yang mengalir. Hubungan antara efisiensi pemanas air

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

persamaan :

Ƞ = 0,0597 Q2 – 1,6182 Q+ 39,373

Persamaan tersebut, berlaku untuk 1,56 liter/menit < Q < 12 liter/menit pada

tekanan udara luar saat itu (sekitar 1 atm) dan pada suhu air masuk 28,1°C.

Nilai efisiensi pemanas air berkisar antara : 37,98 – 79,63 %. Nilai

efisiensi terbesar sebesar : 79,63 %. Efisiensi pemanas air 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 pemanas air, juga adanya kalor yang terhisap oleh tabung,

sehingga suhu tabung lebih tinggi dari keadaan awal.

Untuk keperluan mandi pada umumnya suhu air yang di pergunakan

sebesar 38-39 °C (untuk orang dewasa). Jika mempergunakan pemanas airhasil

rancangan, maka debit yang dihasilkan alat pemanas air lebih besar dari 8,04

liter/menit.

52

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 KESIMPULAN

Dari penelitian yang dilaksanakan, dapat diambil beberapa kesimpulan

sebagai berikut.

1. Pemanas air dapat dibuat dan mampu bersaing dengan pemanas air yang ada

di pasaran. Pada debit aliran: 7,2 liter/menit pemanas air mampu

menghasilkan suhu air keluar sebesar 43,4 °C.

2. Laju aliran kalor terbesar untuk penelitian pemanas air ini adalah 11571,65

watt pada debit air 4,26 liter/menit.

3. Suhu air terbesar yang dihasilkan dari penelitian pemanas air ini adalah

80,3°C, pada debit air 1,56 liter/menit. Pada tekanan udara luar (sekitar 1

atm) dan pada suhu air masuk 28,1°C.

4. Kalor yang diterima air dari pemanas air berkisar antara: 5518,79 – 11571,65

watt. Jumlah kalor terbesar sebesar : 11571,65 watt.

5. Kalor yang diberikan gas LPG sebesar : 14530,99 watt.

6. Efisiensi terbesar adalah 79,63 % pada debit air 4,26 liter/menit.

6.2 SARAN

Adapun beberapa saran yang dapat menjadikan pengembangan dan

perbaikan pembuatan pemanas air.

1. Diameter pipa dan panjang pipa dapat dibuat berbeda.

2. Bentuk sirip dan besarnya sirip dapat di ubah.

53

3. Besar lubang keluar gas buang dapat dibuat berbeda.

4. Banyaknya lubang luar dapat dibuat berbeda agar kebutuhan udara pada saat

proses pembakaran seimbang.

54

DAFTAR PUSTAKA

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

Santoso, A.U,2003, Diktat Teknik Pembakaran, Fakultas Teknik Universitas

Sanata Dharma: Yogyakarta.

Anonim, www.aptogaz.files.wordpress.com/2007/07/peranan-lpg-di-dapur-

anda.pdf ) diakses pada tanggal 07 Februari 2013.

Anonim, http://www.tokowaterheater.com diakses pada tanggal 19 maret 2013

Anonim,

http://www.sinarelectric.com/WATER%20HEATER/Water%20Heater%2

0RINNAI%20REU-55.htm diakses pada tanggal 05 Maret 2013.

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

besarrp-300-000/ diakses pada tanggal 06 april 2013.

Anonim, http://lpg-3kg.blogspot.com/ diakses pada tanggal 06 april 2013.

55

LAMPIRAN

A. Nilai Sifat-Sifat Logam (sumber: Holman. J.P. 1993.Perpindahan Kalor)

(sumber: Holman. J.P. 1993.Perpindahan Kalor)

56

B. Nilai Sifat-Sifat Logam (Lanjutan 1)

57

C. Nilai Sifat-Sifat Logam (Lanjutan 2)

58

D. Daftar Konduktifitas Termal Berbagai Bahan