WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA PEMANAS 20 METER

Gratis

0
0
64
9 months ago
Preview
Full text
(1)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 I

(2) 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 II

(3) III

(4) IV

(5) V

(6) VI

(7) 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 = ma ir ca ir (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 VII

(8) 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. VIII

(9) 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, IX

(10) 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 ..…………………………………………………. xiii DAFTAR TABEL ..…………………………………………………..... 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 X

(11) 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 XI

(12) 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 , ma ir …………...……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 XII

(13) 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 XIII

(14) 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 XIV

(15) 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 ma ir dan qa ir .............................................................38 XV

(16) DAFTAR NOTASI m = Massa kg r = Jari-jari atau jarak, m d = Diameter, m T = Perubahan temperatur, °C qa ir = Laju aliran kalor yang diterima air watt q ga s = Laju aliran kalor yang diberikan gas watt k = Konduktifitas termal, W/m. C um = Kecepatan air rata-rata fluida mengalir kg/s mga s = Laju aliran massa gas kg/s c a ir = Kalor jenis air J/kg.oC c ga s = Nilai kalor jenis elpiji J/kg Ti = Suhu air masuk water heater o To = Suhu air keluar water heater o ma ir = Debit air liter/menit = Massa jenis fluida yang mengalir kg/m3 = Efisiensi Water heater % o  XVI C C

(17) 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 1

(18) 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. 2

(19) 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. 3

(20) 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 4

(21) 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 90 o), 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 5

(22) 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 C3 H 8  dan Butana C4 H10  , dengan komposisi kurang lebih sebesar 99 %, selebihnya adalah gas Pentana C5 H12  yang dicairkan. Perbandingan komposisi Propana dan Butana adalah 30 : 70. LPG lebih berat dari udara dengan berat jenis sekitar 2,01 (dibandingkan dengan kg udara). Tekanan uap LPG cair dalam tabung sekitar 5 – 6,2 cm2 . Nilai kalori 6

(23) 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 : C3 H 8 + 3 CO2 + 4 H 2 O + panas 5 O2 Propana + oksigen 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 C4 H 10 Butana + 13 O2 + oksigen 8 CO2 + 10 H 2 O + panas 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 3 Propana memiliki volume sekitar 0,543 m . Satu kg elpiji memiliki energi yang 7

(24) 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 Kayu bakar Arang Minyak Tanah Gas Kota Listrik LPG Listrik 4.000 kkal/kg 8.000 kkal/kg 11.000 kkal/kg 4500 kkal/m3 860 kkal/kwh 11.900 kkal/kg 860(kkal/kwh) Efisiensi Alat Masak 15 % 15 % 40 % 55 % 60 % 60 % 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 8

(25) 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 1 Nitrogen 2 Oksigen 3 Karbon dioksida 4 Gas lain 2.1.4. Saluran Gas Buang Komposisi (%) 78,1 20,93 0,03 0,94 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 9

(26) 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. 10

(27) Gambar 2.1 Kompor gas dengan regulator Savequam Gambar 2.2 Kompor gas tungku besar Gambar 2.3 Kompor Quantum RT 11

(28) 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 Gabus Wol Kayu Bata Busa Udara Konduktifitas Termal (k) W/m.ºC 0,042 0,040 0,08-0,016 0,84 0,024 0,023 2.1.7. Laju Aliran Kalor Laju aliran kalor yang diterima air ketika mengalir di dalam saluran pipa dapat dihitung dengan persamaan : qa ir  ma ir ca ir Ti  To  ma ir =  (  .d 2 4 )u m ....................................... (2.1) ............................................... (2.2) 12

(29) Pada persamaan (2.1) dan (2.2) : q a ir : laju aliran kalor yang diterima air, watt ma ir : debit air, liter/menit c a ir : kalor jenis air, J/kgΔC. Ti : suhu air masuk water heater, ΔC To : suhu air keluar water heater, ΔC. um : kecepatan rata-rata fluida mengalir, m /s  : massa jenis fluida yang mengalir, kg/ m d : diameter dalam pipa, m 3 Gambar 2.4 Laju aliran kalor 2.1.8. Laju Aliran Kalor yang Diberikan Gas Kalor yang diberikan gas dapat dihitung dengan persamaan : q ga s = mga sC ga s ………………………….(2.3) 13

(30) Pada persamaan (2.3) : mga s = laju aliran masa gas elpiji yang terpakai (kg/s) C ga s = 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)  q a ir x100% q ga s ……………………….…….(2.4) Pada persamaan (2.4) :  : Efisiensi water heater (%) q a ir : Laju aliran kalor yang diterima air, watt q ga s : 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, 14

(31) 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 15

(32) 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 16

(33) c. Tekanan gas : 2800 Pa Tekananan Air Minimum : 0.025MPa Temperatur Maksimum : 25 - 65 °C Tipe Gas : LPG 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 17

(34) Panas maksimum : ±90% Temperatur Maksimum : 40°C - 80°C Tipe Gas : LPG 18

(35) 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 19

(36) Gambar 3.2 Lengkungan pipa Gambar 3.3 Penutup water heater Gambar 3.4 Water heater tampak dari bawah 20

(37) 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 21

(38) 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. 22

(39) 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 : 23

(40) 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 24

(41) 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 25

(42) 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 26

(43) 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 27

(44) 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. 28

(45) 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. 29

(46) 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. 30

(47) 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. 31

(48) Gambar 4.2 Tabung gas Gambar 4.3 Termokopel, kalkulator, alat tulis dan kompor Gambar 4.4 Gelas ukur 32

(49) 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. 33

(50) 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Debit air (liter/menit) 11 10,4 9 8,16 6,24 5,04 3,96 3,24 2,4 1,8 Suhu air masuk T (ΔC) 27 27 27 27 27 27 27 27 27 27 Suhu air keluar T (ΔC) 42,5 43,3 44,3 47,1 52 57 62,1 68,4 86,5 99,7 ∆T (ΔC) 15,5 16,3 17,3 20,1 25 30 35,1 41,4 59,5 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 ( ) : 1000 kg/m3 34

(51) 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 : um  debit air debit air  luas penampang pipa r 2 m/ s …………………….(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. debit air    11liter 11x10 3 m3   0,000183m3 / s 60s  menit …………....(5.2) Catatan : 1 liter = 1 dm3 = 10-3 m3. Kecepatan air rata rata( um) um  debit air r 2 ....................................................................................(5.3) um  0,000183m3 / s 3,14 x0,004765 2 m2  2,57 m / s Hasil perhitungan untuk data yang lain, secara lengkap disajikan pada Tabel 5.2. 5.2.2. Perhitungan laju aliran massa air, mair 35

(52) Perhitungan laju aliran massa air mair di dalam saluran pipa air mempergunakan persamaan (2.2): ma ir  massa jenis luas penampang kecepa tan air      r 2 u m  ..............................................................................(5.4) Sebagai contoh perhitungan, untuk debit air = 11 liter/menit (data lain pada Tabe 5.1), laju aliran massanya adalah:   ma ir  1000 3,14 x0,004765 2 2,57 kg / s  0,183kg / s 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 : qa ir   lajualiran massakalor jenis air  Tout  Tin  watt  ma ir .ca ir Tout  Tin  watt ............................................................(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) qa ir  0,183417942,5  27 j / det ik  (764,757)(15,5) watt 11853,7 watt Catatan : 1 watt = J/s 36

(53) 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 qgas .........................(5.6)  (0,55 /(30.60)).(11900.4186,6)  15222,94watt 5.2.5. Efisiensi Perhitungan Efisiensi kompor gas dapat menggunakan persamaan :   q a ir x100% q ga s ……………...…………………………………….(5.7) 11853,7 x100% 15222,94  77,87% Efisiensi alat pemanas adalah perbandingan antara besarnya laju aliran kalor yang diterima air dengan laju aliran kalor yang diberikan gas. 37

(54) Hasil perhitungan lain untuk data yang lain secara lengkap disajikan pada Tabel 5.2. Tabel 5.2 Perhitungan ma ir dan qa ir No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tin Tout (°C) (°C) 27 42,5 27 43,3 27 44,3 27 47,1 27 52 27 57 27 62,1 27 68,4 27 86,5 27 99,7 T 15,5 16,3 17,3 20,1 25 30 35,1 41,4 59,5 72,7 Da (L/m) 11 10,4 9 8,16 6,24 5,04 3,96 3,24 2,4 1,8 um 2,88 2,73 2,34 2,14 1,63 1,32 1,04 0,85 0,63 0,47 mair (kg/s) 0,18 0,17 0,15 0,14 0,1 0,08 0,07 0,05 0,04 0,03 qair (watt) 11875,3 11807,1 10844,5 11423,7 10865,4 10531,1 9681,1 9342,6 9946 9114,4 qgas Efisiensi (watt) ( ) 15222,94 78,01 15222,94 77,56 15222,94 71,24 15222,94 75,04 15222,94 71,37 15222,94 69,18 15222,94 63,59 15222,94 61,37 15222,94 65,33 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 38

(55) Tout (°C) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Tout = 124,64 DA-0,466 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 DEBIT AIR (DA) (Liter/menit) Gambar 5.1 Hubungan debit air dengan suhu air keluar pada suhu air input 27°C 14000 12000 qair (watt) 10000 8000 qair= -7,9546 DA2 + 381,98 DA + 8582,7 6000 4000 2000 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Debit Air (DA) (Liter/menit) Gambar 5.2 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air pada suhu air input 27 °C 39

(56) 100 90 80 70 Efisiensi (唾) 60 Efisiensi (唾) = -0,0523 DA2 + 2,5092 DA + 56,38 50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Debit Air (DA) (Liter/detik) Gambar 5.3 Hubungan debit air dengan efisiensi water heater pada suhu air input 27 °C 40

(57) 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 qa ir (dalam watt) dengan debit air (dalam liter/menit), dapat dinyatakan dengan persamaan : qair= -7,9546 DA2 + 381,98 DA + 8582,7 41

(58) 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 qa ir 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 ( ) = -0,0523 DA2 + 2,5092 DA + 56,38 Persamaan tersebut, berlaku untuk 1,8 Liter/menit < ma ir < 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. 42

(59) 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 o C 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 : c. T input = 27oC T out = 124,64 DA-0,466 Kalor yang diterima air dari Water Heater dinyatakan dengan qair d. = -7,9546 DA2 + 381,98 DA + 8582,7 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 ( ) = -0,0523 DA2 + 2,5092 DA + 56,38 43

(60) 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 44

(61) 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-gasquantum.html Diakses : 12 November 2012. Anonim, http://teknindogas.wordpress.com/2010/05/25/kompor-gas-tungkubesar-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-perpindahanpanas-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-waterheater.html Diakses : 26 Februari 2013 45

(62) LAMPIRAN Beberapa Tabel dan Daftar ( sumber: Holman. J.P. 1993. Perpindahan kalor ) 46

(63) 47

(64) 48

(65)

Dokumen baru

Tags

Dokumen yang terkait

PERANCANGAN PEMANAS AIR TENAGA SURYA DENGAN PIPA BERBENTUK "U"
5
38
21
PENGUJIAN KINERJA WATER HEATER DISPENSER DENGAN METODE POOL BOILING DAN FLOW BOILING.
0
1
7
PENGUJIAN MODEL WATER HEATER FLOW BOILING DENGAN VARIASI GELEMBUNG UDARA.
0
0
7
PEMBUATAN DAN PENGUJIAN MODEL WATER HEATER POOL BOILING DENGAN VARIASI POSISI HEATER VERTIKAL DAN HORISONTAL.
0
1
5
STUDI EKSPERIMENTAL KOEFISIEN PERPINDAHAN KALOR MODEL PIPA PEMANAS SISTEM WATER HEATER DIAMETER 0,75 INCHI POSISI VERTIKAL DENGAN INJEKSI GELEMBUNG UDARA.
0
0
8
PENGUJIAN KINERJA WATER HEATER MERK LAKONI POSISI PIPA PEMANAS VERTIKAL DENGAN INJEKSI GELEMBUNG UDARA.
0
0
6
EFEK TEKANAN PADA PERFORMANSI PEMANAS AIR TENAGA SURYA SISTEM PIPA PANAS DENGAN FLUIDA KERJA R718 EFFECT OF PRESSURE ON THE PERFORMANCE OF A HEAT PIPE SOLAR WATER HEATER USING R718 AS A WORKING FLUID
0
0
7
PENGARUH PENYISIPAN TIPICAL TWISTED TAPE INSERT DI DALAM PIPA PEMANAS ELECTRIC WATER HEATER TERHADAP LAMA WAKTU PEMANASAN SKRIPSI Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana S-1
0
0
14
PENGARUH PENYISIPAN BROKEN TWISTED TAPE INSERT DI DALAM PIPA PEMANAS ELECTRIC WATER HEATER TERHADAP LAMA WAKTU PEMANASAN SKRIPSI Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Guna Meraih Gelar S-1
0
0
14
SOFTWARE PEMANAS AIR OTOMATIS MENGGUNAKAN HEATER BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA16 DENGAN INFORMASI MELALUI HANDPHONE
0
0
13
UNJUK KERJA POMPA AIR ENERGI TERMAL DENGAN PEMANAS VERTIKAL MENGGUNAKAN DUA PIPA PEMANAS PARALEL
0
0
74
KARAKTERISTIK MESIN FREEZER DENGAN PANJANG PIPA KAPILER 175 CM
0
0
74
I WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 20 METER DAN 300 LUBANG MASUK UDARA PADA DINDING LUAR TUGAS AKHIR - Water Heater dengan panjang pipa 20 meter dan 300 lubang masuk udara pada dinding luar - USD Repository
0
0
72
PEMANAS AIR DENGAN PANJANG PIPA 25 METER DAN JUMLAH LUBANG INPUT UDARA TABUNG LUAR 150
0
0
72
KARAKTERISTIK WATER HEATER DENGAN PANJANG PIPA 8 METER DAN DIAMETER 0,5 INCHI TANPA PENUTUP ATAS DAN DENGAN PENUTUP ATAS SKRIPSI
0
1
130
Show more